(57)【要約】【課題】マイクロチャネルの配置密度を上げることができる乳化装置を提供する。【解決手段】第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３が順に積層されて構成され、分散相側から連続相側へ通じる流路１０２ｂが形成された複数のマイクロチャネル１００を備えたマイクロチャネル構造体１０を有し、上下にベース３０とプレート３１を備えて、分散相および連続相の供給および回収が可能な供給部４０と回収部４１が形成された構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散相側から連続相側へ通じる流路が形成された複数のマイクロチャネルを備えたマイクロチャネル構造体を有し、
前記流路の分散相側に流入口が形成され、前記流入口の高さが前記流路の前記連続相側の排出口の高さよりも大きいことを特徴とする乳化装置。
【請求項２】
前記マイクロチャネル構造体は、第１の流路パターン層、第２の流路パターン層、および第３の流路パターン層が順に積層されて構成され、分散相側から連続相側へ通じる流路が形成された複数のマイクロチャネルを備え、
前記第２の流路パターン層は、前記流路および前記分散相側に流入口が形成され、前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記分散相側に前記流入口のみが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の乳化装置。
【請求項３】
前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、同一のパターン形状を有することを特徴とする請求項２に記載の乳化装置。
【請求項４】
前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記流入口が矩形であることを特徴とする請求項２または３に記載の乳化装置。
【請求項５】
前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記流入口が楔形状の切欠部を有することを特徴とする請求項２または３に記載の乳化装置。
【請求項６】
前記マイクロチャネル構造体は、前記第１の流路パターン層から前記第３の流路パターン層が繰り返して順に積層されて構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の乳化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乳化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の乳化装置として、分散相と連続相との境界部に一定幅の多数のマイクロチャネルを設け、このマイクロチャネルを介して分散相を連続相へ送り込むようにし、マイクロチャネルは微小な突部間に形成され、この突部から連続相に向かって仕切壁が設けられているマイクロチャネル装置がある（特許文献１）。
【０００３】
この突部及び仕切壁の形成手段としては、半導体に集積回路を形成する過程で利用されるフォトリソグラフィによる湿式エッチングや乾式エッチングなどが利用され、平面的な構造のマイクロチャネルが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８４３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、マイクロチャネルの配置密度を上げることができる乳化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、以下の乳化装置、およびマイクロチャネル構造体と乳化装置の製造方法を提供する。
【０００７】
［１］分散相側から連続相側へ通じる流路が形成された複数のマイクロチャネルを備えたマイクロチャネル構造体を有し、前記流路の分散相側に流入口が形成され、前記流入口の高さが前記流路の前記連続相側の排出口の高さよりも大きいことを特徴とする乳化装置。
【０００８】
［２］前記マイクロチャネル構造体は、第１の流路パターン層、第２の流路パターン層、および第３の流路パターン層が順に積層されて構成され、分散相側から連続相側へ通じる流路が形成された複数のマイクロチャネルを備え、前記第２の流路パターン層は、前記流路および前記分散相側に流入口が形成され、前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記分散相側に前記流入口のみが形成されていることを特徴とする前記［１］に記載の乳化装置。
【０００９】
［３］前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、同一のパターン形状を有することを特徴とする前記［２］に記載の乳化装置。
【００１０】
［４］前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記流入口が矩形であることを特徴とする前記［２］または［３］に記載の乳化装置。
【００１１】
［５］前記第１の流路パターン層および前記第３の流路パターン層は、前記流入口が楔形状の切欠部を有することを特徴とする前記［２］または［３］に記載の乳化装置。
【００１２】
前記マイクロチャネル構造体は、前記第１の流路パターン層から前記第３の流路パターン層が繰り返して順に積層されて構成されていることを特徴とする前記［２］から［５］のいずれかに記載の乳化装置。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至５に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、マイクロチャネルの配置密度を上げることができる乳化装置を提供することができる。また、請求項６に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、より生産性に優れる乳化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る乳化装置の外観概略図であり、（ｂ）はＡ部の構造説明図であり、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチャネル構造体および乳化装置の製造方法を説明するための第１〜３の流路パターン層を示す平面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る積層構造体の製造工程を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロチャネル構造体および乳化装置の製造方法を説明するための各工程を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る乳化装置の断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロチャネル構造体および乳化装置の部分外観斜視図であり、（ｂ）は、第１、第３の流路パターン層のパターン形状を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る乳化装置の部分外観斜視図である。
【図８】図８は、流入口の形状による流入抵抗の違いを説明する流入口の形状平面図と参考式である。
【図９】図９は、流入口の形状による流入抵抗の違いを説明する流入口の形状平面図と参考式である。
【図１０】図１０は、流入口の形状による流入抵抗の違いを説明する流入口の形状平面図と参考式である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る乳化装置１は、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３が順に積層されて構成され、分散相側から連続相側へ通じる流路１０２ｂが形成された複数のマイクロチャネル１００を備えたマイクロチャネル構造体１０を有し、上下にベース３０とプレート３１を備えて、分散相および連続相の供給および回収が可能な供給部４０と回収部４１が形成された構成とされている。また、ベース３０の中央には、分散相を供給するための分散相供給口４２が設けられているが、プレート３１側に設けられていてもよい。
【００１６】
図１（ａ）で示す供給部４０に分散相供給口４２から油等の分散相５０が供給され、所定の圧力でマイクロチャネル構造体１０に形成されたマイクロチャネル１００を通過することにより、回収部４１側の水等の連続相５１側に分散相５０がマイクロスフィア５２として摘出され、連続相５１と混合されることにより乳化されてエマルジョンが回収部４１側に生成される。
【００１７】
図１（ｂ）は、上記のことを分かりやすく説明するために模式的に示す図１（ａ）のＡ部の部分図である。図１（ａ）で示す側壁４３に並列して形成されたマイクロチャネル１００において、供給部４０の分散相５０が流路１０２ｂ及び流入口１０１ａ，１０２ａ，１０３ａで形成される乳化のための流路、すなわち、図１（ｂ）で示す略Ｔ字形状の空間部分を通過して回収部４１側にマイクロスフィア５２として摘出されて連続相５１と混合される。
【００１８】
図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面を示し、複数形成されるうちの１つのマイクロチャネル１００の断面を示す。第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３が下から順に積層されたマイクロチャネル構造体１０は、上下をベース３０とプレート３１で挟まれて構成されている。
【００１９】
第２の流路パターン層１０２は、流路１０２ｂおよび分散相側に流入口１０２ａが形成され、第１の流路パターン層１０１および第３の流路パターン層１０３は、分散相側に流入口１０１ａ、１０３ａのみが形成されている。第１の流路パターン層１０１および第３の流路パターン層１０３において、第２の流路パターン層１０２の流路１０２ｂの上下部分は仕切壁１０１ｃ、１０３ｃである。第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３は、Ａｌ、Ｎｉ，Ｃｕ等の金属薄膜であり、これらが積層されたマイクロチャネル構造体１０は、後述する製造方法により作製される。尚、上記の材料はこれに限られず薄膜として形成されるものであればよい。
【００２０】
図２は、後述する製造方法で使用するドナー基板２００上に形成された第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３のパターン形状を示す平面図である。
【００２１】
第１の流路パターン層１０１は、回収部４１を形成するための回収部４１ｘが全体の上下および左右部分に矩形に切り欠かれ、中央部には供給部４０を形成するための供給部４０ｘが矩形に切り欠かれている。供給部４０ｘと回収部４１ｘに挟まれた部分は側壁４３ｘを形成し、この側壁４３ｘは上下および左右の４箇所に形成されている。
【００２２】
側壁４３ｘには、マイクロチャネル１００を構成するための流入口１０１aが矩形に切り欠かれ、側壁４３ｘの切り欠かれていない部分は仕切壁１０１ｃとして薄膜部分が存在する。
【００２３】
第３の流路パターン層１０３は、第１の流路パターン層１０１と積層したときに同じ形状となる同様のパターン形状に形成されている。尚、流入口１０３ａの矩形形状は完全に同一である必要はないが、本実施の形態では同一形状としている。
【００２４】
第２の流路パターン層１０２は、第１および第３の流路パターン層と同様に、回収部４１を形成するための回収部４１ｙが全体の上下および左右部分に矩形に切り欠かれ、中央部には供給部４０を形成するための供給部４０ｙが矩形に切り欠かれている。供給部４０ｙと回収部４１ｙに挟まれた部分は側壁４３ｙを形成し、この側壁４３ｙは上下および左右の４箇所に形成されている。
【００２５】
ここで、側壁４３ｙには、マイクロチャネル１００を構成するための流入口１０２ａが矩形に切り欠かれ、さらに回収部４１ｙまで貫通する流路１０２ｂが切り欠かれて形成されている。
【００２６】
（マイクロチャネル構造体と乳化装置の製造方法）
図３（ａ）〜（ｄ）に、本発明の第１の実施の形態に係る積層構造体の製造工程を示す。本実施の形態と従来技術との違いはドナー基板の製造方法である。図４（ａ）〜（ｆ）に示す各工程図によりマイクロチャネル構造体および乳化装置の製造方法を説明する。尚、以下に説明する製造方法は、例えば、特許第３１６１３６２号に記載された公知の製造方法により可能である。
【００２７】
まず、第１の工程として、ドナー基板２００上に、図２に示した第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３を所定の位置に形成する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、シリコンウエハ基板２０１上に、後述する断面パターン部材との密着力を適切な範囲に制御することができる離型層２０２を形成し、この上に後述するメッキ処理を行うための導電層２０３を形成する。 
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、数１０〜数１００ミクロンの膜厚を有する厚いレジストパターン層２０４−１，２０４−２，２０４−３を形成する。なお、このレジストパターン層２０４−１，２０４−２，４２０−３は、積層構造体の断面パターンを反転した形状になっている。 
【００３０】
図３（ｃ）に示すように、導電層２０３を電極として短時間で厚い膜を形成することができるメッキ処理により、レジストパターン層２０４−１，２０４−２，２０４−３の間に構造体材料を埋め込んで断面パターン部材２０５−１，２０５−２を形成する。メッキ処理における着膜速度は、数μｍ／分とスパッタのそれに比べて数１０倍早い。 
【００３１】
図３（ｄ）に示すように、レジストパターン層２０４−１，２０４−２，２０４−３を除去し、積層構造体の断面パターン部材２０５−１，２０５−２をマスクにして導電層２０３を、２０３−１，２０３−２で示すようにエッチングする。これによってドナー基板２００が完成する。
【００３２】
次に、第２の工程として、図２に示した第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３を所定の順序で積層していく。
【００３３】
マイクロチャネル構造体１０を容易に取り出すために予めステージ３００に犠牲層を形成しておく。このステージ３００を第３の流路パターン層１０３の真上に位置させる（図４（ａ））。
【００３４】
ステージ３００を下方（矢印Ｐ１方向）へ移動させ、第３の流路パターン層１０３に所定の圧力で接触して接合させる。これにより、第３の流路パターン層１０３をステージ３００に犠牲層を介して転写する（図４（ｂ））。
【００３５】
ステージ３００を上方（矢印Ｐ２方向）へ移動させる（図４（ｃ））。
【００３６】
ドナー基板２００を左方（矢印Ｐ３方向）へ移動させて、ステージ３００を第２の流路パターン層１０２の真上に位置させる（図４（ｄ））。
【００３７】
ステージ３００を下方（矢印Ｐ４方向）へ移動させ、第３の流路パターン層１０３を第２の流路パターン層１０２に所定の圧力で面同士で接触して接合させる。これにより、第２の流路パターン層１０２を第３の流路パターン層１０３の下面に転写する（図４（ｅ））。
【００３８】
ステージ３００を上方（矢印Ｐ５方向）へ移動させる（図４（ｆ））。以下、同様の工程により、第１の流路パターン層１０１を第２の流路パターン層１０２の下面に転写する。
【００３９】
上記の工程により、第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３が正確な位置関係で積層されたマイクロチャネル構造体１０が形成され、離型層および犠牲層を剥離することでマイクロチャネル構造体１０を取り出すことができる。また、このマイクロチャネル構造体１０の上下をベース３０およびプレート３１で挟むことで、図５に示すような乳化装置１を製造することができる。
【００４０】
（具体例）
本発明の第１の実施の形態に係る乳化装置１は、２０×２０ｍｍの大きさである。中央部の供給部４０は、１０ｍｍ×１０ｍｍの空間である。マイクロチャネル構造体１０の高さは６０μｍ。また、マイクロチャネル１００は１０ｍｍ×１０ｍｍの中央空間の四方にある側壁４３の幅１０ｍｍ領域に配置されている。マイクロチャネル１００の各流路の長さはｆ＝１５０μｍであり、そのうち、高さｂ＝６０μｍ、幅ａ＝１０μｍのサイズの流入口の長さはｃ＝４０μｍ、残りｄ＝１１０μｍの流路サイズは高さｅ＝２０μｍ、幅ａ＝１０μｍである。マイクロチャネル１００の各流路間隔は、ｇ＝２０μｍで、幅１０ｍｍの領域には流路が一つの側壁４３に３３４本，全側壁に合計１３３６本配置されている。
【００４１】
従来は、流路が親水化されているため分散相（油相）がマイクロチャネルに入りにくいので，流路入口を広げることで入りやすくしていた。しかし流路入口を広げることでマイクロチャネルの隣接間隔を広く取る必要があり、マイクロチャネルの密度を上げることができず乳化の高い生産性が得られていなかった。第１の実施の形態によれば、マイクロチャネルの入口を縦型にすることで，マイクロチャネルが高密度で配置され、乳化性の高い生産性に優れる乳化装置になる。
【００４２】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る乳化装置１は、第１の流路パターン層１０１および第３の流路パターン層１０３に形成される流入口１０１ａ、１０３ａの形状が第１の実施の形態と異なる。
【００４３】
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロチャネル構造体および乳化装置の部分外観斜視図であり、（ｂ）は、第１、第３の流路パターン層のパターン形状を示す断面図である。図６（ｂ）に示すように、流入口が楔形状の切欠部１０１ｄ、１０３ｄ、あるいは、Ｖ字形状の切欠部として形成されている。
【００４４】
（具体例）
本発明の第２の実施の形態に係る乳化装置１は、２０×２０ｍｍの大きさである。中央部の供給部４０は、１０ｍｍ×１０ｍｍの空間である。マイクロチャネル構造体１０の高さは３０μｍ。また、マイクロチャネル１００は１０ｍｍ×１０ｍｍの中央空間の四方にある側壁４３の幅１０ｍｍ領域に配置されている。マイクロチャネル１００の各流路の長さはｆ＝１５０μｍである。流路入口中央天井と底部分に、高さｉ＝３０μｍ、底辺ｈ＝１０μｍの三角柱（高さｔ＝１０μｍ）形状の楔形状またはＶ字形状の切欠が配置されている。マイクロチャネル１００の各流路間隔は、ｊ、ｋ＝２０μｍで、幅１０ｍｍの領域には流路が一つの側壁４３に２５０本，全側壁に合計１０００本配置されている。
【００４５】
その他の構成は第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態によれば、マイクロチャネルの入口を楔形状にすることで、マイクロチャネルが高密度で配置され、乳化性の高い生産性に優れる乳化装置になる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態に係る乳化装置１は、第１または第２の実施の形態のマイクロチャネル構造体１０を２以上積層して構成するものである。すなわち、第１の流路パターン層１０１、第２の流路パターン層１０２、および第３の流路パターン層１０３を所定の順序で繰り返して積層して構成するものである。
【００４７】
図７は、本発明の第３の実施の形態に係る乳化装置の部分外観斜視図であり、マイクロチャネルの流入口が第２の実施の形態で示した楔形状またはＶ字形状で描かれているが、第１の実施の形態にかかるマイクロチャネル構造体１０が積層されたものであってもよい。
【００４８】
その他の構成は第１または第２の実施の形態と同様である。第３の実施の形態によれば、マイクロチャネル構造体１０を繰り返して積層するので、マイクロチャネルが３次元的に高密度で配置され、乳化性の高い生産性に優れる乳化装置になる。
【００４９】
尚、本発明は、上記の各実施の形態に限られず、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００５０】
（参考）
図８〜図１０は、流入口の形状による流入抵抗の違いを説明する流入口の形状平面図と参考式である。これによれば、流入口の形状が単純な形状に比較して、広口形状の場合および楔形状の場合共に、流入口の流入抵抗（圧力）Ｐ０が小さくなることがわかる。
【符号の説明】
【００５１】
１…乳化装置、１０…マイクロチャネル構造体、３０…ベース、３１…プレート、４０、４０ｘ、４０ｙ、４０ｚ…供給部、４１、４１ｘ、４１ｙ、４１ｚ…回収部、４２…分散相供給口、４３、４３ｘ、４３ｙ、４３ｚ…側壁、５０…分散相、５１…連続相、５２…マイクロスフィア、１００…マイクロチャネル、１０１…第１の流路パターン層、１０２…第２の流路パターン層、１０３…第３の流路パターン層、１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ…流入口、１０２ｂ…流路、１０１ｃ、１０３ｃ…仕切壁、２００…ドナー基板、２０１…シリコンウエハ基板、２０２…離型層、２０３…導電層、２０４…レジストパターン層、２０５…断面パターン部材、３００…ステージ
【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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