(57)【要約】  【課題】  マイクロ流体デバイス内で物質の膜分離が可能で、かつ、透過速度の違いで分離する系や分離膜の分離能が小さい系においても、高度の分離が可能な膜分離デバイス及び膜分離方法を提供すること。  【解決手段】  流体に含まれる二以上の物質を相互に分離するデバイスであって、流体を流入させる流入口を有し、第一物質と第二物質に対する分離特性が互いに異なる第一分離膜と第二分離膜がそれぞれ流路壁に設けられてなり、且つ、第一分離膜と第二分離膜との膜表面間の平均距離が１〜２００μｍの範囲にある供給側流路と、第一分離膜を介して供給側流路１と接合され、第一分離膜を透過する流体を流出させる第一流出口を有する第一透過側流路と、第二分離膜を介して供給側流路と接合され、第二分離膜を透過する流体を流出する第二流出口を有する第二透過側流路とからなる分離ユニットを一以上有する膜分離デバイス。【選択図】  図１
2006212512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体に含まれる第一物質および第二物質を相互に分離するデバイスであって、
前記流体を流入させる流入口６を有し、前記第一物質と前記第二物質に対する分離特性が互いに異なる第一分離膜２と第二分離膜３がそれぞれ流路壁に設けられてなり、且つ、前記第一分離膜２と前記第二分離膜３との膜表面間の平均距離が１〜２００μｍの範囲にある供給側流路１と、
前記第一分離膜２を介して前記供給側流路１と接合され、前記第一分離膜２を透過する流体を流出させる第一流出口７を有する第一透過側流路４と、
前記第二分離膜３を介して前記供給側流路１と接合され、前記第二分離膜３を透過する流体を流出する第二流出口８を有する第二透過側流路５と、
からなる分離ユニットを一以上有することを特徴とする膜分離デバイス。
【請求項２】
前記第一分離膜は前記第一物質に対して前記第二物質より高い透過性を示し、前記第二分離膜は前記第二物質に対して前記第一物質より高い透過性を示すものである請求項１に記載の膜分離デバイス。
【請求項３】
上流から下流にかけて前記分離ユニット又は二以上の前記分離ユニットが流入口６、第一流出口７及び第二流出口８を共有して並列に接続された分離ユニット団が複数段にわたって配置され、
上流段における第一の前記分離ユニット又は分離ユニット団の前記第一流出口７が、中流段における第二の前記分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続されるとともに、前記第一の分離ユニット又は分離ユニット団の前記第二流出口８が、中流段における第三の前記分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続され、
中流段における前記第二の分離ユニット又は分離ユニット団の前記第一流出口７が、下流段における第四の前記分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続されるとともに、前記第二の分離ユニット又は分離ユニット団の前記第二流出口８が、中流段における第五の前記分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続され、
中流段における前記第三の分離ユニット又は分離ユニット団の前記第二流出口６が、下流段における第六の前記分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続されるとともに、前記第三の分離ユニット又は分離ユニット団の前記第一流出口７が、前記第五の分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜分離デバイス。
【請求項４】
上流から下流にかけて前記分離ユニット又は分離ユニット団が複数段配置され、第一段に並置された分離ユニット又は分離ユニット団数が１以上であり、
第一段以降の任意の段における分離ユニット又は分離ユニット団数が直上流段よりも１つ多く並置され、直上流段の分離ユニット又は分離ユニット団の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続され、
最下段の分離ユニット又は分離ユニット団中の前記第一分離膜２の通過回数が最多となる流体が流出される第一流出口７が前記第一物質を取り出す第一取出口と接続され、且つ最下段の分離ユニット又は分離ユニット団中の前記第二分離膜３の通過回数が最多となる流体が流出される第二流出口８が前記第二物質を取り出す第二取出口と接続されている請求項３に記載の膜分離デバイス。
【請求項５】
上流から下流にかけて前記分離ユニット又は分離ユニット団が複数段配置され、第一段に並置された前記分離ユニット又は分離ユニット団数が１以上であり、
第一段から任意の特定段までは、該段における分離ユニット又は分離ユニット団数が直上流段よりも１つ多く並置され、直上流段の分離ユニット又は分離ユニット団の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続され、
前記特定段及び前記特定段より下流側の偶数段においては、分離ユニット又は分離ユニット団数が前記特定段と同じ数だけ並置され、
これら段中の分離ユニット又は分離ユニット団における前記第一分離膜２の通過回数が最多となる流体が流出される第一流出口７が前記第一物質を取り出す第一取出口と接続され、最下段の分離ユニット又は分離ユニット団中の前記第二分離膜３の通過回数が最多となる流体が流出される第二流出口８が前記第二物質を取り出す第二取出口と接続され、その他の第一流出口７及び第二流出口８は下流段の分離ユニット又は分離ユニット団の流入口６に接続され、
前記特定段より下流側奇数段においては、分離ユニット又は分離ユニット団数が前記偶数段よりも１つ少なく並置され、該段中の分離ユニット又は分離ユニット団の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニットの流入口６に接続されている請求項３に記載の膜分離デバイス。
【請求項６】
前記分離ユニットが２段以上の多段に接続された膜分離デバイスであって、任意の二つの段において、それぞれの上流段における複数の前記分離用流路の断面積前記第一分離膜の膜面積の総和は、下流段における複数の前記分離用流路の断面積の総和と各段毎に略同一に形成され、かつ、前記第二分離膜の膜面積の総和も各段毎に略同一に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項７】
前記分離用ユニット中の第一分離膜と第二分離膜が設けられた流路壁面が一対の平行面を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項８】
板状又はシート状である請求項１〜７のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項９】
前記分離膜が、連通孔を有する多孔質膜である請求項１〜８のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項１０】
前記第一分離膜がエタノールよりも水に対して高い透過性を有し、且つ前記第二分離膜が水よりもエタノールに対して高い透過性を有するものである請求項１〜７のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項１１】
前記第一分離膜が光学異性体の一方に対して高い親和性を有し、且つ前記第二分離膜が他方の光学活性体に対して高い親和性を有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の膜分離デバイス。
【請求項１２】
流体に含まれる第一物質および第二物質を相互に分離する分離方法であって、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の膜分離デバイスの流入口６に分離すべき流体を導入し、前記第一流出口７から前記第一物質が濃縮された流体を取り出し、前記第二流出口８から前記第二物質が濃縮された流体を取り出すことを特徴とする分離方法。
【請求項１３】
前記供給側流路１、前記第一分離膜２、及び前記第二分離膜３を含む領域の温度を周期的に変動させる請求項１２に記載の分離方法。
【請求項１４】
前記温度の周期的変動に同期させて前記流体の前記流入口６への流入速度を周期的に変動させる請求項１３に記載の分離方法。
【請求項１５】
前記流体が溶液であり、前記第一物質と第二物質が、前記溶液に含まれる２種類の溶質である請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１６】
前記第一物質と第二物質が光学異性体であり、前記分離すべき流体がこれらの溶液であるである請求項１５に記載の膜分離デバイス。
【請求項１７】
前記流体が溶液であり、前記第一物質が溶質であり、前記第二物質が溶媒である請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の分離方法。
【請求項１８】
前記第一物質と前記第二物質が共に液体である請求項１６に記載の分離方法。
【請求項１９】
前記第一物質がエタノールであり、前記第二物質が水であり、前記分離すべき流体がエタノール／水混合溶液である請求項１８に記載の膜分離デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体に含まれる物質を分離することのできる膜分離デバイス、および流体に含まれる物質を分離する膜分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスは、化学反応の高速化、複生成物の減少、条件検討の高速化、等が図れる上、省エネ、省資源、減廃棄物などの時代の要求に沿った技術であるため、今後の化学反応装置として期待されている。
【０００３】
マイクロ流体デバイスの用途の多くにおいて物質の分離が必要になるが、マイクロ流体デバイスに組み込める分離手段は限られていた。マイクロ流体デバイスに適用可能な分離手段の一つに膜分離があり、組み込むことの出来る分離膜としては、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜、透析膜、気体分離膜などが知られている（特許文献１）。また、マイクロ流体デバイスに適用出来る膜分離方式としては、分離膜の一次側に導入された流体を全て透過させ、非透過物質のみを一次側に残す全濾過方式と、一次側に導入された流体を膜面に平行に流し、その一部を透過させ、易透過性物質が濃縮された流体を透過側の流出口から取り出すと共に、非（難）透過物質が濃縮された流体を一次側に設けられた流出口から連続的に取り出すクロスフロー方式が知られている（特許文献２）。
【０００４】
しかしながら、例えば気体分離のように透過速度の違いで分離する系や、分離膜の分離能（例えば阻止率）が小さい系の分離は、全濾過方式では分離できず、クロスフロー式でも一回の分離では分離が不十分であるため、多段膜分離を必要とした。しかし、多段膜分離システムは各段毎に加圧のためのポンプが必要となるため、マイクロ流体デバイスに組み込むことは相当に困難であり、非効率であった。
【０００５】
さらに、既知の分離膜や膜分離方式では、例えば異なる塩基配列を持つＤＮＡの分離や光学分割は、膜分離による分離能が非常に低いため、膜分離は実用化されていなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開2000-237556
【特許文献２】特開2000-262871
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、マイクロ流体デバイス内で物質の膜分離が可能で、かつ、透過速度の違いで分離する系や分離膜の分離能が小さい系においても、高度の分離が可能で、さらに、多数の加圧ポンプを必要としない膜分離デバイス及び膜分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、膜の一次側に導入される流体を、特定の間隔で設けられた互いに分離特性の異なる２つの分離膜のいずれかを透過させる方式により、高効率な分離が可能なこと、及び、上記の分離機構を多段に接続した多段膜分離システムを構築することによって、各段に加圧ポンプを必要としないことを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、流体に含まれる第一物質および第二物質を相互に分離するデバイスであって、
前記流体を流入させる流入口６を有し、前記第一物質と前記第二物質に対する分離特性が互いに異なる第一分離膜２と第二分離膜３がそれぞれ流路壁に設けられてなり、且つ、前記第一分離膜２と前記第二分離膜３との膜表面間の平均距離が１〜２００μｍの範囲にある供給側流路１と、
前記第一分離膜２を介して前記供給側流路１と接合され、前記第一分離膜２を透過する流体を流出させる第一流出口７を有する第一透過側流路４と、
前記第二分離膜３を介して前記供給側流路１と接合され、前記第二分離膜３を透過する流体を流出する第二流出口８を有する第二透過側流路５と、
からなる分離ユニットを一以上有することを特徴とする膜分離デバイスを提供する。
【００１０】
また、本発明は、流体に含まれる第一物質および第二物質を相互に分離する分離方法であって、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の膜分離デバイスの流入口６に分離すべき流体を導入し、前記第一流出口７から前記第一物質が濃縮された流体を取り出し、前記第二流出口８から前記第二物質が濃縮された流体を取り出すことを特徴とする分離方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の膜分離デバイス及び膜分離方法は、マイクロ流体デバイス内において膜分離が可能であり、特に、透過速度の違いで分離する系や、分離膜の分離能が小さい系においても高度の分離が可能である。また、上記の分離ユニットを特定の様式で多段接続することによって、各段に加圧ポンプを必要とせず、高い収率で高度に分離することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の膜分離デバイスおよび膜分離方法は、流体に含まれる二種の物質、即ち第一物質と第二物質を相互に分離することが出来る。第一物質と第二物質は、例えば互いに混合している二種の気体（但し、本明細書に於いて「気体（ガス）」は「蒸気」を含むものとする。）、溶質と溶媒、分散質と分散媒であって良い。第一物質と第二物質が、液体の溶質と溶媒である例としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどの水溶性有機液体と水との混合物が挙げられる。第一物質と第二物質が固体の溶質と溶媒である例としては、ポリ（オリゴ）ヌクレオチド、糖鎖、ポリ（オリゴ）ペプチドなどの生化学物質の水溶液、種々の化学物質の水溶液や有機溶剤溶液などが挙げられる。上記の物質のどちらを第一物質とするかは任意である。
【００１３】
前記第一物質と第二物質はまた、互いに混合している三種類以上の物質から成る流体中の二種類の物質であり得る。このような例としては、気体（キャリアガス）中に含まれる、キャリアガス以外の二種の気体、共通の溶媒に含まれる二種類の溶質が挙げられる。二種類の溶質の例としては、塩基配列の異なるポリ（又はオリゴ）ヌクレオチド、互いに構造の異なる糖鎖、アミノ酸配列の異なるポリ（又はオリゴ）ペプチドなどの生化学物質、光学異性体、溶媒中での合成反応の生成物と副生成物が挙げられる。
【００１４】
しかしながら、本明細書に於いては説明の煩雑化を避けるため、特に断りのない限り、流体が液体の場合であって、溶液に含まれる２種類の溶質を第一物質および第二物質とする場合を例にして説明する。
【００１５】
［膜分離デバイス（分離ユニット）の基本構成］
図１は本発明の膜分離デバイスの基本構成の概念図である。本膜分離デバイス１００は、内部に供給側流路１が形成され、該供給側流路１に面して２つの分離膜、即ち第一分離膜２および第二分離膜３が形成され、前記第一分離膜２を介して前記供給側流路１１と接合された第一透過側流路４、及び、前記第二分離膜３を介して前記供給側流路１１と接合された第二透過側流路５が形成されている。また、供給側流路１には流入口６が設けられ、第一透過側流路４には第一流出口７が設けられ、第二透過側流路５には第二流出口８が設けられている。即ち、本膜分離デバイス１００の流入口６に原液を導入すると、該原液は供給側流路１に入り、その一部は第一分離膜２を透過し、第一透過側流路４を経て第一流出口７から流出し、また、一部は第二分離膜２を透過し、第二透過側流路５を経て第二流出口８から流出する。ここで、第一分離膜２と第二分離膜３は、後述のように、分離対象物質に対して異なる分離特性を有する。
【００１６】
本膜分離デバイス１００を構成する素材は任意であり、例えば、ガラス、ステンレススチールなどの金属、シリコンなどの半導体、石英などの結晶、セラミック、炭素、有機重合体などが使用できる。その有機重合体には、ポリジメチルシロキサンやＳＮポリマーのように、厳密には無機重合体に分類される場合もあるが通常は有機重合体として扱うものも含まれる。これらの材料にはそれぞれ長短があり、目的の分離系に応じて好適なものを選択すればよい。特に有機重合体は、後述の流路内壁を親水性や溶質の吸着防止性に調節する自由度が高いため、耐熱性や耐有機溶剤性に問題がない系では好ましい。耐熱性や耐有機溶剤性が必要な場合には、ガラスを選択することが好ましい。
【００１７】
膜分離デバイス１００の外形は任意であり、例えば板状（直板状、曲板状を含む）、シート（フィルム、ベルト、リボンなどを含む）状、棒状、塊状などであって良い。これらの中で、板状又はシート状であることが、製造の容易性から好ましく、また他のマイクロ流体デバイスと一体化することの容易性からも好ましい。膜分離デバイス１００内における供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５などの配置は任意であり、後述の実施態様のように、例えば平面型や立体型に配置できる。
【００１８】
（供給側流路）
供給側流路１の流路壁には第一分離膜２と第二分離膜３が形成されている。第一分離膜２と第二分離膜３が形成される壁面は任意であり、供給側流路１の断面の周上において異なる範囲を占めていればよいが、供給側流路１の互いに対向した面に形成されていることが、分離能を向上させ易く、製造も容易であるため好ましい。本発明の膜分離デバイスは、供給側流路１の第一分離膜２と第二分離膜３間の平均距離（以後、「膜間距離」と称する場合がある。）が１〜２００μｍであり、５〜１５０μｍが好ましく、１０〜１００μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと、特に流体が液体である場合に、圧力損失が大きくなると共に製造が困難となり、この範囲を越えると分離能が低下する。即ち、この上限以下とすることによって、供給側流路１内において拡散混合による濃度の均一化が計られ、膜透過に起因する濃度分極が抑えられる結果、高い分離効率が得られる。
【００１９】
第一分離膜２と第二分離膜３が互いに平行に設けられている場合、供給側流路１の、前記分離膜が形成された平面に直角で、かつ流れ方向に直角方向の寸法（以後、供給側流路１の「幅」と称する。）は、任意であるが、供給側流路１の厚み以上であることが、処理量を増すことが出来るため好ましい。上限は特に定める必要はないが、マイクロ流体デバイスとしての特徴を失わない範囲が好ましく、例えば１０ｃｍ以下が好ましく、５ｃｍ以下がさらに好ましい。
【００２０】
供給側流路１は直線状の他、任意の形状であって良く、曲線、渦巻き、ジグザグ（折りたたみ状）、分岐部と合流部を有しその間が平行線状の形状、あるいは櫛形などであってよい。供給側流路１の幅が広い場合には、膜間距離を一定に保つために、供給側流路１の中に、柱や壁などのスペーサーとなる構造を設けることも好ましい。
【００２１】
また、供給側流路１は、常態では分離膜に非接着状態で接触していて間隙がゼロであるが、供給側流路１に流体を導入するとその圧力で分離膜との間に間隙が出来、それが原液型流路１となっても良い。
【００２２】
供給側流路１の長さは任意であるが、１００μｍ〜１００ｍｍが好ましく、２００μｍ〜３０ｍｍがより好ましく、３００μｍ〜１０ｍｍがさらに好ましい。この範囲とすることによって、低い圧力損失と十分な処理量が得られる。
【００２３】
（流入口６）
供給側流路１には流入口６が設けられている。供給側流路１に対する流入口６の位置は任意であり、供給側流路１の長手方向の一端であっても途中であっても良い。流入口６は本膜分離デバイス１００に設けられた流入口６に接続されてもよいし、本膜分離デバイス１００が反応槽などの機構を有するマイクロ流体デバイスと一体化されていて、それらの機構に接続されていてもよい。また後述のように、膜分離デバイス１００は、本基本構成を分離ユニットとする多段接続型である場合には、前段の第一流出口７及び／又は第二流出口８に接続されていても良い。
【００２４】
流入口６は、分離デバイスの外部に開口していてもよいし、配管が接続されていても良い。流入口６が分離デバイスの外部に開口している場合には、どの部材側に開口するかは任意である。
【００２５】
（第一分離膜および第二分離膜）
第一分離膜２と第二分離膜３（以下、両者を併せて、「分離膜」又は単に「膜」と称する場合がある）は、第一物質と第二物質に対する分離特性が互いに異なる分離膜であれば良い。例えば、（１）第一分離膜２は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第二物質に対して第一物質より高い透過性を示す場合、（２）第一分離膜２は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第一物質と第二物質に対して選択透過性を示さない場合、（３）第一分離膜２は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示すが、その程度は第一分離膜２より低い場合、が挙げられる。
【００２６】
ここで、「より高い透過性を示す」とは、任意の分離方法によって、選択的により多く透過させることが出来ることを意味し、例えば定常条件において、より高い透過速度を示すことの他、後述の温度を周期的に変化させる分離方法において、低温条件と高温条件における膜への吸着量の差がより大きいこと等が含まれる。
【００２７】
なお、以下、特に断らない限り、第一分離膜２は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、かつ第二分離膜３は、第一物質に対して第二物質より低い透過性を示すか、同等の透過性を示すか、若しくは前記第一物質に対して第二物質より高い透過性を示すがその程度は第一分離膜２より低いものとして説明する。
【００２８】
定常条件において第一物質に対して第二物質より高い透過速度を示す分離膜の例としては、気体分離膜、浸透気化膜、透析膜、水／エタノール分離に於けるエタノール濃縮膜として使用するフッ素系多孔質膜、水／エタノール分離に於ける水濃縮膜として使用するポリイオン多孔質膜、光学分割に使用する光学異性体の一方の透過速度が他方より速い多孔質膜又は透析膜、特定塩基配列のＤＮＡの透過速度が高い多孔質膜又は透析膜、特定構造の蛋白や糖鎖の透過速度が高い多孔質膜又は透析膜、イオン性物質分離における荷電膜を例示できる。なお、ここで言う「多孔質膜」とは、孔径にかかわらず、膜表裏を細孔が連絡している膜一般をいい、例えば、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜を例示できる。
【００２９】
低温条件と高温条件における第一物質の分離膜への吸着量の差が第二物質より大きい膜としては、特定塩基配列のＤＮＡをより多く吸着する多孔質膜や透析膜、特定構造の蛋白や糖鎖などの生化学物質をより多く吸着する多孔質膜や透析膜、イオン性物質分離における荷電膜を例示できる。このような吸着特性を付与する方法としては、例えば、膜表面に吸着すべき物質と親和性の強いプローブを固定した分離膜を例示できる。このような親和性は、分離対象が生化学物質の場合には、例えば抗原と抗体、酵素と基質、ポリ（オリゴ）ヌクレオチドの対立鎖等であり得る。また、分離すべき物質が化学物質などの場合には、水素結合、疎水結合、カチオン性／アニオン性等に基づく親和性であり得る。なお、第一物質及び／又は第二物質と第一分離膜との間の親和性と、第一物質及び／又は第二物質と第二分離膜との間の親和性とは、種類が異なっていても良い。
【００３０】
また、第一分離膜２と第二分離膜３の選択透過特性の関係について、前記（１）の「第一分離膜２は前記第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第二物質に対して第一物質より高い透過性を示す場合」としては、例えばイオン性の溶質と溶媒の分離の場合や、互いに塩基配列の異なるポリ（オリゴ）ヌクレオチドの分離、水と水溶性有機溶媒の分離等の場合に実施し得る。前記（２）の「第一分離膜２は前記第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第一物質と第二物質に対して選択透過性を示さない場合」としては、例えば水／エタノールの分離の場合に実施し得る。前記（３）「第一分離膜２は前記第一物質に対して第二物質より高い透過性を示し、第二分離膜３は第一物質に対して第二物質より高い透過性を示すが、その透過性は第一分離膜より低い場合」としては、例えば第一分離膜２と第二分離膜３が共に気体分離膜の場合に実施し得る。
【００３１】
前記第一分離膜２及び第二分離膜３として使用しうる分離膜の種類は任意であり、気体分離膜や浸透気化膜などの非多孔質膜、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜、およびこれらの表面修飾膜のような多孔質膜、透析膜のようなゲル膜であり得る。これらの中で多孔質膜が、圧力損失が小さいため好ましく、なかでも、精密濾過膜、限外濾過膜、およびこれらの表面修飾膜が、特に圧力損失が小さいため好ましい。第一分離膜と第二分離膜は種類が異なっても良いが、圧力損失がほぼ同じであることが好ましく、孔径が同じ程度の多孔質膜であることが好ましい。
【００３２】
第一分離膜２及び第二分離膜３の素材は任意であり、例えば酸化珪素、アルミナ、ガラス、セラミック、炭素、金属、有機重合体（ポリマー）等から好適な素材を選択すればよい。これらの中で、有機重合体は、多孔質体の形成が容易であり、表面特性の制御も容易であるために好ましい。その中でも、活性エネルギー線硬化性樹脂が、微小な多孔質体の形成が容易であるため特に好ましい。活性エネルギー線硬化性樹脂による多孔質体及びその製造方法は、例えば本発明者等の出願による特開平７−３１６３３６号に記載のものを使用できる。この方法は、まず多孔質体を形成すべき供給側流路の壁面に、エネルギー線重合性化合物と、該化合物は溶解するがその重合体は溶解又は膨潤させない貧溶剤との混合物を塗布する。次に、該塗膜に紫外線などの活性エネルギー線を照射し、エネルギー線重合性化合物を重合硬化させると同時に相分離させて多孔質体と成し、さらに非照射部分の未硬化の該化合物を洗浄除去するものである。エネルギー線重合性化合物としては、例えばアクリロイル基やマレイミド基を有するモノマー又はオリゴマーを好適に使用することができる。また、前記多孔質体の素材が活性エネルギー線硬化性樹脂以外の物である場合には、例えば、ゾルゲル法、湿式相分離法、乾式相分離法、共連続ミクロ相分離体の一方の成分の溶出除去法、粉体の焼結法など、各素材に応じた公知の方法を使用できる。
【００３３】
また、第一分離膜２及び第二分離膜３は必要な透過性を持たせたり、溶質の吸着を抑えたりするために表面処理を行っても良い。第一分離膜２及び第二分離膜３の素材や表面処理は互いに異なっていて良い。
【００３４】
分離の処理量を大きくするためには、供給側流路１の膜間距離に対して、分離膜の面積を大きくすることが好ましい。また、膜分離デバイス１００を板状又はシート状とし、該板面又はシート面と平行に供給側流路１の流線を配置して、なおかつ、第一分離膜２および第二分離膜３を該板面又はシート面と平行に形成した構造（即ち、後述の立体型）が、膜面積を大きくして処理量を増すことが容易で、製造も容易なため最も好ましい。次いで、第一分離膜２および第二分離膜３を該板面又はシート面に垂直に設けた構造（即ち、後述の平面型）が、微小な膜分離デバイスを形成することが容易で、多段型の製造も比較的容易であるため好ましい。本発明の膜分離デバイス１００が多段型である場合には、供給側流路１毎、或いは段毎に、第一分離膜２および第二分離膜３の形成面が異なっていても良い。
【００３５】
第一分離膜２および第二分離膜３の厚みは任意であるが、好ましくは１０〜１０００μｍ、さらに好ましくは２０〜３００μｍ、最も好ましくは３０〜２００μｍである。この範囲とすることで、取り扱い性の容易さ、重分な強度、圧力損失の過大化の防止、及び、膜分離デバイス１００のコンパクト化が図れる。
【００３６】
第一分離膜２および第二分離膜３が多孔質膜である場合や多孔質支持層を有する分離膜である場合には、流体が該多孔質部の細孔を膜面に平行に流れて分離膜側面から漏洩することを防ぐため、該分離膜の周囲部の細孔を閉塞（目止め）することが好ましい。前記周囲部の目止めは、例えば、分離膜の周囲側面の目止めであってもよいし、分離膜の面内において供給側流路１及び透過側流路を含む領域を囲む部分の細孔の目止めであってもよいし、分離膜の面内において供給側流路１及び透過側流路を含む領域以外の部分の細孔の目止めであってもよいし、分離膜の面内において供給側流路１又は透過側流路と面する部分以外の部分の細孔の目止めであってもよい。
【００３７】
目止めの方法は任意であり、例えば、目止めする部分の分離膜を圧迫して細孔をつぶす方法、目止めする部分の分離膜を加熱して細孔をつぶす方法、目止めする部分の細孔に物質を充填する方法などを例示できる。細孔に充填する物質は、選択的硬化が可能な物質、選択的不溶化が可能な物質、選択的可溶化が可能な物質、又は選択的分解が可能な物質であれば良く、活性エネルギー線硬化泳樹脂、活性エネルギー線架橋性樹脂、活性エネルギー線分解性樹脂、熱硬化性樹脂、熱分解性樹脂、光硬化性ガラスなどを例示できる。
【００３８】
（第一透過側流路および第二透過側流路）
第一透過側流路４は、前記第一分離膜２を介して前記供給側流路１と接合された流路であり、前記第一分離膜２を透過する流体を流し、第一流出口７から流出させる。また、第二透過側流路５は、前記第二分離膜３を介して前記供給側流路１と接合され、前記第二分離膜３を透過する流体を流し、第二流出口８から流出させる。
【００３９】
第一透過側流路４、第二透過側流路５（以下、この二者を併せて、単に「透過側流路」と称する場合がある）は、それぞれ膜面から対向面までの距離は任意であるが、１〜１０００μｍが好ましく、１０〜５１０μｍがさらに好ましい。この範囲とすることによって、圧力損失が過剰に大きくならず、デッドボリュームが過大にならず、かつ本膜分離デバイス１００をコンパクトにできる。
【００４０】
透過側流路の形状は任意であり、上記供給側流路１と、膜を挟んで対象な形状の空洞とすることが好ましいが、必ずしも供給側流路１と同じ形状（又は対称形）にする必要はない。例えば、供給側流路１より広い面積を持つ形状でも、狭い面積を持つ形状でも良いし、焼結体などの、前記分離膜より孔径の大きい多孔質体の連通細孔であってもよい。また、運転圧力による分離膜の撓みを抑制するために、供給側流路１と膜を挟んで対象な形状の空洞の中に、柱、壁、分離膜より孔径の大きい多孔質体などを設けることも好ましい。
【００４１】
（第一流出口７および第二流出口８）
第一透過側流路４に第一流出口７が、第二透過側流路５には第二流出口８が形成されており、各透過側流路へ透過した流体をそれぞれの流出口から流出させることが出来る。第一流出口７及び第二流出口８は、それぞれ、第一透過側流路４または第二透過側流路５の任意の位置に設けることができる。
【００４２】
第一流出口７は後述の第一取出口５２に接続されても良いし、本膜分離デバイスが多段型である場合には次段の分離ユニットの流入口６に接続されていても良い。第二流出口８についても、後述の第二取出口５３に接続されても良いし、本膜分離デバイスが多段型である場合には次段の分離ユニットの流入口６に接続されていても良い。
【００４３】
（第一取出口および第二取出口）
本発明の膜分離デバイスには、第一物質が濃縮分離された流体を取り出すための第一取出口５２、および第二物質が濃縮分離された流体を取り出すための第二取出口５３を設けることが出来る。第一取出口５２および第二取出口５３の形成位置や形状は任意であり、本膜分離デバイス１００外への開口部であってよいし、接続配管が接続されていてもよいし、本膜分離デバイス１００と一体化されたマイクロ流体デバイスの何らかの機構、例えば反応用流路や分析機構に接続されていても良い。
【００４４】
［多段型膜分離デバイスの基本構成］
本膜分離デバイスにおいて、前記分離ユニットによる分離が不十分である場合には、上流から下流にかけて前記分離ユニットを複数段にわたって配置することができる。該多段配置の方式は任意であり、例えば、（１）特定の段において、該段以前の第一流出口７を最も多く通過した流路の第一流出口７のみを次段の流入口６に接続する方式、（２）最終段までの各段の分離ユニットの第一流出口７及び第二流出口８の全てをそれぞれ次段の分離ユニットの流入口６に接続する方式、などが挙げられる。
【００４５】
好ましい態様の一つとしては、上流から下流にかけて上記分離ユニットが複数段にわたって配置され、
上流段における第一の分離ユニット又は二以上の分離ユニットが流入口６、第一流出口７及び第二流出口８を共有して並列に接続された分離ユニット団（以下、分離ユニット（団）と略記する。）の第一流出口７が、中流段における第二の分離ユニット（団）の流入口６に接続されるとともに、前記第一の分離ユニット（団）の前記第二流出口８が、中流段における第三の前記分離ユニット（団）の流入口６に接続され、
中流段における前記第二の分離ユニット（団）の前記第一流出口７が、下流段における第四の前記分離ユニット（団）の流入口６に接続されるとともに、前記第二の分離ユニット（団）の前記第二流出口８が、中流段における第五の前記分離ユニット（団）の流入口６に接続され、
中流段における前記第三の分離ユニット（団）の前記第二流出口６が、下流段における第六の前記分離ユニット（団）の流入口６に接続されるとともに、前記第三の分離ユニット（団）の前記第一流出口７が、前記第五の分離ユニット（団）の流入口６に接続された態様が挙げられる。
【００４６】
該態様の好ましい具体例としては、図２に基本構成の概念図を示した構成、すなわち、上流から下流にかけて、上記分離ユニット（団）が複数段配置され、第一段（ここで、流体が流通する回数が同一となるユニット群を同一段とし、流体が最初に通過する段を第一段とする。）に並置（ここで、並置とは、同じ段に配される分離ユニット（団）が、各々異なる流入口を有して配置されていることをいう。）された分離ユニット（団）数が１以上であり、
第一段以降の任意の段における分離ユニット（団）数が直上流段よりも１つ多く並置され、直上流段の分離ユニット（団）の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニット（団）の流入口６に接続され、
最下段の分離ユニット（団）中の前記第一分離膜２の通過回数が最多となる流体が流出される第一流出口７が前記第一物質を取り出す第一取出口と接続され、且つ最下段の分離ユニット（団）中の前記第二分離膜３の通過回数が最多となる流体が流出される第二流出口８が前記第二物質を取り出す第二取出口と接続された態様が挙げられる。
【００４７】
当該態様を、説明の簡便のため分離ユニットのみが配され且つ第一段に配される分離ユニット数が１である場合を例として、更に詳細に説明する。第一段の直下段である第二段においては分離ユニットが二つ並置される。ここで第一段と第二段との接続は、第一段分離ユニットにおける第一流出口７が、連絡流路４２にて第二段第一番分離ユニットの流入口６に接続され、第一段分離ユニットの第二流出口８が、連絡流路４３にて第二段第二番分離ユニットの流入口６に接続されている。
【００４８】
さらに、本膜分離デバイスが３段以上の多段型である場合には、前記第二段第一番分離ユニットの第一流出口７が、連絡流路４２にて第三段第一番分離ユニットの流入口６に接続され、前記第二段第一番分離ユニットの第二流出口８が、連絡流路４３にて第三段第二番分離ユニットの流入口６に接続されている。また、前記第二段第二番分離ユニットの第一流出口７が、第三段第二番分離ユニットの流入口６に接続され、前記第二段第二番分離ユニットの第二流出口８が、第三段３番分離ユニットの流入口６に接続されている。
【００４９】
上記のとおり、第ｎ段第ｉ番分離ユニット（但し、ｎは１〜ｋの整数、ｉは１〜ｎの整数、ｋは２以上の整数。以下同様）の第一流出口６は、第ｎ＋１段第ｉ番分離ユニットの流入口６に接続され、第ｎ段第ｉ番分離ユニットの第二流出口８は第ｎ＋１段第ｉ＋１番分離ユニットの流入口６に接続される。
【００５０】
そして、最終段（第ｋ段とする）の分離ユニットの各流出口の中で、第一段分離ユニットの流入口６から最終段のいずれかの流出口に至るまでに、第一分離膜２を最も多数回透過した流体の流出口、即ち第ｋ段第一番分離ユニットの第一流出口７が、連絡流路４２にて第一取出口５２に接続され、ここから第一物質が最も分離濃縮された溶液を取り出すことが出来る。また、最終段の分離ユニットの各流出口の中で、第一段分離ユニットの流入口６から最終段のいずれかの流出口に至るまでに、第二分離膜３を最も多数回透過した流体の流出口、即ち、最終段（第ｋ段）第ｋ番（ｋは同段でのｉの最大値となる）分離ユニットの第二流出口８が、連絡流路４３にて第二取出口５３に接続され、ここから第二物質が最も分離濃縮された溶液を取り出すことができる。第ｋ段の他の流出口から流出する試料の処置は任意であり、例えば、その中の幾つかを前記第一取出口５２に接続し、その中の幾つかを前記第二取出口５３に接続してもよいし、全てを前記第二取出口５３に接続してもよいし、第三取出口５４を設けてそこに接続してもよいし、第一段分離ユニットの流入口６に（ポンプを介して）リサイクルしてもよい。
【００５１】
ここで、本態様の多段配置に於いては、第二段第一分離ユニットの第二流出口８と、第二段第二番分離ユニットの第一流出口７とが、第三段において異なる分離ユニットの流入口６に接続されているのではなく、共に第二段第二分離ユニットの流入口６に接続される。例えば、当初流体試料（試料Ａ）に含まれる第一物質および第二物質の濃度をそれぞれ５０％ずつと仮定する。その試料を第一段分離ユニットに通過させると、試料に含まれる第一物質が第一分離膜をより多く透過し、第二物質は第二分離膜３をより多く透過し、かつ、それぞれの膜の流体透過量は等しいとする。その結果、第一段分離ユニットの流出口６から流出する試料は、例えば第一物質の濃度が６０％に上昇するとともに、第二物質の濃度が４０％に下降する。一方、第一段分離ユニットの第二流出口８から流出する試料は、マテリアルバランスから第一物質の濃度が４０％に下降するとともに、第二物質の濃度が６０％に上昇する。
【００５２】
これらの試料を第二段第一番分離ユニットの流入口６に流入させると、上記と同様に第一物質が第一分離膜２をより多く透過し、第二物質が第二分離膜３をより多く透過し、その結果、第二段第一番分離ユニットの第一流出口７から流出する試料は、例えば第一物質の濃度が７０％に上昇するとともに、第二物質の濃度が３０％に下降する。一方、第二段第一番分離ユニットの第二流出口８から流出する試料（試料Ｂ）は、例えば第一物質の濃度が５０％に下降するとともに、第二物質の濃度が５０％に上昇する。一方、第二段第二番分離ユニットの流入口６に流入された試料は、第二段第二番分離ユニットの第一流出口７から流出する試料（試料Ｃ）は、例えば第一物質の濃度が５０％に上昇するとともに、第二物質の濃度が５０％に下降する。一方、第二段第二番分離ユニットの第二流出口８から流出する試料は、例えば第一物質の濃度が３０％に下降するとともに、第二物質の濃度が７０％に上昇する。
【００５３】
ここで、第二段第一番分離ユニットの第二流出口８から流出する試料Ｂの第一物質および第二物質の濃度は、第二段第二番分離ユニットの第一流出口７５から流出する試料Ｃの濃度とほぼ等しくなっている。したがって、試料Ｂおよび試料Ｃを異なる分離ユニットで分離処理する利益はない。そこで、試料Ｂおよび試料Ｃを異なる供給側流路に流入させるのではなく、同一の第三段第二番分離ユニットの流入口６に流入させるのである。このとき、試料Ｂと試料Ｃの膜（第一分離膜２か第二分離膜３かは問わない）透過回数は同じであるため圧力低下もほぼ等しく、合流させることが可能である。
【００５４】
即ち、本実施態様における分離ユニットの段階的配置は、１段毎に分離ユニットが一つずつ増える配置である。このような接続構造とすることによって、一つの分離ユニットがそれぞれ次段の互いに異なる二つの分離ユニットに接続された構造、即ち、１段毎に分離ユニット数が２倍になる構造に比べて分離ユニット数を少なくでき、スペースファクターが向上する。
【００５５】
多段接続に於いて、第二段以降の各分離ユニットの構成要素である、流入口６、供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一流出口７、第二流出口８、の構造や寸法は全て同じである必要はなく、それぞれの分離ユニットで異なっていて良い。
【００５６】
また上記は、第一段の分離ユニット数が一つの例であるが、複数設けられていてもよい。例えば第一段の分離ユニット数が二つである場合には、上記説明の第一段分離ユニットが無く、導入口５１を、第二段の２つの分離ユニットの流入口６に接続した構造となる。
【００５７】
分離ユニットの段数は、１段又は２段であってもよいが、３段以上が好ましい。多段構造とすることによって、単段での分離能が低い分離対象も良好に分離することができる。段数の上限は特に制限はないが、過大であると圧力損失が高くなり、高い運転圧力が必要となると共に、膜分離デバイスやその配管接続部の耐圧性を高くする必要が生じるため、３０段以下が好ましく、２０段以下が更に好ましく、１０段以下が最も好ましい。
【００５８】
本発明においては、上記の態様に於いても、また、１段増す毎に分離ユニット数が倍に成る方式に於いても、従来の多段型膜分離装置とは異なり、各段毎にポンプを要しないため構造が極めて単純となり、容易にマイクロ流体デバイス内に組み込むことができる。
【００５９】
［濃縮溶液量を確保するための構成］
上記の多段型の膜分離デバイスにおいて、段数が多くなるにつれ、採取される濃縮溶液の量が減少し、処理量や収率が低下することになる。この不都合を回避する方法として下記の２つの方式を好ましく実施できる。
【００６０】
（方式１）
第一の方式は、任意の二つの段において、好ましくは全段において、それぞれの段における前記第一分離膜の膜面積の総和を略同一にし、かつ、前記第二分離膜の膜面積の総和も略同一にする方式である。即ち、各段で分離ユニットの数が異なっても膜面積の総和を同じにする。これにより、最終段からの濃縮溶液の取出量の低下をなくすことが可能になる。
【００６１】
例えば、総数がｋ−１個（但し、ｋは２以上の整数であり、ｋ−１段は最終段より１つ上流の段）の分離ユニットで構成されている第ｋ−１段の各分離ユニットの第一分離膜２の膜面積を、第ｋ段（最終段）の各分離ユニットの第一分離膜２の膜面積のｋ／（ｋ−１）倍にし、第二分離膜についてもｋ／（ｋ−１）倍にすると、第ｋ段と第ｋ−１段の各膜面積の総和は等しくなる。同様にして、第一段の分離ユニットの第一分離膜２の膜面積を、第ｋ段の各分離ユニットの第一分離膜２の膜面積のｋ倍にし、第二分離膜についてもｋ倍にすると、第一段と第ｋ段の各膜面積の総和は等しくなる。そして、第一段の分離ユニットの流入口６に供給する原液の量をｋ倍とすることにより、全ての分離ユニットの膜面積が同じである場合に比べて、全膜面積の総和をｋ倍にすることなく、前記第一取り出し口及び第二取り出し口からの流出量をｋ倍にすることができる。
【００６２】
分離ユニットの特定の段の膜面積を拡大する方法としては、例えば、（１）該段の分離ユニットを完全に並列に多数接続する、（２）供給側流路１（及び、分離膜、透過側流路）の幅を広げる、（３）供給側流路１（及び、分離膜、透過側流路）の長さを増す、（４）供給側流路１（及び、分離膜、透過側流路）を櫛形や樹枝形などの形状にする、といった方法を採ることが出来る。
【００６３】
上記（１）の分離ユニットを完全に並列に多数接続する方法においては、分離ユニット団を使用すればよい。この場合、各分離ユニットの膜面積を全て同じと仮定すると、図３に４段構成の場合の概念図を示したように、第一段の分離ユニット団中の並列接続数を略（ｋ／ｎ）＝（４／１）倍、即ち四つにし、また、第二段の分離ユニット団中の並列接続数を略（ｋ／ｎ）＝（４／２）倍、即ち各々二つにする。但し、分離ユニット団中の並列接続数は自然数なので、例えば第三段のように、（ｋ／ｎ）＝（４／３）の値が整数にならない場合には、それに近い整数値（この場合は１倍即ち四つ）にすればよい。
本方法は、立体型膜分離デバイス、平面型膜分離デバイスのいずれの場合にも容易に実施出来る。
【００６４】
上記（２）の供給側流路１の幅を広げる方法の場合、膜間距離に対して流路の幅を大幅に広くすると、膜間距離を一定に保つことに困難が生じる。これを解決するために、供給側流路１内に膜間距離を一定に保つための支柱や壁を設けることが好ましい。本方法は、後述の立体型の膜分離デバイスの場合に好適である。この場合、分離ユニットにおける第一分離膜２と第二分離膜３との距離は供給側流路層の厚さによって固定され、供給側流路１の幅の拡大は容易に実施可能だからである。
【００６５】
上記（３）の供給側流路１の長さを増す方法の場合には、該流路を例えばジグザグ状や渦巻き状などの形状にすることが好ましい。本方法は、立体型膜分離デバイスの場合にも、後述の平面型膜分離デバイスの場合に好適である。
【００６６】
上記（４）の供給側流路１を櫛形や樹枝形などの形状にする方法も好ましい。本方法も、立体型膜分離デバイス、平面型膜分離デバイスのいずれの場合にも容易に実施出来る。
勿論、上記の（１）〜（４）は併用しても良い。これら方法により、処理量の低下を軽減又はなくすことが出来る。
【００６７】
（方式２）
第二の方式は、特定の段以降において、各段の分離ユニット（団）数と流出口の接続方法を変える方式である。すなわち、上流から下流にかけて前記分離ユニット（団）が複数段配置され、第一段に並置された前記分離ユニット（団）が１以上であり、
第一段から任意の特定段までは、該段における分離ユニット（団）数が直上流段よりも１つ多く並置され、直上流段の分離ユニット（団）の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニット（団）の流入口６に接続され、
前記特定段及び前記特定段より下流側の偶数段においては、分離ユニット（団）数が前記特定段と同じ数だけ並置され、
これら段中の分離ユニット（団）における前記第一分離膜２の通過回数が最多となる流体が流出される第一流出口７が前記第一物質を取り出す第一取出口と接続され、最下段の分離ユニット（団）中の前記第二分離膜３の通過回数が最多となる流体が流出される第二流出口８が前記第二物質を取り出す第二取出口と接続され、その他の第一流出口７及び第二流出口８は下流段の分離ユニット（団）の流入口６に接続され、
前記特定段より下流側奇数段においては、分離ユニット（団）数が前記偶数段よりも１つ少なく並置され、該段中の分離ユニット（団）の第一流出口７及び第二流出口８が直下流段の異なる分離ユニットの流入口６に接続されている方式である。
【００６８】
本方式に於いて、第一段から特定の段までの範囲は、図２に示した基本構成と同様の構成とされており、任意の特定段（前記基本構成の最終段）以降に、該特定段以降奇数番目の段の分離ユニット（団）数が前記特定段より１少なく、偶数番目の分離ユニット（団）数が前記特定段と同じであるような段を付加した構成となっている。そして、前記特定の段及び前記付加された段の範囲の偶数番目の段において、各段について第一分離膜の通過回数が最多となる流出口が合計されて第一取出口５２に接続され、同じく第二分離膜の通過回数が最多となる流出口が合計されて第二取出口５３に接続されている。それ以外の流出口は前記多段型分離デバイスの基本構成と同様に接続する。
【００６９】
本方式を、分離ユニットのみを使用した場合を例として更に詳細に述べると、図４にその構成を例示したように、第一段から第ｋ段（但し、ｋは正の整数）までの範囲では、前記の多段型分離デバイスの基本構成と同様に、１段下流へ進む毎に分離ユニットが１個増え、第ｋ段ではｋ個となる配置とされている。そして、第ｋ段より下流段においては、一段毎に分離ユニット数は交互に（ｋ−１）個とｋ個が繰り返される。
【００７０】
第ｋ段より奇数段だけ下流の段、即ち第（ｋ＋２ｍ−１）段（但し、ｍは正の整数。以下同様。）の分離ユニット数は、ｍの値にかかわらず全て（ｋ−１）個とされ、第ｋ段より偶数段だけ下流の段、即ち第（ｋ＋２ｍ）段の分離ユニットの数は、ｍの値にかかわらず全てｋ個とされる。そして、各段の各流出口は次のように接続される。
【００７１】
第ｋ段は、該段中のｋ個の分離ユニットの第一流出口７のうち、該段に至るまでの第一分離膜の透過回数が最多となる第一流出口７、即ち、第ｋ段第一番分離ユニットの第一流出口７、が連絡流祖４２により第一取出口５２に接続される。また、該段中のｋ個の分離ユニットの第二流出口８のうち、該段に至るまでの第二分離膜の透過回数が最多となる第二流出口８、即ち、第ｋ段第ｋ番分離ユニットの第二流出口８、が連絡流祖４３により第二取出口５３に接続されている。
【００７２】
第ｋ段のその他の流出口は次の様にして次段に接続される。即ち、第ｋ段第（ｊ＋１）番［但し、ｊ＝１〜（ｋ−１）。以下同様。］分離ユニットの第一流出口７は、次段の第ｊ番分離ユニットの流入口６にそれぞれ接続され、第ｋ段第ｊ番分離ユニットの第二流出口８は、次段の第ｊ番分離ユニットの流入口６にそれぞれ接続される。
【００７３】
第（ｋ＋２ｍ−１）段第ｊ番［ｊ＝１〜（ｋ−１）］分離ユニットの第一流出口７は、次段の第（ｋ＋２ｍ）段第ｊ番分離ユニットの流入口６に接続され、第（ｋ＋２ｍ−１）段第ｊ番分離ユニットの第二流出口８は、次段の第（ｋ＋２ｍ）段第（ｊ＋１）番分離ユニットの流入口６に接続される。
【００７４】
第（ｋ＋２ｍ）段の各分離ユニットの接続方法は、該段が最終段でない場合には、前記本方式２に於ける第ｋ段と同様である。該段が最終段である場合には、前記多段型膜分離デバイスの基本構成の第ｋ段（最終段）と同様である。本方式２に於いては、第（ｋ＋２ｍ）段、即ち、第ｋ段より偶数段だけ下流の段を最終段とすることが好ましい。
【００７５】
上記の構成により、第ｋ段以降第（ｋ＋２ｍ）段までの範囲で第一分離膜の通過回数が最多となる流体、即ち、上記第ｋ段及び（ｋ＋２ｍ）段の各段の第一番分離ユニットの第一流出口７から流出する流体が、全ｍについて合計されて第一取出口５２から取り出され、第ｋ段以降第（ｋ＋２ｍ）段までの範囲で第二分離膜の通過回数が最多となる流体、即ち、上記第ｋ段及び（ｋ＋２ｍ）段の各段の第ｋ番分離ユニットの第二流出口８から流出する流体が、全ｍについて合計されて第二取出口５３から取り出される。
【００７６】
第一取出口５２と各第一流出口７とを結ぶ連絡流路４２には、各段の第一流出口７の圧力と該段の他の流出口の圧力とを揃えるために、流量調節弁、圧力損失を生じるような流路部分、或いは、圧力損失を増すための分離膜を設けることが好ましい。この分離膜は、透過することにより圧力損失を生じるものであれば良く、分離能を有する必要はない。第二取出口５３と各第二流出口８とを結ぶ連絡流路４３についても同様である。
【００７７】
本方式に於いては、第ｋ段及び第（ｋ＋２ｍ）段において取出口へ流れる量だけ、次段へ流れる流量が減少するから、第ｋ段以降に付加する段数を多くする、即ち、前記ｍの値を大きくすると、第一段の流入口６に導入された液体の大部分が第一取出口５２と第二取出口５３から取り出されることになる。このように構成にすることによって、スペースファクターを高く維持しながら、分離液の収率を増すことが出来る。
【００７８】
本方式２によって収率の低下を軽減又はなくすことが出来る。上記方式１と方式２は好ましく併用することが出来る。
【００７９】
以上分離ユニットのみを使用した場合を例として説明したが、もちろん分離ユニットの代わりに分離ユニット団を使用することもできる。
【００８０】
［その他の機構］
本発明の膜分離デバイス１００は、その他の機構として、例えば以下ような構成を付加してもよい。各分離ユニットの第一分離膜２と第二分離膜３の圧力損失の違いを補正するために、各連絡流路の任意の部分に、可変型、半固定型、または固定型の流量調節バルブを設けることも可能である。また、周期的に温度を変える分離方法に使用する場合などの用途に好適な構造として、各流出口と次段の流入口６との間に、溶液を一次貯留しておくための貯留槽となる空洞を設けることも出来る。
【００８１】
また、最終段における複数の流出口のうち、取出口に接続されていない流出口を、上流段の分離ユニットの流入口６にポンプを介して接続してもよい。具体的には、取出口に接続されていない流出口を第三取出口５４に接続し、この第三取出口５４をポンプを介して第一段分離ユニットの流入口６に接続する。なお、第一段以外の分離ユニットに接続することも可能であり、複数の分離ユニットに接続することも可能である。これにより、取出口に接続されていない流出口から流出した流体を、上流段の分離ユニットに還流させることが可能になり、試料を効率的に利用することができる。
【００８２】
［実施態様］
以下、本発明の代表的な実施態様につき詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００８３】
［実施態様１：立体型１段膜分離デバイス］
図５は立体型の態様に係る１段型膜分離デバイスの斜視分解図である。図５に描かれた姿勢で説明すると、本実施態様の膜分離デバイス１００は、上面から下方に向かって、基材１１、第一透過側流路４が形成された第一透過側流路層１２、第一分離膜２が形成された第一分離膜層１３、供給側流路１が形成された供給側流路層１４、第二分離膜３が形成された第二分離膜層１５、第二透過側流路５が形成された第二透過側流路層１６、およびカバー層１７がこの順に積層されて固着されている。第一透過側流路４、第一分離膜２、供給側流路１、第二分離膜３、及び第二透過側流路層１６は全て同じ形状と寸法を持ち、互いに位置を合わせて積層されている。
【００８４】
ここで、基板１１と第一透過側流路層１２は異なる二つの独立した部材として形成されているが、第一透過側流路４となる溝を有する一体化された部材であってもよく、カバー層１１７と第二透過側流路層１６についても、第二透過側流路５となる溝を有する一体化された部材であってもよい。他の部材についても、複合化された部材であっても良い。
【００８５】
基材１１や上記の各層を構成する素材は任意であり、前述の本発明の分離デバイスを構成する材料を使用できる。例えば、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物への活性エネルギー線のパターン照射による硬化法、活性エネルギー線分解性樹脂の活性エネルギー線のパターン照射とエッチング法、フォトリソグラフ法、レーザーアブレーションやＸ線アブレーション、３次元光造形法等により好ましく製造できる。
【００８６】
（供給側流路）
供給側流路１は、図５に示された姿勢に於いて、両側面が供給側流路層１４の流路壁、下面が第一分離膜層１３の一部として形成された第一分離膜２、上面が第二分離膜層１５の一部として形成された第二分離膜３を流路壁として形成されている。供給側流路１の第一分離膜２と第二分離膜３間の平均距離は１〜２００μｍの範囲とされている。
【００８７】
（第一分離膜および第二分離膜）
第一分離膜層１２の一部に第一分離膜２、第二分離膜層の一部に第二分離膜３が形成され、第一分離膜２と第二分離膜３は、供給側流路１を挟んで、実質的に平行に形成されている。第一分離膜層１２は、第一分離膜２以外の部分、即ち、供給側流路１に面しない部分は活性エネルギー線硬化性樹脂で細孔が充填されて目止めされている。第二分離膜層１５も同様である。
【００８８】
（流入口、第一流出口、第二流出口）
供給側流路１が第一分離膜２及び第二分離膜３に面しなくなる部分が流入口６とされ、第一透過側流路４が第一分離膜２に面しなくなる部分が第一流出口７とされ、第二透過側流路５が第二分離膜３に面しなくなる部分が第二流出口８とされている。
【００８９】
（導入口、第一取出口、第二取出口、連絡流路）
基材１１の上面に導入口５１、第一取出口５２、及び第二取出口５３が設けられており、導入口５１と流入口６とは、基材１１、第一透過側流路層１２、および第一分離膜層１３に開けられた孔状の部分と、供給側流路層１４に設けられた線状の部分から成る連絡流路４１でもって結ばれている。また、第一流出口７と第一取出口５２とは、基材１１に開けられた孔状の部分と、第一透過側流路層１２に設けられた線状の部分から成る連絡流路４２でもって結ばれている。さらに、第二流出口８と第二取出口５とは、基材１１、第一透過側流路層１２、および第一分離膜層１３、供給側流路層１４，および第二分離膜層１５に開けられた孔状の部分と、第二透過側流路層に設けられた線状の部分から成る連絡流路４３でもって結ばれている。
【００９０】
導入口５１、第一取出口５２、及び第二取出口５３は全て機材１１に開口部として設けられているが、本膜分離デバイス１００の任意の位置設けて良い。例えば、カバー層１７に設けても良いし、膜分離デバイス１００の側面に設けても良い。
【００９１】
本態様は、第一分離膜２と第二分離膜３が異なる層として形成できるため、異なる透過特性を容易に付与することが出来る。又、膜面積の調節範囲の自由度も高い。
【００９２】
［実施態様２：立体型多段膜分離デバイス］
本態様は、上述の立体型１段分離デバイスを分離ユニットとし、これを前記多段型膜分離デバイスの基本構成、方式１、及び方式２に述べたように多段配置して構築される。即ち、全分離ユニットの供給側流路１が供給側流路層１４に、全分離ユニットの第一分離膜２が第一分離膜層１３に、全分離ユニットの第二分離膜が第二分離膜層１５に、全分離ユニットの第一透過側流路４が第一透過側流路層１２に、及び全分離ユニットの第二透過側流路５が第二透過側流路１６に形成され、例えば図２、図３、図４に示された様な形状に分離ユニットが配置される。連絡流路４１、４２、４３は上記の任意の層中に適宜設けることが出来る。
【００９３】
本態様は、全ての分離ユニットの第一分離膜２を一つの第一分離膜層１３に形成でき、全ての分離ユニットの第二分離膜３を一つの第二分離膜層１５に形成でき、かつ、第一分離膜２と第二分離膜３が異なる層として形成できるため、異なる透過特性を持つ分離膜の形成が容易である。
【００９４】
［実施態様３：平面型１段膜分離デバイス］
図６は、平面型１段膜分離デバイスの態様の斜視分解図である。平面型の態様では、供給側流路１、第一分離膜２，第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び、連絡流路４１、４２、４３は全て中間層１８に形成され、該層が基材１１とカバー層１７によって挟持されて形成されている。
本態様は、少ない部材数で構成できるため生産性が高い。
【００９５】
［実施態様４：平面型多段膜分離デバイス］
本多段型膜分離デバイスの態様では、上述の平面型１段分離デバイスを分離ユニットとし、これを平面内で、前記多段型膜分離デバイスの基本構成、方式１、及び方式２に述べたように多段配置することで、立体型多段分離デバイスが構築される。即ち、各分離ユニットの供給側流路１、第一分離膜２，第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び、連絡流路４１、４２、４３は全て１つの中間層１８に形成され、例えば図２、図３、図４に示された様な形状に分離ユニットが配置される。そして、該中間層１８が基材１１とカバー層１７によって挟持されて形成されている。但し、前記方式２の膜分離デバイスの場合などには、連絡流路４１、４２、４３の一部を、中間層１８と基材１及び／又はカバー層１７との間に他の層を設けて、そこに形成することも出来る。
本態様は、少ない部材数で多段型の膜分離デバイスが構成できるため生産性が高い。
【００９６】
［膜分離方法］
本発明の分離方法は、流体に含まれる二種の物質、即ち第一物質と第二物質を相互に分離する方法であって、本発明の膜分離デバイスを使用し、その流入口６に分離すべき流体を導入し、第一取り出し口から第一物質濃縮成分を取りだし、第二取り出し口から第二物質濃縮成分を取りだ素ことによって分離する。分離対象は、本発明の膜分離デバイスの分離膜の項で述べたとおりである。
【００９７】
本発明の分離方法において、分離する温度や流体の流速などの分離条件は任意であり、例えば、分離すべき溶液を連続的に注入し、定常状態で分離することも出来るし、温度を周期的に変動させて、分離膜への溶質の選択的吸脱着により分離することも出来る。又、流量を周期的に変動させて分離効率を上げることも出来る。
【００９８】
［静的な方法］
本方法は、温度や流体の流速を一定に保つ方法であり、従来の膜分離で通常用いられる方法である。本方法は複雑な運転条件制御が不要であり、好ましい方法である。
【００９９】
［動的な方法］
本方法は、温度や流体の流速を変化させて分離する方法であり、分離膜の第一物質又は第二物質に対する吸着性の差を利用した分離に好ましく使用される。これは例えば、低温条件にて溶質を分離膜に吸着させ、高温条件で脱着させて、吸脱着量の差で分離を行う。本方法は従来の膜分離では分離が困難であった、生化学物質や光学分割に好ましく用いられる。
【０１００】
本分離方法は、例えば、本膜分離デバイス１００に特定の２つの温度間を周期的に変化させたときに、第一分離膜の第一物質に対する吸脱着量（即ち、吸着量と脱着量の差）が、第一物質に対する吸脱着量より大きく、また、第二分離膜は、前記第一物質に対して第二物質より低い吸脱着量を示すか、同等の吸脱着量を示すか、若しくは前記第一物質に対して第二物質より高い吸脱着量を示すがその程度は第一分離膜より低い場合に好ましく適用出来る。説明の簡略化のために、第一分離膜の第一物質に対する吸脱着量が、第二物質に対する吸脱着量より大きく、また、第二分離膜は、前記第一物質に対して第二物質より低い吸脱着量を示す場合について述べる。
【０１０１】
本膜分離デバイスに原液を流しつつ、特定の２つの温度間を周期的に変化させると、低温において、第一物質は第一分離膜により多く吸着され、第二物質は第二分離膜により多く吸着される。このとき、供給側流路の膜間距離を本発明の膜分離デバイスの様な値とすることによって、拡散混合が十分に行われ、第一物質、第二物質はそれぞれ吸着され易い分離膜に移動することが出来る。次に温度を上昇させると、吸着されていた物質は脱着し、透過側流路に流入し、流出口から流出する。上記の方法に於いて、低温時に流速を低く保ち或いは停止し、昇温時には流速を高くすることが好ましい。これにより、低温時に選択吸着するための十分な時間が与えられ、昇温による脱着時の逆混合が防止される。流速の最適条件は、昇降温の速度や各流路の容積などにより異なるが、簡単な条件検討により求めることが出来る。
【０１０２】
昇降温の周期は任意であるが、例えば、好ましくは０．５秒〜３分、更に好ましくは１秒〜２分、最も好ましくは３秒〜１分である。昇降温の方法は任意であり、膜分離デバイスに組み込んだ電気ヒーターによる周期的加熱、膜分離デバイスに組み込んだ加熱／冷却用流路への熱媒及び／又は冷媒の周期的導入、膜分離デバイス外からのレーザー光、赤外線、マイクロ波などの周期的な照射、温度の異なる媒体（固体、液体、または気体）との周期的接触等を採用しうる。
【０１０３】
他の動的な方法として、温度の周期的変化の代わりに、超音波やマイクロ波の周期的な照射／非照射により、吸脱着させる方法も使用しうる。
【実施例】
【０１０４】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例の範囲に
限定されるものではない。
【０１０５】
［紫外線硬化性の組成物（Ｘ１）の調製］
活性エネルギー線重合性化合物としてジシクロペンタニルジアクリレート「ＤＣＡ−２００」（大日本インキ化学工業株式会社製）８０部および平均分子量約２０００の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー「ユニディックＶ−４２６３」（大日本インキ化学工業株式会社製）２０部、光重合開始剤としてチバガイギー社製１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア１８４」５部、及び、重合遅延剤として関東化学株式会社製２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン０．１部を均一に混合して紫外線硬化性の組成物（Ｘ１）を調製した。
【０１０６】
［紫外線硬化性の組成物（Ｘ２）の調製］
２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテンを添加しなかったこと以外は紫外線硬化性組成物（Ｘ１）と同様にして紫外線硬化性の組成物（Ｘ２）を調製した。
【０１０７】
［製膜液（Ｙ１）の調製］
活性エネルギー線重合性化合物として、前記「ＤＣＡ−２００」を５０部、および前記
「ユニディックＶ−４２６３」５０部、アクリル酸１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプタデカフルオロ−ｎ−デシルエステル（和光純薬工業株式会社製）を０．５質量部、貧溶剤としてデカン酸メチル（和光純薬工業株式会社製）を２４０質量部、紫外線重合開始剤として前記「イルガキュア１８４」を５質量部、均一に混合して、製膜液（Ｙ１）を調製した。
【０１０８】
［製膜液（Ｙ２）の調製］
前記アクリル酸１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプラデカフルオロ−ｎ−デシルエステルを混合しなかったこと以外は、前記多孔質膜製膜液（Ｙ１）と同様にして、製膜液（Ｙ２）を調製した。
【０１０９】
［製膜液（Ｙ３）の調製］
前記アクリル酸１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−ヘプラデカフルオロ−ｎ−デシルエステルを混合せず、その代わりにグリシジルメタクリレート（和光純薬株式会社製）以外は、前記多孔質膜製膜液（Ｙ１）と同様にして、製膜液（Ｙ３）を調製した。
【０１１０】
［紫外線の照射］
２５１Ｗ高圧水銀ランプを光源とするウシオ電機株式会社製のマルチライト２５１Ｗシリーズ露光装置用光源ユニットを用い、３６５ｎｍにおける紫外線強度が５１ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を、特に指定が無い限り室温、大気中で照射した。
【０１１１】
［実施例１］
本実施例では、実施態様１で述べた立体型の１段膜分離デバイスの実施例である。図５は、実施例１の膜分離デバイスの斜視分解図である。本膜分離デバイスの構造は実施態様１で述べた構造と同じである。
【０１１２】
〔第一分離膜側部材の作製〕
厚さ１ｍｍのアクリル板製の基材１１上に、スピンコーターにて組成物（Ｘ１）を塗工し、フォトマスクを通して第一透過側流路４、及び連絡流路４２となるべき部分以外の部分に紫外線照射を４０秒行い、重合性官能基がまだ残存する程度に前記組成物（Ｘ１）が半硬化した第一透過側流路層１２を形成し、非照射部分の未硬化の組成物（Ｘ１）を５０質量％エタノール水溶液で洗浄除去して、該第一透過側流路層１２の欠損部として、第一透過側流路４、及び連絡流路４２となるべき溝を形成した。
【０１１３】
〔第一分離膜層の作製と接着〕
平均孔径０．２μｍのポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）製の多孔質膜（アドバンテック社）を組成物（Ｘ１）中に浸漬し、真空に減圧した後常圧に戻して、該多孔質膜の細孔中に組成物（Ｘ１）を充満させた。これを、厚さ６０μｍの二軸延伸ポリプロピレンシート（ＯＰＰシート）（二村化学社製）を一時的な支持体（図示略）としてその上に広げ、ガラス棒にて多孔質膜の細孔に含浸している部分以外の余剰の組成物（Ｘ１）を掻き取り、フォトマスクを通して第一透過側流路４に相当する部分以外の部分に紫外線を４０秒間照射して照射部を半硬化状態とし、ｎ−ヘキサンで洗浄して、未照射部分の未硬化の組成物（Ｘ１）を洗浄除去して、前記一時的な支持体（図示略）上に、第一透過側流路４に相当する部分が連通多孔質膜であり、他の部分の細孔には半硬化状態の組成物（Ｘ１）が充填された第一分離膜層１３を形成した。
【０１１４】
次いで、前記第一分離膜層１３を、前記第一透過側流路層１２の上に、位置を合わせて積層し、その状態で紫外線を２０秒間照射して接着した後、一時的な支持体（図示略）を剥離除去した。
【０１１５】
一方、前記と同様のＯＰＰシートを一時的な支持体（図示略）として、その上に組成物（Ｘ１）をスピンコートし、フォトマスクを通して第一透過側流路４、連絡流路４２、及び連絡流路２２に相当する部分のみに紫外線を６０秒間照射して照射部を硬化させ、位置を合わせて前記第一透過側流路層１２上に積層した後剥離して、未硬化の組成物（Ｘ１）を第一透過側流路層１２の第一透過側流路４、連絡流路４２以外の部分に転写した（図示略）。
【０１１６】
以上のようにして、基材１１の上に第一透過側流路層１２と第一分離膜層１３が積層された第一分離膜側部材を形成した。
【０１１７】
〔第二分離膜側部材の作製〕
別途、基材１１の代わりに前記と同様の一時的な支持体（図示略）を用いたこと、ＰＴＦＥ多孔質膜の代わりに、平均孔径０．２μｍの表面親水化ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）多孔質膜（アドバンテック社製）を用いたこと、以外は前記第一分離膜側部材の作製と同様にして、基材１１が無く、第一透過側流路層１２の代わりに第二透過側流路層１５、第一分離膜層１３の代わりに第二分離膜層１５が形成された第二分離膜側部材を、前記一時的な支持体（図示略）の上に作製した。
【０１１８】
〔膜分離デバイスの作製〕
（供給側流路層の形成）
前記と同様の一時的な支持体（図示略）上にスピンコーターにて組成物（Ｘ１）を塗工し、フォトマスクを通して、供給側流路１及び連絡流路４１と成す部分以外の部分に、紫外線ランプにより紫外線を４０秒間照射して半硬化させ、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物（Ｘ１）を５０質量％エタノール水溶液により洗浄除去して、供給側流路１及び連絡流路４１となる欠損部を有する供給側流路層１４を形成した。
【０１１９】
（部材の接着）
先に作製した第一分離膜側部材に、供給側流路層１４を位置を合わせて積層し、紫外線を４０秒間照射して、接着剤層（図示略）を硬化させた後、前記供給側流路層１４が乗っている一時的な支持体（図示略）を剥離除去した。
【０１２０】
次いで、該供給側流路層１４の上に、第二分離膜側部材を位置を合わせて積層し、紫外線を１２０秒間照射して、接着剤層（図示略）を硬化させると共に、基材１１上の全ての組成物（Ｘ１）を硬化させた後、前記第二分離膜側部材が乗っている一時的な支持体（図示略）を剥離除去し、膜分離デバイス１００前駆体を作製した。
【０１２１】
（その他の構造の形成）
膜分離デバイス１００前駆体のカバー層１７側から、連絡流路４１の端部、連絡流路４２の端部、および連絡流路４３の端部において、各連絡流路に届く直径０．５ｍｍの孔をドリルで開け、導入口５１、第一取出口５２及び第二取出口５３を形成し、各開口部に配管接続用のフィッティングを接着して膜分離デバイス１００を得た。
【０１２２】
〔デバイスの構造観察〕
上記で作製したデバイスを、使用試験後に切断して走査型電子顕微鏡にてデバイス各部の寸法を測定したところ、基材１１の厚みは１ｍｍ、第一透過側流路層１３、及び第二透過側流路層１６の厚みは１０５μｍ、供給側流路１の厚みは７０μｍ、第一分離膜層１３の厚みは約１００μｍ、第二分離膜層１５の厚みは約１２０μｍ、カバー層１７の厚みは１００μｍであった。また、供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び連絡流路４１、４２、４３の幅は１０００μｍであった。供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、及び第二透過側流路５の長さは５ｃｍであった。
【０１２３】
〔分離試験〕
マイクロシリンジポンプを用いて、導入口５１からエタノール／水＝０．５／０．５（質量比）混合溶液を２０ｍｍ３／分の流量で導入したところ、第一取出口５２に接続したチューブから、約１０．５ｍｍ３／分の流量で透過液（第一透過液と称する）が流出し、第二取出口５３に接続したチューブから、約９．５ｍｍ３／分の流量で透過液（第二透過液と称する）が流出した。得られた溶液のＮＭＲ測定［（内部標準としたジメチルスルホキシドのメチル基（化学シフト２．５ｐｐｍ）と、エタノールの末端メチル基（化学シフト０．９ｐｐｍ）のピークの積分値の比較］の結果から、検量線を用いてエタノール／水の混合比を計算したところ、第一透過液は０．５５／０．４５、第二透過液は０．４５／０．５５であった。即ち、ＰＴＦＥ製の第一分離膜透過側にエタノールが濃縮され、親水化ＰＶＤＦ製の第二分離膜透過側に水が濃縮された。
【０１２４】
［実施例２］
供給側流路層１４の厚さが１５０μｍであること、従って、第一分離膜２と第二分離膜３との平均膜間距離が１５０μｍであること以外は、実施例１と同様にして膜分離デバイスを作製した。
【０１２５】
この膜分離デバイス１００を用いて、実施例１と同様の分離試験を行ったところ、第一透過液のエタノール／水の混合比は５１／４９、第二透過液は０．４９／０．５１であった。
【０１２６】
［比較例１］
供給側流路層１４の厚さが２６０μｍであること、従って、第一分離膜２と第二分離膜３との平均膜間距離が２６０μｍであること以外は、実施例１と同様にして実施例１と同様の膜分離デバイスを作製した。
【０１２７】
この膜分離デバイスを用いて、実施例１と同様の分離試験を行ったところ、第一透過液のエタノール／水の混合比は５０／５０、第二透過液は５０／５０であり、分離されていなかった。
【０１２８】
［実施例３］
本実施例では、実施態様２で述べた立体型の多段膜分離デバイス（３段型）の実施例を示す。
【０１２９】
〔膜分離デバイスの作製〕
実施態様２の項で述べた様に、実施例１で作製した立体型１段分離デバイスを分離ユニットとし、これを前記多段型膜分離デバイスの基本構成において述べたように３段配置した。即ち、第一段の一つ、第二段の二つ、及び第三段の三つの計六つの分離ユニットについて、全ての供給側流路１を供給側流路層１４に形成し、全第一分離膜２を第一分離膜層１３に形成し、全第二分離膜３を第二分離膜層１５に形成し、全第一透過側流路４を第一透過側流路層１２に形成し、全第二透過側流路５を第二透過側流路１６に形成し、これらを図２に示したように分離ユニットを配置した。
【０１３０】
また、連絡流路４１は供給側流路層１４に形成し、連絡流路４２は第一透過側流路層１２に形成し、連絡流路４３は第二透過側流路層１４３に形成した。
【０１３１】
〔寸法の測定〕
実施例１と同様にして測定した各部の寸法は、全ての分離ユニットの形状と寸法は同じであり、供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、及び第二透過側流路５の長さが２ｃｍであること以外は、実施例１と同様であった。
【０１３２】
［実施例４］
本実施例では、実施態様３で述べた平面型の１段膜分離デバイスの実施例を示す。
図６は、実施例２の膜分離デバイスの斜視分解図である。本膜分離デバイスの構造は実施態様３で述べた構造と同じである。
【０１３３】
〔膜分離デバイスの作製〕
（中間層の作製）
実施例１で使用したと同じＯＰＰ製の一時的な支持体（図示略）に組成物（Ｘ１）を塗布し、供給側流路１、第一分離膜２，第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び、連絡流路４１、４２、４３となす部分以外の部分にフォトマスクを通して紫外線を４０秒間照射し、照射部の組成物（Ｘ１）を半硬化状態とし、未詳社部の未硬化の組成物（Ｘ１）を５０質量％エタノール水溶液で洗浄除去することによって、層の欠損部を有する中間層１８となる樹脂層１８を形成した。前記層の欠損部は、中間層１８となる樹脂層１８が一時的な支持体（図示略）上に形成されているため、凹部になっている。
【０１３４】
（分離膜の形成）
前記製膜液（Ｙ１）を前記凹部の中に盛り上がる程度に注入し、第一分離膜２となす部分を紫外線を４０秒間照射し、未照射部の未硬化製膜液（Ｙ１）を５０質量％エタノール水溶液にて洗浄除去し、第一分離膜２を形成した。
【０１３５】
次いで、前記製膜液（Ｙ２）を前記凹部の中に盛り上がる程度に注入し、第二分離膜３となす部分のみを紫外線を４０秒間照射し、ｎ−ヘキサン、５０質量％エタノール水溶液、及び蒸留水にて順次洗浄して、未照射部の未硬化製膜液（Ｙ２）および、形成された第二分離膜３前駆体の細孔中の貧溶剤を除去した。その後、前記凹部に、スルホン酸ソーダエトキシメタクリレート（「アントクスＭＳ−２Ｎ」、日本乳化剤株式会社製）の５質量％水溶液を満たし、１０分静置後、前記第二分離膜３前駆体部分に紫外線を６０秒間照射し、水洗して細孔の表面にスルホン基を導入し、第二分離膜３を形成した。
以上により、一時的な支持体（図示略）の上に中間層１８を形成した。
【０１３６】
（部材の接着）
実施例１で使用したものと同じアクリル樹脂製の基板１１に、スピンコーターにて組成物（Ｘ２）を塗布し、全体に紫外線を２秒間照射して、該組成物（Ｘ２）の塗膜を半硬化させ、この上に前記中間層１８を積層し、紫外線を４０秒管照射した後、中間層１８から  一時的な支持体（図示略）を剥離した。
【０１３７】
一方、前記と同様のＯＰＰ製の一時的な支持体（図示略）に組成物（Ｘ１）を塗布し、全体に紫外線を４０秒間照射して半硬化状態とし、これを基材上の中間層１８に積層し、紫外線を更に９０秒間照射して、全組成物を硬化させて、前記積層した層を接着し、膜分離デバイス１００前駆対を得た。
【０１３８】
（その他の構造の形成）
膜分離デバイス１００前駆体の基材１１側から、連絡流路４１の端部、連絡流路４２の端部、および連絡流路４３の端部において、各連絡流路に届く直径０．５ｍｍの孔をドリルで開け、導入口５１、第一取出口５２及び第二取出口５３を形成し、各開口部に配管接続用のフィッティングを接着した。
以上の操作によって、膜分離デバイス１００を得た。
【０１３９】
〔デバイスの構造観察〕
前記で作製した膜分離デバイス１００を、使用試験後に切断して走査型電子顕微鏡にてデバイス各部の寸法を測定したところ、基材１１の厚みは１ｍｍ、中間層１８の厚みは１００μｍ、カバー層１７の厚みは１００μｍであった。また、基材１１側から見た供給側流路の幅、即ち、第一分離膜２と第二分離膜３との間の距離は８０μｍ、第一分離膜２及び第二分離膜３の厚みはいずれも約１５０μｍ、また、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び連絡流路４２、４３、４４の幅は１００μｍであった。供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、及び第二透過側流路５の長さは５ｃｍであった。
【０１４０】
〔分離試験〕
この膜分離デバイス１００を用いて、導入口に導入する溶液の流量が５ｍｍ３／分であること以外は実施例１と同様の分離試験を行ったところ、第一糖化液と第二糖化液の流量比は１．０２／０．９８であり、第一透過液と第二透過液のエタノール／水の混合比は、それぞれ５３／４７と４７／５３であった。
【０１４１】
［実施例５］
本実施例では、前記実施例４と同じ構造を有し、分離膜がＤＮＡ分離用の分離膜である分離デバイスの実施例を示す。
【０１４２】
〔膜分離デバイスの作製〕
（中間層の作製）
第一分離膜２、第二分離膜３共に、製膜液として製膜液（Ｙ３）を使用したこと、第一分離膜２前駆体と第二分離膜３前駆体を一度の紫外線照射で形成したこと、以外は、実施例３と同様にして第一分離膜２前駆体、および第二分離膜３前駆体を形成した。
【０１４３】
（ＤＮＡ固定用官能基の導入）
上記で作製した凹部の中に、５質量％ポリアリルアミン（分子量１５１００、日東紡株式会社製）水溶液を配し、６０℃で１時間静置し、ポリアリルアミン中の一部のアミノ基を分離膜前駆体中のエポキシ基と反応させた。その後、流水で１５分間洗浄して、細孔表面へのアミノ基の導入を行った。
【０１４４】
上記アミノ基を導入した分離膜前駆体を含む中間層１８を、一時的な支持体（図示略）ごと５質量％のグルタルアルデヒド（和光純薬工業株式会社製）水溶液中に入れ、５１℃で２時間静置して、ポリアリルアミン中のほぼ全てのアミノ残基をグルタルアルデヒド中の片方のアルデヒド基と反応させ、流水で１０分洗浄して、細孔表面へのアルデヒド基の導入を行った。
【０１４５】
（プローブＤＮＡの導入）
第二分離膜３をグリ−ス状の流動パラフィンで保護し、前記凹部に、５'末端アミノ基修飾ＤＮＡ（Ｎｏ．１）（長さ２０塩基、エスペックオリゴサービス株式会社製）の濃度５１μＭ水溶液を２μＬ注入して、湿度１００％、５１℃にて１５時間静置し、ＤＮＡの末端アミノ基を多孔質体２のアルデヒド基と反応させた。その後、０．２質量％のテトラヒドロ硼酸ナトリウム水溶液中による５分間の還元、０．２ＸＳＳＣ／０．１％ＳＤＳ溶液による洗浄（但し、０．２ＸＳＳＣは０．０３ＭＮａＣｌ，３ｍＭクエン酸ナトリウム水溶液であり、０．１％ＳＤＳは０．１質量％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液である）、０．２×ＳＳＣによる洗浄、蒸留水による洗浄、及び自然乾燥により、第一分離膜２前駆体の細孔表面にＤＮＡ（Ｎｏ．１）を固定し、第一分離膜２を得た。
【０１４６】
次いで、ｎ−ヘキサン、エタノール及び蒸留水による洗浄により、第二分離膜を保護していた流動ラフィンを除去し、代わりに第一分離膜２を動パラフィンで保護し、ＤＮＡとしてＤＮＡ（Ｎｏ．１）とは塩基配列が一つだけ異なること以外はＤＮＡ（Ｎｏ．１）と同様のＤＮＡ（Ｎｏ．２）を第二分離膜３前駆体の細孔表面に固定し、第二分離膜３とした。
【０１４７】
その後、ｎ−ヘキサン、エタノール及び蒸留水による洗浄により、第一分離膜を保護していた流動ラフィンを除去し、一時的な支持体（図示略）上に中間層１８を得た。
【０１４８】
（デバイスの作製）
上記以外の工程については、実施例３と同様にして、分離膜の特性が異なること以外は実施例３で製作した膜分離デバイスを同じ構造を持つ膜分離デバイス１００を作製した。
【０１４９】
［実施例６］
本実施例では、方式１の４段型多段膜分離デバイスであって、かつ、実施態様４で述べた平面型の膜分離デバイスの実施例を示す。
【０１５０】
〔膜分離デバイスの作製〕
実施態様４の項で述べた様に、実施例４で作製した平面型１段分離デバイスを分離ユニットとし、これを平面内で、前記多段型膜分離デバイスの方式１において述べたように４段配置することで、平面型４段分離デバイスを構築した。即ち、図３のように、第一段には４つの分離ユニット、第二段には４つの分離ユニット、第三段には３つの分離ユニット、第四段には４つの分離ユニットが配置され、各分離ユニットの供給側流路１、第一分離膜２，第二分離膜３、第一透過側流路４、第二透過側流路５、及び、連絡流路４１、４２、４３は全て１つの中間層１８に形成され、該層が基材１１とカバー層１７によって挟持されて形成されている。但し、導入口５１と第一段の流入口を結ぶ連絡流路４１、第三段分離ユニットから第一取り出し口５２に連絡する連絡流路４２、及び、第三段分離ユニットから第一取り出し口５２に連絡する連絡流路４３は、カバー層１７に開けられた孔をその一部としている。
【０１５１】
〔寸法の測定〕
実施例４と同様にして測定した各部の寸法は、全ての分離ユニットの形状と寸法は同じであり、全ての供給側流路１、第一分離膜２、第二分離膜３、第一透過側流路４、及び第二透過側流路５の長さが１ｃｍであること以外は、実施例４と同様であった。
【図面の簡単な説明】
【０１５２】
【図１】膜分離デバイスの基本構造の概念図である。
【図２】多段型の膜分離デバイスの概念図である。
【図３】方式１の多段型膜分離デバイスの概念図である。
【図４】方式２の多段型膜分離デバイスの概念図である。
【図５】実施態様及び実施例に示される立体型膜分離デバイスの斜視分解図である。
【図６】実施態様及び実施例に示される平面型膜分離デバイスの斜視分解図である。
【符号の説明】
【０１５３】
１    供給側流路
２    第一分離膜
３    第二分離膜
４    第一透過側流路
５    第二透過側流路
６    流入口
７    第一流出口
８    第二流出口
１１    基材
１２    第一透過側流路層
１３    第一分離膜層
１４    供給側流路層
１５    第二分離膜層
１６    第二透過側流路層
１７    カバー層
１８    中間層
４１、４２、４３    連絡流路
５１    導入口
５２    第一取出口
５３    第二取出口
５４    第三取出口
【図１】
2006212512.tif 000003
【図２】
2006212512.tif 000004
【図３】
2006212512.tif 000005
【図４】
2006212512.tif 000006
【図５】
2006212512.tif 000007
【図６】
2006212512.tif 000008