JP5470642B2 - 微小液滴調製装置 - Google Patents
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Description
なかでも、Y字型およびT字型のマイクロ流路を有するマイクロリアクター(微小液滴調製装置)を用いた乳化技術(いわゆるマイクロ流路分岐乳化法)では、マイクロチャネル乳化法に比べて圧力損失が小さく、流路幅よりも小さな液滴が単分散で得られることから注目されている方法である。
複数の基板を積層して流体が流れる流路を形成し、連続相となる流体が分散相となる流体を剪断することによって液滴を調製するとともに、前記連続相となる流体と前記分散相となる流体とが合流する流路における天井部及び底部の両方が、前記各流体合流時における流体の流れに対して所定の間隔を有するように形成された微小液滴調製装置であって、
前記流路は、
前記連続相と前記分散相の各流体が流れる流路と前記各流路が合流する合流部とが開口形成された流路基板と、
前記流路基板の両方の面に接合され、前記流路基板の合流部に対して鉛直方向の一方に所定の空間を有するスペース部を形成するスペーサー基板と、
前記流路基板の両方の面に前記スペーサー基板を各々接合し、その両外側から接合して閉塞する蓋基板と、
を一体的に積層して形成し、
前記流路基板に開口形成された前記連続相と前記分散相の各流体が流れる前記各流路の上流側に、前記各流路のそれぞれに連通する所定の開口部を備え、
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のどちらか一方と、その外側から接合して閉塞する蓋基板のそれぞれにおいて、前記所定の開口部に対応する位置に開口部を備え、
前記流路基板と、前記開口部を備えたスペーサー基板と、前記開口部を備えた蓋基板とを積層することで、前記各流路のそれぞれに連通する連続相を供給する連続相供給部と分散相を供給する分散相供給部とを形成したものである。
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板の前記スペース部を前記流路基板に開口形成された合流部の両外側の対応する位置に配置したものである。
前記流路基板の前記合流部内の上流側において、連続相が分散相を剪断するものである。
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のそれぞれに形成された前記スペース部が、前記流路基板に開口形成された前記合流部に対応する位置に穿設された凹入部もしくは開口形成された開口部であるものである。
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のそれぞれに形成された前記スペース部が、同形状であるものである。
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板は、板厚が同じであるものである。
前記流路基板の両方の面に接合され、前記流路基板の前記合流部に対して鉛直方向の一方に所定の空間を有する前記スペース部を形成する前記スペーサー基板と、該スペーサー基板を外側から接合して閉塞する前記蓋基板とを一体化して形成し、
前記流路基板の前記合流部の両外側に対応する位置に前記各スペース部を備えるとともに、前記各スペース部が前記流路基板の前記合流部の位置と一致するよう両外側から挟んで一体的に積層したものである。
2 流路
2a・2c 連続相流路
2b 分散相流路
3b 合流部
3a・3c スペース部
4・6 スペーサー基板
5 流路基板
7・8 蓋基板
本発明に係る微小液滴調製装置は、連続相となる流体により分散相となる流体を剪断することによって微小液滴を調製するマイクロリアクター等のマイクロ流路を有する装置のことであり、以下においては、便宜上、マイクロリアクターという。
図1は本発明の実施例に係るマイクロリアクターの構成を示す図であり、(a)は各基板の形状を示す平面分解図、(b)はマイクロリアクターを示す斜視図である。図2はスペーサー基板を流路基板の上下に配置する状態を示す斜視図、図3は図1(b)におけるA−A断面矢視図、図4はマイクロリアクターの別の実施形態を示す断面図、図5はマイクロリアクターにより調製された単分散液滴を示す写真、図6は比較例に係る流路基板の一部を示す写真、図7は比較例に係る液滴を形成しない状態である分散相を示す写真である。
つまり、本発明に係るマイクロリアクターでは、上記のような各流体を合流させる部分となる流路形成部において、前記各流体合流時における流体の流れに対して所定の間隔を有するように前記流路形成部の天井部及び底部の両方を、或いは天井部もしくは底部の一方を、形成することにより、分散相である液滴の流路壁面(流路形成部壁面)への付着を防ぎ、長期間に渡って安定に単分散液滴を調製することができる。
なお、天井部及び底部は、その形状を特に限定するものではなく、前記各流体合流時に調製される単分散相が付着しないように、単分散相の流れに対して所定間隔を有するように所定空間を形成できればよい。以下、具体的な実施形態について詳細に説明する。
なお、本実施形態においては各基板を積層することにより形成される前記流路2の内壁面において、上側の蓋基板7内側に位置する面を便宜上、天井部7aとし、下側の蓋基板内側に位置する面を便宜上、底部8aとする(図3参照)。
また、本実施形態においては、流路基板5の両方の面に前記第一スペーサー基板4と第二スペーサー基板6を各々接合したものであるが、特に限定するものではなく、前記第一スペーサー基板4もしくは第二スペーサー基板6のどちらか一方を前記流路基板5の一方の面に接合し、他方の面を蓋基板7(8)にて接合するように構成してもかまわない。
なお、流路2を構成する流路2a・2b・2c・2dの形状及び配置パターンとしては、特に本実施形態に限定するものではなく、乳化の調製条件等により適宜変更してもかまわない。例えば、流路2の形状としては直線状だけでなく、クランク状、蛇行状等であっても良い。また、流路2の配置パターンとしてはY字状、T字状等であっても良い。
なお、本実施形態においては、第二スペーサー基板6と蓋基板8とに平面視丸状の開口部を形成して、マイクロリアクター1の下側から分散相と連続相を図示せぬ供給手段により供給すべく分散相供給部10及び連続相供給部11・12を設けたが、特に限定するものではなく第一スペーサー基板4と蓋基板7のそれぞれに分散相供給部10a及び連続相供給部11a・12aに対応した位置に平面視丸状の開口部を開口形成して、マイクロリアクター1の上側から分散相と連続相を図示せぬ供給手段により供給すべく分散相供給部及び連続相供給部を設けてもかまわない。
また、基板5・6・8が積層された状態において、流路基板5の分散相供給部10a及び連続相供給部11a・12aと、第二スペーサー基板6の分散相供給部10b及び連続相供給部11b・12bと、蓋基板8の分散相供給部10c及び連続相供給部11c・12cと、が分散相を供給する分散相供給部10及び連続相を供給する連続相供給部11・12を形成する。分散相供給部10は、該分散相供給部10の上部空間となる分散供給部10aから分散相流路2bを介して前述した微小空間である合流部3と連通している。また、連続相供給部11・12のそれぞれは、該連続相供給部11・12の各上部空間となる連続相供給部11a・12aから連続相流路2a・2cを介して前述した微小空間である合流部3と連通している。
なお、図3に示すマイクロリアクター1の断面図においては、図1(b)に示すマイクロリアクター1の短手方向の中心部におけるA−A矢視断面図を示したものであるため、前記分散相供給部10と分散相流路2bの断面部分を示している。
なお、図4に示すマイクロリアクター30の断面図においては、マイクロリアクター30の短手方向の中心部における断面図を示したものであるため、前記分散相供給部10と分散相流路2bの断面部分を示している。
なお、流路基板5の両側を第一スペーサー基板14及び第二スペーサー基板16で挟むように積層するだけでなく、流路基板5の上側を第一スペーサー基板4と蓋基板7とを積層して、流路基板5の下側を前述した第二スペーサー基板16を配置するように積層してもかまわない。すなわち、第一スペーサー基板及び第二スペーサー基板のそれぞれに形成されたスペース部の形状が、前記流路基板5に開口形成された前記合流部3bに対応する位置に穿設された凹入部もしくは開口形成された開口部のどちらであってもかまわない。
図6に示す前述した基板5と略同様のパターンの開口部を有した流路基板を使用し、実施例1で用いたスペーサー基板4・6を用いないで流路基板の上下を直接蓋基板7・8で閉塞して構成したマイクロリアクターにより液滴の調製を行った比較例について図6及び図7を用いて説明する。
Claims (7)
- 複数の基板を積層して流体が流れる流路を形成し、連続相となる流体が分散相となる流体を剪断することによって液滴を調製するとともに、前記連続相となる流体と前記分散相となる流体とが合流する流路における天井部及び底部の両方が、前記各流体合流時における流体の流れに対して所定の間隔を有するように形成された微小液滴調製装置であって、
前記流路は、
前記連続相と前記分散相の各流体が流れる流路と前記各流路が合流する合流部とが開口形成された流路基板と、
前記流路基板の両方の面に接合され、前記流路基板の合流部に対して鉛直方向の一方に所定の空間を有するスペース部を形成するスペーサー基板と、
前記流路基板の両方の面に前記スペーサー基板を各々接合し、その両外側から接合して閉塞する蓋基板と、
を一体的に積層して形成し、
前記流路基板に開口形成された前記連続相と前記分散相の各流体が流れる前記各流路の上流側に、前記各流路のそれぞれに連通する所定の開口部を備え、
前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のどちらか一方と、その外側から接合して閉塞する蓋基板のそれぞれにおいて、前記所定の開口部に対応する位置に開口部を備え、
前記流路基板と、前記開口部を備えたスペーサー基板と、前記開口部を備えた蓋基板とを積層することで、前記各流路のそれぞれに連通する連続相を供給する連続相供給部と分散相を供給する分散相供給部とを形成したことを特徴とする微小液滴調製装置。 - 前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板の前記スペース部を前記流路基板に開口形成された合流部の両外側の対応する位置に配置したことを特徴とする請求項1に記載の微小液滴調製装置。
- 前記流路基板の前記合流部内の上流側において、連続相が分散相を剪断することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の微小液滴調製装置。
- 前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のそれぞれに形成された前記スペース部が、前記流路基板に開口形成された前記合流部に対応する位置に穿設された凹入部もしくは開口形成された開口部であることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3の何れか一項に記載の微小液滴調製装置。
- 前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板のそれぞれに形成された前記スペース部が、同形状であることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求項4の何れか一項に記載の微小液滴調製装置。
- 前記流路基板の両方の面に接合される前記スペーサー基板は、板厚が同じであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5の何れか一項に記載の微小液滴調製装置。
- 前記流路基板の両方の面に接合され、前記流路基板の前記合流部に対して鉛直方向の一方に所定の空間を有する前記スペース部を形成する前記スペーサー基板と、該スペーサー基板を外側から接合して閉塞する前記蓋基板とを一体化して形成し、
前記流路基板の前記合流部の両外側に対応する位置に前記各スペース部を備えるとともに、前記各スペース部が前記流路基板の前記合流部の位置と一致するよう両外側から挟んで一体的に積層したことを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3に記載の微小液滴調製装置。
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