JP2005214741A - マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、簡単な機構で、高耐圧かつ高精度の流体操作を実現するためのマイクロチップを提供することにある。
【解決手段】 板状基材１２を少なくとも２枚貼り合わすことで該板状基材（１２ａ，１２ｂ）間に微細流路（１４ａ〜１４ｅ）を形成したマイクロチップ１０において、板状基材間の微細流路に達するように設けられた複数の貫通穴（１６ａ〜１６ｊ）と、板状基板１２ａの外表面上に、該平面上を動くことが可能な外部流路手段１８を備え、外部流路手段は流路（２０ａ，２０ｂ）を有し、該流路が表出した面が板状基板に加圧して密着するよう構成され、外部流路手段の表出した流路により板状基材に設けられた異なる貫通穴を結ぶことで板状基材間の外部に流路が形成され、外部流路手段の流路の表出部を移動させることにより流路が切り替え可能であることを特徴とするマイクロチップ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロチップ、特にその流路の切り替え機構及び流路の接続機構の改良に関する。

現在、各種反応、分析の分野では、例えばミクロカラム、マイクロチップ等の微小空間での反応、分析が行われている。
マイクロチップは、板状基材に微細な溝を刻み、該溝が板状基材に挟まれるように２枚の板状基材を貼り合わせて構成したものである。このようなマイクロチップを、電気泳動法、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、フローインジェクション（ＦＩＡ）等の様々な分析に用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１３２７８３号公報 特開２００３−２７５９９９号公報 特開２００３−２２７５７４号公報 特開２００３−２２７５７２号公報 特開２００３−１５９６９７号公報

マイクロチップ内での化学反応を定量的に操作するためには、試料導入バルブは不可欠であり、多くの試みがなされている。例えば、マイクロチップ内に樹脂や金属で作ったダイヤフラムを挿入し空気圧や水圧で駆動するもの（特許文献２参照）、バイメタルや圧電素子などの微小なアクチュエーターでチャネルを開閉するもの（特許文献３〜５参照）、という方法が提案されている。しかしこれらの方法は非常に高度な生産技術を求められる上に、基本性能とも言える耐圧において数１００ｋＰａ程度でしかなく、例えばマイクロチップ内でカラムによる分離分析がなかなか実現できない大きな要因となっていた。また、ダイヤフラム方式による流路切り替え方法は、その切り替え時に大きな容量変化を伴うため、いわゆる、ポンピングが発生してしまい、定量的な流体操作は非常に難しいものとなっている。

また、複数のマイクロチップを組み合わせて多機能のマイクロチップシステムを作ることが研究されている。その際に、マイクロチップ間の接続方式をどのようなものにするのかは重要な課題である。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡単な機構で、高耐圧かつ高精度の流体操作を実現するためのマイクロチップを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のマイクロチップは、板状基材を少なくとも２枚貼り合わすことで該板状基材間に微細流路を形成したマイクロチップにおいて、前記板状基材の少なくとも一方に設けられた複数の貫通穴と、前記板状基板の外表面上に、該平面上を動くことが可能な外部流路手段を備え、前記貫通穴は前記板状基材間の微細流路に達するように設けられ、前記外部流路手段は流路を有し、該流路が表出した面が前記板状基板に加圧して密着するよう構成され、前記外部流路手段の表出した流路により前記板状基材に設けられた異なる貫通穴を結ぶことで前記板状基材間の外部に流路が形成され、前記外部流路手段の流路の表出部を移動させることにより流路が切り替え可能であることを特徴とする。

上記のマイクロチップにおいて、前記外部流路手段の流路は、前記板状基板に密着する面に形成された溝部であることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記板状基材間の微細流路及び前記外部流路手段の流路は、幅１０〜２００μｍ、深さ１０〜１００μｍであることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記外部流路手段を構成する材質は、ガラス、セラミック、又は樹脂であることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記板状基材と前記外部流路手段との接触面にコーティングが施されていることが好適である。

上記のマイクロチップにおいて、前記板状基材に設けられる貫通穴として、一つの貫通穴を中心に複数の貫通穴がその周りに設けられ、前記外部流路手段に設けられた流路は、前記中心の貫通穴とその周りの貫通穴の一つとを結ぶよう構成され、前記外部流路手段は、前記板状基材の平面上を前記中心貫通穴を中心に回転可能に構成されており、前記中心の貫通穴と結ばれる貫通穴の切り替えが可能であることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記板状基板間の微細流路と該微細流路を外部へとつなぐ貫通穴と前記外部流路手段の流路とによって形成される流路の内、その一部分を試料計量部とし、前記外部流路手段によって流路を切り替えて、前記試料計量部への試料の貯留、試料計量部からの試料の流出、を行うことが好適である。

上記のマイクロチップにおいて、前記試料計量部となる流路は前記板状基板上の独立した溝として形成されており、前記外部流路手段は独立した流路を少なくとも２本有し、前記試料計量部となる溝の両端部と結ばれる流路を同時に切り替えることができることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記板状基板間の微細流路の少なくとも一部がカラムとしての分離機能を有することが好適である。
本発明のマイクロチップは、板状基材を少なくとも２枚貼り合わすことで該板状基材間に微細流路を形成したマイクロチップにおいて、板状基板間に存在する微細流路が該板状基板側面に表出しており、複数のマイクロチップに対し、該板状基板側面に表出した微細流路を接続することで異なるマイクロチップの流路を前記板状基板面に平行に接続可能であることを特徴とする。

上記のマイクロチップにおいて、前記板状基板側面に凹部を設け、該凹部と適合する凸部を両端に設けたコネクタを用い、該コネクタを前記凸部を前記凹部に嵌め込むことでマイクロチップ間の流路の接続の際の位置決めが可能であることが好適である。
上記のマイクロチップにおいて、前記板状基板側面の凹部は、該凹部の底部に微細流路が表出するように設けられ、前記コネクタは、前記凸部の頂点間を貫通する穴を有しており、該コネクタの凸部を前記凹部に嵌め込むことでマイクロチップ間の流路の接続が可能であることが好適である。

本発明のマイクロチップによれば、マイクロチップを構成する板状基板の外表面上に、該平面上を動くことが可能な外部流路手段を備え、該外部流路手段は流路を有し、該流路が表出した面が前記板状基板に加圧して密着するよう構成され、外部流路手段の表出した流路により板状基材に設けられた異なる貫通穴を結ぶことで前記板状基材間の外部に流路が形成され、前記外部流路手段の流路の表出部を移動させることにより流路が切り替え可能であるため、簡単な機構で、高耐圧かつ高精度な流体操作を行うことができる。
また、本発明のマイクロチップによれば、板状基板間に存在する微細流路が該板状基板側面に表出しているため、板状基板面に平行にマイクロチップ同士を連結することができ、良好な接続が可能となる。

以下に図面を参照して、本発明の好適な実施形態の説明を行う。図１は、電気泳動用の試料導入バルブを備えたマイクロチップの例である。図１（ａ）はマイクロチップ１０の平面図、同図（ｂ）はそのＩ−Ｉ断面図である。また、同図（ｃ）は流路を切り換えたときの平面図、同図（ｄ）はそのＩ−Ｉ断面図である。
本実施形態のマイクロチップ１０は、２枚の板状基板１２によって構成され、該板状基板１２ａ，１２ｂの間に微細流路１４が形成されている。また、２枚のうち一方の板状基板１２ａには、微細流路１４へ達するように貫通穴１６が設けられ、板状基板間の微細流路１４への流入、流出口となっている。そして、貫通穴１６が設けられた板状基材１２ａの外表面に外部流路手段１８を設けており、該外部流路手段１８は板状基材１２ａの外表面上で動かすこと（回転、直線往復移動等）が可能なように構成されている。本実施形態では該外部流路手段１８（ロータシール１８）は、略円板形状の部材によって構成され、板状基材１２ａと密着する面に、流路としての溝部２０ａ，２０ｂが形成されている。この溝部２０を貫通穴１６の上に位置させることによって、板状基板内の微細流路から貫通穴１６を通り、さらに外部流路手段の溝部、他の貫通穴、他の微細流路というような流路が形成される。また、板状基材に刻まれる微細流路及び外部流路手段の溝部のスケールは、幅１０〜２００μｍ、深さ１０〜１００μｍ程度のものである。

また、流路内の流体が漏れない程度に、ロータシール１８を板状基材１２ａに対して加圧し、押し付けた状態を保っている。ロータシール１８は、板状基材１２ａに押圧した状態を保ちつつ、ロータシールの中心を中心軸として板状基板面上で回転可能に構成されている。つまり、ロータシール１８の溝部２０ａ，２０ｂの板状基材面１２ａ上での位置が可動であるため、溝部２０ａ，２０ｂによって結ばれる貫通穴１６の組を変更でき、流路の切り換えが可能となっている。

本実施形態では板状基材１２ａに設けられた貫通穴のうち、流路切り換え部として使用される６つの貫通穴１６ａ〜１６ｆは、略正六角形の頂点の位置にそれぞれ形成されている。ロータシール１８の溝２０ａは、隣り合う貫通穴同士を結ぶよう上記正六角形の一辺となるように刻まれている。また、溝２０ｂは、前記溝２０ａと平行なもう一つの辺となるように刻まれている。
板状基板１２ｂに刻まれる溝は、前記正六角形の頂点に位置する貫通穴１６ａ〜１６ｆの内、一つの貫通穴１６ａと、その貫通穴１６ａの正六角形の中心を中心点として点対称な位置にある貫通穴１６ｄとを結ぶように刻まれており、その他の頂点に位置する貫通穴は、正六角形の頂点位置にある以外の貫通穴（１６ｇ〜１６ｊ）と板状基板に刻まれた流路を介して結ばれている。つまり、貫通穴１６ｆと貫通穴１６ｉ、貫通穴１６ｂと貫通穴１６ｇ、貫通穴１６ｃと貫通穴１６ｊ、貫通穴１６ｅと貫通穴１６ｈ、がそれぞれ結ばれている。

図１（ａ）のようにロータシール１８の回転位置を、溝部２０ａが貫通穴１６ａと貫通穴１６ｂを結ぶ位置、溝部２０ｂが貫通穴１６ｄと貫通穴１６ｅを結ぶ位置となるようにした場合、貫通穴１６ｂと１６ｇを結ぶ流路１４ｄが、溝部２０ａ、流路１４ｂ（貫通穴１６ａと１６ｄとを結ぶ流路）、溝部２０ｂを介して、貫通穴１６ｅと１６ｈとを結ぶ流路１４ｅと接続される。また同様に、同図（ｃ）のようにロータシール１８の回転位置を、溝部２０ａが貫通穴１６ａと貫通穴１６ｆを結ぶ位置、溝部２０ｂが貫通穴１６ｃと貫通穴１６ｄを結ぶ位置となるようにした場合、貫通穴１６ｉと１６ｆを結ぶ流路１４ａが、溝部２０ａ、流路１４ｂ、溝部２０ｂを介して、貫通穴１６ｃと１６ｊとを結ぶ流路１４ｃと接続される。このように、ロータシール１８を回転することにより、板状基板１２ａ，１２ｂ間に挟まれた流路の切り換えを行うことができる。

図１のマイクロチップは、図２に示すように、２枚の板状基材の内、一方の板状基材１２ａに貫通穴１６ａ〜１６ｊを設け、他方の板状基材１２ｂに微細流路１４ａ〜１４ｅとなる溝を刻み、２枚の板状基材１２ａ，１２ｂを微細流路１４ａ〜１４ｅが該基材の間になるように貼り合わせることによって作成される。この溝は、例えば、フォトリソグラフィー、化学エッチング等の技術により形成することができる。また微細流路となる溝は、貫通穴を設けた基材側にも設けてもよい。また板状基材の材質としては従来公知のもの、例えば、ガラス、シリコン、セラミック、樹脂等を用いればよい。

外部流路手段は、図３に示すように、ロータシール１８の平面上に２本の平行な溝部２０ａ，２０ｂを設けたものを用い、ロータシール１８の溝部が形成された面を板状基材に密着させることで構成されている。ロータシール１８の材質は、ガラス、セラミック、又は樹脂を用いることが好適である。また、耐圧性、耐久性、可動性を向上させるために、ロータシールの板状基材に密着する面にコーティングを行うことが好適である。用途に応じて形成する皮膜の種類を選び、必要な機能を得るようにすればよい。例えば、フッ素樹脂を接触面にコーティングすることにより、滑り性や液体シール性を向上させることができる。また、ＯＤＳ化薬液により疎水膜を形成してガラス面間の水溶性シール性を向上させることができる。コーティング材自身は現在一般的に入手可能なスプレー式、浸置式、塗付式、スピニング式等のものを使用すればよい。

次に再び図１を参照して、上記の流路切り換え機構を電気泳動用試料導入バルブとして使用する場合について説明を行う。
まず、図１（ｃ）に示した状態で、溶媒を貫通穴１６ｉから１６ｊへ向けて流し、流路１４ａ，１４ｃを溶媒で満たしておく。次にロータシール１８を回転させ、図１（ａ）に示した状態にし、貫通穴１６ｇから試料を注入して、貫通穴１６ｈに向けて試料を流して、流路１４ｂに試料を満たす。つまり、流路１４ｂは試料計量部として用いられ、所定の容積の試料を貯留することができる。そして、再び図１（ｃ）の状態にして、貫通穴１６ｉから１６ｊへ向かう浸透流を起こすことで、試料計量部（流路１４ｂ）に貯留された試料が、貫通穴１６ｉから１６ｊへ向かう流れに注入される。
このように、本実施形態では、試料を注入するための流路となる溝及び分析のための流路となる溝の２本の独立した溝の他に、独立して試料計量部となる溝を板状基板上に設け、外部流路手段は独立した流路を少なくとも２本有し、試料計量部となる溝の両端部と結ばれる流路を同時に切り替え、試料計量部への試料の貯留、試料計量部からの試料の流出を行う。

一方、従来のマイクロチップを利用した電気泳動は、図１３（ａ）に示すような十字に彫った溝１１４の交差部分１２２（図中一点鎖線で囲んだ部分）を電気浸透流で剪断することが多い。つまり、貫通穴１１６ｃから１１６ｄに向けて試料を流し、貫通穴１１６ａから１１６ｂを結ぶ流路と交差する部分を含めて十分溶媒を置換した後、この流れを止める。そして図１３（ｂ）に示すように、次に貫通穴１１６ａから１１６ｂに向けて進む浸透流により交差していた部分を剪断することで試料の注入を行っている。この方法では、試料成分が注入部に導入されたあと常に浸透流の成分と触れているため拡散などの影響でコンタミネーションや注入再現性において支障がでる。
しかしながら、本発明の実施形態に係る図１のマイクロチップでは、試料の導入を浸透流と非接触の状態で行うことができるため、従来のものよりも高い試料注入再現性が得られる。

本実施形態では、試料計量部となる流路を板状基板間に設けたものを説明したが、外部流路手段の内部に流路を形成、もしくはキャピラリ配管により流路を形成したものを用いて、この流路の部分を試料計量部とする構成も好適である。また、外部流路手段に形成した溝部を試料計量部とすることも可能であるが、外部流路手段の移動時に充填された試料が板状基板にこすれる面積が増加するため、コンタミネーションの原因になり得るという欠点がある。

また、図１で示した試料注入の方法は、マイクロチップ上で行う液体クロマトグラフィ（ＬＣ）、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）、フローインジェクション（ＦＩＡ）においても有効である。従来これらのアプリケーションでは試料導入部をマイクロチップの外部に別途設けた構成がほとんどである。そのため、試料注入後の流路長がどうしても長くなり、試料の分散の原因となっていた。しかしながら、図１の実施形態のように、試料の注入を直接マイクロチップ上で行うことができれば、試料注入後の流路長の大幅な短縮ができ、ピークの広がりを抑えることができる。その結果、良好なクロマトグラフ等の測定が可能となる。

ＬＣ，ＧＣでは複数の性質の異なるカラムを切り替え、分析を行う場合がある。圧力がかかるカラム上流で流路を切り換える必要があるため、この切り換えバルブには高い耐圧性が要求される。このような高耐圧の切り換えバルブをマイクロチップ内に作ることは従来実現されていなかった。しかしながら、本発明の技術を用いることで、上記の要求に応えることのできる切り替え機構をもつマイクロチップを得ることができる。そこで、次に本発明に係るマイクロチップの外部流路手段を溶媒切り替えバルブとして用いた場合の実施形態について説明を行う。

図４は、外部流路手段を溶媒切り換えバルブとして用いたマイクロチップの実施形態例である。図１と同一の部材には符号２００を加え詳しい説明を省略する。
図４のマイクロチップ２１０は、板状基材２１２に設けられる貫通穴２１６として、一つの貫通穴２１６ａを中心に複数の貫通穴２１６ｂ〜２１６ｇがその周りに設けられている。そして、外部流路手段（ロータシール２１８）に、ロータシール２１８の中心から半径方向に直線状の溝部２２０が刻まれており、これが外部流路の役割を果たす。この外部流路（溝部２２０）は、前記中心の貫通穴２１６ａとその周りの貫通穴２１６ｂ〜２１６ｇの一つとを結ぶようになっている。また、貫通穴２１６ｂ〜２１６ｂは、板状基材間の微細流路２１４ｂ〜２１４ｇの端部にそれぞれつながっている。ここで、板状基材に刻まれる微細流路及び外部流路手段の溝部のスケールは、幅１０〜２００μｍ、深さ１０〜１００μｍ程度のものである。

ロータシール１８は、板状基材２１２の平面上を前記中心貫通穴２１６ａを中心に回転可能に構成されており、前記中心の貫通穴と結ばれる流路の切り替えが可能となっている。このような流路切り換え機構を用いることで、高い耐圧性をもった切り換えバルブを提供することが可能となった。
上記の流路切り替え機構が設けられたマイクロチップを用いＬＣ分析のための構成例を図５に示す。

図５は、図４に示した溶媒切り換えバルブ機構付きマイクロチップを、送液部側と、検知部側に設けた例である。図５の送液部側のマイクロチップ３１０、検知部側のマイクロチップ４１０は、図４のものと同じ構成である。
また、送液側及び検知部側のマイクロチップの間に接続されるマイクロチップ５１０は、流路５１４にカラムとしての分離機能を持たせたものを用いている。カラムとしての機能を持たせるために、マイクロチップの板状基板間の流路には、充填材を詰めたり、内壁にシリカモノリス型の分離層を形成したりする。

また、本実施形態ではマイクロチップ間の接続は、それぞれの板状基板に設けられた貫通穴をキャピラリー配管５２４で接続することによって行っている。
上記のような構成は、薬物の光学異性体の純度検定、単離、光学異性体のスクリーニングなどの用途で用いられる。そして、上記分離機能を持たせたマイクロチップ内に形成された多数本の流路を、異なる分離性質、性質の異なる異性体分離カラムを使用した分析システムとして好適に用いることができる。

以上のように、本発明のマイクロチップは、板状基板内には可動部を設けずに、マイクロチップを構成する板状基板の外表面上に可動な外部流路手段を別途設けている。外部流路手段は流路を有し、該流路の表出面を板状基板に密着させた構成をとる。そして、溶液が漏れない程度に外部流路手段を板状基板に対して加圧して押し付けた状態を保ち、この状態で外部流路手段を移動させることで流路の切り替えを行っている。この方法は、従来のような板状基板内に機械式、電気式のバルブを設けたものと比べ、高度な生産設備が必要なく、高耐圧かつ高精度の流路切り替えを行うことができる。
上記の実施形態では、外部流路手段が有する流路をその表面に設けた溝部として構成した例を示したが、マイクロチップの流路のように、流路の本体を板状基材間に形成し、一部が貫通穴を通して表面に表出した部分を流路の表出部としたような構成でもよい。

なお、図１に示したような外部流路手段（ロータシール１８）の移動、回転による流路切替操作は、手動で行っても、モータによる自動化も可能である。図６に手動による外部流路手段の回転機構の概略構成図を示す。図６（ａ）がその正面図、同図（ｂ）が側面からの一部断面図である。図１と同一の部材については同一の符号を付け説明を省略する。
マイクロチップを構成する板状基材１２ａ，１２ｂは、バルブ切替のためのつまみ３６等を備えた上部ホルダ３０と、下部ホルダ３２とに挟まれた形で保持されている。つまみ３６は、軸３４によってロータシール１８と連結している。このつまみ３６を手動で回転させることによって、軸３４を通して板状基材上１２ａ上でのロータシール１８の回転操作を行うことができる。また、軸３４がスムーズに回転するようにベアリング４４、４６が配置されている。

軸３４の端部のロータシール１８と接する側には、位置決めピン４２が設けられており、ロータシール１８には該ピン４２に対応する穴が設けられている。つまり、ピン４２によってロータシール１８と軸３４とを位置精度良く連結している。
さらに、軸３４には軸に垂直なガイドピン４０が備えられ、上部ホルダ３０には軸３４を中心としたガイド溝３８が設けられている。ガイド溝３８は、図６（ａ）に示したように、軸３４を中心とした所定角度の中心角を持つ略おうぎ形に形成されている。つまり、つまみ３６を回して軸３４を回転させたとき、軸３４に設けられたガイドピン４０は、ガイド溝３８に沿って移動することになる。さらに、所定の角度に軸３４を回したとき、ガイドピン４０がガイド溝３８の側壁面に当たり回転はそこで停止する。つまり、ガイドピン４０がガイド溝３８の側壁面に当たる位置をもって、ロータシール１８の回転位置を精度よく調節することができる。図１の例では、上記のガイド溝は略６０度の回転を行うことができるように形成すればよい。
また、つまみ３６の下に設けられたネジ部５０を締めこむことによって、スペーサー４８を介して軸３４をマイクロチップ側に押し付けることができ、ロータシール１８を板状基板１２ａに適度に加圧して接触させることができる。

＜マイクロチップ間の接続＞
上記で示したような単機能マイクロチップを複数組み合わせることで、高機能なマイクロチップシステムを作り上げることが研究されている。本実施形態のマイクロチップは、このようなマイクロチップアレイを構成する際の流路切り替え機構を担う単機能チップとして好適である。例えば、合成を行うマイクロチップに添加物や触媒等を導入するユニットとして組み合わせることで高度な合成が可能となる。また、薬品などの合成において、品質管理等の目的で生成物の一部を取り出し分析する場合などにもサンプリング機構として最適である。
図７に本実施形態のマイクロチップの接続例を示す。図１の部材と対応する部分には符号７００を加え説明を省略する。図７の２つのマイクロチップ７１０ａ，７１０ｂは、板状基板間に存在する微細流路７１４ａ，７１４ｂが該板状基板側面に表出している。そのため、異なるマイクロチップを接続する際に、微細流路７１４ａ，７１４ｂの板状基板側面に表出した部分を合わせることで、板状基板面に平行に流路の接続が可能となる。

本実施形態では、板状基板側面に表出した微細流路の周りを囲むように凹部７２６ａ，７２６ｂが設けられている。接続の際には、この凹部７２６ａ，７２６ｂと適合する凸部７２８ａ，７２８ｂを両端に設けたコネクタ７３０を用いる。このコネクタ７３０は、凸部７２８ａ，７２８ｂの頂点間を貫通する穴７３２（図で点線で示した部分）を有しており、コネクタ７３０の凸部７２８ａ，７２８ｂを凹部７２６ａ，７２６ｂに嵌め込むことによって、容易にマイクロチップ間の流路の接続が可能となる。
また、コネクタ７３０を２つのマイクロチップ７１０ａ，７１０ｂによって挟み込むように両側から加圧することで、耐圧性のある接続が可能となっている。また、取り付けが行い易いように、マイクロチップの板状基板を挟むようなガイド部７３４が設けられている。

コネクタは、剛性、耐溶媒性、シール性、鋳型による成形が可能等の特性をもつもので作成することが好適である。その材質としては、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロ樹脂）等が挙げられる。
図８は上記のコネクタの変形例である。図７と同一の部材に対しては符号７００に換えて、符号８００を加え説明を省略する。図８の実施形態では、マイクロチップの側面の凹部８２６ａ，８２６ｂを、流路８１４ａ，８１４ｂと離れた位置に設けた。また、コネクタ８３０の貫通穴８３２も、凸部８２８ａ，８２８ｂとは別の場所に設けてある。この例では、図７のものと比べ、コネクタの貫通穴８３２の流路長が短くすることができ、接続部の容量を小さくできるメリットがある。

図９は図７のコネクタを用いたマイクロチップの接続例である。図９の構成は、図６とほぼ同一であり、図６と同一の部材には同一の符号を付け、詳しい説明を省略する。
図９のマイクロチップ３１０，４１０，５１０の側面に設けられた凹部は、所定の間隔で設けられている。この間隔に合わせてコネクタ７３０の凸部を配置してマイクロチップ間の接続を行う。複数の凸部はそれぞれ架橋されており、一定の間隔で束ねられている。
一般にマイクロチップの流路サイズは、μｍオーダーであり、マイクロチップ自体のサイズ自体も小さい（通常１〜５０×１０〜１００ｍｍ程度の大きさ）ため、コネクタのサイズも小さく、側面に表出した流路毎に個別にコネクタを取り付けることは手間がかかる。しかし、上記のように複数のコネクタを架橋して一つに束ねて、マイクロチップ側面の凹部のピッチに合わせて配置することで、マイクロチップ間の接続が容易になっている。

また、従来では図１４のように、マイクロチップＡ，Ｂ内の流路Ａ，Ｂの接続は、２枚のマイクロチップＡ，Ｂを上下に重ね、板状基板に垂直に設けた貫通穴を通して行っていた。そのため、流路が直角となり、流れの停留（よどみ）を招き、いろいろな悪影響が出ていた。また、板状基板を位置精度よく接着することは手間がかかる。
一方、図９に示すような接続方式では、板状基板に形成する流路は位置精度よく作成することが可能であるため、良好な接続が可能となる。また、接続部の流路が直線状となるため、流れの滞留が発生しにくく、抜けのよい良好な流路が得られる。

図１０は、マイクロチップ連結用の保持部材の例を示す。図１０の保持部材は、断面が略コの字型のガイドレールを２本備え、それぞれのガイドレールＡ，Ｂは、溝を有する面を互いに向き合わせて、所定距離（それぞれの溝の底部間の距離がマイクロチップの横幅と略同じとなるような距離）だけ離して配置されている。つまり、マイクロチップは、その側面を前記溝に差し込むことで固定される。そして、連結するマイクロチップＡ，Ｂ間に図７，８に示したようなコネクタを挟み込み、マイクロチップ同士を押し付ける方向に加圧して保持する。このように加圧して保持することで、コネクタとマイクロチップ間を耐圧性を保ちながら連結することができる。

図１１は上記のマイクロチップを利用したシステム構成の例である。最終生成物は１次合成により中間生成物が生成され、さらに合成過程を経て最終生成物が合成される。１次合成は、流路切り替え単機能マイクロチップにより原材料や添加物を適宜供給され、中間生成物が生成される。合成された中間生成物は、流路切り替えバルブにより、抽出マイクロチップに送られ未合成の原材料の回収や廃棄が行われる。また、合成された中間生成物は、流路切り替えバルブにより、分析マイクロチップに送られ、中間生成物の評価が行われる。そして、合成された中間生成物は、流路切り替えバルブにより、２次合成用マイクロチップにおくられ、最終生成物を得ることができる。

前記実施形態（図１参照）として述べた試料導入バルブのついたマイクロチップに対し、評価を行った。分析系はフローインジェクション方式とした。
まず、試験条件は、溶媒としてイソオクタンとエチルアセテートを９０対１０の割合で混ぜたものを用い、多環芳香族を試料として５０ｎｌ注入した。そして、流量は１０μｌ／ｍｉｎとし、ＵＶ吸光度検出器で検出を行った。測定光の波長は２６０ｎｍとし、室温で試験を行った。
注入は５回行った。その結果（検出器からの信号応答量）を以下の表１に示す。

また、得られたチャートの一例を図１２に示す。上記の表から分かるように、試料の注入量が５０ｎｌという微小導入量であるにも関わらず、ＣＶ値（＝標準偏差／平均値）で２％という実用上十分な導入量再現性が得られた。

本発明に係る実施形態のマイクロチップの概略構成図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップの説明図。 外部流路手段の概略構成図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップの概略構成図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップを用いた分析系の説明図。 外部流路手段による流路切替機構の概略構成図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップ間の接続の説明図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップ間の接続の説明図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップを用いた分析系の説明図。 本発明に係る実施形態のマイクロチップ連結用保持部材の説明図。 マイクロチップを用いたシステム構成の説明図。 試験データのグラフ。 従来の試料導入方法の説明図。 従来のマイクロチップ間の接続方法の説明図。

符号の説明

１０ マイクロチップ
１２ 板状基板
１４ 微細流路
１６ 貫通穴
１８ 外部流路手段
２０ 外部流路手段の流路

Claims (12)

1. 板状基材を少なくとも２枚貼り合わすことで該板状基材間に微細流路を形成したマイクロチップにおいて、
   前記板状基材の少なくとも一方に設けられた複数の貫通穴と、
   前記板状基板の外表面上に、該平面上を動くことが可能な外部流路手段を備え、
   前記貫通穴は前記板状基材間の微細流路に達するように設けられ、
   前記外部流路手段は流路を有し、該流路が表出した面が前記板状基板に加圧して密着するよう構成され、
   前記外部流路手段の表出した流路により前記板状基材に設けられた異なる貫通穴を結ぶことで前記板状基材間の外部に流路が形成され、前記外部流路手段の流路の表出部を移動させることにより流路が切り替え可能であることを特徴とするマイクロチップ。
2. 請求項１に記載のマイクロチップにおいて、
   前記外部流路手段の流路は、前記板状基板に密着する面に形成された溝部であることを特徴とするマイクロチップ。
3. 請求項１または２に記載のマイクロチップにおいて、前記板状基材間の微細流路及び前記外部流路手段の流路は、幅１０〜２００μｍ、深さ１０〜１００μｍであることを特徴とするマイクロチップ。
4. 請求項１〜３に記載のマイクロチップにおいて、
   前記外部流路手段を構成する材質は、ガラス、セラミック、又は樹脂であることを特徴とするマイクロチップ。
5. 請求項１〜４に記載のマイクロチップにおいて、
   前記板状基材と前記外部流路手段との接触面にコーティングが施されていることを特徴とするマイクロチップ。
6. 請求項１〜５に記載のマイクロチップにおいて、
   前記板状基材に設けられる貫通穴として、一つの貫通穴を中心に複数の貫通穴がその周りに設けられ、
   前記外部流路手段に設けられた流路は、前記中心の貫通穴とその周りの貫通穴の一つとを結ぶよう構成され、
   前記外部流路手段は、前記板状基材の平面上を前記中心貫通穴を中心に回転可能に構成されており、前記中心の貫通穴と結ばれる貫通穴の切り替えが可能であることを特徴とするマイクロチップ。
7. 請求項１〜６に記載のマイクロチップにおいて、
   前記板状基板間の微細流路と該微細流路を外部へとつなぐ貫通穴と前記外部流路手段の流路とによって形成される流路の内、その一部分を試料計量部とし、
   前記外部流路手段によって流路を切り替えて、前記試料計量部への試料の貯留、試料計量部からの試料の流出、を行うことを特徴とするマイクロチップ。
8. 請求項７に記載のマイクロチップにおいて、
   前記試料計量部となる流路は前記板状基板上の独立した溝として形成されており、
   前記外部流路手段は独立した流路を少なくとも２本有し、前記試料計量部となる溝の両端部と結ばれる流路を同時に切り替えることができることを特徴とするマイクロチップ。
9. 請求項１から８に記載のマイクロチップにおいて、
   前記板状基板間の微細流路の少なくとも一部がカラムとしての分離機能を有することを特徴とするマイクロチップ。
10. 板状基材を少なくとも２枚貼り合わすことで該板状基材間に微細流路を形成したマイクロチップにおいて、
    板状基板間に存在する微細流路が該板状基板側面に表出しており、
    複数のマイクロチップに対し、該板状基板側面に表出した微細流路を接続することで異なるマイクロチップの流路を前記板状基板面に平行に接続可能であることを特徴とするマイクロチップ。
11. 請求項１０に記載のマイクロチップにおいて、
    前記板状基板側面に凹部を設け、
    該凹部と適合する凸部を両端に設けたコネクタを用い、該コネクタを前記凸部を前記凹部に嵌め込むことでマイクロチップ間の流路の接続の際の位置決めが可能であることを特徴とするマイクロチップ。
12. 請求項１１に記載のマイクロチップにおいて、
    前記板状基板側面の凹部は、該凹部の底部に微細流路が表出するように設けられ、
    前記コネクタは、前記凸部の頂点間を貫通する穴を有しており、該コネクタの凸部を前記凹部に嵌め込むことでマイクロチップ間の流路の接続が可能なことを特徴とするマイクロチップ。

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