ジグザグ状マイクロチャネルによる混合・抽出の高効率化の試み

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12640578
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 金 幸夫 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助教授 (40186367)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 火原 彰秀 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助手 (30312995) ; 北森 武彦 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (60214821)
• Keywords: マイクロチャネル / 形状効果 / 混合 / 抽出 / 顕微分光 / 流れプロファイル

Research Abstract

マイクロメートルスケールのチャネル内に2液を送液した場合、2層流を形成する。その結果、2層界面を横切る物質移動は分子拡散のみとなり、混合あるいは抽出の効率は低い。そこで、本研究ではチャネル壁の形状に着目し、ジグザグ状にしたときの2層流の揺らぎを利用することにより、物質移動の促進を図ることを考えた。マイクロチャネル中では、微小空間であるがゆえにチャネル形状の影響を受けやすく、したがって、2層流の流れプロファイルを形状によって制御可能となる。そこで、種々の壁形状のマイクロチャネルを作製し、および油水2液を導入したときの液/液抽出について、チャネル壁形状の影響を検討した。
チャネル壁形状について、通常の直線形、対称および非対称型のジグザグチャネルを作製し抽出効率を検討したところ、非対称ジグザグ>直線型>対称ジグザグチャネルの順の抽出効率となった。さらに、画像解析およびシミュレーションによる流線解析により流れのプロファイルにあたえるチャネル壁形状の定量的な検討を行った。加えて、チャネル幅、流速依存性を検討し、チャネル壁形状による混合、抽出効率依存性を検討した。流線解析の結果は実験結果と一致し、チャネル壁形状によらず2層流を形成し、その界面はチャネル中央に位置すること、および界面の形状はチャネル壁形状を反映することが確認された。また、抽出効率に関しては、非対称ジグザグチャネルでは界面がその形状を反映するために、直線型より長くなり、ために油水の接触時間が長くなり抽出効率が高くなり、また対称型ではよどみが生じることにより抽出効率が低くなることを明らかにした。したがって、チャネル設計に当たっては非対称な形状にすると共によどみを防ぐ構造が有利となる。

Research Products

• [Publications] 喜多村 昇: "ポリマーマイクロチャンネルチップの創製とその化学的応用"電気学会誌E(センサ・マイクロマシン). 121E(4). 169-174 (2001)
• [Publications] Osamu Kogi: "Auto-Oscillated Vibration of a Micrometer-Sized Oil-Droplet in Aqueous Surfactant Solution"Langmuir. 24(17). 7456-7458 (2001)