JP4992201B2 - マイクロ流体制御方法、マイクロ流体素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
次に、第1の実施の形態に係るマイクロ流体素子1の製造方法を図2および図3を参照して説明する。図2は、ドナー基板を示し、図3(a)〜(f)は、積層工程を示す。
ここでは、ドナー基板を電鋳法を用いて作製する。まず、所定の表面粗さを有するステンレス等からなる金属基板101を準備し、金属基板101の上に厚膜フォトレジストを塗布し、作製するマイクロ流体素子1の各断面形状に対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像して、各断面形状のポジネガ反転したレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンを有する金属基板101をめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない金属基板101の表面にニッケルめっきを成長させる。
次に、図3(a)に示すように、上記ドナー基板100Aを真空槽内の図示しない下部ステージ上に配置し、ターゲット基板110を真空層内の図示しない上部ステージ上に配置する。続いて、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にする。次に、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させてターゲット基板110の直下にドナー基板100Aの1層目の薄膜パターン10を位置させる。次に、ターゲット基板110の表面、および第1層目の薄膜パターン10の表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
図4は、内側流体および外側流体の流れを示す図である。内側管3に微粒子6を含む内側流体L1を所定の流速で導入し、外側導入口21に外側流体L2を所定の流速で導入すると、内側流体L1は、整形部4によって螺旋流となって共通流路R3に進み、外側流体L2と接触する。内側流体L1が共通流路R3を進むうちに重量、大きさ等の所定の規格外の微粒子6は、遠心力あるいは流体L1,L2の流れる方向の違い、流速差等により外側の外側流体L2中に移動し、内側流体L1および外側流体L2は、排出口22から排出される。排出口22から排出された内側流体L1には、規格内の微粒子6のみが含まれる。このようにして微粒子6が分級される。なお、外側流体L2の流速を内側流体L1よりも速くしてもよい。これにより、規格外の微粒子6の内側流体L1から外側流体L2への移動が加速される。
第1の実施の形態によれば、内側を流れる内側流体L1を螺旋流とし、この内側流体L1と同心円状に外側を流れる外側流体L2とを接触させるという、遠心力分離あるいは回転分離により微粒子を重さや径等に応じて分級することで、短い流路で高精度の分級を行うことができる。また、薄膜パターン10を積層するだけでマイクロ流体素子1が得られるので、マイクロ流体素子1を容易に製造することができる。
図5は、本発明の第2の実施の形態に係るマイクロ流体素子を示し、(a)は正面図、(b)は(a)のB−B線断面図である。この第2の実施の形態は、整形部14を内側管3と素子本体2の小径部20bとの間に配置したものであり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
次に、第2の実施の形態に係るマイクロ流体素子1の製造方法を図6を参照して説明する。図6は、ドナー基板を示す。
第1の実施の形態と同様に電鋳法を用いて、図6に示すように、金属基板101上にマイクロ流体素子1の断面形状に対応した薄膜パターン11A1,11A2,・・・、11B1,11B2,・・・、11C1,11C2,11C3,11C4,・・・、11D1,11D2,・・・(以下、これらを薄膜パターン11ともいう。)を形成する。このようにして薄膜パターン11が形成されたものを、以下ドナー基板100Bという。
次に、上記ドナー基板100Bを真空槽内に配置し、第1の実施の形態で説明したように、ターゲット基板とドナー基板100Bとの位置決め、接合、離間を繰り返すことにより、図6に示す薄膜パターン11が金属基板101側から剥離し、ターゲット基板側に転写され、マイクロ流体素子1の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン11がターゲット基板上に転写される。ターゲット基板上に転写された積層体を上部ステージから取り外し、ターゲット基板を除去すると、図5に示したマイクロ流体素子1が得られる。
図7は、内側流体および外側流体の流れを示す図である。内側管3に微粒子6を含む内側流体L1を所定の流速で導入し、外側導入口21に外側流体L2を所定の流速で導入すると、外側流体L2は、整形部14によって螺旋流となって共通流路R3に進み、内側流体L1と接触する。外側流体L2の螺旋状の動きに引きずられて内側流体L1も螺旋状に流れる。内側流体L1が共通流路R3を進むうちに大きさ、重量等の所定の規格外の微粒子6は、遠心力あるいは流体L1,L2の流れる方向の違い、流速差等により外側の外側流体L2中に移動し、内側流体L1および外側流体L2は、排出口22から排出される。排出口22から排出された内側流体L1には、規格内の微粒子6のみが含まれる。このようにして微粒子6が分級される。なお、外側流体L2の流速を内側流体L1よりも速くしてもよい。これにより、規格外の微粒子6の内側流体L1から外側流体L2への移動が加速される。
第2の実施の形態によれば、外側を流れる外側流体L2を螺旋流とし、この外側流体L2と同心円状に内側を流れる内側流体L1とを接触させて微粒子を分級することで、短い流路で高精度の分級を行うことができる。また、薄膜パターン11を積層するだけでマイクロ流体素子1が得られるので、マイクロ流体素子1を容易に製造することができる。
図8は、本発明の第3の実施の形態に係るマイクロ流体素子を示す断面図である。この第3の実施の形態は、第1の実施の形態において、整形部4を直列に複数箇所に設けたものであり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
図9は、本発明の第4の実施の形態に係るマイクロ流体素子を示す断面図である。この第4の実施の形態は、第1の実施の形態において、整形部4を並列に複数箇所に設けたものであり、他は第1の実施の形態と同様に構成されている。
2 素子本体
3,3A,3B,3C 内側管
4,4A,4B,4C 整流部
5 取付部材
6 微粒子
10,11 薄膜パターン
14 整形部
20 貫通穴
20a 大径部
20b 小径部
20c 受け面
21 外側導入口
22 排出口
40,41 整流板
100A,100B ドナー基板
101 金属基板
110 ターゲット基板
L1 内側流体
L2 外側流体
R1 内側流路
R2 外側流路
R3 共通流路
Claims (9)
- 互いに接触して同心円状に軸方向に流れる内側流体と外側流体の一方を螺旋状に流すマイクロ流体制御方法であって、
螺旋状に流れる前記内側流体または前記外側流体は、複数の整流板を円周方向に所定の角度ずつ変位させた整流部に流体を流すことにより得られることを特徴とするマイクロ流体制御方法。 - 前記内側流体と前記外側流体の接触は、前記内側流体および前記外側流体のうち一方の流体に含まれる粒子を前記粒子が含まれていない他方の流体に移動させることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ流体制御方法。
- 同心円状に形成され、内側流体が流れる内側流路、および外側流体が流れる外側流路と、
前記内側流路および前記外側流路に連通し、前記内側流体と前記外側流体が接触して流れる共通流路と、
前記内側流路または前記外側流路に設けられ、前記内側流体または前記外側流体に円周方向に沿う流速を付与する整流部とを備え、
前記整流部は、円周方向に所定の角度ずつ変位させた複数の整流板を備えたことを特徴とするマイクロ流体素子。 - 前記内側流路および前記外側流路は、複数の前記内側流路および前記外側流路が所定の間隔を有して直列に配設されたものであり、
前記共通流路は、前記複数の内側流路および外側流路のそれぞれに連通された複数の共通流路であり、
前記整流部は、前記複数の内側流路および外側流路の前記内側流路または前記外側流路にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ流体素子。 - 前記内側流路および前記外側流路は、複数の前記内側流路および前記外側流路が並列に配設されたものであり、
前記共通流路は、前記複数の内側流路および外側流路に共通して連通され、
前記整流部は、前記複数の内側流路および外側流路の前記内側流路または前記外側流路にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ流体素子。 - 第1の基板上に目的とするマイクロ流体素子の各断面形状に対応した複数の薄膜パターンを形成し、
前記複数の薄膜パターンが形成された前記第1の基板と第2の基板との接合、離間を繰り返すことにより前記第1の基板上の前記複数の薄膜パターンを前記第2の基板上に転写して請求項3乃至5のいずれか1項に記載のマイクロ流体素子を製造することを特徴とするマイクロ流体素子の製造方法。 - 前記第1の基板上への前記複数の薄膜パターンの形成は、電鋳法を用いて行うことを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流体素子の製造方法。
- 前記第1の基板上への前記複数の薄膜パターンの形成は、半導体プロセスを用いて行うことを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流体素子の製造方法。
- 前記第1の基板と前記第2の基板との接合は、常温接合によることを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流体素子の製造方法。
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