(57)【要約】【課題】液滴の生成効率の向上及び液滴形態の制御が容易な液滴生成方法および装置を提供する。【解決手段】液滴生成装置において、異なる誘電率をもつ連続相５と分散相６が交差する交差部４近傍の微小流路に対向電極７Ａ，７Ｂを配置し、この対向電極７Ａ，７Ｂに電界を印加する電源とを備え、前記対向電極７Ａ，７Ｂ近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて、前記分散相６の界面に力を作用させて、連続相５中の分散相６を括れさせ、分散相６の液滴１０を生成させる。【選択図】図２
2005270894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）異なる誘電率をもつ連続相と分散相が交差する交差部近傍の微小流路に対向電極を配置し、
（ｂ）該対向電極間に電界を印加し、
（ｃ）前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする液滴生成方法。
【請求項２】
（ａ）異なる誘電率をもつ連続相と分散相が交差する交差部近傍の微小流路に配置される対向電極と、
（ｂ）該対向電極間に電界を印加する電源とを備え、
（ｃ）前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と前記分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項３】
請求項２記載の液滴生成装置において、前記連続相が流れる微小流路と分散相を供給する微小流路が交差してＴ字路形状をなし、前記対向電極を前記Ｔ字路近傍で、かつ連続相の下流側の微小流路に配置することを特徴とする液滴生成装置。
【請求項４】
請求項３記載の液滴生成装置において、前記連続相が有機相、前記分散相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項５】
請求項４記載の液滴生成装置において、前記連続相が油、前記分散相が水であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項６】
請求項３記載の液滴生成装置において、前分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項７】
請求項６記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項８】
請求項２記載の液滴生成装置において、前記対向電極の一方を前記Ｔ字路近傍で、かつ前記連続相の下流側に、前記対向電極の他方をＴ字路近傍で、かつ前記連続相の上流側に配置することを特徴とする液滴生成装置。
【請求項９】
請求項８記載の液滴生成装置において、前記分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１１】
請求項２記載の液滴生成装置において、前記連続相が流れる微小流路と前記分散相を供給する微小流路とが交差して十字路形状をなすことを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の液滴生成装置において、前記対向電極を前記分散相が供給される微小流路の、前記十字路近傍に配置することを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の液滴生成装置において、前記分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１５】
（ａ）異なる誘電率をもつ連続相と分散相を有し、前記連続相中に層状に前記分散相が供給される微小流路と、
（ｂ）該微小流路に配置される上下対向電極と、
（ｃ）該上下対向電極間に電界を印加する電源とを備え、
（ｄ）前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と前記分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする液滴生成装置。
【請求項１６】
請求項１５記載の液滴生成装置において、前記分散相が多層状に供給されることを特徴とする液滴生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴生成方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液滴を生成するには、微小流路（マイクロチャネル）によりＴ字形状の交差部を配設して、分散相を連続相の流れで剪断することにより行うようにしていた。
【特許文献１】ＷＯ  ０２／０６８１０４  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、かかる従来の液滴生成方法においては、液滴の生成速度や液滴形態などは流路形状や流れの状態に支配されており、液滴の生成効率の向上や液滴形態の制御等の要望に応えるためには、生成条件をその度ごとに調整する必要があり、かかる要望に十分に応えるには難があるのが現状である。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、液滴の生成効率の向上及び液滴形態の制御が容易な液滴生成方法および装置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】
【０００５】
〔１〕液滴生成方法において、異なる誘電率をもつ連続相と分散相が交差する交差部近傍の微小流路に対向電極を配置し、この対向電極間に電界を印加し、前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする。
【０００６】
〔２〕液滴生成装置において、異なる誘電率をもつ連続相と分散相が交差する交差部近傍の微小流路に配置される対向電極と、この対向電極間に電界を印加する電源とを備え、前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と前記分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする。
【０００７】
〔３〕上記〔２〕記載の液滴生成装置において、前記連続相が流れる微小流路と分散相を供給する微小流路が交差してＴ字路形状をなし、前記対向電極を前記Ｔ字路近傍で、かつ連続相の下流側の微小流路に配置することを特徴とする。
【０００８】
〔４〕上記〔３〕記載の液滴生成装置において、前記連続相が有機相、前記分散相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする。
【０００９】
〔５〕上記〔４〕記載の液滴生成装置において、前記連続相が油、前記分散相が水であることを特徴とする。
【００１０】
〔６〕上記〔３〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする。
【００１１】
〔７〕上記〔６〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする。
【００１２】
〔８〕上記〔２〕記載の液滴生成装置において、前記対向電極の一方を前記Ｔ字路近傍で、かつ前記連続相の下流側に、前記対向電極の他方を前記Ｔ字路近傍で、かつ前記連続相の上流側に配置することを特徴とする。
【００１３】
〔９〕上記〔８〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする。
【００１４】
〔１０〕上記〔９〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする。
【００１５】
〔１１〕上記〔２〕記載の液滴生成装置において、前記連続相が流れる微小流路と前記分散相を供給する微小流路とが交差して十字路形状をなすことを特徴とする。
【００１６】
〔１２〕上記〔１１〕記載の液滴生成装置において、前記対向電極を前記分散相が供給される微小流路の、前記十字路近傍に配置することを特徴とする。
【００１７】
〔１３〕上記〔１２〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が有機相、前記連続相が前記有機相と混ざりにくい物質からなる相であることを特徴とする。
【００１８】
〔１４〕上記〔１３〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が油、前記連続相が水であることを特徴とする。
【００１９】
〔１５〕液滴生成装置において、異なる誘電率をもつ連続相と分散相を有し、前記連続相中に層状に前記分散相が供給される微小流路と、この微小流路に配置される上下対向電極と、この上下対向電極間に電界を印加する電源とを備え、前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて前記連続相と前記分散相の界面に力を作用させて、前記連続相中の前記分散相をくびれさせ、前記分散相の液滴を生成させることを特徴とする。
【００２０】
〔１６〕上記〔１５〕記載の液滴生成装置において、前記分散相が多層状に供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、異なる誘電率をもつ連続相と分散相を有し、連続相に分散相を作用させる微小流路に配置された対向電極間に電界を印加することにより、前記誘電率の大小関係に応じて、前記連続相と分散相の界面に力を作用させて、連続相中の分散相をくびれさせ、分散相の微小液滴を効率的に生成させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
異なる誘電率をもつ連続相と分散相が交差する交差部近傍の微小流路に対向電極を配置し、この対向電極間に電界を印加する電源とを備え、前記対向電極近傍において、前記誘電率の大小関係に応じて、前記連続相と分散相の界面に力を作用させて、連続相中の分散相をくびれさせ、分散相の微小液滴を生成させる。よって、液滴の生成効率の向上及び液滴形態の制御を容易にすることができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】
図１は本発明の第１実施例を示す微小液滴の生成装置の平面図、図２は本発明の第１実施例を示す微小流路（マイクロチャンネル）のＴ字路近傍に対向電極を配置したその液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図（その１）である。
【００２５】
以下の説明において、連続相または分散相としては有機相ならびに該有機相と混ざりにくい物質が挙げられる。そして、有機相としては、モノマー溶液、植物油、フロリナート、有機溶剤などが、その有機相と混ざりにくい物質としては、ポリビニールアルコール、メタノール、水溶液、水などが挙げられる。ただし、以下の説明では例として油：Ｏ、水：Ｗを挙げて説明する。
【００２６】
これらの図において、１は微小液滴の生成装置の本体、２はその本体１に形成された、連続相が流れる微小流路、３はその微小流路２に交差する向きに形成される分散相供給微小流路、４はＴ字路（交差部）となる分散相供給口、５は連続相（例えば、有機相であり、油：Ｏ）、６は分散相（例えば、有機相と混ざりにくい物質の相であり、水：Ｗ）、７Ａ，７Ｂは分散相供給口４の近傍であって連続相５の下流側に配置される対向電極、８Ａ，８Ｂはリード配線、９は電源、１０は微小液滴である。
【００２７】
ここでは、連続相５として油（Ｏ）を、分散相６として水（Ｗ）を供給した。Ｔ字路の近傍に配置した対向電極７Ａに正（＋）電位、７Ｂに負（−）電位を与え、電界を印加すると、連続相（Ｏ）５中の分散相（Ｗ）６はくびれて、微小液滴１０が形成される（図２）。すなわち、電場の発生に伴い油水界面付近で分極による電荷の偏りが生じるが、このとき、誘電率の大小関係に従って、図中の矢印（実線）のように界面の曲率を増大させる方向に力が働くため、この作用により、Ｗ／Ｏ型の微小液滴１０をより効率的に生成することができる。
【００２８】
図３は本発明の第１実施例を示す微小流路のＴ字路近傍に対向電極を配置した液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図（その２）である。
【００２９】
この図では、１１が連続相（例えば、水：Ｗ）、１２が分散相（例えば、油：Ｏ）となっている点を除くと図２と同様である。
【００３０】
ここでは、上記した図１と同様にして、Ｏ／Ｗ型の微小液滴１３を生成させることができる。この場合、誘電率の大小関係に従って斥力が生じるため、分散相１２である油相による壁面の濡れが抑止される。これにより、液滴生成レートの改善等の効果がある。
【００３１】
図４は本発明の第２実施例を示す微小流路のＴ字路近傍に対向電極を配置した液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図、図５はその電界の印加状態を示す部分拡大図である。
【００３２】
ここでは、連続相２３として水（Ｗ）を、分散相２４として油（Ｏ）を供給し、Ｔ字路近傍であって連続相２３の下流側の下部に電極２１Ａを、Ｔ字路近傍であって連続相２３の上流側の上部に電極２１Ｂを斜めに対向するように配置して、電極２１Ａと２１Ｂにそれぞれに＋電位、−電位を印加する。つまり、電極２１Ａと２１Ｂに電界を印加すると、Ｏ／Ｗ型の微小液滴２２を形成することができる。なお、２２Ａ，２２Ｂはリード配線である。
【００３３】
電極２１Ａ，２１Ｂを、図４のように配置することにより、図５に示すように、液滴生成時の分散相２４のくびれを電界により増大させることができ、より効率的な液滴の生成を行うことができる。
【００３４】
図６は本発明の第３実施例を示す微小液滴の生成装置の平面図、図７はその微小流路の十字路近傍に対向電極を配置した液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図、図８はその電界の印加状態を示す部分拡大図である。
【００３５】
これらの図において、３１は微小液滴の製造装置の本体、３２は第１の微小流路、３３は第２の微小流路、３４は第１の連続相（例えば、水：Ｗ）、３５は第２の連続相（例えば、水：Ｗ）  、３６は第１の連続相３４と第２の連続相３５との合流ポイント（十字路）、３７は分散相供給微小流路、３８は分散相（例えば、油：Ｏ）、３９Ａ，３９Ｂは分散相供給微小流路３７の十字路３６の近傍（十字路３６の手前における分散相３８のくびれ部分）に配置される対向電極、４０Ａ，４０Ｂはリード配線、４１は電源、４２は微小液滴である。
【００３６】
このように、十字路３６の手前における分散相３８のくびれ部分を挟むように配置された対向電極３９Ａ，３９Ｂにそれぞれ＋と−の電位が印加されると、つまり、対向電極３９Ａ，３９Ｂ間に電界が印加されると、液滴生成時の分散相３８のくびれを、図８に示すように電界により増大させることができ、より効率的な液滴の生成を行うことができる。
【００３７】
図９は本発明の第４実施例を示す微小液滴の生成装置による微小液滴の生成の様子を示す平面図、図１０は図９のＡ−Ａ線断面図である。
【００３８】
これらの図において、５１は微小流路、５２は上部電極、５３は下部電極、５４は連続相（例えば、水：Ｗ）、５５は分散相（例えば、油：Ｏ）、５６，５７はリード配線、５８は高電圧電源、５９は微小液滴である。
【００３９】
図９に示すように、連続相（Ｗ）５４中へ分散相（Ｏ）５５の多層流を生成させておき、そこに上部電極５２と下部電極５３よりなる対向電極からの電圧を印加することにより、多くの微小液滴５９が生成される。
【００４０】
すなわち、連続相５４、分散相５５が交互に隣接した多層流に対し電場を与えることにより、連続相５４と分散相５５の界面を屈曲させて不安定性を助長し、多くの微小液滴５９の生成を行うことが可能である。
【００４１】
図１１は本発明の微小液滴の生成システムの模式図、図１２はその液滴生成の様子を示す図である。
【００４２】
図１１において、６１はガラス基板、６２は微小液滴の生成装置の本体、６３は微小流路、６４は微小流路６３の所定の位置に配置される対向電極、６５は油のシリンジポンプ、６６は水のシリンジポンプ、６７はリード配線、６８は対向電極６４に電圧を印加するための電源（高電圧電源）、６９はドレイン、７０は観察用ＣＣＤビデオカメラである。ここでは、微小流路６３の断面が示されており、この微小流路６３はアクリル製で、幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍである。なお、連続相には水（純水）、分散相には油（ひまわり油）を用いた。
【００４３】
このような微小液滴の生成システムによって、微小液滴が生成される様子を図１２に示す。ここでの生成条件は、連続相、分散相の供給速度がそれぞれ２０ｍｌ／ｈ、および０．１ｍｌ／ｈ、電極間電圧は１８０Ｖ0-P 、１００ｋＨｚである。まず、図１２（ａ）に示すように、供給口７１より分散相が送液される。次に、図１２（ｂ）に示すように、分散相７３は対向電極７２上まで達する。すると、図１２（ｃ）に示すように、対向電極７２と供給口７１の境界で液滴化が生じる。続いて、図１２（ｄ）に示すように、微小液滴７４が生成される。このようなプロセスを繰り返すことにより効率的に微小液滴７４が生成される。なお、上記した生成条件のとき４００μｍの微小液滴７４が生じた。
【００４４】
比較例として、図１３に示すように、微小流路８１に、本発明のように対向電極による電界を作用させない場合には、液滴が生成されることはない。つまり、液滴は生じないで連続流れとなって流れるのみである。
【００４５】
上記した実施例の他にも、流路形状と電極配置の組み合わせはさまざまに考えられ、液滴の生成条件は多様に制御可能である。
【００４６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の液滴生成装置は、創薬やバイオテクノロジーの分野において、液滴の生成効率の向上及び液滴形態の制御が容易な液滴生成装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施例を示す微小流路のＴ字路近傍に対向電極を配置した微小液滴の生成装置の平面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図（その１）である。
【図３】本発明の第１実施例を示す液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図（その２）である。
【図４】本発明の第２実施例を示す微小流路のＴ字路近傍に対向電極を配置した液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図である。
【図５】図４における電界の印加状態を示す部分拡大図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す微小流路の十字路近傍に対向電極を配置した微小液滴の生成装置の平面図である。
【図７】図６における液滴生成装置を用いた微小液滴の形成の模式図である。
【図８】図７における電界の印加状態を示す部分拡大図である。
【図９】本発明の第４実施例を示す微小液滴の生成装置による微小液滴の生成の様子を示す平面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。
【図１１】本発明の微小液滴の生成システムの模式図である。
【図１２】図１１における液滴生成の様子を示す図である。
【図１３】比較例としての微小流路を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，３１，６２    微小液滴の生成装置の本体
２    連続相が流れる微小流路
３，３７    分散相供給微小流路
４    Ｔ字路（交差部）となる分散相供給口
５，１１，２３，５４    連続相
６，１２，２４，３８，５５，７３    分散相
７Ａ，７Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３９Ａ，３９Ｂ，６４，７２    対向電極
８Ａ，８Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ，５６，５７，６７    リード配線
９，４１    電源
１０，４２，５９，７４    微小液滴
１３，２２    Ｏ／Ｗ型の微小液滴
３２    第１の微小流路
３３    第２の微小流路
３４    第１の連続相
３５    第２の連続相
３６    合流ポイント（十字路）
５１，６３    微小流路
５２    上部電極
５３    下部電極
５８，６８    高電圧電源
６１    ガラス基板
６５    油のシリンジポンプ
６６    水のシリンジポンプ
６９    ドレイン
７０    観察用ＣＣＤビデオカメラ
７１    供給口
【図１】
2005270894.tif 000003
【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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