JP2004340820A

JP2004340820A - 超音波プラットフォーム型マイクロチップ及びアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法

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Publication number: JP2004340820A
Application number: JP2003139168A
Authority: JP
Inventors: Mineyuki Murakami; 峰雪村上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】流体組成を変えず、液層微小空間に代表される様々なメリットを損なわずに、汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも製造時間が短く安いコストで製造可能な超音波プラットフォーム型マイクロチップ及びアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法を提供することである。
【解決手段】基板上に微細な流路１８を有して成るフロー型マイクロチップ１４が構成されているマイクロ化学分析システムに於いて、アレイ状の超音波トランスデューサ１６を有するトランスデューサ層１２と、信号制御回路層１１と、から成る共通プラットフォーム１３を具備している。そして、上記フロー型マイクロチップ１４は、上記共通プラットフォーム１３上に構成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に微細な流路を有してなるフロー型マイクロチップに関するものである。より詳細には、アレイ状超音波トランスデューサを有するトランスデューサ層と信号制御回路層とから成る共通プラットフォーム上に、目的に応じた流路が形成されたフロー型マイクロチップが構成され、任意の超音波トランスデューサを信号制御することにより流体に対して各種機能を達成する超音波プラットフォーム型マイクロチップ及び該チップに於ける超音波トランスデューサの駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術の応用展開分野として、バイオ、環境、ＩＴ分野が注目されている。その具体的な展開として、僅か数１０ｍｍ角のガラスやシリコンの基板上に、マイクロマシニング技術を用いて化学分析や化学合成に必要な機能を集積し、化学分析、合成システムそのものの小型化を図る研究が世界中で精力的に取組まれている。
【０００３】
この研究分野はμＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｓ）と称されており、従来の実験室で使用する分析装置と比較して、以下のような多くの特長を有している。すなわち、分析時間の高速化が可能、分析装置の小型化や可搬化が可能、消費する溶媒や試料の低減が可能、分析コストの低減が可能、といった特長であり、ハイスループットで安価な分析を医療や環境測定の現場で実現する新しい技術として期待されている。特に、化学反応のための流路やポンプ等に加え、μＴＡＳのチップにセンサや電子回路を集積化したシステムへ発展させることにより、最も小さなものでもテーブルトップサイズであった化学システムを、手のひらに乗るサイズへと小型化することが期待されている。
【０００４】
従来提案されているμＴＡＳチップの多くは、チップ上で流体を流しながら攪拌、混合、反応、分取等を行うフロー型マイクロチップである。例えば、流路に高電圧勾配を生じさせて流体を移動させて、前処理、分離を行うと共に、生体物質の非接触伝導度計測を１枚の基板で行うマイクロキャピラリ電気泳動チップが知られている（例えば非特許文献１参照）。キャピラリ電気泳動チップ上には微小流路のみが形成されているため、チップ自体の構造及び作製が簡単である。
【０００５】
また、マイクロチップパイルアップ型化学反応システムに関しては、反応原料液導入部と反応用生成液排出部と、これらに連通する反応域としてのマイクロチャネルを備えたマイクロチップが所定枚数で積層一体化された構成の化学反応システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このシステムの各チップ上にはマイクロチャネル（微小流路）のみが形成されており、化学反応場として分子拡散距離が短く比界面積が大きい等のメリットを利用して、錯形反応、溶媒抽出、免疫反応、酵素反応、イオン対抽出反応等、様々な反応を効率的に行えるように流路設計されている。この化学反応システムでは、チップを並列に積層一体化することで、高効率で大量有機合成を可能としている。
【０００６】
更に、化学集積回路及びその製造方法に関して、光造形法を利用して１つのチップ内に同一機能、同一機構から成る部品を複数配置してなる単一機能チップを形成し、異なる単一機能を持つチップ同士を複数層に組み合わせて構成される化学反応回路が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、１つのマイクロチップに必要な全ての機能を盛り込む単目的型化学ＩＣが汎用性、即応性、機能拡張性の点で問題があるのに対し、この光造形法μＴＡＳは多品種少量生産や個別生産に向いており、製造時間とコストの点で優れている。具体的な一例として、第１層チップが外部と流体の入出力コネクタ群を有する「コネクタチューブ」、第２層チップが「バルブチップ」、第３層チップが「リアクタチップ」、第４層が「濃縮チップ」である、４つのチップが積層結合され、１つの目的を達成できる化学集積回路が記載されている。
【０００７】
更に、マイクロシステムに於ける流れの制御方法に関しては、マイクロシステムの微小流路を流れる流体に刺激でゾル−ゲル転移する物質を添加し、微小流路上の所望の箇所に刺激を与え、流体をゲル化させて流れを制御するマイクロシステムが知られている（例えば、特許文献３参照）。これによれば、マイクロチップ上に複雑なバルブ構造を用いることなく、マイクロシステムに於ける流体の流れを停止したり、流量や流速を調整することが可能となる。
【０００８】
【非特許文献１】
ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍｓ２００２第４９１頁〜第４９３頁「ＳｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｓｃｉｄｓｉｎａＣＥｍｉｃｒｏｃｈｉｐｗｉｔｈｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓｆｏｕｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２９２２７５号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００１−１５８０００号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００２−１６３０２２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述した非特許文献１に記載されたような技術のキャピラリ電気泳動チップの場合、チップ上で行うことができる反応、分析の項目が、非常に限られてしまう。また、流路中に高電圧勾配を発生させる電極が、外部から流路に挿入されて直接流体に接するので、電極近傍で電気化学反応が起こりやすい、生化学物質が変質しやすい等の課題を有している。
【００１３】
また、上記特許文献１に記載されたようなマイクロチップパイルアップ型化学反応システムに於けるマイクロチップの場合、マイクロチャネル（微小流路）のみで各種反応及び抽出を行う構成となっている。そのため、利用する流体や目的に応じて、マイクロチャネル設計（幅、深さ、長さ等）を細かく変更しなければならない。その他に、流体の搬送機構（ポンプ）が外付けであったり、流体の定量分取を行うことができない等の課題を有している。
【００１４】
一方、上記特許文献２に記載されたような化学集積回路の場合、各種マイクロチップは光造形法で成形されるため、バルブ、コネクタ等の各部品だけでなく、流路についても半導体プロセスほど微細に製作することが困難であり、液層微小空間に代表される分子拡散距離、比界面積、熱容量などの様々なメリットが低減してしまう。また、特定の微細回路を大量生産できるシリコンプロセスと比較した場合、光造形法は工程に時間を要するので、１チップあたりのコストは高くならざるをえない。
【００１５】
そして、上記特許文献３に記載されたような流体のゾル−ゲル転移を利用したマイクロシステムでは、ゾル−ゲル転移をする物質（一般に高分子化合物）を流体に添加するため、流体の組成が少なからず変化してしまうことから、反応、抽出、分析の結果に影響を及ぼしてしまうものであった。
【００１６】
したがって本発明は、流体組成を変えず、液層微小空間に代表される様々なメリットを損なわずに、汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも製造時間が短く安いコストで製造可能な超音波プラットフォーム型マイクロチップ及びアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の発明は、マイクロ化学分析システムに用いられるフロー型マイクロチップであって、基板上に流体が流れる微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップに於いて、アレイ状超音波トランスデューサを有するトランスデューサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラットフォームを具備し、上記フロー型マイクロチップは、上記共通プラットフォーム上に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、半導体プロセスにより１枚の基板に作製されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、各々別個の基板上に作成された後、各層の導通を確保した状態で接着若しくは接合により組み立てられることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明に於いて、上記制御回路層は半導体プロセスで作製された電気回路層で構成されることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、静電容量型マイクロ超音波トランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、噴射堆積法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、ゾルゲル法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、水熱合成法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、スパッタ法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサは、印刷法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記トランスデューサ層は、直接フロー型マイクロチップの流路に接して構成されることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記共通プラットフォームと上記フロー型マイクロチップの流路の間に音響整合層が形成されることを特徴とする。
【００２９】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明に於いて、上記音響整合層は、シリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンで構成されることを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップは、それ自体が音響整合層となり得る樹脂で構成されることを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に記載の発明は、請求項１２に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップは、その内部の流体に接する部位の音響整合層に音響レンズが設けられていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって放射音圧が大きくなるべく駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする。
【００３３】
請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップの上記流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって音波放射時刻をずらして駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする。
【００３４】
請求項１８に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップの上記流路の直下に配置された超音波トランスデューサに対して、駆動信号の周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動信号を供給することで、所定の流路中の流量を制御することを特徴とする。
【００３５】
請求項１９に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップ内に上記流路の幅よりも大きい収液セルを有し、該収液セルの下部に二次元マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサに対して不規則な順序で駆動信号を供給することで、上記収液セル内の液体を攪拌混合することを特徴とする。
【００３６】
請求項２０に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで流速を得る超音波流速計と、を更に具備することを特徴とする。
【００３７】
請求項２１に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで温度を得る超音波温度計と、を更に具備することを特徴とする。
【００３８】
請求項２２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記超音波トランスデューサがフロー型マイクロチップの流路と平行に振動する超音波トランスデューサであって、上記超音波トランスデューサが共振回路の一部を構成し、該共振回路の共振周波数変化から流体の粘度を検出することを特徴とする。
【００３９】
請求項２３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記フロー型マイクロチップは透明な材質から構成され、上記信号制御回路層は、その一部にフォトディテクタを有し、上記トランスデューサ層は、上記フォトディテクタの上方に貫通孔を有し、上記フォトディテクタが上方に設けられたフロー型マイクロチップ流路の上面から照射された光について測光を行うことを特徴とする。
【００４０】
請求項２４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記共通プラットフォームは、１枚の基板上に複数の流体計測制御要素を有して成ることを特徴とする。
【００４１】
請求項２５に記載の発明は、請求項１に記載の発明に於いて、上記共通プラットフォームは、流体計測制御要素毎に分けられて任意に組み合わせて構成されることを特徴とする。
【００４２】
請求項２６に記載の発明は、基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、上記流路の入口から該流路の出口に向かって、上記流路内の音圧が大きくなるよう選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とする。
【００４３】
請求項２７に記載の発明は、基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、上記超音波トランスデューサの超音波放射時刻をずらすことで、上記流路の入口から該流路の出口に向かって音圧が大きくなるように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とする。
【００４４】
請求項２８に記載の発明は、基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、上記流路の入口から該流路の出口の間で、局所的に音圧が大きくなるように選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とする。
【００４５】
請求項２９に記載の発明は、基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、上記流路中に複数の異なる物性若しくは状態の流体が存在し、上記複数の流体の界面と交わる方向に流れが発生するように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る超音波プラットフォーム型マイクロチップに於いて、流体は超音波によって計測制御されるものである。超音波には、１）膜または板があっても、音響整合されていれば超音波がその膜または板を透過できる、２）周波数を高くすることで小さな音響パワーでも音の非線形性に伴う現象を誘起できる、等の特徴がある。
【００４７】
以下、図面を参照して、本発明に係る超音波プラットフォーム型マイクロチップを用いた、超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００４８】
図１は本発明の第１の実施の形態を示すもので、本発明に係る超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの基本構成を示す断面図、図２は図１に於けるトランスデューサ層の平面図である。図３は超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの一形態であり、トランスデューサ層上に透明なフロー型マイクロチップを積層した平面図である。更に、図４は、この超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの断面図である。
【００４９】
図１及び図２に於いて、本発明の第１の実施の形態は次のように構成されている。
【００５０】
図１に示される基本的な超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システム１０は、信号制御回路層１１とトランスデューサ層１２とから成る１枚の共通プラットフォーム１３と、この共通プラットフォーム１３上に構成された透明なフロー型マイクロチップ１４とを有して構成されている。
【００５１】
上記信号制御回路層１１は、その内部に複数個の処理回路１５を有している。上記トランスデューサ層１２は、図２に示されるような、流体の流れる方向に沿って配置されたアレイ状の超音波トランスデューサ１６を有している。超音波トランスデューサは、入力された電流を振動（超音波）に変換する、または入力された振動を電流に変換することができる。そして、上記トランスデューサ層１２は、アレイ状の超音波トランスデューサ１６が信号制御回路層内の処理回路１５と配線１７で接続されることによって導通が確保されている。これにより、所定の超音波トランスデューサに対して駆動、センシグ等の信号制御が可能な構成となっている。尚、上記共通プラットフォーム１３は、半導体プロセスにより構成することも可能である。
【００５２】
上記フロー型マイクロチップ１４は、樹脂またはガラス等により構成される。そして、このフロー型マイクロチップ１４の内部には、目的に応じた流路１８が形成されており、共通プラットフォームとは別に、樹脂基板に作製された後に共通プラットフォーム上に固定される。
【００５３】
図３及び図４は、第１の実施の形態に於ける超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの一形態を示した図である。これは、流体温度をモニタしながら、２つの試薬と１つのサンプルを定量、攪拌混合した後に、所定の波長の光吸収を測定する化学分析システムである。
【００５４】
本形態では、超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの基本構成に加えて、共通プラットフォーム１３の信号制御回路層１１の一部にフォトディテクタ２１を有して構成される。この共通プラットフォーム１３は、シリコン基板に半導体プロセスで形成される。
【００５５】
また、上記共通プラットフォーム１３内の信号制御回路層１１上には、トランスデューサ層１２として、二次元アレイ状に配置された複数の静電容量型超音波トランスデューサ（ＣａｐａｃｉｔｉｖｅＭｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ：ｃＭＵＴ）が、同一基板上に形成された構成となっている。
【００５６】
上記信号制御回路層１１内には複数個の処理回路１５とフォトディテクタ２１が配されており、上記トランスデューサ層１２内にはアレイ状の超音波トランスデューサ１６を有している。上記トランスデューサ１６は、配線１７によって処理回路１５と接続されている。
【００５７】
また、トランスデューサ層１２内で、フォトディテクタ２１部分の上部には、貫通孔１２ａが形成されている。トランスデューサ層１２は、配線１７によって信号制御回路層１１と導通が確保されており、所定のｃＭＵＴを信号制御することができる構成となっている。
【００５８】
更に、マイクロチップ側は、トランスデューサ層１２上に、例えばシリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンで構成された音響整合層２２が設けられている。そして、この音響整合層２２上に、流路層２３及び流路２４が形成されており、更に流路層２３及び流路２４上にはカバー２５が設けられている。
【００５９】
図３に示されるように、本形態の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システム２０に於いて、マイクロチップ内の流路２４は、トランスデューサ層１２の任意の超音波トランスデューサ１６が、流体に対して超音波を照射し流体の流れる方向に音圧強度の分布を生じさせることで、次の４つの機能を達成することができる位置に構成されている。
【００６０】
第１の機能は流体を流路に沿って動かす「ポンプ」であり、第２の機能は流体の流量をコントロールする「バルブ」である。また、第３の機能は流体温度を検出する「温度計」であり、第４の機能は異なる種類の流体を攪拌混合する「ミキサ」である。これら４つの機能は、全てトランスデューサ層１２に於ける任意の超音波トランスデューサ１６に選択的に所望の駆動信号を入力することで達成される。
【００６１】
例えば、図３に示される超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システム２０に於いて、流路２４の上流側には、試薬入口用の第１試薬用インレット（流路入口）２７ａ及び第２試薬用インレット２７ｂと、サンプル入口用のサンプル用インレット２８が設けられている。一方、この流路２４の下流側には、１つのアウトレット（流路出口）３０が設けられている。
【００６２】
そして、アレイ状に配置された超音波トランスデューサ１６のうち、上記流路２４に沿って、上述した第１の機能としてのポンプ用トランスデューサ１６ａが配置されている。また、流路２４の略中央部分には、第４の機能としての混合用トランスデューサ１６ｄが配置されている。
【００６３】
更に、流路２４の分岐部位の各上流側と、混合用トランスデューサ１６ｄの下流側には、第２の機能としてのバルブ用トランスデューサ１６ｂが、それぞれ配置されている。そして、流路２４の分岐部位の下流側と、混合用トランスデューサ１６ｄの上流側及び下流側と、アウトレット３０の上流側には、第３の機能としての温度計用トランスデューサ１６ｃが、それぞれ配置されている。
【００６４】
尚、アウトレットの上流側で流路２４の下方には、フォトディテクタ２１が設けられている。
【００６５】
次に、本発明の第１の実施の形態の作用について説明する。
【００６６】
先ず、図５及び図６参照して、第１の機能である「ポンプ」の作用を説明する。
【００６７】
尚、ここでは、説明を簡単にするため、超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムは、図５に示されるように、インレット２７とアウトレット３０を有する流路２４の両外側に沿って、それぞれｎ個の超音波トランスデューサ３１_１、３１_２、…、３１_ｎ及び３２_１、３２_２、…、３２_ｎが配置された構成とする。
【００６８】
マイクロチップ下部に於いて流路２４の両外側に沿って、それぞれｎ個配置された超音波トランスデューサ３１_１、３１_２、…、３１_ｎ及び３２_１、３２_２、…、３２_ｎが、各々所定の信号で同時に駆動される。このとき、各超音波トランスデューサ３１_１、３１_２、…、３１_ｎ及び３２_１、３２_２、…、３２_ｎに供給される信号は、各々の放射音圧が、インレット２７付近のトランスデューサ３１_１（３２_１）＜トランスデューサ３１_２（３２_２）＜…＜アウトレット３０付近のトランスデューサ３１_ｎ（３２_ｎ）の順番に、駆動電圧が大きくなるように設定される。各超音波トランスデューサ３１_１、３１_２、…、３１_ｎ及び３２_１、３２_２、…、３２_ｎは、駆動信号に応じて振動し、流体の流れる方向と異なる方向に超音波を放射する。
【００６９】
図６に示されるように、各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させる。このとき、隣接するトランスデューサの音圧強度のバランスの偏り（分布）により、音響流は音圧の高い方向へ曲げられる。そのため、巨視的にはインレット２７からアウトレット３０に向かう流れ場が形成される。すなわち、マイクロチップ下部に於いて、流路の両外側に沿ってｎ個配置された超音波トランスデューサにより、上記のように少なくとも１つの超音波送波手段に与えられる電圧が、残余の超音波搬送手段に与えられる電圧と異なるようにする。または、少なくとも１つの上記超音波送波手段付近の音圧強度は、残余の超音波送波手段付近の音圧強度と異なるようにすることで、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。
【００７０】
また、このような「ポンプ」機能は、図７に示されるように、マイクロチップ流路２４の直下に、流路２４に沿ってｎ個配置された超音波トランスデューサ３３_１、３３_２、…、３３_ｎでも達成可能である。
【００７１】
更に、流路に沿ってｎ個配置された超音波トランスデューサが、各々所定の信号で同時に駆動される。このとき、図８に示されるように、各超音波トランスデューサ３３_１、３３_２、…、３３_ｎに対して、各々の放射音圧がインレット２７付近のトランスデューサ３３_１＜トランスデューサ３３_２＜…＜アウトレット３０付近のトランスデューサ３３_ｎの順番に音波放射時刻をずらして、駆動信号が供給される。
【００７２】
各トランスデューサから放射された超音波により、音源から離れる方向に音響流（直進流）が発生するが、隣接するトランスデューサの音波発生時間をずらすことにより、時間的に流路中に形成される音場が変化する。そのため、音響流は各時刻での音圧の高い方向へ曲げられ、時間平均的にインレット２７からアウトレット３０に向かう流れ場を形成することができる。すなわち、時間制御によっても、「ポンプ」機能を達成することができる。
【００７３】
また、ＳＡＷのような、表面波を発生させる超音波トランスデューサを用いた場合であっても、図９及び図１０に示されるように、インレット２７付近のトランスデューサ３３_１＜トランスデューサ３３_２＜…＜アウトレット３０付近のトランスデューサ３３_ｎの順番に、ある時刻に於ける振動振幅が大きくなるべく駆動信号を設定すれば、「ポンプ」機能を達成できる。
【００７４】
次に、図１１乃至図１３を参照して、第２の機能である「バルブ」の作用について説明する。
【００７５】
図１１に示されるように、フロー型マイクロチップの流路３５が分岐する部位に於いて、分岐流路の入口近傍下にそれぞれ配置された超音波トランスデューサを所定の信号で別個に駆動する。このとき、駆動信号として、周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動電圧に設定された連続波を印加する。超音波トランスデューサから放射された超音波は、周波数が流路寸法よりも十分短い波長の連続波であるため、図１２に示されるように、音響放射面と対向する流路壁との間で、超音波の非線形性による音響流を双方向から発生させる。これと同時に、高放射音圧となっているため、この部位が流体移動の障壁となる。
【００７６】
例えば、図１２に示されるトランスデューサ３８_２が上記のように駆動されれば、インレット３６からの流体移動がトランスデューサ３８_２で阻害できる。このため、結果として、図１３に示されるように、インレット３６からアウトレット３７ａにのみ流体を流す切り替えバルブとすることができる。また、一本の流路直下に配置された超音波トランスデューサを短波長、高放射音圧で駆動することで、オン、オフバルブとすることが可能である。
【００７７】
尚、駆動電圧値の設定により、放射音圧を変化させることで流量調整を行えるバルブとすることもできる。
【００７８】
更に、図１４に示されるように、２つのインレット３６ａ及び３６ｂと、１つのアウトレット３７を有する流路３５の場合にも適用可能である。すなわち、２つのインレット３６ａ及び３６ｂからの流体が、メイン流路３５で合流するマイクロチップの場合、各バルブ用トランスデューサ３８_１及び３８_２が交互に所定時間駆動されることで、図１５に示されるように、それぞれの流体を定量することができる。
【００７９】
以上のように、流路直下に配置された超音波トランスデューサにより、音圧強度の分布を局所的に生じさせ、分布が生じる部分に於いて流体の流れに対する抵抗を生じさせることで、流体のオン、オフ切り替え、流量調整、定量等を行うことができる「バルブ」機能を達成することができる。
【００８０】
上記の第１または第２の機能を達成するマイクロチップに於いて、トランスデューサは流体の流れる方向に所望の音圧強度の分布を生じさせることが可能であれば、流路上部、下部、左右、流路の片側、両側に配置してもよく、その配置及び数は限定されない。
【００８１】
次に、図１６乃至図１９を参照して、第３の機能である「温度計」の作用を説明する。
【００８２】
この場合、インレット４１及びアウトレット４２を有する流路４０の直下で、インレット４１の近傍に超音波送波手段としての送波用の超音波トランスデューサ４３_１が、そしてアウトレット４２の近傍に超音波受波手段としての受波用の超音波トランスデューサ４３_２が配置されている。
【００８３】
図１６に示されるフロー型マイクロチップの流路４０のインレット４１側下部に設けられた送波用超音波トランスデューサ４３_１が、トーンバースト波駆動される。図１７に示されるように、送波されたトーンバースト波は、減衰されながらインレット４１からアウトレット４２側へ送られ、所定距離Ｌだけ離間されて配置された受波用超音波トランスデューサで検知され、受波用超音波トランスデューサは超音波を受波したことが判別できる出力信号を出力する。
【００８４】
図１８に示されるように、送波用超音波トランスデューサ４３_１での送波から受波用超音波トランスデューサ４３_２による音波検知までの時間差を△Ｔとすると、一般に次式が成立する。
Ｕ＋ｃ（ｔ）＝Ｌ／ΔＴ …（１）
ここで、Ｕは流体の流速、ｃは温度ｔの関数で与えられる流体の音速である。
【００８５】
すなわち、距離Ｌ、流速Ｕ及び流体の温度と音速の関係を示す関数ｃ（ｔ）が既知であれば、式上記（１）式により得られる音速値ｃが、関数ｃ（ｔ）に入力されることにより、温度ｔが得られる。したがって、流路下に所定距離で配置された２つの超音波トランスデューサを用いて、上記の処理を信号処理回路層で行うことにより、流体の温度を計測する「温度計」機能を達成することができる。
【００８６】
尚、上記流速Ｕに代えて流量（Ｑ）としても、同様の結果を得ることができる。
【００８７】
次に、図２０を参照して、第４の機能である「ミキサ」の作用について説明する。
【００８８】
例えば、２つのインレット４６ａ及び４６ｂと１つのアウトレット４７を有する流路４５に於いて、マイクロチップの流路上に、流路幅よりも大きい収液セル４８が設けられている。そして、この収液セル４８の下に二次元マトリクス状の複数の超音波トランスデューサ４９_（１ _， _{１）}、４９_（１ _， _{２）}、…、４９_（１ _， _{ｎ）}、…、４９_（ｍ _， _{１）}、…、４９_（ｍ _， _{ｎ）}が配置されている。更に、この二次元マトリクス状の複数の超音波トランスデューサ４９_（１ _， _{１）}〜４９_（ｍ _， _{ｎ）}の下流側には、後述する光吸収計用のバルブ用トランスデューサ５０が配置されている。
【００８９】
いま、上記収液セル下の二次元マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサに対して、不規則な順序で所定の駆動信号が供給される。上述した「ポンプ」機能でも説明したように、各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）が発生されるが、隣接するトランスデューサの音圧強度のバランスにより、音響流は音圧の高い方向へ曲げられる。そのため、各トランスデューサが不規則な順序で駆動されることにより、音圧強度の分布を時間的に変化させ、分布が変化する部分で各時刻に於いてそれぞれ異なる複雑な流れ場、例えば２つのインレット４６ａ、４６ｂから導入される複数の異なる物性または状態の流体同士の界面と交わる方向の流れ、または各流体に互いに逆向きの方向の流れが生じている流れ場を形成することができる。したがって、二次元マトリクス状に配置された超音波トランスデューサを最適に駆動することにより、収液セル内の液体を攪拌混合する「ミキサ」を達成することができる。
【００９０】
尚、図２０に示されるように、「ミキサ」機能よりも下流に「バルブ」機能を付加することで、収液セル内に攪拌したい流体を保持した状態で攪拌混合させることができる。
【００９１】
尚、上記の第１の実施の形態では、より複雑な流れが生成できる収液セル中で攪拌を行ったが、流路中で攪拌を行ってもよい。また、音圧強度の分布を時間的に変化させることが可能であれば、超音波トランスデューサの配置は、二次元マトリクス上に限定されない。また、必ずしも不規則な順序で動かす必要はなく、少なくとも１つの上記超音波送波手段付近の音圧強度と、残余の超音波送波手段付近の音圧強度を時間に応じて変化させることで、複雑な流れを生成してもよい。
【００９２】
ところで、本第１の実施の形態では、更に、「ミキサ」機能の下流側に、光吸収計が構成されている。以下、これについて、図２１及び図２２を参照して、フォトダイオードによる光吸収計の作用について説明する。
【００９３】
図２１には示されていないが、フロー型マイクロチップ流路の上方に離れて設置された光源から、マイクロチップ流路４５に向けて所定の光が照射される。すると、マイクロチップ流路４５を透過した光は、信号制御回路層１１に設けられたフォトディテクタ２１によって検出される。
【００９４】
フォトディテクタ２１で検出された光の所定波長については、その光強度が入力光と比較されることにより、所定波長での吸収率を信号制御回路層１１に於いて得ることができる。
【００９５】
以上の第１の実施の形態は、流体温度をモニタしながら２つの試薬と１つのサンプルを定量、攪拌混合するという流体制御の工程を、全て共通プラットフォームのトランスデューサ層に於ける任意の超音波トランスデューサの組合せのみで達成し、光吸収測定も共通プラットフォームの信号処理層を利用した化学分析システムにより実現している。
【００９６】
超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムは、共通プラットフォームとマイクロチップについて、各々シリコンプロセス、樹脂加工で別途作製することができる。そのため、液層微小空間に代表される様々なメリットを損なわずに、マイクロチップに要求される汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも、規格化された共通プラットフォームをシリコンプロセスで製造できるので、製造時間が短く、コストを安くすることができる。また、本実施の形態では、流体組成を変える必要もない。
【００９７】
更に、マイクロチップ上に複雑な流体制御要素（例えばバルブ等）を構成する必要もなく、しかもマイクロチップの目的に応じて共通プラットフォームの超音波トランスデューサの信号制御により照射される超音波の周波数または振幅或いは照射時刻または照射時間の制御を最適に行うだけで、流体制御に必要な機能を達成することができる。
【００９８】
尚、この第１の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【００９９】
例えば、マイクロチップ上の流路は、目的に応じて適宜変更することが可能である。また、流体制御要素は、本実施形態で示された４つに限定されることなく、更に多く達成されても、逆に１枚の共通プラットフォームに１要素であっても構わない。
【０１００】
上記第１または第２の機能を達成するマイクロチップに於いて、トランスデューサは流体の流れる方向に所望の音圧強度の分布を生じさせることが可能であれば、流路上部、下部、左右、流路の片側、両側に配置してもよく。流路直下や両外側に限定されない。
【０１０１】
半導体プロセスで形成される信号制御回路は、ＣＭＯＳ、バイポーラ、フォトダイオード、バイＣＭＯＳ等であってもよい。
【０１０２】
更に、共通プラットフォームのトランスデューサ層と信号制御回路層は、別々に製作後、導通を確保して接合、接着等で組み立てても構わない。
【０１０３】
また、図３に示される温度計用トランスデューサ１６ｃを、図２３に示されるように、流速計用トランスデューサ１６ｅに置き換えることもできる。
【０１０４】
詳細には、音速ｃが温度ｔの関数で与えられる流体の音速であることを利用して、距離Ｌ、流体の種類及び温度ｔが既知であれば、図２４に示されるように、その温度に於ける音速ｃ（ｔ）が得られるため、上記（１）式から、流速Ｕが得られる。したがって、流路下に所定距離で配置された２つの超音波トランスデューサを用いて、上記の処理を信号処理回路層で行うことにより、流体の流速を計測する「流速計」機能を達成することができる。
【０１０５】
尚、送波から受波（音波検知）までの時間差、入力された駆動信号と受波手段からの出力信号との時間差以外に、出力信号の周波数、駆動（入力）信号と出力信号との周波数の差、または超音波の強度に応じた入力または出力信号の強度、駆動信号と出力信号との強度差等を計測するように構成してもよい。例えば、受波した超音波に応じた信号を計測し、それに基づいて入力信号を制御する制御系を構成することで、所望の音圧分布になるように容易に制御することが可能であるので、より正確な流体の制御が可能となる。
【０１０６】
超音波送波手段と超音波受波手段とを兼ねる超音波送受波手段として、上記の超音波トランスデューサを用いてもよい。更に、時刻や目的、一に応じて超音波送波手段としての機能と超音波受波手段としての機能を切り換え可能なように構成してもよい。
【０１０７】
尚、超音波トランスデューサは、ｃＭＵＴに限らず、噴射堆積法、ゾル−ゲル合成法、水熱合成法、スパッタ法、印刷法等で作製される圧電厚膜、圧電薄膜であっても良く、バルク状の圧電材を研磨したものであっても良い。
【０１０８】
更に、図２５に示されるように、トランスデューサ層１２が、直接フロー型マイクロチップ１４ａの流路１８に接した構成でも構わない。
【０１０９】
また、図２６に示されるように、トランスデューサ層１２とフロー型マイクロチップ１４ａの流路１８の間は、音響整合された材質（音響整合層２２）であっても良い。音響整合層２２は、シリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンであるか、フロー型マイクロチップ自体が音響整合層となり得る樹脂で構成されるか、或いはフロー型マイクロチップ１４ａを共通プラットフォーム１３に固定する接着剤が音響整合層を兼用していても良い。
【０１１０】
加えて、図２７に示されるように、トランスデューサ層１２とフロー型マイクロチップ１４の流路１８の間に、音響レンズ５３が設けられていても良い。このように、音響レンズ５３が構成されることで、所定の位置で超音波の非線形性効果を強めることができる。
【０１１１】
次に、本発明の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムに係る第２の実施の形態について、図２８を参照して説明する。
【０１１２】
この第２実施の形態に於ける共通プラットフォーム及びフロー型マイクロチップの基本構成は、上述した第１の実施の形態の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムと同じであるが、同種の流体計測制御要素毎に分けられた共通プラットフォームを任意に複数組み合わせて目的を達成する構成となっている。
【０１１３】
図２８に於いて、第１の共通プラットフォーム６０ａは、試薬用インレット２７を有する複数個の流路５５と、これら流路５５に対応するポンプ用トランスデューサ１６ａと、流速計用トランスデューサ１６ｅとを個有して構成されている。同様に、第２の共通プラットフォーム６０ｂは、サンプル用インレット２８を有する複数個の流路５６と、これら流路５６に対応するポンプ用トランスデューサ１６ａと、流速計用トランスデューサ１６ｅとを有して構成されている。
【０１１４】
そして、第３の共通プラットフォーム６１_１〜６１_５は、上記第１の共通プラットフォーム６０ａ用のインレットと第２の共通プラットフォーム６０ｂ用のインレット及び１つのアウトレット３０を有する流路５７と、バルブ用トランスデューサ１６ｂと、混合用（ミキサ用）トランスデューサ１６ｄと、フォトディテクタ２１とを、それぞれ有して構成されている。
【０１１５】
第３の共通プラットフォーム６１_１〜６１_５は、上記第１及び第２の共通プラットフォーム６０ａ及び６０ｂの流路５５及び５６の数に対応した個数が用意される。例えば、図２８に示されるように、上記流路５５及び５６の数がそれぞれ５個であれば、それぞれの流路用に２個のインレットを有する流路５７を有した第３の共通プラットフォーム６１_１〜６１_５が５個組み合わされる。
【０１１６】
本第２の実施の形態では、「ポンプ」機能と「流速計」機能、「ミキサ」機能、「バルブ」機能が搭載されている。これらの各種機能は、上述した第１の実施形態と同じ作用効果をもたらすものである。
【０１１７】
本第２の実施の形態は、同じ工程で多量の流体を処理したい場合に有効であり、具体的には化学合成プラント等に応用可能である。
【０１１８】
尚、この第２の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【０１１９】
例えば、マイクロチップ上の流路は目的に応じて適宜変更することが可能である。また、流体制御要素は本第２の実施の形態で示された４つに限定されることなく、更に多く達成されるものであってもよい。
【０１２０】
次に、本発明に係る第３の実施の形態の「粘度計」機能について、図２９を参照して説明する。
【０１２１】
第３実施の形態に於ける共通プラットフォーム及びフロー型マイクロチップの基本構成は、上述した第１の実施の形態の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムと同じであるが、流体制御要素として超音波粘度計が構成されていることが異なっている。
【０１２２】
この第３の実施の形態の超音波粘度計は、フロー型マイクロチップの流路５５と平行に振動する超音波（ＳＡＷ型）トランスデューサ５８と、図２９には示されないが、超音波トランスデューサを共振回路の一要素とする共振回路と、共振回路の周波数変化から流体の粘度を検出する信号制御回路とから構成されている。
【０１２３】
次に、この第３の実施の形態の作用について説明する。
【０１２４】
ＳＡＷのように表面波を発生する超音波デバイスを流体に接触させて振動させると、その粘性に応じた負荷が超音波トランスデューサにかかるため、見かけ上の共振周波数が低下する。一方、超音波デバイスは、等価回路的に、直流抵抗成分、コイル成分、キャパシタンス成分を有している。このため、コンデンサ等他の電気的要素と組み合わせることによって共振回路を構成することができる。
【０１２５】
これによって、共振回路の出力をモニタすることにより、超音波トランスデューサの共振周波数の低下をリアルタイムに取得することができる。
【０１２６】
本第３の実施の形態では、共振回路を共通プラットフォームの信号制御回路層の回路（例えば図１１の処理回路１５）とするため、超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの流体制御要素として、「粘度計」機能を達成することが可能である。
【０１２７】
図３０は、この第３の実施の形態による超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの構成例を示した図である。
【０１２８】
図３０に於いて、第１の共通プラットフォーム６３ａは、試薬用インレット２７を有する流路５５と、この流路５５に対応するポンプ用トランスデューサ１６ａと、流速計用トランスデューサ１６ｅと、粘度計用トランスデューサ１６ｆとを有して構成されている。同様に、第２の共通プラットフォーム６３ｂは、サンプル用インレット２８を有する流路５６と、この流路５６に対応するポンプ用トランスデューサ１６ａと、流速計用トランスデューサ１６ｅと、粘度計用トランスデューサ１６ｆとを有して構成されている。
【０１２９】
そして、第３の共通プラットフォーム６４は、上記第１の共通プラットフォーム６３ａ用のインレットと第２の共通プラットフォーム６３ｂ用のインレット及び１つのアウトレット３０を有する流路５７と、バルブ用トランスデューサ１６ｂと、混合用（ミキサ用）トランスデューサ１６ｄと、フォトディテクタ２１とを有して構成されている。
【０１３０】
尚、この第３の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形、変更が可能である。
【０１３１】
次に、本発明の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムに係る第４の実施の形態について、図１を参照して説明する。
【０１３２】
第４の実施の形態の基本構成は、上述した第１の実施の形態の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムと同じであるが、共通プラットフォームのトランスデューサ層と信号制御回路層を各々別個の基板上に製作し、各層の導通を確保した状態で接着または接合により組み立てられた構成となっている。
【０１３３】
この構成は、トランスデューサ層の加工精度を上げるために必要な高温処理に信号制御回路が対応できない場合に有効である。例えば、一般的にＣＭＯＳ回路の高温耐性は約２００℃程度であるが、超音波トランスデューサの微細加工精度を向上する際に、それ以上の高温が要求される場合がある。その場合、トランスデューサ層と信号制御回路層を各々別個の基板上に製作すれば、信号制御回路に損傷を与えることなく、トランスデューサを微細に作成する等、トランスデューサ層の基板の特性を向上させることができる。
【０１３４】
（付記）
上記の具体的な実施の形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【０１３５】
（１）マイクロ化学分析システムに用いられるフロー型マイクロチップであって、基板上に流体が流れる微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップに於いて、
アレイ状超音波トランスデューサを有するトランスデューサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラットフォームを具備し、
上記フロー型マイクロチップは、上記共通プラットフォーム上に構成されていることを特徴とする超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１３６】
尚、上記（１）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１）に記載の発明によれば、共通プラットフォーム上に構成されたトランスデューサ層のアレイ状超音波トランスデューサがマイクロチップの目的に応じてフロー型マイクロチップの基板上に形成された微細な流路中の流体に対して作用するように、信号制御回路層の信号制御回路で最適に駆動する。目的を達成するための流体制御の全工程を共通プラットフォームのトランスデューサ層に於ける任意の超音波トランスデューサの組合せのみで達成することができる。超音波プラットフォーム型マイクロチップは、共通プラットフォームとフロー型マイクロチップとから構成されるため、液層微小空間に代表される様々なメリットを損なわずに、マイクロチップに要求される汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも規格化された共通プラットフォームをシリコンプロセスで製造できるため、時間が短くコストを安くすることができる。また、流体組成を変える必要もない。更に、マイクロチップ上に複雑な流体制御要素（例えばバルブ等）を構成する必要もなく、しかもマイクロチップの目的に応じて共通プラットフォームの超音波トランスデューサの信号制御を最適に行うだけで流体制御に必要な機能を達成できる。
【０１３７】
（２）上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、半導体プロセスにより１枚の基板に作製されていることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１３８】
尚、上記（２）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第３の実施の形態が対応する。そして、上記（２）に記載の発明によれば、トランスデューサ層と信号制御回路層とから構成される規格化された共通プラットフォームが半導体プロセスにより１枚の基板に作製されるため、時間が短くコストを安くすることができる。
【０１３９】
（３）上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、各々別個の基板上に作成された後、各層の導通を確保した状態で接着若しくは接合により組み立てられることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１４０】
尚、上記（３）に記載の発明に関する実施の形態は、第４の実施の形態が対応する。そして、上記（３）に記載の発明によれば、共通プラットフォームのトランスデューサ層と信号制御回路層を各々別個の基板上に製作し、各層の導通と確保した状態で接着または接合により組み立てるため、トランスデューサ層の加工精度を上げるために必要な高温処理に信号制御回路が対応できない場合に、信号制御回路層の損傷を避けながらトランスデューサ層の特性を向上できる。
【０１４１】
（４）上記制御回路層は半導体プロセスで作製された電気回路層で構成されることを特徴とする上記（２）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１４２】
尚、上記（４）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第３の実施の形態が対応する。そして、上記（４）に記載の発明によれば、制御回路層が半導体プロセスで作製された電気回路層であるため、規格化されたシリコンプロセスで製造できるため、時間が短くコストを安くすることができる。
【０１４３】
（５）上記超音波トランスデューサは、静電容量型マイクロ超音波トランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１４４】
尚、上記（５）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（５）に記載の発明によれば、静電容量型マイクロ超音波トランスデューサはシリコンプロセスで製造できるため、時間が短くコストを安くすることができる。また、信号制御回路層をＣＭＯＳとした場合、“ＣＭＯＳコンパーチブル“な製造工程も可能である。更に、高周波駆動可能で微細な音源を得ることができると共に、広帯域なトランスデューサを得ることができる。
【０１４５】
（６）上記超音波トランスデューサは、噴射堆積法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１４６】
尚、上記（６）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（６）に記載の発明によれば、マスクパターンを用いた製作が可能であるため、二次元アレイ状超音波トランスデューサを構成しやすい。また、圧電薄膜、圧電厚膜の製作が可能であるため、対応する周波数の自由度が高い。
【０１４７】
（７）上記超音波トランスデューサは、ゾルゲル法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１４８】
尚、上記（７）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（７）に記載の発明によれば、圧電薄膜、圧電厚膜の製作が可能であるため、対応する周波数の自由度が高い。
【０１４９】
（８）上記超音波トランスデューサは、水熱合成法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１５０】
尚、上記（８）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（８）に記載の発明によれば、圧電薄膜、圧電厚膜の製作が可能であるため、対応する周波数の自由度が高い。
【０１５１】
（９）上記超音波トランスデューサは、スパッタ法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１５２】
尚、上記（９）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（９）に記載の発明によれば、マスクパターンを用いた製作が可能であるため、二次元アレイ状超音波トランスデューサを構成しやすい。また、圧電薄膜、圧電厚膜の製作が可能であるため、対応する周波数の自由度が高い。
【０１５３】
（１０）上記超音波トランスデューサは、印刷法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１５４】
尚、上記（１０）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１０）に記載の発明によれば、マスクパターンを用いた製作が可能であるため、二次元アレイ状超音波トランスデューサを構成しやすく、安価に製作できる。
【０１５５】
（１１）上記トランスデューサ層は、直接フロー型マイクロチップの流路に接して構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１５６】
尚、上記（１１）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１１）に記載の発明によれば、超音波トランスデューサが直接流体に接するので、音波を効率的に流体に放射できる。これに伴って、少ないエネルギーで超音波による流体制御を行うことができる。
【０１５７】
（１２）上記共通プラットフォームと上記フロー型マイクロチップの流路の間に音響整合層が形成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１５８】
尚、上記（１２）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１２）に記載の発明によれば、音響整合層が超音波トランスデューサと流体との音響整合をするので、反射を低減し効率的に音波の流体に放射できる。これに伴って、比較的少ないエネルギーで超音波による流体制御を行うことができる。
【０１５９】
（１３）上記音響整合層は、シリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンで構成されることを特徴とする上記（１２）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１６０】
尚、上記（１３）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１３）に記載の発明によれば、シリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンを音響整合層とすることにより、シリコンプロセスによる音響整合層の製造が可能である。
【０１６１】
（１４）上記フロー型マイクロチップは、それ自体が音響整合層となり得る樹脂で構成されることを特徴とする上記（１２）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１６２】
尚、上記（１４）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１４）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップ自体が超音波トランスデューサと流体との音響整合層となる樹脂で構成されているので、少ないエネルギーで効率的に音波の流体に放射できるだけでなく、製造工程が少なくなるためコストを安くすることができる。
【０１６３】
（１５）上記フロー型マイクロチップは、その内部の流体に接する部位の音響整合層に音響レンズが設けられていることを特徴とする上記（１２）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１６４】
尚、上記（１５）に記載の発明に関する実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態が対応する。そして、上記（１５）に記載の発明によれば、超音波トランスデューサと流体との音響整合をする音響整合層に音響レンズが構成されているので、効率的に音波の流体に放射できるだけでなく、焦点という局所的に音を集中できるので、所定の位置で少ないエネルギーで超音波による流体制御を行うことができる。
【０１６５】
（１６）上記フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって放射音圧が大きくなるべく駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１６６】
尚、上記（１６）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（１６）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサは流路入口から流路出口に向かって放射音圧が大きくなるべく設定された駆動信号に応じて各々振動し超音波を放射する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、巨視的には流路入り口（インレット）から流路出口（アウトレット）に向かう流れ場が形成される。すなわち、マイクロチップ下部に於いて流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサにより、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。
【０１６７】
（１７）上記フロー型マイクロチップの上記流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって音波放射時刻をずらして駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１６８】
尚、上記（１７）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（１７）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサは流路入口から流路出口に向かって時刻をずらして音波を放射するように設定された駆動信号に応じて各々振動し超音波を放射する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの瞬間的な音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、巨視的には流路入り口（インレット）から流路出口（アウトレット）に向かう流れ場が形成される。すなわち、マイクロチップ下部に於いて流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサにより、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。
【０１６９】
（１８）上記フロー型マイクロチップの上記流路の直下に配置された超音波トランスデューサに対して、駆動信号の周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動信号を供給することで、所定の流路中の流量を制御することを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１７０】
尚、上記（１８）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（１８）に記載の発明によれば、駆動信号として、周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動電圧に設定された連続波を供給する。超音波トランスデューサから放射された超音波は周波数が流路寸法よりも十分短い波長の連続波であるため、音響放射面と対向する流路壁との間で超音波の非線形性による音響流を双方向から発生させる。これと同時に高放射音圧となっているため、この部位が流体移動の障壁となる。例えば、分岐流路に於いてインレットからの片方の分岐流路への流体移動を阻害する切り替えバルブやオン、オフバルブとすることが可能である。また、駆動電圧値の設定により、放射音圧を変化させることで流量調整を行えるバルブとすることもできる。更に、２つのインレットからの流体がメイン流路で合流するマイクロチップの場合、各バルブを交互に所定時間駆動することでそれぞれの流体を定量する定量バルブとすることができる。
【０１７１】
（１９）上記フロー型マイクロチップ内に上記流路の幅よりも大きい収液セルを有し、該収液セルの下部に二次元マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサに対して不規則な順序で駆動信号を供給することで、上記収液セル内の液体を攪拌混合することを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１７２】
尚、上記（１９）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（１９）に記載の発明によれば、マイクロチップの流路上に設けられた流路幅よりも大きい収液セル下に二次元マトリクス配置された複数の超音波トランスデューサに対して、不規則な順序で所定の駆動信号を供給する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、各トランスデューサを不規則な順序で駆動することにより各時刻に於いてそれぞれ異なる複雑な流れ場を形成することができる。したがって、収液セル下に二次元マトリクス配置された超音波トランスデューサを最適に駆動することにより、収液セル内の液体を攪拌混合する「ミキサ」を達成することができる。
【０１７３】
（２０）上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、
該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、
上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで流速を得る超音波流速計と、
を更に具備することを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１７４】
尚、上記（２０）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２０）に記載の発明によれば、音速が温度の関数で与えられる関数であることを利用して、距離、流体の種類及び温度が既知であれば、その温度に於ける音速が得られるため流速が得られる。したがって、流路下に所定距離で配置された２つの超音波トランスデューサを用いて流体の流速を計測する「流速計」機能を達成できる。
【０１７５】
（２１）上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、
該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、
上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで温度を得る超音波流速計と、
を更に具備することを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１７６】
尚、上記（２１）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２１）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップの流路入口側下部に設けられた送波用超音波トランスデューサをトーンバースト波駆動する。送波されたトーンバースト波は減衰しながら流路出口側へ所定距離はなして配置された受波用超音波トランスデューサで検知される。送波用超音波トランスデューサでの送波から受波用超音波トランスデューサによる音波検知までの距離、時間差により、流速と流体の種類が既知であれば音速が得られる。この音速を温度に依存する音速関数に入力することにより温度が得られる。すなわち、流路下に所定距離で配置された２つの超音波トランスデューサを用いて流体の温度を計測する「温度計」機能を達成できる。
【０１７７】
（２２）上記超音波トランスデューサがフロー型マイクロチップの流路と平行に振動する超音波トランスデューサであって、
上記超音波トランスデューサが共振回路の一部を構成し、該共振回路の共振周波数変化から流体の粘度を検出することを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１７８】
尚、上記（２２）に記載の発明に関する実施の形態は、第３の実施の形態が対応する。そして、上記（２２）に記載の発明によれば、流路と平行に振動する超音波デバイスを流体に接触させて振動させると、その粘性に応じた負荷が超音波トランスデューサにかかるため、見かけ上の共振周波数が低下する。一方、超音波デバイスは等価回路的に直流抵抗成分、コイル成分、キャパシタンス成分を有するため、コンデンサ等、他の電気的要素と組み合わせることによって共振回路を構成することができる。これによって、共振回路の出力をモニタすることにより超音波トランスデューサの共振周波数の低下をリアルタイムに取得できる。共振回路を共通プラットフォームの信号制御回路層の回路とするため、超音波プラットフォーム型マイクロチップの流体制御要素として「粘度計」機能を達成することが可能である。
【０１７９】
（２３）上記フロー型マイクロチップは透明な材質から構成され、
上記信号制御回路層は、その一部にフォトディテクタを有し、
上記トランスデューサ層は、上記フォトディテクタの上方に貫通孔を有し、
上記フォトディテクタが上方に設けられたフロー型マイクロチップ流路の上面から照射された光について測光を行うことを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１８０】
尚、上記（２３）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２３）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップ流路の上方に離れて設置された光源からマイクロチップ流路に向けて所定の光を照射し、マイクロチップ流路を透過した光が信号制御回路層に設けられたフォトディテクタで検出される。フォトディテクタで検出された光の所定波長について、その光強度を入力光と比較することにより、信号制御回路層を利用して所定波長での吸収率を得ることができる。
【０１８１】
（２４）上記共通プラットフォームは、１枚の基板上に複数の流体計測制御要素を有して成ることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１８２】
尚、上記（２４）に記載の発明に関する実施の形態は、第１の実施の形態が対応する。そして、上記（２４）に記載の発明によれば、共通プラットフォームが１枚の基板上に複数の流体計測制御要素を有するため、トランスデューサ層に於ける任意の超音波トランスデューサを組合せて駆動することでマイクロチップの目的に応じた機能全てを達成することができる。
【０１８３】
（２５）上記共通プラットフォームは、流体計測制御要素毎に分けられて任意に組み合わせて構成されることを特徴とする上記（１）に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
【０１８４】
尚、上記（２５）に記載の発明に関する実施の形態は、第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２５）に記載の発明によれば、同種の流体計測制御要素ごとに分けられた共通プラットフォームを任意に複数組み合わせるため、マイクロチップの目的を達成することができる。且つ、同じ工程で多量の流体を処理したい場合に有効であり、具体的には化学合成プラントなどへ応用できる。
【０１８５】
（２６）基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路の入口から該流路の出口に向かって、上記流路内の音圧が大きくなるよう選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
【０１８６】
尚、上記（２６）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２６）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサは流路入口から流路出口に向かって放射音圧が大きくなるべく設定された駆動信号に応じて各々振動し超音波を放射する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、巨視的には流路入り口（インレット）から流路出口（アウトレット）に向かう流れ場が形成される。すなわち、マイクロチップ下部に於いて流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサにより、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。
【０１８７】
（２７）基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記超音波トランスデューサの超音波放射時刻をずらすことで、上記流路の入口から該流路の出口に向かって音圧が大きくなるように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
【０１８８】
尚、上記（２７）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２７）に記載の発明によれば、フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサは流路入口から流路出口に向かって時刻をずらして音波を放射するように設定された駆動信号に応じて各々振動し超音波を放射する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの瞬間的な音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、巨視的には流路入り口（インレット）から流路出口（アウトレット）に向かう流れ場が形成される。すなわち、マイクロチップ下部に於いて流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサにより、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。
【０１８９】
（２８）基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路の入口から該流路の出口の間で、局所的に音圧が大きくなるように選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
【０１９０】
尚、上記（２８）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２８）に記載の発明によれば、駆動信号として、周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動電圧に設定された連続波を供給する。超音波トランスデューサから放射された超音波は周波数が流路寸法よりも十分短い波長の連続波であるため、音響放射面と対向する流路壁との間で超音波の非線形性による音響流を双方向から発生させる。これと同時に高放射音圧となっているため、この部位が流体移動の障壁となる。例えば、分岐流路に於いてインレットからの片方の分岐流路への流体移動を阻害する切り替えバルブやオン、オフバルブとすることが可能である。また、駆動電圧値の設定により、放射音圧を変化させることで流量調整を行えるバルブとすることもできる。更に、２つのインレットからの流体がメイン流路で合流するマイクロチップの場合、各バルブを交互に所定時間駆動することでそれぞれの流体を定量する定量バルブとすることができる。
【０１９１】
（２９）基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路中に複数の異なる物性若しくは状態の流体が存在し、上記複数の流体の界面と交わる方向に流れが発生するように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
【０１９２】
尚、上記（２９）に記載の発明に関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。そして、上記（２９）に記載の発明によれば、マイクロチップの流路上に設けられた流路幅よりも大きい収液セル下に二次元マトリクス配置された複数の超音波トランスデューサに対して、不規則な順序で所定の駆動信号を供給する。各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させるが、隣り合うトランスデューサの音圧強度のバランスにより音響流は音圧の高い方向へ曲げられるため、各トランスデューサを不規則な順序で駆動することにより各時刻に於いてそれぞれ異なる複雑な流れ場を形成することができる。したがって、収液セル下に二次元マトリクス配置された超音波トランスデューサを最適に駆動することにより、収液セル内の液体を攪拌混合する「ミキサ」を達成することができる。
【０１９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流体組成を変えず、液層微小空間に代表される様々なメリットを損なわずに、汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも製造時間が短く安いコストで製造可能な超音波プラットフォーム型マイクロチップ及びアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すもので、本発明に係る超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの基本構成を示す断面図である。
【図２】図１に於けるトランスデューサ層の平面図である。
【図３】超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの一形態であり、トランスデューサ層上に透明なフロー型マイクロチップを積層した平面図である。
【図４】図３の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの断面図である。
【図５】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明する図である。
【図６】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明する図である。
【図７】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明するもので、マイクロチップ流路の直下に流路に沿って超音波トランスデューサが配置された例を示した図である。
【図８】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明するもので、マイクロチップ流路の直下に流路に沿って超音波トランスデューサが配置された例を示した図である。
【図９】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明するもので、表面波を発生させる超音波トランスデューサを用いた場合の例を示した図である。
【図１０】第１の実施の形態の第１の機能である「ポンプ」の作用を説明するもので、表面波を発生させる超音波トランスデューサを用いた場合の他の例を示した図である。
【図１１】第１の実施の形態の第２の機能である「バルブ」の作用について説明する図である。
【図１２】第１の実施の形態の第２の機能である「バルブ」の作用について説明する図である。
【図１３】第１の実施の形態の第２の機能である「バルブ」の作用について説明する図である。
【図１４】第１の実施の形態の第２の機能である「バルブ」の作用について説明するもので、他の構成例を示した図である。
【図１５】第１の実施の形態の第２の機能である「バルブ」の作用について説明するもので、図１４の構成例を説明する図である。
【図１６】第１の実施の形態の第３の機能である「温度計」の作用を説明する図である。
【図１７】第１の実施の形態の第３の機能である「温度計」の作用を説明するもので、トーンバースト波の変化状態を示した図である。
【図１８】第１の実施の形態の第３の機能である「温度計」の作用を説明する図である。
【図１９】第１の実施の形態の第３の機能である「温度計」の作用を説明するもので、流速の特性を示した特性図である。
【図２０】第１の実施の形態の第４の機能である「ミキサ」の作用について説明する図である。
【図２１】第１の実施の形態の他の例であって、フォトダイオードによる光吸収計の作用について説明する図である。
【図２２】第１の実施の形態の他の例であって、フォトダイオードによる光吸収計の作用について説明する図である。
【図２３】第１の実施の形態の更に他の構成例を示した図である。
【図２４】第１の実施の形態の更に他の構成例を説明するもので、温度の特性を示した図である。
【図２５】第１の実施の形態の変形例を示した断面図である。
【図２６】第１の実施の形態の別の変形例を示した断面図である。
【図２７】第１の実施の形態の更に別の変形例を示した断面図である。
【図２８】本発明の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムに係る第２の実施の形態を示した図である。
【図２９】本発明の超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムに係る第３の実施の形態を示した図である。
【図３０】第３の実施の形態による超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システムの構成例を示した図である。
【符号の説明】
１０…超音波プラットフォーム型マイクロ化学分析システム、１１…信号制御回路層、１２…トランスデューサ層、１３…共通プラットフォーム、１４…フロー型マイクロチップ、１５…処理回路、１６…超音波トランスデューサ、１６ａ…ポンプ用トランスデューサ、１６ｂ…バルブ用トランスデューサ、１６ｃ…温度計用トランスデューサ、１６ｄ…混合用トランスデューサ、１６ｅ…流速計用トランスデューサ、１６ｆ…粘度計用トランスデューサ、１７…配線、１８、２４…流路、２１…フォトディテクタ、２２…音響整合層、２３…流路層、２５…カバー、２７…インレット、２７ａ…第１試薬用インレット、２７ｂ…第２試薬用インレット、２８…サンプル用インレット、３０…アウトレット。

Claims

マイクロ化学分析システムに用いられるフロー型マイクロチップであって、基板上に流体が流れる微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップに於いて、
アレイ状超音波トランスデューサを有するトランスデューサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラットフォームを具備し、
上記フロー型マイクロチップは、上記共通プラットフォーム上に構成されていることを特徴とする超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、半導体プロセスにより１枚の基板に作製されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記共通プラットフォームの上記トランスデューサ層と上記信号制御回路層は、各々別個の基板上に作成された後、各層の導通を確保した状態で接着若しくは接合により組み立てられることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記制御回路層は半導体プロセスで作製された電気回路層で構成されることを特徴とする請求項２に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、静電容量型マイクロ超音波トランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、噴射堆積法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、ゾルゲル法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、水熱合成法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、スパッタ法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサは、印刷法で作製したトランスデューサで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記トランスデューサ層は、直接フロー型マイクロチップの流路に接して構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記共通プラットフォームと上記フロー型マイクロチップの流路の間に音響整合層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記音響整合層は、シリコンの陽極化成によるポーラス化したポーラスシリコンで構成されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップは、それ自体が音響整合層となり得る樹脂で構成されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップは、その内部の流体に接する部位の音響整合層に音響レンズが設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって放射音圧が大きくなるべく駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップの上記流路に沿って配置された複数の超音波トランスデューサに対して上記流路の入口から該流路の出口に向かって音波放射時刻をずらして駆動信号を供給することで、上記流路の入口から上記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップの上記流路の直下に配置された超音波トランスデューサに対して、駆動信号の周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動信号を供給することで、所定の流路中の流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップ内に上記流路の幅よりも大きい収液セルを有し、該収液セルの下部に二次元マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューサに対して不規則な順序で駆動信号を供給することで、上記収液セル内の液体を攪拌混合することを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、
該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、
上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで流速を得る超音波流速計と、
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、
該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、
上記送波用超音波トランスデューサから送波されたトーンバースト波が上記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで温度を得る超音波温度計と、
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記超音波トランスデューサがフロー型マイクロチップの流路と平行に振動する超音波トランスデューサであって、
上記超音波トランスデューサが共振回路の一部を構成し、該共振回路の共振周波数変化から流体の粘度を検出することを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記フロー型マイクロチップは透明な材質から構成され、
上記信号制御回路層は、その一部にフォトディテクタを有し、
上記トランスデューサ層は、上記フォトディテクタの上方に貫通孔を有し、
上記フォトディテクタが上方に設けられたフロー型マイクロチップ流路の上面から照射された光について測光を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記共通プラットフォームは、１枚の基板上に複数の流体計測制御要素を有して成ることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
上記共通プラットフォームは、流体計測制御要素毎に分けられて任意に組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。
基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路の入口から該流路の出口に向かって、上記流路内の音圧が大きくなるよう選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記超音波トランスデューサの超音波放射時刻をずらすことで、上記流路の入口から該流路の出口に向かって音圧が大きくなるように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路の入口から該流路の出口の間で、局所的に音圧が大きくなるように選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。
基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップの下に構成されたアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法であって、
上記流路中に複数の異なる物性若しくは状態の流体が存在し、上記複数の流体の界面と交わる方向に流れが発生するように、選択的に上記超音波トランスデューサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。