JP2004333454A - マイクロ化学チップおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップを提供する。
【解決手段】マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に接続され、流路１２に被処理理流体をそれぞれ流入させる供給部１３ａ，１３ｂとが形成された基体１１を有し、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すものである。このマイクロ化学チップ１において、流路１２は、供給部１３ａ，１３ｂが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性（または疎水性）の長さＬ１の親水性部分（または疎水性部分）１２ａを有する。
【選択図】 図１
【解決手段】マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に接続され、流路１２に被処理理流体をそれぞれ流入させる供給部１３ａ，１３ｂとが形成された基体１１を有し、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すものである。このマイクロ化学チップ１において、流路１２は、供給部１３ａ，１３ｂが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性（または疎水性）の長さＬ１の親水性部分（または疎水性部分）１２ａを有する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な流路を流通する基質や試薬などの被処理流体に対して、反応や分析などの予め定める処理を施すことのできるマイクロ化学チップおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえば血液と試薬を混合して反応させる場合のように、異なる複数の被処理流体を混合させて予め定める処理を施すことができるマイクロ化学チップおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学技術やバイオ技術の分野では、試料に対する反応や試料の分析などを微小な領域で行うための研究が行われており、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ；略称：ＭＥＭＳ）技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析などのシステムを小型化したマイクロ化学システムが研究開発されている。
【０００３】
マイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ流路、マイクロポンプおよびマイクロリアクタなどが形成されたマイクロ化学チップと呼ばれる１つのチップを用いて行われる。たとえば、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る１つの基体に、試料や試薬などの流体を供給するための供給口と、処理後の流体を導出するための採取口とを形成し、この供給口と採取口とを断面積が微小なマイクロ流路で接続し、流路の適当な位置に送液のためのマイクロポンプを配置したマイクロ化学チップが提案されている（特許文献１参照）。また、送液の手段として、マイクロポンプに代えて、電気浸透現象を利用したキャピラリ泳動型のものも提案されている（特許文献２参照）。これらのマイクロ化学チップでは、流路は所定の位置で合流しており、合流部で流体の混合が行われる。
【０００４】
マイクロ化学システムでは、従来のシステムに比べ、機器や手法が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができる。また流量の精密な制御が可能であるので、反応や分析を効率的に行うことができる。さらに反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１４２４１号公報（第４−５頁，第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１０８６１９号公報（第４−５頁，第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマイクロ化学チップでは、流路を流れる被処理流体は層流となる。そのため、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流路に流入させて混合させる場合は、流路を流れる間に生じる拡散現象を利用して複数の被処理流体を混合させるようにしている。したがって、複数の被処理流体を充分に混合させるためには、供給部が流路に接続される接続位置よりも下流側の流路を長く形成する必要がある。
【０００７】
しかし、被処理流体を充分に混合させるために流路を長く形成すると、マイクロ化学チップが大型化するという問題が生じる。
【０００８】
一方、マイクロ化学チップを小型化するために流路を短く形成すると、被処理流体の混合が不充分になるという問題が生じる。また、被処理流体の混合が不充分な状態では、反応等の予め定める処理を施しても、処理が不充分になる可能性が高くなるという問題も生じる。
【０００９】
本発明の目的は、構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップおよびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１１】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、位置をずらして接続させてもよい。
【００１２】
本発明では、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、複数の疎水性の被処理流体が合流された後、親水性部分を通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。すなわち、疎水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の所定の流路部分の壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも親水性が高くなるように形成することによって、壁面の親水性が低い部分から壁面の親水性が高い部分に、合流した被処理流体が流入した際に、被処理流体内に乱流が発生する。
【００１３】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００１４】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の疎水性の被処理流体は、合流されて流路の親水性部分を流通することによって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００１６】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の疎水性の被処理流体は、合流されて流路の親水性部分を流通することによって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００１８】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１９】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、位置をずらして接続させてもよい。
【００２０】
本発明では、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、複数の親水性の被処理流体が合流された後、疎水性部分を通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。すなわち、親水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の所定の流路部分の壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも疎水性が高くなるように形成することによって、壁面の疎水性が低い部分から壁面の疎水性が高い部分に、合流した被処理流体が流入した際に、被処理流体内に乱流が発生する。
【００２１】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の親水性の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００２２】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の親水性の被処理流体は、合流されて流路の疎水性部分を流通することによって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００２４】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の親水性の被処理流体は、合流されて流路の疎水性部分を流通することによって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００２６】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００２７】
本発明に従えば、まずセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを所定温度で焼結させることによって基体本体を形成する。
【００２８】
次に、前記溝部の壁面のうち、親水性を持たせるべき対象壁面に親水性を持たせる処理を行う。前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００２９】
その後、基体本体の表面に露出している溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成する。これによって、壁面が親水性の親水性部分を有する流路が基体内部に形成される。
【００３０】
このようにして基体を形成することによって、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００３１】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００３２】
本発明に従えば、まずセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを所定温度で焼結させることによって基体本体を形成する。
【００３３】
次に、前記溝部の壁面のうち、疎水性を持たせるべき対象壁面に疎水性を持たせる処理を行う。前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００３４】
その後、基体本体の表面に露出している溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成する。これによって、壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路が基体内部に形成される。
【００３５】
このようにして基体を形成することによって、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す部分断面図である。なお、図１（ｂ）では、切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を並べて示す。
【００３７】
マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に被処理流体をそれぞれ流入させる２つの供給部１３ａ，１３ｂと、処理部１４と、処理後の流体を外部に導出する採取部１５とが設けられた基体１１を有する。基体１１は、一表面に溝部が形成された基体本体２０と被覆部材である蓋体２１とを含み、基体本体２０の溝部３３の形成された表面を蓋体２１で覆うことによって流路１２が形成されている。このマイクロ化学チップ１では、流路１２は、供給部１３ａ，１３ｂが接続される位置２２よりも下流側に、壁面が親水性の長さＬ１の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有している。
【００３８】
供給部１３ａは、流路１２に接続される供給流路１７ａと、供給流路１７ａの端部に設けられる供給口１６ａと、流路１２に接続する位置２２よりも被処理流体の流通方向上流側に設けられるマイクロポンプ１８ａとを含む。同様に、供給部１３ｂは、供給流路１７ｂと、供給口１６ｂと、マイクロポンプ１８ｂとを含む。供給口１６ａ，１６ｂは、外部から供給流路１７ａ，１７ｂに被処理流体を注入することができるように開口されている。また採取部１５は、流路１２から被処理流体を外部に取出すことができるように開口で実現されている。
【００３９】
基体本体２０の内部であって、処理部１４の流路１２の下方には、ヒータ１９が設けられる。処理部１４の流路１２は、ヒータ１９の上方を複数回数通過するように屈曲して形成される。基体１１の表面には、ヒータ１９と外部電源とを接続するための図示しない配線がヒータ１９から導出されている。この配線は、ヒータ１９よりも抵抗値の低い金属材料で形成される。
【００４０】
マイクロ化学チップ１では、２つの供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に２種類の被処理流体をそれぞれ流入させて合流させ、必要に応じて処理部１４においてヒータ１９を用いて流路１２を所定の温度で加熱し、流入された２種類の被処理流体を反応させ、得られた反応生成物を採取部１５から導出させる。
【００４１】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するためには、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。しかしながら、断面積が２．５×１０−３ｍｍ２〜１ｍｍ２程度の流路を流通する流体は、一般に層流状態で流れるので、２つの供給流路１７ａ，１７ｂを合流させただけでは、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２にそれぞれ流入され合流された２種類の被処理流体は、拡散のみによって混合される。したがって、合流された２種類の被処理流体を完全に混合させるためには長い流路を設ける必要があり、マイクロ化学チップの小型化には限界がある。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、流路１２は、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側に、壁面が親水性の長さＬ１の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有しているので、複数の被処理流体が合流された後、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。たとえば、親水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の流路部分１２ａの壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも疎水性が高くなるように形成し、疎水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の流路部分１２ａの壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも親水性が高くなるように形成すればよい。
【００４３】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、拡散のみによって混合させる場合に比べて、短い流路で複数の被処理流体を充分に混合させることができる。したがって、流路１２の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップ１の小型化を図ることができ、マイクロ化学チップ１を用いたマイクロ化学システムの小型化が可能となる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。
【００４４】
また本実施形態では、流路１２は、接続位置２２と処理部１４との間に、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有するので、合流された被処理流体は、処理部１４に達する際には充分に混合されている。したがって、たとえば供給部１３ａから原料となる化合物を流入させ、供給部１３ｂから試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部１４のヒータ１９で加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、採取部１５から取出される反応生成物の収率を向上させることができる。
【００４５】
基体本体２０には、セラミック材料、シリコン、ガラスまたは樹脂などから成るものを用いることができ、これらの中でもセラミック材料から成るものを用いることが好ましい。セラミック材料は、樹脂などに比べ、耐薬品性に優れるので、基体本体２０がセラミック材料から成ることによって、耐薬品性に優れ、種々の条件で使用することのできるマイクロ化学チップ１を得ることができる。基体本体１１を構成するセラミック材料としては、たとえば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体などを用いることができる。
【００４６】
蓋体２１には、ガラスまたはセラミック材料から成るものを用いることができる。
【００４７】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、前述のように、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するために、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が１ｍｍ２を超えると、送液される検体、試薬または洗浄液の量が多くなり過ぎるので、単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減させるというマイクロ化学チップの効果を充分に得ることができない。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が２．５×１０−３ｍｍ２未満であると、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂによる圧力の損失が大きくなり、送液に問題が生じる。したがって、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積を２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下とした。
【００４８】
また、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの幅ｗは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの深さｄは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００４９】
マイクロ化学チップ１の外形寸法は、たとえば、幅Ａが約４０ｍｍであり、奥行きＢが約７０ｍｍであり、高さＣが１〜２ｍｍであるが、これにかかわらず、必要に応じ適切な外径寸法とすればよい。
【００５０】
なお、使用後のマイクロ化学チップ１は、供給部１３ａ，１３ｂから洗浄液を流入させて洗浄すれば、再度使用することができる。
【００５１】
次に、図１に示すマイクロ化学チップ１の製造方法を説明する。本実施形態では、基体本体２０がセラミック材料から成る場合について説明する。図２は、セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態を示す平面図である。図３は、セラミックシート３１，３２の積層状態を示す断面図である。
【００５２】
まず、原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤などを添加して泥奬にし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法などによってシート状に成形することによって、セラミックグリーンシート（別称：セラミック生シート）を形成する。原料粉末としては、たとえば、基体本体２０が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどを用いる。
【００５３】
本実施形態では、このようにして形成されるセラミックグリーンシートを２枚用いて基体本体２０を形成する。まず、図２（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート３１の表面に型を押圧し、溝部３３を形成する。このとき、型には、所望の溝部３３の形状が転写された形状の型を用いる。また型を押圧する際の押圧力は、セラミックグリーンシートに成形される前の泥漿の粘度に応じて調整される。たとえば、泥漿の粘度が１〜４Ｐａ・ｓである場合には、２．５〜７ＭＰａの押圧力で押圧する。なお、型の材質は特に制限されるものではなく、金型であっても木型であってもよい。
【００５４】
また、図２（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３２の表面に、導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって所定の形状に塗布することによって、ヒータ１９および外部電源接続用の配線となる配線パターン３４を形成する。導電性ペーストは、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、ニッケル、パラジウムまたは金などの金属材料粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤を混合して得られる。なお、ヒータ１９となる配線パターン３４を形成する導電性ペーストには、焼成後に所定の抵抗値になるように、前述の金属材料粉末にセラミック粉末が５〜３０重量％添加されたものが用いられる。
【００５５】
次に、図３に示すように、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２の表面に、溝部３３の形成されたセラミックグリーンシート３１を積層する。積層されたセラミックグリーンシート３１，３２を温度約１６００℃で焼結させる。以上のようにして、図１に示す基体本体２０を形成する。
【００５６】
このようにして形成された基体本体２０に以下の処理を行うことによって、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側の流路部分１２ａとなる長さＬ１の溝部３３の壁面を、親水性または疎水性を有する壁面とすることができる。
【００５７】
（１）流路部分１２ａの壁面に親水性を持たせる場合
（１−ａ）基体本体２０が親水性であるときは、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００５８】
（１−ｂ）基体本体２０が疎水性であるときは、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００５９】
（２）流路部分１２ａの壁面に疎水性を持たせる場合
（２−ａ）基体本体２０が親水性であるときは、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６０】
（２−ｂ）基体本体２０が疎水性であるときは、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６１】
親水化処理は、前記対象壁面または対象壁面を除く壁面が保護膜で被覆された基体本体２０を、アルコール中に３０秒間程度浸漬した後取出し、水で洗浄することによって行うことができる。アルコール中に浸漬することによって、セラミック材料から成る基体本体２０の前記対象壁面に、水酸基（−ＯＨ）を導入することができる。アルコールとしては、たとえばイソプロピルアルコール（
Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；略称：ＩＰＡ）などを用いることができる。
【００６２】
疎水化処理は、前記対象壁面または対象壁面を除く壁面が保護膜で被覆された基体本体２０を、界面活性剤溶液中に３０秒間程度浸漬した後取出し、水、好ましくは温水で洗浄することによって行うことができる。界面活性剤溶液中に浸漬することによって、セラミック材料から成る基体本体２０の前記対象壁面に存在する水酸基（−ＯＨ）を除去することができる。界面活性剤としては、たとえば、アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤、アルキルフェニルグリコール系の非イオン性の界面活性剤、フッ素含有アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤、シリコン含有アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤を用いることができる。
【００６３】
たとえば、疎水性の基体本体２０に設けられた流路部分１２ａの壁面に親水性を持たせる場合は、前記溝部の壁面のうち、親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００６４】
また、親水性の基体本体２０に設けられた流路部分１２ａの壁面に疎水性を持たせる場合は、基体本体全体を減圧下において２００〜３００℃で１〜３時間加熱することによって基体全体に疎水処理を施してから、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６５】
なお、基体本体全体の加熱処理は、基体本体２０がたとえば酸化アルミニウムなどの金属酸化物系のセラミック材料から成る場合には行う必要があるけれども、基体本体２０がその他のセラミック材料から成る場合には行わなくてもよい。たとえば、基体本体２０が窒化珪素または炭化珪素などの窒化物系のセラミック材料から成る場合には、基体本体２０の表面は焼成された状態で既に疎水性であるので、改めて加熱処理を行う必要はない。
【００６６】
ただし、セラミックグリーンシートを焼結して基体本体２０を形成した後、外部と電気的に接続する部分、たとえばポンプ駆動用電源供給端子にめっきを行う必要がある。この際、種々の処理があるので、基体本体２０の表面状態が変化する。したがって、この場合は、基体本体全体を加熱処理して基体本体を疎水性にする必要がある。
【００６７】
図４は、蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。図４に示すように、たとえばガラスまたはセラミック材料などから成る基板４１の供給口１６ａ，１６ｂおよび採取部１５となるべく予め定められる位置に、図２（ａ）に示すセラミックグリーンシート３１の溝部３３に連通する貫通孔４２ａ，４２ｂ，４３を形成し、蓋体２１を得る。
【００６８】
基体本体２０の溝部３３，３４が露出した表面に、蓋体２１を接着する。蓋体２１と基体本体２０とは、たとえば蓋体２１がガラスから成る場合には加熱および加圧によって接着され、蓋体２１がセラミック材料から成る場合にはガラス接着剤などによって接着される。
【００６９】
蓋体２１の表面の予め定められる位置に、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；組成式：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などの圧電材料４４ａ，４４ｂを貼り付けるとともに、圧電材料４４ａ，４４ｂに電圧を印加するための図示しない配線を形成する。圧電材料４４ａ，４４ｂは、印加された電圧に応じて伸縮することによって供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１を振動させることができるので、圧電材料４４ａ，４４ｂを供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１に貼り付けることによって、送液を行うマイクロポンプ１８ａ，１８ｂを形成することができる。
【００７０】
以上のようにして、図１に示す基体１１を形成し、マイクロ化学チップ１を得る。このように、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側の流路部分１２ａとなる溝部３３の壁面を親水性または疎水性を有する壁面とした基体本体２０と蓋体２１とを貼り合せることによって、供給部１３ａ，１３ｂが流路１２に接続される位置２２よりも被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有する流路１２を備えたマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００７１】
また本実施形態では、型を押圧して溝部３３が表面に形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３１とを積層したものを焼結させることによって基体本体２０を形成し、上記の親水化処理または疎水化処理を施してから、基体本体２０の表面の溝部３３を蓋体２１で覆うことによって、流路１２を有する基体１１を形成する。したがって、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に流路を形成する際に必要となるエッチング加工のような複雑な加工を行うことなく、簡単な加工を行うだけでマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００７２】
以上に述べたように、本実施形態のマイクロ化学チップ１は、２つの供給部１３ａ，１３ｂを有するけれども、これに限定されることなく、３つ以上の供給部を有してもよい。供給部が２つ以上設けられる場合、供給部は、１点で合流するように設けられる必要はなく、流路１２の異なる位置に接続されるように設けられてもよい。この場合、流路１２は、各供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に、それぞれ壁面が親水性の親水性部分または壁面が疎水性の疎水性部分を有することが好ましい。
【００７３】
特に、ある供給部から疎水性の被処理流体が流入され、他の供給部から親水性の被処理流体が流入される場合には、疎水性の被処理流体が流入される供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側には親水性部分を設け、親水性の被処理流体が流入される供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側には疎水性部分を設けることが好ましい。このように、流路１２に親水性部分と疎水性部分との両方を設ける場合、たとえば、図３に示す基体本体２０の溝部３３の親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離し、次いで、疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離する。これによって、流路１２に親水性部分と疎水性部分とを作り分けることができる。
【００７４】
また、壁面が親水性の親水性部分（または疎水性部分）１２ａは流路１２の直線部に設けられるように図示しているけれども、これに限定されることなく、流路１２に曲部を設けて、この部分に親水性部分（または疎水性部分）１２ａを設けてもよい。この場合、流路１２の曲部と親水性部分（または疎水性部分）１２ａによって、より有効な乱流を発生させて被処理流体を充分に混合させることができる。
【００７５】
またヒータ１９は、１箇所に設けられる構成であるけれども、これに限定されることなく、２箇所以上に設けられてもよい。このように、３つ以上の供給部を設け、ヒータを２箇所以上に設けることによって、複雑な反応を制御することができる。なお、ヒータ１９は、加熱しなくても反応が進行するような場合には、設ける必要はない。
【００７６】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１では、採取部１５を設け、反応生成物を採取部１５から導出させるけれども、採取部１５または採取部１５よりも被処理流体の流通方向上流側に検出部を設ければ、化学反応や抗原抗体反応、酵素反応などの生化学反応の反応生成物を検出することができる。この場合には、検出部よりも被処理流体の流通方向上流側の流路部分の壁面が親水性または疎水性を有するように構成することが好ましい。
【００７７】
また、本実施形態では、送液手段として、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設ける構成であるけれども、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設けない構成も可能である。この場合には、供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入する際に、マイクロシリンジなどで被処理流体を押込むことによって、被処理流体を供給口１６ａ，１６ｂから採取部１５まで送液することができる。また注入する際に、外部に設けられるポンプなどで被処理流体に圧力を加えながら注入することによって送液することもできる。また供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入した後に、開口で実現されている採取部１５からマイクロシリンジなどで吸引することによって送液することもできる。
【００７８】
また、蓋体２１は基体本体２０に接着されているけれども、これに限定されることなく、基体本体２０から取外し可能に取り付けられていてもよい。たとえば、基体本体２０と蓋体２１との間にシリコーンゴムなどを挟み、マイクロ化学チップ全体に圧力を加えるような構成であってもよい。蓋体２１を基体本体２０から取外し可能とすることによって、再利用する際の洗浄が容易になる。
【００７９】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１の製造方法では、基体本体２０は、溝部３３，３４が形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２との２枚のセラミックグリーンシートから形成されるけれども、これに限定されることなく、３枚以上のセラミックグリーンシートから形成されてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の疎水性の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００８１】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が親水性の親水性部分を有するので、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００８２】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００８３】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の親水性被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００８４】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有するので、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００８５】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００８６】
また本発明によれば、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを焼結させて基体本体を形成した後に、溝部の所定部分の壁面に親水化処理を施してから基体本体の表面の溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成するので、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００８７】
また本発明によれば、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを焼結させて基体本体を形成した後に、溝部の所定部分の壁面が疎水性を有するように処理してから基体本体の表面の溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成するので、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す断面図である。
【図２】セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態を示す平面図である。
【図３】セラミックグリーンシート３１，３２を積層した状態を示す部分断面図である。
【図４】蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。
【符号の説明】
１ マイクロ化学チップ
１１ 基体
１２ 流路
１２ａ 親水性部分（疎水性部分）
１３ａ，１３ｂ 供給部
１４ 処理部
１５ 採取部
１６ａ，１６ｂ 供給口
１７ａ，１７ｂ 供給流路
１８ａ，１８ｂ マイクロポンプ
１９ ヒータ
２０ 基体本体
２１ 蓋体
２２ 接続位置
３１，３２ セラミックグリーンシート
３３ 溝部
３４ 配線パターン
４１ 基板
４２ａ，４２ｂ，４３ 貫通孔
４４ａ，４４ｂ 圧電材料
Ｌ１ 親水性部分（疎水性部分）の長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な流路を流通する基質や試薬などの被処理流体に対して、反応や分析などの予め定める処理を施すことのできるマイクロ化学チップおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、たとえば血液と試薬を混合して反応させる場合のように、異なる複数の被処理流体を混合させて予め定める処理を施すことができるマイクロ化学チップおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学技術やバイオ技術の分野では、試料に対する反応や試料の分析などを微小な領域で行うための研究が行われており、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ；略称：ＭＥＭＳ）技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析などのシステムを小型化したマイクロ化学システムが研究開発されている。
【０００３】
マイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ流路、マイクロポンプおよびマイクロリアクタなどが形成されたマイクロ化学チップと呼ばれる１つのチップを用いて行われる。たとえば、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る１つの基体に、試料や試薬などの流体を供給するための供給口と、処理後の流体を導出するための採取口とを形成し、この供給口と採取口とを断面積が微小なマイクロ流路で接続し、流路の適当な位置に送液のためのマイクロポンプを配置したマイクロ化学チップが提案されている（特許文献１参照）。また、送液の手段として、マイクロポンプに代えて、電気浸透現象を利用したキャピラリ泳動型のものも提案されている（特許文献２参照）。これらのマイクロ化学チップでは、流路は所定の位置で合流しており、合流部で流体の混合が行われる。
【０００４】
マイクロ化学システムでは、従来のシステムに比べ、機器や手法が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができる。また流量の精密な制御が可能であるので、反応や分析を効率的に行うことができる。さらに反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１４２４１号公報（第４−５頁，第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１０８６１９号公報（第４−５頁，第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマイクロ化学チップでは、流路を流れる被処理流体は層流となる。そのため、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流路に流入させて混合させる場合は、流路を流れる間に生じる拡散現象を利用して複数の被処理流体を混合させるようにしている。したがって、複数の被処理流体を充分に混合させるためには、供給部が流路に接続される接続位置よりも下流側の流路を長く形成する必要がある。
【０００７】
しかし、被処理流体を充分に混合させるために流路を長く形成すると、マイクロ化学チップが大型化するという問題が生じる。
【０００８】
一方、マイクロ化学チップを小型化するために流路を短く形成すると、被処理流体の混合が不充分になるという問題が生じる。また、被処理流体の混合が不充分な状態では、反応等の予め定める処理を施しても、処理が不充分になる可能性が高くなるという問題も生じる。
【０００９】
本発明の目的は、構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップおよびその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１１】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、位置をずらして接続させてもよい。
【００１２】
本発明では、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、複数の疎水性の被処理流体が合流された後、親水性部分を通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。すなわち、疎水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の所定の流路部分の壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも親水性が高くなるように形成することによって、壁面の親水性が低い部分から壁面の親水性が高い部分に、合流した被処理流体が流入した際に、被処理流体内に乱流が発生する。
【００１３】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００１４】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の疎水性の被処理流体は、合流されて流路の親水性部分を流通することによって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００１６】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の疎水性の被処理流体は、合流されて流路の親水性部分を流通することによって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００１８】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１９】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、位置をずらして接続させてもよい。
【００２０】
本発明では、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、複数の親水性の被処理流体が合流された後、疎水性部分を通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。すなわち、親水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の所定の流路部分の壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも疎水性が高くなるように形成することによって、壁面の疎水性が低い部分から壁面の疎水性が高い部分に、合流した被処理流体が流入した際に、被処理流体内に乱流が発生する。
【００２１】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の親水性の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００２２】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の親水性の被処理流体は、合流されて流路の疎水性部分を流通することによって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００２４】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【００２５】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の親水性の被処理流体は、合流されて流路の疎水性部分を流通することによって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００２６】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００２７】
本発明に従えば、まずセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを所定温度で焼結させることによって基体本体を形成する。
【００２８】
次に、前記溝部の壁面のうち、親水性を持たせるべき対象壁面に親水性を持たせる処理を行う。前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００２９】
その後、基体本体の表面に露出している溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成する。これによって、壁面が親水性の親水性部分を有する流路が基体内部に形成される。
【００３０】
このようにして基体を形成することによって、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００３１】
また本発明は、被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００３２】
本発明に従えば、まずセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを所定温度で焼結させることによって基体本体を形成する。
【００３３】
次に、前記溝部の壁面のうち、疎水性を持たせるべき対象壁面に疎水性を持たせる処理を行う。前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００３４】
その後、基体本体の表面に露出している溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成する。これによって、壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路が基体内部に形成される。
【００３５】
このようにして基体を形成することによって、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す部分断面図である。なお、図１（ｂ）では、切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を並べて示す。
【００３７】
マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に被処理流体をそれぞれ流入させる２つの供給部１３ａ，１３ｂと、処理部１４と、処理後の流体を外部に導出する採取部１５とが設けられた基体１１を有する。基体１１は、一表面に溝部が形成された基体本体２０と被覆部材である蓋体２１とを含み、基体本体２０の溝部３３の形成された表面を蓋体２１で覆うことによって流路１２が形成されている。このマイクロ化学チップ１では、流路１２は、供給部１３ａ，１３ｂが接続される位置２２よりも下流側に、壁面が親水性の長さＬ１の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有している。
【００３８】
供給部１３ａは、流路１２に接続される供給流路１７ａと、供給流路１７ａの端部に設けられる供給口１６ａと、流路１２に接続する位置２２よりも被処理流体の流通方向上流側に設けられるマイクロポンプ１８ａとを含む。同様に、供給部１３ｂは、供給流路１７ｂと、供給口１６ｂと、マイクロポンプ１８ｂとを含む。供給口１６ａ，１６ｂは、外部から供給流路１７ａ，１７ｂに被処理流体を注入することができるように開口されている。また採取部１５は、流路１２から被処理流体を外部に取出すことができるように開口で実現されている。
【００３９】
基体本体２０の内部であって、処理部１４の流路１２の下方には、ヒータ１９が設けられる。処理部１４の流路１２は、ヒータ１９の上方を複数回数通過するように屈曲して形成される。基体１１の表面には、ヒータ１９と外部電源とを接続するための図示しない配線がヒータ１９から導出されている。この配線は、ヒータ１９よりも抵抗値の低い金属材料で形成される。
【００４０】
マイクロ化学チップ１では、２つの供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に２種類の被処理流体をそれぞれ流入させて合流させ、必要に応じて処理部１４においてヒータ１９を用いて流路１２を所定の温度で加熱し、流入された２種類の被処理流体を反応させ、得られた反応生成物を採取部１５から導出させる。
【００４１】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するためには、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。しかしながら、断面積が２．５×１０−３ｍｍ２〜１ｍｍ２程度の流路を流通する流体は、一般に層流状態で流れるので、２つの供給流路１７ａ，１７ｂを合流させただけでは、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２にそれぞれ流入され合流された２種類の被処理流体は、拡散のみによって混合される。したがって、合流された２種類の被処理流体を完全に混合させるためには長い流路を設ける必要があり、マイクロ化学チップの小型化には限界がある。
【００４２】
これに対し、本実施形態では、流路１２は、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側に、壁面が親水性の長さＬ１の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有しているので、複数の被処理流体が合流された後、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを通過するときに、合流した被処理流体内に乱流が発生する。これは、壁面の性質が異なる流路部分を被処理流体が通過するためである。たとえば、親水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の流路部分１２ａの壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも疎水性が高くなるように形成し、疎水性の被処理流体を合流させる場合は、前記下流側の流路部分１２ａの壁面を、その上流側の流路部分の壁面よりも親水性が高くなるように形成すればよい。
【００４３】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、拡散のみによって混合させる場合に比べて、短い流路で複数の被処理流体を充分に混合させることができる。したがって、流路１２の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップ１の小型化を図ることができ、マイクロ化学チップ１を用いたマイクロ化学システムの小型化が可能となる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。
【００４４】
また本実施形態では、流路１２は、接続位置２２と処理部１４との間に、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有するので、合流された被処理流体は、処理部１４に達する際には充分に混合されている。したがって、たとえば供給部１３ａから原料となる化合物を流入させ、供給部１３ｂから試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部１４のヒータ１９で加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率良く反応させ、採取部１５から取出される反応生成物の収率を向上させることができる。
【００４５】
基体本体２０には、セラミック材料、シリコン、ガラスまたは樹脂などから成るものを用いることができ、これらの中でもセラミック材料から成るものを用いることが好ましい。セラミック材料は、樹脂などに比べ、耐薬品性に優れるので、基体本体２０がセラミック材料から成ることによって、耐薬品性に優れ、種々の条件で使用することのできるマイクロ化学チップ１を得ることができる。基体本体１１を構成するセラミック材料としては、たとえば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミック焼結体などを用いることができる。
【００４６】
蓋体２１には、ガラスまたはセラミック材料から成るものを用いることができる。
【００４７】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、前述のように、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するために、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が１ｍｍ２を超えると、送液される検体、試薬または洗浄液の量が多くなり過ぎるので、単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減させるというマイクロ化学チップの効果を充分に得ることができない。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が２．５×１０−３ｍｍ２未満であると、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂによる圧力の損失が大きくなり、送液に問題が生じる。したがって、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積を２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下とした。
【００４８】
また、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの幅ｗは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの深さｄは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。
【００４９】
マイクロ化学チップ１の外形寸法は、たとえば、幅Ａが約４０ｍｍであり、奥行きＢが約７０ｍｍであり、高さＣが１〜２ｍｍであるが、これにかかわらず、必要に応じ適切な外径寸法とすればよい。
【００５０】
なお、使用後のマイクロ化学チップ１は、供給部１３ａ，１３ｂから洗浄液を流入させて洗浄すれば、再度使用することができる。
【００５１】
次に、図１に示すマイクロ化学チップ１の製造方法を説明する。本実施形態では、基体本体２０がセラミック材料から成る場合について説明する。図２は、セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態を示す平面図である。図３は、セラミックシート３１，３２の積層状態を示す断面図である。
【００５２】
まず、原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤などを添加して泥奬にし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法などによってシート状に成形することによって、セラミックグリーンシート（別称：セラミック生シート）を形成する。原料粉末としては、たとえば、基体本体２０が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどを用いる。
【００５３】
本実施形態では、このようにして形成されるセラミックグリーンシートを２枚用いて基体本体２０を形成する。まず、図２（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート３１の表面に型を押圧し、溝部３３を形成する。このとき、型には、所望の溝部３３の形状が転写された形状の型を用いる。また型を押圧する際の押圧力は、セラミックグリーンシートに成形される前の泥漿の粘度に応じて調整される。たとえば、泥漿の粘度が１〜４Ｐａ・ｓである場合には、２．５〜７ＭＰａの押圧力で押圧する。なお、型の材質は特に制限されるものではなく、金型であっても木型であってもよい。
【００５４】
また、図２（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３２の表面に、導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって所定の形状に塗布することによって、ヒータ１９および外部電源接続用の配線となる配線パターン３４を形成する。導電性ペーストは、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、ニッケル、パラジウムまたは金などの金属材料粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤を混合して得られる。なお、ヒータ１９となる配線パターン３４を形成する導電性ペーストには、焼成後に所定の抵抗値になるように、前述の金属材料粉末にセラミック粉末が５〜３０重量％添加されたものが用いられる。
【００５５】
次に、図３に示すように、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２の表面に、溝部３３の形成されたセラミックグリーンシート３１を積層する。積層されたセラミックグリーンシート３１，３２を温度約１６００℃で焼結させる。以上のようにして、図１に示す基体本体２０を形成する。
【００５６】
このようにして形成された基体本体２０に以下の処理を行うことによって、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側の流路部分１２ａとなる長さＬ１の溝部３３の壁面を、親水性または疎水性を有する壁面とすることができる。
【００５７】
（１）流路部分１２ａの壁面に親水性を持たせる場合
（１−ａ）基体本体２０が親水性であるときは、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００５８】
（１−ｂ）基体本体２０が疎水性であるときは、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００５９】
（２）流路部分１２ａの壁面に疎水性を持たせる場合
（２−ａ）基体本体２０が親水性であるときは、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６０】
（２−ｂ）基体本体２０が疎水性であるときは、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき長さＬ１の溝部の対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６１】
親水化処理は、前記対象壁面または対象壁面を除く壁面が保護膜で被覆された基体本体２０を、アルコール中に３０秒間程度浸漬した後取出し、水で洗浄することによって行うことができる。アルコール中に浸漬することによって、セラミック材料から成る基体本体２０の前記対象壁面に、水酸基（−ＯＨ）を導入することができる。アルコールとしては、たとえばイソプロピルアルコール（
Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ；略称：ＩＰＡ）などを用いることができる。
【００６２】
疎水化処理は、前記対象壁面または対象壁面を除く壁面が保護膜で被覆された基体本体２０を、界面活性剤溶液中に３０秒間程度浸漬した後取出し、水、好ましくは温水で洗浄することによって行うことができる。界面活性剤溶液中に浸漬することによって、セラミック材料から成る基体本体２０の前記対象壁面に存在する水酸基（−ＯＨ）を除去することができる。界面活性剤としては、たとえば、アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤、アルキルフェニルグリコール系の非イオン性の界面活性剤、フッ素含有アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤、シリコン含有アルキレングリコール系の非イオン性界面活性剤を用いることができる。
【００６３】
たとえば、疎水性の基体本体２０に設けられた流路部分１２ａの壁面に親水性を持たせる場合は、前記溝部の壁面のうち、親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせる。
【００６４】
また、親水性の基体本体２０に設けられた流路部分１２ａの壁面に疎水性を持たせる場合は、基体本体全体を減圧下において２００〜３００℃で１〜３時間加熱することによって基体全体に疎水処理を施してから、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせる。
【００６５】
なお、基体本体全体の加熱処理は、基体本体２０がたとえば酸化アルミニウムなどの金属酸化物系のセラミック材料から成る場合には行う必要があるけれども、基体本体２０がその他のセラミック材料から成る場合には行わなくてもよい。たとえば、基体本体２０が窒化珪素または炭化珪素などの窒化物系のセラミック材料から成る場合には、基体本体２０の表面は焼成された状態で既に疎水性であるので、改めて加熱処理を行う必要はない。
【００６６】
ただし、セラミックグリーンシートを焼結して基体本体２０を形成した後、外部と電気的に接続する部分、たとえばポンプ駆動用電源供給端子にめっきを行う必要がある。この際、種々の処理があるので、基体本体２０の表面状態が変化する。したがって、この場合は、基体本体全体を加熱処理して基体本体を疎水性にする必要がある。
【００６７】
図４は、蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。図４に示すように、たとえばガラスまたはセラミック材料などから成る基板４１の供給口１６ａ，１６ｂおよび採取部１５となるべく予め定められる位置に、図２（ａ）に示すセラミックグリーンシート３１の溝部３３に連通する貫通孔４２ａ，４２ｂ，４３を形成し、蓋体２１を得る。
【００６８】
基体本体２０の溝部３３，３４が露出した表面に、蓋体２１を接着する。蓋体２１と基体本体２０とは、たとえば蓋体２１がガラスから成る場合には加熱および加圧によって接着され、蓋体２１がセラミック材料から成る場合にはガラス接着剤などによって接着される。
【００６９】
蓋体２１の表面の予め定められる位置に、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；組成式：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などの圧電材料４４ａ，４４ｂを貼り付けるとともに、圧電材料４４ａ，４４ｂに電圧を印加するための図示しない配線を形成する。圧電材料４４ａ，４４ｂは、印加された電圧に応じて伸縮することによって供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１を振動させることができるので、圧電材料４４ａ，４４ｂを供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１に貼り付けることによって、送液を行うマイクロポンプ１８ａ，１８ｂを形成することができる。
【００７０】
以上のようにして、図１に示す基体１１を形成し、マイクロ化学チップ１を得る。このように、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも下流側の流路部分１２ａとなる溝部３３の壁面を親水性または疎水性を有する壁面とした基体本体２０と蓋体２１とを貼り合せることによって、供給部１３ａ，１３ｂが流路１２に接続される位置２２よりも被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性の親水性部分（または壁面が疎水性の疎水性部分）１２ａを有する流路１２を備えたマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００７１】
また本実施形態では、型を押圧して溝部３３が表面に形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３１とを積層したものを焼結させることによって基体本体２０を形成し、上記の親水化処理または疎水化処理を施してから、基体本体２０の表面の溝部３３を蓋体２１で覆うことによって、流路１２を有する基体１１を形成する。したがって、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に流路を形成する際に必要となるエッチング加工のような複雑な加工を行うことなく、簡単な加工を行うだけでマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００７２】
以上に述べたように、本実施形態のマイクロ化学チップ１は、２つの供給部１３ａ，１３ｂを有するけれども、これに限定されることなく、３つ以上の供給部を有してもよい。供給部が２つ以上設けられる場合、供給部は、１点で合流するように設けられる必要はなく、流路１２の異なる位置に接続されるように設けられてもよい。この場合、流路１２は、各供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に、それぞれ壁面が親水性の親水性部分または壁面が疎水性の疎水性部分を有することが好ましい。
【００７３】
特に、ある供給部から疎水性の被処理流体が流入され、他の供給部から親水性の被処理流体が流入される場合には、疎水性の被処理流体が流入される供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側には親水性部分を設け、親水性の被処理流体が流入される供給部が流路１２に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側には疎水性部分を設けることが好ましい。このように、流路１２に親水性部分と疎水性部分との両方を設ける場合、たとえば、図３に示す基体本体２０の溝部３３の親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離し、次いで、疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離する。これによって、流路１２に親水性部分と疎水性部分とを作り分けることができる。
【００７４】
また、壁面が親水性の親水性部分（または疎水性部分）１２ａは流路１２の直線部に設けられるように図示しているけれども、これに限定されることなく、流路１２に曲部を設けて、この部分に親水性部分（または疎水性部分）１２ａを設けてもよい。この場合、流路１２の曲部と親水性部分（または疎水性部分）１２ａによって、より有効な乱流を発生させて被処理流体を充分に混合させることができる。
【００７５】
またヒータ１９は、１箇所に設けられる構成であるけれども、これに限定されることなく、２箇所以上に設けられてもよい。このように、３つ以上の供給部を設け、ヒータを２箇所以上に設けることによって、複雑な反応を制御することができる。なお、ヒータ１９は、加熱しなくても反応が進行するような場合には、設ける必要はない。
【００７６】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１では、採取部１５を設け、反応生成物を採取部１５から導出させるけれども、採取部１５または採取部１５よりも被処理流体の流通方向上流側に検出部を設ければ、化学反応や抗原抗体反応、酵素反応などの生化学反応の反応生成物を検出することができる。この場合には、検出部よりも被処理流体の流通方向上流側の流路部分の壁面が親水性または疎水性を有するように構成することが好ましい。
【００７７】
また、本実施形態では、送液手段として、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設ける構成であるけれども、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設けない構成も可能である。この場合には、供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入する際に、マイクロシリンジなどで被処理流体を押込むことによって、被処理流体を供給口１６ａ，１６ｂから採取部１５まで送液することができる。また注入する際に、外部に設けられるポンプなどで被処理流体に圧力を加えながら注入することによって送液することもできる。また供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入した後に、開口で実現されている採取部１５からマイクロシリンジなどで吸引することによって送液することもできる。
【００７８】
また、蓋体２１は基体本体２０に接着されているけれども、これに限定されることなく、基体本体２０から取外し可能に取り付けられていてもよい。たとえば、基体本体２０と蓋体２１との間にシリコーンゴムなどを挟み、マイクロ化学チップ全体に圧力を加えるような構成であってもよい。蓋体２１を基体本体２０から取外し可能とすることによって、再利用する際の洗浄が容易になる。
【００７９】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１の製造方法では、基体本体２０は、溝部３３，３４が形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２との２枚のセラミックグリーンシートから形成されるけれども、これに限定されることなく、３枚以上のセラミックグリーンシートから形成されてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の疎水性の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００８１】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が親水性の親水性部分を有するので、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００８２】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が親水性の親水性部分を有しているので、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる疎水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００８３】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の親水性被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００８４】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有するので、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００８５】
また本発明によれば、流路は、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有しているので、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる親水性の化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率良く反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００８６】
また本発明によれば、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを焼結させて基体本体を形成した後に、溝部の所定部分の壁面に親水化処理を施してから基体本体の表面の溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成するので、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００８７】
また本発明によれば、溝部が形成されたセラミックグリーンシートを焼結させて基体本体を形成した後に、溝部の所定部分の壁面が疎水性を有するように処理してから基体本体の表面の溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成するので、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分を有する流路を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す断面図である。
【図２】セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態を示す平面図である。
【図３】セラミックグリーンシート３１，３２を積層した状態を示す部分断面図である。
【図４】蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。
【符号の説明】
１ マイクロ化学チップ
１１ 基体
１２ 流路
１２ａ 親水性部分（疎水性部分）
１３ａ，１３ｂ 供給部
１４ 処理部
１５ 採取部
１６ａ，１６ｂ 供給口
１７ａ，１７ｂ 供給流路
１８ａ，１８ｂ マイクロポンプ
１９ ヒータ
２０ 基体本体
２１ 蓋体
２２ 接続位置
３１，３２ セラミックグリーンシート
３３ 溝部
３４ 配線パターン
４１ 基板
４２ａ，４２ｂ，４３ 貫通孔
４４ａ，４４ｂ 圧電材料
Ｌ１ 親水性部分（疎水性部分）の長さ
Claims (8)
- 被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が親水性の親水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップ。 - 前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学チップ。 - 前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記親水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロ化学チップ。 - 被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、壁面が疎水性の疎水性部分を有することを特徴とするマイクロ化学チップ。 - 前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする請求項４記載のマイクロ化学チップ。 - 前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記疎水性部分は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする請求項４または５記載のマイクロ化学チップ。 - 被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が親水性の親水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち親水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に親水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。 - 被処理流体を流通させる流路と、前記流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成され、さらに前記流路には、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に壁面が疎水性の疎水性部分が形成されている基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップの製造方法であって、
セラミックグリーンシートの表面に、予め定める形状の型を押圧して溝部を形成し、
溝部が形成されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
前記基体本体が親水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を除く部分を保護膜で被覆してから、前記対象壁面に疎水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、前記基体本体が疎水性である場合は、前記溝部の壁面のうち疎水性を持たせるべき対象壁面を保護膜で被覆してから、前記対象壁面を除く壁面に親水化処理を施した後に前記保護膜を剥離することによって、前記対象壁面に疎水性を持たせ、
前記基体本体の表面の前記溝部を被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
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