出版社内容情報
マイクロリアクタは「極小サイズ化した化学プラント」ともいえる反応装置であり、化学反応の高速化・高効率化を実現しつつ環境負荷を低減する。本書ではマイクロリアクタの様々な利用の現状と今後の課題について解説する。
1 マイクロリアクタテクノロジーの現状と海外動向
1 はじめに
2 マイクロリアクタとその特長
3 マイクロリアクタ研究・開発の世界の動向
4 日本における研究・開発動向
5 マイクロリアクタの今後の展望
2 マイクロリアクタシステムの構築
2－1 集積化ハイスループットシステムとしてのマイクロ化学システムの構築
1 はじめに
2 ゲル粒子製造用マイクロ化学プラント
●シングルチャネルを用いた粒子形成条件の最適化
●ナンバリングアップ法によるゲル粒子量産システムの構築
3 培養細胞を用いた生化学分析マイクロチップ
4 まとめ
2－2 マイクロリアクタシステムの設計と制御
1 マイクロ化学生産システム
2 マイクロ単位操作の設計
●装置形状の影響
●プレートフィン型デバイスの形状最適化
●反応器の流路形状
●流路幅の選定
3 マイクロ化学プラントの設計
4 マイクロ化学プラントの計測と制御
●マイクロ化学プラントにおける計測
●マイクロプラントの制御
5 おわりに
2－3 マイクロリアクタシステムにおける流動特性解析と制御
1 流動特性に影響を与えるパラメータ
2 マイクロ化の特性を利用した流動制御法
3 マイクロ流路内の流動解析
4 システム化における流動特性解析と制御法
2－4 マイクロチャネルの微細加工技術
1 はじめに
2 シリコンマイクロチャネルの製造
3 ガラスマイクロチャネルの作製
4 ポリマーマイクロチャネルの作製
5 金属マイクロチャネルの作製
6 サンドブラストの利用
7 おわりに
2－5 マイクロリアクタの実生産プロセス化への試み
1 はじめに―マイクロ反応化学動向
2 マイクロ反応技術の特長
3 マイクロ流体セグメントを利用した反応・混合操作
●合成方法
●製造方法
4 マイクロリアクタによる生産への適用の試み
●技術的な課題と期待する展開
●市場開拓面での課題と期待する展開
●産学官連携の研究開発体制に対する期待
●未来に対する取り組みへの期待
2－6 マイクロリアクタにおける流体挙動と分子形態の同時シミュレーション
1 はじめに
2 マイクロ流路における流体挙動
●屈曲したマイクロ流路内における界面の変形
●マイクロ流路を利用したDNA分析とマイクロ流体中の分子挙動
3 二相界面におけるDNAの分子シミュレーション
3 マイクロリアクタが拓く新しいケミカルプロセス
3－1 マイクロ空間の化学反応
1 はじめに
2 マイクロ空間における反応場解析
●2次流れの影響
●せん断応力の影響
●拡散・物質移動挙動
3 マイクロ空間を用いたナノ材料の合成
●セレン化カドミウム（CdSe）ナノ粒子の合成
●複合ナノ粒子の合成
4 マイクロリアクタを用いた有機・生化学反応
5 DNAのハイブリダイゼーション
6 おわりに
3－2 マイクロチャネルリアクタを用いる多相系有機合成反応の開発
1 はじめに
2 マイクロチャネルリアクタを用いる気相―液相―固相三相系水素添加反応
3 超臨界二酸化炭素を媒体として用いる水素添加反応
4 マイクロチャネルリアクタを用いる液相―液相二相系アルキル化反応
5 おわりに
3－3 マイクロリアクタを用いた高選択的触媒反応プロセス
1 はじめに
2 マイクロフロー式反応装置を用いる水素化反応
3 マイクロフロー式反応装置を用いる触媒的クロスカップリング反応
●薗頭カップリング反応
●溝呂木－Heck反応
4 マイクロフロー式反応装置を用いる触媒的カルボニル化反応
5 おわりに
3－4 マイクロリアクタを用いた選択的有機合成
1 はじめに
2 マイクロリアクタの特長
3 マイクロ混合による選択的有機合成
●競争的逐次反応とDisguised chemical selectivity
●Friedel‐Craftsモノアルキル化反応
●［4＋2］付加環化反応
●リビングカチオン重合反応
4 まとめ
3－5 マイクロ空間を利用した反応制御
1 緒言
2 マイクロ流体セグメントの定義
3 マイクロ流体セグメントを利用した反応・混合操作
●複合反応における混合制御の役割
●薄層セグメント導入の有効性―薄層セグメントモデルとCFDシミュレーション―
●薄層流体セグメント幅と反応速度の関連性
●薄層流体セグメントの制御による選択率向上の可能性
●セグメント配列・形状による影響
●セグメントのアスペクト比の影響
●異なるセグメント幅を配列した場合の影響
●複合反応系における迅速温度制御
4 まとめ
3－6 マイクロリアクタを用いるナノ粒子の合成
1 はじめに
2 ナノ粒子合成装置としてのマイクロリアクタ
●マイクロリアクタによるナノ粒子合成
●マイクロリアクタによるナノ複合粒子合成と制御
3 マイクロリアクタによる反応最適化と核生成・粒成長挙動解析
4 マイクロリアクタによるナノ粒子合成の問題点とその対策
5 おわりに
4 マイクロリアクタシステムの応用技術
4－1 シリコーンゴムを用いた反応分析用マイクロチップの開発とその応用
1 はじめに
2 シリコーンゴム（PDMS）とは
3 マイクロチップの製作方法
●シリコーンゴムチップの製作方法
●ハイブリッド構造によるデバイスの高機能化
4 マイクロ反応分析チップのバイオ応用
●キャピラリー電気泳動チップ
●フロースルーPCRチップ
●集積化細胞外タンパク質合成マイクロリアクタ
5 おわりに
4－2 マイクロリアクタを用いた生体関連物質の合成
1 はじめに
2 マイクロリアクタを用いる生体関連物質合成例
●マイクロリアクタを用いる低分子化合物合成
●マイクロリアクタを用いる生体高分子の合成
3 マイクロリアクタを用いる生化学反応技術
●酵素反応技術
●マイクロリアクタならではの生化学合成技術
4 今後の展望
4－3 マイクロリアクタを用いた電子ペーパー用二色微粒子の生産技術
1 緒言
2 電子ペーパーと二色微粒子
●ツイストボール式ディスプレイ
●従来の二色微粒子製造法
3 マイクロチャネルを用いた二色微粒子の製造法
●概要
●装置と材料
●二色液滴の生成
●二色ポリマー微粒子と回転試験
4 技術的な課題
●より微小な粒子の生産
●生産量のスケールアップ
5 結論
4－4 マイクロリアクタの高分子反応への応用
1 はじめに
2 伝熱特性
3 流動特性
4 拡散過程
5 せん断場
6 圧力損失
7 重合反応
8 高分子の拡散
9 おわりに
4－5 ファインケミカルズ合成用マイクロリアクタの開発
1 はじめに
2 マイクロチューブリアクタを用いたテトラリンの酸化反応
●過酸化水素によるテトラリンの酸化反応
●酸素によるテトラリンの酸化反応
3 MEMS技術を用いたマイクロリアクタの検討
●Pdメンブレンマイクロリアクタの作製
●Pdメンブレンマイクロリアクタの水素透過性能
●Pdメンブレンマイクロリアクタを用いた水素化反応
4 おわりに
4－6 マイクロチップを用いた環境粒子計測
1 背景
2 マイクロチップを用いた微粒子計測方式
●光散乱法
●熱レンズ顕微鏡
●電気抵抗法
3 おわりに
4－7 マイクロリアクタによる排気ガス浄化装置
1 はじめに
2 触媒反応器とマイクロリアクタ
3 排気ガス処理用マイクロリアクタ
4 反応装置化
5 おわりに
4－8 マイクロリアクタ型メタノール改質器の開発
1 はじめに
2 マイクロ改質器の特徴
●水素キャリアとしてのメタノール
●マイクロ改質器の構造と動作原理
3 マイクロ改質器の製造プロセス
4 燃料電池への水素供給のために必要な各要素の集積化
5 マイクロ改質器および触媒技術の研究動向
6 マイクロ改質器の実用化に向けて
4－9 石英ガラスの微細加工技術
1 まえがき
2 石英ガラスの微細加工
●プロセスの概要
●加工事例
3 石英ガラスのドライエッチング
●ドライエッチングの概要
●ドライエッチングの課題
4 将来展望
●導波路を用いたマイクロ分析素子
●マイクロヒータ内臓素子
●高精度・低価格素子製造プロセス開発
5 あとがき
4－10 金属粉末射出成形技術を用いたマイクロリアクタの製造
1 緒言
2 金属粉末射出成形法（MIM：Metal Injection Molding）
●MIMの特徴
●MIMの製造工程
●マイクロMIMによる汎用金型を用いたマイクロ流路の製造
3 LIGAプロセスを用いたマイクロ犠牲樹脂型インサート金属粉末射出成形法によるマイクロ構造体の製造
●マイクロ犠牲樹脂型インサート金属粉末射出成形法
●LIGAプロセス
●LIGAプロセスを用いたマイクロ犠牲樹脂型インサート金属粉末射出成形法の特徴
4 原料および製造条件
●原料および作製対象
●一段転写法によるマイクロ構造体の試作
●二段転写法によるマイクロ構造体の試作
5 結言
4－11 マイクロチャネル型量産用乳化装置の開発
1 はじめに
2 MC乳化技術
●MC乳化システム
●初期の貫通型MC乳化装置
3 貫通型MC乳化装置の実用化に向けた改良
●矩形貫通型MCの最適設計
●スケールアップ
●操作性改善
4 おわりに
4－12 金属製マイクロリアクタの装置化
1 はじめに
2 金属フォトエッチング技術
●シャドウマスクの製造プロセス
●シャドウマスク加工寸法の概要
3 試作マイクロリアクタについて
●金属製マイクロ流体プレート
●金属製マイクロリアクタモジュール
●金属製マイクロリアクタシステム
4 今後の展開
4－13 化学反応高度分析のためのマイクロ化学チップ―熱レンズ分光分析装置の開発―
1 はじめに
2 熱レンズ分光分析装置の開発
●熱レンズ分光法の原理
●熱レンズ顕微鏡と熱レンズ検出デバイス
3 熱レンズ分光分析装置による測定例
4 今後の展望
4－14 マイクロリアクタアレイを用いたケミカル・ラボ・オン・チップの構造
1 マイクロ流体デバイスとマイクロリアクタ
2 マイクロ流体デバイスの特徴
3 マイクロ流体デバイスを用いた微量液体操作とマイクロリアクタアレイ
4 微量液体の定量的なディスペンシング
5 微量液体の合一による定量的反応とその並列化
6 マイクロリアクタアレイを用いたHTS系
4－15 マイクロリアクタを用いた薬物代謝評価系の構築
1 はじめに
2 生体での薬物代謝と肝臓・腎臓
3 薬物代謝をシミュレートするためには―マクロからとミクロからのアプローチ―
●マクロからのアプローチ：動物実験系、バイオ人工臓器
●ミクロからのアプローチ：肝ミクロソーム、初代肝細胞、肝由来細胞株の利用
4 マイクロリアクタを用いた薬物代謝評価系構築の試み
●センサとしての細胞選定・構築
●測定環境設定
5 おわりに
4－16 DNA分析チップ
1 はじめに
2 マイクロチップ電気泳動
3 石英製電気泳動チップ
4 マイクロチップ電気泳動装置
5 おわりに
4－17 プラスチックマイクロキャピラリーチップ
1 はじめに
2 マイクロキャピラリーチップに使用されるプラスチック
●要求される特性
●代表的なプラスチック
3 プラスチックマイクロキャピラリーチップの製作方法
●母型の製作
●成形技術
4 プラスチックマイクロキャピラリーチップの応用例
4－18 マイクロチャネルを用いたエマルションおよびマイクロスフェアの調製
1 はじめに
2 マイクロチャネルを用いたエマルションの調製
●マイクロチャネルを用いたO/W型エマルションの調製
●マイクロチャネルを用いたW/Oエマルションの調製
3 粒子化への応用
4 おわりに
4－19 マイクロ化学プラント
1 マイクロ化学プラントとは
2 マイクロ化学プラントの「大きさ」について
3 マイクロ化学プラントのメリット
4 マイクロ化学プラントの実用化において重要な技術
●送液制御技術
●マイクロ流路閉塞防止技術
5 マイクロ化学プラントの実用化例
6 おわりに
5 実用化に向けての課題と将来展望
1 はじめに
2 計測分析技術としてのマイクロリアクタ
3 プロセス強化とマイクロリアクタ
4 マイクロリアクタの特徴と応用
●マイクロ燃料電池システム
●触媒スクリーニング用マイクロリアクタ
●集積化マイクロリアクタ
5 実用化に向けての課題
6 おわりに
執筆者一覧（掲載順）
吉田 潤一 京都大学大学院工学研究科 教授
北森 武彦 東京大学大学院工学系研究科 教授
菊谷 善国 （財）神奈川科学技術アカデミー光科学重点研究室マイクロ化学グループ 研究員
長谷部伸治 京都大学大学院工学研究科 教授
富樫 盛典 （株）日立製作所機械研究所MEMSプロジェクト ユニットリーダ／主任研究員
三宅 亮 （株）日立製作所機械研究所MEMSプロジェクト プロジェクトリーダ
中嶋 光敏 （独）食品総合研究所食品工学部 部長／筑波大学大学院生命環境科学研究科 客員教授
岡本 秀穗 京都大学大学院工学研究科 産学官連携研究員／鳥取大学地域共同研究センター 客員教授
吉塚 和治 北九州市立大学国際環境工学部環境化学プロセス工学科 教授
山口 佳子 （独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門マイクロ・ナノ空間化学グループ 研究員
前田 英明 （独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門マイクロ・ナノ空間化学グループ グループ長／九州大学大学院総合理工学府 教授
小林 重太 東京大学大学院薬学系研究科 博士課程
森 雄一朗 東京大学大学院薬学系研究科／（独）科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業小林高機能性反応場プロジェクト グループリーダー
小林 修 東京大学大学院薬学系研究科 教授
福山 高英 大阪府立大学大学院理学系研究科 助手
佐藤 正明 大阪府立大学大学院理学系研究科 教授
菅 誠治 京都大学大学院工学研究科 助教授
前 一廣 京都大学大学院工学研究科 教授
青木 宣明 京都大学大学院工学研究科 博士課程
中村 浩之 （独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門マイクロ・ナノ空間化学グループ 主任研究員
山本貴富喜 東京大学生産技術研究所海中工学研究センター 助手
藤井 輝夫 東京大学生産技術研究所海中工学研究センター 助教授
宮崎真佐也 （独）産業技術総合研究所ナノテクノロジー研究部門マイクロ・ナノ空間化学グループ 主任研究員／九州大学大学院総合理工学府 助教授
西迫 貴志 東京大学大学院工学系研究科／（独）科学技術振興機構 特任研究員
鳥居 徹 東京大学大学院工学系研究科 助教授
大島 榮次 東京工業大学名誉教授
芹生 章典 （独）産業技術総合研究所コンパクト化学プロセス研究センター 非常勤研究員
葉 淑英 （独）産業技術総合研究所コンパクト化学プロセス研究センター 非常勤研究員
宮村 和宏 （株）堀場製作所開発センターMEMSライフサイエンスプロジェクト 主任
馬渡 和真 （財）神奈川科学技術アカデミー光科学重点研究室マイクロ化学グループ 研究員
古川 影政 （株）マイクロリアクターシステム 代表取締役社長
河村 義裕 カシオ計算機（株）要素技術統轄部第三技術開発部 リーダー
五十嵐 哲 工学院大学工学部環境化学工学科 教授
北野 延明 日立電線（株）技術開発本部アドバンス技術研究所フ ォト・エレクトロニクス技術研究センタ 研究員
松崎 覚 太盛工業（株）設計開発部
西籔 和明 大阪府立工業高等専門学校総合工学システム学科 助教授
田中 茂雄 太盛工業（株）代表取締役社長
和田 芳弘 （株）イーピーテック プロジェクトマネージャー
小林 功 （独）食品総合研究所 客員研究員
榛原 均 大日本スクリーン製造（株）技術開発センター開発管理統轄部開発企画部 担当課長
渡慶次 学 マイクロ化学技研（株）代表取締役社長
関 実 大阪府立大学大学院工学研究科 教授
大政 健史 大阪大学大学院工学研究科 助教授／（独）産業技術総合研究所セルエンジニアリング部門 客員研究員
中西 博昭 （株）島津製作所基盤技術研究所 主任研究員
下出 浩治 旭化成（株）研究開発本部 主幹研究員
久保 英明 花王（株）加工・プロセス開発研究所第1研究室 グループリーダー／主任研究員
佐藤 忠久 富士写真フイルム（株）R＆D統括本部先進コア技術研究所 研究主幹
草壁 克己 福岡女子大学人間環境学部 教授
目次
１ マイクロリアクタテクノロジーの現状と海外動向（マイクロリアクタとその特長；マイクロリアクタ研究・開発の世界の動向 ほか）
２ マイクロリアクタシステムの構築（集積化ハイスループットシステムとしてのマイクロ化学システムの構築；マイクロリアクタシステムの設計と制御 ほか）
３ マイクロリアクタが拓く新しいケミカルプロセス（マイクロ空間の化学反応；マイクロチャネルリアクタを用いる多相系有機合成反応の開発 ほか）
４ マイクロリアクタシステムの応用技術（シリコーンゴムを用いた反応分析用マイクロチップの開発とその応用；マイクロリアクタを用いた生体関連物質の合成 ほか）
５ 実用化に向けての課題と将来展望（計測分析技術としてのマイクロリアクタ；プロセス強化とマイクロリアクタ ほか）
