マイクロ電気化学チャンネルチップを用いた微小化学システムの構築

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01J10952
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 上野 貢生 北海道大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)
• キーワード: マイクロチャンネル / マイクロ電極 / マイクロリアクター / 微細加工 / 時空間制御反応

研究概要

電極内蔵型ポリマー基板マイクロチャンネルチップ(流路幅100μm、深さ20μm)の作製を行った。作製した電極チップを用いてピレン分子を一段階でシアノ化する化学反応をマイクロチップ中で行い、その特徴について明らかにした。本研究では、ラージスケールの反応をアセトニトリル-水の混合溶媒系で行う場合とマイクロチップ中で反応を同様の混合溶媒系で行う場合およびマイクロチップ中で油水界面を反応場として用いた場合の3種類の実験により比較検討を行った。反応スキームは、電極上で電解生成されたピレンカチオンラジカルがシアン化物イオンと求核置換反応して、1-シアノピレンが生成するものと考えられる。ラージスケールの反応では、一時間反応後GC-MSの測定から原料であるピレンはほぼ消費され、新たに生成物であるシアノピレンが41%、副生成物としてジシアノピレンが14%生成することが確認された。一方、同様の条件でマイクロチャンネルチップ中において電解反応を行った場合、最適流速条件でチャンネルチップ中の溶液の滞留時間1分ほどで生成物が60%副生成物が4%生成することがわかった。生成物の収率の向上はマイクロチップ中で効率良く電解反応が行われたためであるが、生成物の選択率がチップ中のほうが向上したところがマイクロチップ反応の特徴的な点である。一方、油水界面反応では生成物の相(有機相)をチャンネル出口において分離することが可能であるため、油水界面反応-溶媒抽出系により反応の自動化が行うことが可能であることを明らかにした。また、油水界面反応では物質移動の数値シミュレーションや顕微分光測定による反応中間体の追跡により、反応の律速段階の理解や反応速度論的な研究に応用が可能であることを示し、マイクロチップを用いた化学システムの構築と幅広い化学研究に展開が可能であることを実験的に明ちかにした。

研究成果

• [文献書誌] Ueno, K., Kim, H.-B., Kitamura, N.: "Channel Shape Effects on Solution-Flow Characteristics and Liquid/Liquid Extraction Efficiency in Polymer Microchannel Chips"Analytical Sciences. Vol.19,No.3. 391-394 (2003)
• [文献書誌] Ueno, K., Kim, H.-B., Kitamura, N.: "Characteristic Electrochemical Responses of Polymer Microchannel-Microelectrode Chip"Analytical Chemistry. Vol.75,No.9. 2086-2091 (2003)
• [文献書誌] Kitamura, N., Hosoda, Y., Iwasaki, C., Ueno, K., Kim, H.-B.: "Thermal Phase Transition of an Aqueous Poly(N-isopropylacrylamide) Solution in a Microchannel-Microheater Chip"Langmuir. Vol.19,No.20. 8484-8489 (2003)
• [文献書誌] Ueno, K., Kitamura, N.: "A Spectroelectrochemical Study on Perylene Cation Radical in Polymer Microchannel-Microelectrode Chips"The Analyst. Vol.128,No.12. 1401-1405 (2003)