(57)【要約】【課題】微小流路を用いて生成した微小液滴の形状を崩さずに微小液滴を生成した直後に微小液滴を硬化させて微粒子を生成することができ、工業的な量産にも対応できる微粒子製造装置及び微粒子製造方法を提供する。【解決の手段】分散相を導入する分散相導入口及び分散相導入流路と、連続相を導入する連続相導入口及び連続相導入流路と、分散相導入流路と連続相導入流路とが交わる交差部より排出口に至る排出流路と、微小流路において分散相と連続相とが合流して生成する微粒子を排出させる排出口とを備えた微小流路構造体及び、微粒子を硬化させるマイクロ波照射手段から構成される微粒子製造装置、及び、分散相と連続相とを微小な流路へ導入し、両者を合流させて微粒子を生成させた後、生成した微粒子にマイクロ波を照射させて硬化させる微粒子の製造方法を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散相を導入する分散相導入口及び分散相導入流路と、連続相を導入する連続相導入口及び連続相導入流路と、前記分散相導入流路と前記連続相導入流路とが交わる交差部より排出口に至る排出流路と、前記排出流路において分散相と連続相とが合流して生成する微粒子を排出させる排出口とを備えた微小流路構造体及び、前記微粒子を硬化させるマイクロ波照射手段から構成される微粒子製造装置。
【請求項２】
マイクロ波照射手段が、前記微小流路構造体において生成される微粒子にマイクロ波を照射するものであることを特徴とする請求項１記載の微粒子製造装置。
【請求項３】
マイクロ波照射手段が、前記微小流路構造体の排出口より排出される微粒子にマイクロ波を照射するものであることを特徴とする請求項１記載の微粒子製造装置。
【請求項４】
分散相導入流路、連続相導入流路及び排出流路から形成される流路形状がＹ字状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微粒子製造装置。
【請求項５】
微小流路構造体中の分散相導入流路と連続相導入流路との交わる角度が任意に制御可能であることを特徴とする請求項４記載の微粒子製造装置。
【請求項６】
分散相と連続相とを微小な流路へ導入し、両者を合流させて微粒子を生成させた後、生成した微粒子にマイクロ波を照射させて硬化させることを特徴とする微粒子の製造方法。
【請求項７】
分散相を導入する流路と連続相を導入する流路との交わる角度を変化させることにより、生成する微粒子の粒径を制御することを特徴とする請求項６記載の微粒子の製造方法。
【請求項８】
分散相がゲル製造用原料を含む媒体である請求項６又は請求項７記載の微粒子の製造方法。
【請求項９】
連続相がゲル製造用分散剤を含む媒体である請求項６又は請求項７記載の微粒子の製造方法。
【請求項１０】
ゲル製造用分散剤がポリビニルアルコールである請求項９記載の微粒子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載の微小粒子製造装置を用いることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の微粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分取、分離用カラム充填剤等に用いられる微小なゲル粒子などの製造用として好適に用いられる微粒子製造装置と微粒子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ｃｍ角のガラス基板あるいは樹脂製基板上に長さが数ｃｍ程度で、幅及び深さがサブμｍから数百μｍの微小流路を有する微小流路構造体を用いて、液体の送液により、化学反応や抽出等の化学的処理や、微小液滴や微粒子の生成を行う研究が注目されている。例えば特許文献１及び非特許文献１には化学的処理を行う例が記載されている。また例えば特許文献２、特許文献３及び非特許文献２には、微小液滴を生成する例が記載されている。
【０００３】
微小流路内における微小液滴の生成技術に関しては、例えば非特許文献２において、図１と、図１中のＡＡ’及びＢＢ’断面を示す図２及び図３に示すように微小流路基板１の上に、連続相導入口２、連続相導入流路３、分散相導入口４、分散相導入流路５、排出流路７及び排出口８を有したＴ字型の微小流路構造体を用いており、導入された連続相と分散相とが合流する部分に合流部６が存在する。各微小流路の深さは１００μｍであり、分散相を導入する導入流路幅が１００μｍ、連続相を導入する導入流路幅は３００〜５００μｍのＴ字型微小流路を用いて、分散相と連続相の流れの速さを制御して送液を行うと、分散相と連続相が流路を通じて合流する合流部において極めて均一な微小液滴の生成が可能となる。また、分散相及び連続相の流量を制御することで生成される微小液滴の粒径を制御することも可能となる。
【０００４】
このようにして生成した微小液滴は、微小液滴の粒径のばらつきが比較的小さく均一であり、微小液滴を形成している化合物を架橋重合させることなどにより硬化させて、分取、分離用カラム充填剤等に用いられる粒径の均一な微小なゲル粒子などに用いることが試みられている。しかしながら、生成した微小液滴を微小流路の外部でビーカーなどに収集した後、架橋重合などにより微小液滴を硬化すると、微小液滴を収集してから硬化するまでに、微小液滴の形状が崩れたり、微小液滴同士の合一が生じるため、硬化した微粒子の粒径のばらつきが大きくなってしまうという課題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２５９００号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ０２／０６８１０４パンフレット
【特許文献３】特許第３５１１２３８号公報
【非特許文献１】Ｈ．Ｈｉｓａｍｏｔｏ  ｅｔ．ａｌ．（Ｈ．ひさもと  ら著）  「Ｆａｓｔ  ａｎｄ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ    ｐｈａｓｅ−ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ  ｔｈｅ  ｌｉｑｕｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｆｏｒｍｅｄ  ｉｎ  ａ  ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ  ｃｈｉｐ」，  Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，  ２００１年発行，  ２６６２−２６６３頁
【非特許文献２】西迫貴志ら、「マイクロチャネルにおける液中微小液滴生成」、第４回化学とマイクロシステム研究会講演予稿集、５９頁、２００１年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、微小流路内における微粒子生成技術を用いて微小液滴を生成した段階では、微小液滴の粒径のばらつきが比較的小さく均一であるが、生成した微小液滴を微小流路の外部で収集し架橋重合などにより微小液滴を硬化すると、微小液滴を収集してから硬化するまでに、微小液滴の形状が崩れたり、微小液滴同士の合一が生じるため、硬化した微粒子の粒径のばらつきが大きくなってしまう。従って、分取、分離用カラム充填剤等に用いられる微粒子の粒径が均一な微小ゲル粒子などに用いるためには更なる改善が求められていた。
【０００７】
本発明は上記課題鑑みてなされたものであり、微小流路を用いて生成した微小液滴の形状を崩さずに微小液滴を生成した直後に微小液滴を硬化させて微粒子を生成することができ、工業的な量産にも対応できる微粒子製造装置及び微粒子の製造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】
上記課題を解決できる本発明の微小粒子製造装置は、分散相を導入する分散相導入口及び分散相導入流路と、連続相を導入する連続相導入口及び連続相導入流路と、前記分散相導入流路と前記連続相導入流路とが交わる交差部より排出口に至る排出流路と、前記排出流路において分散相と連続相とが合流して生成する微粒子を排出させる排出口とを備えた微小流路構造体及び、前記微粒子を硬化させるマイクロ波照射手段から構成される微粒子製造装置である。また、本発明の微粒子の製造方法は、分散相と連続相とを微小な流路へ導入し、両者を合流させて微粒子を生成させた後、生成した微粒子にマイクロ波を照射させて硬化させる方法である。
【０００９】
従来のヒーターなどによる過熱では、微小液滴の外側から硬化が開始し、内側に向かって硬化していくため、硬化に時間がかかる上、硬化率が微小液滴の外側と内側で異なり、効果した微粒子の内部組成が均一でなかった。しかしながら、本発明のようにマイクロ波照射手段を備えた装置構成とし、また、生成した微粒子にマイクロ波を照射させて硬化させるという処方において、マイクロ波照射を用いることで、微小液滴の内部全体がほぼ同時に硬化するので、短時間で微小液滴を硬化させることができ、なおかつ微小液滴の外側と内側が均一に硬化し、内部組成が均一な微粒子を生成することができるようになる。
【００１０】
なお、本発明における微粒子は特に断りのない限り微小液滴及び微小液滴を硬化させた微粒子の態様も含む。また硬化させるとは、微粒子全体を硬化させた態様のもの及び、微粒子の表面のみを硬化せせることなどにより微粒子の形状の崩れや微粒子同士の合一が生じない程度に硬化（以下、「半硬化」という。）させたものを意味する。また微小液滴は単に液滴と表現することもある。
【００１１】
また本発明の微粒子製造装置は、用いられるマイクロ波照射手段が、微小流路構造体において生成される微粒子にマイクロ波を照射する、あるいは微小流路構造体の排出口より排出される微粒子にマイクロ波を照射するものである。すなわち本発明における微粒子製造装置は、微小流路構造体の分散相導入流路と連続相導入流路とが交わる交差部で生成される微小液滴が排出流路を通過して微小流路構造体の排出口から出た後、外部のビーカーなどで収集してから加熱や光照射、マイクロ波照射などにより硬化させるのではなく、微小流路構造体中の排出流路を通過中の微小液滴にマイクロ波照射を行う、あるいは、微小流路構造体の排出口よりテフロン（登録商標）チューブ等の細管を通過中の微小液滴にマイクロ波照射を行うことにより微粒子を硬化させる装置構成となる。
【００１２】
このようにすることで、生成した微小液滴を送液しながら連続して逐次、硬化させ微粒子を製造することができるようになり、排出流路で生成した微小液滴を一度外部に収集してから架橋重合などにより微小液滴を硬化した場合の微小液滴の形状の崩れや微小液滴同士の合一を抑制することができ、硬化した微粒子の粒径の分散度の悪化を抑制することができる。
【００１３】
なお、ここでいう微粒子の粒径の分散度（以下、「粒径分散度」という。）とは、粒径の標準偏差を粒径の平均値（以下、「平均粒径」という。）で割った値であると定義する。なお、本明細書に記述されている「粒径の分散度」と「粒径のばらつき」はともに「粒径分散度」を意味する。
【００１４】
本発明は、分散相導入流路、連続相導入流路及び排出流路から形成される流路形状がＹ字状であることが好ましく、さらに微小流路構造体中の分散相導入流路と連続相導入流路との交わる角度が任意に制御可能であり、さらに、分散相を導入する流路と連続相を導入する流路との交わる角度を変化させることにより、生成する微粒子の粒径を制御することができる。このように流路形状をＹ字状とすることで、さらにはＹ字の角度を制御することで、目的とする微粒子の平均粒径を制御できるとともに、粒径分散度を極力小さくでき、均一の目的に応じた微粒子が製造できるのである。
【００１５】
本発明で用いられるマイクロ波とは、紫外線、可視光、赤外線と比較すれば、やや長い波長有した電磁波に分類され、通常、波長が１ｍｍ〜１ｍ程度の波長を有するものである。このため、本発明のような微小な流路に分散相と連続相とから得られる微小液滴（硬化前の微粒子）に対してマイクロ波を照射することで、対象分子の分子双極子を回転させることで熱エネルギーを発生させ（誘電加熱）、その熱エネルギーにより、例えば重合反応が生じて微小液滴を硬化させることが可能となると推定される。
【００１６】
また、マイクロ波照射による加熱は、エネルギーの供与がヒーター等の加熱よりも直接的（対象分子そのものを加熱）であり、対象分子が金属のような導電体以外であれば対象に限定はなく、有機物などの誘電体であれば特に限定されないといった特徴があり、本発明の微粒子製造において効果的であると考えられる。
【００１７】
一方、ヒーター加熱による重合は、ヒーターによる温度上昇が、液滴の重合を開始させるラジカルを発生させ、１つラジカルが発生すると、例えばラジカル重合のように連鎖的に重合が開始してしまう。つまり、ヒーターによる重合は、重合するものであれば対象物質を特に選ばないものの、熱を伝える媒体、すなわち加熱される容器から、溶媒、加熱対象分子へと熱が伝導してエネルギーを与えるため、熱効率が効率的とはいえない。
【００１８】
また、紫外線のような波長が短い、すなわち紫外線のような高エネルギーが直接対象分子にエネルギーを与えて液滴の重合を開始させるラジカルを発生させて連鎖的に重合が開始するため、対象分子に直接エネルギーを与えるのでエネルギー効率は良くなるものの、対象とする物質は、紫外線のエネルギーを吸収して重合を開始する材料（ＵＶ硬化樹脂）に限定される。
【００１９】
以上のように、マイクロ波照射による微小液滴は、液滴材料の素材の選択幅が広がるとともに、処理における熱効率等が効率化できるという優れた効果を有するのである。
【００２０】
このような本発明の微粒子製造装置に用いられるマイクロ波照射手段におけるマイクロ波発生方式としては、主に、電子管を使用したクライストロン、静磁界でられて回転する電子と、円形にまわる電磁波との結合で発振させる方式をとる磁電管（マグネトロンともいう。）、電子なだれ現象を利用したインパットダイオード（半導体発振器）、電子と正孔の走行時間を利用して発信させる方式のガンダイオード（半導体発振器）などが挙げられるが、本発明においては、その目的を達成できるものであれば特に限定されないものの、装置の調達、コスト面からマグネトロンタイプのものが採用できる。
【００２１】
本発明で用いられるマイクロ波の出力としては、５０〜１０００Ｗの範囲、好まくは３００〜６００Ｗの範囲のものを用いる。これは、２５０Ｗ未満では、重合反応による微小液滴の硬化がスムーズに進行しない場合があり、他方、６５０Ｗを越えると、効果させた微粒子中に重合による過度の分岐構造が高度に進行し所望の仕様を有するものが得られない、または着色の原因になるなど好ましくない事態が発生することがあるからである。
【００２２】
また、マイクロ波照射のマグネトロン周波数としては３００ＭＨｚ〜３００ＧＨのものであれば可能であるが、産業、医学、化学的用途など、４３３．９２±０．８７ＭＨｚ、２４５０±５０ＭＨｚ、５８００±７５ＭＨｚ、２４．１２５±０．１２５ＧＨｚが使用可能であり、さらに、一般に使用可能な２４５０±５０ＭＨｚ、５８００±７５ＭＨｚのものが好ましい。以下では本発明を、図を用いてさらに詳細に説明する。
【００２３】
図４に示すように、マイクロ波照射２３は微小流路構造体の排出口８から微小液滴が微小流路構造体の外部に出た後に行なっても良いし、図５に示すように、Ｙ字型の流路（導入流路と排出流路より構成される流路）の合流部６（分散相導入流路と連続相導入流路が交差する部位）で微小液滴が生成した直後にマイクロ波照射２３を行ない微小流路構造体の中に備えられた排出流路で硬化しても良い。後者の場合は前者よりもさらに微小液滴の合一、分裂を少なくすることができ、より均一な微粒子を生成することが可能となる。しかしながら後者の場合のように、流路構造体中の中に備えられた排出流路においてマイクロ波照射２３を行なう場合は、微小液滴が生成される前に分散相にマイクロ波照射２３されて硬化しないように、微小液滴が生成される前の流路の部分と、マイクロ波照射２３して微小液滴を硬化させる流路の部分は、図５に示すように、微小流路構造体の必要なところだけにマイクロ波照射できるようにマイクロ波吸収体１３を設置しておく必要がある。ここでマイクロ波吸収体の材質は、既知のものを適宜選択すればよく、例えば、フェライト系、軟磁性金属粉系、カルボニル鉄系の磁性粉をゴムや樹脂等のバインダーと混合したもの、ポリエステル上に銅メッキの下地を形成しその上にニッケルメッキを施したもの、銀をコーティングした布などがある。
【００２４】
なお、本発明においてマイクロ波照射により微小液滴を硬化させる場合は、微小液滴全体を硬化させても良いが、微小液滴の表面のみを硬化させるなどにより、微小液滴の形状が崩れたり、微小液滴同士の合一が生じない程度に半硬化させても良い。このように半硬化させた場合、半硬化させた微粒子をビーカー等で回収し、再度マイクロ波照射や光照射、加熱により完全に硬化させる事で、粒径が均一な微粒子を得る事ができる。このような半硬化の場合は、マイクロ波照射部位を微小液滴が通過する時間をより短くすることができる。
【００２５】
本発明において用いられる分散相とは、本発明が微粒子を効率的に生成させることを目的としており、この目的を達成させるため微小流路構造体中の流路を送液でき、微小流路構造体により微小液滴を生成させ、マイクロ波照射より硬化する物質を含む液状物であれば特に制限されない。例えば、エポキシ系、アクリル系などの光重合性または熱硬化性のモノマーや、スチレンなどの重合用モノマー、ジビニルベンゼンなどの架橋剤、重合開始剤等のゲル製造用の原料を適当な溶媒に溶解した媒体を指す。また、分散相中に一部固体状物が混在したスラリー状のものであっても差し支えない。また、微粒子の用途を高速液体クロマトグラフィー用のカラムの充填剤ゲルに使用する場合などには、分散相がゲル製造用原料を含む媒体であることが好ましい。
【００２６】
本発明において用いられる連続相とは分散相と同様に、微小流路構造体中の流路を送液できるものであり、微小流路構造体により分散相より微小液滴を生成させるために用いられる液状物であり、さらに微小液滴を形成させることができればその成分は特に制限されない。また、連続相中に一部固体状物が混在したスラリー状のものであっても差し支えない。また、微粒子の用途を高速液体クロマトグラフィー用のカラムの充填剤ゲルに使用する場合などには、連続相がゲル製造用分散剤を含む媒体であること、例えば、ポリビニルアルコールのゲル製造用の分散剤を適当な溶媒に溶解した媒体であることが好ましい。
【００２７】
さらに、分散相と連続相とは微小液滴を生成させるために、実質的に交じり合わないあるいは相溶性がないことが必要であり、例えば、分散相として水相を用いた場合には連続相としては水に実質的に溶解しない酢酸ブチルといった有機相を用いることが好ましい。また、連続相として水相を用いた場合にはその逆となる。
【００２８】
本発明によりゲルを製造することができることから、このような分散相、連続相を用いることで、物質の分離、精製等に有用な均一粒径を有するゲルを得ることができる。さらに、上記した本発明の微小粒子製造装置を用いることで均一粒径の微粒子を製造することができる。
【００２９】
本発明の微粒子製造方法は、図６に示すように微小流路構造体１５の中に備えられた微小流路１０がＹ字型の微小流路であり、Ｙ字型に配置された３本の微小流路のうち１つが分散相を導入する分散相導入流路５であり、残り２つの微小流路のうち１つが連続相を導入する連続相導入流路３であり、Ｙ字型の微小流路の合流部６で分散相と連続相を合流させて微粒子を生成し、残り１つの微小流路が生成した微粒子を排出する排出流路７である微粒子製造方法であり、また、分散相を導入するための導入流路と連続相を導入するための導入流路とが合流部６で交わる角度９を変化させることにより、生成する微粒子の粒径を制御する微粒子製造方法である。このようなＹ字型の微小流路を用いて粒径を制御した微粒子を、マイクロ波照射により硬化させることにより、微粒子の粒径分散度をさらに向上させることができる。このＹ字型の微小流路を用いて、分散相を導入するための導入流路と連続相を導入するための導入流路とが交わる角度を変化させることにより生成する微粒子の粒径を制御する方法は、従来の微小液滴あるいは微粒子の生成における分散相と連続相の導入速度を変えて微粒子の粒径を制御する場合よりも、より制御しやすく工業的な量産に適している。特に、分散相の導入速度と連続相の導入速度とが実質的に同じであれば、マイクロポンプなどの導入装置を分散相送液用と連続相送液用を共用して１個用意することで足りるなどコスト面においても優れている。尚、ここでいう導入速度が実質的に同じとは、生成される微粒子の粒径の分散度が８％未満の変動で生成される程度の導入速度の変動範囲を意味している。
【００３０】
以下では、本発明の微粒子製造装置を構成する微小流路構造体について、さらに詳しく説明する。
【００３１】
図７に示すように、本発明の微粒子製造装置を構成する微小流路構造体１５の分散相を導入するための分散相導入口４は、分散相を入れるための開口部を意味する。この導入口には、適当な接続部であるフィレットジョイント１９を備えて分散相を連続的に導入する機構としてもよい。同様に、本発明の微粒子製造装置を構成する微小流路構造体の連続相を導入するための連続相導入口２は、連続相を入れるための開口部を意味し、さらに、この導入口に適当な接続部であるフィレットジョイント１９を備えて連続相を連続的に導入する機構としてもよい。
【００３２】
分散相を導入するための導入流路は導入口と連通しており、分散相が導入され、この導入流路に沿って送液される。導入流路の形状は微小液滴あるいは微粒子の形状および粒径を制御することに影響を与えるが、その幅は数１００μｍ以下で、排出流路も含めＹ字型の形状となっておればよい。同様に、連続相を導入するための導入流路についても、導入口と連通しており、連続相が導入され、この導入流路に沿って送液される。導入流路の形状は微小液滴あるいは微粒子の形状および粒径を制御することにおいて影響を与えるが、その幅は数１００μｍ以下で、排出流路も含めＹ字型の形状となっておればよい。
【００３３】
排出流路は上記の２つの導入流路及び排出口と連通しており、分散相と連続相が合流後、この排出流路に沿って送液され、排出口より排出される。排出流路の形状は特に制限されないが、その幅は数１００μｍ以下で、導入流路も含めＹ字型の形状となっておればよい。排出口８は、生成された微小液滴あるいはマイクロ波照射により前記液滴を硬化させた微粒子を排出させるための開口部を意味し、さらに、この排出口に適当な接続部であるフィレットジョイント１９を備えて生成された微小液滴あるいはマイクロ波照射により微小液滴を硬化させた微粒子を含む相を連続的に排出する機構としてもよい。尚、これら流路は本明細書においては微小流路ということがある。
【００３４】
さらに、本発明の微小流路構造体においては、図６に示すように分散相を導入するための導入流路と連続相を導入するための導入流路とが任意の角度９で交わると共に、これら２つの導入流路が任意の角度で排出流路へと繋がる構造であることが好ましい。このような２つの導入流路の交差する角度が任意の角度とすることで、合流部で生成する微小液滴を所望の粒径へと制御することが可能となり、すなわち、この粒径が制御された微小液滴をマイクロ波照射により硬化させることにより、微粒子の粒径分散度をさらに向上させる事ができる。交差角度の設定については、目的とする微小液滴の粒径に応じて適宜決めればよい。
【００３５】
また、図１０に示した微小流路の合流部６近傍の排出流路７の形状の態様として、図１１に示すように、分散相と連続相とが交わる交差部６より排出口に至る排出流路７中の一部の部位において、排出流路の幅が狭くなっていることが好ましい。図１１の態様のほかにも、図１２〜図１９に示すように合流部６において排出流路７を部分的に狭くする、分散相流路に沿った流路構成壁を凸状に形成する、あるいはこれらの態様の両方により、送液流速を増加させ合流部６において均一な液滴生成が可能となる。
【００３６】
さらに排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路中の交差部又はその近傍にあることが好ましく、特に、排出流路の幅が狭くなっている部位が、排出流路の交差部の分散相の導入流路側にあることが好ましい。
【００３７】
本発明の微小流路構造体は、以上に述べた構造、性能を有しているが、図６に示すように分散相を導入するための分散相導入口４及び分散相導入流路５、連続相を導入するための連続相導入口２及び連続相導入流路３、２つの導入流路が交わる合流部６、微小液滴あるいは微粒子を含む液体を排出させるための排出流路７及び排出口８を備えた微小流路構造体１５が、少なくとも一方の面に微小流路が形成された微小流路基板１３と、微小流路が形成された面を覆うように微小流路の所定の位置に、微小流路と微小流路構造体外部とを連通するための少なくとも３つの小穴が配置されたカバー体１４とが積層一体化されていてもよい。これにより、微小流路構造体外部から微小流路へ流体を導入し、再び微小流路構造体外部へ流体を排出することができ、流体が微小量であったとしても、流体を安定して微小流路内を通過させる事が可能となる。この場合流体の送液は、マイクロポンプなどの機械的手段によって可能となる。
【００３８】
微小流路が形成された微小流路基板及びカバー体の材質としては、マイクロ波照射を微小流路構造体の外に備えられた排出流路で行う場合は、微小流路の形成加工が可能であって、耐薬品性に優れ、適度な剛性を備えたものが望ましい。例えば、ガラス、石英、セラミック、シリコン、あるいは金属や樹脂等であっても良い。ただし、排出流路は、例えば石英ガラスやパイレックス（登録商標）ガラス等のガラスや、ポリプロピレンなどの樹脂等、マイクロ波が通過できる材質であることが好ましい。一方、マイクロ波照射を微小流路構造体の中に備えられた微小流路または排出流路で行う場合は、微小流路の形成加工が可能であって、耐薬品性に優れ、適度な剛性を備えており、かつマイクロ波が通過できる材質、すなわち石英ガラスやパイレックス（登録商標）ガラス等のガラスや、ポリプロピレンなどの樹脂等であることが好ましい。
【００３９】
また、微小流路基板やカバー体の大きさや形状については特に限定はないが、厚みは数ｍｍ以下程度とすることが望ましい。カバー体に配置された小穴は、微小流路と微小流路構造体外部とを連通し、流体の導入口または排出口として用いる場合には、その径が例えば数ｍｍ以下である事が望ましい。カバー体の小穴の加工には、化学的に、機械的に、あるいはレーザー照射やイオンエッチングなどの各種の手段によって可能とされる。
【００４０】
また本発明の微小流路構造体は、微小流路が形成された微小流路基板とカバー体は、熱処理接合あるいは光硬化樹脂や熱硬化樹脂などの接着剤を用いた接着等の手段により積層一体化することができる。微小流路は微小流路基板上に１本形成しても良いし、複数形成して集積化してもよい。また、微小流路を有する微小流路基板を複数枚積層しても良い。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の微粒子製造装置は、分散相を導入する分散相導入口及び分散相導入流路と、連続相を導入する連続相導入口及び連続相導入流路と、前記分散相導入流路と前記連続相導入流路とが交わる交差部より排出口に至る排出流路と、前記微小流路において分散相と連続相とが合流して生成する微粒子を排出させる排出口とを備えた微小流路構造体及び、前記微粒子を硬化させるマイクロ波照射手段から構成される微粒子製造装置である。
【００４２】
このようにすることで、分散相と連続相とを微小流路の合流部で合流させて、分散相を極めて均一な粒径の微小液滴にした後、生成した微小液滴をマイクロ波照射で連続的に逐次硬化することで、短時間に微小液滴を硬化あるいは半硬化させることができ、さらに硬化させた微粒子の内部構造が非常に均一な微粒子を効率よく生成することが可能となる。
【００４３】
また本発明の微粒子製造方法は、分散相と連続相とを微小流路へ導入し、両者を合流させて微粒子を生成させた後、生成した微粒子にマイクロ波を照射させて硬化させる微粒子の製造方法である。
【００４４】
このようにすることで、生成した微小液滴を送液しながら連続して逐次、硬化させ微粒子を製造することができるようになり、微小流路で生成した微小液滴を一度外部に収集してから架橋重合などにより微小液滴を硬化した場合の微小液滴の形状の崩れや微小液滴同士の合一を抑制することができ、硬化した微粒子の粒径の分散度の悪化を抑制することができる。
【００４５】
また本発明の微粒子製造装置は、分散相導入流路、連続相導入流路及び排出流路から形成される流路形状がＹ字状であり、また、微小流路構造体中の分散相導入流路と連続相導入流路との交わる角度が任意に制御可能である。
【００４６】
このようにすることで、連続相と分散相の送液速度を変化させずに、分散相と連続相の合流角度を調整することで微粒子の粒径を制御することができる。また逆に分散相と連続相の送液速度が多少変動したとしても、微粒子の粒径が大きく変化しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下では、本発明の実施例を示し、更に詳しく発明の実施の形態について説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００４８】
また、実施例においては１枚の微小流路基板上に１本の微小流路を形成したが、工業的に量産する場合は、１枚の微小流路基板上に多数の微小流路を形成する、あるいは多数形成した１枚の微小流路基板を積層することで可能となる。
【００４９】
（実施例）
本発明の実施例における微粒子生成用微小流路を図６に示す。微小流路は７０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｔ（厚さ）のパイレックス（登録商標）ガラス上に、微小流路に相当する連続相導入流路３、分散相導入流路５及び排出流路７の幅がいずれも２２０μｍ、深さ８０μｍ、微小流路のアスペクト比＝０．３６、排出流路７の長さが３０ｍｍであるＹ字形状とし、連続相導入流路３と分散相導入流路５との角度９が４４度で交わる合流部を持ったＹ字形状の流路を１本形成した。このＹ字形状の微小流路は、一般的なフォトリソグラフィーとウエットエッチングを用いて形成した。
【００５０】
この微小流路が形成された微小流路基板１３の微小流路を有する面に、微小流路の流体導入口（連続相導入口２、分散相導入口４）と流体排出口８にあたる位置に予め直径０．６ｍｍの小穴を、機械的加工手段を用いて設けた厚さ１ｍｍで７０ｍｍ×２０ｍｍのガラスカバー体１４を熱接合し、図６に示すように微小流路を備えた微粒子生成用微小流路構造体を製作した。本実施例においては、微小流路を形成する微小流路基板及びカバー体にガラス基板を用いたが、これに限定するものではない。
【００５１】
次に図７に示すように微粒子生成用微小流路構造体１５に液体が送液可能なようにホルダー１６などで保持すると共に、内径４００μｍのテフロン（登録商標）チューブ１８及びフィレットジョイント１９をホルダー１６に固定した。テフロン（登録商標）チューブ１８のもう一方はマイクロシリンジ２１、２２に接続した。このようにすることで微粒子生成用微小流路構造体１５に液体の送液が可能とした。また、図７に示すように排出口８から連通したテフロン（登録商標）チューブ１８の一部にマイクロ波照射装置１２を設置して微粒子製造装置を構成した。
【００５２】
次に微粒子のもととなる液滴を生成するための分散相にモノマー（スチレン）、ジビニルベンゼン、酢酸ブチル及び重合開始剤として過酸化ベンゾイルの混合溶液を、連続相にポリビニルアルコール３％水溶液をマイクロシリンジ２１、２２に注入し、マイクロシリンジポンプ２０で送液を行った。送液流速は分散相及び連続相は共に２μｌ／ｍｉｎである。送液流速が共に安定した状態で、微粒子生成用微小流路構造体１５の分散相及び連続相が交わる合流部にて図８に示すような液滴生成が観察された。液滴生成後、排出口８から連通したテフロン（登録商標）チューブ１８の一部に設置したマイクロ波照射装置１２により液滴を硬化させた。マイクロ波照射部位は、マイクロ波の出力が６００Ｗ、マイクロ波照射のマグネトロン周波数が２．４５ＧＨｚのものを用い、マイクロ波が照射されるテフロン（登録商標）チューブの長さを７０ｍｍとし、液滴を含んだポリビニルアルコールの水溶液スラリーを連続的に送液してマイクロ波照射時間が約６０秒となるように設定し、液滴を硬化させ微粒子を生成した。生成された微粒子を観察し、１００個の微粒子の粒径を測定し平均した平均粒径２００μｍ、粒径の標準偏差を平均粒径で割った値である粒径分散度は５．８％となり、極めて均一な微粒子であった。
【００５３】
（比較例）
本発明の比較例として、実施例に用いたものと同一の微小流路構造体を用い、図９に示すような微粒子製造装置を用いた。実施例と同様に微粒子のもととなる液滴を生成するための分散相にモノマー（スチレン）、ジビニルベンゼン、酢酸ブチル及び重合開始剤として過酸化ベンゾイルの混合溶液を、連続相にポリビニルアルコール３％水溶液をマイクロシリンジ２１、２２に注入し、マイクロシリンジポンプ２０で送液を行った。送液流速は分散相及び連続相は共に２μｌ／ｍｉｎとした。送液流速が共に安定した状態で、微粒子生成用微小流路構造体１５の分散相及び連続相が交わる合流部にて図６に示すような液滴生成が観察された。液滴生成後、図９に示すように排出口８から連通したテフロン（登録商標）チューブ１８を介してビーカーに液滴を含んだポリビニルアルコールの水溶液スラリーを１ｍＬ回収した。その後、回収したビーカーをヒーターで６５℃に加熱しながら、生成した液滴を壊さないようにゆっくりと１時間程度攪拌し液滴を硬化させ微粒子を生成した。生成された微粒子を実施例と同様に観察すると平均粒径は２１３μｍ、粒径分散度は９．８％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】一般的な液滴生成用微小流路を示す概略図である。
【図２】図１中のＡＡ’断面である。
【図３】図１中のＢＢ’断面である。
【図４】微小流路構造体の排出口と連通する細管（テフロン（登録商標）チューブ）でマイクロ波照射により液滴を硬化させる方法を示した概念図である。
【図５】微小流路構造体の排出流路でマイクロ波照射により液滴を硬化させる方法を示した概念図である。
【図６】本発明における微小流路構造体の概念図である。
【図７】実施例における微粒子製造装置の概念図である。
【図８】実施例における液滴生成状況を示す図である。
【図９】比較例における微粒子製造装置の概念図である。
【図１０】本発明における微小流路の概念図である。
【図１１】本発明における微小流路の交差部の態様の１つを示す概念図である。
【図１２】本発明における微小流路の交差部の態様の１つを示す概念図である。
【図１３】図１２中のＣＣ’断面である。
【図１４】本発明における微小流路の交差部の態様の１つを示す概念図である。
【図１５】図１４中のＤＤ’断面である。
【図１６】本発明における微小流路の交差部の態様の１つを示す概念図である。
【図１７】図１６中のＥＥ’断面である。
【図１８】本発明における微小流路の交差部の態様の１つを示す概念図である。
【図１９】図１８中のＦＦ’断面である。
【符号の説明】
【００５５】
１：微小流路基板
２：連続相導入口
３：連続相導入流路
４：分散相導入口
５：分散相導入流路
６：合流部
７：排出流路
８：排出口
９：角度
１０：微小流路
１１：マイクロ波照射部位
１２：マイクロ波照射装置
１３：マイクロ波吸収体
１４：カバー体
１５：微小流路構造体
１６：ホルダー
１７：ビーカー
１８：テフロン（登録商標）チューブ
１９：フィレットジョイント
２０：マイクロシリンジポンプ
２１：マイクロシリンジ（連続相）
２２：マイクロシリンジ（分散相）
２３：マイクロ波照射
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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