JP4462051B2 - 微粒子分散液の濃縮方法、及び微粒子分散液の濃縮装置 - Google Patents
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Description
すなわち本発明は、
<1> 電気泳動する微粒子を含有する微粒子分散液を濃縮する微粒子分散液の濃縮方法であって、微小幅の流路と該微小幅の流路に交差する方向に電界を付与する電極を有し、一端に位置する微粒子分散液を導入する導入部と、該導入部から導入された微粒子分散液を他端に向けて層流で送液する送液部と、該送液部の下流に位置し、電界を付与されることにより通過する微粒子分散液中の微粒子を電界の一方向側に移動させる微粒子移動部と、該微粒子が移動した側の微粒子分散液を回収する回収部と、該回収部で回収される微粒子分散液以外の液を排出する排出部とを有する流路に、前記微粒子分散液を層流で流すことにより、該微粒子分散液を濃縮することを特徴とする微粒子分散液の濃縮方法である。
<2> 前記微小幅の流路における微粒子分散液を送液する流路が、重力方向又は浮力方向に対して0〜45°の範囲の角度を有することを特徴とする<1>に記載の微粒子分散液の濃縮方法である。
<4> 前記微小幅の流路における微粒子分散液を送液する流路が、重力方向又は浮力方向に対して0〜45°の範囲の角度を有することを特徴とする<3>に記載の微粒子分散液の濃縮装置である。
尚、本発明において、電気泳動する微粒子とは、ゼータ電位を有する微粒子のことである。また、微小幅の流路とは、流路径が5000μm以下の流路をいう。本発明においては、微小幅の流路として、数〜数千μmの幅の流路を有するマイクロリアクターが好ましく用いられる。該マイクロリアクターの流路の幅は、好ましくは50〜1000μmであり、更に好ましくは50〜500μmである。本発明において用いられるマイクロリアクターは、マイクロスケールの複数の流路(チャネル)を有する反応装置である。マイクロリアクターの流路は、マイクロスケールであるので、寸法および流速がいずれも小さく、レイノルズ数は2300以下である。したがって、マイクロスケールの流路を有する反応装置は、通常の反応装置のような乱流支配ではなく層流支配の装置である。
ここで、レイノルズ数(Re)は、下記式で表されるものであり、2300以下のとき層流支配となる。
・ Re=uL/ν (u:流速、L:代表長さ、ν:動粘性係数)
図1に示す微粒子の濃縮装置は、数〜数千μmの幅の流路を有するマイクロリアクターであり、一端に位置する微粒子分散液を導入する導入部2、導入部2から導入された微粒子分散液を他端に向けて層流で送液する送液部4、送液部4の下流に位置し、電界を付与されることにより通過する微粒子分散液中の微粒子を電界の一方向側に移動させる微粒子移動部6、該微粒子が移動した側の微粒子分散液が流れ込むことにより、濃縮された微粒子分散液を回収する回収部8、回収部8で回収される微粒子分散液以外の液が流れ込むことにより、及び回収部8で回収される微粒子分散液以外の液を排出する排出部10を有する微小幅の流路と、該微小幅の流路の微粒子移動部6に交差する方向の電界を付与する、電源14に接続している電極12とを有する。
尚、本発明において、送液部4は導入部2から微粒子移動部6までの領域をいい、微粒子移動部6は、微小幅の流路において電界が付与される領域をいう。
本発明における微小幅の流路は、流れ方向と直交する方向の断面形状は特に限定されないが、長方形であることが好ましい。
尚、前記微小幅の流路が有する重力方向に対する角度は、各流路の中心線が重力方向に対して有する角度をいう。
尚、図2に示す濃縮装置は、導入部2から微粒子移動部6に至る流路が重力方向に対して0度の角度を有し、回収部8が重力方向に対してA度の角度を有し、排出部10が重力方向に対してB度の角度を有している。
尚、前記微小幅の流路が有する浮力方向に対する角度は、各流路の中心線が浮力方向に対して有する角度をいう。
微小幅の流路に交差する方向に電界を付与する電極を有するマイクロデバイスは、通常知られている方法で電極がないマイクロデバイスを作製した後、蒸着などにより電極を付加することで得られる。
前記微粒子分散液の送液部での流速が0.001ml/hr未満であると、微粒子が流路内壁の影響を受けやすくなり、均一な流れが得られない場合があり、前記微粒子分散液の送液部での流速が100ml/hrを超えると、微粒子の電界の一方向側への移動が不完全となる場合がある。
電気泳動する微粒子のゼータ電位は、一般のゼータ電位を測定できる機器で測定することができる。本発明においては、Spectrometer DT1200(Dispersion Technology社)を用いて測定した。本発明に用いられる微粒子は、分散液の状態において、ゼータ電位は絶対値で1〜1000mVの範囲が好ましく、絶対値で30〜300mVの範囲が生産性の点でより好ましい。
また、前記微粒子の比重は、気相置換法(ピクノメータ法)により、湯浅アイオニクス社製ウルトラピクノメータ1000を用いて測定した。
更に、前記媒体液体の比重は、エーアンドディー社の比重測定キットAD−1653を用い測定した。
本発明において用いられる微粒子は、微粒子がどちらの極性を示すかは、表面の化学的性質だけでなく、媒体中の溶解イオン種、界面活性剤種によっても変わり、基本的にコントロール可能である。
本発明において好ましく用いられる媒体液体としては、例えば、水、アルコール等が使用可能であり、特に水を主体とする水媒体が好ましい。
<実施例1>
微粒子分散液として、以下の凝集粒子分散液を調製した。
予め、次の方法で樹脂微粒子分散液1、樹脂微粒子分散液2、離型剤微粒子分散液、及び顔料分散液を製造した。
−樹脂微粒子分散液1の調製−
・スチレン 370部
・n−ブチルアクリレート 30部
・アクリル酸 6部
・ドデカンチオール 24部
・四臭化炭素 4部
・スチレン 280部
・n−ブチルアクリレート 120部
・アクリル酸 8部
・パラフィンワックス(日本精蝋社製、HNP0190、融点:85℃)50部
・カチオン性界面活性剤(花王社製、サニゾールB50) 5部
・イオン交換水 200部
・カーボンブラック(キャボット社製、モーガルL) 50部
・非イオン性界面活性剤(三洋化成社製、ノニポール400) 5部
・イオン交換水 200部
・樹脂微粒子分散液1 120部
・樹脂微粒子分散液2 80部
・離型剤微粒子分散液 40部
・顔料分散液 30部
・カチオン性界面活性剤(花王社製、サニゾールB50) 1.5部
上記のように作製した凝集粒子分散液は、固形分濃度約19体積%の微粒子分散液である。このようにして得られた微粒子分散液流体1aを、図3に示すような処理装置のシリンジポンプP1を備えたマイクロシリンジ31にセットし、一定流量でマイクロリアクター32の導入部2に送液した。
Si基板上に、スピンコータ1H−DX2(ミカサ社製)によりフォトレジストSu−8(化薬マイクロケム社製)をコートした後、用意しておいたマスクを用い、マスクアライナー MA−20(ミカサ社製)でパターニングし型を得た。出来上がった型にPDMS(ポリジメチルシロキサン、信越シリコーン社製)を流し込み、硬化させ、型から剥がし、中央部に凹部を有するPDMS製チップ24が得られた。一方、ガラス基板上の流路側の電極をつけたい部分以外を通常の方法でマスキングし、白金をスパッタリング装置(Hitachi E−1010)で約15分間蒸着し、約90nmの電極を設けた。前記PDMSチップ24と電極を付加したガラス基板22を図4に示すように張り合わせ、マイクロデバイス(マイクロリアクター32)を得た。
4 送液部
6 微粒子移動部
8 回収部
10 排出部
12 電極
14 電源
22 ガラス基盤
24 PDMSチップ
31 マイクロシリンジ
32 マイクロリアクター
34,36 容器
1a 微粒子分散液
2a 濃縮された微粒子分散液
2b 微粒子を含まない液
Claims (4)
- 電気泳動する微粒子を含有する微粒子分散液を濃縮する微粒子分散液の濃縮方法であって、
微小幅の流路と該微小幅の流路に交差する方向に電界を付与する電極を有し、一端に位置する微粒子分散液を導入する導入部と、該導入部から導入された微粒子分散液を他端に向けて層流で送液する送液部と、該送液部の下流に位置し、電界を付与されることにより通過する微粒子分散液中の微粒子を電界の一方向側に移動させる微粒子移動部と、該微粒子が移動した側の微粒子分散液を回収する回収部と、該回収部で回収される微粒子分散液以外の液を排出する排出部とを有する流路に、前記微粒子分散液を層流で流すことにより、該微粒子分散液を濃縮することを特徴とする微粒子分散液の濃縮方法。 - 前記微小幅の流路における微粒子分散液を送液する流路が、重力方向又は浮力方向に対して0〜45°の範囲の角度を有することを特徴とする請求項1に記載の微粒子分散液の濃縮方法。
- 電気泳動する微粒子を含有する微粒子分散液を濃縮する微粒子分散液の濃縮装置であって、
微小幅の流路と該微小幅の流路に交差する方向に電界を付与する電極を有し、前記微小幅の流路が、一端に位置する微粒子分散液を導入する導入部と、該導入部から導入された微粒子分散液を他端に向けて層流で送液する送液部と、該送液部の下流に位置し、電界を付与されることにより通過する微粒子分散液中の微粒子を電界の一方向側に移動させる微粒子移動部と、該微粒子が移動した側の微粒子分散液を回収する回収部と、該回収部で回収される微粒子分散液以外の液を排出する排出部と、を有することを特徴とする微粒子分散液の濃縮装置。 - 前記微小幅の流路における微粒子分散液を送液する流路が、重力方向又は浮力方向に対して0〜45°の範囲の角度を有することを特徴とする請求項3に記載の微粒子分散液の濃縮装置。
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