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スリット組込型単分散マイクロ液滴量産デバイス

東京工業大学 科学技術創成研究院

未来産業技術研究所

准教授 西迫 貴志

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マイクロ流路を用いた液滴生成技術

200 mm 高速度ビデオカメラ映像

(撮影4500 fps，再生30 fps）

Oil

Waterリアルタイム映像

Water

Oil

特徴■サイズの揃ったエマルション滴を規則正しく連続生成（CV値2-3%）

■流量制御による液滴サイズ制御（例：流路のx0.5～x2.0）

■ 〃 生成速度の制御（10-1～104 Hz）

Ｔ字 十字（フローフォーカシング）

Oil

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応用分野バイオ分析バイオ分析

材料生産材料生産

単一流路の生産性が著しく低いため，多数流路の大規模並列化が必要

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100 mm

単分散アクリル粒子（Lab Chip 8, 287 (2008)）

50 100 1500

20

40

60

Frac

tion

(%)

Diameter / m

4

従来のナンバリングアップ装置(1/3)

3Dプリンタによる装置作製(ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 12635)

2D並列 & 3D積層(Lab Chip, 2014, 14, 3011)

5

従来のナンバリングアップ装置(2/3)

4インチSiウェハ上への10,000流路の行列配置

(Nature Commun. 2018, 9, 1222)

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従来のナンバリングアップ装置(3/3)・特許第5665061号，US9200938，CA2805217・Janus液滴，ダブルエマルション等にも対応 200 mm

Recorded at 6,000 fps（played at 30 fps)

T. Nisisako et al., Lab Chip 2012, 12, 3426Recorded at 4,000 fps（played at 30 fps)200 mm

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従来技術の問題点

・流量の均等分配のため，二次元，三次元方向に複雑なマイクロ流路を配置＆一体化．

・装置の作製コストが高くなる．

・マイクロ流路は本質的に目詰まりし易いため，生産装置として用いる場合，内部メンテナンスは必須．→複雑な構造の場合は困難に．

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新技術：スリット組込型デバイス

・マイクロ流路アレイとスリット部品の貼り合せ．

・スリットとマイクロ流路の接続部にて液滴生成．

供給口(連続相) 供給口

(分散相)

排出口

微細溝

連続相接合面

分散相

マイクロ流路流路チップ

スリットスリット

連続相

溝断面

微細溝

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装置例（平行スリット型）

24 mm40 m

m100 μm

35 mm

15 m

m

流路アレイチップ(PDMS)

流路アレイチップ(PDMS)

スリット部品（SUS304）スリット部品（SUS304）

スリット組込型液滴量産装置スリット組込型液滴量産装置

＋

10

平行スリット型による液滴生成例

(a) (b)Qc = 20 ml/h, Qd = 60 ml/h

0 50 100 1500

10

20

Num

bero

fdro

plet

s

Diameter [mm]

Qc = 20 ml/h, Qd = 60 ml/hD = 72 ± 6 mm, CV = 8.9%

(n = 100)

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環状スリット型

供給口(分散相)

排出口

供給口(連続相)

微細溝

(c)

x

y z

y

x

排出口

マイクロ流路(b)(a)

スリット（ 分散相）

スリット（ 連続相）

連続相

接合面

分散相

z x

マイクロ流路微細溝部品

液体分配装置スリット

12

環状スリット型の装置例

13

環状スリット型による液滴生成例

100 mm0 100 2000

15

30

(n = 113)

D = 108.5 ± 5.9 mmCV = 5.5 %

Frac

tion

[%]

Diameter [mm]

Qc = 10 ml/h, Qd = 5 ml/h

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新技術の特徴・従来技術との比較

流量の均等分配のために二次元，三次元方向の複雑な流路配置が必要であった．

従来技術従来技術

新技術新技術

従来技術に比べ，装置構造が大幅に単純化．

• より高密度な流路配置．

• より保守管理しやすい装置．

• 利便性・柔軟性の向上．

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想定される用途

• 乳化操作全般（食品，化成品，医薬品，農薬他）

• 機能性微粒子の生産

• マイクロ・ナノバブル生産

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実用化に向けた課題

• 装置の改善による生成物の単分散性の向上

• 並列化流路数のさらなる増加

• より幅広いサイズに対応した装置作製と検証

• より複雑な液滴系（Janus, ダブルエマルション他）への応用

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企業への期待

• マイクロ流路による液滴・粒子生成技術に興味のある企業との共同研究を希望

• 生成したい液滴・粒子の提案

• 上記の他にも，当研究室のマイクロ流路技術を用いた新製品開発の可能性を模索したい場合の問合せや共同研究提案を歓迎いたします．

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ： マイクロ液滴・気泡生成

デバイス

• 出願番号 ： 特願2018-036014• 出願人 ： 東京工業大学

• 発明者 ： 西迫貴志、鳥取直友

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産学連携の経歴

• 2007年-2008年 日本精工（株）と共同研究実施

• 2007年-2008年 JST産学協同シーズイノベーション化事業（顕在化ステージ）に採択

• 2008年-2009年 綜研化学（株）と共同研究実施

• 2015年-2016年 S社と共同研究実施

• 2016年-2018年 Ｎ社と共同研究実施

• 2017年- K社と共同研究実施中

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お問い合わせ先

東京工業大学

研究・産学連携本部 知的財産部門

特任専門員（URA） 渡辺 康彦

〒226-8503

神奈川県横浜市緑区長津田町4259 J3棟207号室

ＴＥＬ ０４５－９２４－５１７１

e-mail ywatanabe＠sangaku.titech.ac.jp