JP5401692B2 - Micro reactor and reaction method - Google Patents

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本発明は、光増感剤としてポーラスシリコンを用いて一重項酸素を生成させ、該一重項酸素による酸化反応を行うことができるマイクロ反応装置および反応方法に関するものである。   The present invention relates to a microreactor and a reaction method capable of generating singlet oxygen using porous silicon as a photosensitizer and performing an oxidation reaction with the singlet oxygen.

通常の状態で存在する酸素(三重項酸素)を励起させると、非常に高いエネルギーを有する一重項酸素となる。この一重項酸素は非常に反応性が高く、様々な化学反応に用いられている。しかし、基底状態にある三重項酸素を、例えば光によって励起させ一重項状態にする遷移は、スピン禁制のため通常は殆ど起こらない。   When oxygen (triplet oxygen) existing in a normal state is excited, singlet oxygen having very high energy is obtained. This singlet oxygen is very reactive and is used in various chemical reactions. However, the transition from triplet oxygen in the ground state to a singlet state excited by light, for example, usually hardly occurs because of spin forbidden.

そこで、三重項酸素から一重項酸素を生成させる方法として、マイクロ波放電を用いる方法や、低温プラズマを用いる方法、光増感剤を用いる光増感法等が行われている。化学物質の合成反応において、溶液中で一重項酸素を用いた反応を行う場合には一般的に光増感法が用いられている。   Therefore, as a method for generating singlet oxygen from triplet oxygen, a method using microwave discharge, a method using low-temperature plasma, a photosensitization method using a photosensitizer, and the like are performed. In a chemical synthesis reaction, when a reaction using singlet oxygen is performed in a solution, a photosensitization method is generally used.

前記光増感剤としては、ローズベンガル、メチレンブルー等の有機系の色素化合物が用いられる。そして、前述のように溶液中で一重項酸素を用いた反応を行う場合には、前記光増感剤色素を反応容器中の反応溶液に分散させて行うバッチ方式が一般的であった。   As the photosensitizer, an organic dye compound such as rose bengal or methylene blue is used. When the reaction using singlet oxygen is performed in the solution as described above, the batch method is generally performed in which the photosensitizer dye is dispersed in the reaction solution in the reaction vessel.

しかしながら、前記バッチ方式で反応を行う場合、反応容器全体に充分な光を照射することが困難であり、光増感剤による一重項酸素の生成のために用いる光の利用効率が悪くなってしまう問題があった。   However, when the reaction is performed in the batch mode, it is difficult to irradiate the entire reaction vessel with sufficient light, and the use efficiency of light used for generating singlet oxygen by the photosensitizer is deteriorated. There was a problem.

また、溶液中で一重項酸素を用いた反応を行った後、目的生成物を精製するためには前記反応溶液中に分散させた光増感剤を除去する工程が必要であり、該目的生成物の精製工程が煩雑になる。更に、酸素と有機物とが混合した状態にあると爆発の虞があり、その取り扱いには細心の注意を払う必要があった。   In addition, after performing the reaction using singlet oxygen in the solution, a step of removing the photosensitizer dispersed in the reaction solution is necessary to purify the target product. The product purification process becomes complicated. Furthermore, if oxygen and organic substances are mixed, there is a risk of explosion, and it is necessary to pay close attention to handling them.

ここで、近年、無機系のポーラスシリコンが光増感剤としての機能を有することが報告されている(特許文献1)。前記ポーラスシリコンは前記有機系光増感剤よりも高効率に一重項酸素を生成することが可能である。   Here, in recent years, it has been reported that inorganic porous silicon has a function as a photosensitizer (Patent Document 1). The porous silicon can generate singlet oxygen more efficiently than the organic photosensitizer.

また、前記ポーラスシリコンの形状は、粉末状以外に例えばカセット状に形成することが可能であるため、粉末状の場合よりも取り扱いが容易であり、光増感剤の供給または除去等を簡単に行うとができる。しかしながら、一重項酸素を用いる反応を前記バッチ方式で行う場合には、依然として反応容器全体に充分な光を照射することができないという問題が残る。   Moreover, since the porous silicon can be formed in a cassette shape, for example, in addition to the powder form, it is easier to handle than the powder form, and supply or removal of the photosensitizer is easy. You can do it. However, when the reaction using singlet oxygen is performed in the batch mode, there still remains a problem that the entire reaction vessel cannot be irradiated with sufficient light.

国際特許出願公開第2003/106583号公報International Patent Application Publication No. 2003/106583

本発明は、上記問題を解決し、安全且つ効率的に一重項酸素を用いた反応を行うことができる反応装置および反応方法を提供することを目的とするものである。   An object of the present invention is to provide a reaction apparatus and a reaction method capable of solving the above problems and performing a reaction using singlet oxygen safely and efficiently.

上記目的を達成するため、本発明の第1の態様に係るマイクロ反応装置は、マイクロ流路を有し、前記マイクロ流路の内面にポーラスシリコンの層が設けられた反応部と、前記マイクロ流路に酸素が溶存する原料液体を送り込む液体送り込み手段と、前記マイクロ流路のポーラスシリコン層に光を照射する光照射手段と、を備えている。   In order to achieve the above object, a microreaction apparatus according to a first aspect of the present invention includes a reaction section having a microchannel, and a porous silicon layer provided on an inner surface of the microchannel, and the microstream Liquid feed means for feeding a raw material liquid in which oxygen is dissolved into the channel, and light irradiation means for irradiating light to the porous silicon layer of the microchannel.

本発明において「マイクロ流路」とは、数十〜数千μm程度の微細な径の反応流路を指すものである。また「原料液体」とは、その液体自体が目的の反応(一重項酸素を用いた反応)の反応物質である場合の他、反応物質を溶媒に溶解した反応物質含有溶液を含むものである。本態様によれば、反応部のマイクロ流路の内面にポーラスシリコンの層が設けられているので、前記マイクロ流路に酸素が溶存する原料液体を流して該原料液体中の酸素から一重項酸素を生成させ、当該一重項酸素と原料液体中の反応物質とを反応させることができる。   In the present invention, the “microchannel” refers to a reaction channel having a fine diameter of about several tens to several thousand μm. The “raw material liquid” includes a reactant-containing solution obtained by dissolving a reactant in a solvent, in addition to the case where the liquid itself is a reactant in a target reaction (reaction using singlet oxygen). According to this aspect, since the porous silicon layer is provided on the inner surface of the microchannel of the reaction section, the singlet oxygen is converted from the oxygen in the source liquid by flowing the source liquid in which oxygen is dissolved in the microchannel. And the singlet oxygen and the reactant in the raw material liquid can be reacted.

また、マイクロ流路を反応場として用いることによって、マイクロ流路の内面に設けられたポーラスシリコン層全体に光を満遍なく照射することができ、前記原料液体中に含まれる反応分子を効率的に反応させることができる。すなわち、原料液体中の酸素から一重項酸素が生成する効率が高められ、更に、当該一重項酸素と原料液体中の反応物質とが反応する効率が高められる。   In addition, by using the microchannel as a reaction field, the entire porous silicon layer provided on the inner surface of the microchannel can be uniformly irradiated with light, and the reaction molecules contained in the raw material liquid can be efficiently reacted. Can be made. That is, the efficiency with which singlet oxygen is generated from the oxygen in the raw material liquid is increased, and further, the efficiency with which the singlet oxygen reacts with the reactant in the raw material liquid is increased.

また、前記マイクロ流路にポーラスシリコン層が設けられているので、反応溶液(反応が行われた原料液体)中から光増感剤を除去する工程を必要としない。加えて、反応場がマイクロ流路であるため、その温度制御は容易であり、有機物を用いた反応において爆発の虞が低くなる。前記マイクロ流路を反応溶液が通過した後は、該反応溶液中から一重項酸素は速やかに消滅するので、爆発性の問題はほとんどなくなる。したがって、光増感剤によって一重項酸素を生成させて行う反応を安全に行うことができる。
更に、ポーラスシリコンは可視光領域での幅広い吸収が存在するため、可視光応答型の反応系に利用することが可能であり、フォトンコストの低減が期待される。
Moreover, since the porous silicon layer is provided in the microchannel, it is not necessary to remove the photosensitizer from the reaction solution (the raw material liquid in which the reaction has been performed). In addition, since the reaction field is a micro-channel, the temperature control is easy, and the risk of explosion in the reaction using organic substances is reduced. After the reaction solution passes through the microchannel, singlet oxygen disappears rapidly from the reaction solution, so that there is almost no explosive problem. Therefore, the reaction performed by generating singlet oxygen by the photosensitizer can be performed safely.
Furthermore, since porous silicon has a wide absorption in the visible light region, it can be used in a visible light responsive reaction system, and a reduction in photon cost is expected.

本発明の第2の態様に係るマイクロ反応装置は、マイクロ流路を有し、前記マイクロ流路の内面にポーラスシリコンの層が設けられた反応部と、前記マイクロ流路に原料液体を送り込む液体送り込み手段と、前記マイクロ流路に構成成分として酸素を含む気体を送り込む気体送り込み手段と、前記マイクロ流路のポーラスシリコン層に光を照射する光照射手段と、を備えている。   A microreaction apparatus according to a second aspect of the present invention includes a reaction section having a microchannel, a porous silicon layer provided on the inner surface of the microchannel, and a liquid for feeding a raw material liquid into the microchannel A feeding unit; a gas feeding unit that feeds a gas containing oxygen as a component into the microchannel; and a light irradiation unit that irradiates light to the porous silicon layer of the microchannel.

本態様に係るマイクロ反応装置は、液体送り込み手段によって前記マイクロ流路に原料液体を送り込むとともに、気体送り込み手段によって構成成分として酸素を含む気体(以下、単に「気体」と称する場合がある)を送り込む構成である。このことによって、原料液体をマイクロ流路内において酸素が溶存する状態にして流通させることができ、以って、前記第1の態様と同様の作用効果が得られる。加えて、マイクロ流路内において起こる反応によって消費される酸素を常に原料液体中に供給し続けることができる。   In the microreaction apparatus according to this aspect, the raw material liquid is fed into the microchannel by the liquid feeding means, and a gas containing oxygen as a constituent component (hereinafter sometimes simply referred to as “gas”) is fed by the gas feeding means. It is a configuration. As a result, the raw material liquid can be circulated in a state where oxygen is dissolved in the microchannel, and thus the same effect as the first aspect can be obtained. In addition, oxygen consumed by the reaction that occurs in the microchannel can always be supplied into the raw material liquid.

前記構成成分として酸素を含む気体は、例えば大気のように、気体の構成成分の一部として酸素を含む気体はもちろんのこと、純酸素を用いることができる。前記気体中の酸素濃度は高い方が好ましく、純酸素を用いることがより好ましい。   As the gas containing oxygen as a constituent component, pure oxygen can be used as well as a gas containing oxygen as a part of the constituent component of the gas, for example, the atmosphere. The oxygen concentration in the gas is preferably high, and it is more preferable to use pure oxygen.

前記液体送り込み手段と前記気体送り込み手段によってマイクロ流路に送り込まれる原料液体および気体の流速は、前記原料液体と前記気体とが交互にマイクロ流路内を流通する状態のスラグフロー[図11(A)を参照]や、前記原料液体がマイクロ流路の内面に沿って流れ、前記気体が該マイクロ流路の中心を流れる状態のパイプフロー[図11(B)を参照]を形成することができるように調整することが望ましい。   The flow rate of the raw material liquid and the gas fed into the microchannel by the liquid feeding means and the gas feeding means is a slag flow in a state where the raw material liquid and the gas are alternately circulated in the microchannel [FIG. )] Or a pipe flow [see FIG. 11B] in which the raw material liquid flows along the inner surface of the microchannel and the gas flows through the center of the microchannel. It is desirable to adjust so that.

本発明の第3の態様に係るマイクロ反応装置は、第1の態様において、原料液体中に酸素を溶存させる酸素溶存手段を備えたことを特徴とするものである。
本態様によれば、前記原料液体中に確実に酸素を溶存させて前記マイクロ流路に送り、一重項酸素を用いた反応を行うために十分な酸素を原料液体中に供給することができる。前記酸素溶存手段によって原料液体を酸素飽和状態にしてマイクロ流路に送り込むことが望ましい。
A microreaction apparatus according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, an oxygen dissolving means for dissolving oxygen in the raw material liquid is provided.
According to this aspect, oxygen can be reliably dissolved in the raw material liquid and sent to the microchannel, and sufficient oxygen can be supplied into the raw material liquid to perform a reaction using singlet oxygen. It is desirable that the raw material liquid is saturated with oxygen by the oxygen dissolving means and fed into the microchannel.

本発明の第4の態様に係るマイクロ反応装置は、第1の態様から第3の態様のいずれか一つの態様において、前記反応部は、板状の平面に貫通する細隙状の溝が形成されてなる流路形成部と、前記流路形成部の一方の面側に接合される第一基板と、前記流路形成部の他方の面側に接合される第二基板と、を備え、前記流路形成部の一方の面と前記第一基板との間、および/または、前記流路形成部の他方の面と前記第二基板との間に、板状に形成されたポーラスシリコン層が挿入された状態で、前記第一基板と前記流路形成部と前記第二基板とが接合され、前記第一基板または該第一基板側のポーラスシリコン層と、前記第二基板または該第二板側のポーラスシリコン層と、前記流路形成部の溝の内面と、により前記マイクロ流路が形成されていることを特徴とするものである。   The microreaction apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the microreaction apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the reaction portion is formed with a slit-like groove penetrating a plate-like plane. A flow path forming portion, a first substrate bonded to one surface side of the flow path forming portion, and a second substrate bonded to the other surface side of the flow path forming portion, A porous silicon layer formed in a plate shape between one surface of the flow path forming portion and the first substrate and / or between the other surface of the flow path forming portion and the second substrate. The first substrate, the flow path forming portion, and the second substrate are bonded together with the first substrate or the porous silicon layer on the first substrate side, and the second substrate or the first substrate being inserted. The micro-channel is formed by the porous silicon layer on the two-plate side and the inner surface of the groove of the channel-forming part. It is characterized in that there.

前記マイクロ流路は、板状の平面に貫通する細隙状の溝が形成されてなる流路形成部を、第一基板および第二基板によって挟んで形成される。その際、第一基板と前記流路形成部の一方の面との間、または、第二基板と前記流路形成部の他方の面との間、またはその両方に板状に形成されたポーラスシリコン層を挿入する。その結果、前記流路形成部の上面または下面または上下両面にポーラスシリコン層を備えたマイクロ流路を形成することができる。このことによって、構成簡単にしてポーラスシリコン層が設けられたマイクロ流路を有する反応部を形成することができ、第1の態様から第3の態様のいずれか一つと同様の作用効果を得ることができる。   The micro flow path is formed by sandwiching a flow path forming portion formed by a slit-like groove penetrating in a plate-like plane between a first substrate and a second substrate. At this time, a porous plate formed between the first substrate and one surface of the flow path forming portion, or between the second substrate and the other surface of the flow path forming portion, or both. Insert the silicon layer. As a result, it is possible to form a microchannel having a porous silicon layer on the upper surface, the lower surface, or the upper and lower surfaces of the channel forming portion. As a result, it is possible to form a reaction part having a microchannel provided with a porous silicon layer with a simple structure, and to obtain the same effect as any one of the first to third aspects. Can do.

本発明の第5の態様に係るマイクロ反応装置は、第1の態様から第4の態様のいずれか一つの態様において、前記反応部の温度を調整する温度調整手段を備えたことを特徴とするものである。   A microreaction apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, a temperature adjustment means for adjusting the temperature of the reaction section is provided. Is.

本態様によれば、前記反応部の温度を、マイクロ流路内で行う一重項酸素を用いた反応に適した温度に調整することができる。   According to this aspect, the temperature of the reaction part can be adjusted to a temperature suitable for the reaction using singlet oxygen performed in the microchannel.

本発明の第6の態様に係る反応方法は、光照射されたマイクロ流路内のポーラスシリコン層にて一重項酸素を生成し、生成した一重項酸素と原料液体とを反応させることを特徴とするものである。     A reaction method according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that singlet oxygen is generated in a porous silicon layer in a micro-channel irradiated with light, and the generated singlet oxygen and a raw material liquid are reacted. To do.

本態様によれば、マイクロ流路内のポーラスシリコン層に光を満遍なく照射して酸素から一重項酸素を効率よく生成することができるとともに、前記一重項酸素の生成後に続いて起こる一重項酸素と原料液体との反応を、マイクロ流路内で効率よく行うことができる。   According to this aspect, it is possible to efficiently generate singlet oxygen from oxygen by uniformly irradiating light to the porous silicon layer in the microchannel, and the singlet oxygen that occurs after the generation of the singlet oxygen and The reaction with the raw material liquid can be efficiently performed in the microchannel.

マイクロ流路は微細であるため温度制御が容易であり、有機物を用いた反応において爆発の虞を低くすることができる。また、前記マイクロ流路を反応溶液が通過した後は、該反応溶液中から一重項酸素は速やかに消滅するので、爆発性の問題はほとんどなくなる。したがって、一重項酸素を生成させて行う反応を安全に行うことができる。   Since the microchannel is fine, temperature control is easy, and the risk of explosion in a reaction using an organic substance can be reduced. In addition, after the reaction solution passes through the microchannel, singlet oxygen disappears quickly from the reaction solution, so that there is almost no explosive problem. Therefore, the reaction performed by generating singlet oxygen can be performed safely.

更に、ポーラスシリコンは可視光領域での幅広い吸収が存在するため、可視光応答型の反応を行うことができる。マイクロ流路を用いることによって光を効率よく利用することができる上、光源として太陽光等の自然光を用いることによって、フォトンコストを低く抑えて一重項酸素を生成させることができる。   Further, since porous silicon has a wide absorption in the visible light region, a visible light responsive reaction can be performed. By using the microchannel, light can be used efficiently, and by using natural light such as sunlight as a light source, singlet oxygen can be generated with a low photon cost.

本発明によれば、溶液中において一重項酸素を生成させ、一重項酸素を用いて行う反応を安全且つ効率的に行うことができる。   According to the present invention, singlet oxygen can be generated in a solution, and a reaction performed using singlet oxygen can be performed safely and efficiently.

実施例1に係るマイクロ反応装置の反応部を構成する第一基板、流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板の一例を示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating an example of a first substrate, a flow path forming unit, a porous silicon layer, and a second substrate that constitute a reaction unit of the microreaction apparatus according to the first embodiment. 図1の第一基板、流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板を接合して形成した反応部を有するマイクロ反応装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a microreaction apparatus having a reaction part formed by joining the first substrate, the flow path forming part, the porous silicon layer, and the second substrate of FIG. 1. 図2のマイクロ反応装置のX−X矢視図である。FIG. 3 is an XX arrow view of the microreaction apparatus of FIG. 2. 実施例2に係るマイクロ反応装置の他の例を示す側断面図である。6 is a side sectional view showing another example of the microreaction apparatus according to Example 2. FIG. 実施例3に係るマイクロ反応装置の流路形成部の平面図である。6 is a plan view of a flow path forming part of a microreaction apparatus according to Example 3. FIG. 実施例4に係るマイクロ反応装置の反応部を構成する第一基板、流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板の一例を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an example of the 1st board | substrate which comprises the reaction part of the micro reaction apparatus concerning Example 4, a flow-path formation part, a porous silicon layer, and a 2nd board | substrate. 図6の第一基板、流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板を接合して形成した反応部を有するマイクロ反応装置の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a microreaction apparatus having a reaction portion formed by joining the first substrate, the flow path forming portion, the porous silicon layer, and the second substrate of FIG. 6. 流路形成部の例を示す図であり、(A)はプレートに細隙状の貫通孔が設けられた流路形成部の例であり、(B)は複数のプレートを配置して細隙状の溝を形成する流路形成部の例であり、(C)はY字構造を備えた流路形成部である。It is a figure which shows the example of a flow-path formation part, (A) is an example of the flow-path formation part by which the slit-shaped through-hole was provided in the plate, (B) is a slit which arrange | positions several plates. It is an example of the flow-path formation part which forms a groove | channel, (C) is a flow-path formation part provided with the Y-shaped structure. 実施例5に係るマイクロ反応装置の反応部を構成する第一基板、図8(B)の流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板の分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view of a first substrate, a flow path forming unit, a porous silicon layer, and a second substrate that constitute a reaction unit of a microreaction apparatus according to Example 5. 図9の第一基板、流路形成部、ポーラスシリコン層、および第二基板を接合して形成した反応部を有するマイクロ反応装置の斜視図である。FIG. 10 is a perspective view of a microreaction apparatus having a reaction part formed by joining the first substrate, the flow path forming part, the porous silicon layer, and the second substrate of FIG. 9. スラグフロー(A)およびパイプフロー(B)を説明する図である。It is a figure explaining a slag flow (A) and a pipe flow (B). 酸素で飽和した原料液体をマイクロ流路に流通させた場合(図中、黒地の丸)と、原料液体と酸素をマイクロ流路に送り、スラグフローを形成させて流通させた場合(図中、白地の四角)の実験結果である。When the raw material liquid saturated with oxygen is circulated through the micro flow path (black circle in the figure), and when the raw material liquid and oxygen are sent to the micro flow path to form a slag flow (circular in the figure) It is an experimental result of a white square).

以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
図1は、実施例1に係るマイクロ反応装置1の反応部2を構成する第一基板3、流路形成部4、ポーラスシリコン層5、および第二基板6の一例を示す分解斜視図である。図2は、図1の第一基板3、流路形成部4、ポーラスシリコン層5、および第二基板6を接合して形成した反応部2を有するマイクロ反応装置1の斜視図である。図3は、図2のマイクロ反応装置1のX−X矢視図である。
[Example 1]
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating an example of a first substrate 3, a flow path forming unit 4, a porous silicon layer 5, and a second substrate 6 constituting the reaction unit 2 of the microreaction apparatus 1 according to the first embodiment. . FIG. 2 is a perspective view of a microreaction apparatus 1 having a reaction portion 2 formed by bonding the first substrate 3, the flow path forming portion 4, the porous silicon layer 5, and the second substrate 6 of FIG. 1. FIG. 3 is an XX arrow view of the microreaction apparatus 1 of FIG.

本実施例に係るマイクロ反応装置1の反応部2は、図1および図8(A)に示されるような板状のプレート平面に貫通する細隙状の溝7が形成されてなる流路形成部4の上下を、後述する第一基板3、第二基板6、またはポーラスシリコン層5等の他の板状体によって挟んでマイクロ流路8を形成する構成である。   The reaction section 2 of the microreaction apparatus 1 according to the present embodiment is a flow path formed by forming a slit-like groove 7 penetrating a plate-like plate plane as shown in FIGS. 1 and 8A. The microchannel 8 is formed by sandwiching the upper and lower portions of the portion 4 with other plate-like bodies such as a first substrate 3, a second substrate 6, or a porous silicon layer 5 described later.

前記反応部2は、前記流路形成部4の上面に第一基板3を配設し、該流路形成部4の下面には板状に形成されたポーラスシリコン層5を配設し、更にその下面に第二基板6を配設し、これらを接合して形成されている。すなわち、図3に示されるように、前記第一基板3と、前記ポーラスシリコン層5と、前記流路形成部4の溝7の内面9により、マイクロ流路8が形成されている。   The reaction section 2 has a first substrate 3 disposed on the upper surface of the flow path forming section 4, a porous silicon layer 5 formed in a plate shape is disposed on the lower surface of the flow path forming section 4, and The second substrate 6 is disposed on the lower surface, and these are joined together. That is, as shown in FIG. 3, the microchannel 8 is formed by the first substrate 3, the porous silicon layer 5, and the inner surface 9 of the groove 7 of the channel formation portion 4.

前記ポーラスシリコン層5は、光増感剤として作用して一重項酸素を発生させることができるポーラスシリコンによって形成されている。ポーラスシリコンは、300nm〜800nmの波長の光エネルギーによって一重項酸素を生成させることができるものが好ましい。尚、ポーラスシリコンを構成するシリコンナノ結晶のサイズは、2.5nm程度(発光ピークエネルギーが1.63eV程度)のとき、一重項酸素を効率よく発生させることができることが報告されている(特許文献1:国際特許出願公開第2003/106583号公報)。   The porous silicon layer 5 is made of porous silicon that can act as a photosensitizer and generate singlet oxygen. The porous silicon is preferably one that can generate singlet oxygen by light energy having a wavelength of 300 nm to 800 nm. It has been reported that singlet oxygen can be efficiently generated when the size of the silicon nanocrystal constituting the porous silicon is about 2.5 nm (emission peak energy is about 1.63 eV) (Patent Document). 1: International Patent Application Publication No. 2003/106583).

このような性質のポーラスシリコン層5が設けられたマイクロ流路8に酸素が溶存する原料液体を流すことによって、該原料液体中に一重項酸素を効率よく生成させることができる。さらに、生成した一重項酸素と原料液体中の反応物質(原料液体自体が反応物質である場合も含む)とを反応させることができる。尚、このマイクロ流路8において行う反応については、後述する実施例5において詳細に説明する。   By flowing a raw material liquid in which oxygen is dissolved in the micro flow path 8 provided with the porous silicon layer 5 having such properties, singlet oxygen can be efficiently generated in the raw material liquid. Further, the generated singlet oxygen can be reacted with the reactant in the raw material liquid (including the case where the raw material liquid itself is a reactive substance). The reaction performed in the microchannel 8 will be described in detail in Example 5 described later.

前記第一基板3には、原料液体供給口10および反応溶液排出口11が設けられており、前記原料液体供給口10は、前記マイクロ流路8に酸素が溶存する原料液体を送り込むことが可能なポンプ等を備えた液体送り込み手段13に接続されている。原料液体供給口10からマイクロ流路8に原料液体が供給され、該マイクロ流路8を流通する間に前記原料液体中において一重項酸素を用いた反応が行われ、その反応溶液が反応溶液排出口11から排出される。前記原料液体供給口10および前記反応溶液排出口11は、いずれか一方または両方を第二基板6に設けることも可能である。   The first substrate 3 is provided with a raw material liquid supply port 10 and a reaction solution discharge port 11. The raw material liquid supply port 10 can feed a raw material liquid in which oxygen is dissolved into the microchannel 8. It is connected to the liquid feeding means 13 provided with a proper pump or the like. A raw material liquid is supplied from the raw material liquid supply port 10 to the micro flow path 8, and a reaction using singlet oxygen is performed in the raw material liquid while flowing through the micro flow path 8, and the reaction solution is discharged from the reaction solution. It is discharged from the outlet 11. Either one or both of the raw material liquid supply port 10 and the reaction solution discharge port 11 may be provided on the second substrate 6.

酸素が溶存する原料液体としては、大気中の酸素の分圧に応じた量の酸素が溶存する原料液体を用いることも可能であるが、前記液体送り込み手段13の上流側に酸素溶存手段14を設け、前記原料液体中に充分な酸素を溶存させて前記マイクロ流路8に送ることができるように構成することが望ましい。酸素溶存手段14としては、例えば、原料液体中に酸素ガスを吹き込むバブリング装置等を用いることができる。   As the raw material liquid in which oxygen is dissolved, it is possible to use a raw material liquid in which oxygen in an amount corresponding to the partial pressure of oxygen in the atmosphere is used, but the oxygen dissolving means 14 is provided upstream of the liquid feeding means 13. It is desirable to provide such a configuration that sufficient oxygen can be dissolved in the raw material liquid and sent to the microchannel 8. As the oxygen dissolving means 14, for example, a bubbling device that blows oxygen gas into the raw material liquid can be used.

更に、前記マイクロ反応装置1は、前記マイクロ流路8を形成するポーラスシリコン層5に光を照射する光照射手段12を備えている。図2においては、前記流路形成部4と前記第二基板6の間に設けられたポーラスシリコン層5に光を照射するため、第一基板3側からマイクロ流路8に向けて光を照射するように構成されている。尚、光照射手段12としては、LED等の人工光源を用いることができるのはもちろんのこと、可視光応答型の反応系に用いる場合には光源として太陽光を利用する構成とすることもできる。   Further, the microreaction apparatus 1 includes light irradiation means 12 for irradiating light to the porous silicon layer 5 forming the microchannel 8. In FIG. 2, in order to irradiate the porous silicon layer 5 provided between the flow path forming portion 4 and the second substrate 6, the light is irradiated from the first substrate 3 side toward the micro flow path 8. Is configured to do. In addition, as the light irradiation means 12, an artificial light source such as an LED can be used, and when used in a visible light responsive reaction system, sunlight can be used as a light source. .

前記流路形成部4、前記第一基板3および前記第二基板6は、マイクロ流路8内への光透過性が高い透明な板材、例えば、石英、ホウ珪酸ガラス、アクリル等の材料によって形成された板材を用いることが好ましい。   The flow path forming portion 4, the first substrate 3 and the second substrate 6 are formed of a transparent plate material having high light transmittance into the micro flow path 8, for example, a material such as quartz, borosilicate glass, acrylic or the like. It is preferable to use a processed plate material.

前記第一基板3、流路形成部4、ポーラスシリコン層5、および第二基板6は、例えば接着剤等により接着して接合される。また、それぞれのプレートの角部や辺に沿った端部に穴をあけ、ボルトとナットによって押えて接合することもできる。   The first substrate 3, the flow path forming portion 4, the porous silicon layer 5, and the second substrate 6 are bonded and bonded with, for example, an adhesive. Moreover, a hole can be made in the edge part along the corner | angular part and edge | side of each plate, and it can also press and join with a volt | bolt and a nut.

また、接着性樹脂フィルムを用いてそれぞれのプレートを接着することができる。接着性樹脂フィルムとしては、常温または加熱による自己接着性を有するものが好ましく、例えばフッ素樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
尚、前記流路形成部4を、前記常温または加熱による自己接着性を有する接着性樹脂フィルムによって形成することも可能である。接着性樹脂フィルムは、石英やホウ珪酸ガラスのような硬い素材よりも細隙状の溝を形成する加工が容易である上、流路形成部4自体が接着材となって他のプレートを接合することができるので、マイクロ反応装置1を低コストで作成することができる。
Moreover, each plate can be adhere | attached using an adhesive resin film. As an adhesive resin film, what has the self-adhesive property by normal temperature or a heating is preferable, for example, a fluororesin, an epoxy resin, a silicone resin etc. are mentioned.
In addition, it is also possible to form the said flow-path formation part 4 with the said adhesive resin film which has the self-adhesive property by the said normal temperature or a heating. The adhesive resin film is easier to form slit-like grooves than hard materials such as quartz and borosilicate glass, and the flow path forming portion 4 itself is used as an adhesive to join other plates. Therefore, the microreaction apparatus 1 can be produced at a low cost.

前記第一基板3と、前記ポーラスシリコン層5と、前記流路形成部4の溝7の内面9により形成されるマイクロ流路8は、幅50〜1000μm、深さ10μm〜1000μmであることが好ましい。特に、前記マイクロ流路を流通する流体に対し、レイノルズ数を数十〜1000以下程度に設定し、層流を保って流通可能に設計されることが好ましい。   The micro flow path 8 formed by the first substrate 3, the porous silicon layer 5, and the inner surface 9 of the groove 7 of the flow path forming portion 4 has a width of 50 to 1000 μm and a depth of 10 μm to 1000 μm. preferable. In particular, it is preferable that the Reynolds number is set to about several tens to 1,000 or less with respect to the fluid flowing through the microchannel, and the flow is designed so as to maintain the laminar flow.

またマイクロ流路8の長さは、原料液体中の反応物質が反応するために必要な所定の反応時間に応じて設定される。すなわち、原料液体が前記所定の反応時間をかけて前記マイクロ流路8内を通過するように設定される。   The length of the microchannel 8 is set according to a predetermined reaction time necessary for the reaction of the reactant in the raw material liquid. That is, the raw material liquid is set so as to pass through the microchannel 8 over the predetermined reaction time.

また、前記反応部2に当該反応部2の温度を調整する温度調整手段15を設け、マイクロ流路8内で行う一重項酸素を用いた反応に適した温度に調整できるように構成することが望ましい。   Further, the reaction unit 2 may be provided with a temperature adjusting unit 15 for adjusting the temperature of the reaction unit 2 so that the reaction unit 2 can be adjusted to a temperature suitable for the reaction using singlet oxygen performed in the microchannel 8. desirable.

マイクロ流路8の構造は上記のものに限定されるものではなく、反応器2のマイクロ流路8に光を照射することができるものであれば、マイクロ流路8の積層状態や位置関係、断面形状、マイクロ流路8の個数等を適宜変更することができる。また、複数のマイクロ流路8を備えるものについては、マイクロ流路毎に流路径や断面形状を変えることができる。   The structure of the micro flow path 8 is not limited to the above-described structure, and as long as the micro flow path 8 of the reactor 2 can be irradiated with light, The cross-sectional shape, the number of microchannels 8 and the like can be changed as appropriate. Moreover, about the thing provided with the some micro flow path 8, a flow path diameter and a cross-sectional shape can be changed for every micro flow path.

本実施例によれば、反応部2のマイクロ流路8の内面にポーラスシリコン層5を構成簡単にして設けることが可能であり、前記マイクロ流路8に酸素を含む原料液体を流して該原料液体中に一重項酸素を生成させ、当該一重項酸素を用いた反応を行うことができる。   According to the present embodiment, the porous silicon layer 5 can be provided on the inner surface of the microchannel 8 of the reaction unit 2 with a simple configuration, and the raw material liquid containing oxygen is allowed to flow through the microchannel 8. Singlet oxygen can be generated in the liquid, and the reaction using the singlet oxygen can be performed.

マイクロ流路8を反応場として用いることによって、マイクロ流路8の内面に設けられたポーラスシリコン層5全体に光を満遍なく照射することができ、前記原料液体中に含まれる反応分子を効率的に反応させることができる。すなわち、原料液体中の酸素から一重項酸素が生成する効率が高められ、更に、当該一重項酸素と原料液体中の反応物質とが反応する効率が高められる。   By using the microchannel 8 as a reaction field, the entire porous silicon layer 5 provided on the inner surface of the microchannel 8 can be uniformly irradiated with light, and the reaction molecules contained in the raw material liquid can be efficiently irradiated. Can be reacted. That is, the efficiency with which singlet oxygen is generated from the oxygen in the raw material liquid is increased, and further, the efficiency with which the singlet oxygen reacts with the reactant in the raw material liquid is increased.

また、前記マイクロ流路8にポーラスシリコン層5が設けられているので、反応溶液中から光増感剤を除去する工程を必要としない。加えて、反応場がマイクロ流路8であるため、その温度制御は容易であり、有機物を用いた反応において爆発の虞が低くなる。前記マイクロ流路8を反応溶液が通過した後は、該反応液中から一重項酸素は速やかに消滅するので、爆発性の問題はほとんどなくなる。したがって、光増感剤によって一重項酸素を生成させて行う反応を安全に行うことができる。   In addition, since the porous silicon layer 5 is provided in the microchannel 8, no step of removing the photosensitizer from the reaction solution is required. In addition, since the reaction field is the micro flow path 8, the temperature control is easy, and the risk of explosion in the reaction using organic substances is reduced. After the reaction solution has passed through the microchannel 8, singlet oxygen disappears rapidly from the reaction solution, so that there is almost no explosive problem. Therefore, the reaction performed by generating singlet oxygen by the photosensitizer can be performed safely.

[実施例2]
実施例1においては、前記流路形成部4と第二基板6との間にポーラスシリコン層5を設ける構成(図3を参照)としたが、図4に示されるように前記流路形成部4と第一基板3との間にもポーラスシリコン層5を挟み、上下両面にポーラスシリコン層5を配設する構成とすることもできる。
[Example 2]
In the first embodiment, the porous silicon layer 5 is provided between the flow path forming portion 4 and the second substrate 6 (see FIG. 3). However, as shown in FIG. A porous silicon layer 5 may be sandwiched between the first substrate 3 and the first substrate 3, and the porous silicon layer 5 may be disposed on both upper and lower surfaces.

上下両面にポーラスシリコン層5を設ける場合、該ポーラスシリコン層5は光を透過する程度に薄く形成されていることが望ましい。または、ポーラスシリコン層5にスリットや微小な孔等を設けることによって光が到達するように構成してもよい。その際、第一基板3側および第二基板6側のポーラスシリコン層5の両面に光を均一に照射するため、光照射手段12を第一基板3側および第二基板6側の両側に設けることができる。   When the porous silicon layers 5 are provided on the upper and lower surfaces, it is desirable that the porous silicon layers 5 be formed thin enough to transmit light. Or you may comprise so that light may reach | attain by providing a slit, a micro hole, etc. in the porous silicon layer 5. FIG. At that time, in order to uniformly irradiate light on both surfaces of the porous silicon layer 5 on the first substrate 3 side and the second substrate 6 side, the light irradiation means 12 is provided on both sides of the first substrate 3 side and the second substrate 6 side. be able to.

本実施例によれば、実施例1のマイクロ反応装置と同様の作用効果に加え、マイクロ流路内におけるポーラスシリコン層と液体原料との接触効率が高められ、以って一重項酸素を高効率で発生させることができる。   According to this example, in addition to the same effects as the microreactor of Example 1, the contact efficiency between the porous silicon layer and the liquid material in the microchannel can be increased, so that singlet oxygen is highly efficient. Can be generated.

[実施例3]
次に、本発明にかかるマイクロ反応装置の他の実施例について説明する。本実施例では、複数のマイクロ流路51を平行に配列して形成された流路形成部50を用いている。図5は、本実施例に係るマイクロ反応装置の流路形成部50の平面図である。
[Example 3]
Next, another embodiment of the microreaction apparatus according to the present invention will be described. In the present embodiment, a flow path forming unit 50 formed by arranging a plurality of micro flow paths 51 in parallel is used. FIG. 5 is a plan view of the flow path forming unit 50 of the microreaction apparatus according to the present embodiment.

前記流路形成部50の複数のマイクロ流路51は、共通の液体供給流路52と共通の液体排出流路53とに合流するように形成されている。複数のマイクロ流路51に原料液体を均一に供給するため、液体供給流路52は幅広流路部54を備え、液体排出流路53は幅広流路部55を備えている。   The plurality of micro flow paths 51 of the flow path forming unit 50 are formed so as to merge with a common liquid supply flow path 52 and a common liquid discharge flow path 53. In order to uniformly supply the raw material liquid to the plurality of micro flow channels 51, the liquid supply flow channel 52 includes a wide flow channel portion 54, and the liquid discharge flow channel 53 includes a wide flow channel portion 55.

本実施例によれば、実施例1のマイクロ反応装置と同様の作用効果に加え、原料液体を一つの共通の液体供給流路52に導入することによって、該原料液体が、複数のマイクロ反応流路51に送り込まれるので、大容量の反応を行うことができる。更に、各マイクロ流路51から排出される反応溶液は、再度合流されて一つの液体排出流路53から排出されるので、その回収が容易である。   According to the present embodiment, in addition to the same effects as the microreaction apparatus of the first embodiment, by introducing the raw material liquid into one common liquid supply channel 52, the raw material liquid can be converted into a plurality of microreaction flows. Since it is sent to the channel 51, a large capacity reaction can be performed. Furthermore, since the reaction solutions discharged from each micro flow channel 51 are merged again and discharged from one liquid discharge flow channel 53, the recovery thereof is easy.

[実施例4]
本実施例は、マイクロ流路に原料液体を送り込む液体送り込み手段33と、前記マイクロ流路に構成成分として酸素を含む気体を送り込む気体送り込み手段34と、を備えたマイクロ反応装置の例である。
[Example 4]
The present embodiment is an example of a microreactor provided with a liquid feed means 33 for feeding a raw material liquid into a microchannel and a gas feed means 34 for feeding a gas containing oxygen as a constituent component into the microchannel.

図6は、実施例4に係るマイクロ反応装置21の反応部22を構成する第一基板23、流路形成部24、ポーラスシリコン層25、および第二基板26の一例を示す分解斜視図である。図7は、図6の第一基板23、流路形成部24、ポーラスシリコン層25、および第二基板26を接合して形成した反応部22を有するマイクロ反応装置21の斜視図である。   FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating an example of the first substrate 23, the flow path forming unit 24, the porous silicon layer 25, and the second substrate 26 that constitute the reaction unit 22 of the microreaction apparatus 21 according to the fourth embodiment. . FIG. 7 is a perspective view of a microreaction apparatus 21 having a reaction part 22 formed by joining the first substrate 23, the flow path forming part 24, the porous silicon layer 25, and the second substrate 26 of FIG.

本実施例では、図6に示すように板状のプレートにY字の細隙状の溝27(貫通孔)が設けられた流路形成部24が用いられる。Y字を成す二股の一方は、原料液体を送り込む原料液体供給口30に繋がる流路として用いられ、前記二股の他方は、構成成分として酸素を含む気体を送り込む気体供給口32に繋がる流路として用いられる。   In this embodiment, as shown in FIG. 6, a flow path forming portion 24 in which a Y-shaped slit-like groove 27 (through hole) is provided on a plate-like plate is used. One of the forked portions forming the Y-shape is used as a flow channel connected to the raw material liquid supply port 30 for feeding the raw material liquid, and the other of the forked portions is used as a flow channel connected to the gas supply port 32 for feeding a gas containing oxygen as a constituent Used.

前記第一基板23には、原料液体供給口30、気体供給口32、および反応溶液排出口31が設けられている。前記原料液体供給口30は、マイクロ流路28に原料液体を送り込むことが可能なポンプ等を備えた液体送り込み手段33に接続されている。前記気体供給口32は、マイクロ流路28に前記酸素を含む気体を送り込むことが可能なポンプ等を備えた気体送り込み手段34に接続されている。尚、前記原料液体供給口30、気体供給口32、および反応溶液排出口31は第二基板26に設けることも可能である。   The first substrate 23 is provided with a raw material liquid supply port 30, a gas supply port 32, and a reaction solution discharge port 31. The raw material liquid supply port 30 is connected to a liquid feeding means 33 having a pump or the like capable of feeding the raw material liquid into the microchannel 28. The gas supply port 32 is connected to a gas feeding means 34 having a pump or the like that can feed the gas containing oxygen into the microchannel 28. The raw material liquid supply port 30, the gas supply port 32, and the reaction solution discharge port 31 can be provided on the second substrate 26.

本実施例に係るマイクロ反応装置21は、液体送り込み手段33によって前記原料液体供給口30から前記マイクロ流路28に原料液体を送り込むとともに、気体送り込み手段34によって前記気体供給口32から酸素を含む気体を送り込み、マイクロ流路28内で前記原料液体と前記気体とを合一させて該マイクロ流路28を流通させる構成である。このことによって、原料液体をマイクロ流路28内において酸素が溶存する状態にして流通させることができ、以って、実施例1に記載のマイクロ反応装置1と同様の作用効果を得ることができる。加えて、マイクロ流路28内において起こる反応によって消費される酸素を常に原料液体中に供給し続けることができる。   In the microreactor 21 according to this embodiment, the liquid feed means 33 feeds the raw material liquid from the raw material liquid supply port 30 to the microchannel 28, and the gas feed means 34 gas containing oxygen from the gas supply port 32. And the raw material liquid and the gas are united in the micro flow path 28 to circulate through the micro flow path 28. As a result, the raw material liquid can be circulated in a state where oxygen is dissolved in the microchannel 28, and thus the same effect as the microreaction apparatus 1 described in Example 1 can be obtained. . In addition, the oxygen consumed by the reaction occurring in the microchannel 28 can be continuously supplied into the raw material liquid.

前記酸素を含む気体は、例えば大気のように、構成成分の一部として酸素を含む気体はもちろん、純酸素を用いることができる。前記気体中の酸素濃度は高い方が好ましく、純酸素を用いることがより好ましい。   As the gas containing oxygen, pure oxygen can be used as well as a gas containing oxygen as a part of its constituent components, such as the atmosphere. The oxygen concentration in the gas is preferably high, and it is more preferable to use pure oxygen.

また、前記液体送り込み手段33と前記気体送り込み手段34によってマイクロ流路28に送り込まれる原料液体および気体の流速は、図11(A)のように前記原料液体(図中L)と前記気体(同G)とが交互にマイクロ流路(同MC)内を流通する状態のスラグフローや、図11(B)のように前記原料液体(L)がマイクロ流路(MC)の内面に沿って流れ、前記気体(G)が該マイクロ流路の中心を流れる状態のパイプフローを形成することができるように調整することが望ましい。前記スラグフローやパイプフローを形成して前記原料液体および前記気体をマイクロ流路28に流通させることによって、一重項酸素の生成効率、および生成した一重項酸素と原料液体中の反応物質との反応の効率を更に高めることができる。   Further, the flow rates of the raw material liquid and the gas fed into the micro flow path 28 by the liquid feeding means 33 and the gas feeding means 34 are the same as that of the raw material liquid (L in the figure) and the gas (same as in FIG. 11A). G) and the slag flow in a state of alternately flowing in the micro flow channel (MC), or the raw material liquid (L) flows along the inner surface of the micro flow channel (MC) as shown in FIG. It is desirable to adjust so that the gas (G) can form a pipe flow that flows through the center of the microchannel. By forming the slag flow or pipe flow and circulating the raw material liquid and the gas through the micro flow path 28, the singlet oxygen generation efficiency and the reaction between the generated singlet oxygen and the reactants in the raw material liquid Efficiency can be further increased.

[実施例5]
本発明に係るマイクロ反応装置の他の例について説明する。図9は、実施例5に係るマイクロ反応装置41の反応部42を構成する第一基板43、流路形成部44、ポーラスシリコン層45、および第二基板46の分解斜視図である。図10は、図9の第一基板43、流路形成部44、ポーラスシリコン層45、および第二基板46を接合して形成した反応部42を有するマイクロ反応装置41の斜視図である。
[Example 5]
Another example of the microreaction apparatus according to the present invention will be described. FIG. 9 is an exploded perspective view of the first substrate 43, the flow path forming unit 44, the porous silicon layer 45, and the second substrate 46 that constitute the reaction unit 42 of the microreaction apparatus 41 according to the fifth embodiment. FIG. 10 is a perspective view of a microreactor 41 having a reaction part 42 formed by joining the first substrate 43, the flow path forming part 44, the porous silicon layer 45, and the second substrate 46 of FIG.

本実施例に係るマイクロ反応装置41は、実施例1、実施例2、および実施例4のようにプレートに細隙状の貫通孔が設けられた流路形成部[例えば図8(A)]にかえて、図8(B)のように複数のプレートを配置して細隙状の溝を形成した流路形成部44によってマイクロ流路48が形成されている。   In the microreactor 41 according to the present embodiment, a flow path forming portion in which a through-hole having a narrow slit shape is provided in a plate as in the first, second, and fourth embodiments [for example, FIG. Instead, the micro channel 48 is formed by the channel forming part 44 in which a plurality of plates are arranged to form a slit-like groove as shown in FIG. 8B.

本実施例における流路形成部44は、例えばカットした樹脂板や接着性樹脂フィルム等を配置して形成することができ、マイクロ流路を成す溝を加工容易にして設けることができるため、実験室レベルのマイクロ反応装置を簡易的に作成する場合にも適している。図8(B)のように二枚の板状体の辺を平行にして並べることによって、直線のマイクロ流路48を形成することができる。   The flow path forming portion 44 in the present embodiment can be formed by arranging, for example, a cut resin plate, an adhesive resin film, and the like, and the groove forming the micro flow path can be provided with ease of processing. It is also suitable for simple production of a room level microreactor. As shown in FIG. 8B, the straight microchannels 48 can be formed by aligning the sides of the two plate-like bodies in parallel.

本実施例では、図10のように、前記第一基板43、流路形成部44、ポーラスシリコン層45、および第二基板46を接合して形成された反応部42の側面に開口が形成される。この開口を実施例1における原料導入口および反応溶液排出口として利用することができるため、第一基板43または第二基板35に原料導入口および反応溶液排出口としての穴を設けない構成とすることができる。   In this embodiment, as shown in FIG. 10, an opening is formed on the side surface of the reaction portion 42 formed by joining the first substrate 43, the flow path forming portion 44, the porous silicon layer 45, and the second substrate 46. The Since this opening can be used as the raw material inlet and the reaction solution outlet in the first embodiment, the first substrate 43 or the second substrate 35 is not provided with holes as the raw material inlet and the reaction solution outlet. be able to.

また、図8(C)のような形状にアクリル板等をカットすることにより、Y字を成す溝57を形成することができる。当該図8(C)の流路形成部54を用いることによって、実施例4と同様、原料液体と酸素を含む気体をマイクロ流路内で合一させて流通させることが可能なマイクロ流路を形成することができる。   Further, by cutting an acrylic plate or the like into a shape as shown in FIG. 8C, a Y-shaped groove 57 can be formed. By using the flow path forming portion 54 of FIG. 8C, a micro flow path capable of bringing together a raw material liquid and a gas containing oxygen in the micro flow path and flowing in the same manner as in the fourth embodiment. Can be formed.

本実施例によれば、低コスト且つ容易にマイクロ反応装置を作成することができるとともに、実施例1または実施例2に係るマイクロ反応装置と同様の作用効果を得ることができる。   According to this example, a microreaction apparatus can be easily produced at low cost, and the same effects as those of the microreaction apparatus according to Example 1 or Example 2 can be obtained.

[実施例6]
次に、本発明に係るマイクロ反応装置を用いて行う反応方法について実施例1のマイクロ反応装置1を用いて説明する。本反応方法は、光照射されたマイクロ流路8内のポーラスシリコン層5にて一重項酸素を生成し、生成した一重項酸素と原料液体とを反応させて行うものである。
[Example 6]
Next, a reaction method performed using the microreaction apparatus according to the present invention will be described using the microreaction apparatus 1 of Example 1. This reaction method is performed by generating singlet oxygen in the porous silicon layer 5 in the microchannel 8 irradiated with light, and reacting the generated singlet oxygen with the raw material liquid.

酸素が溶存する原料液体をマイクロ流路8に供給し、該マイクロ流路8に光を照射すると、当該マイクロ流路8に設けられたポーラスシリコン層5の作用により、前記原料液体中に溶存する酸素が励起されて一重項酸素を生成する。原料液体中で生成した前記一重項酸素は、該原料液体中の反応物質とを反応して目的生成物を生成する。
尚、原料液体としては、その液体自体が目的の反応(一重項酸素を用いた反応)の反応物質である場合の他、反応物質を溶媒に溶解した反応物質含有溶液を用いることができる。
When a raw material liquid in which oxygen is dissolved is supplied to the micro flow path 8 and light is irradiated to the micro flow path 8, it is dissolved in the raw material liquid by the action of the porous silicon layer 5 provided in the micro flow path 8. Oxygen is excited to produce singlet oxygen. The singlet oxygen produced in the raw material liquid reacts with the reactants in the raw material liquid to produce the target product.
As the raw material liquid, in addition to the case where the liquid itself is a reactant for the target reaction (reaction using singlet oxygen), a reactant-containing solution in which the reactant is dissolved in a solvent can be used.

本発明に係るマイクロ反応装置1を用いることにより、マイクロ流路8内のポーラスシリコン層5に光を満遍なく照射することができるので、酸素から一重項酸素を効率よく生成することができるとともに、前記一重項酸素の生成後に続いて起こる一重項酸素と原料液体との反応も高効率で行うことができる。   By using the microreaction apparatus 1 according to the present invention, the porous silicon layer 5 in the microchannel 8 can be uniformly irradiated with light, so that singlet oxygen can be efficiently generated from oxygen, and The subsequent reaction between the singlet oxygen and the raw material liquid that occurs after the generation of singlet oxygen can also be performed with high efficiency.

また、マイクロ流路8は微細であるため温度制御が容易であり、有機物を用いた反応において爆発の虞を低くすることができる。また、前記マイクロ流路8を反応溶液が通過した後は、該反応溶液中から一重項酸素は速やかに消滅するので、爆発性の問題はほとんどなくなる。したがって、一重項酸素を生成させて行う反応を安全に行うことができる。   In addition, since the micro flow path 8 is fine, temperature control is easy, and the risk of explosion in a reaction using an organic substance can be reduced. Further, after the reaction solution passes through the micro flow path 8, singlet oxygen disappears rapidly from the reaction solution, so that there is almost no explosive problem. Therefore, the reaction performed by generating singlet oxygen can be performed safely.

更に、ポーラスシリコンは可視光領域での幅広い吸収が存在するため、可視光応答型の反応を行うことができる。マイクロ流路8を用いることによって光を効率よく利用することができる上、光源として太陽光等の自然光を用いることによって、フォトンコストの低く抑えて一重項酸素を生成させることができる。   Further, since porous silicon has a wide absorption in the visible light region, a visible light responsive reaction can be performed. By using the microchannel 8, light can be used efficiently, and by using natural light such as sunlight as a light source, singlet oxygen can be generated with low photon cost.

以下に、本実施例に係る方法で行うことができる一重項酸素を用いた反応について具体例を挙げて説明する。一重項酸素は二重結合を有する有機化合物に対して作用し、次に説明するような反応が起こると考えられる   Hereinafter, the reaction using singlet oxygen that can be performed by the method according to this example will be described with reference to specific examples. Singlet oxygen is thought to act on organic compounds with double bonds, causing the reactions described below.

<第一の反応工程>
一重項酸素分子1モルは、被酸化対象物である有機化合物の二重結合2当量、すなわち、それぞれのπ電子結合(2当量)のπ電子と選択的に反応する。一重項酸素分子による酸化反応は、その酸素原子2当量それぞれが、二重結合2当量それぞれの一方の端のπ電子結合のπ電子を奪う形で起こり、当該二重結合2当量のそれぞれを単結合(2当量)化する。前記それぞれの二重結合の対端のπ電子結合のπ電子は、隣接の単結合を二重結合化する。すなわち、二重結合を隣接部に移すことができる。
<First reaction step>
One mole of singlet oxygen molecules selectively reacts with two equivalents of double bonds of an organic compound that is an object to be oxidized, that is, π electrons of each π electron bond (2 equivalents). The oxidation reaction by singlet oxygen molecules takes place in such a way that each two equivalents of oxygen atoms deprive the π electrons of one end of each of the two equivalents of double bonds, and each of the two equivalents of double bonds is single-ended. Combine (2 equivalents). The π electrons of the π electron bonds at the opposite ends of the respective double bonds form adjacent single bonds as double bonds. That is, the double bond can be moved to the adjacent portion.

更に、前記第一の反応工程の後、前記一重項酸素分子1モル(2当量)の酸素原子は、後述する第二の反応工程によって被酸化対象物に付加される。第二の反応工程において起こる酸素原子の付加にはいくつかのパターンがある。その例(パターン1〜パターン3)を以下に示す。   Further, after the first reaction step, 1 mol (2 equivalents) of oxygen atoms of the singlet oxygen molecules are added to the object to be oxidized by the second reaction step described later. There are several patterns of oxygen atom addition that occur in the second reaction step. Examples thereof (Pattern 1 to Pattern 3) are shown below.

<第二の反応工程>
(パターン1)エピジオキシ(−O−O−)架橋をなして被酸化対象物に付く場合
(パターン2)酸素原子が別れ、前記第一の反応において被酸化対象物からはじかれる水素原子を取り込み、水酸基(−OH)をなして被酸化対象物に付く場合
(パターン3)酸素原子が別れ、それぞれ二重結合(=O)で被酸化対象物に付く場合
<Second reaction step>
(Pattern 1) When an epidioxy (—O—O—) crosslink is attached to the object to be oxidized (Pattern 2), oxygen atoms are separated, and hydrogen atoms repelled from the object to be oxidized in the first reaction are taken in, When attached to an object to be oxidized by forming a hydroxyl group (—OH) (Pattern 3) When oxygen atoms are separated and attached to the object to be oxidized with a double bond (═O).

前記パターン1〜パターン3の反応例を以下に示す。
(パターン1の反応例)α−テルピネンの酸化
Examples of reactions of the patterns 1 to 3 are shown below.
(Example of reaction of pattern 1) Oxidation of α-terpinene

Figure 0005401692
Figure 0005401692

(パターン2の反応例)3,7−ジメチル−6−オクテン−1−オールの酸化 (Example of reaction of pattern 2) Oxidation of 3,7-dimethyl-6-octen-1-ol

Figure 0005401692
Figure 0005401692

(パターン3の反応例)1,5−ナフタレンジオールの酸化 (Example of reaction of pattern 3) Oxidation of 1,5-naphthalenediol

Figure 0005401692
Figure 0005401692

反応例1〜反応例3のような反応は、例えば製薬、香料等の高付加価値化合物の合成反応に利用できる。現在、このような合成反応はローズベンガル等の有機系光増感剤を用いる方法(爆発性の問題があり、合成後に光増感剤を除去する工程が必要)により行われているが、本発明に係るマイクロ反応装置を用いた反応を用いることによって、安全且つ効率的に前記合成反応を行うことができる。また、ポーラスシリコンは可視光領域での幅広い吸収を有するため、前記高付加価値化合物の合成反応をソーラーシステム化することも可能となる。   Reactions such as Reaction Example 1 to Reaction Example 3 can be used for synthesis reactions of high value-added compounds such as pharmaceuticals and fragrances. At present, such a synthesis reaction is performed by a method using an organic photosensitizer such as rose bengal (there is an explosive problem and a step of removing the photosensitizer after synthesis is necessary). By using the reaction using the microreaction apparatus according to the invention, the synthesis reaction can be performed safely and efficiently. In addition, since porous silicon has a wide absorption in the visible light region, the synthesis reaction of the high value-added compound can be made into a solar system.

尚、本発明に係るマイクロ反応装置を用いて行う反応は上記反応パターンに限られるものではなく、溶液中において一重項酸素を生成させて行う反応系であれば特に限定されない。   The reaction performed using the microreaction apparatus according to the present invention is not limited to the above reaction pattern, and is not particularly limited as long as it is a reaction system performed by generating singlet oxygen in a solution.

[α−テルピネンの酸化]
実施例6において説明したパターン1の反応例であるα−テルピネンの酸化反応を、本発明に係るマイクロ反応装置を用いて行った。図12は、酸素で飽和した原料液体をマイクロ流路に流通させた場合(図中、黒地の丸)と、原料液体と酸素をマイクロ流路に送り、スラグフローを形成させて流通させた場合(図中、白地の四角)の実験結果である。ここで、図12のグラフの縦軸にとった相対濃度とは、スラグフローを形成させて行った実験における照射時間12秒のときの生成物濃度を1として、他の実験値(各照射時間における生成物濃度)を相対値として表したものである。
[Oxidation of α-terpinene]
The oxidation reaction of α-terpinene, which is the reaction example of Pattern 1 described in Example 6, was performed using the microreaction apparatus according to the present invention. FIG. 12 shows the case where the raw material liquid saturated with oxygen is circulated through the micro flow channel (black circle in the figure), and the case where the raw material liquid and oxygen are sent to the micro flow channel to form a slag flow. It is an experimental result (in the figure, a white square). Here, the relative concentration taken on the vertical axis of the graph of FIG. 12 indicates that the product concentration at the irradiation time of 12 seconds in the experiment conducted by forming the slag flow is 1, and other experimental values (each irradiation time). Product concentration) at a relative value.

原料液体と酸素ガスをマイクロ流路に送り、スラグフローを形成させて反応を行った場合、酸素で飽和した原料液体をマイクロ流路に流通させた場合に比して反応速度がおよそ6倍速くなった。スラグフローを形成することによって、酸素ガスと原料液体との接触面積が大きくなり、マイクロ流路内で生成した一重項酸素と原料液体中の反応物質との接触頻度が高まるため、反応を高効率で進行させることができると考えられる。   When the raw material liquid and oxygen gas are sent to the microchannel and the reaction is performed by forming a slag flow, the reaction rate is about 6 times faster than when the raw material liquid saturated with oxygen is circulated through the microchannel. became. By forming the slag flow, the contact area between the oxygen gas and the raw material liquid is increased, and the contact frequency between the singlet oxygen generated in the microchannel and the reactants in the raw material liquid is increased. It is thought that it can be made to progress.

また、スラグフローを形成すると、図11に示されるように、マイクロ流路28内において気体で区切られたそれぞれの液体部分Lにおいて二次流れ29が生じ、原料溶液が撹拌されながらマイクロ流路28内を流通するものと考えられる。このことによっても反応効率が高められていると推測される。   Further, when the slag flow is formed, as shown in FIG. 11, a secondary flow 29 is generated in each liquid portion L partitioned by gas in the micro flow channel 28, and the micro flow channel 28 is stirred while the raw material solution is stirred. It is thought that it circulates inside. It is presumed that the reaction efficiency is also enhanced by this.

本発明は、一重項酸素を生成させ、当該一重項酸素を用いて行う反応系に使用するマイクロ反応装置に利用可能である。また、マイクロ流路内にて一重項酸素を生成させ、該一重項酸素を用いて行う反応方法に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a microreaction apparatus used for a reaction system that generates singlet oxygen and uses the singlet oxygen. Further, the present invention can be used in a reaction method in which singlet oxygen is generated in a microchannel and performed using the singlet oxygen.

1 マイクロ反応装置、 2 反応部、 3 第一基板、 4 流路形成部、
5 ポーラスシリコン層、 6 第二基板、
7 溝、 8 マイクロ流路、 9 溝の内面、
10 原料液体供給口、 11 反応溶液排出口、 12 光照射部、
13 液体送り込み手段、 14 酸素溶存手段、 15 温度調整手段
21 マイクロ反応装置、 22 反応部、 23 第一基板、
24 流路形成部、 25 ポーラスシリコン層、 26 第二基板、
27 溝、 28 マイクロ流路、 29 二次流れ、
30 原料液体供給口、 31 反応溶液排出口、 32 気体供給口、
33 液体送り込み手段、 34 気体送り込み手段、
41 マイクロ反応装置、 42 反応部、 43 第一基板、
44 流路形成部、 45 ポーラスシリコン層、 46 第二基板、
47 溝、 48 マイクロ流路、
50 流路形成部、 51 マイクロ流路、 52 液体供給流路、
53 液体排出流路、 54 幅広流路部、 55 幅広流路部
L 原料液体、 G 気体、 MC マイクロ流路
1 microreactor, 2 reaction section, 3 first substrate, 4 flow path forming section,
5 porous silicon layer, 6 second substrate,
7 groove, 8 micro flow path, 9 inner surface of groove,
10 Raw material liquid supply port, 11 Reaction solution discharge port, 12 Light irradiation part,
13 liquid feeding means, 14 oxygen dissolving means, 15 temperature adjusting means, 21 microreactor, 22 reaction section, 23 first substrate,
24 channel forming part, 25 porous silicon layer, 26 second substrate,
27 grooves, 28 microchannels, 29 secondary flow,
30 Raw material liquid supply port, 31 Reaction solution discharge port, 32 Gas supply port,
33 liquid feeding means, 34 gas feeding means,
41 microreactor, 42 reaction section, 43 first substrate,
44 channel forming part, 45 porous silicon layer, 46 second substrate,
47 grooves, 48 microchannels,
50 channel forming part, 51 micro channel, 52 liquid supply channel,
53 Liquid discharge channel, 54 Wide channel unit, 55 Wide channel unit L Raw material liquid, G gas, MC Micro channel

Claims (5)

マイクロ流路を有し、前記マイクロ流路の内面にポーラスシリコンの層が設けられた反応部と、
前記マイクロ流路に酸素が溶存する原料液体を送り込む液体送り込み手段と、
前記マイクロ流路のポーラスシリコン層に光を照射する光照射手段と、を備えたマイクロ反応装置であって、
前記反応部は、板状の平面に貫通する細隙状の溝が形成されてなる流路形成部と、
前記流路形成部の一方の面側に接合される第一基板と、
前記流路形成部の他方の面側に接合される第二基板と、を備え、
前記流路形成部の一方の面と前記第一基板との間、および/または、前記流路形成部の他方の面と前記第二基板との間に、板状に形成されたポーラスシリコン層が挿入された状態で、前記第一基板と前記流路形成部と前記第二基板とが接合され、
前記第一基板または該第一基板側のポーラスシリコン層と、前記第二基板または該第二板側のポーラスシリコン層と、前記流路形成部の溝の内面と、により前記マイクロ流路が形成されていることを特徴とするマイクロ反応装置。
A reaction section having a microchannel, and a porous silicon layer provided on the inner surface of the microchannel;
Liquid feeding means for feeding a raw material liquid in which oxygen is dissolved into the microchannel;
A light irradiation means for irradiating light to the porous silicon layer of the microchannel, and a microreaction apparatus comprising :
The reaction part is a flow path forming part in which a slit-like groove penetrating a plate-like plane is formed, and
A first substrate bonded to one surface side of the flow path forming portion;
A second substrate joined to the other surface side of the flow path forming part,
A porous silicon layer formed in a plate shape between one surface of the flow path forming portion and the first substrate and / or between the other surface of the flow path forming portion and the second substrate. Is inserted, the first substrate, the flow path forming portion and the second substrate are joined,
The microchannel is formed by the porous silicon layer on the first substrate or the first substrate side, the porous silicon layer on the second substrate or the second plate side, and the inner surface of the groove of the channel forming portion. A micro-reaction apparatus characterized by being made .
マイクロ流路を有し、前記マイクロ流路の内面にポーラスシリコンの層が設けられた反応部と、
前記マイクロ流路に原料液体を送り込む液体送り込み手段と、
前記マイクロ流路に構成成分として酸素を含む気体を送り込む気体送り込み手段と、
前記マイクロ流路のポーラスシリコン層に光を照射する光照射手段と、を備えたマイクロ反応装置であって、
前記反応部は、板状の平面に貫通する細隙状の溝が形成されてなる流路形成部と、
前記流路形成部の一方の面側に接合される第一基板と、
前記流路形成部の他方の面側に接合される第二基板と、を備え、
前記流路形成部の一方の面と前記第一基板との間、および/または、前記流路形成部の他方の面と前記第二基板との間に、板状に形成されたポーラスシリコン層が挿入された状態で、前記第一基板と前記流路形成部と前記第二基板とが接合され、
前記第一基板または該第一基板側のポーラスシリコン層と、前記第二基板または該第二板側のポーラスシリコン層と、前記流路形成部の溝の内面と、により前記マイクロ流路が形成されていることを特徴とするマイクロ反応装置。
A reaction section having a microchannel, and a porous silicon layer provided on the inner surface of the microchannel;
Liquid feeding means for feeding the raw material liquid into the microchannel;
Gas feeding means for feeding a gas containing oxygen as a component into the microchannel;
A light irradiation means for irradiating light to the porous silicon layer of the microchannel, and a microreaction apparatus comprising :
The reaction part is a flow path forming part in which a slit-like groove penetrating a plate-like plane is formed, and
A first substrate bonded to one surface side of the flow path forming portion;
A second substrate joined to the other surface side of the flow path forming part,
A porous silicon layer formed in a plate shape between one surface of the flow path forming portion and the first substrate and / or between the other surface of the flow path forming portion and the second substrate. Is inserted, the first substrate, the flow path forming portion and the second substrate are joined,
The microchannel is formed by the porous silicon layer on the first substrate or the first substrate side, the porous silicon layer on the second substrate or the second plate side, and the inner surface of the groove of the channel forming portion. A micro-reaction apparatus characterized by being made .
請求項1に記載されたマイクロ反応装置において、原料液体中に酸素を溶存させる酸素溶存手段を備えたことを特徴とするマイクロ反応装置。   2. The microreactor according to claim 1, further comprising oxygen dissolving means for dissolving oxygen in the raw material liquid. 請求項1〜請求項のいずれか一項に記載されたマイクロ反応装置において、前記反応部の温度を調整する温度調整手段を備えたことを特徴とするマイクロ反応装置。 The microreaction apparatus according to any one of claims 1 to 3 , further comprising temperature adjusting means for adjusting the temperature of the reaction section. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の反応装置を用いて、光照射されたマイクロ流路内のポーラスシリコン層にて一重項酸素を生成し、生成した一重項酸素と原料液体とを反応させることを特徴とする反応方法。 Using the reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4, singlet oxygen is generated in a porous silicon layer in a micro-channel irradiated with light, and the generated singlet oxygen and a raw material liquid A reaction method characterized by reacting
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