Multiple emulsion formation device using microchannels

• Project/Area Number: 18310091
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: TORII Toru The University of Tokyo, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (60172227)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2008: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2007: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2006: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥6,500,000)
• Keywords: 多相エマルション / マイクロチャンネル / 単分散 / OTS / 濡れ性 / 液滴 / 生成範囲 / 液滴径 / 分散相 / キャピラリー数

Research Abstract

本研究は、マイクロチャンネルを用いて多相エマルションを生成する研究である。マイクロチャンネルで、O/ W(Oil in Water)液滴を生成するには、流路表面の濡れ性として親水性、W/ O(Waterin Oil)液滴を生成するためには疎水性である必要がある。ガラスマイクロチャンネルに、n-オクタデシルトリクロロシラン(OTS)の塗布ならびに紫外線照射の組み合わせにより、単一チップ上でのW/ O/ W(Water-in-Oil-in-Water)型多相エマルション生成に成功した。
さらに、流路の集積化を行い、多相エマルションの大量生成が可能な系の開発を試みた。まず、単一のガラスチップ上に16のマイクロチャンネルが集積したものを設計した。すなわち、液の導入口を同心円上に配し、流路を放射状、液滴の排出口を中心とした点対称の構造にすることで、単一チップ内にて16流路にて多相エマルションの同時生成を実現しようとするものである。ガラスチップ内のマイクロチャンネルの表面改質を行ったところ、複雑な流路にもかかわらず1度の工程でガラスチップ全体を局部的に疎水性および親水性と濡れ性の異なる表面改質を行うことが出来た。当該チップを用いて、多相エマルションの生成に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Between microdroplets and microfluidics : Unbreakable liquid/ liquid interfaces at a junction of hydrophilic microchannels (2008)
  • Author(s): Kyosuke Shinohara, Yuto Yokoyama, Toru Torii, and Koji Okamoto
  • Journal Title: Applied Physics Letter 93(3) Pages: 34103-34103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microfluidic large-scale integration on a chip for mass production of monodisperse droplets and particles (2008)
  • Author(s): Takasi Nisisako, Toru Torii
  • Journal Title: Lab on a Chip 8 Pages: 287-293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Between microdroplets and microfluidics: Unbreakable liquid/liquid interfaces at a iunction of hydrophilic microchannels (2008)
  • Author(s): K. Shinohara, Y. Yokoyama, T. Torii, K. Okamoto
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 93(3) Pages: 34103-34105
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マイクロチャンネルにおける流体物性と単分散液滴生成条件の関係に関する研究 (2008)
  • Author(s): 玉置真也 , 土谷英範 , 鳥居徹
  • Organizer: 第18回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス
  • Year and Date: 2008-12-08
• [Presentation] マイクロチャンネルにおける単分散液滴の生成条件に関する研究 (2008)
  • Author(s): 島村次郎, 横山悠人, 土谷英範, 鳥居徹
  • Organizer: 第18回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス
  • Year and Date: 2008-12-08
• [Presentation] 十字型マイクロチャンネルにおける単分散微小液滴の生成に関する研究 (2007)
  • Author(s): 横山悠人, 鳥居徹
  • Organizer: 第16回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所
  • Year and Date: 2007-10-30
• [Presentation] ガラス製マイクロチャンネルの局所的表面改質による多相エマルション生成 (2007)
  • Author(s): 玉置真也, 和田理, 土谷英範, 鳥居徹
  • Organizer: 第15回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2007-05-25
• [Presentation] Microreactor for Janus beads production using microchannel integration techniques (2007)
  • Author(s): T. TORII, T. Takahashi, S. Takizawa, T. Nisisako
  • Organizer: Proceeding of Micro TAS
  • Place of Presentation: Paris, France(267-269)
• [Presentation] PRODUCTION OF DOUBLE EMULSIONS ON ONE CHIP BY MODIFYING SURFACE PROPERTIES (2007)
  • Author(s): Shinya Tamaki, Satoshi Wada, Hidenori Tsuchiya, Muhammad Imran Al-Haq, Toru Torii
  • Organizer: Proceeding of Micro TAS
  • Place of Presentation: Paris, France(1459-1461)
• [Presentation] PRODUCTION OF DOUBI.E EMULSIONS ON ONE CHIP BY MODIF YING SUREACE PROPERTIES (2007)
  • Author(s): Shinya Tamaki, Satoslli Wada, Hidemori Tsuchiya, Muhammad Imran Al-Haq and Toru Torii
  • Organizer: Eleventh Intemational Conference on Miniaturize-d Systems fbr Chemistry and Lifb Sciences
  • Place of Presentation: Paris,FRANCE
• [Presentation] Production of Biphasic Organic Droplets and Particles of Geometrical Anisotropy Using a Tri-Phase Liquid Flow in Microchannels (2006)
  • Author(s): Takasi Nisisako, Toru Torii
  • Organizer: Micro Total Analysis Systems 2006
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan(1049-1051)
• [Presentation] Scaled-Up Production of Monodisperse Droplets by Multiple-Channel Integration on-a-Chip (2006)
  • Author(s): Takasi Nisisako, Toru Torii
  • Organizer: 9th International Conference on Microreaction Technology(IMRET 9)
  • Place of Presentation: Potsdam/Berlin, Germany(216-217)
• [Book] 北森武彦監修マイクロ・ナノ科学チップと医療・環境・バイオ分析 (2009)
  • Author(s): 鳥居徹
  • Publisher: 技術教育出版液滴生成技術
• [Book] 液滴生成技術(北森武彦監修マイクロ・ナノ科学チップと医療・環境・バイオ分析) (2009)
  • Author(s): 鳥居徹(分担執筆)
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 技術教育出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.dt.k.u-tokyo.ac.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.dt.k.u-tokyo.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 微小液滴的生成方法及装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎, 鳥居徹, 西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2008-11-12
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process And Apparatus for Producing Microcapsules (2008)
  • Inventor(s): ToshiroHiguchi, Toru Torii, TakasiNisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japanese Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2008-10-15
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] マイクロカプセルの製造方法およびその装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎, 鳥居徹, 西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2008-08-29
• [Patent(Industrial Property Rights)] ダブルエマルション・マイクロカプセル生成装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎, 鳥居徹, 西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2008-08-08
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process for production colored spherical polymer particles (2008)
  • Inventor(s): T. TORII, T. Higuchi, T. Nisisako, Y. Takizawa, T. Takahashi
  • Industrial Property Rights Holder: Soken Chemical & Engineering Co., Toru Torii, Toshiro Higuchi
  • Acquisition Date: 2008-05-27
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process for production colored spherical polymer particles (2008)
  • Inventor(s): T. TORII, T. Higuchi, T. Nisisako Y.Takizawa T. Takahashi
  • Industrial Property Rights Holder: Soken Che mical & Engineering Co., Toru Torii, Tosh iro Higuchi
  • Acquisition Date: 2008-05-27
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] ダブルエマルション・マイクロカプセル生成装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎、鳥居徹、西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2008-08-08
• [Patent(Industrial Property Rights)] マイクロカプセルの製造方法およびその装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎、鳥居徹、西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 独立行政法人科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2008-08-29
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process and Appa -ratus for Producing Microcapsules (2008)
  • Inventor(s): T. TORII, T. Higuchi T. Nisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japan Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2008-10-15
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process and Appa -ratus for Producing Microcapsules (2008)
  • Inventor(s): T. TORII, T. Higuchi T. Nisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japan Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2008-10-15
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 微小液滴的生成方法及装置 (2008)
  • Inventor(s): 樋口俊郎、奥島真吾、鳥居徹、西迫貴
  • Industrial Property Rights Holder: Japan Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2008-11-12
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process for producing emulsion and microcapsule and apparatus therefor (2007)
  • Inventor(s): ToshiroHiguchi, Toru Torii, TakasiNisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japanese Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2007-09-11
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process and Apparatus for producing emulsion and microcapsule (2007)
  • Inventor(s): ToshiroHiguchi, Toru Torii, TakasiNisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japanese Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2007-08-07
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] エマルションの製造装置 (2006)
  • Inventor(s): 樋口俊郎, 鳥居徹, 西迫貴志
  • Industrial Property Rights Holder: 科学技術振興機構
  • Acquisition Date: 2006-09-29
• [Patent(Industrial Property Rights)] Process and Apparatus For Producing microcapusule (2006)
  • Inventor(s): ToshiroHiguchi, Toru Torii, TakasiNisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japanese Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2006-09-26
• [Patent(Industrial Property Rights)] PROCESS FOR PRODUCTION EMULSION AND APPARATUS THEREFOR (2006)
  • Inventor(s): oshiroHiguchi, Toru Torii, TakasiNisisako
  • Industrial Property Rights Holder: Japanese Science and Technology Agency
  • Acquisition Date: 2006-05-31
  • Overseas