(57)【要約】【課題】  制御されたあるいは微細な粒径の微粒子を分散させた流体の混合物を生成することができる流体処理装置及び方法を提供する。【解決手段】  この流体処理装置は、多孔質体２２を介して隣接する第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂと、これらの流路にそれぞれ第１及び第２の流体１４ａ，１４ｂを連続的または断続的に送る流体輸送手段１８ａ，１８ｂとを備え、第１の流体１４ａを前記多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子３０とし、第２の流体１４ｂと合流させるようにした流体処理装置である。多孔質体の表面から漏出した流体粒子を前記多孔質体から早期に離脱させる離脱促進手段が設けられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質体を介して隣接する第１及び第２の流路と、
これらの流路にそれぞれ第１及び第２の流体を連続的または断続的に送る流体輸送手段とを備え、
第１の流体を前記多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子とし、第２の流体と合流させるようにした流体処理装置であって、
前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子を前記多孔質体から早期に離脱させる離脱促進手段を有することを特徴とする流体処理装置。
【請求項２】
前記多孔質体はセラミック、ガラス、金属、樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【請求項３】
前記多孔質体は平均孔径が100ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体処理装置。
【請求項４】
前記多孔質体が平均孔径５μｍ以下のNi、Ni合金、Pt、Au、Ag、Cu又はCu合金のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【請求項５】
前記離脱促進手段は、前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子に超音波振動を付与するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の流体処理装置。
【請求項６】
前記離脱促進手段は、前記多孔質体を並進運動させるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の流体処理装置。
【請求項７】
前記離脱促進手段は、前記多孔質体を陽極とし、これに対向する陰極との間に電圧を印加することにより、前記多孔質体内の流体を微細化するものであることを特徴とする請求項１に記載の流体処理装置。
【請求項８】
離脱促進手段が、多孔質体表面の濡れ性の改質により行われることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の流体処理装置。
【請求項９】
第１の流体が液体、第２の流体が気体で多孔質体が円筒状のセラミックまたはガラスであることを特徴とする請求項１、３、５、６に記載の流体処理装置。
【請求項１０】
形成された粒子が移動する流路の途中に、第３の流体を混合する注入手段を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の流体処理装置。
【請求項１１】
前記第１の流体が難水溶性薬剤を溶解可能な良溶媒で、前記第２の流体が溶解しにくい貧溶媒であって、前記第３の流体が界面活性剤であることを特徴とする請求項１０に記載の流体処理装置。
【請求項１２】
第１の流体がポリ酸で、第２流体がポリ塩基で、第３の流体が界面活性剤であることを特徴とする請求項１０に記載の流体処理装置。
【請求項１３】
多孔質体を介して隣接する第１及び第２の流路を設け、これらの流路にそれぞれ第１及び第２の流体を連続的または断続的に送り、第１の流体を前記多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子とし、第２の流体と合流させるようにした流体処理方法であって、
前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子を前記多孔質体から早期に離脱させることを特徴とする流体処理方法。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載に流体処理装置又は請求項１３に記載の流体処理方法に用いられるセラミック製の多孔質体を製造する方法であって、孔中に無電解めっきにより成膜することにより、孔径を小さくすることを特徴とする多孔質体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの流体中に他の流体の微粒子を分散させて、種々の化学的又は物理的処理を行うために用いる流体処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ以上の流体（気体と液体、又は液体と液体）を混合させることによって、種々の処理（化学的又は物理的処理）を行わせ、種々の生成物（最終又は中間）を得ることができる。一つの方法は、流体を別の流体に均一にかつ微細に分散させることにより、両者の相互の界面の面積を増やすものである。従来、このような分散状態を形成して反応させるには、バッチ式の大きな反応釜の中で機械式攪拌混合を行っていた。しかしながら、上記のような大量処理する方法は、混合効率が悪いため濃度のアンバランスができたり、釜内に温度のばらつきを生じさせたりするため、粒度分布を制御することが難しかった。従って、分布の広がった粒子しか生産できず、特に、最終的に固体微粒子を製造する時に、粒度を制御することができなかった。
【０００３】
上記のような不具合を避けるため、連続流れの場で流体を混合することが考えられる。連続流れの場では流体は先に入ったものから先に出るため、同一場所での混合状態、反応状態は同一になりやすい。たとえば２つの流体を連続的に合流させれば、常に未反応の新鮮な流体どうしであるために混合時の反応条件は均一に維持できる。
【０００４】
ここで、流路をマイクロ化すれば混合時間が短縮され混合効率はさらに向上する。流路内の各部における温度精度と混合精度が格段に向上することで、粒子径、粒子品質の再現性が従来のバッチ式に比べ向上する。しかしながら、単に流路をマイクロ化するだけでは流路加工技術上寸法に限界があり、せいぜいミクロンオーダーの粒子製造が限界であった。また、このようなマイクロリアクタは量産性が小さいという不利点も有る。
【０００５】
そこで、多孔質体から第１の流体を第２の流体の流れの中に噴出させ、微粒子として分散させる方法が有る。この場合、第１の流体を噴出させる圧力や第２の流体の流速を制御することで、分散粒子の大きさを制御していた。しかしながら、粒子の多孔質体からの離脱が思わしくなく、一般的には孔径に対し、１０倍程度の大きさの粒子しか製造できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、制御されたあるいは微細な粒径の微粒子を分散させた流体の混合物を生成することができる流体処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の流体処理装置は、多孔質体を介して隣接する第１及び第２の流路と、これらの流路にそれぞれ第１及び第２の流体を連続的または断続的に送る流体輸送手段とを備え、第１の流体を前記多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子とし、第２の流体と合流させるようにした流体処理装置であって、前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子を前記多孔質体から早期に離脱させる離脱促進手段を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の発明においては、一方の流体を多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子とし、第２の流体と合流させる際に、離脱促進手段が多孔質体の表面から漏出した流体粒子を多孔質体から早期に離脱させるので、流体粒子の肥大化が防止され、微細かつ均一な粒径の粒子が分散する。
【０００９】
請求項２に記載の流体処理装置は、請求項１に記載の発明において、前記多孔質体はセラミック、ガラス、金属、樹脂のいずれかであることを特徴とする。
請求項３に記載の流体処理装置は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記多孔質体は平均孔径が100ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の流体処理装置は、請求項１に記載の発明において、前記多孔質体が平均孔径５μｍ以下のNi、Ni合金、Pt、Au、Ag、Cu又はCu合金のいずれかであることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の流体処理装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明において、前記離脱促進手段は、前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子に超音波振動を付与するものであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明においては、多孔質体の表面から漏出した流体粒子に超音波振動が付与されるので、比較的簡単な装置構成により、粒子の微細化分散という目的が達成される。
【００１２】
請求項６に記載の流体処理装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明において、前記離脱促進手段は、前記多孔質体を並進運動させるものであることを特徴とする。
請求項６に記載の発明においては、離脱促進手段が多孔質体を並進運動させることにより、多孔質体から漏出する流体と他方の流体との相対速度が増大し、漏出流体に大きな剪断力を与えることで、その肥大化を防止する。
【００１３】
請求項７に記載の流体処理装置は、請求項１に記載の発明において、前記離脱促進手段は、前記多孔質体を陽極とし、これに対向する陰極との間に電圧を印加することにより前記多孔質体内の流体を微細化するものであることを特徴とする。
請求項７に記載の発明においては、多孔質体を陽極とし、これに対向する陰極との間に電圧を印加することにより、静電微粒化の原理によって多孔質体内の流体を微細化がなされる。
【００１４】
請求項８に記載の流体処理装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明において、前記離脱促進手段が、多孔質体表面の濡れ性の改質により行われることを特徴とする。
請求項９に記載の流体処理装置は、請求項１、３、５、６に記載の発明において、第１の流体が液体、第２の流体が気体であり、多孔質体が円筒状のセラミックまたはガラスであることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の流体処理装置は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の発明において、形成された粒子が移動する流路の途中に、第３の流体を混合する注入手段を有することを特徴とする。
請求項１１に記載の流体処理装置は、請求項１０に記載の発明において、前記第１の流体が難水溶性薬剤を溶解可能な良溶媒で、前記第２の流体が溶解しにくい貧溶媒であって、前記第３の流体が界面活性剤であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１２に記載の流体処理装置は、請求項１０に記載の発明において、第１の流体がポリ酸で、第２流体がポリ塩基で、第３の流体が界面活性剤であることを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の流体処理方法は、多孔質体を介して隣接する第１及び第２の流路を設け、これらの流路にそれぞれ第１及び第２の流体を連続的または断続的に送り、第１の流体を前記多孔質体を介して第１の流路から第２の流路に流出させて粒子とし、第２の流体と合流させるようにした流体処理方法であって、前記多孔質体の表面から漏出した流体粒子を前記多孔質体から早期に離脱させることを特徴とする。
【００１８】
請求項１４に記載の多孔質体の製造方法は、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載に流体処理装置又は請求項１３に記載の流体処理方法に用いられるセラミック製の多孔質体を製造する方法であって、孔中に無電解めっきにより成膜することにより、孔径を小さくすることを特徴とする。
【００１９】
請求項１ないし請求項１２に記載の流体処理装置又は請求項１３に記載の流体処理方法によれば、制御されたあるいは微細な粒径の微粒子を分散させた流体の混合物を生成することができ、種々の用途に有用な中間品や製品の製造に多大な効果を発揮させることができる。
【００２０】
請求項１４に記載の多孔質体の製造方法によれば、微細で均一な径の多孔質体を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の第１の実施の形態の流体処理装置を示すもので、同軸に配置された２つの筒状体１０，１２によって２つの流体流路が形成されている。内側筒状体１０は多孔質体からなる膜によって形成され、一端が開口し、他端は外側筒状体内で閉じられている。また、外側筒状体１２は、通常の金属や樹脂から形成され、両端が開口している容器である。内側筒状体１０の開口には、第１の流体１４ａを溜めた貯槽１６ａから流体を吸い込み圧送する第１の流体輸送手段１８ａが接続され、外側筒状体１２の開口には、第２の流体１４ｂを溜めた貯槽１６ｂから流体を吸い込み圧送する第２の流体輸送手段１８ｂが接続されている。これにより、内側筒状体１０内に第１の流体流路２０ａが、２つの筒状体１０，１２の間には第２の流体流路２０ｂがそれぞれ形成されている。
【００２２】
内側筒状体１０を形成する多孔質体２２の細孔は膜の表裏で連通しており、流体を噴出させる多孔ノズルとして作用する。多孔質体２２の材料は、後述するように流体の種類にも関係するが、例えば、セラミック、ガラス、金属等が挙げられる。細孔の寸法は、必要な分散粒子の寸法と対応するものが採用され、均一な分散粒子径を得るには、均一な孔径分布の多孔質体２２を用いる。例えば、サイズ５μｍ以下であればサブミクロン以下の粒子の製造が可能になる。
【００２３】
内側筒状体１０には、第１の流体１４ａを内側筒状体１０から離脱させる離脱促進手段として、超音波振動子２４が設置されている。この超音波振動子２４は、粗密波を多孔質体２２の表面に沿って送り、細孔の出口に滞留する第１の流体１４ａに剪断力を与えて流体を離脱させ、微粒子Ｐとして第２の流体１４ｂ中への分散を促進するものである。この例では、内側筒状体１０の密閉側端部に、多孔質体２２の外表面に沿って振動を与えるように設置されている。内側筒状体１０又は振動子は外側筒状体１２に、振動吸収素材（図示略）を介して取り付けられている。
【００２４】
第１の流体輸送手段１８ａ及び第２の流体輸送手段１８ｂは、それぞれに流体の輸送速度、圧力を個別に制御できるようになっている。これらの流体輸送手段１８ａ，２４と超音波振動子２４は、それぞれ制御装置２６に接続されて、所定の態様の制御を行うことができる。なお、所定の箇所に、圧力計や流量計を設置して、装置の運転をモニターすることができるようにしてもよい。また、混合後の流体に反応促進等のために加熱を行う場合には、外側筒状体１２やその下流側部分にヒータ等を設置する。この実施の形態では、外側筒状体の下流側には混合流体を収容する貯槽２８が設けられているが、場合によっては次工程の処理装置が設置されている。
【００２５】
このように構成された流体処理装置の作用について説明する。
第１の流体１４ａ及び第２の流体１４ｂはそれぞれ流体輸送手段１８ａ，２４の圧力により内側及び外側筒状体１２の中に圧送される。基本的に、第１の流体輸送手段１８ａは、内側筒状体１０の内部の圧力を一定に保つように運転し、第２の流体輸送手段１８ｂは、外側流路において第２の流体１４ｂが一定の速度で流れるように運転する。圧送された第２の流体１４ｂは、図２に示すように、内側筒状体１０の中に入り、多孔質膜の孔３０中を通過して外側に押し出される。
【００２６】
ここで、超音波振動子２４からは粗密波が内側筒状体１０の外表面に沿って送られている。押し出された第１の流体１４ａには、孔３０内の流体との間に作用する第１の流体１４ａどうしの吸着力と、多孔質体２２表面との間の吸着力とが流体をその場に維持しようとする力として作用し、一方、離脱手段である超音波振動子２４の振動及び第２の流体１４ｂの流れによるせん断力が、離脱力として作用する。流体の突出量が大きくなって、剪断力の方が流体をその場に止めておく力より大きくなって、第１の流体１４ａが離脱する。
【００２７】
離脱した第１の流体１４ａは第２の流体１４ｂ中に分散し、２つの流体の分散混合状態を形成して、これが下流側へ流れる間に、流体の種類や温度圧力その他の条件に応じて、物理的、化学的な反応をして製品を生成するか、あるいはそのままの分散混合状態を維持し、さらに下流に流れて、この実施の形態のように貯槽に収容されるか、あるいは次工程でさらに連続的に処理される場合には次工程に供給される。
【００２８】
ここにおいて、微粒子Ｐの大きさを制御する剪断力は、第２の流体１４ｂの流速と、超音波振動子２４の振動エネルギーによって制御される。より微細な微粒子Ｐを生成したい場合には、流速と振動エネルギーを上昇させる。超音波振動子２４の振動エネルギーは流速のエネルギーに比較して格段に大きいので、粒子Ｐの微細化に非常に有効である。また、流速の制御に比較して、振動子の振動数は比較的に制御が容易である。
【００２９】
この実施の形態において、特に微細な微粒子Ｐを生成するためには、多孔質体２２の素材として、第１の流体１４ａに対して親和力（吸着力）の小さい素材を用いるか、あるいはそのような素材で表面処理するとよい。第１の流体１４ａの粒子Ｐを孔３０出口表面に維持しようとする力が低下するので、より早い段階で離脱するからである。例えば、第１の流体１４ａが油性であれば親水性の素材を用い、第１の流体１４ａが水性であれば、疎水性の素材を用いる。多孔質体２２の材料は親水性としてセラミック、ガラス、金属が挙げられ、疎水性としてはＰＴＦＥが挙げられる。
【００３０】
一方、孔径がある程度以上に小さくなると、親和性の小さい素材の孔３０には流体が入って行きにくくなり、第１の流体１４ａの加圧力を増大させなければならず、粒子径が不均一になったりする。この場合は、親和性を有する素材の多孔質体２２を用いて、孔３０の出口側の表面のみに親和性を小さくするような表面処理あるいは改質処理を行う。これにより、孔中の流体の円滑な流れを確保しつつ、粒子Ｐの微細化、粒径の均一化を行うことができる。なお、孔の形状はガラス、セラミックなどにおいて、形状、長さがランダム状となる孔でもよいし、金属、セラミックなどを成型、機械加工した場合のように、形状、長さが規則性をもった孔でもよい。
【００３１】
図３は、図１の実施の形態の変形例で、外側の流路から第１の流体１４ａが内側筒状体１０の中に圧送される構造である。この場合、離脱手段である超音波振動子２４からの粗密波は内側筒状体１０の内面に沿って送られる。図１の場合と、図３の場合との使い分けは、各流体の物理的な性質や温度条件等を考慮して、より好適なものを採用する。
【００３２】
これらの実施の形態では、超音波振動子２４は筒状体の一端側に取り付けられ、超音波振動は、多孔質体２２からなる筒状体の長手方向に沿って伝播して、これに作用するようになっている。しかしながら、超音波振動子２４の配置はこれに限られるものではない。超音波振動は多孔質体２２ではなく、その孔３０出口に存在する流体に作用させるようにしてもよい。図４は、このような構成の実施の形態であって、超音波振動子２４は筒状に形成され、多孔質体２２の表面に対向する位置、すなわち、外側筒状体１２の内面に取り付けられている。この実施の形態では、超音波振動子２４を多孔質体２２表面のほぼ全面に配置することによって、より大きな振動エネルギーを付与することができ、微細化にはより効果的である。
【００３３】
上記の実施の形態では、多孔質体２２を筒状体としたことにより、狭い空間において比較的大きな多孔質体２２表面を確保することができ、効率的な混合手段を構成することができた。しかしながらこの発明では、第１の流体流路２０ａと第２の流体流路２０ｂを多孔質体２２を挟んで隣接させることができれば、各空間の形状は適宜に設定することができる。例えば、図５（ａ）は、第１の流体流路２０ｂと第２の流体流路２０ｂをそれぞれ平板状とし、同じく平板状の多孔質体２２を挟んで隣接させるようにしたものである。
【００３４】
このような構成は、基本的に、図５（ｂ）に示すように、上下２枚の板状部材の間に平板状の多孔質体２２を挟むことにより組み立てることができる。離脱促進手段としての超音波振動子２４は、多孔質体２２板に対向する箇所に設置している。この実施の形態では、先の実施の形態に比較して多孔質体２２の面積比率が小さくなり、効率は低下するが、構成が簡単であり、製造やメンテナンスコストは低下する。また、第１の流体流路２０ａと第２の流体流路２０ｂを個別に温度制御したいような場合にも好適である。
【００３５】
また、上記の実施の形態では、第２の流体１４ｂを連続的に流した状態で第１の流体１４ａの微粒子Ｐを分散させる構造であったが、図６に示すような開閉弁３２を用いて断続的に流すようにしてもよい。例えば、所定時間流体を停止させて処理を行い、所定の濃度の混合物を生成したら、第２の流体１４ｂ流路の容積に相当する量の第２の流体１４ｂを流して中身を入れ替え、処理を継続するようにする。このように、第２の流体１４ｂを断続的に流し、半連続的な処理を行うことにより、微粒子濃度を濃化させたり、粒子径を制御した混合物をを製造することができる。
【００３６】
なお、離脱促進手段としての超音波振動子２４は、多孔質体２２の孔３０の出口の部分の流体に間接又は直接に作用すればよいので、超音波振動子２４の取付位置については適宜に選択可能である。図７は、超音波振動子２４を、流体処理装置の外部に設置したものである。すなわち、二重管構造の流体処理装置は、その全体が液体３４を入れた外部槽３６の中に浸漬されており、超音波振動子２４はその外部槽３６の底部に配置されている。
【００３７】
この実施の形態では、超音波振動子２４で発生した超音波振動は、外部槽３６内の液体３４、外側筒状体１２の壁、及びその中の第２の流体１４ｂを順次介して、多孔質体２２の孔３０の出口の部分にある第２の流体１４ｂに到達する。この外部槽３６は、例えば、温度調整用の恒温槽であり、液体３４は所定の方法で温度制御がされている。このような構成により、装置の一部の部分振動による破損等を防止しつつ、流体の多孔質体２２からの離脱を促進し、粒子Ｐの微細化を行うことができる。
【００３８】
上記の実施の形態では、離脱促進手段として超音波振動子２４を用いたが、他の離脱促進手段を用いることができる。図８は、離脱促進手段として、多孔質体２２を第２の流体１４ｂに対して相対移動させる回転機構４０を用いた実施の形態である。この実施の形態では、多孔質体２２からなる内側筒状体１０は、縦型に配置された外側筒状体１２の中に、同軸にかつ軸線に沿って配置され、上下に設置された軸受４２により回転可能に支持されている。そして、内側筒状体１０の一端側の延長軸部分には、タイミングベルト４４などの伝達機構及びモータ４６等の原動機からなる回転機構４０が設置されている。軸受４２はシール手段４８によって流体流路２０ｂから隔離されている。
【００３９】
この実施の形態では、第１の流体１４ａは内側筒状体１０の中空の延長軸４９から導入される。また、外側筒状体１２を構成する容器には、上部に導入流路５０が、下部に導出流路５２が設けられている。先の実施の形態と同様に、第１及び第２の流体輸送手段１８ａ，２４が設けられ、これらと回転機構４０は、必要に応じて制御装置（図示略）により制御されるようになっている。
【００４０】
この実施の形態では、内側筒状体１０を所定の回転数で回転させながら、第１及び第２の流体１４ｂをそれぞれ所定の圧力で、流体流路２０ａ，１２ａに供給する。第２の流体流路２０ｂには、第２の流体１４ｂの所定の流速の流れが形成される。第１の流体１４ａは先の場合と同様に、多孔質体２２の孔３０から第１の輸送手段による圧力（及び回転する多孔質体２２のポンプ作用）により、孔３０を通過して孔出口から第２の流体流路２０ｂに向かう。
【００４１】
ここで、多孔質体２２が回転しているので、孔３０の出口から流出する第１の流体１４ａとその周囲の第２の流体１４ｂの間には、第２の流体１４ｂの縦方向の流れによる相対速度だけでなく、回転による水平方向の相対速度が発生し、第１の流体の塊には、これらのベクトル和にとなる相対速度が作用する。つまり、回転によって、第２の流体１４ｂの流速を大きくしたのと同様の作用が得られ、これにより剪断力がより大きくなるので微細化が促進される。なお、回転によるポンプ作用による圧力上昇によって第１の流体１４ａの孔３０からの吐出量が過大となると、微細化には好ましくないので、このポンプ作用を見込んだ上で、第１の輸送手段の加圧量を調整するとよい。
【００４２】
この実施の形態では、上述のように、孔３０から出る第１の流体１４ａと周囲を流れる第２の流体１４ｂの相対流速が変化する。相対流速が大きくなった結果作用する剪断力は、第１の流体１４ａが孔３０から突出する量が大きくなる程大きくなる。従って、この実施の形態では、内側筒状体１０の回転数を調整することにより、粒子径を敏感に制御することができる。なお、離脱促進のための回転動作としては一方向の連続回転でもよいし、正逆を繰り返した往復動でもよい。また、離脱促進のためには、多孔質体２２と第２の流体１４ｂとの相対速度を上げることができればよいので、このような相対回転運動ではなく、直線的な相対移動（往復動作）であってもよい。
【００４３】
図９及び図１０は、さらに他の実施の形態の流体処理装置を示すものであり、ここでは離脱促進手段として第１の流体を電気的に帯電させる手段を用いている。多孔質体２２は導電性を有する素材であり、たとえばＰｔ等の金属を用いている。この実施の形態では、多孔質体２２は、板状部材にパンチングによりストレートな細孔３０を形成したものであるが、電鋳法やその他の適宜の方法で製造した種々の多孔質体２２を採用することができる。図９は平坦な流体流路と多孔質体２２を有するもの、図１０は、多孔質体２２からなる内側筒状体１０が外側筒状体１２の中に配置されているものである。
【００４４】
多孔質体２２の対向面には、多孔質体２２と対向するように他の導電性部材（たとえばＰｔ等の金属板）が配置されている。そして、多孔質体２２は陽極５４として、他の導電性部材は陰極５６として、所定の直流電圧源（図示略）に接続されている。この陰極５６は、図９では平板状、図１０では、外側筒状体１２の内面に配置された筒状体である。
【００４５】
この実施の形態の流体処理装置では、静電微粒化の原理によって第１の流体１４ａが微粒化され、第２の流体１４ｂ中に分散する。すなわち、第１の流体１４ａとしてたとえば水を多孔質体の孔３０から流出させ、第２の流体１４ｂとしてたとえば油など非導電性流体を第２の流体流路２０ｂに流した状態で、両極間に直流電源を印加する。すると、多孔質体２２（陽極５４）の孔３０中を通過する水滴は静電誘導により負に帯電し、静電気力が表面張力に打ち勝つと、小さな水滴へと分裂する。これにより、多孔質体２２の孔径よりも小さい水滴が製造される。粒子径は印加される電圧によって調整することができる。このように電気的に帯電させることで粒子Ｐが多孔質体２２に吸着する現象はなくなり、積極的に離脱され、次々と孔３０から押し出されてより小さな水滴として第２の流体１４ｂ中に分散する。
【００４６】
金属多孔質体の場合は静電作用により孔径より小さな粒子Ｐを作ることが可能になるため、孔サイズ５μｍ以下であればサブミクロン以下の粒子Ｐの製造が可能になる。電気乳化法の文献データでは１mmのノズルから１００ｎｍ以下の粒子Ｐが作製されている。
【００４７】
このような多孔質体２２に静電微粒化の原理を用いた実施の形態では、従来の方法に比較して格段に生産性が良い。すなわち、従来の電気乳化法と呼ばれる方法では、例えばビーカー内に油を入れ、底に陰極を置き、ビーカー上部に金属ノズル（孔径1mm程度）を油中に入れ、これを陽極とした状態でノズル内部から水を流出させると同時に両極に数千ボルトを印加していた。これにより、水の静電気力の増加によって、１００ｎｍ以下の水滴が油中に発生しエマルジョンが形成される。このような従来の方法ではノズルが単一であるため、生産性が悪い。
【００４８】
これに対して、図９又は図１０の装置では、流れる第２の流体１４ｂ中に多孔質体２２からの多くの微細化された第１の流体１４ａを供給していくので、微細な液滴が分散したエマルジョンを効率良く、多量に生産することができる。この装置により、第１の流体１４ａに水溶性モノマー、第２の流体１４ｂに油性モノマーを用いれば、液滴として放出された水溶性モノマー粒子の界面において界面重合反応により高分子を合成し、マイクロカプセルを作製することが可能である。
【００４９】
多孔質体２２の材料としては親水性としてセラミック、ガラス、金属等が挙げられ、疎水性としてはＰＴＦＥが挙げられる。セラミックの多孔質体２２で孔径が１００ｎｍ以下の小さいものは、２層構造としゾルゲル法で微細孔部分を表面から積層する。ガラスを素材とする場合は、熱処理による分相法により孔部分をエッチングで形成する。ジルコニアなどを含有することで１０ｎｍ以下の孔サイズの加工が可能である。金属、たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６では、機械加工による孔加工では数十μｍ以下は難しい。レーザー加工、放電加工、ハニカム成型で１０μm程度が限界である。これに対して、電鋳法では、たとえばNi、Ni合金、Pt、Au、Ag、Cu、Cu合金のような電気めっきが可能な金属ならば５μｍ以下の孔３０の作製が可能になる。金属製多孔質体２２の孔３０はいずれもストレート孔になる。
【００５０】
セラミックでもガラスでも樹脂でも金属でも、加工の制約によって、求める孔径の作製が不可能である場合は、孔内にたとえばＰｄやＮｉなどの無電解めっきを施すことで孔３０の均一化と微細化が可能になる。これは、孔３０内にめっき液を通過させながらめっきをするものである。この場合、大きい孔３０の流速は速く、小さい孔３０の場合は遅くなるため、大きい孔３０周りのめっき成膜の成長が促進され、孔径が揃った１００ｎｍ以下の微細な孔３０に修正することが可能になる。
【００５１】
この発明の処理装置及び方法によって生成される混合物は、第２の流体１４ｂである液体中に、気体、液体、固体、またはこれらのカプセル状複合体等が分散したものとなる。分散した粒子が固体やカプセル状複合体となる場合は、第１の流体１４ａの微粒子Ｐが第２の流体１４ｂ中に分散混合した後でこれらの流体どうしが反応した結果である。
【００５２】
分散する第１の流体１４ａが気体である場合、特に、水溶液中にサブミクロンオーダーのバブルを分散させた混合流体の製造には、多孔質体２２として、アルミナ、ＳｉＣなどの親水性セラミック多孔質体２２や、ジルコニアを含有した分相ガラスの多孔質体２２が好ましい。この場合の孔径は、求めるバブル径にもよるが、１００ｎｍ程度以下で、超音波による離脱手段を備えたものが好ましい。
【００５３】
第１の流体１４ａである気体としては、空気でもよいし、活性のあるオゾン、水素、バブル寿命が長いSF6ガスでもよい。SF6ガスのナノバブルの場合、人間の体内に入れて罹患個所を特定する超音波診断に応用できる。液中のガス飽和溶解度以上にオゾンや水素を微細バブルとして送り込み、有機合成反応を促進させるという用途にも使用できる。
【００５４】
図１１は、この発明の流体処理装置を気液反応装置として用いた連続流式のペプチド合成装置を示すものである。
すなわち、このペプチド合成装置は、原料であるＮ保護アミノ酸を有機溶媒に溶解させた混合液を収容するｎ個の原料液容器６０（６０−１，６０−２，・・，６０−ｎ）と、同じく原料であるＣ保護ペプチドとＮ保護アミノ酸を予備混合して保持する予備混合容器（予備混合手段）６２−１，６２−２と、縮合剤を収容する縮合剤容器６４と、これらを導入して混合・反応させる流路を有するマイクロリアクタ６６と、マイクロリアクタ６６の下流側に設置した油水分離器６８と、分離された流体に水素ガスを混合させ、触媒によって水素化反応を行わせる気液反応装置７０とを備えて構成されている。
【００５５】
気液反応装置７０は、先に説明した図１ないし図８の流体処理装置のいずれかからなる気液混合器７２と、その下流側の触媒反応器７４から構成されている。触媒反応器７４は、容器７６内に表面に触媒を担持させた固体粒子７８を充填し、その粒子７８間の隙間に反応流体を通過させる間に反応を促進させるものである。このペプチド合成装置では、気液混合器（流体処理装置）７２は、前段で生成されたペプチドを含む溶液中に水素ガスのバブルを分散させ、ペプチドのアミノ基側末端の保護基（カルボベンゾキシ基、ベンジル基等）の接触水素化による脱保護反応を行う。
【００５６】
このような流体処理装置を用いた連続合成装置により、ペプチドの液相合成をマイクロリアクタ６６を用いて連続的に実行することが可能になった。またカルボベンゾキシルアミノ酸の量がマイクロリアクタ６６を用いて等当量で済むこと、および任意の段階で必要に応じてカラムクロマト精製が可能であることから、ペプチド固相合成法、従来の液相合成法と比較して、純度の高い目的のペプチドがより容易にかつ経済的に得られる。
【００５７】
また、マイクロリアクタ６６から触媒反応器７４までの工程を連続流方式にすることができるので、滞留個所が無く、反応に掛かる滞留時間、分離や混合に掛かる時間を全て均一に制御できるため、高品質なペプチドを製造することが可能になった。なお、マイクロリアクタ６６は有機相と水相の混合器であるので、２つの流体を多孔質体を用いて混合させてもよいし、複数の流路を多層に形成したマイクロリアクタを用いて多層流にして混合させてもよい。
【００５８】
図１２（ａ）は、この発明の流体処理装置を用いて、抗がん剤などの低分子の難水溶性薬剤を製造する場合を説明する図である。将来、静脈注射用として１００ｎｍレベルの難水溶性薬剤の微粒子を水溶液に分散させた混合物を精度よく製造する技術が期待されている。しかしながら、従来技術のビーズミルや、ボールミル、その他の粉砕法による方法ではコンタミが混入したり、粒度分布が広くなったりし、満足な製品は得られなかった。この実施の形態の製造装置は、先に説明した種々の流体処理装置の下流部分に、第３の流体を合流させるための導入路を設けたものである。
【００５９】
この装置においては、第１の流体１４ａとして難水溶性薬剤が処理温度において完全に溶解しているような良溶媒を使い、第２の流体１４ｂには難水溶性薬剤が同一温度で晶析するような貧溶媒とする。良溶媒が液滴状になって多孔質体２２の孔３０から流出すると、微細な液滴となり、混合物が流路内を移動する間に良溶媒が貧溶媒中に拡散する。これに伴い、難水溶性薬剤の溶解度が低下し、粒子Ｐとして晶析する。この実施の形態では、晶析した粒子Ｐの再凝集を防止するため、流体処理装置の下流側に第３の流体として界面活性剤を注入する合流路９０を形成している。なお、図１２（ｂ）に示すように、第３の流体を流体処理装置の下流側に設けた第２の流体処理装置９２によって混合させるようにしてもよい。これは、円筒状多孔質体２２Ａの外側の第２の流路２０Ｂから第３の流体を注入するものである。
【００６０】
この実施の形態では、従来のように貯槽の中でバッチ式に界面活性剤を注入して処理するのではなく、流れの中で注入するので、粒子径の揃った状態で即時に粒子Ｐを界面活性剤で包むことができる。従って、再凝集を防ぎ精度の高い粒子径を得ることが可能になる。第３の流体を注入する位置は粒子Ｐが最初に形成される第１の流体１４ａと第２の流体１４ｂの合流点以降のどの位置でも構わない。難水溶性薬剤の具体例としては、ベザフィブラート、イブプロフェン、アセチルサリチル酸、カルバマゼピン、アミオダロン、ベクロメタゾン、クロロキン、イリノテカン、メクロジン等が挙げられる。良溶媒、貧溶媒は薬剤に対応して選択される。
【００６１】
たとえば、ベザフィブラートの貧溶媒としてはヘキサン、ヘプタン、トルエン、クロロホルム、四塩化炭素、ジエチルエーテルが、良溶媒としてはジメチルスルホキサイド、ジメチルホルムアミド、酢酸エチルが考えられる。また、イブプロフェンの貧溶媒としてはヘキサン、ヘプタン、トルエン、良溶媒としてはメタノール、エタノール、アセトン、ジエチルエーテル、酢酸エチルが考えられる。
【００６２】
なお、CO2超臨界流体は誘電率が1.8程度の溶剤として使用でき、添加剤を添加することで上記いずれの薬剤、および他の難水溶性薬剤に対し良溶媒として使用できる。CO2超臨界流体は大気に戻せば炭酸ガスとなって残渣が残らないため、粒子化した後の薬剤中に溶剤が残留することはない。
【００６３】
上記の難水溶性薬剤の製造方法としては、図１３に示すように、単一のノズル８０を使って再晶析で粒子化する方法が考えられる。この方法では、難水溶性薬剤が溶解した良溶媒は二重管の内側のノズル８０より断続的に外側管８２中を連続的に流れる貧溶媒が送り込まれる。良溶媒は断続流であるため液滴状に噴出し、一つの液滴中に存在する難水溶性薬剤が最終的に一つの粒子Ｐとして晶析する。そして、合流路９０から第３の流体を供給する。しかしながら、この方法は、生産性に劣るとともに、分散粒子Ｐの微細化が不十分である点でも、本発明の方法より劣っている。
【００６４】
この発明の流体処理装置の他の応用例としては、ポリ酸とポリ塩基を結合させコンプレックス粒子を作り、界面活性剤で安定化させる場合が挙げられる。これは、ポリエレクトロライトコンプレックスと言われる水溶性薬剤の微粒子化技術である。従来は、図１４に示すように、ビーカー８４中に一方の水溶液、ビーカー８４上のノズル８６から他方の水溶液を滴下させて行っていた。この場合は、粒子径は双方の水溶液の濃度、滴下液滴径、滴下速度、攪拌方法等により左右される。より小さい粒子Ｐを作るには液滴径を小さくするか、濃度を薄くして滴下速度を遅くすればよかった。しかしこの方法では生産性が非常に悪い。
【００６５】
一方、図１２に示すような本発明の実施の形態の流体処理装置を用いれば、多孔質体２２から水溶液を断続的に供給することにより、生産性の高い製造を実施することができる。実際の薬剤はポリ酸またはポリ塩基に吸着させて作製される粒子内に取り込まれる。薬剤がポリ酸またはポリ塩基である場合もある。また、界面活性剤の具体例はドデシル硫酸ナトリウム、第四級アンモニウム塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ゼラチン、ペクチン、ポリアクリル酸エステル、ポリエチレングリコールが挙げられる。
【００６６】
なお、ポリ酸の具体例としてはキシランポリサルフェート、デキストランサルフェート、ポリアミノ酸、多糖類ポリサルフェート、イヌリンサルフェート、ヒドロキシエチルデンプンフェート、多糖類ポリスルホネート、ポリホスフェートおよびその誘導体が挙げられる。また、ポリ塩基の具体例としてはポリ-L-リジン、L-アスパルトアミド、キトサン、リジンオクタデシルエステル、アミノ化デキストラン、アミノ化シクロデキストラン、アミノ化セルロースエーテル、アミノ化ペクチンおよびその誘導体が挙げられる。
【００６７】
（実施例）
図１の装置により、以下のような分散化混合処理を行った。
第１の流体：純水４０mL中にケロシン２グラム、界面活性剤ソルビタン脂肪酸エステル系S-80、０.２５グラム、同じくT-80、０.７５グラム、これに油溶性色素キニザリンブルーを微量添加した。ケロシンにキニザリンブルーと２種類の界面活性剤を混合溶解させ、少量の純水を加えペースト状にする。このときはW/Oエマルジョンである。これに残りの純水を加え３０分攪拌すると相反転が行われ１〜５μm程度のO/Wの粗大エマルジョン懸濁液が得られた。これを第１の流体とする。
【００６８】
第２の流体：純水４０mL中に界面活性剤ソルビタン脂肪酸エステル系S-80、０.２５グラム、同じくT-80、０.７５グラムを添加した。
内側筒状体を構成する多孔質体：平均孔径０.１〜０.２μmのアルミナ（円筒外径１０mm、内径８mm、長さ２０mm）の孔内および円筒の表面に無電解めっきでPｄを１０分析出した。平板上で約０.５μm厚の析出量であったため、大きな孔でも１００ｎｍ以下になったと思われる。
離脱手段：超音波振動子  周波数４５KHｚ
【００６９】
第１の流体を円筒多孔質体の内側から、第２の流体を円筒多孔質の外側に各々流量約１７cc/ｈで流した。粗大エマルジョンは多孔質体を通過することで微細化され、多孔質の外周に頭を出したところで超音波振動子による外周に沿った粗密波により、微細粒子を維持した状態で離脱し、２０〜１００ｎｍサイズのケロシン粒子が得られた。粒子は光学顕微鏡では見えず、粒度分布測定器により測定した。
また超音波振動の周波数は２８KHz、１００KHzに変えて実施した場合では、いずれも１μm以上の粒子が観察された。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】この発明の１つの実施の形態の流体処理装置を示す図である。
【図２】図１の実施の形態の流体処理装置の変形例を示す図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態の流体処理装置の作用を説明する図である。
【図４】図１の実施の形態の流体処理装置の他の変形例を示す図である。
【図５】同じく、図１の実施の形態の流体処理装置の他の変形例を示す図である。
【図６】同じく、図１の実施の形態の流体処理装置の他の変形例を示す図である。
【図７】同じく、図１の実施の形態の流体処理装置の他の変形例を示す図である。
【図８】この発明の他の実施の形態の流体処理装置を示す図である。
【図９】この発明の更に他の実施の形態の流体処理装置を示す図である。
【図１０】図９の実施の形態の流体処理装置の変形例を示す図である。
【図１１】この発明の流体処理装置を用いた連続反応装置を示す図である。
【図１２】この発明の他の実施の形態の流体処理装置を示す図である。
【図１３】従来の流体処理装置の一例を示す図である。
【図１４】同じく従来の流体処理装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  内側筒状体
１２  外側筒状体
１４ａ，１４ｂ  流体
１６ａ，１６ｂ  貯槽
１８ａ，１８ｂ流体輸送手段
２０ａ，２０ｂ  流体流路
２２  多孔質体
２４  超音波振動子
２６  制御装置
２８  貯槽
３０  孔
３２  開閉弁
３４  液体
３６  外部槽
３８  平板部材
４０  回転機構
４２  軸受
４４  タイミングベルト
４６  モータ
４８  シール手段
４９  延長軸
５０  導入流路
５２  導出流路
５４  陽極
５６  陰極
６０  原料液容器
６２−１，２  予備混合容器
６４  縮合剤容器
６６  マイクロリアクタ
６８  油水分離器
７０  気液反応装置
７２  気液混合器
７４  触媒反応器
７６  容器
７８  粒子
８０  ノズル
８２  外側管
８４  ビーカー
８６  ノズル
Ｐ  粒子
【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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