JP4627302B2 - 微粒子の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、化学工業、医薬品、生化学等の分野において液体からなる微粒子を製造するための技術に関するものである。

従来、所定の液体（第１の液体）中に別の液体（第２の液体）からなる微粒子を製造するための方法として、特許文献１及び特許文献２に記載される方法が知られている。これらの文献に記載される方法では、マイクロチャンネルが用いられ、このマイクロチャンネル中を流れる連続相（第１の液体）に対し、その流れに交差する向きに分散相（第２の液体）が供給される。この連続相の流れの中に進入した分散相は、当該連続相の流れによるせん断力によって順次分断されることにより、当該マイクロチャンネルの流路断面よりもかなり小さい微小液滴を形成する。
国際公開ＷＯ ０２／０６８１０４ Ａ１ 特開２００５−１４４３５６号公報

前記の方法では、次のような解決すべき課題がある。

１）液滴の径の制御が困難である。すなわち、前記方法により得られる液滴の径は諸条件によってばらつき易く、所望の径をもつ液滴すなわち微粒子を安定して製造することは困難である。この点について、特許文献１には、前記分散相及び連続相の送液圧力を変化させることによって前記液滴の径が制御可能であることが記載されるが、その圧力の調節自体が容易ではない。逆に、操作中の圧力変動が液滴すなわち微粒子の径のばらつきを生じさせてしまう不都合がある。また、特許文献２には、分散相導入流路と連続相導入流路の交差角度を変えることにより粒径を制御することが記載されるが、特許文献１と同様に粒径に大きなばらつきが生ずることに変わりはない。

２）装置の設備費用が高くなる。すなわち、前記方法は、流路内での連続相の流れの力によって当該流路内で分散相を分断するものであるため、その必要なせん断力を得るためにはかなり大きな流量（連続相の流量）を確保する必要があり、このような流量を確保するためには比較的大きな送液設備（例えばポンプ）及びその動力を要する。

本発明は、このような事情に鑑み、所望の大きさの微粒子を安定して得ることができ、また、設備費用の低減を図ることが可能な微粒子製造技術の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、第１の液体中に第２の液体からなる微粒子を製造するための方法であって、前記第１の液体を第１の流路内に第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給して当該第１の流路に沿って流す工程と、前記第１の流路の途中部分にこの第１の流路につながる第２の流路を通じて前記第２の液体を第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給する工程とを含み、前記第１の流路に連続的に供給される前記第２の液体が当該第１の流路を塞ぎ、この第１の流路を塞ぐ第２の液体がその上流側に供給される前記第１の流路内の圧力と下流側の前記第１の流路内の圧力との差によって前記第２の流路中の第２の液体から分断されてその下流側の第１の流路内に移動することにより微粒子を形成するように、前記第１の供給速度Ｖ１及び前記第２の供給速度Ｖ２を設定するものである。

この方法では、第１の液体が第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給されている第１の流路の途中部分に第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給される第２の液体が当該第１の流路を塞いだ後にその前後で生じる圧力差によって第２の流路中の第２の液体から分断されるので、この分断により形成される微粒子の大きさは前記第１の流路の断面積に対応する。従って、例えば前記従来方法のように前記第１の流路中に供給された第２の液体が当該流路を塞ぐ前にいきなり第１の液体の流れの力によってせん断されるものと異なり、得られる微粒子の大きさは安定し、その大きさの予測も容易になる。

この方法において、前記第２の液体が前記第１の流路を完全に塞ぐ状態を得るためには、前記第１の流路内に前記第１の液体を連続的に供給するための第１の供給速度Ｖ１を抑えればよい。このことは、前記微粒子の大きさを安定させるだけでなく、当該第１の液体を供給するための設備を小型化し、またその設備の必要動力を低減させる効果をもたらす。

この微粒子の製造方法は、さらに、第１の液体と第２の液体とを化学反応させることに利用することができる。具体的には、前記第１の流路のうち前記第２の液体が供給される地点よりも下流側の流路内に前記第２の液体からなる微粒子を流しながら当該第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させるようにすればよい。この化学反応の反応速度は、本発明に係る微粒子の製造方法の利用によって安定化する。すなわち、当該化学反応は、前記第１の液体と前記第２の液体との接触部分で生ずるため、その反応速度は両液体の接触面積に大きく左右されるところ、前記第２の液体により形成される微粒子の大きさが安定することは、前記接触面積の安定ひいては反応速度の安定につながることになる。

また本発明は、前記微粒子の製造方法に好適な流路形成体であって、前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成し、かつ、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域の内壁面が他の領域の内壁面よりも前記第１の液体に対する親和性が大きいものである。

この流路形成体では、前記第２の液体が前記第１の流路を塞ぐという作用がより得られやすくなる。すなわち、前記第２の流路を通じて前記第１の流路内に第１の供給速度Ｖ１にて連続的に供給される第２の液体と、その供給地点を挟む特定領域での前記第１の流路の内壁面との親和性が高いため、前記第２の液体は前記供給地点に滞留し易く、このことは、当該第２の液体が前記第１の流路を塞ぐことをより確実にする。そして、この第２の液体が分断されることにより形成される微粒子は、前記特定領域を通過後、円滑に第１の流路内を流れて排出される。

その一方、前記化学反応方法に用いられる流路形成体としては、前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成し、かつ、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域及び当該特定領域よりも下流側で前記第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させるための領域の内壁面が他の領域の内壁面よりも前記第１の液体に対する親和性が大きいものが好適である。

この流路形成体によれば、前記第１の液体と前記第２の液体とが化学反応するために必要な両液体同士の接触面積を稼ぐことができる。具体的に、前記下流側の領域における第１の流路の内壁面と前記第２の液体との親和性が低い場合、一般には当該第２の液体はその表面張力によって球状をなしながら当該流路を移動することになるが、前記親和性が高いと前記第２の液体は前記流路の内壁面に付着することにより前記球形以外の変則形状をなしながらゆっくりと進むことになる。このことは、前記第１の液体及び前記第２の液体の単位体積あたりの接触面積の増加につながり、ひいては、両液体の化学反応の効率を高める。

また本発明は、第１の液体中に第２の液体からなる微粒子を製造するための装置であって、前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成する流路形成体と、前記第１の液体を前記第１の流路内に第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給して当該第１の流路に沿って流す第１の液体供給手段と、前記第２の液体を前記第２の流路内に第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給してこの第２の流路を通じて前記第１の流路の途中部分に供給する第２の液体供給手段とを備え、前記第１の流路に前記第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給される前記第２の液体が当該第１の流路を塞ぎ、この第１の流路を塞ぐ第２の液体がその上流側の前記第１の流路内の圧力と下流側の前記第１の流路内の圧力との差によって前記第２の流路中の第２の液体から分断されて微粒子を形成するように、前記第１の液体供給手段による前記第１の液体の供給速度Ｖ１及び前記第２の液体供給手段による前記第２の液体の供給速度Ｖ２が設定されているものである。

この装置の流路形成体としては、上述の流路形成体が好適であるが、その他、種々の構造をとることが可能である。

例えば、前記第１の流路のうちこの第１の流路に前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域以外の領域の流路断面積が前記特定領域の流路断面積よりも大きいものでは、前記特定領域における第１の流路の流路断面積を所望の微粒子の大きさに対応する面積に設定することが可能である一方、それ以外の領域における流路断面積を前記面積よりも大きくすることで、当該領域での圧力損失を低減させることができる。

また、前記流路形成体が、前記第１の流路及び前記第２の流路に対応する形状の溝をもつ基板と、この基板の溝を覆うように当該基板に接合される蓋とを備えるものでは、当該基板と蓋との組合せによって前記両流路を容易に構築することが可能である。

さらに、複数枚の基板と、前記蓋に相当する複数枚の蓋板を備え、これらの基板と蓋板とがその板厚方向に交互に積層されているものでは、コンパクトな構造で、前記微粒子の製造の効率をさらに高めることができる。

また、前記基板が前記第１の流路に対応する溝をもつ第１の基板構成部材と前記第２の流路に対応する溝をもつ第２の基板構成部材とに分割され、前記蓋が、前記第１の基板構成部材にその溝を覆うように接合される第１の接合面と、この第１の接合面の裏側の面であって前記第２の基板構成部材にその溝を覆うように接合される第２の接合面とを有し、前記第１の基板構成部材の溝と前記第２の基板構成部材の溝とを連通する連通孔を有するものでは、流路形成に必要な面積が削減される。つまり、１枚の基板構成部材に前記第１の流路に対応する溝と第２の流路に対応する溝が混合して平面配置されるものに比べ、当該溝の配置に必要な面積が大幅に削減される。しかも、前記蓋は、前記第１の基板構成部材の蓋と前記第２の基板構成部材の蓋とに兼用されることによって、流路形成体全体の薄型化に寄与することができる。

さらに、前記第１の流路と前記第２の流路とが前記基板の板厚方向に互いに重なる形状を有するものであれば、これらの流路の形成に必要な面積は実質上前記第１の流路の必要面積と等しくなる。

また、前記流路形成体が、前記第１基板構成部材及び前記第２基板構成部材とその間に挟まれる前記蓋とからなるユニットがその板厚方向に複数積層されたものであれば、当該流路形成体による処理量をさらに増やすことができる。

また、この微粒子の製造装置を利用して前記第２の液体からなる微粒子を前記第１の液体と相互に化学反応させるためには、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点よりも下流側の部分が前記化学反応を行わせるのに必要な流路長を有していればよい。

その場合、前記流路形成体は、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域及び当該特定領域よりも下流側で前記第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させるための領域の内壁面が他の領域の内壁面よりも前記第２の液体に対する親和性が大きいものであることが、より好ましい。

また、前記各流路形成体においては、前記第１の流路及び前記第２の流路に加え、前記第１の液体及び前記第２の液体のうちの少なくとも一方の温度を調節するための温度調節用液体が流される温度調節用流路を形成するものが、より好適である。この温度調節用流路の存在は、製造される微粒子の温度の調節を可能にする。特に、当該微粒子（すなわち第２の液体）と第１の液体とを化学反応させる場合には、その化学反応に好適な温度管理を行うことも可能である。

以上のように、本発明では、第１の流体が第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給される第１の流路の途中部分に第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給される第２の液体が当該第１の流路を塞いでからその上流側と下流側の圧力差で分断されて微粒子を形成すので、所望の大きさをもつ微粒子が安定して得られ、また、設備費用の低減が可能になる。

本発明の第１の実施の形態を図１−図４を参照しながら説明する。

図１は、この実施の形態にかかる微粒子の製造装置を示す。この装置は、微小流路を形成するための流路形成体１０と、第１の液体供給ポンプ１１と、第２の液体供給ポンプ１２と、タンク１４とを備える。前記第１の液体供給ポンプ１１は、前記流路形成体１０に第１の液体Ｌ１を供給し、前記第２の液体供給ポンプ１２は、前記流路形成体に第２の液体Ｌ２を供給する。タンク１４は、前記流路形成体１０から排出される液体（後述のように前記第１の液体Ｌ１中に前記第２の液体Ｌ２の微粒子が混在するもの）を貯留する。

前記流路形成体１０は、第１の流路及び第２の流路を形成するためのもので、図２に示すような基板１６と蓋板１８とを備える。これら基板１６及び蓋板１８は、互いに同じ形状（図例では矩形の平板状）をなし、その厚み方向に互いに積層された状態で接合される。両板１６，１８の材質は特に問わず、前記両液体Ｌ１，Ｌ２の種類に応じて適宜選定される。一般には、保形性の高いものが好ましく、ステンレス鋼やチタン等の金属材料や、ガラス、セラミックス等の無機材料、硬質プラスチック等の有機材料が選定可能である。

前記基板１６の上面には、第１の溝２１と第２の溝２２とが形成される。前記第１の溝２１は、前記基板１６をその長手方向に縦断する直線状をなす。前記第２の溝２２は、前記第１の溝２１に対してＴ字状に交差する直線状をなし、その一方端が前記第１の溝２１の途中部分につながり、他方端が前記基板１６の長辺に至る。

前記蓋板１８は、前記両溝２１，２２を上から覆うようにして前記基板１６の上面に密着状態で接合（例えば接着）される。この蓋板１８の下面は、前記第１の溝２１の内壁面との間で微小な前記第１の流路を形成すると同時に、前記第２の溝２２の内壁面との間で微小な前記第２の流路を形成する。

前記溝２１，２２は、例えばエッチングにより良好に形成される。その他、機械加工、レーザ加工、電解研磨等によっても前記溝２１，２２の形成が可能である。

前記第１の液体供給ポンプ１１は、図略の配管等を介して前記第１の流路の一方端すなわち前記第１の溝２１の一方端（図１では左端）に接続される。同様に、前記第２の液体供給ポンプ１２は、図略の配管等を介して前記第２の流路の端すなわち前記第２の溝２２の他方端（前記第１の流路につながる端と反対側の端）に接続される。また、前記タンクＴは図略の配管等を介して前記第１の流路の他方端（図１では右端）に接続される。

次に、この装置において行われる微粒子（前記第２の液体Ｌ２からなる微粒子）の製造方法を図３も併せて参照しながら説明する。

まず、前記第１の液体供給ポンプ１１が、前記第１の溝２１と蓋板１８とで囲まれた第１の流路内に第１の液体Ｌ１を速度Ｖ１（図３（ａ））で供給する。この第１の液体Ｌ１は前記第１の流路内をその長手方向に沿って流れる。その一方、前記第２の液体供給ポンプ１２は、前記第２の溝２２と蓋板１８とで囲まれた第２の流路を通じて前記第１の流路の途中部分に第２の液体Ｖ２を速度Ｖ２（図３（ａ））で供給する。この第２の液体Ｌ２は、図３（ａ）に示すように、前記第１の流路内に徐々に進入する。

このとき、前記特許文献１，２に記載された従来方法と異なり、図３（ｂ）に示されるように前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を完全に塞ぐまで両流路の合流点に滞留するように、両液体Ｌ１，Ｌ２の供給速度Ｖ１，Ｖ２が設定される。具体的には、前記第２の液体Ｌ２の供給速度Ｖ２に対する前記第１の液体Ｌ１の供給速度Ｖ１の比が低く設定される。すなわち、前記従来方法では、前記第１の流路内に進入した第２の液体Ｌ２が前記第１の液体Ｌ１の流れによって比較的早期に分断されるように、当該第１の液体Ｌ１の供給圧力が高く設定されるのに対し、この実施の形態に係る方法では、前記第１の液体供給ポンプ１１による前記第１の液体Ｌ１の供給速度（流速Ｖ１）を抑える方向に運転条件が設定される。

前記第１の流路を塞ぐ第２の液体Ｌ２は、その上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との間の圧力差（＝Ｐ１−Ｐ２）を著しく上昇させる。この圧力差は、一定以上になった時点で前記第１の流路内の第２の液体Ｌ２を前記第２の流路内の第２の液体Ｌ２から分断し、図３（ｃ）に示すような微粒子２４として下流側に流し出す。この第２の液体Ｌ２からなる微粒子２４は、前記第１の液体Ｌ１とともにタンクＴ内に排出される。以上の操作が繰り返されることにより、第１の液体Ｌ１中に第２の液体Ｌ２からなる微粒子２４が量産される。

この方法は、前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を完全に塞いでから当該第２の液体Ｌ２を分断するものであるので、この分断により形成される微粒子２４の大きさは、必ず前記第１の流路の流路断面積に対応する。このことは、微粒子２４の大きさを安定させ、かつ、設備費用を低減させるという効果をもたらす。具体的に、前記の従来方法では、前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路に進入してから比較的早期に当該第２の液体Ｌ２が第１の液体Ｌ１の流れの力によってせん断されるので、このせん断により得られる微粒子の大きさは不安定であり、また、当該せん断のために比較的大きな液体供給設備及びその動力が必要である。これに対し、この実施の形態に係る方法では、前記微粒子２４の大きさが安定するのに加え、前記第１の液体Ｌ１の流速Ｖ１を抑える方向に運転条件が設定されるので、第１の液体供給ポンプ１１の構造及びその動力は小さくて済む。

前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を塞ぐという作用は、第２の実施の形態として図４に示すような構造により、さらに確実化される。この構造では、前記第１の溝２１及び蓋板１８で囲まれる第１の流路のうち、前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域Ａ１の内壁面２６が、他の領域の内壁面よりも前記第１の液体に対する親和性が大きい面として構成される。この第２の液体Ｌ２に対する親和性は、当該第２の液体Ｌ２が前記合流地点近傍で滞留するのを促進し、当該第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を塞ぐという作用をより確実にする。そして、この第２の液体Ｌ２が分断されることにより形成される微粒子は、前記特定領域Ａ１を通過後、円滑に第１の流路内を流れて排出される。

前記親和性を高めるための具体的手段としては、例えば、前記特定領域Ａ１における第１の流路の内壁面２６に微小な凹凸を形成することや、第２の液体Ｌ２に対して親和性の高い材料からなる膜を形成することが挙げられる。

前記の微粒子の製造方法は、さらに、前記第１の液体Ｌ１と前記第２の液体Ｌ２とを化学反応させる方法に利用することが可能である。具体的には、前記第１の流路のうち前記第２の液体Ｌ２が供給される地点よりも下流側（図１では右側）の流路内に前記第１の液体Ｌ１からなる微粒子を流しながら、当該第１の液体Ｌ１と前記第２の液体Ｌ２とを化学反応させるようにすればよい。そのためには、前記下流側の流路部分が前記化学反応を行わせるのに必要な流路長を有していればよい。この流路長は、前記化学反応に必要とされる時間と前記微粒子の流速とに基づいて設計される。逆に、この流路長の設定により、前記化学反応の度合いを制御することも可能である。

前記化学反応の反応速度は、前記微粒子の製造方法の利用によって安定する。すなわち、この方法により製造される微粒子の大きさが安定しているため、当該微粒子を構成する第２の液体とその周囲の第１の液体との接触面積が安定し、この接触面積の安定が前記反応速度の安定につながる。

前記化学反応時間をより確実に担保するには、第３の実施の形態として図５に示すような構造が有効である。この構造では、前記第１の溝２１及び蓋板１８で囲まれる第１の流路のうち、前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域Ａ１の内壁面２６に加えてそれよりも下流側の領域Ａ２の内壁面２８が、他の領域の内壁面よりも前記第１の液体に対する親和性が大きい面として構成される。

これらの領域Ａ１，Ａ２における内壁面２６，２８の親和性は、前記特定領域Ａ１で前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を塞ぐことを促進するのに加え、その下流側の領域Ａ２での第２の液体Ｌ２（微粒子）の表面積ひいては両液体Ｌ１，Ｌ２の接触面積を増加させる。つまり、前記第２の液体Ｌ２からなる微粒子は、前記内壁面２８に付着することによって球形と異なる変則形状に変形し、この変形によって当該微粒子と前記第１の液体Ｌ１との接触面積が増加する。この接触面積の増加は前記化学反応の効率を高める。

図６は、第４の実施の形態に係る第１の流路の形状を示す。この実施の形態では、前記第１の流路を構成する第１の溝２１のうち、この第１の流路に前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域以外の領域の溝２１ｂが、前記特定領域の溝２１ａよりも大きな溝幅を有している。つまり、前記第１の流路のうち前記溝２１ｂにより構成される部分が前記溝２１ａにより構成される部分よりも大きな流路断面積を有している。

この構造では、所望の大きさの微粒子の製造と、圧力損失の低減とを両立させることが可能である。すなわち、前記特定領域では溝２１ａの幅を抑えてその流路断面積を所望の微粒子の大きさに対応する面積に設定することが可能である一方、それ以外の領域では溝２１ｂの幅を拡大して流路断面積を稼ぐことにより、当該領域での圧力損失を低減させることができる。特に、図６に示されるように前記溝２１ｂのうち溝２１ａに隣接する部分が当該溝２１ａの幅と同一の幅から最大幅に向かって徐々に広がる形状を有する構造は、溝幅が急変する構造よりも高い圧力損失低減効果を有する。

前記流路断面積に差を与える手段は、図示のように溝幅に差を与えることに限られない。例えば溝幅は均一で溝深さに大小が与えられていてもよい。流路断面が円形の場合、その内径に差を与えればよいことはいうまでもない。

なお、この実施の形態では、前記溝２１ａでの第１の液体Ｌ１の流速Ｖ１′が供給速度Ｖ１よりも高くなるので、これを見越して当該供給速度Ｖ１を設定する必要がある。

図７は、第５の実施の形態に係る流路形成体３０を示す。この流路形成体３０は、図示の基板３６と、この基板３６に接合される図略の蓋板とで構成される。前記基板３０は矩形状をなし、その上面には、複数本（図では４本）の第１の溝３１と、これらの第１の溝３１につながる複数本の第２の溝とが形成され、各第２の溝は、共通溝３２と分岐溝３４とで構成されている。そして、これらの溝３１，３２，３４を覆うように前記基板３６の上面に前記蓋板が接合される。

前記各第１の溝３１は、互いに平行で前記基板３６を横断する直線状をなしている。これらの第１の溝３１は２本ずつで対をなし、その対をなす第１の溝３１同士の間に前記第２の溝が形成されている。この第２の溝のうち、前記共通溝３２は、前記第１の溝３１と平行に延び、その一端が前記基板３０の長辺に至る一方、他端が基板３０の中央付近で止まっている。前記分岐溝３４は、前記共通溝３２の終端からこの共通溝３２と直交する方向に分岐し、それぞれ両側の第１の溝３１の途中部分につながっている。

この流路形成体３０では、前記基板３６の一方の長辺側から、前記第１の溝３１内に第１の液体Ｌ１が供給されるとともに前記共通溝３２内に第２の液体Ｌ２が供給される。前記第２の溝３２内に供給された第２の液体Ｌ２は、その終端から両分岐溝３４に分流して両側の第１の溝３１の途中部分に供給され、前述と同様にして微粒子を形成する。このようにして、一つの基板３０に形成された複数の第１の溝３１内での第２の液体Ｌ２からなる微粒子が同時に効率よく生産される。

さらに、本発明では、前記図２に示される基板１６や図７に示される基板３６と、その溝を覆うための蓋板とをそれぞれ複数枚備え、これらの基板と蓋板とがその厚み方向に交互に重ね合わされることにより、コンパクトな構造でより多くの微粒子を量産することが可能になる。

図８及び図９は、第６の実施の形態に係る流路形成体を示すものである。この流路形成体は、コンパクトな構造で第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２との化学反応を促進する機能を有するもので、複数の流路形成体本体４０と、複数の温度調節板５０とを備え、これら流路形成体本体４０と温度調節板５０とがその板厚方向に交互に重ねられることにより構築されるものである。

前記各流路形成体本体４０は、図９に示すような第１の基板構成部材４１及び第２の基板構成部材４２と、その間に挟まれる蓋板４４とからなるユニットを構成する。

前記第１の基板構成部材４１は、複数本の第１の溝４１ａを有し、前記第２の基板構成部材４２は複数本の第２の溝４２ａを有する。前記第１の溝４１ａは、前記第１の基板構成部材４１の下面に形成され、互いに平行に延びる直線状をなす。前記第２の溝４２ａは、前記第２の基板構成部材４２の上面に形成され、対応する第１の溝４１ａに対して流路形成体本体４０の厚み方向に重なる直線状をなす。この第２の溝４２ａは前記第１の溝４１ａの途中部分に対応する位置で途切れて終端を形成している。

前記蓋板４４は、前記両基板構成部材４１，４２の蓋板として共用される。すなわち、この蓋板４４の上面は、前記第１の溝４１ａを下から覆うように第１の基板構成部材４１の下面に接合される第１の接合面を構成し、同蓋板４４の下面は、前記第２の溝４２ａを上から覆うように前記第２の基板構成部材４２の上面に接合される第２の接合面を構成する。さらに、この蓋板４４には、前記第１の溝４１ａの途中部分と前記第２の溝４２ａの終端とを当該蓋板４４の厚み方向に連通する連通孔４４ａが設けられている。

この流路形成体本体４０では、前記第１の溝４１ａと蓋板４４とにより構成される第１の流路に第１の液体Ｌ１が供給され、前記第２の溝４２ａと蓋板４４とにより構成される第２の流路に第２の液体Ｌ２が供給される。この第２の液体Ｌ２は、前記蓋板４４の連通孔４４ａを通じて前記第１の流路の途中部分に合流する。その後は、前記第１の実施の形態と同様に、前記第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を塞ぎ、その上流側と下流側との圧力差によって分断され、第１の流路の断面積に対応する大きさの微粒子を形成する。そして、この微粒子を形成する第２の液体Ｌ２が前記第１の流路を移動しながら前記第１の液体Ｌ１と化学反応する。

この流路形成体本体４０では、各流路の形成に必要な面積が削減される。例えば、前記図１に示されるように１枚の基板１６に第１の流路に対応する第１の溝２１と第２の流路に対応する第２の溝２２が混合して平面配置されるものに比べると、前記各溝の配置に必要な面積は大幅に減る。特に、図示のように第１の溝４１ａと第２の溝４２ａとが互いに重なる形状を有するものでは、第１の流路及び第２の流路の双方の形成に必要な面積は実質上前記第１の流路の必要面積と等しくなる。また、前記蓋板４４は前記両基板構成部材４１，４２の蓋として兼用されるため、流路形成体全体の厚さも小さく抑えられる。

この流路形成体本体４０は、それ単体でも流路形成体として使用されることが可能であるし、その板厚方向に複数積層されれば全体処理量の増加に寄与し得る。また、その用途は化学反応用に限らず、単に微粒子の製造のみを目的として用いられてもよい。

前記温度調節板５０は、前記化学反応の促進に適した温度調節を行うためのもので、前記流路形成体全体の最上段及び最下段と、前記各流路形成体本体４０同士の間とに配設される。各温度調節板５０は、前記温度調節を行うための熱媒体である温度調節用液体Ｌ３を流すための温度調節用流路を形成するもので、それぞれ当該流路を形成するための溝５２を有する。

具体的に、最上段の温度調節板５０では、その下面に前記溝５２が形成され、それ以外の温度調節板５０では、その上面に前記溝５２が形成される。これらの溝５２は、前記流路形成体本体４０の両溝４１ａ，４２ａを複数回にわたって横切るように蛇行しており、その両端が互いに対向する辺に至っている。そして、これらの溝５２と前記流路形成体本体４０の上面または下面とによって温度調節用流路が形成され、これらの温度調節用流路に適当な温度に加温（もしくは冷却）された温度調節用液体Ｌ３が流される。

本発明の実施の形態は、以上示したものに限定されない。例えば、流路形成体を構成する基板の形状は矩形に限らず、円形、多角形など種々設定が可能である。各流路の断面形状も任意に設定可能である。また、各流路は必ずしも溝とこれを覆う蓋で構成されたものに限られず、例えば流路形成体に穿設された孔で構成されてもよい。

図１及び図２に示される装置を用いて、水からなる微粒子が製造される。この装置の流路形成体１０における第１の流路と第２の流路との交差角度は９０°であり、各溝２１，２２の幅及び深さはともに５００μｍである。各溝はエッチングにより形成される。

前記第１の液体Ｌ１にはヘキサンが使用され、第２の液体Ｌ２には水が使用される。ヘキサンの供給速度は０．０４０ｍ／ｓと低速に設定され、水の供給速度は０．００４４ｍ／ｓに設定される。この設定は、前記第１の流路内のヘキサンの流れにかかわらず、その途中部分に供給される水が当該第１の流路を塞ぐことを可能にする。その後、圧力差によって分断された水は安定した大きさの微粒子を形成し、ヘキサンとともに排出される。

図８及び図９に示される装置を用いて、第１の液体Ｌ１と第２の液体Ｌ２との化学反応処理が行われる。この装置における流路形成体本体４０の各溝４１ａ，４２ａの寸法及びその加工方法は実施例１と同様である。温度調節板５０の溝５２についても同様である。

前記第１の液体Ｌ１にはベンゼンが用いられ、前記第２の液体Ｌ２には混酸（硝酸６０％，硝酸２０％，水２０％）が用いられる。実施例１と同様、前記ベンゼンの供給速度は０．０４０ｍ／ｓに設定され、前記混酸の供給速度は０．００４４ｍ／ｓに設定される。前記温度調節用液体Ｌ３には水が用いられ、この水は５０℃に加温された状態で前記溝５２により構成される温度調節用流路に供給される。

この方法では、前記第１の流路中における前記ベンゼンの流れにかかわらず、前記混酸が当該第１の流路を塞ぐことができ、その後圧力差によって分断されて微粒子を形成する。この混酸からなる微粒子と前記ベンゼンとの接触部分でニトロ化反応が安定した速度で進行し、その結果、ニトロベンゼンが生成される。

本発明の第１の実施の形態に係る微粒子の製造装置を示す模式図である。 前記製造装置に用いられる流路形成体の斜視図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記製造装置における微粒子の製造過程を示す拡大平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る流路形成体の要部を示す拡大平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る流路形成体の要部を示す拡大平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る流路形成体の要部を示す拡大平面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る流路形成体の基板を示す斜視図である。 本発明の第６の実施の形態に係る流路形成体を示す分解斜視図である。 図８に示される流路形成体を構成する流路形成体本体の断面図である。

符号の説明

Ａ１ 特定領域
Ａ２ 下流側の領域
Ｌ１ 第１の液体
Ｌ２ 第２の液体
Ｌ３ 温度調節用液体
Ｖ１ 第１の液体の供給速度
１０，３０ 流路形成体
１１ 第１の液体供給ポンプ
１２ 第２の液体供給ポンプ
１６，３６ 基板
１８ 蓋板
２１ 第１の溝
２２ 第２の溝
２４ 微粒子
２６ 特定領域における第１の流路の内壁面
２８ 下流側の領域における第１の流路の内壁面
３０ 流路形成体
３１ 第１の溝
３２ 共通溝（第２の溝）
３４ 分岐溝（第２の溝）
４０ 流路形成体本体（ユニット）
４１ 第１の基板構成部材
４１ａ 第１の溝
４２ 第２の基板構成部材
４２ａ 第２の溝
４４ 蓋板
４４ａ 連通孔
５０ 温度調節板

Claims (15)

1. 第１の液体中に第２の液体からなる微粒子を製造するための方法であって、
   前記第１の液体を第１の流路内に第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給して当該第１の流路に沿って流す工程と、
   前記第１の流路の途中部分にこの第１の流路につながる第２の流路を通じて前記第２の液体を第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給する工程とを含み、
   前記第１の流路に連続的に供給される前記第２の液体が当該第１の流路を塞ぎ、この第１の流路を塞ぐ第２の液体がその上流側に供給される前記第１の流路内の圧力と下流側の前記第１の流路内の圧力との差によって前記第２の流路中の第２の液体から分断されてその下流側の第１の流路内に移動することにより微粒子を形成するように、前記第１の供給速度Ｖ１及び前記第２の供給速度Ｖ２を設定することを特徴とする微粒子の製造方法。
2. 請求項１記載の微粒子の製造方法を利用して前記第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させる方法であって、
   前記第１の流路のうち前記第２の液体が供給される地点よりも下流側の流路内に前記第２の液体からなる微粒子を流しながら当該第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させることを特徴とする化学反応方法。
3. 請求項１記載の微粒子の製造方法に用いられる流路形成体であって、
   前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成し、
   かつ、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域の内壁面が他の領域の内壁面よりも前記第２の液体に対する親和性が大きいことを特徴とする流路形成体。
4. 請求項２記載の化学反応方法に用いられる流路形成体であって、
   前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成し、
   かつ、前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域及び当該特定領域よりも下流側で前記第１の液体と前記第２の液体とを化学反応させるための領域の内壁面が他の領域の内壁面よりも前記第２の液体に対する親和性が大きいことを特徴とする流路形成体。
5. 第１の液体中に第２の液体からなる微粒子を製造するための装置であって、
   前記第１の液体が供給される第１の流路と、この第１の流路に対してその途中部分に合流する第２の流路とを含む流路を形成する流路形成体と、
   前記第１の液体を前記第１の流路内に第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給して当該第１の流路に沿って流す第１の液体供給手段と、
   前記第２の液体を前記第２の流路内に第２の供給速度Ｖ２で連続的に供給してこの第２の流路を通じて前記第１の流路の途中部分に供給する第２の液体供給手段とを備え、
   前記第１の流路に前記第１の供給速度Ｖ１で連続的に供給される前記第２の液体が当該第１の流路を塞ぎ、この第１の流路を塞ぐ第２の液体がその上流側の前記第１の流路内の圧力と下流側の前記第１の流路内の圧力との差によって前記第２の流路中の第２の液体から分断されて微粒子を形成するように、前記第１の液体供給手段による前記第１の液体の供給速度Ｖ１及び前記第２の液体供給手段による前記第２の液体の供給速度Ｖ２が設定されていることを特徴とする微粒子の製造装置。
6. 請求項５記載の微粒子の製造装置において、
   前記流路形成体の第１の流路のうちこの第１の流路に前記第２の流路が合流する地点を挟む特定領域以外の領域の流路断面積が前記特定領域の流路断面積よりも大きいことを特徴とする微粒子の製造装置。
7. 請求項５または６記載の微粒子の製造装置において、
   前記流路形成体は、前記第１の流路及び前記第２の流路に対応する形状の溝をもつ基板と、この基板の溝を覆うように当該基板に接合される蓋とを備えることを特徴とする微粒子の製造装置。
8. 請求項７記載の微粒子の製造装置において、
   複数枚の基板と、前記蓋に相当する複数枚の蓋板を備え、これらの基板と蓋板とがその板厚方向に交互に積層されていることを特徴とする微粒子の製造装置。
9. 請求項７記載の微粒子の製造装置において、
   前記基板は、前記第１の流路に対応する溝をもつ第１の基板構成部材と、前記第２の流路に対応する溝をもつ第２の基板構成部材とに分割され、
   前記蓋は、前記第１の基板構成部材にその溝を覆うように接合される第１の接合面と、この第１の接合面の裏側の面であって前記第２の基板構成部材にその溝を覆うように接合される第２の接合面とを有するとともに、前記第１の基板構成部材の溝と前記第２の基板構成部材の溝とを連通する連通孔を有することを特徴とする微粒子の製造装置。
10. 請求項９記載の微粒子の製造装置において、
    前記第１の流路と前記第２の流路とが前記基板の板厚方向に互いに重なる形状を有することを特徴とする微粒子の製造装置。
11. 請求項９または１０記載の微粒子の製造装置において、
    前記流路形成体は、前記第１基板構成部材及び前記第２基板構成部材とその間に挟まれる前記蓋とからなるユニットがその板厚方向に複数積層されたものであることを特徴とする微粒子の製造装置。
12. 請求項５−１１のいずれかに記載の微粒子の製造装置において、
    前記流路形成体として請求項３記載の流路形成体を含むことを特徴とする微粒子の製造装置。
13. 請求項５−１２のいずれかに記載の微粒子の製造装置において、
    当該製造装置は、前記第２の液体からなる微粒子をさらに前記第１の液体と相互に化学反応させるためのものであって、
    前記第１の流路のうち前記第２の流路が合流する地点よりも下流側の部分が前記化学反応を行わせるのに必要な流路長を有することを特徴とする微粒子の製造装置。
14. 請求項５−１１のいずれかに記載の微粒子の製造装置において、
    当該製造装置は、前記第２の液体からなる微粒子をさらに前記第１の液体と相互に化学反応させるためのものであって、
    前記流路形成体が請求項４記載の流路形成体を含み、その第１の流路のうち第２の流路が合流する地点よりも下流側の部分が前記化学反応を行わせるのに必要な流路長を有することを特徴とする微粒子の製造装置。
15. 請求項５−１４のいずれかに記載の微粒子の製造装置において、
    前記流路形成体は、前記第１の流路及び前記第２の流路に加え、前記第１の液体及び前記第２の液体のうちの少なくとも一方の温度を調節するための温度調節用液体が流される温度調節用流路を形成するものであることを特徴とする微粒子の製造装置。
    

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