マイクロ化学装置
【課題】２つ以上のマイクロ反応部に均等に流体を送液することにより、各反応で生成される物質の均質化が可能なマイクロ化学装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備えたマイクロ化学装置１０において、前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部３４を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置１０である。微小送液流路３４は１つの送液流路中に１０以上備えることが好ましい。
【解決手段】少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備えたマイクロ化学装置１０において、前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部３４を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置１０である。微小送液流路３４は１つの送液流路中に１０以上備えることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学装置に係り、特に、反応領域に流体を均等に送液し各反応で生成される物質を均質化することが可能なマイクロ化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小空間で流体を精密に制御しながら反応・混合を行ういわゆるマイクロリアクターが最近注目されている。しかしマイクロリアクターの容積は小さいため、工業的に応用する場合、単位時間当りの処理量が低いという課題があった。このような量産技術について、従来化学工業の分野では、反応部のスケールアップという手法で対応を図ってきた。しかし、マイクロリアクターにとっては、そのスケールがリアクターの性能を決める重要なパラメーターであることから、マイクロリアクターの容量を増加させて処理量を向上させても、所望の反応や混合が行えなくなるため、単純にスケールアップによる量産化を検討することが出来なかった。
【０００３】
このような問題を解決するため、下記の特許文献１に示されるように、マイクロ反応部を複数並列に用いることで単位時間当たりの処理量を増やす、いわゆるナンバリングアップによる量産化検討がなされている。
【０００４】
上記ナンバリングアップを成功させるためには、並列に並べたマイクロリアクターに、いかに均等に流体を分配出来るかにかかっている。通常、マイクロリアクターでは２種類以上の流体を合流部で均一に混合させるが、それぞれの流体が均等に分配出来ないと、各リアクター間で得られる生成物が異なってしまうという問題が発生する。
【０００５】
マイクロ場への均等分配は、通常のマクロ場の分配と異なり、製作誤差が相対的に大きくなってしまうため、均等に分配することが難しい。これを達成するために加工誤差の少ない加工方法を選ぶ、ナンバリングアップの数だけポンプを用意する等の方法があるが、どの方法もコストが掛かるという問題があった。
【０００６】
そこで、下記の特許文献２に示すように、リアクター合流部以降に周期的に断面積を狭める構造や、下記の特許文献３に示すように一度に多数の分配を行わせるのではなく、一度の分配数を抑え、分配を複数繰り返す構造を作ることで、各リアクター間の分配量を均等にする試みがなされている。
【特許文献１】特開２００４−２４３３０８号公報
【特許文献２】特開２００５−６６４００号公報
【特許文献３】特開２００７−１３６２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載されている構造では、合流部以降に周期構造を配置していることから、合流後の流れが乱れ、マイクロリアクターの特徴である精密な反応制御を妨げる恐れがあった。また、特許文献３に記載されている構造では、下流の分配部における製作誤差を抑える効果は期待出来るが、上流の分配部に大きな誤差が生じた場合、下流側の分配性能に大きな影響を与えてしまう恐れがあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、２つ以上のマイクロ反応部を含む送液系の各流路の圧力を均等にし、各マイクロ反応部に均等に流体を送液することにより、各反応で生成される物質の均質化が可能なマイクロ化学装置を提供する。また、同時に、装置のコストを低減したマイクロ化学装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路を備えたマイクロ化学装置において、前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置を提供する。
【００１０】
請求項１によれば、送液流路のそれぞれに、反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を備えているため、この微小送液流路部により各送液流路の圧力を調節することができ、流体を各流路に均一に送液することができる。
【００１１】
また、本発明はマイクロ化学装置であり、装置の製作誤差が相対的に流体の送液量に影響を与えることになる。したがって、微小送液流路部を複数設けることにより、各流路での微小送液流路部の体積の総和を均一化することができるので、各流路に均一に送液を行うことができる。
【００１２】
さらに、微小送液流路部は、送液流路、つまり反応領域（マイクロ反応部）より前に設けられているため、反応領域が圧力の影響を受けることなく、反応を行うことが可能である。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記微小送液流路部は、１つの前記送液流路中に１０以上備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２によれば、微小送液流路部を１つの送液流路中に１０以上備えているため、加工精度の誤差の総和が平均化され、送液時の各流路の圧力を均一にすることができる。微小送液流路部の数は、特に、その数を１０以上とすることにより、誤差の総和を平均化する効果がみられる。
【００１５】
請求項３は請求項１または２において、前記流体供給手段から供給される流体は、粘度が３０ｃｐ以下の流体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、流体の粘度が３０ｃｐ以下であるため、装置による圧力の影響を受けにくくなるため、均等に流体を送液することができる。
【００１７】
請求項４は請求項１から３いずれかにおいて、前記流体供給手段から供給される流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４によれば、流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であるため、送液流路内にかかる圧力を抑えることができ、各送液流路内の圧力の差を小さくすることができる。
【００１９】
請求項５は請求項１から４いずれかにおいて、前記微小送液流路部の断面積の相当直径が、前記反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５によれば、微小送液流路部の断面積の相当直径が、反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であるため、反応領域より微小送液流路部に圧力をかけることができる。したがって、微小送液流路部に均一に圧力をかけることにより、均等に流体を反応領域に送液することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の送液流路内の圧力を均一化することができるため、流体を各送液流路に均等に送液することができるので、各反応領域における反応で生成される反応物の均質化を行うことができる。また、従来の装置から、微小送液流路部を複数設けるという簡単な構成と、微小送液流路部の加工誤差の測定による統計を利用して、圧力の均一化を行っているため、加工・部品コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ化学装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００２３】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ化学装置１０の一例を説明する斜視図（ａ）と、図１（ａ）のＡの送液流路の部分拡大図（ｂ）である。図１（ａ）はマイクロ化学装置１０を構成する３つの要素を分解した様子を示す。図２は、上記３つの要素を積層した状態を説明する上面図である。
【００２４】
図１に示されるように、本実施形態におけるマイクロ化学装置１０は、少なくとも第１の溶液を供給するための第１の供給要素１２と、第２の溶液を供給するための第２の供給要素１４と、第１と第２の溶液を混合および反応させるための合流要素１６と、を備えている。マイクロ化学装置１０は、少なくともこれらの各要素が一体に締結および積層されて組み立てられる。組み立て方法としては、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通する図示しないボア（又は穴）を等間隔に設けて、各要素間をボルトおよびナットで一体に締結する方法や、直接接合による方法や、接着剤などを用いて組み立てる方法などが挙げられる。
【００２５】
第１の供給要素１２の合流要素１６側とは反対面の中心に、厚さ方向に貫通していない円形の滞留部２２が形成されている。この滞留部２２から放射状に４本の送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。各送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの端部はそれぞれ厚さ方向に貫通するボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通している。ボア２３ａ〜２３ｄは、第２の供給要素にも同様に設けられ、厚さ方向に貫通している。
【００２６】
各送液流路２２ａ〜２２ｄの断面形状は、矩形でも円形（半円形も含む）でもよく、特に限定されない。流路断面積は、特に規定しないが、層流を形成できる範囲であることが、系の安定性の観点から好ましい。層流を形成できる条件としては、通常、等価直径２ｍｍ以下、好ましくは６００μｍ以下が好ましい。また、分岐する送液流路の数も本実施形態では４本としたが、２〜３本、又は５本以上でもよく、特に限定されない。
【００２７】
図１（ｂ）に送液流路２２ａの部分拡大図を示す。送液流路２２ａには、各送液流路の圧力を調節するために、流路断面積が狭くなる微小送液流路部３４ａが設けられている。この微小送液流路部３４ａは、各送液流路に複数存在し、その形状は立方体や直方体の他に、湾曲していたり、うねっていたり様々な形を取ることができる。微小送液流路部の断面の相当直径は微小反応部のうち、最も断面の狭い部分の相当直径の８０％以下、好ましくは５０％以下であることが望ましい。
【００２８】
また、図１（ｂ）においては、微小送液流路部３４ａは、直列的に５箇所設けられているが、並列的に配置することもできる。並列的に配置する場合は、滞留部２２から複数の微小送液流路部３４ａに分配されてボア２３に供給される。さらに、各送液流路２２ａ〜２２ｄにおける微小送液流路部３４ａの長さの総和は、後述する反応領域の入口から出口以上であることが好ましい。各送液流路２２ａ〜２２ｄにおける微小送液流路部３４ａの長さを反応領域の長さより長くすることにより、送液流路２２ａ〜２２ｄ内を流れる流体の送液量を調節することができ、均一に送液することができる。
【００２９】
微小送液流路部３４ａの数は、後述する反応領域での反応において、生成物に支障が無い範囲において生成物のバラツキを抑えることができる程度に設けられていれば、特に数は限定せず用いることができる。ただし、流体の求める均等分配性を満たすため、統計的に必要な数の微小送液流路部３４ａを備えることが好ましい。なお、許容される生成物のバラツキの範囲は、微小送液流路部３４ａの形状、扱う反応流体により異なるため、適宜、微小送液流路部３４ａの数を変更して行うことが可能であるが、各送液流路に１０以上の数の微小送液流路部３４ａを備えることが好ましい。
【００３０】
また、図１（ｂ）においては、それぞれの微小送液流路部３４ａが送液流路２２ａ内に均等の距離で周期的に設けられているが、一つの送液流路内に必要な数の微小送液流路部が設けられていれば周期的に設ける必要もない。
【００３１】
第２の供給要素１４には、厚さ方向に貫通する貫通穴２４が中心部に設けられている。この貫通穴２４から放射状に、厚さ方向に貫通しない４本の送液流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。
【００３２】
第２の供給要素１４に設けられた４本の送液流路２４ａ〜２４ｄは、第１の供給要素と積層したときに、第１の供給要素１２に設けられた４本の送液流路２２ａ〜２２ｄと重ならないように形成されている。各送液流路２４ａ〜２４ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通している。なお、各送液流路の断面形状、断面積、及び分岐する送液流路の数等は、第１の供給要素と同様の構成とすることができる。また、第２の供給要素１４においても、第１の供給要素と同様に、微小送液流路部を設けることにより圧力を均等化し、均等に流体の送液を行う。
【００３３】
合流要素１６は、第１の供給要素１２のボア２３ａ〜２３ｄと連通する導入流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、第２の供給要素１４のボア２５ａ〜２５ｄと連通する導入流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと、をそれぞれ合流させるための混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが形成されている。各混合流路３０ａ〜３０ｄの端部に、厚さ方向に貫通するボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成される。本発明において、反応領域とは、少なくとも２つ以上の導入流路と、１つ以上の反応流路を有し、入口から延びた各流体の導入流路が１点で交わることで合流部を形成し、合流部から出口に向って流体の混合・反応を行わせるための反応流路を備える構造体を反応領域という。構造体の形状としては、図１（ａ）に示すＹ字型の他に、Ｔ字型、ＫＭリアクターなどの構造体を挙げることができる。また、反応領域のサイズとしては、導入流路、反応流路の相当直径が全領域に渡って、１０００μｍ以下である。
【００３４】
また、合流要素１６の中心部には、第２の供給要素１４と積層したときに、貫通穴２４と重なり連通するように貫通穴２４が形成されている。これにより、図示しない供給口より第２の溶液を合流要素１６の貫通穴２４から取込むことができる。
【００３５】
本発明のマイクロ化学装置に用いられる流体は、特に限定されないが、流体の流量を１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの範囲で用いることが好ましい。また、本発明において、重要な物性値は圧力であるため、流体の粘度が重要になってくる。粘度は比較的低粘度のものが好ましく、具体的には、３０ｃｐ以下の流体が好ましい。流体の種類としては、具体的には、水、酸性溶液、アルカリ性溶液、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシドなどの有機溶剤、または上記液体の混合液、さらには上記液体または混合溶液中に微粒子が分散した分散液を好適に用いることができる。ここで、微粒子とは、直径１μｍ以下の粒子のことをいう。
【００３６】
マイクロ化学装置１０を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（石英等）、セラミックス（シリコン等）などが好ましく使用できる。
【００３７】
マイクロ化学装置１０を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、一部既述したように、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザー加工法、イオンビーム加工法、及び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機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。
【００３８】
要素間や部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００３９】
＜微小送液流路部の形成方法＞
本発明は、各送液流路内に複数の微小送液流路部を設け、各送液流路の製作誤差（加工ごとに起こる僅かな位置ズレ、軸ブレなど）の総和を平均化することにより、送液時の各送液流路の圧力を均一化し、均等に送液を行う。したがって、送液流路および微小送液流路部の加工方法が重要となる。
【００４０】
微小送液流路部を備える送液流路は、まず、微小送液流路部以外の送液流路を加工し、その後、微小送液流路部を加工することが好ましい。また、この場合もある送液流路の微小送液流路部を全て加工した後、別の送液流路の加工を行うと、ドリルの磨耗による誤差を生じる恐れがあるため、各送液流路の微小送液流路部を順番に加工することが好ましい。加工方法の順番を説明する図を図３に示す。図３（ａ）は、各送液流路の微小送液流路部を円周上に順番に加工する方法である。ただし、同じ送液流路に加工が集中しない範囲で順番は特に関係無く製造することができる。例えば、図３（ｂ）に示すように、対角線状に形成することも可能である。また、微小送液流路部を複数回加工する場合は、各送液流路部の加工した順序の総和をより等しくすることが望ましい。例えば、図３（ｃ）に示すように、まず、左回りで各送液流路に微小送液流路部を形成する。次に、今度は右回りで微小送液流路部を形成する。図３（ｃ）は、各送液流路に２箇所微小送液流路部を形成した図であるが、各加工順序の総和は全て９となっている。このように、加工順序の総和が等しくなるように加工することで、ドリルの磨耗による誤差をより低減することが可能となる。
【００４１】
このようなマイクロ化学装置１０において、図４に示されるように、第１の溶液が、図示しない第１の供給口から第１の供給要素における滞留部２２へ供給される（太い破線矢印）。第１の溶液は、４つに分割されて４本の送液流路２２ａ〜２２ｄを流れた後、ボア２３ａ〜２３ｄを流れる。この送液流路２２ａ〜２２ｄに微小送液流部を備えることにより、圧力損失を平均化し、ボア２３ａ〜２３ｄを流れる第１の溶液を、均等に送液を行う。その後、第２の供給要素に設けられたボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’を流れた後、合流要素１６において、ボア２３ａ’〜２３ｄ’の開口部と連通する合流要素１６の導入流路２６ａ〜２６ｄに到達する。
【００４２】
これと同様に、第２の溶液は、図示しない第２の供給口から第１の溶液の流れる方向とは逆方向に、合流要素１６における貫通穴２４を介して、第２の供給要素における貫通穴２４へ供給される。次いで、第２の溶液は４つに分割されて４本の送液流路２４ａ〜２４ｄを流れた後、ボア２５ａ〜２５ｄを流れる。第２の溶液についても同様に、送液流路２４ａ〜２４ｄの微小送液流路部を備えることにより、圧力損失を平均化し、均等に送液を行う。そして、合流要素１６において、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの開口部と連通する合流要素１６の導入流路２８ａ〜２８ｄに到達する（細い破線矢印）。
【００４３】
合流要素１６に形成された４つの混合流路３０ａ〜３０ｄにおいて、上記のようにそれぞれ供給された第１の溶液と第２の溶液が合流して混合又は反応する。その後、反応生成物を含む溶液は、ボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを流れて、図示しない排出口より外部へ回収される（実線矢印）。
【００４４】
≪第２実施形態≫
図５は、第２実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ化学装置１１０の一例を説明する斜視図である。図５は、マイクロ化学装置１１０の送液流路を構成する供給要素１１３の分解した様子を示す。
【００４５】
図５に示すように、第２実施形態におけるマイクロ化学装置１１０は、複数の供給要素１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと合流要素１１６と、を備えており、複数の供給要素１１２を積層することにより、微小送液流路部の数を調節し、各送液流路の圧力を均等にしている。
【００４６】
第１の供給要素１１３ａは、厚さ方向に貫通していない受容部１２３ａが形成されている。この受容部１２３ａから供給要素１１３ａ上に微小送液流路部１３４ａが形成され、端部に厚さ方向に貫通する貫通部１２３ａ’が形成され送液流路１２２ａが形成されている。そして、第２の供給要素１１３ｂにも同様に受容部１２３ｃ、微小送液流路部１３４ｃ、貫通部１２３ｃ’が形成され、第１の流体を送液する送液流路１２２ｃが形成されている。第１の供給要素１１３ａの貫通部１２３ａ’と、第２の供給要素１１３ｂの受容部１２３ｃが連通することにより、また、第２の供給要素１１３ｂと第３の供給要素１１３ｃを同様の構成とすることにより、合成要素１１６に第１の溶液を送液することができる。また、図５においては、同様の構成で、第１の流体を送液する送液流路が他に１箇所、第２の送液流路を供給する需要部１２５、微小送液流路部１３５、貫通部１２５’からなる送液流路１２４が２箇所形成されている。なお、図５においては、送液流路を第１の溶液を送液する流路を２本、第２の溶液を送液する流路を２本としたが、送液流路の数は限定されず、実施することができる。
【００４７】
図５においては、微小送液流路部１３４、１３５は、各送液流路１２２、１２４の各供給要素１１３に１ずつ設けられているため、供給要素１１３を複数積層することにより、微小送液流路部１３４、１３５の数を増やすことができる。また、供給要素１１３上に形成される送液流路を第１実施形態のようにすることで、微小送液流路部の数を増やすことが可能である。
【００４８】
合流要素１１６は、第３の供給要素１１３ｃの貫通部１２３ｅ’、１２３ｆ’と連通する導入流路１２６ａ、１２６ｂと、貫通部１２５ｅ’、１２５ｆ’と連通する導入流路１２８ａ、１２８ｂと、をそれぞれ合流させるための混合流路１３０ａ、１３０ｂが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成されている。これらの構成については、第１実施形態と同様の構成を用いることができる。
【００４９】
以下に、シミュレーションにより、本発明の効果について説明する。
【００５０】
まず、微小送液流路部の加工誤差を測定するため、φ１００μｍの穴を２５６個機械加工により形成し、各穴の１００μｍからの誤差を測定した。結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、微小送液流路部の加工誤差は正規分布に従うことが確認できる。
【００５１】
図６（ａ）の結果を元に、数値シミュレーションを行い、各送液流路の微小送液流路部の数が、１、１０、１００の時の流量のバラツキをシミュレーションにより測定した。条件は、送液流体として水を、また流量としては層流条件となる３ｃｃ／ｍｉｎに設定して計算を行った。結果を図６（ｂ）〜（ｄ）（図６（ｂ）微小送液流路部数：１、図６（ｃ）微小送液流路部数：１０、図６（ｄ）微小送液流路部数：１００）に示す。
【００５２】
図６より、微小送液流路部の数を増やすことにより、流量のバラツキを抑えることができ、微小送液流路部の数を１０とした図６（ｃ）では、バラツキが±５％以内、１００とした図６（ｄ）では、バラツキが±３％以内である。したがって、微小流路部の数を１０以上とするとすることで、効果が現れることが確認できる。
【００５３】
さらに本発明の効果を検証するため、微小送液流路部の数が１と１０の場合について、バラツキの流量依存性を確認した。結果を図７に示す。条件としては上記同様、送液流体を水として、流量を１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの間で変化させて計算を行った。図７より、１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの全範囲で微小送液流路部の数を１０とした装置の方が、バラツキが小さいことが確認できる。以上より、この流量範囲における微小送液流路部の数を１０以上とした際の優位性をさらに確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態におけるマイクロ化学装置の構成部材を分解した斜視図（ａ）および送液流路の部分拡大図（ｂ）である。
【図２】図１のマイクロ化学装置の上面図である。
【図３】微小送液流路部の加工方法を説明する図である。
【図４】第１実施形態におけるマイクロ化学装置の作用を説明する図である。
【図５】第２実施形態におけるマイクロ化学装置の構成部材を分解した斜視図である。
【図６】微小送液流路部の数による流量のバラツキのシミュレーション結果を説明する図である。
【図７】流量の違いによる流量のバラツキのシミュレーション結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…マイクロ化学装置、１２、１４、１１３…供給要素、１６、１１６…合流要素、２２…滞留部、２４…貫通穴、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、１２２、１２４…送液流路、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…ボア、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、１２６、１２８…導入流路、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、１３０…混合流路、３４、１３４、１３５…微小送液流路部、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆ、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ、１２５ｆ…受容部、１２３ａ’、１２３ｂ’、１２３ｃ’、１２３ｄ’、１２３ｅ’、１２３ｆ’、１２５ａ’、１２５ｂ’、１２５ｃ’、１２５ｄ’、１２５ｅ’、１２５ｆ’…貫通部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学装置に係り、特に、反応領域に流体を均等に送液し各反応で生成される物質を均質化することが可能なマイクロ化学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小空間で流体を精密に制御しながら反応・混合を行ういわゆるマイクロリアクターが最近注目されている。しかしマイクロリアクターの容積は小さいため、工業的に応用する場合、単位時間当りの処理量が低いという課題があった。このような量産技術について、従来化学工業の分野では、反応部のスケールアップという手法で対応を図ってきた。しかし、マイクロリアクターにとっては、そのスケールがリアクターの性能を決める重要なパラメーターであることから、マイクロリアクターの容量を増加させて処理量を向上させても、所望の反応や混合が行えなくなるため、単純にスケールアップによる量産化を検討することが出来なかった。
【０００３】
このような問題を解決するため、下記の特許文献１に示されるように、マイクロ反応部を複数並列に用いることで単位時間当たりの処理量を増やす、いわゆるナンバリングアップによる量産化検討がなされている。
【０００４】
上記ナンバリングアップを成功させるためには、並列に並べたマイクロリアクターに、いかに均等に流体を分配出来るかにかかっている。通常、マイクロリアクターでは２種類以上の流体を合流部で均一に混合させるが、それぞれの流体が均等に分配出来ないと、各リアクター間で得られる生成物が異なってしまうという問題が発生する。
【０００５】
マイクロ場への均等分配は、通常のマクロ場の分配と異なり、製作誤差が相対的に大きくなってしまうため、均等に分配することが難しい。これを達成するために加工誤差の少ない加工方法を選ぶ、ナンバリングアップの数だけポンプを用意する等の方法があるが、どの方法もコストが掛かるという問題があった。
【０００６】
そこで、下記の特許文献２に示すように、リアクター合流部以降に周期的に断面積を狭める構造や、下記の特許文献３に示すように一度に多数の分配を行わせるのではなく、一度の分配数を抑え、分配を複数繰り返す構造を作ることで、各リアクター間の分配量を均等にする試みがなされている。
【特許文献１】特開２００４−２４３３０８号公報
【特許文献２】特開２００５−６６４００号公報
【特許文献３】特開２００７−１３６２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載されている構造では、合流部以降に周期構造を配置していることから、合流後の流れが乱れ、マイクロリアクターの特徴である精密な反応制御を妨げる恐れがあった。また、特許文献３に記載されている構造では、下流の分配部における製作誤差を抑える効果は期待出来るが、上流の分配部に大きな誤差が生じた場合、下流側の分配性能に大きな影響を与えてしまう恐れがあった。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、２つ以上のマイクロ反応部を含む送液系の各流路の圧力を均等にし、各マイクロ反応部に均等に流体を送液することにより、各反応で生成される物質の均質化が可能なマイクロ化学装置を提供する。また、同時に、装置のコストを低減したマイクロ化学装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路を備えたマイクロ化学装置において、前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置を提供する。
【００１０】
請求項１によれば、送液流路のそれぞれに、反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を備えているため、この微小送液流路部により各送液流路の圧力を調節することができ、流体を各流路に均一に送液することができる。
【００１１】
また、本発明はマイクロ化学装置であり、装置の製作誤差が相対的に流体の送液量に影響を与えることになる。したがって、微小送液流路部を複数設けることにより、各流路での微小送液流路部の体積の総和を均一化することができるので、各流路に均一に送液を行うことができる。
【００１２】
さらに、微小送液流路部は、送液流路、つまり反応領域（マイクロ反応部）より前に設けられているため、反応領域が圧力の影響を受けることなく、反応を行うことが可能である。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記微小送液流路部は、１つの前記送液流路中に１０以上備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項２によれば、微小送液流路部を１つの送液流路中に１０以上備えているため、加工精度の誤差の総和が平均化され、送液時の各流路の圧力を均一にすることができる。微小送液流路部の数は、特に、その数を１０以上とすることにより、誤差の総和を平均化する効果がみられる。
【００１５】
請求項３は請求項１または２において、前記流体供給手段から供給される流体は、粘度が３０ｃｐ以下の流体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、流体の粘度が３０ｃｐ以下であるため、装置による圧力の影響を受けにくくなるため、均等に流体を送液することができる。
【００１７】
請求項４は請求項１から３いずれかにおいて、前記流体供給手段から供給される流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする。
【００１８】
請求項４によれば、流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であるため、送液流路内にかかる圧力を抑えることができ、各送液流路内の圧力の差を小さくすることができる。
【００１９】
請求項５は請求項１から４いずれかにおいて、前記微小送液流路部の断面積の相当直径が、前記反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５によれば、微小送液流路部の断面積の相当直径が、反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であるため、反応領域より微小送液流路部に圧力をかけることができる。したがって、微小送液流路部に均一に圧力をかけることにより、均等に流体を反応領域に送液することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、複数の送液流路内の圧力を均一化することができるため、流体を各送液流路に均等に送液することができるので、各反応領域における反応で生成される反応物の均質化を行うことができる。また、従来の装置から、微小送液流路部を複数設けるという簡単な構成と、微小送液流路部の加工誤差の測定による統計を利用して、圧力の均一化を行っているため、加工・部品コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ化学装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００２３】
≪第１実施形態≫
図１は、第１実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ化学装置１０の一例を説明する斜視図（ａ）と、図１（ａ）のＡの送液流路の部分拡大図（ｂ）である。図１（ａ）はマイクロ化学装置１０を構成する３つの要素を分解した様子を示す。図２は、上記３つの要素を積層した状態を説明する上面図である。
【００２４】
図１に示されるように、本実施形態におけるマイクロ化学装置１０は、少なくとも第１の溶液を供給するための第１の供給要素１２と、第２の溶液を供給するための第２の供給要素１４と、第１と第２の溶液を混合および反応させるための合流要素１６と、を備えている。マイクロ化学装置１０は、少なくともこれらの各要素が一体に締結および積層されて組み立てられる。組み立て方法としては、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通する図示しないボア（又は穴）を等間隔に設けて、各要素間をボルトおよびナットで一体に締結する方法や、直接接合による方法や、接着剤などを用いて組み立てる方法などが挙げられる。
【００２５】
第１の供給要素１２の合流要素１６側とは反対面の中心に、厚さ方向に貫通していない円形の滞留部２２が形成されている。この滞留部２２から放射状に４本の送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。各送液流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの端部はそれぞれ厚さ方向に貫通するボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通している。ボア２３ａ〜２３ｄは、第２の供給要素にも同様に設けられ、厚さ方向に貫通している。
【００２６】
各送液流路２２ａ〜２２ｄの断面形状は、矩形でも円形（半円形も含む）でもよく、特に限定されない。流路断面積は、特に規定しないが、層流を形成できる範囲であることが、系の安定性の観点から好ましい。層流を形成できる条件としては、通常、等価直径２ｍｍ以下、好ましくは６００μｍ以下が好ましい。また、分岐する送液流路の数も本実施形態では４本としたが、２〜３本、又は５本以上でもよく、特に限定されない。
【００２７】
図１（ｂ）に送液流路２２ａの部分拡大図を示す。送液流路２２ａには、各送液流路の圧力を調節するために、流路断面積が狭くなる微小送液流路部３４ａが設けられている。この微小送液流路部３４ａは、各送液流路に複数存在し、その形状は立方体や直方体の他に、湾曲していたり、うねっていたり様々な形を取ることができる。微小送液流路部の断面の相当直径は微小反応部のうち、最も断面の狭い部分の相当直径の８０％以下、好ましくは５０％以下であることが望ましい。
【００２８】
また、図１（ｂ）においては、微小送液流路部３４ａは、直列的に５箇所設けられているが、並列的に配置することもできる。並列的に配置する場合は、滞留部２２から複数の微小送液流路部３４ａに分配されてボア２３に供給される。さらに、各送液流路２２ａ〜２２ｄにおける微小送液流路部３４ａの長さの総和は、後述する反応領域の入口から出口以上であることが好ましい。各送液流路２２ａ〜２２ｄにおける微小送液流路部３４ａの長さを反応領域の長さより長くすることにより、送液流路２２ａ〜２２ｄ内を流れる流体の送液量を調節することができ、均一に送液することができる。
【００２９】
微小送液流路部３４ａの数は、後述する反応領域での反応において、生成物に支障が無い範囲において生成物のバラツキを抑えることができる程度に設けられていれば、特に数は限定せず用いることができる。ただし、流体の求める均等分配性を満たすため、統計的に必要な数の微小送液流路部３４ａを備えることが好ましい。なお、許容される生成物のバラツキの範囲は、微小送液流路部３４ａの形状、扱う反応流体により異なるため、適宜、微小送液流路部３４ａの数を変更して行うことが可能であるが、各送液流路に１０以上の数の微小送液流路部３４ａを備えることが好ましい。
【００３０】
また、図１（ｂ）においては、それぞれの微小送液流路部３４ａが送液流路２２ａ内に均等の距離で周期的に設けられているが、一つの送液流路内に必要な数の微小送液流路部が設けられていれば周期的に設ける必要もない。
【００３１】
第２の供給要素１４には、厚さ方向に貫通する貫通穴２４が中心部に設けられている。この貫通穴２４から放射状に、厚さ方向に貫通しない４本の送液流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。
【００３２】
第２の供給要素１４に設けられた４本の送液流路２４ａ〜２４ｄは、第１の供給要素と積層したときに、第１の供給要素１２に設けられた４本の送液流路２２ａ〜２２ｄと重ならないように形成されている。各送液流路２４ａ〜２４ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通している。なお、各送液流路の断面形状、断面積、及び分岐する送液流路の数等は、第１の供給要素と同様の構成とすることができる。また、第２の供給要素１４においても、第１の供給要素と同様に、微小送液流路部を設けることにより圧力を均等化し、均等に流体の送液を行う。
【００３３】
合流要素１６は、第１の供給要素１２のボア２３ａ〜２３ｄと連通する導入流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、第２の供給要素１４のボア２５ａ〜２５ｄと連通する導入流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと、をそれぞれ合流させるための混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが形成されている。各混合流路３０ａ〜３０ｄの端部に、厚さ方向に貫通するボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成される。本発明において、反応領域とは、少なくとも２つ以上の導入流路と、１つ以上の反応流路を有し、入口から延びた各流体の導入流路が１点で交わることで合流部を形成し、合流部から出口に向って流体の混合・反応を行わせるための反応流路を備える構造体を反応領域という。構造体の形状としては、図１（ａ）に示すＹ字型の他に、Ｔ字型、ＫＭリアクターなどの構造体を挙げることができる。また、反応領域のサイズとしては、導入流路、反応流路の相当直径が全領域に渡って、１０００μｍ以下である。
【００３４】
また、合流要素１６の中心部には、第２の供給要素１４と積層したときに、貫通穴２４と重なり連通するように貫通穴２４が形成されている。これにより、図示しない供給口より第２の溶液を合流要素１６の貫通穴２４から取込むことができる。
【００３５】
本発明のマイクロ化学装置に用いられる流体は、特に限定されないが、流体の流量を１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの範囲で用いることが好ましい。また、本発明において、重要な物性値は圧力であるため、流体の粘度が重要になってくる。粘度は比較的低粘度のものが好ましく、具体的には、３０ｃｐ以下の流体が好ましい。流体の種類としては、具体的には、水、酸性溶液、アルカリ性溶液、メタノール、エタノール、ジメチルスルホキシドなどの有機溶剤、または上記液体の混合液、さらには上記液体または混合溶液中に微粒子が分散した分散液を好適に用いることができる。ここで、微粒子とは、直径１μｍ以下の粒子のことをいう。
【００３６】
マイクロ化学装置１０を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（石英等）、セラミックス（シリコン等）などが好ましく使用できる。
【００３７】
マイクロ化学装置１０を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、一部既述したように、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザー加工法、イオンビーム加工法、及び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機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。
【００３８】
要素間や部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００３９】
＜微小送液流路部の形成方法＞
本発明は、各送液流路内に複数の微小送液流路部を設け、各送液流路の製作誤差（加工ごとに起こる僅かな位置ズレ、軸ブレなど）の総和を平均化することにより、送液時の各送液流路の圧力を均一化し、均等に送液を行う。したがって、送液流路および微小送液流路部の加工方法が重要となる。
【００４０】
微小送液流路部を備える送液流路は、まず、微小送液流路部以外の送液流路を加工し、その後、微小送液流路部を加工することが好ましい。また、この場合もある送液流路の微小送液流路部を全て加工した後、別の送液流路の加工を行うと、ドリルの磨耗による誤差を生じる恐れがあるため、各送液流路の微小送液流路部を順番に加工することが好ましい。加工方法の順番を説明する図を図３に示す。図３（ａ）は、各送液流路の微小送液流路部を円周上に順番に加工する方法である。ただし、同じ送液流路に加工が集中しない範囲で順番は特に関係無く製造することができる。例えば、図３（ｂ）に示すように、対角線状に形成することも可能である。また、微小送液流路部を複数回加工する場合は、各送液流路部の加工した順序の総和をより等しくすることが望ましい。例えば、図３（ｃ）に示すように、まず、左回りで各送液流路に微小送液流路部を形成する。次に、今度は右回りで微小送液流路部を形成する。図３（ｃ）は、各送液流路に２箇所微小送液流路部を形成した図であるが、各加工順序の総和は全て９となっている。このように、加工順序の総和が等しくなるように加工することで、ドリルの磨耗による誤差をより低減することが可能となる。
【００４１】
このようなマイクロ化学装置１０において、図４に示されるように、第１の溶液が、図示しない第１の供給口から第１の供給要素における滞留部２２へ供給される（太い破線矢印）。第１の溶液は、４つに分割されて４本の送液流路２２ａ〜２２ｄを流れた後、ボア２３ａ〜２３ｄを流れる。この送液流路２２ａ〜２２ｄに微小送液流部を備えることにより、圧力損失を平均化し、ボア２３ａ〜２３ｄを流れる第１の溶液を、均等に送液を行う。その後、第２の供給要素に設けられたボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’を流れた後、合流要素１６において、ボア２３ａ’〜２３ｄ’の開口部と連通する合流要素１６の導入流路２６ａ〜２６ｄに到達する。
【００４２】
これと同様に、第２の溶液は、図示しない第２の供給口から第１の溶液の流れる方向とは逆方向に、合流要素１６における貫通穴２４を介して、第２の供給要素における貫通穴２４へ供給される。次いで、第２の溶液は４つに分割されて４本の送液流路２４ａ〜２４ｄを流れた後、ボア２５ａ〜２５ｄを流れる。第２の溶液についても同様に、送液流路２４ａ〜２４ｄの微小送液流路部を備えることにより、圧力損失を平均化し、均等に送液を行う。そして、合流要素１６において、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの開口部と連通する合流要素１６の導入流路２８ａ〜２８ｄに到達する（細い破線矢印）。
【００４３】
合流要素１６に形成された４つの混合流路３０ａ〜３０ｄにおいて、上記のようにそれぞれ供給された第１の溶液と第２の溶液が合流して混合又は反応する。その後、反応生成物を含む溶液は、ボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを流れて、図示しない排出口より外部へ回収される（実線矢印）。
【００４４】
≪第２実施形態≫
図５は、第２実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ化学装置１１０の一例を説明する斜視図である。図５は、マイクロ化学装置１１０の送液流路を構成する供給要素１１３の分解した様子を示す。
【００４５】
図５に示すように、第２実施形態におけるマイクロ化学装置１１０は、複数の供給要素１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃと合流要素１１６と、を備えており、複数の供給要素１１２を積層することにより、微小送液流路部の数を調節し、各送液流路の圧力を均等にしている。
【００４６】
第１の供給要素１１３ａは、厚さ方向に貫通していない受容部１２３ａが形成されている。この受容部１２３ａから供給要素１１３ａ上に微小送液流路部１３４ａが形成され、端部に厚さ方向に貫通する貫通部１２３ａ’が形成され送液流路１２２ａが形成されている。そして、第２の供給要素１１３ｂにも同様に受容部１２３ｃ、微小送液流路部１３４ｃ、貫通部１２３ｃ’が形成され、第１の流体を送液する送液流路１２２ｃが形成されている。第１の供給要素１１３ａの貫通部１２３ａ’と、第２の供給要素１１３ｂの受容部１２３ｃが連通することにより、また、第２の供給要素１１３ｂと第３の供給要素１１３ｃを同様の構成とすることにより、合成要素１１６に第１の溶液を送液することができる。また、図５においては、同様の構成で、第１の流体を送液する送液流路が他に１箇所、第２の送液流路を供給する需要部１２５、微小送液流路部１３５、貫通部１２５’からなる送液流路１２４が２箇所形成されている。なお、図５においては、送液流路を第１の溶液を送液する流路を２本、第２の溶液を送液する流路を２本としたが、送液流路の数は限定されず、実施することができる。
【００４７】
図５においては、微小送液流路部１３４、１３５は、各送液流路１２２、１２４の各供給要素１１３に１ずつ設けられているため、供給要素１１３を複数積層することにより、微小送液流路部１３４、１３５の数を増やすことができる。また、供給要素１１３上に形成される送液流路を第１実施形態のようにすることで、微小送液流路部の数を増やすことが可能である。
【００４８】
合流要素１１６は、第３の供給要素１１３ｃの貫通部１２３ｅ’、１２３ｆ’と連通する導入流路１２６ａ、１２６ｂと、貫通部１２５ｅ’、１２５ｆ’と連通する導入流路１２８ａ、１２８ｂと、をそれぞれ合流させるための混合流路１３０ａ、１３０ｂが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成されている。これらの構成については、第１実施形態と同様の構成を用いることができる。
【００４９】
以下に、シミュレーションにより、本発明の効果について説明する。
【００５０】
まず、微小送液流路部の加工誤差を測定するため、φ１００μｍの穴を２５６個機械加工により形成し、各穴の１００μｍからの誤差を測定した。結果を図６（ａ）に示す。図６（ａ）に示すように、微小送液流路部の加工誤差は正規分布に従うことが確認できる。
【００５１】
図６（ａ）の結果を元に、数値シミュレーションを行い、各送液流路の微小送液流路部の数が、１、１０、１００の時の流量のバラツキをシミュレーションにより測定した。条件は、送液流体として水を、また流量としては層流条件となる３ｃｃ／ｍｉｎに設定して計算を行った。結果を図６（ｂ）〜（ｄ）（図６（ｂ）微小送液流路部数：１、図６（ｃ）微小送液流路部数：１０、図６（ｄ）微小送液流路部数：１００）に示す。
【００５２】
図６より、微小送液流路部の数を増やすことにより、流量のバラツキを抑えることができ、微小送液流路部の数を１０とした図６（ｃ）では、バラツキが±５％以内、１００とした図６（ｄ）では、バラツキが±３％以内である。したがって、微小流路部の数を１０以上とするとすることで、効果が現れることが確認できる。
【００５３】
さらに本発明の効果を検証するため、微小送液流路部の数が１と１０の場合について、バラツキの流量依存性を確認した。結果を図７に示す。条件としては上記同様、送液流体を水として、流量を１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの間で変化させて計算を行った。図７より、１〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの全範囲で微小送液流路部の数を１０とした装置の方が、バラツキが小さいことが確認できる。以上より、この流量範囲における微小送液流路部の数を１０以上とした際の優位性をさらに確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態におけるマイクロ化学装置の構成部材を分解した斜視図（ａ）および送液流路の部分拡大図（ｂ）である。
【図２】図１のマイクロ化学装置の上面図である。
【図３】微小送液流路部の加工方法を説明する図である。
【図４】第１実施形態におけるマイクロ化学装置の作用を説明する図である。
【図５】第２実施形態におけるマイクロ化学装置の構成部材を分解した斜視図である。
【図６】微小送液流路部の数による流量のバラツキのシミュレーション結果を説明する図である。
【図７】流量の違いによる流量のバラツキのシミュレーション結果を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０…マイクロ化学装置、１２、１４、１１３…供給要素、１６、１１６…合流要素、２２…滞留部、２４…貫通穴、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、１２２、１２４…送液流路、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…ボア、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、１２６、１２８…導入流路、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、１３０…混合流路、３４、１３４、１３５…微小送液流路部、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ、１２３ｅ、１２３ｆ、１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃ、１２５ｄ、１２５ｅ、１２５ｆ…受容部、１２３ａ’、１２３ｂ’、１２３ｃ’、１２３ｄ’、１２３ｅ’、１２３ｆ’、１２５ａ’、１２５ｂ’、１２５ｃ’、１２５ｄ’、１２５ｅ’、１２５ｆ’…貫通部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路を備えたマイクロ化学装置において、
前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置。
【請求項２】
前記微小送液流路部は、１つの前記送液流路中に１０以上備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学装置。
【請求項３】
前記流体供給手段から供給される流体は、粘度が３０ｃｐ以下の流体であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ化学装置。
【請求項４】
前記流体供給手段から供給される流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のマイクロ化学装置。
【請求項５】
前記微小送液流路部の断面積の相当直径が、前記反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のマイクロ化学装置。
【請求項１】
少なくとも一つの流体供給手段から、複数の反応領域に液体を送液する複数の送液流路を備えたマイクロ化学装置において、
前記複数の送液流路のそれぞれに、前記反応領域の断面積より狭い微小送液流路部を複数備えることを特徴とするマイクロ化学装置。
【請求項２】
前記微小送液流路部は、１つの前記送液流路中に１０以上備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学装置。
【請求項３】
前記流体供給手段から供給される流体は、粘度が３０ｃｐ以下の流体であることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ化学装置。
【請求項４】
前記流体供給手段から供給される流体の流量が１ｃｃ／ｍｉｎ以上１０００ｃｃ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のマイクロ化学装置。
【請求項５】
前記微小送液流路部の断面積の相当直径が、前記反応領域の断面積の最も狭い部分の相当直径の８０％以下であることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のマイクロ化学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−８２８３４（Ｐ２００９−８２８３４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５６７６１（Ｐ２００７−２５６７６１）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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