JP5145869B2 - Transportation system and transportation method - Google Patents

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Description

本発明は、輸送システム、及び、輸送方法に関する。   The present invention relates to a transportation system and a transportation method.

マイクロリアクタ内での物質輸送は、一般に外部ポンプ(ダイアフラムポンプ、シリンジポンプ、ペリスタリックポンプ、ギアポンプなど)が用いられている。
また、圧電素子(圧電体素子)や電気浸透流を利用してマイクロリアクタ内に送液システムを設置した例も知られている。
例えば、特許文献1には、圧電体素子の駆動によりキャビティの容積を変化させ、チャネルとの間で試料を送受液する注入ポートと、当該チャネルを介して注入ポートに連通し、化学反応後の試料を回収するための排出ポートを備えたマイクロリアクタが提案されており、また、特許文献2には、複数の液体入口と、それら液体入口に連通する混合路と、該複数の液体入口から離れて該混合路に設けられる液体出口と、該混合路に収容された液体に、該複数の液体入口から該液体出口へ向かう電気浸透流を生起させる電界形成手段とを具備する液体混合装置において、液体に接触する前記混合路の壁面の状態を局所的に変化させて、該混合路を流れる液体の速度場に局部的変動を生じさせる壁面状態変更手段を具備し、前記電界形成手段は、前記混合路に収容される液体に作用する単一の電界を、前記複数の液体入口と前記液体出口との間に形成すること、を特徴とする液体混合装置が提案されている。
In general, external pumps (diaphragm pumps, syringe pumps, peristaltic pumps, gear pumps, etc.) are used for material transport in the microreactor.
An example in which a liquid feeding system is installed in a microreactor using a piezoelectric element (piezoelectric element) or electroosmotic flow is also known.
For example, in Patent Document 1, the volume of a cavity is changed by driving a piezoelectric element, and an injection port that sends and receives a sample to and from a channel is communicated with the injection port via the channel. A microreactor having a discharge port for collecting a sample has been proposed, and Patent Document 2 discloses a plurality of liquid inlets, a mixing channel communicating with the liquid inlets, and a distance from the plurality of liquid inlets. A liquid mixing apparatus comprising: a liquid outlet provided in the mixing path; and an electric field forming means for generating an electroosmotic flow from the plurality of liquid inlets toward the liquid outlet in the liquid accommodated in the mixing path. Wall surface state changing means for locally changing the state of the wall surface of the mixing path in contact with the surface to cause local variation in the velocity field of the liquid flowing through the mixing path, the electric field forming means, A single electric field acting on the liquid contained in the serial mixing path, forming between said plurality of liquid inlet and said liquid outlet, a liquid mixing device according to claim is proposed.

特開2001−228159号公報JP 2001-228159 A 特開2004−156964号公報JP 2004-156964 A

本発明は、マイクロ流路内において、低粘度流体だけではなく、高粘度の流体や半固形物、固形物分散物なども輸送が可能となる輸送システム、及び、輸送方法を提供することである。   The present invention is to provide a transport system and a transport method capable of transporting not only a low-viscosity fluid but also a high-viscosity fluid, a semisolid, a solid dispersion, and the like in a microchannel. .

本発明の上記課題は、手段<1>及び<5>によって解決された。好ましい実施態様である<2>、<3>、<4>、<6>、<7>及び<8>と共に以下に示す。
<1> 刺激付与により体積変化を生じる刺激応答性高分子又は架橋体により内壁面の少なくとも一部が形成されているマイクロ流路と、前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる刺激付与手段とを少なくとも備えることを特徴とする輸送システム、
<2> 前記刺激応答性高分子又は架橋体が、流路径に対して1/10以上の範囲の厚さで形成されている上記<1>に記載の輸送システム、
<3> 前記刺激が、化学反応、光、熱(温度変化)、刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動、電界の付与、電流の付与、pHの変化、イオン濃度の変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、及び、磁場よりなる群から選ばれた上記<1>又は<2>に記載の輸送システム、
<4> 前記刺激が、化学反応、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれた上記<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の輸送システム。
<5> 刺激付与により体積変化を生じる刺激応答性高分子又は架橋体により内壁面の少なくとも一部が形成されているマイクロ流路と、前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させる刺激付与手段とを少なくとも備えた輸送システムを準備する工程、前記マイクロ流路内を流体で満たす工程、及び、前記刺激付与手段により刺激応答性高分子又は架橋体に刺激を付与し、体積変化を生じさせ、さらに体積変化を伝播させることができることにより、マイクロ流路内の物質を輸送する工程を含むことを特徴とする輸送方法、
<6> 前記刺激応答性高分子又は架橋体が、流路径に対して1/10以上の範囲の厚さで形成されている上記<5>に記載の輸送方法、
<7> 前記刺激が、化学反応、光、熱(温度変化)、刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動、電界の付与、電流の付与、pHの変化、イオン濃度の変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、及び、磁場よりなる群から選ばれたものである上記<5>又は<6>に記載の輸送方法、
<8> 前記刺激が、化学反応、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれたものである上記<5>乃至<7>のいずれか1つに記載の輸送方法。
The above problems of the present invention have been solved by means <1> and <5>. The preferred embodiments are shown below together with <2>, <3>, <4>, <6>, <7> and <8>.
<1> A micro flow channel in which at least a part of an inner wall surface is formed of a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body that generates a volume change by applying a stimulus, and causing the volume change and propagating the volume change. A transportation system comprising at least a stimulus applying means capable of
<2> The transport system according to <1>, wherein the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body is formed with a thickness in a range of 1/10 or more with respect to a flow path diameter.
<3> The stimulus is a chemical reaction, light, heat (temperature change), ion movement in a stimulus-responsive gel, application of an electric field, application of current, change in pH, change in ion concentration, adsorption / desorption of a chemical substance A transport system according to the above <1> or <2> selected from the group consisting of a change in solvent composition and a magnetic field,
<4> The above <1> to <1>, wherein the stimulus is selected from the group consisting of chemical reaction, light, temperature change, electrochemical reaction, migration of ions in a stimulus-responsive polymer or crosslinked body, and application of an electric field. 3> The transport system according to any one of 3>.
<5> A microchannel in which at least a part of an inner wall surface is formed of a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body that causes a volume change by applying a stimulus, and a stimulus that causes the volume change and propagates the volume change A step of preparing a transport system including at least an applying unit, a step of filling the microchannel with a fluid, and applying a stimulus to the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body by the stimulus applying unit to cause a volume change. And transporting the substance in the microchannel by being able to further propagate the volume change,
<6> The transport method according to <5>, wherein the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body is formed with a thickness in a range of 1/10 or more with respect to a flow path diameter.
<7> The stimulus is a chemical reaction, light, heat (temperature change), ion movement in a stimulus-responsive gel, application of an electric field, application of current, change in pH, change in ion concentration, adsorption / desorption of a chemical substance A transport method according to the above <5> or <6>, which is selected from the group consisting of a change in solvent composition and a magnetic field,
<8> The above <5>, wherein the stimulus is selected from the group consisting of chemical reaction, light, temperature change, electrochemical reaction, stimulus-responsive polymer or ion movement in a crosslinked body, and application of an electric field. > To <7> The transport method according to any one of the above.

本発明によれば、マイクロ流路内において、低粘度流体だけではなく、高粘度の流体や半固形物、固形物分散物なども輸送が可能となる輸送システム、及び、輸送方法を提供することができる。   According to the present invention, there are provided a transport system and a transport method that can transport not only a low-viscosity fluid but also a high-viscosity fluid, a semi-solid, a solid dispersion, and the like in a microchannel. Can do.

以下、図面等を参照し、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(輸送システム)
本発明の輸送システムは、刺激付与により体積変化を生じる刺激応答性高分子又は架橋体(以下、「刺激応答性高分子又は架橋体」を「刺激応答性ゲル」ともいう。)により内壁面の少なくとも一部が形成されているマイクロ流路と、前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる刺激付与手段とを少なくとも備えることを特徴とする。
前記刺激応答性高分子は、刺激の付与によって、液体を吸脱(吸収・放出)して体積変化(膨潤・収縮)する非架橋の高分子であり、また、前記刺激応答性架橋体は、刺激の付与によって、液体を吸脱(吸収・放出)して体積変化(膨潤・収縮)する高分子架橋体である。
(Transport system)
In the transport system of the present invention, a stimulus-responsive polymer or cross-linked body (hereinafter referred to as “stimulus-responsive polymer or cross-linked body”) that produces a volume change upon application of a stimulus is referred to as “stimulus-responsive gel”. It is characterized by comprising at least a micro-channel formed at least in part and a stimulus applying means capable of causing the volume change and propagating the volume change.
The stimulus-responsive polymer is a non-crosslinked polymer that absorbs / desorbs (absorbs / releases) a liquid upon application of a stimulus to change the volume (swell / shrink), and the stimulus-responsive crosslinked body includes: It is a polymer crosslinked body that absorbs and desorbs (absorbs / releases) a liquid and gives a volume change (swelling / shrinking) by applying a stimulus.

本発明の輸送システムにおいて、マイクロ流路の内壁面の少なくとも一部に形成されている刺激応答性ゲルの厚さDは、流路径Lに対して、D/L=1/10以上であることが好ましい。また、D/L=1/10以上かつ、D/L=9/10以下の範囲であることが好ましく、D/L=1/5以上、かつ、D/L=4/5以下の範囲であることがより好ましく、D/L=3/10以上、かつ、D/L=7/10以下の範囲であることがさらに好ましい。刺激応答性ゲルの厚さが上記範囲であると、マイクロ流路内における高粘度の流体や半固形物、固形物分散物などの輸送が容易となり、また、刺激応答性ゲルの体積変化及び伝播により生じる流れ方向への推進力を流体や流体中の固形物へ効率的に伝えることができ、効率的な輸送が可能となる。また、D/Lが9/10以下であると、十分な輸送量を達成でき、また、1/10以上であると、十分な推進力を得ることができる。
なお、流路径とは、流れ方向に対して垂直な面により切断した流路の断面積から求めた円相当径(直径)である。
In the transport system of the present invention, the thickness D of the stimulus-responsive gel formed on at least a part of the inner wall surface of the microchannel is D / L = 1/10 or more with respect to the channel diameter L. Is preferred. Moreover, it is preferable that it is the range of D / L = 1/10 or more and D / L = 9/10 or less, in the range of D / L = 1/5 or more and D / L = 4/5 or less. More preferably, it is more preferably in the range of D / L = 3/10 or more and D / L = 7/10 or less. When the thickness of the stimulus-responsive gel is within the above range, transportation of high-viscosity fluids, semi-solids, solid dispersions, and the like in the microchannel is facilitated, and volume change and propagation of the stimulus-responsive gel is facilitated. The propulsive force generated in the flow direction can be efficiently transmitted to the fluid and the solid matter in the fluid, and efficient transportation becomes possible. Further, when the D / L is 9/10 or less, a sufficient transportation amount can be achieved, and when it is 1/10 or more, a sufficient driving force can be obtained.
The channel diameter is a circle-equivalent diameter (diameter) obtained from the cross-sectional area of the channel cut by a plane perpendicular to the flow direction.

刺激応答性ゲルに付与する刺激としては、化学反応、光、熱(温度変化)、刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動、電界の付与、電流の付与、pHの変化、イオン濃度の変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、磁場等のような刺激の付与によって、液体を吸脱(吸収・放出)等が例示できる。
これらの中でも、刺激付与手段における簡便性の点から、前記刺激は、化学反応、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれたものであることが好ましく、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれたものであることがより好ましい。
また、マイクロ流路の外部から刺激を容易に付与できる点から、前記刺激は、光、温度変化、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれたものであることが好ましい。
The stimulus applied to the stimulus-responsive gel includes chemical reaction, light, heat (temperature change), ion movement in the stimulus-responsive gel, application of electric field, application of current, change in pH, change in ion concentration, chemistry The adsorption / desorption (absorption / release) of the liquid can be exemplified by the adsorption / desorption of the substance, the change of the solvent composition, the application of a stimulus such as a magnetic field.
Among these, from the viewpoint of simplicity in the stimulus applying means, the stimulus includes chemical reaction, light, temperature change, electrochemical reaction, migration of ions in the stimulus-responsive polymer or crosslinked body, and application of an electric field. Preferably selected from the group, selected from the group consisting of light, temperature change, electrochemical reaction, migration of ions in the stimuli-responsive polymer or crosslinked body, and application of an electric field. Is more preferable.
In addition, since the stimulus can be easily applied from the outside of the microchannel, the stimulus is selected from the group consisting of light, temperature change, migration of ions in the stimulus-responsive polymer or crosslinked body, and application of an electric field. It is preferable that

本発明の輸送システムにおける刺激付与手段は、刺激応答性高分子又は架橋体に刺激を付与し、刺激応答性高分子又は架橋体に体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる手段である。
本発明における前記「体積変化を伝播させる」とは、刺激応答性高分子又は架橋体における体積変化を移動させることを表す。なお、伝播されるものは、刺激応答性高分子又は架橋体の体積変化のみであり、刺激応答性高分子又は架橋体自体は移動しない。
The stimulus imparting means in the transport system of the present invention can impart stimulus to the stimulus-responsive polymer or crosslinked body, cause a volume change in the stimulus-responsive polymer or crosslinked body, and propagate the volume change. Means.
In the present invention, the term “propagating volume change” refers to moving the volume change in the stimulus-responsive polymer or crosslinked body. In addition, what is propagated is only the volume change of the stimulus-responsive polymer or crosslinked body, and the stimulus-responsive polymer or crosslinked body itself does not move.

本発明に用いることができる刺激付与手段は、刺激応答性ゲルに体積変化を起こさせる刺激を与えることができ、かつ前記体積変化を伝播させることができる手段であれば、特に制限はなく、また、付与する刺激の種類に応じ、適切な手段を選択すればよい。
刺激付与手段としては、例えば、光や熱などの刺激を付与し、かつ刺激を付与する位置を変更することができる装置や、マイクロ流路中に振動反応性の試薬を含む流体を充填させる手段、刺激応答性ゲルが設けられたマイクロ流路部分全体に刺激を付与する機器群を設け、これら機器を制御装置により刺激の付与する部分を制御する手段等が挙げられる。
刺激付与手段による刺激の付与は、連続的であっても、間欠的であっても、パルス的であっても、漸次的に変化するものであってもよく、マイクロ流路内の流体を輸送することが可能であれば、特に制限はない。
また、刺激付与手段による刺激を付与する部分は、特に制限はなく、マイクロ流路の刺激応答性ゲル部分において、1箇所のみ与えても、複数の箇所に与えても、全体に一様に与えても、漸次的に変化させて与えてもよい。
The stimulus applying means that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it is a means that can give a stimulus that causes a volume change in the stimulus-responsive gel and can propagate the volume change. Appropriate means may be selected according to the type of stimulus to be applied.
As the stimulus applying means, for example, a device capable of applying a stimulus such as light or heat and changing the position where the stimulus is applied, or a means for filling a fluid containing a vibration-reactive reagent in the microchannel The device group which provides irritation | stimulation to the whole microchannel part in which irritation | stimulation responsive gel was provided, the means etc. which control the part which irritate | stimulates these apparatuses with a control apparatus are mentioned.
The stimulus application by the stimulus application means may be continuous, intermittent, pulsed, or gradually changing, and transports the fluid in the microchannel. If it is possible, there is no particular limitation.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the part which gives irritation | stimulation by a irritation | stimulation means, and even if it provides only one place or several places in the stimulus responsive gel part of a microchannel, it gives uniformly to the whole. Alternatively, it may be gradually changed.

より具体的には、以下のような手段が好ましく例示できる。
刺激として化学反応であるベローゾフ・ジャボチンスキー反応を用いる場合では、刺激応答性ゲル中に触媒を含有させ、マロン酸、臭素酸ナトリウム及び酸を含有する溶液をマイクロ流路中に充填させる手段が例示できる。
刺激として光を用いる場合では、光を透過する透明な基材によりマイクロ流路を作製し、公知の光源によるスポット照射を流路の流れ方向に移動させていく手段が例示できる。
刺激として温度変化を用いる場合では、公知のレーザーを照射し加熱を行い、該照射を流路の流れ方向に移動させていく手段が例示できる。
刺激として電気化学反応を用いる場合では、流路に沿って複数の電極を備えたマイクロ流路を作製し、マイクロ流路の各電極において電気化学反応(酸化還元反応)を制御する手段が例示できる。
刺激として刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動を用いる場合では、流路に沿って複数の電極を備えたマイクロ流路を作製し、マイクロ流路の各電極において印加電圧の正負を伝播させイオンの局在化を制御する手段が例示できる。
刺激として電界の印加を用いる場合では、流路に沿って複数の電極を備えたマイクロ流路を作製し、マイクロ流路の各電極において電界の正負を適宜変更していく手段が例示できる。
More specifically, the following means can be preferably exemplified.
When using the Belozov-Jabochinsky reaction, which is a chemical reaction, as a stimulus, there is a means for containing a catalyst in a stimulus-responsive gel and filling a solution containing malonic acid, sodium bromate and an acid into a microchannel. It can be illustrated.
In the case where light is used as a stimulus, a means for producing a micro flow path with a transparent base material that transmits light and moving spot irradiation by a known light source in the flow direction of the flow path can be exemplified.
In the case of using a temperature change as a stimulus, a means for irradiating a known laser to heat and moving the irradiation in the flow direction of the flow path can be exemplified.
In the case where an electrochemical reaction is used as the stimulus, a means for producing a micro flow channel having a plurality of electrodes along the flow channel and controlling the electrochemical reaction (oxidation-reduction reaction) at each electrode of the micro flow channel can be exemplified. .
In the case of using the movement of ions in the stimulus-responsive gel as a stimulus, a micro flow channel having a plurality of electrodes is prepared along the flow channel, and the positive / negative of the applied voltage is propagated through each electrode of the micro flow channel. A means for controlling localization can be exemplified.
In the case of using the application of an electric field as a stimulus, a means for producing a microchannel having a plurality of electrodes along the channel and appropriately changing the positive / negative of the electric field in each electrode of the microchannel can be exemplified.

図1は、内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成したマイクロ流路を使用し、刺激の付与により刺激応答性高分子又は架橋体が体積変化を生じる一例を示す模式断面図である。
また、図1は、内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成したマイクロ流路が、図1(A)、図1(B)、図1(C)と順に変化していく様子を模式的に示した図である。
図1(A)は、刺激応答性高分子又は架橋体12を内壁面14に形成したマイクロ流路10の一部の流路方向における断面図である。マイクロ流路10は、公知の基材からなるマイクロ流路形成基材部16により形成されている。また、マイクロ流路10内は、水等の刺激応答性高分子又は架橋体12が吸収及び排出可能な液体を含む流体が満たされている。
図1(A)に示すマイクロ流路10の一部分に対し、刺激付与手段(不図示)により刺激を付与していることを示す図が、図1(B)である。刺激を付与している部分を刺激付与部18として模式的に表した。
図1(B)に示すように、水等の刺激応答性高分子又は架橋体12が吸収及び排出可能な液体を含む流体で満たされたマイクロ流路10の一部分に刺激を付与することにより、刺激を付与した部分の刺激応答性高分子又は架橋体12が前記液体を吸収して膨潤し、図1(C)に示す図のように変化する。図1(B)において、刺激を付与した部分の刺激応答性高分子又は架橋体12が膨潤し、膨潤部20が形成される。また、刺激を付与しなかった部分の刺激応答性高分子又は架橋体12は特に変化せず、非膨潤部22となる。
図1においては、刺激応答性高分子又は架橋体12として刺激の付与により膨潤するものを一例として挙げたが、刺激応答性高分子又は架橋体12として刺激の付与により収縮するものを使用すれば、図1(C)において収縮部が形成されることは言うまでもない。
また、マイクロ流路10内に満たされる流体は、水でなくとも、刺激応答性高分子又は架橋体12が吸収及び排出し、膨潤及び収縮することが可能な液体を含むものであればよい。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example in which a micro-channel in which a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body is formed on at least a part of an inner wall surface, and the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body undergoes a volume change by applying a stimulus. It is sectional drawing.
In FIG. 1, the microchannel in which the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body is formed on at least a part of the inner wall surface changes in order as shown in FIGS. 1 (A), 1 (B), and 1 (C). It is the figure which showed a mode that it goes.
FIG. 1A is a cross-sectional view in the flow channel direction of a part of the micro flow channel 10 in which the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body 12 is formed on the inner wall surface 14. The microchannel 10 is formed by a microchannel-forming substrate portion 16 made of a known substrate. In addition, the microchannel 10 is filled with a fluid containing a liquid that can be absorbed and discharged by the stimulus-responsive polymer such as water or the crosslinked body 12.
FIG. 1B shows that a stimulus is applied to a part of the microchannel 10 shown in FIG. 1A by a stimulus applying means (not shown). The portion to which the stimulus is applied is schematically represented as the stimulus applying portion 18.
As shown in FIG. 1 (B), by applying a stimulus to a part of the microchannel 10 filled with a fluid containing a liquid that can be absorbed and discharged by the stimulus-responsive polymer such as water or the crosslinked body 12, The stimulus-responsive polymer or crosslinked body 12 of the portion to which the stimulus is applied absorbs the liquid and swells, and changes as shown in the diagram shown in FIG. In FIG. 1 (B), the stimulus-responsive polymer or crosslinked body 12 of the portion to which the stimulus is applied swells, and the swollen portion 20 is formed. In addition, the stimulus-responsive polymer or crosslinked body 12 in the portion where no stimulus is applied is not particularly changed, and becomes a non-swelled portion 22.
In FIG. 1, the stimulation-responsive polymer or crosslinked body 12 is exemplified as one that swells upon application of stimulus, but if the stimulus-responsive polymer or crosslinked body 12 that contracts upon application of stimulus is used. Needless to say, a contraction portion is formed in FIG.
In addition, the fluid filled in the microchannel 10 may be a liquid that can be absorbed and discharged by the stimuli-responsive polymer or the cross-linked body 12 and can swell and contract even if it is not water.

図2は、内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成したマイクロ流路を使用し、刺激の付与により刺激応答性高分子又は架橋体の体積変化を伝播させる一例を示す模式断面図である。
刺激応答性高分子又は架橋体12を内壁面14に形成したマイクロ流路10は、公知の基材からなるマイクロ流路形成基材部16により形成されており、さらに、マイクロ流路10内は刺激応答性高分子又は架橋体12が吸収及び排出可能な液体を含む流体が満たされている。
前記液体で満たされたマイクロ流路10の1以上の部分に、刺激付与手段(不図示)を用いて刺激を付与することにより、刺激を付与した部分の刺激応答性高分子又は架橋体12が前記液体を吸収して膨潤し、膨潤部20a,20bが形成される。さらに、刺激の付与を継続しながら、刺激付与部18a,18bを流れ方向へ徐々に移動していくことにより、膨潤部20a,20bも徐々に移動させることができる。
FIG. 2 shows an example in which a micro flow channel in which a stimulus-responsive polymer or crosslinked body is formed on at least a part of the inner wall surface is used to propagate the volume change of the stimulus-responsive polymer or crosslinked body by applying a stimulus. It is a schematic cross section.
The microchannel 10 in which the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body 12 is formed on the inner wall surface 14 is formed by a microchannel-forming base material portion 16 made of a known base material. A fluid containing a liquid that can be absorbed and discharged by the stimuli-responsive polymer or cross-linked body 12 is filled.
By applying a stimulus to one or more portions of the microchannel 10 filled with the liquid using a stimulus applying means (not shown), the stimulus-responsive polymer or crosslinked body 12 of the portion to which the stimulus has been applied is provided. The liquid is absorbed and swells to form swollen portions 20a and 20b. Furthermore, the swelling portions 20a and 20b can also be moved gradually by gradually moving the stimulus applying portions 18a and 18b in the flow direction while continuing to apply the stimulus.

このように、膨潤部20a,20bが移動すること、すなわち、刺激応答性高分子又は架橋体の体積変化を伝播させることにより、本発明の輸送システムは、低粘度流体だけではなく、高粘度の流体や半固形物、固形物分散物なども輸送が可能となる。
これは、刺激応答性高分子又は架橋体が膨潤又は収縮する際における体積を変化させる力が、非常に強力であることに起因する。
As described above, by moving the swelling portions 20a and 20b, that is, by propagating the volume change of the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body, the transport system of the present invention is not only a low-viscosity fluid but also a high-viscosity fluid. Fluids, semi-solids, and solid dispersions can also be transported.
This is because the force that changes the volume when the stimulus-responsive polymer or crosslinked body swells or contracts is very strong.

図3は、内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成し、かつ、複数の電極を配列したマイクロ流路の一例において、その一部を拡大した模式断面図である。
刺激応答性高分子又は架橋体12を内壁面14に形成したマイクロ流路10は、公知の基材からなるマイクロ流路形成基材部16により形成されており、さらに、マイクロ流路10の対向する二面にそれぞれ対向するように設置した一対の電極24を流路の流れ方向に複数備えている。また、図3におけるマイクロ流路内壁面の刺激応答性高分子又は架橋体12は、特に刺激と付与していない状態を表している。
刺激として、例えば、電気化学反応、刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動、又は、電界の印加を用いる場合では、図3に示すような、内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成し、かつ、複数の電極を配列したマイクロ流路を好適に用いることができる。
マイクロ流路に設ける電極は、その形状、数、大きさ、配置等に特に制限はなく、必要に応じて設ければよい。例えば、図3に示すようにマイクロ流路の内壁面の上下に対となった電極を複数配列してもよく、マイクロ流路の内壁面の上下左右にそれぞれ対となった電極を複数配列してもよく、マイクロ流路の内壁面の上下全体に電極を配置してもよく、マイクロ流路の周囲にリング状の電極を設けてもよい。また、電極は、必要に応じて、マイクロ流路の内壁面において流路内に露出するように設置しても、露出させずに設置してもよい。
また、マイクロ流路に設けた電極は、必要に応じ、電圧や電流を制御すればよい。また、電極を設けた場合、刺激応答性ゲルに必要な刺激に応じ、マイクロ流路内において通電してもよく、通電しなくともよい。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of an example of a microchannel in which a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body is formed on at least a part of an inner wall surface and a plurality of electrodes are arranged.
The microchannel 10 in which the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body 12 is formed on the inner wall surface 14 is formed by a microchannel-forming base material portion 16 made of a known base material, and is opposed to the microchannel 10. A plurality of pairs of electrodes 24 are provided in the flow direction of the flow path so as to face the two surfaces. Further, the stimulus-responsive polymer or cross-linked body 12 on the inner wall surface of the microchannel in FIG. 3 represents a state that is not particularly given as stimulus.
For example, in the case of using an electrochemical reaction, migration of ions in a stimulus-responsive gel, or application of an electric field as the stimulus, a stimulus-responsive polymer or cross-link is formed on at least a part of the inner wall surface as shown in FIG. A microchannel in which a body is formed and a plurality of electrodes are arranged can be suitably used.
There are no particular restrictions on the shape, number, size, arrangement, etc. of the electrodes provided in the microchannel, and they may be provided as necessary. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of pairs of electrodes may be arranged above and below the inner wall surface of the microchannel, or a plurality of pairs of electrodes may be arranged on the top, bottom, left and right of the inner wall surface of the microchannel. Alternatively, electrodes may be arranged on the entire upper and lower surfaces of the inner wall surface of the microchannel, and a ring-shaped electrode may be provided around the microchannel. Moreover, an electrode may be installed so that it may be exposed in a flow path in the inner wall face of a micro flow path, or it may be installed without exposing as needed.
Moreover, what is necessary is just to control a voltage and an electric current as needed for the electrode provided in the microchannel. Moreover, when an electrode is provided, it may or may not be energized in the microchannel according to the stimulus required for the stimulus-responsive gel.

本発明の輸送システムが、内壁の少なくとも一部に刺激応答性ゲルを化学結合により修飾したマイクロ流路を有するものであると、刺激応答性ゲルの使用量を必要に応じた量に容易に調整することができ、コストの面で優れるため好ましい。また、刺激応答性ゲルを内壁に化学結合により修飾することで、刺激応答性ゲルの膨潤・収縮の繰り返しや外力による内壁からの刺激応答性ゲルの脱落や剥離を防ぐことができる。
また、前記化学結合は、共有結合であることがより好ましい。
本発明の輸送システムは、刺激応答性ゲルを一種のみ用いても、複数種用いてもよい。また、本発明の輸送システムは、1つのマイクロ流路内に刺激応答性ゲルを一種のみ用いても、複数種用いてもよい。
When the transport system of the present invention has a micro-channel in which a stimulus-responsive gel is modified by chemical bonding on at least a part of the inner wall, the amount of the stimulus-responsive gel used can be easily adjusted to the required amount. This is preferable because it is excellent in terms of cost. Further, by modifying the stimulus-responsive gel on the inner wall by chemical bonding, it is possible to prevent the stimulus-responsive gel from dropping and peeling from the inner wall due to repeated swelling and shrinkage of the stimulus-responsive gel and external force.
The chemical bond is more preferably a covalent bond.
The transport system of the present invention may use only one kind of stimulus-responsive gel or a plurality of kinds. Moreover, the transportation system of the present invention may use only one kind of stimulus-responsive gel or a plurality of kinds of stimuli-responsive gels in one microchannel.

本発明に用いることができる刺激応答性ゲルは、例えば、化学反応、光、熱(温度変化)、刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動、電界の付与、電流の付与、pHの変化、イオン濃度の変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、磁場等のような刺激の付与によって、液体を吸脱(吸収・放出)して体積変化(膨潤・収縮)するものである。   The stimulus-responsive gel that can be used in the present invention includes, for example, chemical reaction, light, heat (temperature change), ion movement in the stimulus-responsive gel, application of electric field, application of current, change in pH, ion concentration. The liquid is adsorbed (absorbed / released) and changed in volume (swelled / contracted) by applying a stimulus such as a change in water, adsorption / desorption of a chemical substance, a change in solvent composition, and a magnetic field.

化学反応としては、振動反応が例示でき、酸化還元の伴う振動反応であることが好ましく、ベローゾフ・ジャボチンスキー反応(Belousov-Zhabotinskii反応、BZ反応)であることがより好ましい。
化学反応、特に酸化還元反応によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、酸化還元反応を可逆的に発現する官能基を有する材料が好適に用いられる。
The chemical reaction can be exemplified by a vibrational reaction, preferably a vibrational reaction accompanied by redox, and more preferably a Belousov-Zhabotinskii reaction (BZ reaction).
A material having a functional group that reversibly expresses a redox reaction is preferably used as a stimulus-responsive gel that responds by a chemical reaction, particularly a redox reaction.

ベローゾフ・ジャボチンスキー反応によって刺激応答する刺激応答性ゲルを用いる場合、刺激応答性ゲル中に触媒を有していることが好ましい。
前記触媒としては、第3族乃至第11族の遷移金属触媒が例示でき、ルテニウム、セリウム、鉄、マンガンを含む触媒であることが好ましく、ルテニウムを含む触媒であることがより好ましい。
また、前記触媒は、刺激応答性ゲル中に単に含まれていても、化学結合により刺激応答性ゲルと結合していてもよい。
前記触媒の含有量としては、刺激応答性ゲルに対して、0.1重量%以上50重量%以下であることが好ましい。
In the case of using a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by the Belozov-Jabochinsky reaction, it is preferable to have a catalyst in the stimulus-responsive gel.
Examples of the catalyst include Group 3 to Group 11 transition metal catalysts, which are preferably a catalyst containing ruthenium, cerium, iron, and manganese, and more preferably a catalyst containing ruthenium.
In addition, the catalyst may be simply contained in the stimulus-responsive gel or may be bound to the stimulus-responsive gel through a chemical bond.
The content of the catalyst is preferably 0.1% by weight or more and 50% by weight or less with respect to the stimulus-responsive gel.

光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、トリアリールメタン誘導体やスピロベンゾピラン誘導体などの光によってイオン解離する基を有する親水性高分子化合物の架橋物が好ましく、その例として、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体と(メタ)アクリルアミドとの共重合体の架橋物などが挙げられる。
また、光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、アゾ基(特にアゾベンゼン構造)を有する化合物などの光によってシス−トランス異性化を生じる基を有する高分子化合物の架橋物が好ましい。その例としては、(メタ)アクリロイル基含有アゾベンゼンと(メタ)アクリルアミドとの共重合体の架橋物などが挙げられる。
The stimuli-responsive gel that responds to stimuli by the application of light is preferably a cross-linked product of a hydrophilic polymer compound having a group that is ionically dissociated by light, such as a triarylmethane derivative or a spirobenzopyran derivative. And a cross-linked product of a copolymer of a triarylmethane leuco derivative and (meth) acrylamide.
In addition, as a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by application of light, a cross-linked product of a polymer compound having a group that causes cis-trans isomerization by light, such as a compound having an azo group (particularly, an azobenzene structure) is preferable. Examples thereof include a crosslinked product of a copolymer of (meth) acryloyl group-containing azobenzene and (meth) acrylamide.

熱(温度変化)によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ある温度以上で疎水性相互作用によって凝集し水溶液中から析出してくる性質を持つLCST(下限臨界共融温度)をもつ高分子の架橋体、及びUCST(上限臨界共融温度)をもつ高分子の架橋体や、互いに水素結合する高分子鎖を持つ高分子ゲル、又は互いに水素結合する2成分の高分子のIPN体(相互侵入網目構造体)やセミIPN体、結晶性などの凝集性の側鎖を持つ高分子ゲルなどが好ましい。これらの中でも疎水性相互作用を利用したLCSTゲルは特に好ましい。LCSTゲルは高温において収縮し、UCSTゲルやIPNゲル、セミIPNゲル、結晶性ゲルでは、逆に高温で膨潤する特性をもっている。   As a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by heat (temperature change), a polymer with LCST (lower critical eutectic temperature) that has the property of aggregating by a hydrophobic interaction and precipitating from an aqueous solution above a certain temperature. Cross-linked body, cross-linked body of polymer having UCST (upper critical eutectic temperature), polymer gel having polymer chain hydrogen-bonded to each other, or two-component polymer IPN body to hydrogen-bond to each other (inter-penetration) Network structure), semi-IPN bodies, polymer gels having cohesive side chains such as crystallinity, and the like are preferable. Among these, LCST gel using hydrophobic interaction is particularly preferable. LCST gel shrinks at high temperature, and UCST gel, IPN gel, semi-IPN gel, and crystalline gel have the property of swelling at high temperature.

高温において収縮するゲルの具体的な化合物としては、ポリN−イソプロピルアクリルアミドなどのN−アルキル置換(メタ)アクリルアミドの架橋体やN−アルキル置換(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリル酸及びその塩、又は(メタ)アクリルアミド、又は(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどの2成分以上の共重合体の架橋体、ポリビニルメチルエーテルの架橋物、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキル置換セルロース誘導体の架橋体などが挙げられる。これらの中でも、ポリN−イソプロピル(メタ)アクリルアミドは好ましい。
一方、高温において膨潤するゲルの具体的な化合物としては、ポリ(メタ)アクリルアミドの架橋体とポリ(メタ)アクリル酸の架橋体からなるIPN体、セミIPN体及びそれらの部分中和体(アクリル酸単位を部分的に塩化したもの)、ポリ(メタ)アクリルアミドを主成分とする共重合体の架橋体とポリ(メタ)アクリル酸の架橋体からなるIPN体、セミIPN体及びそれらの部分中和体などが挙げられる。より好ましくは、ポリN−アルキル置換アルキルアミドの架橋体、ポリ(メタ)アクリルアミドの架橋体とポリ(メタ)アクリル酸の架橋体とのIPN体、セミIPN体及びそれらの部分中和体などが挙げられる。
Specific examples of gels that shrink at high temperatures include cross-linked N-alkyl-substituted (meth) acrylamides such as poly-N-isopropylacrylamide, N-alkyl-substituted (meth) acrylamide and (meth) acrylic acid and salts thereof, Or a crosslinked product of a copolymer of two or more components such as (meth) acrylamide or (meth) acrylic acid alkyl ester, a crosslinked product of polyvinyl methyl ether, a crosslinked product of an alkyl-substituted cellulose derivative such as methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, etc. Etc. Among these, poly N-isopropyl (meth) acrylamide is preferable.
On the other hand, specific compounds of gels that swell at high temperature include IPN bodies, semi-IPN bodies and partially neutralized bodies (acrylic) composed of crosslinked poly (meth) acrylamide and crosslinked poly (meth) acrylic acid. In which the acid unit is partially chlorinated), a cross-linked copolymer of poly (meth) acrylamide as a main component and a poly (meth) acrylic acid cross-linked IPN, semi-IPN, and their parts Japanese style and so on. More preferably, a crosslinked product of poly N-alkyl-substituted alkylamide, an IPN product of a crosslinked product of poly (meth) acrylamide and a crosslinked product of poly (meth) acrylic acid, a semi-IPN product, and a partially neutralized product thereof. Can be mentioned.

また、前記結晶性ゲルとしては、オクチル基、デシル基、ラウリル基、ステアリル基等の長鎖アルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルと(メタ)アクリル酸との共重合体の架橋体やその塩があげられる。この熱応答性高分子ゲルの体積変化を示す温度(相転移温度)は、高分子ゲルの構造、組成により種々の設計が可能である。なお、好ましい相転移温度は溶媒の沸点や凝固点内であり、より好ましくは−30℃以上300℃以下の範囲であり、さらに好ましくは−10℃以上150℃以下の範囲であり、特に好ましくは0℃以上60℃以下の範囲である。   In addition, as the crystalline gel, a crosslinked product of a copolymer of (meth) acrylic acid ester and (meth) acrylic acid having a long-chain alkyl group such as octyl group, decyl group, lauryl group, stearyl group, or the like Salt. The temperature (phase transition temperature) showing the volume change of the thermoresponsive polymer gel can be variously designed depending on the structure and composition of the polymer gel. The preferred phase transition temperature is within the boiling point or freezing point of the solvent, more preferably in the range of −30 ° C. to 300 ° C., still more preferably in the range of −10 ° C. to 150 ° C., and particularly preferably 0. It is the range of 60 degreeC or more.

熱によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては前記例示した具体例の他に、温度変化に応じて複数の相転移点を示すゲルも好適に使用することができる。具体的に例示すると、ポリN−イソプロピル(メタ)アクリルアミドなどのポリアルキル置換(メタ)アクリルアミドの架橋体とポリ(メタ)アクリル酸の架橋体とのIPN(相互侵入網目構造体)体若しくはセミIPN体などが挙げられる。これらのゲルは、温度上昇に伴い膨潤−収縮−膨潤という2つの相転移点を示すことが知られている。   In addition to the specific examples illustrated above, a gel showing a plurality of phase transition points in accordance with temperature changes can be suitably used as the stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by heat. Specifically, an IPN (interpenetrating network structure) or semi-IPN of a crosslinked product of polyalkyl-substituted (meth) acrylamide such as poly-N-isopropyl (meth) acrylamide and a crosslinked product of poly (meth) acrylic acid Examples include the body. These gels are known to exhibit two phase transition points of swelling-shrinking-swelling with increasing temperature.

また、熱によって刺激応答する刺激応答性ゲルの体積変化量を増大させる目的でイオン性官能基を高分子ゲル中に含有させることも好ましい。イオン性官能基としてはカルボン酸、スルホン酸、アンモニウム基、リン酸基などが挙げられる。イオン性官能基はゲルを調製する際にこれら官能基をもつモノマーを共重合する、合成後の刺激応答性ゲルにモノマーを含浸させて重合しIPN体又はセミIPN体とする、前記刺激応答性ゲル中の官能基を部分的に加水分解や酸化反応などの化学反応によって変換するなどの方法で含有させることができる。   It is also preferable to include an ionic functional group in the polymer gel for the purpose of increasing the volume change amount of the stimulus-responsive gel that responds to the stimulus by heat. Examples of the ionic functional group include carboxylic acid, sulfonic acid, ammonium group, and phosphoric acid group. The ionic functional group copolymerizes monomers having these functional groups when preparing the gel, and impregnates the synthesized stimuli-responsive gel with the monomer to polymerize it into the IPN or semi-IPN form. The functional group in the gel can be contained by a method such as partial conversion by a chemical reaction such as hydrolysis or oxidation reaction.

電気化学反応によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、フェロセン誘導体、コバルトセニウム、ルテニウムなどの金属錯体、遷移金属、フラーレン誘導体、ポルフィリン、拡大ポルフィリン、ピロール系化合物、フェノチアジン、ビオロゲン誘導体、フェノチアジン誘導体、チオフェン系化合物、アニリン系化合物、カルバゾール誘導体、テトラチアフルバレン誘導体、ジアミン系化合物、フタロシアニン系化合物、ヒドラゾン系化合物、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体等が挙げられ、その他ポルフィリンや酸化還元タンパクなどの生態由来物質などを官能基として有するゲル構造体やポリピロール、ポリアニリンなど高分子マトリックスが酸化還元する高分子が挙げられる。   Examples of stimuli-responsive gels that respond to stimuli by electrochemical reactions include ferrocene derivatives, metal complexes such as cobalt cenium and ruthenium, transition metals, fullerene derivatives, porphyrins, expanded porphyrins, pyrrole compounds, phenothiazines, viologen derivatives, phenothiazine derivatives, Thiophene compounds, aniline compounds, carbazole derivatives, tetrathiafulvalene derivatives, diamine compounds, phthalocyanine compounds, hydrazone compounds, oxadiazole derivatives, perylene derivatives, naphthalene derivatives, etc. Other porphyrins, redox proteins, etc. Examples thereof include a gel structure having an ecologically derived substance or the like as a functional group, and a polymer such as polypyrrole or polyaniline that is oxidized and reduced by a polymer matrix.

刺激応答性ゲル内におけるイオンの移動によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ポリエーテル誘導体、ポリピロール誘導体、フッ素系イオン交換樹脂誘導体、ポリエステル誘導体、ポリイミン誘導体、イオン液体を含浸させた高分子ゲル、それらを含有した高分子などが挙げられる。   The stimulus-responsive gel that responds to the stimulus by the movement of ions in the stimulus-responsive gel includes a polyether derivative, a polypyrrole derivative, a fluorine-based ion exchange resin derivative, a polyester derivative, a polyimine derivative, a polymer gel impregnated with an ionic liquid, Examples thereof include polymers containing them.

電流又は電界の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、カチオン性高分子ゲルと電子受容性化合物とのCT錯体(電荷移動錯体)が好ましく、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドなどアミノ置換(メタ)アクリルアミドの架橋物;ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートやジメチルアミノプロピルアクリレートなどの(メタ)アクリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物;ポリスチレンの架橋物;ポリビニルピリジンの架橋物;ポリビニルカルバゾールの架橋物;ポリジメチルアミノスチレンの架橋物などが挙げられ、特に、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレートなどのジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート系高分子が好ましい。これらは、ベンゾキノン、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、テトラシアノエチレン、クロラニル、トリニトロベンゼン、無水マレイン酸やヨウ素などの電子受容性化合物とを組み合わせて使用することができる。   As a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by applying an electric current or an electric field, a CT complex (charge transfer complex) of a cationic polymer gel and an electron-accepting compound is preferable, and amino-substituted (meta) such as dimethylaminopropyl (meth) acrylamide is used. ) Crosslinked product of acrylamide; Crosslinked product of amino-substituted alkyl ester of (meth) acrylic acid such as dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate and dimethylaminopropyl acrylate; Crosslinked product of polystyrene; Crosslinked product of polyvinylpyridine A crosslinked product of polyvinyl carbazole; a crosslinked product of polydimethylaminostyrene, and in particular, dimethylaminoethyl (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, dimethylaminopropyl (meth) acrylate Over DOO, dialkylaminoalkyl such as diethylaminoethyl (meth) acrylate (meth) acrylate-based polymer is preferable. These may be used in combination with electron accepting compounds such as benzoquinone, 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ), tetracyanoethylene, chloranil, trinitrobenzene, maleic anhydride and iodine. it can.

pHの変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、電解質系高分子ゲルが好ましく、ポリ(メタ)アクリル酸の架橋物やその塩、(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩、ポリマレイン酸の架橋物やその塩、マレイン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やその塩、ビニルベンゼンスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物やその塩、アクリルアミドアルキルスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその塩、ポリジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドの架橋物やその塩酸塩、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物やその四級化物や塩、ポリジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドとポリビニルアルコールとの複合体の架橋物やその四級化物や塩、ポリビニルアルコールとポリ(メタ)アクリル酸との複合体の架橋物やその塩、カルボキシアルキルセルロース塩の架橋物、ポリ(メタ)アクリロニトリルの架橋物の部分加水分解物やその塩などが例示できる。   As the stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by a change in pH, an electrolyte polymer gel is preferable. A cross-linked product of poly (meth) acrylic acid or a salt thereof, (meth) acrylic acid and (meth) acrylamide, or hydroxyethyl (meth) ) Copolymers and salts of copolymers with acrylates, alkyl (meth) acrylates, etc. Crosslinks and salts of polymaleic acid, maleic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) Cross-linked products of copolymers with alkyl acrylates and their salts, cross-linked products of polyvinyl sulfonic acids and vinyl sulfonic acids with (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid alkyl esters, etc. Cross-linked copolymer, cross-linked polyvinyl benzene sulfonic acid and its salts, vinyl Cross-linked products and salts of copolymers of rubenzene sulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate, etc., cross-linked products and salts of polyacrylamide alkyl sulfonic acid, acrylamide Cross-linked products and salts of copolymers of alkylsulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylic acid, etc., cross-linked products of polydimethylaminopropyl (meth) acrylamide and hydrochloric acid thereof Salt, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide and (meth) acrylic acid, (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, cross-linked products of methacrylic acid alkyl esters, etc. Salt, polydimethylamino Cross-linked product of propyl (meth) acrylamide and polyvinyl alcohol, quaternized product or salt thereof, cross-linked product or salt of composite of polyvinyl alcohol and poly (meth) acrylic acid, cross-linked product of carboxyalkyl cellulose salt Examples thereof include partial hydrolysates of crosslinked products of poly (meth) acrylonitrile and salts thereof.

前記pHの変化は、液体の電気分解や添加される化合物の酸化還元反応などの電極反応、あるいは、導電性高分子の酸化還元反応、さらには、pHを変化させる化学物質の添加や脱離によるものであることが好ましい。   The change in pH is due to electrode reaction such as electrolysis of liquid or oxidation-reduction reaction of a compound to be added, oxidation-reduction reaction of conductive polymer, and addition or desorption of a chemical substance that changes pH. It is preferable.

イオン濃度の変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、前記したpH変化による刺激応答性ゲルと同様なイオン性の高分子材料(高分子ゲル)が使用できる。また、前記イオン濃度の変化は、塩等の添加、イオン交換性樹脂の使用などによるものが好ましい。   As the stimulus-responsive gel that responds to the stimulus by changing the ion concentration, an ionic polymer material (polymer gel) similar to the stimulus-responsive gel caused by the pH change can be used. The change in the ion concentration is preferably due to the addition of salt or the like, the use of an ion exchange resin, or the like.

化学物質の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強イオン性高分子ゲルが好ましく、その例として、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やビニルベンゼンスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリ(メタ)アクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋物や(メタ)アクリルアミドアルキルスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物などが挙げられ、特に、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸系高分子が好ましく使用される。   As the stimuli-responsive gel that responds to stimuli by adsorption and desorption of chemical substances, strong ionic polymer gels are preferable. Examples thereof include crosslinked products of polyvinyl sulfonic acid, vinyl sulfonic acid and (meth) acrylamide, and hydroxyethyl (meth). Cross-linked products of copolymers with acrylates, alkyl (meth) acrylates, cross-linked products of polyvinyl benzene sulfonic acid, vinyl benzene sulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate Cross-linked products of copolymers with esters, cross-linked products of poly (meth) acrylamide alkyl sulfonic acid, (meth) acrylamide alkyl sulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid alkyl ester Co-weight with Are like the body of the cross-linked product, in particular, polyacrylamide alkylsulfonic acid polymer is preferably used.

また、この場合の化学物質としては、界面活性剤、例えば、n−ドデシルピリジニウムクロライドなどのアルキルピリジン塩、アルキルアンモニウム塩、フェニルアンモニウム塩、テトラフェニルホスフォニウムクロライドなどのホスホニウム塩などのカチオン性界面活性剤を好ましく使用することができる。   In this case, the chemical substance includes a surfactant, for example, a cationic interface such as an alkylpyridine salt such as n-dodecylpyridinium chloride, an alkylammonium salt, a phenylammonium salt, and a phosphonium salt such as tetraphenylphosphonium chloride. An activator can be preferably used.

また、化学物質の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ジオール化合物、糖、又は、ヌクレオチド等の多価アルコール化合物の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルである、フェニルボロン酸単量体とエチレン性不飽和単量体との共重合体の架橋物が挙げられる。また、このような刺激応答性ゲルとしては、特開平7−304971号公報、特開平11−322761号公報、特開2000−309614号公報に記載の刺激応答性ゲルが例示できる。   In addition, as a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by adsorption / desorption of a chemical substance, a phenylboronic acid simple substance that is a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by adsorption / desorption of a diol compound, sugar, or a polyhydric alcohol compound such as a nucleotide. And a crosslinked product of a copolymer of a monomer and an ethylenically unsaturated monomer. Examples of such a stimulus-responsive gel include stimuli-responsive gels described in JP-A-7-304971, JP-A-11-322761, and JP-A-2000-309614.

前記フェニルボロン酸単量体としては、4−(ジヒドロキシボロノ)スチレン、3−(メタ)アクリルアミドフェニルボロン酸、N−(4’−ビニルベンジル)−4−フェニルボロン酸カルボキサミド3−((メタ)アクリルアミジルグリシルアミド)フェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−2−トリフルオロメチルフェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−4−ペンタフルオロエチルフェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−6−ヘプタフルオロプロピルフェニルボロン酸、3−((メタ)アクリルアミジルグリシルアミド)−6−ヘプタフルオロプロピルフェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−4、6−ビス(ヘプタフルオロプロピル)フェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−2−(1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル)フェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−4−(1−クロロ−1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロピル)フェニルボロン酸、3−(メタ)アクリルアミド−6−(ペルフルオロ−1,4−ジメチル−2,5−ジオキサオクチル)フェニルボロン酸等が好ましく例示できる。
前記エチレン性不飽和単量体としては、N−アルキル置換(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸等が好ましく挙げられる。
Examples of the phenylboronic acid monomer include 4- (dihydroxyborono) styrene, 3- (meth) acrylamide phenylboronic acid, N- (4′-vinylbenzyl) -4-phenylboronic acid carboxamide 3-((meta ) Acrylamidylglycylamide) phenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide-2-trifluoromethylphenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide-4-pentafluoroethylphenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide -6-heptafluoropropylphenylboronic acid, 3-((meth) acrylamidylglycylamide) -6-heptafluoropropylphenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide-4,6-bis (heptafluoropropyl) Phenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide-2- (1, 1,2,2,3,3-hexafluoropropyl) phenylboronic acid, 3- (meth) acrylamide-4- (1-chloro-1,1,2,2,3,3-hexafluoropropyl) phenyl boron Preferred examples include acid and 3- (meth) acrylamide-6- (perfluoro-1,4-dimethyl-2,5-dioxaoctyl) phenylboronic acid.
Preferred examples of the ethylenically unsaturated monomer include N-alkyl-substituted (meth) acrylamide, (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid alkyl ester, and (meth) acrylic acid. .

溶媒組成の変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、ほとんどの高分子ゲルが挙げられ、その高分子ゲルの良溶媒と貧溶媒とを利用することで膨潤、収縮を引き起こすことが可能である。   Most polymer gels can be cited as stimuli-responsive gels that respond to stimuli by changes in solvent composition, and swelling and shrinkage can be caused by using good and poor solvents in the polymer gel. .

磁場の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強磁性体粒子や磁性流体を含有するポリビニルアルコールの架橋物等が挙げられるが、磁場の刺激に応答するゲルであれば、ゲル自体は特に限定されるものではなく、ゲルの範疇に含まれるものであればよい。   Examples of the stimuli-responsive gel that responds to a stimulus by applying a magnetic field include cross-linked polyvinyl alcohol containing ferromagnetic particles and a magnetic fluid, but the gel itself is particularly suitable if it is a gel that responds to a magnetic field stimulus. It is not limited, and any material may be used as long as it is included in the category of gel.

本発明に用いることができる刺激応答性ゲルは、架橋剤を使用して合成してもよい。前記架橋剤としては、公知のものを用いることができる。
刺激応答性ゲルに使用する架橋剤の使用量は、全単量体の重量に対し、0.01重量%以上10重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以上1.0重量%以下であることがより好ましい。上記範囲であると、自己支持性に優れるだけでなく十分な体積変化量が得られ、さらにマイクロ流路内壁面への刺激応答性ゲルの修飾が容易にできる。
The stimulus-responsive gel that can be used in the present invention may be synthesized using a crosslinking agent. A well-known thing can be used as said crosslinking agent.
The amount of the crosslinking agent used in the stimulus-responsive gel is preferably 0.01% by weight or more and 10% by weight or less, and 0.1% by weight or more and 1.0% by weight with respect to the weight of the whole monomer. The following is more preferable. Within the above range, not only the self-supporting property is excellent, but a sufficient volume change amount can be obtained, and further, the stimulation-responsive gel can be easily modified on the inner wall surface of the microchannel.

刺激応答性ゲルの最大体積変化量は特に限定されないが、高いほど好ましく、最大膨潤時及び最小収縮時の体積比が3以上であることがより好ましく、5以上であることが特に好ましい。
さらに、刺激応答性ゲルの最大膨潤時における液体の吸収量は(刺激応答性ゲルが吸収した液体の質量/乾燥時の刺激応答性ゲルの質量)=5以上500以下の範囲が好ましい。5以上であれば刺激応答性ゲルの体積変化を十分取ることができ、500以下であればゲルの強度を十分確保できるため好ましい。
Although the maximum volume change amount of the stimulus-responsive gel is not particularly limited, it is preferably as high as possible. The volume ratio at the time of maximum swelling and at the time of minimum contraction is more preferably 3 or more, and particularly preferably 5 or more.
Furthermore, the absorption amount of the liquid at the time of the maximum swelling of the stimulus-responsive gel is preferably in the range of (the mass of the liquid absorbed by the stimulus-responsive gel / the mass of the stimulus-responsive gel when dried) = 5 or more and 500 or less. If it is 5 or more, the volume change of the stimulus-responsive gel can be sufficiently taken, and if it is 500 or less, the gel strength can be sufficiently secured, which is preferable.

刺激応答性ゲル中にはその特性を損なわない範囲で紫外線吸収剤、光安定剤等、種々の安定剤を共重合あるいは結合させることが可能である。例えば、ヒンダードアミン系やヒンダードフェノール系の化合物や光安定化機能を持つ化合物などを共重合あるいは結合することが好ましく実施できる。これらの化合物の共重合量あるいは結合量は、刺激応答性ゲルに対して0.01重量%以上5重量%以下の範囲が好ましい。   In the stimuli-responsive gel, various stabilizers such as ultraviolet absorbers and light stabilizers can be copolymerized or bonded within a range that does not impair the properties. For example, it is preferable to copolymerize or bond a hindered amine or hindered phenol compound or a compound having a light stabilizing function. The amount of copolymerization or binding of these compounds is preferably in the range of 0.01% by weight to 5% by weight with respect to the stimulus-responsive gel.

本発明の輸送システムに流すことができる流体は、完全な液体でなくともよく、使用用途に応じ、固体や気体を含むものであってもよく、その組成や濃度等も必要に応じ選択することができる。特に、本発明の輸送システムは、一般にはマイクロ流路中を輸送することができない、高粘度の流体や、半固形物及び/又は固形物分散物を輸送することができる。高粘度の流体としては、例えば、流速や流路断面積及び長さによっても変わるが、一般にはマイクロ流路中を輸送することができない1,000cs(センチストークス)以上の粘度の流体が挙げられる。
前記流体としては、使用する刺激応答性ゲルが膨潤・収縮するのに必要な化合物を含むものであれば、特に制限はないが、有機溶媒、又は、水やアルコール類等の水系媒体を含むことが好ましく、水系媒体を含むことがより好ましく、水を含むことがさらに好ましい。
また、半固形物及び/又は固形物分散物としては、一般にはマイクロ流路中を輸送することができない、半固形物及び/又は固形物を5重量%以上95重量%以下含有する分散物が挙げられる。
The fluid that can be flowed to the transportation system of the present invention does not have to be a complete liquid, and may contain a solid or a gas depending on the intended use, and its composition, concentration, etc., should be selected as necessary. Can do. In particular, the transport system of the present invention is capable of transporting highly viscous fluids, semi-solids and / or solid dispersions that cannot generally be transported through microchannels. The high-viscosity fluid includes, for example, a fluid having a viscosity of 1,000 cs (centistokes) or more that generally cannot be transported through the micro-channel, although it varies depending on the flow velocity, the channel cross-sectional area, and the length. .
The fluid is not particularly limited as long as it contains a compound necessary for the stimulus-responsive gel used to swell and contract, but includes an organic solvent or an aqueous medium such as water or alcohols. Is preferable, it is more preferable that an aqueous medium is included, and it is further preferable that water is included.
Moreover, as a semi-solid and / or solid dispersion, generally, a dispersion containing 5 wt% to 95 wt% of a semi-solid and / or solid cannot be transported in a microchannel. Can be mentioned.

前記マイクロ流路は、マイクロスケールの流路である。すなわち、流路の幅(流路径)は、5,000μm以下であり、好ましくは10μm以上1,000μm以下の範囲であり、より好ましくは30μm以上500μm以下の範囲である。また、流路の深さは10μm以上500μm以下の範囲程度である。さらに、流路の長さは、形成される流路の形状にもよるが、好ましくは5mm以上400mm以下の範囲であり、より好ましくは10mm以上200mm以下の範囲である。
また、マイクロ流路の形状については特に制限はなく、所望の形状とすればよい。マイクロ流路の断面形状としては、例えば、流れ方向に対し垂直な方向での断面形状が円形、楕円形、多角形など所望の形状とすることができる。
The microchannel is a microscale channel. That is, the width of the flow path (flow path diameter) is 5,000 μm or less, preferably 10 μm or more and 1,000 μm or less, more preferably 30 μm or more and 500 μm or less. Further, the depth of the flow path is about 10 μm or more and 500 μm or less. Furthermore, although the length of the flow path depends on the shape of the flow path to be formed, it is preferably in the range of 5 mm to 400 mm, more preferably in the range of 10 mm to 200 mm.
Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the shape of a microchannel, What is necessary is just to make it a desired shape. As the cross-sectional shape of the microchannel, for example, the cross-sectional shape in a direction perpendicular to the flow direction can be a desired shape such as a circle, an ellipse, or a polygon.

本発明の輸送システムにおいて、マイクロ流路を形成する材質としては、刺激応答性ゲル以外に、金属、セラミック、ガラス、ヒューズドシリカ、シリコーン、樹脂などの材料が例示でき、ガラスが好ましく挙げられる。刺激応答性ゲルをマイクロ流路の内壁に修飾する場合において、材質がガラス又は樹脂であると内壁への修飾が容易であるため好ましい。
また、前記材質は、安価、透明性及び加工性などの観点からはガラスを用いることが好ましい。
In the transport system of the present invention, examples of the material forming the microchannel include metals, ceramics, glass, fused silica, silicone, resin, and the like, in addition to the stimulus-responsive gel, with glass being preferred. In the case where the stimulus-responsive gel is modified on the inner wall of the microchannel, it is preferable that the material is glass or resin because the modification to the inner wall is easy.
The material is preferably glass from the viewpoints of low cost, transparency, workability, and the like.

前記ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、クリスタルガラスなど一般的なものが使用できる。また、ガラスのガラス転移点としては、500℃以上600℃以下であることがより好ましい。
前記樹脂としては、耐衝撃性、耐熱性、耐薬品性、透明性などが、行う反応や単位操作に適した樹脂が好ましく、具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミド樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等が好ましく例示できるが、より好ましくは、メチルメタクリレート樹脂などのアクリル樹脂、スチレン樹脂である。また、前記樹脂としては、ガラス転移点を有する樹脂であることが好ましく、前記樹脂のガラス転移点は、90℃以上150℃以下の範囲であることが好ましく、100℃以上140℃以下の範囲であることがより好ましい。
As said glass, common things, such as soda glass, quartz glass, borosilicate glass, crystal glass, can be used, for example. Moreover, as a glass transition point of glass, it is more preferable that they are 500 degreeC or more and 600 degrees C or less.
The resin is preferably a resin having impact resistance, heat resistance, chemical resistance, transparency, and the like that is suitable for the reaction to be performed and unit operation, and specifically, polyester resin, styrene resin, acrylic resin, styrene / acrylic resin. Preferred examples include resins, silicone resins, epoxy resins, diene resins, phenol resins, terpene resins, coumarin resins, amide resins, amideimide resins, butyral resins, urethane resins, ethylene / vinyl acetate resins, and more preferably methyl. Acrylic resin such as methacrylate resin, and styrene resin. Further, the resin is preferably a resin having a glass transition point, and the glass transition point of the resin is preferably in a range of 90 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and in a range of 100 ° C. or higher and 140 ° C. or lower. More preferably.

本発明におけるマイクロ流路の形成方法は、特に制限されず、公知の方法により製造すればよい。また、市販されているマイクロ流路を有するデバイスを用い、刺激応答性ゲルをマイクロ流路内に設けてもよい。
市販されているマイクロ流路を有するデバイスとしては、マイクロ化学技研社製集積ガラスチップ等が例示できる。
また、本発明におけるマイクロ流路の形成方法は、以下の方法が好ましく挙げられる。
The method for forming the microchannel in the present invention is not particularly limited, and may be manufactured by a known method. Alternatively, a stimulus-responsive gel may be provided in the microchannel using a commercially available device having a microchannel.
An example of a commercially available device having a microchannel is an integrated glass chip manufactured by Micro Chemical Engineering Co., Ltd.
Moreover, the following method is mentioned preferably as a formation method of the microchannel in this invention.

マイクロ流路の内壁面に刺激応答性ゲルを修飾したマイクロ流路の形成方法としては、マイクロ流路を形成したデバイスを作製又は準備する工程(以下、「流路作製又は準備工程」ともいう。)、前記マイクロ流路の内壁に反応性基を修飾する工程(以下、「内壁修飾工程」ともいう。)、及び、前記反応性基に刺激応答性ゲル前駆組成物を反応させ、前記マイクロ流路の内壁に刺激応答性ゲルを形成する工程(以下、「ゲル形成工程」ともいう。)を含む製造方法が好ましく例示できる。   As a method of forming a microchannel in which a stimulus-responsive gel is modified on the inner wall surface of the microchannel, it is also referred to as a step of manufacturing or preparing a device in which the microchannel is formed (hereinafter referred to as “channel manufacturing or preparing step”). ), A step of modifying a reactive group on the inner wall of the microchannel (hereinafter also referred to as “inner wall modification step”), and a reaction of the stimulus-responsive gel precursor composition with the reactive group, A production method including a step of forming a stimulus-responsive gel on the inner wall of the road (hereinafter also referred to as “gel formation step”) can be preferably exemplified.

前記流路作製又は準備工程におけるマイクロ流路の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の方法を用いることができる。マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、X線を用いたLIGA技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、レーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いる機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
これらの中で、樹脂を用いる場合には、機械的マイクロ切削加工法を用いることが好ましい。
また、市販されているマイクロ流路を有するデバイスを使用する場合、刺激応答性ゲルを修飾が容易である点から、前記デバイスは樹脂又はガラス製であることが好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the micro flow path in the said flow path preparation or a preparation process, For example, a well-known method can be used. The microchannel can be produced by, for example, a fine processing technique. Examples of fine processing methods include, for example, a method using LIGA technology using X-rays, a method using a resist portion as a structure by a photolithography method, a method of etching a resist opening, a micro discharge processing method, a laser processing method There is a mechanical micro cutting method using a micro tool made of a hard material such as diamond. These techniques may be used alone or in combination.
Among these, when using a resin, it is preferable to use a mechanical micro cutting method.
Moreover, when using the device which has a commercially available microchannel, it is preferable that the said device is a product made from resin or glass from the point that modification | denaturation of a stimulus responsive gel is easy.

前記内壁修飾工程における内壁に反応性基を修飾する方法としては、特に制限はないが、マイクロ流路デバイスの基材がガラスである場合は、例えば、反応性基を有するシラン化合物を内壁表面に反応させる方法が挙げられ、また、基材が樹脂である場合は、例えば、樹脂中の官能基と反応可能な基及び反応性基を少なくとも有する化合物を内壁表面に反応させる方法が挙げられる。   The method for modifying the reactive group on the inner wall in the inner wall modifying step is not particularly limited. However, when the substrate of the microchannel device is glass, for example, a silane compound having a reactive group is applied to the inner wall surface. For example, when the substrate is a resin, a method of reacting a compound having at least a group capable of reacting with a functional group in the resin and a reactive group on the inner wall surface is exemplified.

前記ゲル形成工程は、刺激応答性ゲル前駆組成物と前記反応性基とを反応させ、内壁と刺激応答性ゲルとが共有結合により結合したマイクロ流路を形成する工程である。
前記刺激応答性ゲル前駆組成物は、所望の刺激応答性ゲルに応じて、刺激応答性ゲルを形成するための単量体、架橋剤、反応開始剤、溶媒等を含むことができるものである。
前記反応性基は、所望の刺激応答性ゲルに応じて適宜選択することができる。例えば、刺激応答性ゲルをラジカル重合反応により形成する場合は、前記反応性基はラジカル重合性基であることが好ましく、刺激応答性ゲルをカチオン重合反応により形成する場合は、前記反応性基はカチオン重合性基であることが好ましい。
前記反応性基としては、ラジカル重合性基であるエチレン性不飽和基やカチオン重合性基である環状エーテル基等が好ましく挙げられ、反応性などの面から、ビニル基、エポキシ基、オキセタニル基等がより好ましく挙げられる。
The gel forming step is a step of reacting the stimulus-responsive gel precursor composition and the reactive group to form a microchannel in which the inner wall and the stimulus-responsive gel are bonded by a covalent bond.
The stimulus-responsive gel precursor composition can contain a monomer, a crosslinking agent, a reaction initiator, a solvent, and the like for forming a stimulus-responsive gel according to a desired stimulus-responsive gel. .
The reactive group can be appropriately selected according to a desired stimulus-responsive gel. For example, when a stimulus-responsive gel is formed by a radical polymerization reaction, the reactive group is preferably a radical polymerizable group. When a stimulus-responsive gel is formed by a cationic polymerization reaction, the reactive group is A cationically polymerizable group is preferred.
Preferred examples of the reactive group include an ethylenically unsaturated group that is a radical polymerizable group and a cyclic ether group that is a cationic polymerizable group. From the viewpoint of reactivity and the like, a vinyl group, an epoxy group, an oxetanyl group, and the like. Is more preferable.

本発明の輸送システムは、必要に応じて、マイクロ流路の少なくとも内壁に刺激応答性ゲルを備えたマイクロ流路を1つ有していても、2つ以上有していてもよく、流路の分岐、合流部分、刺激応答性ゲルのないマイクロ流路等を有していてもよい。
また、本発明の輸送システムは、その用途に応じて、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
また、本発明の輸送システムには、必要に応じて、例えば、輸送システムに流体を送液するための送液口や、輸送システムから流体を回収するための回収口などを設けてもよい。
The transport system of the present invention may have one microchannel or two or more microchannels provided with a stimulus-responsive gel on at least the inner wall of the microchannel as required. May have a micro flow path without a branch, a merging portion, or a stimulus-responsive gel.
Moreover, the transport system of the present invention may have a site having functions such as reaction, mixing, separation, purification, analysis, and washing depending on the application.
Further, the transportation system of the present invention may be provided with a liquid feeding port for feeding a fluid to the transportation system, a collection port for collecting the fluid from the transportation system, etc., if necessary.

また、本発明の輸送システムは、その用途に応じて、複数を組み合わせてもよく、また、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロ流路デバイス等を組み合わせてもよい。   In addition, the transportation system of the present invention may be combined in plural according to its use, and also has a device having functions such as reaction, mixing, separation, purification, analysis, washing, liquid feeding device, recovery device, Other microchannel devices or the like may be combined.

本発明の輸送方法は、刺激付与により体積変化を生じる刺激応答性高分子又は架橋体により内壁面の少なくとも一部が形成されているマイクロ流路と、前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる刺激付与手段とを少なくとも備えた輸送システムを準備する工程(以下、「準備工程」ともいう。)、前記マイクロ流路内を流体で満たす工程(以下、「充填工程」ともいう。)、及び、前記刺激付与手段により刺激応答性高分子又は架橋体に刺激を付与し、体積変化を生じさせ、さらに体積変化を伝播させることにより、マイクロ流路内の物質を輸送する工程(以下、「輸送工程」ともいう。)を含むことを特徴とする。   The transport method of the present invention includes a microchannel in which at least a part of an inner wall surface is formed of a stimulus-responsive polymer or a cross-linked body that causes a volume change by applying a stimulus, the volume change, and the volume change A step of preparing a transportation system including at least a stimulus applying means capable of propagating the liquid (hereinafter also referred to as “preparation step”), and a step of filling the microchannel with a fluid (hereinafter referred to as “filling step”). And the step of transporting the substance in the microchannel by applying a stimulus to the stimulus-responsive polymer or crosslinked body by the stimulus applying means, causing a volume change, and further propagating the volume change. (Hereinafter also referred to as “transport process”).

本発明の輸送方法における輸送システムとしては、前述した本発明の輸送システムを好適に使用することができ、また、輸送システムにおける好ましい態様も同様である。
前記輸送工程においてマイクロ流路内を満たす流体は、刺激応答性高分子又は架橋体が吸収及び排出し、膨潤及び収縮することが可能なものであれば、特に制限はない。また、前記輸送工程においてマイクロ流路内を満たす流体は、本発明の輸送方法により輸送する物質を含む流体でなくともよく、マイクロ流路内に別の流体を最初に満たしておいてもよい。
例えば、マイクロ流路内に別の流体を最初に満たしておき、輸送工程における輸送の進行に合わせて、本発明の輸送方法により輸送したい物質を含む流体をマイクロ流路内に導入することも好ましい。
前記マイクロ流路内の物質は、使用用途に応じ、固体や液体、気体を含むものであってもよく、その組成や濃度等も必要に応じ選択することができる。
また、前記マイクロ流路内の物質は、マイクロ流路内において刺激応答性高分子又は架橋体が吸収及び排出し、膨潤及び収縮することが可能な化合物を含む流体中に混合、溶解、又は、分散等の状態で含有されている。
特に、本発明の輸送方法は、一般にはマイクロ流路中を輸送することができない、高粘度の流体や、半固形物及び/又は固形物分散物を輸送することができる。
As the transportation system in the transportation method of the present invention, the transportation system of the present invention described above can be suitably used, and the preferred embodiments in the transportation system are also the same.
The fluid that fills the microchannel in the transport step is not particularly limited as long as the stimuli-responsive polymer or crosslinked body can absorb and discharge, swell and contract. In addition, the fluid that fills the microchannel in the transporting process may not be a fluid containing a substance that is transported by the transporting method of the present invention, and another microfluid may be initially filled in the microchannel.
For example, it is also preferable that another fluid is first filled in the microchannel, and a fluid containing a substance to be transported by the transport method of the present invention is introduced into the microchannel in accordance with the progress of transport in the transport process. .
The substance in the microchannel may contain a solid, liquid, or gas depending on the intended use, and its composition, concentration, etc. can be selected as necessary.
Further, the substance in the microchannel is mixed, dissolved, or dissolved in a fluid containing a compound that can be absorbed and discharged by the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body in the microchannel and can swell and contract. It is contained in a dispersed state.
In particular, the transport method of the present invention can transport high-viscosity fluids, semisolids and / or solid dispersions that cannot generally be transported through microchannels.

以下、本発明を実施例で詳しく説明するが、本発明を何ら限定するものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all.

(実施例1:ベローゾフ・ジャボチンスキー反応(BZ反応)による刺激)
直径100μmの筒状の流路を有するガラス製のマイクロリアクタに10%トリクロロビニルシランのイソオクタン溶液を流し、流路内壁にビニル基を導入した。その後メタノールで洗浄した。
N−イソプロピルアクリルアミド、トリス(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)錯体、メチレンビスアクリルアミド及びアゾビス(イソブチロニトリル)のメタノール溶液を流路内に流し、流路内壁にモノマーを付着させた後に60℃に加熱し流路内壁にゲルを修飾した。顕微鏡観察により、25μmの厚さのゲルが修飾されていることが確認できた。
マロン酸、臭素酸ナトリウム及び硝酸それぞれ0.06M、0.08M、0.09M
の水溶液を流路内に充填したところ、顕微鏡観察により流路内壁のゲルが自律的に膨潤収縮挙動を伝播していることが確認された。ここで混合溶媒に酸化チタン粒子(粒径:5μm)を添加しその重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入し、シリンジポンプで加圧したところ、流路内のゲルの体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは10μL/hrの流速で輸送された。
(Example 1: Stimulation by Belozov-Jabochinsky reaction (BZ reaction))
A 10% trichlorovinylsilane isooctane solution was allowed to flow through a glass microreactor having a cylindrical channel having a diameter of 100 μm, and vinyl groups were introduced into the inner wall of the channel. Thereafter, it was washed with methanol.
A methanol solution of N-isopropylacrylamide, tris (2,2′-bipyridine) ruthenium (II) complex, methylenebisacrylamide and azobis (isobutyronitrile) was flowed into the flow channel, and the monomer was attached to the inner wall of the flow channel. Later, the gel was modified on the inner wall of the flow path by heating to 60 ° C. It was confirmed by microscopic observation that the gel having a thickness of 25 μm was modified.
Malonic acid, sodium bromate and nitric acid 0.06M, 0.08M and 0.09M respectively
When the aqueous solution was filled in the flow channel, it was confirmed by microscopic observation that the gel on the inner wall of the flow channel propagated the swelling and shrinkage behavior autonomously. Here, a slurry was prepared such that titanium oxide particles (particle size: 5 μm) were added to the mixed solvent and the weight ratio thereof was 30%. When the slurry was introduced to the channel inlet with a Teflon (registered trademark) tube and a coupler and pressurized with a syringe pump, the slurry containing titanium oxide particles was 10 μL / hr due to the propagation of the volume change of the gel in the channel. Transported at a flow rate.

(実施例2:光による刺激)
ガラス製のマイクロ流路(マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ICC−IR01、溝幅200μm、溝深さ90μm、流路長さ60mm)内に0.1Mクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し、密封状態で10時間静置し、ガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
アクリルアミド12重量部、4−アクロイルアミノアゾベンゼン2重量部、架橋剤N,N’−メチレンビスアクリルアミド(BIS)(和光純薬工業(株)製)0.02重量部、開始剤アセトアミノフェノン(和光純薬工業(株)製)0.2重量部をジオキサン51.7重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液を、ビニル基を修飾したマイクロ流路内壁にコートし、UV光を照射して光重合を行うと、内壁が高分子ゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。顕微鏡観察により、20μmの厚さのゲルが修飾されていることが確認できた。
得られたマイクロ流路に水を充填するとコートゲルは収縮状態であった。高圧水銀ランプとカラーフィルターを用いた366nmの光のスポット照射を流路方向に移動させることによって、アゾベンゼン基がトランス→シス転移することでゲルが膨潤しゲルの膨潤が波状に伝播した。ここで水に酸化チタン粒子を添加しその重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入し、シリンジポンプで加圧し、366nmの光のスポット照射を流路方向に移動させたところ、流路内のゲルの体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは10μL/hrの流速で輸送された。
(Example 2: stimulation by light)
Filled with 0.1M chlorodimethylvinylsilane isooctane solution in a glass micro-channel (Microchip Co., Ltd. standard chip, ICC-IR01, groove width 200 μm, groove depth 90 μm, channel length 60 mm) and sealed It left still for 10 hours in the state, and modified the vinyl group on the glass surface. After discharging the solution, it was washed with hexane and methanol.
Acrylamide 12 parts by weight, 4-acryloylaminoazobenzene 2 parts by weight, cross-linking agent N, N′-methylenebisacrylamide (BIS) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.02 parts by weight, initiator acetaminophenone ( 0.2 parts by weight of Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 51.7 parts by weight of dioxane, and sufficiently substituted with nitrogen. When this solution was coated on the inner wall of a microchannel modified with a vinyl group, and photopolymerization was performed by irradiating UV light, a microchannel whose inner wall was covered with a polymer gel was obtained. It was confirmed by microscopic observation that the gel having a thickness of 20 μm was modified.
When the obtained microchannel was filled with water, the coated gel was in a contracted state. By moving the spot irradiation of 366 nm light using a high-pressure mercury lamp and a color filter in the direction of the flow path, the gel was swollen due to the trans → cis transition of the azobenzene group, and the swelling of the gel propagated in a wave shape. Here, a slurry in which titanium oxide particles were added to water and the weight ratio thereof was 30% was prepared. The slurry was introduced to the inlet of the channel with a Teflon (registered trademark) tube and coupler, pressurized with a syringe pump, and the spot irradiation of 366 nm light was moved in the direction of the channel. Due to the propagation, the slurry containing the titanium oxide particles was transported at a flow rate of 10 μL / hr.

(実施例3:温度変化による刺激)
ガラス製のマイクロ流路(マイクロ化学技研社製スタンダードチップ、ICC−IR01、溝幅200μm、溝深さ90μm、流路長さ60mm)内に0.1Mクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し、密封状態で10時間静置し、ガラス表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
アクリルアミド12重量部、架橋剤N,N’−メチレンビスアクリルアミド(BIS)(和光純薬工業(株)製)0.02重量部、開始剤アセトアミノフェノン(和光純薬工業(株)製)0.2重量部をジオキサン51.7重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液を、ビニル基を修飾したマイクロ流路内壁にコートしUV光を照射し光重合を行い、洗い流すと内壁がアクリルアミドゲルで覆われたマイクロ流路が得られた。
この流路に0.5mMの過酸化ベンゾイル及びジメチルアニリンを添加した3重量%のアクリル酸水溶液を充填し2時間重合反応を行った。重合後、余分なポリアクリル酸及び未反応物を純水で洗い流した。以上の操作でマイクロ流路壁面にポリアクリルアミド/ポリアクリル酸セミIPN(interpenetrating polymer networks)ゲルがコートされた。このゲルは高温で膨潤し低温で収縮する。顕微鏡観察により、30μmの厚さのゲルが修飾されていることが確認できた。
得られたマイクロ流路に水を充填するとコートゲルは室温で収縮状態であった。レーザーを流路方向に移動させることによって、ゲルの膨潤が波状に伝播した。ここで水に酸化チタン粒子を添加し、酸化チタン粒子の重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入しシリンジポンプで加圧したところ、レーザーを流路方向に移動させたところ、流路内のゲルの体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは10μL/hrの流速で輸送された。
(Example 3: stimulation by temperature change)
Filled with 0.1M chlorodimethylvinylsilane isooctane solution in a glass micro-channel (Microchip Co., Ltd. standard chip, ICC-IR01, groove width 200 μm, groove depth 90 μm, channel length 60 mm) and sealed It left still for 10 hours in the state, and modified the vinyl group on the glass surface. After discharging the solution, it was washed with hexane and methanol.
Acrylamide 12 parts by weight, cross-linking agent N, N'-methylenebisacrylamide (BIS) (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.02 parts by weight, initiator acetaminophenone (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0 .2 parts by weight were dissolved in 51.7 parts by weight of dioxane and fully purged with nitrogen. This solution was coated on the inner wall of a microchannel modified with a vinyl group, irradiated with UV light for photopolymerization, and washed to obtain a microchannel whose inner wall was covered with acrylamide gel.
This flow path was filled with 3% by weight of an aqueous acrylic acid solution containing 0.5 mM benzoyl peroxide and dimethylaniline, and a polymerization reaction was carried out for 2 hours. After polymerization, excess polyacrylic acid and unreacted substances were washed away with pure water. The polyacrylamide / polyacrylic acid semi-IPN (interpenetrating polymer networks) gel was coated on the microchannel wall by the above operation. This gel swells at high temperatures and shrinks at low temperatures. It was confirmed by microscopic observation that the gel having a thickness of 30 μm was modified.
When the obtained microchannel was filled with water, the coated gel was in a contracted state at room temperature. By moving the laser in the direction of the flow path, the swelling of the gel propagated in a wave shape. Here, titanium oxide particles were added to water to prepare a slurry in which the weight ratio of titanium oxide particles was 30%. The slurry was introduced to the inlet of the channel with a Teflon (registered trademark) tube and coupler and pressurized with a syringe pump. When the laser was moved in the direction of the channel, oxidation occurred due to the propagation of the volume change of the gel in the channel. The slurry containing titanium particles was transported at a flow rate of 10 μL / hr.

(実施例4:電気化学反応による刺激)
流路壁面に微小電極(作用極)を配列したガラス製マイクロ流路内(溝幅1,000μm、溝深さ1,000μm、流路長さ50mm)に0.5M硫酸水溶液を充填し電極に1.9V(対SCE)を印加し陽極酸化した(5分間)。その後−0.1〜1.1V(対SCE)の範囲でサイクリックリクボルタモグラムが定常になるまで掃引を繰り返したのちに1.1Vに保持し電流値が一定になるまで放置した。以上の操作で電極上に水酸基を導入することができた。流路を洗浄して、0.1Mクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で10時間静置し、ガラス表面及び電極表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
N−イソプロピルアクリルアミド12重量部、ビニルフェロセン2重量、架橋剤N,N’−メチレンビスアクリルアミド(BIS)(和光純薬工業(株)製)0.02重量部、開始剤アセトアミノフェノン(和光純薬工業(株)製)0.2重量部をN,N’−ジメチルホルムアミド50重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液を、内壁にビニル基が修飾されたマイクロ流路内に充填し、UV光を照射し光重合を行い、水で洗い流すと内壁が高分子ゲルで覆われた図3に示すようなマイクロ流路が得られた。顕微鏡観察により、200μmの厚さのゲルが修飾されていることが確認できた。
得られたマイクロ流路のコートゲルは収縮状態であった。酸化チタン粒子を添加しその重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入しシリンジポンプで加圧し、流路入り口の位置の電極電位を+5Vに印加し局所のゲルを膨潤させた後に0Vにてゲルを収縮させ、このサイクルを入り口から遠方まで伝播させると流路内のゲルの体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは5μL/hrの流速で輸送された。
(Example 4: Stimulation by electrochemical reaction)
A 0.5 M sulfuric acid aqueous solution is filled in a glass micro-channel (groove width 1,000 μm, groove depth 1,000 μm, channel length 50 mm) in which microelectrodes (working electrodes) are arranged on the channel wall surface. 1.9 V (vs. SCE) was applied and anodized (5 minutes). Thereafter, sweeping was repeated in the range of -0.1 to 1.1 V (vs. SCE) until the cyclic rectilinear voltammogram became steady, then held at 1.1 V and left until the current value became constant. By the above operation, a hydroxyl group could be introduced onto the electrode. The flow path was washed, filled with an isooctane solution of 0.1 M chlorodimethylvinylsilane and allowed to stand in a sealed state for 10 hours to modify vinyl groups on the glass surface and electrode surface. After discharging the solution, it was washed with hexane and methanol.
12 parts by weight of N-isopropylacrylamide, 2 parts by weight of vinylferrocene, 0.02 parts by weight of the crosslinking agent N, N′-methylenebisacrylamide (BIS) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), initiator acetaminophenone (Wako Pure) 0.2 parts by weight of Yakuhin Kogyo Co., Ltd.) was dissolved in 50 parts by weight of N, N′-dimethylformamide, and thoroughly substituted with nitrogen. This solution is filled in a micro flow path whose inner wall is modified with a vinyl group, photopolymerized by irradiating UV light, and washed with water to cover the inner wall with a polymer gel as shown in FIG. A flow path was obtained. By microscopic observation, it was confirmed that the gel having a thickness of 200 μm was modified.
The resulting microchannel coated gel was in a contracted state. A slurry was prepared such that titanium oxide particles were added and the weight ratio was 30%. The slurry is introduced to the channel inlet with a Teflon (registered trademark) tube and coupler, pressurized with a syringe pump, the electrode potential at the channel inlet is applied to +5 V to swell the local gel, and then the gel is run at 0 V. When this cycle was contracted and propagated far from the inlet, the slurry containing titanium oxide particles was transported at a flow rate of 5 μL / hr due to the propagation of the volume change of the gel in the flow path.

(実施例5:刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動による刺激)
流路壁面に微小電極(作用極)を配列したガラス製マイクロ流路内(溝幅1,000μm、溝深さ1,000μm、流路長さ50mm)にNafion20%溶液(デュポン社製)、続いて窒素を流し、流路の内壁面にNafion膜をコートした。この流路内にフェナントロリン金錯体水溶液を流し、これを吸着させた後に硫酸ナトリウム水溶液を流し、内壁が高分子ゲルで覆われた図3に示すようなマイクロ流路を得た。顕微鏡観察により、250μmの厚さの高分子膜が修飾されていることが確認できた。
酸化チタン粒子を水に添加し、酸化チタン粒子の重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入しシリンジポンプで加圧し、流路入り口の位置の電極電位を−5Vに印加し局所のNafion膜を膨張させた後に+5VてNafion膜を収縮させ、このサイクルを入り口から遠方まで伝播させると流路内のNafion膜の体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは3μL/hrの流速で輸送された。
(Example 5: Stimulation by migration of ions in stimulus-responsive polymer or crosslinked body)
Nafion 20% solution (manufactured by DuPont) in a glass micro-channel (groove width 1,000 μm, groove depth 1,000 μm, channel length 50 mm) with microelectrodes (working electrodes) arranged on the channel wall Then, a Nafion film was coated on the inner wall surface of the channel. A phenanthroline gold complex aqueous solution was allowed to flow through this flow channel, and after adsorbing this, a sodium sulfate aqueous solution was flowed to obtain a micro flow channel as shown in FIG. 3 whose inner wall was covered with a polymer gel. It was confirmed by microscopic observation that the polymer film having a thickness of 250 μm was modified.
Titanium oxide particles were added to water to prepare a slurry in which the weight ratio of titanium oxide particles was 30%. The slurry is introduced to the channel inlet with a Teflon (registered trademark) tube and a coupler, pressurized with a syringe pump, the electrode potential at the channel inlet is applied to -5V to expand the local Nafion film, and then + 5V to Nafion. When the membrane was contracted and this cycle was propagated far from the entrance, the slurry containing titanium oxide particles was transported at a flow rate of 3 μL / hr by the propagation of the volume change of the Nafion membrane in the flow path.

(実施例6:電界の印加による刺激)
流路壁面に微小電極(作用極)を配列したガラス製マイクロ流路内(溝幅1,000μm、溝深さ1,000μm、流路長さ50mm)に0.5M硫酸水溶液を充填し電極に1.9V(対SCE)を印加し陽極酸化した(5分間)。その後−0.1〜1.1V(対SCE)の範囲でサイクリックリクボルタモグラムが定常になるまで掃引を繰り返したのちに1.1Vに保持し電流値が一定になるまで放置した。以上の操作で電極上に水酸基を導入することができた。流路を洗浄して、0.1Mクロロジメチルビニルシランのイソオクタン溶液を充填し密封状態で10時間静置しガラス表面及び電極表面にビニル基を修飾した。溶液を排出後、ヘキサン、メタノールで洗浄した。
N−イソプロピルアクリルアミド12重量部、アクリル酸2重量部と1.5倍モル量トリエチルアミン、架橋剤N,N’−メチレンビスアクリルアミド(BIS)(和光純薬工業(株)製)0.02重量部、開始剤アセトアミノフェノン(和光純薬工業(株)製)0.2重量部を水50重量部に溶解し、十分に窒素置換した。この溶液を、内壁にビニル基が修飾されたマイクロ流路内に充填し、UV光を照射し光重合を行い、洗い流すと内壁が高分子ゲルで覆われた図3に示すようなマイクロ流路が得られた。顕微鏡観察により、200μmの厚さのゲルが修飾されていることが確認できた。
得られたマイクロ流路の全ての作用極を−20Vに保持するとコートゲルは収縮状態であった。酸化チタン粒子を水に添加し、酸化チタン粒子の重量比が30%になるようなスラリーを調製した。前記スラリーをテフロン(登録商標)チューブ及びカプラで流路入り口まで導入しシリンジポンプで加圧し、流路入り口の位置の電極電位を+20Vに印加し局所のゲルを膨潤させた後に−20Vにてゲルを収縮させ、このサイクルを入り口から遠方まで伝播させると流路内のゲルの体積変化の伝播によって、酸化チタン粒子を含むスラリーは10μL/hrの流速で輸送された。
(Example 6: Stimulation by application of electric field)
A 0.5 M sulfuric acid aqueous solution is filled in a glass micro-channel (groove width 1,000 μm, groove depth 1,000 μm, channel length 50 mm) in which microelectrodes (working electrodes) are arranged on the channel wall surface. 1.9 V (vs. SCE) was applied and anodized (5 minutes). Thereafter, sweeping was repeated in the range of -0.1 to 1.1 V (vs. SCE) until the cyclic rectilinear voltammogram became steady, then held at 1.1 V and left until the current value became constant. By the above operation, a hydroxyl group could be introduced onto the electrode. The channel was washed, filled with an isooctane solution of 0.1 M chlorodimethylvinylsilane, and allowed to stand in a sealed state for 10 hours to modify the vinyl group on the glass surface and electrode surface. After discharging the solution, it was washed with hexane and methanol.
12 parts by weight of N-isopropylacrylamide, 2 parts by weight of acrylic acid and 1.5-fold molar amount of triethylamine, 0.02 part by weight of crosslinking agent N, N′-methylenebisacrylamide (BIS) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) In addition, 0.2 part by weight of the initiator acetaminophenone (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 50 parts by weight of water and sufficiently substituted with nitrogen. This solution is filled in a microchannel whose inner wall is modified with a vinyl group, photopolymerized by irradiating UV light, and the inner wall is covered with a polymer gel when washed off. was gotten. By microscopic observation, it was confirmed that the gel having a thickness of 200 μm was modified.
When all the working electrodes of the obtained microchannel were held at −20 V, the coated gel was in a contracted state. Titanium oxide particles were added to water to prepare a slurry in which the weight ratio of titanium oxide particles was 30%. The slurry is introduced to the channel inlet with a Teflon (registered trademark) tube and coupler, pressurized with a syringe pump, the electrode potential at the channel inlet is applied to +20 V to swell the local gel, and then the gel is -20 V. The slurry containing titanium oxide particles was transported at a flow rate of 10 μL / hr due to the propagation of the volume change of the gel in the flow path when the cycle was propagated from the entrance to the far side.

(比較例1)
直径1,000μmの筒状の流路を有するガラス製のマイクロリアクタを使用した。酸化チタン粒子/水の重量比が30%になるようにスラリーを調製し、これをシリンジポンプ(PHD2000、ハーバード社製)にて加圧して、前記マイクロリアクタの流路内に注入を試みた。しかしながら、流路内におけるスラリーの移動は確認できなかった。
(Comparative Example 1)
A glass microreactor having a cylindrical channel with a diameter of 1,000 μm was used. A slurry was prepared so that the weight ratio of titanium oxide particles / water was 30%, and the slurry was pressurized with a syringe pump (PHD2000, manufactured by Harvard) and injected into the flow path of the microreactor. However, the movement of the slurry in the flow channel could not be confirmed.

(比較例2)
直径1,000μmの筒状の流路を有するガラス製のマイクロリアクタを使用した。水を充填したマイクロ流路にポリアクリル酸を添加し動粘度を1,000cs(センチストークス)に調製した水溶液をシリンジポンプ(PHD2000、ハーバード社製)にて加圧して、前記マイクロリアクタの流路内に注入を試みた。しかしながら、流路内における水溶液の移動は確認できなかった。
(Comparative Example 2)
A glass microreactor having a cylindrical channel with a diameter of 1,000 μm was used. An aqueous solution prepared by adding polyacrylic acid to a microchannel filled with water and having a kinematic viscosity of 1,000 cs (centistokes) is pressurized with a syringe pump (PHD2000, manufactured by Harvard), and the inside of the microreactor channel Attempted injection. However, the movement of the aqueous solution in the flow channel could not be confirmed.

内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成したマイクロ流路を使用し、刺激の付与により刺激応答性高分子又は架橋体が体積変化を生じる一例を示す模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a micro-channel in which a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body is formed on at least a part of an inner wall surface, and the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body undergoes a volume change by applying a stimulus. . 内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成したマイクロ流路を使用し、刺激の付与により刺激応答性高分子又は架橋体の体積変化を伝播させる一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross-sectional view showing an example in which a micro flow channel in which a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body is formed on at least a part of the inner wall surface is used to propagate the volume change of the stimulus-responsive polymer or the crosslinked body by applying a stimulus. is there. 内壁面の少なくとも一部に刺激応答性高分子又は架橋体を形成し、かつ、複数の電極を配列したマイクロ流路の一例において、その一部を拡大した模式断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of an example of a microchannel in which a stimulus-responsive polymer or a crosslinked body is formed on at least a part of an inner wall surface and a plurality of electrodes are arranged.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロ流路
12 刺激応答性高分子又は架橋体(刺激応答性ゲル)
14 マイクロ流路内壁面
16 マイクロ流路形成基材部
18,18a,18b 刺激付与部
20,20a,20b 膨潤部
22 非膨潤部
24 電極
10 Microchannel 12 Stimulus-responsive polymer or cross-linked body (stimulus-responsive gel)
14 Micro-channel inner wall surface 16 Micro-channel-forming base material portion 18, 18a, 18b Stimulation applying portion 20, 20a, 20b Swelling portion 22 Non-swelling portion 24 Electrode

Claims (8)

刺激を付与することにより体積変化を生じる刺激応答性ゲルを内壁面の少なくとも一部に化学結合により結合して形成したマイクロ流路と、
前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる刺激付与手段とを備え、
前記刺激が、化学反応、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれた刺激であることを特徴とする
輸送システム。
A microchannel formed by binding a stimulus-responsive gel that generates a volume change by applying a stimulus to at least a part of the inner wall surface by chemical bonding ;
Bei example the stimulus applying means in which the cause volume change, and can be propagated through the volume change,
The stimulus is a stimulus selected from the group consisting of chemical reaction, light, temperature change, electrochemical reaction, migration of ions in a stimulus-responsive polymer or cross-linked body, and application of an electric field. system.
前記刺激応答性ゲルを、流路径に対して1/10以上の範囲の厚さで形成した請求項1に記載の輸送システム。   The transport system according to claim 1, wherein the stimulus-responsive gel is formed with a thickness in a range of 1/10 or more with respect to a flow path diameter. 前記刺激が、光、温度変化、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれた刺激である請求項1又は2に記載の輸送システム。  The transport system according to claim 1 or 2, wherein the stimulus is a stimulus selected from the group consisting of light, temperature change, stimulus-responsive polymer or ion movement in a crosslinked body, and application of an electric field. 前記化学結合が、共有結合である請求項1乃至3のいずれか1つに記載の輸送システム。  The transport system according to claim 1, wherein the chemical bond is a covalent bond. 刺激付与により体積変化を生じる刺激応答性高分子又は架橋体内壁面の少なくとも一部に化学結合により結合して形成されているマイクロ流路と、前記体積変化を生じさせ、かつ前記体積変化を伝播させることができる刺激付与手段とを少なくとも備えた輸送システムを準備する工程、
前記マイクロ流路内を流体で満たす工程、及び、
前記刺激付与手段により刺激応答性高分子又は架橋体に刺激を付与し、体積変化を生じさせ、さらに体積変化を伝播させることにより、マイクロ流路内の物質を輸送する工程を含み、
前記刺激が、化学反応、光、温度変化、電気化学反応、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれた刺激であることを特徴とする
輸送方法。
A micro flow path formed by combining a chemically bonded to at least a portion of the inner wall surface of the stimuli-responsive polymer or crosslinked product produces a change in volume by stimulating causes the volume change, and the volume change Providing a transport system comprising at least a stimulating means capable of propagating;
Filling the microchannel with a fluid; and
The Grant stimulus to the stimulus responsive polymer or crosslinked by stimulating means causes a change in volume, by further propagate the volume change, seen including the step of transporting the material microchannel,
The stimulus is a stimulus selected from the group consisting of chemical reaction, light, temperature change, electrochemical reaction, migration of ions in a stimulus-responsive polymer or cross-linked body, and application of an electric field. Method.
前記刺激応答性高分子又は架橋体が、流路径に対して1/10以上の範囲の厚さで形成されている請求項5記載の輸送方法。   The transport method according to claim 5, wherein the stimuli-responsive polymer or crosslinked body is formed with a thickness in the range of 1/10 or more with respect to the channel diameter. 前記刺激が、光、温度変化、刺激応答性高分子又は架橋体内におけるイオンの移動、及び、電界の印加よりなる群から選ばれた刺激である請求項5又は6に記載の輸送方法。 The transport method according to claim 5 or 6, wherein the stimulus is a stimulus selected from the group consisting of light, temperature change, stimulus-responsive polymer or ion migration in a crosslinked body, and application of an electric field . 前記化学結合が、共有結合である請求項5乃至7のいずれか1つに記載の輸送方法。  The transport method according to claim 5, wherein the chemical bond is a covalent bond.
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