JP2001194373A - 超小型化学操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の化学分析装置は、全ての構成要素を１つ
の基板上に構築しようとしてが構造や製造方法の制約に
より実現が困難であった。特定機能を有する分析ユニッ
トのみを着脱自在としたがシステム全体では小型化が実
現できなかった。 【解決手段】本発明は、各種モジュールを用途に応じた
最適な材料を用いて最適な構造及び製造方法で小型に形
成し、それらの機能モジュールに標準化した共通仕様の
試料コネクタと電気コネクタを設け、直接他の機能モジ
ュールと連結する若しくは、その各コネクタに着脱自在
に嵌合して他の機能モジュールと連結させるコネクタ部
を用いて、化学分析用のシステムを構築した、小型軽量
で汎用性を有する超小型化学操作装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型である機能を
有するモジュールが複数個、一基板上に一体的に連結さ
れ、液体やガスの合成・分析を行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液体やガスの合成・分析を行う
装置は、センサ技術やエレクトロニクス更にはコンピュ
ータ技術の進展によって、大型で大量の試験検体や試薬
を必要とした化学分析装置や化学合成装置から超小型化
に出来る可能性が出てきた。

【０００３】これらの研究開発努力として、特にヨーロ
ッパからマイクロＴＡＳ（Total Analysis System）と
呼ばれる技術が台頭してきた。これは、シリコンウェハ
やガラス基板上にマイクロポンプ、マイクロバルブやマ
イクロ反応器等をマイクロ加工技術を用いて平面上に作
り、これらをマイクロ流路を用いて接続することで一体
的な（モノリシックな）化学分析装置や化学合成装置を
作成しようとするものである。

【０００４】また、これとは別の方式として特開平７−
８３９３５号公報には、図１３に示すような試料を含む
分析機器や記憶部を一体化した基板上に収めて、流体の
コネクタと電気的な信号のコネクタを配置したカートリ
ッジとして機能する分析ユニットを製作し、これを分析
装置本体に挿入して分析を行なう化学分析装置が開示さ
れている。

【０００５】この分析装置は、測定する分析内容に沿っ
た着脱自在な分析ユニットを選択して、分析装置本体に
装填する。この装填されると共に、分析ユニット側の流
体用コネクタと電気信号用コネクタが分析装置本体側の
それぞれのコネクタに接続する。その後、分析装置本体
において、ポンプ、バルブコントローラ及び信号処理部
が動作して、分析ユニットの記憶部からサンプルの処理
手順や分析方法及びデータ処理方法等を本体側に伝送
し、以降の分析処理を実行する。

【０００６】さらに本出願人により、特開平１０−２６
６２５号公報には、図１４に示すような血液等の目づま
り防止を目的として、データ処理部と一体的にポンプや
バルブが搭載されるハンドリング部が接続する。このハ
ンドリング部と、センサや試料注入部や廃液リザーバを
搭載する検出部とがそれぞれに電気信号用と流体用の接
続部を設けて、着脱自在に接続されており、試料が試料
注入部から注入されると、液体ハンドリング部によっ
て、センサに搬送され、検査終了後には廃液リザーバま
で搬送される。そして、検査終了後には検出部が外され
て廃棄される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の分析装置におい
ては、化学分析装置部分や化学合成装置部分を超小型に
するために、全ての構成要素（デバイス）を１つの基板
上に可能なかぎり構築して、低コスト化及び小型化を実
現するという発想であった。

【０００８】しかしながら、半導体積層回路とは異な
り、マイクロポンプやマイクロバルブ、マイクロリアク
タは、基板の種類、製造技術、大きさがそれぞれ異なる
ことや、用途によっては構造に多様性が必要なことか
ら、１つの基板上に全てのデバイスを載せることは最適
ではない場合が多々発生した。

【０００９】例えば、特開平７−８３９３５号公報に開
示されている技術においては、小型化されてはいない従
来の大きさの分析装置本体に脱着可能な分析ユニットを
分析の種類に応じて選択し、その分析ユニット上で試薬
と反応させて、電気信号として取り出し分析ユニット側
で分析するといったシステムであり、小型化等を目的と
したものではない。

【００１０】また特開平１０−２６６２５号公報には記
載される技術は、血液等の目づまり防止を実現するため
に、一度使用したセンサ部分や流路を取り替え自由に構
成したものであって、装置全体を小型化するものではな
かった。

【００１１】以上のように、分析装置にマイクロ流体デ
バイスを用いて超小型化を実現することと、用途に応じ
て交換可能にして使いやすくすることは、お互いにトレ
イドオフの関係にあって、従来技術によるものとして
は、これらを満たす技術はなかった。

【００１２】また、本発明が超小型で且つ使用勝手が最
適なマイクロ分析・合成装置を提案するにあって、以下
の事項が必要な要件若しくは問題を解決することが必要
とあるものと考えている。 （１）システムに汎用性があること、（２）用途に応じ
て仕様変更が柔軟に実現できること、（３）多品種、少
量の分析や生産に対して無駄を発生せずに有効であるこ
と、（４）装置が少数生産でもコストの抑制が実現され
ること、（５）搭載した各機能は大型機器と同等の性能
を有していること、（６）全体のシステムの大きさ及び
重量は従来装置に比べて相当に小型軽量であること、以
上の要件を実現することにより、超小型の分析・合成装
置の構築が実現される。

【００１３】そこで本発明は、それぞれの用途に好適す
るように最適な材料を用いて最適な構造及び製造方法で
形成された小型の機能モジュールの接続部分を画一化し
て、標準化され着脱自在に接続するコンタクト部若しく
はインターフェイス機能で接続して、任意な構成に構築
でき且つ、低コストで汎用性を有するように構成された
超小型化学操作装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、液体、ガス、薬液及び試薬の合成や分析を
行なう化学操作装置であって、１つ若しくは複数の流体
または気体を制御する素子をある機能を発現するために
組み合せた機能モジュールを、複数の液体または気体用
のコネクタと複数の電気的なコネクタを一体的に構成し
たコネクタ機能モジュールを用いて接続し、この機能モ
ジュールとコネクタ機能モジュールを単一または複数組
み合わせて共通のプラットフォーム上に構成した超小型
化学操作装置を提供する。また、複数の液体または気体
用の上記コネクタと複数の電気的な上記コネクタは、上
記機能モジュールの側面若しくは上面若しくは下面に設
けられた流路の末端に着脱自在に接続する。

【００１５】以上のような構成の超小型化学操作装置
は、各種の機能モジュールを用途に応じた最適な材料を
用いて最適な構造及び製造方法で小型に形成し、それら
の機能モジュールに標準化した共通仕様の試料コネクタ
と電気コネクタからなるコネクタ機能若しくはインター
フェイス機能を設け、直接他の機能モジュールと連結す
る若しくは、その各コネクタに着脱自在に嵌合して他の
機能モジュールと連結させるコネクタ部を用いて、化学
分析用のシステムを構築する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。

【００１７】まず図１には、本発明による第１の実施形
態に係る超小型化学操作装置の概念的な構成例を示し説
明する。

【００１８】図１（ａ）に示す超小型化学操作装置は、
流体即ち、液体及び／又は気体の化学合成若しくは分析
を行う機能モジュール１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ）を
複数組み合わせて構築したものである。これらの機能モ
ジュール１は、情報信号及び制御信号や、ガス及び気体
を伝搬するコネクタ部２により互いに接続され、さらに
試料や薬液等を注入若しくは注出するための液体用注入
注出モジュール３がコネクタ部２を介して接続されてい
る。この液体用注入注出モジュール３は、薬液の注入と
出力用に専用に設けられているが、必ずしも必須では無
く、何れかの機能モジュールに薬液注入・出力ポートを
設けてもよい。

【００１９】尚、以下の説明において、コネクタ部２は
機能モジュール間を接続すると代表的に記載している
が、勿論、機能モジュール間だけではなく、この他にも
化学操作装置を構成する他のモジュールやポート等の構
成部位を接続するためにも用いられる。

【００２０】それぞれの機能モジュール１は、その機能
を実現・発現することが可能な単一または複数のマイク
ロ流体デバイスを用いて構成されており、複数及び複数
種類が集まってある特定の気体や薬液の分離や合成を行
なうことが可能となる。又、その形成材料としては、シ
リコン、ガラス、セラミックス、樹脂またはその組み合
わせによって製造されている。

【００２１】このマイクロ流体デバイスとは、超小型に
製造された流体デバイスであり、通常は、半導体装置製
造に用いられているホトリソグラフィ技術を用いて流路
等のパターンを転写して作成し、化学エッチングや物理
的なエッチングを用いて加工される。このデバイスに
は、液体やガスの輸送に使うマイクロポンプやマイクロ
バルブ、反応に使用するマイクロリアクタ、攪拌等に使
われるマイクロミキサ、分析や解析に使うマイクロアナ
ライザ等を含んでいる。

【００２２】図１（ｂ）は、機能モジュールの構成例を
示す図である。この機能モジュール１は、その内部に例
えば、２系統のマイクロ流体デバイス４，５を形成した
例であり、側面にはコネクタ部２が接続される。機能モ
ジュール１に形成されるマイクロ流体デバイス４，５
は、勿論、単一であっても、複数であってもよい。ま
た、マイクロ流体デバイス４，５は、表面に形成されて
もよいし、内部に形成されてもよい。

【００２３】この機能モジュールを複数用いて装置を構
成する場合に、２種類の接続方式があり、第１に、複数
の機能モジュールを一連に接続して、順次化学合成や分
析を行っていくフロー方式と、第２に、機能モジュール
群の末端に位置して、その機能モジュールで化学合成や
分析を行って、使用後に廃棄や取り替え等を行うバッチ
方式とがある。尚、以下の本発明は、液体や気体につい
て化学合成や分析を行うことができるが、説明を理解し
やすくするため、液体（若しくは薬液）を代表として説
明する。

【００２４】次に図２には第１の実施形態に係る超小型
化学操作装置のコネクタ部分の概念的な構成例を示し説
明する。

【００２５】この実施形態では、機能モジュール１自体
にコネクタ部を形成して、直接的に機能モジュール間を
接続する。このコネクタは、シリコンゴム等の柔らかい
もので作るのが望ましい。

【００２６】図２（ａ）に示すように、機能モジュール
１の両側面にコネクタ６とコネクタ７ａを取り付ける。
このコネクタ６とコネクタ７ａは標準化されて共通仕様
で嵌合する形状に形成され、使用する他の機能モジュー
ルと直接的に接続する。

【００２７】また、図２（ｂ）は、前述したコネクタの
変形例である。前述したコネクタ６，７ａは両方とも凸
型で嵌合する形状であったが、この変形例では、一方が
凸型のコネクタ６であり、他方が機能モジュール内に入
り込んだ凹型のコネクタ７ｂである。このような接続方
式を用いれば、コネクタ部の幅が無くなり、機能モジュ
ール間が隣接することとなり、小型化が実現できる。

【００２８】従って、本実施形態によれば、各機能モジ
ュールのコネクタ部分を標準化させることによって、ど
のような機能モジュールに対しても接続でき、組み替え
自由で多種、多様な化学合成や分析に対応することがで
きる。

【００２９】次に第２の実施形態について説明する。前
述した第１の実施形態における機能モジュールは、機能
モジュール自体に直接的に設けられたコネクタ部であ
り、そのまま接続して一体化されるため、接続作業が難
しくなる点がある。そこで、コネクタとして機能するモ
ジュールを製作し、機能モジュール間に介在させて接続
する。

【００３０】図３（ａ）に示すコネクタ部２は、液体を
何れかの方向若しくは相互方向に輸送する試料コネクタ
８ａと、センサ等で得られたデータ、予め記憶された情
報及び制御信号等の伝搬を行うための多数の接点（ピ
ン）により電気的接続を行なう電気コネクタ９ａとが、
端子数、大きさ及び形状、配置位置が全く統一され、少
なくとも導入側と注出側の２系統が設けられている。こ
れらのコネクタはアレイ状に配置されており、導入コネ
クタと注出コネクタを同一面上に混在させて設けてもよ
いし、それぞれに分けて、異なる面に試料コネクタ８ｂ
及び電気コネクタ９ｂとして設けてもよい。

【００３１】このコネクタ部２と接続する各種機能モジ
ュール１の側面（上面若しくは下面も含む）に形成する
試料コネクタ１０ａとコネクタ部２の試料コネクタ８ａ
は嵌合できるように形成されている。

【００３２】また機能モジュール１の電気コネクタ１０
ｂ若しくは、コネクタ部２の電気コネクタ９ｂは、いず
れか一方が金属切片で、他方が接触時に後退可能なピン
により構成され、これらの接触により電気的に接続が成
される。但し、このような接触によるものだけではな
く、ソケット形状に形成され、オスピンとメスピンが嵌
合するように構成してもよい。

【００３３】つまり、端子数、大きさ、形状、配置位置
及び、薬液のフラックス量等を標準化しておき、どの機
能モジュールに対してもコネクタ部２により連結が可能
であり、使用者の思惑により、これらの機能モジュール
の種類や数、配列の組み合わせを変えることによって、
用途に応じた分析が実施できるように構成することがで
きる。

【００３４】従って、第１の実施形態と同様に、機能モ
ジュールのコネクタ部２と接続する部分を標準化させる
ことによって、機能モジュール自体の大きさや形状には
制限が無くなり、組み替え自由で多種、多様な化学合成
や分析に対応する機器や装置が構築できる。

【００３５】本実施形態によれば、従来のように全ての
機能を１つの基板上に構築させようとして、ある機能モ
ジュールが形成できなかったり、性能が悪かったりする
問題が無くなり、各機能モジュールに好適な材料と製造
方法を用いて、高性能な仕様で製造することができる。
また、化学操作装置を構成する上で、ある機能モジュー
ルが故障した場合や寿命になった場合には、その機能モ
ジュールだけを交換するだけで、分析等を継続すること
ができ、低コストのうえ作業効率が低下しない。また、
ある種の分析等に対応する最新の機能モジュールが実現
した場合においても、従来のように装置全体を作り替え
たり改造したりする必要はなく、その部分だけコネクタ
部を用いて、交換若しくは増設すれば対応できるためコ
スト的にメリットが大きい。

【００３６】図３（ｂ）には、コネクタ部２内にバルブ
１１を設けた例である。コネクタ部２に設けた流路がス
ルーであった場合には、マイクロ流路の端部が開口して
しまう場合もあるため、電気信号により開閉可能なバル
ブ等により閉口させる。また、このバルブにより試料の
伝搬タイミングを図ることもできる。

【００３７】また、図３（ｃ）に示すように末端の機能
モジュールやコネクタ部で他に接続されない場合には、
コネクタ部分に栓となるカバー１２を取り付けてもよ
い。

【００３８】次に図４には、第３の実施形態に係る超小
型化学操作装置の概念的な構成例を示し説明する。本実
施形態は、前述した実施形態が機能モジュールを平面的
に構築したのに対して、機能モジュールを積層して立体
的に構築した例である。

【００３９】この装置の例では、機能モジュール１と機
能モジュール１３とをコネクタ部２により接続し、この
機能モジュール１３の上方にインターフェイス部１４を
介して、機能モジュール１５を接続して積層させる。

【００４０】この積層的な構成においては、例えば、機
能モジュール１３が分析用リアクタで機能モジュール１
５が分析用計測部に適用した装置等が考えられる。

【００４１】図５には、インターフェイス部１４により
積層的に構成された超小型化学操作装置の構成例を示
す。

【００４２】図５（ａ）は、液体検出用のインターフェ
イス部１４Ａを用いた例である。この構成では、機能モ
ジュール１３Ａの検出領域１６上に液体を導入するため
のスルーホール１７が形成されたインターフェイス部１
４Ａを積層させて、さらにスルーホール１７の配置位置
に合致するように導入部（well）１８が設けられた機能
モジュール１５Ａが積層される。

【００４３】図５（ｂ）は、マイクロレンズアレイから
なるインターフェイス部１４Ｂを光検出を行う装置に用
いた例である。この構成では、機能モジュール１３Ｂに
配置された検査すべき光を照射する照射部（well）１９
上に光を集光するためのマイクロレンズが配置されたマ
イクロレンズアレイ２０を積層させて、さらに集光され
たそれぞれの光を検出するためのフォトダイオード等か
らなる光検出部２１が配置された機能モジュール１５Ｂ
が積層される。この場合、マイクロレンズアレイ２０
（インターフェイスとして）が、機能モジュール１５Ｂ
とは別体であってもよいし、機能モジュール１５Ｂ内に
埋設、収容等して一体化させるように含ませてもよい。

【００４４】このインターフェイス部１４においても、
前述したコネクタ部２と同様に、コネクタ部分の形状や
配置位置を標準化しておき、各機能モジュールの接続部
分をインターフェイス部１４と合致するように作製す
る。

【００４５】尚、このインターフェイス部１４は、機能
モジュールに直接設けておいて一体的に扱い、他の機能
モジュールと接続してもよく、コネクタ部２のように汎
用的に用いなくてもよい。

【００４６】次に図６には、複数の機能モジュール１に
より構築された超小型化学操作装置の一構成例を示し説
明する。この化学操作装置は、薬液庫３１、モジュール
として専用に設けられた注入ポート３２、機能モジュー
ル１Ａ〜１Ｃ、注出ポート３３、廃棄ポート３４とがそ
れぞれコネクタ部２若しくはインターフェイス部１４を
介して接続される。また、注入ポート３３には、サンプ
ルポート３５が接続されている。

【００４７】この構成において、液体の流れは、薬液庫
３１の薬液と試薬ポート３５からの試薬は、注入ポート
３２を通じて各機能モジュール１Ａ〜１Ｃに伝搬され、
分析等の完了後に廃棄ポート３４まで運ばれ、廃棄され
る。

【００４８】また図７には、この化学操作装置をプラッ
トフォーム３０上に構築した場合の構成例を示す。前述
した注入・注出ポートや各機能モジュール等をプラット
フォーム３０上でコネクタ部２を介して接続する。この
プラットフォーム３０には、操作パネル（操作ボタン）
３７と、表示部３８とが設けられ、さらに、外部表示部
３９やキーボード４０やマウス４１等が接続されてい
る。勿論、これらの構成部位は一体的に構成していても
よい。

【００４９】図８には、このような化学操作装置の電気
的なブロック構成を示す。

【００５０】この装置は、例えば、パーソナルコンピュ
ータ等からなり全体の構成部位の制御を司る中央制御装
置（ＣＰＵ）４２と、各機能モジュール１Ａ〜１Ｃ…
と、電源スイッチを含み主たる動作を指示するための操
作パネル３７と、ＣＲＴ若しくは液晶ディスプレイから
なる表示部３８及び外部表示部３９と、ブザー音や音声
等により警告やガイド指示や結果等を知らせるためのス
ピーカ４３と、制御指示やデータ入力をするためのキー
ボード４０及びマウス４１と、光磁気ディスクのような
着脱自在なメモリ４４と、予め分析等の処理プログラム
や得られた分析結果等を記憶するためのメモリ部４６
と、演算処理に際してデータや処理演算等を記憶するハ
ードディスク４７とで構成される。

【００５１】以上のように、本実施形態によれば、通常
の机程度以下の広さを持つプラットフォーム上に所望す
る機能モジュールや注入・注出ポート等を配置して構築
でき、非常に小型で汎用性がある化学操作装置が実現で
きる。

【００５２】次に図９には、第４の実施形態に係る超小
型化学操作装置の概念的な構成例を示し説明する。

【００５３】この装置は、機能モジュール５０のコネク
タアレイ部５１を上面の端側に設けて、上面から嵌合す
るコネクタ部５２（試料コネクタ５２ａ及び電気コネク
タ５２ｂ）で機能モジュール間を接続するものである。

【００５４】図９（ａ）は、コネクタ部５１を機能モジ
ュールに装着した外観構成を示し、同図（ｂ）は、具体
的な構成例を示す図である。機能モジュール５０のコネ
クタアレイ部５１の試料コネクタ（液体コネクタ）の孔
にコネクタ部５２の試料コネクタ５２ａが嵌合して接続
される。この場合、機能モジュールのマイクロ流路は、
内部を水平に形成された流路がその端側で立ち上がり、
上面に開口する。この開口した孔にパイプ形状の試料コ
ネクタ５２ａが嵌合する。尚、機能モジュールの接続状
態がずれないようにコネクタ部５１にガイド５３を設け
てもよい。また、コネクタ部５２ａにおいて、コネクタ
とパイプを樹脂を用いて一体化して製造してもよい。

【００５５】この実施形態によれば、横方向だけでなく
上方向から機能モジュールの接続ができるため接続作業
が容易になり、また隙間無く機能モジュールを配置でき
るため小型化が実現できる。

【００５６】また、ある機能を集積した個々の機能モジ
ュールで、最適の材料、プロセス、方式を用いることが
可能となるため、最適な性能を低コストで実現し、かつ
これらの機能モジュールのコネクタ部やインターフェー
ス部を標準化して共通仕様とすることにより、必要なシ
ステムに最適な構成で汎用的に構成することができる。

【００５７】次に、図１０には、第５の実施形態に係る
超小型化学操作装置の概念的な構成例を示し説明する。

【００５８】前述した各実施形態のコネクタ部は、側面
の接続、若しくは上面の接続について説明したが、本実
施形態は図１０（ａ）に示すように、下面からの接続構
成である。

【００５９】機能モジュール６０の下面の端側に標準化
（共通化）されたコネクタアレイ部６１を形成する。マ
イクロ流路は、機能モジュール内を水平に進み端側で下
方に開口して孔が形成する。そして図１０（ｂ）に示す
ように、このコネクタアレイ部６１に嵌合するパイプ形
状の複数のコネクタ部６２（試料コネクタ６２ａ及び電
気コネクタ６２ｂ）を設けたコネクタベース部６３を作
製する。

【００６０】図１０（ｃ）は、コネクタ部６２をプラッ
トフォーム３０内に形成した例である。このような構成
により、図７に示したようなプラットフォームに機能モ
ジュールを填め込むだけで、所望する化学操作装置を構
築することができる。

【００６１】以上のことから本実施形態にすれば、各種
の機能モジュールを最適な材料、最適なプロセスを用い
て、自由な構造に形成できるため、高性能を低コストで
実現し、且つこれらの機能モジュールのコネクタ部やイ
ンターフェース部を標準化して共通仕様とすることで必
要なシステムを最適な構成で汎用的に構成することがで
きる。また、液体と電気的な接続機構をプラットフォー
ムに組み込み、下部から取ることで、モジュールの製造
や組立てが容易になり、また最小のサイズが実現可能と
なる。

【００６２】次に、図１１には、第６の実施形態に係る
超小型化学操作装置の概念的な構成例を示し説明する。

【００６３】本実施形態における機能モジュールは、マ
イクロ流路が図９（ｂ）に示すように、内部を水平に形
成された流路が端側で立ち上がり、開口した孔（コネク
タ）６５が形成される。

【００６４】この実施形態では、前述したようなコネク
タ部２のような流路及び電気的な接続のためのコネクタ
部で接続していない。従って、この孔６５への液体の注
入と吸引は、ピペット６６やそのアレイ６７を用いて行
われる。

【００６５】また、図１１（ｂ）は、機能モジュールの
孔にピペット６６等で液体を注入した際に、注入された
液体が安易に溢れ出ないように孔６５から立ち上がった
パイプ形状のガイド６８を形成する。図１１（ｃ）に示
すガイド６８は、真っ直ぐに立ち上がった形状をしてお
り、開口したままであるため、使用しない場合は栓６９
等でカバーをしておく方が望ましい。また、図１１
（ｄ）に示すガイド７０は、比較的柔らかいシリコンゴ
ムの様な弾性を有する部材を用いて形成して、通常は図
示するように開口していないように閉じており、その中
にピペット６６が挿入すると、閉じている隙間がねじ空
けられ、内部へ薬液を注入したり、吸引することができ
る。

【００６６】本実施形態は、前述した各実施形態の作
用、効果に加えて、液体の注入と吸引をピペットを用い
て行なうことで、装置の製造や組立てが簡素化されると
同時に、その機能モジュールを使い捨てにでき、汚染等
の問題が無くなる。

【００６７】更に、ガイドは、通常は閉じており、ピペ
ットが挿入された時に開口して注入及び、吸引が出来る
構造を要していることで、加熱時の液の蒸発等が防ぐこ
とが可能となる。

【００６８】更に液体の注入と吸引をピペットを用いて
行なうことで、モジュールの製造や組立てが楽になると
同時に、そのモジュールを使い捨てにできる。また汚染
等の問題が無くなる。

【００６９】図１２には、第７の実施形態に係る超小型
化学操作装置の概念的な構成例を示し説明する。

【００７０】前述した第５の実施形態のコネクタベース
部６３は、マイクロ流路が一条のＵ字（一層）に形成さ
れていたが、本実施形態では、コネクタベース部にマイ
クロ流路自体が階層的で分岐も有している流路に形成さ
れた例である。

【００７１】つまり、コネクタベース部７１は、多層に
流路７２ａ，７２ｂが流路網として形成され、隣接する
次段の機能モジュールをスルーして、離れた機能モジュ
ールに液体を伝搬したり、交換することができる。ま
た、電気信号においても同様に配線が張り巡らされて離
れたモジュールへの信号の伝達や交信を行うことができ
る。また、このような流路や配線の一部は内部だけでな
く表面に形成してもよい。図１２（ｂ）は、このような
コネクタベース部７１に機能モジュール１を取り付けた
状態を示している。

【００７２】尚、本実施形態では、コネクタベース部を
別途作製したが、プラットフォームに、このような多層
の流路網や配線網を形成することにより、同等な化学操
作装置を構築することができる。また、本発明で扱う流
体が化学物質からなる粉体或いは微粒子を含んでもよ
い。

【００７３】以上の実施形態について説明したが、本明
細書には以下のような発明も含まれている。

【００７４】（１） 液体、ガス、薬液及び試薬に関す
る合成や分析を行なう超小型化学操作装置システムにお
いて、流体若しくは気体の何れかに対して、合成や分析
における所定の処理を行う機能を有する機能モジュール
を具備し、上記機能モジュールには、少なくとも一側面
に、流体若しくは気体を注入・注出するための試料用コ
ネクタと、上記所定の処理に関する電気信号を伝搬する
ための信号用コネクタとからなり、形状及び配置が他の
機能モジュールと連結可能に画一化されたコネクタ部が
設けられ、上記コネクタ部により複数連結された上記機
能モジュール群により、所望の合成や分析を行なうこと
を特徴とする超小型化学操作装置。

【００７５】（２） 液体、ガス、薬液及び試薬に関す
る合成や分析を行なう超小型化学操作装置システムにお
いて、流体若しくは気体の何れかに対して、合成や分析
における所定の処理を行う機能を有し、流体若しくは気
体を注入・注出するための試料用コンタクト部と上記所
定の処理に関する電気信号を伝搬するための信号用コン
タクト部とからなり、形状及び配置が画一化されたコネ
クタ部が設けられた機能モジュールと、上記機能モジュ
ールのコネクタ部に嵌合して、複数の機能モジュールを
連結するコネクタ手段と、を具備し、上記コネクタ手段
により所望の合成や分析を行なうように連結したモジュ
ール群を構築することを特徴とする超小型化学操作装
置。

【００７６】（３） 上記機能モジュール群は、１つの
プラットホーム上に構築されることを特徴とする上記
（１）項及び上記（２）項に記載の超小型化学操作装
置。

【００７７】（４） 上記コネクタ手段は、外部信号に
より開閉制御可能なバルブを具備することを特徴とする
上記（２）項に記載の超小型化学操作装置。

【００７８】（５） 液体、ガス、薬液及び試薬に関す
る合成や分析を行なう超小型化学操作装置システムにお
いて、流体若しくは気体の何れかに対して、合成や分析
における所定の処理を行う機能を有し、上面若しくは下
面に、流体若しくは気体を注入・注出するための試料用
コンタクト部と上記所定の処理に関する電気信号を伝搬
するための信号用コンタクト部とからなり、形状及び配
置が画一化されたコネクタ部が設けられた機能モジュー
ルと、上記機能モジュールのコネクタ部に嵌合して他の
機能モジュールを積層方向に連結し、上記所定の処理に
おける仲介処理を行う機能を有するインターフェース手
段と、を具備し、上記インターフェース手段により所望
の合成や分析を行なうように機能モジュールを連結する
ことを特徴とする超小型化学操作装置。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、そ
れぞれの用途に好適するように最適な材料を用いて最適
な構造及び製造方法で形成された小型の機能モジュール
を、標準化され着脱自在に接続するコンタクト部若しく
はインターフェイス機能で接続して、任意な構成に構築
で且つ、低コストで汎用性を有するように構成された超
小型化学操作装置を提供することができる。

【００８０】このような超小型化学操作装置により、シ
ステムに汎用性を有し、用途に応じて仕様変更が柔軟に
実現でき、多品種、少量の分析や生産に対して無駄を発
生せずに有効である。さらに、装置が少数生産でもコス
トの抑制が実現され、搭載した各機能は大型機器と同等
の性能を有し、全体のシステムの大きさ及び重量は、従
来装置に比べて相当に小型軽量で構築することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る超小型化学操作装置の概
念的な構成例を示す図である。

【図２】第１の実施形態に係る超小型化学操作装置の概
念的な構成例を示す図である。

【図３】第２の実施形態におけるコネクタ部の構成例を
示す図である。

【図４】第３の実施形態に係る超小型化学操作装置の概
念的な構成例を示す図である。

【図５】第３の実施形態におけるインターフェイス部に
より積層構成された超小型化学操作装置の構成例を示す
図である。

【図６】第３の実施形態における超小型化学操作装置の
液体の流れに基づく構成例を示す図である。

【図７】第３の実施形態における化学操作装置をプラッ
トフォーム上に構築した構成例第を示す図である。

【図８】図７に示した化学操作装置の電気的なブロック
構成を示す図である。

【図９】第４の実施形態に係る超小型化学操作装置の概
念的な構成例を示す図である。

【図１０】第５の実施形態に係る超小型化学操作装置の
概念的な構成例を示す図である。

【図１１】第６の実施形態に係る超小型化学操作装置の
概念的な構成例を示す図である。

【図１２】第７の実施形態に係る超小型化学操作装置の
概念的な構成例を示す図である。

【図１３】従来の化学操作装置の構成例を示す図であ
る。

【図１４】従来の化学操作装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…機能モジュール ２…コネクタ部 ３…液体用注入注出モジュール

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体、ガス、薬液及び試薬の合成及び／
   又は分析を行なう化学操作装置であって、 １つ又は複数の流体を制御する素子をある機能を発現す
   るために組み合せた機能モジュールを、複数の液体また
   は気体用のコネクタと複数の電気的なコネクタを一体的
   に構成したコネクタ機能モジュールを用いて接続し、こ
   の機能モジュールとコネクタ機能モジュールを単一また
   は複数組み合わせて共通のプラットフォーム上に構成し
   たことを特徴とする超小型化学操作装置。
2. 【請求項２】 上記機能モジュールの内の幾つかは積層
   されていることを特徴とする請求項１に記載の超小型化
   学操作装置。
3. 【請求項３】 上記機能モジュールの内部、または外部
   に、操作部、表示装置、制御部、記憶装置を備えること
   特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の超小型化学
   操作装置。
4. 【請求項４】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   と複数の電気的な上記コネクタは、上記機能モジュール
   の側面に設けられた流路の末端に着脱自在に接続される
   ことを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに記載の
   超小型化学操作装置。
5. 【請求項５】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   と複数の電気的な上記コネクタは、上記機能モジュール
   の上面若しくは下面の何れかの主面に設けられた流路の
   末端に着脱自在に接続されることを特徴とする請求項
   １，２，３のいずれかに記載の超小型化学操作装置。
6. 【請求項６】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   と複数の電気的な上記コネクタは、上記機能モジュール
   の上面若しくは下面の何れかの主面に設けられた流路の
   末端に着脱自在に接続され、上記コネクタ部は、プラッ
   トフォーム内部に埋め込まれた、若しくはプラットフォ
   ームの上面に設けられていることを特徴とする請求項
   １，２，３のいずれかに記載の超小型化学操作装置。
7. 【請求項７】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   は、上記機能モジュールの上面若しくは下面の何れかの
   主面に設けられた流路の末端に設けられ、上記コネクタ
   部を通じて単一または複数のピペットによって、液体が
   注入、吸引されることを特徴とする請求項１，２，３い
   ずれかに記載の超小型化学操作装置。
8. 【請求項８】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   は、通常は閉状態を維持し、上記ピペットが挿入された
   時に開口して注入及び、吸引が可能となる構造を要して
   いることを特徴とする請求項６に記載の超小型化学操作
   装置。
9. 【請求項９】 複数の液体または気体用の上記コネクタ
   及び電気的な上記コネクタ部は、上記機能モジュールの
   上面若しくは下面の何れかの主面に設けられた流路の末
   端に着脱自在に接続され、また上記コネクタ部は、プラ
   ットフォームに埋め込まれており、該プラットフォーム
   も内部または表面に流路網及び電気的な配線が形成され
   ていることを特徴とする請求項１，２，３のいずれかに
   記載の超小型化学操作装置。
10. 【請求項１０】 上記機能モジュールの材料は、シリコ
    ン、ガラス、セラミックス、樹脂またはその組み合わせ
    によって構成されていることを特徴とした請求項１から
    ９のいずれかに記載の超小型化学操作装置。
11. 【請求項１１】 上記機能モジュールに内蔵された流体
    デバイスは、ポンプ、バルブ、流路、反応容器、拡散容
    器、攪拌容器、ヒータ、センサ、分析容器、冷却容器ま
    たはその組み合わせによって構成されていることを特徴
    とする請求項１から９のいずれかに記載の超小型化学操
    作装置。
12. 【請求項１２】 上記機能モジュールに内蔵された流体
    デバイスは、ホトリソグラフィー、液体エッチング、リ
    アクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンエッチ
    ング、マイクロ加工、モールドまたはその組み合わせに
    よって加工されていることを特徴とする請求項１から９
    のいずれかに記載の超小型化学操作装置。