JP2004212326A

JP2004212326A - マイクロポンプと試料処理チップ、及びシートコネクタ

Info

Publication number: JP2004212326A
Application number: JP2003002051A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Takeda; 雅俊竹田; Kenichi Nakano; 健一中野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、繰返し利用できるマイクロポンプと試料処理チップ、及びシールコネクタを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のマイクロポンプと試料処理チップは、反応チャンバ６が形成されたポンプチップ１ａと、反応チャンバ６に収容され所定圧力のガスを発生する反応剤４と、反応剤４にガスを発生させる反応開始部５と、ガスを反応チャンバ６から吐出口に導くチャネル７と、中央制御部３１とを備え、他のチップとポンプ構造材が組み合わされたとき、ガスを他のチップに供給し、ポンプチップ１ａと他のチップとの位置及び／または組み合せが一致した場合だけに合致信号を出力する装着検知部４６と電極が設けられている。本発明のシールコネクタはシートに微細孔群が形成されている。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ状にして繰返し利用できるマイクロポンプと、マイクロポンプで安定して試料を送って処理する処理チップを積層した試料処理チップ、及び試料処理チップの各チップ間で用いられるシートコネクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のナノテクノロジーや超微細加工技術の動きは目覚ましく、今後はこうした技術が融合して様々の応用技術に発展することが期待されている。
【０００３】
このような融合技術の１つとして、半導体チップと微小アクチュエータを一体化した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術、いわゆるマイクロマシンが注目されている。これはＬＳＩと実際の仕事を受け持つアクチュエータを一体化して数ｍｍ角のチップに収めるものであり、微小な流体回路とＬＳＩ回路を組み合わせることが新たな融合を生むものとして期待されている。
【０００４】
しかし従来のこうしたチップは、基板上に、マイクロポンプや、その流路、センサ、マイクロバルブ、さらにはこれらを駆動するためのＬＳＩ回路が実装容易な配置で単純に組み込まれたもので、いわば１個ごとに使い捨てされるものであった。そして、この流路は概ね管径数μｍ〜数百μｍのオーダであって、マイクロポンプはこの管径の大きさに基本的な影響を受ける。従って、マイクロポンプは、一般のポンプとは隔絶した微小構造でなければならず、さらにチップに実装するために薄型でなければならないし、微小でも搬送力、応答性に優れていなければならない。そして、制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えない。しかも、実装する前も、実装するときもさらに実装した後も、高いシール性が保たれる必要があるし、組み立てが容易でなければならない。
【０００５】
そこで、このようなマイクロポンプとして圧電素子を使ったポンプが提案され、その製造方法が提案された（特許文献１参照）。図９は従来のマイクロポンプの構成図である。図９において、１０１はシリコン基板、１０２は熱酸化膜、１０３，１０４はガラス基板、１０５はピエゾ素子、１０６はパイプ、１０７は塩化ナトリウム薄層、１０８は流入液体である。
【０００６】
このマイクロポンプは、ダイアフラム、流路、及びバルブ部を形成したシリコン基板１０１をガラス基板１０３，１０４等でサンドイッチした構造を有しており、液体のプライミング性と気泡抜け性を向上させる必要があり、また、経時後も安定した作用が継続しなければならない。そこで、このマイクロポンプを構成後に、水溶性塩類、または多価アルコール類の一種以上を含む液を注入、乾燥させ、マイクロポンプ内面にこれらの物質を付着させるものである。この内表面部に付着した水溶性塩類、または多価アルコール類が水溶液に対して湿潤性を有しており、ポンプ内へ液体を流入させることがきわめて容易に行え、気泡の排出性も向上するものである。
【０００７】
しかし、このマイクロポンプは、シリコン基板１０１に形成された微小なダイアフラムを更に微小なピエゾ素子１０５で駆動することによってポンプ作用を奏するため、ポンプ特性は低く、吐出圧も吐出流量も小さい。しかもピエゾ素子１０５はシリコン基板１０１に取り付けられている。このような構造が微細で複雑なポンプを使っているときに、吐出する液体を変える場合、ポンプ内部の洗浄が容易でないためマイクロポンプ全体を廃棄せざるを得ないものとなり、高いランニングコストが必要となっているものである。
【０００８】
マイクロポンプの大きさも基本的にピエゾ素子の大きさに支配されるし、ピエゾ素子でダイアフラムのストロークを上げようとしても限界があり、吐出圧，吐出流量を上げるためには他の新たな駆動源が必要となった。そこで、電気化学反応でガスを発生させる電気化学セル駆動ポンプが注目された（特許文献２参照）。図１０は従来の電気化学セル駆動ポンプの構成図である。
【０００９】
図１０において、１１１は第１のシート、１１２は第２のシート、１１３は第３のシート、１１４は第１の部屋、１１５は第２の部屋、１１６は第１の部室１１４に貯蔵した流体、１１７は第１の部室１１４に取り付けた流体供給口、１１８は第２の部室１１５に取り付けたガス導入管、１１９は電気化学セル、１２０は電源、１２１はスイッチである。
【００１０】
従来の電気化学セル駆動ポンプは、第１のシート１１１，第２のシート１１２，第３のシート１１３の３枚のシートから構成される袋状体と、電気化学セル１１９から構成される。このとき第１のシート１１１には第３のシート１１３より大きなゴム弾性応力が与えられ、第３のシート１１３は第２のシート１１２より大きなゴム弾性応力をが与えられている。第１のシート１１１と第２のシート１１２が流体貯蔵部となる第１の部屋１１４を形成し、第２のシート１１２と第３のシート１１３が気体加圧部となる第２の部室１１５を形成する。第１の部屋１１４に流体吐出口１１７を設け、電気化学セル１１９に直流電流を通電することによって発生する気体を第２の部室１１５に導入することにより、流体吐出口１１７から流体を吐出する。
【００１１】
この従来の電気化学セル駆動ポンプは、小型・軽量で使用操作性のよい流体供給装置を提供するが、基本的にチップに実装するのに適した構成を備えておらず、マイクロポンプとしてこの電気化学セル駆動ポンプを採用するのは困難である。
【００１２】
また、ポンプのほかに、従来、化学合成用のマイクロリアクタチップも提案されている（特許文献３）。図１１は従来の化学合成用のマイクロリアクタチップの構成図である。図１１において、１３０は化学合成用のマイクロリアクタチップ、１３１はチップ基板，１３１ａは表面層、１３２は薄膜部材、１３３は開孔部、１３４は流路である。
【００１３】
従来の化学合成用のマイクロリアクタチップ１３０を構成するチップ基板１３１は加工容易な材質により形成されるが、合成反応に影響を及ぼさないように、薄膜部材１３２が貼り付けられる側（試料と接する側）の表面には、流路１３４を流れる試料に対して化学反応しない材質の表面層１３１ａが形成される。薄膜部材１３２は、チップ基板１３１と同じ平面寸法に設定され、厚みは、３μｍ〜５００μｍの範囲で設定される。また、薄膜部材１３２は、片面に接着剤が塗工されてこの面でチップ基板１３１に貼り付けられる。開孔部１３３は、レーザ加工又は打ち抜き加工により薄膜部材１３２に貫設されて形成されるものである。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−３０６６８３号公報
【特許文献２】
特開平８−２９５４００号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７９８４号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、微小な流体回路とＬＳＩ回路が融合したチップに大きな期待が寄せられているが、こうしたチップに組み込まれるマイクロポンプは一般のポンプとは隔絶した微小構造であるとともに、微小でも搬送力、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用が可能であるといった課題が解決されないと機能が果たせない。また、このマイクロポンプは制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えない。さらに、実装するときまた実装した後も高いシール性が要求されるし、組み立てが容易でなければならない。
【００１６】
そして従来提案されたチップは、基板上に、マイクロポンプや、その流路、マイクロバルブ、さらにはこれらを駆動するためのＬＳＩ回路が実装容易な配置で単純に組み込まれるだけもので、いわば１個ごとに使い捨てであり、マイクロポンプや流路、マイクロバルブ等がそれぞれチップモジュールとして組み合わされ、繰返し再利用されるものではなかった。
【００１７】
また、（特許文献１）で提案されたマイクロポンプは、微小なピエゾ素子で駆動することによってポンプ作用を奏するため、ポンプ特性は低く、吐出圧も吐出流量も小さい。また、吐出する液体が変わるとマイクロポンプ全体を廃棄せざるを得ないものであったために、高いランニングコストが必要となっていた。
【００１８】
さらに、従来の電気化学反応でガスを発生させる電気化学セル駆動ポンプは、袋状体と電気化学セルから構成される。しかし、袋状体を使ってポンプ作用を奏する作動部とするため、基本的構成がチップに実装するのに適した構成でなく、この電気化学セル駆動ポンプをマイクロポンプとして採用するのは困難であった。
【００１９】
このように、従来のマイクロポンプを踏襲する限り、数ｍｍ角のチップに搭載できる微小構造のマイクロポンプの実現は難しく、搭載を実現するためには新たな発想のマイクロポンプである必要がある。そして、このマイクロポンプは従来のポンプと異なるため、目標とするポンプ特性を安定して示し、搬送する試料と混ざり合ったりせず、制御が容易なものでなければならない。
【００２０】
また、（特許文献３）で提案された従来の化学合成用のマイクロリアクタチップ１３０は、微量な試料の化学反応を行わせることができるが、試料を充填したマイクロリアクタチップ１３０を自由に持ち運ぶことはできなかった。というのは、流路１３４の上部を密閉するために表面部材を貼り付けたとしても、試料注入部は開口されており、このままでは試料がこぼれてチップ単体を持ち運ぶことは難しい。
【００２１】
そして、マイクロリアクタチップ１３０に試料を注入するのはスポッティングヘッド等であって、試料を注入するためのマイクロポンプとマイクロリアクタチップ１３０を数ｍｍ角のチップに一体化したマイクロマシンとは無縁である。そして、マイクロポンプは様々変わる試験内容により適宜のマイクロリアクタチップ１３０を組み合わせてモジュール化して使用するのが経済的だが、このチップモジュールを誤って組合わせたり、あるいは反応前に誤作動等で反応を起こしたりするものでは困る。
【００２２】
そこで本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、繰返し利用できるマイクロポンプを提供することを目的とする。
【００２３】
また本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、試料の漏れがなく携行が可能で、装着ミスや誤動作がなく、繰返し利用できる試料処理チップを提供することを目的とする。
【００２４】
さらに、チップモジュール化した微小構造の複数のチップを試料の漏れがなく連絡できるシールコネクタを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロポンプは上記課題を解決するためになされたものであって、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤にガスを発生させる反応開始部と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップとポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを該他のチップに供給するマイクロポンプであって、該ポンプ構造材と他のチップとの位置及び／または組み合せが一致した場合だけに合致信号を出力する認識手段が設けられたことを特徴とする。
【００２６】
本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、繰返し利用できるマイクロポンプを提供することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤にガスを発生させる反応開始部と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップとポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを該他のチップに供給するマイクロポンプであって、該ポンプ構造材と他のチップとの位置及び／または組み合せが一致した場合だけに合致信号を出力する認識手段が設けられたことを特徴とするマイクロポンプであり、マイクロポンプを微小なチップモジュール化することができ、反応剤を反応開始部で制御するから制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、認識手段によって他のチップとの位置や組み合せの一致を判断するため、他のチップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的である。
【００２８】
第２の発明は、認識手段が検出した合致信号が制御部に送られたとき、制御部が反応開始部の動作停止を解除することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、認識手段が他のチップとの位置や組み合せの一致を検出して合致信号を出力するため、自動的に位置や組み合せの一致を検出でき、他のチップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的である。
【００２９】
第３の発明は、認識手段が、ポンプ構造材の表面に設けられ所定の電圧が印加された電極から構成され、他のチップに設けられた電極と接触したとき合致信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロポンプであり、電極を設けるだけで他のチップとの位置や組み合せの一致を検出して合致信号を出力するため、安価に構成できより経済的である。
【００３０】
第４の発明は、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤にガスを発生させる反応開始部と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップとポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを供給するマイクロポンプであって、ポンプ構造材及び／または該他のチップには光学的認識マークが設けられ、該光学的認識マークによってチップ認識及び／または組み合せの判別を行う判別手段を備えたことを特徴とするマイクロポンプであり、微小構造でチップモジュール化することができ、制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、簡単にチップ認識が行え、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的なマイクロポンプを提供することができる。
【００３１】
第５の発明は、請求項４記載のマイクロポンプの光学的認識マークに代えて、物理的認識マークまたは電気的認識マークが設けられたことを特徴とするマイクロポンプであり、簡単にチップ認識が行え、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的なマイクロポンプを提供することができる。
【００３２】
第６の発明は、判別手段と制御部の少なくともいずれか一方が着脱自在であることを特徴とする請求項４または５に記載のマイクロポンプであり、判別手段や制御部を繰り返して使用でき経済的である。
【００３３】
第７の発明は、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤にガスを発生させる反応開始部と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップとポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを該他のチップに供給するマイクロポンプと、マイクロポンプに組み合わされ、ガス導入口から該マイクロポンプから吐出されたガスをリザーバに導き、該リザーバ内に充填された試料を移送し且つこのときの流路制御を行う流路制御チップと、該流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備え、制御部が流路制御及び／または試料の処理の制御を行うことを特徴とする試料処理チップであり、マイクロポンプや流路制御チップ、処理チップを微小なチップモジュール化することができ、反応剤を反応開始部で制御するから制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、制御部により流路制御や試料処理制御を容易に行うことができる。
【００３４】
第８の発明は、流路制御チップと処理チップとが一体となった請求項７記載の試料処理チップであり、流路制御チップと処理チップが扱い易いワンチップとなる。
【００３５】
第９の発明は、マイクロポンプと流路制御チップとが一体となった請求項７記載の試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップが扱い易いワンチップとなる。
【００３６】
第１０の発明は、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップとが一体となった請求項７記載の試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップが扱い易いワンチップとなる。
【００３７】
第１１の発明は、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップとの間の少なくともどこか１個所以上にシートコネクタが設けられ、該シートコネクタはガス透過膜で構成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の試料処理チップであり、吐出孔からガスだけを流路制御チップ側に移動し、試料がマイクロポンプ側に逆流することがなく、吐出孔以外のところではシールとして機能する。
【００３８】
第１２の発明は、シートコネクタが、チップ間を流れる流体の流れ方向に貫通する微細孔群を備えていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の試料処理チップであり、吐出孔部のみガス、液体等の流体を移動し、吐出孔以外のところではシールとして機能することができ、製造も容易である。
【００３９】
第１３の発明は、微細孔群が、流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項１２記載の試料処理チップであり、逆流が防止でき、試料が漏れて周囲を汚す混交汚染（コンタミ）も防止できる。
【００４０】
第１４の発明は、微細孔群が、流れ方向に流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項１２記載の試料処理チップであり、圧力が加わっていないときは密封性が高く、圧力が加わったときには双方向にスムースに流体を流すことができる。
【００４１】
第１５の発明は、シートコネクタが弾性シートから構成されたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の試料処理チップであり、より効果的に流体の通過と、逆流防止や密閉を行うことができる。
【００４２】
第１６の発明は、流路制御チップの少なくともリザーバの開口部には、弾性シートを有する混交汚染防止用のシール材が設けられたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の試料処理チップであり、試料を注入した後、試料注入体を抜いた孔が弾力で塞がり、コンタミを防止できる。
【００４３】
第１７の発明は、シール材が弾性多孔質の材料で構成されたことを特徴とする請求項１６記載の試料処理チップであり、試料を注入した後、試料注入体を抜いた孔が弾力で塞がり、搬送用の高圧ガスは透過することができるがコンタミは防止できる。
【００４４】
第１８の発明は、シール材には、試料注入体を挿通させるための弾性体が貼着されたことを特徴とする請求項１７記載の試料処理チップであり、弾性体が存在するため試料注入体を抜いた孔の閉塞が確実に行える。
【００４５】
第１９の発明は、リザーバ内にシール材受け部が設けられたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の試料処理チップであり、シール材受け部が、試料注入体を挿入するときの力を受けるため試料注入体を挿入するのが容易となり、迅速に試料を充填することができる。また、シール材受け部の存在で注入された試料が表面張力で保持される。
【００４６】
第２０の発明は、リザーバには、ガス導入口と異なった試料注入用の開口が連通されたことを特徴とする請求項７〜１９のいずれかに記載の試料処理チップであり、試料注入用の開口とガス導入口が分離されたため、マイクロポンプが繰返し使用されても、マイクロポンプの連通孔へのコンタミが発生しない。
【００４７】
第２１の発明は、リザーバの周囲が撥水加工されたことを特徴とする請求項７〜２０のいずれかに記載の試料処理チップであり、コンタミ防止が表面処理だけで容易に行える。
【００４８】
第２２の発明は、リザーバには、試料を充填した上を覆うカバー材が設けられることを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップであり、カバー材が試料の上を覆って遮断するので、試料が連通孔側にコンタミして、漏れた試料で周辺が汚れることはない。
【００４９】
第２３の発明は、カバー材が、試料に対して不活性な流体、泡またはゲル材から構成される柔軟性部材またはガス通過材であることを特徴とする請求項２２記載の試料処理チップであり、不活性な流体や泡やゲル材からなる柔軟性部材は柔軟に形を変えてガスも透過するためコンタミをきわめて有効に防止でき、試料を保持することもできる。発泡材等からなるガス通過材はコンタミを防止するとともにガスは透過させることができ、試料を保持することもできる。
【００５０】
第２４の発明は、リザーバには、充填した試料を吸収する吸収体が設けられたことを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップであり、吸収体が毛管現象の作用で試料を保持することができる。
【００５１】
第２５の発明は、リザーバには、充填した試料を保持する多数のピンが設けられたことを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップであり、多数のピンにより表面張力で試料を保持することができる。
【００５２】
第２６の発明は、チップ間に配設されて流路を連絡するシートコネクタであって、シートに流体の流れ方向に貫通する微細孔群が形成されたことを特徴とするシートコネクタであり、流体の流れの部分のみ流体の移動が可能となるとともに、流体の流れの部分以外ではシールとして機能する。
【００５３】
第２７の発明は、微細孔群が、流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項２６記載のシートコネクタであり、逆流を防止することができる。
【００５４】
第２８の発明は、微細孔群が、流れ方向に流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項２６記載のシートコネクタであり、圧力が加わっていないときは密封性が高く、圧力が加わったときには双方向にスムースに流体を流すことができる。
【００５５】
第２９の発明は、シートが弾性材料から構成されたことを特徴とする請求項２６〜２８のいずれかに記載のシートコネクタであり、より効果的に流体の通過と、逆流防止や密閉を行うことができる。
【００５６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。
【００５７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプと試料処理チップについて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの分解説明図、図１（ｂ）は（ａ）のマイクロポンプのＸ―Ｘ断面図、図２（ａ）は本発明の実施の形態１のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解斜視図、図２（ｂ）は（ａ）の試料処理チップを構成する流路制御チップの拡大一部破砕図、図３は本発明の実施の形態１のマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの制御装置を示す図、図４は本発明の実施の形態１における試料処理チップの積層完了を検知する装着検知部の要部の説明図である。
【００５８】
図１（ａ），（ｂ）において、１は化学反応して高圧ガスを発生させこのガスの圧力で連通する他のチップのリザーバに収容された試料Ｍを送ることができるマイクロポンプ、２はマイクロポンプ１の第１構造材、２ａは第１構造材２に形成された凹部、３はマイクロポンプ１の第２構造材、３ａは第２構造材３に形成された凹部である。４は凹部２ａ，３ａ内に収容され化学反応を起こすことによってガスを発生させる反応剤、５は反応剤４に熱や圧力を加えて反応を開始したり中断、停止させる反応開始部である。反応開始部５は、反応温度にもよるが、発熱体で加熱するのが制御が容易でマイクロマシンに最も好適である。このほか、圧力を加えることで反応を開始させるもの等でもよい。６は凹部２ａ，３ａが形成する反応チャンバ、７は反応チャンバ６から反応した高圧のガスを他のチップに導くためのチャネル、８はチャネル７の端部に設けられ他のチップと接続するための連通孔（本発明の吐出口）である。
【００５９】
なお、図４に外観を示すように反応剤４を小反応剤に分割し、小反応剤単位で反応させると反応ガスの制御が容易となる。さらに、反応開始部５も分割して小反応開始部を多数設け、小反応開始部と小反応剤と対応させることで小反応剤単位で反応を進めることができる。そして小反応開始部だけを複数設け、１つの反応剤４に対して所定の小反応開始部だけを動作させることにより、同様の作用効果が得られる。
【００６０】
第１構造材２は反応剤４を反応チャンバ６内に収容するシート状、薄板状の上ケーシングであり、同様に第２構造材３は反応チャンバ６内に収容するシート状、薄板状の下ケーシングである。第１構造材２，第２構造材３は金属，セラミック，ガラス，樹脂等から構成され、厚さは数十μｍ〜数ｍｍである。反応チャンバ６を構成する凹部２ａ，３ａやチャネル７、連通孔８等の各細部を加工する方法としては、エッチング、機械加工、レーザ加工、プラズマ加工、印刷あるいは光造形等が適当である。
【００６１】
化学反応してガスを発生する反応剤４には様々の材料があるが、アジ化ナトリウム、テトラゾール類、重曹等が望ましい。アジ化ナトリウムとテトラゾール類は、１５０℃以上を加えたとき反応し、Ｎ_２ガスを発生し、重曹は１００℃以上を加えたとき反応して、Ｎ_２、ＣＯ_２ガスを発生する。このようにＮ_２、ＣＯ_２ガス等の不活性ガスを発生させるため、人体や環境に影響を与えることもなく、試料Ｍにも影響せず、マイクロポンプ１として安全性の高いものとなる。また、反応剤４として、テトラゾール類、重曹等の非汚染薬剤を用いることにより、廃棄時等においても安全性が高いマイクロポンプ１を実現できる。
【００６２】
このように実施の形態１のマイクロポンプ１は、各構造材と反応剤４と反応開始部５を積層することにより、反応剤４と反応開始部５の位置を正確に対応させることができ、これによって微小領域で直接的に制御可能になり、反応速度が高速化され、応答性のよいマイクロポンプ１を実現できる。また、薄板状の構造材を積層した構成であるため、マイクロポンプ１はチップ構造となり、他のチップと組み合わされて、多様な用途のための試料処理チップを構成することが可能になる。
【００６３】
次に、流路制御チップ、反応検出チップ等の他のチップモジュールとマイクロポンプ１を組み合わせた試料処理チップについて説明する。図２（ａ），（ｂ）において、１ａは反応開始部５を除いたマイクロポンプ本体を構成するポンプチップ（本発明のポンプ構造材）、１２はポンプチップ１ａを積層するとき間に介在させるシール材、１２ａは連通孔８と接続される開口、１３はマイクロポンプ１から送られた反応ガスによって試料Ｍを吐出するとき流れの制御を行うための流路制御チップ、１４は流路制御チップ１３が積層される反応検出チップ（本発明の処理チップ）である。なお、流路制御チップ１３と反応検出チップ１４は１枚のチップとすることもできる。
【００６４】
そして、ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３とで流路制御ユニットとしての１チップを構成し、これを反応検出チップ１４上で積層して、全体として２チップの積層した試料処理チップとすることもできる。また、ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３を１枚のチップとすることもできるし、さらに、ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３と反応検出チップ１４を１チップにした完全な１チップの試料処理チップとすることもできる。但し、反応開始部５はこのチップとは別体とするのがよい。さらに、反応開始部５はこのチップから着脱可能として、例えば試料処理チップが搭載される分析装置（図示されない）側に設置することで、繰り返し利用することができる。
【００６５】
そこでこの流路制御のためモジュール化された流路制御チップ１３について説明する。１５は、流路制御チップ１３に設けられ、振動を加えたときの弁体の慣性、及びＶ字状の内壁面からの反力、さらに供給される流体の圧力とにより開閉されるマイクロバルブである。１６はこのマイクロバルブ１５の弁体、１７はバルブチャンバ、１７ａは弁体１６と係合して流れを遮断したり通過させるＶ字状の弁座、１８はマイクロバルブ１５に接続されたチャネルである。１９は上面の開口がシール材１２の開口１２ａと連通孔８に連通され試料Ｍを充填するリザーバ、２０はマイクロバルブ１の弁体１６に対して流れと直交する方向から加振するための圧電素子である。なお、本実施の形態１においては流路制御のための手段としてマイクロバルブ１５を説明するが、これは本発明の好ましい実施の形態を示しているにすぎず、これに限られないのは当然であり、ダイヤフラムバルブやその他の微小構造が可能な流路制御手段を用いることも可能である。
【００６６】
次に、試料Ｍを化学反応させるためモジュール化した反応検出チップ１４の説明をすると、２１は測定のための各種センサ３９ｃ（後述する）が設けられた検出部、２２は所定の流体回路に構成された反応部である。
【００６７】
そして、これらのチップにおいてチャネル１８や検出部２１のチャネル幅は数μｍ〜数百μｍであり、バルブチャンバ１７の幅はこれより大きいが概ねこれと同じオーダであり、弁体長はチャネル幅の２〜１０倍程度である。また、マイクロバルブ１５において、リザーバ１９側からの圧力（背圧）があると、弁体１６は弁座１７ａとクサビ効果によりガタつかず嵌合することができる。すなわち、傾斜面に対して背圧の方向から力を加えることで、テコの原理により増力されるためである。
【００６８】
続いて、以上説明したマイクロポンプ１とそれを積層した試料処理チップの制御装置について説明する。図３において、２０ａは圧電素子２０を構成するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電層、２０ｂは圧電層２０ａに電圧を印加する電極シートである。圧電層２０ａを挟んで対向している電極シート２０ｂの一方は接地され、他方に制御のための所定駆動周波数の電圧が加えられる。
【００６９】
２９は実施の形態１のマイクロポンプ１と試料処理チップ全体の制御を行う制御装置、３０はマイクロポンプ１の反応開始部５を作動させる反応駆動部、３１は制御装置のシステム全体を制御する中央制御部（本発明の制御部）、３２は電源部である。３３は電源部３２から供給される電流や電圧の周波数や振幅を変化させたり、波形を整形したりする波形制御部、３４はこの波形制御部３３で行う波形の整形に対して外部から制御動作ごとに指定して制御することができる入力部、３５は波形制御部３３で整形されたアナログ制御信号の振幅を制御するアンプである。アンプ３５からの駆動電流が正負に変化することで、圧電素子２０が膨張と伸縮を繰返すことが可能になる。
【００７０】
３６はディスプレー（図示しない）に表示を行う表示部、３７はＤ／Ａ変換器、３８は中央制御部３１のための制御プログラムやデータを格納した記憶部、３８ａは反応駆動部３０への給電タイミングやマイクロバルブ１５の制御動作ごとに制御データが格納された制御テーブルである。
【００７１】
３９ａはチャネル７に設けられた圧力センサ、３９ｂはマイクロバルブ１５の弁座１７ａ近傍のチャネル１８に設けられた振動検出センサ、３９ｃは検出部２１に設けられた各種センサである。なお、中央制御部３１は中央処理装置（ＣＰＵ）に記憶部３８から制御プログラムを読み出して動作する機能実現手段として構成される。従って、中央制御部３１と入力部３４、表示部３６、記憶部３８、制御テーブル３８ａを反応駆動部３０やバルブ制御装置と分けてパソコン等で構成することもできる。この場合、反応駆動部３０やバルブ制御装置は着脱自在となる。そして、バルブ制御装置からの駆動出力はアナログ信号であるのに対して、中央制御部３１からの制御信号は専らデジタル信号であるため、途中でＤ／Ａ変換の必要がある。できるだけ中央制御部３１側でデジタル処理し、アナログ処理を簡単にするのが好ましい。また制御装置２９は、ポンプチップ１ａや流路制御チップ１３や反応検出チップ１４を交換するときには、繰り返し利用されるのは明らかである。
【００７２】
図３，図４に基づいて各チップの積層状態の認識を行う構成について説明する。図３，図４において、４０，４０ａはポンプチップ１ａの上面に形成され電源部３２ａと接続された電極、４１，４１ａはポンプチップ１ａの下面に形成された電極、４２，４２ａは流路制御チップ１３上で結線して設けられ、ポンプチップ１ａを流路制御チップ１３上に積層したときそれぞれ電極４１，４１ａと接触して導通する電極である。電極４０と電極４１はポンプチップ１ａの上下面間が結線され、電極４０ａと電極４１ａはポンプチップ１ａの上下面間が結線されている。同様に、４３，４３ａは流路制御チップ１３の上面に形成され電源部３２ａと接続された電極、４４，４４ａは流路制御チップ１３の下面に形成された電極、４５，４５ａは反応検出チップ１４上で結線して設けられ、流路制御チップ１３と反応検出チップ１４を積層したときそれぞれが電極４４，４４ａと接触して導通する電極である。電極４３と電極４４は流路制御チップ１３の上下面間が結線され、電極４３ａと電極４４ａは流路制御チップ１３の上下面間が結線されている。４６は電極４１，４１ａと電極４２，４２ａ、電極４４，４４ａと電極４５，４５ａが接触したことを導通（電圧変化）で検知する装着検知部である。電極４０，４０ａ、電極４１，４１ａ等を含め、この装着検知部４６が本発明の認識手段である。
【００７３】
ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３が正しく装着されると、電極４１，４１ａと電極４２，４２ａが接触し、電極４２，４２ａ間は結線されているため導通し、装着検知部４６により両チップが正しく装着されたことを検知する。同じく流路制御チップ１３と反応検出チップ１４を積層したとき、電極４４，４４ａは電極４５，４５ａと接触することにより導通し、両チップが正しく装着されたことを検知するものである。これらの導通信号は、ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３との積層位置が一致したことを示すもので、位置合致信号として中央制御部３１に入力される。中央制御部３１においては、この位置合致信号が入力されるまでは反応開始部５への給電を停止するための反応停止フラグが立っており、位置合致信号の入力でこの反応停止フラグがＯＦＦされる。
【００７４】
次に実施の形態１の制御装置２９でマイクロポンプ１と流路制御チップ１３、さらに反応検出チップ１４を制御するときの制御方法について図３に基づいて説明する。まず、マイクロポンプ１を制御するときの説明を行う。まず、これらのチップを積層し、装着検知部４６によってこれを検知し、この検出信号に基づき中央制御部３１がディスプレー（図示しない）上にチップ装着完了のメッセージを表示する。さらに、この検出信号が入力されない限り、中央制御部３１による反応開始部５に対する電圧の印加、マイクロバルブ１５を駆動するための圧電素子２０への給電は解除されない。
【００７５】
次いで、ディスプレー上に入力／操作画面を表示し、必要な設定を入力部３４から行う。試料処理チップが異なれば試料Ｍもそれぞれ異なるため、どの反応検出チップ１４を装着したかで、反応も処理も異なるからである。試料Ｍの反応ごと（試料処理チップごと）にマイクロポンプ１の動作、マイクロバルブ１５の開度あるいは開閉、検出部２１の各種センサ３９ｃの動作がそれぞれ設定される。
【００７６】
ディスプレー上でマイクロポンプ１の動作開始を命じると、中央制御部３１は、入力された設定値と共に制御テーブル３８ａから制御の目標値となる制御データを取り出し、制御を開始する。目標値は一定値に限らず、時間的に変化するものも含まれる。反応駆動部３０が動作して電源部３２ａの電源電圧を所定の電圧に変換して反応開始部５に印加する。実施の形態１の反応開始部５はヒータ等の加熱手段であり、加熱を開始する。所定のタイムラグで反応剤４が反応を開始し、急速に高圧化し、所定の反応ガスがチャネル７に吐出される。チャネル７には圧力センサ３９ａが設けられており、この圧力を検出して中央制御部３１にフィードバックする。目標値となる所定の圧力あるいは所定の流量より小さい場合には、中央制御部３１は反応を促進するため反応開始部５の更なる加熱を行う。また、この圧力と流量の目標値を越えたときは、中央制御部３１は反応駆動部３０に加熱を抑えるよう命じ、さらに所定の閾値を越えたときは加熱を停止させ、反応剤４の発熱を止める。
【００７７】
ところで、中央制御部３１は反応駆動部３０に対して上述の制御を行うとともに、波形制御部３３に圧電素子２０の駆動を命じる。これにより、圧電素子２０が振動し、マイクロバルブ１５が開閉し、または開度が変化する。反応ガスの背圧が試料Ｍに加わるためマイクロバルブ１５を開いたときは一挙に開放され、試料Ｍが弁座１７ａ近傍のチャネル１８に流出する。これを振動検出センサ３９ｂによって２ヶ所で振動変化を検出して流速を検出する。振動検出センサ３９ｂで検出した信号は中央制御部３１に送られ、雰囲気温度が分かれば液体の流速を算出することができる。
【００７８】
マイクロバルブ１５から流出した試料Ｍは、反応検出チップ１４の検出部２１に流入する。ここには各種センサ３９ｃが設けられており、それぞれ所定の検出が実行される。この試料Ｍは反応部２２で所定の反応（本発明の処理）のために供される。ところで、図２，図３においては図示していないが、検出部２１を反応部２２の後に設けてもよい。この場合、各種センサ３９ｃで処理状態を示す反応生成物を検出する。この場合、各種センサ３９ｃは、蛍光反応等を利用して反応生成物の量を光学的強度の変化で検出するものでも、反応生成物の量をインピーダンス変化として検出するものでもよい。
【００７９】
このように実施の形態１のマイクロポンプと試料処理チップは、各チップを積層したことを装着検知部４６が検知し、この検出信号が中央制御部３１に入力されない限り、チップ装着完了の報知は行わないし、反応開始部５と圧電素子２０への給電も解除されない。従って、各チップを組みたてる前に誤って反応開始部５を動作させ反応剤４を反応させたり、試料Ｍを反応させたりすることがない。また、複数のチップを積層するときに、上面と下面の電極の位置をそれぞれ各チップ間で関係付けて配置することにより積層順や方向を誤ることはないし、誤って装着しても装着検知部４６で検出が可能である。さらに異なる組合せの試料処理チップにおいては、組合せごとに異なる位置に予め電極を配置しておくことで、誤ったチップの組合せにより装着しても装着検知部４６で検出が可能である。
【００８０】
また、制御の目標値を制御テーブルに格納しておき、所定の制御を指定すると制御テーブルの制御データに従って制御することで、期待する所定の特性を安定して実現できる。さらに吐出圧と流量をフィードバックして制御性を向上させることができる。また、流路制御チップ１３は、試料Ｍの検出や反応を行う反応検出チップ１４上に積層でき、様々な反応検出チップ１４と組み合わすことができるため、多様な用途をもつ試料処理チップを構成することができ、多様な用途ごとにそれぞれ最適の制御を行うことができる。なお、以上説明した実施の形態１の試料処理チップは、１つの試料処理チップに１個のマイクロポンプ１と１個の反応検出流路（流路制御チップ１３、反応検出チップ１４）を形成したものである。これに対し、１つの試料処理チップに複数の独立したマイクロポンプ１を設けるとともに、複数の独立した反応検出流路を形成することもできる。
【００８１】
（実施の形態２）
実施の形態１の試料処理チップは、各チップの電極が接触することを利用してチップ装着完了の報知を行うことにより、各チップの装着ミスの有無を検出するものであった。実施の形態２のマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップは、装着ミスの有無を検出するのではなく、各チップの積層順を正しく認識するものである。図５（ａ）は本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの積層順の光学的認識の説明図、図５（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの積層順の物理的認識の説明図である。
【００８２】
図５（ａ）において、４７ａ，４７ｂ，４７ｃはそれぞれポンプチップ１ａ，流路制御チップ１３，反応検出チップ１４の表面に形成された光学的認識マークである。光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃには、各チップを表す色のマーク、数字・文字のマーク、光透過率・反射率で判別する反射マーク、バーコードによるマーク等がある。
【００８３】
各チップの積層順を光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃの順序として予め対応付けておけば、光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃの順序から直ちに積層順にミスがあったことを認識できる。また、図５（ａ）に示すように、光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃを設ける位置をずらし、積層順に並ぶようにするのでもよい。この場合、各チップを積層したとき一方向から見ると、光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃが順序正しく並び、装着順に誤りがないことが一見して判別できる。
【００８４】
この光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃの認識は人手によって行うこともできるが、撮像素子や受光素子等の判別手段で検出し（図示しない）、中央制御部３１に検出信号を入力することにより、自動認識が可能になる。ここで判別手段は着脱可能に構成するのがよく、ポンプチップ１ａ，流路制御チップ１３，反応検出チップ１４を交換するときにも繰り返し利用することができる。このとき実施の形態１の電極と同様に、撮像素子や受光素子等の検出信号を中央制御部３１に入力して各チップの認識を行うが、同時にチップが所定の位置に配置され、各チップの位置が一致したことを検知して、反応停止フラグをＯＦＦすることができる。なお、実施の形態１と同様に、各チップの位置が一致しないときはチップ装着完了のメッセージを出す前に、「装着順に問題があります。装着順を所定の光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃの順に変更して下さい」等の警告を出すことができる。なお、以上、本実施の形態では、判別手段は、チップの面垂直方向から認識した場合について説明したが、面水平方向からチップの端面部を認識することでも同様の効果が得られることは明らかである。
【００８５】
続いて、図５（ｂ）に基づいて判別手段が物理的に装着順を認識する場合について説明する。図５（ｂ）において、４８ａ，４８ｂ，４８ｃはそれぞれポンプチップ１ａ，流路制御チップ１３，反応検出チップ１４に形成された物理的認識マークである。物理的認識マーク４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、各チップに形成された突起や切り欠き、開口がある。
【００８６】
各チップの積層順を物理的認識マーク４８ａ，４８ｂ，４８ｃの順序として予め対応付けておけば、光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃと同様に、直ちに積層順にミスがあったことを認識できる。また、図５（ａ）に示すように、物理的認識マーク４８ａ，４８ｂ，４８ｃを設ける位置をずらして積層順に並ぶようにするのが好適である。
【００８７】
物理的認識マーク４８ａ，４８ｂ，４８ｃは、光学的認識マーク４７ａ，４７ｂ，４７ｃと同様に、撮像素子や電極で検出し（図示しない）、中央制御部３１に検出信号を入力することにより、自動認識が可能になる。なお、図５（ｂ）に示すように、突起を１つずつずらし、リミットスイッチ等の物理的検出手段で検出し（図示しない）、正しく積層したときは通電することによって積層順の判別をさせてもよい。実施の形態１のような結線を設けなくとも簡単に装着ミスの判別が可能になる。また光学的認識マークの場合と同様に物理的検出手段は、着脱可能に構成するのがよい。
【００８８】
（実施の形態３）
本発明のポンプチップ１ａ，流路制御チップ１３，反応検出チップ１４は、積層して用いるので、チップ間のガスや液体の移動が可能な状態で、チップ間のガスや液体が漏れ出さないようにシールを確実に行う必要がある。実施の形態３のポンプチップ１ａとこれを積層した試料処理チップは、チップ間のガスや液体の移動が可能な状態で、チップ間のガスや液体が漏れ出さないようにシールを確実に行うことでき、製造や装着が容易なものである。図６（ａ）は本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップのシートコネクタの説明図、図６（ｂ）は（ａ）のシートコネクタで一方向の逆流を防止できるもののＡ部拡大図、図６（ｃ）は（ａ）のシートコネクタで双方向のガス圧力が働いたときにガスの通過を容易にできるもののＡ部拡大図である。
【００８９】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）において、４９は各チップの流路を連絡し、反応剤４から発生する反応ガスやチップ間を移動する液体を確実にシールし外部に流出させず、反応ガスや流体の移動方向には透過させるシートコネクタである。シートコネクタ４９はポリプロピレンやテフロン（登録商標）等の樹脂やゴム／エラストマ等が好適で、弾性があってポンプチップ１ａと流路制御チップ１３とのシール材として機能するものが望ましい。シートコネクタ４９は、反応ガスや流体の移動する所定の位置に孔加工等を行う必要がなく、簡便にシールを行うことができる。
【００９０】
４９ａは流路断面が変化しないで貫通するストレートな微細孔（本発明の微細孔群）、４９ｂは流路制御チップ１３側の流路断面積が縮小する円錐状の微細孔、４９ｃは流路制御チップ１３側に向い流路断面積が一旦縮小し、再度拡大する鼓状の微細孔である。ポリプロピレンやテフロン（登録商標）等はガス透過膜として利用されることも多く、シートコネクタ４９に微細孔４９ａ，４９ｂ，４９ｃを形成しなくともシートコネクタ４９としての最小限の機能は奏するが、微細孔４９ａ，４９ｂ，４９ｃを形成した方が反応ガスの流動が容易となる。
【００９１】
ポンプチップ１ａに微細孔４９ａを形成したシートコネクタ４９を取り付けると、微細孔４９ａ画内場合と比較して反応ガスの比較的圧力損失が少ないため、効果的に試料Ｍに圧力を加えることが可能になる。そして、図６（ｂ）に示す微細孔４９ｂを形成した場合には、流れに方向性を与えることができる。すなわち、反応ガスが流路制御チップ１３側に流れるのは容易であるが、逆に流路制御チップ１３内のリザーバ１９に充填した試料Ｍはきわめて流れ難く、逆流を防止できる。このほか試料Ｍが漏れ出す、混合汚染いわゆるコンタミを防止することができる。さらに、図６（ｃ）に示す微細孔４９ｃを形成した場合には、圧力がかかっていないときは密閉性が高く、圧力が加わるといずれの方向からもスムースに流体を流すことができる。
【００９２】
なお、シートコネクタ４９に設けられる微細孔４９ａ，４９ｂ，４９ｃは、通過する流体の特性／速度／圧力等に応じて複数の異なる孔径を１つのシートコネクタ４９上に設けてもよいし、孔ピッチを等間隔／不等間隔に設けてもよい。さらには、微細孔４９ａ，４９ｂ，４９ｃは、シートコネクタ４９の全面に設けることで、どの位置に連通孔８がある場合でも、同じシートコネクタ４９を使うことができ、製造が容易で、経済的である。また、一部に設けた場合は、特定の位置では流体の移動を遮断することが可能となり、より機能の高いシートコネクタ４９を提供できる。
【００９３】
（実施の形態４）
実施の形態３のポンプチップ１ａとこれを積層した試料処理チップは、未使用時の反応剤４を外部に流出させることなく、使用時には反応ガスを透過させるものであったが、実施の形態４の試料処理チップは、流路制御チップ１３に試料Ｍを充填した後、外部に漏れ出さないようにするコンタミ防止のための構成である。図７（ａ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第１のコンタミ防止構成の説明図、図７（ｂ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第２のコンタミ防止構成の説明図、図７（ｃ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第３のコンタミ防止構成の説明図、図８（ａ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第４のコンタミ防止構成の説明図、図８（ｂ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第５のコンタミ防止構成の説明図、図８（ｃ）は本発明の実施の形態４における試料処理チップの第６のコンタミ防止構成の説明図である。
【００９４】
図７（ａ），（ｂ）において、５０は弾性多孔質の材料で構成されたコンタミ防止用のシール材、５１はシール材５０の上面に貼着されたゴム等の弾性体、５２は試料Ｍの注入の際に弾性体５１をとシール材５０に加わる力を受けるためのシール材受け（本発明のシール材受け部）である。シール材受け５２は同時に表面張力で試料Ｍをリザーバ１９内に保持することができる。６０は試料注入体であり、注射針と類似の形態を備えている。このシール材５０は、通常のシールを図るだけでなく、試料のコンタミを防止し周囲に汚染が生じないようにするためのものである。
【００９５】
また、図７（ｃ）において、１９ａは試料注入用の開口が形成され、この開口と連通するリザーバ、１９ｂはこのリザーバ１９ａの開口とは別に設けられたガス導入口である。
【００９６】
さて、実施の形態４の試料処理チップにおいては、図７（ａ）に示すように、試料注入体６０がコンタミ防止用のシール材５０を挿通して、リザーバ１９内に試料Ｍを充填する。シール材５０は弾性多孔質の材料から形成されているため、試料注入体６０を抜いた後、直ちに孔が弾力で塞がり、これによって試料Ｍのコンタミは防止でき、搬送用の高圧ガスは多孔質のシール材５０を透過することができる。なお以上説明では、シール材５０は弾性多孔質の材料で構成されたもので説明したが、弾性体の材料で構成してもよく、この場合、試料注入体６０で穿孔し弾力で塞がった孔が、搬送用の高圧ガスの圧力で再度開口され通過する。
【００９７】
また、図７（ｂ）の示すコンタミ防止用の構成は、シール材５０に弾性体５１を貼着したものである。この弾性体５１が存在するため注入後の孔の閉塞が確実であり、シール材受け５２が挿入するときの力を受けるため試料注入体６０を挿入するのが容易であり、迅速に試料Ｍを充填することができる。また、シール材受け５２の存在でリザーバ１９の表面積が増大し、注入された試料Ｍが表面張力で保持される効果が得られる。
【００９８】
図７（ｃ）においては、リザーバ１９ａとガス導入口１９ｂが別々に設けられている。リザーバ１９ａとガス導入口１９ｂが分離されたため、マイクロポンプ１が繰返し使用されても、マイクロポンプ１の連通孔８へのコンタミが発生しない。
【００９９】
また、図示はしないが、リザーバ１９，１９ａの周辺（リザーバ１９，１９ａは除く）、ポンプチップ１ａの外表面と連通孔８、チャネル７の表面に撥水加工を施すのが、表面処理だけでコンタミ防止が容易に行え、コンタミ防止にきわめて有効であり、上述のコンタミ防止構成と併せて施すのが有効である。
【０１００】
さらに、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）において、５３は試料Ｍに対して不活性な流体、泡、ゲル剤から構成されリザーバ１９に蓋をする柔軟性部材（本発明のカバー材）、５４は綿や不織布等の吸収体、５５は多数立設されたピンである。
【０１０１】
図８（ａ）に示すように、柔軟性部材５３で試料Ｍの上を覆って遮断するので、試料Ｍが連通孔８側にコンタミして、漏れた試料Ｍで周辺が汚れることはないし、柔軟性部材ごと試料Ｍを移動させることができる。なお、この柔軟性部材５３に代えて、発泡材等からなるガス通過材を用いるのでも同様の作用効果が期待できる。また、図８（ｂ）のコンタミ防止構成は、リザーバ１９内に吸収体５４を収容しておくものである。吸収体５４は綿や不織布等であって毛管現象の作用で試料Ｍを保持するものである。しかしながら、高圧のガス圧が加えられるとチャネル１８に流出して搬送される。同様に、図８（ｃ）の構成も毛管現象で試料Ｍを保持するが、表面張力で保持するのがピン５５である点が異なる。なお、このピン５５は上述のシール材受け５２の数が多くなり、より効果的に試料Ｍを保持できるものである。
【０１０２】
このように実施の形態４のポンプチップ１ａとこれを積層した試料処理チップは、コンタミ防止を図り、試料をリザーバ内に確実に保持して、自由に持ち運ぶことができる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明のマイクロポンプによれば、マイクロポンプを微小なチップモジュール化することができ、反応剤を反応開始部で制御するから制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、認識手段によって他のチップとの位置や組み合せの一致を判断するため、他のチップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的である。
【０１０４】
認識手段が他のチップとの位置や組み合せの一致を検出して合致信号を出力するため、自動的に位置や組み合せの一致を検出でき、他のチップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的である。
【０１０５】
電極を設けるだけで他のチップとの位置や組み合せの一致を検出して合致信号を出力するため、安価に構成できより経済的である。光学的認識マークによってチップ認識及び／または組み合せの判別を行う判別手段を備えたため、微小構造でチップモジュール化することができ、制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、簡単にチップ認識が行え、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的なマイクロポンプを提供することができる。物理的認識マークまたは電気的認識マークにした場合には、簡単にチップ認識が行え、他チップとの装着ミスや誤動作がなく、安全かつ経済的なマイクロポンプを提供することができる。また、判別手段と制御部の少なくともいずれか一方が着脱自在であるから、判別手段や制御部を繰り返して使用でき経済的である。
【０１０６】
本発明の試料処理チップによれば、マイクロポンプや流路制御チップ、処理チップを微小なチップモジュール化することができ、反応剤を反応開始部で制御するから制御が容易で所定の特性を安定して実現でき、制御部により流路制御や試料処理制御を容易に行うことができる。
【０１０７】
流路制御チップと処理チップを扱い易いワンチップとすることができる。同様にマイクロポンプと流路制御チップが扱い易いワンチップとなる。さらに、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップが扱い易いワンチップとなる。
【０１０８】
シートコネクタが設けられ、これがガス透過膜で構成されているため、吐出孔からガスだけを流路制御チップ側に移動し、試料がマイクロポンプ側に逆流することがなく、吐出孔以外のところではシールとして機能する。
【０１０９】
シートコネクタが微細孔群を備えているから、吐出孔部のみガス、液体等の流体を移動し、吐出孔以外のところではシールとして機能することができ、製造も容易である。微細孔群が流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されているため、逆流が防止でき、試料が漏れて周囲を汚す混交汚染（コンタミ）も防止できる。また、微細孔群が方向に流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されてから、圧力が加わっていないときは密封性が高く、圧力が加わったときには双方向にスムースに流体を流すことができる。弾性シートから構成されたため、より効果的に流体の通過と、逆流防止や密閉を行うことができる。
【０１１０】
流路制御チップの少なくともリザーバの開口部には、弾性シートを有する混交汚染防止用のシール材が設けられたため、試料を注入した後、試料注入体を抜いた孔が弾力で塞がり、コンタミを防止できる。シール材が弾性多孔質の材料で構成されたから、試料を注入した後、試料注入体を抜いた孔が弾力で塞がり、搬送用の高圧ガスは透過することができるがコンタミは防止できる。
【０１１１】
シール材に弾性体が貼着されたため、試料注入体を抜いた孔の閉塞が確実に行える。リザーバ内にシール材受け部が設けられたから、試料注入体を挿入するときの力を受けるため試料注入体を挿入するのが容易となり、迅速に試料を充填することができる。また、シール材受け部の存在で注入された試料が表面張力で保持される。
【０１１２】
リザーバにガス導入口と異なった試料注入用の開口が連通されたので、試料注入用の開口とガス導入口が分離され、マイクロポンプが繰返し使用されても、マイクロポンプの連通孔へのコンタミが発生しない。リザーバの周囲が撥水加工されたため、コンタミ防止が表面処理だけで容易に行える。リザーバに試料を充填した上を覆うカバー材が設けられたから、カバー材が試料の上を覆って遮断するので、試料が連通孔側にコンタミして、漏れた試料で周辺が汚れることはない。
【０１１３】
カバー材として不活性な流体や泡やゲル材からなる柔軟性部材は、柔軟に形を変えてガスも透過するためコンタミをきわめて有効に防止でき、試料を保持することもできる。発泡材等からなるガス通過材はコンタミを防止するとともにガスは透過させることができ、試料を保持することもできる。
【０１１４】
リザーバに充填した試料を吸収する吸収体が設けられたため、吸収体が毛管現象の作用で試料を保持することができる。同様に、多数のピンにより表面張力で試料を保持することができる。
【０１１５】
本発明のシートコネクタによれば、シートに流体の流れ方向に貫通する微細孔群が形成されたことにより、流体の流れの部分のみ流体の移動が可能となるとともに、流体の流れの部分以外ではシールとして機能する。
【０１１６】
微細孔群が流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されているため、逆流を防止することができる。同様に、流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されているため、圧力が加わっていないときは密封性が高く、圧力が加わったときには双方向にスムースに流体を流すことができる。さらに、弾性材料から構成されたため、より効果的に流体の通過と、逆流防止や密閉を行うことができる
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの分解説明図
（ｂ）（ａ）のマイクロポンプのＸ―Ｘ断面図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解斜視図
（ｂ）（ａ）の試料処理チップを構成する流路制御チップの拡大一部破砕図
【図３】本発明の実施の形態１のマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの制御装置を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における試料処理チップの積層完了を検知する装着検知部の要部の説明図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの積層順の光学的認識の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップの積層順の物理的認識の説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるマイクロポンプとそれを積層した試料処理チップのシートコネクタの説明図
（ｂ）（ａ）のシートコネクタで一方向の逆流を防止できるもののＡ部拡大図
（ｃ）（ａ）のシートコネクタで双方向のガス圧力が働いたときにガスの通過を容易にできるもののＡ部拡大図
【図７】（ａ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第１のコンタミ防止構成の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第２のコンタミ防止構成の説明図
（ｃ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第３のコンタミ防止構成の説明図
【図８】（ａ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第４のコンタミ防止構成の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第５のコンタミ防止構成の説明図
（ｃ）本発明の実施の形態４における試料処理チップの第６のコンタミ防止構成の説明図
【図９】従来のマイクロポンプの構成図
【図１０】従来の電気化学セル駆動ポンプの構成図
【図１１】従来の化学合成用のマイクロリアクタチップの構成図
【符号の説明】
１マイクロポンプ
１ａポンプチップ
１ｂ流路制御ユニットチップ
１ｃ吸引マイクロポンプ
２第１構造材
２ａ，３ａ凹部
３第２構造材
４反応剤
５反応開始部
６反応チャンバ
７チャネル
８連通孔
１２シール材
１２ａ開口
１３流路制御チップ
１４反応検出チップ
１５マイクロバルブ
１５_１，１５_２，１５_３マイクロバルブ機構
１６弁体
１７バルブチャンバ
１７ａ弁座
１８チャネル
１９，１９ａリザーバ
１９ｂガス導入口
２０圧電素子
２０ａ圧電層
２０ｂ電極シート
２１検出部
２２反応部
２９制御装置
３０反応駆動部
３１中央制御部（本発明の制御部）
３２，３２ａ電源部
３３波形制御部
３４入力部
３５アンプ
３６表示部
３７Ｄ／Ａ変換器
３８記憶部
３８ａ制御テーブル
３９小反応チャンバ
３９ａ圧力センサ
３９ｂ振動検出センサ
３９ｃ各種センサ
４０，４０ａ，４１，４１ａ，４２，４２ａ，４３，４３ａ，４４，４４ａ，４５，４５ａ電極
４６装着検知部
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ光学的認識マーク
４８ａ，４８ｂ，４８ｃ物理的認識マーク
４９シートコネクタ
４９ａ，４９ｂ，４９ｃ微細孔
５０シール材
５１弾性体
５２シール材受け
５３柔軟性部材
５４吸収体
５５ピン
６０試料注入体

Claims

反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、前記反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、前記反応剤にガスを発生させる反応開始部と、前記ポンプ構造材に設けられ、前記反応剤が発生した所定圧力のガスを前記反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、前記反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップと前記ポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを該他のチップに供給するマイクロポンプであって、該ポンプ構造材と前記他のチップとの位置及び／または組み合せが一致した場合だけに合致信号を出力する認識手段が設けられたことを特徴とするマイクロポンプ。
前記認識手段が検出した合致信号が前記制御部に送られたとき、前記制御部が前記反応開始部の動作停止を解除することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
前記認識手段が、前記ポンプ構造材の表面に設けられ所定の電圧が印加された電極から構成され、前記他のチップに設けられた電極と接触したとき合致信号を出力することを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロポンプ。
反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、前記反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、前記反応剤にガスを発生させる反応開始部と、前記ポンプ構造材に設けられ、前記反応剤が発生した所定圧力のガスを前記反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、前記反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップと前記ポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを供給するマイクロポンプであって、前記ポンプ構造材及び／または該他のチップには光学的認識マークが設けられ、該光学的認識マークによってチップ認識及び／または組み合せの判別を行う判別手段を備えたことを特徴とするマイクロポンプ。
請求項４記載のマイクロポンプの光学的認識マークに代えて、物理的認識マークまたは電気的認識マークが設けられたことを特徴とするマイクロポンプ。
前記判別手段と前記制御部の少なくともいずれか一方が着脱自在であることを特徴とする請求項４または５に記載のマイクロポンプ。
反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、前記反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、前記反応剤にガスを発生させる反応開始部と、前記ポンプ構造材に設けられ、前記反応剤が発生した所定圧力のガスを前記反応チャンバから吐出口に導くチャネルと、前記反応開始部の動作を制御する制御部とを備え、他のチップと前記ポンプ構造材が組み合わされたとき、反応したガスを該他のチップに供給するマイクロポンプと、
前記マイクロポンプに組み合わされ、ガス導入口から該マイクロポンプから吐出されたガスをリザーバに導き、該リザーバ内に充填された試料を移送し且つこのときの流路制御を行う流路制御チップと、該流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備え、前記制御部が流路制御及び／または試料の処理の制御を行うことを特徴とする試料処理チップ。
前記流路制御チップと前記処理チップとが一体となったことを特徴とする請求項７記載の試料処理チップ。
前記マイクロポンプと前記流路制御チップとが一体となったことを特徴とする請求項７記載の試料処理チップ。
前記マイクロポンプと前記流路制御チップと前記処理チップとが一体となったことを特徴とする請求項７記載の試料処理チップ。
前記マイクロポンプと前記流路制御チップと前記処理チップとの間の少なくともどこか１個所以上にシートコネクタが設けられ、該シートコネクタはガス透過膜で構成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記シートコネクタが、チップ間を流れる流体の流れ方向に貫通する微細孔群を備えていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記微細孔群が、前記流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項１２記載の試料処理チップ。
前記微細孔群が、前記流れ方向に流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項１２記載の試料処理チップ。
前記シートコネクタが弾性シートから構成されたことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記流路制御チップの少なくとも前記リザーバの開口部には、弾性シートを有する混交汚染防止用のシール材が設けられたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記シール材が弾性多孔質の材料で構成されたことを特徴とする請求項１６記載の試料処理チップ。
前記シール材には、試料注入体を挿通させるための弾性体が貼着されたことを特徴とする請求項１７記載の試料処理チップ。
前記リザーバ内にシール材受け部が設けられたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記リザーバには、前記ガス導入口と異なった試料注入用の開口が連通されたことを特徴とする請求項７〜１９のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記リザーバの周囲が撥水加工されたことを特徴とする請求項７〜２０のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記リザーバには、試料を充填した上を覆うカバー材が設けられることを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記カバー材が、試料に対して不活性な流体、泡またはゲル材から構成される柔軟性部材またはガス通過材であることを特徴とする請求項２２記載の試料処理チップ。
前記リザーバには、充填した試料を吸収する吸収体が設けられたことを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップ。
前記リザーバには、充填した試料を保持する多数のピンが設けられたことを特徴とする請求項７〜２１のいずれかに記載の試料処理チップ。
チップ間に配設されて流路を連絡するシートコネクタであって、シートに流体の流れ方向に貫通する微細孔群が形成されたことを特徴とするシートコネクタ。
前記微細孔群が、前記流れ方向に流路断面積が縮小する円錐状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項２６記載のシートコネクタ。
前記微細孔群が、前記流れ方向に流路断面積が一旦縮小し再度拡大する鼓状の微細孔から構成されていることを特徴とする請求項２６記載のシートコネクタ。
前記シートが弾性材料から構成されたことを特徴とする請求項２６〜２８のいずれかに記載のシートコネクタ。