(57)【要約】【課題】微小流路構造体を用いて化学処理を行うあるいは微粒子を生成するにあたり、平面的及び立体的に微小流路の集積度を向上させて、すべての微小流路に均一に流体を送液し、生成物を大量に生産することが可能な微小流路構造体を提供する。【解決の手段】２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長及び／又は流路断面積を有することを特徴とする微小流路構造体を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、前記合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長を有することを特徴とする微小流路構造体。
【請求項２】
２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、前記合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路断面積を有することを特徴とする微小流路構造体。
【請求項３】
２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、前記合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長／流路断面積比を有することを特徴とする微小流路構造体。
【請求項４】
流体Ａと流体Ｂが合流する合流部を有する微小流路であって、下式を満たすことを特徴とする微小流路構造体。
０．９≦  μＡＬＡｕＡｄＢ２／μＢＬＢｕＢｄＡ２  ≦１．１
（式中、μＡ、ｕＡ、ｄＡ、ＬＡは、それぞれ、流体Ａの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長であり、μＢ、ｕＢ、ｄＢ、ＬＢは、それぞれ、流体Ｂの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長である。）
【請求項５】
２以上の流体を導入する２以上の流体導入口と、前記流体の化学処理を行うあるいは前記流体により微粒子を生成する１以上の微小流路と、前記化学処理を行った流体あるいは生成した微粒子を含有する１以上の流体を排出する１以上の流体排出口とを有する微小流路構造体であって、前記微小流路構造体は流体を微小流路に供給する２以上の流体供給用構造体と前記微小流路を有する１以上の微小流路基板とから構成されており、前記流体供給用構造体は、流体を導入する流体導入口となる２以上の貫通穴を有し、前記流体導入口と連通し導入する流体を一時的に蓄える貯蔵空間を有し、前記貯蔵空間から前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体導入口に連通して前記微小流路に流体を供給する１以上の放射状に直線的及び／又は曲線的に形成された供給流路を有し、さらに前記流体供給用構造体の少なくとも１つには前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体排出口と連通し流体を排出する流体排出口となる１以上の貫通穴を有する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の微小流路構造体。
【請求項６】
前記流体供給用構造体の貯蔵空間から前記微小流路を有する微小流路基板の流体導入口へ、それぞれの流体供給用構造体の供給流路と重ならずに配置され、個別に導入できることを特徴とする請求項５に記載の微小流路構造体。
【請求項７】
前記化学処理を行うあるいは前記流体により微粒子を生成するための微小流路を有する微小流路基板が１以上重ね合わされて構成されており、かつ前記微小流路の各流体導入口が、前記流体供給用構造体の供給流路のいずれかに連通していることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の微小流路構造体。
【請求項８】
貯蔵空間の形状が円形状のくぼみ又は多角形状のくぼみであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の微小流路構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路を用いて化学処理を行うあるいは微粒子を生成する微小流路構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数ｃｍ角のガラス基板上に長さが数ｃｍ程度で、幅と深さが数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、微小流路に流体を送液することにより化学処理を行い化学合成物質を生成する研究や微粒子を生成する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、微粒子を生成する例が記載されている。
【０００３】
前述したように微小流路の幅と深さは、数μｍから数百μｍ程度である。このため１つの微小流路における生成物の生成量は毎分数十μｌ程度であるが、微小流路を用いて化学合成する場合や微粒子を工業的に大量生産する場合には、微小流路基板に形成する微小流路の集積度を高める、あるいは集積した微小流路を有する微小流路基板を立体的に積層することで実現可能であると一般的に言われており、このような態様を微小流路のナンバリングアップと称することもある。
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献４、非特許文献３に記載されているように、この微小流路の集積化技術は、従来までに１本の微小流路を有する微小流路基板を数枚程度、モデル的に積層した例が報告されているだけであり、実用的に数十本から数百本の微小流路を平面的に配置させ、すべての微小流路へ均一に流体を送液すること、さらに、前記数十本から数百本集積した微小流路を有する微小流路基盤をさらに数枚から数十枚立体的に配置させ、すべての微小流路へ均一に流体を送液することは未だ検討されておらず、微小流路による工業的な大量生産は従来非常に困難であった。
【０００５】
以上のような背景から、微小流路の平面的集積度の向上及び立体的集積度の向上に伴う、各微小流路への均一送液の機構が切望されていた。
【０００６】
【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
【特許文献４】特開２００２−２９２２７５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
【非特許文献３】菊谷ら、「パイルアップマイクロリアクターによる高収量マイクロチャンネル内合成」、第３回化学とマイクロシステム研究会公演予稿集、９頁、２００１年発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的はかかる従来の実状に鑑みて提案されたものであり、微小流路構造体を使って化学処理を行うあるいは微粒子を生成するにあたり、平面的及び立体的に微小流路の集積度を向上させて、すべての微小流路に均一に流体を送液し、生成物を大量に生産することが可能な微小流路構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するものとして、２以上の流体が合流する部分を有する微小流路において、合流する各々の流体の圧力損失が合流部で等しくなるようにし、その圧力損失を等しくする手段が、各々の流体を流体導入口から合流部まで導入する導入流路の流路長及び／又は流路断面積である微小流路構造体を用いることにより、上記の従来技術による微小流路構造体の課題を解決することができ、遂に本発明を完成することができた。
【０００９】
尚、本明細書において、微小流路とは、流路の幅は１μｍ〜５００μｍ、好ましくは５μｍ〜２００μｍであり、流路の深さは０．１μｍ〜２００μｍ、好ましくは１μｍ〜５０μｍであり、流路の長さは、１μｍ〜５０ｃｍ、好ましくは１０μｍ〜５ｃｍの流路を意味する。また、流路とは、特に断りがない限り微小流路を意味する。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１１】
本発明の微小流路構造体は、２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長を有する。あるいは、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路断面積を有する。さらには、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長／流路断面積比を有する。
【００１２】
このようにすることで、２以上の異なる流体が微小流路の合流部で合流したときに各々の流体の圧力損失がつりあうことで、１つの流体の流体導入口に別の流体が逆流していく減少を抑えることができ、各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。さらに、各々の流体の粘性や密度、各々の流体の送液速度によらず、流路形状によって微小流路の合流部における２以上の流体の圧力損失をつりあわせることができ、各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。
【００１３】
なおここでいう流路断面積とは、流体進行方向と垂直方向の断面積であり、微小流路の断面が矩形であるならば流路の幅及び／又は深さでその大きさが決まり、微小流路の断面が円形ならば流路の内径で決まる。
【００１４】
また本発明の微小流路構造体は、２以上の流体を導入する２以上の流体導入口と、前記流体の化学処理を行うあるいは前記流体により微粒子を生成する１以上の微小流路と、前記化学処理を行った流体あるいは生成した微粒子を含有する１以上の流体を排出する１以上の流体排出口とを有する微小流路構造体であって、前記微小流路構造体は流体を微小流路に供給する２以上の流体供給用構造体と前記微小流路を有する１以上の微小流路基板とから構成されており、前記流体供給用構造体は、流体を導入する流体導入口となる２以上の貫通穴を有し、前記流体導入口と連通し導入する流体を一時的に蓄える貯蔵空間を有し、前記貯蔵空間から前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体導入口に連通して前記微小流路に流体を供給する１以上の放射状に直線的及び／又は曲線的に形成された供給流路を有し、さらに前記流体供給用構造体の少なくとも１つには前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体排出口と連通し流体を排出する流体排出口となる１以上の貫通穴を有する微小流路構造体である。
【００１５】
なお、本発明における流体供給用構造体の流体貯蔵空間を、以下ではリザーバータンクと称することもある。
【００１６】
このようにすることで、送液ポンプから送液された流体が一時的に貯蔵される貯蔵空間は、ポンプの脈動の影響を最小限にする働きをし、且つこの貯蔵空間から放射状に直線的及び／又は曲線的に形成された供給流路が、化学処理を行うあるいは微粒子を生成する微小流路を有する微小流路構基板に連通し、微小流路基板に形成された微小流路に均一に流体を供給することができる。ここで、導入する流体は気体あるいは液体のどちらでも良い。また化学処理とは混合、化学反応、抽出、分離を意味する。また微粒子を生成するとは、界面張力が異なる２種類以上の流体を微小流路の合流部で合流させ、その合流部において、一つの流体を他の流体でせん断し微粒子を生成することを意味する。
【００１７】
なお本発明でいう微粒子とは、固体状の微粒子の他にも微小液滴や微小液滴の表面だけが硬化した微粒子（以下、「半硬化」という。）や、粘性が高い半固体状の微粒子も含む。また流体供給方法は、送液ポンプからキャピラリーチューブ等を通して微小流路構造体に導入しても良いし、微小流路構造体の内部に送液ポンプとしてマイクロポンプ等を設置してもよい。
【００１８】
また、化学処理を行うあるいは微粒子を生成するために２種類以上の流体を微小流路基板に供給する場合は、本発明の微小流路構造体の上下に前述した流体供給用構造体を配置することが好ましい。特に２種類の流体の場合は微小流路基板の上下に異なる流体のリザーバータンクを有する流体供給用構造体を配置し接続することにより、非常にコンパクトな構造で多数の微小流路基板有する微小流路構造体を構成し、かつ各々の流体を各微小流路に均一に送液することが可能となる。ここで、リザーバータンク及び微小流路基板は任意の厚みを持った基板上に一般的なフォトリソグラフィーとウエットエッチングあるいはドライエッチング、切削技術、成形技術等を用いて作製され、使用する微小流路基板の材質や微小流路の大きさに応じて加工方法を選択すればよい。また、リザーバータンクおよび微小流路基板の材質は特に限定されず、例えば石英ガラス、青板ガラス、パイレックス（登録商標）等のガラス基板や、ポリカーボネート、ポリイミド、ＰＯＭ、ナイロン、ナイロン６６、ポリエーテルイミド等の樹脂基板や、その他にも金属やセラミックスなどがあり、使用する流体や化学処理条件に対する耐薬品性や耐熱性により材料を選択すればよい。
【００１９】
このようなリザーバータンク及び微小流離基板は熱融着、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂により直接接合してもよく、あるいは圧着等により接合してもよい。また、リザーバータンクや微小流路基板の間にＯリングやシーリング材等により接続されていても良い。
【００２０】
また、本発明の微小流路構造体の微小流路には、混合、化学合成、抽出、分離といった化学処理を行ったり、微粒子を生成させるために２種類以上の流体を導入するための流体導入口が設けられる。
【００２１】
また、本発明の微小流路構造体は、流体供給用構造体の貯蔵空間から前記微小流路を有する微小流路基板の流体導入口へ、導入した２以上の流体を個別に導入できる微小流路構造体であり、また、２以上の流体供給用構造体の供給流路が、それぞれの流体供給用構造体の供給流路と重ならずに配置されている微小流路構造体である。
【００２２】
すなわち、微小流路の形状がＹ字形状の場合などは、Ｙ字状に２本に分かれた導入流路にそれぞれ異なる流体を導入するため、上下２つのリザーバータンクからの供給流路とそれに対応する導入流路が各々単独で接続されていることが好ましい。またＹ字形状に分かれた導入流路は、リザーバータンクと連通した供給流路とそれぞれ単独に接続するため、流体供給用構造体に存在するリザーバータンクから放射状に形成された供給流路は、対向する別の流体供給用構造体のリザーバータンクから放射状に形成された供給流路に重ならないように配置することが望ましい。
【００２３】
また本発明の微小流路構造体は、流体の化学処理を行うあるいは流体により微粒子を生成する微小流路を有する微小流路基板が１以上重ね合わされて構成されており、かつ前記微小流路の各流体導入口が、前記流体供給用構造体の供給流路のいずれかに連通している微小流路構造体である。このようにすることで、微小流路構造体をさらにコンパクトにすることが可能であり、かつ各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。
【００２４】
また、本発明の微小流路構造体は、各微小流路と連通する貯蔵空間の形状が円形状又は多角形状のくぼみであることが好ましい。このようにすることで、微小流路基板上の各微小流路に、さらに均一に流体を送液することが可能となる。また、リザーバータンクの形状を多角形とすることで、送液するときの圧力損失を極力抑えることが可能となる上、取り扱う流体が液体の場合、リザーバータンクに混入した均一送液の障害となる気泡を速やかに排除することが可能になる。
【００２５】
以下では、本発明の微小流路構造体を図を用いてより具体的に説明する。
【００２６】
図２０に本発明における代表的な微小流路（４）の構造を示す。図２０には粘性係数の異なる２つ流体を合流させて微粒子を生成する場合の流路を想定している。微小流路の合流部（２７）で２つの流体の圧力損失を等しくするため、粘性係数の小さい第１の流体を導入する導入流路（２８）の流路長を粘性係数の大きい第２の流体を導入する導入流路（２９）の流路長よりも長くしてあり、その長さの比は粘性係数の比に等しくなっている。この理由を、以下では円管内における流体の内部摩擦にもとづく圧力損失を表す理論式であるハーゲン−ポアズイユの式を用いて説明する。図２１に示すように、直径ｄ［ｍ］（３０）の水平円管（３１）を流体が線速度ｕ［ｍ／ｓ］（３２）で流れている場合、両方の円管端面（３３）に作用する圧力Ｐ１とＰ２の差である圧力損失ΔＰ［Ｐａ］は、
ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１＝３２μＬｕ／ｄ２        （式１）
となる。これをハーゲン−ポアズイユの式という。ここで、μ［Ｐａ・ｓ］は粘性係数、Ｌ［ｍ］は流路長（３４）である。今、図２２に示すように微小流路（４）に２つの流体Ａ（３５）と流体Ｂ（３６）が合流部（２７）で合流する場合、それぞれの流体に（式１）が成り立ち、流体Ａと流体Ｂの圧力損失ΔＰＡおよびΔＰＢは、それぞれ（式２）、（式３）で示される。
【００２７】
ΔＰＡ＝３２μＡＬＡｕＡ／ｄＡ２              （式２）
ΔＰＢ＝３２μＢＬＢｕＢ／ｄＢ２              （式３）
ここで、μＡ、ｕＡ、ｄＡ、ＬＡは、それぞれ流体Ａの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長であり、μＢ、ｕＢ、ｄＢ、ＬＢは、それぞれ流体Ｂの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長である。
【００２８】
本発明における流体Ａと流体Ｂを合流部で等しい圧力損失にするということは、ΔＰＡとΔＰＢをつりあわせることと等価になり、（式４）を満たすことを意味する。
【００２９】
ΔＰＡ／ΔＰＢ＝１                          （式４）
ここで（式４）に（式２）、（式３）を代入して、
μＡＬＡｕＡｄＢ２／μＢＬＢｕＢｄＡ２＝１        （式５）
となる。
【００３０】
流体Ａと流体Ｂが異なった流体であるときは、流体の物性を示す粘性係数μＡ、μＢが異なることを意味する。今、流体Ａの粘性係数μＡが流体Ｂの粘性係数μＢの９倍であった場合、（式５）からΔＰＡとΔＰＢをつりあわせるためには、例えば第１の例として流体Ａの導入流路の流路長ＬＡを９分の１倍にする、第２の例として流体Ａの導入流路の内径を３倍にする、第３の例として流体Ｂの導入流路の流路長ＬＢを９倍にする、第４の例として流体Ｂの導入流路の内径を１／３倍にする、等が挙げられる。すなわち、流体Ａあるいは流体Ｂの導入流路の流路長及び／又は流路内径（すなわち流路断面積）を（式５）に従うように調整することで、合流部における流体Ａと流体Ｂの圧力損失を等しくすることが可能となる。なお、上述した４つの例は微小流路の合流部で２つの流体の圧力損失を等しくする手段の一例であって、（式５）を満たすようにすることができれば、（式５）のパラメータを任意に組み合わせて調整しても良い。
【００３１】
従って、本発明の微小流路構造体は、流体Ａと流体Ｂが合流する合流部を有する微小流路であって、下式（Ａ）を満たす微小流路構造体であることが好ましい。
０．９≦  μＡＬＡｕＡｄＢ２／μＢＬＢｕＢｄＡ２  ≦１．１      （Ａ）
（式中、μＡ、ｕＡ、ｄＡ、ＬＡは、それぞれ、流体Ａの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長であり、μＢ、ｕＢ、ｄＢ、ＬＢは、それぞれ、流体Ｂの粘性係数、線速度、導入流路内径、導入流路長である。）
上記の式（Ａ）の範囲は実際の流路製作上の公差、精度等を考慮したものであるが、さらに好ましくは、式（Ａ）中の、μＡＬＡｕＡｄＢ２／μＢＬＢｕＢｄＡ２の範囲が０．９５以上１．０５以下であることが好ましく、さらには実質的に１に等しくなることが好ましい。
【００３２】
また、図１〜図３に本発明における微小流路構造体の基本構成要素を示す。図１は流体貯蔵空間（１）を有する流体を供給する第１の流体供給用構造体（３）であり、図２は流体を化学処理するあるいは流体より微小液滴を生成させるためのＹ字状の微小流路（４）を有する微小流路基板（２）であり、図３は流体貯蔵空間（１）を有する流体を供給する第２の流体供給用構造体（３）である。なお図１〜図３では、微小流路構造体の基本構成を説明するため、概念として簡易的なＹ字状の微小流路を描いてある。
【００３３】
また図４〜図６には、２つ流体供給用構造体及び１つの微小流路基板に貫通穴を加工した部分を示す。図４は第１の流体貯蔵空間（１）を有する第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）の流体貯蔵空間に貫通穴（８）を形成した例である。図５は流体を化学処理するあるいは流体より微小液滴を生成させるためのＹ字状の微小流路（４）を有する微小流路基板（２）であり、微小流路の２つの流体導入口（６）と微小流路の１つの流体排出口（７）に貫通穴（８）を形成した例である。図６は第２の流体貯蔵空間（１）を有する第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）の流体貯蔵空間に貫通穴（８）を形成し、なおかつ、微小流路基板に形成された微小流路の流体排出口の位置に相当する位置に貫通穴（８）を形成した例である。
【００３４】
図７は、図４〜図６に示した貫通穴を有した微小流路基板（２）を、貫通穴を有した第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と貫通穴を有した第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）により上下から挟んだ時の概念図である。
【００３５】
また図８は、図７に示した貫通穴を有した微小流路基板（２）を２枚の貫通穴を有した第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と貫通穴を有した第１の流体を供給する流体供給用構造体（２４）により上下から挟んだ時のそれぞれの貫通穴の位置関係を示した図である。
【００３６】
積層する手法としては、図４の第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と図６の第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）、及び図５の微小流路基板（２）にそれぞれ蓋をしたものをＯリング等のシーリング部材で各々貼り合せても良い。
【００３７】
貼り合せ後の微小流路構造体の立体図及び断面図を図９に示した。図１０、図１１、図１２は、それぞれ図９の微小流路構造体のＡＡ’断面、ＢＢ’断面、ＣＣ’断面を示す。
【００３８】
図１０のＡＡ’断面図に示すように、上側の第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）から放射状に伸びた供給流路（５）は、微小流路基板（２）に形成されたＹ字状の微小流路（４）の一方の流体導入口（６）と連通している。また、下側の第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）から放射状に伸びた供給流路（５）は、微小流路基板（２）に形成されたＹ字状の微小流路（４）のもう一方の流体導入口（６）とそれに連通した微小流路基板（２）の貫通穴（８）を介して連通している。このような構造にすることで、第１の流体供給用構造体と第２の流体供給用構造体から供給流路を介してＹ字状の微小流路に２つの流体を供給することができる。
【００３９】
また、図１１のＢＢ’断面図に示すように、微小流路基板（２）に形成されたＹ字状の微小流路（４）からの流体排出口（７）は、流体排出口と連通した微小流路基板（２）の貫通穴（８）と第１の流体を供給する流体供給用構造体（２４）の流体排出口（７）に連通した貫通穴（８）と連通し、微小流路で生成した生成物を排出可能とする。
【００４０】
また図１２のＣＣ’断面図に示すように、上側の第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と下側の第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）にそれぞれ設けられた、第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）と第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）にそれぞれ連通する第１の流体導入口（６）と第２の流体導入口（５）を貫通穴として形成することで、本発明の微小流路構造体の外部から２種類の流体を供給することが可能となる。
【００４１】
なお図４〜図９では、微小流路構造体の基本構成を説明するため、概念としてＹ字状の簡易的な微小流路を描いてある。
【００４２】
ここで、上記記載の微小流路構造体は本発明を解りやすく説明するために示したものであり、リザーバータンクの形状や数、微小流路基板の形状や枚数、微小流路の形状や数および微小流路の導入流路の本数と排出流路の本数はこれに限定されるものではない。
【００４３】
例えば、微小流路の断面形状として種々のものが適用できる。より具体的には、図２７に示される代表的な微粒子生成用Ｙ字状微小流路の模式図において、流体導入流路ＤＤ’の断面形状が円の場合の例（図２８）、楕円の場合（図２９、図３０）、半円の場合（図３１）、矩形の場合（図３２、図３３、図３４）、三角形の場合（図３５）などが挙げられる。この内でも、流体を送液するという観点から角状よりも丸状の方が好ましく、また、簡単なウェットエッチングで製作できるといった加工のしやすさの観点からは半円が好ましい。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の微小流路構造体は、２以上の流体が合流する合流部を有する微小流路において、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長を有する。あるいは、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路断面積を有する。さらには、合流部で合流する２以上の流体の各々の流体の圧力損失が実質的に等しくなる導入流路の流路長と流路断面積との関係を有する。また、流体Ａと流体Ｂが合流する合流部を有する微小流路であって、μＡＬＡｕＡｄＢ２／μＢＬＢｕＢｄＡ２の範囲が０．９以上１．１以下となる微小流路構造体である。
【００４５】
このようにすることで、２以上の異なる流体が微小流路の合流部で合流したときに各々の流体の圧力損失がつりあうことで、１つの流体の流体導入口に別の流体が逆流していく減少を抑えることができ、各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。さらに、各々の流体の粘性や密度、各々の流体の送液速度によらず、流路形状によって微小流路の合流部における２以上の流体の圧力損失をつりあわせることができ、各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。
【００４６】
また本発明の微小流路構造体は、上記の構造体の構成に加え、２以上の流体を導入する２以上の流体導入口と、前記流体の化学処理を行うあるいは前記流体により微粒子を生成する１以上の微小流路と、前記化学処理を行った流体あるいは生成した微粒子を含有する１以上の流体を排出する１以上の流体排出口とを有する微小流路構造体であって、前記微小流路構造体は流体を微小流路に供給する２以上の流体供給用構造体と前記微小流路を有する１以上の微小流路基板とから構成されており、前記流体供給用構造体は、流体を導入する流体導入口となる２以上の貫通穴を有し、前記流体導入口と連通し導入する流体を一時的に蓄える貯蔵空間を有し、前記貯蔵空間から前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体導入口に連通して前記微小流路に流体を供給する１以上の放射状に直線的及び／又は曲線的に形成された供給流路を有し、さらに前記流体供給用構造体の少なくとも１つには前記微小流路基板に形成された１以上の微小流路の各々の流体排出口と連通し流体を排出する流体排出口となる１以上の貫通穴を有するである。
【００４７】
このようにすることで、送液ポンプから送液された流体が一時的に貯蔵される貯蔵空間は、ポンプの脈動の影響を最小限にする働きをし、且つこの貯蔵空間から放射状に直線的及び／又は曲線的に形成された供給流路が、化学処理あるいは微粒子を生成する微小流路を有する微小流路構基板に連通し、微小流路基板に形成された微小流路に均一に流体を供給することができる。
【００４８】
また、本発明の微小流路構造体は、流体供給用構造体の貯蔵空間から前記微小流路を有する微小流路基板の流体導入口へ、それぞれの流体供給用構造体の供給流路と重ならずに配置され、個別に導入できる微小流路構造体である。このようにすることで、微小流路の形状がＹ字形状の場合などは、Ｙ字状に２本に分かれた導入流路にそれぞれ異なる流体を導入することができる。
【００４９】
また本発明の微小流路構造体は、流体の化学処理を行うあるいは流体により微粒子を生成するための微小流路を有する微小流路基板が１以上重ね合わされて構成されており、かつ微小流路の各流体導入口が、流体供給用構造体の供給流路のいずれかに連通している微小流路構造体である。このようにすることで、微小流路構造体をさらにコンパクトにすることが可能であり、かつ各々の流体を各微小流路に均一に送液することができる。
【００５０】
また、本発明の微小流路構造体は、各微小流路と連通する貯蔵空間の形状が円形状あるいは多角形状のくぼみであることが好ましい。このようにすることで、微小流路基板上の各微小流路に、さらに均一に流体を送液することが可能となる。
【００５１】
また、リザーバータンクの形状を多角形とすることで、送液するときの圧力損失を極力抑えることが可能となる上、取り扱う流体が液体の場合、リザーバータンクに混入した均一送液の障害となる気泡を速やかに排除することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
本発明における実施例の概念図を図１７、図１８に示した。図１８に示すように実施例１に用いた微小流路構造体（１１）の構成は、１枚の微小流路基板（２）の表面と裏面にそれぞれ、第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を接合して挟んだ構造とした。微小流路基板とその上下に接合した流体供給用構造体の材質は、直径５インチ、厚さ１．２ｍｍのパイレックス（登録商標）基板を用いた。また、微小流路基板に形成した微小流路および流体供給用構造体に形成したリザーバータンクと供給流路は、一般的なフォトリソグラフィーとウェットエッチングにより形成し、微小流路基板と流体供給用構造体の接合は熱融着により接合した。なお、微小流路基板の微小流路の流体導入口及び流体導入口の貫通穴、第１の流体供給用構造体のリザーバータンクの貫通穴、及び第２の流体供給用構造体のリザーバータンクの貫通穴と流体排出口用の貫通穴は機械加工により直径１ｍｍの貫通穴を形成した。
【００５４】
図２３には使用した微小流路基板（２）を示した。また図２４には図２３の微小流路の一部を拡大した図を示した。図２４に示すように、１本の微小流路は第１の流体を導入する流体導入口（１０）、第２の流体を導入する流体導入口（１２）、合流部（２７）、微小流路（４）、流体排出口（７）を１単位として構成されており、この１単位の微小流路が図２３に示すように、微小流路基板上に１００本形成されている。
【００５５】
図２５には使用した第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）を示した。また図２６には使用した第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を示した。各々の微小流路に連通した２つの流体を導入する流体導入口は、図２５、図２６に示す微小流路基板の上下に接続した２つの流体供給用構造体に備えられた、第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）、第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）からそれぞれ放射状に直線的に配置された供給流路（５）を介して各々の流体を導入し異なる流体導入口に接続した。ここで図２３に示したＹ字状の微小流路に導入する導入流路に連通する流体導入口（６）の位置に関しては、２種類の流体を導入するための流体導入口の穴径を十分に確保するスペースを得るために、第１の流体を導入する流体導入口（１０）は半径３５ｍｍの同心円上の位置に、第２の流体を導入する流体導入口（１２）は半径５５ｍｍの同心円上の位置に、それぞれ半径位置をずらして配置した。微小流路からの流体排出口（７）は半径４０ｍｍの同心円上の位置に配置した。なお、流体導入口と流体排出口はその穴数を少なくする目的で、図２３に示すように流体導入口に関しては、１つの流体導入口から２本の導入流路に分岐する形状とし、流体排出口に関しては、２本の排出流路から１つの流体排出口に合一する形状とした。また、微小流路基板に形成した微小流路（４）の流路幅は１１０μｍ、流路深さは５０μｍでＹ字状に形成した。また導入流路としてのＹ字の角度は４４度とした。さらに、本実施例では、第１の流体の粘性係数が第２の流体の粘性係数の約４０倍あることから、図２４における微小流路の合流部（２７）において、第１の流体と第２の流体の圧力損失が等しくなるように（式５）の関係を満たすように、第１の流体を導入するための導入流路（２８）の長さを７ｍｍ、幅を２００μｍ、深さを５０μｍとし、第２の流体を導入するための導入流路（２９）の長さを７０ｍｍ、幅を１００μｍ、深さを５０μｍとした。
【００５６】
図２４、図２５において、流体供給用構造体に形成した第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）及び第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）は直径５０ｍｍ、深さ３００μｍとしそれぞれ多角形状とした。また多角形状のリザーバータンクの各頂点の位置から外周に向けて放射状に直線的に供給流路（５）を形成した。第１の流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路の長さは１５ｍｍ、流路幅１ｍｍ、流路深さ３００μｍであり、第２の流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路の長さは３０ｍｍ、流路幅１ｍｍ、流路深さ３００μｍである。それぞれの流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路は５０本づつ形成した。また図２４、図２５に示すように、それぞれの流体供給用構造体のリザーバータンク内の耐圧特性を高めるために、流体導入口近傍である半径約８ｍｍ付近に、長さ約５ｍｍ、最大幅約１ｍｍ、高さはリザーバータンクの深さに等しい３００μｍの涙型強度補強柱（１４）を各リザーバータンクに３本、同心円上に１２０度の間隔で形成した。
【００５７】
上記、本発明の微小流路構造体（１１）を図１７、図１８に示すように基板ホルダーＡ（１６）と基板ホルダーＢ（１７）で挟み固定した。基板ホルダーＡには、第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）の第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）と連通した貫通穴に連通する第１の流体を導入する流体導入口（１０）に第１の流体の導入用フレアフィットアダプター（２１）を接続し、キャピラリーチューブ（１５）を介して第１の流体送液用ポンプ（１８）に接続した。基板ホルダーＢには、第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）の第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）と連通した貫通穴に連通する第２の流体導入口（１０）に第２の流体用フレアフィットアダプター（２１）を接続し、キャピラリーチューブ（１５）を介して第２の流体送液用ポンプ（１９）に接続した。また、基板ホルダーＢには、第１の流体供給用構造体の外周側に形成した貫通穴と微小流路基板に形成された各微小流路の流体排出口とを連通した貫通穴と連通する流体の排出用フレアフィットアダプター（２０）を５０個の流体排出口のそれぞれに直接接続した。この流体排出口用フレアフィットアダプターから、キャピラリーチューブを介して微小流路で生成した微小液滴を排出し回収した。
【００５８】
本実施例では、第１の流体送液用ポンプ（１８）により３％のポリビニルアルコール水溶液を微小流路構造体に約１．０ｍｌ／分の送液速度で送液し、第２の流体送液用ポンプ（１９）によりジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を微小流路構造体に約０．５ｍｌ／分で送液し、各々の流体の導入用フレアフィットアダプターを介して接続されたリザーバータンクに設けられた各流体導入口に導入した。導入した２種の流体は、各リザーバータンクに一時的に貯えられた後、リザーバータンクから放射状に伸びた供給流路を通って、微小流路基板に形成したＹ字状の微小流路のそれぞれの導入流路に導入され、Ｙ字状の微小流路の合流部において連続相であるポリビニルアルコール水溶液が分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液をせん断することで微小液滴が生成された。
【００５９】
本発明の微小流路構造体の効果を確認する手段として、微小流路の流体排出口と連通した５０個の排出用フレアフィットアダプターから排出された流体に含有された流体を流体排出口別に回収し、回収した流体に含有されている微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、５０個の流体排出口すべてにおいて、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が３．３％〜３．９％の範囲であった。この結果から、本発明の微小流路構造体を用いることにより、各微小流路に非常に均一に同じ条件で流体が供給されていることが示された。なお、粒径分散度とは、サンプリングした微小液滴の標準偏差を平均粒径で除算して得られる値で、粒径分布の広がりを示す目安となる数値である。
【００６０】
また、５０個の流体排出口から排出された流体をすべて同じサンプル瓶に回収して微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が３．５％であり、本発明の微小流路構造体全体としても、非常に均一な微小液滴を得ることができた。また得られた微小液滴の生成量は、スラリーとして１．４９ｍｌ／分の生成速度で得ることができた。ここで、本実施例で用いたＹ字形状の微小流路と同じ形状の１本のＹ字状の微小流路に、連続相である３％のポリビニルアルコール水溶液と分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を導入して、Ｙ字状の微小流路の合流部において連続相により分散相をせん断することで微小液滴を生成した場合、上記実施例と同程度である平均粒径が約１００μｍ、粒径分度が約３％〜５％の範囲で微小液滴が生成される条件は、水相の送液速度が約１０μｌ／分、有機相の送液速度が約５μｌ／分であり、送液して得られる微小液滴を含有するスラリーの生成速度１５μｌ／分である。従って、本実施例の微小流路を１００本集積化した微小流路基板１枚で構成された微小流路構造体は、微小流路１本で生成されるスラリーの約１００倍となっている。以上のことから、本発明の微小流路構造体を用いることで、微小流路を集積化することにより、１本の微小流路で生成した生成物と同じ物性の生成物を、集積した流路の本数に応じてして大量に生成することができることが示された。
（実施例２）
実施例１で使用した図２３に示した微小流路基板を２枚用いて熱接合により貼り合せ、貼り合せた基板の上下にさらに図２５、図２６に示す第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を熱接合により接合して挟んだ構造とし、図１９に示した構造体として図１７の実験装置に設置した。
【００６１】
本実施例では、第１の流体送液用ポンプ（１８）により３％のポリビニルアルコール水溶液を微小流路構造体に約２．０ｍｌ／分の送液速度で送液し、第２の流体送液用ポンプ（１９）によりジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を微小流路構造体に約１．０ｍｌ／分で送液し、各々の流体の導入用フレアフィットアダプターを介して接続されたリザーバータンクに設けられた各流体導入口に導入し連続相であるポリビニルアルコール水溶液により分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液をせん断することで微小液滴が生成した。
【００６２】
本発明の微小流路構造体の効果を確認する手段として、実施例１と同様に微小流路の流体排出口と連通した５０個の排出用フレアフィットアダプターから排出された流体に含有された流体を流体排出口別に回収し、回収した流体に含有されている微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、５０個の流体排出口すべてにおいて、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が３．８％〜４．１％の範囲であった。この結果から、本発明の微小流路構造体を用いることにより、各微小流路に非常に均一に同じ条件で流体が供給されていることが示された。
【００６３】
また、５０個の流体排出口から排出された流体をすべて同じサンプル瓶に回収して微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が３．９％であり、本発明の微小流路構造体全体としても、非常に均一な微小液滴を得ることができた。また得られた微小液滴の生成量は、スラリーとして約３．０ｍｌ／分の生成速度で得ることができ、実施例１の約２倍のスラリーの生成能力を得られたことから、接合した２枚の微小流路基板に均等に流体が流れていることを確認できた。実施例１と同に、本実施例で用いたＹ字形状の微小流路と同じ形状の１本のＹ字状の微小流路に、連続相である３％のポリビニルアルコール水溶液と分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を導入して、Ｙ字状の微小流路の合流部において連続相により分散相をせん断することで微小液滴を生成した場合、上記実施例と同程度である平均粒径が約１００μｍ、粒径分度が約３％〜４％の範囲で微小液滴が生成される条件は、水相の送液速度が約１０μｌ／分、有機相の送液速度が約５μｌ／分であり、送液して得られる微小液滴を含有するスラリーの生成速度１５μｌ／分である。従って、本実施例の微小流路を１００本集積化した微小流路基板を２枚積層した微小流路構造体は、微小流路１本で生成されるスラリーの約２００倍となっていることから、本発明の微小流路構造体を用いることで、微小流路を集積化することにより、１本の微小流路で生成した生成物と同じ物性の生成物を、集積した流路の本数に応じてして大量に生成することができることが示された。
（比較例１）
実施例１と同様に製作した図１３に示した１枚の微小流路基板の上下に図１５、図１６に示す第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を熱接合により接合して挟んだ構造とし、図１８に示した構造体として図１７の実験装置に設置した。
【００６４】
図１３には使用した微小流路基板（２）を示した。また図１４には図１３の微小流路の一部を拡大した図を示した。図１４に示すように、１本の微小流路は第１の流体を導入する流体導入口（１０）、第２の流体を導入する流体導入口（１２）、合流部（２７）、微小流路（４）、流体排出口（７）を１単位として構成されており、この１単位の微小流路が図１３に示すように微小流路基板上に１００本形成されている。
【００６５】
図１５には使用した第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）を示した。また図１６には使用した第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を示した。各々の微小流路に連通した２つの流体を導入する流体導入口は、図１５、図１６に示す微小流路基板の上下に接続した２つの流体供給用構造体に備えられた、第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）、第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）からそれぞれ放射状に直線的に配置された供給流路（５）を介して各々の流体を導入し異なる流体導入口に接続した。ここで図１３に示したＹ字状の微小流路に導入する導入流路に連通する流体導入口（６）の位置に関しては、２種類の流体を導入するための流体導入口の穴径を十分に確保するスペースを得るために、第１の流体を導入する流体導入口（１０）は半径３５ｍｍの同心円上の位置に、第２の流体を導入する流体導入口（１２）は半径４０ｍｍの同心円上の位置に、それぞれ半径位置をずらして配置した。微小流路からの流体排出口（７）は半径５５ｍｍの同心円上の位置に配置した。なお、流体導入口と流体排出口はその穴数を少なくする目的で、図１３に示すように流体導入口に関しては、１つの流体導入口から２本の導入流路に分岐する形状とし、流体排出口に関しては、２本の排出流路から１つの流体排出口に合一する形状とした。また、微小流路基板に形成した微小流路（４）の流路幅は１１０μｍ、流路深さは５０μｍでＹ字状に形成した。また導入流路としてのＹ字の角度は４４度とした。本比較例では、第２の流体の粘性係数が第１の流体の粘性係数の約４０倍ではあるが、図１４における微小流路の合流部（２７）において、第１の流体と第２の流体の圧力損失が等しくなることは考慮せずに、第１の流体を導入するための導入流路（２８）の長さを１０ｍｍ、幅を１００μｍ、深さを５０μｍとし、第２の流体を導入するための導入流路（２９）の長さを５ｍｍ、幅を１００μｍ、深さを５０μｍとした。
【００６６】
図１４、図１５において、流体供給用構造体に形成した第１の流体を貯蔵するリザーバータンク（９）及び第２の流体を貯蔵するリザーバータンク（２６）は直径５０ｍｍ、深さ３００μｍとしそれぞれ多角形状とした。また多角形状のリザーバータンクの各頂点の位置から外周に向けて放射状に直線的に供給流路（５）を形成した。第１の流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路の長さは１５ｍｍ、流路幅１ｍｍ、流路深さ３００μｍであり、第２の流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路の長さは３０ｍｍ、流路幅１ｍｍ、流路深さ３００μｍである。それぞれの流体供給用構造体のリザーバータンクからの供給流路は５０本づつ形成した。また図１４、図１５に示すように、それぞれの流体供給用構造体のリザーバータンク内の耐圧特性を高めるために、流体導入口近傍である半径約８ｍｍ付近に、長さ約５ｍｍ、最大幅約１ｍｍ、高さはリザーバータンクの深さに等しい３００μｍの涙型強度補強柱（１４）を各リザーバータンクに３本、同心円上に１２０度の間隔で形成した。
【００６７】
本比較例では、第１の流体送液用ポンプ（１８）により３％のポリビニルアルコール水溶液を微小流路構造体に約０．９５ｍｌ／分の送液速度で送液し、第２の流体送液用ポンプ（１９）によりジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を微小流路構造体に約０．４５ｍｌ／分で送液し、各々の流体の導入用フレアフィットアダプターを介して接続されたリザーバータンクに設けられた各流体導入口に導入し連続相であるポリビニルアルコール水溶液により分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液をせん断することで微小液滴が生成した。
【００６８】
本発明の微小流路構造体の効果を確認する手段として、実施例１と同様に微小流路の流体排出口と連通した５０個の排出用フレアフィットアダプターから排出された流体に含有された流体を流体排出口別に回収し、回収した流体に含有されている微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、５０個の流体排出口すべてにおいて、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が３．９％〜５．７％の範囲であった。この結果から、本発明の微小流路構造体を用いることにより、各微小流路にほぼ非常に均一に同じ条件で流体が供給されていることが示された。
【００６９】
また、５０個の流体排出口から排出された流体をすべて同じサンプル瓶に回収して微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、平均粒径が約１００μｍでその粒径分散度が４．２％であり、本発明の微小流路構造体全体としても、ほぼ均一な微小液滴を得ることができた。また得られた微小液滴の生成量は、スラリーとして約１．３５ｍｌ／分の生成速度で得ることができた。実施例１と同様に、本比較例で用いたＹ字形状の微小流路と同じ形状の１本のＹ字状の微小流路に、連続相である３％のポリビニルアルコール水溶液と分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を導入して、Ｙ字状の微小流路の合流部において連続相により分散相をせん断することで微小液滴を生成した場合、上記実施例と同程度である平均粒径が約１００μｍ、粒径分度が約３％〜５％の範囲で微小液滴が生成される条件は、水相の送液速度が約１０μｌ／分、有機相の送液速度が約５μｌ／分であり、送液して得られる微小液滴を含有するスラリーの生成速度１５μｌ／分である。従って、本実施例の微小流路を１００本集積化した微小流路基板を２枚積層した微小流路構造体は、微小流路１本で生成されるスラリーの約９３倍となっていることから、本発明の微小流路構造体を用いることで、微小流路を集積化することにより、１本の微小流路で生成した生成物と同じ物性の生成物を、ほぼ集積した流路の本数に応じてして大量に生成することができることが示された。
（比較例２）
比較例１で使用した図１３に示した微小流路基板を２枚用いて熱接合により貼り合せ、貼り合せた基板の上下にさらに図１５、図１６に示す第１の流体を供給する流体供給用構造体（２５）と第２の流体を供給する流体供給用構造体（２４）を熱接合により接合して挟んだ構造とし、図１９に示した構造体として図１７の実験装置に設置した。
【００７０】
本比較例では、第１の流体送液用ポンプ（１８）により３％のポリビニルアルコール水溶液を微小流路構造体に約０．４ｍｌ／分の送液速度で送液し、第２の流体送液用ポンプ（１９）によりジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を微小流路構造体に約０．２ｍｌ／分で送液し、各々の流体の導入用フレアフィットアダプターを介して接続されたリザーバータンクに設けられた各流体導入口に導入し連続相であるポリビニルアルコール水溶液により分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液をせん断することで微小液滴が生成した。
【００７１】
本発明の微小流路構造体の効果を確認する手段として、微小流路の流体排出口と連通した５０個の排出用フレアフィットアダプターから排出された流体に含有された流体を流体排出口別に回収し、回収した流体に含有されている微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、５０個の流体排出口すべてにおいて、平均粒径が約９０μｍ〜１００μｍでその粒径分散度が２５％〜３２％の範囲であった。このように、各流体排出口毎の平均粒径のばらつきが大きく、粒径分散度も悪いことから、各微小流路に均一に同じ条件で流体が供給することが十分にできなかったことがわかる。
【００７２】
また、５０個の流体排出口から排出された流体をすべて同じサンプル瓶に回収して微小液滴の粒径分布を１００個の微小液滴をサンプリングして測定した結果、平均粒径が約９２μｍでその粒径分散度が３５％であり、均一な微小液滴を得ることが十分にできなかった。また得られた微小液滴の生成量は、スラリーとして０．６ｍｌ／分の生成速度でしか得ることができなかった。実施例１と同様に、本比較例で用いたＹ字形状の微小流路と同じ形状の１本のＹ字状の微小流路に、連続相である３％のポリビニルアルコール水溶液と分散相であるジビニルベンゼンと酢酸ブチルの混合溶液を導入して、Ｙ字状の微小流路の合流部において連続相により分散相をせん断することで微小液滴を生成した場合、上記実施例と同程度である平均粒径が約１００μｍ、粒径分度が約３％〜５％の範囲で微小液滴が生成される条件は、水相の送液速度が約１０μｌ／分、有機相の送液速度が約５μｌ／分であり、送液して得られる微小液滴を含有するスラリーの生成速度１５μｌ／分である。従って、本比較例の微小流路を１００本集積化した微小流路基板を２枚積層した微小流路構造体は、微小流路１本で生成されるスラリーの約４０倍にしかならないことから、すべての微小流路に均一に送液することができず、集積した流路の本数に応じた量のスラリーを生成することができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明における微小流路構造体の基本構成要素のうち、第１の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図２】本発明における微小流路構造体の基本構成要素のうち、微小流路基板を示した概念図である。
【図３】本発明における微小流路構造体の基本構成要素のうち、第２の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図４】第１の流体貯蔵空間を有する第１の流体を供給する流体供給用構造体の流体貯蔵空間に貫通穴を形成した概念図である。
【図５】微小流路基板におけるＹ字状の微小流路の２つの流体導入口と微小流路の１つの流体排出口に貫通穴を形成した概念図である。
【図６】第２の流体貯蔵空間を有する第２の流体を供給する流体供給用構造体の流体貯蔵空間に貫通穴を形成し、なおかつ、微小流路基板に形成された微小流路の流体排出口の位置に相当する位置に貫通穴を形成した概念図である。
【図７】貫通穴を有した微小流路基板を、貫通穴を有した第１の流体を供給する流体供給用構造体と貫通穴を有した第２の流体を供給する流体供給用構造体により上下から挟んだ時の概念図である。
【図８】貫通穴を有した微小流路基板を２枚の貫通穴を有した第１の流体供給用構造体と貫通穴を有した第２の流体供給用構造体により上下から挟んだ時のそれぞれの貫通穴の位置関係を示した概念図である。
【図９】貼り合せ後の微小流路構造体の立体図を示した概念図である。
【図１０】貼り合せ後の微小流路構造体の立体図を示した図９におけるＡＡ’断面を示した概念図である。
【図１１】貼り合せ後の微小流路構造体の立体図を示した図９におけるＢＢ’断面を示した概念図である。
【図１２】貼り合せ後の微小流路構造体の立体図を示した図９におけるＣＣ’断面を示した概念図である。
【図１３】比較例に用いた１００本のＹ字状の微小流路を１枚の微小流路基板上に配置した微小流路基板を示した図である。
【図１４】図１３における点線で囲った部分の拡大図である。
【図１５】比較例に用いた、２種類の流体の流体供給用構造体のうち、第１の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図１６】比較例に用いた、２種類の流体の流体供給用構造体のうち、第２の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図１７】本発明における微小流路構造体を、流体の送液システムに組み込んだ場合の概略図である。
【図１８】実施例１及び比較例１に用いた図１８における微小流路構造体の部分の拡大図である。
【図１９】実施例２及び比較例２に用いた図１８における微小流路構造体の部分の拡大図である。
【図２０】本発明における代表的な微小流路の構造である。
【図２１】円管内における流体の内部摩擦にもとづく圧力損失を表す理論式を説明する図である。
【図２２】円管内における２つの流体の合流部における圧力損失の関係を説明する図である。
【図２３】実施例に用いた圧力損失を合流部で等しくした、１００本のＹ字状の微小流路を１枚の微小流路基板上に配置した微小流路基板を示した図である。
【図２４】図２３における点線で囲った部分の拡大図である。
【図２５】実施例に用いた、２種類の流体の流体供給用構造体のうち、第１の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図２６】実施例に用いた、２種類の流体の流体供給用構造体のうち、第２の流体供給用構造体を示した概念図である。
【図２７】代表的な微粒子生成用Ｙ字状微小流路の模式図である。
【図２８】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が円の場合の例である。
【図２９】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が楕円の場合の第１の例である。
【図３０】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が楕円の場合の第２の例である。
【図３１】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が半円の場合の例である。
【図３２】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が矩形の場合の第１の例である。
【図３３】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が矩形の場合の第２の例である。
【図３４】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が矩形の場合の第３の例である。
【図３５】流体導入流路ＤＤ’の断面形状が三角形の場合の例である。
【符号の説明】
【００７４】
１：流体貯蔵空間
２：微小流路基板
３：流体供給用構造体
４：微小流路
５：供給流路
６：流体導入口
７：流体排出口
８：貫通穴
９：第１の流体を貯蔵するリザーバータンク
１０：第１の流体を導入する流体導入口
１１：微小流路構造体
１２：第２の流体を導入する流体導入口
１３：第１の流体を導入する導入用フレアフィットアダプター
１４：涙型強度補強柱
１５：キャピラリーチューブ
１６：基板ホルダーＡ
１７：基板ホルダーＢ
１８：第１の流体の送液ポンプ
１９：第２の流体の送液ポンプ
２０：排出用フレアフィットアダプター
２１：第２の流体を導入する導入用フレアフィットアダプター
２２：固定ホルダーＡ
２３：固定ホルダーＢ
２４：第２の流体を供給する流体供給用構造体
２５：第１の流体を供給する流体供給用構造体
２６：第２の流体を貯蔵するリザーバータンク
２７：合流部
２８：第１の流体を導入する導入流路
２９：第２の流体を導入する導入流路
３０：直径ｄ
３１：水平円管
３２：線速度ｕ
３３：円管端面
３４：流路長
３５：流体Ａ
３６：流体Ｂ
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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