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(In Japanese)微小液滴の製造装置 meetings foreign

Patent code P140010504
File No. 09T275P/JP
Posted date Apr 25, 2014
Application number P2012-524579
Patent number P5665061
Date of filing Jul 13, 2011
Date of registration Dec 19, 2014
International application number JP2011066004
International publication number WO2012008497
Date of international filing Jul 13, 2011
Date of international publication Jan 19, 2012
Priority data
  • P2010-158988 (Jul 13, 2010) JP
Inventor
  • (In Japanese)西迫 貴志
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title (In Japanese)微小液滴の製造装置 meetings foreign
Abstract (In Japanese)本発明は、微小液滴をより低コストで、効率的に、しかも大量生産することができる微細流路を用いた微小液滴の製造装置を提供する。
本発明の微小液滴の製造装置は、微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される微小液滴生成部と、微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、複数の微小液滴の生成部に第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、微細流路基板保持用ホルダーが、第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の環状流路を有する多重管構造を有する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

本発明者らは、サイズの均一性(単分散性)に優れた微小液滴(エマルション)の生成手法として、微細流路の交差形状を利用したエマルションの生成手法を開発している(WO02/068104)。

この技術により、均一サイズのエマルションを生成することができ、またエマルションの液滴径や生成速度を流路内の流れの速さを操作することで柔軟に制御できるようになった。そして、この技術は、多相エマルションの生成(特開2004-237177号公報)、球状固体微粒子の調製(特開2004-059802号公報、特開2004-067953号公報)、着色固体微粒子の調製(特開2004-197083号公報)などに応用されている。

しかしながら、上記の技術には、1つの微細流路交差構造では液滴を生成できる流量に上限があり、処理できる量が少ないという問題がある。この問題を解決するために、微細流路を多数並列化させた装置の開発例がいくつか報告されている。例えば、(a)分散相分配用微細流路の層、(a)連続相液体分配用微細流路の層および(c)液滴生成用Y字微細流路の層、の計3層を貼り合わせた微細流路基板が報告されている(特開2004-243308号公報)。

一方、本発明者らは、液滴生成用の微細流路の交差形状を多数並べた微細流路基板と各微細流路への液体の分配を制御するための階層構造を備えた微細流路基板保持用ホルダーから成る装置を開発している(WO2007/026564,Lab Chip,2008,8,287-293)。

しかしながら、上記の微小液滴の製造装置では、微細流路基板の各流路に基板外部から分散相および連続相を供給するための複数の導入口(液体供給口)に対応して、微細流路基板保持用ホルダーにも複数の液体供給経路を設ける必要がある。この構造は以下のような問題を有する。

まず、微細流路基板に並列化させる流路の数の増大に伴い、微細流路基板の液体供給口の数も増加させる必要があるが、それに応じて、微細流路基板保持用ホルダーの各階層にも対応する位置に多数の液体供給経路を設ける必要がある。また、微細流路基板により密に流路を並べて単位面積あたりの流路数を増加させることが基板面積の有効利用の観点から望ましいが、これには微細流路基板に加工する液体供給口のサイズ、および対応する微細流路基板保持用ホルダーの液体供給経路の穴サイズをより小さくする必要がある。通常、微細流路基板保持用ホルダーの作製は機械加工によって行うが、多数の微細穴の加工は技術的に困難であり、高コストにつながる。また、微細流路基板保持用ホルダーに密に微細穴加工を行った場合には、縦穴の隙間を通る、各階層の側面からの分散相あるいは連続相の供給口の加工が困難となる。

また、1つの微細流路基板保持用ホルダーは、液体供給口の配置が異なる微細流路基板に対して用いることができず、汎用性に欠けるのが難点である。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は微小液滴の製造装置に関し、さらに詳しくは微細流路を用いた、単分散性に優れる微小液滴(エマルション)の製造装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=2(このときM=1)であり、且つ第1の液体が分散相、第2の液体が連続相であり、
微細流路構造体保持用ホルダーが、微細流路基板の下部に配置される、連続相のホルダーへの導入口を備えた第3部品と、分散相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第3部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と、前記第2部品と組み合わせることで分散相を微細流路基板に供給するための円環状経路を形成し且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項3】
 
複数の微小液滴の生成部は、連続相液体に対して両側から分散相液体が交互に合流する請求項1に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項5】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=2(このときM=1)であり、且つ第1の液体が連続相、第2の液体が分散相であり、
微細流路構造体保持用ホルダーが、前記微細流路基板の下部に配置される、分散相のホルダーへの導入口を備えた第3部品と、連続相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第3部品と組み合わせることで分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と、生成液滴のホルダーからの排出口を備え、且つ前記第2部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成し、且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項6】
 
複数の微小液滴の生成部は、前記分散相に対して両側から連続相が合流する請求項5に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項8】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=3であり、且つ第1の液体が第1分散相であり、第2の液体が第2分散相、第3の液体が連続相であり、生成液滴が第1分散相と第2分散相から構成され、
微細流路構造体保持用ホルダーが、
前記微細流路基板の下部に配置される、第2分散相のホルダーへの導入口を備えた第4部品と、
第1分散相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第4部品と組み合わせることで第2分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第3部品と、
連続相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第3部品と組み合わせることで第1分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と、
生成液滴のホルダーからの排出口を備え、且つ前記第2部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成し、且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒または多角筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項9】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=3であり、且つ第1の液体が連続相であり、第2の液体が第1分散相、第3の液体が第2分散相であり、生成液滴が第1分散相と第2分散相から構成され、
微細流路構造体保持用ホルダーが、
前記微細流路基板の下部に配置される、第2分散相のホルダーへの導入口を備えた第4部品と、
第1分散相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第4部品と組み合わせることで第2分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第3部品と、
連続相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第3部品と組み合わせることで第1分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と、
生成液滴のホルダーからの排出口を備え、且つ前記第2部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成し、且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒または多角筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項10】
 
M=2であり、生成液滴が、第1分散相を最内相、第2分散相を中間相とするダブルエマルションである請求項9に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項11】
 
複数の最内相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は、前記中間相に対して両側から最内相が交互に合流し、前記複数の中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は、最内相液滴を含む中間相に対して両側から連続相が合流する請求項10に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項12】
 
M=2であり、生成液滴が、第1分散相を中間相、第2分散相を最内相とするダブルエマルションである請求項9に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項13】
 
複数の最内相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は、前記最内相に対して両側から中間相が合流し、前記複数の中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は、前記最内相液滴を含む中間相に対して両側から連続相が合流する請求項12に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項15】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=4であり、且つ第1の液体が連続相であり、第2の液体が第1分散相、第3の液体が第2分散相、第4の液体が第3分散相であり、生成液滴が第1分散相、第2分散相、および第3分散相の三相から構成され、
微細流路構造体保持用ホルダーが、
前記微細流路基板の下部に配置される、第3分散相のホルダーへの導入口を備えた第5部品と、
第2分散相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第5部品と組み合わせることで第3分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第4部品と、
第1分散相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第4部品と組み合わせることで第2分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第3部品と、
連続相のホルダーへの導入口を備え、且つ前記第3部品と組み合わせることで第1分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と、
生成液滴のホルダーからの排出口を備え、且つ前記第2部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成し、且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒または多角筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項16】
 
M=3であり、生成液滴が第1分散相を第1中間相(連続相と接する相)、第2分散相を第2中間相(第1中間相の内側に位置する相)、第3分散相を最内相とするトリプルエマルションである請求項15に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項17】
 
複数の最内相液滴の生成部(第3微小液滴生成部)は、最内相に対して両側から第2中間相が合流し、複数の第2中間相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は、前記最内相液滴を含む第2中間相に対して両側から第1中間相が合流し、前記複数の第1中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は、前記最内相液滴を含む第2中間相液滴を内包する第1中間相に対して両側から連続相が合流する請求項16に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項18】
 
M=3であり、生成液滴が第1分散相を第1中間相、第2分散相を最内相、および第3分散相を第2中間相とするトリプルエマルションである請求項15に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項19】
 
複数の最内相液滴の生成部(第3微小液滴生成部)は、第2中間相に対して両側から交互に最内相が合流し、複数の第2中間相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は、前記最内相液滴を含む第2中間相に対して両側から第1中間相が合流し、
前記複数の第1中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は、前記最内相液滴を含む第2中間相液滴を内包する第1中間相に対して両側から連続相が合流することを特徴とする請求項18に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項22】
 
微細流路を用いた微小液滴の製造装置において、
該装置が微細流路基板と微細流路基板保持用ホルダーを備え、
微細流路基板が、中央部に形成される微小液滴の排出口と、この微小液滴の排出口に微細流路によって接続され、この微小液滴の排出口を中心としたM個(Mは1以上の整数)の円形または多角形のそれぞれの周上に複数配置される、内側から第1~第Mの円形または多角形の周上の微小液滴生成部と、前記微小液滴の排出口を中心とした円形または多角形の周上に配置される第1の液体の導入口と、さらにその外側の円形または多角形の周上に順次配置される第N(ただしNは2以上の整数、M≦N-1)までの液体の導入口と、前記複数の微小液滴の生成部に前記第1~第Nの液体を供給する微細流路を有し、
微細流路基板保持用ホルダーが、微小液滴の排出口を中心軸とし、前記第1~第Nの液体を微細流路基板の各液体の導入口に均等に流量配分するためのN個の円環状または多角環状流路を有する多重管構造を有する微小液滴の製造装置であって、
N=5であり,且つ第1の液体が連続相であり,第2の液体が第1分散相,第3の液体が第2分散相,第4の液体が第3分散相,第5の液体が第4分散相であり,生成液滴が,第1分散相,第2分散相,第3分散相,および第4分散相の四相から構成され、
微細流路構造体保持用ホルダーが,
前記微細流路基板の下部に配置される,第4分散相のホルダーへの導入口を備えた第6部品と,
第3分散相のホルダーへの導入口を備え,且つ前記第6部品と組み合わせることで第4分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第5部品と,
第2分散相のホルダーへの導入口を備え,且つ前記第5部品と組み合わせることで第3分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第4部品と,
第1分散相のホルダーへの導入口を備え,且つ前記第4部品と組み合わせることで第2分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第3部品と,
連続相のホルダーへの導入口を備え,且つ前記第3部品と組み合わせることで第1分散相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成する第2部品と,
生成液滴のホルダーからの排出口を備え,且つ前記第2部品と組み合わせることで連続相を微細流路基板に供給するための円環状または多角環状流路を形成し,且つ中央に微小液滴の微細流路基板からの排出口を有する円筒または多角筒を備える第1部品を具備することを特徴とする微小液滴の製造装置。

【請求項23】
 
M=4であり、生成液滴が第1分散相を第1中間相(連続相と接する相)、第2分散相を第2中間相(第1中間相の内側に位置する相),第3分散相を第3中間相(第2中間相の内側に位置する相),第4分散相を最内相とするクワドラプル(四重)エマルションである請求項22に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項24】
 
複数の最内相液滴の生成部(第4微小液滴生成部)は,最内相に対して両側から第3中間相が合流し,複数の第3中間相液滴の生成部(第3微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相に対して両側から第2中間相が合流し,前記複数の第2中間相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相液滴を内包する第2中間相に対して両側から第1中間相が合流し,前記複数の第1中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相液滴を含む第2中間相液滴を内包する第1中間相に対して両側から連続相が合流する請求項23に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項25】
 
M=4であり、生成液滴が第1分散相を第1中間相(連続相と接する相)、第2分散相を第2中間相(第1中間相の内側に位置する相),第3分散相を最内相,第4分散相を第3中間相(第2中間相の内側に位置する相)とするクワドラプル(四重)エマルションである請求項22に記載の微小液滴の製造装置。

【請求項26】
 
複数の最内相液滴の生成部(第4微小液滴生成部)は,第3中間相に対して両側から最内相が合流し,複数の第3中間相液滴の生成部(第3微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相に対して両側から第2中間相が合流し,前記複数の第2中間相液滴の生成部(第2微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相液滴を内包する第2中間相に対して両側から第1中間相が合流し,前記複数の第1中間相液滴の生成部(第1微小液滴生成部)は,前記最内相液滴を含む第3中間相液滴を含む第2中間相液滴を内包する第1中間相に対して両側から連続相が合流する請求項25に記載の微小液滴の製造装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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