JP4356312B2 - 微小流路構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分取、分離用カラム充填剤等に用いられる微小なゲル粒子などの製造用として好適に用いられる粒子製造方法であり、また、微小な粒子を生成するための微小流路構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、数ｃｍ角のガラス基板あるいは樹脂製基板上に長さが数ｃｍ程度で、幅及び深さがサブμｍから数百μｍの微小流路を有する微小流路構造体を用いて、液体の送液による微小液滴の生成を行う研究が注目されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
上記の例では図１に示すように、微小流路基板１の上に、連続相導入口２、連続相導入流路３、分散相導入口４、分散相導入流路５、排出流路７及び排出口８を有したＴ字型の構造体であり、導入された連続相と分散相とが合流する部分に合流部６が存在する。各流路の深さは１００μｍであり、分散相を導入する導入流路幅が１００μｍ、連続相を導入する導入流路幅は３００〜５００μｍのＴ字型微小流路を用いて、分散相と連続相の流れの速さを制御（コントロール）して送液を行うと、分散相と連続相が流路を通じて合流する地点（合流部）において極めて均一な微小粒子の生成が可能となる。また、分散相及び連続相の流量をコントロールすることで生成粒子径をコントロールすることも可能となる。
【０００４】
しかしながらこの方法は、連続相の導入流路幅が分散相の導入流路幅に対し、３〜５倍広い導入流路を用いており、分散相及び連続相を同一流速で送液した場合、流路幅が狭い分散相の導入流路内で線速は速くなってしまうため、分散相及び連続相がその合流部以降の流れにおいて層流となってしまうことがあり、結果として合流部において粒子生成が出来なくなってしまうという課題があった。
【０００５】
この課題を解決し微小な粒子を生成させるためには、連続相を過剰に供給する必要があるが、微小な粒子を生成させてゲル等を工業的に量産する場合には、分散相の使用量に対し連続相の使用量を過剰にすることが必要となり、低コスト化、あるいは廃液量の低減などの課題があり、さらなる改善が求められていた。
【０００６】
【非特許文献１】
西迫貴志ら、「マイクロチャネルにおける液中微小液滴生成」、第４回 化学とマイクロシステム研究会 講演予稿集、５９頁、２００１年発行
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の微小流路内における粒子製造技術は、Ｔ字型微小流路において連続相と分散相の合流部で極めて均一な液滴の生成が可能となるが、連続相の導入流路幅が分散相の導入流路幅に対し３〜５倍広い導入流路を用いているので、分散相及び連続相を同一の流速で送液すると、分散相及び連続相は層流を形成してしまい、合流部において粒子の生成ができなくなることがあった。そのために合流部での粒子生成には連続相を過剰に供給する必要があり、連続相の低コスト化、あるいは廃液量の低減などの課題があり、工業的に量産する場合にはさらなる改善が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、微小流路内での粒子生成を可能とすると共に、分散相と連続相の使用量を均一にしての粒子製造も可能であり、また、低コスト化あるいは廃液量の低減を可能とし、工業的な量産にも対応できる粒子製造方法及びそのための微小流路構造体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、流体を導入するための導入口を有した微小流路の一方の側より分散相を、もう一方の側より連続相を導入し、前記分散相と前記連続相とを合流させることで微小な粒子を生成させることができ、さらに、生成した粒子を含む流体を微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置（以下、「合流部」という。）より任意の方向へ排出させることで上記課題を解決できることを見出した。さらに、このように粒子を生成させるために、分散相を導入するための導入口及びそれに連通する分散相導入流路と、連続相を導入するための導入口及びそれに連通する連続相導入流路と、分散相及び連続相により生成された粒子を排出させるための排出流路及びそれに連通する排出口とを備え、流路断面のアスペクト比（流路の深さ／幅の比）が０．３０以上であり、かつ、排出流路が微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置より任意の方向へ延びている構造とすることで本発明の目的を達成できることも見出し、遂に本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、流体を導入するための導入口を有した微小流路の一方の側より分散相を、もう一方の側より連続相を導入し、分散相と連続相とを合流させて粒子を生成させ、生成した粒子を含む流体を、微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置より任意の方向へ排出させる粒子製造方法であり、さらに、これを達成するための構造体であって、分散相を導入するための導入口及びそれに連通する分散相導入流路と、連続相を導入するための導入口及びそれに連通する連続相導入流路と、分散相及び連続相により生成された粒子を排出させるための排出流路及びそれに連通する排出口とを備えた微小流路構造体であって、流路断面のアスペクト比（流路の深さ／幅の比）が０．３０以上であり、かつ、前記排出流路が微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置より任意の方向へ延びている構造となっている微小流路構造体である。
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜粒子製造方法＞
上記したように、本発明の粒子製造方法は、流体を導入するための導入口を有した微小流路の一方の側より分散相を、もう一方の側より連続相を導入し、分散相と連続相とを合流させて粒子を生成させ、生成した粒子を含む流体を、微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置より任意の方向へ排出させるものである。
【００１２】
ここで、本発明において用いられる分散相とは、微小流路構造体により粒子を生成させるための液状物であり、例えば、スチレンなどの重合用のモノマー、ジビニルベンゼンなどの架橋剤、重合開始剤等のゲル製造用の原料を適当な溶媒に溶解した媒体を指す。ここで分散相としては、本発明が微小な粒子を効率的に生成させることを目的としており、この目的を達成させるためであれば微小流路構造体中の流路を送液できるものであれば特に制限されず、さらに粒子を形成させることができればその成分も特に制限されない。また、分散相中に一部固体状物が混在したスラリー状のものであっても差し支えない。
【００１３】
本発明において用いられる連続相とは、微小流路構造体により分散相より粒子を生成させるために用いられる液状物であり、例えば、ポリビニルアルコールのゲル製造用の分散剤を適当な溶媒に溶解した媒体を指す。ここで連続相としては分散相と同様に、微小流路構造体中の流路を送液できるものであれば特に制限されず、さらに粒子を形成させることができればその成分は特に制限されない。また、連続相中に一部固体状物が混在したスラリー状のものであっても差し支えない。
【００１４】
さらに、分散相と連続相とは粒子を生成させるために、実質的に交じり合わないあるいは相溶性がないことが必要であり、例えば、分散相として水相を用いた場合には連続相としては水に実質的に溶解しない酢酸ブチルといった有機相が用いられることとなる。また、連続相として水相を用いた場合にはその逆となる。
【００１５】
本発明においては、流体を導入するための導入口を有した微小流路の一方の側より分散相を、もう一方の側より連続相を導入し、この微小流路内を分散相及び連続相は互いに向かって反対方向に送液される。そして、両者が合流する合流部の微小流路近傍あるいはその両側の面に設けられた排出流路に排出される際に液滴を生成させるものである。
【００１６】
ここで、分散相及び連続相を導入するための微小流路は、分散相及び連続相の送液速度や流路の構造、使用にあたっての目的等により一概には言えず、その形状が直線状であっても曲線を含んだ形状のいずれであっても差し支えないが、微小流路の粒子生成箇所を挟む両端あるいはその近傍に導入口が設けられており、その導入口より分散相及び連続相が導入できる構造となっておればよい。
【００１７】
導入された分散相と連続相は微小流路に沿って送液されるわけであるが、両者が合流する合流部近傍あるいはその両側には、合流し粒子が生成された後に、この粒子を含む流体が排出されるよう、１又は２以上の排出流路が設けられており、粒子を含む流体はこの排出流路より排出されることとなる。
【００１８】
分散相と連続相が合流して生成された粒子を含む流体が排出される場合、排出流路の配置は合流部より粒子を含む流体が滞りなく送液される構造を有しておれば良く、通常、合流部近傍の微小流路内壁に設けられた開口部を通じて排出流路へ送液される。
【００１９】
この排出流路は、微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置より任意の方向に配置されておれば良く、例えば微小流路と同一平面上であっても垂直方向であってもよく、さらには、任意の角度を持った方向であってもよい。さらに、任意の２以上の方向へ排出させることで、粒子をより効率的に排出させることができると共に、ひいては粒子生成速度を大きくすることができるために工業的量産に好適となる。
【００２０】
また、微小流路中の分散相と連続相とが合流した合流部において、分散相の送液方向と連続相の送液方向とから形成される交差角度を変化させることで、生成する粒子の粒子径を制御することができ好ましい態様となる。この交差角度については、目的に応じ適宜設定すればよい。
【００２１】
さらに、排出された粒子を含む流体を、再度合流させて粒子を含む流体を回収することで微小流路を通じて生成された粒子は最終的に同一容器等にて回収することができ、工業プロセスとして有用なものとなる。
【００２２】
なお、本発明の方法により分散相と連続相とから得られる粒子は、当初は液滴のような液体状のものであるが、例えば、ゲル製造用の原料及び重合開始剤等を含んでおれば、これに光照射処理や加熱処理することで硬化させて固体状のゲルとすることができ、このような手法は公知の方法を用いることができる。また、ゲルを製造するにあたっては、以下で述べる微小流路構造体中で得ることもできるが、微小流路構造体からと出した後に処理をしてゲルを得てもよい。
＜微小流路構造体＞
本発明の微小流路構造体は、上記した粒子製造を行うための構造体であって、分散相を導入するための分散相導入口及び連続相を導入するための連続相導入口を有した微小流路と、分散相及び連続相により生成された粒子を排出させるための排出流路及びそれに連通する排出口とを備えた微小流路構造体であって、流路断面のアスペクト比（流路の深さ／幅の比）が０．３０以上であり、かつ、前記排出流路が前記微小流路中の分散相と連続相とが合流する位置より任意の方向へ延びている構造となっているものである。
【００２３】
ここで、分散相導入口は分散相を導入するための開口部を意味し微小流路と連通しており、さらに、この導入口に適当なアタッチメントを備えて分散相を連続的に導入する機構としてもよい。同様に、連続相導入口は連続相を導入するための開口部を意味し微小流路と連通しており、さらに、この導入口に適当なアタッチメントを備えて連続相を連続的に導入する機構としてもよい。
【００２４】
分散相導入口及び連続相導入口の位置は、通常は微小流路中の合流部から離れた微小流路の両端に配置される。
【００２５】
導入された分散相及び連続相は微小流路に沿って送液されるが、微小流路の形状は粒子の形状、粒子径を制御するにおいて影響を与えるものの、流路の幅は数１００μｍ以下であればよい。
【００２６】
導入された分散相と連続相とはこの微小流路の所定の部位である合流部にて合流することとなる。分散相と連続相との送液方向は必然的に微小流路の形状により決定されるわけであるが、合流部における両者の送液方向から形成される交差角度としては、合流により粒子が生成するものであれば特に制限されるものではなく任意の角度で交わる構造であればよく、さらに、この交差角度が実質的に１８０゜又は粒子生成箇所を挟む連続する曲線導入路上にあれば、分散相と連続相とが全くの反対方向からの流体が合流することとなって粒子形成に有効となり、好ましい。
【００２７】
微小流路の合流部より排出口を通じて延びている排出流路においては、上記の微小流路の任意の位置で連通していることから、分散相と連続相が合流して後に、排出口を通じて排出流路に排出される際に粒子化し、生成した粒子は送液され、排出口より排出される。排出流路の形状は特に制限されないが、その幅は数１００μｍ以下で、導入流路からの送液が排出口との交差部で液滴を形成し得る交差角度をなしておればよい。排出口は、生成された粒子を排出させるための開口部を意味し、さらに、この排出口に適当なアタッチメントを備えて生成された粒子を含む相を連続的に排出する機構としてもよい。
【００２８】
また、この交差角度や、合流部での微小流路や排出流路の幅と深さ、分散相と連続相の流速を、それぞれ独立してあるいは協同的に種々変えることにより生成する粒子を所望の粒子径へと制御することが可能となる。
【００２９】
さらに微小流路中の分散相と連続相とが合流した位置の近傍、すなわち合流部において、流路の底面あるいは上面あるいは側面から１つ以上の突起が形成されていることが好ましい。例えば、図６（ａ）のように、分散相流路側にＶ字形状等の突起物からなる障害物をおき、分散相幅を障害物部分で左右に均等に分割し、図６（ｂ）のようにより細い流路幅に分岐させることにより、より細粒で粒径の揃った液滴が排出流路で生成できる。さらに、図６（ｂ）のように、単なるＶ字形状の突起ではなく、角度の異なる２種類のＶ字を組合わせ、分岐して合流する二つの流れの方向が平行流にならないように設計し、安定な粒子生成が可能になる。また、排出流路に誘導する分岐路の外壁の向きを上記２種類のＶ字状突起物のそれぞれの方向と平行に設計し分散相が連続相によって剪断されやすい角度で合流するようにすることでより安定した粒子の生成が可能となる。
【００３０】
また、配置された突起物部分で流路から送液される一つの流体の流れを二つの排出流路に分割し、上記排出流路から同時に粒子を回収することにより、単位時間あたりの粒子個数収量を倍増させることができ、工業的な量産に適している。さらに、図６（ｃ）のように、このような突起を微小流路に複数設け、各導入口からの分散相と連続相の流れの向きに排出路及び突起物の向きをあわせ、設置された突起の両側及びその間の微小流路に設けた各導入口に分散相と連続相を交互に送液する構造とすることで粒子収量を一層大きくすることができる。
【００３１】
なお、分散相と連続相は分岐される数に応じた流路幅に流路設計を調整し、分岐後の流量が所望する粒径の粒子を形成できるようにし、排出流路の幅も連続相及び分散相の分岐される数に応じて流路幅が同じになるように設計し、突起物の形状、数、大きさを適宜変えて合流する２液が粒子を形成し得る交差角度をなすように設計すれば良い。
【００３２】
また、分散相の送液速度と連続相の送液速度とが実質的に同じであれば、粒子の粒径を揃えることが容易となると共に、粒子個数収量も倍増するなどコスト面においても優れている。尚、ここでいう分散相の送液速度と連続相の送液速度とが実質的に同じとは、送液速度が互いに多少変動しても生成する粒子の粒径には大きな影響を与えないことを意味している。
【００３３】
微小流路、排出流路において、その断面形状としては、流路断面のアスペクト比が０．３０以上であることが好ましく、さらに０．３０以上３．０未満であることがこのましい。アスペクト比がこの範囲にあれば、合流部において均一な粒子を生成させることができる。この範囲を逸脱して、アスペクト比が０．３０未満となると均一な粒子を生成させることが困難となることがある。
【００３４】
また、連続相、分散相として用いられる媒体の性質にもよるが、連続相導入流路と分散相導入流路とが交わる交差部及びその近傍が高分子材料で形成されていることで、耐溶媒性を高め、また、強度等を向上させることができるため、好ましい。
【００３５】
さらに、微小流路の分散相側の流路と連続相側の流路とが等しい幅、深さであれば、上記の効果に加え、微小流路構造体の設計が容易となり、また、送液時の制御もより容易となって、工業的量産に好適となる。
【００３６】
また、微小流路の幅と排出流路の幅との関係において、微小流路の幅≧排出流路の幅であれば、微小流路の幅＝排出流路の幅の場合よりも、送液流速を増加しても合流部において均一な粒子の生成が可能となり、粒子生成速度を増加させることができるという効果を奏することができ、好ましい態様となる。
【００３７】
本発明の微小流路構造体において、微小流路に連通し、生成された粒子を排出するための排出流路としては、微小流路中の分散相と連続相とが合流する位置より任意の方向へ延びている構造となっていることが好ましく、さらにこの排出流路は任意の２以上の方向へ延びている構造となっていることが好ましい。このような構造とすることで、分散相と連続相により形成される粒子を効率的に得ることができ、工業的量産に好適となる。
【００３８】
排出流路の幅としては、分散相と連続相とが交わり流れる合流部より排出口に至る排出流路中の一部の部位において、排出流路の幅が狭くなっていることが好ましい。すなわち、粒子排出口に至るまでの間の内、微小流路と排出流路との連結部において部分的に狭くするあるいは微小流路中の分散相側に沿った流路構成壁を凸状に形成することで送液流速を増加しても合流部において均一な粒子生成が可能でありかつ、送液圧力の上昇を緩和することが可能とすることができ、好ましい態様となる。
【００３９】
さらに、この排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路中の分散相と連続相とが合流した位置又はその近傍にあることが好ましく、特に、排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路中の分散相と連続相とが合流した位置の分散相導入流路側にあることが好ましい。
【００４０】
本発明の微小流路構造体は、以上に述べた構造、性能を有しているが、分散相と連続相とは微小流路に沿って互いに反対方向から合流させ、その後に生成された粒子を排出させるため、分散相及び連続相を導入し、また、粒子を含む流体を排出するための開口部を設ける必要があるが、このために微小流路が形成された基板面を覆うような構造で、上記の開口部に相当する所定の位置に、微小流路や排出流路と微小流路構造体の外部とを連通するための小穴が配置されたカバー体とが積層一体化されていてもよい。これにより、微小流路構造体外部から内部の流路へ流体を導入し、再び微小流路構造体外部へ流体を排出することができ、流体が微小量であったとしても、流体を安定して微小流路内を通過させる事が可能となる。流体の送液は、マイクロポンプなどの機械的手段によって可能となる。図６（ｃ）及び図６（ｄ）のように、粒子収量を一層大きくする場合には同一のマイクロポンプから複数の分散相導入口へ分岐して送液する。同様に複数の連続相導入口へも同一のマイクロポンプからの液を分岐して送液する。このような共通のマイクロポンプを用いる送液方法により、それぞれの排出路からは均一な粒子の生成が可能となる
微小流路が形成された基板及びカバー体の材質としては、微小流路の形成加工が可能であって、耐薬品性に優れ、適度な剛性を備えたものが望ましい。例えば、ガラス、石英、セラミック、シリコン、あるいは金属や樹脂等であっても良い。基板やカバー体の大きさや形状については特に限定はないが、厚みは数ｍｍ以下程度とすることが望ましい。カバー体に配置された小穴は、微小流路と微小流路構造体外部とを連通し、流体の導入口または排出口として用いる場合には、その径が例えば数ｍｍ以下である事が望ましい。カバー体の小穴の加工には、化学的に、機械的に、あるいはレーザー照射やイオンエッチングなどの各種の手段によって可能とされる。
【００４１】
また本発明の微小流路構造体は、微小流路が形成された基板とカバー体は、熱処理接合あるいは光硬化樹脂や熱硬化樹脂などの接着剤を用いた接着等の手段により積層一体化することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施例を示し、更に詳しく発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００４３】
また、実施例においては１枚の基板上に１本の微小流路を形成したが、工業的に量産する場合は、１枚の基板上に多数の微小流路を形成する、あるいは多数形成した１枚の基板を積層することで可能となる。
【００４４】
この粒子製造用微小流路構造体は図３に示す製作手順に従って以下のように作製した。厚さ１ｍｍで７０ｍｍ×２０ｍｍのガラス基板９の一方の面に、金などの金属膜１０を後述する露光光が透過しない程度の厚さに成膜し（図３（ａ）金属の成膜工程）、その金属膜上にフォトレジスト１１をコートした（図３（ｂ）フォトレジストの塗布工程）。更にフォトレジスト上に前記微小流路の形状を描いたパターンを有するフォトマスク１２を置き、そのフォトマスク上から露光し現像を行なった（図３（ｃ）露光〜現像工程）。次に、酸などで金属膜１０をエッチングした（図３（ｄ）金属膜のエッチング工程）後、レジストとガラスをフッ酸などでエッチィングし（図３（ｅ）レジスト、ガラスのエッチング工程）、さらに残った金属膜１０を酸などで溶かして（図３（ｆ）金属膜の除去工程）、微小流路が形成された基板１３を得た。実施例においては、微小流路の製作をガラス基板のエッチィングにより微小流路を形成したが、製作方法はこれに限定するものではない。
（実施例１）
本発明の第１の実施例における粒子製造用微小流路を図２に示す。微小流路は７０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｔ（厚さ）のパイレックス（登録商標）ガラス上に、微小流路に相当する連続相導入流路２、分散相導入流路５及び排出流路７の幅がいずれも２２０μｍ、深さ８０μｍ、微小流路のアスペクト比＝０．３６である両側剪断層構造体形状とし、分散相導入流路５と両側面の２つの排出口８とそれぞれ６０度の角度にて交わる合流部６を持った両側剪断層構造体形状の流路を１本形成した。合流部６で分散相及び連続相の両流路が分岐し、両側面の排出流路では分岐した異なる種類の２相が合流した流れとなって排出される。この微小流路の幅及び深さについては、生成する粒子の粒子径に依存するが、微小流路のアスペクト比が０．３以上３未満の範囲を逸脱しなければよい。
【００４５】
この微小流路が形成された基板１３の微小流路を有する面に、微小流路の流体導入口（連続相導入口２、分散相導入口４）と流体排出口８にあたる位置に予め直径０．６ｍｍの小穴を、機械的加工手段を用いて設けた厚さ１ｍｍで７０ｍｍ×２０ｍｍのガラスカバー体１４を熱接合し、図４に示すように微小流路を備えた粒子製造用微小流路構造体を製作した。実施例においては、微小流路を形成する基板及びカバー体にガラス基板を用いたが、これに限定するものではない。
【００４６】
次に本発明の粒子製造方法について説明する。図５に示すように粒子製造用微小流路構造体１５に液体が送液可能なようにホルダー１６などで保持すると共に、テフロン（登録商標）チューブ１８及びフィレットジョイント１９をホルダー１６に固定する。テフロン（登録商標）チューブ１８のもう一方はマイクロシリンジ２１、２２に接続する。これで粒子製造用微小流路構造体１５に液体の送液が可能となる。次に粒子を生成するための分散相にモノマー（スチレン）、ジビニルベンゼン、酢酸ブチル及び過酸化ベンゾイルの混合溶液をマイクロシリンジ２１に、連続相にポリビニルアルコール３％水溶液をマイクロシリンジ２２に注入し、マイクロシリンジポンプ２０で送液を行った。送液流速は分散相及び連続相は共に２０μｌ／ｍｉｎである。送液流速が共に安定した状態で、粒子製造用微小流路構造体１５の分散相及び連続相が交わる合流部にて粒子生成が観察される（図６）。生成された粒子を観察すると図７に示すように平均粒子径２００μｍの極めて均一な粒子２３であった。また、送液流速を分散相及び連続相を共に１μｌ／ｍｉｎで行った場合、生成粒子の平均粒子径は２３０μｍの極めて均一な粒子であった。これにより分散相と連続相を同一の送液流速にて行っているので、連続相を過剰に送液することなく、分散度が１０％の均一な粒子を生成することが可能となる。
（実施例２）
本発明の第２の実施例における粒子製造用微小流路を図２に示す。微小流路は７０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｔ（厚さ）のパイレックス（登録商標）ガラス上に、微小流路に相当する連続相導入流路２、分散相導入流路５の幅がいずれも２２０μｍ、深さ５０μｍ、排出流路７の幅が１１０μｍ、深さ５０μｍ、アスペクト比＝０．４５である両側剪断層構造体形状とし、分散相導入流路５と両側面の２つの排出口８とそれぞれ６０度の角度にて交わる合流部６を持った形状の流路を１本形成した。合流部６の拡大図は図６に示すように１辺８０μｍのＶ字形突起物２４を尖点側が分散相流路側に向くようにパターン作製時に合流部に設け、分散相及び連続相の両流路が両側面の排出流路に分岐される。この微小流路の幅及び深さについては、生成する粒子の粒子径に依存するが、微小流路の粒子が生成する場所でのアスペクト比が０．３以上３未満の範囲を逸脱しなければよい。また、実施例においては、合流部の突起物にＶ字形突起物を用いたが、流路の幅や角度に応じて粒子を形成しうるものであれば突起物のサイズや形状を限定するものではない。
【００４７】
この微小流路が形成された基板１３の微小流路を有する面に、微小流路の流体導入口（連続相導入口２、分散相導入口４）と流体排出口８にあたる位置に予め直径０．６ｍｍの小穴を、機械的加工手段を用いて設けた厚さ１ｍｍで７０ｍｍ×２０ｍｍのガラスカバー体１４を熱接合し、図４に示すように微小流路を備えた液滴生成用微小流路構造体を製作した。実施例においては、微小流路を形成する基板及びカバー体にガラス基板を用いたが、これに限定するものではない。
【００４８】
次に本発明の粒子製造方法について説明する。図５に示すように粒子製造用微小流路構造体１５に液体が送液可能なようにホルダー１６などで保持すると共に、テフロン（登録商標）チューブ１８及びフィレットジョイント１９をホルダー１６に固定する。テフロン（登録商標）チューブ１８のもう一方はマイクロシリンジ２１、２２に接続する。これで粒子製造用微小流路構造体１５に液体の送液が可能となる。次に粒子を生成するための分散相にモノマー（スチレン）、ジビニルベンゼン、酢酸ブチル及び過酸化ベンゾイルの混合溶液をマイクロシリンジ２１に、連続相にポリビニルアルコール３％水溶液をマイクロシリンジ２２に注入し、マイクロシリンジポンプ２０で送液を行った。送液流速は分散相及び連続相は共に２０μｌ／ｍｉｎである。送液流速が共に安定した状態で、粒子製造用微小流路構造体１５の分散相及び連続相が交わる合流部にて粒子生成が観察される。生成された粒子を観察すると平均粒子径１１０μｍの極めて均一な粒子であった。また、送液流速を分散相及び連続相を共に１μｌ／ｍｉｎで行った場合、生成粒子の平均粒子径は１００μｍの極めて均一な粒子であった。これにより分散相と連続相を同一の送液流速にて行っているので、連続相を過剰に送液することなく、合流部に突起物を形成することにより、分散度も８％に向上した。合流部に突起物を形成させることにより均一な粒子を安定に生成することが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の粒子製造方法は、上記のように構成された粒子製造用微小流路構造体の合流部で極めて均一な粒子生成が可能となる。分散相と連続相との合流部分に突起物や分岐路を形成することで、均一でより安定した所望の粒径の粒子を生成することができる。また、粒子製造用微小流路構造体は、分散相と連続相の導入流路の幅及び深さを同一とし、分散相と連続相の使用量を同一とすることが可能となる。分散相と連続相の両者がそれぞれ２方向に分岐し、それぞれの一方ずつが合流して異なる排出路から液滴が同時に排出される。これにより一つの粒子製造用微少流路構造体を用いて、同時に二つの粒子製造用微小流路構造体を用いたと同じ効果が得られ、粒子の収量が増加するので工業的量産に適している。また、分散相の流路は合流部で別れて二つの細い分岐路になるため、より小さい径の粒子の生成が可能になる。さらに、
図６（ｄ）のように１枚の基板上に多数の微小流路を環状に連続させて配置し、それぞれの排出路からの
均一で多数の粒子を同時に回収することが可能となる。
【００５０】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の粒子製造用微小流路を示す概略図である。図１中、Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’で示される部分は、それぞれ流路の断面部分を拡大したものである。
【図２】実施例１，２における粒子製造用微小流路構造体を示す概略図である。図２中、Ｃ−Ｃ’で示される部分は、それぞれ流路の断面部分を拡大したものである。
【図３】実施例１における粒子製造用微小流路の形成方法を示すフロー図である。
【図４】実施例１，２における粒子製造用微小流路構造体を示す概略図である。
【図５】実施例１，２における粒子製造法を示す概略図である。
【図６】液滴生成用微小流路を示す概略図である。図６（ａ）は実施例２における粒子製造用微小流路を示す概略図であり、図６（ｂ）は突起部の形状を替えた態様の一例であり、図６（ｃ）（ｄ）は微小流路の配置を替えた態様の一例である。
【図７】実施例２における生成粒子を示す図である。
【符号の説明】
１：微小流路基板
２：連続相導入口
３：連続相導入流路
４：分散相導入口
５：分散相導入流路
６：合流部
７：排出流路
８：排出口
９：ガラス基板
１０：金属膜
１１：フォトレジスト
１２：フォトマスク
１３：微小流路が形成された基板
１４：カバー体
１５：微小流路構造体
１６：ホルダー
１７：ビーカー
１８：テフロン（登録商標）チューブ
１９：フィレットジョイント
２０：マイクロシリンジポンプ
２１：マイクロシリンジ（連続相）
２２：マイクロシリンジ（分散相）
２３：生成粒子
２４：合流部突起物（Ｖ字形）

Claims (6)

1. 分散相を導入するための分散相導入口及び連続相を導入するための連続相導入口を有した微小流路と、分散相及び連続相により生成された粒子を排出させるための排出流路及びそれに連通する排出口とを備えた微小流路構造体であって、流路断面のアスペクト比（流路の深さ／幅の比）が０．３０以上であり、かつ、前記排出流路が前記微小流路中の分散相と連続相とが合流する位置より任意の方向へ延びている構造となっており、前記分散相と連続相とが合流した位置の近傍において、流路の底面あるいは上面あるいは側面から１つ以上の突起が形成され、かつ、前記微小流路中の分散相と連続相とが合流する位置より排出口に至る排出流路中の一部の部位において、排出流路の幅が狭くなっていることを特徴とする微小流路構造体。
2. 流路断面のアスペクト比が０．３０以上３．０未満であることを特徴とする請求項１に記載の微小流路構造体。
3. 微小流路の内壁の内、分散相と連続相とが合流する位置及びその近傍が高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微小流路構造体。
4. 分散相が送液される流路と連続相送液される流路との幅及び深さが等しいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微小流路構造体。
5. 排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路中の分散相と連続相とが合流した位置又はその近傍にあることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の微小流路構造体。
6. 排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路中の分散相と連続相とが合流した位置の分散相導入流路側にあることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の微小流路構造体。

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