JP2006263694A - 液滴分割構造及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 同一の流路構造で液滴サイズを幅広く簡便に変化させることが可能となる、微小液滴の分割及び制御の方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 所定の方向に延長され、その一端Ｂにおいて複数の分岐流路Ｃを持つ流路Ａを用い、流路Ａにおける端Ｂの他方の端Ｄから分散相液滴を含む連続相を導入し、端Ｂにおいて分割し、分岐流路Ｃに導入する方法であり、端Ｂにおいてそれぞれの分岐流路Ｃへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端Ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる液滴分割構造及び方法を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流路内に分岐構造を有する液滴分割構造において、簡便な液量制御により、分割液滴の大きさを制御することで、食品、医薬、化粧品、ＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）、マイクロカプセル、イオン交換樹脂などに用いられる液滴を分割し調整する方法及びその構造に関するものである。

一般に、大きさを精密に制御された微小液滴には、食品、医薬、化粧品、ＤＤＳ（ドラッグデリバリーシステム）、マイクロカプセル、イオン交換樹脂など様々な用途があり、それらの製造は重要な技術である。

従来の微小液滴の生成技術としては、例えば、ミキサー、ホモジナイザーなどの機械的な攪拌により、微小液滴の大きさを制御する方法がある。

しかしながら、これらの方法では微小液滴の大きさの分布が広く、微小液滴生成後に分離を行う必要があり、コストがかかってしまう、という問題点があった。

一方近年、微小流路を用いた微小液滴の生成法が提案されており、これらの方法では、互いに混ざり合わない２種類の液体を、交差部分が存在する流路に導入することにより微小液滴を生成することができる。

また、微小流路の分岐構造を用いた微小液滴の分割による、単分散微小液滴の生成方法が、報告されている。
「フィジカル・レヴュー・レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ）」９２，（５），０５４５０３１−０５４５０３４，Ｆｅｂ，６，２００４

しかしながら、これらの方法では、微小液滴の大きさが微小流路の形状に依存するために、同一流路で液滴サイズを幅広く変化させることは困難であり、目的とする液滴サイズ毎に大きさの異なる微小流路を用意しなければならないことや、さらに１０μｍより小さいサイズの液滴を作製することができない、という問題点があった。

そこで本研究では、同一の流路構造で液滴サイズを幅広く簡便に変化させることが可能となる、微小液滴の分割及び制御の方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するものとして、流路内の分岐構造を用い、液滴を分割し、さらに分岐構造下流へ分配される流量を調節することにより、上記従来技術における課題を解決するために、

［１］微小液滴の分割及び制御の方法において、所定の方向に延長され、その一端Ｂにおいて複数の分岐流路Ｃを持つ流路Ａを用い、流路Ａにおける端Ｂの他方の端Ｄから分散相液滴を含む連続相を導入し、端Ｂにおいて分割し、分岐流路Ｃに導入する方法であり、端Ｂにおいてそれぞれの分岐流路Ｃへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端Ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる液滴分割構造及び方法である。

［２］少なくとも１つの分岐流路Ｃは、下流における端Ｅにおいて複数の分岐流路Ｆを持つ流路であり、流路Ａの端Ｂにおいて分割された分散相液滴が、更に分岐流路Ｃの端Ｅにおいて分割され、分岐流路Ｆに導入される方法であり、かつ端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］に記載の液滴分割構造及び方法である。

［３］前記流路Ａは、その端Ｂの他方の端Ｄにおいて複数の分岐流路Ｇを持つ流路であり、前記分岐流路Ｇの少なくとも１つから分散相を連続的に導入し、また前記分岐流路Ｇの別の少なくとも１つから連続相を連続的に導入することにより、端Ｄにおいて分散相液滴を生成することのできる上記［１］または［２］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［４］少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において少なくとも１つの分岐流路Ｈを持ち、前記分岐流路Ｈから連続相を導入あるいは吸引することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［５］少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において流路内の温度を調整することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［６］少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において加圧あるいは減圧することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［７］少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その内部もしくは下流においてバルブを有し、そのバルブを制御することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［８］請求項４〜請求項７に記載の流量調整構造または方法のうち任意の２つ以上の組み合わせを用い、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［９］前記液滴分割構造は、幅、深さ、長さなどのいずれかのスケールにおいて、ミリメートル以下のオーダーである上記［１］〜［８］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［１０］連続相と分散相とは実質的に相溶性がない流体である上記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［１１］連続相が水であり、分散相が油である上記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［１２］連続相が油であり、分散相が水である上記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［１３］連続相が液体であり、分散相が気体である上記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

［１４］分割後の分散相液滴の径が、１０００μｍ未満である上記［１］〜［１３］のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法である。

本発明によれば、分散相液滴を分割することで、さらに微小な分散相液滴を生成することができ、しかも複雑な操作なしに分散相液滴を任意のサイズに制御することができる。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の原理を説明するための概念説明図である。

これらの図において、
１００は分散相液滴分割のための流路構造、
１０１は所定の方向に延長され、分散相液滴を含む連続相が流れる流路（流路Ａ）、
１０２はその流路１０１の一方の端（端Ｂ）、
１０３は流路１０１の端１０２から複数に分岐した流路であり、それぞれの流路へ流路１０１の端１０２において分配された分散相液滴を含む連続相が流れる分岐流路（分岐流路Ｃ）、
１０４は流路１０１の端１０２においてそれぞれの分岐流路１０３へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節するために少なくとも一つの分岐流路の下流に設けられた流量調整機構（例えば、バルブ、ヒーターなど）、
１０５は流路１０１の端１０２ではない他方の端であり、分散相液滴を含む連続相供給口（端Ｄ）、
１０６は連続相、
１０７は分散相液滴、
１０８は流路１０１の端１０２において分割され分岐流路１０３に分配された分散相液滴、
図中の矢印はそれぞれの液体の流れの向きである。

まず、流路１０１中を流れる分散相液滴１０７を含む連続相１０６を、図１（ｂ）に示すような向きで供給する。

図１（ｃ）中の矢印に示すように、分散相液滴１０７を含む連続相１０６が、分岐流路１０３に進入することにより、流路１０１の端１０２において分散相液滴１０７の変形が起こる。

図１（ｄ）に示すように、流路１０１の端１０２において、分岐流路１０３の下流の流量調節機構１０４を用いて、それぞれの分岐流路１０３へ分配される分散相液滴１０７を含む連続相１０６の流量を調節することにより、流路１０１の端１０２において分割される分散相液滴１０７の分割比を変化させ分割された分散相液滴１０８の大きさを制御することができる。

本発明のうち請求項１に記載の発明は、所定の方向に延長され、その一端１０２において複数の分岐流路１０３を持つ流路１０１を用い、流路１０１における端１０２の他方の端１０５から分散相液滴１０７を含む連続相１０６を導入し、分散相液滴１０７は端１０２において分割され、分岐流路１０３に導入される。ここで、分岐流路１０３の下流の流量調節機構１０４を用いて、端１０２においてそれぞれの分岐流路１０３へ分配される分散相液滴１０８を含む連続相１０６の流量を調節することにより、端１０２において分割される分散相液滴１０７の分割比を変化させ分散相液滴１０８の大きさを制御するようにしたものである。

従って、本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、端１０２においてそれぞれの分岐流路１０３へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端１０２において分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することが可能となる。

図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の請求項２に記載の発明を説明するための説明図である。

これらの図において、
２００は流路構造
２０１は所定の方向に延長され、分散相液滴を含む連続相が流れる流路（流路Ａ）、
２０２はその流路２０１の一方の端（端Ｂ）、
２０３は流路２０１の端２０２から複数に分岐した流路であり、それぞれの流路へ流路２０１の端２０２において分配された分散相液滴を含む連続相が流れる分岐流路（分岐流路Ｃ）、
２０５は流路２０１の端２０２ではない他方の端であり、分散相液滴を含む連続相供給口（端Ｄ）、
２０６は連続相、
２０７は分散相液滴、
２０８は流路２０１の端２０２において分割され分岐流路２０３に分配された分散相液滴、
２０９は少なくとも１つの分岐流路２０３のその下流における端（端Ｅ）、
２１０は分岐流路２０３の端２０９から複数に分岐した流路（分岐流路Ｆ）、
２１１は流路２０１の端２０２においてそれぞれの分岐流路２０３へ分配される分散相液滴２０７を含む連続相２０６の流量を調節するために少なくとも一つの分岐流路の下流に設けられた流量調整機構（例えば、バルブ、ヒーターなど）、
２１２は分岐流路２０３の端２０９において分割し分岐流路２１０に分配した分散相液滴、
図中の矢印はそれぞれの液体の流れの向きである。

まず、流路２０１中を流れる分散相液滴２０７を含む連続相２０６を、図２（ｂ）中の矢印に示すような向きで供給し、流路２０１の端２０２において分割された分散相液滴２０８が、更に分岐流路２０３の端２０９において分割され、分岐流路２１０に導入される。同時に、端２０９においてそれぞれの分岐流路２１０へ分配された分散相液滴２１２を含む連続相２０６の流量を調節することにより、端２０９において分散相液滴２０８の分割比を変化させ分散相液滴２１２の大きさを制御することができる。

本発明のうち請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴分割構造において、少なくとも一つの分岐流路２０３の下流にある端２０９において複数の分岐流路２１０を持つ流路２００を用い、流路２０１における端２０２の他方の端２０５から分散相液滴２０７を含む連続相２０６を供給し、流路２０１の端２０２において分割された分散相液滴２０８が、更に分岐流路２０３の下流の端２０９において分割され、分岐流路２１０に導入される。ここで、端２０９においてそれぞれの分岐流路２１０へ分配される分散相液滴２１２を含む連続相２０６の流量を調節することにより、端２０９において分割される分散相液滴２０８の分割比を変化させ分散相液滴２１２の大きさを制御することができるようにしたものである。

従って、本発明のうち請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の液滴分割構造において、端２０９においてそれぞれの分岐流路２１０へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端２０９において分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することが可能となる。

図３は、本発明の請求項３に記載の発明を説明するための説明図である。

これらの図において、
３００は流路構造、
３０５は流路３０１の端であり、分散相液滴を含む連続相供給口（端Ｄ）、
３０６は連続相、
３０７は分散相液滴、
３１３は流路３０２の端３０５から複数に分岐した流路（分岐流路Ｇ）、
３１４は少なくとも一つの分岐流路３１３から供給される分散相、
図中の矢印はそれぞれの液体の流れの向きである。

この構造を用いて、少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる連続相３０６に対し、また別の少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる分散相３１４を、図３に示すように連続相３０６の流れに交差する向きで供給し、分散相液滴を連続相中に生成することができる。

本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の発明において、少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる連続相３０６に対し、また別の少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる分散相３１４を、図３に示すような連続相３０６の流れに交差する向きで供給し、分散相液滴を連続相中に生成することができるようにしたものである。

従って、本発明のうち請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の液滴分割構造において、少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる連続相３０６に対し、また別の少なくとも一つの分岐流路３１３中を流れる分散相３１４を、図３に示すような連続相３０６の流れに交差する向きで供給することにより、分散相液滴を連続相中に生成することが可能となる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の請求項４に記載の発明を説明するための説明図である。

これらの図において、
４００ａ及び４００ｂは流路構造、
４０１ａ及び４０１ｂは所定の方向に延長され、分散相液滴を含む連続相が流れる流路（流路Ａ）、
４０２ａ及び４０１ｂは流路４０１ａ及び４０２ｂそれぞれの一方の端（端Ｂ）、
４０３ａ及び４０１ｂは端４０２ａ及び４０２ｂから複数に分岐した流路であり、それぞれの流路へ端４０２ａ及び４０２ｂにおいて分配された分散相液滴を含む連続相が流れる分岐流路（分岐流路Ｃ）、
４０４ａあるいは４１１ｂは少なくとも一つの分岐流路４０３ａ１あるいは４１０ｂ１の下流において少なくとも１つの分岐した流路であり、流量を調整するために設けられた連続相を導入あるいは吸引する流路、
４０５ａ及び４０５ｂは端４０２ａ及び４０２ｂではない他方の端であり、分散相液滴を含む連続相供給口（端Ｄ）、
４０６ａ及び４０６ｂは連続相、
４０７ａ及び４０６ｂは分散相液滴、
４０８ａ１及び４０８ａ２は流路４０１ａの端４０２ａにおいて分割され分岐流路４０３ａに分配された分散相液滴、
４０９ｂは分岐流路４０３ｂ１のその下流における端（端Ｅ）、
４１０ｂ１及び４１０ｂ２は分岐流路４０３ｂ１の端４０９ｂから複数に分岐した流路（分岐流路Ｆ）、
４１２ｂ１及び４１２ｂ２は流路４０３ｂ１の端４０９ｂにおいて分割され分岐流路４１０ｂ１及び４１０ｂ２にそれぞれ分配された分散相液滴、
４１５ａ及び４１５ｂは前記分岐流路４０４ａあるいは４１１ｂ１から導入あるいは吸引される連続相、
図中の矢印はそれぞれの液体の流れの向きである。

この構造を用いて、少なくとも１つの分岐流路４０３ａ１あるいは４１０ｂ１は、その下流において少なくとも１つの分岐流路４０４ａあるいは４１１ｂを持ち、前記分岐流路４０４ａあるいは４１１ｂから連続相４１５を導入あるいは吸引することにより、流路４０１ａの端４０２ａあるいは分岐流路４０３ｂの端４０９ｂにおいてそれぞれの分岐流路４０３ａ１及び４０３ａ２あるいは分岐流路４１０ｂ１及び４１０ｂ２へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端４０２ａあるいは４０９ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することができる。

本発明のうち請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、分岐流路４０４ａあるいは４１１ｂから連続相４１５を導入あるいは吸引することにより、流路４０１ａの端４０２ａあるいは分岐流路４０３ｂの端４０９ｂにおいてそれぞれの分岐流路４０３ａ１及び４０３ａ２あるいは分岐流路４１０ｂ１及び４１０ｂ２へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端４０２ａあるいは４０９ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することができるようにしたものである。

従って、本発明のうち請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、分岐流路４０４ａあるいは４１１ｂから連続相４１５を導入あるいは吸引することにより、流路４０１ａの端４０２ａあるいは分岐流路４０３ｂの端４０９ｂにおいてそれぞれの分岐流路４０３ａ１及び４０３ａ２あるいは分岐流路４１０ｂ１及び４１０ｂ２へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端４０２ａあるいは４０９ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することが可能となる。

また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、液滴分割構造の幅、深さ、長さなどのいずれかのスケールにおいて、ミリメートル以下のオーダーであるようにしたものである。

また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、連続相と分散相とは実質的に相溶性がない流体である。

また、本発明のうち請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、連続相が水であり、分散相が油である。

また、本発明のうち請求項１２に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、連続相が油であり、分散相が水である。

また、本発明のうち請求項１３に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の発明において、連続相が液体であり、分散相が気体である。

また、本発明のうち請求項１４に記載の発明は、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の発明において、分割後の分散相液滴の径が、１０００μｍ未満である。

以下、実施例により本発明の液滴分割用の構造、及びこれを用いた液滴分割方法などについて具体的に例証する。

図５（ａ）には、本発明による液滴分割構造を備えたマイクロチップ５００が示されている。図５に示したマイクロチップ５００は、液滴分割のためのマイクロチップであり、本発明による液滴分割構造が備えられている。

図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、
５００は流路構造
５０１は所定の方向に延長され、分散相液滴を含む連続相が流れる流路（流路Ａ）、
５０２はその流路５０１の一方の端（端Ｂ）、
５０３ａ１及び５０３ａ２は流路５０１の端５０２から複数に分岐した流路であり、それぞれの流路へ流路５０１の端５０２において分配された分散相液滴を含む連続相が流れる分岐流路（分岐流路Ｃ）、
５０４は流路５０１の端５０２において分岐流路５０３ａ１及び５０３ａ２へ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節するために分岐流路５０３ａ１の下流に設けられた連続相を導入あるいは吸引する流路、
５０５は流路５０１の端５０２ではない他方の端であり、分散相液滴を含む連続相供給口（端Ｄ）、
５１３ａ１及び５１３ａ２は流路５０１の端５０２から分岐した流路、
５１５はマイクロチップの上側基板、
５１６はマイクロチップの下側基板、
ａ０及びａ１はマイクロチップ５００の端である。

ここで示したマイクロチップ５００は、高分子（ポリマー）材料、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）により形成された２枚の平板状の基板（上側：基板５１５、下側：基板５１６（図５（ｂ）参照））を重ね、結合させることによって構成されており、一辺が３０ｍｍの正方形で、厚みは５ｍｍであるが、マイクロチップの一辺の長さ、形状、厚みに制限はなく、任意の値に設定することができる。

液滴分割及び制御の構造部を拡大したものが図５（ｃ）である。

上側の基板５１５の下面には液滴分割のための流路が形成されており、その流路の深さは２５μｍである。一方、下側の基板５１６には上下面とも流路が形成されていない。更に、ＰＤＭＳの特徴として、硬化した表面は疎水性を示す。また、この表面をＯ２プラズマや、エキシマＵＶレーザなどで照射処理することにより、容易にＰＤＭＳとＰＤＭＳ、ＰＤＭＳとガラスなどを接着することが可能である。

なお、マイクロチップ５００内の流路の深さは、２５μｍであるが、任意の値に設定することができる。

流路５０１、５０３ａ１、５０３ａ２、５１３ａ１及び５１３ａ２の幅は、５０μｍであるが、任意の値に設定することができる。

以下に実際に行うマイクロチップ５００を用いた、液滴分割の為の液滴分割及びその制御の操作について説明する。

図６は、実施例の装置全体図を示す。

図６において、
６１７及び６２１は連続相（オリーブ油）を注入したマイクロシリンジ、
６１８及び６２２はそれぞれマイクロシリンジ６１７及び６２１の連続相を送液するシリンジポンプ、
６１９は連続相（オリーブ油）を注入したマイクロシリンジ、
６２０はマイクロシリンジ６１９の連続相を送液するシリンジポンプである。

図６に示すように、流路５１３ａから連続相としてオリーブ油を送液し、流路５１３ｂから分散相として純水を送液した。送液は、図６に示すように、マイクロシリンジ６１７及び６１９にそれぞれ連続相、分散相を注入し、それぞれシリンジポンプ６１８、６２０を用いて行った。連続相及び分散相の流速は、ともに０．０１５μＬ／ｍｉｎである。送液流速が共に安定した状態で、流路５０１の端５０５において液滴生成を確認した。生成された分散相液滴を観察すると平均長さ９８μｍの均一な液滴であった。

ここで、連続相及び分散相の流速を変化させることにより、上記実施例と大きさの異なった分散相液滴を生成することも可能である。

また、連続相及び分散相の流速は、上記実施例の送液流速に限定されるものではなく、微小流路構造体中の流路内を送液でき、分散相液滴を生成することが可能であれば、連続相及び分散相それぞれの送液流速は、どのような流速であっても良い。

また、上記実施例では、マイクロチップ５００内の流路の深さ及び幅をそれぞれ２５μｍ及び５０μｍとしたが、マイクロチップ内の流路の深さあるいは幅を変化させることにより、上記実施例と大きさの異なった分散相液滴を生成することも可能である。

次に、流路５０３ａ１の下流の分岐流路５０４から連続相して、オリーブ油を送液した。送液は、図６に示すように、マイクロシリンジ６２１に連続相を注入し、シリンジポンプ６２２を用いて行った。送液流量は、０μＬ／ｍｉｎ〜０．０１５μＬ／ｍｉｎで変化させた。分岐流路５０３ａ１の下流の分岐流路５０４から連続相を導入することにより、流路５０１の端５０２において分岐流路５０３ａ１及び５０３ａ２へそれぞれ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することで、分散相液滴の分割比を制御できることがわかった。

上記実施例では，連続相として純水、分散相としてオリーブ油を用いて液滴分割を行ったが、微小流路構造体中の流路内を送液でき、さらに分散送液滴を分割することができれば、その成分は特に制限されない。また、送液する分散相は、分散相中に、例えば、微小な粉末の様な固体状物が混在したスラリー状のものが混ざった流体、分散相が複数の流体から形成される流体、複数の流体から形成される混合流体、または懸濁液（エマルション）であっても良い。

また、上記実施例では、分散相液滴を分割について記述したが、本発明の液滴分割用構造においては、分散相液滴を分割のみならず、分割した分散相液滴に対し、可視光線、紫外線などの光を液滴に照射する光照射手段や、ヒーターなどの加熱手段といった、硬化させる手段を用いることで、分散相液滴を硬化させ、粒径の揃った微粒子、マイクロカプセル、マイクロゲルなどを生成させることもできる。

また、上記実施例では、この液滴分割構造をシリコンポリマーのＰＤＭＳで作製したが、流路内表面あるいは端面の一部又は全部を濡れ易くしたりあるいは濡れ難くしたりすることにより流路内の濡れ具合が調節でき、かつ構造が製作可能であれば、どのような材質（例えば、シリコン、ポリマー、ガラス、セラミックス、金属など）であっても良い。

また、上記実施例では、送液方法として、シリンジポンプを用いた定量送液を行ったが、その他に定圧送液などの方法を用いても良い。

また、上記実施例では、図５に示すようなレイアウトのマイクロチップを用いて行ったが、本発明は、図５に示されたマイクロチップに限定されるものではなく、本発明の目的を達することが可能であれば、どのようなレイアウト（例えば、図７（ａ）もしくは図７（ｂ）参照）であっても良い。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から除外する物ではない。

本発明の液滴分割構造及びその方法によれば、分散相液滴の分割サイズを任意にかつ簡便に制御でき、食品、医薬、化粧品などの製造分野において好適である。

本発明により生成された分散相液滴を硬化すれば、単分散微粒子を得ることができるため、ポリマー微粒子などの製造分野において好適である。

本発明の原理を説明するための概念説明図であり、（ａ）はその構造を示し、（ｂ）〜（ｄ）は液滴の分割方法を説明している。 請求項２に記載の分散相液滴分割構造及び方法の説明図である。 請求項３に記載の分散相液滴分割構造及び方法の説明図である。 請求項３に記載の分散相液滴分割構造及び方法の説明図である。 実施例１の分散相液滴分割及びその制御に使用される、本発明による液滴分割構造を備えたマイクロチップ５００の説明図であり、（ａ）はチップ全体のレイアウト、（ｂ）は（ａ）におけるａ０−ａ１断面図、（ｃ）は液滴分割のための分岐流路及び流量調節機構部分の拡大図である。 実施例１における液滴分割方法の説明図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の分散相液滴分割及びその制御に使用されるマイクロチップのレイアウトの一例である。

符号の説明

１００ 流路構造
１０１ 流路
１０２ 流路の端
１０３ 分岐流路
１０４ 流量調節機構
１０５ 流路の端
１０６ 連続相
１０７ 分散相液滴
１０８ 分散相液滴
２００ 流路構造
２０１ 流路
２０２ 流路の端
２０３ 分岐流路
２０４ 流量調節機構
２０５ 流路の端
２０６ 連続相
２０７ 分散相液滴
２０８ 分散相液滴
２０９ 流路の端
２１０ 分岐流路
２１１ 流量調節機構
２１２ 分散相液滴
３００ 流路構造
３０５ 流路の端
３０６ 連続相
３０７ 分散相液滴
３１３ 分岐流路
３１４ 分散相
４００ａ及び４００ｂ 流路構造
４０１ａ及び４００ｂ 流路
４０２ａ及び４００ｂ 流路の端
４０３ａ１、４０３ａ２、４０３ｂ１、
及び４０３ｂ２ 分岐流路
４０４ａ及び４０４ｂ 流量調節機構
４０５ａ及び４０５ｂ 流路の端
４０６ａ及び４０５ｂ 連続相
４０７ａ及び４０７ｂ 分散相液滴
４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ｂ１、
及び４０８ｂ２ 分散相液滴
４０９ｂ 流路の端
４１０ｂ１及び４１０ｂ２ 分岐流路
４１１ｂ１及び４１０ｂ２ 流量調節機構
４１２ｂ１及び４１０ｂ２ 分散相液滴
４１５ａ及び４１５ｂ 連続相
５００ 流路構造を持つマイクロチップ
５０１ 流路
５０２ 流路の端
５０３ａ１及び５０３ａ２ 分岐流路
５０４ ５０３ａ１の下流の分岐流路
５０５ 流路の端
５１３ａ１及び５１３ａ２ 分岐流路
５１５ 連続相
５１６ マイクロチップの上側の流路構造を有する基板
５１７ マイクロチップの下側基板
６００ 装置全体図
６１８ 連続相マイクロシリンジ
６１９ シリンジポンプ
６２０ 分散相マイクロシリンジ
６２１ シリンジポンプ
６２２ 連続相マイクロシリンジ
６２３ シリンジポンプ
７００ａ及び７００ｂ 流路構造
７０１ａ及び７０１ｂ 流路
７０２ａ及び７０２ｂ 流路の端
７０３ａ１〜７０３ａ３、７０３ｂ１
及び７０３ｂ２ 分岐流路
７０４ａ１〜７０４ａ３ ヒーター（流量調節機構）
７０４ｂ１及び７０４ｂ２ バルブ（流量調節機構）
７０５ａ及び７０５ｂ 流路の端
７０６ａ及び７０６ｂ 連続相
７０７ａ及び７０７ｂ 分散相液滴
７０８ａ１〜７０８ａ３、７０８ｂ１
及び７０８ｂ２ 分散相液滴
７０９ｂ１ 流路の端
７１０ｂ１及び７１０ｂ２ 分岐流路
７１１ｂ１ 流量調節機構
７１２ｂ１及び７１２ｂ２ 分散相液滴

Claims (14)

1. 所定の方向に延長され、その一端Ｂにおいて複数の分岐流路Ｃを持つ流路Ａを用い、流路Ａにおける端Ｂの他方の端Ｄから分散相液滴を含む連続相を導入し、端Ｂにおいて分割し、分岐流路Ｃに導入する方法であり、端Ｂにおいてそれぞれの分岐流路Ｃへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端Ｂにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる液滴分割構造及び方法。
2. 少なくとも１つの分岐流路Ｃは、その下流における端Ｅにおいて複数の分岐流路Ｆを持つ流路であり、流路Ａの端Ｂにおいて分割された分散相液滴が、更に分岐流路Ｃの端Ｅにおいて分割され、分岐流路Ｆに導入される方法であり、かつ端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節することにより、端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１に記載の液滴分割構造及び方法。
3. 前記流路Ａは、その端Ｂの他方の端Ｄにおいて複数の分岐流路Ｇを持つ流路であり、前記分岐流路Ｇの少なくとも１つから分散相を連続的に導入し、また前記分岐流路Ｇの別の少なくとも１つから連続相を連続的に導入することにより、端Ｄにおいて分散相液滴を生成することのできる請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
4. 少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において少なくとも１つの分岐流路Ｈを持ち、前記分岐流路Ｈから連続相を導入あるいは吸引することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
5. 少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において流路内の温度を調整することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
6. 少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その下流において加圧あるいは減圧することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
7. 少なくとも１つの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆは、その内部もしくは下流においてバルブを有し、そのバルブを制御することで、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
8. 請求項４〜請求項７に記載の流量調整構造または方法のうち任意の２つ以上の組み合わせを用い、流路Ａの端Ｂあるいは分岐流路Ｃの端Ｅにおいてそれぞれの分岐流路Ｃあるいは分岐流路Ｆへ分配される分散相液滴を含む連続相の流量を調節し、端Ｂあるいは端Ｅにおいて分割される分散相液滴の分割比を変化させ分散相液滴の大きさを制御することのできる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
9. 前記液滴分割構造は、幅、深さ、長さなどのいずれかのスケールにおいて、ミリメートル以下のオーダーである請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
10. 連続相と分散相とは実質的に相溶性がない流体である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
11. 連続相が水であり、分散相が油である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
12. 連続相が油であり、分散相が水である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。
13. 連続相が液体であり、分散相が気体である請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の微小液滴分割構造及び方法。
14. 分割後の分散相液滴の径が、１０００μｍ未満である請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の液滴分割構造及び方法。