マイクロ流体装置
【課題】時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第１流体及び第２流体の界面を上流側から下流側までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立するマイクロ流体装置を提供すること。
【解決手段】第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れ、流路幅が流路深さよりも大きい主流路１０と、主流路１０の端部に連通され、上流側から下流側に向かって流路幅が次第に大きくなるとともに流路深さが次第に小さくなる整流領域を有する第１導入路４０及び第２導入路５０と、主流路１０の端部に連通され、上流側から下流側に向かって流路幅が次第に小さくなるとともに主流路深さが次第に大きくなる整流領域を有する排出路６０と、を有するマイクロ流体装置１００である。
【解決手段】第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れ、流路幅が流路深さよりも大きい主流路１０と、主流路１０の端部に連通され、上流側から下流側に向かって流路幅が次第に大きくなるとともに流路深さが次第に小さくなる整流領域を有する第１導入路４０及び第２導入路５０と、主流路１０の端部に連通され、上流側から下流側に向かって流路幅が次第に小さくなるとともに主流路深さが次第に大きくなる整流領域を有する排出路６０と、を有するマイクロ流体装置１００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体装置に関し、詳しくは２種類の液体の界面を利用した化学反応や抽出等に好適なマイクロ流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体装置は、幅又は深さが１ｍｍ以下のマイクロ流路内に流体を流しながら、化学反応、熱交換、抽出等を行う装置である。そして、例えばマイクロ流体装置を化学反応に用いる場合は、バッチ式マクロ反応装置に比べて反応条件を一定に制御しやすい等の利点があるため、高純度の化合物を効率よく合成することができることが知られている。また、特に幅も深さも１ｍｍ以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、マイクロ流路に２つの流体を流したときに層流を形成しやすいため、例えば２つの流体の界面を利用する化学反応（例えば界面における化学反応を利用した有機合成や化合物の分解等）や抽出（例えば界面を通じて一方の流体中に含まれる成分を他方の流体に移動させること）等に好適である。
【０００３】
一方、例えば幅も深さも１ｍｍ以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、通常の装置に比べて容積が小さいため、１つの装置における時間当たりの処理量が少ないという問題点が知られている。
その問題点を解決するために、幅と高さの比（アスペクト比）の大きな流路を用いた技術が開発されている。具体的には、例えば特許文献１には、流れ方向の断面形状が短辺と長辺を持つ略矩形のマイクロ空間からなる流路を有し、原料流体を反応流路に注入する注入口が長辺側の反応流路壁面上にスリット状に設けられたマイクロリアクタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５０３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような幅と高さの比が大きなマイクロ流路を、界面を利用した処理（すなわち、化学反応や抽出等）に適用する場合、処理の効率を向上させるため、広い界面が形成されることが求められる。すなわち、上記界面を利用した処理を効率よく行うためには、マイクロ流路において流体が流れる方向に垂直な断面の短辺に平行ではなく、長辺に平行な界面が形成されることが望ましい。
しかしながら、特に相溶性の低い２つの流体を用いる場合、界面を小さくしようとする力（表面張力）が働くため、マイクロ流路内において２つの流体の界面を広いまま維持させることは難しい。具体的には、例えば長辺に平行な界面が形成されるように２つの流体をマイクロ流路に導入しても、流路の途中で界面が回転して短辺に平行な界面となる場合や、流れが乱れて連続した界面が形成されない場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、１つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第１流体及び第２流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、マイクロ流体装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項１に係る発明は、
第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第１流路及び第２流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第１流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体を前記第１流路に導入する第１導入路であって、前記第１導入路において前記第１流体が流れる方向である第１導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第１導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第１導入路と、
前記第２流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向で鋭角に前記第２流体を前記第２流路に導入する第２導入路であって、前記第２導入路において前記第２流体が流れる方向である第２導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第２導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第２導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体及び前記第２流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置である。
【０００８】
また請求項２に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項１に記載のマイクロ流体装置である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項２に記載のマイクロ流体装置である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロ流体装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第１流体及び第２流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ流体装置における流路の概略を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）第１実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図及び（Ｂ）２Ｂ−２Ｂ端面図である。
【図３】図２（Ｂ）における３−３端面図である。
【図４】本発明に係るマイクロ流体装置の他の一例における合流部を示した模式図である。
【図５】第１実施形態に係るマイクロ流体装置の合流部における第二流路の底面を拡大した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は適宜省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマイクロ流体装置における流路全体の概略を示す斜視図である。図２（Ａ）は、第１実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における２Ｂ−２Ｂ端面図である。図３は、図２（Ｂ）における３−３端面図である。なお、図２（Ｂ）及び図３には、第１実施形態のマイクロ流体装置に２つの流体を流した状態の一例を併せて示している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るマイクロ流体装置１００は、主流路１０と、主流路１０の一端である合流部１６に連通された第１導入路４０及び第２導入路５０と、主流路１０の他端である連通部１８に連通された排出路６０と、を含んで構成されている。
【００１６】
本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いる際には、２つの流体のうち一方の流体である第１流体７０を、第１導入路４０における合流部１６と反対の端部である第１導入口４２から第１導入路４０に導入する。また、２つの流体のうち他方の流体である第２流体８０を、第２導入路５０における合流部１６と反対の端部である第２導入口５２から第２導入路５０に導入する。そして、第１流体７０が第１導入路４０内を第１導入口４２から合流部１６まで矢印Ａ方向に流れ、第２流体８０が第２導入路５０内を第２導入口５２から合流部１６まで矢印Ｂ方向に流れることにより、合流部１６において第１流体７０と第２流体８０とが合流する。合流部１６において合流した第１流体７０及び第２流体８０は、主流路１０内を合流部１６から連通部１８まで流れ、連通部１８から排出路６０における連通部１８と反対の端部である排出口６２まで矢印Ｄ方向に流れ、排出口６２からマイクロ流体装置１００の外へ排出される。
【００１７】
本実施形態においては、例えば、主流路１０内において第１流体７０及び第２流体８０が流れる方向である主流方向と垂直な主流路断面の形状が、合流部１６から連通部１８まで一定である。そして、主流路断面においては、主流路幅方向（矢印Ｅ方向）の流路幅が例えば３ｃｍであり、主流路幅方向に垂直な主流路深さ方向（矢印Ｆ方向）の流路深さが例えば２００μｍである。すなわち主流路１０は、流路幅が流路深さよりも大きい幅広マイクロ流路である。
【００１８】
そして、合流部１６における主流路断面のうち、主流路幅方向に平行な合流線１６Ｃで分断された一方の断面１６Ａに第１導入路４０が連通されており、他方の断面１６Ｂに第２導入路５０が連通されている。すなわち、第１導入路４０内において第１流体７０が流れる方向である第１導入方向（矢印Ａ方向）と垂直な第１導入路断面のうち、合流部１６における第１導入路断面が上記断面１６Ａと同じ形状である。また同様に、第２導入路５０内において第２流体８０が流れる方向である第２導入方向（矢印Ｂ方向）と垂直な第２導入路断面のうち、合流部１６における第２導入路断面が上記断面１６Ｂと同じ形状である。
そして、断面１６Ａの流路幅及び断面１６Ｂの流路幅はいずれも主流路１０の流路幅と同じであり、断面１６Ａの流路深さと断面１６Ｂの流路深さとを合計すると主流路１０の流路深さとなる。なお本実施形態では、例えば、断面１６Ａの流路深さ及び断面１６Ｂの流路深さがいずれも１００μｍである。
【００１９】
また連通部１８においては、連通部１８における主流路１０の主流路断面全体に、排出路６０が連通されている。すなわち、排出路６０内において第１流体７０及び第２流体８０が流れる方向である排出方向（矢印Ｄ方向）と垂直な排出路断面のうち、連通部１８における排出路断面が、連通部１８における主流路１０の主流路断面と同じ形状である。
以下、主流路１０、第１導入路４０、第２導入路５０、排出路６０について、それぞれ説明する。
【００２０】
＜主流路＞
まず、主流路１０について説明する。
主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の流れの状態は、第１流体７０及び第２流体８０の粘度等の特性や流速等の条件によって変わる。しかし本実施形態のマイクロ流体装置１００では、後述するように、第１流体７０及び第２流体８０が層流で流れやすく、かつ、第１流体７０と第２流体８０との界面を、主流路１０における主流路深さ方向に垂直な方向に形成させやすい。
【００２１】
そして本実施形態では、例えば、第１流体７０と第２流体８０との界面が、主流路１０における主流路深さ方向に垂直であり、かつ、合流線１６Ｃを通るような面（以下、「境界面２５」と称する場合がある）に形成されることが最も理想的であり、また境界面２５に第１流体７０と第２流体８０との界面を形成させることを目的としている。
以下、第１流体７０と第２流体８０との界面が、目的とする最も理想的な面（すなわち境界面２５）に形成されることを仮定して説明する。
【００２２】
主流路１０は、合流部１６における主流方向に垂直な断面（以下、「第１流路断面」と称する場合がある）として上記断面１６Ａを持つ第１流路２０と、合流部１６における主流方向に垂直な断面（以下、「第２流路断面」と称する場合がある）として上記断面１６Ｂを持つ第２流路３０とからなり、第１流路２０及び第２流路３０が主流路深さ方向に並列して構成されている。すなわち、主流路１０の上記境界面２５において分断された２つの流路のうち、上記断面１６Ａを持つ流路が第１流路２０であり、上記断面１６Ｂを持つ流路が第２流路３０である。
【００２３】
そして本実施形態では、例えば、第１流路断面の形状が合流部１６から連通部１８まで一定であり、かつ、第２流路断面の形状が合流部１６から連通部１８まで一定である。すなわち本実施形態では、例えば、主流路１０が主流方向及び主流路幅方向に平行な境界面２５で第１流路２０及び第２流路３０に分断されているため、第１流路２０の流路深さ及び第２流路３０の流路深さのいずれも合流部１６から連通部１８にわたって１００μｍである。
ただし、境界面２５は仮想面であり、主流路１０の内部においては第１流路２０と第２流路３０とを隔離する壁は設けられていないため、第１流体７０及び第２流体８０は接しながら合流部１６から連通部１８まで流れる。
【００２４】
そして本実施形態においては、図２及び図３に示すように、例えば、主流路１０内を流れる第１流体７０及び第２流体８０が境界面２５上に界面を形成し、層流で流れている。すなわち、例えば、第１流路２０内には第１流体７０のみが流れ、第２流路３０内には第２流体８０のみが流れている。
【００２５】
第１流路２０の第１流路断面は、図３に示すように、例えば１つの大きな長方形である。そして例えば、第１流路２０の内面のうち第２流路３０と接している面以外の面には、親水層２２が形成されており、親水層２２の厚みは例えば０．２μｍである。
【００２６】
一方第２流路３０は、図２及び図３に示すように、例えば、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に（例えば一定間隔で）並列した、複数の溝３２で構成されている。すなわち第２流路３０には、例えば溝３２と溝３２とを隔離する仕切り板３４が、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）複数並列して、第２流路３０における主流路幅方向に沿った面に設けられ、第２流路３０が仕切り板３４によって分断されている。なお、図２（Ｂ）は、溝３２を通る面における端面図である。
そして本実施形態では、例えば、溝３２の内面のうち第１流路２０と接している面以外の面と、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６とには、疎水層３８が形成されている。
【００２７】
主流方向に垂直な溝３２の断面である溝断面における主流路深さ方向の流路深さは、前記第２流路断面における主流路深さ方向の流路深さと同じであり、本実施形態では例えば１００μｍである。そして本実施形態においては、例えばすべての溝３２において溝断面の形状が正方形であり、溝断面における主流路幅方向の流路幅が１００μｍである。また本実施形態においては、例えばすべての仕切り板３４において、溝３２と溝３２との間隔（すなわち仕切り板３４の主流路幅方向における幅）が１００μｍであり、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６が第１流路２０に接している。
【００２８】
そして本実施形態では、例えば、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、第１流路２０の主流路幅方向に沿った面に形成された親水層２２に接する部材である流路蓋２４としてガラスの部材を用いている。そして、例えば、流路蓋２４が光透過性を有し、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋２４側から照射した光は親水層２２に達する（すなわち、第１流路２０の主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する）。それにより、光が照射された親水層２２中の二酸化チタンが親水性（超親水性）になるとともに、親水層２２に接した第１流体７０に対して光触媒として作用する。
【００２９】
＜第１導入路及び第２導入路＞
次に、第１導入路４０及び第２導入路５０について説明する。
図２に示すように、第１導入路４０は、主流路１０における断面１６Ａ（すなわち第１流路２０における断面１６Ａ）に連通され、第２導入路５０は、主流路１０における断面１６Ｂ（すなわち第２流路３０における断面１６Ｂ）に連通されている。
そして第１流体７０は、第１導入路４０から第１流路２０に、主流路方向と同方向で導入され、第２流体８０は、第２導入路５０から第２流路３０に、例えば主流路方向に対して主流路深さ方向に１５度の角度を持って導入される。すなわち、例えば合流部１６において第１導入路４０と第２導入路５０とで形成される合流角θの角度が１５度である。
【００３０】
第１導入路４０は、例えば、図２に示すように、第１導入口４２と、第１整流領域４４と、第１緩衝領域４６と、で構成されている。第１導入路４０においては、第１流体７０が、第１導入口４２を通してマイクロ流体装置１００の外部から第１導入路４０内に入って第１導入方向（矢印Ａ方向）に流れ、第１整流領域４４及び第１緩衝領域４６を通って合流部１６に到達する。
【００３１】
第１導入口４２における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
【００３２】
また、第１整流領域４４における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向（主流路深さ方向）における流路深さが次第に浅くなる。
また第１緩衝領域４６における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、例えば一定であり、前記断面１６Ａと同じ形状である。
【００３３】
すなわち、第１導入路４０における第１導入路断面の形状を、第１整流領域４４において、第１導入口４２における第１導入路断面の形状から前記断面１６Ａの形状まで徐々に変化させることにより、第１導入路断面の面積の変化を小さくしている。具体的には、例えば、第１整流領域４４における第１導入方向の長さにおける第１緩衝領域４６側の３分の２以上において、第１導入路断面の面積が一定となっている。
【００３４】
第２導入路５０についても、第１導入路４０と同様に、例えば、第２導入口５２と、第２整流領域５４と、第２緩衝領域５６と、で構成されている。そして第２導入路５０においては、第２流体８０が、第２導入口５２を通してマイクロ流体装置１００の外部から第２導入路５０内に入って第２導入方向（矢印Ｂ方向）に流れ、第２整流領域５４及び第２緩衝領域５６を通って合流部１６に到達する。
【００３５】
第２導入口５２における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、第２整流領域５４における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが次第に浅くなる。
【００３６】
また第２緩衝領域５６においては、例えば、合流部１６から第２流体８０の上流側に向かって第２緩衝領域５６の一部（合流部１６の近傍）に、第２流路３０における溝３２と同様な溝８２が形成された溝領域５８を有する。
図５に、第２導入路５０と第２流路３０とが主流路１０に連通した合流部１６における、第２流路３０の溝３２が形成された面及び第２導入路５０の溝８２が形成された面を拡大した図を示す。図５に示すように、溝８２は、第２導入路５０における主流路幅方向に沿った面に第２導入方向に沿って形成されているとともに、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）並列している。すなわち第２導入路５０の主流路幅方向に沿った面には、例えば溝８２と溝８２とを隔離する仕切り板８４が、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）複数並列して設けられている。
【００３７】
溝８２における主流路幅方向の流路幅は、溝３２における主流路幅方向の流路幅と同じであり、溝８２と溝８２との間隔（すなわち仕切り板８４の主流路幅方向における幅）も溝３２と溝３２との間隔と同じである。
一方、溝８２における主流路幅方向と垂直な方向の流路深さは、合流部１６においては溝３２における主流路深さ方向の流路深さと同じであるが、第２流体８０の上流側に向かって徐々に浅くなっていき、溝領域５８を過ぎると溝８２が存在しなくなる。すなわち、溝領域５８では、仕切り板８４の高さが合流部１６から第２流体８０の上流側に向かって徐々に低くなっている。
【００３８】
第２緩衝領域５６における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から溝領域５８に達するまでは例えば一定である。そして、溝領域５８においては、第２流体８０の上流側か下流側にかけて、徐々に仕切り板８４の高さが高くなるとともに、主流路深さと垂直な方向における流路深さ（溝８２の位置における流路深さ）が高くなって前記断面１６Ｂと同じ形状になる。
【００３９】
すなわち、第２導入路５０においても、第２導入路断面の形状を、第２整流領域５４及び第２緩衝領域５６の溝領域５８において、第２導入口５２における第２導入路断面の形状から前記断面１６Ｂの形状まで徐々に変化させることにより、第２導入路断面の面積の変化を小さくしている。そして例えば、第２整流領域５４においても、第２導入方向の長さにおける第２緩衝領域５６側の分の２以上において、第２導入路断面の面積が一定となっている。
【００４０】
＜排出路＞
次に、排出路６０について説明する。
図２に示すように、排出路６０は、主流路１０における連通部１８に連通され、第１流体７０及び第２流体８０は、主流路１０から排出路６０に、主流路方向と同方向で排出される。
排出路６０は、例えば、図１及び図２に示すように、排出口６２と、排出整流領域６４と、で構成されている。排出路６０においては、第１流体７０及び第２流体８０が、連通部１８から排出方向（矢印Ｄ方向）に流れ、排出整流領域６４を通って、排出口６２からマイクロ流体装置１００の外部に排出される。
【００４１】
排出口６２における排出路断面の形状は、第１導入口４２及び第２導入口５２と同様に、第１流体７０及び第２流体８０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、排出整流領域６４における排出路断面の形状は、第１流体７０及び第２流体８０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に狭くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向（主流路深さ方向）における流路深さが次第に深くなる。
すなわち、排出路６０における排出路断面の形状を、排出整流領域６４において、連通部１８における主流路断面の形状から排出口６２における排出路断面の形状まで徐々に変化させることにより、排出路断面の面積の変化が小さくなっている。具体的には、例えば、排出整流領域６４における排出方向の長さのうち３分の２以上において、排出路断面の面積が一定となっている。
【００４２】
以上説明した本実施形態のマイクロ流体装置１００では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きい主流路１０を用い、第１流体７０を主流方向と同方向で第１導入路４０から主流路１０に導入し、第２流体８０を主流方向に対して主流路深さ方向から鋭角に第２導入路５０から主流路１０に導入し、かつ、第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０が、主流路１０に近づくにつれて主流路幅方向における流路幅が広くなるとともに主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが浅くなる整流領域（具体的には、それぞれ第１整流領域４４、第２整流領域５４、及び排出整流領域６４）を有する。
【００４３】
ここで「鋭角に導入する」とは、９０度よりも小さい角度で角度を持って導入することを意味し、具体的には、主流方向のベクトルと、第２導入方向のベクトルにおける主流方向の成分と、が同方向である方向に導入することを意味する。
本実施形態では、第２流体８０を、主流方向に対して鋭角に第２導入路５０から主流路１０に導入する形態に限られず、主流方向と同方向に第２導入路５０から主流路１０に導入する形態でもよい。
【００４４】
本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、上記構成であることにより、１つのマイクロ流体装置１００における時間当たりの処理量が多いことと、主流路１０における第１流体７０及び第２流体８０の界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる。
すなわち本実施形態のマイクロ流体装置１００では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きくないマイクロ流路を主流路として用いたマイクロ流体装置に比べ、流路幅が広いことにより時間当たりの処理量が多くなる。
【００４５】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流体を主流路深さ方向から垂直に第２導入路から主流路に導入する形態や、第１流体及び第２流体の両方を主流方向と異なる方向から（角度をもって）主流路に導入する形態に比べて、合流部１６において第２流体８０が第１流体７０に衝突することによる衝突エネルギーが小さいく抑えられる。そのため、主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の流れが安定して層流を形成しやすくなり、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路深さ方向に垂直に形成しやすくなる。
【００４６】
さらに本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第１導入路及び第２導入路の少なくとも一方が上記整流領域を有さない場合に比べて、第１導入路断面及び第２導入路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、第１導入路４０及び第２導入路５０が上記整流領域を有するため、第１導入路断面及び第２導入路断面の面積をあまり変化させずに、第１導入路断面及び第２導入路断面の形状を、それぞれ第１導入口４２及び第２導入口５２における形状から、流路幅が大きく流路深さの浅い断面１６Ａ及び断面１６Ｂの形状まで、変化させることができる。そのため、主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の偏流（すなわち、第１流体７０及び第２流体８０の流速が主流路幅方向にばらつきが出ることであり、例えば、流路幅方向の中心付近における流速が流路幅方向の両端付近における流速よりも速くなること）が抑制される。
【００４７】
具体的には、例えば、上流から下流に向かって第１導入路断面又は第２導入路断面を、流路深さが一定のまま流路幅を急激に広くすると、上記断面の面積が急激に広がる箇所が発生する。そのように、上記第１導入路断面又は第２導入路断面の面積が急激に広がる箇所が存在する場合、流路内の圧力が下がり、流体の主流路幅方向における中心部のみが流れやすく流速が速くなってしまう。一方、流体の主流路方向における両端部は、流体が流れる方向と垂直な方向に力を受け、相対的に遅くなってしまう。このように、流速が流路幅方向で異なる現象（すなわち「偏流」）が起こると、流れが不安定化して、主流路幅方向に渡って第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されにくくなる。しかし本実施形態では、上記の場合に比べて上記偏流が抑制されるため、第１導入路４０及び第２導入路５０においてそれぞれ第１流体７０及び第２流体８０の流れが整えられ、主流路１０における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
【００４８】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、排出路が上記整流領域を有さない場合に比べて、排出路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、排出路６０が上記整流領域を有するため、排出路断面の面積をあまり変化させずに、流路幅が大きく流路深さの浅い連通部１８における主流路断面の形状から、排出口６２における形状まで、排出路断面の形状を変化させることができる。そのため、排出路６０内において第１流体７０及び第２流体８０に排出方向と垂直な方向から圧力がかかることが抑制され、排出路６０内においてかかった上記圧力が主流路１０に伝播して主流路１０内における第１流体７０と第２流体８０との界面に影響を与えることが抑制される。その結果、本実施形態では主流路１０における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
【００４９】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されており、かつ、第２流路３０の内面に疎水層３８が形成されている。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いると、親水層２２及び疎水層３８が形成されていない場合に比べて、特に第１流体７０として親水性の流体を用い第２流体８０として疎水性の流体を用いた場合において、主流路１０における第１流体７０及び第２流体８０の界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
【００５０】
すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００が上記構成であることにより、親水層２２と親水性の流体との親和性が高いため、親水性の流体は第１流路２０内に維持されやすい。また疎水層３８と疎水性の流体との親和性が高いため、疎水性の流体は第２流路３０内に維持されやすい。よって、第１流体７０として親水性の流体を用い第２流体として疎水性の流体を用いると、第１流路２０と第２流路３０との境界面２５の位置に、第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすい。そのため、第１流体７０と第２流体８０との界面が回転して主流路深さ方向に沿って形成されることが抑制され、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
【００５１】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、流路蓋２４としてガラスの部材を用いている。すなわち本実施形態では、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋２４側から光を照射すると、光が流路蓋２４を透過して親水層２２に達し、親水層２２の二酸化チタンが光を吸収できる構造になっている。そして二酸化チタンは、光を吸収することにより、超親水性を示すようになるとともに、光触媒として機能して例えば酸化還元反応を促進するようになる。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置１００では、親水層２２が光を吸収して超親水性になることで、第１流体７０と第２流体８０との界面が主流路幅方向と平行（すなわち光触媒である二酸化チタンの層の面と平行）に維持されやすくなる。つまり、上記界面が、広い状態で維持されるとともに、光触媒として機能する親水層２２と近い距離で対向した状態で維持されやすくなる。
【００５２】
よって本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、従来困難であった２つの流体の界面を利用した二酸化チタンの光触媒反応を、連続的に実施することができる。光を吸収した二酸化チタンは、上記の通り超親水性を示すため、水、アセトニトリル、アルコール等の親水性の液体にはなじむが、ヘキサン、トルエン等の疎水性の液体にはなじみにくい。そのため、疎水性の液体又は疎水性の液体に溶解した化合物を、二酸化チタンに直接接触させて（例えば疎水性の液体中に二酸化チタンの粒子を分散させて）、光触媒反応を実施することは困難である。しかしながら本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、上記疎水性の液体等を二酸化チタンに直接接触させなくても、間接的に疎水性の液体等を反応（例えば酸化）させることができる。
【００５３】
具体的には、例えば、水溶性の液体である第１流体７０を光照射された二酸化チタンに直接接触させて活性種（例えばヒドロキシラジカル等）を発生させる。そして、その活性種が第１流体７０と疎水性の液体である第２流体８０との界面まで移動し、第２流体８０に含まれる化合物に対して作用する（例えば酸化させる）。このとき、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、上記界面が親水層２２（すなわち二酸化チタン）と近い距離で対向した状態にあるため、親水層２２の表面で発生した活性種が界面までたどり着きやすい。また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、上記界面が広く維持できるため、界面が狭い場合に比べて、多くの活性種が界面で第２流体８０に含まれる化合物に作用することができる。すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、従来困難であった反応（例えば、疎水性の液体そのもの、又は親水性の液体に溶けにくく疎水性の液体に溶けやすい化合物等を対象とする、二酸化チタンの光触媒反応等）を効率よく実施することができる。
【００５４】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流路３０が、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に並列した複数の溝３２で構成されている。
そのため、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流路が仕切り板によって分断されず全体として１つの流路である場合に比べて、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、仕切り板３４の存在によって第１流体７０と第２流体８０との界面が分断されるため、前記界面が分断されない場合に比べて１つあたりの前記界面の面積が小さく、表面張力によって前記界面が回転して主流路深さ方向に平行となることが抑制される。そのため、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に平行に維持しやすい。
【００５５】
特に、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されるとともに第２流路３０の内面に疎水層３８が形成されている形態において、第２流路３０が複数の溝３２で構成されている形態は、さらに望ましく、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、第２流路３０を構成する溝３２の内面に疎水層３８が形成されていることにより、第２流体８０が、溝３２内に維持されやすくなることによって第１流路２０に導かれることが抑制され、さらに上記界面を主流路幅方向に平行に維持しやすくなる。
【００５６】
本実施形態においては、主流路１０の流路幅及び流路深さが上記の通りであるが、流路幅が流路深さよりも多いものであればこれに限られない。具体的には、例えば主流路１０の流路深さが１ｍｍ以下であり主流路１０の流路幅が１ｍｍよりも大きい形態が挙げられる。このように、主流路１０の流路深さが浅いことにより、マイクロ流路としての利点が得られつつ、主流路１０の流路幅が広いことにより、１つのマイクロ流体装置１００における単位時間当たりの処理量を多くすることができる。
【００５７】
主流路１０の流路深さとしては、具体的には、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が挙げられ、２５μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が好ましく、５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲がより好ましい。
流路深さが上記範囲であると、上記範囲よりも深い場合に比べて上記マイクロ流路としての利点が得られやすくなり、また上記範囲よりも浅い場合に比べて低い圧力で流体を流すことができるため流体の流れが安定になり、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に維持しやすくなると同時に、時間あたりの処理量が多くなるという利点がある。
【００５８】
また主流路１０の流路幅としては、具体的には、例えば、１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲が挙げられる。
流路幅が上記範囲であると、上記範囲よりも狭い場合に比べて単位時間当たりの処理量が多くなり、一方上記範囲よりも広い場合に比べて、流体の偏流による影響が少なく、主流路幅方向に平行な第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
また主流路１０における主流路幅方向の流路幅と主流路深さ方向の流路深さとの比としては、流路幅が流路深さの２０倍以上１０００倍以下であることが好ましい。上記流路幅と流路高さとの比が上記範囲であることにより、時間当たりの処理量向上と、主流路幅方向に平行な第１流体７０と第２流体８０との界面の形成容易性と、を両立することができる。
【００５９】
また、主流路１０の主流方向における流路長さは、第１流体７０及び第２流体８０の流速や目的の処理にかかる時間等によって好ましい値が決まるものであるが、具体的には、例えば、３ｃｍ以上３０ｃｍ以下の範囲が挙げられる。
【００６０】
本実施形態においては、主流路断面、第１流路断面、及び第２流路断面の形状が、合流部１６から連通部１８まで一定であるが、これに限られない。ただし、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に維持させる観点からは、主流路断面、第１流路断面、及び第２流路断面の面積が合流部１６から連通部１８まで一定であることが望ましい。また主流路断面の面積が一定でない場合は、第１流路断面の面積と第２流路断面の面積との比が、合流部１６から連通部１８まで一定であることが望ましい。ここで「面積が一定」とは、面積における最大値が最小値の１倍以上１．０５倍以下であることをいう。
【００６１】
また本実施形態においては、第１流路２０の流路深さと第２流路３０の流路深さとが同じであるが、これに限られない。ただし、第１流路２０と第２流路３０との境界面２５の位置を、界面を形成しようとする望ましい位置に設定することが望ましい。第１流体７０と第２流体８０との界面の位置は、第１流体７０及び第２流体８０の粘度等の特性や流速等の条件によって変わり、また適用する目的（例えば化学反応に用いる場合は反応系等）によって好ましい前記界面の位置は変わる場合がある。例えば本実施形態のように、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、界面を利用した二酸化チタンによる光触媒反応に適用する場合は、第１流路２０の流路深さが第２流路３０の流路深さの０．１倍以上１倍以下であることが好ましい。
【００６２】
本実施形態においては、第１流路断面が長方形であるが、これに限られず、例えば、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面が正方形であるが、これに限られず、例えば、長方形、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面における流路幅が、流路深さと同じ１００μｍであるが、これに限られない。溝断面における流路幅としては、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲が挙げられ、例えば溝断面における流路深さの１倍以上５倍以下の範囲が挙げられる。
また本実施形態においては、仕切り板３４の主流路幅方向における幅が１００μｍであるが、これに限られず、幅が小さければ小さいほど、デッドスペースが縮小され、広い界面が得られやすいため好ましい。具体的には、第２流体８０による圧力に対する耐久性、加工性とデッドスペースの縮小との両立といった観点から、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲が挙げられる。また、仕切り板３４の幅は、複数の仕切り板３４において同じでなくてもよい。
【００６３】
また本実施形態においては、第２流路３０が複数の溝３２で構成されていたが、第１流路２０が複数の溝で構成されていてもよく、第１流路２０及び第２流路３０が複数の溝で構成されていてもよく、第１流路２０及び第２流路３０のいずれも溝で構成されていなくてもよい。ただし、本実施形態のように、第１流路２０及び第２流路３０のいずれか一方のみが複数の溝で構成されている方が、他の形態に比べて、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６に接する界面が形成されやすいため、第１流体と第２流体との界面を主流路幅方向と同方向に維持させやすく好ましい。
【００６４】
また本実施形態においては、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されているが、第１流路２０の内面のうち少なくとも主流路幅方向に平行な面に親水層２２が形成されている形態でもよく、親水層２２が形成されていない形態でもよい。
そして親水層２２を形成する場合、親水層２２に用いられる材料としては、二酸化チタンに限られず、例えば、ケイ素ポリマー、その他の親水性有機ポリマー等が挙げられる。
また本実施形態においては、第２流路３０の内面（すなわち、溝３２の内面のうち第１流路２０と接している面以外の面）及び仕切り板３４における主流路幅方向の面３６に疎水層３８が形成されているが、第２流路３０の内面のみに疎水層３８が形成されていてもよく、疎水層３８が形成されていない形態でもよい。
そして疎水層３８を形成する場合、疎水層３８に用いられる材料としては、例えば、オクタデシル基のような疎水性の官能基が配列された材料、疎水性有機ポリマー等が挙げられる。
【００６５】
また本実施形態では、二酸化チタンの層である親水層２２に光を到達させるため、流路蓋２４の材料として光透過性を有する材料を用いる（すなわち、親水層２２が形成された第１流路２０における主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する）。そのため、疎水層３８の材料としては、光透過性を有する材料であっても、光透過性を有さない材料であってもよい。
【００６６】
そして、親水層２２として二酸化チタンの層を用いる場合であっても、疎水層３８が光透過性を有し、かつ、第２流路３０の主流路幅方向に沿った面に形成された疎水層３８に接する部材である流路蓋３９の材料が上記光透過性を有する材料であればよい。疎水層３８及び流路蓋３９が光透過性を有する形態であれば、第１流体７０及び第２流体８０として光透過性を有する流体を用いることにより、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から照射した光が、二酸化チタンの層である親水層２２に到達する。そのため、流路蓋２４の材料が、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい。
【００６７】
上記光透過性を有する材料としては、ガラス（例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等）の他に、例えば樹脂等が挙げられる。また上記光透過性を有する材料としては、上記材料の中でも特に、波長が３６５ｎｍの光を透過する材料が好ましい。
そして、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい場合に用いられる材料としては、上記ガラス及び樹脂のほか、金属等の無機材料も挙げられる。
【００６８】
また本実施形態においては、親水層２２の厚みが上記の通りであるが、これに限られない。例えば本実施形態のように親水層２２として二酸化チタンの層を用いた場合、二酸化チタンの光触媒機能の発揮といった観点から、０．１μｍ以上であることが好ましい。
また、本実施形態のように、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、かつ流路蓋２４として光透過性を有する部材を用いる場合、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から照射した光を、親水層２２における第１流体７０と接する面に到達させることが望ましい。その観点から、親水層２２の厚みは、二酸化チタンの層が光透過性を有する程度の厚みであることが望ましく、具体的には１μｍ以下であることが好ましい。一方、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、かつ疎水層３８及び流路蓋３９が光透過性を有する場合は、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から光を照射することができるため、親水層２２の厚みが１μｍ以上であってもよい。
また、親水層２２として二酸化チタン以外の層を用いる場合、親水層２２の親水性を発揮させる観点から、親水層２２の厚さが０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００６９】
一方、疎水層３８の厚みは、特に限定されないが、親水層３８の親水性を発揮させる観点から、０．１μｍ以上であることが好ましく、具体的には、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲が挙げられる。
また、上記のように光透過性を有する疎水層３８を用いる場合は、例えば、疎水層３８材料としてオクタデシルトリメトキシシラン等を用い、かつ疎水層３８の厚みを０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲とする形態が挙げられる。
【００７０】
また本実施形態においては、合流部１６における合流角θの角度が１５度であるが、これに限られず、例えば０度以上６０度以下が挙げられ、上記衝突エネルギーの影響の観点からは０度以上３０度以下が好ましく、小さいほどより好ましい。
また本実施形態においては、第２導入路５０が直線の流路であったが、これに限られず、第２導入路５０が曲線の流路であってもよい。
例えば図４に示すように、第２導入路５０が曲線の流路であり、合流部１６における合流角θの角度が０度である形態であってもよい。
【００７１】
第１整流領域４４の第１導入方向に沿った長さ、及び第２整流領域５４の第２導入方向に沿った長さとしては、それぞれ第１流体７０及び第２流体８０の流速によって好ましい範囲が変わるが、例えば２ｃｍ以上６ｃｍの範囲が挙げられる。
また排出整流領域６４の排出方向に沿った長さも同様に長いほど好ましいが、例えば２ｃｍ以上６ｃｍの範囲が挙げられる。
【００７２】
また第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０は、それぞれ第１整流領域４４、第２整流領域５４、及び排出整流領域６４を有していればよく、他の領域を有していなくてもよい。
本実施形態では、上記第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０において第１流体７０及び第２流体８０の流れが整えられるため、特に第１導入口４２、第２導入口５２、及び排出口６２は、どのような形状でもよく、また設けられていなくてもよい。
一方、第１緩衝領域４６及び第２緩衝領域５６についても、特に設けられていなくてもよい。ただし第１緩衝領域４６又は第２緩衝領域５６が設けられる場合は、第１導入路４０又は第２導入路５０において整えられた第１流体７０又は第２流体８０の流れを乱れさせないようにするため、第１導入路断面又は第２導入路断面の断面積が上流側から下流側にかけて一定にすることが望ましい。
さらに第２緩衝領域５６には、仕切り板８４が設けられていなくてもよい。
【００７３】
本実施形態におけるマイクロ流体装置１００の製造方法は、特に限定されず、公知の方法によって製造できる。
具体的には、例えば、第１金属板を三次元的に彫って第２導入路５０、第２流路３０、及び排出路６０の一部を形成し、第１金属版における第２流路３０に疎水層３８を形成する。次に、第２金属版の一方の面を三次元的に彫って第１導入路４０の一部を形成し、第２金属板を第１金属板に乗せることによって第２導入路５０に蓋をする。そして、ガラス板に第１導入路４０の一部、第１流路２０、及び排出路６０の一部を形成し、第１流路２０に親水層２２を形成する。最後に、第１金属版及び第２金属版にガラス板を乗せて第１導入路４０、主流路１０、及び排出路６０に蓋をすることで、マイクロ流体装置１００が形成される。
【００７４】
本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、２つの流体を、マイクロ流体装置の幅広マイクロ流路に流して用いる。上記第１流体と上記第２流体との組み合わせは特に限定されないが、例えば、液体と液体、気体と液体、又は気体と気体等が挙げられ、同種の流体であっても異なる２種の流体であってもよい。
【００７５】
特に、本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、主流路における主流路幅方向に沿った界面を形成させやすいため、第１流体と第２流体との組み合わせとして、相溶性の低い２種の液体や、気体と液体との組み合わせを用いることができ、それらの界面における処理（例えば化学反応や抽出等）に好適に適用できる。相溶性の低い２種の液体としては、例えば水と油のように、親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせが挙げられる。
また、上記実施形態のように、第１流路２０の内面に親水層２２を形成し、第２流路３０の内面に疎水層３８を形成した場合は、第１流体７０と第２流体８０との組み合わせとして親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせを適用することが望ましい。
一方、第１流体７０と第２流体８０との組み合わせとして気体と液体との組み合わせを用いる場合は、第１流路及び第２流路のうち、気体を流す流路の内面には、親水層又は疎水層を形成しないほうが好ましい。
【００７６】
（試験例）
上記第１実施形態のマイクロ流体装置１００を用いて試験を行った。
なお、用いたマイクロ流体装置における第１流路の流路幅と第２流路の流路幅は同じとした。また、第１流路２０に親水層２２として二酸化チタンの層を形成し、流路蓋２４の材料として石英ガラスを用いた。また、第２流路３０に溝３２（すなわち仕切り板３４）を形成するとともに、第２緩衝領域５６における溝８２（すなわち仕切り板８４）も設けた。さらに、親水層２２を形成した場合は親水層２２の厚みを０．２μｍとし、疎水層３８を形成した場合は疎水層３８の厚みを１μｍ以下とした。
【００７７】
また、親水層２２の形成方法は以下の通りである。親水層２２の材料として二酸化チタンを用いた。具体的には、チタニウムトリイソプロポキシド（Ｔｉ−（−Ｏ−ｉｓｏ−Ｃ３Ｈ７）４）の０．５Ｍアセチルアセトン溶液を基板（第１流路３０を形成した流路蓋２４）上にスピンコートし、４５０℃で２時間処理するというゾルゲル法で、二酸化チタンの膜を形成した。
さらに、疎水層３８の形成方法は、以下の通りである。具体的には、トリクロロオクタデシルシランの１％トルエン溶液を、第２流路３０を形成した流路蓋３９に塗布（例えば部分的に疎水層３８を形成する場合）、又は閉じた第２流路３０に注入（例えば流路全体にむら無く疎水層３８を形成する場合）した後、過剰のオクタデシル基をトルエンにより洗浄、除去して、疎水層３８を形成した。
【００７８】
＜界面可視化試験＞
第１流体及び第２流体として下記第１流体及び第２流体を用い、下記流速条件（条件１〜条件８）で、作成した図１のマイクロ流体装置に流体を流して、第１流体及び第２流体のいずれか一方に着色をするか、又は第１流体及び第２流体の双方に互いに異なった着色をすることにより、第１流体と第２流体との界面を直接目視で観察した。
【００７９】
下記条件１から条件４においては、第１流体及び第２流体として、下記第１流体Ａ及び第２流体Ａを用いた。
・第１流体Ａ：純水
・第２流体Ａ：トルエン
条件１から条件４は以下の通りである。
・条件１：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ
・条件２：第１流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ
・条件３：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ
・条件４：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ
【００８０】
上記条件１及び条件２においては、第１流体Ａ及び第２流体Ａの層流が形成され、第１流体Ａと第２流体Ａとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件３においては、一部偏流が確認された。また条件４においては、ひどい偏流が確認された。
【００８１】
条件５から条件８においては、第１流体及び第２流体として、下記第１流体Ｂ及び第２流体Ｂを用いた。
・第１流体Ｂ：純水
・第２流体Ｂ：メタノール
条件５から条件８は以下の通りである。
・条件５：第１流体Ｂの流速０．７μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速０．７μｍ／ｓ
・条件６：第１流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
・条件７：第１流体Ｂの流速３．３μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
・条件８：第１流体Ｂの流速４．５μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
【００８２】
上記条件５、条件６、及び条件７においては、第１流体Ｂ及び第２流体Ｂの層流が形成され、第１流体Ｂと第２流体Ｂとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件４においては、乱流が生じていることが確認された。
【００８３】
以上の結果から、例えば従来の幅広マイクロ流体装置においては主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能な条件においても、本発明のマイクロ流体装置を用いれば、主流路幅方向に平行な界面の形成が可能になることがわかる。特に、上記結果のうち純水とトルエンを用いた条件１〜条件４においては、従来の幅広マイクロ流体装置（特に、第１導入路４０、第２導入路５０、及び排水路６０が整流領域を有さない幅広マイクロ装置）の主流路内で、主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能であったが、上記試験例で示されたとおり、本発明のマイクロ流体装置では主流路幅方向に平行な界面が形成されることが分かる。
【００８４】
＜光触媒反応試験＞
作成した図１のマイクロ流体装置１００において、主流路１０における第１流体及び第２流体の偏流が抑制されていることを確認するために、以下の試験を行った。
第１流体Ｃ及び第２流体Ｃとして、いずれもｐ−メトキシトルエンの０．１％アセトニトリル溶液を用い、マイクロ流体装置１００に流体を流して、光照射（光照射強度５００ｍＷ／ｃｍ−２、光照射時間１４０秒）を行った。二酸化チタンの光触媒作用によるｐ−メトキシトルエンの酸化反応によって生成したアニスアルデヒド（ｐ−メトキシベンズアルデヒド）の生成量から反応収率を求め、上記反応の効率を評価した。
【００８５】
具体的には、第１流体Ｃ及び第２流体Ｃの合計の注入量を１２０μｌ／ｍｉｎとし、上記二酸化チタンによる光触媒反応を行った。その結果、収率３．０％でアニスアルデヒドが生成した。
比較のために、流路幅５００μｍ、流路深さ２５μｍのシングルチャネルマイクロリアクターを用いて同様の試験を行ったところ、流体の注入量が０．５μｌ／ｍｉｎであり、アニスアルデヒドの収率は４．６％であった。
【００８６】
以上の結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、流路幅方向も流路深さ方向も１ｍｍ以下である従来のマイクロ流体装置に比べて、時間当たりにおけるアニスアルデヒドの合成量が１５７倍にも拡大したことがわかる。さらに、上記結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、アニスアルデヒドの収率が、従来のマイクロ流体装置を用いた場合の収率と同等であり、主流路（幅広マイクロ流路）内における偏流が抑制されていることが分かる。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 主流路
１６ 合流部
１６Ａ 断面
１６Ｂ 断面
１６Ｃ 合流線
１８ 連通部
２０ 第１流路
２２ 親水層
２４ 流路蓋
２５ 境界面
２８ 疎水層
３０ 第２流路
３２ 溝
３４ 仕切り板
３６ 主流路幅方向の面
３８ 疎水層
３９ 流路蓋
４０ 第１導入路
４２ 第１導入口
４４ 第１整流領域
４５ 合流角
４６ 第１緩衝領域
５０ 第２導入路
５２ 第２導入口
５４ 第２整流領域
５６ 第２緩衝領域
５８ 溝領域
６０ 排出路
６２ 排出口
６４ 排出整流領域
７０ 第１流体
８０ 第２流体
８２ 溝
８４ 仕切り板
１００ マイクロ流体装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体装置に関し、詳しくは２種類の液体の界面を利用した化学反応や抽出等に好適なマイクロ流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体装置は、幅又は深さが１ｍｍ以下のマイクロ流路内に流体を流しながら、化学反応、熱交換、抽出等を行う装置である。そして、例えばマイクロ流体装置を化学反応に用いる場合は、バッチ式マクロ反応装置に比べて反応条件を一定に制御しやすい等の利点があるため、高純度の化合物を効率よく合成することができることが知られている。また、特に幅も深さも１ｍｍ以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、マイクロ流路に２つの流体を流したときに層流を形成しやすいため、例えば２つの流体の界面を利用する化学反応（例えば界面における化学反応を利用した有機合成や化合物の分解等）や抽出（例えば界面を通じて一方の流体中に含まれる成分を他方の流体に移動させること）等に好適である。
【０００３】
一方、例えば幅も深さも１ｍｍ以下のマイクロ流路を備えたマイクロ流体装置は、通常の装置に比べて容積が小さいため、１つの装置における時間当たりの処理量が少ないという問題点が知られている。
その問題点を解決するために、幅と高さの比（アスペクト比）の大きな流路を用いた技術が開発されている。具体的には、例えば特許文献１には、流れ方向の断面形状が短辺と長辺を持つ略矩形のマイクロ空間からなる流路を有し、原料流体を反応流路に注入する注入口が長辺側の反応流路壁面上にスリット状に設けられたマイクロリアクタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５０３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような幅と高さの比が大きなマイクロ流路を、界面を利用した処理（すなわち、化学反応や抽出等）に適用する場合、処理の効率を向上させるため、広い界面が形成されることが求められる。すなわち、上記界面を利用した処理を効率よく行うためには、マイクロ流路において流体が流れる方向に垂直な断面の短辺に平行ではなく、長辺に平行な界面が形成されることが望ましい。
しかしながら、特に相溶性の低い２つの流体を用いる場合、界面を小さくしようとする力（表面張力）が働くため、マイクロ流路内において２つの流体の界面を広いまま維持させることは難しい。具体的には、例えば長辺に平行な界面が形成されるように２つの流体をマイクロ流路に導入しても、流路の途中で界面が回転して短辺に平行な界面となる場合や、流れが乱れて連続した界面が形成されない場合がある。
【０００６】
そこで本発明は、１つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第１流体及び第２流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、マイクロ流体装置を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項１に係る発明は、
第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第１流路及び第２流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第１流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体を前記第１流路に導入する第１導入路であって、前記第１導入路において前記第１流体が流れる方向である第１導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第１導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第１導入路と、
前記第２流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向で鋭角に前記第２流体を前記第２流路に導入する第２導入路であって、前記第２導入路において前記第２流体が流れる方向である第２導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第２導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第２導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体及び前記第２流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置である。
【０００８】
また請求項２に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項１に記載のマイクロ流体装置である。
【０００９】
請求項３に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項２に記載のマイクロ流体装置である。
【００１０】
請求項４に係る発明は、
前記第１流路及び前記第２流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロ流体装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、１つのマイクロ流体装置における時間当たりの処理量が多いことと、主流路における第１流体及び第２流体の界面を主流路の上流側の端部から下流側の端部までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ流体装置における流路の概略を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）第１実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図及び（Ｂ）２Ｂ−２Ｂ端面図である。
【図３】図２（Ｂ）における３−３端面図である。
【図４】本発明に係るマイクロ流体装置の他の一例における合流部を示した模式図である。
【図５】第１実施形態に係るマイクロ流体装置の合流部における第二流路の底面を拡大した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は適宜省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマイクロ流体装置における流路全体の概略を示す斜視図である。図２（Ａ）は、第１実施形態に係るマイクロ流体装置の平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）における２Ｂ−２Ｂ端面図である。図３は、図２（Ｂ）における３−３端面図である。なお、図２（Ｂ）及び図３には、第１実施形態のマイクロ流体装置に２つの流体を流した状態の一例を併せて示している。
【００１５】
図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るマイクロ流体装置１００は、主流路１０と、主流路１０の一端である合流部１６に連通された第１導入路４０及び第２導入路５０と、主流路１０の他端である連通部１８に連通された排出路６０と、を含んで構成されている。
【００１６】
本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いる際には、２つの流体のうち一方の流体である第１流体７０を、第１導入路４０における合流部１６と反対の端部である第１導入口４２から第１導入路４０に導入する。また、２つの流体のうち他方の流体である第２流体８０を、第２導入路５０における合流部１６と反対の端部である第２導入口５２から第２導入路５０に導入する。そして、第１流体７０が第１導入路４０内を第１導入口４２から合流部１６まで矢印Ａ方向に流れ、第２流体８０が第２導入路５０内を第２導入口５２から合流部１６まで矢印Ｂ方向に流れることにより、合流部１６において第１流体７０と第２流体８０とが合流する。合流部１６において合流した第１流体７０及び第２流体８０は、主流路１０内を合流部１６から連通部１８まで流れ、連通部１８から排出路６０における連通部１８と反対の端部である排出口６２まで矢印Ｄ方向に流れ、排出口６２からマイクロ流体装置１００の外へ排出される。
【００１７】
本実施形態においては、例えば、主流路１０内において第１流体７０及び第２流体８０が流れる方向である主流方向と垂直な主流路断面の形状が、合流部１６から連通部１８まで一定である。そして、主流路断面においては、主流路幅方向（矢印Ｅ方向）の流路幅が例えば３ｃｍであり、主流路幅方向に垂直な主流路深さ方向（矢印Ｆ方向）の流路深さが例えば２００μｍである。すなわち主流路１０は、流路幅が流路深さよりも大きい幅広マイクロ流路である。
【００１８】
そして、合流部１６における主流路断面のうち、主流路幅方向に平行な合流線１６Ｃで分断された一方の断面１６Ａに第１導入路４０が連通されており、他方の断面１６Ｂに第２導入路５０が連通されている。すなわち、第１導入路４０内において第１流体７０が流れる方向である第１導入方向（矢印Ａ方向）と垂直な第１導入路断面のうち、合流部１６における第１導入路断面が上記断面１６Ａと同じ形状である。また同様に、第２導入路５０内において第２流体８０が流れる方向である第２導入方向（矢印Ｂ方向）と垂直な第２導入路断面のうち、合流部１６における第２導入路断面が上記断面１６Ｂと同じ形状である。
そして、断面１６Ａの流路幅及び断面１６Ｂの流路幅はいずれも主流路１０の流路幅と同じであり、断面１６Ａの流路深さと断面１６Ｂの流路深さとを合計すると主流路１０の流路深さとなる。なお本実施形態では、例えば、断面１６Ａの流路深さ及び断面１６Ｂの流路深さがいずれも１００μｍである。
【００１９】
また連通部１８においては、連通部１８における主流路１０の主流路断面全体に、排出路６０が連通されている。すなわち、排出路６０内において第１流体７０及び第２流体８０が流れる方向である排出方向（矢印Ｄ方向）と垂直な排出路断面のうち、連通部１８における排出路断面が、連通部１８における主流路１０の主流路断面と同じ形状である。
以下、主流路１０、第１導入路４０、第２導入路５０、排出路６０について、それぞれ説明する。
【００２０】
＜主流路＞
まず、主流路１０について説明する。
主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の流れの状態は、第１流体７０及び第２流体８０の粘度等の特性や流速等の条件によって変わる。しかし本実施形態のマイクロ流体装置１００では、後述するように、第１流体７０及び第２流体８０が層流で流れやすく、かつ、第１流体７０と第２流体８０との界面を、主流路１０における主流路深さ方向に垂直な方向に形成させやすい。
【００２１】
そして本実施形態では、例えば、第１流体７０と第２流体８０との界面が、主流路１０における主流路深さ方向に垂直であり、かつ、合流線１６Ｃを通るような面（以下、「境界面２５」と称する場合がある）に形成されることが最も理想的であり、また境界面２５に第１流体７０と第２流体８０との界面を形成させることを目的としている。
以下、第１流体７０と第２流体８０との界面が、目的とする最も理想的な面（すなわち境界面２５）に形成されることを仮定して説明する。
【００２２】
主流路１０は、合流部１６における主流方向に垂直な断面（以下、「第１流路断面」と称する場合がある）として上記断面１６Ａを持つ第１流路２０と、合流部１６における主流方向に垂直な断面（以下、「第２流路断面」と称する場合がある）として上記断面１６Ｂを持つ第２流路３０とからなり、第１流路２０及び第２流路３０が主流路深さ方向に並列して構成されている。すなわち、主流路１０の上記境界面２５において分断された２つの流路のうち、上記断面１６Ａを持つ流路が第１流路２０であり、上記断面１６Ｂを持つ流路が第２流路３０である。
【００２３】
そして本実施形態では、例えば、第１流路断面の形状が合流部１６から連通部１８まで一定であり、かつ、第２流路断面の形状が合流部１６から連通部１８まで一定である。すなわち本実施形態では、例えば、主流路１０が主流方向及び主流路幅方向に平行な境界面２５で第１流路２０及び第２流路３０に分断されているため、第１流路２０の流路深さ及び第２流路３０の流路深さのいずれも合流部１６から連通部１８にわたって１００μｍである。
ただし、境界面２５は仮想面であり、主流路１０の内部においては第１流路２０と第２流路３０とを隔離する壁は設けられていないため、第１流体７０及び第２流体８０は接しながら合流部１６から連通部１８まで流れる。
【００２４】
そして本実施形態においては、図２及び図３に示すように、例えば、主流路１０内を流れる第１流体７０及び第２流体８０が境界面２５上に界面を形成し、層流で流れている。すなわち、例えば、第１流路２０内には第１流体７０のみが流れ、第２流路３０内には第２流体８０のみが流れている。
【００２５】
第１流路２０の第１流路断面は、図３に示すように、例えば１つの大きな長方形である。そして例えば、第１流路２０の内面のうち第２流路３０と接している面以外の面には、親水層２２が形成されており、親水層２２の厚みは例えば０．２μｍである。
【００２６】
一方第２流路３０は、図２及び図３に示すように、例えば、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に（例えば一定間隔で）並列した、複数の溝３２で構成されている。すなわち第２流路３０には、例えば溝３２と溝３２とを隔離する仕切り板３４が、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）複数並列して、第２流路３０における主流路幅方向に沿った面に設けられ、第２流路３０が仕切り板３４によって分断されている。なお、図２（Ｂ）は、溝３２を通る面における端面図である。
そして本実施形態では、例えば、溝３２の内面のうち第１流路２０と接している面以外の面と、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６とには、疎水層３８が形成されている。
【００２７】
主流方向に垂直な溝３２の断面である溝断面における主流路深さ方向の流路深さは、前記第２流路断面における主流路深さ方向の流路深さと同じであり、本実施形態では例えば１００μｍである。そして本実施形態においては、例えばすべての溝３２において溝断面の形状が正方形であり、溝断面における主流路幅方向の流路幅が１００μｍである。また本実施形態においては、例えばすべての仕切り板３４において、溝３２と溝３２との間隔（すなわち仕切り板３４の主流路幅方向における幅）が１００μｍであり、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６が第１流路２０に接している。
【００２８】
そして本実施形態では、例えば、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、第１流路２０の主流路幅方向に沿った面に形成された親水層２２に接する部材である流路蓋２４としてガラスの部材を用いている。そして、例えば、流路蓋２４が光透過性を有し、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋２４側から照射した光は親水層２２に達する（すなわち、第１流路２０の主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する）。それにより、光が照射された親水層２２中の二酸化チタンが親水性（超親水性）になるとともに、親水層２２に接した第１流体７０に対して光触媒として作用する。
【００２９】
＜第１導入路及び第２導入路＞
次に、第１導入路４０及び第２導入路５０について説明する。
図２に示すように、第１導入路４０は、主流路１０における断面１６Ａ（すなわち第１流路２０における断面１６Ａ）に連通され、第２導入路５０は、主流路１０における断面１６Ｂ（すなわち第２流路３０における断面１６Ｂ）に連通されている。
そして第１流体７０は、第１導入路４０から第１流路２０に、主流路方向と同方向で導入され、第２流体８０は、第２導入路５０から第２流路３０に、例えば主流路方向に対して主流路深さ方向に１５度の角度を持って導入される。すなわち、例えば合流部１６において第１導入路４０と第２導入路５０とで形成される合流角θの角度が１５度である。
【００３０】
第１導入路４０は、例えば、図２に示すように、第１導入口４２と、第１整流領域４４と、第１緩衝領域４６と、で構成されている。第１導入路４０においては、第１流体７０が、第１導入口４２を通してマイクロ流体装置１００の外部から第１導入路４０内に入って第１導入方向（矢印Ａ方向）に流れ、第１整流領域４４及び第１緩衝領域４６を通って合流部１６に到達する。
【００３１】
第１導入口４２における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
【００３２】
また、第１整流領域４４における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向（主流路深さ方向）における流路深さが次第に浅くなる。
また第１緩衝領域４６における第１導入路断面の形状は、第１流体７０の上流側から下流側にかけて、例えば一定であり、前記断面１６Ａと同じ形状である。
【００３３】
すなわち、第１導入路４０における第１導入路断面の形状を、第１整流領域４４において、第１導入口４２における第１導入路断面の形状から前記断面１６Ａの形状まで徐々に変化させることにより、第１導入路断面の面積の変化を小さくしている。具体的には、例えば、第１整流領域４４における第１導入方向の長さにおける第１緩衝領域４６側の３分の２以上において、第１導入路断面の面積が一定となっている。
【００３４】
第２導入路５０についても、第１導入路４０と同様に、例えば、第２導入口５２と、第２整流領域５４と、第２緩衝領域５６と、で構成されている。そして第２導入路５０においては、第２流体８０が、第２導入口５２を通してマイクロ流体装置１００の外部から第２導入路５０内に入って第２導入方向（矢印Ｂ方向）に流れ、第２整流領域５４及び第２緩衝領域５６を通って合流部１６に到達する。
【００３５】
第２導入口５２における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、第２整流領域５４における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に広くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが次第に浅くなる。
【００３６】
また第２緩衝領域５６においては、例えば、合流部１６から第２流体８０の上流側に向かって第２緩衝領域５６の一部（合流部１６の近傍）に、第２流路３０における溝３２と同様な溝８２が形成された溝領域５８を有する。
図５に、第２導入路５０と第２流路３０とが主流路１０に連通した合流部１６における、第２流路３０の溝３２が形成された面及び第２導入路５０の溝８２が形成された面を拡大した図を示す。図５に示すように、溝８２は、第２導入路５０における主流路幅方向に沿った面に第２導入方向に沿って形成されているとともに、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）並列している。すなわち第２導入路５０の主流路幅方向に沿った面には、例えば溝８２と溝８２とを隔離する仕切り板８４が、主流路幅方向に（例えば一定間隔で）複数並列して設けられている。
【００３７】
溝８２における主流路幅方向の流路幅は、溝３２における主流路幅方向の流路幅と同じであり、溝８２と溝８２との間隔（すなわち仕切り板８４の主流路幅方向における幅）も溝３２と溝３２との間隔と同じである。
一方、溝８２における主流路幅方向と垂直な方向の流路深さは、合流部１６においては溝３２における主流路深さ方向の流路深さと同じであるが、第２流体８０の上流側に向かって徐々に浅くなっていき、溝領域５８を過ぎると溝８２が存在しなくなる。すなわち、溝領域５８では、仕切り板８４の高さが合流部１６から第２流体８０の上流側に向かって徐々に低くなっている。
【００３８】
第２緩衝領域５６における第２導入路断面の形状は、第２流体８０の上流側から溝領域５８に達するまでは例えば一定である。そして、溝領域５８においては、第２流体８０の上流側か下流側にかけて、徐々に仕切り板８４の高さが高くなるとともに、主流路深さと垂直な方向における流路深さ（溝８２の位置における流路深さ）が高くなって前記断面１６Ｂと同じ形状になる。
【００３９】
すなわち、第２導入路５０においても、第２導入路断面の形状を、第２整流領域５４及び第２緩衝領域５６の溝領域５８において、第２導入口５２における第２導入路断面の形状から前記断面１６Ｂの形状まで徐々に変化させることにより、第２導入路断面の面積の変化を小さくしている。そして例えば、第２整流領域５４においても、第２導入方向の長さにおける第２緩衝領域５６側の分の２以上において、第２導入路断面の面積が一定となっている。
【００４０】
＜排出路＞
次に、排出路６０について説明する。
図２に示すように、排出路６０は、主流路１０における連通部１８に連通され、第１流体７０及び第２流体８０は、主流路１０から排出路６０に、主流路方向と同方向で排出される。
排出路６０は、例えば、図１及び図２に示すように、排出口６２と、排出整流領域６４と、で構成されている。排出路６０においては、第１流体７０及び第２流体８０が、連通部１８から排出方向（矢印Ｄ方向）に流れ、排出整流領域６４を通って、排出口６２からマイクロ流体装置１００の外部に排出される。
【００４１】
排出口６２における排出路断面の形状は、第１導入口４２及び第２導入口５２と同様に、第１流体７０及び第２流体８０の上流側から下流側にかけて、例えば一定である。
そして、排出整流領域６４における排出路断面の形状は、第１流体７０及び第２流体８０の上流側から下流側にかけて、主流路幅方向における流路幅が次第に狭くなるとともに、主流路幅方向と垂直な方向（主流路深さ方向）における流路深さが次第に深くなる。
すなわち、排出路６０における排出路断面の形状を、排出整流領域６４において、連通部１８における主流路断面の形状から排出口６２における排出路断面の形状まで徐々に変化させることにより、排出路断面の面積の変化が小さくなっている。具体的には、例えば、排出整流領域６４における排出方向の長さのうち３分の２以上において、排出路断面の面積が一定となっている。
【００４２】
以上説明した本実施形態のマイクロ流体装置１００では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きい主流路１０を用い、第１流体７０を主流方向と同方向で第１導入路４０から主流路１０に導入し、第２流体８０を主流方向に対して主流路深さ方向から鋭角に第２導入路５０から主流路１０に導入し、かつ、第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０が、主流路１０に近づくにつれて主流路幅方向における流路幅が広くなるとともに主流路幅方向と垂直な方向における流路深さが浅くなる整流領域（具体的には、それぞれ第１整流領域４４、第２整流領域５４、及び排出整流領域６４）を有する。
【００４３】
ここで「鋭角に導入する」とは、９０度よりも小さい角度で角度を持って導入することを意味し、具体的には、主流方向のベクトルと、第２導入方向のベクトルにおける主流方向の成分と、が同方向である方向に導入することを意味する。
本実施形態では、第２流体８０を、主流方向に対して鋭角に第２導入路５０から主流路１０に導入する形態に限られず、主流方向と同方向に第２導入路５０から主流路１０に導入する形態でもよい。
【００４４】
本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、上記構成であることにより、１つのマイクロ流体装置１００における時間当たりの処理量が多いことと、主流路１０における第１流体７０及び第２流体８０の界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすいことと、を両立することができる。
すなわち本実施形態のマイクロ流体装置１００では、主流路幅方向における流路幅が主流路深さ方向における流路深さよりも大きくないマイクロ流路を主流路として用いたマイクロ流体装置に比べ、流路幅が広いことにより時間当たりの処理量が多くなる。
【００４５】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流体を主流路深さ方向から垂直に第２導入路から主流路に導入する形態や、第１流体及び第２流体の両方を主流方向と異なる方向から（角度をもって）主流路に導入する形態に比べて、合流部１６において第２流体８０が第１流体７０に衝突することによる衝突エネルギーが小さいく抑えられる。そのため、主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の流れが安定して層流を形成しやすくなり、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路深さ方向に垂直に形成しやすくなる。
【００４６】
さらに本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第１導入路及び第２導入路の少なくとも一方が上記整流領域を有さない場合に比べて、第１導入路断面及び第２導入路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、第１導入路４０及び第２導入路５０が上記整流領域を有するため、第１導入路断面及び第２導入路断面の面積をあまり変化させずに、第１導入路断面及び第２導入路断面の形状を、それぞれ第１導入口４２及び第２導入口５２における形状から、流路幅が大きく流路深さの浅い断面１６Ａ及び断面１６Ｂの形状まで、変化させることができる。そのため、主流路１０内における第１流体７０及び第２流体８０の偏流（すなわち、第１流体７０及び第２流体８０の流速が主流路幅方向にばらつきが出ることであり、例えば、流路幅方向の中心付近における流速が流路幅方向の両端付近における流速よりも速くなること）が抑制される。
【００４７】
具体的には、例えば、上流から下流に向かって第１導入路断面又は第２導入路断面を、流路深さが一定のまま流路幅を急激に広くすると、上記断面の面積が急激に広がる箇所が発生する。そのように、上記第１導入路断面又は第２導入路断面の面積が急激に広がる箇所が存在する場合、流路内の圧力が下がり、流体の主流路幅方向における中心部のみが流れやすく流速が速くなってしまう。一方、流体の主流路方向における両端部は、流体が流れる方向と垂直な方向に力を受け、相対的に遅くなってしまう。このように、流速が流路幅方向で異なる現象（すなわち「偏流」）が起こると、流れが不安定化して、主流路幅方向に渡って第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されにくくなる。しかし本実施形態では、上記の場合に比べて上記偏流が抑制されるため、第１導入路４０及び第２導入路５０においてそれぞれ第１流体７０及び第２流体８０の流れが整えられ、主流路１０における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
【００４８】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、排出路が上記整流領域を有さない場合に比べて、排出路断面における面積の変化が小さい。すなわち本実施形態では、排出路６０が上記整流領域を有するため、排出路断面の面積をあまり変化させずに、流路幅が大きく流路深さの浅い連通部１８における主流路断面の形状から、排出口６２における形状まで、排出路断面の形状を変化させることができる。そのため、排出路６０内において第１流体７０及び第２流体８０に排出方向と垂直な方向から圧力がかかることが抑制され、排出路６０内においてかかった上記圧力が主流路１０に伝播して主流路１０内における第１流体７０と第２流体８０との界面に影響を与えることが抑制される。その結果、本実施形態では主流路１０における主流方向及び主流路幅方向全体にわたって第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
【００４９】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されており、かつ、第２流路３０の内面に疎水層３８が形成されている。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いると、親水層２２及び疎水層３８が形成されていない場合に比べて、特に第１流体７０として親水性の流体を用い第２流体８０として疎水性の流体を用いた場合において、主流路１０における第１流体７０及び第２流体８０の界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
【００５０】
すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００が上記構成であることにより、親水層２２と親水性の流体との親和性が高いため、親水性の流体は第１流路２０内に維持されやすい。また疎水層３８と疎水性の流体との親和性が高いため、疎水性の流体は第２流路３０内に維持されやすい。よって、第１流体７０として親水性の流体を用い第２流体として疎水性の流体を用いると、第１流路２０と第２流路３０との境界面２５の位置に、第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすい。そのため、第１流体７０と第２流体８０との界面が回転して主流路深さ方向に沿って形成されることが抑制され、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路１０における合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
【００５１】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、流路蓋２４としてガラスの部材を用いている。すなわち本実施形態では、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋２４側から光を照射すると、光が流路蓋２４を透過して親水層２２に達し、親水層２２の二酸化チタンが光を吸収できる構造になっている。そして二酸化チタンは、光を吸収することにより、超親水性を示すようになるとともに、光触媒として機能して例えば酸化還元反応を促進するようになる。
そのため本実施形態のマイクロ流体装置１００では、親水層２２が光を吸収して超親水性になることで、第１流体７０と第２流体８０との界面が主流路幅方向と平行（すなわち光触媒である二酸化チタンの層の面と平行）に維持されやすくなる。つまり、上記界面が、広い状態で維持されるとともに、光触媒として機能する親水層２２と近い距離で対向した状態で維持されやすくなる。
【００５２】
よって本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、従来困難であった２つの流体の界面を利用した二酸化チタンの光触媒反応を、連続的に実施することができる。光を吸収した二酸化チタンは、上記の通り超親水性を示すため、水、アセトニトリル、アルコール等の親水性の液体にはなじむが、ヘキサン、トルエン等の疎水性の液体にはなじみにくい。そのため、疎水性の液体又は疎水性の液体に溶解した化合物を、二酸化チタンに直接接触させて（例えば疎水性の液体中に二酸化チタンの粒子を分散させて）、光触媒反応を実施することは困難である。しかしながら本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、上記疎水性の液体等を二酸化チタンに直接接触させなくても、間接的に疎水性の液体等を反応（例えば酸化）させることができる。
【００５３】
具体的には、例えば、水溶性の液体である第１流体７０を光照射された二酸化チタンに直接接触させて活性種（例えばヒドロキシラジカル等）を発生させる。そして、その活性種が第１流体７０と疎水性の液体である第２流体８０との界面まで移動し、第２流体８０に含まれる化合物に対して作用する（例えば酸化させる）。このとき、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、上記界面が親水層２２（すなわち二酸化チタン）と近い距離で対向した状態にあるため、親水層２２の表面で発生した活性種が界面までたどり着きやすい。また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、上記界面が広く維持できるため、界面が狭い場合に比べて、多くの活性種が界面で第２流体８０に含まれる化合物に作用することができる。すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００を用いれば、従来困難であった反応（例えば、疎水性の液体そのもの、又は親水性の液体に溶けにくく疎水性の液体に溶けやすい化合物等を対象とする、二酸化チタンの光触媒反応等）を効率よく実施することができる。
【００５４】
また本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流路３０が、主流方向に沿って形成されているとともに主流路幅方向に並列した複数の溝３２で構成されている。
そのため、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、第２流路が仕切り板によって分断されず全体として１つの流路である場合に比べて、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、本実施形態のマイクロ流体装置１００では、仕切り板３４の存在によって第１流体７０と第２流体８０との界面が分断されるため、前記界面が分断されない場合に比べて１つあたりの前記界面の面積が小さく、表面張力によって前記界面が回転して主流路深さ方向に平行となることが抑制される。そのため、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に平行に維持しやすい。
【００５５】
特に、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されるとともに第２流路３０の内面に疎水層３８が形成されている形態において、第２流路３０が複数の溝３２で構成されている形態は、さらに望ましく、主流路１０における第１流体７０と第２流体８０との界面を合流部１６から連通部１８までにわたって主流路幅方向に満遍なく形成しやすい。
すなわち、第２流路３０を構成する溝３２の内面に疎水層３８が形成されていることにより、第２流体８０が、溝３２内に維持されやすくなることによって第１流路２０に導かれることが抑制され、さらに上記界面を主流路幅方向に平行に維持しやすくなる。
【００５６】
本実施形態においては、主流路１０の流路幅及び流路深さが上記の通りであるが、流路幅が流路深さよりも多いものであればこれに限られない。具体的には、例えば主流路１０の流路深さが１ｍｍ以下であり主流路１０の流路幅が１ｍｍよりも大きい形態が挙げられる。このように、主流路１０の流路深さが浅いことにより、マイクロ流路としての利点が得られつつ、主流路１０の流路幅が広いことにより、１つのマイクロ流体装置１００における単位時間当たりの処理量を多くすることができる。
【００５７】
主流路１０の流路深さとしては、具体的には、例えば、１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が挙げられ、２５μｍ以上１０００μｍ以下の範囲が好ましく、５０μｍ以上５００μｍ以下の範囲がより好ましい。
流路深さが上記範囲であると、上記範囲よりも深い場合に比べて上記マイクロ流路としての利点が得られやすくなり、また上記範囲よりも浅い場合に比べて低い圧力で流体を流すことができるため流体の流れが安定になり、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に維持しやすくなると同時に、時間あたりの処理量が多くなるという利点がある。
【００５８】
また主流路１０の流路幅としては、具体的には、例えば、１ｃｍ以上２０ｃｍ以下の範囲が挙げられる。
流路幅が上記範囲であると、上記範囲よりも狭い場合に比べて単位時間当たりの処理量が多くなり、一方上記範囲よりも広い場合に比べて、流体の偏流による影響が少なく、主流路幅方向に平行な第１流体７０と第２流体８０との界面が形成されやすくなる。
また主流路１０における主流路幅方向の流路幅と主流路深さ方向の流路深さとの比としては、流路幅が流路深さの２０倍以上１０００倍以下であることが好ましい。上記流路幅と流路高さとの比が上記範囲であることにより、時間当たりの処理量向上と、主流路幅方向に平行な第１流体７０と第２流体８０との界面の形成容易性と、を両立することができる。
【００５９】
また、主流路１０の主流方向における流路長さは、第１流体７０及び第２流体８０の流速や目的の処理にかかる時間等によって好ましい値が決まるものであるが、具体的には、例えば、３ｃｍ以上３０ｃｍ以下の範囲が挙げられる。
【００６０】
本実施形態においては、主流路断面、第１流路断面、及び第２流路断面の形状が、合流部１６から連通部１８まで一定であるが、これに限られない。ただし、第１流体７０と第２流体８０との界面を主流路幅方向に維持させる観点からは、主流路断面、第１流路断面、及び第２流路断面の面積が合流部１６から連通部１８まで一定であることが望ましい。また主流路断面の面積が一定でない場合は、第１流路断面の面積と第２流路断面の面積との比が、合流部１６から連通部１８まで一定であることが望ましい。ここで「面積が一定」とは、面積における最大値が最小値の１倍以上１．０５倍以下であることをいう。
【００６１】
また本実施形態においては、第１流路２０の流路深さと第２流路３０の流路深さとが同じであるが、これに限られない。ただし、第１流路２０と第２流路３０との境界面２５の位置を、界面を形成しようとする望ましい位置に設定することが望ましい。第１流体７０と第２流体８０との界面の位置は、第１流体７０及び第２流体８０の粘度等の特性や流速等の条件によって変わり、また適用する目的（例えば化学反応に用いる場合は反応系等）によって好ましい前記界面の位置は変わる場合がある。例えば本実施形態のように、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、界面を利用した二酸化チタンによる光触媒反応に適用する場合は、第１流路２０の流路深さが第２流路３０の流路深さの０．１倍以上１倍以下であることが好ましい。
【００６２】
本実施形態においては、第１流路断面が長方形であるが、これに限られず、例えば、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面が正方形であるが、これに限られず、例えば、長方形、四角形における一部又は全部の角が丸くなった形状、主流路深さに平行な辺や主流路幅に平行な辺が曲線である形状等でもよい。
また本実施形態においては、溝断面における流路幅が、流路深さと同じ１００μｍであるが、これに限られない。溝断面における流路幅としては、例えば１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲が挙げられ、例えば溝断面における流路深さの１倍以上５倍以下の範囲が挙げられる。
また本実施形態においては、仕切り板３４の主流路幅方向における幅が１００μｍであるが、これに限られず、幅が小さければ小さいほど、デッドスペースが縮小され、広い界面が得られやすいため好ましい。具体的には、第２流体８０による圧力に対する耐久性、加工性とデッドスペースの縮小との両立といった観点から、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲が挙げられる。また、仕切り板３４の幅は、複数の仕切り板３４において同じでなくてもよい。
【００６３】
また本実施形態においては、第２流路３０が複数の溝３２で構成されていたが、第１流路２０が複数の溝で構成されていてもよく、第１流路２０及び第２流路３０が複数の溝で構成されていてもよく、第１流路２０及び第２流路３０のいずれも溝で構成されていなくてもよい。ただし、本実施形態のように、第１流路２０及び第２流路３０のいずれか一方のみが複数の溝で構成されている方が、他の形態に比べて、仕切り板３４における主流路幅方向の面３６に接する界面が形成されやすいため、第１流体と第２流体との界面を主流路幅方向と同方向に維持させやすく好ましい。
【００６４】
また本実施形態においては、第１流路２０の内面に親水層２２が形成されているが、第１流路２０の内面のうち少なくとも主流路幅方向に平行な面に親水層２２が形成されている形態でもよく、親水層２２が形成されていない形態でもよい。
そして親水層２２を形成する場合、親水層２２に用いられる材料としては、二酸化チタンに限られず、例えば、ケイ素ポリマー、その他の親水性有機ポリマー等が挙げられる。
また本実施形態においては、第２流路３０の内面（すなわち、溝３２の内面のうち第１流路２０と接している面以外の面）及び仕切り板３４における主流路幅方向の面３６に疎水層３８が形成されているが、第２流路３０の内面のみに疎水層３８が形成されていてもよく、疎水層３８が形成されていない形態でもよい。
そして疎水層３８を形成する場合、疎水層３８に用いられる材料としては、例えば、オクタデシル基のような疎水性の官能基が配列された材料、疎水性有機ポリマー等が挙げられる。
【００６５】
また本実施形態では、二酸化チタンの層である親水層２２に光を到達させるため、流路蓋２４の材料として光透過性を有する材料を用いる（すなわち、親水層２２が形成された第１流路２０における主流路幅方向に沿った面が光透過性を有する）。そのため、疎水層３８の材料としては、光透過性を有する材料であっても、光透過性を有さない材料であってもよい。
【００６６】
そして、親水層２２として二酸化チタンの層を用いる場合であっても、疎水層３８が光透過性を有し、かつ、第２流路３０の主流路幅方向に沿った面に形成された疎水層３８に接する部材である流路蓋３９の材料が上記光透過性を有する材料であればよい。疎水層３８及び流路蓋３９が光透過性を有する形態であれば、第１流体７０及び第２流体８０として光透過性を有する流体を用いることにより、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から照射した光が、二酸化チタンの層である親水層２２に到達する。そのため、流路蓋２４の材料が、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい。
【００６７】
上記光透過性を有する材料としては、ガラス（例えば、石英ガラス、パイレックス（登録商標）ガラス等）の他に、例えば樹脂等が挙げられる。また上記光透過性を有する材料としては、上記材料の中でも特に、波長が３６５ｎｍの光を透過する材料が好ましい。
そして、上記光透過性を有する材料であってもよく、上記光透過性を有さない材料であってもよい場合に用いられる材料としては、上記ガラス及び樹脂のほか、金属等の無機材料も挙げられる。
【００６８】
また本実施形態においては、親水層２２の厚みが上記の通りであるが、これに限られない。例えば本実施形態のように親水層２２として二酸化チタンの層を用いた場合、二酸化チタンの光触媒機能の発揮といった観点から、０．１μｍ以上であることが好ましい。
また、本実施形態のように、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、かつ流路蓋２４として光透過性を有する部材を用いる場合、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から照射した光を、親水層２２における第１流体７０と接する面に到達させることが望ましい。その観点から、親水層２２の厚みは、二酸化チタンの層が光透過性を有する程度の厚みであることが望ましく、具体的には１μｍ以下であることが好ましい。一方、親水層２２として二酸化チタンの層を用い、かつ疎水層３８及び流路蓋３９が光透過性を有する場合は、マイクロ流体装置１００の外部における流路蓋３９側から光を照射することができるため、親水層２２の厚みが１μｍ以上であってもよい。
また、親水層２２として二酸化チタン以外の層を用いる場合、親水層２２の親水性を発揮させる観点から、親水層２２の厚さが０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００６９】
一方、疎水層３８の厚みは、特に限定されないが、親水層３８の親水性を発揮させる観点から、０．１μｍ以上であることが好ましく、具体的には、例えば０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲が挙げられる。
また、上記のように光透過性を有する疎水層３８を用いる場合は、例えば、疎水層３８材料としてオクタデシルトリメトキシシラン等を用い、かつ疎水層３８の厚みを０．１μｍ以上１μｍ以下の範囲とする形態が挙げられる。
【００７０】
また本実施形態においては、合流部１６における合流角θの角度が１５度であるが、これに限られず、例えば０度以上６０度以下が挙げられ、上記衝突エネルギーの影響の観点からは０度以上３０度以下が好ましく、小さいほどより好ましい。
また本実施形態においては、第２導入路５０が直線の流路であったが、これに限られず、第２導入路５０が曲線の流路であってもよい。
例えば図４に示すように、第２導入路５０が曲線の流路であり、合流部１６における合流角θの角度が０度である形態であってもよい。
【００７１】
第１整流領域４４の第１導入方向に沿った長さ、及び第２整流領域５４の第２導入方向に沿った長さとしては、それぞれ第１流体７０及び第２流体８０の流速によって好ましい範囲が変わるが、例えば２ｃｍ以上６ｃｍの範囲が挙げられる。
また排出整流領域６４の排出方向に沿った長さも同様に長いほど好ましいが、例えば２ｃｍ以上６ｃｍの範囲が挙げられる。
【００７２】
また第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０は、それぞれ第１整流領域４４、第２整流領域５４、及び排出整流領域６４を有していればよく、他の領域を有していなくてもよい。
本実施形態では、上記第１導入路４０、第２導入路５０、及び排出路６０において第１流体７０及び第２流体８０の流れが整えられるため、特に第１導入口４２、第２導入口５２、及び排出口６２は、どのような形状でもよく、また設けられていなくてもよい。
一方、第１緩衝領域４６及び第２緩衝領域５６についても、特に設けられていなくてもよい。ただし第１緩衝領域４６又は第２緩衝領域５６が設けられる場合は、第１導入路４０又は第２導入路５０において整えられた第１流体７０又は第２流体８０の流れを乱れさせないようにするため、第１導入路断面又は第２導入路断面の断面積が上流側から下流側にかけて一定にすることが望ましい。
さらに第２緩衝領域５６には、仕切り板８４が設けられていなくてもよい。
【００７３】
本実施形態におけるマイクロ流体装置１００の製造方法は、特に限定されず、公知の方法によって製造できる。
具体的には、例えば、第１金属板を三次元的に彫って第２導入路５０、第２流路３０、及び排出路６０の一部を形成し、第１金属版における第２流路３０に疎水層３８を形成する。次に、第２金属版の一方の面を三次元的に彫って第１導入路４０の一部を形成し、第２金属板を第１金属板に乗せることによって第２導入路５０に蓋をする。そして、ガラス板に第１導入路４０の一部、第１流路２０、及び排出路６０の一部を形成し、第１流路２０に親水層２２を形成する。最後に、第１金属版及び第２金属版にガラス板を乗せて第１導入路４０、主流路１０、及び排出路６０に蓋をすることで、マイクロ流体装置１００が形成される。
【００７４】
本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、２つの流体を、マイクロ流体装置の幅広マイクロ流路に流して用いる。上記第１流体と上記第２流体との組み合わせは特に限定されないが、例えば、液体と液体、気体と液体、又は気体と気体等が挙げられ、同種の流体であっても異なる２種の流体であってもよい。
【００７５】
特に、本発明のマイクロ流体装置は、上記の通り、主流路における主流路幅方向に沿った界面を形成させやすいため、第１流体と第２流体との組み合わせとして、相溶性の低い２種の液体や、気体と液体との組み合わせを用いることができ、それらの界面における処理（例えば化学反応や抽出等）に好適に適用できる。相溶性の低い２種の液体としては、例えば水と油のように、親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせが挙げられる。
また、上記実施形態のように、第１流路２０の内面に親水層２２を形成し、第２流路３０の内面に疎水層３８を形成した場合は、第１流体７０と第２流体８０との組み合わせとして親水性の液体と疎水性の液体との組み合わせを適用することが望ましい。
一方、第１流体７０と第２流体８０との組み合わせとして気体と液体との組み合わせを用いる場合は、第１流路及び第２流路のうち、気体を流す流路の内面には、親水層又は疎水層を形成しないほうが好ましい。
【００７６】
（試験例）
上記第１実施形態のマイクロ流体装置１００を用いて試験を行った。
なお、用いたマイクロ流体装置における第１流路の流路幅と第２流路の流路幅は同じとした。また、第１流路２０に親水層２２として二酸化チタンの層を形成し、流路蓋２４の材料として石英ガラスを用いた。また、第２流路３０に溝３２（すなわち仕切り板３４）を形成するとともに、第２緩衝領域５６における溝８２（すなわち仕切り板８４）も設けた。さらに、親水層２２を形成した場合は親水層２２の厚みを０．２μｍとし、疎水層３８を形成した場合は疎水層３８の厚みを１μｍ以下とした。
【００７７】
また、親水層２２の形成方法は以下の通りである。親水層２２の材料として二酸化チタンを用いた。具体的には、チタニウムトリイソプロポキシド（Ｔｉ−（−Ｏ−ｉｓｏ−Ｃ３Ｈ７）４）の０．５Ｍアセチルアセトン溶液を基板（第１流路３０を形成した流路蓋２４）上にスピンコートし、４５０℃で２時間処理するというゾルゲル法で、二酸化チタンの膜を形成した。
さらに、疎水層３８の形成方法は、以下の通りである。具体的には、トリクロロオクタデシルシランの１％トルエン溶液を、第２流路３０を形成した流路蓋３９に塗布（例えば部分的に疎水層３８を形成する場合）、又は閉じた第２流路３０に注入（例えば流路全体にむら無く疎水層３８を形成する場合）した後、過剰のオクタデシル基をトルエンにより洗浄、除去して、疎水層３８を形成した。
【００７８】
＜界面可視化試験＞
第１流体及び第２流体として下記第１流体及び第２流体を用い、下記流速条件（条件１〜条件８）で、作成した図１のマイクロ流体装置に流体を流して、第１流体及び第２流体のいずれか一方に着色をするか、又は第１流体及び第２流体の双方に互いに異なった着色をすることにより、第１流体と第２流体との界面を直接目視で観察した。
【００７９】
下記条件１から条件４においては、第１流体及び第２流体として、下記第１流体Ａ及び第２流体Ａを用いた。
・第１流体Ａ：純水
・第２流体Ａ：トルエン
条件１から条件４は以下の通りである。
・条件１：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ
・条件２：第１流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ
・条件３：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ
・条件４：第１流体Ａの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ａの流速３．３μｍ／ｓ
【００８０】
上記条件１及び条件２においては、第１流体Ａ及び第２流体Ａの層流が形成され、第１流体Ａと第２流体Ａとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件３においては、一部偏流が確認された。また条件４においては、ひどい偏流が確認された。
【００８１】
条件５から条件８においては、第１流体及び第２流体として、下記第１流体Ｂ及び第２流体Ｂを用いた。
・第１流体Ｂ：純水
・第２流体Ｂ：メタノール
条件５から条件８は以下の通りである。
・条件５：第１流体Ｂの流速０．７μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速０．７μｍ／ｓ
・条件６：第１流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
・条件７：第１流体Ｂの流速３．３μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
・条件８：第１流体Ｂの流速４．５μｍ／ｓ、第２流体Ｂの流速２．０μｍ／ｓ
【００８２】
上記条件５、条件６、及び条件７においては、第１流体Ｂ及び第２流体Ｂの層流が形成され、第１流体Ｂと第２流体Ｂとの界面が主流路幅方向と平行に形成されていることが確認され、偏流は確認されなかった。一方、条件４においては、乱流が生じていることが確認された。
【００８３】
以上の結果から、例えば従来の幅広マイクロ流体装置においては主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能な条件においても、本発明のマイクロ流体装置を用いれば、主流路幅方向に平行な界面の形成が可能になることがわかる。特に、上記結果のうち純水とトルエンを用いた条件１〜条件４においては、従来の幅広マイクロ流体装置（特に、第１導入路４０、第２導入路５０、及び排水路６０が整流領域を有さない幅広マイクロ装置）の主流路内で、主流路幅方向に平行な界面を形成することが不可能であったが、上記試験例で示されたとおり、本発明のマイクロ流体装置では主流路幅方向に平行な界面が形成されることが分かる。
【００８４】
＜光触媒反応試験＞
作成した図１のマイクロ流体装置１００において、主流路１０における第１流体及び第２流体の偏流が抑制されていることを確認するために、以下の試験を行った。
第１流体Ｃ及び第２流体Ｃとして、いずれもｐ−メトキシトルエンの０．１％アセトニトリル溶液を用い、マイクロ流体装置１００に流体を流して、光照射（光照射強度５００ｍＷ／ｃｍ−２、光照射時間１４０秒）を行った。二酸化チタンの光触媒作用によるｐ−メトキシトルエンの酸化反応によって生成したアニスアルデヒド（ｐ−メトキシベンズアルデヒド）の生成量から反応収率を求め、上記反応の効率を評価した。
【００８５】
具体的には、第１流体Ｃ及び第２流体Ｃの合計の注入量を１２０μｌ／ｍｉｎとし、上記二酸化チタンによる光触媒反応を行った。その結果、収率３．０％でアニスアルデヒドが生成した。
比較のために、流路幅５００μｍ、流路深さ２５μｍのシングルチャネルマイクロリアクターを用いて同様の試験を行ったところ、流体の注入量が０．５μｌ／ｍｉｎであり、アニスアルデヒドの収率は４．６％であった。
【００８６】
以上の結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、流路幅方向も流路深さ方向も１ｍｍ以下である従来のマイクロ流体装置に比べて、時間当たりにおけるアニスアルデヒドの合成量が１５７倍にも拡大したことがわかる。さらに、上記結果から、本発明のマイクロ流体装置を用いた試験例では、アニスアルデヒドの収率が、従来のマイクロ流体装置を用いた場合の収率と同等であり、主流路（幅広マイクロ流路）内における偏流が抑制されていることが分かる。
【符号の説明】
【００８７】
１０ 主流路
１６ 合流部
１６Ａ 断面
１６Ｂ 断面
１６Ｃ 合流線
１８ 連通部
２０ 第１流路
２２ 親水層
２４ 流路蓋
２５ 境界面
２８ 疎水層
３０ 第２流路
３２ 溝
３４ 仕切り板
３６ 主流路幅方向の面
３８ 疎水層
３９ 流路蓋
４０ 第１導入路
４２ 第１導入口
４４ 第１整流領域
４５ 合流角
４６ 第１緩衝領域
５０ 第２導入路
５２ 第２導入口
５４ 第２整流領域
５６ 第２緩衝領域
５８ 溝領域
６０ 排出路
６２ 排出口
６４ 排出整流領域
７０ 第１流体
８０ 第２流体
８２ 溝
８４ 仕切り板
１００ マイクロ流体装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第１流路及び第２流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第１流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体を前記第１流路に導入する第１導入路であって、前記第１導入路において前記第１流体が流れる方向である第１導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第１導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第１導入路と、
前記第２流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向で鋭角に前記第２流体を前記第２流路に導入する第２導入路であって、前記第２導入路において前記第２流体が流れる方向である第２導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第２導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第２導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体及び前記第２流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置。
【請求項２】
前記第１流路及び前記第２流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項１に記載のマイクロ流体装置。
【請求項３】
前記第１流路及び前記第２流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項４】
前記第１流路及び前記第２流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【請求項１】
第１流体及び第２流体が互いに接しながら流れる主流路であって、前記主流路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である主流方向に垂直な方向である主流路深さ方向に並列された第１流路及び第２流路からなり、前記主流路における前記主流方向に垂直な断面において、前記主流路深さ方向に垂直な方向である主流路幅方向の長さが前記主流路深さ方向の長さよりも大きい主流路と、
前記第１流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体を前記第１流路に導入する第１導入路であって、前記第１導入路において前記第１流体が流れる方向である第１導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第１導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第１導入路と、
前記第２流路における前記主流方向上流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向又は前記主流路深さの方向で鋭角に前記第２流体を前記第２流路に導入する第２導入路であって、前記第２導入路において前記第２流体が流れる方向である第２導入方向の上流側から下流側に向かって、前記第２導入方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に大きくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に小さくなる領域を有する、第２導入路と、
前記主流路における前記主流方向下流側の端部に連通され、前記主流方向に対して同方向に前記第１流体及び前記第２流体を前記主流路から排出する排出路であって、前記排出路において前記第１流体及び前記第２流体が流れる方向である排出方向の上流側から下流側に向かって、前記排出方向に垂直な断面における、前記主流路幅方向と同方向の長さが次第に小さくなるとともに、前記主流路幅方向に垂直な方向の長さが次第に大きくなる領域を有する、排出路と、を有するマイクロ流体装置。
【請求項２】
前記第１流路及び前記第２流路のいずれか一方の内面に親水層が形成され、かつ、他方の内面に疎水層が形成された、請求項１に記載のマイクロ流体装置。
【請求項３】
前記第１流路及び前記第２流路のうち、前記親水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、前記疎水層及び前記疎水層が形成された流路における前記主流路幅方向に沿った面と、の少なくとも一方が光透過性を有し、かつ、前記親水層が二酸化チタンの層である、請求項２に記載のマイクロ流体装置。
【請求項４】
前記第１流路及び前記第２流路の少なくとも一方は、前記主流方向に沿って形成されるとともに前記主流路幅方向に並列した複数の溝からなる、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のマイクロ流体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７３０５１（Ｐ２０１１−１７３０５１Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８０１９（Ｐ２０１０−３８０１９）
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（５１００５０１６６）エジプト−ジャパン ユニバーシティー オブ サイエンス アンド テクノロジー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｇｙｐｔ−Ｊａｐａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
【住所又は居所原語表記】ＭｕｃＳＡＴ，Ｐｏｓｔａｌ Ｃｏｄｅ ２１９３４，Ｎｅｗ Ｂｏｒｇ Ｅｌ−Ａｒａｂ，Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ，Ｅｇｙｐｔ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２３日（２０１０．２．２３）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（５１００５０１６６）エジプト−ジャパン ユニバーシティー オブ サイエンス アンド テクノロジー (1)
【氏名又は名称原語表記】Ｅｇｙｐｔ−Ｊａｐａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
【住所又は居所原語表記】ＭｕｃＳＡＴ，Ｐｏｓｔａｌ Ｃｏｄｅ ２１９３４，Ｎｅｗ Ｂｏｒｇ Ｅｌ−Ａｒａｂ，Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ，Ｅｇｙｐｔ
【Ｆターム（参考）】
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