WO2007037007A1

WO2007037007A1 - マイクロデバイスおよび流体の合流方法

Info

Publication number: WO2007037007A1
Application number: PCT/JP2005/017965
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Mae; Junichi Yoshida; Seiji Suga; Tatsuya Kawaguchi; Jun Tanabe; Noboru Daito; Hideharu Nagasawa; Hideyuki Nomura; Shigeki Hikage; Kunio Yube
Original assignee: Fujifilm Corporation
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-04-05
Also published as: EP1930070A1; US20090034362A1; EP1930070A4

Abstract

　本発明は、流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、当該合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスを提供する。このマイクロデバイスは、マイクロデバイスに流入した各流体を前記合流領域に供給する供給チャンネルと、合流した流体を前記合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルとを有し、少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルは、マイクロデバイスに供給された流体を前記合流領域に供給する複数のサブチャンネルを有し、これらのサブチャンネルおよび供給チャンネルは、前記複数のサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸とが一点で交差するように形成されていることを特徴とする。

Description

明細書

マイクロデバイスおよび流体の合流方法

技術分野

[0001] 本発明は、複数種の流体を合流させるマイクロデバイス及び流体の合流方法に関し、より詳しくはそのように合流した流体を混合するおよび Zまたは反応させるマイク口デバイス及び流体の合流方法に関する。本発明のマイクロデバイス及び流体の合流方法は、化学工業や医薬品工業において、例えば流体材料を混合させたり反応させたりすることによって種々の生成物を製造する場合に使用できる。

[0002] 尚、本発明にお、て、「流体」なる用語は、液体および液体として扱うことができる液体混合物を含むものとして使用している。そのような混合物としては、固体および Zまたは気体を含む液体を例示でき、例えば粉末のような微小な固体 (例えば金属微粒子）および Zまたは微細な気泡を含む液体混合物であってもよい。また、液体は、溶解してヽな、他の種類の液体を含むものであってよぐ例えばエマルシヨンであってよい。別の態様では、本発明において流体は気体であってもよぐ気体は固体または固体の微粒子を含んで、てもよ、。

背景技術

[0003] 流体の混合 (ここで、「混合」とは、反応を伴う混合を含む)を目的として種々のマイクロデバイスが提案されている。そのようなマイクロデバイスにおける混合は、混合すべき流体間における物質の拡散現象を利用している。その混合を迅速かつ均一に行うためには、混合すべき流体の接触面積を増加させることが要件である。これまでに提案されているマイクロデバイスは、例えば下記特許文献 1〜3等に開示されている

[0004] 特許文献 1および 2に開示されているマイクロデバイスでは、 2種の流体が相互に接触した状態を維持しながらマイクロチャンネルに沿って流れるようになって、る。そのようなマイクロチャンネルは、半導体製造技術、具体的にはフォトリソエッチングを用いて容易に形成できる。し力しながら、形成できるマイクロチャンネルは、その幅に対して深さは浅ぐその結果、流体の接触面積は必ずしも十分ではない。最近では、ドライエッチング法によってより深、マイクロチャンネルを形成する技術も提案されてヽるが、そのようなマイクロチャンネルを形成するには相当の費用を要する。

[0005] これらのマイクロデバイスのようにマイクロチャンネル幅（流れ方向に対して垂直方向の幅）が大きぐその方向に混合すべき流体間の物質が拡散していくのに時間を要する場合、流体の接触界面の近傍とそれから離れた箇所とでは混合の程度が明ら力に異なる。接触界面力も最も遠い箇所では、混合が実質的に起こることなくマイクロデバイスカゝら流体が排出されることも有り得る。このようなマイクロデバイスを用いて 2 種の反応物質を混合して反応させる場合には、マイクロデバイスの箇所によって反応の進行度が異なり、結果的に均一な反応を実施できないことになる。

[0006] 一般的に、マイクロデバイスは特定の操作条件に対して最適に操作できるようにテ一ラーメイド的に設計されるが、そのようなマイクロデバイスを異なる操作条件で用いる場合、マイクロデバイスの機能が十分に発揮できない場合が多い。換言すれば、既知のマイクロデバイスは使用できる操作条件範囲が限られて、る。例えば 2種の流体を同じ流量で供給するように設計されたマイクロデバイスの場合、これらの流体の流量比が大きく異なる操作条件になると、その流量比を一定に保ちながら安定的に混合することは容易ではない。結果として、所望の生成物が得られないことがある。

[0007] 固体が析出したり、析出固体が凝集したりしてマイクロチャンネルを閉塞させ、混合操作を安定して連続に実施できないことがある。当然ながら、微粒子を生成する晶析反応を実施する場合のように意図した析出が生じる場合は閉塞が特に問題となる。

[0008] 発明者らは、特許文献 3に開示されているマイクロデバイスを用いて塩ィ匕銀 (AgCl) の微粒子の晶析反応を実施した。その結果、供給するそれぞれの液の薄層を形成するスリット部を出た直後の箇所で微粒子の凝集が起こり、液体の供給の開始後 10 分以内に目詰まりが生じ、運転の継続が困難となった。

[0009] 化学プロセスにおいて、混合または反応操作を複数のステップで実施することがしばしばある。マイクロデバイスを用いてこの複数のステップを実施する場合、例えば、 1つの混合または反応を 1つのマイクロデバイスによって実施し、そのマイクロデバイスにお 1ヽて得られた生成物（例えば混合物、反応生成物を含んでもよ！ヽ）を次のマイクロデバイスに供給して、次の混合または反応を実施する。 [0010] このように 2つのマイクロデバイスをシリーズで用いる場合、これらのマイクロデバイスの間を配管および継手を用いて接続する必要がある。このような配管および継手内の容積は比較的大きぐ場合によってはマイクロデバイスの内容量より大きいこともある。その結果、配管および継手を流体が通過するのに時間を要し、最初の混合または反応の直後に、次の混合または反応を実施することができな、ことがある。

[0011] 他方、配管および継手中に存在する流体については、混合または反応が途中の段階にあるので、プロセスを停止した場合には、そのような流体は最終生成物として取り扱うことができず、ロスをもたらす。また、マイクロデバイスを使用する利点であるコンパクトなプラントを実現することが困難になる。

特許文献 1：特表平 10— 507406号公報

特許文献 2：特開 2000— 298109号公報

特許文献 3：国際公開 WO00Z62914号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] そこで、本発明が解決しょうとする課題は、上述のようなマイクロデバイスの種々の問題点の少なくとも 1つを少なくとも緩和し、好ましくは解消することである。具体的には、例えば以下の少なくとも一つを達成しょうとするものである。

[0013] 即ち：

迅速かつ均一な混合に関して向上したマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、

混合の操作条件にフレキシブルに対応できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、方法において、

閉塞を抑制して、安定して連続運転できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、

コンパクトで種々の混合プロセスにフレキシブルに対応できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること。課題を解決するための手段

[0014] 発明者らは、上記課題について鋭意検討し、マイクロデバイスにおける拡散現象は種々のファクターによって影響を受ける力より迅速かつ均一な混合を達成するためには、混合すべき流体間の接触界面積を短時間で増やす方法を検討することが重要であるとの考えに至った。そして、更に検討を重ねた結果、 2種以上の流体のストリームが合流領域に流入し、そこで合流した後に排出されるマイクロデバイスを用いる場合、少なくとも 1種の流体のストリームを複数に分割したサブストリームの形態として合流領域に供給する（分割しない流体が残存する場合には、その流体のストリームをそのまま合流領域に供給する）に際して、分割して供給する流体の内の少なくとも 1 種のサブストリームの少なくとも 1つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも 1種の流体の少なくとも 1つのサブストリーム（この流体も分割されて供給される場合)および Zまたはストリーム (分割しなヽ流体が残存する場合)の中心軸とが、一点で交差する、好ましくは合流領域にて一点で交差するように、これらの流体を合流領域に供給することによって、上記課題が解決されることを見出した。

[0015] 上記課題を解決するため、本発明は、流入した 2種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、当該合流領域力これらの流体を排出するマイクロデバイスを提供する。このマイクロデバイスは、マイクロデバイスに流入した各流体を前記合流領域に供給する供給チャンネルと、合流した流体を前記合流領域力マイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルとを有し、少なくとも 1種の流体を供給する供給チヤンネルは、前記合流領域に流入する複数のサブチャンネルを有し (そして、これらのサブチャンネルが流体を前記合流領域に供給し）、これらのサブチャンネルおよび供給チャンネル力前記複数のサブチャンネルの少なくとも 1つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも 1種の流体を供給する供給チャンネル (サブチャンネルを有さな、供給チャンネルが存在する場合 )またはサブチャンネルの少なくとも 1つの中心軸とがー点で交差するように形成されていることを特徴とする。なお、本発明のマイクロデバイスにおいて、中心軸が交差する点は、合流領域に位置するのが好ましい。

[0016] 上記課題を解決するため、本発明はまた、合流領域を有するマイクロデバイスを用、て 2種以上の流体のストリームを別々に合流領域に供給してそこで合流させる合流方法を提供する。この合流方法は、少なくとも 1種の流体のストリームを複数のサブストリームに分割して合流領域に供給し、また、分割しない流体が存在する場合には、その流体のストリームを合流領域に供給し、分割して供給する流体の内の少なくとも 1 種のサブストリームの少なくとも 1つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも 1種の流体の少なくとも 1つのサブストリームまたはストリーム（分割しな V、流体が存在する場合)の中心軸とがー点で交差するように合流領域に供給することを特徴とする。なお、本発明の合流方法において、中心軸が交差する点は、合流領域に位置するのが好まし、。

[0017] 本発明のマイクロデバイスまたは流体の合流方法の 1つの態様では、 1つのサブチヤンネル (またはサブストリーム）の中心軸とそのサブチャンネルが供給する流体 (簡単のため、第 1流体と呼ぶ）と異なる種類の流体 (簡単のため、第 2流体と呼ぶ）を供給する 1つの供給チャンネル (またはストリーム）の中心軸とがー点で交差する。一方、本発明のマイクロデバイスまたは流体の合流方法の別の態様では、 1つのサブチヤンネル (またはサブストリーム）の中心軸とそのサブチャンネルが供給する流体 (第 1 流体）と異なる種類の流体 (第 2流体)を供給する 1つのサブチャンネル (またはサブストリーム）の中心軸とがー点で交差する。換言すれば、第 1流体のサブチャンネル（またはサブストリーム）の 1つの中心軸と第 2流体の供給チャンネル (またはストリーム）またはサブチャンネル（またはサブストリーム）の 1つの中心軸とが交差する。

[0018] さらに別の態様では、第 1流体の他のサブチャンネル (またはサブストリーム）の中心軸および Zまたは第 2流体の他のサブチャンネル (またはサブストリーム）の中心軸も同じ点で交差する。

[0019] これらの流体に加えて、他の 1種またはそれ以上の流体もサブチャンネルまたは供給チャンネルを経由して合流領域に供給してよぐそのようなチャンネルの中心軸の 1つまたはそれ以上も、同じ点で交差してよい。

[0020] 本発明では、「チャンネル」および「ストリーム」なる用語を用いている力前者は、マイク口デバイスの流路としての構成要素を指し、後者はそこを流れる流体を指す。本発明においては、チャンネルおよびストリームの中心軸に特に着目している力ストリームの形状は、チャンネルの内部空間の形状に対応するので、中心軸に関する限り、これらの用語の意味するところは、実質的に同じと考えることができ、その意味でこれらの用語を使用している。従って、「チャンネル」に当て嵌まる事項は、同様に「ストリーム」にも当て嵌まる。また、「サブ」なる用語は、チャンネルまたはストリームが分割されたものを意味するものとして使用している。

発明の効果

[0021] 本発明のマイクロデバイスまたは合流方法では、異なる 2種またはそれ以上の流体を合流領域に送り込むに際して、少なくとも 2種の流体について、それぞれの流体を供給する供給チャンネル (従って、ストリーム)またはサブチャンネル (従って、サブストリーム）の少なくとも 1つの中心軸力合流領域にて一点で交差する（但し、少なくとも 1種の流体はサブチャンネルを経由して (従って、サブストリームの形態で)合流領域に供給される)。

[0022] 上述の本発明のマイクロデバイスまたは流体の合流方法によって、迅速かつ均一な混合、そして混合の操作条件に対するフレキシブルな対応の課題の少なくとも 1つが少なくとも緩和され、好ましくは解消される。その結果、そのようなマイクロデバイスおよび流体の合流方法は、 2種以上の流体を混合する場合に適用でき、そのような混合と共に反応を実施する場合に好適である。

[0023] このような本発明では、合流する流体の中心軸が一点で交差するように衝突 *接触するので、これら流体は、それが有する運動エネルギーによって瞬間的により小さい流体塊に分割 (または微細化)すると共に流体塊の接触状態も改善される。その結果、合流する流体同士の接触界面積が急激に増加し、これらの流体の間の混合が促進され、よって、より迅速かつ均一な混合が達成される。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]図 1は、本発明のマイクロデバイスを模式的に示す概念図である。

[図 2]図 2は、本発明のマイクロデバイスを模式的に示す他の概念図である。

[図 3]図 3は、流体 Aのサブストリームと流体 Bのストリームとが合流する様子を模式的に示すと共に、中心軸が交差する意味を説明する図である。

[図 4]図 4は、本発明のマイクロデバイスの一例を模式的に示す分解斜視図である。 [図 5]図 5は、本発明の他のマイクロデバイスの他の例を模式的に示す分解斜視図である。

[図 6]図 6は、本発明のマイクロデバイスのさらに他の例を模式的に示す分解斜視図である。

[図 7]図 7は、本発明のマイクロデバイスの好ましい変形例を模式的に示す図である。

[図 8]図 8は、排出チャンネルの径が途中で小さくなつている本発明のマイクロデバイスを模式的に示す図である。

[図 9]図 9は、シリーズで接続したマイクロデバイスの概念図である。

圆 10]図 10は、シース流体を供給するマイクロデバイスを模式的に示す分解斜視図である。

符号の説明

10·· -合流領域

12·· '供給チャンネル

14·· -分岐点

16, 16'…サブチャンネノ

18·· '供給チャンネル

20·· -中心軸交差点、

22, 22，…サブストリーム

24·· 'ストリーム

26·· '排出チャンネル、

100 …マイクロデノイス

102···供給要素

104···合流要素

106···排出要素

108, 110···環状チャンネル

112, 114, 116, 118···ボア

120…ボアの端部

122···合流要素の排出要素に対向する面 124, 126· ··マイクロチャンネル

128· "中心、 130, 132, 134· ··ボア、

136· ··開口部

138· ··合流流体ストリーム

140· "シース流体供給要素

142· ··筒状部分

144· "シース流体供給チャンネル

146· "ボア

148· ··環状チャンネル

150· ··サブチャンネル

152· ··合流流体

154· "鞘状シース流体

156· "シース流体供給要素の中心部

発明を実施するための最良の形態

[0026] 本発明のマイクロデバイスは、それに流入した 2種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出する機能を有するデバイスである。ここで、「独立して」とは、マイクロデバイスに流入する各流体は、合流領域に到達するまでは、別々の経路を通過することを意味し、異なる種類の流体が同じ経路を経由しない、即ち、「別々に供給される」ことを意味する。

[0027] 本発明のマイクロデバイスでは、 2種またはそれ以上の流体が流入口を経てマイク口デバイス内に供給されて、これらが供給チャンネルを経由して合流領域に供給される。供給チャンネルは、マイクロデバイスに供給された流体を合流領域に供給する通路であれば特に限定されるものではなぐ通常、断面が円形または矩形の導管部である。このような供給チャンネルを流れる流体をストリームと呼ぶ。

[0028] 合流領域とは、これらの流体が合流する領域であり、別々に供給されてきた流体が初めて相互に接触する領域である。各供給チャンネルは合流領域にぉ、て一体となり、即ち、各供給チャンネルは合流領域にて終端し、合流領域にて合流した流体は相互に混合する。従って、合流領域においては、マイクロデバイスに供給される全ての種類の流体が存在する。この意味において、供給チャンネル (またはサブチャンネル）においては実質的に 1種類の流体のみが存在する。

[0029] 合流領域にて合流した流体は、その後、合流領域から排出チャンネルを経てマイク口デバイスの外部に排出される。従って、排出チャンネルは、その端部が合流領域から始まる。供給チャンネルと同様に、排出チャンネルは、合流領域から合流した流体を排出する通路であれば特に限定されるものではなぐ通常、断面円形または矩形の導管部である。このように供給された流体の合流が生じる領域が合流領域であり、合流した流体をマイクロデバイスの外部に排出する際に流体が通過するチャンネルが排出チャンネルである。排出チャンネルの数は、通常 1つであるが、例えば 2またはそれ以上の数であってもよぐまた、 1つの排出チャンネルが途中で複数のチャンネル（即ち、サブチャンネル）に分岐していてもよい。

[0030] サブチャンネルとは、マイクロデバイスに供給される流体のストリームを分割した複数のサブストリームの形態で輸送する流路であり、上述の供給チャンネルと同様に、デバイスに供給された流体を合流領域に供給する通路であれば特に限定されるものではなぐ通常、断面円形または矩形の導管部である。一般的には、サブチャンネルの太さは供給チャンネルの太さと同等である力、それより細い。

[0031] 本発明にお、て「マイクロデバイス」とは、微小流路（マイクロチャンネル)で流体を流し、および Zまたはそこで合流させ、それに起因する混合、反応、熱交換等の操作を行うための装置の総称である。特に、混合を主目的とするマイクロデバイスをマイク口ミキサー、反応を主目的とするマイクロデバイスをマイクロリアクター、熱交換を主目的とするマイクロデバイスをマイクロ熱交^^ (マイクロヒートエクスチェンジヤー）と呼ぶ。その微小流路（マイクロチャンネル)またはそこを通過するストリームの直径または相当直径 (チャンネルまたはストリームの断面が円形でない場合）は、 1mm以下であり、特に直径または相当直径が通常 500 μ m以下であり、好ましくは 100 μ m以下である。また、「相当直径」なる用語は、流体力学の分野において用いられる意味で使用している。尚、上述のような供給チャンネル、サブチャンネルおよび排出チャンネル (これらを総称して単にチャンネルとも呼ぶ）は、真直ぐであっても、湾曲していてもよい。 [0032] 容易に理解できるように、上述のような合流領域では、その一方の端部が供給チヤンネルの終端部に対応し、他方の端部が排出チャンネルの始端部に対応し、これらの端部の間の部分が合流領域に相当する。即ち、流体の流れ方向に沿って、供給チャンネルに隣接して合流領域が存在し、合流領域に隣接して排出チャンネルが隣接する。但し、供給チャンネルおよびサブチャンネルの数は合わせて複数であり、排出チャンネルの数も 1であっても、それ以上であってもよい。従って、「端部」なる用語は、概念的には文字通り「端」であるが、実際にはその必要はなぐむしろ、それぞれの端部は、マイクロデバイスにおける流体の流れ方向を基準として、それぞれの端部は合流領域の上流側および下流側を意味する。

[0033] 尚、上述のこれらの隣接関係に関しては、明確な境界部が規定されている必要は必ずしもなぐ供給チャンネルの終端部と合流領域の端部 (または上流側）との間で明確な境界が存在しなくてもよぐおよび Zまたは合流領域の他方の端部 (または下流側）と排出チャンネルの始端部との間で明確な境界が存在しなくてもよい。その結果、本発明のマイクロデバイスにおいて、例えば、 1つの場合では、合流領域の下流側が排出チャンネルの始端部へと遷移的に変化してよぐ別の場合では、排出チヤンネルの始端部が合流領域を兼ねることによって、合流領域が領域として実質的に存在しなくてもよい。即ち、排出チャンネルは合流領域を端部に有する。

[0034] 本発明のマイクロデバイスにおいて、 2種またはそれ以上の流体が合流領域にて合流する。各流体は、供給チャンネルを経由して別々に合流領域まで供給される。このように供給される流体の少なくとも 1種については、それぞれ複数のサブチャンネルの形態の供給チャンネルによって供給される。この場合、供給チャンネルがその全長にわたつてこのようなサブチャンネルによって構成されている必要は必ずしもなぐ少なくとも合流領域に流入するに際して、該少なくとも 1種の流体が複数のサブチャンネルを経て流入することが必要である。

[0035] 従って、該少なくとも 1種の流体 (例えば上述の第 1流体）は、例えば、最初は単一の供給チャンネルを流れ、その後、途中で供給チャンネルが分岐した複数のサブチヤンネルを流れ、最終的に、サブチャンネルの端部から合流領域に流入することであつてもよい。別の態様では、途中で分岐するのではなぐ該少なくとも 1種の流体は、マイクロデバイスに流入する時点で複数のサブストリームで流入してよぐこの場合は、その流体を供給する供給チャンネルは、その全体にわたって複数のサブチャンネルカ構成されている。

[0036] このように分割して供給される流体は、マイクロデバイスに供給する 2種以上の流体の内の少なくとも 1種であり、それ以上の種類の流体につ!、ても分割されて供給してもよい。その場合、各流体について複数のサブチャンネルが存在する。また、全ての種類の流体について、分割して供給してもよい。

[0037] 1種の流体のストリームをサブチャンネルを経由して合流領域に供給するに際して、サブチャンネルの数は、特に限定されるものではない。マイクロデバイスの構造が複雑になるので、多数のサブチャンネルを設けることは好ましくない場合がある。通常、 1種の流体について、好ましくは 2〜10本、より好ましくは 2〜5本、例えば 2本、 3本または 4本のサブチャンネルを経由して合流領域に供給する。

[0038] 上述のように、本発明のマイクロデバイスにおいて、少なくとも 1つの供給チャンネルの中心軸とそれと異なる少なくとも 1種類の流体を供給する少なくとも 1つのサブチヤンネルの中心軸と力あるいは、それぞれ異なる流体を供給するサブチャンネルの少なくとも 2つの中心軸が、好ましくは合流領域にて、一点で交差する。本発明において、供給チャンネルまたはサブチャンネルの中心軸とは、合流領域に流入する供給チャンネルまたはサブチャンネルを流れる流体の質量中心、即ち、合流領域に隣接する供給チャンネルまたはサブチャンネルの部分に存在する流体の質量中心 (または重心）の移動方向に沿った軸 (または直線)を意味する。

[0039] 容易に理解できるように、マイクロデバイスの供給チャンネルまたはサブチャンネルをストリームまたはサブストリームとして通過する流体は、これらのチャンネルの内部空間に対応する流体塊と考えることができる。従って、ストリームまたはサブストリームとして通過する流体は、供給チャンネルまたはサブチャンネルの中心軸と実質的に一致する中心軸を有する。本発明の方法においては、このような中心軸を、ストリームの中心軸またはサブストリームの中心軸と呼ぶ。

[0040] 具体的には、合流領域に流入する、供給チャンネルまたはサブチャンネルの部分が筒状である場合、筒の長さ方向に垂直な断面の重心 (幾何学的な重心)を通過して筒の長さ方向に沿った軸が中心軸に相当する。従って、この中心軸がこのようなチヤンネルを流れる流体のストリームまたはサブストリームの中心軸に相当する。例えば、チャンネルまたはサブチャンネル（従って、ストリームまたはサブストリーム）が円筒または角筒状である場合、その筒の長さ方向に垂直な断面 (即ち、円形または矩形)の重心（円の中心または対角線の交点）を通過する、筒の長さ方向に沿った直線が中心軸となる。このような中心軸の概念は、当業者であれば、そのチャンネルの断面形状に応じて、容易に理解できる。

[0041] 本発明のマイクロデバイスにおいて、少なくとも 1種の流体の少なくとも 1つのサブチヤンネルの中心軸と少なくとも 1種の他の流体の供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも 1つの中心軸が、好ましくは合流領域にて、一点で交差する。一点で交差するとは、対象となる中心軸が 2本の場合は、これらが交わることを意味し、対象となる中心軸が 2本を越える場合は、そのような中心軸の全てが一点にて交わることを意味する。

[0042] 具体的には、 2種の流体が合流する場合、 1つの態様では、一方の流体をサブチヤンネルにて、他方を供給チャンネルにて合流領域に供給し、サブチャンネルの 1つまたはそれ以上、最も好ましくは全ての中心軸と供給チャンネルの中心軸とがー点で交差する。別の態様では、双方の流体をサブチャンネルにて合流領域に供給し、それぞれの流体の 1つまたはそれ以上、最も好ましくは全てのサブチャンネルの中心軸がー点で交差する。

[0043] 3種以上の流体を供給する場合についても、その内の少なくとも 1種を、より好ましくは 2種を、最も好ましくは 3種をサブチャンネルを経て供給する。そして、該少なくとも 1種の流体の少なくとも 1つまたはそれ以上のサブチャンネルの中心軸と、他の 2種またはそれ以下の流体のチャンネルおよびサブチャンネルの少なくとも 1つまたはそれ以上の中心軸とが、一点にて交差する。最も好ましくは、全ての中心軸が一点で交差する。

[0044] 次に、本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法を図面を参照して、より具体的に説明する。図 1に、本発明のマイクロデバイスの概念図を模式的に示す。図 1 は、 2種の流体としての流体 Aおよび流体 Bを合流領域にぉ、て合流させるマイクロデバイスのチャンネルの構成の概念を示している。マイクロデバイス内には、図 1に示すようなチャンネルが形成されて、る。

[0045] 図 1において、マイクロデバイスは合流領域 10 (点線で囲む矩形領域)を有し、矢印で示すように、この合流領域に向力つて、流体 Aおよび流体 Bが外部からマイクロデバイス内に供給される。マイクロデバイスに供給された流体 Aは、供給チャンネル 1 2を経由してストリームの形態で流れ、その後、分岐点 14にて分割されてサブチャンネル 16および 16'を経由して、即ち、サブストリーム 22および 22'の形態で合流領域 10に供給される。マイクロデバイスに供給された流体 Bは、供給チャンネル 18を経由し、その後、分割されることなくストリーム 24の形態で合流領域 10に供給される。

[0046] 図 1の合流領域 10に関して、流体 Aのサブチャンネル 16と 16'との間の一方の側で流体 Bの供給チャンネル 18が流入し、流体 Aのサブチャンネル 16と 16'との間の他方の側で合流した流体の排出供給チャンネル 26が始まる。これらの全てのチャンネルは、実質的に同一の平面内で、合流領域 10の周りに 90° の等角度で配置されている。図 1に示した態様では、合流した流体は、単一の排出チャンネル 26を経てマイク口デバイスの外部に合流により形成される生成物である流体混合物 Cとして排出される力排出チャンネルの数は、複数であってもよい。

[0047] 図 1に示すように、流体 Aは、サブチャンネル 16および 16'を経由してサブストリーム 22および 22'の形態で合流領域 10に流入する。他方、流体 Bは、分割されることなぐそのままのストリーム 24の形態で合流領域 10に流入する。これらのサブストリームおよびストリームの中心軸を一点鎖線で示す。図 1の態様は、チャンネルおよびサブチャンネルが円筒状または角筒状である場合を示している。従って、図 1では、中心軸がチャンネルおよびサブチャンネルの実質的に中央を通過するように描き、中心軸が点 20で交差する様子を示して、る。

[0048] 尚、上述のように流体が合流する場合、容易に理解できるように、流体が衝突して相互に接触し、その結果、混合する。この意味で、本発明のマイクロデバイスは混合装置としての機能を有し、また、本発明の合流方法は、流体を混合する方法であると言える。

[0049] また、合流する流体が相互に反応性である場合には、合流領域 10において両者が接触して、反応が始まり、合流によって生成する流体の混合物は反応生成物を含んでよい。この場合、合流領域は反応の場を提供する。また、排出チャンネル 26においても反応が更に進行してもよい。この場合、この意味で、本発明のマイクロデバイスは反応装置としての機能を有し、また、本発明の合流方法は、流体を反応させる方法であると言える。そのような反応の例としては、無機物質、有機物質等を対象としたイオン反応、酸化還元反応、熱反応、触媒反応、ラジカル反応、重合反応等を例示できる。

[0050] 図 2に、本発明の別の態様のマイクロデバイスの概念図を、図 1と同様にそのチャンネルの様子が理解できるように示す。図 1と実質的に同様の機能を有する要素については、同じ参照番号を付しており、他の図面についても同様である。図 2に示す態様は、供給チャンネル 18とサブチャンネル 16または 16'の交差する角度が図 1に示す態様と異なっている。従って、図 2に示す態様は、チャンネルの中心軸が交差することによって形成される角度が異なっている点で図 1に示す態様と異なる。

[0051] 図 2に示す態様では、供給チャンネル 18の中心軸とサブチャンネル 16または 16，の中心軸との間の角度 (小さい方）が 90° より小さい。図 2に示した態様では、供給チャンネルの中心軸とサブチャンネルの中心軸とが為す角度 j8は例えば 45° である。また、排出チャンネル 26の中心軸とサブチャンネル 16または 16'の中心軸とが為す角度 αは例えば 135° である。

[0052] 本発明のマイクロデバイスにおいて、供給チャンネルおよびサブチャンネルによつて合流領域に供給される流体に関して、 1つのサブチャンネルを特定した場合、そのサブチャンネルを経由して合流領域に供給される流体の種類が、そのサブチャンネルに最も近接して合流領域に供給される、他のサブチャンネルまたは供給チャンネルを経由して供給される流体の種類と異なるように、これらの流体を供給できるようにチャンネルを構成するのが好ましい。即ち、合流領域に流入するサブストリームの流体の種類が、そのサブストリームに最も近接して合流領域に流入するサブストリームまたはストリームの流体の種類と異なるように、これらの流体を混合領域に供給するのが好ましい。近接なる用語は、ストリームまたはサブストリームの合流領域への流入箇所に基づいて判断する。 [0053] 例えば、図 1および図 2に示すように、サブチャンネル 16または 16'を経て供給される流体 Aのサブストリームに最も近接して供給される流体のストリームは、供給チャンネル 18を経て供給される流体 Bである。従って、同じ流体のサブストリーム同士が最も近接する関係にはない。換言すれば、ある特定のサブストリーム（またはサブチャンネル)の流入箇所を決め、それと他のサブストリーム（またはサブチャンネル)またはストリーム (または供給チャンネル)の流入箇所との距離を考えた場合、異なる種類の流体のサブストリーム（またはサブチャンネル)またはストリーム（または供給チャンネル）の流入箇所同士の距離が最も小さくなるようにマイクロデバイスを構成する、あるいは合流方法を実施するのが好ましヽ。

[0054] 図 1および図 2において、交差する点 20は理想的には幾何学的な点（即ち、大きさが無い）であるが、現実的には、そのような点を中心としてある程度広がった領域であつてよい。具体的には、各ストリーム（またはチャンネル）の中心軸を中心として、そのストリーム（またはチャンネル）の直径または相当直径の 50%またはそれ以下の半径、好ましくは 30%またはそれ以下、より好ましくは 20%またはそれ以下、最も好ましくは 10%またはそれ以下、特に 5%またはそれ以下、例えば 3%またはそれ以下の半径の円柱部分が相互に交差する場合 (少なくとも一部分の空間を共有する場合)には、本発明では、中心軸が一点で交差すると考える。従って、そのような円柱が共通して占める空間が、ある程度広がった領域に相当する。円柱部分が相互に交差するとは、交差部分において 1つの中心軸の円柱部分の一部分力他の 1またはそれ以上の中心軸の円柱部分の一部分を構成することを意味する。即ち、そのような交差部分を全ての円柱部分が共有する。

[0055] 交差点またはそのようなある程度広がった領域は、上述のように合流領域に存在するのが好ましぐ存在しない場合には、通常排出チャンネル内に交差点が存在する。本発明においては、マイクロデバイスに供給されるストリーム（またはチャンネル）の 2 またはそれ以上の中心軸が交差する点 (ある程度広がった領域を含む）が存在すればよい。

[0056] 図 3に、サブチャンネル 16および 16'と供給チャンネル 18が合流する様子、従って、流体 Aのサブストリーム 22および 22，と流体 Bのストリーム 24とが合流する様子を模式的に示す。図 3に示した態様では、例えばマイクロデバイスのこれらのチャンネル部分の平面図を模式的に想定している。合流した流体は、排出チャンネル 26を経てマイクロデバイス力排出される。

[0057] 図 3に示した態様において、各ストリーム（または各チャンネル）の中心軸 30、 30' および 32を一点鎖線で示している。そして、各サブストリーム 22および 22'の相当直径の例えば 15%の半径を有する同心の円柱部分を横線 34および点描 34 'で示し、ストリーム 24の相当直径の例えば 15 %の半径を有する同心の円柱部分を縦線 36で示している。図 3に示した態様において、各中心軸は一点 20にて交差している。図 3 力も明らかなように、相当直径の 15%の半径を有する 3つの円柱部分は、菱形の領域 40を共有して相互に交差して、る。

[0058] 図 3から明らかなように、円柱部分 34の菱形の領域 40は、円柱部分 34の一部分を構成する共に、円柱部分 34'の一部分をも構成し、また、円柱部分 36の一部分をも構成する。即ち、菱形部分 40は、円柱部分 34、 34'および 36の一部分を構成する共通の空間である。このように 3つの円柱部分が共通する空間を占める場合には、本発明においてはこれらの中心軸が一点で交差しているものと考える。尚、図 3においては、供給する流体の流れ方向を基準にして、破線より下流部分が合流領域 44に相当し、排出チャンネル 26は点 46で始まると考える。し力しながら、合流領域 44と排出チャンネル 46との境界は明確である必要はない。

[0059] 本発明のマイクロデバイスの一例を図 4に斜視図にて示す。図 4では、マイクロデバイス 100を構成する 3つのパーツを分解した様子を斜視図にて示す。マイクロデバイス 100は、それぞれが円柱状の形態の供給要素 102、合流要素 104および排出要素 106により構成されている。マイクロデバイス 100を構成するに際しては、これらの要素が円柱状となるように一体に締結して組み立てる。この組み立てには、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通するボア (または、穴、図示せず)を等間隔に設けて、ボルト Zナットでこれらの要素を一体に締結すればよい。

[0060] 供給要素 102の合流要素 104に対向する面には、断面が矩形の環状チャンネル 1 08および 110が同心状に形成されている。図 4に示した態様では、供給要素 102をその厚さ（または高さ）方向に貫通してそれぞれの環状チャンネルに到るボア 112および 114が形成されている。

[0061] 合流要素 104には、その厚さ方向に貫通するボア 116が形成されている。このボア 116は、マイクロデバイスを構成するために要素を締結した場合、供給要素に対向する合流要素の面に位置するボア 116の端部 120が環状チャンネル 108に開口するようになつている。図 4に示した態様では、ボア 116は 4つ形成され、これらが環状チヤンネル 108の周方向で等間隔に配置されている。

[0062] 合流要素 104には、ボア 116と同様にボア 118が貫通して形成されている。ボア 11 8も、ボア 116と同様に、環状チャンネル 110に開口するように形成されている。図 4 に示した態様では、ボア 118も環状チャンネル 110の周方向で等間隔に配置され、かつ、ボア 116とボア 118が交互に位置するように配置されて!、る。

[0063] 合流要素 104の排出要素 106に対向する面 122には、マイクロチャンネル 124および 126が形成されて!、る。このマイクロチャンネル 124または 126の一方の端部はボァ 116または 118の開口部であり、他方の端部は、面 122の中心 128である。全てのマイクロチャンネルはこの中心 128に向力つてボアから延在し、中心で合流している。マイクロチャンネルの断面は、例えば矩形であってよ、。

[0064] 排出要素 106は、その中心を通過して厚さ方向に貫通するボア 130が形成されている。従って、このボアは、一端にて合流要素 104の中心 128に開口し、他端にてマイク口デバイスの外部に開口している。

[0065] 容易に理解できるように、環状チャンネル 108および 110力本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルに対応して、る。ボア 112および 114の端部にてマイクロデバイスの外部カゝら供給される流体 Aおよび Bは、それぞれボア 112および 114を経由して環状チャンネル 108および 110に流入する。

[0066] 環状チャンネル 108とボア 116が連通し、環状チャンネル 108に流入した流体 Aは、ボア 116を経由してマイクロチャンネル 124に入る。また、環状チャンネル 110とボァ 118が連通し、環状チャンネル 110に流入した流体 Bは、ボア 118を経由してマイクロチャンネル 126に入る。図 4から明らかなように、流体 Aおよび Bは、合流領域において 4つに分割され、それぞれマイクロチャンネル 124および 126に流入し、その後、中心 128に向かって流れる。 [0067] 容易に理解できるように、ボア 116または 118およびマイクロチャンネル 124または 126力本発明のマイクロデバイスのサブチャンネルに対応し、合流要素の中心 128 1S 合流領域に対応する。そして、マイクロチャンネル 124の中心軸とマイクチャンネル 126の中心軸は、中心 128にて交差する。合流した流体は、ボア 130を経由してマイクロデバイスの外部にストリーム Cとして排出される。従って、ボア 130は、本発明のマイクロデバイスの排出チャンネルに対応する。

[0068] 尚、図 4に示すマイクロデバイスの製造、特に各要素の製造には、半導体加工技術、特にエッチング (例えばフォトリソエッチング)加工、超微細放電加工、光造型法、鏡面仕上げ加工技術、拡散接合技術等の精密機械加工技術を利用でき、また、汎用的な旋盤、ボール盤を用いる機械加工技術も利用できる。これらの技術により、当業者であれば容易に本発明のマイクロデバイスを製造できる。

[0069] 本発明のマイクロデバイスに使用する材料は、特に限定されるものではなぐ上述の加工技術を適用できる材料であって、合流させるべき流体によって影響を受けないものであればよい。具体的には、金属材料 (鉄、アルミニウム、ステンレススチール

、チタン、各種の合金等)、榭脂材料 (フッ素榭脂、アクリル榭脂等)、ガラス (シリコン、石英等)を用いることができる。

[0070] 1例として、図 4に示したマイクロデバイスをステンレスを用いて製造した。このマイク口デバイスの仕様は以下のようであった：

環状チャンネル 108の断面形状、幅、深さ、直径：

矩形断 ΐϋ、 1. 5mm、 1. 5mm、 25mm

環状チャンネル 110の断面形状、幅、深さ、直径：

矩开漸面、 1. 5mm、 1. 5mm、 20mm

ボア 112の直径、長さ： 1. 5mm、 10mm (円形断面）

ボア 114の直径、長さ： 1. 5mm、 10mm (円形断面）

ボア 116の直径、長さ： 0. 5mm、 4mm (円形断面）

ボア 118の直径、長さ： 0. 5mm、 4mm (円形断面）

マイクロチャンネル 124の断面形状、幅、深さ、長さ：

矩开断面、 200 μ m、 200 m、 12. 5mm マイクロチャンネル 126の断面形状、幅、深さ、長さ：

矩开断面、 200 μ m、 200 μ m、 10mm

ボア 130の直径、長さ： 500 /ζ πι、 10mm (円形断面）

尚、マイクロデバイスに流体 Aおよび Bを供給する導管を接続するため、また、マイクロデバイス力も流体 Cを排出する導管を接続するために、ボア 112、 114および 13 0にはネジ部を設けている。

[0071] 本発明の別の態様のマイクロデバイス 100を図 5に示す。図 5に示した態様では、図 4の態様にカ卩えて、流体 Dを更に供給できるようになつている。図 5に示したマイク口デバイス 100は、供給要素 102および合流要素 104に追加のボア 132および 134 を有する。ボア 134は、面 122の中心部にて開口している。

[0072] 図 5に示した要素を上述と同様に一体に締結した場合、これらのボアは一体となり、 1つのチャンネルを形成する。マイクロデバイスの外部カゝら供給された流体 Dは、ボア 132および 134を通過して、マイクロチャンネル 124および 126が合流する合流領域としての中心 128に合流する。

[0073] 容易に理解できるように、ボア 132および 134は、マイクロデバイスに供給される流体を分割せずに、そのまま合流領域に供給する。したがってこれらのボアは、本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルを構成している。明らかなように、供給チャンネルとしてのボア 132および 134の中心軸も点 128で交差する。従って、図 5に示すマイク口デバイスは、 3種の流体を合流させ、その内の 2種の流体をサブチャンネルを経てサブストリームの形態で合流領域に供給し、残りの 1種の流体をそのまま供給チヤンネルを経て合流領域に供給する。

[0074] 流体 Dは、流体 Aおよび流体 Bと合流させる必要がある流体、例えば流体 Aおよび Bと混合する必要がある流体であってよい。また、流体 Dは、流体 Aおよび流体 Bの合流により得られる混合物としての流体をすみやかにマイクロデバイス力排出するキャリャとして用いることもできる。

[0075] 更に別の態様のマイクロデバイス 100を図 6に示す。図 6に示した態様では、図 4におけるボア 118の数を 1つとし、そのボアが流体 Aを輸送するマイクロチャンネル 124 の途中の開口部 136にて開口している。従って、マイクロチャンネル 126が存在しない点で、図 4に示す態様と異なり、その他の点については、実質的に同じである。容易に理解できるように、流体 Bは、ボア 114、環状チャンネル 110およびボア 118を経由してマイクロチャンネル 124に流入する。従って、ボア 114、環状チャンネル 112およびボア 118は流体をそのままマイクロチャンネル 124にストリームとして供給するので、これらは本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルを構成する。

[0076] 他方、流体 Aは、先と同様にサブストリームとしてマイクロチャンネル 124を流れ、開口部 136において、ストリームとしての流体 Bに合流するボア 116を経由してマイクロチャンネル 124を流れる流体 Aと流体 Bとが合流し、その後、中心 128に向かって流れる。ボア 118とチャンネル 124の寸法およびその配置は、ボア 118とチャンネル 12 4の中心軸とが交差するように構成されて、る。

[0077] 従って、図 6に示す態様において、開口部 136に向かって流れる流体 Aは分割されたサブストリームの形態であり、また、開口部 136に向力つて流れる流体 Bはストリームの形態であり、これらの中心軸が交差し、流体 Aおよび流体 Bが開口部 136付近で合流する（即ち、開口部 136付近が合流領域となる）。その後、合流した流体は、中心 128に向力つて流れていく。従って、マイクロチャンネル 124の開口部 136から中心 128の間の部分は、本発明のマイクロデバイスの排出チャンネルと考えることができる。

[0078] 更に、中心 128を中心に考えると、上述のようにして合流することにより形成される流体 Aと流体 Bとの混合流体であるストリームと、分割してサブストリームの形態で供給される流体 Aとが、中心 128で合流する。チャンネル 124 (従って、そこを流れるストリームまたはサブストリーム）の中心軸は一点で交差する。即ち、中心 128を基準に考えても、図 6に示す態様は、本発明のマイクロデバイスを構成する。

[0079] 図 7に本発明のマイクロデバイスの好まヽ変形例を示す。これは、流体の混合 (ここで、「混合」とは、反応を伴う混合も含む）により意図しない固体の析出やその凝集の発生により懸念される閉塞、あるいは微粒子を生成する際に問題となる閉塞を緩和、好ましくは防止するための態様である。図 7に示した態様では、流体 Aおよび流体 B を合流させるマイクロデバイス 100を簡略ィ匕して示している。図 7に示した態様では、供給要素 102および合流要素 104を一体で示し、合流した流体は、排出チャンネル 26を有する排出要素 106を経て排出される。図 7に示した態様では、要素を分解して示し、排出チャンネル 26を流れる合流した流体のストリーム 138を示している。

[0080] 図 7に示した態様では、排出ストリーム 138の周囲に別の流体を供給できるシース流体供給要素 140を、排出要素 106に隣接して配置している。シース流体供給要素 140は、排出ストリーム 138との間に環状空間を規定できる寸法を有する筒状部分 1 42を有し、環状空間にシース流体 Eを供給できるように構成されている。シース流体 Eの具体的な供給方法は、排出ストリームを包囲するように流体を供給できる限り、いずれの適当な方法を用いてもよい。

[0081] 例えば、図 7におけるシース流体供給要素 140の上面 (または排出要素 106の下面）に排出ストリーム (即ち、合流した流体のストリーム） 138に向けて複数のサブチヤンネルを施し、このサブチャンネルにシース流体（または液体）を適切な量で流す方法を使用できる。そして、シース流体供給要素の端部から、シース流体によって包囲された流体 Aおよび Bの混合物 Fが排出される。このシース流体用サブチャンネルの数は、構造的に可能な限り、多い方が望ましい。また、そのサブチャンネルの形状は任意である力矩形または円形の断面を有するものが好ましい。サブチャンネルの直径または相当直径 (サブチャンネルの断面が円形でない場合）は通常 lmm以下、特に 500 μ m以下、好ましくは 100 μ m以下である。シース流体としては、目的とする混合や反応等の操作に対して不活性であるヽずれの適当な流体であってもよぐ例えば混合や反応すべき流体の溶媒であってもよヽ。

[0082] 図 10に、シース流体 Eを供給するマイクロデバイスを、分解した状態で模式的に示す。このマイクロデバイスは、図 4に示すマイクロデバイスと類似する力合流要素 10 4と排出要素 106との間にシース流体供給要素 140を有すること、および排出要素 1 06がシース流体を供給する供給チャンネル 144を有する点で、図 4に示すマイクロデバイスと異なる。シース流体供給チャンネル 144は、排出要素 106に設けたボア 1 46および排出要素のシース流体供給要素 140に対向する面に設けた環状チャンネル 148から構成されている。図 10に示した態様では、マイクロデバイスは、供給チヤンネルに流入する流体 (流体 Aおよび B)以外の流体をシース流体として、合流した流体 152を包囲するように供給するチャンネル 144およびそれが分岐したサブチャンネル 150を有する。シース流体 Eは、環状の供給チャンネル 148から一辺が 50 m の正方形断面を有する 8本のサブチャンネル 150に分岐して流れる。これらのサブチヤンネル 150は排出チャンネルとして機能するボア 130の端部に向かって（図 10に示した態様では、シース流体供給要素 140の中心部 156に向力つて)流れ、排出チヤンネルを流れる合流した流体 152を包み込むように（従って、シース流体の鞘状部 154を形成して)排出チャンネルに沿って流れマイクロデバイスカゝら排出される。尚、容易に理解できるように、シール流体供給要素 140の中心部 156は、合流要素の中心部に隣接して、るので、中心部 156は実質的に合流領域として機能できる。

[0083] 本発明のマイクロデバイスにおいて、排出チャンネルは、その径 (または相当直径）が途中で小さくなるのが好ましい。段階的に小さくなつても、あるいは徐々に小さくなつてもよい。また、小さくなつた後に、直線状部分が存在してもよい。このような態様では、複数のチャンネルまたはサブチャンネルの合流により合流領域における直径または相当直径が大きくなる場合でも、排出チャンネルの径を小さくすることによって拡散混合距離を短くすることができ、結果的に混合を促進することが可能になるという利点がある。

[0084] このような態様のマイクロデバイスを図 8に示す。図 8では、図 7と同様に本発明のマイク口デバイスを示している。図 8に示した態様では、排出チャンネル 26の延長部においてその径が小さくなり、テーパー形状となっているが、排出要素 106内の排出チヤンネル 26がそのように細くなつていてもよい。排出チャンネルの直径または相当直径 D1に対して縮小部の直径または相当直径 D2の縮小割合は、 D2ZD1が例えば 0. 1〜1、好ましくは 0. 1〜0. 5である。

[0085] 上述のように、供給要素、合流要素および排出要素から成る本発明のマイクロデバイスは、そのような要素機能を有するチャンネル (またはチャンネルを形成するような溝等)を加工した板 (またはプレート)状部品（ここでは、高さが低い円柱状部品、即ち、円板状部品）の積層によって構成される。よって、複数のマイクロデバイスをシリーズで接続して使用することができる。例えば 2つのマイクロデバイス、即ち、第 1マイク口デバイスおよび第 2マイクロデバイスを使用する場合、第 1マイクロデバイスの排出要素が有する排出チャンネルを、第 2マイクロデバイスの供給要素の供給チャンネルとして使用し、第 2マイクロデバイスの供給要素 (従って、第 1マイクロデバイスの排出要素）には、別の流体を供給するチャンネルを設ける。このよう〖こすると、第 2マイクロデバイスの合流要素では、第 1マイクロデバイスにより合流して混合した流体と第 2マイク口デバイス力も新たに供給される別の流体を合流させることができる。

[0086] このような、シリーズで接続したマイクロデバイスの概念図を図 9に示す。尚、マイク口デバイスを構成する要素を破線にて示している。図 9に示した態様では、第 1マイク口デバイス 10— 1および第 2マイクロデバイス 10— 2が直列に接続されて!、る。それぞれのマイクロデバイスは、供給要素 102、合流要素 104および排出要素 106から構成されている。第 1マイクロデバイスの排出要素 106は第 2マイクロデバイスの供給要素 102を兼ねている。

[0087] 具体的には、第 1マイクロデバイスの排出要素 106は排出チャンネル 26にカ卩えて、供給チャンネル 12— 2を更に有し、それによつて、第 1マイクロデバイスの排出要素 1 06は第 2マイクロデバイスの供給要素 102も兼ねることができる。図 9に示した態様では、第 2マイクロデバイスは、流体 Cと流体 D'とを合流させるデバイスであって、その結果、混合流体 Hを得ることができる。このように本発明のマイクロデバイスをシリーズ化することによって、配管および継手を省略することができ、それに付随する問題点を緩和できる。

[0088] 尚、本発明のマイクロデバイスを構成する要素は、それが有するマイクロチャンネルを流れる流体の温度をコントロールする手段を有してよい。例えば、要素内に抵抗加熱ヒーターを埋め込むことによって、マイクロチャンネルを流れる流体の温度をコントロールできる。このようにすると、マイクロデバイスを反応装置として使用する場合、反応温度を好都合に制御できる。

産業上の利用分野

[0089] 本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法は、合流させる流体の混合および Zまたは反応に利用できる。混合の迅速性および均一性が向上し、均一な混合および Zまたは反応が可能となり、本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法を種々の化学プロセスに適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 流入した 2種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、当該合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスであって、

マイクロデバイスに流入した各流体を前記合流領域に供給する供給チャンネルと、合流した流体を前記合流領域力マイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルと、を有し、

少なくとも 1種の流体を供給する供給チャンネルは、マイクロデバイスに供給された流体を前記合流領域に供給する複数のサブチャンネルを有し、

これらのサブチャンネル及び供給チャンネルは、前記複数のサブチャンネルの少なくとも 1つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも 1種の流体を供給する供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも 1つの中心軸とがー点で交差するように形成されていることを特徴とするマイクロデバイス。

[2] 前記合流領域にぉ、て 2種以上の流体を混合するマイクロミキサーであることを特徴とする、請求項 1に記載のマイクロデバイス。

[3] 前記少なくとも 1種の流体を供給する供給チャンネルは、途中で分岐して複数のサブチャンネルを形成し、当該複数のサブチャンネルに供給された流体を前記合流領域に供給することを特徴とする、請求項 1または 2に記載のマイクロデバイス。

[4] 前記複数のサブチャンネルは実質的に同じ断面形状を有することを特徴とする、請求項 1〜3のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[5] 各流体用に複数のサブチャンネルを有することを特徴とする、請求項 1〜4のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[6] 前記 2種以上の流体は 2種の流体であり、これらの流体の一方を供給する複数のサブチャンネルを有し、当該複数のサブチャンネルの少なくとも 1つ、好ましくは全ての中心軸と、他方の流体の供給チャンネルの中心軸とがー点にて交差することを特徴とする、請求項 1〜5のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[7] 前記 2種以上の流体は 2種の流体であり、各流体を供給する複数のサブチャンネルを有し、一方の流体の複数のサブチャンネルの少なくとも 1つ、好ましくは全ての中心軸と、他方の流体の複数のサブチャンネルの少なくとも 1つ、好ましくは全ての中心軸とが一点にて交差することを特徴とする、請求項 1〜5のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[8] 前記サブチャネルおよび供給チャンネルの相当直径は、前記合流領域に隣接する箇所において l /z m〜： LOOO /z mの範囲内にあることを特徴とする、請求項 1〜7のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[9] サブチャンネル力前記合流領域に供給される流体は、そのサブチャンネルに最も近接する他のサブチャンネルまたは供給チャンネルカゝら供給される流体と種類が異なることを特徴とする、請求項 1〜8のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[10] 前記排出チャンネルの相当直径は、前記合流領域に隣接する箇所において 1 μ m 〜1000 /ζ πιの範囲内にあることを特徴とする、請求項 1〜9のいずれかに記載のマイク口デバイス。

[11] 前記合流領域において少なくとも 2種の流体を反応させるマイクロリアクターであることを特徴とする、請求項 1〜10のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[12] 供給チャンネルに流入する流体以外の流体を、合流した流体を包囲するように合流領域または排出チャンネルに供給するチャンネルまたはサブチャンネルを有することを特徴とする、請求項 1〜11のいずれかに記載のマイクロデバイス。

[13] 請求項 1〜12のいずれかに記載のマイクロデバイスが複数直列に連結されたマイクロデバイスアッセンプリであって、上流のマイクロデバイスの排出チャンネルがその直ぐ下流のマイクロデバイスの供給チャンネルとして機能することを特徴とするマイク口デバイスアッセンブリ。

[14] 合流領域を有するマイクロデバイスを用いて 2種以上の流体のストリームを別々に合流領域に供給してそこで合流させる合流方法であって、

少なくとも 1種の流体のストリームを複数のサブストリームに分割して前記合流領域に供給し、また、分割しない流体が存在する場合には、その流体のストリームを前記合流領域に供給し、

分割して供給する流体の内の少なくとも 1種のサブストリームの少なくとも 1つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも 1種の流体の少なくとも 1つのサブストリームまたはストリーム (分割しない流体が存在する場合)の中心軸とがー点で交差するように前記合流領域に供給することを特徴とする合流方法。

[15] 前記合流領域において 2種以上の流体を混合することを特徴とする、請求項 14に記載の合流方法。

[16] 前記合流領域において 2種以上の流体が反応することを特徴とする、請求項 14または 15に記載の合流方法。