(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロ流体チップを用いた生成液滴を微粒化する装置を提供する。【解決手段】マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない２種類の液体からせん断力によって第一の液滴１を生成する液滴生成部と、前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも一対の駆動電極４０１，４０２に電圧を印加し前記液滴を分裂させることで第二の液滴１０１１，１０１２を生成する液滴分裂部と、を有する。【選択図】図１
2010188265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない２種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、
前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも一対の駆動電極に電圧を印加し前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、
を有することを特徴とする液滴微粒化装置。
【請求項２】
前記液滴分裂部は、前記第一の液滴の粒径の０．５倍以上の流路幅を有することを特徴とする請求項１に記載の液滴微粒化装置。
【請求項３】
前記流路下流部は、層流方向に向かって幅が拡大する流路幅拡大部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の液滴微粒化装置。
【請求項４】
前記流路下流部は、さらに、前記第一の液滴の粒径以下の幅を有する第一の流路部と、前記第一の液滴の流径よりも広い幅を有する第二の流路部と、を有することを特徴とする請求項３に記載の液滴微粒化装置。
【請求項５】
前記駆動電極は、対面していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液滴微粒化装置。
【請求項６】
前記駆動電極は、前記流路下流部の対面する内壁に前記駆動電極の中心線が一致しない位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴微粒化装置。
【請求項７】
マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない２種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、
前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも３つの電極をスイッチング制御によって電圧変化させ前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、
を有することを特徴とする液滴微粒化装置。
【請求項８】
前記液滴分裂部は、
前記内壁に対面する一対の駆動電極と、
前記内壁に対面する一対の接地電極、前記内壁の同一面上を並走する一対の接地電極、前記駆動電極と異なる前記内壁面に位置する１個の接地電極、のうち少なくとも１つと、
を有することを特徴とする請求項７に記載の液滴微粒化装置。
【請求項９】
前記液滴分裂部は、絶縁膜で覆われていない接地電極を有することを特徴とする請求項８に記載の液滴微粒化装置。
【請求項１０】
前記液滴分裂部は、絶縁膜で覆われた駆動電極または接地電極を有することを特徴とする請求項８に記載の液滴微粒化装置。
【請求項１１】
前記液滴分裂部は、前記内壁の同一面上に絶縁膜で覆われた２つ以上の駆動電極を有することを特徴とする請求項８に記載の液滴微粒化装置。
【請求項１２】
前記液滴分裂部は、対面する二対の電極、垂直面上に位置する二対の電極、同一面上に複数の電極列が形成された一対の電極、のうち少なくとも１つの電極を有し、該電極は個々独立して電圧が設定されることを特徴とする請求項８に記載の液滴微粒化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップを用いた液滴生成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小液滴を生成する技術として、マイクロ流体チップを用いた技術が提唱されている。マイクロ流体チップとは、幅および深さが数十から数百μmの微小な流路を持ち、その流路に液体を供給させることで様々な液体操作を行うデバイスである。この微小流路内に、互いに混じり合わない2種類の液体を供給し、それに伴うせん断力によってどちらか一方の液体をせん断して液滴を生成することができる（特許文献１、特許文献２）。生成される液滴の大きさは、流路幅に対しておおよそ0.5〜2倍である。液体をせん断する流れは安定した層流であるため、生成液滴の径分布が非常に小さくなることが特徴である。
【０００３】
一方、液体を操作する技術として、エレクトロウェッティングが知られている。エレクトロウェッティングとは、電極上にある液体に対して電極との間に電位差を与えることで、液体の電極に対する見かけの接触角が変化する現象である（非特許文献１）。この現象を利用し、液滴を生成する技術が報告されている（特許文献３、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2004-81924号公報
【特許文献２】特開2004-98225号公報
【特許文献３】特表2006-500596号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Frieder Mugele and Jean-Christophe Baret, “Electrowetting: from basics to applications”, J. Phys.: Condens. Matter, Vol.17 (2005), pp.R705-R774.
【非特許文献２】Vijay Srinivasan, Vamsee K. Pamula and Richard B. Fair, “An integrated digital microfluidic lab-on-a-chip for clinical diagnostics on human physiological fluids”, Lab Chip, Vol.4(2004), pp.310 - 315.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、特許文献２のようなマイクロ流体チップを用いた液滴生成技術では、生成可能な液滴のサイズには下限があるという課題がある。小さい液滴を生成するには、それに応じた小さい流路幅が必要である。流路幅ｄは、流路の圧力損失△P、流路長さｌ、μは液体粘度、Ｑは流量とすると、以下の式で表すことができる。
△P = 128μｌＱ / πｄ4      （１）
【０００７】
流路の圧力損失△Ｐは、マイクロ流体チップの耐圧、もしくは送液ポンプの最高圧力より小さくなければならない。例えば、マイクロ流体チップの送液に用いられるシリンジポンプの最高圧力損失△Pを0.5Mpaとする場合、最も小さい液滴を生成できる条件として、液体粘度μを1mPa・s、流路長さｌを200μm、流量Ｑを1×10-11m3/sとすると、流路幅ｄは11μmとなる。したがって、この場合には流路幅の0.5倍である5.5μmよりも小さい液滴を生成することはできない。
【０００８】
一方、特許文献３、非特許文献２に記載のエレクトロウェッティングを用いた液適生成方法では、液滴を分裂させることができるため微小液滴を生成するのに適しているものの、単位時間当たりの液滴生成数が少ないという課題がある。この方法では、0.1mmオーダーの間隔を持つ2枚の基板間に液溜りから液滴を注入し、エレクトロウェッティングによって基板に対して水平な方向に電極1ピッチ0.5mm引き伸ばして分裂させ、微小な液滴を生成する。つまり、電極電圧のスイッチング制御によって液滴を帯電させ、静電力で移動・分裂させる。このとき、基板間隔に対する電極ピッチの比はおおよそ0.2よりも小さい必要がある。電極に電圧を印加してから液滴が分裂するのに要する時間は、液滴粘性による抵抗等を考えると液滴移動速度は高々30mm/sであるため、電極1ピッチ分移動するのに少なくとも17ms必要である。したがって、単位時間当たりの液滴生成数は毎秒60個程度であり、上記マイクロ流体チップを用いた液滴生成方法に比べて十分な量を供給することはできない。
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、より微小な液滴を生成するものである。また、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、流路内部の流れ場を利用して下流へ移動させ、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させる。
【００１１】
すなわち、本発明の液滴微粒化装置は、マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない２種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも一対の駆動電極に電圧を印加し前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の液滴微粒化装置は、マイクロ流体チップの微小流路内を流れる互いに混じり合わない２種類の液体からせん断力によって第一の液滴を生成する液滴生成部と、前記流路下流部の内壁に形成された少なくとも３つの電極をスイッチング制御によって電圧変化させ前記液滴を分裂させることで第二の液滴を生成する液滴分裂部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液滴分裂に必要な流路幅は液滴と同程度であるため、流路の圧力損失を大きくすることなく、より微小な液滴を生成することができる。
また、分裂後の液滴径の分布は、分裂前の液滴径の分布とほぼ等しくなる。
【００１４】
さらに、エレクトロウェッティングによる壁面に垂直方向の液滴分裂は、数百Hzオーダーまで追従可能である。したがって、せん断力によって生成した液滴の生成速度に同期して液滴を分裂することが可能であり、単位時間当たりの液滴生成数は従来と同程度となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本構成と動作原理
【図２】流路幅を拡大して液滴を分裂させる方法
【図３】流路幅を連続的に拡大して液滴を分裂させる方法
【図４】液滴を流路に対して斜め方向に分裂させる方法
【図５】分裂後の液滴接触角を制御する方法
【図６】流路内の電極配置
【図７】分裂後の液滴接触角を制御する方法
【図８】流路内の電極配置
【図９】分裂後の液滴径の調整方法
【図１０】本発明を用いた液適微粒化装置全体
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに留意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１７】
（装置全体の構成）
図１０は、本発明の液滴生成部および液滴分裂部を有する液滴微粒化装置全体の概略構成図である。
【００１８】
本発明の液滴微粒化装置は、液滴の原料となる液体２２とその媒体２、液体２２と媒体２を送液するための送液ポンプ２０、２１とその制御装置２６、液滴２２と媒体２を輸送するための配管１８、１９、液滴を生成、微粒化するためのマイクロ流体チップ１７、マイクロ流体チップを制御するための電源９とその配線８０１、８０２、生成された液滴を輸送するための配管２４とそれを回収するための回収容器２５、を備えている。
【００１９】
また、マイクロ流体チップ１７は、液体２２と媒体２から液滴を生成する液滴生成部３０４、生成された液滴と媒体が流れる流路３、流路３の下流部で液滴を分裂させるための液滴分裂部３０５、を備えている。
【００２０】
（装置の動作）
上述のような構成を有する液滴微粒化装置では、はじめに、液体２２と媒体２から液滴が生成される。流路３を内部に形成したマイクロ流体チップ１７は、配管１８、１９によって送液ポンプ２０、２１に接続される。ポンプ２０、２１は液滴の原料である液体２２と、媒体２をそれぞれ送液する。マイクロ流体チップ１７内に送液された液体２２と媒体２から、流路３の液滴生成部３０４において液体のせん断力によって液滴が生成される。
【００２１】
次に、その下流の液滴分裂部３０５においてエレクトロウェッティングによって液滴が分裂される。生成された液滴を含む媒体２は、配管２４を通して回収容器２５に貯蔵される。送液ポンプ２０、２１と電源９は、制御装置２６によって流れの速度と電圧の大きさを同期して制御される。
【００２２】
このように、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させることで、より微小な液滴を生成することができる。また、同一流路の層流中でせん断作業と分裂作業とを行うことで、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とすることが可能となる。
【００２３】
以下、上記効果を有しつつ、さらにエレクトロウェッティングを利用した本発明特有の液滴分裂部について詳細に説明する。
（液滴分裂のための基本構成と動作原理）
図１を用いて、本発明におけるエレクトロウェッティングによる液滴分裂の基本構造と動作原理を説明する。液滴１と液滴周囲の媒体２が、流路の外部に接続された送液ポンプによって流路３の内部を流される。液滴１は流路３の内壁に接している。流路３の向かい合う２つの内壁７０１、７０２の表面上には駆動電極４０１、４０２が、さらにその上に撥水性を有する絶縁膜５０１、５０２が形成されている。絶縁膜５０１、５０２が撥水性を有しない場合は、それらは図１中には示していない撥水膜６で覆われている。駆動電極４０１、４０２は、配線８０１、８０２によって電源９に接続され、制御回路２６が時間により電圧を切り替える。切り替え時間は、液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。たとえば、液滴１が純水，媒体２が粘度１mPa・s程度のシリコーンオイル，流路幅（すなわち、内壁７０１と７０２間の距離）が11μmのとき，スイッチング切り替え時間が10ms以上であれば、充分に液滴分裂は可能である。
【００２４】
電源９の電圧が０ボルトでは、液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角は大きい（図１（１））。
電源９の電圧をＶ１ボルトとすると、エレクトロウェッティングによって液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角が減少する。このとき、液滴１内部と電源９の電荷が絶縁膜５０１、５０２を挟む位置に移動する。それに伴って、液滴１が分裂液滴１０１、１０２に分裂する（図１（２））。
【００２５】
分裂液滴１０１、１０２内の絶縁膜５０１、５０２の表面に移動した電荷は、絶縁膜５０１、５０２のリーク電流によって、電源９に徐々に移動する。それによって、分裂液滴１０１、１０２の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角は増大し、元の大きさに復元する（図１（３））。
接触角が復元した分裂液滴１０１１、１０１２は、流路内の流れ場によって下流方向に流される（図１（４））。
【００２６】
このように、液滴分裂に必要な流路幅を液滴と同程度とすることで、流路の圧力損失を大きくすることなく、より微小な液滴を生成することができる。
【００２７】
また、分裂後の液滴径は、分裂前液滴の壁面に対する接触面積に依存することから、微小流路内が安定した層流を供給することで、液滴の壁面に対する接触面積が常に一定となる。これにより、分裂後の液滴径の分布を分裂前の分布とほぼ等しくでき、均一の流径にすることができる。
【００２８】
（拡大流路による液滴分裂）
液滴１の接触角を変化させるには、液滴１は絶縁膜５０１、５０２の両方に接する必要があるため、流路３の幅は液滴１の直径よりも同程度である必要がある。図１の場合は、流路幅が小さいために、液滴の物性によっては電源９に電圧を印加した際に液滴が分裂しない場合が生じる。
【００２９】
図２は、本発明の液滴分裂部の流路幅を拡大する概略構成を示す。
電源９の電圧が０ボルトでは、流路３の拡大前部分３０１にある液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角は大きい（図２（１））。
電源９の電圧をＶ１ボルトとすると、流路３の拡大前部分３０１にある液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角が減少する（図２（２））。
【００３０】
接触角が減少した液滴１０３は、流路内の流れ場によって、流路３の拡大部分３０２を通過して拡大後部分３０３に移動する。このとき、液滴１０３は静電気力によって、絶縁膜５０１、５０２から離れないために、流路に垂直な方向に伸張する（図２（３））。
電源９の電圧をＶ１ボルトよりも大きいＶ２ボルトにすることによって、流路３の拡大後部分３０３にある液滴１０４が分裂液滴１０１、１０２に分裂する（図２（４））。
【００３１】
図１（３）と同様に、絶縁膜５０１、５０２のリーク電流によって、分裂液滴１０１、１０２の接触角が復元する（図２（５））。その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。
【００３２】
このように、液滴分裂時の流路幅を拡大する構成を採ることで、流路入り口が液滴径に対して０．５〜１．０倍程度の狭い場合においても、図1の場合よりも確実に液滴を分裂させることができる。
【００３３】
図３は、本発明の液滴分裂部の流路幅が連続的に拡大する概略構成を示す。
電源９の電圧が０ボルトでは、液滴１は絶縁膜５０１、５０２に接している（図３（１））。
電源９の電圧をＶ１ボルトとすると、液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角が減少する（図３（２））。
【００３４】
接触角が減少した液滴１０３は、流路内の流れ場によって下流に移動する。このとき、液滴１０３は静電気力によって、絶縁膜５０１、５０２から離れないために、流路に垂直な方向に伸張する（図３（３））。
流路３の幅がある値よりも大きくなったところで、液滴１０３が分裂する（図３（４））。
【００３５】
図１（３）と同様に、絶縁膜５０１、５０２のリーク電流によって、分裂液滴１０１、１０２の接触角が復元する（図３（５））。その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。
【００３６】
このように、流路幅が連続的に拡大する構成を採ることで、流れ場の中で自然と液滴を分裂させることが可能となり、図２のように電源電圧を２段階に変化させる必要が無くなる。また、流路幅が連続的に拡大するため、分裂可能となる最大液滴径を限定する必要は無く、様々な径の液滴に対応することができる。
【００３７】
（駆動電極の斜め配置による液滴分裂）
図４は、本発明の液滴分裂部の駆動電極が電極中心線が一致しない斜めの位置に配置された概略構成を示す。
電源９の電圧が０ボルトでは、液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角は大きい（図４（１））。
【００３８】
液滴１が駆動電極４０１、４０２の両方に接する位置に移動したときに、電源９の電圧をＶ１ボルトとすると、エレクトロウェッティングによって液滴１の絶縁膜５０１、５０２に対する接触角が減少する。それに伴って、液滴１が分裂液滴１０１、１０２に分裂する（図４（２））。
【００３９】
図１と同様に、絶縁膜５０１、５０２のリーク電流によって、分裂液滴１０１、１０２の接触角が復元する（図４（３））。その後、流路内の流れ場によって、下流に移動する。
【００４０】
このように、駆動電極４０１、４０２が液滴１に対して斜めに配置され、液滴１を流路３に対して斜め方向に分裂させることで、図２、図３のように流路の幅を変化させる必要も、図２のように電源電圧を２段階に変化させる必要も無くなる。また、流路に対する液滴径が比較的大きい場合でも、分裂後の液滴同士に距離が生ずるため、一度分裂した液滴同士が合体しにくくなる。
【００４１】
なお、電極中心線が一致しなければ、斜めに向かい合う一方の駆動電極端は他方の駆動電極端の位置と重なり合っても同様の効果を有することは言うまでもない。
【００４２】
（第一の分裂液滴の接触角復元制御）
図１の場合、分裂後の液滴１０１、１０２間の距離が小さい、もしくは電圧Ｖ１が大きいと、１０１、１０２の間に働く静電気力により、互いに引き合って合体する場合がある。これは、分裂後に液滴内部の電荷が、もう一方の液滴側の面に移動するためである。
【００４３】
図５を用いて、本発明の第一の分裂液滴の接触角復元を制御する構成と動作原理を説明する。
液滴１には絶縁膜５０１、５０２以外に接地電極１２０１、１２０２が接続されている。駆動電極４０１、４０２は配線８０１、８０２とスイッチ１００１、１００２を介して、電源９０１、９０２に接続されるか、接地される。接地電極１２０１、１２０２は配線１１０１、１１０２を介して常に接地されており、絶縁膜で覆われる必要は無い。スイッチ１００１、１００２は、制御回路２６によって時間により切り替えられる。切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。
【００４４】
はじめに、駆動電極４０１、４０２は、スイッチ１００１、１００２を介して接地されている（図５（１））。
スイッチ１００１、１００２を電源９０１、９０２側へ切り替えることで、駆動電極４０１、４０２に電圧を印加する。すると、絶縁膜５０１で覆われた駆動電極４０１および絶縁膜で覆われていない設置電極１２０１の双方に接していた液滴１に、接地電極１２０１のみから電荷が直ちに移動する結果、液滴は負に帯電する。他方の駆動電極４０２、接地電極１２０２でも同様である。これによって、液滴１は液滴１０１と液滴１０２に分裂する（図５（２））。
【００４５】
スイッチ１００１のみを接地側に切り替える。これによって、駆動電極４０１、液滴１０１内部の電荷が移動する。すると、絶縁膜５０１に対する液滴１０１の接触角が復元する（図５（３））。
接触角の復元によって、液滴１０１が絶縁膜５０１から離れる。その結果、液滴１０１は流路３の下流側に流される（図５（４））。
【００４６】
スイッチ１００２を接地側に切り替える。これによって、駆動電極４０２、液滴１０２内部の電荷が移動する。すると、絶縁膜５０２に対する液滴１０２の接触角が復元する（図５（５））。
接触角の復元によって、液滴１０２が流路内壁から離れる。その結果、液滴１０２は流路３の下流側に流される。
【００４７】
このように、分裂後の液滴１０１、１０２の接触角復元のタイミングをスイッチング制御することで、一度分裂した液滴の合体を防ぐことができる。
【００４８】
（第一の電極配置の態様）
図６（ａ）〜（ｄ）は、本発明の図５の分裂方法を実現するための、流路３内面の駆動電極４０１、４０２、接地電極１２０１、１２０２の複数の配置例を示した概略構成図である。駆動電極４０１、４０２上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。接地電極１２０１、１２０２上には絶縁膜はない。図６（ｄ）は、接地電極１２０１、１２０２を一つの電極１２とした場合であり、製造のしやすさの点で優れている。
【００４９】
（第二の分裂液滴の接触角復元制御）
図７を用いて、本発明の第二の分裂液滴の接触角復元を制御する構成と動作原理を説明する。駆動電極４０１１、４０２１は配線８０１１、８０２１とスイッチ１００１、１００２を介して、電源９０１、９０２に接続されるか、接地される。接地電極４０１２、４０２２は配線８０１２、８０２２を介して常に接地される。スイッチ１００１、１００２は、制御回路２６によって時間により切り替えられる。切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。
【００５０】
はじめに、駆動電極４０１１、４０２１は、スイッチ１００１、１００２を介して接地されている（図７（１））。
液滴１が駆動電極４０１１、４０１２、４０２１、４０２２に接する位置で、スイッチ１００１、１００２を電源９０１、９０２側に切り替えることで、駆動電極４０１１、４０２１に電圧を印加する。これによって、液滴１は液滴１０１と液滴１０２に分裂する（図７（２））。
【００５１】
スイッチ１００１のみを接地側に切り替える。これによって、駆動電極４０１１、４０１２、液滴１０１内部の電荷が移動する。すると、絶縁膜５０１に対する液滴１０１の接触角が復元する（図７（３））。
接触角の復元によって、液滴１０１が流路内壁から離れる。その結果、液滴１０１は流路３の下流側に流される（図７（４））。
【００５２】
スイッチ１００２を接地側に切り替える。これによって、駆動電極４０２１、４０２２、液滴１０２内部の電荷が移動する。すると、絶縁膜５０２に対する液滴１０２の接触角が復元する（図７（５））。
接触角の復元によって、液滴１０２が流路内壁から離れる。その結果、液滴１０２は流路３の下流側に流される。
【００５３】
このように、分裂後の液滴１０１、１０２の接触角復元のタイミングをスイッチング制御することで、一度分裂した液滴の合体を防ぐことができる。
【００５４】
（第二の電極配置の態様）
図８（ａ）〜（ｃ）は、本発明の図７の分裂方法を実現するための、流路３内面の駆動電極４０１１、４０１２、４０２１、４０２２の複数の配置例を示した概略構成図である。駆動電極４０１１、４０１２、４０２１、４０２２上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。図８（ｄ）は駆動電極を一つの流路壁上に複数形成した電極列４１１，４１２とした場合である。電極列４１１，４１２上には絶縁膜が形成されているが、図中では省略されている。
【００５５】
（分裂後の液滴径の調整）
図９を用いて、本発明の分裂後の液滴径を調整する方法について説明する。図５もしくは図７のように、各流路壁面上の駆動電極に対して独立に電圧を印加できる場合、分裂後の液滴径を調整することが可能である。図９は図７と同一の構成であり、配線、スイッチ、電源は図９内では省略してある。スイッチは、制御回路によって時間により切り替えられる。切り替え時間は液滴と媒体の物性に合わせて適宜調整可能である。
【００５６】
はじめに、駆動電極４０１１、４０２１は接地され、０ボルトである（図９（１））。
液滴が分裂しない程度に、駆動電極４０１１にＶ１ボルト、４０２１にＶ２ボルトの電圧を印加する。Ｖ１よりもＶ２の方が大きいため、絶縁膜５０２に対する接触角は、絶縁膜５０１に対する接触角よりも小さくなる。それによって、液滴１の絶縁膜５０２に対する接触面積は、絶縁膜５０１に対する接触面積よりも大きくなる（図９（２））。
【００５７】
駆動電極４０１１、４０２１にＶ３ボルトを印加する。Ｖ３はＶ２よりも大きいため、液滴は分裂する。このとき、分裂液滴１０１、１０２の体積は、分裂前の接触面積に依存して異なる（図９（３））。
【００５８】
駆動電極４０１１のみを接地する。これによって、絶縁膜５０１に対する液滴１０１の接触角が復元する（図９（４））。
接触角の復元によって、液滴１０１が流路内壁から離れる。その結果、液滴１０１は流路３の下流側に流される（図９（５））。
【００５９】
駆動電極４０２１を接地する。これによって、絶縁膜５０２に対する液滴１０２の接触角が復元する（図９（６））。
接触角の復元によって、液滴１０２が流路内壁から離れる。その結果、液滴１０２は流路３の下流側に流される。
【００６０】
このように、各流路壁面上の駆動電極をスイッチング制御によって独立に電圧を印加することで、分裂後の液滴径を調整することが可能である。
【００６１】
（まとめ）
本発明によれば、マイクロ流体チップの微小流路内のせん断力によって生成した液滴を、その流路の下流における流れ場の中で、エレクトロウェッティングによって流路壁面に対して垂直に分裂させることで、より微小な液滴を生成することができる。また、同一流路の層流中でせん断作業と分裂作業とを行うことで、エレクトロウェッティングによる分裂液滴生成速度を、せん断力によって生成した液滴の生成速度と同期した数百Hzオーダーまで追従可能とすることが可能となる。
【００６２】
また、分裂後の液滴径は、分裂前液滴の壁面に対する接触面積に依存することから、微小流路内が安定した層流を供給することで、液滴の壁面に対する接触面積が常に一定となる。これにより、分裂後の液滴径の分布を分裂前の分布とほぼ等しくでき、均一の流径にすることができる。
【００６３】
さらに、エレクトロウェッティングによる壁面に垂直方向の液滴分裂は、数百Hzオーダーまで追従可能である。したがって、せん断力によって生成した液滴の生成速度に同期して液滴を分裂することが可能であり、単位時間当たりの液滴生成数は従来と同程度となる。
【００６４】
（その他）
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能である。
本発明の液滴微粒化装置は、上記で説明した様々な液滴分裂部を組み合わせることも可能である。
【００６５】
流路断面は必ずしも長方形である必要は無く、台形、円形、その他の形状でも本発明を実現することは可能である。
制御回路２６の電圧切り替えは、時間で行う以外にも、例えば電極に誘電率モニタを設けて行っても良い。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・液滴
１０１・・・分裂後の液滴
１０２・・・分裂後の液滴
１０３・・・電圧印加後の液滴
１０４・・・電圧印加後の液滴
１０１１・・・分裂後に接触角が復元した液滴
１０１２・・・分裂後に接触角が復元した液滴
２・・・媒体
３・・・流路
３０１・・・流路拡大前部
３０２・・・流路拡大部
３０３・・・流路拡大後部
３０４・・・液滴生成部
３０５・・・液滴分裂部
４０１・・・駆動電極
４０２・・・駆動電極
４０１１・・・駆動電極
４０１２・・・駆動電極
４０２１・・・駆動電極
４０２２・・・駆動電極
４１１・・・駆動電極列
４１２・・・駆動電極列
５０１・・・絶縁膜
５０２・・・絶縁膜
６・・・撥水膜
７０１・・・流路壁
７０２・・・流路壁
８０１・・・配線
８０２・・・配線
９・・・電源
９０１・・・電源
９０２・・・電源
１００１・・・スイッチ
１００２・・・スイッチ
１１０１・・・配線
１１０２・・・配線
１２０１・・・接地電極
１２０２・・・接地電極
１７・・・マイクロ流体チップ
１８・・・配管
１９・・・配管
２０・・・送液ポンプ
２１・・・送液ポンプ
２２・・・液滴原料
２４・・・配管
２５・・・回収容器
【図１】
2010188265.tif 000003
【図２】
2010188265.tif 000004
【図３】
2010188265.tif 000005
【図４】
2010188265.tif 000006
【図５】
2010188265.tif 000007
【図６】
2010188265.tif 000008
【図７】
2010188265.tif 000009
【図８】
2010188265.tif 000010
【図９】
2010188265.tif 000011
【図１０】
2010188265.tif 000012