JP2007014936A

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Publication number: JP2007014936A
Application number: JP2005213881A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Fujii; 泰久藤井; Norimoto Yasuda; 徳元安田
Original assignee: Kansai Research Institute KRI Inc
Current assignee: Kansai Research Institute KRI Inc
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2007-01-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for conveniently forming microstructured products having a desired shape and small variations in size with good yields and at low cost. <P>SOLUTION: The method for producing the microstructure comprises the steps of supplying a 1st liquid to a 1st flow path, supplying a 2nd liquid to a 2nd flow path that is formed so as to enclose the 1st flow path, and making the 1st liquid come into contact with the 2nd liquid at a point where the 1st flow path and the 2nd flow path meet, wherein the laminar flow of the 1st liquid is made to come into contact with the same of the 2nd liquid. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

Translated fromJapanese

本発明は、微小構造体の製造方法およびマイクロリアクターに関する。より詳細には、本発明は、所望の形状を有し、かつサイズのバラツキが小さい微小構造体を、歩留まり良く、かつ、簡便安価に製造する方法、および、そのような微小構造体を容易に製造することが可能なマイクロリアクターに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a microstructure and a microreactor. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a microstructure having a desired shape and small size variation with good yield and at a low cost, and to easily provide such a microstructure. The present invention relates to a microreactor that can be manufactured.

微小構造体（例えば、ナノメートルまたはマイクロメートルの径を有するファイバー）は、比表面積が非常に大きい。このような微小構造体は、固体でありながら気体または液体との界面が非常に大きくなる。その結果、微小構造体は、表面特性が全体の特性に与える影響の度合いが非常に大きい。また例えば、ナノメートルサイズの径を有するファイバーは、その径が光の波長よりも小さくなること、導体の平均自由工程よりも小さくなること、磁性体の磁区よりも小さくなること等に起因して、同じ物質のバルク状態とは全く異なる電子的、光学的、電気的、磁気的および機械的特性を発揮する（量子サイズ効果）（非特許文献１参照）。 Microstructures (eg, fibers having a nanometer or micrometer diameter) have a very large specific surface area. Such a microstructure has a very large interface with a gas or a liquid while being a solid. As a result, the microstructure has a very large degree of influence of the surface characteristics on the overall characteristics. Also, for example, a fiber having a nanometer-sized diameter is caused by the fact that the diameter is smaller than the wavelength of light, the mean free path of the conductor is smaller, the magnetic domain is smaller than the magnetic domain, etc. It exhibits electronic, optical, electrical, magnetic and mechanical properties that are completely different from the bulk state of the same substance (quantum size effect) (see Non-Patent Document 1).

従来、ファイバーの製造方法としては、溶融紡糸法、湿式紡糸法、界面重合法等が知られている。しかし、このような従来技術では、ナノメートルサイズの径を有するファイバーを安定的に製造することは実質的に不可能である。 Conventionally, melt spinning methods, wet spinning methods, interfacial polymerization methods, and the like are known as fiber manufacturing methods. However, with such conventional technology, it is practically impossible to stably manufacture a fiber having a nanometer size diameter.

特に、ナノメートルサイズ〜マイクロメートルサイズのファイバーを製造しようとする場合、非常に高価で大型の装置が必要となる。しかも、そのような装置を用いても、歩留まりが非常に悪い。加えて、得られるファイバーの径の分布が非常に大きく、また、所望の形状（例えば、楕円形、星形、中空のような断面形状）を有するファイバーを製造することは実質的に不可能である。 In particular, when manufacturing nanometer-sized to micrometer-sized fibers, a very expensive and large-sized apparatus is required. Moreover, the yield is very poor even when such an apparatus is used. In addition, the resulting fiber diameter distribution is very large, and it is virtually impossible to produce fibers having the desired shape (eg, elliptical, star, hollow cross-sectional shape). is there.

一方、微小構造体の別の代表例である微粒子を形成する方法として液相法が知られている。液相法としては、共沈法、ゾル−ゲル法、噴射熱分解法（液滴−粒子転換プロセス）等が知られている。共沈法、ゾル−ゲル法は、製造工程が煩雑であるという問題を有する。噴射熱分解法は、比較的装置が単純で、ワンステップでの製造が可能であるという点で注目を集めている。しかし、これらの方法はいずれも、非常に微小な（例えば、ナノサイズの）微粒子を形成することは実質的に困難である。
「ナノ粒子の製造・評価・応用・機器の最新技術」、小泉光恵ら編集、シー・エム・シー出版発行特開２００４−１９５４３３号公報On the other hand, a liquid phase method is known as a method for forming fine particles, which is another typical example of a microstructure. As the liquid phase method, a coprecipitation method, a sol-gel method, a spray pyrolysis method (droplet-particle conversion process), and the like are known. The coprecipitation method and the sol-gel method have a problem that the production process is complicated. The spray pyrolysis method has attracted attention because it is relatively simple and can be manufactured in one step. However, in any of these methods, it is substantially difficult to form very fine (eg, nano-sized) fine particles.
“Latest Technology for Nanoparticle Production, Evaluation, Application, and Equipment”, edited by Mitsue Koizumi et al., CMC Publishing JP 2004-195433 A

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、所望の形状を有し、かつサイズのバラツキが小さい微小構造体を、歩留まり良く、かつ、簡便安価に形成する方法を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a microstructure having a desired shape and small size variation with high yield and simple. The object is to provide a method of forming at low cost.

本発明の微小構造体の製造方法は、第１の流路に第１の液体を供給する工程と；該第１の流路を包囲するように形成された第２の流路に第２の液体を供給する工程と；該第１の流路と該第２の流路とが合流する地点で該第１の液体と該第２の液体とを接触させる工程とを含み、該第１の液体および該第２の液体を層流状態で接触させる。 The method for manufacturing a microstructure of the present invention includes a step of supplying a first liquid to a first flow path; a second flow path formed to surround the first flow path; Supplying a liquid; and contacting the first liquid and the second liquid at a point where the first flow path and the second flow path meet, The liquid and the second liquid are brought into contact in a laminar flow state.

好ましい実施形態においては、上記層流のレイノルズ数は０．１〜２００である。 In preferable embodiment, the Reynolds number of the said laminar flow is 0.1-200.

好ましい実施形態においては、上記第１の液体の流量は、上記第２の液体の流量より小さい。 In a preferred embodiment, the flow rate of the first liquid is smaller than the flow rate of the second liquid.

好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記第１の液体および第２の液体を接触させた後、触媒に接触させる工程をさらに含む。 In a preferred embodiment, the manufacturing method further includes a step of contacting the catalyst after contacting the first liquid and the second liquid.

好ましい実施形態においては、上記製造方法は、上記第１の液体および第２の液体を接触させて、形状保持物質で形状保持された中間体を形成した後、微小構造体を形成し、該微小構造体から該形状保持物質を除去する工程をさらに含む。 In a preferred embodiment, in the manufacturing method, the first liquid and the second liquid are brought into contact with each other to form an intermediate body held in shape by a shape-holding substance, and then a microstructure is formed. The method further includes the step of removing the shape-retaining substance from the structure.

好ましい実施形態においては、上記第１の液体は連続的に供給される。別の実施形態においては、上記第１の液体は脈動的に供給される。 In a preferred embodiment, the first liquid is supplied continuously. In another embodiment, the first liquid is supplied in a pulsatile manner.

好ましい実施形態においては、上記第１の流路は、直径１〜１０００μｍの実質的に円形の断面形状を有する。別の実施形態においては、上記第１の流路は、楕円形、多角形、十字形または星形の断面形状を有する。 In a preferred embodiment, the first flow path has a substantially circular cross-sectional shape with a diameter of 1 to 1000 μm. In another embodiment, the first flow path has an elliptical, polygonal, cross-shaped or star-shaped cross-sectional shape.

好ましい実施形態においては、上記第１の液体はアルギン酸水溶液とテトラエトキシシランとの混合液であり、上記第２の液体は塩化カルシウム水溶液である。 In a preferred embodiment, the first liquid is a mixed solution of an alginate aqueous solution and tetraethoxysilane, and the second liquid is a calcium chloride aqueous solution.

好ましい実施形態においては、上記製造方法は、微粒子、ロッドまたはファイバーを形成する。 In a preferred embodiment, the production method forms microparticles, rods or fibers.

本発明の別の局面においては、マイクロリアクターが提供される。本発明のマイクロリアクターは、第１の液体が供給される第１の流路と、第２の液体が供給される第２の流路と、該第１の流路と該第２の流路が３次元的に合流して形成される合流流路を備え、該第１の流路における出口を端部とする少なくとも一部が該第２の流路に包囲されてなる。 In another aspect of the invention, a microreactor is provided. The microreactor of the present invention includes a first flow path to which a first liquid is supplied, a second flow path to which a second liquid is supplied, the first flow path, and the second flow path. Includes a merge channel formed by three-dimensionally merging, and at least a part of the first channel having an outlet as an end is surrounded by the second channel.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記第２の流路への第２の液体の供給口を複数個備える。 In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention includes a plurality of second liquid supply ports to the second flow path.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記第１の流路の出口の内径が０．０５〜０．８ｍｍである。 In a preferred embodiment, in the microreactor of the present invention, the inner diameter of the outlet of the first flow path is 0.05 to 0.8 mm.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記第２の流路における、上記第１の流路の出口を含む断面の内径が、（上記第１の流路の出口の内径＋０．２）ｍｍ以上、（上記第１の流路の出口の内径＋１．６）ｍｍ以下である。 In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention has an inner diameter of a cross section including the outlet of the first channel in the second channel (the inner diameter of the outlet of the first channel +0.2). ) Mm or more and (inner diameter of the outlet of the first flow path +1.6) mm or less.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記第１の流路に、上記第１の液体を脈動的に流すためのパルス発生手段が備えられている。 In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention is provided with pulse generating means for causing the first liquid to flow in a pulsating manner in the first flow path.

好ましい実施形態においては、上記パルス発生手段は、上記第１の流路の一部をダイアフラム部として該ダイアフラム部をアクチュエーターで振動させる。 In a preferred embodiment, the pulse generating means vibrates the diaphragm portion with an actuator using a part of the first flow path as a diaphragm portion.

好ましい実施形態においては、本発明のマイクロリアクターは、上記第１の流路中における第１の液体の流量と上記第２の流路中における第２の液体の流量を可変するための流量制御手段を備える。 In a preferred embodiment, the microreactor of the present invention includes a flow rate control means for varying the flow rate of the first liquid in the first flow channel and the flow rate of the second liquid in the second flow channel. Is provided.

本発明によれば、マイクロリアクターを用いて反応液を層流状態で接触させることにより、以下のような利点が得られる：（１）液−液界面での反応となるので、材料選択の自由度が大きく、かつ、安全である；（２）微小空間において非常に安定で精密な反応が実現されるので、得られる微小構造体の均一性にきわめて優れる；（３）流路および反応液の供給形態を変えることにより、所望の形状の微小構造体を形成することが可能である；（４）流量を制御するだけで得られる微小構造体のサイズを変えることが可能である；および（５）歩留まり良く、低コストで効率良く微小構造体を製造することが可能である。本発明で得られる微小構造体としては、例えば、ナノ・マイクロサイズのマイクロファイバー、マイクロ構造体（繊維（ファイバー）、中空繊維、粒子、異形粒子、マイクロロット、各種形状マイクロカプセルなど）などが挙げられる。 According to the present invention, the following advantages can be obtained by contacting the reaction liquid in a laminar flow state using a microreactor: (1) Since the reaction is performed at the liquid-liquid interface, the material can be freely selected. (2) Extremely stable and precise reaction is realized in a minute space, so that the uniformity of the resulting microstructure is extremely excellent; (3) Flow path and reaction solution By changing the supply form, it is possible to form a microstructure with a desired shape; (4) it is possible to change the size of the microstructure obtained by simply controlling the flow rate; and (5 ) It is possible to manufacture a microstructure with good yield and low cost efficiently. Examples of the microstructure obtained in the present invention include nano / micro-sized microfibers, microstructures (fibers, hollow fibers, particles, irregularly shaped particles, microlots, various-shaped microcapsules, etc.). It is done.

以下、本発明の好ましい実施形態について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。なお、本発明において、流路の「内径」とは、流路方向から見た断面形状が実質的に円形の場合にはその内部の直径を、流路方向から見た断面形状が円形以外の場合には内部の径に対応する長さを意味するものとする。例えば、断面形状が実質的に正方形の場合には、その内部の対角線の長さを意味するものとする。 Hereinafter, although preferable embodiment of this invention is described, this invention is not limited to these embodiment. In the present invention, the “inner diameter” of the flow path means the internal diameter when the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is substantially circular, and the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is other than circular. In this case, the length corresponding to the inner diameter is meant. For example, when the cross-sectional shape is substantially square, it means the length of the diagonal inside.

図１（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による製造方法に好ましく用いることができる装置（マイクロリアクター）１００の流路方向に沿った概略断面図であり、図１（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線による（すなわち、流路方向から見た）断面図である。図２は装置１００を上方から見た概略図であり、図３は装置１００の斜視図である。この装置１００は、第１の流路１０と、第１の流路を包囲するように設けられた第２の流路２０と、第１の流路１０および第２の流路２０が合流して形成される合流流路３０とを有する。第１の流路１０と第２の流路２０とは、合流点（すなわち、合流流路の上流端部）３１の上流側（図示例では右側）においては、隔壁４０によって仕切られている。装置１００は、第１の流路１０への供給口１０１、第２の流路２０への供給口１０２、１０２´を備える。供給口１０１、１０２、１０２´の形状および位置は、目的に応じて適宜設計され得る。例えば、図１〜３に示すように、供給口１０１、１０２、１０２´が全て上方に位置する場合であってもよいし、図４（装置１００を上方から見た概略図）に示すように、供給口１０１、１０２、１０２´が全て側面に位置する場合であってもよい。それぞれの流路１０、２０および３０の形状は、目的に応じて適宜設計され得る。例えば、図１〜３に示すような実施形態においては、第１の流路１０の流路方向に沿った断面は実質的に直線状であり、第２の流路２０の流路方向に沿った断面はテーパー状であり、合流流路３０の流路方向に沿った断面は実質的に直線状である。別の実施形態においては、第１の流路１０の流路方向に沿った断面は実質的にテーパー状であり、かつ、第２の流路のテーパーよりも小さいテーパーであり得る。また、例えば、図４に示すように、供給口１０１から第１の流路１０へ向かう流路や、供給口１０２（１０２´）から第２の流路２０へ向かう流路が、流路方向に沿って障害となる突起部や角部などを有さない形状であることも、気泡等の混入を避ける点で好ましい形態の１つである。 FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a device (microreactor) 100 that can be preferably used in the manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention along the flow path direction, and FIG. It is sectional drawing by the -B line (namely, seeing from the flow path direction). FIG. 2 is a schematic view of theapparatus 100 as viewed from above, and FIG. 3 is a perspective view of theapparatus 100. In thisapparatus 100, thefirst flow path 10, thesecond flow path 20 provided so as to surround the first flow path, thefirst flow path 10 and thesecond flow path 20 merge. And a mergingflow path 30 formed. Thefirst flow path 10 and thesecond flow path 20 are partitioned by apartition wall 40 on the upstream side (right side in the illustrated example) of the merging point (that is, the upstream end portion of the merging flow path) 31. Theapparatus 100 includes asupply port 101 to thefirst flow path 10 andsupply ports 102 and 102 ′ to thesecond flow path 20. The shape and position of thesupply ports 101, 102, 102 ′ can be appropriately designed according to the purpose. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, thesupply ports 101, 102, 102 ′ may all be located above, or as shown in FIG. 4 (schematic view of thedevice 100 from above). Thesupply ports 101, 102, 102 'may be all located on the side surface. The shape of each of theflow paths 10, 20 and 30 can be appropriately designed according to the purpose. For example, in the embodiment as shown in FIGS. 1 to 3, the cross section along the flow path direction of thefirst flow path 10 is substantially linear, and along the flow path direction of thesecond flow path 20. The cross section is tapered, and the cross section along the flow path direction of themerge flow path 30 is substantially linear. In another embodiment, the cross section of thefirst flow path 10 along the flow path direction is substantially tapered and may have a taper smaller than the taper of the second flow path. Further, for example, as shown in FIG. 4, the flow path from thesupply port 101 to thefirst flow path 10 and the flow path from the supply port 102 (102 ′) to thesecond flow path 20 are in the flow direction. It is also one of the preferable forms from the viewpoint of avoiding mixing of bubbles and the like that does not have a protruding part or a corner part that becomes an obstacle along the surface.

１つの実施形態においては、この装置の流路の全長Ｌは、約３０ｍｍ〜約６０ｍｍである。１つの実施形態においては、第１の流路の径（流路方向から見た断面形状が実質的に円形の場合）または径に対応するサイズ（流路方向から見た断面形状が異形の場合）は、１μｍ〜１０００μｍである。 In one embodiment, the overall length L of the flow path of the device is from about 30 mm to about 60 mm. In one embodiment, the diameter of the first flow path (when the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is substantially circular) or the size corresponding to the diameter (the cross-sectional shape viewed from the flow path direction is irregular) ) Is 1 μm to 1000 μm.

本発明のマイクロリアクターは、好ましい実施形態として、図１〜４の装置１００に示すように、第１の液体が供給される第１の流路１０と、第２の液体が供給される第２の流路２０と、該第１の流路と該第２の流路が３次元的に合流して形成される合流流路３０を備え、該第１の流路１０における出口を端部とする少なくとも一部が該第２の流路２０に包囲されてなる。 As a preferred embodiment, the microreactor of the present invention has afirst channel 10 to which a first liquid is supplied and a second channel to which a second liquid is supplied, as shown in theapparatus 100 of FIGS. , Amerged flow channel 30 formed by three-dimensionally joining the first flow channel and the second flow channel, and an outlet of thefirst flow channel 10 as an end. At least a part of this is surrounded by thesecond flow path 20.

本発明のマイクロリアクターは、図１〜４の装置１００に示すように、第２の流路２０への第２の液体の供給口を複数個備える（図１〜４においては１０２と１０２´）ことが好ましい。より好ましくは２〜５個、さらに好ましくは２〜３個である。このような構造とすることで、第２の流路２０中における気泡の発生等を防止することが可能となるとともに、十分な層流を実現することが可能となる。 The microreactor of the present invention includes a plurality of second liquid supply ports to thesecond channel 20 as shown in theapparatus 100 of FIGS. 1 to 4 (102 and 102 ′ in FIGS. 1 to 4). It is preferable. More preferably, it is 2-5, and still more preferably 2-3. By adopting such a structure, it is possible to prevent generation of bubbles in thesecond flow path 20 and to realize a sufficient laminar flow.

本発明のマイクロリアクターは、第１の流路１０の出口の内径が０．０５〜０．８ｍｍであることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．８ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜０．７ｍｍ、特に好ましくは０．２〜０．６ｍｍ、最も好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。第１の流路１０の出口の内径が上記範囲にあることによって、第１の液体と第２の液体とが、層流状態で３次元的に合流でき、所望の微小構造体を得ることが可能となる。 In the microreactor of the present invention, the inner diameter of the outlet of thefirst channel 10 is preferably 0.05 to 0.8 mm, more preferably 0.1 to 0.8 mm, still more preferably 0.2 to 0 mm. 0.7 mm, particularly preferably 0.2 to 0.6 mm, most preferably 0.3 to 0.5 mm. When the inner diameter of the outlet of thefirst channel 10 is in the above range, the first liquid and the second liquid can be three-dimensionally merged in a laminar flow state, and a desired microstructure can be obtained. It becomes possible.

本発明のマイクロリアクターは、第２の流路における、第１の流路の出口を含む断面の内径が、（第１の流路の出口の内径＋０．２）ｍｍ以上、（第１の流路の出口の内径＋１．６）ｍｍ以下である、ことが好ましく、より好ましくは、（第１の流路の出口の内径＋０．２）ｍｍ以上、（第１の流路の出口の内径＋１．３）ｍｍ以下、さらに好ましくは、（第１の流路の出口の内径＋０．３）ｍｍ以上、（前記第１の流路の出口の内径＋１．０）ｍｍ以下である。第２の流路における、第１の流路の出口を含む断面の内径が上記範囲にあることによって、第１の液体と第２の液体とが、層流状態で３次元的に合流でき、所望の微小構造体を得ることが可能となる。 In the microreactor of the present invention, the inner diameter of the cross section including the outlet of the first channel in the second channel is (the inner diameter of the outlet of the first channel + 0.2) mm or more (first flow It is preferable that the inner diameter of the outlet of the passage +1.6) mm or less, more preferably, (the inner diameter of the outlet of the first flow path +0.2) mm or more, (the inner diameter of the outlet of the first flow path +1) .3) mm or less, more preferably, (the inner diameter of the outlet of the first flow path +0.3) mm or more and (the inner diameter of the outlet of the first flow path +1.0) mm or less. When the inner diameter of the cross section including the outlet of the first channel in the second channel is in the above range, the first liquid and the second liquid can be three-dimensionally merged in a laminar flow state, A desired microstructure can be obtained.

本発明のマイクロリアクターは、例えば、図５に示すように、第１の流路１０に、第１の液体を脈動的に流すためのパルス発生手段５０が備えられていてもよい。パルス発生手段５０の位置は、第１の流路１０の途中であればどこでもよく、目的に応じて適宜設計され得る。パルス状の圧力をかけるタイミングと時間とを制御することにより、得られる微小構造体の長さや形を任意に調整することが可能になる。パルスの長さが短い場合には、微小構造体の長さが短くなり、ロットや微粒子などのマイクロ構造体の製造が可能となる。より好ましい実施形態においては、パルス発生手段５０は、第１の流路１０の一部をダイアフラム部として該ダイアフラム部をアクチュエーターで振動させる。例えば、図６に示すように、第１の流路１０の一部に形成したダイアフラム部６０をアクチュエーター７０で振動させる。振動数は、好ましくは１〜３０Ｈｚである。アクチュエーター７０としては、例えば、株式会社タウザー研究所製のリニアアクチュエーター（ＰＭＮＡ−１００５Ｓ）が挙げられる。ダイアフラム部の薄肉部厚みは、好ましくは０．０５〜０．５０ｍｍ、より好ましくは０．０７〜０．４０ｍｍ、さらに好ましくは０．１０〜０．３０ｍｍである。後述する光造形法によれば、図６に示すような構造のマイクロリアクターを容易に作製することができる。 In the microreactor of the present invention, for example, as shown in FIG. 5, pulse generation means 50 for causing the first liquid to flow in a pulsating manner may be provided in thefirst flow path 10. The position of the pulse generating means 50 may be anywhere in the middle of thefirst flow path 10 and can be appropriately designed according to the purpose. By controlling the timing and time of applying the pulsed pressure, the length and shape of the obtained microstructure can be arbitrarily adjusted. When the length of the pulse is short, the length of the microstructure is shortened, and a microstructure such as a lot or fine particles can be manufactured. In a more preferred embodiment, the pulse generating means 50 uses a part of thefirst flow path 10 as a diaphragm part and vibrates the diaphragm part with an actuator. For example, as shown in FIG. 6, adiaphragm portion 60 formed in a part of thefirst flow path 10 is vibrated by anactuator 70. The frequency is preferably 1 to 30 Hz. As theactuator 70, for example, a linear actuator (PMNA-1005S) manufactured by Touzer Laboratory Co., Ltd. may be mentioned. The thin part thickness of the diaphragm part is preferably 0.05 to 0.50 mm, more preferably 0.07 to 0.40 mm, and still more preferably 0.10 to 0.30 mm. According to the stereolithography described later, a microreactor having a structure as shown in FIG. 6 can be easily manufactured.

本発明のマイクロリアクターは、第１の流路１０中における第１の液体の流量と第２の流路２０中における第２の液体の流量を可変するための流量制御手段を備えていてもよい。流量制御手段は、好ましくは、出口側よりも供給口側に近いところ（上流側）に備える。流量制御手段としては、例えば、シリンジポンプ、ギアポンプなどが挙げられ、好ましくはシリンジポンプである。流量制御手段を備えることにより、第１の流路１０中における第１の液体の流量と第２の流路２０中における第２の液体の流量を可変できるため、得られる微小構造体の径を任意に制御することができ、また、微小構造体の種類によっては、硬化具合、硬化肉厚、中空断面などを任意に制御することができる。 The microreactor of the present invention may include a flow rate control means for varying the flow rate of the first liquid in thefirst flow channel 10 and the flow rate of the second liquid in thesecond flow channel 20. . The flow rate control means is preferably provided at a location closer to the supply port side than the outlet side (upstream side). Examples of the flow rate control means include a syringe pump and a gear pump, and a syringe pump is preferable. By providing the flow rate control means, the flow rate of the first liquid in thefirst flow path 10 and the flow rate of the second liquid in thesecond flow path 20 can be varied. It can be arbitrarily controlled, and depending on the type of the microstructure, the degree of curing, the cured wall thickness, the hollow cross section, and the like can be arbitrarily controlled.

本発明のマイクロリアクターは、どのような方法で作製しても良いが、容易且つ正確に作製できる等の点で、光造形法により作製することが好ましい。光造形法とは、３次元ＣＡＤデータで設計された立体像を２次元のスライスデータに変換し、このデータに基づいて、レーザーで一層ずつ光硬化性樹脂を硬化させていき、３次元に積層造形していく方法である。より具体的には、３次元ＣＡＤデータで設計された立体像を、幾層もの薄い断面体にスライスして２次元のスライスデータに変換し、この２次元のスライスデータに基づいてレーザーがタンク内の光硬化性樹脂の表面を走査して断面形状を描いていく。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体が形成される。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、３次元に積層造形していく。最後にエレベーターを引き上げることで、３次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して完成させる。光造形法に用いることができる光造形装置としては、例えば、株式会社ディーメック製の光造形装置（例えば、ＳＣＳ−１０００ＨＤなど）が挙げられる。光造形法に用いることができる光硬化性樹脂としては、例えば、株式会社ディーメック製の光硬化性樹脂（例えば、オキセタン系のＳＣＲ９５０など）が挙げられる。レーザーとしては、例えば、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（ピーク波長＝３２５ｎｍ）が挙げられる。レーザーのスポットサイズは、例えば、φ１０〜１００μｍが好ましく、φ３０〜７０μｍがより好ましい。硬化させて得られる樹脂一層分の厚みは、例えば、１０〜５０μｍが好ましく、２０〜４０μｍがより好ましい。 The microreactor of the present invention may be produced by any method, but it is preferably produced by an optical modeling method in that it can be produced easily and accurately. The stereolithography method converts a 3D image designed with 3D CAD data into 2D slice data, and based on this data, the photocurable resin is cured layer by layer with a laser and laminated in 3D. It is a method of modeling. More specifically, a three-dimensional image designed with three-dimensional CAD data is sliced into thin layers of several layers and converted into two-dimensional slice data. Based on this two-dimensional slice data, the laser is inside the tank. The cross-sectional shape is drawn by scanning the surface of the photocurable resin. The portion irradiated with the laser is cured, and a cross-section for one layer is formed on the elevator. After that, the elevator descends one layer at a time, and several thin cross-sectional bodies are continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model is taken out and subjected to post-processing to be completed. As an optical modeling apparatus that can be used for the optical modeling method, for example, an optical modeling apparatus (for example, SCS-1000HD) manufactured by Deemec Co., Ltd. may be used. Examples of the photocurable resin that can be used in the optical modeling method include a photocurable resin (for example, oxetane-based SCR950, etc.) manufactured by Deemec Co., Ltd. Examples of the laser include a He—Cd laser (peak wavelength = 325 nm). For example, the laser spot size is preferably φ10 to 100 μm, and more preferably φ30 to 70 μm. The thickness of one resin layer obtained by curing is preferably, for example, 10 to 50 μm, and more preferably 20 to 40 μm.

本発明の好ましい実施形態による製造方法は、上記第１の流路１０に第１の液体を供給する工程と；上記第２の流路２０に第２の液体を供給する工程と；該第１の流路と該第２の流路の合流点３１で該第１の液体と該第２の液体とを接触させる工程とを含む。本発明においては、上記のような装置を用いることにより、第１の液体および第２の液体はその合流点３１および合流流路３０で層流を形成する。すなわち、本発明においては、第１の液体および第２の液体は、層流状態で接触する。第１の液体および第２の液体は、目的に応じて適宜選択され得る（第１の液体および第２の液体の代表例の詳細については後述する）。第１の液体および第２の液体を層流状態で接触させることにより、液−液界面での非常に安定な反応が可能となる。その結果、例えば第１の液体を連続的に供給する場合には、非常に安定な直線状の反応固化が実現され、非常に微小な径を有し、かつ径のばらつきがきわめて小さいファイバーが安定的に形成され得る。 The manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention includes a step of supplying a first liquid to thefirst flow path 10; a step of supplying a second liquid to thesecond flow path 20; And a step of bringing the first liquid and the second liquid into contact with each other at thejunction 31 of the second flow path and the second flow path. In the present invention, by using the apparatus as described above, the first liquid and the second liquid form a laminar flow at themerge point 31 and themerge channel 30. That is, in the present invention, the first liquid and the second liquid contact in a laminar flow state. The first liquid and the second liquid can be appropriately selected according to the purpose (details of representative examples of the first liquid and the second liquid will be described later). By bringing the first liquid and the second liquid into contact in a laminar flow state, a very stable reaction at the liquid-liquid interface becomes possible. As a result, for example, when the first liquid is continuously supplied, a very stable linear reaction solidification is realized, and a fiber having a very small diameter and extremely small variation in diameter is stable. Can be formed.

本発明においては、第１の液体および第２の液体を層流状態で接触させるので、層流の界面における物質の移動・拡散を利用でき、界面において、「溶解から凝固」、「イオン交換」、「重縮合」などの化学反応を起こすことが可能となる。また、本発明においては第１の流路と該第２の流路を３次元的に合流させることで第１の液体および第２の液体を層流状態で接触させるので、比界面積が特に大きい３次元液−液界面を安定的に生成することができ、界面に沿った断面形状を有する微小構造体を流路進行方向に安定的に生成させることができる。 In the present invention, since the first liquid and the second liquid are contacted in a laminar flow state, the movement / diffusion of the substance at the interface of the laminar flow can be used. It is possible to cause chemical reactions such as “polycondensation”. In the present invention, the first liquid and the second liquid are brought into contact in a laminar flow state by three-dimensionally joining the first flow path and the second flow path, so that the specific interface area is particularly high. A large three-dimensional liquid-liquid interface can be stably generated, and a microstructure having a cross-sectional shape along the interface can be stably generated in the flow path traveling direction.

上記層流のレイノルズ数は好ましくは０．１〜２００であり、さらに好ましくは０．５〜５０であり、特に好ましくは１〜２０であり、最も好ましくは１〜８である。このような非常に小さいレイノルズ数であれば、第１の液体と第２の液体の流量比を調整することにより、第１の液体の合流後の液幅を制御することができる。その結果、所望のサイズを有する微小構造体を非常に正確に得ることができる。このような非常に小さいレイノルズ数を有する層流状態における液−液反応を実現したことが本発明の大きな成果の１つである。また、レイノルズ数を上記範囲に制御することにより、マイクロリアクター内の第１の液体または第２の液体の流速を上昇させても、層流状態に乱れが生じ難く、３次元液−液界面に沿った断面形状を有する微小構造体を流路進行方向に安定的に生成させることができる。 The Reynolds number of the laminar flow is preferably 0.1 to 200, more preferably 0.5 to 50, particularly preferably 1 to 20, and most preferably 1 to 8. With such a very small Reynolds number, it is possible to control the liquid width after the first liquid merges by adjusting the flow ratio of the first liquid and the second liquid. As a result, a microstructure having a desired size can be obtained very accurately. One of the great achievements of the present invention is to realize a liquid-liquid reaction in a laminar flow state having such a very small Reynolds number. In addition, by controlling the Reynolds number within the above range, even if the flow velocity of the first liquid or the second liquid in the microreactor is increased, the laminar flow state is hardly disturbed, and the three-dimensional liquid-liquid interface is not generated. It is possible to stably generate a microstructure having a cross-sectional shape along the flow path traveling direction.

好ましくは、上記第１の液体の流量は、上記第２の液体の流量より小さい。第１の液体の流量を第２の液体の流量よりも小さくすることにより、微小構造体の非常に安定した形成が可能となる。例えばファイバーを形成する場合には、非常に小さい径を有し、かつ、径のばらつきがないファイバーを得ることができる。さらに、第２の液体の流量を大きくすることにより、合流流路３０における生成微小構造体に起因する摩擦や閉塞を防止することができる。具体的には、第１の液体の流量は、好ましくは０．０５〜１μｌ／秒であり、第２の液体の流量は、好ましくは０．２〜４０μｌ／秒である。第１の液体と第２の液体の流量比は、好ましくは１：５０〜１：４００である。 Preferably, the flow rate of the first liquid is smaller than the flow rate of the second liquid. By making the flow rate of the first liquid smaller than the flow rate of the second liquid, it is possible to form the microstructure very stably. For example, when a fiber is formed, a fiber having a very small diameter and no variation in diameter can be obtained. Furthermore, by increasing the flow rate of the second liquid, it is possible to prevent friction and blockage caused by the generated microstructure in themerge channel 30. Specifically, the flow rate of the first liquid is preferably 0.05 to 1 μl / second, and the flow rate of the second liquid is preferably 0.2 to 40 μl / second. The flow rate ratio of the first liquid to the second liquid is preferably 1:50 to 1: 400.

本発明においては、上記第１の液体が供給される流路（図１の第１の流路１０）の形状および上記第１の液体の供給方法を変化させることにより、任意の適切な形状およびサイズの微小構造体を得ることができる。１つの実施形態においては、上記第１の流路１０は、直径１〜１０００μｍの実質的に円形の断面形状を有する。別の実施形態においては、上記第１の流路１０は、楕円形、多角形、十字形または星形の断面形状を有する。さらに別の実施形態においては、上記第１の流路１０は、多層構造（例えば、上層と下層の２層構造、上層と中間層と下層の３層構造）や多重構造（例えば、図７の断面図に示すような内側流路と外側流路との２重構造、内側流路と中間流路と外側流路との３重構造）を有していてもよい。１つの実施形態においては、上記第１の液体は連続的に（すなわち、実質的に整流で）供給される。別の実施形態においては、上記第１の液体は脈動的に供給される。例えば、第１の流路１０として実質的に円形の断面形状を有する流路を用い、上記第１の液体を連続的に供給すると、図８（ａ）に示すようなファイバーが得られる。また例えば、第１の流路１０として四角形の断面形状を有する流路を用い、上記第１の液体を連続的に供給すると、図８（ｂ）に示すようなファイバーが得られる。第１の流路形状を平坦な形状とすることにより、非常に薄い平坦なファイバーが得られる（図示せず）。例えば、第１の流路１０として実質的に円形の断面形状を有する流路を用い、上記第１の液体を脈動的に供給すると、図８（ｃ）に示すような微粒子が得られる。第１の液体の流路形状を変化させることにより、図８（ｄ）に示すような微粒子が得られる。脈動のパルス形状を変化させることにより、図８（ｅ）に示すようなロッドやいわゆる串団子状の微小構造体が得られる。また、反応液（第１の液体および第２の液体）の種類を適切に選択することにより、第１の液体を連続的に供給する場合であっても、微粒子が得られ得る。 In the present invention, by changing the shape of the flow path to which the first liquid is supplied (thefirst flow path 10 in FIG. 1) and the method of supplying the first liquid, any appropriate shape and A microstructure having a size can be obtained. In one embodiment, thefirst flow path 10 has a substantially circular cross-sectional shape with a diameter of 1 to 1000 μm. In another embodiment, thefirst flow path 10 has an elliptical, polygonal, cruciform or star-shaped cross-sectional shape. In still another embodiment, thefirst channel 10 has a multilayer structure (for example, a two-layer structure of an upper layer and a lower layer, a three-layer structure of an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer) or a multiple structure (for example, FIG. It may have a double structure of an inner flow path and an outer flow path as shown in a sectional view, and a triple structure of an inner flow path, an intermediate flow path, and an outer flow path). In one embodiment, the first liquid is supplied continuously (ie, substantially rectified). In another embodiment, the first liquid is supplied in a pulsatile manner. For example, when a flow path having a substantially circular cross-sectional shape is used as thefirst flow path 10 and the first liquid is continuously supplied, a fiber as shown in FIG. 8A is obtained. For example, when a flow path having a square cross-sectional shape is used as thefirst flow path 10 and the first liquid is continuously supplied, a fiber as shown in FIG. 8B is obtained. By making the first flow path shape a flat shape, a very thin flat fiber can be obtained (not shown). For example, when a channel having a substantially circular cross-sectional shape is used as thefirst channel 10 and the first liquid is supplied in a pulsating manner, fine particles as shown in FIG. 8C are obtained. By changing the channel shape of the first liquid, fine particles as shown in FIG. 8D are obtained. By changing the pulse shape of the pulsation, a rod as shown in FIG. 8E or a so-called skewered microstructure can be obtained. Further, by appropriately selecting the type of the reaction liquid (first liquid and second liquid), fine particles can be obtained even when the first liquid is continuously supplied.

本発明においては、反応液（第１の液体および第２の液体）の種類を適切に選択し、および／または、第１の液体および第２の液体の流速を適切に選択し（リアクター内での接触時間を適切に選択）、および／または、適切な化学処理や表面処理を行うことにより、中空の微小構造体や多孔質の微小構造体を得ることができる。 In the present invention, the type of the reaction liquid (first liquid and second liquid) is appropriately selected, and / or the flow rates of the first liquid and second liquid are appropriately selected (within the reactor). The contact time is appropriately selected) and / or by performing an appropriate chemical treatment or surface treatment, a hollow microstructure or a porous microstructure can be obtained.

本発明における第１の液体と第２の液体の組み合わせ例（いずれが第１の液体でいずれが第２の液体かは問わない）としては、例えば、ポリ−Ｌ−乳酸溶液とイオン交換水、テトラエトキシシラン透明重合溶液とアンモニア水、などが挙げられる。 Examples of the combination of the first liquid and the second liquid in the present invention (which is the first liquid and which is the second liquid) include, for example, a poly-L-lactic acid solution and ion-exchanged water, Examples include tetraethoxysilane transparent polymerization solution and aqueous ammonia.

本発明においては、第１の液体中に予め他の物質を含有させておくことにより、得られる微小構造体中に他の物質を封入してなるマイクロ構造体を得ることができる。第１の液体と他の物質との組み合わせとしては、例えば、アルギン酸水溶液と顔料、アルギン酸水溶液と微生物、などが挙げられる。 In the present invention, by incorporating another substance in the first liquid in advance, a microstructure formed by enclosing another substance in the obtained microstructure can be obtained. Examples of the combination of the first liquid and another substance include an alginic acid aqueous solution and a pigment, an alginic acid aqueous solution and a microorganism, and the like.

本発明の製造方法の一例として、上記第１の液体としてアルギン酸水溶液（実用的には、アルギン酸ナトリウム水溶液）とテトラエトキシシランとの混合液を用い、上記第２の液体として塩化カルシウム水溶液を用いる場合について説明する。第１の流路１０に上記混合液を連続的に供給し、第２の流路２０に塩化カルシウム水溶液を連続的に供給する。合流点３１で上記混合液と塩化カルシウム水溶液が接触すると、アルギン酸が塩化カルシウムのカルシウムイオンによって部分的にイオン架橋される。その結果、水に不溶性の（ゼリー状の）アルギン酸カルシウムが形成される。ここで、上記のように、混合液（アルギン酸）と塩化カルシウム水溶液は層流状態で接触するので、アルギン酸と塩化カルシウム水溶液とは実質的に混合されることなく、液−液界面でのみ反応する。その結果、上記混合液と塩化カルシウム水溶液との界面にアルギン酸カルシウムのゲル状膜が形成される。言い換えれば、ゲル状膜で構成された中空ファイバー状の外郭とその内部に含有された液体状のテトラエトキシシランとを有する、いわゆる芯鞘構造のファイバー状中間体が形成される。このアルギン酸カルシウムのゲル状膜が、形成される微小構造体の形状保持機能を有する。また、ゲル状膜内部のテトラエトキシシランは、ＳｉＯ_２の前駆体として機能する。なお、このような形状保持物質（ここでは、アルギン酸カルシウム）による中間体自体が、微小構造体であり得る。As an example of the production method of the present invention, a mixed liquid of an alginate aqueous solution (practically a sodium alginate aqueous solution) and tetraethoxysilane is used as the first liquid, and a calcium chloride aqueous solution is used as the second liquid. Will be described. The mixed liquid is continuously supplied to thefirst flow path 10, and the calcium chloride aqueous solution is continuously supplied to thesecond flow path 20. When the mixed solution and the aqueous calcium chloride solution are brought into contact at thejunction 31, alginic acid is partially ionically crosslinked by the calcium ions of calcium chloride. As a result, water-insoluble (jelly-like) calcium alginate is formed. Here, as described above, since the mixed solution (alginic acid) and the calcium chloride aqueous solution are contacted in a laminar flow state, the alginic acid and the calcium chloride aqueous solution are not substantially mixed and react only at the liquid-liquid interface. . As a result, a gel-like film of calcium alginate is formed at the interface between the mixed solution and the aqueous calcium chloride solution. In other words, a so-called core-sheathed fiber-shaped intermediate having a hollow fiber-shaped outer shell composed of a gel-like membrane and liquid tetraethoxysilane contained therein is formed. This gel-like film of calcium alginate has a function of maintaining the shape of the microstructure to be formed. Further, tetraethoxysilane inside the gel film functions as a precursor of SiO₂ . In addition, the intermediate body itself by such a shape-retaining substance (here, calcium alginate) can be a microstructure.

好ましくは、上記ファイバー状中間体を触媒（例えば、ＮａＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ、塩酸）に接触させる。その結果、下記のような加水分解と脱水縮合反応が起こり、テトラエトキシシランからＳｉＯ_２が生成する。上記アルギン酸カルシウムのゲル状膜を形成する場合には、得られるＳｉＯ_２は微粒子となる。より具体的には、ＳｉＯ_２微粒子がアルギン酸カルシウムのゲル状中空ファイバーに内包された状態で得られる。一方、テトラエトキシシランと触媒を直接接触させることにより、非常に小さい径を有し、かつ、径のばらつきがないＳｉＯ_２ファイバーが得られ得る。
Ｓｉ（Ｃ_２Ｈ_５Ｏ）_４＋４Ｈ_２Ｏ → Ｓｉ（ＯＨ）_４ + ４Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ
Ｓｉ（ＯＨ）_４ → ＳｉＯ_２＋Ｈ_２ＯPreferably, the fibrous intermediate is contacted with a catalyst (eg, NaOH, NH₄ OH, hydrochloric acid). As a result, the following hydrolysis and dehydration condensation reactions occur, and SiO₂ is generated from tetraethoxysilane. In the case of forming the calcium alginate gel-like film, the obtained SiO₂ becomes fine particles. More specifically, it is obtained in a state where SiO₂ fine particles are encapsulated in a gel-like hollow fiber of calcium alginate. On the other hand, by directly contacting the tetraethoxysilane and the catalyst, a SiO₂ fiber having a very small diameter and no variation in diameter can be obtained.
Si (C₂ H₅ O)₄ + 4H₂ O → Si (OH)₄ + 4C₂ H₅ OH
Si (OH)₄ → SiO₂ + H₂ O

必要に応じて、得られたＳｉＯ_２ファイバーからアルギン酸カルシウムのゲル状膜を除去する。アルギン酸カルシウムのゲル状膜の除去は、例えば飽和食塩水で洗浄することにより行われる。また、アルギン酸ナトリウム水溶液の濃度を変化させることにより、アルギン酸ナトリウム水溶液とテトラエトキシシランとの混合比率を変化させることにより、あるいは、アルギン酸カルシウムの除去の際に任意の適切な処理を行うことにより、所望の表面特性を有する微粒子（例えば、表面が平滑な微粒子、表面に凹凸構造を有する微粒子、または多孔質の微粒子）を得ることができる。If necessary, the gel-like film of calcium alginate is removed from the obtained SiO₂ fiber. The removal of the calcium alginate gel-like film is performed, for example, by washing with saturated saline. Also, by changing the concentration of the aqueous sodium alginate solution, changing the mixing ratio of the aqueous sodium alginate solution and tetraethoxysilane, or by performing any appropriate treatment upon removal of calcium alginate, (For example, fine particles having a smooth surface, fine particles having an uneven structure on the surface, or porous fine particles) having the above surface characteristics.

以上のようにして、ＳｉＯ_２微粒子が得られる。アルギン酸水溶液とテトラエトキシシランとの混合液の供給形態や流路形状を変更することにより、ＳｉＯ_２の異形微粒子やロッドが得られることはいうまでもない。As described above, SiO₂ fine particles are obtained. It goes without saying that the modified fine particles and rods of SiO₂ can be obtained by changing the supply mode of the mixed solution of the alginic acid aqueous solution and tetraethoxysilane and the channel shape.

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

図１〜３に示すマイクロリアクターについて、光造形装置（株式会社ディーメック製、商品名：ＳＣＳ−１０００ＨＤ）を用い、３次元ＣＡＤデータで設計された立体像を、幾層もの薄い断面体にスライスして２次元のスライスデータに変換した。タンク内に光硬化性樹脂（株式会社ディーメック製、商品名：ＳＣＲ９５０）とエレベーターを入れ、この２次元のスライスデータに基づいてレーザー（Ｈｅ−Ｃｄレーザー、ピーク波長＝３２５ｎｍ）をタンク内の光硬化性樹脂の表面に走査させ、断面形状を描いていった。レーザーのスポットサイズはφ５０μｍであった。レーザーが当たった部分は硬化し、エレベーター上に一層分の断面体（樹脂一層分の厚み＝３０μｍ）が形成された。その後、エレベーターが一層分ずつ下降して、連続的に幾層もの薄い断面体を積層し、３次元に積層造形していった。最後にエレベーターを引き上げることで、３次元に積層造形されたモデルを取り出し、後処理を施して、図１〜３に示すマイクロリアクターを完成させた。 For the microreactor shown in FIGS. 1 to 3, a three-dimensional image designed with three-dimensional CAD data is sliced into several thin cross-sections using a stereolithography apparatus (trade name: SCS-1000HD, manufactured by DEMEC). And converted into two-dimensional slice data. A photo-curing resin (trade name: SCR950, manufactured by DEMEC Co., Ltd.) and an elevator are placed in the tank, and a laser (He-Cd laser, peak wavelength = 325 nm) is applied to the light in the tank based on the two-dimensional slice data. The surface of the curable resin was scanned to draw a cross-sectional shape. The laser spot size was φ50 μm. The portion irradiated with the laser was cured, and a cross section for one layer (thickness for one resin layer = 30 μm) was formed on the elevator. After that, the elevator descended one layer at a time, and several thin cross-sections were continuously laminated and three-dimensionally layered. Finally, by lifting the elevator, a three-dimensional layered model was taken out and post-processed to complete the microreactor shown in FIGS.

３．５重量％アルギン酸ナトリウム水溶液１０ｍｌとテトラエトキシシラン（純度９５％）２ｍｌをビーカー中でスタラーを用いて十分に攪拌し、混合液を調製した。一方、塩化カルシウム粒子０．５ｇを水９９．５ｇに溶解し、０．５重量％の塩化カルシウム溶液を調製した。実施例１で作製したマイクロリアクターを用い、第１の流路（内側流路）に上記混合液を流し、第２の流路（外側流路）に上記塩化カルシウム溶液を流した。混合液および塩化カルシウム溶液のいずれも、シリンジポンプを用いて連続的に流した。混合液の流量は０．４５μｌ／秒であり、塩化カルシウム溶液の流量は２９．１μｌ／秒であり、流量比は１：６４であった。リアクターの合流点で混合液と塩化カルシウム水溶液とを接触させることにより、テトラメトキシシラン（ＳｉＯ_２前駆体）をアルギン酸カルシウムで内包したファイバー状中間体を得た。このファイバー状中間体を２８重量％アンモニア水中に７２時間沈水して、ＳｉＯ_２微粒子をアルギン酸カルシウムで内包したファイバーを得た。このファイバーを飽和食塩水に沈水し、アルギン酸カルシウムを除去した。次いで、メンブレンフィルターを用いてＳｉＯ_２微粒子を回収した。得られた微粒子を２日間乾燥した。A mixed solution was prepared by sufficiently stirring 10 ml of a 3.5 wt% aqueous sodium alginate solution and 2 ml of tetraethoxysilane (purity 95%) using a stirrer in a beaker. On the other hand, 0.5 g of calcium chloride particles were dissolved in 99.5 g of water to prepare a 0.5 wt% calcium chloride solution. Using the microreactor produced in Example 1, the mixed solution was allowed to flow through the first flow path (inner flow path), and the calcium chloride solution was flowed into the second flow path (outer flow path). Both the mixed solution and the calcium chloride solution were continuously flowed using a syringe pump. The flow rate of the mixed solution was 0.45 μl / second, the flow rate of the calcium chloride solution was 29.1 μl / second, and the flow rate ratio was 1:64. By contacting the mixed solution and the aqueous calcium chloride solution at the junction of the reactor, a fibrous intermediate encapsulating tetramethoxysilane (SiO₂ precursor) with calcium alginate was obtained. This fibrous intermediate was submerged in 28 wt% ammonia water for 72 hours to obtain a fiber in which SiO₂ fine particles were encapsulated with calcium alginate. The fiber was submerged in saturated saline to remove calcium alginate. It was then recovered SiO₂ particles with a membrane filter. The obtained fine particles were dried for 2 days.

上記ＳｉＯ_２微粒子を内包したアルギン酸カルシウムのファイバーをエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）で分析した。その結果、ファイバーの材質がアルギン酸カルシウムであることが確認された。また、ファイバーを破壊してファイバー内部を分析した結果、ＳｉＯ_２微粒子が形成されていると推定された。さらに、アルギン酸カルシウムのファイバーおよびＳｉＯ_２微粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。その結果、ファイバーの断面は実質的に円形で、外径は約８１μｍ、厚みは約１０μｍであった。微粒子のサイズは直径２００ｎｍ以下と推定された。The calcium alginate fibers encapsulating the SiO₂ fine particles were analyzed with an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX). As a result, it was confirmed that the fiber material was calcium alginate. Furthermore, analysis of the internal fibers to destroy fiber was estimated to SiO₂ particles are formed. Further, calcium alginate fibers and SiO₂ fine particles were observed with a scanning electron microscope (SEM). As a result, the cross section of the fiber was substantially circular, the outer diameter was about 81 μm, and the thickness was about 10 μm. The size of the fine particles was estimated to be 200 nm or less in diameter.

混合液の流量を０．０８μｌ／秒、塩化カルシウム溶液の流量を２９．１μｌ／秒、したがって流量比を１：３６５としたこと以外は実施例２と同様にして、ＳｉＯ_２微粒子をアルギン酸カルシウムで内包したファイバーおよびＳｉＯ_２微粒子を得た。得られたファイバーおよび微粒子について、実施例２と同様の評価に供した。その結果、ファイバーの材質がアルギン酸カルシウムであることが確認された。また、ファイバー内部にはＳｉＯ_２微粒子が形成されていると推定された。ファイバーの断面は実質的に円形で、外径は約２５μｍ、厚みは約５μｍであった。微粒子のサイズは直径２００ｎｍ以下と推定された。In the same manner as in Example 2 except that the flow rate of the mixed solution was 0.08 μl / second, the flow rate of the calcium chloride solution was 29.1 μl / second, and thus the flow rate ratio was 1: 365, the SiO₂ fine particles were made of calcium alginate. Encapsulated fibers and SiO₂ fine particles were obtained. The obtained fibers and fine particles were subjected to the same evaluation as in Example 2. As a result, it was confirmed that the fiber material was calcium alginate. It was also estimated that SiO₂ fine particles were formed inside the fiber. The cross section of the fiber was substantially circular, the outer diameter was about 25 μm, and the thickness was about 5 μm. The size of the fine particles was estimated to be 200 nm or less in diameter.

混合液を脈動的に流したこと以外は実施例２と同様にして、ＳｉＯ_２微粒子をアルギン酸カルシウムで内包したロッドおよびＳｉＯ_２微粒子を得た。混合液の脈動的な供給は、オンオフバルブ（ＬｅｅＣｏｍｐａｎｙ社製の超小型プランジャーバルブＩＮＫＸ０５１４３００Ａ）により行った。バルブの駆動条件は２４Ｖであり、脈動のパルスは１０ｐｐｓ（パルス／秒）であった。得られたロッドおよび微粒子について、実施例２と同様の評価に供した。その結果、ロッドの材質がアルギン酸カルシウムであることが確認された。また、ロッド内部にはＳｉＯ_２微粒子が形成されていると推定された。ロッドの断面は楕円形で、径（（長辺＋短辺）／２）は約７２μｍであった。ロッドの長さは約１．１ｍｍであった。微粒子のサイズは直径２００ｎｍ以下と推定された。Except that the mixed solution was pulsated, rods and SiO₂ fine particles enclosing SiO₂ fine particles with calcium alginate were obtained in the same manner as in Example 2. The pulsating supply of the liquid mixture was performed by an on-off valve (a micro plunger valve INKX0514300A manufactured by Lee Company). The driving condition of the valve was 24 V, and the pulse of pulsation was 10 pps (pulse / second). The obtained rod and fine particles were subjected to the same evaluation as in Example 2. As a result, it was confirmed that the material of the rod was calcium alginate. It was also estimated that SiO₂ fine particles were formed inside the rod. The rod had an oval cross section and a diameter ((long side + short side) / 2) of about 72 μm. The length of the rod was about 1.1 mm. The size of the fine particles was estimated to be 200 nm or less in diameter.

実施例１で作製したマイクロリアクターを用い、第１の流路（内側流路）に０．５重量％アルギン酸水溶液を流し、第２の流路（外側流路）に３．５重量％塩化カルシウム水溶液を流した。アルギン酸水溶液および塩化カルシウム水溶液のいずれも、シリンジポンプを用いて連続的に流した。アルギン酸水溶液の流量は２７．８ｎｌ／秒であり、塩化カルシウム水溶液の流量は５．５５μｌ／秒であり、直径５０μｍのアルギン酸カルシウムファイバーを得た。このときの製造速度は、マイクロファイバー１０ｍｍ当たり０．７１秒であった。
〔比較例１〕Using the microreactor produced in Example 1, a 0.5 wt% aqueous alginate solution was passed through the first flow path (inner flow path), and 3.5 wt% calcium chloride was passed through the second flow path (outer flow path). An aqueous solution was poured. Both the alginate aqueous solution and the calcium chloride aqueous solution were continuously flowed using a syringe pump. The flow rate of the aqueous alginate solution was 27.8 nl / second, the flow rate of the aqueous calcium chloride solution was 5.55 μl / second, and a calcium alginate fiber having a diameter of 50 μm was obtained. The production speed at this time was 0.71 second per 10 mm of microfiber.
[Comparative Example 1]

湿式二重紡糸機を用い、直径１００μｍ以下のアルギン酸カルシウムファイバーからなる極細中空繊維の紡糸を行った。低い溶液濃度による粘度低下や、ノズルと凝固浴面との距離であるギャップ部分の延長による自重延伸などを試みても、極細中空繊維が得られなかった。 An ultrafine hollow fiber made of calcium alginate fiber having a diameter of 100 μm or less was spun using a wet double spinning machine. Even when attempts were made to reduce the viscosity due to a low solution concentration, or to perform self-weight stretching by extending the gap portion, which is the distance between the nozzle and the coagulation bath surface, ultrafine hollow fibers could not be obtained.

ポリ−Ｌ−乳酸１５重量部をジオキサン８５重量部に溶解させ、１５重量％のポリ−Ｌ−乳酸溶液を作って被凝固ポリマー溶液として用いた。凝固液として、イオン交換水を用いた。両方の溶液をともに長時間室温に放置し、２５℃の室温になったことを確かめて使用した。実施例１で作製したマイクロリアクターを用い、ポリ−Ｌ−乳酸溶液を鞘部（第２の流路）に、イオン交換水を芯部（第１の流路）に、シリンジポンプによって同じ速度でゆっくりと送り込んだ。顕微鏡により、層流状態でマイクロリアクター（合流流路）の内部を流れることを確かめ、凝固反応をマイクロリアクター（合流流路）の中で行い、紡糸した。ノズルから出た中空繊維に水ミストを付着させ、自重延伸させながら、中空繊維外面のさらなる凝固をさせ、直径２０μｍの極細多孔質ポリ−Ｌ−乳酸中空繊維を得た。 15 parts by weight of poly-L-lactic acid was dissolved in 85 parts by weight of dioxane to prepare a 15% by weight poly-L-lactic acid solution, which was used as a solidified polymer solution. Ion exchange water was used as the coagulation liquid. Both solutions were allowed to stand at room temperature for a long time and used after confirming that the room temperature was 25 ° C. Using the microreactor produced in Example 1, the poly-L-lactic acid solution was placed in the sheath (second flow path), the ion exchange water was placed in the core (first flow path), and the syringe pump at the same speed. Sent slowly. Using a microscope, the inside of the microreactor (merging channel) was confirmed to flow in a laminar flow state, and the coagulation reaction was performed in the microreactor (merging channel) and spinning was performed. Water mist was attached to the hollow fiber coming out of the nozzle, and the outer surface of the hollow fiber was further solidified while being stretched by its own weight to obtain an ultrafine porous poly-L-lactic acid hollow fiber having a diameter of 20 μm.

液状テトラエトキシシラン１７０重量部、水２９０重量部、エチルアルコール４０重量部、１Ｎ塩酸１滴を加えて、１２時間室温で液状テトラエトキシシランの加水分解と縮重合反応を起こさせ、均一な透明重合溶液を得た。この均一なテトラエトキシシラン透明重合溶液を被凝固ポリマー溶液として用いた。凝固液として、０．１Ｎアンモニア水を用いた。両方の溶液をともに長時間室温に放置し、２５℃の室温になったことを確かめて使用した。実施例１で作製したマイクロリアクターを用い、均一なテトラエトキシシラン透明重合溶液を鞘部（第２の流路）に、０．１Ｎアンモニア水を芯部（第１の流路）に、ギアポンプによって同じ速度でゆっくりと送り込んだ。顕微鏡により、層流状態でマイクロリアクター（合流流路）の内部を流れることを確かめ、凝固反応をマイクロリアクター（合流流路）の中で行い、紡糸した。ノズルから出た中空繊維に０．１Ｎアンモニア水ミストを付着させ、自重延伸させながら、中空繊維外面のさらなる凝固をさせ、直径１５μｍの極細多孔質シリカ繊維を得た。 Uniform transparent polymerization by adding 170 parts by weight of liquid tetraethoxysilane, 290 parts by weight of water, 40 parts by weight of ethyl alcohol, and 1 drop of 1N hydrochloric acid to cause hydrolysis and condensation polymerization of liquid tetraethoxysilane at room temperature for 12 hours. A solution was obtained. This uniform tetraethoxysilane transparent polymerization solution was used as a polymer solution to be coagulated. As the coagulation liquid, 0.1N ammonia water was used. Both solutions were allowed to stand at room temperature for a long time and used after confirming that the room temperature was 25 ° C. Using the microreactor produced in Example 1, a uniform tetraethoxysilane transparent polymerization solution was applied to the sheath (second flow path), and 0.1N ammonia water was applied to the core (first flow path) by a gear pump. Sent slowly at the same speed. Using a microscope, the inside of the microreactor (merging channel) was confirmed to flow in a laminar flow state, and the coagulation reaction was performed in the microreactor (merging channel) and spinning was performed. A 0.1N ammonia water mist was attached to the hollow fiber coming out of the nozzle, and the outer surface of the hollow fiber was further solidified while being stretched by its own weight to obtain an ultrafine porous silica fiber having a diameter of 15 μm.

液状テトラエトキシシラン１７０重量部、水２９０重量部、エチルアルコール４０重量部、１Ｎ塩酸１滴を加えて、１２時間室温で液状テトラエトキシシランの加水分解と縮重合反応を起こさせた後、ポリアクリルアミド１０重量部を加え、均一な有機無機ハイブリッド透明重合溶液を得た。この均一な有機無機ハイブリッド透明重合溶液を被凝固ポリマー溶液として用いた。凝固液として、０．１Ｎアンモニア水を用いた。両方の溶液をともに長時間室温に放置し、２５℃の室温になったことを確かめて使用した。実施例１で作製したマイクロリアクターを用い、均一な有機無機ハイブリッド透明重合溶液を鞘部（第２の流路）に、０．１Ｎアンモニア水を芯部（第１の流路）に、ギアポンプによって同じ速度でゆっくりと送り込んだ。顕微鏡により、層流状態でマイクロリアクター（合流流路）の内部を流れることを確かめ、凝固反応をマイクロリアクター（合流流路）の中で行い、紡糸した。ノズルから出た中空繊維に０．１Ｎアンモニア水ミストを付着させ、自重延伸させながら、中空繊維外面のさらなる凝固をさせ、直径１０μｍの極細多孔質有機無機ハイブリッド繊維を得た。 After adding 170 parts by weight of liquid tetraethoxysilane, 290 parts by weight of water, 40 parts by weight of ethyl alcohol and 1 drop of 1N hydrochloric acid, the liquid tetraethoxysilane was hydrolyzed and subjected to a polycondensation reaction at room temperature for 12 hours. 10 parts by weight was added to obtain a uniform organic-inorganic hybrid transparent polymerization solution. This uniform organic-inorganic hybrid transparent polymerization solution was used as a polymer solution to be coagulated. As the coagulation liquid, 0.1N ammonia water was used. Both solutions were allowed to stand at room temperature for a long time and used after confirming that the room temperature was 25 ° C. Using the microreactor produced in Example 1, a uniform organic-inorganic hybrid transparent polymerization solution was used for the sheath (second flow path), 0.1N ammonia water was used for the core (first flow path), and a gear pump was used. Sent slowly at the same speed. Using a microscope, the inside of the microreactor (merging channel) was confirmed to flow in a laminar flow state, and the coagulation reaction was performed in the microreactor (merging channel) and spinning was performed. A 0.1N ammonia water mist was attached to the hollow fiber coming out of the nozzle, and the outer surface of the hollow fiber was further solidified while being stretched by its own weight to obtain an ultrafine porous organic-inorganic hybrid fiber having a diameter of 10 μm.

本発明の製造方法は、非常に安全であり、かつ、高精度であるので、各種の化学産業に広範囲に利用され得る。 Since the production method of the present invention is very safe and highly accurate, it can be widely used in various chemical industries.

（ａ）は、本発明のマイクロリアクターの好ましい実施形態の流路方向に沿った概略断面図であり、（ｂ）は、そのマイクロリアクターの流路方向から見た断面図である。(A) is schematic sectional drawing along the flow-path direction of preferable embodiment of the microreactor of this invention, (b) is sectional drawing seen from the flow-path direction of the microreactor.図１におけるマイクロリアクターを上方から見た概略図である。It is the schematic which looked at the microreactor in FIG. 1 from upper direction.図１におけるマイクロリアクターの斜視図である。It is a perspective view of the microreactor in FIG.本発明のマイクロリアクターの別の好ましい実施形態を上方から見た概略図である。It is the schematic which looked at another preferable embodiment of the microreactor of this invention from the upper direction.本発明のマイクロリアクターのさらに別の好ましい実施形態の流路方向に沿った概略断面図である。It is a schematic sectional drawing along the flow-path direction of another preferable embodiment of the microreactor of this invention.本発明のマイクロリアクターにおけるパルス発生手段の好ましい実施形態を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows preferable embodiment of the pulse generation means in the microreactor of this invention.本発明のマイクロリアクターにおける第１の流路が内側流路と外側流路との２重構造を有する場合の流路方向から見た断面図である。It is sectional drawing seen from the flow-path direction in case the 1st flow path in the micro reactor of this invention has a double structure of an inner flow path and an outer flow path.本発明の製造方法により得られる微小構造体の代表例を説明する概略図である。It is the schematic explaining the typical example of the microstructure obtained by the manufacturing method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００マイクロリアクター
１０第１の流路
２０第２の流路
３０合流流路
３１合流点
４０隔壁
４０´ 隔壁
５０パルス発生手段
６０ダイアフラム
７０アクチュエーター
１０１第１の流路への供給口
１０２第２の流路への供給口
１０２´ 第２の流路への供給口

DESCRIPTION OFSYMBOLS 100 Microreactor 101st flow path 202nd flow path 30Merge flow path 31Merge point 40 Bulkhead 40 'Bulkhead 50 Pulse generation means 60Diaphragm 70Actuator 101 Supply port to1st flow path 102 2nd flow Supply port 102 'Supply port to the second flow path