JP5660596B2 - Microfluidic device - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ流体装置に関し、詳しくは2種類の液体の界面を利用した化学反応や抽出等に好適なマイクロ流体装置に関する。   The present invention relates to a microfluidic device, and more particularly to a microfluidic device suitable for a chemical reaction or extraction using an interface between two kinds of liquids.

マイクロ流体装置は、幅又は深さが1mm以下のマイクロ流路内に流体を流しながら、化学反応、熱交換、抽出等を行う装置である。そして、例えばマイクロ流体装置を化学反応に用いる場合は、バッチ式マクロ反応装置に比べて反応条件を一定に制御しやすい等の利点があるため、高純度の化合物を効率よく合成することができることが知られている。また、特に幅も深さも1mm以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、マイクロ流路に2つの流体を流したときに層流を形成しやすいため、例えば2つの流体の界面を利用する化学反応(例えば界面における化学反応を利用した有機合成や化合物の分解等)や抽出(例えば界面を通じて一方の流体中に含まれる成分を他方の流体に移動させること)等に好適である。   A microfluidic device is a device that performs chemical reaction, heat exchange, extraction, and the like while flowing a fluid through a microchannel having a width or depth of 1 mm or less. For example, when a microfluidic device is used for a chemical reaction, there is an advantage such as easy control of reaction conditions compared to a batch-type macro reactor, so that a high-purity compound can be synthesized efficiently. Are known. In particular, a microfluidic device having a microchannel having a width and a depth of 1 mm or less tends to form a laminar flow when two fluids are flowed through the microchannel. For example, an interface between the two fluids is used. It is suitable for chemical reactions (for example, organic synthesis utilizing chemical reactions at the interface, decomposition of compounds, etc.) and extraction (for example, moving components contained in one fluid to the other fluid through the interface).

一方、例えば幅も深さも1mm以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、通常の装置に比べて容積が小さいため、1つの装置における時間当たりの処理量が少ないという問題点が知られている。
その問題点を解決するために、幅と高さの比(アスペクト比)の大きな流路を用いた技術が開発されている。具体的には、例えば特許文献1には、流れ方向の断面形状が短辺と長辺を持つ略矩形のマイクロ空間からなる流路を有し、原料流体を反応流路に注入する注入口が長辺側の反応流路壁面上にスリット状に設けられたマイクロリアクタが開示されている。
On the other hand, for example, a microfluidic device having a microchannel having a width and a depth of 1 mm or less has a problem that the volume per unit time is small since the volume is smaller than that of a normal device. Yes.
In order to solve the problem, a technique using a flow path having a large width to height ratio (aspect ratio) has been developed. Specifically, for example, Patent Document 1 includes a flow path formed of a substantially rectangular microspace whose cross-sectional shape in the flow direction has a short side and a long side, and an inlet for injecting a raw material fluid into the reaction flow path. A microreactor provided in a slit shape on the long-side reaction channel wall surface is disclosed.

特開2007−50320号公報JP 2007-50320 A

上記のような幅と高さの比が大きなマイクロ流路を、界面を利用した処理(すなわち、化学反応や抽出等)に適用する場合、処理の効率を向上させるため、広い界面が形成されることが求められる。すなわち、上記界面を利用した処理を効率よく行うためには、マイクロ流路において流体が流れる方向に垂直な断面の短辺に平行ではなく、長辺に平行な界面が形成されることが望ましい。
しかしながら、特に相溶性の低い2つの流体を用いる場合、界面を小さくしようとする力(表面張力)が働くため、マイクロ流路内において2つの流体の界面を広いまま維持させることは難しい。具体的には、例えば長辺に平行な界面が形成されるように2つの流体をマイクロ流路に導入しても、流路の途中で界面が回転して短辺に平行な界面となる場合や、流れが乱れて連続した界面が形成されない場合がある。
When a microchannel having a large width-to-height ratio as described above is applied to processing using an interface (that is, chemical reaction or extraction), a wide interface is formed to improve processing efficiency. Is required. That is, in order to efficiently perform the process using the interface, it is desirable to form an interface parallel to the long side, not parallel to the short side of the cross section perpendicular to the fluid flow direction in the microchannel.
However, when two fluids having low compatibility are used, a force (surface tension) for reducing the interface acts, so it is difficult to keep the interface between the two fluids wide in the microchannel. Specifically, for example, even if two fluids are introduced into the microchannel so that an interface parallel to the long side is formed, the interface rotates in the middle of the channel and becomes an interface parallel to the short side. Or, the flow may be disturbed and a continuous interface may not be formed.

そこで本発明は、1つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第1流体及び第2流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、マイクロ流体装置を提供することを主な目的とする。   Therefore, the present invention has a large amount of processing per time in one microfluidic device, and the interface between the first fluid and the second fluid in the main channel extends from the upstream end to the downstream end of the main channel. The main object is to provide a microfluidic device that can be easily formed uniformly in the width direction of the main channel.

上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項1に係る発明は、
第1流体及び第2流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第1流体及び前記第2流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第1流路及び第2流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第1流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第1流体を前記第1流路に導入する第1導入路であって、前記第1導入路において前記第1流体が流れる方向である第1導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第1導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第1導入路と、
前記第2流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向側から前記主流方向に対して鋭角に前記第2流体を前記第2流路に導入する第2導入路であって、前記第2導入路において前記第2流体が流れる方向である第2導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第2導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第2導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第1流体及び前記第2流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第1流体及び前記第2流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置である。
In order to achieve the above object, the following invention is provided.
The invention according to claim 1
A main flow path in which the first fluid and the second fluid flow in contact with each other, and in the main flow path depth direction, which is a direction perpendicular to the main flow direction in which the first fluid and the second fluid flow in the main flow path. The length of the main flow path width direction which is a direction perpendicular to the main flow path depth direction in the cross section perpendicular to the main flow direction in the main flow path is composed of the first flow path and the second flow path arranged in parallel. A main flow path larger than the length in the direction of the path depth;
A first introduction path that communicates with the upstream end of the first flow path in the main flow direction and introduces the first fluid into the first flow path in the same direction as the main flow direction; The length in the same direction as the width direction of the main channel in the cross section perpendicular to the first introduction direction from the upstream side to the downstream side in the first introduction direction, which is the direction in which the first fluid flows in one introduction path. A first introduction path that gradually increases and has a region in which the length in the direction perpendicular to the main flow path width direction gradually decreases;
The second fluid is communicated with an end on the upstream side in the main flow direction in the second flow path, and the second fluid is placed in the same direction with respect to the main flow direction or at an acute angle with respect to the main flow direction from the direction side of the main flow path depth. A second introduction path to be introduced into the second flow path, wherein the second fluid flows in the second introduction path from the upstream side in the second introduction direction toward the downstream side in the second introduction direction. A second introduction path having a region in which the length in the same direction as the main channel width direction in the vertical cross section gradually increases and the length in the direction perpendicular to the main channel width direction gradually decreases;
A discharge path that communicates with an end of the main flow path downstream in the main flow direction and discharges the first fluid and the second fluid from the main flow path in the same direction with respect to the main flow direction; The length in the same direction as the width direction of the main channel in the cross section perpendicular to the discharge direction is gradually reduced from the upstream side to the downstream side in the discharge direction in which the first fluid and the second fluid flow. And a discharge channel having a region in which the length in the direction perpendicular to the width direction of the main channel gradually increases.

また請求項2に係る発明は、
前記第1流路及び前記第2流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項1に記載のマイクロ流体装置である。
The invention according to claim 2
The microfluidic device according to claim 1, wherein a hydrophilic layer is formed on an inner surface of one of the first channel and the second channel, and a hydrophobic layer is formed on the other inner surface.

請求項3に係る発明は、
前記第1流路及び前記第2流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項2に記載のマイクロ流体装置である。
The invention according to claim 3
Of the first channel and the second channel, the surface along the main channel width direction in the channel in which the hydrophilic layer is formed, and the channel in the channel in which the hydrophobic layer and the hydrophobic layer are formed. 3. The microfluidic device according to claim 2, wherein at least one of the surface along the width direction of the main flow path has optical transparency, and the hydrophilic layer is a titanium dioxide layer.

請求項4に係る発明は、
前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体装置である。
The invention according to claim 4
4. The device according to claim 1, wherein at least one of the first flow path and the second flow path includes a plurality of grooves formed along the main flow direction and arranged in parallel with the main flow path width direction. 5. The microfluidic device according to claim 1.

本発明によれば、1つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第1流体及び第2流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、という効果が得られる。   According to the present invention, the amount of processing per time in one microfluidic device is large, and the interface between the first fluid and the second fluid in the main channel is from the upstream end to the downstream end of the main channel. It is possible to achieve both the fact that it can be easily formed uniformly in the main channel width direction.

本発明の第1実施形態に係るマイクロ流体装置における流路の概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline of the flow path in the microfluidic device which concerns on 1st Embodiment of this invention. (A)第1実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図及び(B)2B−2B端面図である。(A) The top view of the microfluidic device which concerns on 1st Embodiment, and (B) 2B-2B end elevations. 図2(B)における3−3端面図である。FIG. 3 is a 3-3 end view in FIG. 本発明に係るマイクロ流体装置の他の一例における合流部を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the confluence | merging part in another example of the microfluidic device which concerns on this invention. 第1実施形態に係るマイクロ流体装置の合流部における第二流路の底面を拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the bottom face of the 2nd flow path in the confluence | merging part of the microfluidic device which concerns on 1st Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は適宜省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and repeated description is omitted as appropriate.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るマイクロ流体装置における流路全体の概略を示す斜視図である。図2(A)は、第1実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図である。図2(B)は、図2(A)における2B−2B端面図である。図3は、図2(B)における3−3端面図である。なお、図2(B)及び図3には、第1実施形態のマイクロ流体装置に2つの流体を流した状態の一例を併せて示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of the entire flow path in the microfluidic device according to the first embodiment. FIG. 2A is a plan view of the microfluidic device according to the first embodiment. FIG. 2B is an end view of 2B-2B in FIG. FIG. 3 is a 3-3 end view in FIG. 2B and 3 also show an example of a state in which two fluids are flowed through the microfluidic device of the first embodiment.

図1及び図2に示すように、第1実施形態に係るマイクロ流体装置100は、主流路10と、主流路10の一端である合流部16に連通された第1導入路40及び第2導入路50と、主流路10の他端である連通部18に連通された排出路60と、を含んで構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the microfluidic device 100 according to the first embodiment includes a first introduction path 40 and a second introduction path that are communicated with a main flow path 10 and a junction 16 that is one end of the main flow path 10. The passage 50 is configured to include a discharge passage 60 communicated with the communication portion 18 that is the other end of the main flow passage 10.

本実施形態のマイクロ流体装置100を用いる際には、2つの流体のうち一方の流体である第1流体70を、第1導入路40における合流部16と反対の端部である第1導入口42から第1導入路40に導入する。また、2つの流体のうち他方の流体である第2流体80を、第2導入路50における合流部16と反対の端部である第2導入口52から第2導入路50に導入する。そして、第1流体70が第1導入路40内を第1導入口42から合流部16まで矢印A方向に流れ、第2流体80が第2導入路50内を第2導入口52から合流部16まで矢印B方向に流れることにより、合流部16において第1流体70と第2流体80とが合流する。合流部16において合流した第1流体70及び第2流体80は、主流路10内を合流部16から連通部18まで流れ、連通部18から排出路60における連通部18と反対の端部である排出口62まで矢印D方向に流れ、排出口62からマイクロ流体装置100の外へ排出される。   When using the microfluidic device 100 of the present embodiment, the first fluid 70 that is one of the two fluids is supplied to the first introduction port that is the end opposite to the joining portion 16 in the first introduction path 40. 42 is introduced into the first introduction path 40. In addition, the second fluid 80, which is the other of the two fluids, is introduced into the second introduction path 50 from the second introduction port 52, which is the end of the second introduction path 50 opposite to the joining portion 16. Then, the first fluid 70 flows in the first introduction path 40 from the first introduction port 42 to the joining portion 16 in the direction of arrow A, and the second fluid 80 passes through the second introduction passage 50 from the second introduction port 52 to the joining portion. By flowing up to 16 in the direction of arrow B, the first fluid 70 and the second fluid 80 merge at the junction 16. The first fluid 70 and the second fluid 80 that have joined at the joining portion 16 flow from the joining portion 16 to the communicating portion 18 in the main flow path 10, and are end portions opposite to the communicating portion 18 in the discharge path 60 from the communicating portion 18. It flows in the direction of arrow D to the discharge port 62 and is discharged from the microfluidic device 100 through the discharge port 62.

本実施形態においては、例えば、主流路10内において第1流体70及び第2流体80が流れる方向である主流方向と垂直な主流路断面の形状が、合流部16から連通部18まで一定である。そして、主流路断面においては、主流路幅方向(矢印E方向)の流路幅が例えば3cmであり、主流路幅方向に垂直な主流路深さ方向(矢印F方向)の流路深さが例えば200μmである。すなわち主流路10は、流路幅が流路深さよりも大きい幅広マイクロ流路である。   In the present embodiment, for example, the shape of the cross section of the main channel perpendicular to the main flow direction, which is the direction in which the first fluid 70 and the second fluid 80 flow, is constant from the junction 16 to the communication unit 18. . In the main channel cross section, the channel width in the main channel width direction (arrow E direction) is 3 cm, for example, and the channel depth in the main channel depth direction (arrow F direction) perpendicular to the main channel width direction is For example, it is 200 μm. That is, the main channel 10 is a wide micro channel whose channel width is larger than the channel depth.

そして、合流部16における主流路断面のうち、主流路幅方向に平行な合流線16Cで分断された一方の断面16Aに第1導入路40が連通されており、他方の断面16Bに第2導入路50が連通されている。すなわち、第1導入路40内において第1流体70が流れる方向である第1導入方向(矢印A方向)と垂直な第1導入路断面のうち、合流部16における第1導入路断面が上記断面16Aと同じ形状である。また同様に、第2導入路50内において第2流体80が流れる方向である第2導入方向(矢印B方向)と垂直な第2導入路断面のうち、合流部16における第2導入路断面が上記断面16Bと同じ形状である。
そして、断面16Aの流路幅及び断面16Bの流路幅はいずれも主流路10の流路幅と同じであり、断面16Aの流路深さと断面16Bの流路深さとを合計すると主流路10の流路深さとなる。なお本実施形態では、例えば、断面16Aの流路深さ及び断面16Bの流路深さがいずれも100μmである。
The first introduction path 40 is communicated with one cross section 16A divided by a merge line 16C parallel to the main flow path width direction in the main flow path cross section in the merge section 16, and the second introduction is introduced into the other cross section 16B. The road 50 is connected. That is, of the first introduction path cross section perpendicular to the first introduction direction (arrow A direction) in which the first fluid 70 flows in the first introduction path 40, the first introduction path cross section at the junction 16 is the above-described cross section. It is the same shape as 16A. Similarly, of the second introduction path cross section perpendicular to the second introduction direction (arrow B direction) in which the second fluid 80 flows in the second introduction path 50, the second introduction path cross section at the junction 16 is It has the same shape as the cross section 16B.
The flow path width of the cross section 16A and the flow path width of the cross section 16B are both the same as the flow path width of the main flow path 10. When the flow path depth of the cross section 16A and the flow path depth of the cross section 16B are totaled, the main flow path 10 It becomes the flow path depth. In the present embodiment, for example, the channel depth of the cross section 16A and the channel depth of the cross section 16B are both 100 μm.

また連通部18においては、連通部18における主流路10の主流路断面全体に、排出路60が連通されている。すなわち、排出路60内において第1流体70及び第2流体80が流れる方向である排出方向(矢印D方向)と垂直な排出路断面のうち、連通部18における排出路断面が、連通部18における主流路10の主流路断面と同じ形状である。
以下、主流路10、第1導入路40、第2導入路50、排出路60について、それぞれ説明する。
Further, in the communication part 18, the discharge path 60 is communicated with the entire main channel cross section of the main channel 10 in the communication part 18. That is, of the discharge path cross section perpendicular to the discharge direction (arrow D direction) in which the first fluid 70 and the second fluid 80 flow in the discharge path 60, the discharge path cross section in the communication portion 18 is the same in the communication portion 18. The main channel 10 has the same shape as the main channel cross section.
Hereinafter, the main flow path 10, the first introduction path 40, the second introduction path 50, and the discharge path 60 will be described.

<主流路>
まず、主流路10について説明する。
主流路10内における第1流体70及び第2流体80の流れの状態は、第1流体70及び第2流体80の粘度等の特性や流速等の条件によって変わる。しかし本実施形態のマイクロ流体装置100では、後述するように、第1流体70及び第2流体80が層流で流れやすく、かつ、第1流体70と第2流体80との界面を、主流路10における主流路深さ方向に垂直な方向に形成させやすい。
<Main channel>
First, the main channel 10 will be described.
The state of the flow of the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main flow path 10 varies depending on characteristics such as the viscosity of the first fluid 70 and the second fluid 80 and conditions such as the flow velocity. However, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, as will be described later, the first fluid 70 and the second fluid 80 are likely to flow in a laminar flow, and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is used as the main channel. 10 is easy to form in a direction perpendicular to the main channel depth direction.

そして本実施形態では、例えば、第1流体70と第2流体80との界面が、主流路10における主流路深さ方向に垂直であり、かつ、合流線16Cを通るような面(以下、「境界面25」と称する場合がある)に形成されることが最も理想的であり、また境界面25に第1流体70と第2流体80との界面を形成させることを目的としている。
以下、第1流体70と第2流体80との界面が、目的とする最も理想的な面(すなわち境界面25)に形成されることを仮定して説明する。
In the present embodiment, for example, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is perpendicular to the main channel depth direction in the main channel 10 and passes through the merge line 16C (hereinafter, “ It is ideally formed at the boundary surface 25 ”, and the purpose is to form an interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 at the boundary surface 25.
Hereinafter, description will be made on the assumption that the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is formed on a target most ideal surface (that is, the boundary surface 25).

主流路10は、合流部16における主流方向に垂直な断面(以下、「第1流路断面」と称する場合がある)として上記断面16Aを持つ第1流路20と、合流部16における主流方向に垂直な断面(以下、「第2流路断面」と称する場合がある)として上記断面16Bを持つ第2流路30とからなり、第1流路20及び第2流路30が主流路深さ方向に並列して構成されている。すなわち、主流路10の上記境界面25において分断された2つの流路のうち、上記断面16Aを持つ流路が第1流路20であり、上記断面16Bを持つ流路が第2流路30である。   The main flow path 10 includes a first flow path 20 having the cross section 16A as a cross section perpendicular to the main flow direction in the merging portion 16 (hereinafter may be referred to as a “first flow path cross section”), and a main flow direction in the merging section 16. The second flow path 30 having the cross section 16B as a cross section perpendicular to the cross section (hereinafter sometimes referred to as a “second flow path cross section”). The first flow path 20 and the second flow path 30 are the main flow path depths. It is configured in parallel in the vertical direction. That is, of the two flow paths divided at the boundary surface 25 of the main flow path 10, the flow path having the cross section 16A is the first flow path 20, and the flow path having the cross section 16B is the second flow path 30. It is.

そして本実施形態では、例えば、第1流路断面の形状が合流部16から連通部18まで一定であり、かつ、第2流路断面の形状が合流部16から連通部18まで一定である。すなわち本実施形態では、例えば、主流路10が主流方向及び主流路幅方向に平行な境界面25で第1流路20及び第2流路30に分断されているため、第1流路20の流路深さ及び第2流路30の流路深さのいずれも合流部16から連通部18にわたって100μmである。
ただし、境界面25は仮想面であり、主流路10の内部においては第1流路20と第2流路30とを隔離する壁は設けられていないため、第1流体70及び第2流体80は接しながら合流部16から連通部18まで流れる。
In the present embodiment, for example, the shape of the first flow path cross section is constant from the merging portion 16 to the communication portion 18, and the shape of the second flow path cross section is constant from the merging portion 16 to the communication portion 18. That is, in the present embodiment, for example, the main flow path 10 is divided into the first flow path 20 and the second flow path 30 at the boundary surface 25 parallel to the main flow direction and the main flow path width direction. Both the channel depth and the channel depth of the second channel 30 are 100 μm from the junction 16 to the communication unit 18.
However, the boundary surface 25 is an imaginary surface, and no wall that separates the first flow path 20 and the second flow path 30 is provided inside the main flow path 10, and thus the first fluid 70 and the second fluid 80. Flows from the merging portion 16 to the communicating portion 18 while in contact with each other.

そして本実施形態においては、図2及び図3に示すように、例えば、主流路10内を流れる第1流体70及び第2流体80が境界面25上に界面を形成し、層流で流れている。すなわち、例えば、第1流路20内には第1流体70のみが流れ、第2流路30内には第2流体80のみが流れている。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, for example, the first fluid 70 and the second fluid 80 flowing in the main flow path 10 form an interface on the boundary surface 25 and flow in a laminar flow. Yes. That is, for example, only the first fluid 70 flows in the first flow path 20, and only the second fluid 80 flows in the second flow path 30.

第1流路20の第1流路断面は、図3に示すように、例えば1つの大きな長方形である。そして例えば、第1流路20の内面のうち第2流路30と接している面以外の面には、親水層22が形成されており、親水層22の厚みは例えば0.2μmである。   The first channel cross section of the first channel 20 is, for example, one large rectangle as shown in FIG. For example, a hydrophilic layer 22 is formed on the inner surface of the first channel 20 other than the surface in contact with the second channel 30, and the thickness of the hydrophilic layer 22 is, for example, 0.2 μm.

一方第2流路30は、図2及び図3に示すように、例えば、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に(例えば一定間隔で)並列した、複数の溝32で構成されている。すなわち第2流路30には、例えば溝32と溝32とを隔離する仕切り板34が、主流路幅方向に(例えば一定間隔で)複数並列して、第2流路30における主流路幅方向に沿った面に設けられ、第2流路30が仕切り板34によって分断されている。なお、図2(B)は、溝32を通る面における端面図である。
そして本実施形態では、例えば、溝32の内面のうち第1流路20と接している面以外の面と、仕切り板34における主流路幅方向の面36とには、疎水層38が形成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the second flow path 30 is composed of, for example, a plurality of grooves 32 formed along the main flow direction and arranged in parallel in the main flow path width direction (for example, at regular intervals). Has been. That is, in the second flow path 30, for example, a plurality of partition plates 34 that separate the grooves 32 from each other are arranged in parallel in the main flow path width direction (for example, at regular intervals), so that the main flow path width direction in the second flow path 30. The second flow path 30 is divided by the partition plate 34. FIG. 2B is an end view of a surface passing through the groove 32.
In the present embodiment, for example, a hydrophobic layer 38 is formed on the inner surface of the groove 32 other than the surface in contact with the first flow path 20 and the surface 36 of the partition plate 34 in the main flow path width direction. ing.

主流方向に垂直な溝32の断面である溝断面における主流路深さ方向の流路深さは、前記第2流路断面における主流路深さ方向の流路深さと同じであり、本実施形態では例えば100μmである。そして本実施形態においては、例えばすべての溝32において溝断面の形状が正方形であり、溝断面における主流路幅方向の流路幅が100μmである。また本実施形態においては、例えばすべての仕切り板34において、溝32と溝32との間隔(すなわち仕切り板34の主流路幅方向における幅)が100μmであり、仕切り板34における主流路幅方向の面36が第1流路20に接している。   The flow path depth in the main flow path depth direction in the groove cross section that is a cross section of the groove 32 perpendicular to the main flow direction is the same as the flow path depth in the main flow path depth direction in the second flow path cross section. Then, for example, it is 100 μm. In this embodiment, for example, in all the grooves 32, the shape of the groove cross section is square, and the flow path width in the main flow path width direction in the groove cross section is 100 μm. In the present embodiment, for example, in all the partition plates 34, the interval between the grooves 32 (that is, the width of the partition plate 34 in the main channel width direction) is 100 μm, and the partition plate 34 has the main channel width direction in the main channel width direction. The surface 36 is in contact with the first flow path 20.

そして本実施形態では、例えば、親水層22として二酸化チタンの層を用い、第1流路20の主流路幅方向に沿った面に形成された親水層22に接する部材である流路蓋24としてガラスの部材を用いている。そして、例えば、流路蓋24が光透過性を有し、マイクロ流体装置100の外部における流路蓋24側から照射した光は親水層22に達する(すなわち、第1流路20の主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する)。それにより、光が照射された親水層22中の二酸化チタンが親水性(超親水性)になるとともに、親水層22に接した第1流体70に対して光触媒として作用する。   In the present embodiment, for example, a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22, and the channel lid 24 is a member in contact with the hydrophilic layer 22 formed on the surface along the main channel width direction of the first channel 20. A glass member is used. For example, the flow path lid 24 has light permeability, and the light irradiated from the flow path lid 24 outside the microfluidic device 100 reaches the hydrophilic layer 22 (that is, the main flow path width of the first flow path 20). The surface along the direction is light transmissive). Thereby, titanium dioxide in the hydrophilic layer 22 irradiated with light becomes hydrophilic (superhydrophilic) and acts as a photocatalyst for the first fluid 70 in contact with the hydrophilic layer 22.

<第1導入路及び第2導入路>
次に、第1導入路40及び第2導入路50について説明する。
図2に示すように、第1導入路40は、主流路10における断面16A(すなわち第1流路20における断面16A)に連通され、第2導入路50は、主流路10における断面16B(すなわち第2流路30における断面16B)に連通されている。
そして第1流体70は、第1導入路40から第1流路20に、主流路方向と同方向で導入され、第2流体80は、第2導入路50から第2流路30に、例えば主流路方向に対して主流路深さ方向に15度の角度を持って導入される。すなわち、例えば合流部16において第1導入路40と第2導入路50とで形成される合流角θの角度が15度である。
<First introduction path and second introduction path>
Next, the first introduction path 40 and the second introduction path 50 will be described.
As shown in FIG. 2, the first introduction path 40 communicates with a cross section 16A in the main flow path 10 (that is, a cross section 16A in the first flow path 20), and the second introduction path 50 has a cross section 16B in the main flow path 10 (that is, a cross section 16B). The second channel 30 communicates with a cross section 16B).
The first fluid 70 is introduced from the first introduction path 40 to the first flow path 20 in the same direction as the main flow path direction, and the second fluid 80 is introduced from the second introduction path 50 to the second flow path 30, for example. It is introduced with an angle of 15 degrees in the main channel depth direction with respect to the main channel direction. That is, for example, the angle of the merging angle θ formed by the first introduction path 40 and the second introduction path 50 in the merging portion 16 is 15 degrees.

第1導入路40は、例えば、図2に示すように、第1導入口42と、第1整流領域44と、第1緩衝領域46と、で構成されている。第1導入路40においては、第1流体70が、第1導入口42を通してマイクロ流体装置100の外部から第1導入路40内に入って第1導入方向(矢印A方向)に流れ、第1整流領域44及び第1緩衝領域46を通って合流部16に到達する。   For example, as shown in FIG. 2, the first introduction path 40 includes a first introduction port 42, a first rectifying region 44, and a first buffer region 46. In the first introduction path 40, the first fluid 70 enters the first introduction path 40 from the outside of the microfluidic device 100 through the first introduction port 42 and flows in the first introduction direction (arrow A direction). It reaches the junction 16 through the rectifying region 44 and the first buffer region 46.

第1導入口42における第1導入路断面の形状は、第1流体70の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。   The shape of the cross section of the first introduction path at the first introduction port 42 is, for example, constant from the upstream side to the downstream side of the first fluid 70.

また、第1整流領域44における第1導入路断面の形状は、第1流体70の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向(主流路深さ方向)における流路深さが次第に浅くなる。
また第1緩衝領域46における第1導入路断面の形状は、第1流体70の上流側から下流側にかけて、例えば一定であり、前記断面16Aと同じ形状である。
Further, the shape of the cross section of the first introduction path in the first rectifying region 44 is such that the flow width in the main flow path width direction gradually increases from the upstream side to the downstream side of the first fluid 70 and is perpendicular to the main flow path width direction. The channel depth in the direction (main channel depth direction) becomes gradually shallower.
Further, the shape of the cross section of the first introduction path in the first buffer region 46 is, for example, constant from the upstream side to the downstream side of the first fluid 70, and is the same shape as the cross section 16A.

すなわち、第1導入路40における第1導入路断面の形状を、第1整流領域44において、第1導入口42における第1導入路断面の形状から前記断面16Aの形状まで徐々に変化させることにより、第1導入路断面の面積の変化を小さくしている。具体的には、例えば、第1整流領域44における第1導入方向の長さにおける第1緩衝領域46側の3分の2以上において、第1導入路断面の面積が一定となっている。   That is, by gradually changing the shape of the first introduction path cross section in the first introduction path 40 from the shape of the first introduction path cross section in the first introduction port 42 to the shape of the cross section 16A in the first rectifying region 44. The change in the area of the cross section of the first introduction path is reduced. Specifically, for example, the area of the first introduction path cross section is constant in more than two-thirds of the first rectifying region 44 in the first introduction direction on the first buffer region 46 side.

第2導入路50についても、第1導入路40と同様に、例えば、第2導入口52と、第2整流領域54と、第2緩衝領域56と、で構成されている。そして第2導入路50においては、第2流体80が、第2導入口52を通してマイクロ流体装置100の外部から第2導入路50内に入って第2導入方向(矢印B方向)に流れ、第2整流領域54及び第2緩衝領域56を通って合流部16に到達する。   Similarly to the first introduction path 40, the second introduction path 50 includes, for example, a second introduction port 52, a second rectification region 54, and a second buffer region 56. In the second introduction path 50, the second fluid 80 enters the second introduction path 50 from the outside of the microfluidic device 100 through the second introduction port 52 and flows in the second introduction direction (arrow B direction). It reaches the junction 16 through the two rectifying regions 54 and the second buffer region 56.

第2導入口52における第2導入路断面の形状は、第2流体80の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、第2整流領域54における第2導入路断面の形状は、第2流体80の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが次第に浅くなる。
The shape of the second introduction path cross section at the second introduction port 52 is, for example, constant from the upstream side to the downstream side of the second fluid 80.
The shape of the cross section of the second introduction path in the second rectification region 54 is such that the flow path width in the main flow path width direction gradually increases from the upstream side to the downstream side of the second fluid 80 and is perpendicular to the main flow path width direction. The flow path depth in the direction becomes gradually shallower.

また第2緩衝領域56においては、例えば、合流部16から第2流体80の上流側に向かって第2緩衝領域56の一部(合流部16の近傍)に、第2流路30における溝32と同様な溝82が形成された溝領域58を有する。
図5に、第2導入路50と第2流路30とが主流路10に連通した合流部16における、第2流路30の溝32が形成された面及び第2導入路50の溝82が形成された面を拡大した図を示す。図5に示すように、溝82は、第2導入路50における主流路幅方向に沿った面に第2導入方向に沿って形成されているとともに、主流路幅方向に(例えば一定間隔で)並列している。すなわち第2導入路50の主流路幅方向に沿った面には、例えば溝82と溝82とを隔離する仕切り板84が、主流路幅方向に(例えば一定間隔で)複数並列して設けられている。
Further, in the second buffer region 56, for example, the groove 32 in the second flow path 30 is formed in a part of the second buffer region 56 (near the junction 16) from the junction 16 toward the upstream side of the second fluid 80. The groove region 58 is formed with a groove 82 similar to the above.
In FIG. 5, the surface where the groove 32 of the second flow path 30 is formed and the groove 82 of the second introduction path 50 in the junction 16 where the second introduction path 50 and the second flow path 30 communicate with the main flow path 10. The figure which expanded the surface in which was formed is shown. As shown in FIG. 5, the groove 82 is formed along the second introduction direction on the surface along the main flow path width direction in the second introduction path 50, and in the main flow path width direction (for example, at regular intervals). In parallel. That is, on the surface along the main flow path width direction of the second introduction path 50, for example, a plurality of partition plates 84 that separate the grooves 82 and the grooves 82 are provided in parallel in the main flow path width direction (for example, at regular intervals). ing.

溝82における主流路幅方向の流路幅は、溝32における主流路幅方向の流路幅と同じであり、溝82と溝82との間隔(すなわち仕切り板84の主流路幅方向における幅)も溝32と溝32との間隔と同じである。
一方、溝82における主流路幅方向と垂直な方向の流路深さは、合流部16においては溝32における主流路深さ方向の流路深さと同じであるが、第2流体80の上流側に向かって徐々に浅くなっていき、溝領域58を過ぎると溝82が存在しなくなる。すなわち、溝領域58では、仕切り板84の高さが合流部16から第2流体80の上流側に向かって徐々に低くなっている。
The channel width in the main channel width direction in the groove 82 is the same as the channel width in the main channel width direction in the groove 32, and the interval between the groove 82 and the groove 82 (that is, the width in the main channel width direction of the partition plate 84). The distance between the groove 32 and the groove 32 is the same.
On the other hand, the flow path depth in the direction perpendicular to the main flow path width direction in the groove 82 is the same as the flow path depth in the main flow path depth direction in the groove 32 in the merging portion 16, but upstream of the second fluid 80. The groove 82 gradually becomes shallower, and after the groove region 58, the groove 82 does not exist. That is, in the groove region 58, the height of the partition plate 84 gradually decreases from the joining portion 16 toward the upstream side of the second fluid 80.

第2緩衝領域56における第2導入路断面の形状は、第2流体80の上流側から溝領域58に達するまでは例えば一定である。そして、溝領域58においては、第2流体80の上流側か下流側にかけて、徐々に仕切り板84の高さが高くなるとともに、主流路深さと垂直な方向における流路深さ(溝82の位置における流路深さ)が高くなって前記断面16Bと同じ形状になる。   The shape of the cross section of the second introduction path in the second buffer region 56 is, for example, constant until reaching the groove region 58 from the upstream side of the second fluid 80. In the groove region 58, the height of the partition plate 84 gradually increases from the upstream side or the downstream side of the second fluid 80, and the flow path depth (position of the groove 82 in the direction perpendicular to the main flow path depth). The flow path depth at (1) becomes higher and becomes the same shape as the cross section 16B.

すなわち、第2導入路50においても、第2導入路断面の形状を、第2整流領域54及び第2緩衝領域56の溝領域58において、第2導入口52における第2導入路断面の形状から前記断面16Bの形状まで徐々に変化させることにより、第2導入路断面の面積の変化を小さくしている。そして例えば、第2整流領域54においても、第2導入方向の長さにおける第2緩衝領域56側の分の2以上において、第2導入路断面の面積が一定となっている。   That is, also in the second introduction path 50, the shape of the second introduction path cross section is changed from the shape of the second introduction path cross section in the second introduction port 52 in the groove region 58 of the second rectifying region 54 and the second buffer region 56. By gradually changing to the shape of the cross section 16B, the change of the area of the second introduction path cross section is reduced. For example, also in the second rectification region 54, the area of the second introduction path cross section is constant in two or more of the lengths in the second introduction direction on the second buffer region 56 side.

<排出路>
次に、排出路60について説明する。
図2に示すように、排出路60は、主流路10における連通部18に連通され、第1流体70及び第2流体80は、主流路10から排出路60に、主流路方向と同方向で排出される。
排出路60は、例えば、図1及び図2に示すように、排出口62と、排出整流領域64と、で構成されている。排出路60においては、第1流体70及び第2流体80が、連通部18から排出方向(矢印D方向)に流れ、排出整流領域64を通って、排出口62からマイクロ流体装置100の外部に排出される。
<Discharge path>
Next, the discharge path 60 will be described.
As shown in FIG. 2, the discharge path 60 is communicated with the communication portion 18 in the main flow path 10, and the first fluid 70 and the second fluid 80 are transferred from the main flow path 10 to the discharge path 60 in the same direction as the main flow path direction. Discharged.
The discharge path 60 includes, for example, a discharge port 62 and a discharge rectification region 64 as shown in FIGS. In the discharge path 60, the first fluid 70 and the second fluid 80 flow in the discharge direction (arrow D direction) from the communication portion 18, pass through the discharge rectification region 64, and pass from the discharge port 62 to the outside of the microfluidic device 100. Discharged.

排出口62における排出路断面の形状は、第1導入口42及び第2導入口52と同様に、第1流体70及び第2流体80の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、排出整流領域64における排出路断面の形状は、第1流体70及び第2流体80の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に狭くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向(主流路深さ方向)における流路深さが次第に深くなる。
すなわち、排出路60における排出路断面の形状を、排出整流領域64において、連通部18における主流路断面の形状から排出口62における排出路断面の形状まで徐々に変化させることにより、排出路断面の面積の変化が小さくなっている。具体的には、例えば、排出整流領域64における排出方向の長さのうち3分の2以上において、排出路断面の面積が一定となっている。
The shape of the cross section of the discharge path at the discharge port 62 is, for example, constant from the upstream side to the downstream side of the first fluid 70 and the second fluid 80, similarly to the first introduction port 42 and the second introduction port 52.
The shape of the discharge passage cross section in the discharge rectification region 64 is such that the flow passage width in the main flow passage width direction gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the first fluid 70 and the second fluid 80, and the main flow passage width direction The channel depth in the vertical direction (main channel depth direction) gradually increases.
That is, by gradually changing the shape of the cross section of the discharge path in the discharge path 60 from the shape of the cross section of the main flow path in the communication portion 18 to the shape of the cross section of the discharge path in the discharge port 62 in the discharge rectification region 64. The change in area is small. Specifically, for example, the area of the discharge channel cross section is constant in more than two-thirds of the length of the discharge rectification region 64 in the discharge direction.

以上説明した本実施形態のマイクロ流体装置100では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きい主流路10を用い、第1流体70を主流方向と同方向で第1導入路40から主流路10に導入し、第2流体80を主流方向に対して主流路深さ方向から鋭角に第2導入路50から主流路10に導入し、かつ、第1導入路40、第2導入路50、及び排出路60が、主流路10に近づくにつれて主流路幅方向における流路幅が広くなるとともに主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが浅くなる整流領域(具体的には、それぞれ第1整流領域44、第2整流領域54、及び排出整流領域64)を有する。   In the microfluidic device 100 of the present embodiment described above, the first fluid 70 is disposed in the same direction as the main flow direction by using the main flow channel 10 in which the flow channel width in the main flow channel width direction is larger than the flow channel depth in the main flow channel depth direction. The second fluid 80 is introduced into the main channel 10 from the second introduction channel 50 at an acute angle from the depth direction of the main channel with respect to the main flow direction, and the first introduction is performed. Rectification in which the channel width in the main channel width direction becomes wider and the channel depth in the direction perpendicular to the main channel width direction becomes shallower as the channel 40, the second introduction channel 50, and the discharge channel 60 approach the main channel 10. There are regions (specifically, a first rectification region 44, a second rectification region 54, and a discharge rectification region 64, respectively).

ここで「鋭角に導入する」とは、90度よりも小さい角度で角度を持って導入することを意味し、具体的には、主流方向のベクトルと、第2導入方向のベクトルにおける主流方向の成分と、が同方向である方向に導入することを意味する。
本実施形態では、第2流体80を、主流方向に対して鋭角に第2導入路50から主流路10に導入する形態に限られず、主流方向と同方向に第2導入路50から主流路10に導入する形態でもよい。
Here, “introducing at an acute angle” means introducing at an angle smaller than 90 degrees. Specifically, the vector in the main flow direction and the vector in the main flow direction in the vector in the second introduction direction. It means that the components are introduced in the same direction.
In the present embodiment, the second fluid 80 is not limited to the form in which the second fluid 80 is introduced into the main flow path 10 from the second introduction path 50 at an acute angle with respect to the main flow direction, but from the second introduction path 50 to the main flow path 10 in the same direction as the main flow direction. It is also possible to adopt a form to be introduced.

本実施形態のマイクロ流体装置100を用いれば、上記構成であることにより、1つのマイクロ流体装置100における時間当たりの処理量が多いことと、主流路10における第1流体70及び第2流体80の界面を主流路10における合流部16から連通部18までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる。
すなわち本実施形態のマイクロ流体装置100では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きくないマイクロ流路を主流路として用いたマイクロ流体装置に比べ、流路幅が広いことにより時間当たりの処理量が多くなる。
If the microfluidic device 100 of this embodiment is used, due to the above configuration, the amount of processing per time in one microfluidic device 100 is large, and the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel 10 It is possible to make it easy to form the interface uniformly in the main channel width direction from the junction 16 to the communication unit 18 in the main channel 10.
That is, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the flow path is smaller than the microfluidic apparatus using the micro flow path whose main flow path width in the main flow path width direction is not larger than the flow path depth in the main flow path depth direction. A wide width increases the amount of processing per hour.

また本実施形態のマイクロ流体装置100では、第2流体を主流路深さ方向から垂直に第2導入路から主流路に導入する形態や、第1流体及び第2流体の両方を主流方向と異なる方向から(角度をもって)主流路に導入する形態に比べて、合流部16において第2流体80が第1流体70に衝突することによる衝突エネルギーが小さく抑えられる。そのため、主流路10内における第1流体70及び第2流体80の流れが安定して層流を形成しやすくなり、主流路10における第1流体70と第2流体80との界面を主流路深さ方向に垂直に形成しやすくなる。 In the microfluidic device 100 of the present embodiment, the second fluid is introduced from the second introduction path into the main flow path perpendicularly from the main flow path depth direction, and both the first fluid and the second fluid are different from the main flow direction. Compared to a configuration in which the second fluid 80 collides with the first fluid 70 in the merging portion 16, the collision energy can be suppressed to be smaller than that in the case where the second fluid 80 collides with the first fluid 70 from the direction (with an angle). For this reason, the flow of the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main flow path 10 becomes stable and easily forms a laminar flow, and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main flow path 10 becomes the main flow path depth. It becomes easy to form perpendicular to the vertical direction.

さらに本実施形態のマイクロ流体装置100では、第1導入路及び第2導入路の少なくとも一方が上記整流領域を有さない場合に比べて、第1導入路断面及び第2導入路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、第1導入路40及び第2導入路50が上記整流領域を有するため、第1導入路断面及び第2導入路断面の面積をあまり変化させずに、第1導入路断面及び第2導入路断面の形状を、それぞれ第1導入口42及び第2導入口52における形状から、流路幅が大きく流路深さの浅い断面16A及び断面16Bの形状まで、変化させることができる。そのため、主流路10内における第1流体70及び第2流体80の偏流(すなわち、第1流体70及び第2流体80の流速が主流路幅方向にばらつきが出ることであり、例えば、流路幅方向の中心付近における流速が流路幅方向の両端付近における流速よりも速くなること)が抑制される。   Furthermore, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the area of the first introduction path cross section and the second introduction path cross section is larger than that in the case where at least one of the first introduction path and the second introduction path does not have the rectifying region. Small change. That is, in this embodiment, since the 1st introduction path 40 and the 2nd introduction path 50 have the above-mentioned rectification field, the 1st introduction path section is changed without changing the areas of the 1st introduction path section and the 2nd introduction path section very much. The shape of the cross section of the second introduction path can be changed from the shape of the first introduction port 42 and the second introduction port 52 to the shapes of the cross section 16A and the cross section 16B having a large flow path width and a shallow flow path depth, respectively. it can. Therefore, the drift of the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel 10 (that is, the flow rates of the first fluid 70 and the second fluid 80 vary in the main channel width direction, for example, the channel width The flow velocity in the vicinity of the center in the direction becomes faster than the flow velocity in the vicinity of both ends in the flow path width direction).

具体的には、例えば、上流から下流に向かって第1導入路断面又は第2導入路断面を、流路深さが一定のまま流路幅を急激に広くすると、上記断面の面積が急激に広がる箇所が発生する。そのように、上記第1導入路断面又は第2導入路断面の面積が急激に広がる箇所が存在する場合、流路内の圧力が下がり、流体の主流路幅方向における中心部のみが流れやすく流速が速くなってしまう。一方、流体の主流路方向における両端部は、流体が流れる方向と垂直な方向に力を受け、相対的に遅くなってしまう。このように、流速が流路幅方向で異なる現象(すなわち「偏流」)が起こると、流れが不安定化して、主流路幅方向に渡って第1流体70と第2流体80との界面が形成されにくくなる。しかし本実施形態では、上記の場合に比べて上記偏流が抑制されるため、第1導入路40及び第2導入路50においてそれぞれ第1流体70及び第2流体80の流れが整えられ、主流路10における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第1流体70と第2流体80との界面が形成されやすくなる。   Specifically, for example, when the flow path width is sharply widened from the upstream to the downstream in the first introduction path cross section or the second introduction path cross section while the flow path depth is constant, the area of the cross section suddenly increases. An expanding part occurs. As such, when there is a portion where the area of the first introduction path cross section or the second introduction path cross section suddenly increases, the pressure in the flow path decreases, and only the central portion of the fluid in the main flow path width direction easily flows. Will be faster. On the other hand, both ends in the main flow path direction of the fluid receive a force in a direction perpendicular to the direction in which the fluid flows, and are relatively slow. As described above, when a phenomenon in which the flow velocity is different in the channel width direction (that is, “diffusion”) occurs, the flow becomes unstable, and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 extends in the main channel width direction. It becomes difficult to form. However, in the present embodiment, since the drift is suppressed compared to the above case, the flow of the first fluid 70 and the second fluid 80 is adjusted in the first introduction path 40 and the second introduction path 50, respectively, and the main flow path 10, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is easily formed over the entire main flow direction and the main flow path width direction.

また本実施形態のマイクロ流体装置100では、排出路が上記整流領域を有さない場合に比べて、排出路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、排出路60が上記整流領域を有するため、排出路断面の面積をあまり変化させずに、流路幅が大きく流路深さの浅い連通部18における主流路断面の形状から、排出口62における形状まで、排出路断面の形状を変化させることができる。そのため、排出路60内において第1流体70及び第2流体80に排出方向と垂直な方向から圧力がかかることが抑制され、排出路60内においてかかった上記圧力が主流路10に伝播して主流路10内における第1流体70と第2流体80との界面に影響を与えることが抑制される。その結果、本実施形態では主流路10における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第1流体70と第2流体80との界面が形成されやすくなる。   Moreover, in the microfluidic device 100 of this embodiment, the change in the area in the cross section of the discharge path is small as compared with the case where the discharge path does not have the rectifying region. That is, in this embodiment, since the discharge channel 60 has the rectifying region, the shape of the main channel cross section in the communication portion 18 having a large channel width and a shallow channel depth without changing much the area of the discharge channel cross section. The shape of the discharge channel cross section can be changed to the shape at the discharge port 62. Therefore, it is suppressed that pressure is applied to the first fluid 70 and the second fluid 80 from the direction perpendicular to the discharge direction in the discharge path 60, and the pressure applied in the discharge path 60 propagates to the main flow path 10 and flows into the main flow. Influencing the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in the passage 10 is suppressed. As a result, in the present embodiment, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is easily formed over the entire main flow direction and the main flow channel width direction in the main flow channel 10.

また本実施形態のマイクロ流体装置100では、第1流路20の内面に親水層22が形成されており、かつ、第2流路30の内面に疎水層38が形成されている。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置100を用いると、親水層22及び疎水層38が形成されていない場合に比べて、特に第1流体70として親水性の流体を用い第2流体80として疎水性の流体を用いた場合において、主流路10における第1流体70及び第2流体80の界面を主流路10における合流部16から連通部18までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
Further, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the hydrophilic layer 22 is formed on the inner surface of the first channel 20, and the hydrophobic layer 38 is formed on the inner surface of the second channel 30.
Therefore, when the microfluidic device 100 according to the present embodiment is used, a hydrophilic fluid is used as the first fluid 70 and a hydrophobic fluid is used as the second fluid 80 as compared with the case where the hydrophilic layer 22 and the hydrophobic layer 38 are not formed. When the fluid is used, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel 10 is easily formed uniformly in the main channel width direction from the junction 16 to the communication unit 18 in the main channel 10.

すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置100が上記構成であることにより、親水層22と親水性の流体との親和性が高いため、親水性の流体は第1流路20内に維持されやすい。また疎水層38と疎水性の流体との親和性が高いため、疎水性の流体は第2流路30内に維持されやすい。よって、第1流体70として親水性の流体を用い第2流体として疎水性の流体を用いると、第1流路20と第2流路30との境界面25の位置に、第1流体70と第2流体80との界面が形成されやすい。そのため、第1流体70と第2流体80との界面が回転して主流路深さ方向に沿って形成されることが抑制され、第1流体70と第2流体80との界面を主流路10における合流部16から連通部18までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。   That is, since the microfluidic device 100 according to the present embodiment has the above configuration, the hydrophilic layer 22 and the hydrophilic fluid have high affinity, and thus the hydrophilic fluid is easily maintained in the first flow path 20. Further, since the affinity between the hydrophobic layer 38 and the hydrophobic fluid is high, the hydrophobic fluid is easily maintained in the second flow path 30. Therefore, when a hydrophilic fluid is used as the first fluid 70 and a hydrophobic fluid is used as the second fluid 70, the first fluid 70 and the second fluid 30 are positioned at the boundary surface 25 between the first fluid channel 20 and the second fluid channel 30. An interface with the second fluid 80 is easily formed. Therefore, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is prevented from rotating and formed along the depth direction of the main flow path, and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is defined as the main flow path 10. It is easy to form uniformly in the width direction of the main channel from the junction 16 to the communication part 18.

また本実施形態のマイクロ流体装置100では、親水層22として二酸化チタンの層を用い、流路蓋24としてガラスの部材を用いている。すなわち本実施形態では、マイクロ流体装置100の外部における流路蓋24側から光を照射すると、光が流路蓋24を透過して親水層22に達し、親水層22の二酸化チタンが光を吸収できる構造になっている。そして二酸化チタンは、光を吸収することにより、超親水性を示すようになるとともに、光触媒として機能して例えば酸化還元反応を促進するようになる。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置100では、親水層22が光を吸収して超親水性になることで、第1流体70と第2流体80との界面が主流路幅方向と平行(すなわち光触媒である二酸化チタンの層の面と平行)に維持されやすくなる。つまり、上記界面が、広い状態で維持されるとともに、光触媒として機能する親水層22と近い距離で対向した状態で維持されやすくなる。
Further, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22 and a glass member is used as the flow path lid 24. That is, in the present embodiment, when light is irradiated from the outside of the microfluidic device 100 from the flow path lid 24 side, the light passes through the flow path lid 24 and reaches the hydrophilic layer 22, and the titanium dioxide in the hydrophilic layer 22 absorbs the light. It has a structure that can be done. And titanium dioxide becomes super-hydrophilic by absorbing light and functions as a photocatalyst to promote, for example, a redox reaction.
Therefore, in the microfluidic device 100 of this embodiment, the hydrophilic layer 22 absorbs light and becomes superhydrophilic, so that the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is parallel to the main channel width direction (that is, the photocatalyst. To be parallel to the surface of the titanium dioxide layer. That is, the interface is maintained in a wide state and is easily maintained in a state facing the hydrophilic layer 22 functioning as a photocatalyst at a short distance.

よって本実施形態のマイクロ流体装置100を用いれば、従来困難であった2つの流体の界面を利用した二酸化チタンの光触媒反応を、連続的に実施することができる。光を吸収した二酸化チタンは、上記の通り超親水性を示すため、水、アセトニトリル、アルコール等の親水性の液体にはなじむが、ヘキサン、トルエン等の疎水性の液体にはなじみにくい。そのため、疎水性の液体又は疎水性の液体に溶解した化合物を、二酸化チタンに直接接触させて(例えば疎水性の液体中に二酸化チタンの粒子を分散させて)、光触媒反応を実施することは困難である。しかしながら本実施形態のマイクロ流体装置100を用いれば、上記疎水性の液体等を二酸化チタンに直接接触させなくても、間接的に疎水性の液体等を反応(例えば酸化)させることができる。   Therefore, if the microfluidic device 100 of this embodiment is used, the photocatalytic reaction of titanium dioxide using the interface between two fluids, which has been difficult in the past, can be continuously performed. Since titanium dioxide that has absorbed light exhibits super hydrophilicity as described above, it is compatible with hydrophilic liquids such as water, acetonitrile, and alcohol, but is not easily compatible with hydrophobic liquids such as hexane and toluene. Therefore, it is difficult to carry out a photocatalytic reaction by bringing a hydrophobic liquid or a compound dissolved in a hydrophobic liquid into direct contact with titanium dioxide (for example, dispersing titanium dioxide particles in a hydrophobic liquid). It is. However, if the microfluidic device 100 of the present embodiment is used, the hydrophobic liquid or the like can be indirectly reacted (for example, oxidized) without directly contacting the hydrophobic liquid or the like with titanium dioxide.

具体的には、例えば、水溶性の液体である第1流体70を光照射された二酸化チタンに直接接触させて活性種(例えばヒドロキシラジカル等)を発生させる。そして、その活性種が第1流体70と疎水性の液体である第2流体80との界面まで移動し、第2流体80に含まれる化合物に対して作用する(例えば酸化させる)。このとき、本実施形態のマイクロ流体装置100では、上記界面が親水層22(すなわち二酸化チタン)と近い距離で対向した状態にあるため、親水層22の表面で発生した活性種が界面までたどり着きやすい。また本実施形態のマイクロ流体装置100では、上記界面が広く維持できるため、界面が狭い場合に比べて、多くの活性種が界面で第2流体80に含まれる化合物に作用することができる。すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置100を用いれば、従来困難であった反応(例えば、疎水性の液体そのもの、又は親水性の液体に溶けにくく疎水性の液体に溶けやすい化合物等を対象とする、二酸化チタンの光触媒反応等)を効率よく実施することができる。   Specifically, for example, the first fluid 70, which is a water-soluble liquid, is brought into direct contact with the light-irradiated titanium dioxide to generate active species (for example, hydroxy radicals). Then, the active species moves to the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80, which is a hydrophobic liquid, and acts (for example, oxidizes) on the compound contained in the second fluid 80. At this time, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the interface is in a state of facing the hydrophilic layer 22 (that is, titanium dioxide) at a short distance, so that active species generated on the surface of the hydrophilic layer 22 can easily reach the interface. . Moreover, in the microfluidic device 100 of this embodiment, since the said interface can be maintained widely, many active species can act on the compound contained in the 2nd fluid 80 in an interface compared with the case where an interface is narrow. That is, when the microfluidic device 100 according to the present embodiment is used, a conventionally difficult reaction (for example, a hydrophobic liquid itself, or a compound that is difficult to dissolve in a hydrophilic liquid and easily soluble in a hydrophobic liquid, etc.) is targeted. , Photocatalytic reaction of titanium dioxide, etc.) can be carried out efficiently.

また本実施形態のマイクロ流体装置100では、第2流路30が、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に並列した複数の溝32で構成されている。
そのため、本実施形態のマイクロ流体装置100では、第2流路が仕切り板によって分断されず全体として1つの流路である場合に比べて、主流路10における第1流体70と第2流体80との界面を合流部16から連通部18までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置100では、仕切り板34の存在によって第1流体70と第2流体80との界面が分断されるため、前記界面が分断されない場合に比べて1つあたりの前記界面の面積が小さく、表面張力によって前記界面が回転して主流路深さ方向に平行となることが抑制される。そのため、第1流体70と第2流体80との界面を主流路幅方向に平行に維持しやすい。
Further, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the second flow path 30 is formed by a plurality of grooves 32 that are formed along the main flow direction and are arranged in parallel in the main flow path width direction.
Therefore, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel 10 are compared with the case where the second channel is not divided by the partition plate and is one channel as a whole. Is easily formed evenly in the main channel width direction from the merging portion 16 to the communication portion 18.
That is, in the microfluidic device 100 of the present embodiment, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 is divided due to the presence of the partition plate 34, so that the interface per one is compared with the case where the interface is not divided. The area of the interface is small, and it is suppressed that the interface rotates due to surface tension and becomes parallel to the depth direction of the main channel. Therefore, it is easy to maintain the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in parallel with the main channel width direction.

特に、第1流路20の内面に親水層22が形成されるとともに第2流路30の内面に疎水層38が形成されている形態において、第2流路30が複数の溝32で構成されている形態は、さらに望ましく、主流路10における第1流体70と第2流体80との界面を合流部16から連通部18までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、第2流路30を構成する溝32の内面に疎水層38が形成されていることにより、第2流体80が、溝32内に維持されやすくなることによって第1流路20に導かれることが抑制され、さらに上記界面を主流路幅方向に平行に維持しやすくなる。
In particular, in the form in which the hydrophilic layer 22 is formed on the inner surface of the first flow channel 20 and the hydrophobic layer 38 is formed on the inner surface of the second flow channel 30, the second flow channel 30 includes a plurality of grooves 32. This form is more desirable, and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel 10 is easily formed uniformly in the main channel width direction from the junction 16 to the communication unit 18.
That is, since the hydrophobic layer 38 is formed on the inner surface of the groove 32 constituting the second flow path 30, the second fluid 80 is easily maintained in the groove 32, thereby being guided to the first flow path 20. This is suppressed, and it becomes easier to maintain the interface parallel to the width direction of the main channel.

本実施形態においては、主流路10の流路幅及び流路深さが上記の通りであるが、流路幅が流路深さよりも多いものであればこれに限られない。具体的には、例えば主流路10の流路深さが1mm以下であり主流路10の流路幅が1mmよりも大きい形態が挙げられる。このように、主流路10の流路深さが浅いことにより、マイクロ流路としての利点が得られつつ、主流路10の流路幅が広いことにより、1つのマイクロ流体装置100における単位時間当たりの処理量を多くすることができる。   In the present embodiment, the channel width and the channel depth of the main channel 10 are as described above, but the present invention is not limited to this as long as the channel width is larger than the channel depth. Specifically, for example, the channel depth of the main channel 10 is 1 mm or less and the channel width of the main channel 10 is larger than 1 mm. As described above, since the flow path depth of the main flow path 10 is shallow, an advantage as a micro flow path can be obtained, and the flow path width of the main flow path 10 is wide. The amount of processing can be increased.

主流路10の流路深さとしては、具体的には、例えば、10μm以上1000μm以下の範囲が挙げられ、25μm以上1000μm以下の範囲が好ましく、50μm以上500μm以下の範囲がより好ましい。
流路深さが上記範囲であると、上記範囲よりも深い場合に比べて上記マイクロ流路としての利点が得られやすくなり、また上記範囲よりも浅い場合に比べて低い圧力で流体を流すことができるため流体の流れが安定になり、第1流体70と第2流体80との界面を主流路幅方向に維持しやすくなると同時に、時間あたりの処理量が多くなるという利点がある。
Specific examples of the channel depth of the main channel 10 include a range of 10 μm to 1000 μm, a range of 25 μm to 1000 μm is preferable, and a range of 50 μm to 500 μm is more preferable.
When the channel depth is in the above range, it is easier to obtain the advantages as the micro channel than in the case where the channel depth is deeper than the above range, and the fluid flows at a lower pressure than in the case where the channel depth is shallower than the above range. Therefore, there is an advantage that the flow of the fluid becomes stable, the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 can be easily maintained in the main flow path width direction, and at the same time, the processing amount per time increases.

また主流路10の流路幅としては、具体的には、例えば、1cm以上20cm以下の範囲が挙げられる。
流路幅が上記範囲であると、上記範囲よりも狭い場合に比べて単位時間当たりの処理量が多くなり、一方上記範囲よりも広い場合に比べて、流体の偏流による影響が少なく、主流路幅方向に平行な第1流体70と第2流体80との界面が形成されやすくなる。
また主流路10における主流路幅方向の流路幅と主流路深さ方向の流路深さとの比としては、流路幅が流路深さの20倍以上1000倍以下であることが好ましい。上記流路幅と流路高さとの比が上記範囲であることにより、時間当たりの処理量向上と、主流路幅方向に平行な第1流体70と第2流体80との界面の形成容易性と、を両立することができる。
Moreover, specifically as a flow path width of the main flow path 10, the range of 1 cm or more and 20 cm or less is mentioned, for example.
When the flow path width is in the above range, the amount of processing per unit time is larger than in the case where the flow path width is narrower than the above range. An interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 parallel to the width direction is easily formed.
Moreover, as a ratio of the channel width in the main channel width direction and the channel depth in the main channel depth direction in the main channel 10, the channel width is preferably 20 times or more and 1000 times or less of the channel depth. When the ratio between the channel width and the channel height is in the above range, the processing amount per hour is improved and the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 parallel to the main channel width direction is easily formed. It is possible to achieve both.

また、主流路10の主流方向における流路長さは、第1流体70及び第2流体80の流速や目的の処理にかかる時間等によって好ましい値が決まるものであるが、具体的には、例えば、3cm以上30cm以下の範囲が挙げられる。   In addition, the channel length in the main flow direction of the main channel 10 is determined by a preferable value depending on the flow rates of the first fluid 70 and the second fluid 80, the time required for the target processing, and the like. The range of 3 cm or more and 30 cm or less is mentioned.

本実施形態においては、主流路断面、第1流路断面、及び第2流路断面の形状が、合流部16から連通部18まで一定であるが、これに限られない。ただし、第1流体70と第2流体80との界面を主流路幅方向に維持させる観点からは、主流路断面、第1流路断面、及び第2流路断面の面積が合流部16から連通部18まで一定であることが望ましい。また主流路断面の面積が一定でない場合は、第1流路断面の面積と第2流路断面の面積との比が、合流部16から連通部18まで一定であることが望ましい。ここで「面積が一定」とは、面積における最大値が最小値の1倍以上1.05倍以下であることをいう。   In the present embodiment, the shapes of the main flow path cross section, the first flow path cross section, and the second flow path cross section are constant from the merging portion 16 to the communication portion 18, but are not limited thereto. However, from the viewpoint of maintaining the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 in the main channel width direction, the areas of the main channel cross section, the first channel cross section, and the second channel cross section communicate with each other from the junction 16. It is desirable that the portion 18 is constant. When the area of the main channel cross section is not constant, it is desirable that the ratio of the area of the first channel cross section and the area of the second channel cross section is constant from the junction 16 to the communication unit 18. Here, “the area is constant” means that the maximum value in the area is 1 to 1.05 times the minimum value.

また本実施形態においては、第1流路20の流路深さと第2流路30の流路深さとが同じであるが、これに限られない。ただし、第1流路20と第2流路30との境界面25の位置を、界面を形成しようとする望ましい位置に設定することが望ましい。第1流体70と第2流体80との界面の位置は、第1流体70及び第2流体80の粘度等の特性や流速等の条件によって変わり、また適用する目的(例えば化学反応に用いる場合は反応系等)によって好ましい前記界面の位置は変わる場合がある。例えば本実施形態のように、親水層22として二酸化チタンの層を用い、界面を利用した二酸化チタンによる光触媒反応に適用する場合は、第1流路20の流路深さが第2流路30の流路深さの0.1倍以上1倍以下であることが好ましい。   In the present embodiment, the channel depth of the first channel 20 and the channel depth of the second channel 30 are the same, but the present invention is not limited to this. However, it is desirable to set the position of the boundary surface 25 between the first flow path 20 and the second flow path 30 to a desirable position where an interface is to be formed. The position of the interface between the first fluid 70 and the second fluid 80 varies depending on the characteristics such as the viscosity of the first fluid 70 and the second fluid 80 and the conditions such as the flow velocity, and the purpose of application (for example, when used for a chemical reaction). The preferred position of the interface may vary depending on the reaction system and the like. For example, as in the present embodiment, when a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22 and applied to a photocatalytic reaction by titanium dioxide using the interface, the channel depth of the first channel 20 is the second channel 30. The flow path depth is preferably 0.1 times or more and 1 time or less.

本実施形態においては、第1流路断面が長方形であるが、これに限られず、例えば、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面が正方形であるが、これに限られず、例えば、長方形、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面における流路幅が、流路深さと同じ100μmであるが、これに限られない。溝断面における流路幅としては、例えば100μm以上500μm以下の範囲が挙げられ、例えば溝断面における流路深さの1倍以上5倍以下の範囲が挙げられる。
また本実施形態においては、仕切り板34の主流路幅方向における幅が100μmであるが、これに限られず、幅が小さければ小さいほど、デッドスペースが縮小され、広い界面が得られやすいため好ましい。具体的には、第2流体80による圧力に対する耐久性、加工性とデッドスペースの縮小との両立といった観点から、例えば20μm以上100μm以下の範囲が挙げられる。また、仕切り板34の幅は、複数の仕切り板34において同じでなくてもよい。
In the present embodiment, the first channel cross section is rectangular, but is not limited to this, for example, a shape in which a part or all of the corners of the quadrangle are rounded, a side parallel to the main channel depth, and the main channel width For example, a shape having a curved side may be used.
Further, in the present embodiment, the groove cross section is a square, but is not limited to this, for example, a rectangle, a quadrangular shape in which some or all of the corners are rounded, a side parallel to the main channel depth and the main channel width For example, a shape having a curved side may be used.
In the present embodiment, the channel width in the groove cross section is 100 μm, which is the same as the channel depth, but is not limited thereto. Examples of the channel width in the groove cross section include a range of 100 μm to 500 μm, and examples include a range of 1 to 5 times the channel depth in the groove cross section.
In the present embodiment, the width of the partition plate 34 in the main flow path width direction is 100 μm. However, the width is not limited to this, and the smaller the width, the better the dead space is reduced and a wide interface is easily obtained. Specifically, from the viewpoints of durability against pressure by the second fluid 80, compatibility between workability and reduction of dead space, for example, a range of 20 μm or more and 100 μm or less is exemplified. Further, the width of the partition plate 34 may not be the same among the plurality of partition plates 34.

また本実施形態においては、第2流路30が複数の溝32で構成されていたが、第1流路20が複数の溝で構成されていてもよく、第1流路20及び第2流路30が複数の溝で構成されていてもよく、第1流路20及び第2流路30のいずれも溝で構成されていなくてもよい。ただし、本実施形態のように、第1流路20及び第2流路30のいずれか一方のみが複数の溝で構成されている方が、他の形態に比べて、仕切り板34における主流路幅方向の面36に接する界面が形成されやすいため、第1流体と第2流体との界面を主流路幅方向と同方向に維持させやすく好ましい。   In the present embodiment, the second flow path 30 is composed of a plurality of grooves 32. However, the first flow path 20 may be composed of a plurality of grooves, and the first flow path 20 and the second flow path. The path 30 may be configured with a plurality of grooves, and neither the first flow path 20 nor the second flow path 30 may be configured with grooves. However, the main flow path in the partition plate 34 is different from the other forms in that only one of the first flow path 20 and the second flow path 30 is configured by a plurality of grooves as in the present embodiment. Since an interface in contact with the surface 36 in the width direction is easily formed, the interface between the first fluid and the second fluid is preferably maintained in the same direction as the main channel width direction.

また本実施形態においては、第1流路20の内面に親水層22が形成されているが、第1流路20の内面のうち少なくとも主流路幅方向に平行な面に親水層22が形成されている形態でもよく、親水層22が形成されていない形態でもよい。
そして親水層22を形成する場合、親水層22に用いられる材料としては、二酸化チタンに限られず、例えば、ケイ素ポリマー、その他の親水性有機ポリマー等が挙げられる。
また本実施形態においては、第2流路30の内面(すなわち、溝32の内面のうち第1流路20と接している面以外の面)及び仕切り板34における主流路幅方向の面36に疎水層38が形成されているが、第2流路30の内面のみに疎水層38が形成されていてもよく、疎水層38が形成されていない形態でもよい。
そして疎水層38を形成する場合、疎水層38に用いられる材料としては、例えば、オクタデシル基のような疎水性の官能基が配列された材料、疎水性有機ポリマー等が挙げられる。
Further, in the present embodiment, the hydrophilic layer 22 is formed on the inner surface of the first flow path 20, but the hydrophilic layer 22 is formed on at least a surface parallel to the main flow path width direction among the inner surfaces of the first flow path 20. The form in which the hydrophilic layer 22 is not formed may be sufficient.
And when forming the hydrophilic layer 22, as a material used for the hydrophilic layer 22, it is not restricted to titanium dioxide, For example, a silicon polymer, another hydrophilic organic polymer, etc. are mentioned.
In the present embodiment, the inner surface of the second flow channel 30 (that is, the surface of the inner surface of the groove 32 other than the surface in contact with the first flow channel 20) and the surface 36 of the partition plate 34 in the main flow channel width direction are provided. Although the hydrophobic layer 38 is formed, the hydrophobic layer 38 may be formed only on the inner surface of the second flow path 30, or the hydrophobic layer 38 may not be formed.
When the hydrophobic layer 38 is formed, examples of the material used for the hydrophobic layer 38 include a material in which a hydrophobic functional group such as an octadecyl group is arranged, a hydrophobic organic polymer, and the like.

また本実施形態では、二酸化チタンの層である親水層22に光を到達させるため、流路蓋24の材料として光透過性を有する材料を用いる(すなわち、親水層22が形成された第1流路20における主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する)。そのため、疎水層38の材料としては、光透過性を有する材料であっても、光透過性を有さない材料であってもよい。   In the present embodiment, in order to allow light to reach the hydrophilic layer 22 that is a titanium dioxide layer, a light-transmitting material is used as the material of the channel lid 24 (that is, the first flow in which the hydrophilic layer 22 is formed). The surface along the width direction of the main channel in the channel 20 is light transmissive). Therefore, the material of the hydrophobic layer 38 may be a material having light transparency or a material having no light transparency.

そして、親水層22として二酸化チタンの層を用いる場合であっても、疎水層38が光透過性を有し、かつ、第2流路30の主流路幅方向に沿った面に形成された疎水層38に接する部材である流路蓋39の材料が上記光透過性を有する材料であればよい。疎水層38及び流路蓋39が光透過性を有する形態であれば、第1流体70及び第2流体80として光透過性を有する流体を用いることにより、マイクロ流体装置100の外部における流路蓋39側から照射した光が、二酸化チタンの層である親水層22に到達する。そのため、流路蓋24の材料が、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい。   Even when a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22, the hydrophobic layer 38 is light transmissive and is formed on the surface of the second flow path 30 along the width direction of the main flow path. The material of the flow path lid 39, which is a member in contact with the layer 38, may be any material having the above-described light transmittance. If the hydrophobic layer 38 and the flow path cover 39 have a light-transmitting form, the flow path cover outside the microfluidic device 100 can be obtained by using a light-transmitting fluid as the first fluid 70 and the second fluid 80. Light irradiated from the 39 side reaches the hydrophilic layer 22 which is a titanium dioxide layer. Therefore, the material of the flow path lid 24 may be a material having the above light transmittance or a material not having the above light transmittance.

上記光透過性を有する材料としては、ガラス(例えば、石英ガラス、パイレックス(登録商標)ガラス等)の他に、例えば樹脂等が挙げられる。また上記光透過性を有する材料としては、上記材料の中でも特に、波長が365nmの光を透過する材料が好ましい。
そして、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい場合に用いられる材料としては、上記ガラス及び樹脂のほか、金属等の無機材料も挙げられる。
Examples of the light-transmitting material include resin (in addition to glass (eg, quartz glass, Pyrex (registered trademark) glass)). Moreover, as the material having the light transmission property, a material that transmits light having a wavelength of 365 nm is preferable among the above materials.
In addition, the material used when the light-transmitting material may be used or the light-transmitting material may be used. In addition to the glass and the resin, an inorganic material such as a metal is also used. Can be mentioned.

また本実施形態においては、親水層22の厚みが上記の通りであるが、これに限られない。例えば本実施形態のように親水層22として二酸化チタンの層を用いた場合、二酸化チタンの光触媒機能の発揮といった観点から、0.1μm以上であることが好ましい。
また、本実施形態のように、親水層22として二酸化チタンの層を用い、かつ流路蓋24として光透過性を有する部材を用いる場合、マイクロ流体装置100の外部における流路蓋39側から照射した光を、親水層22における第1流体70と接する面に到達させることが望ましい。その観点から、親水層22の厚みは、二酸化チタンの層が光透過性を有する程度の厚みであることが望ましく、具体的には1μm以下であることが好ましい。一方、親水層22として二酸化チタンの層を用い、かつ疎水層38及び流路蓋39が光透過性を有する場合は、マイクロ流体装置100の外部における流路蓋39側から光を照射することができるため、親水層22の厚みが1μm以上であってもよい。
また、親水層22として二酸化チタン以外の層を用いる場合、親水層22の親水性を発揮させる観点から、親水層22の厚さが0.1μm以上であることが好ましい。
Moreover, in this embodiment, although the thickness of the hydrophilic layer 22 is as above-mentioned, it is not restricted to this. For example, when a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22 as in this embodiment, the thickness is preferably 0.1 μm or more from the viewpoint of the photocatalytic function of titanium dioxide.
When a titanium dioxide layer is used as the hydrophilic layer 22 and a light-transmitting member is used as the flow path cover 24 as in the present embodiment, irradiation from the flow path cover 39 side outside the microfluidic device 100 is performed. It is desirable to cause the light that has reached the surface in contact with the first fluid 70 in the hydrophilic layer 22. From this point of view, it is desirable that the hydrophilic layer 22 has a thickness such that the titanium dioxide layer is light transmissive, and specifically, 1 μm or less. On the other hand, when a layer of titanium dioxide is used as the hydrophilic layer 22 and the hydrophobic layer 38 and the channel lid 39 are light transmissive, light can be irradiated from the channel lid 39 side outside the microfluidic device 100. Therefore, the hydrophilic layer 22 may have a thickness of 1 μm or more.
Moreover, when using layers other than titanium dioxide as the hydrophilic layer 22, it is preferable from the viewpoint of exhibiting the hydrophilic property of the hydrophilic layer 22 that the thickness of the hydrophilic layer 22 is 0.1 μm or more.

一方、疎水層38の厚みは、特に限定されないが、疎水層38の疎水性を発揮させる観点から、0.1μm以上であることが好ましく、具体的には、例えば0.1μm以上1μm以下の範囲が挙げられる。
また、上記のように光透過性を有する疎水層38を用いる場合は、例えば、疎水層38材料としてオクタデシルトリメトキシシラン等を用い、かつ疎水層38の厚みを0.1μm以上1μm以下の範囲とする形態が挙げられる。
On the other hand, the thickness of the hydrophobic layer 38 is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more from the viewpoint of exerting the hydrophobicity of the hydrophobic layer 38, and specifically, for example, a range of 0.1 μm or more and 1 μm or less. Is mentioned.
When the hydrophobic layer 38 having optical transparency is used as described above, for example, octadecyltrimethoxysilane or the like is used as the material of the hydrophobic layer 38, and the thickness of the hydrophobic layer 38 is in the range of 0.1 μm to 1 μm. The form to do is mentioned.

また本実施形態においては、合流部16における合流角θの角度が15度であるが、これに限られず、例えば0度以上60度以下が挙げられ、上記衝突エネルギーの影響の観点からは0度以上30度以下が好ましく、小さいほどより好ましい。
また本実施形態においては、第2導入路50が直線の流路であったが、これに限られず、第2導入路50が曲線の流路であってもよい。
例えば図4に示すように、第2導入路50が曲線の流路であり、合流部16における合流角θの角度が0度である形態であってもよい。
Further, in the present embodiment, the angle of the merging angle θ at the merging portion 16 is 15 degrees, but is not limited to this. For example, the merging angle θ is 0 degree or more and 60 degrees or less. The angle is preferably 30 degrees or less and more preferably smaller.
In the present embodiment, the second introduction path 50 is a straight flow path, but is not limited thereto, and the second introduction path 50 may be a curved flow path.
For example, as shown in FIG. 4, the second introduction path 50 may be a curved path, and the angle of the merging angle θ in the merging portion 16 may be 0 degree.

第1整流領域44の第1導入方向に沿った長さ、及び第2整流領域54の第2導入方向に沿った長さとしては、それぞれ第1流体70及び第2流体80の流速によって好ましい範囲が変わるが、例えば2cm以上6cmの範囲が挙げられる。
また排出整流領域64の排出方向に沿った長さも同様に長いほど好ましいが、例えば2cm以上6cmの範囲が挙げられる。
The length along the first introduction direction of the first rectification region 44 and the length along the second introduction direction of the second rectification region 54 are preferably ranges depending on the flow rates of the first fluid 70 and the second fluid 80, respectively. However, for example, a range of 2 cm to 6 cm can be mentioned.
Further, the length along the discharge direction of the discharge rectification region 64 is also preferably as long as possible.

また第1導入路40、第2導入路50、及び排出路60は、それぞれ第1整流領域44、第2整流領域54、及び排出整流領域64を有していればよく、他の領域を有していなくてもよい。
本実施形態では、上記第1導入路40、第2導入路50、及び排出路60において第1流体70及び第2流体80の流れが整えられるため、特に第1導入口42、第2導入口52、及び排出口62は、どのような形状でもよく、また設けられていなくてもよい。
一方、第1緩衝領域46及び第2緩衝領域56についても、特に設けられていなくてもよい。ただし第1緩衝領域46又は第2緩衝領域56が設けられる場合は、第1導入路40又は第2導入路50において整えられた第1流体70又は第2流体80の流れを乱れさせないようにするため、第1導入路断面又は第2導入路断面の断面積が上流側から下流側にかけて一定にすることが望ましい。
さらに第2緩衝領域56には、仕切り板84が設けられていなくてもよい。
Further, the first introduction path 40, the second introduction path 50, and the discharge path 60 only need to have the first rectification region 44, the second rectification region 54, and the discharge rectification region 64, respectively, and have other regions. You don't have to.
In the present embodiment, since the flow of the first fluid 70 and the second fluid 80 is adjusted in the first introduction path 40, the second introduction path 50, and the discharge path 60, in particular, the first introduction port 42 and the second introduction port. 52 and the discharge port 62 may have any shape or may not be provided.
On the other hand, the first buffer region 46 and the second buffer region 56 may not be particularly provided. However, when the first buffer region 46 or the second buffer region 56 is provided, the flow of the first fluid 70 or the second fluid 80 arranged in the first introduction channel 40 or the second introduction channel 50 is not disturbed. Therefore, it is desirable that the cross-sectional area of the first introduction path section or the second introduction path section be constant from the upstream side to the downstream side.
Furthermore, the partition plate 84 may not be provided in the second buffer region 56.

本実施形態におけるマイクロ流体装置100の製造方法は、特に限定されず、公知の方法によって製造できる。
具体的には、例えば、第1金属板を三次元的に彫って第2導入路50、第2流路30、及び排出路60の一部を形成し、第1金属板における第2流路30に疎水層38を形成する。次に、第2金属板の一方の面を三次元的に彫って第1導入路40の一部を形成し、第2金属板を第1金属板に乗せることによって第2導入路50に蓋をする。そして、ガラス板に第1導入路40の一部、第1流路20、及び排出路60の一部を形成し、第1流路20に親水層22を形成する。最後に、第1金属板及び第2金属板にガラス板を乗せて第1導入路40、主流路10、及び排出路60に蓋をすることで、マイクロ流体装置100が形成される。
The manufacturing method of the microfluidic device 100 in the present embodiment is not particularly limited, and can be manufactured by a known method.
Specifically, for example, the first metal plate is three-dimensionally carved to form part of the second introduction path 50, the second flow path 30, and the discharge path 60, and the second flow path in the first metal plate is formed. A hydrophobic layer 38 is formed on 30. Next, one surface of the second metal plate is three-dimensionally carved to form a part of the first introduction path 40, and the second metal plate is placed on the first metal plate to cover the second introduction path 50. do. Then, a part of the first introduction path 40, the first flow path 20, and a part of the discharge path 60 are formed on the glass plate, and the hydrophilic layer 22 is formed in the first flow path 20. Finally, the microfluidic device 100 is formed by placing a glass plate on the first metal plate and the second metal plate and covering the first introduction path 40, the main flow path 10, and the discharge path 60.

本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、2つの流体を、マイクロ流体装置の幅広マイクロ流路に流して用いる。上記第1流体と上記第2流体との組み合わせは特に限定されないが、例えば、液体と液体、気体と液体、又は気体と気体等が挙げられ、同種の流体であっても異なる2種の流体であってもよい。   As described above, the microfluidic device of the present invention uses two fluids flowing through the wide microchannel of the microfluidic device. The combination of the first fluid and the second fluid is not particularly limited, and examples thereof include liquid and liquid, gas and liquid, or gas and gas. There may be.

特に、本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、主流路における主流路幅方向に沿った界面を形成させやすいため、第1流体と第2流体との組み合わせとして、相溶性の低い2種の液体や、気体と液体との組み合わせを用いることができ、それらの界面における処理(例えば化学反応や抽出等)に好適に適用できる。相溶性の低い2種の液体としては、例えば水と油のように、親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせが挙げられる。
また、上記実施形態のように、第1流路20の内面に親水層22を形成し、第2流路30の内面に疎水層38を形成した場合は、第1流体70と第2流体80との組み合わせとして親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせを適用することが望ましい。
一方、第1流体70と第2流体80との組み合わせとして気体と液体との組み合わせを用いる場合は、第1流路及び第2流路のうち、気体を流す流路の内面には、親水層又は疎水層を形成しないほうが好ましい。
In particular, since the microfluidic device of the present invention easily forms an interface along the main channel width direction in the main channel as described above, two types of low compatibility are combined as a combination of the first fluid and the second fluid. A liquid or a combination of a gas and a liquid can be used, and can be suitably applied to a process (for example, chemical reaction or extraction) at the interface between them. Examples of the two liquids having low compatibility include a combination of a hydrophilic liquid and a hydrophobic liquid such as water and oil.
Further, when the hydrophilic layer 22 is formed on the inner surface of the first channel 20 and the hydrophobic layer 38 is formed on the inner surface of the second channel 30 as in the above embodiment, the first fluid 70 and the second fluid 80 are formed. It is desirable to apply a combination of a hydrophilic liquid and a hydrophobic liquid as a combination of
On the other hand, when a combination of gas and liquid is used as the combination of the first fluid 70 and the second fluid 80, a hydrophilic layer is formed on the inner surface of the flow path for flowing gas among the first flow path and the second flow path. Alternatively, it is preferable not to form a hydrophobic layer.

(試験例)
上記第1実施形態のマイクロ流体装置100を用いて試験を行った。
なお、用いたマイクロ流体装置における第1流路の流路幅と第2流路の流路幅は同じとした。また、第1流路20に親水層22として二酸化チタンの層を形成し、流路蓋24の材料として石英ガラスを用いた。また、第2流路30に溝32(すなわち仕切り板34)を形成するとともに、第2緩衝領域56における溝82(すなわち仕切り板84)も設けた。さらに、親水層22を形成した場合は親水層22の厚みを0.2μmとし、疎水層38を形成した場合は疎水層38の厚みを1μm以下とした。
(Test example)
A test was performed using the microfluidic device 100 of the first embodiment.
Note that the channel width of the first channel and the channel width of the second channel in the microfluidic device used were the same. In addition, a titanium dioxide layer was formed as the hydrophilic layer 22 in the first channel 20, and quartz glass was used as the material of the channel lid 24. In addition, the groove 32 (that is, the partition plate 34) is formed in the second flow path 30, and the groove 82 (that is, the partition plate 84) in the second buffer region 56 is also provided. Further, when the hydrophilic layer 22 is formed, the thickness of the hydrophilic layer 22 is 0.2 μm, and when the hydrophobic layer 38 is formed, the thickness of the hydrophobic layer 38 is 1 μm or less.

また、親水層22の形成方法は以下の通りである。親水層22の材料として二酸化チタンを用いた。具体的には、チタニウムトリイソプロポキシド(Ti−(−O−iso−C)の0.5Mアセチルアセトン溶液を基板(第1流路30を形成した流路蓋24)上にスピンコートし、450℃で2時間処理するというゾルゲル法で、二酸化チタンの膜を形成した。
さらに、疎水層38の形成方法は、以下の通りである。具体的には、トリクロロオクタデシルシランの1%トルエン溶液を、第2流路30を形成した流路蓋39に塗布(例えば部分的に疎水層38を形成する場合)、又は閉じた第2流路30に注入(例えば流路全体にむら無く疎水層38を形成する場合)した後、過剰のオクタデシル基をトルエンにより洗浄、除去して、疎水層38を形成した。
Moreover, the formation method of the hydrophilic layer 22 is as follows. Titanium dioxide was used as the material for the hydrophilic layer 22. Specifically, a 0.5 M acetylacetone solution of titanium triisopropoxide (Ti-(— O-iso-C 3 H 7 ) 4 ) is placed on the substrate (the channel lid 24 in which the first channel 30 is formed). A titanium dioxide film was formed by a sol-gel method of spin coating and treating at 450 ° C. for 2 hours.
Furthermore, the formation method of the hydrophobic layer 38 is as follows. Specifically, a 1% toluene solution of trichlorooctadecylsilane is applied to the channel lid 39 in which the second channel 30 is formed (for example, when the hydrophobic layer 38 is partially formed), or the second channel is closed. 30 (for example, when the hydrophobic layer 38 is uniformly formed in the entire flow path), excess octadecyl groups were washed and removed with toluene to form the hydrophobic layer 38.

<界面可視化試験>
第1流体及び第2流体として下記第1流体及び第2流体を用い、下記流速条件(条件1〜条件8)で、作成した図1のマイクロ流体装置に流体を流して、第1流体及び第2流体のいずれか一方に着色をするか、又は第1流体及び第2流体の双方に互いに異なった着色をすることにより、第1流体と第2流体との界面を直接目視で観察した。
<Interface visualization test>
The following first fluid and second fluid are used as the first fluid and the second fluid, and the fluid is caused to flow through the created microfluidic device of FIG. 1 under the following flow velocity conditions (conditions 1 to 8). By coloring either one of the two fluids or by coloring both the first fluid and the second fluid different from each other, the interface between the first fluid and the second fluid was directly visually observed.

下記条件1から条件4においては、第1流体及び第2流体として、下記第1流体A及び第2流体Aを用いた。
・第1流体A:純水
・第2流体A:トルエン
条件1から条件4は以下の通りである。
・条件1:第1流体Aの流速2.0μm/s、第2流体Aの流速2.0μm/s
・条件2:第1流体Aの流速3.3μm/s、第2流体Aの流速2.0μm/s
・条件3:第1流体Aの流速2.0μm/s、第2流体Aの流速3.3μm/s
・条件4:第1流体Aの流速2.0μm/s、第2流体Aの流速3.3μm/s
In the following conditions 1 to 4, the following first fluid A and second fluid A were used as the first fluid and the second fluid.
First fluid A: pure water Second fluid A: toluene Conditions 1 to 4 are as follows.
Condition 1: Flow rate of the first fluid A is 2.0 μm / s, Flow rate of the second fluid A is 2.0 μm / s
Condition 2: Flow rate of first fluid A 3.3 μm / s, flow rate of second fluid A 2.0 μm / s
Condition 3: Flow rate of the first fluid A is 2.0 μm / s, Flow rate of the second fluid A is 3.3 μm / s
Condition 4: Flow rate of the first fluid A is 2.0 μm / s, Flow rate of the second fluid A is 3.3 μm / s

上記条件1及び条件2においては、第1流体A及び第2流体Aの層流が形成され、第1流体Aと第2流体Aとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件3においては、一部偏流が確認された。また条件4においては、ひどい偏流が確認された。   In the above conditions 1 and 2, laminar flows of the first fluid A and the second fluid A are formed, and the interface between the first fluid A and the second fluid A is formed in parallel to the main channel width direction. However, no drift was confirmed. On the other hand, in condition 3, a partial drift was confirmed. In condition 4, severe drift was confirmed.

条件5から条件8においては、第1流体及び第2流体として、下記第1流体B及び第2流体Bを用いた。
・第1流体B:純水
・第2流体B:メタノール
条件5から条件8は以下の通りである。
・条件5:第1流体Bの流速0.7μm/s、第2流体Bの流速0.7μm/s
・条件6:第1流体Bの流速2.0μm/s、第2流体Bの流速2.0μm/s
・条件7:第1流体Bの流速3.3μm/s、第2流体Bの流速2.0μm/s
・条件8:第1流体Bの流速4.5μm/s、第2流体Bの流速2.0μm/s
In Condition 5 to Condition 8, the following first fluid B and second fluid B were used as the first fluid and the second fluid.
First fluid B: pure water Second fluid B: methanol Conditions 5 to 8 are as follows.
Condition 5: Flow rate of the first fluid B 0.7 μm / s, flow rate of the second fluid B 0.7 μm / s
Condition 6: Flow rate of the first fluid B of 2.0 μm / s, flow rate of the second fluid B of 2.0 μm / s
Condition 7: Flow rate of the first fluid B 3.3 μm / s, flow rate of the second fluid B 2.0 μm / s
Condition 8: Flow rate of first fluid B 4.5 μm / s, flow rate of second fluid B 2.0 μm / s

上記条件5、条件6、及び条件7においては、第1流体B及び第2流体Bの層流が形成され、第1流体Bと第2流体Bとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件4においては、乱流が生じていることが確認された。   In the above conditions 5, 6, and 7, laminar flow of the first fluid B and the second fluid B is formed, and the interface between the first fluid B and the second fluid B is formed in parallel with the main channel width direction. It was confirmed that no drift was observed. On the other hand, in condition 4, it was confirmed that turbulent flow occurred.

以上の結果から、例えば従来の幅広マイクロ流体装置においては主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能な条件においても、本発明のマイクロ流体装置を用いれば、主流路幅方向に平行な界面の形成が可能になることがわかる。特に、上記結果のうち純水とトルエンを用いた条件1〜条件4においては、従来の幅広マイクロ流体装置(特に、第1導入路40、第2導入路50、及び排出路60が整流領域を有さない幅広マイクロ装置)の主流路内で、主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能であったが、上記試験例で示されたとおり、本発明のマイクロ流体装置では主流路幅方向に平行な界面が形成されることが分かる。 From the above results, for example, in the conventional wide microfluidic device, even if it is impossible to form an interface parallel to the main flow path width direction, the microfluidic device of the present invention is used in parallel to the main flow path width direction. It can be seen that a simple interface can be formed. In particular, in conditions 1 to 4 using pure water and toluene among the above results, the conventional wide microfluidic device (particularly, the first introduction path 40, the second introduction path 50, and the discharge path 60 have a rectification region). It was impossible to form an interface parallel to the main channel width direction in the main channel of the wide micro device), but as shown in the above test example, the micro fluid device of the present invention is mainly used. It can be seen that an interface parallel to the road width direction is formed.

<光触媒反応試験>
作成した図1のマイクロ流体装置100において、主流路10における第1流体及び第2流体の偏流が抑制されていることを確認するために、以下の試験を行った。
第1流体C及び第2流体Cとして、いずれもp−メトキシトルエンの0.1%アセトニトリル溶液を用い、マイクロ流体装置100に流体を流して、光照射(光照射強度500mW/cm−2、光照射時間140秒)を行った。二酸化チタンの光触媒作用によるp−メトキシトルエンの酸化反応によって生成したアニスアルデヒド(p−メトキシベンズアルデヒド)の生成量から反応収率を求め、上記反応の効率を評価した。
<Photocatalytic reaction test>
In the prepared microfluidic device 100 of FIG. 1, the following test was performed in order to confirm that the drift of the first fluid and the second fluid in the main channel 10 is suppressed.
As the first fluid C and the second fluid C, a 0.1% acetonitrile solution of p-methoxytoluene is used, and the fluid is passed through the microfluidic device 100 to emit light (light irradiation intensity 500 mW / cm −2 , light Irradiation time 140 seconds). The reaction yield was determined from the amount of anisaldehyde (p-methoxybenzaldehyde) produced by the oxidation reaction of p-methoxytoluene by the photocatalytic action of titanium dioxide, and the efficiency of the reaction was evaluated.

具体的には、第1流体C及び第2流体Cの合計の注入量を120μl/minとし、上記二酸化チタンによる光触媒反応を行った。その結果、収率3.0%でアニスアルデヒドが生成した。
比較のために、流路幅500μm、流路深さ25μmのシングルチャネルマイクロリアクターを用いて同様の試験を行ったところ、流体の注入量が0.5μl/minであり、アニスアルデヒドの収率は4.6%であった。
Specifically, the total injection amount of the first fluid C and the second fluid C was set to 120 μl / min, and the photocatalytic reaction with the titanium dioxide was performed. As a result, anisaldehyde was produced with a yield of 3.0%.
For comparison, a similar test was performed using a single channel microreactor having a channel width of 500 μm and a channel depth of 25 μm. The fluid injection amount was 0.5 μl / min, and the anisaldehyde yield was It was 4.6%.

以上の結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、流路幅方向も流路深さ方向も1mm以下である従来のマイクロ流体装置に比べて、時間当たりにおけるアニスアルデヒドの合成量が157倍にも拡大したことがわかる。さらに、上記結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、アニスアルデヒドの収率が、従来のマイクロ流体装置を用いた場合の収率と同等であり、主流路(幅広マイクロ流路)内における偏流が抑制されていることが分かる。   From the above results, in the test example using the microfluidic device of the present invention, the amount of anisaldehyde synthesized per hour compared to the conventional microfluidic device in which the channel width direction and the channel depth direction are 1 mm or less. It can be seen that has increased to 157 times. Furthermore, from the above results, in the test example using the microfluidic device of the present invention, the yield of anisaldehyde is equivalent to the yield when using the conventional microfluidic device, and the main channel (wide microchannel) It can be seen that the drift in the) is suppressed.

10 主流路
16 合流部
16A 断面
16B 断面
16C 合流線
18 連通部
20 第1流路
22 親水層
24 流路蓋
25 境界面
28 疎水層
30 第2流路
32 溝
34 仕切り板
36 主流路幅方向の面
38 疎水層
39 流路蓋
40 第1導入路
42 第1導入口
44 第1整流領域
45 合流角
46 第1緩衝領域
50 第2導入路
52 第2導入口
54 第2整流領域
56 第2緩衝領域
58 溝領域
60 排出路
62 排出口
64 排出整流領域
70 第1流体
80 第2流体
82 溝
84 仕切り板
100 マイクロ流体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Main flow path 16 Merge part 16A Section 16B Cross section 16C Merge line 18 Communication part 20 1st flow path 22 Hydrophilic layer 24 Flow path cover 25 Boundary surface 28 Hydrophobic layer 30 Second flow path 32 Groove 34 Partition plate 36 Main flow path width direction Surface 38 Hydrophobic layer 39 Flow path lid 40 First introduction path 42 First introduction port 44 First rectification region 45 Merge angle 46 First buffer region 50 Second introduction channel 52 Second introduction port 54 Second rectification region 56 Second buffer Region 58 Groove region 60 Discharge path 62 Discharge port 64 Discharge rectification region 70 First fluid 80 Second fluid 82 Groove 84 Partition plate 100 Microfluidic device

Claims (4)

第1流体及び第2流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第1流体及び前記第2流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第1流路及び第2流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第1流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第1流体を前記第1流路に導入する第1導入路であって、前記第1導入路において前記第1流体が流れる方向である第1導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第1導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第1導入路と、
前記第2流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向側から前記主流方向に対して鋭角に前記第2流体を前記第2流路に導入する第2導入路であって、前記第2導入路において前記第2流体が流れる方向である第2導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第2導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第2導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第1流体及び前記第2流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第1流体及び前記第2流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置。
A main flow path in which the first fluid and the second fluid flow in contact with each other, and in the main flow path depth direction, which is a direction perpendicular to the main flow direction in which the first fluid and the second fluid flow in the main flow path. The length of the main flow path width direction which is a direction perpendicular to the main flow path depth direction in the cross section perpendicular to the main flow direction in the main flow path is composed of the first flow path and the second flow path arranged in parallel. A main flow path larger than the length in the direction of the path depth;
A first introduction path that communicates with the upstream end of the first flow path in the main flow direction and introduces the first fluid into the first flow path in the same direction as the main flow direction; The length in the same direction as the width direction of the main channel in the cross section perpendicular to the first introduction direction from the upstream side to the downstream side in the first introduction direction, which is the direction in which the first fluid flows in one introduction path. A first introduction path that gradually increases and has a region in which the length in the direction perpendicular to the main flow path width direction gradually decreases;
The second fluid is communicated with an end on the upstream side in the main flow direction in the second flow path, and the second fluid is placed in the same direction with respect to the main flow direction or at an acute angle with respect to the main flow direction from the direction side of the main flow path depth. A second introduction path to be introduced into the second flow path, wherein the second fluid flows in the second introduction path from the upstream side in the second introduction direction toward the downstream side in the second introduction direction. A second introduction path having a region in which the length in the same direction as the main channel width direction in the vertical cross section gradually increases and the length in the direction perpendicular to the main channel width direction gradually decreases;
A discharge path that communicates with an end of the main flow path downstream in the main flow direction and discharges the first fluid and the second fluid from the main flow path in the same direction with respect to the main flow direction; The length in the same direction as the width direction of the main channel in the cross section perpendicular to the discharge direction is gradually reduced from the upstream side to the downstream side in the discharge direction in which the first fluid and the second fluid flow. And a discharge channel having a region in which the length in the direction perpendicular to the main channel width direction gradually increases.
前記第1流路及び前記第2流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項1に記載のマイクロ流体装置。   The microfluidic device according to claim 1, wherein a hydrophilic layer is formed on an inner surface of one of the first channel and the second channel, and a hydrophobic layer is formed on the other inner surface. 前記第1流路及び前記第2流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項2に記載のマイクロ流体装置。   Of the first channel and the second channel, the surface along the main channel width direction in the channel in which the hydrophilic layer is formed, and the channel in the channel in which the hydrophobic layer and the hydrophobic layer are formed. 3. The microfluidic device according to claim 2, wherein at least one of the surface along the width direction of the main flow path is light transmissive, and the hydrophilic layer is a titanium dioxide layer. 前記第1流路及び前記第2流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のマイクロ流体装置。   4. The device according to claim 1, wherein at least one of the first flow path and the second flow path includes a plurality of grooves formed along the main flow direction and arranged in parallel with the main flow path width direction. 5. The microfluidic device according to claim 1.
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