JP2004177161A - マイクロ流体デバイスおよび微小ケミカルデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】分散溶液が極少量であっても、該分散溶液からの分散質の分離を効率良く行うことができるマイクロ流体デバイスを提供する。
【解決手段】部材内に、第二の層３ａの欠損部（直線部４ａ、５ａおよび分岐部６ａ）、第三の層１１の欠損部（直線部４ｂ、５ｂおよび分岐部６ｂ）、および第四の層３ｃの欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ｃ）からなる流路が形成され、該流路の中途に、第二の層３ａの突起１８ａおよび第四の層３ｃの突起１８ｃを縦桟とし第三の層１１の板状部１９を横桟とする、流路の断面よりも小さい開口部を有するグリッド面が設けられたマイクロ流体デバイス。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部材中に微小な流路を有するとともに該流路の中途に分離機構が設けられたマイクロ流体デバイスおよびこれを用いた微小ケミカルデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
分散溶液から分散質を分離する方法として、例えば、無数の微小な空孔を有する多孔膜を通過させて分離する膜分離法、または分散質が分散媒に比べて比重が大きいことを利用し、遠心分離する方法等が一般に知られている。
【０００３】
それらの中で、微量の流体を取り扱うマイクロ流体デバイスにおける分離方法としては、分離膜が好適である。このような観点から、本発明者等の出願によるマイクロ流体デバイス内部に多孔質膜を組み込み、分離する方法が開示されている（特許文献１参照。）。しかしながら、分離膜は細孔の孔径分布を持つため、分離精度に劣るものであった。また、同じ理由で、遮断対象となる溶質の一部が分離膜を透過することを防ぐためには、十分小さい平均孔径の分離膜を使用する必要があり、大きな圧力損失を発生していた。
一方、本発明者等の出願による、毛細管状の流路中の液体の脱気機構を有するマイクロ流体デバイスにおいて、気体は透過するが液体は透過しない隔壁の構造の一例として、複数のスリット状の細孔を有する構造が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照。）。これらのスリット構造は、前記のように水は透過しないが、仮に、透過可能な液体の濾過に使用できるとしても、該スリット構造は、断面の縦横比が大きく、寸法異方性のある溶質の濾過、分離を行うには、やはり精度が低かった。該スリットの縦横比を１に近づけると、濾過面積が不足して圧力損失が増すと共に、溶質によって閉塞し易いという欠点があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１０２６８１号公報（第８−９頁）
【特許文献２】
特開２００２−０１８２７１号公報（第９頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、極微量の分散溶液からの分散質の分離を高い精度で、圧力損失が低く、目詰まりせずに行うことができるマイクロ流体デバイスおよびこれを用いた微小ケミカルデバイスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、毛細管状の流路（４ａ、４ｂ、４ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ）を有し、該流路の中途に、該流路の断面よりも小さい開口部が縦横にそれぞれ２列以上形成されたグリッド面（１８ａ、１８ｃ、１９）が設けられていることを特徴とするマイクロデバイスを提供する。該グリッド面は前流路の断面を横断して形成される。ここで言うグリッド面とは縦横に前記開口部がそれぞれ２列以上形成された格子状構造物を指し、開口部とはグリッド面を貫通する一つ一つの細孔のことを指す。本発明において、グリッド部は分散溶液から分散質を分離するための分離手段として設けられる。
本発明のマイクロ流体デバイスによれば、毛細管状の流路内を移送される流体がグリッド面を通過する際に、該グリッド面の開口部を通過できない分離対象物が流体から分離される。したがって、マイクロ流体デバイスの流路に分散溶液を供給するとともに、グリッド面の開口部を分散質が通過できない大きさに設定することによって、分散溶液から分散質を分離することができる。また、分散溶液が極少量であっても分散質の分離を高い精度で行うことができるうえ、圧力損失が低く、目詰まりが生じにくい。さらに、分散溶液の吸収が無いので回収効率も良い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、前記グリッド面に達した流体のうち、該グリッド面を通過した一部が移送される流路と、該グリッド面を通過しなかった他部が移送される流路が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、流路に供給された分散溶液のうち、グリッド面の開口部を通過した分散媒が流路内を移送されるとともに、グリッド面の開口部を通過できない分散質を、供給時よりも高い濃度で含む分散溶液が別の流路内を移送される。これにより、グリッド面の開口部を通過できない分散質が、グリッド面の上流側に滞留するのを防止することができ、分散質が除去された分散媒、および分散質を高濃度で含む分散溶液を回収することができる。
【０００８】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、流路の（断面の幅×高さ）が（０．５μｍ×０．５μｍ）〜（３ｍｍ×３ｍｍ）の範囲内であることが好ましく、（１μｍ×１μｍ）〜（１ｍｍ×１ｍｍ）の範囲内であることがより好ましい。
ここで、流路の断面とは、流路の長さ方向、すなわち流体の移送方向に対して垂直な面に沿う断面である（以下、同様）。流路の断面積は好ましくは０．２５μｍ^２〜９ｍｍ^２であり、更に好ましくは１μｍ^２〜１ｍｍ^２である。流路の断面形状は任意であり、矩形（角が丸められた矩形を含む。以下同様）、スリット状、台形、半円等であり得る。
流路の断面の寸法が小さいほど流路を通過する流体の移送速度が低下する傾向にあり、作業効率が悪くなる。また、流路の断面の寸法が大きいほど、分離に必要な流体の量が多くなるので、毛細管状の流路を用いることによって極小量の流体でも分離できるというメリットが減少する。
流路の移送方向における長さは任意であり、用途目的により好適な長さを採り得る。また、流路の移送方向における形状も任意であり、移送方向において流路の断面形状や断面積が変化してもよい。
【０００９】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、前記グリッド面における開口部の（断面の幅×高さ）は、（０．３μｍ×０．３μｍ）〜（１００μｍ×１００μｍ）の範囲内であることが好ましく、より好ましくは、（１μｍ×１μｍ）〜（５０μｍ×５０μｍ）の範囲内である。ここで言う、開口部の（断面の幅×高さ）（以下、開口部の断面と呼ぶ）とは、開口部を通過する流体の移送方向に対して垂直な面に沿う断面である。開口部の断面の寸法は、流体中の分離対象となる分散質の大きさに応じて、該分離対象が通過できない大きさに設定される。開口部の断面の寸法が上記範囲未満であると、圧力損失が増し、開口部を通過する流体の移送速度が著しく低下する。該開口部の断面の寸法の上限は、本発明のマイクロ流体デバイスの流路の断面寸法未満である。
開口部の断面の形状は任意であり、矩形などの多角形（角が丸められた多角形傾を含む。以下同様）、円、楕円、スリット状、台形、半円等であり得る。特に、開口部の断面の縦横比（前記断面における幅：高さの比）は０．８：１．０〜１．０：０．８が好ましい。このように開口部の断面の縦横比を１に近くすれば、寸法異方性のある溶質に対する濾過性能が向上するので好ましい。
開口部の断面の寸法は、開口部を通過する流体の移送方向において、均一でもよく、変化していてもよい。後者の場合は、開口部の断面の寸法の最も小さい部分が、分離対象となる分散質が通過できない大きさであればよい。この場合、開口部を通過する流体の移送方向において、最も上流側にある開口部の断面の寸法が最も小さくなることが、目詰まり防止の点から好ましい。開口部の断面積を開口部を通過する流体の移送方向で増大させることにより、同じ最小孔径を持ちながら圧力損失を低下させることが出来る。
開口部を通過する流体の移送方向に平行な開口部（グリッド面）の長さは特に限定されないが、短すぎるとグリッド面の強度の低下を招きがちであるし、製造が困難となる。一方、長すぎると圧力損失が大きくなるので、好ましくは１μｍ〜１ｍｍの範囲内、より好ましくは１０μｍ〜５００μｍの範囲内とされる。
【００１０】
前記グリッド面内の開口部の配列様式は任意である。開口部が１６個であるグリッド面では、例えば縦２列×横８列、縦４列×横４列または縦８列×横２列の配列様式の開口部を持つことが可能である。このような場合、縦横に配列する開口部の個数が同数に近いグリッド面の方がマイクロ流体デバイス上面から見たグリッド面の占有面積が小さくなり、マイクロ流体デバイスを小型化出来るため好適である。
【００１１】
前記グリッド面における開口部の数は４以上であれば特に限定されないが、分散溶液からの分離時間を早めるためには４〜１００００が好ましく、１００〜１０００がより好ましい。開口部数が過多である場合には、開口部で留まる分散溶液が多くなるために、目的とする量の分離された溶液を得るのに必要な分散溶液の量が増えるため、効率的な分離が困難となる。前記の範囲内とすれば、極少量からの分離を効率よく行うことが可能である。
【００１２】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、グリッド面は、前記開口部を通過する流体の移送方向に垂直な面内で縦横各２列以上の開口部を有する。開口部を縦横各２列以上設けることによって、開口部の大きさおよび配列の自由度が増し、縦横比が１に近い開口部を多数形成し易くなる。化学工学分野で周知のように、同じ断面積の開口部が同じ数だけ設けられていても、個々の開口部の縦横比が１に近いほど流路を通過する流体の圧力損失が小さくなるため、分散溶液からの分散質の分離速度が向上する。また、各開口部の縦横比を１に近くすることによって、異方性のある分散質の分離精度が向上する。これに対して、グリッド面に開口部が縦又は横に一列である場合は、特に開口部の孔径（断面積）が小さい場合には、流路断面積の内、該流路断面積に比べて微小な開口部が一列に並んだ断面積しか有効に利用されず、分散溶液が流路を通過すること自体が困難となる。
このような構造のグリッド面は、例えば公知のマイクロ光造形法で流路と同時に形成することが出来るし、別途、公知のフォトリソグラフィーで形成して、流路のしかるべき位置に装着することもできる。
しかしながら、前記グリッド面は、それぞれ一列に並んだ開口部を有する複数の層が、前記開口部を通過する流体の移送方向に対して垂直方向に積層された構造とすることが、前記グリッド部をマイクロ流体デバイスのその他の部分と同時に形成出来るため生産性が高く、好ましい。その際、それぞれの層に形成された開口部の、積層された厚み方向での配列様式は任意であり、例えば、直線状に並んでいても良いし、斜めやジグザグ配列であっても良いし、ランダムであっても良い。
かかる構成によれば、例えばエネルギー線硬化性組成物を使用したパターン露光法や、フォトリソグラフィーにより、グリッド面を、毛細管状の流路の中途に、容易に形成することができる。これらの層は、グリッド面と同時に流路などの構造部分も含有し、それらの構造も同時に形成するものであることが好ましい。
【００１３】
例えば、表面に凹溝を有し、該凹溝の中途に前記グリッド面の縦桟となる突起が設けられた第一の部材および第二の部材を、前記表面どうしが向かい合うように配し、前記第一の部材と第二の部材との間に、前記凹溝と重なる位置に、厚さ方向に貫通する欠損部が形成され、かつ前記突起を覆う位置に、前記グリッド面の横桟となる板状部が設けられた第３の部材を介在させた構成とすることができる。
かかる構成によれば、前記一列に並んだ複数の開口部を有する層を２層備えたグリッド面が形成される。
【００１４】
または、前記第一の部材と第二の部材との間に、前記第３の部材を２層以上設けるとともに、該第３の部材と第３の部材との間に、前記欠損部と重なる位置に、厚さ方向に貫通する欠損部が形成され、かつ前記板状部と重なる位置に、前記グリッド面の縦桟となる突起が設けられた第四の部材を介在させた構成とすることもできる。
かかる構成によれば、前記一列に並んだ複数の開口部を有する層を３層以上備えたグリッド面が形成される。
【００１５】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、一つの流路内にグリッド面を任意の位置に、複数設けることができる。また複数のグリッド面を設ける場合、開口部の大きさ、および流体の移送方向におけるグリッド面の長さはグリッド面毎に独立して設定することができる。ここでの「一つの流路」とは、１つの供給口から１つの流出口に至る流路を言い、１つの供給口から１つの流出口に至るまでの間に流路が分岐、合流、あるいは分岐した後合流している場合は各支流をそれぞれ「一つの流路」と称する。
例えば、十字型の分岐部分において４本ある流路の内、少なくとも一本は供給口へ連通する流路であるが、それ以外の流路への３つの進入口の一部またはすべてにグリッド面を設置することが可能である。
また、グリッド面が設けられた流路の下流に別のグリッド面を設けてもよい。一つの流路に複数のグリッド面を設ける場合、グリッド面間の距離は任意であるが、特に流体の移送方向において、順次断面積が減少する開口部を有する複数のグリッド面を０．５μｍ〜３ｍｍの間隔で断続的に設けると、溶質によって目詰まりしにくいと言う利点が得られる。この場合のグリッド面どうしの、より好ましい間隔は１μｍ〜１ｍｍである。
【００１６】
また本発明は、本発明のマイクロ流体デバイスに、前記流路内を移送される流体に対して物理的変化および／または化学的変化および／または生物学的変化を生じさせる手段を設けてなる微小ケミカルデバイスを提供する。
本発明における物理的変化および／または化学的変化および／または生物学的変化を生じさせる手段は、特に限定されず、本発明のマイクロ流体デバイスの内部に設けられるものであってもよく、該デバイスに付設して設けられるものであってもよい。デバイスの内部に設けられる前記手段としては、例えば、流体を移送するための流路に連通して設けられた、反応場となる流路（反応槽を含む）；バルブ機構；抽出、濾過などの物理化学的処理機構；分析機構；検出機構などが挙げられる。なお、デバイス内に前記手段を設ける場合、該手段に係る部分（例えば反応槽部分など）では、流路の断面寸法が上記した好ましい範囲を超えてもよいが、少なくともグリッド面を挟む上流側および下流側の流路における断面寸法が上記した範囲内であることが好ましい。
本発明の微小ケミカルデバイスによれば、毛細管状の流路に流体を供給し、該流体が流路内を移送される間に、該流体を用いた反応や分析または分離などを実施することができる。
【００１７】
本発明の微小ケミカルデバイスは、例えば、化学、生化学などの微小反応デバイス（マイクロリアクター）や、集積型ＤＮＡ分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイス、微小膜分離デバイス、微小抽出デバイスなどの微小分析デバイスを含み、それぞれの用途に応じて必要な物理的変化および／または化学的変化および／または生物学的変化を生じさせる手段を備えている。
本発明の微小ケミカルデバイスは、化学、生化学、農業、林業、水産業、医療、食品工業、製薬工業、環境保全、犯罪捜査、スポーツ、その他の広範な分野において使用され、とりわけ、これらの分野に於ける血液分析デバイスとして有用である。具体的には、全血からの血清分離デバイスに好適である。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説明する。図１は本実施例のマイクロ流体デバイスを示した分解斜視図であり、図２は図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
本実施例のマイクロ流体デバイスは、板状の下基材１上に第一の層２および第二の層３ａがこの順に積層されている。第二の層３ａには、その厚さ方向に貫通する欠損部が形成されている。欠損部は、直線部４ａ、５ａと該直線部の中途から垂直に分岐した分岐部６ａとからなる略Ｔ字状であり、この欠損部の内側面と第一の層２の上面とで凹溝が形成されている。
以下、分岐部６ａの幅方向をＸ方向、長さ方向をＹ方向、深さ方向をＺ方向という。
凹溝内において、分岐部６ａの直線部４ａ、５ａ側の端部には５個の突起１８ａが設けられている。突起１８ａは、第二の層３ａの一部からなり、第一の層２上にＸ方向に沿って等間隔で並んでいる。
欠損部における直線部４ａ、５ａおよび分岐部６ａの幅は５０μｍ、深さは１０μｍである。突起１８ａの、Ｙ方向に垂直な断面における形状は矩形で、その幅は４μｍ、高さは１０μｍであり、Ｘ方向において隣り合う突起１８ａどうしの間隔は５μｍである。また、突起１８ａをＺ方向から見た形状は角が丸められた矩形で、そのＹ方向における長さは１０μｍである。
本実施例において、第一の層２、および第二の層３ａが本発明における第一の部材を構成している。
【００１９】
第二の層３ａ上には第三の層１１が積層されている。第三の層１１には、第二の層３ａの凹溝、すなわち欠損部の直線部４ａ、５ａおよび分岐部６ａと重なる位置に、厚さ方向に貫通する略Ｔ字状の欠損部（直線部４ｂ、５ｂおよび分岐部６ｂ）が形成されている。ただし、第三の層１１における、第二の層３ａの突起１８ａを覆う位置には欠損部が形成されておらず、突起１８ａの上部に架けわたされた板状部１９となっている。
本実施例において、第三の層１１が本発明の第三の部材を構成している。
【００２０】
第三の層１１上には、第四の層３ｃおよび第五の層１２がこの順に積層されている。第四の層３ｃには第二の層３ａの欠損部（直線部４ａ、５ａおよび分岐部６ａ）および突起１８ａと同じ形状の、厚さ方向に貫通する欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ｃ）および突起１８ｃが形成されている。
本実施例において、第四の層３ｃの欠損部の内側面と第五の層１２の下面とで凹溝が形成されており、この第四の層３ｃおよび第五の層１２が本発明における第二の部材を構成している。
【００２１】
さらに、第五の層１２上には第六の層１３および上基材１４がこの順に積層されている。第五の層１２、第六の層１３、および上基材１４における、第四の層３ｃの欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ｃ）の３つの端部とそれぞれ重なる位置には、該第五の層１２、第六の層１３、および上基材１４を貫通する３つ円形の孔が穿設されている。すなわち、上基材１４には第一の孔１５ａ、第二の孔１６ａ、第三の孔１７ａが形成されており、第六の層１３にも第一の孔１５ｂ、第二の孔１６ｂ、第三の孔１７ｂが形成されており、第五の層１２にも第一の孔１５ｃ、第二の孔１６ｃ、第三の孔１７ｃが形成されている。
【００２２】
本実施例のマイクロ流体デバイスにあっては、第一の層２の上面を底面とし、第五の層１２の下面を天面とし、第二の層３ａ、第三の層１１、および第四の層３ｃの欠損部の内側面を側面とする略Ｔ字状の流路が形成されている。また、該略Ｔ字状の流路の分岐部の直線部側の端部には、第二の層３ａおよび第四の層３ｃの突起１８ａ、１８ｃが縦桟をなし、第三の層１１の板状部１９が横桟をなし、これら縦桟と横桟とで仕切られた開口部を有するグリッド面が形成されている。本実施例のマイクロ流体デバイスにおいて、グリッド面は、開口部を有する層が２層（第二の層３ａおよび第四の層３ｃ）、Ｚ方向に積層されている。
【００２３】
そして、例えば上基材１４の第一の孔１５ａから流体を供給すると、該流体は、第六の層１３の第一の孔１５ｂ、および第五の層１２の第一の孔１５ｃを順に通り、第四の層３ｃの直線部４ｃと第三の層１１の直線部４ｂと第二の層３ａの直線部４ａとからなる流路内を移送される。
該流体の一部は、グリッド面の開口部、すなわち第四の層３ｃの突起部１８ｃの間隙および第二の層３ａの突起部１８ａの間隙を通過した後、第四の層３ｃの分岐部６ｃと第三の層１１の分岐部６ｂと第二の層３ａの分岐部６ａとからなる流路内を移送され、第五の層１２の第三の孔１７ｃおよび第六の層１３の第三の孔１７ｂを順に通って、上基材１４の第三の孔１７ａから流出される。
また前記流体の他部は、第四の層３ｃの直線部５ｃと第三の層１１の直線部５ｂと第二の層３ａの直線部５ａとからなる流路内を移送され、第五の層１２の第二の孔１６ｃおよび第六の層１３の第二の孔１６ｂを順に通って、上基材１４の第二の孔１６ａから流出される。
【００２４】
したがって、本実施例のマイクロ流体デバイスによれば、分散溶液を上基材１４の第一の孔１５ａから供給すると、該分散溶液はＴ字状の流路に移送され、グリッド面の開口部を通過した分散媒が上基材１４の第三の孔１７ａから流出されるとともに、グリッド面の開口部を通過できない分散質を、供給時の分散溶液よりも高い濃度で含む液体が上基材１４の第二の孔１６ａから流出されるので、これにより分散溶液の固液分離を行うことができる。
【００２５】
本実施例では、３つの第一の孔１５ａ、１５ｂ、１５ｃからなる流路、３つの第二の孔１６ａ、１６ｂ、１６ｃからなる流路、および３つの第三の孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃからなる流路の、流体の移送方向（Ｚ方向）に対して垂直方向に沿う断面形状は円形であり、第二ないし第四の層３ａ、１１、３ｃに形成された欠損部によって形状が規定される略Ｔ字状の流路の、流体の移送方向（Ｘ方向またはＹ方向）に対して垂直方向に沿う断面形状は矩形であるが、流路の断面形状は適宜変更可能である。
【００２６】
マイクロ流体デバイスを構成する部材の素材、すなわち本実施例における下基材１、第一ないし第六の層２、３ａ、１１、３ｃ、１２、１３、および上基材１４は、流路やグリッド面がその形状を保持できる硬度と強度を有し、流路に流す液体が実質的に不透過性である素材であれば任意である。具体例としては、有機または無機高分子重合体（以下、単に「重合体」と称する）、結晶、ガラス、セラミック、金属、半導体、炭素等であってよい。特に溝状の流路の形成に寄与する部材、本実施例では第二ないし第四の層３ａ、１１、３ｃは、成形しやすさの点から、重合体であることが好ましい。
重合体は、熱可塑性重合体であっても、熱硬化重合体であってもよいが、成形性の良い熱可塑性重合体、あるいは活性エネルギー線硬化重合体が好ましい。
【００２７】
また、マイクロ流体デバイスの、移送される流体と接触し得る面は親水性とすることが好ましい。
本明細書において、表面が親水性であるとは、水との接触角が９０度以下であることを言う。流路表面の水との接触角は、より好ましくは４５度以下、さらに好ましくは３５度以下、最も好ましくは２５度以下である。接触角の下限はゼロであってもよい。
本実施例では、第一ないし第六の層２、３ａ、１１、３ｃ、１２、１３および上基材１４の材料として親水性を有する材料を用いるか、または、これらの各部材に流路を形成した後、内側面の一部または全部に表面処理を施して親水性を付与することが好ましい。
親水性を有する材料としては、例えば親水基を含む活性エネルギー線硬化性化合物の硬化物等が挙げられる。また親水性を付与するための表面処理方法としては、例えばコロナ処理等が挙げられる。
【００２８】
活性エネルギー線硬化性化合物としては、１分子中に２個以上のエチレン性二重結合を有する物が好ましい。中でも、反応性の高い（メタ）アクリロイル基含有化合物（以下、「（メタ）アクリロイル」は、「メタクリロイル又はアクリロイル」を意味する。「（メタ）アクリレート」、「（メタ）アクリル」などについても同様である。）やビニルエーテル類、また光重合開始剤の不存在下でも硬化するマレイミド基を有する化合物が好ましい。
【００２９】
また、活性エネルギー線硬化性化合物として、重合性オリゴマー（プレポリマーとも呼ばれる）も用いることもでき、例えば、質量平均分子量が５００〜５００００のものが挙げられる。そのような重合性オリゴマーとしては、例えば、エポキシ（メタ）アクリレート、ポリエーテル（メタ）アクリレート、ポリブタジエン（メタ）アクリレート、（メタ）アクリロイル基を有するポリウレタン樹脂などが挙げられる。
【００３０】
これらの活性エネルギー線硬化性化合物は、単独で用いることもでき、また、２種類以上を混合して用いることもできる。また親水性の付与、粘度の調整、接着性の増強などの目的で、単官能モノマー、例えば、単官能（メタ）アクリル系モノマーを混合することも可能である。
【００３１】
活性エネルギー線硬化性化合物は、これを必須成分とし、必要に応じて、その他の成分を混合してなる活性エネルギー線硬化性組成物として用いることが好ましい。その他の成分としては、例えば、活性エネルギー線硬化性化合物と共重合可能な単官能の重合性化合物、重合開始剤、重合遅延剤や重合禁止剤、溶剤、増粘剤、改質剤、着色剤等が挙げられる。
【００３２】
活性エネルギー線硬化性組成物に、必要に応じて含有させることのできる単官能の重合性化合物は、使用する活性エネルギー線硬化性化合物と共重合可能なものであれば任意であるが、（メタ）アクリロイル基含有化合物であることが好ましい。
【００３３】
活性エネルギー線が光である場合に使用する光重合開始剤は、特に制限はなく、公知慣用の、ラジカル重合開始剤、アニオン重合開始剤、カチオン重合開始剤を使用することができる。
【００３４】
活性エネルギー線硬化性組成物にマレイミド基を有する活性エネルギー線硬化性化合物または単官能モノマーを使用する場合は、マレイミド基が光重合開始剤としての機能を有するので、必ずしも前記光重合開始剤を使用する必要がない。マレイミド基の含有量が少ないときは光重合開始剤を添加するが、その量は少なくてすむ。
【００３５】
活性エネルギー線硬化性組成物に添加する光重合開始剤の使用量は、０．００５〜２０質量％の範囲が好ましく、０．０５〜５質量％の範囲が特に好ましい。
【００３６】
活性エネルギー線硬化性組成物に、必要に応じて含有させることができる重合遅延剤や重合禁止剤としては、スチレン、α−メチルスチレン、α−フェニルスチレン、ｐ−オクチルスチレン、ｐ−（４−ペンチルシクロヘキシル）スチレン、ｐ−フェニルスチレン、 ｐ−（ｐ−エトキシフェニル）フェニルスチレン、２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン、４，４′−ジビニルビフェニル、２−ビニルナフタレン等のエネルギー線硬化性化合物としては重合速度の低いビニル系モノマー；ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ジオクチルフェノールなどのヒンダントフェノール類等が挙げられる。
【００３７】
本実施例のマイクロ流体デバイスは、例えば下基材１上に、第一の層２、欠損部が形成された第二の層３ａ、欠損部が形成された第三の層１１、欠損部が形成された第四の層３ｃ、第五の層１２、第六の層１３、および上基材１４を順に積層して接着一体化し、第五の層１２、第六の層１３、および上基材１４の所定位置に孔を穿設することによって製造することができる。
【００３８】
欠損部を形成する方法は任意であり、例えば、射出成型、溶剤キャスト法、溶融レプリカ法、エネルギー線硬化レプリカ法、切削、フォトリソグラフィー（エネルギー線リソグラフィーを含む。以下同様）、エッチング法、蒸着法、気相重合法等を用いることができる。
また、本実施例では、第一の層２上に、厚さ方向に貫通する欠損部が形成された第二の層３ａを積層したが、第一の層２を用いず、第二の層３ａよりも厚い部材の上面に、上記に挙げた方法等で断面凹状の溝を形成してもよい。同様に、第四の層３ｃに欠損部を形成する代わりに、第四の層３ｃよりも厚い部材の下面に、上記に挙げた方法等で断面凹状の溝を形成してもよい。この場合、第五の層１２は用いなくてもよい。
【００３９】
このようにして得られるマイクロ流体デバイスは、さらに他の任意の部材や、他のマイクロ流体デバイスと積層や接着することもできる。
また、マイクロ流体デバイスを用いて微小ケミカルデバイスを構成する場合には、流路以外に、例えば、貯液槽、反応槽、分析機構など微小ケミカルデバイスとして必要な構造を、同様の方法を用いて形成することができる。
【００４０】
なお、本実施例のマイクロ流体デバイスは、全体の外形を板状としたが、これに限定されるものではなく、用途目的に応じた形状を採りうる。例えば、板状のほかに、フィルム状（シート状、リボン状などを含む。以下同様）、塗膜状、棒状、管状、円筒状、その他複雑な形状の成型物などであり得る。他のマイクロ流体デバイスとの一体化しやすさ及び成形しやすさの面からは、フィルム状又は板状であることが好ましい。
【００４１】
また、本実施例では、グリッド面の縦桟となる突起が形成された層として、第二の層３ａと第四の層３ｃの２層を用い、これらの間にグリッド面の横桟となる板状部を供えた第三の層１１を介在させたが、縦桟となる突起が形成された層を３層以上、横桟となる板状部が形成された層を挟みながら積層させた構成としてもよい。
【００４２】
また、本実施例ではグリッド面の開口部の形状を、縦桟としての突起１８ａ、１８ｃと、横桟としての板状部１９とで仕切られた断面略矩形としたが、これに限らず、流路内部を移送される流体中の、分離しようとする分離対象物（分散質）が通過できない大きさの開口部であればよく、形状は適宜変更することができる。
【００４３】
以下、具体的な実施例を用いて、本発明を更に詳細に説明する。なお、以下の実施例において、「部」及び「％」は、特に断りがない限り、各々「質量部」及び「質量％」を表わす。
【００４４】
［エネルギー線照射装置］
２００ｗメタルハライドランプが組み込まれたウシオ電機株式会社製のマルチライト２００型露光装置用光源ユニットを用いた。紫外線強度は５０ｍｗ／ｃｍ^２である。
【００４５】
［製造例１］
〔活性エネルギー線硬化性組成物（ｉ）の調製〕
活性エネルギー線硬化性化合物として、質量平均分子量約２０００の大日本インキ化学工業株式会社製３官能ウレタンアクリレートオリゴマー「ユニディックＶ−４２６３」６０部、第一工業製薬株式会社製１，６−ヘキサンジオールジアクリレート「ニューフロンティアＨＤＤＡ」２０部、第一工業製薬株式会社製ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート「Ｎ−１７７Ｅ」（両親媒性の単量体）２０部、及び光重合開始剤としてチバガイギー社製１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア１８４」５部を均一に混合して活性エネルギー線硬化性組成物（ｉ）を調製した。
【００４６】
〔活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）の調製〕
活性エネルギー線硬化性化合物として、質量平均分子量約２０００の大日本インキ化学工業株式会社製３官能ウレタンアクリレートオリゴマー「ユニディックＶ−４２６３」６０部、第一工業製薬株式会社製１，６−ヘキサンジオールジアクリレート「ニューフロンティアＨＤＤＡ」２０部、第一工業製薬株式会社製ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート「Ｎ−１７７Ｅ」（両親媒性の単量体）２０部、光重合開始剤としてチバガイギー社製１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア１８４」５部、及び重合遅延剤として関東化学株式会社製２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン０．５部を均一に混合して活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を調製した。
【００４７】
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
下基材１として旭化成社製ポリアクリレート板「デラグラスＡ−９９９ １．０番」を用い、これに１２７μｍのバーコーターを用いて活性エネルギー線硬化性組成物（ｉ）を塗布し、５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中で３秒間照射して、第一の層２となる塗膜を半硬化させた。
【００４８】
この半硬化状態の塗膜上に、スピンコーターを用いて活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を塗布し、図３に示すフォトマスク２１を介して５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気で３秒間照射して、第二の層３ａとなる塗膜を半硬化させた。フォトマスク２１は第二の層３ａに形成される略Ｔ字状の欠損部（直線部４ａ、５ａおよび分岐部６ａ）に対応する形状の遮蔽部（図中斜線で示す）２２を有しており、この遮蔽部２２以外の部分に紫外線が照射されるようになっている。遮蔽部２２の、分岐部６ａの直線部４ａ、５ａ側の端部において、グリッド面の縦桟となる突起１８ａに対応する部位は紫外線が透過する透過部となっている。
続いて、エタノールにて第二の層３ａとなる塗膜の、紫外線が照射されていない未硬化の活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を洗浄除去することにより、該塗膜に略Ｔ字状の欠損部を形成した。略Ｔ字状の欠損部（直線部４ａ、５ａのＹ方向，および分岐部６ａのＸ方向）の幅は５０μｍ、Ｚ方向の深さは１０μｍであった。また分岐部６ａの端部に形成された突起１８ａのＸ方向における幅は４μｍ、Ｙ方向における幅は１０μｍ、高さは１０μｍ、隣り合う突起どうしの間隔は５μｍであった。
【００４９】
これとは別に、一時的な支持体（図示せず）として５ｃｍ×５ｃｍ×３０μｍの二村化学工業社製ポリプロピレン製フィルム「二軸延伸ポリプロピレンフィルム「太閤」ＦＯＲ ３０番」を使用し、この上にスピンコーターを用いて活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を塗布して第三の層１１となる塗膜を形成し、図４に示すフォトマスク３１を介して５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気で３秒間照射して、該塗膜を半硬化させた。フォトマスク３１には、前記第二の層３ａに形成される略Ｔ字状の欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ａ）のうち、突起１８ａを覆う部分を除く部分に対応する形状の遮蔽部（図中斜線で示す）３２を有しており、この遮蔽部３２以外の部分に紫外線が照射されるようになっている。そして、エタノールにて第三の層１１となる塗膜の、紫外線が照射されていない未硬化の活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を洗浄除去することにより、該塗膜に略Ｔ字状で分岐部分に板状部１９を有する欠損部を形成した。
このようにして形成された第三の層１１となる塗膜を、上記で形成した第二の層３ａ上に密着させ、一時的な指示体であるポリプロピレン製フィルムを介して紫外線を更に３０秒間照射して、第一の層２、第二の層３ａ、および第三の層１１を硬化させた。このようにして、下基材１、第一の層２、第二の層３ａ、および第三の層１１を接着一体化した後、一時的な支持体を剥離した。
【００５０】
次いで、第三の層１１上に、スピンコーターを用いて活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を塗布し、図３に示すフォトマスク２１を介して５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気で３秒間照射して、第四の層３ｃとなる塗膜を半硬化させた。フォトマスク２１は前記第二の層３ａとなる塗膜に対する紫外線照射時に用いたのと同形状のものが使用した。すなわち、第四の層３ｃに形成される略Ｔ字状の欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ｃ）に対応する形状の遮蔽部（図中斜線で示す）２２を有しており、該遮蔽部２２の、分岐部６ｃの直線部４ｃ、５ｃ側の端部においては、グリッド面の縦桟となる突起１８ｃに対応する部位が透過部となっている。そして、第四の層３ｃとなる塗膜表面の、紫外線が照射されていない未硬化の活性エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）を、エタノールにて洗浄除去することにより、該塗膜に略Ｔ字状の欠損部を形成した。該塗膜に形成された欠損部の形状は前記第二の層３ａに形成された欠損部と同形状であった。
【００５１】
これとは別に、一時的な支持体（図示せず）として５ｃｍ×５ｃｍ×３０μｍのポリプロピレン製フィルムを使用し、この上にスピンコーターを用いて活性エネルギー線硬化性組成物（ｉ）を塗布して第五の層１２となる塗膜を形成し、該塗膜の全面に５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中にて３秒間照射し、該塗膜を半硬化させた。次いで、半硬化状態とされた第五の層１２となる塗膜を、上記第四の層３ｃとなる塗膜上に密着させ、一時的な支持体であるポリプロピレン製フィルムを介して、紫外線を更に３０秒間照射して第四の層３ｃおよび第五の層１２を硬化させた。このようにして、第三の層１１上に第四の層３ｃおよび第五の層１２を接着一体化した後、一時的な支持体を剥離した。
【００５２】
〔接続口の形成〕
この後、第五の層１２上に活性エネルギー線硬化性組成物（ｉ）を塗布して第六の層１３となる塗膜を形成し、さらにその上に上基材１４として、下基材１と同じ旭化成社製ポリアクリレート板「デラグラスＡ−９９９ １．０番」（５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍ）の板を重ね合わせ、５０ｍｗ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中にて塗膜全面に４０秒間照射し、第六の層１３を硬化させた。これにより第五の層１２上に第六の層１３および上基板１４が接着一体化された。
次いで、第五の層１２、第六の層１３、および上基材１４の、第四の層３ｃにおける略Ｔ字状の欠損部（直線部４ｃ、５ｃおよび分岐部６ｃ）の３つの端部とそれぞれ重なる位置に、ドリルにて直径１ｍｍの孔を３つ穿ち、第一の孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、第二の孔１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、第三の孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃをそれぞれ形成した。
さらに、これら３つの孔にそれぞれ内径３ｍｍ、高さ５ｍｍのポリ塩化ビニル管を接着して、マイクロ流体デバイスを得た。
【００５３】
［実施例１］
製造例１で得られたマイクロ流体デバイスの、第一の孔１５ａに接続されたポリ塩化ビニル管から、直径約６μｍのカーボン粉体を水に分散させてなる分散溶液を供給し、このポリ塩化ビニル管にシリンジを接続して、供給した分散溶液が第二の孔１６ａから流出するまで加圧した。
その間に、分散媒である水の一部が第三の孔１７ａから流出された。第三の孔１７ａから流出された水にカーボン粉体は含まれておらず、カーボン粉体がグリッド面を通過しなかったことが確認された。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の分散溶液から分散質を分離する方法では分離が困難だった微少量溶液からの分散質の分離も行うことが可能である。また、グリッド面の開口部の大きさを分離対象の大きさに応じて設定することによって、分散溶液からの分散質の分離を非常に効果的に、かつ高い精度で行うことができるうえ、圧力損失を低くしたり、目詰まりを生じ難くしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ流体デバイスの一実施例を示した分解斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示すマイクロ流体デバイスを製造する際に用いるフォトマスクを示した平面図である。
【図４】図１に示すマイクロ流体デバイスを製造する際に用いるフォトマスクを示した平面図である。
【符号の説明】
１ 下基板
２ 第一の層
３ａ 第二の層
３ｃ 第四の層
４ａ，４ｂ，４ｃ，５ａ，５ｂ，５ｃ 直線部（欠損部）、
６ａ，６ｂ，６ｃ 分岐部（欠損部）
１１ 第三の層
１２ 第五の層
１３ 第六の層
１４ 上基板
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 第一の孔
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 第二の孔
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 第三の孔
１８ａ、１８ｃ 突起（グリッド面の縦桟）
１９ 板状部（グリッド面の横桟）

Claims (9)

1. 毛細管状の流路（４ａ、４ｂ、４ｃ、５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ、６ｃ）を有し、該流路の中途に、該流路の断面よりも小さい開口部が縦横にそれぞれ２列以上形成されたグリッド面（１８ａ、１８ｃ、１９）が設けられていることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
2. 前記グリッド面に達した流体のうち、該グリッド面を通過した一部が移送される流路（６ａ、６ｂ、６ｃ）と、該グリッド面を通過しなかった他部が移送される流路（５ａ、５ｂ、５ｃ）を有する請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記流路の（断面の幅×高さ）が（０．５μｍ×０．５μｍ）〜（３ｍｍ×３ｍｍ）の範囲内である請求項１または２のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記グリッド面における開口部の（断面の幅×高さ）が（０．３μｍ×０．３μｍ）〜（１００μｍ×１００μｍ）の範囲内である請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 一つの流路内に設けられている前記グリッド面の数が４〜１００００である請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記グリッド面において、前記開口部を有する層（３ａ、３ｃ）が２層以上、前記流路を移送される流体の移送方向に対して垂直方向に積層されている請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 表面に凹溝（４ａ、５ａ、６ａ、４ｃ、５ｃ、６ｃ）を有し、該凹溝の中途に前記グリッド面の縦桟となる突起（１８ａ、１８ｃ）が設けられた第一の部材（２，３ａ）および第二の部材（３ｃ、１２）が、前記表面どうしが向かい合うように配されており、
   前記第一の部材と第二の部材との間には、前記凹溝と重なる位置に、厚さ方向に貫通する欠損部（４ｂ、５ｂ、６ｂ）が形成され、かつ前記突起を覆う位置に、前記グリッド面の横桟となる板状部（１９）が設けられた第３の部材（１１）が介在している請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 前記第一の部材と第二の部材との間に、前記第３の部材が２層以上設けられており、
   該第３の部材と第３の部材との間には、前記欠損部と重なる位置に、厚さ方向に貫通する欠損部が形成され、かつ前記板状部と重なる位置に、前記グリッド面の縦桟となる突起が設けられた第四の部材が介在している請求項７に記載のマイクロ流体デバイス。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロ流体デバイスに、前記流路内を移送される流体に対して物理的変化および／または化学的変化および／または生物学的変化を生じさせる手段を設けてなることを特徴とする微小ケミカルデバイス。

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