マイクロナノバブル発生方法、マイクロ流路の洗浄方法、マイクロナノバブル発生システム、及び、マイクロリアクター
【課題】新規なマイクロナノバブル発生方法、マイクロナノバブル発生システム及び前記マイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクターを提供すること。また、洗浄性及び／又は殺菌性に優れたマイクロ流路の洗浄方法を提供すること。
【解決手段】マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内にガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とするマイクロナノバブル発生方法。
【解決手段】マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内にガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とするマイクロナノバブル発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロナノバブル発生方法、マイクロ流路の洗浄方法、マイクロナノバブル発生システム、及び、マイクロリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業ではマイクロバブルによる洗浄効果が期待されている。
特許文献１には、マイクロバブル発生装置によって発生させたマイクロバブルを液体中に通気混入し、加圧雰囲気中で液体中にガスが高濃度に溶解するようにした高圧高濃度ガス溶解液となし、これを必要に応じてより減圧するか、又は、大気圧の水若しくは溶液などの液体中に放出することにより、溶解した気体を超微細な気泡として液体中に発生させ、これを拡散、浮遊する状態にしたことを特徴とする超微細気泡の混在するリアクター用気液混合溶液が開示されている。前記リアクター用気液混合溶液に含まれるマイクロバブルの電気的特性により浮上分離作用を利用した洗浄・除菌などを効率的に行うことができる。この他にもマイクロバブル発生装置を用いて除菌及び脱臭された水（オゾン水）を生成した例や（特許文献２）、超微細気泡を上水殺菌消毒、上下水膜処理、健康・医療機器分野や、湖沼や養殖場の水質浄化、工場・畜産等の各種排水処理、及び、機能水製造などに利用可能とした例（特許文献３）が開示されている。
【０００３】
微細加工を利用して作られ、等価直径が５００μｍ以下の微小な流路で反応を行う装置であるマイクロリアクターに代表される微小な素子や装置は、例えば、物質の分析、合成、抽出、分離を行う技術に応用した場合、少量多品種、高効率、低環境負荷などの多くの利点が得られるため、近年、様々な分野への応用が期待されている。
マイクロリアクターは、ガラス・プラスチック・金属・シリコーンなどの材質により製造されることが多い。
従来のマイクロ流路の洗浄方法としては、圧力をかけて水などの溶媒を流し、付着物を押し流す方法や、マイクロリアクター本体を超音波洗浄機にいれ、シリンジなどで圧力をかけながら洗浄する方法が知られている。また、一例として反応後のマイクロ化学デバイスに酸化剤水溶液を通液することを特徴とするマイクロ化学デバイスの洗浄方法が挙げられる（特許文献４）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２７６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１６７６１２号公報
【特許文献３】特開２００６−２７２２３２号公報
【特許文献４】特開２００５−１４４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、新規なマイクロナノバブル発生方法、マイクロナノバブル発生システム及び前記マイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクターを提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、洗浄性及び／又は殺菌性に優れたマイクロ流路の洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、以下の手段により解決された。
＜１＞ マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とするマイクロナノバブル発生方法、
＜２＞ 超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含む＜１＞に記載のマイクロナノバブル発生方法、
＜３＞ マイクロ流路内に液体を導入する工程、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させることにより洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、前記洗浄液を前記マイクロ流路と同一又は異なるマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌を行う工程を含むことを特徴とするマイクロ流路の洗浄方法、
＜４＞ 前記マイクロ流路が、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路である＜３＞に記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜５＞ 前記マイクロナノバブルが、空気、酸素及びオゾンよりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスを含む＜３＞又は＜４＞に記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜６＞ 前記洗浄液が、ｐＨ６〜９の、マイクロナノバブルを含有する水である＜３＞〜＜５＞いずれか１つに記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜７＞ マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁、及び、前記多孔壁の外部からマイクロ流路内に直接ガスを供給する加圧ガス供給手段よりなることを特徴とするマイクロナノバブル発生システム、
＜８＞ 前記多孔壁が、陽極酸化したアルミニウム皮膜である＜７＞に記載のマイクロナノバブル発生システム、
＜９＞ ＜７＞又は＜８＞に記載のマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクター。
【発明の効果】
【０００７】
前記＜１＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生方法を提供することができる。
また、前記＜２＞に記載の発明によれば、＜１＞に記載の発明において、より効率よくマイクロナノバブルを発生させるマイクロナノバブル発生方法を提供することができる。
前記＜３＞に記載の発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜４＞に記載の発明によれば、＜３＞に記載の発明において、洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法の好適な用途を提供することができる。
また、前記＜５＞に記載の発明によれば、＜３＞又は＜４＞に記載の発明において、より洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜６＞に記載の発明によれば、＜３＞〜＜５＞いずれか１つに記載の発明において、より洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜７＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生システムを提供することができる。
また、前記＜８＞に記載の発明によれば、＜７＞に記載の発明において、新規なマイクロナノバブル発生システムを提供することができる。
前記＜９＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のマイクロナノバブル発生方法は、マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とする。なお、本発明において前記多孔壁及び前記加圧ガス供給手段を併せて「マイクロナノバブル発生システム」ともいう。
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】
＜マイクロ流路＞
本発明において、マイクロ流路とは微小な流路であって、その幅が数μｍ〜数千μｍ（「数μｍ以上、数千μｍ以下」と同義。以下、他の数値範囲の表記において特に断りのない限り同様とする。）のものである。なお、本発明において、マイクロ流路とはマイクロスケールの流路をいうが、ミリスケールの流路も含む意である。
流路幅は目的により適宜選択することができるが、１０〜１，０００μｍであることが好ましく、２０〜５００μｍであることがさらに好ましい。
【００１０】
本発明において、マイクロ流路は、マイクロスケールであるので、寸法及び流速がいずれも小さく、マイクロ流路を流れる流体のレイノルズ数は２，３００以下となる。従って、マイクロスケールの流路を有する本発明のマイクロ流路デバイスは、乱流支配ではなく層流支配の装置である。
ここで、レイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式で表されるものであり、２，３００以下のとき層流支配となる。
Ｒｅ＝ｕＬ／ν （ｕ：流速、Ｌ：代表長さ、ν：動粘性係数）
【００１１】
本発明において、マイクロ流路は、複数の流体が層流を形成して送流されていてもよい。その場合にはマイクロリアクターは複数の流体導入口から２以上の流体が送流され、層流を形成する合流部を有することが好ましい。また、本発明において、マイクロ流路は、１つ以上の排出口を有し、層流に対応した複数の排出口を設けることも好ましい。
【００１２】
本発明において、マイクロ流路は、基材によって外部と隔離された微小な径を有する流路であり、基材は、基板であっても良いし、管状であっても良いが、基板状であることが好ましい。
また、マイクロ流路の断面形状は特に制限されず、いかなる形状を使用することもできる。マイクロ流路の流路軸に直交する面の断面形状としては、円形、楕円形、半円形、四角形、三角形、その他の多角形、及び、だるま形状等が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。これらの中でも、作製の容易さから、マイクロ流路の断面形状は四角形（矩形）であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明において、流路軸形状は特に限定されず、直線状、曲線状等のいかなる形状でも良い。ここで、流路軸形状とは、マイクロ流路における流体の流れ方向の軸の形状を意味する。
上述の通り、流路軸形状は特に限定されないが、一定の面積に対して流路長を確保するためには、マイクロ流路の方向を変える曲がり部を形成することが好ましい。
【００１４】
マイクロ流路の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の方法を用いることができる。マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、電鋳法、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、ＹＡＧレーザーやＵＶレーザー等を使用するレーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いるエンドミル等の機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
＜多孔壁＞
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁について説明する。
「マイクロ流路壁」とはマイクロ流路の周囲を仕切る材料を意味する。また、「多孔壁」とは、対向する２つの表面を有する材料の両表面間を貫通する孔（貫通孔）を多数有する材料を意味する。
【００１６】
前記多孔壁は、気体のみを貫通孔を通じて透過させ、液体は貫通孔が有する表面張力により透過させない。
貫通孔を通じて水を透過させるために必要な圧力を計算した例を以下に示す。下記に示すヤング・ラプラスの式から、水が貫通孔を透過するために必要な圧力を計算した（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＭｉｃｒｏＴＡＳ２００６ Ｐ２４５−２４７、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｅｄ−Ｃｏｆ ２００１ ＪＳＭＥ）。
ＰB＝２γ・ｃｏｓθ／Ｒ
（ＰB；表面張力と釣り合う圧力、γ；表面張力、Ｒ；貫通孔の半径）
計算では液体を水と仮定し、水の表面張力を７２．７５ｎＮ／ｍとした。また、多孔壁の材質をアルミナと仮定し、アルミナの撥水角を３０°として計算した。結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
例えば貫通孔の半径が１００ｎｍである場合には、表１の結果から約１．３６ＭＰａ（約１３．４ａｔｍ）以上加圧しなければ水は貫通孔を透過することができない。
【００１９】
多孔壁に形成された貫通孔の半径は、１０〜１，０００ｎｍであり、１０〜５００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。貫通孔の半径が１，０００ｎｍより大きい場合、特に大気圧である１．０１×１０-1ＭＰａよりも表面張力の釣り合う圧力が低い場合（ヤング・ラプラスの式より半径が１．２４μｍよりも大きい場合）には貫通孔を通じて液体が漏れやすい。また、貫通孔の半径が１０ｎｍ未満である場合には、ナノバブルを発生する際に非常に大きな圧力が必要となり、扱いにくい。また、貫通孔径が流路壁面など貫通孔が形成されていない面の表面粗さ（一般的に薄膜部材の表面荒さはＲａ＝数〜数ｎｍ程度）と同程度となると、前記ヤング・ラプラスの式の精度が狂うため設計どおりに液面の侵食を制御できなくなる。
【００２０】
多孔壁は陽極酸化などで得られる多孔質体が好ましく、陽極酸化アルミナ（ポーラスアルミナ）、及び、陽極酸化シリコン（ポーラスシリコン）などがより好ましい。また、孔径のサイズや制御性などから、陽極酸化アルミナがより望ましい。それ以外では、既存材料に細孔加工を施した部材などが好ましい。また、流路形成のプロセスも考慮し、常温接合が容易となるＡｕやＣｕといった軟質金属を表面にコート／担持させることが好ましい。
多孔壁と接合又は接着されて流路を形成する部材は後述する常温接合に好適な材料であることが好ましい。具体的には、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属、ステンレスのような合金、ガラス、セラミックス、シリコン等の非金属が挙げられ、さらに好ましい形態としては、各部材の張り合わせ面にＡｕやＣｕのような塑性変形しやすい金属をコートしたガラス板等の板部材・薄膜がある。
また、成形が容易で、吸着効果があり、接着剤等なしで圧接させるだけで多孔壁と接続できることからポリジメチルシロキサン等も好ましく用いることができる。
【００２１】
多孔壁の作製方法としては、公知の方法を用いることができ限定されるものではないが、フォトリソグラフィー等の微細パターン形成技術をはじめとする半導体加工技術、スパッタリング法、陽極酸化、ゾル−ゲル法、熱安定性の異なる２種類以上の有機ポリマーを混合分散させ、より熱不安定な有機ポリマーのみ分解させる方法、ブロック共重合有機ポリマーの部分的熱分解法等が挙げられ、中でも、規則的な貫通孔を作製できることからフォトリソグラフィー等の半導体加工技術、スパッタリング法、陽極酸化が好ましく、陽極酸化がより好ましい。
陽極酸化は、ナノサイズの貫通孔を有する構造体を制御よく大面積に形成することができるため好ましい。前記ナノサイズの貫通孔を有する構造体としては、例えば、陽極酸化したアルミニウム皮膜（以下、「陽極酸化アルミニウム皮膜」ともいう。）が知られている。
【００２２】
本発明において、多孔壁は陽極酸化アルミニウム皮膜により形成されていることが好ましい。陽極酸化アルミニウム皮膜はアルミニウム板又は基板上に形成されたアルミニウム膜を酸性電解質中で陽極酸化することにより得られる。
この陽極酸化アルミニウム皮膜は、半径数ｎｍ〜数百ｎｍの柱状の貫通孔が数十ｎｍ〜数百ｎｍの間隔（セルサイズ）で平行に配列するという、特異的な幾何学的構造を有する。この柱状の貫通孔は、細孔間隔が数十ｎｍ以上の場合では、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。この貫通孔の半径及び間隔は、陽極酸化に使用する酸の種類、電圧を調整することにより制御が可能である。例えば陽極酸化の電圧を低下させると貫通孔の間隔を低減できる。
また、同様な細孔はシリコンに対しても形成できる。
【００２３】
陽極酸化アルミニウム皮膜の厚み（貫通孔の深さ）は、陽極酸化の時間を制御することにより制御が可能である。本発明においては、陽極酸化アルミニウム皮膜の厚み（貫通孔の深さ）は１０〜５００μｍが好ましく、２０〜４００μｍがより好ましく、３０〜３００μｍがさらに好ましい。
【００２４】
陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法の一例を以下に説明する。
陽極酸化に先立ち、前処理として高純度のアルミ箔（９９．９９％、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を、超音波洗浄装置を用いてアセトン中で脱脂した後、窒素雰囲気下において４００℃で３時間加熱処理した。さらに熱処理後のアルミ箔を、ＨＣｌＯ4（７０％）：ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ（９５％）＝１：５の溶液中、温度８℃、電圧１８Ｖ（＞１５０ｍＡ／ｃｍ2）で電解研磨した。
前記前処理後のアルミ箔は二度にわたって陽極酸化した（以下、「一次酸化」、「二次酸化」という。）。一次酸化を行っただけの場合では、表面に形成された孔は不規則であるが、この不規則な孔階を取り除いた後、二次酸化を行うことで規則的に配列した陽極酸化アルミニウム皮膜を形成することができる。陽極酸化は１〜２０Ｖの間は１５重量％硫酸電解質、１００〜１５０Ｖの間は０．３Ｍリン酸電解質、その他の範囲においては０．３Ｍシュウ酸電解質を使用した。一次酸化後に不規則に成長した陽極酸化アルミニウム皮膜は、クロム酸（１．８重量％）とリン酸（６重量％）を使って６０℃で加熱することにより除去した。二次酸化後、残留アルミニウムは飽和塩化水銀溶液を用いて取り除き、さらに形成された孔の底部に残った薄膜（障壁層）はリン酸（５重量％）を用いて取り除くことによって貫通孔を形成した。陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法については詳しくは「陽極酸化アルミニウムのナノ粒子分級体及び触媒担体としての応用」（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１（２００５），ｐｐ．４８〜５３）を参照することができる。
その他、多孔壁としてポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の高分子フィルムに多数の貫通孔を設けたモノトランフィルム（（株）ナック製）等も好ましく用いることができる。
【００２５】
＜加圧ガス供給手段＞
本発明のマイクロナノバブル発生方法は、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内にガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含む。
「加圧ガス供給手段」としては、多孔壁を通じてマイクロ流路内にガスを供給することができるものであれば限定されるものではないが、加圧及び／又は減圧手段を備えたチャンバを好ましく例示できる。チャンバが加圧手段のみでなく、減圧手段を有する場合には、多孔壁を通じてマイクロ流路内の液体を脱気する操作も可能となるため好ましい。
加圧ガス供給は、例えば、多孔壁を有するマイクロ流路を備えたマイクロリアクターをチャンバ内に設置してチャンバ内を密閉した後、チャンバ内に任意のガスを充填し、チャンバ内の圧力を、マイクロ流路内の圧力以上に設定することにより、多孔壁を通じて流路内に前記任意のガスをマイクロナノバブルとして供給することができる。前記ガスは半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を通過してマイクロ流路内の液体中にバブリングして供給されるため、貫通孔の半径に応じた半径を有するマイクロナノバブルを形成することができる。
【００２６】
前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程は、さらに超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含むことが好ましい。例えば、図５に示すように、マイクロ流路が形成された基板の裏面（流路が形成された面の反対側）に超音波発振子１５を設置することにより、マイクロ流路内に送流される液体に超音波を当てることが好ましい。超音波発振子１５は脱着可能であることが好ましい。
液中に溶存するガスが飽和状態である場合には超音波により発生したキャビテーションによって液体中に溶解していたガスが析出し気泡を形成するため好ましい。
【００２７】
＜マイクロナノバブル＞
本発明において、マイクロナノバブルとはマイクロバブルとナノバブルの総称であり、平均直径が数ｎｍ〜数百μｍであることが好ましく、数ｎｍ〜数十μｍがより好ましく、数ｎｍ〜数百ｎｍのナノバブルであることがさらに好ましい。
マイクロナノバブルには強い洗浄効果及び／又は殺菌効果が認められるが、一般的にその効果はマイクロバブルに比してナノバブルの方が強い。ヤング・ラプラスの式（Δｐ＝２σ／ｒ、Δｐ；ｐi（気泡内部の圧力）−ｐ0（外圧）、σ；界面張力、ｒ；気泡の半径）によれば、直径１００ｎｍのナノバブルでは、気泡内外の圧力差が３０ａｔｍになる。従ってナノバブルが物体に接触する際に崩壊すると、数十気圧のジェットを生じるため、物体表面の洗浄効果が期待できる。
また、異なる二相の界面での自由エネルギーの過剰量が界面での吸着力であるため、マイクロバブルよりもさらに比表面積が大きくトータルの自由エネルギーが大きいナノバブルは、より効率よく水中の汚れを吸着する。従ってナノバブルは水中の汚れ成分の除去に有効であると考えられる。
さらにナノメートルオーダーの水の液滴に関する分子動力学の計算結果によると、水の水素結合の相互作用により水素原子が気体側に存在する確率が高いことが予想されている。これはナノバブルにも適用されると考えられ、水素原子が気体側、つまり気泡の内側に存在する確率が高いと考えられる。即ち直径が数ｎｍの気泡では気液界面の極性が揃うと考えられる。従ってナノバブルにより石鹸と同様な電気分離を気液界面に実現することができ、界面の静電効果により洗浄促進効果や静電気的な殺菌効果を持つことが期待できる。
また、気相−液相の反応においては、マイクロナノバブルは液体中に溶解及び／又は分散しやすいため溶液中の成分との反応が容易であり反応性が高い。本発明のマイクロナノバブル発生方法においては、目的に応じて任意のガス及び任意の液体を用いることができる。
【００２８】
マイクロナノバブルの供給量は目的に応じて調整することができ、限定されるものではないが、マイクロ流路内に導入された液体の単位体積に対して０．１〜３０体積％に相当するマイクロナノバブルを供給することが好ましく、７〜１４体積％に相当するマイクロナノバブルを供給することがより好ましい。上記の数値の範囲内であると活性が高いナノバブル水が得られるため好ましい。
【００２９】
＜マイクロ流路の洗浄方法＞
本発明のマイクロナノバブル発生方法により得られたマイクロナノバブルを含む液体は、洗浄液としてマイクロ流路内の洗浄に用いることができる。本発明のマイクロ流路の洗浄方法は、前記マイクロナノバブル発生方法により、マイクロナノバブルを含有する洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、前記洗浄液をマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌（以下、「洗浄及び／又は殺菌」を「洗浄等」ともいう。）を行う工程を含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明によればマイクロ流路内にマイクロナノバブルを含有する洗浄液を導入して洗浄等を行うため、マイクロ流路を有する装置を分解することなく洗浄等が可能である。また、本発明の洗浄方法によりマイクロ流路を適宜繰り返して洗浄等することにより、マイクロ流路を長期間繰り返し使用することができるようになるため好ましい。
【００３１】
洗浄液調製工程に用いる液体としては、水、酸、アルカリ水溶液、及び、アルコールの分散液等が挙げられ、中でも水が好ましく、ｐＨ７〜８の水であることがより好ましい。洗浄に用いる流体の温度は、特に、限定されないが、汚染物質を除去するのに適した温度を選ぶことが好ましい。また、マイクロリアクター構成材料を損傷しない温度を選ぶことは言うまでもない。
【００３２】
＜ガス＞
また、前記洗浄液調製工程において、マイクロナノバブルとなるガス、すなわち加圧ガス供給手段により供給されるガスは、マイクロ流路の洗浄等を目的とする場合には空気、酸素、及び、オゾン等よりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスであることが好ましく、酸素又はオゾンであることがより好ましく、オゾンであることがさらに好ましい。
【００３３】
＜洗浄方法の用途＞
本発明のマイクロ流路の洗浄方法は、例えば、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路の洗浄方法に好適に用いることができる。
【００３４】
＜マイクロリアクター＞
本発明のマイクロリアクターは、前記マイクロナノバブル発生システムを有する。
本発明に用いることができるマイクロリアクターは、マイクロナノバブル発生システムを備えたマイクロ流路を少なくとも１つ有するものであり、さらに流路の分岐や合流部分、他のマイクロ流路等を有していてもよい。また、洗浄手段として、マイクロナノバブル発生システムの他に、シリンジやポンプ等により流体に圧力をかける手段や、超音波洗浄等の公知の洗浄手段を併用してもよい。
また、本発明に用いることができるマイクロリアクターは、その用途に応じて、マイクロナノバブル発生システムを備えたマイクロ流路以外にも、反応、混合、分離、精製、分析、他の方法による洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
【００３５】
本発明に用いることができるマイクロリアクターには、必要に応じて、例えば、マイクロリアクターに流体を送液するための液体導入口や、マイクロリアクターから流体を排出するための排出口などを設けてもよい。
【００３６】
また、本発明に用いることができるマイクロリアクターは、その用途に応じて、複数を組合わせたり、反応、混合、分離、精製、分析等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロリアクター等を組み合わせ、マイクロ化学システムを好適に構築することができる。
【００３７】
マイクロリアクターの大きさは、使用目的に応じ適宜設定することができるが、１〜１００ｃｍ2の範囲が好ましく、１０〜４０ｃｍ2の範囲がより好ましい。また、マイクロリアクターの厚さは、０．５〜３０ｍｍの範囲が好ましく、１．０〜１５ｍｍの範囲がより好ましい。
【００３８】
＜マイクロリアクターの製造方法＞
本発明のマイクロリアクターの製造方法について説明する。
マイクロ流路が形成された基板と多孔壁を有する基板とを接続する方法としては、公知の方法を用いることができ限定されるものではないが常温接合であることが好ましい。
常温接合とは、室温で原子同士を直接接合することをいい、真空中で接合する部材の表面の酸化膜や不純物などを、中性原子ビーム、イオンビーム、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）処理等によって除去して清浄化した後、これらの活性化した清浄面同士を当接させることで部材間を接合させる接合方法である。
常温接合によれば、構成層の形状や厚みの変化が少なく高精度なマイクロリアクターが得られるため好ましい。また、加熱の必要がないため熱膨張係数の異なる材料同士であっても、簡便に強固な接合が得られる。
常温接合に用いられる材料としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属やセラミックス、シリコン等の非金属が挙げられる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例で詳しく説明するが、本発明は下記各実施の形態に限定されず、その発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々な変形が可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲内で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【００４０】
＜炭酸水素ナトリウムの製造＞
ＮａＣｌ＋ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→ＮＨ4Ｃｌ＋ＮａＨＣＯ3↓ （ａ）
（ａ）の反応は、アンモニアソーダ法（別名ソルベー法ともいう炭酸ナトリウムの製造方法）を途中で止めた反応である。
（ａ）の反応後は、ＮａＨＣＯ3の析出粒子を層流による拡散で十分洗浄し、薬用・食用等の用途に用いる。
【００４１】
ＮａＣｌ水溶液、ＮＨ4ＯＨ水溶液、ＣＯ2の混合に、３合流路を有するマイクロリアクターを用いた場合と（実施例１及び２）、Ｙ字型流路を有するマイクロリアクターを用いてＮａＣｌ水溶液とＮＨ4ＯＨ水溶液とを混合し、洗浄の際にも用いる多孔壁を有する蓋よりＣＯ2を流路内に供給した場合（実施例３）について以下に説明する。
【００４２】
（実施例１）
（１）３合流路を有するマイクロリアクターの構成
図１〜３に示す３合流路を有するマイクロリアクター１０について説明する。
マイクロリアクター１０の基材としては、図１に示す基材１１ａにはステンレス基板（表面に厚さ３０μｍのＡｕメッキ（不図示））、５０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍを用いて、流体導入口を有するマイクロ流路１２ａ〜１２ｄ、排出口を有するマイクロ流路１２ｅ〜１２ｆ、及び、基材１１ａを貫通する排気孔１２ｈを有するマイクロ流路１２ｇをエッチングにより形成した。
マイクロ流路１２ａ〜１２ｆは流路幅２５０μｍ、深さ１００μｍとし、マイクロ流路１２ｇは流路幅５００μｍ、深さ１００μｍとした。
【００４３】
図２に示す蓋１１ｂには図４（ａ）〜（ｃ）に示す陽極酸化したアルミニウム皮膜のうち、（ｂ）のもの（貫通孔の半径５０ｎｍ、厚み１００μｍ）を用いた。陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法は先に述べた通りである。陽極酸化は電解液として１重量％リン酸溶液を用いて印可電圧１５０Ｖで１０時間処理することにより行った。
蓋１１ｂとしては、図２に示すようにマイクロ流路１２ａ〜１２ｆの流体導入口、排出口に対応する流体導入口１３ａ〜１３ｄ並びに排出口１３ｅ及び１３ｆを形成したものを用いた。またマイクロ流路１２ｂを通じてＣＯ2ガスを供給する際に、流路が合流するまでに多孔壁を通じてＣＯ2ガスが漏れないように、蓋１１ｂは多孔壁を部分的に有するものを用いた。
図３に示す蓋１１ｃとしては、全面が多孔壁のもの（モノトランフィルム（株式会社ナック製））を用いた。
【００４４】
次に、マイクロ流路が形成された基材１１ａを真空槽内の下部ステージに配置し、陽極酸化アルミニウム皮膜の蓋１１ｂを真空層内の上部ステージに配置した。続いて、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にした。次に、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させて蓋１１ｂの直下に基材１１ａを流体導入口及び排出口の位置が一致するように対向させて位置させた。次に、基材１１ａの表面、及び、蓋１１ｂの表面にアルゴン原子ビームを照射して表面を清浄化した。
次に、上部ステージを下降させ、所定の荷重（１００ｋｇｆ／ｃｍ2）で基材１１ａと蓋１１ｂとを所定の時間（例えば、５分間）押圧することにより、基材１１ａと蓋１１ｂとを常温接合した。本実施の形態では、基材１１ａと蓋１１ｃについては接着剤にて張り合わせを行った。
【００４５】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
マイクロリアクター１０を用いて、以下の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。実施例１においては、マイクロ流路１２ｂを通じて導入した気体−液体合流後のＣＯ2が多孔壁の蓋を通じて抜けないように、蓋１１ｂを下側にして設置して用いた。
マイクロ流路１２ｂの流体導入口１３ｂよりＣＯ2ガスを流速（１０〜６０ｍｌ／ｈ）で送流した。同時にマイクロ流路１２ａの流体導入口１３ａよりＮＨ4ＯＨ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、マイクロ流路１２ｃの流体導入口１３ｃよりＮａＣｌ水溶液（０．０１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（１０〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。
図３に示すように蓋１１ｂに形成された流体導入口１３ｂから導入され、マイクロ流路１２ｂから送り込まれたＣＯ2ガスは、基材１１ａ中央部に形成された排気孔１２ｈ及び蓋１１ｃの多孔壁を透過して流路外部に排出された。
式（ａ）に示す反応後は、炭酸水素ナトリウムの析出粒子を、１２ｄの流体導入口１３ｄよりシリンジポンプを用いて流速（５０〜２５０ｍｌ／ｈ）で導入された蒸留水により形成された層流により十分洗浄し、洗浄された炭酸水素ナトリウムの粒子を含む液をマイクロ流路１２ｆの末端の排出口１３ｆにて回収した。
【００４６】
（３）マイクロ流路の洗浄
図５に示すようにチャンバ内に使用後のマイクロリアクターを設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１５ＭＰａに調整した。
マイクロ流路１２ａ〜１２ｄより洗浄液１６（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜２，４００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液１６には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素が供給された。マイクロナノバブル１７を含有した洗浄液１６の流れが安定するまで送液した結果、マイクロ流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００４７】
（実施例２）
実施例１において、基材１１ａと蓋１１ｂの接合を常温接合ではなく接着剤を用いた接着により行った以外は実施例１と同様にマイクロリアクターを作製した（不図示）。
基材１１ａとして実施例１と同様にして流路を形成したＳＵＳ板を用意し、蓋１１ｂとして陽極酸化アルミニウム皮膜の蓋を用意した。基材１１ａと蓋１１ｂとを対向させ、アライメントを行った後に、ディスペンサーを用いて瞬間接着剤（ロックタイトワイド、セメダイン（株）製）を、基材１１ａ側の流路以外の部分にまんべんなく塗布した。対向させた基材１１ａと蓋１１ｂとを圧接させ、大気中で１時間乾燥させることにより実施例２のマイクロリアクターを得た。実施例１と同様の操作を行った結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００４８】
（比較例１）
マイクロナノバブルを発生させなかった以外は実施例１と同様の条件で洗浄を行った。マイクロ流路内の堆積物は少し除去できたが、流路壁面に付着したものは取り除くことができなかった。
【００４９】
（実施例３）
（１）Ｙ字型流路を有するマイクロリアクター
図６及び図７に示すＹ字型流路を有するマイクロリアクター３０について説明する。
マイクロリアクター３０において、図６に示すマイクロ流路形成面を有する基材３１ａとしてはＰＤＭＳ樹脂（ポリジメチルシロキサン）製の基板（４０ｍｍ×２５ｍｍ×１．０ｍｍ）を用い、マイクロ流路３２ａ〜３２eの流路幅は５，０００μｍ、深さ３００μｍとし、マイクロ流路３２ｆの流路幅は８００μｍ、深さ３５０μｍとした。
ＰＤＭＳ樹脂には吸着効果があるため、接着剤なしで圧接させるだけで封止できる。従って接着剤等による流路の閉塞が少ない。
また、蓋３１ｂには陽極酸化したシリコン基板（ポーラスシリコン、孔径５〜５０ｎｍ、厚み３００μｍ）にマイクロ流路３２ａ〜３２ｅに形成された流体導入口及び排出口に対応する箇所に穴を設けたものを用いた。
前記基材３１ａの流路形成面と蓋３１ｂとを実施例１と同様にして常温接合し、実施例３のＹ字型流路を有するマイクロリアクター３０とした。
本流路は比較的大きいので、もっとも簡便な「型抜き」で形成した。
【００５０】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
マイクロリアクター３０を用いて、下記の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。
Ｙ字型流路のマイクロリアクター３０を、蓋３１ｂを上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内をＣＯ2ガスで充填し、チャンバ内の圧力を１〜１０ＭＰａに調整した。
マイクロ流路３２ａよりＮＨ4ＯＨ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、マイクロ流路３２ｂよりＮａＣｌ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（６ｍｌ／ｈ〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。
式（ａ）に示す反応後は、炭酸水素ナトリウムの析出粒子を、マイクロ流路３２ｃを通じてシリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で導入された蒸留水により形成された層流により十分洗浄し、洗浄された炭酸水素ナトリウムを含む液をマイクロ流路３２ｅの末端に形成された排出口にて回収した。
【００５１】
実施例３の場合、常に蓋３１ｂには外部から圧力がかかっているので、蓋３１ｂからの液漏れが生じないため、孔径は水分子が通れるサイズ（マイクロバブルに近くなるような大きなサイズである１，２４０ｎｍ以上）でも良い。また、蓋３１ｂを通過したＣＯ2がマイクロナノバブル状となるので、水溶液に含まれる成分との反応性も優れており、実施例１のマイクロリアクター１０と比較して実施例３の構成が好ましい。
【００５２】
（３）マイクロ流路の洗浄
使用後のマイクロリアクター３０をチャンバ内に設置して、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１２ＭＰａ以上に調整した。
マイクロ流路３２ａ〜３２ｃの液体導入口より洗浄液（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。
洗浄液の流れが安定するまで送液した結果、流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００５３】
（実施例４）
塩化ナトリウム水溶液を電気分解して得た水酸化ナトリウム水溶液に、二酸化炭素を反応させても、炭酸水素ナトリウムを得ることができる。
２ＮａＣｌ＋２Ｈ2Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ2↑＋Ｈ2↑ （ｂ）
ＮａＯＨ＋ＣＯ2→ＮａＨＣＯ3↓ （ｃ）
この場合、式（ｂ）の反応は減圧チャンバ内にマイクロリアクターを置くことで、Ｃｌ2やＨ2といった反応生成ガスのみを多孔質の蓋を通して分離し、選択的に除去できる。
式（ｃ）の反応においては、多孔質の蓋より高圧ＣＯ2を流路内に供給することができる。
【００５４】
（１）Ｉ字型流路のマイクロリアクター
図８及び図９に示すＩ字型流路のマイクロリアクター４０について説明する。
マイクロリアクター４０の基材４０ａとしては表面に金メッキをコートしたガラス基板（５ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ）を用いた。マイクロ流路４２ａの流路幅は２５０μｍ、深さ３００μｍとし、ドライエッチングで形成した。マイクロ流路４２ａを挟んでマイクロ流路内に金製の電気分解用電極４４ａ及び４４ｂを設けた。
【００５５】
また、蓋４０ｂにはベーマイト処理済アルミニウム箔、蓋４０ｃには陽極酸化したアルミニウム箔（孔径６０ｎｍ、厚み３００μｍ）を用い、基材４０ａのマイクロ流路を形成した面と、蓋４０ｂ及び４０ｃとを常温接合・転写して実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクター４０とした。
【００５６】
実施例４において使用した陽極酸化アルミニウム皮膜は下記のようにして作製した。
１．Ｓｉウェハ上にＰＤＭＳ樹脂を厚さ１００μｍ〜１０ｍｍ程度となるようにスピンコートし、硬化させ、ＰＤＭＳ層（離型層）を形成した。
２．アルミ箔をウェハ上にロール圧接でしわがないようにＰＤＭＳ層に張り合わせた。
３．アルミ箔上にネガフィルムレジストを張合せパターニング（露光、現像）した。
４．アルミ箔のレジスト開口部のみを選択的に陽極酸化（処理時間：２０ｍｉｎ）した。
５．レジスト剥離した（注：陽極酸化アルミニウム部分は陽極酸化反応で少し体積が増加した。）。
６．アルミ箔を塩酸で選択エッチングした。
【００５７】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
Ｉ字型流路のマイクロリアクター４０を用いて、下記の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。
（式（ｂ）の工程）
Ｉ字型流路のマイクロリアクター４０を、蓋面を上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内の圧力を減圧雰囲気（１０-3Ｐａ）に調整した。マイクロ流路４２ａにＮａＣｌ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で送液し、電極４４ａと電極４４ｂとの間に電圧４．５〜７．０Ｖをかけた。上記反応（ｂ）により、マイクロ流路４２ａの末端に形成された排出口４６ｂからＮａＯＨ水溶液を回収した。
（式（ｃ）の工程）
実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクター４０を、蓋面を上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内をＣＯ2ガスで充填し、チャンバ内の圧力を加圧雰囲気（１５ＭＰａ）に調整した。流体導入口４６ａから、先に回収したＮａＯＨ水溶液を、シリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液し、マイクロ流路内の流体にマイクロナノバブル状のＣＯ2ガスを供給した。式（ｃ）の反応後は、炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を排出口４６ｂにて回収した。
式（ｂ）及び式（ｃ）の反応に用いた実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクターを２個連結して式（ｂ）と式（ｃ）の反応を連続的に行ってもよく、上記のように式（ｂ）の反応を行ってＮａＯＨ水溶液を回収した後、同じマイクロリアクターを用いて式（ｃ）の反応を行ってもよい。
【００５８】
（３）マイクロ流路の洗浄と滅菌
使用後のマイクロリアクター４０を蓋４０ｂ及び４０ｃを上側にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１５ＭＰａに調整した。マイクロ流路４２ａに洗浄液（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素が供給された。マイクロナノバブルを含有した洗浄液の流れが安定するまで送液した結果、マイクロ流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００５９】
（実施例５）
実施例１〜４で得られた炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を加熱し、式（ｄ）に示す反応により炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）を得た（アンモニアソーダ法の完結）。
２ＮａＨＣＯ3→Ｎａ2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2↑ （ｄ）
【００６０】
（１）Ｉ字型流路のマイクロリアクター
図１０〜図１３に示すＩ字型流路のマイクロリアクター５０について説明する。
図１０〜図１３に示すマイクロリアクター５０の基材５０ａとしては、表面に金メッキを施したＳＵＳ製の板材（４０ｍｍ×３０ｍｍ×２．５ｍｍ）を用いた。マイクロ流路５２の流路幅は５００μｍ、深さ３００μｍとし、ステンレスのハーフエッチングにより作製した。
また、蓋５０ｂにはアルミニウム薄板（厚み４００μｍ）を用い、蓋５０ｃには陽極酸化したアルミニウム薄板（孔径５００ｎｍ〜１．２ｕｍ、厚み４００μｍ）を用い、基材５０ａのマイクロ流路が形成された面と、蓋５０ｂ及び蓋５０ｃとを同時に常温接合した。
マイクロ流路５２にヒータ５３を設置し、実施例５のＩ字型流路のマイクロリアクター５０とした。
【００６１】
（２）炭酸ナトリウムの製造
Ｉ字型流路のマイクロリアクター５０を用いて、下記の操作により炭酸ナトリウムを製造した。
Ｉ字型流路のマイクロリアクター５０を、蓋５０ｂ及び５０ｃを上側にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内の圧力を減圧雰囲気（１０-3Ｐａ）に調整した。また、ヒータ５３を１２０℃に設定した。
図１０及び図１２に示すように、マイクロ流路５２に実施例１〜４で得られたＮａＨＣＯ3分散液５４を、シリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。加熱により発生した二酸化炭素ガス５６は、蓋５０ｃの多孔壁を通じてマイクロ流路外に放出された。
式（ｄ）に示す反応後は、炭酸ナトリウムを含む水溶液をマイクロ流路５２末端の排出口にて回収した。
【００６２】
（３）マイクロ流路の洗浄
使用後の実施例５のマイクロリアクター５０をチャンバ内に設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を加圧雰囲気（１３ＭＰａ）に調整した。
図１１及び図１３に示すようにマイクロ流路５２末端から、炭酸ナトリウム製造時とは逆方向に洗浄液５５（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（１００〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素５７が供給された。
洗浄液５５の流れが安定するまで送液した結果、流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる３流路が合流した合流流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図２】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる３流路が合流した合流流路を有するマイクロリアクターの多孔壁を形成する蓋の一例を示す概略図である。
【図３】図１に示すマイクロリアクターのａ−ａ’断面を表す概略図である。
【図４】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる多孔壁の拡大図である。
【図５】本発明のマイクロナノバブル発生方法等の一例を示す概略図である。
【図６】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＹ字型の合流流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図７】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＹ字型の合流流路を有するマイクロリアクターのマイクロ流路３２ｆの断面の一部を示す概略図である。
【図８】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図９】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの多孔壁を形成する蓋の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの反応動作時のマイクロ流路断面を示す概略図である。
【図１１】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの洗浄動作時のマイクロ流路断面を示す概略図である。
【図１２】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの反応動作時の一例を示す概略図である（基材５０ａと蓋５０ｃとを重ねて表記した）。
【図１３】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの洗浄動作時の一例を示す概略図である（基材５０ａと蓋５０ｃとを重ねて表記した）。
【符号の説明】
【００６４】
１０：マイクロリアクター
１１ａ：基材
１１ｂ、１１ｃ：蓋
１２ａ〜１２ｇ：マイクロ流路
１２ｈ：排気孔
１３ａ〜１３ｄ：流体導入口
１３ｅ、１３ｆ：排出口
１４：流体（ＮａＣｌ ａｑ＋ＮＨ4 ａｑ）
１５：超音波発振子
１６：洗浄液
１７：マイクロナノバブル
３０：マイクロリアクター
３１ａ：基材
３１ｂ：蓋
３２ａ〜３２ｆ：マイクロ流路
４０：マイクロリアクター
４０ａ：基材
４０ｂ、４０ｃ：蓋
４２ａ：マイクロ流路
４４ａ、４４ｂ：電気分解用電極
４６ａ：流体導入口
４６ｂ：排出口
５０：マイクロリアクター
５０ａ：基材
５０ｂ、５０ｃ：蓋
５２：マイクロ流路
５３：ヒータ
５４：ＮａＨＣＯ3分散液
５５：洗浄液
５６：発生した二酸化炭素ガス
５７：マイクロナノバブル状の酸素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロナノバブル発生方法、マイクロ流路の洗浄方法、マイクロナノバブル発生システム、及び、マイクロリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業ではマイクロバブルによる洗浄効果が期待されている。
特許文献１には、マイクロバブル発生装置によって発生させたマイクロバブルを液体中に通気混入し、加圧雰囲気中で液体中にガスが高濃度に溶解するようにした高圧高濃度ガス溶解液となし、これを必要に応じてより減圧するか、又は、大気圧の水若しくは溶液などの液体中に放出することにより、溶解した気体を超微細な気泡として液体中に発生させ、これを拡散、浮遊する状態にしたことを特徴とする超微細気泡の混在するリアクター用気液混合溶液が開示されている。前記リアクター用気液混合溶液に含まれるマイクロバブルの電気的特性により浮上分離作用を利用した洗浄・除菌などを効率的に行うことができる。この他にもマイクロバブル発生装置を用いて除菌及び脱臭された水（オゾン水）を生成した例や（特許文献２）、超微細気泡を上水殺菌消毒、上下水膜処理、健康・医療機器分野や、湖沼や養殖場の水質浄化、工場・畜産等の各種排水処理、及び、機能水製造などに利用可能とした例（特許文献３）が開示されている。
【０００３】
微細加工を利用して作られ、等価直径が５００μｍ以下の微小な流路で反応を行う装置であるマイクロリアクターに代表される微小な素子や装置は、例えば、物質の分析、合成、抽出、分離を行う技術に応用した場合、少量多品種、高効率、低環境負荷などの多くの利点が得られるため、近年、様々な分野への応用が期待されている。
マイクロリアクターは、ガラス・プラスチック・金属・シリコーンなどの材質により製造されることが多い。
従来のマイクロ流路の洗浄方法としては、圧力をかけて水などの溶媒を流し、付着物を押し流す方法や、マイクロリアクター本体を超音波洗浄機にいれ、シリンジなどで圧力をかけながら洗浄する方法が知られている。また、一例として反応後のマイクロ化学デバイスに酸化剤水溶液を通液することを特徴とするマイクロ化学デバイスの洗浄方法が挙げられる（特許文献４）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２７６３号公報
【特許文献２】特開２００６−１６７６１２号公報
【特許文献３】特開２００６−２７２２３２号公報
【特許文献４】特開２００５−１４４６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、新規なマイクロナノバブル発生方法、マイクロナノバブル発生システム及び前記マイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクターを提供することである。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、洗浄性及び／又は殺菌性に優れたマイクロ流路の洗浄方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題は、以下の手段により解決された。
＜１＞ マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とするマイクロナノバブル発生方法、
＜２＞ 超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含む＜１＞に記載のマイクロナノバブル発生方法、
＜３＞ マイクロ流路内に液体を導入する工程、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させることにより洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、前記洗浄液を前記マイクロ流路と同一又は異なるマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌を行う工程を含むことを特徴とするマイクロ流路の洗浄方法、
＜４＞ 前記マイクロ流路が、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路である＜３＞に記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜５＞ 前記マイクロナノバブルが、空気、酸素及びオゾンよりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスを含む＜３＞又は＜４＞に記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜６＞ 前記洗浄液が、ｐＨ６〜９の、マイクロナノバブルを含有する水である＜３＞〜＜５＞いずれか１つに記載のマイクロ流路の洗浄方法、
＜７＞ マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁、及び、前記多孔壁の外部からマイクロ流路内に直接ガスを供給する加圧ガス供給手段よりなることを特徴とするマイクロナノバブル発生システム、
＜８＞ 前記多孔壁が、陽極酸化したアルミニウム皮膜である＜７＞に記載のマイクロナノバブル発生システム、
＜９＞ ＜７＞又は＜８＞に記載のマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクター。
【発明の効果】
【０００７】
前記＜１＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生方法を提供することができる。
また、前記＜２＞に記載の発明によれば、＜１＞に記載の発明において、より効率よくマイクロナノバブルを発生させるマイクロナノバブル発生方法を提供することができる。
前記＜３＞に記載の発明によれば、本構成を有さない場合に比べて、洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜４＞に記載の発明によれば、＜３＞に記載の発明において、洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法の好適な用途を提供することができる。
また、前記＜５＞に記載の発明によれば、＜３＞又は＜４＞に記載の発明において、より洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜６＞に記載の発明によれば、＜３＞〜＜５＞いずれか１つに記載の発明において、より洗浄性及び／又は殺菌性の高いマイクロ流路の洗浄方法を提供することができる。
また、前記＜７＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生システムを提供することができる。
また、前記＜８＞に記載の発明によれば、＜７＞に記載の発明において、新規なマイクロナノバブル発生システムを提供することができる。
前記＜９＞に記載の発明によれば、新規なマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のマイクロナノバブル発生方法は、マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とする。なお、本発明において前記多孔壁及び前記加圧ガス供給手段を併せて「マイクロナノバブル発生システム」ともいう。
以下、本発明について詳細に説明する。
【０００９】
＜マイクロ流路＞
本発明において、マイクロ流路とは微小な流路であって、その幅が数μｍ〜数千μｍ（「数μｍ以上、数千μｍ以下」と同義。以下、他の数値範囲の表記において特に断りのない限り同様とする。）のものである。なお、本発明において、マイクロ流路とはマイクロスケールの流路をいうが、ミリスケールの流路も含む意である。
流路幅は目的により適宜選択することができるが、１０〜１，０００μｍであることが好ましく、２０〜５００μｍであることがさらに好ましい。
【００１０】
本発明において、マイクロ流路は、マイクロスケールであるので、寸法及び流速がいずれも小さく、マイクロ流路を流れる流体のレイノルズ数は２，３００以下となる。従って、マイクロスケールの流路を有する本発明のマイクロ流路デバイスは、乱流支配ではなく層流支配の装置である。
ここで、レイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式で表されるものであり、２，３００以下のとき層流支配となる。
Ｒｅ＝ｕＬ／ν （ｕ：流速、Ｌ：代表長さ、ν：動粘性係数）
【００１１】
本発明において、マイクロ流路は、複数の流体が層流を形成して送流されていてもよい。その場合にはマイクロリアクターは複数の流体導入口から２以上の流体が送流され、層流を形成する合流部を有することが好ましい。また、本発明において、マイクロ流路は、１つ以上の排出口を有し、層流に対応した複数の排出口を設けることも好ましい。
【００１２】
本発明において、マイクロ流路は、基材によって外部と隔離された微小な径を有する流路であり、基材は、基板であっても良いし、管状であっても良いが、基板状であることが好ましい。
また、マイクロ流路の断面形状は特に制限されず、いかなる形状を使用することもできる。マイクロ流路の流路軸に直交する面の断面形状としては、円形、楕円形、半円形、四角形、三角形、その他の多角形、及び、だるま形状等が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。これらの中でも、作製の容易さから、マイクロ流路の断面形状は四角形（矩形）であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明において、流路軸形状は特に限定されず、直線状、曲線状等のいかなる形状でも良い。ここで、流路軸形状とは、マイクロ流路における流体の流れ方向の軸の形状を意味する。
上述の通り、流路軸形状は特に限定されないが、一定の面積に対して流路長を確保するためには、マイクロ流路の方向を変える曲がり部を形成することが好ましい。
【００１４】
マイクロ流路の形成方法としては、特に制限はなく、例えば、公知の方法を用いることができる。マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、電鋳法、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、ＹＡＧレーザーやＵＶレーザー等を使用するレーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いるエンドミル等の機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
＜多孔壁＞
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁について説明する。
「マイクロ流路壁」とはマイクロ流路の周囲を仕切る材料を意味する。また、「多孔壁」とは、対向する２つの表面を有する材料の両表面間を貫通する孔（貫通孔）を多数有する材料を意味する。
【００１６】
前記多孔壁は、気体のみを貫通孔を通じて透過させ、液体は貫通孔が有する表面張力により透過させない。
貫通孔を通じて水を透過させるために必要な圧力を計算した例を以下に示す。下記に示すヤング・ラプラスの式から、水が貫通孔を透過するために必要な圧力を計算した（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＭｉｃｒｏＴＡＳ２００６ Ｐ２４５−２４７、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｅｄ−Ｃｏｆ ２００１ ＪＳＭＥ）。
ＰB＝２γ・ｃｏｓθ／Ｒ
（ＰB；表面張力と釣り合う圧力、γ；表面張力、Ｒ；貫通孔の半径）
計算では液体を水と仮定し、水の表面張力を７２．７５ｎＮ／ｍとした。また、多孔壁の材質をアルミナと仮定し、アルミナの撥水角を３０°として計算した。結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
例えば貫通孔の半径が１００ｎｍである場合には、表１の結果から約１．３６ＭＰａ（約１３．４ａｔｍ）以上加圧しなければ水は貫通孔を透過することができない。
【００１９】
多孔壁に形成された貫通孔の半径は、１０〜１，０００ｎｍであり、１０〜５００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。貫通孔の半径が１，０００ｎｍより大きい場合、特に大気圧である１．０１×１０-1ＭＰａよりも表面張力の釣り合う圧力が低い場合（ヤング・ラプラスの式より半径が１．２４μｍよりも大きい場合）には貫通孔を通じて液体が漏れやすい。また、貫通孔の半径が１０ｎｍ未満である場合には、ナノバブルを発生する際に非常に大きな圧力が必要となり、扱いにくい。また、貫通孔径が流路壁面など貫通孔が形成されていない面の表面粗さ（一般的に薄膜部材の表面荒さはＲａ＝数〜数ｎｍ程度）と同程度となると、前記ヤング・ラプラスの式の精度が狂うため設計どおりに液面の侵食を制御できなくなる。
【００２０】
多孔壁は陽極酸化などで得られる多孔質体が好ましく、陽極酸化アルミナ（ポーラスアルミナ）、及び、陽極酸化シリコン（ポーラスシリコン）などがより好ましい。また、孔径のサイズや制御性などから、陽極酸化アルミナがより望ましい。それ以外では、既存材料に細孔加工を施した部材などが好ましい。また、流路形成のプロセスも考慮し、常温接合が容易となるＡｕやＣｕといった軟質金属を表面にコート／担持させることが好ましい。
多孔壁と接合又は接着されて流路を形成する部材は後述する常温接合に好適な材料であることが好ましい。具体的には、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属、ステンレスのような合金、ガラス、セラミックス、シリコン等の非金属が挙げられ、さらに好ましい形態としては、各部材の張り合わせ面にＡｕやＣｕのような塑性変形しやすい金属をコートしたガラス板等の板部材・薄膜がある。
また、成形が容易で、吸着効果があり、接着剤等なしで圧接させるだけで多孔壁と接続できることからポリジメチルシロキサン等も好ましく用いることができる。
【００２１】
多孔壁の作製方法としては、公知の方法を用いることができ限定されるものではないが、フォトリソグラフィー等の微細パターン形成技術をはじめとする半導体加工技術、スパッタリング法、陽極酸化、ゾル−ゲル法、熱安定性の異なる２種類以上の有機ポリマーを混合分散させ、より熱不安定な有機ポリマーのみ分解させる方法、ブロック共重合有機ポリマーの部分的熱分解法等が挙げられ、中でも、規則的な貫通孔を作製できることからフォトリソグラフィー等の半導体加工技術、スパッタリング法、陽極酸化が好ましく、陽極酸化がより好ましい。
陽極酸化は、ナノサイズの貫通孔を有する構造体を制御よく大面積に形成することができるため好ましい。前記ナノサイズの貫通孔を有する構造体としては、例えば、陽極酸化したアルミニウム皮膜（以下、「陽極酸化アルミニウム皮膜」ともいう。）が知られている。
【００２２】
本発明において、多孔壁は陽極酸化アルミニウム皮膜により形成されていることが好ましい。陽極酸化アルミニウム皮膜はアルミニウム板又は基板上に形成されたアルミニウム膜を酸性電解質中で陽極酸化することにより得られる。
この陽極酸化アルミニウム皮膜は、半径数ｎｍ〜数百ｎｍの柱状の貫通孔が数十ｎｍ〜数百ｎｍの間隔（セルサイズ）で平行に配列するという、特異的な幾何学的構造を有する。この柱状の貫通孔は、細孔間隔が数十ｎｍ以上の場合では、高いアスペクト比を有し、断面の径の一様性にも優れている。この貫通孔の半径及び間隔は、陽極酸化に使用する酸の種類、電圧を調整することにより制御が可能である。例えば陽極酸化の電圧を低下させると貫通孔の間隔を低減できる。
また、同様な細孔はシリコンに対しても形成できる。
【００２３】
陽極酸化アルミニウム皮膜の厚み（貫通孔の深さ）は、陽極酸化の時間を制御することにより制御が可能である。本発明においては、陽極酸化アルミニウム皮膜の厚み（貫通孔の深さ）は１０〜５００μｍが好ましく、２０〜４００μｍがより好ましく、３０〜３００μｍがさらに好ましい。
【００２４】
陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法の一例を以下に説明する。
陽極酸化に先立ち、前処理として高純度のアルミ箔（９９．９９％、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）を、超音波洗浄装置を用いてアセトン中で脱脂した後、窒素雰囲気下において４００℃で３時間加熱処理した。さらに熱処理後のアルミ箔を、ＨＣｌＯ4（７０％）：ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ（９５％）＝１：５の溶液中、温度８℃、電圧１８Ｖ（＞１５０ｍＡ／ｃｍ2）で電解研磨した。
前記前処理後のアルミ箔は二度にわたって陽極酸化した（以下、「一次酸化」、「二次酸化」という。）。一次酸化を行っただけの場合では、表面に形成された孔は不規則であるが、この不規則な孔階を取り除いた後、二次酸化を行うことで規則的に配列した陽極酸化アルミニウム皮膜を形成することができる。陽極酸化は１〜２０Ｖの間は１５重量％硫酸電解質、１００〜１５０Ｖの間は０．３Ｍリン酸電解質、その他の範囲においては０．３Ｍシュウ酸電解質を使用した。一次酸化後に不規則に成長した陽極酸化アルミニウム皮膜は、クロム酸（１．８重量％）とリン酸（６重量％）を使って６０℃で加熱することにより除去した。二次酸化後、残留アルミニウムは飽和塩化水銀溶液を用いて取り除き、さらに形成された孔の底部に残った薄膜（障壁層）はリン酸（５重量％）を用いて取り除くことによって貫通孔を形成した。陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法については詳しくは「陽極酸化アルミニウムのナノ粒子分級体及び触媒担体としての応用」（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１（２００５），ｐｐ．４８〜５３）を参照することができる。
その他、多孔壁としてポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート等の高分子フィルムに多数の貫通孔を設けたモノトランフィルム（（株）ナック製）等も好ましく用いることができる。
【００２５】
＜加圧ガス供給手段＞
本発明のマイクロナノバブル発生方法は、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内にガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含む。
「加圧ガス供給手段」としては、多孔壁を通じてマイクロ流路内にガスを供給することができるものであれば限定されるものではないが、加圧及び／又は減圧手段を備えたチャンバを好ましく例示できる。チャンバが加圧手段のみでなく、減圧手段を有する場合には、多孔壁を通じてマイクロ流路内の液体を脱気する操作も可能となるため好ましい。
加圧ガス供給は、例えば、多孔壁を有するマイクロ流路を備えたマイクロリアクターをチャンバ内に設置してチャンバ内を密閉した後、チャンバ内に任意のガスを充填し、チャンバ内の圧力を、マイクロ流路内の圧力以上に設定することにより、多孔壁を通じて流路内に前記任意のガスをマイクロナノバブルとして供給することができる。前記ガスは半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を通過してマイクロ流路内の液体中にバブリングして供給されるため、貫通孔の半径に応じた半径を有するマイクロナノバブルを形成することができる。
【００２６】
前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程は、さらに超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含むことが好ましい。例えば、図５に示すように、マイクロ流路が形成された基板の裏面（流路が形成された面の反対側）に超音波発振子１５を設置することにより、マイクロ流路内に送流される液体に超音波を当てることが好ましい。超音波発振子１５は脱着可能であることが好ましい。
液中に溶存するガスが飽和状態である場合には超音波により発生したキャビテーションによって液体中に溶解していたガスが析出し気泡を形成するため好ましい。
【００２７】
＜マイクロナノバブル＞
本発明において、マイクロナノバブルとはマイクロバブルとナノバブルの総称であり、平均直径が数ｎｍ〜数百μｍであることが好ましく、数ｎｍ〜数十μｍがより好ましく、数ｎｍ〜数百ｎｍのナノバブルであることがさらに好ましい。
マイクロナノバブルには強い洗浄効果及び／又は殺菌効果が認められるが、一般的にその効果はマイクロバブルに比してナノバブルの方が強い。ヤング・ラプラスの式（Δｐ＝２σ／ｒ、Δｐ；ｐi（気泡内部の圧力）−ｐ0（外圧）、σ；界面張力、ｒ；気泡の半径）によれば、直径１００ｎｍのナノバブルでは、気泡内外の圧力差が３０ａｔｍになる。従ってナノバブルが物体に接触する際に崩壊すると、数十気圧のジェットを生じるため、物体表面の洗浄効果が期待できる。
また、異なる二相の界面での自由エネルギーの過剰量が界面での吸着力であるため、マイクロバブルよりもさらに比表面積が大きくトータルの自由エネルギーが大きいナノバブルは、より効率よく水中の汚れを吸着する。従ってナノバブルは水中の汚れ成分の除去に有効であると考えられる。
さらにナノメートルオーダーの水の液滴に関する分子動力学の計算結果によると、水の水素結合の相互作用により水素原子が気体側に存在する確率が高いことが予想されている。これはナノバブルにも適用されると考えられ、水素原子が気体側、つまり気泡の内側に存在する確率が高いと考えられる。即ち直径が数ｎｍの気泡では気液界面の極性が揃うと考えられる。従ってナノバブルにより石鹸と同様な電気分離を気液界面に実現することができ、界面の静電効果により洗浄促進効果や静電気的な殺菌効果を持つことが期待できる。
また、気相−液相の反応においては、マイクロナノバブルは液体中に溶解及び／又は分散しやすいため溶液中の成分との反応が容易であり反応性が高い。本発明のマイクロナノバブル発生方法においては、目的に応じて任意のガス及び任意の液体を用いることができる。
【００２８】
マイクロナノバブルの供給量は目的に応じて調整することができ、限定されるものではないが、マイクロ流路内に導入された液体の単位体積に対して０．１〜３０体積％に相当するマイクロナノバブルを供給することが好ましく、７〜１４体積％に相当するマイクロナノバブルを供給することがより好ましい。上記の数値の範囲内であると活性が高いナノバブル水が得られるため好ましい。
【００２９】
＜マイクロ流路の洗浄方法＞
本発明のマイクロナノバブル発生方法により得られたマイクロナノバブルを含む液体は、洗浄液としてマイクロ流路内の洗浄に用いることができる。本発明のマイクロ流路の洗浄方法は、前記マイクロナノバブル発生方法により、マイクロナノバブルを含有する洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、前記洗浄液をマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌（以下、「洗浄及び／又は殺菌」を「洗浄等」ともいう。）を行う工程を含むことを特徴とする。
【００３０】
本発明によればマイクロ流路内にマイクロナノバブルを含有する洗浄液を導入して洗浄等を行うため、マイクロ流路を有する装置を分解することなく洗浄等が可能である。また、本発明の洗浄方法によりマイクロ流路を適宜繰り返して洗浄等することにより、マイクロ流路を長期間繰り返し使用することができるようになるため好ましい。
【００３１】
洗浄液調製工程に用いる液体としては、水、酸、アルカリ水溶液、及び、アルコールの分散液等が挙げられ、中でも水が好ましく、ｐＨ７〜８の水であることがより好ましい。洗浄に用いる流体の温度は、特に、限定されないが、汚染物質を除去するのに適した温度を選ぶことが好ましい。また、マイクロリアクター構成材料を損傷しない温度を選ぶことは言うまでもない。
【００３２】
＜ガス＞
また、前記洗浄液調製工程において、マイクロナノバブルとなるガス、すなわち加圧ガス供給手段により供給されるガスは、マイクロ流路の洗浄等を目的とする場合には空気、酸素、及び、オゾン等よりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスであることが好ましく、酸素又はオゾンであることがより好ましく、オゾンであることがさらに好ましい。
【００３３】
＜洗浄方法の用途＞
本発明のマイクロ流路の洗浄方法は、例えば、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路の洗浄方法に好適に用いることができる。
【００３４】
＜マイクロリアクター＞
本発明のマイクロリアクターは、前記マイクロナノバブル発生システムを有する。
本発明に用いることができるマイクロリアクターは、マイクロナノバブル発生システムを備えたマイクロ流路を少なくとも１つ有するものであり、さらに流路の分岐や合流部分、他のマイクロ流路等を有していてもよい。また、洗浄手段として、マイクロナノバブル発生システムの他に、シリンジやポンプ等により流体に圧力をかける手段や、超音波洗浄等の公知の洗浄手段を併用してもよい。
また、本発明に用いることができるマイクロリアクターは、その用途に応じて、マイクロナノバブル発生システムを備えたマイクロ流路以外にも、反応、混合、分離、精製、分析、他の方法による洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
【００３５】
本発明に用いることができるマイクロリアクターには、必要に応じて、例えば、マイクロリアクターに流体を送液するための液体導入口や、マイクロリアクターから流体を排出するための排出口などを設けてもよい。
【００３６】
また、本発明に用いることができるマイクロリアクターは、その用途に応じて、複数を組合わせたり、反応、混合、分離、精製、分析等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロリアクター等を組み合わせ、マイクロ化学システムを好適に構築することができる。
【００３７】
マイクロリアクターの大きさは、使用目的に応じ適宜設定することができるが、１〜１００ｃｍ2の範囲が好ましく、１０〜４０ｃｍ2の範囲がより好ましい。また、マイクロリアクターの厚さは、０．５〜３０ｍｍの範囲が好ましく、１．０〜１５ｍｍの範囲がより好ましい。
【００３８】
＜マイクロリアクターの製造方法＞
本発明のマイクロリアクターの製造方法について説明する。
マイクロ流路が形成された基板と多孔壁を有する基板とを接続する方法としては、公知の方法を用いることができ限定されるものではないが常温接合であることが好ましい。
常温接合とは、室温で原子同士を直接接合することをいい、真空中で接合する部材の表面の酸化膜や不純物などを、中性原子ビーム、イオンビーム、ＦＡＢ（Ｆａｓｔ Ａｔｏｍ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）処理等によって除去して清浄化した後、これらの活性化した清浄面同士を当接させることで部材間を接合させる接合方法である。
常温接合によれば、構成層の形状や厚みの変化が少なく高精度なマイクロリアクターが得られるため好ましい。また、加熱の必要がないため熱膨張係数の異なる材料同士であっても、簡便に強固な接合が得られる。
常温接合に用いられる材料としては、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属やセラミックス、シリコン等の非金属が挙げられる。
【実施例】
【００３９】
以下、本発明を実施例で詳しく説明するが、本発明は下記各実施の形態に限定されず、その発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々な変形が可能である。また、発明の要旨を逸脱しない範囲内で各実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【００４０】
＜炭酸水素ナトリウムの製造＞
ＮａＣｌ＋ＮＨ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→ＮＨ4Ｃｌ＋ＮａＨＣＯ3↓ （ａ）
（ａ）の反応は、アンモニアソーダ法（別名ソルベー法ともいう炭酸ナトリウムの製造方法）を途中で止めた反応である。
（ａ）の反応後は、ＮａＨＣＯ3の析出粒子を層流による拡散で十分洗浄し、薬用・食用等の用途に用いる。
【００４１】
ＮａＣｌ水溶液、ＮＨ4ＯＨ水溶液、ＣＯ2の混合に、３合流路を有するマイクロリアクターを用いた場合と（実施例１及び２）、Ｙ字型流路を有するマイクロリアクターを用いてＮａＣｌ水溶液とＮＨ4ＯＨ水溶液とを混合し、洗浄の際にも用いる多孔壁を有する蓋よりＣＯ2を流路内に供給した場合（実施例３）について以下に説明する。
【００４２】
（実施例１）
（１）３合流路を有するマイクロリアクターの構成
図１〜３に示す３合流路を有するマイクロリアクター１０について説明する。
マイクロリアクター１０の基材としては、図１に示す基材１１ａにはステンレス基板（表面に厚さ３０μｍのＡｕメッキ（不図示））、５０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍを用いて、流体導入口を有するマイクロ流路１２ａ〜１２ｄ、排出口を有するマイクロ流路１２ｅ〜１２ｆ、及び、基材１１ａを貫通する排気孔１２ｈを有するマイクロ流路１２ｇをエッチングにより形成した。
マイクロ流路１２ａ〜１２ｆは流路幅２５０μｍ、深さ１００μｍとし、マイクロ流路１２ｇは流路幅５００μｍ、深さ１００μｍとした。
【００４３】
図２に示す蓋１１ｂには図４（ａ）〜（ｃ）に示す陽極酸化したアルミニウム皮膜のうち、（ｂ）のもの（貫通孔の半径５０ｎｍ、厚み１００μｍ）を用いた。陽極酸化アルミニウム皮膜の作製方法は先に述べた通りである。陽極酸化は電解液として１重量％リン酸溶液を用いて印可電圧１５０Ｖで１０時間処理することにより行った。
蓋１１ｂとしては、図２に示すようにマイクロ流路１２ａ〜１２ｆの流体導入口、排出口に対応する流体導入口１３ａ〜１３ｄ並びに排出口１３ｅ及び１３ｆを形成したものを用いた。またマイクロ流路１２ｂを通じてＣＯ2ガスを供給する際に、流路が合流するまでに多孔壁を通じてＣＯ2ガスが漏れないように、蓋１１ｂは多孔壁を部分的に有するものを用いた。
図３に示す蓋１１ｃとしては、全面が多孔壁のもの（モノトランフィルム（株式会社ナック製））を用いた。
【００４４】
次に、マイクロ流路が形成された基材１１ａを真空槽内の下部ステージに配置し、陽極酸化アルミニウム皮膜の蓋１１ｂを真空層内の上部ステージに配置した。続いて、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にした。次に、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させて蓋１１ｂの直下に基材１１ａを流体導入口及び排出口の位置が一致するように対向させて位置させた。次に、基材１１ａの表面、及び、蓋１１ｂの表面にアルゴン原子ビームを照射して表面を清浄化した。
次に、上部ステージを下降させ、所定の荷重（１００ｋｇｆ／ｃｍ2）で基材１１ａと蓋１１ｂとを所定の時間（例えば、５分間）押圧することにより、基材１１ａと蓋１１ｂとを常温接合した。本実施の形態では、基材１１ａと蓋１１ｃについては接着剤にて張り合わせを行った。
【００４５】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
マイクロリアクター１０を用いて、以下の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。実施例１においては、マイクロ流路１２ｂを通じて導入した気体−液体合流後のＣＯ2が多孔壁の蓋を通じて抜けないように、蓋１１ｂを下側にして設置して用いた。
マイクロ流路１２ｂの流体導入口１３ｂよりＣＯ2ガスを流速（１０〜６０ｍｌ／ｈ）で送流した。同時にマイクロ流路１２ａの流体導入口１３ａよりＮＨ4ＯＨ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、マイクロ流路１２ｃの流体導入口１３ｃよりＮａＣｌ水溶液（０．０１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（１０〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。
図３に示すように蓋１１ｂに形成された流体導入口１３ｂから導入され、マイクロ流路１２ｂから送り込まれたＣＯ2ガスは、基材１１ａ中央部に形成された排気孔１２ｈ及び蓋１１ｃの多孔壁を透過して流路外部に排出された。
式（ａ）に示す反応後は、炭酸水素ナトリウムの析出粒子を、１２ｄの流体導入口１３ｄよりシリンジポンプを用いて流速（５０〜２５０ｍｌ／ｈ）で導入された蒸留水により形成された層流により十分洗浄し、洗浄された炭酸水素ナトリウムの粒子を含む液をマイクロ流路１２ｆの末端の排出口１３ｆにて回収した。
【００４６】
（３）マイクロ流路の洗浄
図５に示すようにチャンバ内に使用後のマイクロリアクターを設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１５ＭＰａに調整した。
マイクロ流路１２ａ〜１２ｄより洗浄液１６（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜２，４００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液１６には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素が供給された。マイクロナノバブル１７を含有した洗浄液１６の流れが安定するまで送液した結果、マイクロ流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００４７】
（実施例２）
実施例１において、基材１１ａと蓋１１ｂの接合を常温接合ではなく接着剤を用いた接着により行った以外は実施例１と同様にマイクロリアクターを作製した（不図示）。
基材１１ａとして実施例１と同様にして流路を形成したＳＵＳ板を用意し、蓋１１ｂとして陽極酸化アルミニウム皮膜の蓋を用意した。基材１１ａと蓋１１ｂとを対向させ、アライメントを行った後に、ディスペンサーを用いて瞬間接着剤（ロックタイトワイド、セメダイン（株）製）を、基材１１ａ側の流路以外の部分にまんべんなく塗布した。対向させた基材１１ａと蓋１１ｂとを圧接させ、大気中で１時間乾燥させることにより実施例２のマイクロリアクターを得た。実施例１と同様の操作を行った結果、実施例１と同様の結果が得られた。
【００４８】
（比較例１）
マイクロナノバブルを発生させなかった以外は実施例１と同様の条件で洗浄を行った。マイクロ流路内の堆積物は少し除去できたが、流路壁面に付着したものは取り除くことができなかった。
【００４９】
（実施例３）
（１）Ｙ字型流路を有するマイクロリアクター
図６及び図７に示すＹ字型流路を有するマイクロリアクター３０について説明する。
マイクロリアクター３０において、図６に示すマイクロ流路形成面を有する基材３１ａとしてはＰＤＭＳ樹脂（ポリジメチルシロキサン）製の基板（４０ｍｍ×２５ｍｍ×１．０ｍｍ）を用い、マイクロ流路３２ａ〜３２eの流路幅は５，０００μｍ、深さ３００μｍとし、マイクロ流路３２ｆの流路幅は８００μｍ、深さ３５０μｍとした。
ＰＤＭＳ樹脂には吸着効果があるため、接着剤なしで圧接させるだけで封止できる。従って接着剤等による流路の閉塞が少ない。
また、蓋３１ｂには陽極酸化したシリコン基板（ポーラスシリコン、孔径５〜５０ｎｍ、厚み３００μｍ）にマイクロ流路３２ａ〜３２ｅに形成された流体導入口及び排出口に対応する箇所に穴を設けたものを用いた。
前記基材３１ａの流路形成面と蓋３１ｂとを実施例１と同様にして常温接合し、実施例３のＹ字型流路を有するマイクロリアクター３０とした。
本流路は比較的大きいので、もっとも簡便な「型抜き」で形成した。
【００５０】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
マイクロリアクター３０を用いて、下記の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。
Ｙ字型流路のマイクロリアクター３０を、蓋３１ｂを上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内をＣＯ2ガスで充填し、チャンバ内の圧力を１〜１０ＭＰａに調整した。
マイクロ流路３２ａよりＮＨ4ＯＨ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、マイクロ流路３２ｂよりＮａＣｌ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（６ｍｌ／ｈ〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。
式（ａ）に示す反応後は、炭酸水素ナトリウムの析出粒子を、マイクロ流路３２ｃを通じてシリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で導入された蒸留水により形成された層流により十分洗浄し、洗浄された炭酸水素ナトリウムを含む液をマイクロ流路３２ｅの末端に形成された排出口にて回収した。
【００５１】
実施例３の場合、常に蓋３１ｂには外部から圧力がかかっているので、蓋３１ｂからの液漏れが生じないため、孔径は水分子が通れるサイズ（マイクロバブルに近くなるような大きなサイズである１，２４０ｎｍ以上）でも良い。また、蓋３１ｂを通過したＣＯ2がマイクロナノバブル状となるので、水溶液に含まれる成分との反応性も優れており、実施例１のマイクロリアクター１０と比較して実施例３の構成が好ましい。
【００５２】
（３）マイクロ流路の洗浄
使用後のマイクロリアクター３０をチャンバ内に設置して、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１２ＭＰａ以上に調整した。
マイクロ流路３２ａ〜３２ｃの液体導入口より洗浄液（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。
洗浄液の流れが安定するまで送液した結果、流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００５３】
（実施例４）
塩化ナトリウム水溶液を電気分解して得た水酸化ナトリウム水溶液に、二酸化炭素を反応させても、炭酸水素ナトリウムを得ることができる。
２ＮａＣｌ＋２Ｈ2Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｃｌ2↑＋Ｈ2↑ （ｂ）
ＮａＯＨ＋ＣＯ2→ＮａＨＣＯ3↓ （ｃ）
この場合、式（ｂ）の反応は減圧チャンバ内にマイクロリアクターを置くことで、Ｃｌ2やＨ2といった反応生成ガスのみを多孔質の蓋を通して分離し、選択的に除去できる。
式（ｃ）の反応においては、多孔質の蓋より高圧ＣＯ2を流路内に供給することができる。
【００５４】
（１）Ｉ字型流路のマイクロリアクター
図８及び図９に示すＩ字型流路のマイクロリアクター４０について説明する。
マイクロリアクター４０の基材４０ａとしては表面に金メッキをコートしたガラス基板（５ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ）を用いた。マイクロ流路４２ａの流路幅は２５０μｍ、深さ３００μｍとし、ドライエッチングで形成した。マイクロ流路４２ａを挟んでマイクロ流路内に金製の電気分解用電極４４ａ及び４４ｂを設けた。
【００５５】
また、蓋４０ｂにはベーマイト処理済アルミニウム箔、蓋４０ｃには陽極酸化したアルミニウム箔（孔径６０ｎｍ、厚み３００μｍ）を用い、基材４０ａのマイクロ流路を形成した面と、蓋４０ｂ及び４０ｃとを常温接合・転写して実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクター４０とした。
【００５６】
実施例４において使用した陽極酸化アルミニウム皮膜は下記のようにして作製した。
１．Ｓｉウェハ上にＰＤＭＳ樹脂を厚さ１００μｍ〜１０ｍｍ程度となるようにスピンコートし、硬化させ、ＰＤＭＳ層（離型層）を形成した。
２．アルミ箔をウェハ上にロール圧接でしわがないようにＰＤＭＳ層に張り合わせた。
３．アルミ箔上にネガフィルムレジストを張合せパターニング（露光、現像）した。
４．アルミ箔のレジスト開口部のみを選択的に陽極酸化（処理時間：２０ｍｉｎ）した。
５．レジスト剥離した（注：陽極酸化アルミニウム部分は陽極酸化反応で少し体積が増加した。）。
６．アルミ箔を塩酸で選択エッチングした。
【００５７】
（２）炭酸水素ナトリウムの製造
Ｉ字型流路のマイクロリアクター４０を用いて、下記の操作により炭酸水素ナトリウムを製造した。
（式（ｂ）の工程）
Ｉ字型流路のマイクロリアクター４０を、蓋面を上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内の圧力を減圧雰囲気（１０-3Ｐａ）に調整した。マイクロ流路４２ａにＮａＣｌ水溶液（０．１ｍｏｌ／ｌ）を、シリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で送液し、電極４４ａと電極４４ｂとの間に電圧４．５〜７．０Ｖをかけた。上記反応（ｂ）により、マイクロ流路４２ａの末端に形成された排出口４６ｂからＮａＯＨ水溶液を回収した。
（式（ｃ）の工程）
実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクター４０を、蓋面を上面にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内をＣＯ2ガスで充填し、チャンバ内の圧力を加圧雰囲気（１５ＭＰａ）に調整した。流体導入口４６ａから、先に回収したＮａＯＨ水溶液を、シリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液し、マイクロ流路内の流体にマイクロナノバブル状のＣＯ2ガスを供給した。式（ｃ）の反応後は、炭酸水素ナトリウムを含む水溶液を排出口４６ｂにて回収した。
式（ｂ）及び式（ｃ）の反応に用いた実施例４のＩ字型流路のマイクロリアクターを２個連結して式（ｂ）と式（ｃ）の反応を連続的に行ってもよく、上記のように式（ｂ）の反応を行ってＮａＯＨ水溶液を回収した後、同じマイクロリアクターを用いて式（ｃ）の反応を行ってもよい。
【００５８】
（３）マイクロ流路の洗浄と滅菌
使用後のマイクロリアクター４０を蓋４０ｂ及び４０ｃを上側にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を１５ＭＰａに調整した。マイクロ流路４２ａに洗浄液（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（６０〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素が供給された。マイクロナノバブルを含有した洗浄液の流れが安定するまで送液した結果、マイクロ流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【００５９】
（実施例５）
実施例１〜４で得られた炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を加熱し、式（ｄ）に示す反応により炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）を得た（アンモニアソーダ法の完結）。
２ＮａＨＣＯ3→Ｎａ2ＣＯ3＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2↑ （ｄ）
【００６０】
（１）Ｉ字型流路のマイクロリアクター
図１０〜図１３に示すＩ字型流路のマイクロリアクター５０について説明する。
図１０〜図１３に示すマイクロリアクター５０の基材５０ａとしては、表面に金メッキを施したＳＵＳ製の板材（４０ｍｍ×３０ｍｍ×２．５ｍｍ）を用いた。マイクロ流路５２の流路幅は５００μｍ、深さ３００μｍとし、ステンレスのハーフエッチングにより作製した。
また、蓋５０ｂにはアルミニウム薄板（厚み４００μｍ）を用い、蓋５０ｃには陽極酸化したアルミニウム薄板（孔径５００ｎｍ〜１．２ｕｍ、厚み４００μｍ）を用い、基材５０ａのマイクロ流路が形成された面と、蓋５０ｂ及び蓋５０ｃとを同時に常温接合した。
マイクロ流路５２にヒータ５３を設置し、実施例５のＩ字型流路のマイクロリアクター５０とした。
【００６１】
（２）炭酸ナトリウムの製造
Ｉ字型流路のマイクロリアクター５０を用いて、下記の操作により炭酸ナトリウムを製造した。
Ｉ字型流路のマイクロリアクター５０を、蓋５０ｂ及び５０ｃを上側にしてチャンバ内に設置し、チャンバ内の圧力を減圧雰囲気（１０-3Ｐａ）に調整した。また、ヒータ５３を１２０℃に設定した。
図１０及び図１２に示すように、マイクロ流路５２に実施例１〜４で得られたＮａＨＣＯ3分散液５４を、シリンジポンプにて流速（６〜６０ｍｌ／ｈ）で送液した。加熱により発生した二酸化炭素ガス５６は、蓋５０ｃの多孔壁を通じてマイクロ流路外に放出された。
式（ｄ）に示す反応後は、炭酸ナトリウムを含む水溶液をマイクロ流路５２末端の排出口にて回収した。
【００６２】
（３）マイクロ流路の洗浄
使用後の実施例５のマイクロリアクター５０をチャンバ内に設置し、チャンバ内に酸素を充填した後、チャンバ内の圧力を加圧雰囲気（１３ＭＰａ）に調整した。
図１１及び図１３に示すようにマイクロ流路５２末端から、炭酸ナトリウム製造時とは逆方向に洗浄液５５（組成：ｐＨ＝約８の蒸留水）をシリンジポンプにて流速（１００〜６００ｍｌ／ｈ）で送液した。洗浄液には多孔壁を通じてマイクロナノバブル状の酸素５７が供給された。
洗浄液５５の流れが安定するまで送液した結果、流路内の汚れ（不図示）や流路壁面への付着物（不図示）を取り除くことができた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる３流路が合流した合流流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図２】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる３流路が合流した合流流路を有するマイクロリアクターの多孔壁を形成する蓋の一例を示す概略図である。
【図３】図１に示すマイクロリアクターのａ−ａ’断面を表す概略図である。
【図４】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができる多孔壁の拡大図である。
【図５】本発明のマイクロナノバブル発生方法等の一例を示す概略図である。
【図６】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＹ字型の合流流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図７】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＹ字型の合流流路を有するマイクロリアクターのマイクロ流路３２ｆの断面の一部を示す概略図である。
【図８】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの一例を示す概略図である。
【図９】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの多孔壁を形成する蓋の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの反応動作時のマイクロ流路断面を示す概略図である。
【図１１】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの洗浄動作時のマイクロ流路断面を示す概略図である。
【図１２】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの反応動作時の一例を示す概略図である（基材５０ａと蓋５０ｃとを重ねて表記した）。
【図１３】本発明のマイクロナノバブル発生方法等に用いることができるＩ字型の流路を有するマイクロリアクターの洗浄動作時の一例を示す概略図である（基材５０ａと蓋５０ｃとを重ねて表記した）。
【符号の説明】
【００６４】
１０：マイクロリアクター
１１ａ：基材
１１ｂ、１１ｃ：蓋
１２ａ〜１２ｇ：マイクロ流路
１２ｈ：排気孔
１３ａ〜１３ｄ：流体導入口
１３ｅ、１３ｆ：排出口
１４：流体（ＮａＣｌ ａｑ＋ＮＨ4 ａｑ）
１５：超音波発振子
１６：洗浄液
１７：マイクロナノバブル
３０：マイクロリアクター
３１ａ：基材
３１ｂ：蓋
３２ａ〜３２ｆ：マイクロ流路
４０：マイクロリアクター
４０ａ：基材
４０ｂ、４０ｃ：蓋
４２ａ：マイクロ流路
４４ａ、４４ｂ：電気分解用電極
４６ａ：流体導入口
４６ｂ：排出口
５０：マイクロリアクター
５０ａ：基材
５０ｂ、５０ｃ：蓋
５２：マイクロ流路
５３：ヒータ
５４：ＮａＨＣＯ3分散液
５５：洗浄液
５６：発生した二酸化炭素ガス
５７：マイクロナノバブル状の酸素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とする
マイクロナノバブル発生方法。
【請求項２】
超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含む請求項１に記載のマイクロナノバブル発生方法。
【請求項３】
マイクロ流路内に液体を導入する工程、
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させることにより洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、
前記洗浄液を前記マイクロ流路と同一又は異なるマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌を行う工程を含むことを特徴とする
マイクロ流路の洗浄方法。
【請求項４】
前記マイクロ流路が、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路である請求項３に記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項５】
前記マイクロナノバブルが、空気、酸素及びオゾンよりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスを含む請求項３又は４に記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄液が、ｐＨ６〜９の、マイクロナノバブルを含有する水である請求項３〜５いずれか１つに記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項７】
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁、及び、前記多孔壁の外部からマイクロ流路内に直接ガスを供給する加圧ガス供給手段よりなることを特徴とする
マイクロナノバブル発生システム。
【請求項８】
前記多孔壁が、陽極酸化したアルミニウム皮膜である請求項７に記載のマイクロナノバブル発生システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクター。
【請求項１】
マイクロ流路内に液体を導入する工程、及び、
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させる工程を含むことを特徴とする
マイクロナノバブル発生方法。
【請求項２】
超音波発振子によりマイクロ流路内の液体に超音波を当てる工程を含む請求項１に記載のマイクロナノバブル発生方法。
【請求項３】
マイクロ流路内に液体を導入する工程、
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁の外部から、加圧ガス供給手段によりマイクロ流路内に直接ガスを供給することにより、前記液体にマイクロナノバブルを含有させることにより洗浄液を調製する洗浄液調製工程、並びに、
前記洗浄液を前記マイクロ流路と同一又は異なるマイクロ流路に通過させてマイクロ流路内の洗浄及び／又は殺菌を行う工程を含むことを特徴とする
マイクロ流路の洗浄方法。
【請求項４】
前記マイクロ流路が、食品加工装置、医薬品加工装置及び化学反応装置よりなる群から選ばれた装置に形成されたマイクロ流路である請求項３に記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項５】
前記マイクロナノバブルが、空気、酸素及びオゾンよりなる群から選ばれた少なくとも１つのガスを含む請求項３又は４に記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄液が、ｐＨ６〜９の、マイクロナノバブルを含有する水である請求項３〜５いずれか１つに記載のマイクロ流路の洗浄方法。
【請求項７】
マイクロ流路壁の全部又は一部に形成された半径１０〜１，０００ｎｍの貫通孔を有する多孔壁、及び、前記多孔壁の外部からマイクロ流路内に直接ガスを供給する加圧ガス供給手段よりなることを特徴とする
マイクロナノバブル発生システム。
【請求項８】
前記多孔壁が、陽極酸化したアルミニウム皮膜である請求項７に記載のマイクロナノバブル発生システム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のマイクロナノバブル発生システムを有するマイクロリアクター。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１０１２９９（Ｐ２００９−１０１２９９Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７５９９１（Ｐ２００７−２７５９９１）
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２４日（２００７．１０．２４）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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