JP5024741B2 - Nanoparticle production method and its microreactor - Google Patents
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Description
本発明は、ナノ粒子の製造方法とそのマイクロリアクタに関する。更に詳しくは、化学反応用の微小構造体に関し、微小流路内で化学反応を行いナノメータオーダの微細粒子を製造するためのナノ粒子の製造方法とそのマイクロリアクタに関する。 The present invention relates to a method for producing nanoparticles and a microreactor thereof. More specifically, the present invention relates to a microstructure for chemical reaction, and relates to a nanoparticle manufacturing method and a microreactor for manufacturing a nanometer order fine particle by performing a chemical reaction in a microchannel.
化合物の生産や製造においては、化学反応試料の供給、混合、反応活性化のための熱供給、熱除去、触媒反応の効率化等、化学反応の反応制御を向上させることに日々努力が重ねられている。反応制御の向上によって、生産安全性、反応生成物の収率、反応生成物の純度、有用な高活性中間生成物の単離の向上が可能になる。 In the production and production of chemical compounds, efforts are made every day to improve the chemical reaction reaction control, such as supply of chemical reaction samples, mixing, heat supply for reaction activation, heat removal, and efficient catalytic reaction. ing. Improved reaction control allows for improved production safety, reaction product yield, reaction product purity, and isolation of useful highly active intermediate products.
従来から化学反応には大きな反応槽が用いられることが一般的である。近年は、マイクロリアクタを用いた化学反応の効率化や、新規化合物の創製等を目的とする研究が注目されている。このマイクロリアクタは、サブマイクロメータからミリメータまでのオーダーの直径を有する狭い流路内に化学反応を起こすものである。 Conventionally, a large reaction tank is generally used for chemical reaction. In recent years, research aimed at improving the efficiency of chemical reactions using microreactors and creating new compounds has attracted attention. This microreactor causes a chemical reaction in a narrow channel having a diameter on the order of submicrometer to millimeter.
流路内の液体の熱容量が小さくなるのでマイクロリアクタを構成する他部から流路への熱交換を速やかに行うことが可能であるので、流路内の化学反応の温度制御が容易にできる。また、マイクロリアクタは高効率で、流路内を流出している溶液層間の化学反応を制御することが可能な点で、化学合成、新規化合物の造成、各種の試料の分析や解析等に革新的な変革をもたらすものとして大きく期待されている。 Since the heat capacity of the liquid in the flow path is reduced, it is possible to quickly exchange heat from other parts constituting the microreactor to the flow path, so that the temperature control of the chemical reaction in the flow path can be easily performed. In addition, the microreactor is innovative in chemical synthesis, creation of new compounds, analysis and analysis of various samples, etc., because it is highly efficient and can control the chemical reaction between the solution layers flowing out of the flow path. It is highly expected to bring about dramatic changes.
アクティブな化学反応制御装置としては、マグネチックスターラ等のような微小な領域を機械的に混合することにより、迅速な混合を行っているものがある。マグネチックスターラは、反応液が入っている容器の中に棒状または板状の撹拌用の永久磁石を配置し、容器の外側に配置された駆動用の永久磁石をモータによって駆動すると、その磁力を受けて撹拌用の永久磁石が回転して、反応液を撹拌し、その反応を促すものである。 Some active chemical reaction control devices perform rapid mixing by mechanically mixing minute regions such as a magnetic stirrer. The magnetic stirrer has a rod-like or plate-like permanent magnet for stirring placed in a container containing a reaction solution, and when the driving permanent magnet arranged outside the container is driven by a motor, its magnetic force is increased. In response, the permanent magnet for stirring is rotated to stir the reaction solution and promote the reaction.
特許文献１には、径１μｍ〜１ｍｍの微細流路を用いたナノ粒子の製造方法が開示されている。詳しくは、微細流路内に粒子形成用前駆体含有溶液を、連続的に供給しながら反応開始温度までに急速加熱し、反応を行わせたのち、急速冷却して、加熱温度と時間制御をする。 Patent Document 1 discloses a method for producing nanoparticles using a fine channel having a diameter of 1 μm to 1 mm. Specifically, the particle-forming precursor-containing solution is rapidly heated to the reaction start temperature while continuously supplying into the fine channel, and after the reaction is performed, the solution is rapidly cooled to control the heating temperature and time. To do.
また、可動部、動力部を持たない化学反応制御装置としては、スタティックミキサー等がある。スタティックミキサーは、管内を流れる混合液の流れを複雑にするようにして混合を促すためのものである。スタティックミキサーは、長方形の板状のエレメントをねじって管内に配置し、混合液はこのエレメントを通過するごとにその流れが変わるものである。例えば、混合液がこのエレメントを通過するとき分割されたり、エレメントのねじれに沿って管の中央部から壁部へ、または、壁部から中央部へと替えられる。 Further, as a chemical reaction control device having no movable part and no power part, there is a static mixer or the like. The static mixer is for promoting mixing by complicating the flow of the mixed liquid flowing in the pipe. In the static mixer, a rectangular plate-like element is twisted and arranged in a pipe, and the flow of the mixed liquid changes every time it passes through the element. For example, the liquid mixture is split as it passes through the element, or is changed from the center of the tube to the wall or from the wall to the center along the twist of the element.
乱流ではなくカオス対流を用いた混合、反応器としてはカオス式ミキサーがある。特許文献２には、カオス式ミキサーを開示している。スタティックミキサー等では、基本的に、複数溶液の層流を交互に重ねることにより、混合を行う。カオス式ミキサーは、複数溶液の層流を３次元的に折り重ねることにより混合をおこなう。 There is a chaotic mixer as a mixing / reactor using chaotic convection instead of turbulent flow. Patent Document 2 discloses a chaotic mixer. In a static mixer or the like, basically, mixing is performed by alternately laminating a plurality of laminar flows. A chaotic mixer performs mixing by three-dimensionally folding a laminar flow of a plurality of solutions.
非特許文献１のセラミックマイクロリアクタは、層流で流れている２種類の反応溶液でノ粒子を生成している。非特許文献２のジグザグ形のチャネルは、２種類の溶液を注入して、ナノ粒子を生成している。
しかしながらスタティックミキサーでは、流れ方向に垂直な方向でのフローパターンは、一次元的にしか制御できない。また、カオス式ミキサーは、基本的には層流を３次元的に折りたたむということを行うが、複雑な構造であるために、特に流速が高くなると部分的に乱流を起こしやすい。アクティブなマイクロミキサーは基本的に乱流である。 However, in the static mixer, the flow pattern in the direction perpendicular to the flow direction can be controlled only one-dimensionally. A chaotic mixer basically performs a three-dimensional folding of a laminar flow. However, since it has a complicated structure, a turbulent flow is likely to occur partially when the flow velocity is high. An active micromixer is basically turbulent.
上記に挙げたスタティックミキサー等では、層界面が容器の壁面に接触するので、異なる溶液の接触により生じた界面も容器の壁面と接触する。このように容器の壁面と接触すると、層界面での反応により生じた生成物の管壁への付着や生成物と管壁の反応が起こることがある。このように、溶液の接触により生じた生成物が、容器の壁面との相互作用を起こし、それが全体の反応に影響を及ぼす場合がある。 In the above-described static mixers and the like, the layer interface comes into contact with the wall surface of the container, so the interface caused by the contact of different solutions also comes into contact with the wall surface of the container. When contacting with the wall surface of the container in this way, the product produced by the reaction at the layer interface may adhere to the tube wall or the product may react with the tube wall. Thus, the product produced by the contact of the solution may interact with the wall surface of the container, which may affect the overall reaction.
一方、管壁と反応溶液の接触を断つためには、２流管を用いる方法がある。この内部は基本的に層流であるために、混合が拡散で起こる。しかし、拡散時間を短くするには、中心部の反応溶液を細くする必要があり、そのために生産量が低下し、逆に生産量を向上させるために中心部の反応溶液の層を太くすれば、混合時間が長くなる。 On the other hand, in order to break the contact between the tube wall and the reaction solution, there is a method using a two-flow tube. Since this interior is basically laminar, mixing occurs by diffusion. However, in order to shorten the diffusion time, it is necessary to make the reaction solution in the center thinner, so that the production volume decreases, and conversely if the layer of the reaction solution in the center is made thicker in order to improve the production volume , The mixing time becomes longer.
さらに、特許文献１のナノ粒子の製造方法においては、ナノ粒子を合成する際、あらかじめ２液を混合したり、ナノ材料攪拌子によって、試料溶液と、試薬溶液を強制的に攪拌したりし、その後加熱を行って生成物を得ている。この場合は、管の内壁と混合溶液が接触するために、上記の相互作用が起きる場合も多い。また、管内が層流であっても、壁との摩擦により流れと垂直な方向に流速分布が出来るため、加熱時間に若干のばらつきが生じて生成されたナノ粒子の粒度分布が広がる問題がある。 Furthermore, in the method for producing nanoparticles of Patent Document 1, when synthesizing nanoparticles, two liquids are mixed in advance, or the sample solution and the reagent solution are forcibly stirred with a nanomaterial stirrer, Thereafter, heating is performed to obtain a product. In this case, the above interaction often occurs because the inner wall of the tube is in contact with the mixed solution. In addition, even if the inside of the tube is laminar, the flow velocity distribution can be made in the direction perpendicular to the flow due to friction with the wall, so there is a problem that the heating time varies slightly and the particle size distribution of the generated nanoparticles is widened. .
本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、管壁と中間生成物、管壁と生成物との相互作用を絶ちながら複数の原料溶液を混合・反応を行わせるナノ粒子の製造方法とそのマイクロリアクタを提供する。
The present invention has been made based on the technical background as described above, and achieves the following objects.
An object of the present invention is to provide a method for producing nanoparticles and a microreactor for the same, in which a plurality of raw material solutions are mixed and reacted while the interaction between the tube wall and the intermediate product, the tube wall and the product is stopped.
本発明の他の目的は、微細流路内の流速分布を生じさせないナノ粒子の製造方法とそのマイクロリアクタを提供する。 Another object of the present invention is to provide a method for producing nanoparticles and a microreactor for the same that do not cause flow velocity distribution in a fine channel.
本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の第１の発明のナノ粒子の製造方法は、ナノ粒子を製造するに必要な溶液を含む３以上の溶液を複数の供給路から層流で別々に供給し、前記層流を維持した状態で、前記３以上の溶液を、化学反応が行われる微細流路に合流させ、主に隣接する前記層流間の反応で前記ナノ粒子を製造するためのナノ粒子の製造方法において、前記微細流路の形状は円錐体であり、前記円錐体の底面に前記複数の供給路が接続され、前記微細流路の他端である前記円錐体の頂部には、前記反応後の反応生成物を排出させるための試料排出路が接続され、前記３以上の溶液が合流される位置で前記供給路と接続する位置の前記微細流路の断面積は、前記試料排出路と接続する位置の前記微細流路の断面積より大きい断面積であり、前記３以上の溶液が合流される前記位置に断面にフローパターンを形成するように前記３以上の溶液が供給されて、前記３以上の溶液が前記微細流路内で層流を維持しながら通過して前記試料排出路へ排出され、前記化学反応に関与する溶液が、前記化学反応が行われる前記微細流路の壁面と接しない位置の前記供給路から前記微細流路に供給され、前記化学反応に関与する溶液が供給されない前記供給路から前記化学反応に関与しない溶液が前記微細流路に供給されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following means.
In the method for producing nanoparticles according to the first invention of the present invention, three or more solutions including a solution necessary for producing nanoparticles are separately supplied in a laminar flow from a plurality of supply paths, and the laminar flow is maintained. In the method for producing nanoparticles, the three or more solutions are joined to a fine flow path in which a chemical reaction is performed, and the nanoparticles are produced mainly by a reaction between the laminar flows adjacent to each other. The shape of the channel is a cone, the plurality of supply paths are connected to the bottom surface of the cone, and the reaction product after the reaction is placed on the top of the cone, which is the other end of the fine channel. A cross-sectional area of the fine channel at a position connected to the supply path at a position where the sample discharge path for discharging is connected and the three or more solutions are merged is the fine area at a position connected to the sample discharge path. the cross-sectional area greater than the cross-sectional area of the channel, the three or more solutions merge The location to be supplied with the three or more solutions so as to form a flow pattern in cross-section, discharged the three or more of the solution passes through while maintaining the laminar flow in the micro flow channel to said sample discharge passage is a solution that participate in the chemical reaction, the chemical reaction is supplied to the micro flow path from the supply passage at a position not in contact with the wall surface of the microchannel is performed, the solution involved in the chemical reaction is not supplied A solution that does not participate in the chemical reaction is supplied from the supply channel to the fine channel.
本発明の第２の発明のナノ粒子の製造方法は、本発明の第１の発明のナノ粒子の製造方法において、供給される前記３つ以上の溶液の供給する流量をそれぞれ変化させて、前記合流時の断面積の前記フローパターンを制御することを特徴とする。 The method for producing nanoparticles of the second invention of the present invention is the method for producing nanoparticles of the first invention of the present invention, wherein the flow rate of the three or more solutions to be supplied is changed, and controlling the flow pattern of the cross-sectional area at the confluence.
本発明の第３の発明のナノ粒子の製造方法は、本発明の第１又は２の発明のナノ粒子の製造方法において、前記反応は、隣接する前記層流間の拡散反応であることを特徴とする。 The method for producing nanoparticles of the third invention of the present invention is the method for producing nanoparticles of the first or second invention of the present invention, wherein the reaction is a diffusion reaction between the adjacent laminar flows. And
本発明の第４の発明のナノ粒子の製造方法は、本発明の第１又は第２の発明のナノ粒子の製造方法において、前記合流位置において、前記反応を促進するために加熱することを特徴とする。 The method for producing nanoparticles of the fourth invention of the present invention is characterized in that in the method for producing nanoparticles of the first or second invention of the present invention, heating is performed at the confluence to promote the reaction. And
本発明の第５の発明のマイクロリアクタは、ナノ粒子の製造に必要な溶液を含む３種類以上の溶液を層流で供給するため複数の試料供給流路と、前記試料供給流路に接続され、前記溶液の前記層流を維持した状態で混合し反応させるための微細流路と、前記微細流路で反応が行われた後、前記反応後の反応生成物を排出させるために前記微細流路と接続された試料排出路とからなり、前記微細流路の形状は円錐体であり、前記円錐体の底面に前記複数の前記供給路が接続され、前記微細流路の他端である前記円錐体の頂部には前記試料排出路が接続され、前記３以上の溶液が合流される位置で、前記供給路と接続する位置の前記微細流路の断面積は、前記排出路と接続する位置の前記微細流路の断面積より大きい断面積であり、前記３以上の溶液が合流される前記位置の断面にフローパターンを形成するように前記３以上の溶液が供給されて、前記３以上の溶液が前記微細流路内で層流を維持しながら通過して前記試料排出路へ排出され、前記化学反応に関与する溶液が、前記微細流路の壁面と接しない位置の前記試料供給流路から、前記微細流路に供給され、前記化学反応に関与する溶液が供給されない前記試料供給路から、前記化学反応に関与しない溶液が前記微細流路に供給されることを特徴とする。 The microreactor of the fifth invention of the present invention is connected to a plurality of sample supply channels for supplying three or more kinds of solutions including a solution necessary for producing nanoparticles in a laminar flow, and the sample supply channel, A fine channel for mixing and reacting while maintaining the laminar flow of the solution, and the fine channel for discharging the reaction product after the reaction after the reaction is performed in the fine channel And the shape of the fine channel is a cone, the plurality of supply channels are connected to the bottom surface of the cone, and the cone is the other end of the fine channel. The sample discharge path is connected to the top of the body, and the cross-sectional area of the fine channel at the position where the three or more solutions are merged is connected to the supply path. wherein the cross-sectional area greater than the cross-sectional area of the micro channel, the at least three Liquid is supplied least three solutions so as to form a flow pattern in its cross-section the position is merged, said three or more of the solution passes through while maintaining the laminar flow in the micro flow channel sample The solution that is discharged to the discharge path and is involved in the chemical reaction is supplied to the fine channel from the sample supply channel at a position that is not in contact with the wall surface of the fine channel, and the solution that is involved in the chemical reaction is supplied. A solution that does not participate in the chemical reaction is supplied to the fine channel from the sample supply channel that is not performed.
本発明の第６の発明のマイクロリアクタは、本発明の第５の発明のマイクロリアクタにおいて、前記微細流路に供給される溶液を選択し、及び／又は、前記試料供給流路の特定の前記試料供給流路の流量を、他の前記試料供給流路の流量より大きく又は小さくして前記層流の層厚を制御して、前記微細流路内の反応を２次元的に制御することを特徴とする。 A microreactor according to a sixth aspect of the present invention is the microreactor according to the fifth aspect of the present invention, wherein a solution supplied to the fine channel is selected and / or the specific sample supply in the sample supply channel The flow rate of the flow channel is made larger or smaller than the flow rate of the other sample supply flow channel to control the layer thickness of the laminar flow, and the reaction in the fine flow channel is controlled two-dimensionally. To do.
本発明の第７の発明のマイクロリアクタは、本発明の第５又は６の発明のマイクロリアクタにおいて、前記試料供給流路は、１μｍから１ｍｍの径を有することを特徴とする。 A microreactor according to a seventh aspect of the present invention is the microreactor according to the fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the sample supply channel has a diameter of 1 μm to 1 mm.
本発明の第８の発明のマイクロリアクタは、本発明の第５又は６の発明のマイクロリアクタにおいて、前記微細流路は、１μｍから１ｍｍの径であることを特徴とする。 The microreactor according to an eighth aspect of the present invention is the microreactor according to the fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the fine channel has a diameter of 1 μm to 1 mm.
本発明の第９の発明のマイクロリアクタは、本発明の第５又は６の発明のマイクロリアクタにおいて、前記微細流路内の前記溶液の温度を制御するためのもので、加熱器又は冷却器からなる温度制御手段と、前記温度を測定するための温度センサ手段とを有することを特徴とする。 A microreactor according to a ninth aspect of the present invention is the microreactor according to the fifth or sixth aspect of the present invention, for controlling the temperature of the solution in the fine channel, and is a temperature comprising a heater or a cooler. It has a control means and a temperature sensor means for measuring the temperature.
本発明の第１０の発明のマイクロリアクタは、本発明の第５又は６の発明のマイクロリアクタにおいて、前記試料供給流路はキャピラリからなり、前記微細流路に接続されていない前記キャピラリの一端にはシリンジコネクタが接続されていることを特徴とする。 A microreactor according to a tenth aspect of the present invention is the microreactor according to the fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the sample supply channel is composed of a capillary, and a syringe is connected to one end of the capillary not connected to the fine channel. A connector is connected.
本発明によると、次の効果が奏される。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
本発明は、流れと垂直な方向の３次元的な制御により、器壁と接触する面に器壁との相互作用を行わない層を持たせ、なおかつ、器壁と接触しない面では、より細い層流としてそれを効率的に配置することで、器壁と接触せずに、二重管方式（２流管）よりも効率的に反応を起こさせることが可能になった。 The present invention provides a layer that does not interact with the vessel wall on the surface that contacts the vessel wall by three-dimensional control in a direction perpendicular to the flow, and is thinner on the surface that does not contact the vessel wall. By arranging it efficiently as a laminar flow, it became possible to cause a reaction more efficiently than a double tube system (two-flow tube) without contacting the vessel wall.
本発明の実施の形態は、細管型マイクロリアクタの微細流路に連続的に供給された複数の溶液が微細流路内に層流を成して流れ、隣接する層流の各溶液間の反応又は拡散反応によって化学反応が行われてナノ粒子を生成するものである。この複数の溶液の層流は、微細流路の断面に対して２次元分布をする。従って、微細流路内に供給される溶液を選択することによって、微細流路の断面に対して化学反応の２次元制御が可能となるものである。 In the embodiment of the present invention, a plurality of solutions continuously supplied to the fine flow path of the capillary microreactor flow in a laminar flow in the fine flow path, and the reaction between adjacent laminar flow solutions or A chemical reaction is performed by a diffusion reaction to generate nanoparticles. The laminar flow of the plurality of solutions has a two-dimensional distribution with respect to the cross section of the fine channel. Therefore, by selecting the solution supplied into the fine channel, two-dimensional control of the chemical reaction can be performed on the cross section of the fine channel.
言い換えると、微細流路の中のマイクロ空間の中に、層流のフローパターンを形成している。この層流のフローパターンは、微細流路内に供給される溶液の選択、その流速の制御、微細流路のアレンジ等によって形成する。微細流路内に供給される溶液の流速は、下述するように、ペクレ数やレイノルズ数によって定量的に取り扱うことができる。 In other words, a laminar flow pattern is formed in the micro space in the fine channel. This laminar flow pattern is formed by selecting a solution to be supplied into the fine channel, controlling the flow rate, arranging the fine channel, and the like. As described below, the flow rate of the solution supplied into the microchannel can be quantitatively handled by the Peclet number or the Reynolds number.
次に、本発明の実施の形態を添付図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の細管型マイクロリアクタを示す概略図である。図３は、細管型マイクロリアクタ１の断面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a thin tube microreactor according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the thin tube type microreactor 1.
図１に示している細管型マイクロリアクタ１は、複数の溶液を整流して微細流路３に送り込むための複数のキャピラリ管２、これらの複数の溶液が層流状態で混合されて化学反応が行われる微細流路３、反応後の反応生成物と反応残留溶液を排出するための排出管４等から構成される。複数の溶液を層流状態で微細流路３内で混合させて化学反応を行わせたり、また、層流状態でそのまま排出管４内に流れながら化学反応を行わせたりすることができる。図２は、キャピラリ管２と微細流路３の接続部分を拡大した断面を示す概要図である。 A capillary microreactor 1 shown in FIG. 1 has a plurality of capillary tubes 2 for rectifying a plurality of solutions and feeding them into a fine channel 3, and a plurality of these solutions are mixed in a laminar flow state to perform a chemical reaction. And a discharge pipe 4 for discharging the reaction product after the reaction and the reaction residual solution. A plurality of solutions can be mixed in the fine flow path 3 in a laminar flow state to cause a chemical reaction, or a chemical reaction can be carried out while flowing in the discharge pipe 4 as it is in a laminar flow state. FIG. 2 is a schematic diagram showing an enlarged cross section of the connection portion between the capillary tube 2 and the fine flow path 3.
キャピラリ管２の一端は微細流路３に接続され、その他端はシリンジコネクタ５に接続されている。シリンジコネクタ５には、溶液を供給するためのシリンジポンプ６がそれぞれ接続される。溶液は、シリンジポンプ６からキャピラリ管２に供給され、微細流路３に送られて微細流路３内に混合され、化学反応が行われる。本実施の形態のキャピラリ管２は、長さ約５００ｍｍであり、その内孔の直径は１μｍ〜１ｍｍである。キャピラリ管２と微細流路３の接合は、特に方法を問わないが、反応に影響を与えない接着剤や、高温の反応に耐えうる耐熱接着剤等を用いることができる。 One end of the capillary tube 2 is connected to the fine channel 3, and the other end is connected to the syringe connector 5. A syringe pump 6 for supplying a solution is connected to each syringe connector 5. The solution is supplied from the syringe pump 6 to the capillary tube 2, sent to the microchannel 3, and mixed in the microchannel 3 to perform a chemical reaction. The capillary tube 2 of the present embodiment has a length of about 500 mm, and the diameter of its inner hole is 1 μm to 1 mm. The method for joining the capillary tube 2 and the fine channel 3 is not particularly limited, but an adhesive that does not affect the reaction, a heat-resistant adhesive that can withstand a high-temperature reaction, or the like can be used.
微細流路３の一端面には、複数のキャピラリ管２がそれぞれ接続されている。微細流路３の概略の形状は円錐体であり、その底面に複数のキャピラリ管２が接続されている。キャピラリ管２の中心軸線は、互いに平行になるように配置されている。微細流路３の他端である頂部には、排出管４の一端が固定されている。本実施の形態の微細流路３の底面の直径は３．５ｍｍ、高さは１ｍｍ、頂部の直径は０．５ｍｍである。 A plurality of capillary tubes 2 are respectively connected to one end face of the micro flow path 3. The rough shape of the fine channel 3 is a cone, and a plurality of capillary tubes 2 are connected to the bottom surface thereof. The central axes of the capillary tubes 2 are arranged so as to be parallel to each other. One end of the discharge pipe 4 is fixed to the top which is the other end of the fine flow path 3. The diameter of the bottom surface of the microchannel 3 of the present embodiment is 3.5 mm, the height is 1 mm, and the top diameter is 0.5 mm.
微細流路３の頂部は、その断面は径１μｍ〜１ｍｍの範囲にすることが望ましい。このように直径を小さくするとこの微細流路３を通る溶液の表面積に対する体積の割合が小さくなり、加熱により外部から与えられる熱を短時間で均一に全体に伝えることができる。よって、反応の加熱制御が容易になる利点を有する。また、室温での反応であれば、基本的にレイノルズ数が２１００以下の層流域であればかまわない。しかし、この場合も、拡散混合による混合効率の観点から、微細流路３内に生じる流れの１ユニットの直径が１５０μｍ以下であることが望ましい。 As for the top part of the fine flow path 3, it is desirable to make the cross section into the range of 1 micrometer-1 mm in diameter. When the diameter is reduced in this way, the volume ratio with respect to the surface area of the solution passing through the fine flow path 3 is reduced, and heat applied from the outside by heating can be uniformly transmitted to the whole in a short time. Therefore, there is an advantage that the heating control of the reaction becomes easy. Moreover, if it is reaction at room temperature, it may be basically a laminar flow region having a Reynolds number of 2100 or less. However, also in this case, from the viewpoint of mixing efficiency by diffusion mixing, it is desirable that the diameter of one unit of the flow generated in the fine flow path 3 is 150 μm or less.
一般的には、線状の管内に溶液を注入して比較的に低流速で流すと、溶液が管軸線に平行な線となって流れるものが層流である。管内の流速が大きくなると、溶液の流速は局所的に不規則な流速となり、層流から乱流となる。この乱流は、反応溶液と管内壁との摩擦により生じる反応溶液の流速分布のばらつきであると考えられる。乱流によるバックミキシングは溶液の反応時間のばらつきを起こし、反応生成物の粒度分布を狭くすることが困難になる原因になる。 In general, when a solution is injected into a linear tube and allowed to flow at a relatively low flow rate, a solution in which the solution flows as a line parallel to the tube axis is a laminar flow. When the flow velocity in the tube increases, the flow velocity of the solution becomes locally irregular and changes from laminar flow to turbulent flow. This turbulent flow is considered to be a variation in the flow rate distribution of the reaction solution caused by friction between the reaction solution and the inner wall of the tube. Backmixing due to turbulent flow causes variations in the reaction time of the solution, which makes it difficult to narrow the particle size distribution of the reaction product.
従って、本実施の形態の微細流路３内の溶液の流れは層流であり、隣接して層流する各溶液間の拡散によって化学反応が行われてナノ粒子を生成する。そのためには、微細流路３内に乱流を起こさない程度の流速制御が重要である。この流速制御は、微細流路３内を流れる液体の慣性力と粘性力の比によって表されるパラメータであるレイノルズ数で表し、定量的に取り扱うことができる。このレイノルズ数Ｒｅは、微細流路３の管径、それを流れる液体の流速と粘度によって次の式で表される。 Therefore, the flow of the solution in the microchannel 3 of the present embodiment is a laminar flow, and a chemical reaction is performed by diffusion between adjacent solutions that flow laminarly to generate nanoparticles. For this purpose, it is important to control the flow rate so as not to cause turbulent flow in the fine flow path 3. This flow rate control is expressed by the Reynolds number, which is a parameter expressed by the ratio between the inertial force and the viscous force of the liquid flowing in the fine channel 3, and can be handled quantitatively. This Reynolds number Re is expressed by the following equation depending on the diameter of the microchannel 3 and the flow velocity and viscosity of the liquid flowing therethrough.
Ｒｅ＝ＶＬ／ν （式１）
ただし、Ｖ[ｍ／ｓ]は流体の代表速度、Ｌ［ｍ］は管径、ν［ｍ２／ｓ］は動粘性係数である。
Re = VL / ν (Formula 1)
However, V [m / s] is a typical fluid velocity, L [m] is a pipe diameter, and ν [m 2 / s] is a kinematic viscosity coefficient.
微細流路３内の溶液の注入流速は、微細流路３内のレイノルズ数（Ｒｅ）が２１００以下の層流域であることが望ましい。また、一般に溶液の粘度、流速、温度によって異なるが、微細流路３内のレイノルズ数が２１００を超えると、乱流によるバックミキシングが大きくなるため、粒度分布を狭くすることが困難になる。また、管径が１μｍよりも小さくなると、製造装置としては取り扱いにくくなる上に、操作時に装置内の圧力損失が大きくなり、生産効率が低下する。 The injection flow rate of the solution in the microchannel 3 is desirably a laminar flow region where the Reynolds number (Re) in the microchannel 3 is 2100 or less. In general, although it varies depending on the viscosity, flow rate, and temperature of the solution, if the Reynolds number in the fine channel 3 exceeds 2100, backmixing due to turbulent flow increases, making it difficult to narrow the particle size distribution. Further, when the tube diameter is smaller than 1 μm, it becomes difficult to handle as a manufacturing apparatus, and the pressure loss in the apparatus increases during operation, and the production efficiency decreases.
層流下の溶液の拡散による混合速度は、次のペクレ数Ｐｅを用いて求めることができる。
Ｐｅ＝Ｄｔ／Ｌ２ （式２）
ただし、Ｄ[ｍ２／s]は拡散係数、ｔ[s]は時間、Ｌ[ｍ]は拡散のための長さ（管径）である。
The mixing speed by the diffusion of the solution under laminar flow can be obtained using the following Peclet number Pe.
Pe = Dt / L 2 (Formula 2)
However, D [m 2 / s] is a diffusion coefficient, t [s] is time, and L [m] is a length (tube diameter) for diffusion.
完全混合するためには、ペクレ数Ｐｅが１になることが条件であり、時間ｔが
ｔ＜Ｌ２／Ｄ （式３）
の時間で完全に混合する。また、拡散係数Ｄは、次のストークス−アインシュタインの式で大まかに計算可能である。
Ｄ＝ｋＴ／（６πηα） （式４）
ただし、ｋ[Ｊ／Ｋ]はボルツマン定数、Ｔ[Ｋ]は絶対温度、η[Pa・ｓ]は粘性係数、α[ｍ]は粒子径である。
For complete mixing, the condition is that the Peclet number Pe is 1, and the time t is t <L 2 / D (Equation 3)
Mix thoroughly in time. The diffusion coefficient D can be roughly calculated by the following Stokes-Einstein equation.
D = kT / (6πηα) (Formula 4)
Where k [J / K] is the Boltzmann constant, T [K] is the absolute temperature, η [Pa · s] is the viscosity coefficient, and α [m] is the particle diameter.
式４においては、拡散係数Ｄは粒径αに反比例する。例えば、水中の（粒子径α＝）０．３ｎｍの大きさの分子の拡散係数Ｄは、約１０−９ｍ２／ｓになる。（粒子径α＝）３ｎｍのときは、拡散係数Ｄは１０−１０ｍ２／ｓになる。これから、２秒で完全混合させるための層幅は、０．３ｎｍの際には３０μｍ、３ｎｍの際には１０μｍになる。よって、低分子（大きさ０．３ｎｍ程度）の場合には、１０秒以下で完結する反応に関しては、３０μｍ以下の層厚であることが望ましい。 In Equation 4, the diffusion coefficient D is inversely proportional to the particle size α. For example, the diffusion coefficient D of a molecule having a size of 0.3 nm (particle diameter α =) in water is about 10 −9 m 2 / s. When (particle diameter α =) 3 nm, the diffusion coefficient D is 10 −10 m 2 / s. From this, the layer width for complete mixing in 2 seconds is 30 μm at 0.3 nm and 10 μm at 3 nm. Therefore, in the case of a low molecule (size of about 0.3 nm), a layer thickness of 30 μm or less is desirable for a reaction that is completed in 10 seconds or less.
原料溶液の層厚は、原料溶液を流す細管の選択によっても制御可能だが、流量比により変化させることが可能である。ある細管からの流量を、他の細管の流量より遅く流すと、その膜厚は薄くなり、逆に流量を上げると太くなる。 The layer thickness of the raw material solution can be controlled by selecting a thin tube through which the raw material solution flows, but can be changed depending on the flow rate ratio. When the flow rate from a certain thin tube is made slower than the flow rate of other thin tubes, the film thickness decreases, and conversely, the flow rate increases to increase the thickness.
微細流路３内で複数の溶液の反応が行われ、反応生成物及び反応残留溶液は排出管４を通って大気中に取り出されて急冷される。排出管４を通って大気中に取り出された反応生成物及び反応残留溶液は、捕集器（図示せず。）等に捕集される。微細流路３は、オイルバス等から構成される加熱帯域に置かれ、反応開始温度まで急熱され、反応が行われても良い。 A plurality of solutions are reacted in the micro flow path 3, and the reaction product and the reaction residual solution are taken out into the atmosphere through the discharge pipe 4 and rapidly cooled. The reaction product and the reaction residual solution taken out into the atmosphere through the discharge pipe 4 are collected in a collector (not shown) or the like. The fine flow path 3 may be placed in a heating zone composed of an oil bath or the like, rapidly heated to the reaction start temperature, and the reaction may be performed.
図３は、微細流路３に流れる複数溶液の断面を示す概念図である。この概念図から明らかなように、複数のキャピラリ管２から微細流路３に流される溶液は、微細流路３の底面に供給された状態のままで、複数のキャピラリ管２と同様に配置された層流となり２次元的な配置となる。図３に示す断面図は、キャピラリ管２を順番に１〜１４までに番号を付けて表している。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing a cross section of a plurality of solutions flowing through the fine channel 3. As is clear from this conceptual diagram, the solution flowing from the plurality of capillary tubes 2 to the microchannel 3 is arranged in the same manner as the plurality of capillary tubes 2 while being supplied to the bottom surface of the microchannel 3. It becomes a laminar flow and has a two-dimensional arrangement. In the cross-sectional view shown in FIG. 3, the capillary tubes 2 are represented by numbers 1 to 14 in order.
キャピラリ管２から別々の溶液がそれぞれ供給され、微細流路３内で混合されて層流を維持しながら通過して反応を起こし、排出管４に導かれる。このとき、微細流路３内では、各溶液の流れは層流である。各溶液の流れが層流であるために基本的には隣り合う層流間にしか化学反応が行われない。 Separate solutions are respectively supplied from the capillary tube 2, mixed in the microchannel 3, pass through while maintaining a laminar flow, cause a reaction, and are led to the discharge tube 4. At this time, the flow of each solution is a laminar flow in the microchannel 3. Since each solution flow is a laminar flow, a chemical reaction basically takes place only between adjacent laminar flows.
微細流路３の断面図にあるパターンを形成するようにキャピラリ管２に溶液を供給して、化学反応を制御することが可能である。例えば、微細流路３の断面図に示す３、１３、８、１０番のキャピラリ管２に前駆体含有溶液、その他のキャピラリ管２に前駆体を含まない溶液を供給することが可能である。このようにパターンを形成し、反応制御が行われていることを次の実施例に詳しく説明する。 It is possible to control the chemical reaction by supplying a solution to the capillary tube 2 so as to form a pattern in the cross-sectional view of the microchannel 3. For example, a precursor-containing solution can be supplied to the capillary tubes 2, 13, 8, 10, and 10 shown in the cross-sectional view of the microchannel 3, and a solution that does not contain the precursor can be supplied to the other capillary tubes 2. The following example explains in detail that the pattern is formed and the reaction control is performed.
キャピラリ管２、微細流路３の材料としては、ガラス、金属、合金、プラスチック例えばポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。また、微細流路３としては、チューブ状の形状を持つものや、金属や合金のような耐熱性基板上に、シリカ、アルミナ、チタニアのような金属酸化物又はフッ素樹脂、ポリイミド樹脂のような耐熱性プラスチックの層を設け、それに幅１μｍ〜１ｍｍの溝をレーザ加工、腐食等により刻設したものを用いることもできる。 As materials for the capillary tube 2 and the fine channel 3, glass, metal, alloy, plastic such as polyolefin, polyvinyl chloride, polyamide, polyester, fluororesin, polyimide resin, or the like can be used. The fine channel 3 has a tube-like shape, a heat-resistant substrate such as a metal or an alloy, a metal oxide such as silica, alumina or titania, a fluorine resin, or a polyimide resin. It is also possible to use a heat-resistant plastic layer provided with a groove having a width of 1 μm to 1 mm formed by laser processing, corrosion, or the like.
細管型マイクロリアクタ１には、反応溶液を最適な反応温度までに加熱するための加熱手段と反応後に冷却するための冷却手段とを設けることもできる。加熱手段としては、オイルのような加熱媒体を用いるもの、ヒートプレート、電気炉、赤外線、加熱器、高周波加熱器など通常の加熱に際し慣用されている手段の中から適宜選んで用いることができる。 The capillary microreactor 1 can be provided with a heating means for heating the reaction solution to an optimum reaction temperature and a cooling means for cooling after the reaction. The heating means can be appropriately selected from means commonly used for normal heating, such as those using a heating medium such as oil, heat plates, electric furnaces, infrared rays, heaters, and high-frequency heaters.
冷却手段としては、自然放冷、空冷、水冷、油冷などにより行うことができ、このための装置としては、一般に使用されている冷却装置の中から任意に選ぶことができる。また、小型の発熱素子、ペルチェ素子などを微細流路３の周囲に配置して、局部的に加熱するための加熱手段又は冷却するための冷却手段として利用することもできる。 As a cooling means, it can carry out by natural cooling, air cooling, water cooling, oil cooling, etc. As an apparatus for this, it can select arbitrarily from the cooling devices generally used. Moreover, a small heat generating element, a Peltier element, etc. can be arrange | positioned around the microchannel 3, and can also be utilized as a heating means for heating locally, or a cooling means for cooling.
次に、本発明の実施例１を実験例を用いて説明する。図４には、試作された細管型マイクロリアクタ１の写真である。細管型マイクロリアクタ１のシリンジコネクタ５、キャピラリ管２、微細流路３、排出管４は、上記の実施の形態で説明したのと同様なものは同じ番号を付け、その定義と詳細な説明はここで省略する。キャピラリ管２は１４本で、それぞれシリンジコネクタ５を接続されている。 Next, Example 1 of the present invention will be described using experimental examples. FIG. 4 is a photograph of the prototyped tubular microreactor 1. The syringe connector 5, capillary tube 2, fine channel 3, and discharge tube 4 of the thin tube type microreactor 1 are given the same numbers as those described in the above embodiment, and the definition and detailed description thereof are here. Omitted. There are 14 capillary tubes 2 to which syringe connectors 5 are connected.
図５と図６は、注入された溶液が微細流路３内で層流を成して流れていることを実証したものである。図４は微細流路３の断面図の概要である。１４本のキャピラリ管２には第１〜第１４の固有番号を付け、それぞれに溶液を注入する。図５の断面図に示すように、注入された溶液は微細流路３内に層流を成して流れる。図６は排出管４の出口付近の様子を示す写真である。１本のキャピラリ管２のみに蛍光色素を含む水を注入し、その他のキャピラリ管２には蛍光色素を含まない水を注入したものである。 5 and 6 demonstrate that the injected solution flows in a laminar flow in the microchannel 3. FIG. 4 is an outline of a cross-sectional view of the fine channel 3. The 14 capillary tubes 2 are assigned first to fourteenth unique numbers, and a solution is injected into each of them. As shown in the cross-sectional view of FIG. 5, the injected solution flows in a laminar flow in the microchannel 3. FIG. 6 is a photograph showing a state near the outlet of the discharge pipe 4. Water containing a fluorescent dye is injected into only one capillary tube 2 and water not containing a fluorescent dye is injected into the other capillary tubes 2.
図６には、特定の１本のキャピラリ管２のみに蛍光色素を含む水を注入した場合、排出管４の出口付近の蛍光色素の位置を示した断面の写真である。図６のａは第１キャピラリ管２のみに蛍光色素を含む水を注入した場合である。この図からは、第１キャピラリ管２に注入された蛍光色素を含む水は微細流路３の中で層流を成して流れて排出管４に導かれていることがわかる。 FIG. 6 is a cross-sectional photograph showing the position of the fluorescent dye in the vicinity of the outlet of the discharge pipe 4 when water containing the fluorescent dye is injected into only one specific capillary tube 2. FIG. 6 a shows a case where water containing a fluorescent dye is injected only into the first capillary tube 2. From this figure, it can be seen that the water containing the fluorescent dye injected into the first capillary tube 2 flows in a laminar flow in the fine channel 3 and is guided to the discharge tube 4.
図６のｂ〜ｈはａの場合と同様である。図６のｂは第２キャピラリ管２、ｃは第４キャピラリ管２、ｄは第６キャピラリ管２、ｅは第８キャピラリ管２、ｆは第９キャピラリ管２、ｇは第１２キャピラリ管２、ｈは第１４キャピラリ管２の場合である。径２００μｍの微細流路３内には、蛍光色素の位置を制御することは、キャピラリ管の番号を選択して注入することにより可能である。 B to h in FIG. 6 are the same as in the case of a. 6, b is the second capillary tube 2, c is the fourth capillary tube 2, d is the sixth capillary tube 2, e is the eighth capillary tube 2, f is the ninth capillary tube 2, and g is the twelfth capillary tube 2. H represents the case of the 14th capillary tube 2. In the fine flow path 3 having a diameter of 200 μm, the position of the fluorescent dye can be controlled by selecting and injecting the capillary tube number.
図７から図９は、複数のキャピラリ管に蛍光色素を含む水を注入した場合、排出管４の出口付近の蛍光色素の位置を示した断面の写真である。図７のａに図示した断面図の第８、第１２、第６、第１３のキャピラリ管に蛍光色素を含む水を注入した場合であり、図７のｂは排出管４の出口付近の蛍光色素の位置を示した断面の写真である。 7 to 9 are photographs of a cross section showing the position of the fluorescent dye near the outlet of the discharge pipe 4 when water containing the fluorescent dye is injected into a plurality of capillary tubes. 7 is a case where water containing a fluorescent dye is injected into the eighth, twelfth, sixth, and thirteenth capillary tubes in the cross-sectional view shown in FIG. 7 a, and FIG. 7 b is the fluorescence near the outlet of the discharge tube 4. It is the photograph of the cross section which showed the position of the pigment | dye.
図８のａに図示した断面図の第７、第８、第６、第３のキャピラリ管に蛍光色素を含む水を注入した場合であり、図８のｂは排出管４の出口付近の蛍光色素の位置を示した断面の写真である。図９のａに図示した断面図の第１０、第１２、第６、第３のキャピラリ管に蛍光色素を含む水を注入した場合であり、図９のｂは排出管４の出口付近の蛍光色素の位置を示した断面の写真である。 8 is a case where water containing a fluorescent dye is injected into the seventh, eighth, sixth, and third capillary tubes in the cross-sectional view shown in FIG. 8 a, and FIG. 8 b is the fluorescence near the outlet of the discharge tube 4. It is the photograph of the cross section which showed the position of the pigment | dye. 9 is a case where water containing a fluorescent dye is injected into the tenth, twelfth, sixth, and third capillary tubes in the cross-sectional view shown in FIG. 9 a, and FIG. 9 b is the fluorescence near the outlet of the discharge tube 4. It is the photograph of the cross section which showed the position of the pigment | dye.
図７〜９の結果からは、図７の場合は、排出管４の出口付近の蛍光色素の位置が注入時とは同じ位置にあり、蛍光色素は流速が極端に低い管壁の部分に渡っていないことがわかる。よって、キャピラリ管２の内、管壁から離れている第８、第１２、第１３、及び第６のキャピラリ管に蛍光色素を含む水を流通させれば、流速が均一な状態を形成できるが期待できる。 From the results shown in FIGS. 7 to 9, in the case of FIG. 7, the position of the fluorescent dye near the outlet of the discharge pipe 4 is in the same position as at the time of injection, and the fluorescent dye passes over the portion of the tube wall where the flow velocity is extremely low. You can see that it is not. Therefore, if water containing a fluorescent dye is circulated through the eighth, twelfth, thirteenth, and sixth capillary tubes that are separated from the tube wall in the capillary tube 2, a uniform flow rate can be formed. I can expect.
次に、本発明の実施例２を実験例を用いて説明する。本実施例２では、実施例１と同様の細管型マイクロリアクタ１（図４を参照）を用いた。細管型マイクロリアクタ１の排出管４は管内径０．５ｍｍである。細管型マイクロリアクタ１の排出管４の部分のみ４０ｃｍを２７５℃のオイルバスの中に浸した。そして、キャピラリ管２の内、管壁から離れている第８、第１２、第１３、第６、及び第１４のキャピラリ管２には溶液を注入し、その他のキャピラリ管２にはオクタデセンを注入した。溶液は、供給速度０．０１ｍｌ／分で注入した。 Next, Example 2 of the present invention will be described using experimental examples. In Example 2, the same thin tube type microreactor 1 (see FIG. 4) as in Example 1 was used. The discharge tube 4 of the thin tube type microreactor 1 has a tube inner diameter of 0.5 mm. Only the portion of the discharge tube 4 of the thin tube type microreactor 1 was immersed in an oil bath at 275 ° C. Then, a solution is injected into the eighth, twelfth, thirteenth, sixth, and fourteenth capillary tubes 2 that are separated from the tube wall, and octadecene is injected into the other capillary tubes 2. did. The solution was injected at a feed rate of 0.01 ml / min.
第８、第１２、第１３、第６、及び第１４のキャピラリ管２に注入送液した溶液は、それぞれステアリン酸カドミウム７０ｇ／ｋｇ、トリオクチルリン酸オキシド３００ｇ／ｋｇ、トリオクチルリン酸セレニド９０ｇ／ｋｇ及びトリオクチルリン酸２８０ｇ／ｋｇ、ステアリン酸２６０ｇ／ｋｇを含む溶液である。 The solutions injected into the eighth, twelfth, thirteenth, sixth, and fourteenth capillary tubes 2 were cadmium stearate 70 g / kg, trioctyl phosphate oxide 300 g / kg, and trioctyl phosphate selenide 90 g, respectively. / Kg, trioctyl phosphoric acid 280 g / kg, stearic acid 260 g / kg.
キャピラリ管２から注入された溶液とオクタデセンは、微細流路３を通過させ、最終的に排出管４を通過させた。反応は、加熱部分に行われる。加熱部分は、オイルバスの中に寝かしている部分である。反応溶液が加熱部分に差し掛かると急熱されて反応を開始し、加熱部分を抜けると急冷して反応が停止された。そして、排出管４から排出される反応混合液を回収し、そのＵＶ−ＶＩＳ吸収スペクトルを測定して生成したセレン化カドミウムナノ粒子（ＣｄＳｅナノ粒子）の粒径を求めた。さらに、セレン化カドミウムナノ粒子（ＣｄＳｅナノ粒子）の蛍光分光測定を行い、その粒度分布を比較した。 The solution and octadecene injected from the capillary tube 2 passed through the fine channel 3 and finally passed through the discharge tube 4. The reaction takes place in the heated part. The heated part is the part laid in the oil bath. When the reaction solution reached the heated part, it was rapidly heated to start the reaction, and when it passed through the heated part, it was rapidly cooled to stop the reaction. And the reaction liquid mixture discharged | emitted from the discharge pipe 4 was collect | recovered, the particle size of the cadmium selenide nanoparticle (CdSe nanoparticle) produced | generated by measuring the UV-VIS absorption spectrum was calculated | required. Furthermore, the fluorescence spectroscopic measurement of the cadmium selenide nanoparticle (CdSe nanoparticle) was performed, and the particle size distribution was compared.
上記測定の結果、流通開始後１０分後に得られた生成物のセレン化カドミウムナノ粒子（ＣｄＳｅナノ粒子）の吸収ピーク波長は５２０ｎｍ、その粒子径は２．８ｎｍであった。セレン化カドミウムナノ粒子（ＣｄＳｅナノ粒子）の蛍光分光測定の結果、蛍光波長は５３０ｎｍ，蛍光半値幅は３８ｎｍであった。また、流通を１時間の間に継続させても微細流路３の壁には、生成物が付着した形跡はみられなかった。 As a result of the above measurement, the absorption peak wavelength of cadmium selenide nanoparticles (CdSe nanoparticles) of the product obtained 10 minutes after the start of distribution was 520 nm, and the particle diameter was 2.8 nm. As a result of fluorescence spectroscopic measurement of the cadmium selenide nanoparticles (CdSe nanoparticles), the fluorescence wavelength was 530 nm and the fluorescence half width was 38 nm. Further, even if the circulation was continued for 1 hour, no evidence of product adhesion was found on the walls of the fine flow path 3.
次に、本発明の比較例を実験例を用いて説明する。本比較例では、実施例２と比較するために、細管型マイクロリアクタ１ではなく、一本の細管を細管型マイクロリアクタとして用いた。この細管型マイクロリアクタは管内径０．５ｍｍであり、細管型マイクロリアクタの４０ｃｍを２７５℃のオイルバスの中に浸した。 Next, a comparative example of the present invention will be described using experimental examples. In this comparative example , in order to compare with Example 2, not a thin tube type microreactor 1 but a single thin tube was used as a thin tube type microreactor. This thin tube type microreactor had a tube inner diameter of 0.5 mm, and 40 cm of the thin tube type microreactor was immersed in an oil bath at 275 ° C.
上記の実施例２と同様の溶液とオクタデセンを供給速度０．１４ｍｌ／分で注入した。その結果、流通開始後１０分後に得られた生成物の吸収ピーク波長は５３０ｎｍ、その粒子径は２．８ｎｍであった。蛍光分光測定の結果、蛍光波長は５４５ｎｍ、蛍光半値幅は５０ｎｍであり、粒度分布が広がることがわかった。１時間の間の流通後、微細流路３の壁には、赤黒色の付着物が付着した形跡がみられた。 The same solution and octadecene as in Example 2 above were injected at a feed rate of 0.14 ml / min. As a result, the product obtained 10 minutes after the start of distribution had an absorption peak wavelength of 530 nm and a particle size of 2.8 nm. As a result of fluorescence spectroscopic measurement, it was found that the fluorescence wavelength was 545 nm, the fluorescence half width was 50 nm, and the particle size distribution was widened. After circulation for 1 hour, a trace of red and black deposits was observed on the walls of the fine channel 3.
本発明は、新材料開発分野、バイオ技術分野、医療分野に利用すると良い。 The present invention is preferably used in the field of new material development, the field of biotechnology, and the field of medicine.
１…細管型マイクロリアクタ
２…キャピラリ管
３…微細流路
４…排出管
５…シリンジコネクタ
６…シリンジポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin tube type micro reactor 2 ... Capillary tube 3 ... Fine flow path 4 ... Discharge pipe 5 ... Syringe connector 6 ... Syringe pump
Claims (10)
前記層流を維持した状態で、前記３以上の溶液を、化学反応が行われる微細流路に合流させ、
主に隣接する前記層流間の反応で前記ナノ粒子を製造するためのナノ粒子の製造方法において、
前記微細流路の形状は円錐体であり、前記円錐体の底面に前記複数の供給路が接続され、前記微細流路の他端である前記円錐体の頂部には、前記反応後の反応生成物を排出させるための試料排出路が接続され、
前記３以上の溶液が合流される位置で前記供給路と接続する位置の前記微細流路の断面積は、前記試料排出路と接続する位置の前記微細流路の断面積より大きい断面積であり、
前記３以上の溶液が合流される前記位置の断面にフローパターンを形成するように前記３以上の溶液が供給されて、前記３以上の溶液が前記微細流路内で層流を維持しながら通過して前記試料排出路へ排出され、
前記化学反応に関与する溶液が、前記化学反応が行われる前記微細流路の壁面と接しない位置の前記供給路から前記微細流路に供給され、
前記化学反応に関与する溶液が供給されない前記供給路から、前記化学反応に関与しない溶液が前記微細流路に供給される
ことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 Three or more solutions including solutions necessary for producing nanoparticles are separately supplied from a plurality of supply paths in a laminar flow,
In a state where the laminar flow is maintained, the three or more solutions are joined to a fine channel in which a chemical reaction is performed,
In the method for producing nanoparticles for producing the nanoparticles mainly by reaction between the laminar flows adjacent to each other,
The shape of the fine channel is a cone, the plurality of supply paths are connected to the bottom of the cone, and a reaction product after the reaction is formed at the top of the cone, which is the other end of the fine channel. The sample discharge path for discharging the object is connected,
The cross-sectional area of the microchannel at a position connecting to the supply path at a position where the three or more solutions are merged is larger than the cross-sectional area of the microchannel at a position connecting to the sample discharge path. ,
The three or more solutions are supplied so as to form a flow pattern in a cross-section at the position where the three or more solutions are merged, and the three or more solutions pass while maintaining a laminar flow in the fine channel. And discharged to the sample discharge path,
The solution involved in the chemical reaction, is supplied from the supply path of a position where the chemical reaction does not contact with the wall surface of the micro channel to be performed in said microchannel
A method for producing nanoparticles, wherein a solution not involved in the chemical reaction is supplied to the fine channel from the supply path where the solution involved in the chemical reaction is not supplied.
供給される前記３以上の溶液の供給する流量をそれぞれ変化させて、前記合流時の断面積の前記フローパターンを制御する
ことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 In the method for producing nanoparticles according to claim 1,
The method for producing nanoparticles, wherein the flow pattern of the three or more solutions to be supplied is changed to control the flow pattern of the cross-sectional area at the time of merging.
前記反応は、隣接する前記層流間の拡散反応である
ことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoparticle according to claim 1 or 2,
The said reaction is a diffusion reaction between the said adjacent laminar flows. The manufacturing method of the nanoparticle characterized by the above-mentioned.
前記合流位置において、前記反応を促進するために加熱する
ことを特徴とするナノ粒子の製造方法。 In the manufacturing method of the nanoparticle according to claim 1 or 2,
Heating to promote the reaction at the joining position. A method for producing nanoparticles, wherein:
前記試料供給流路に接続され、前記溶液の前記層流を維持した状態で混合し反応させるための微細流路と、
前記微細流路で反応が行われた後、前記反応後の反応生成物を排出させるために前記微細流路と接続された試料排出路と
からなり、
前記微細流路の形状は円錐体であり、前記円錐体の底面に前記複数の前記供給路が接続され、前記微細流路の他端である前記円錐体の頂部には前記試料排出路が接続され、
前記３以上の溶液が合流される位置で、前記供給路と接続する位置の前記微細流路の断面積は、前記排出路と接続する位置の前記微細流路の断面積より大きい断面積であり、
前記３以上の溶液が合流される前記位置の断面にフローパターンを形成するように前記３以上の溶液が供給されて、前記３以上の溶液が前記微細流路内で層流を維持しながら通過して前記試料排出路へ排出され、
前記化学反応に関与する溶液が、前記微細流路の壁面と接しない位置の前記試料供給流路から、前記微細流路に供給され、
前記化学反応に関与する溶液が供給されない前記試料供給路から、前記化学反応に関与しない溶液が前記微細流路に供給される
ことを特徴とするマイクロリアクタ。 A plurality of sample supply channels for supplying three or more types of solutions including solutions necessary for the production of nanoparticles in a laminar flow;
A fine channel connected to the sample supply channel for mixing and reacting in a state where the laminar flow of the solution is maintained;
After the reaction is performed in the fine flow path, the sample discharge path connected to the fine flow path for discharging the reaction product after the reaction comprises:
The shape of the microchannel is a cone, the plurality of supply paths are connected to the bottom surface of the cone, and the sample discharge path is connected to the top of the cone, which is the other end of the microchannel. And
The cross-sectional area of the fine channel at a position connected to the supply path at a position where the three or more solutions are merged is larger than the cross-sectional area of the fine channel at a position connected to the discharge path. ,
The three or more solutions are supplied so as to form a flow pattern in a cross-section at the position where the three or more solutions are merged, and the three or more solutions pass while maintaining a laminar flow in the fine channel. And discharged to the sample discharge path,
The solution involved in the chemical reaction is supplied to the fine channel from the sample supply channel at a position not in contact with the wall surface of the fine channel,
A microreactor characterized in that a solution not involved in the chemical reaction is supplied to the fine channel from the sample supply path where the solution involved in the chemical reaction is not supplied.
前記微細流路に供給される溶液を選択し、及び／又は、前記試料供給流路の特定の前記試料供給流路の流量を、他の前記試料供給流路の流量より大きく又は小さくして前記層流の層厚を制御して、
前記微細流路内の反応を２次元的に制御する
ことを特徴とするマイクロリアクタ。 The microreactor according to claim 5, wherein
The solution supplied to the fine channel is selected and / or the flow rate of the specific sample supply channel of the sample supply channel is set larger or smaller than the flow rate of the other sample supply channel. By controlling the laminar layer thickness,
A microreactor characterized in that the reaction in the fine channel is controlled two-dimensionally.
前記試料供給流路は、１μｍから１ｍｍの径を有する
ことを特徴とするマイクロリアクタ。 The microreactor according to claim 5 or 6,
The microreactor characterized in that the sample supply channel has a diameter of 1 μm to 1 mm.
前記微細流路は、１μｍから１ｍｍの径である
ことを特徴とするマイクロリアクタ。 The microreactor according to claim 5 or 6,
The microreactor has a diameter of 1 μm to 1 mm.
前記微細流路内の前記溶液の温度を制御するためのもので、加熱器又は冷却器からなる温度制御手段と、
前記温度を測定するための温度センサ手段と
を有することを特徴とするマイクロリアクタ。 The microreactor according to claim 5 or 6,
For controlling the temperature of the solution in the fine channel, temperature control means comprising a heater or a cooler,
And a temperature sensor means for measuring the temperature.
前記試料供給流路はキャピラリからなり、
前記微細流路に接続されていない前記キャピラリの一端にはシリンジコネクタが接続されている
ことを特徴とするマイクロリアクタ。 The microreactor according to claim 5 or 6,
The sample supply channel comprises a capillary,
A microreactor, characterized in that a syringe connector is connected to one end of the capillary not connected to the fine channel.
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