JP2006187684A - マイクロ流体素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 対象流体の反応等の処理に対して最適な処理環境を付与することが可能なマイクロ流体素子を提供する。
【解決手段】 ２つの原料液Ｌ１，Ｌ２を導入する第１のパターン層１３Ａと、原料液Ｌ１，Ｌ２が合流する合流部を有する第２のパターン層１３Ｂと、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させて反応液Ｍを得る反応部を有する第４のパターン層１３Ｄと、恒温水Ｗ１を流して第４のパターン層１３Ｄの反応部３０を一定温度に保つ第３および第５のパターン層１３Ｃ，１３Ｅと、反応液Ｍを洗浄する洗浄部を有する第６のパターン層１３Ｆとを積層する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、積層造形方法によって製造されるマイクロ流体素子に関し、特に、製造が容易で、対象流体の反応等の処理に対して最適な処理環境を付与することが可能なマイクロ流体素子に関する。
近年、部品製造において、コンピュータで設計された複雑な３次元物体を短期間で形成する方法として積層造形方法が急速に普及している。この積層造形方法は、サイズが数ｃｍ以上の比較的大きな部品に適用されることが多かったが、近年においては、精密に加工して形成される微小構造体、例えば、微小ギアや微小光学部品、マイクロ流体素子等にもこの方法が適用されている。
マイクロ流体素子は、マイクロ流体デバイス、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）とも呼ばれるデバイスである。マイクロ流体素子は、合成、物理化学的処理、検出などの他の機能を有するマイクロ流体素子と一体化して、マイクロ化学システムを構築することもできる。マイクロ流体素子は、反応溶液の温度の均一性に優れ、温度追従性が良好で、反応時間を短縮でき、試料の量が少なくて済み、溶剤などの使用量を低減でき、デバイスの製造に要する資源やエネルギーが少なく、運転を省エネルギー化でき、廃棄物の量を低減できる等の特長があり、今後の発展が期待されている。
また、マイクロ流体素子の一種であるマイクロリアクタは、通常の反応装置より数桁小さな微小反応場を持つ装置であり、その多くは直径が１ｍｍからミクロンオーダーの流路を反応場とすることからマイクロチャンネルリアクタとも呼ばれる。このようなマイクロリアクタは、単位体積あたりの装置表面積が大きく、熱容量の減少による精密な温度制御が可能と考えられ、温度に敏感であり、接触面積に反応速度が支配的である触媒反応には、特に魅力的な装置として、各国で研究が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
図１７は、特許文献１に記載のマイクロリアクタを示す。このマイクロリアクタ１００は、上面となる第１のパターン層１１０と、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２を合流させて反応させる反応部１２３を有する複数の第２のパターン層１２０と、底部となる第３のパターン層１３０とを積層して構成される微小構造体である。
第１のパターン層１１０は、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ導入する第１および第２の入口１１１ａ，１１１ｂと、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２の反応により得られた反応液Ｍを排出する出口１１２とを有する。
第２のパターン層１２０は、入口１１１ａ，１１１ｂおよび出口１１２に対応して形成された貫通穴１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｄと、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２が導入されて合流させる合流部１２２と、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２が反応する反応部１２３とを備える。
マイクロリアクタ１００は、ガラス基板から形成された第１乃至第３のパターン層１１０〜１３０を加圧し、熱融着により積層して作製される。ここで、第２のパターン層１２０と同様のパターン層を複数枚積層することにより、複数の反応を並行処理することができる。
特開２００２−２９２２７５号公報（図１）
しかし、従来のマイクロリアクタ１００は、微小な第２のパターン層１２０の同一の層において原料液Ｌ１，Ｌ２の導入、合流および反応を行っているため、温度条件に代表される反応環境を適正に保つことが困難な場合が多い。
従って、本発明の目的は、製造が容易で、対象流体の反応等の処理に対して最適な処理環境を付与することが可能なマイクロ流体素子を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、対象流体に対して所定の処理を行う処理層と、前記処理層に接して設けられ、前記処理層に所定の温度環境を付与する温度制御層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子を提供する。
この構成によれば、処理層は、温度制御層によって所定の温度環境が付与されるので、対象流体に対して最適な処理を行うことができる。
処理層は、所定の処理として、例えば、整流、分流、合流、混合、反応、合成、希釈、洗浄又は濃縮を行う。「所定の温度環境」とは、合流、反応等の処理を最適に行えるようにするための温度環境をいい、反応温度、合流温度等の処理温度が含まれる。
温度制御層は、熱交換又は断熱を行うことにより処理層に所定の温度環境を付与する構成としてもよい。
処理層および温度制御層は、金属板により形成してもよい。
処理層および温度制御層の構成層は、常温接合によって接合されるのが好ましい。「常温接合」とは、室温で原子同士を直接接合することをいう。常温接合によれば、構成層の形状や厚みの変化が少なく、高精度なマイクロ流体素子が得られる。構成層の材料としては、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属やセラミックス、シリコン等の非金属を用いることができる。構成層を接合する前に、その表面に中性原子ビーム、イオンビーム等を照射して表面を清浄化するのが好ましい。清浄化により表面が活性化して強固な接合が得られる。
処理層および温度制御層は、電鋳によって形成されてもよく、半導体プロセスを用いて形成されてもよい。電鋳の場合は、基板として金属製のものを用いる。半導体プロセスを用いる場合は、Ｓｉウェハ，ガラス，石英基板等を用いる。
温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、熱交換媒体と処理層との間で熱交換を行う構成としてもよい。
温度制御層は、密閉空間により処理層の熱伝導を遮断する構成としてもよい。
処理層は、所定の処理を異なる温度で行う複数の処理層であり、温度制御層は、複数の処理層の間に設けられ、密閉空間により複数の処理層間の熱伝導を遮断する構成としてもよい。
処理層は、複数の対象流体を合流させて反応させる反応層と、複数の対象流体の反応によって得られた反応液を洗浄する洗浄層とを備えた構成としてもよい。
本発明は、上記目的を達成するため、導入された複数の対象流体を反応させる第１の処理層と、前記複数の対象流体の反応により得られた反応流体を洗浄する第２の処理層と、前記第１の処理層の前記第２の処理層と反対側、および前記第１および第２の処理層間にそれぞれ設けられ、前記第１の処理層に所定の温度環境を付与する一対の温度制御層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子を提供する。
上記構成によれば、第１の処理層は、一対の温度制御層によって所定の温度環境が付与されるので、複数の対象流体に対して適正な処理を行うことができる。
一対の温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、熱交換媒体と第１の処理層との間で熱交換を行う構成としてもよい。
一対の温度制御層は、密閉空間により第１の処理層の熱伝導を遮断する構成としてもよい。
本発明は、上記目的を達成するため、導入された複数の対象流体を第１の温度域で第１の反応を行わせる第１の処理層と、前記第１の反応により得られた反応流体、あるいは前記反応流体と他の対象流体とを第２の温度域で第２の反応を行わせる第２の処理層と、前記第２の反応により得られた反応流体を洗浄する第３の処理層と、前記第１の処理層の前記第２の処理層と反対側、および前記第１および第２の処理層間にそれぞれ設けられ、前記第１の処理層に所定の温度環境を付与する一対の第１の温度制御層と、前記第２の処理層の前記第３の処理層と反対側、および前記第２および第３の処理層ににそれぞれ設けられ、前記第２の処理層に所定の温度環境を付与する一対の第２の温度制御層と、前記一対の第１の温度制御層のうち前記第２の温度制御層側の前記第１の温度制御層と前記一対の第２の温度制御層のうち前記第１の温度制御層側の前記第２の温度制御層との間に設けられ、密閉空間により前記第１および第２の処理層間の熱伝導を遮断する断熱層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子を提供する。
上記構成によれば、第１の処理層は、一対の第１の温度制御層によって所定の温度環境が付与され、第２の処理層は、一対の第２の温度制御層によって所定の温度環境が付与され、さらに第１および第２の処理層間は、断熱層によって断熱されるので、第１および第２の処理層で反応温度が異なる場合でも、複数の対象流体に対して適正な処理を行うことができる。
一対の第１の温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、熱交換媒体と第１の処理層との間で熱交換を行い、一対の第２の温度制御層は、所定の温度と異なる温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、熱交換媒体と第２の処理層との間で熱交換を行う構成としてもよい。
一対の第１の温度制御層は、密閉空間により第１の処理層の熱伝導を遮断し、一対の第２の温度制御層は、密閉空間により第２の処理層の熱伝導を遮断する構成としてもよい。
本発明によれば、対象流体の反応等の処理に対して最適な処理環境を付与することが可能となる。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。このマイクロリアクタ１は、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２を一定温度の下で反応させた後、その反応液を洗浄して排出するものであり、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２を導入する第１のパターン層１３Ａと、原料液Ｌ１，Ｌ２が合流する合流部を有する処理層としての第２のパターン層１３Ｂと、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させて反応液Ｍを得る反応部を有する処理層としての第４のパターン層１３Ｄと、所定の温度に制御された熱交換媒体としての恒温水Ｗ１を流して第４のパターン層１３Ｄの反応部を一定温度に保つ温度制御層としての第３および第５のパターン層１３Ｃ，１３Ｅと、反応液Ｍを洗浄する洗浄部を有する第６のパターン層１３Ｆとを積層したものである。
第１のパターン層１３Ａは、２つの原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ導入する第１および第２の入口２ａ，２ｂと、恒温水Ｗ１を導入する恒温水入口３と、使用後の恒温水Ｗ１’を排出する恒温水出口４とを有する。
第２のパターン層１３Ｂは、第１のパターン層１３Ａの入口２ａ，２ｂ、恒温水入口３および恒温水出口４にそれぞれ対応して形成された導入口５ａ，５ｂおよび貫通穴６ａ，６ｂと、原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ層流で流して合流部８にて合流させる流路７ａ，７ｂと、合流部８で合流した原料液Ｌ１，Ｌ２を下層に送る貫通穴９ａとを有する。
第３のパターン層１３Ｃは、第２のパターン層１３Ｂの貫通穴６ａ，６ｂ，９ａにそれぞれ対応して形成された恒温水導入口１５ａ、恒温水排出口１６ａおよび貫通穴９ｂと、恒温水導入口１５ａ，恒温水排出口１６ａ間を接続する複数の溝部１７ａとを有する。
第４のパターン層１３Ｄは、第３のパターン層１３Ｃの恒温水導入口１５ａ、恒温水排出口１６ａおよび貫通穴９ｂにそれぞれ対応して形成された貫通穴６ｃ，６ｄおよび導入口５ｃと、導入口５ｃから導入された原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させる反応部３０と、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応させて得られた反応液Ｍを下層に送る貫通穴９ｃとを有する。
第５のパターン層１３Ｅは、第４のパターン層１３Ｄの貫通穴６ｃ，６ｄ，９ｃにそれぞれ対応して形成された恒温水導入口１５ｂ、恒温水排出口１６ｂおよび貫通穴９ｄと、恒温水導入口１５ｂ，恒温水排出口１６ｂ間を接続する複数の溝部１７ｂとを有する。
第６のパターン層１３Ｆは、第５のパターン層１３Ｅの貫通穴９ｄに対応して形成された反応液Ｍの導入口５ｄと、蒸留水等の洗浄水を下方から導入する貫通穴である洗浄水入口１８と、洗浄水入口１８から合流部３４まで洗浄水を流す洗浄水流路３２ａ，３２ｂと、導入口５ｄからの反応液Ｍを洗浄流路３１まで流す流路７ｃと、洗浄水を合流部３４から導入し、導入口５ｄからの反応液Ｍと接触させながら層流状態で流す洗浄流路３１と、洗浄が終了した反応液Ｍを分流部３５で分離して反応液Ｍを流路７ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する貫通穴９ｅと、洗浄後の洗浄廃水を洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する洗浄水出口１９とを有する。
（第１の実施の形態の製造方法）
次に、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の製造方法について図２，図３および図４を参照して説明する。図２は、図１に示すマイクロリアクタ１を構成するパターン層を有するドナー基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図３は、ドナー基板上のパターン層を示し、（ａ）はパターン層の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）〜（ｆ）は２段電鋳法によるパターン層の製造工程を示す断面図である。図４は、接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。
（ドナー基板の作製）
図２に示すドナー基板１０を準備する。ここでは２段電鋳法によるドナー基板の作製方法について図３を用いて説明する。まず、金属からなる基板１１を準備し、基板１１上に第１のフォトレジストを塗布し、作製するマイクロリアクタ１の各パターン層に対応した第１のフォトマスクで露光する。次に、フォトレジストを現像して、各断面パターンのポジネガ反転した第１のレジストパターン３８を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、このレジストパターン３８を形成した基板１１を電鋳によりフォトレジストに覆われていない基板１１の表面にニッケルめっき層４０ａを成長させる。その後、図３（ｄ）に示すように第１のレジストパターン３８を除去する。
次に基板１１上に第２のフォトレジストを塗布し、作製するマイクロリアクタ１の各パターン層に対応した第２のフォトマスクで露光する。次に、図３（ｅ）に示すようにフォトレジストを現像して、各断面パターンのポジネガ反転した第２のレジストパターン３９を形成する。次に、図３（ｆ）に示すように、このレジストパターン３９が形成された基板１１のフォトレジストに覆われていないニッケルめっき層４１ａの表面に、さらに電鋳によりニッケルめっき層４１ｂを形成する。その後、第２のレジストパターン３９を除去することにより図３（ｂ）に示すパターン層１３Ｂが完成する。
（転写工程）
次に、常温接合による転写工程を行う。まず、図４（ａ）に示すように、真空槽２１内の平面ステージ２５にドナー基板１０を固定し、対向ステージ２６に対向基板２７を固定する。真空槽２１内を排気口２２から排気し、１０−６Ｐａの真空にする。次に、Ａｒ中性ビームからなるＦＡＢ（Fast Atom Bombardment）をＦＡＢ源２４Ａから対向基板２７に、ＦＡＢ源２４Ｂからドナー基板１０のパターン層１３Ａにそれぞれ照射し、表面を清浄化して活性化する。
次に、図４（ｂ）に示すように、垂直ステージ２８を下降させ、平面ステージ２５を水平のx方向、y方向および垂直方向のｚ軸回りのθ方向に移動させて対向基板２７と第１のパターン層１３Ａとを位置合わせする。次に、対向基板２７と第１のパターン層１３Ａとを接触させ、さらに荷重５０ｋｇｆ／ｃｍ２で５分間押し付けて対向基板２７と第１のパターン層１３Ａとを接合する。このとき、接合強度は、５０〜１００ＭＰａである。
次に、図４（ｃ）に示すように、垂直ステージ２８を上昇させると、対向基板２７上に第１のパターン層１３Ａが転写される。このようにパターン層１３Ａがドナー基板１０側から対向基板２７側に転写できるのは、パターン層１３Ａと基板１１間の接着力よりもパターン層１３Ａと対向基板２７間の接着力の方が大きいからである。次に、第１および第２のパターン層１３Ａ，１３ＢにＦＡＢを照射するため、平面ステージ２５を移動させる。第１のパターン層１３Ａの裏面（基板１１に接触していた面）にＦＡＢを照射し、第２のパターン層１３Ｂの表面にＦＡＢを照射する。第１のパターン層１３Ａと第２のパターン層１３Ｂとの位置合わせを行った後、上述したように第１のパターン層１３Ａと第２のパターン層１３Ｂとを接合する。第３乃至第６のパターン層１３Ｃ〜１３Ｆについても同様の動作を行う。６回の転写が行われると、図１に示すマイクロリアクタ１が得られる。
（第１の実施の形態の動作）
次に、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作を図５を参照して説明する。図５は、マイクロリアクタの動作を示し、（ａ）は流体の回路図，（ｂ）は流体の流れを示す斜視図である。
（第１および第２の原料液の合流、反応）
第１のパターン層１３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、第２のパターン層１３Ｂの導入口５ａ，５ｂを経て流路７ａ，７ｂを層流で流れて合流部８で合流する。合流した原料液Ｌ１，Ｌ２は、貫通穴９ａおよび第３のパターン層１３Ｃの貫通穴９ｂを経て第４のパターン層１３Ｄの導入口５ｃに導入される。この導入された原料液Ｌ１，Ｌ２は、反応部３０を層流で流れ、原料液Ｌ１，Ｌ２の液界面で反応しながら進行し、その反応液Ｍは、貫通穴９ｃから排出され、第５のパターン層１３Ｅの貫通穴９ｄを経て第６のパターン層１３Ｆの導入口５ｄに導入される。
（反応液の洗浄）
導入口５ｄに導入された反応液Ｍは、流路７ｃを介して洗浄流路３１を流れる。これに対し、洗浄水入口１８から導入された洗浄水は、洗浄水流路３２ａ，３２ｂを介して合流部３４において反応液Ｍの両側から洗浄流路３１に導入される。反応液Ｍは、洗浄水と接触し、反応液Ｍの両側を洗浄水に挟まれた３層構造の層流をなして流れる。反応液Ｍ中の不要な溶媒成分は、洗浄水中に拡散する。洗浄が終わった反応液Ｍは、洗浄流路３１の中央部分だけを流れているので、これを分流部３５で中央を流れる反応液Ｍと、反応液Ｍの左右を流れる洗浄水とに分離される。この分離された反応液Ｍは、流路７ｄを介して貫通穴９ｅからマイクロリアクタ１の外に排出される。洗浄後の洗浄廃水は、洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介して洗浄水出口１９からマイクロリアクタ１の外に排出される。
（反応部の温度制御）
一方、第１のパターン層１３Ａの恒温水入口３から導入された恒温水Ｗ１は、第２のパターン層１３Ｂの貫通穴６ａを経て第３のパターン層１３Ｃの恒温水導入口１５ａに達し、恒温水導入口１５ａから溝部１７ａを流れて恒温水排出口１６ａから上方に排出される。また、恒温水導入口１５ａから第４のパターン層１３Ｄの貫通穴６ｃを経て第５のパターン層１３Ｅの恒温水導入口１５ｂに達した恒温水Ｗ１は、溝部１７ｂを流れて恒温水排出口１６ｂから上方に排出される。恒温水排出口１６ｂから排出された恒温水Ｗ１’は、第４のパターン層３３Ｄの貫通穴６ｄを経て恒温水排出口１６ａに達し、恒温水排出口１６ａから排出される恒温水Ｗ１’と合流して第２のパターン層３３Ｂの貫通穴６ｂを経て、恒温水出口４から排出される。ここで、第３および第５のパターン層１３Ｃ，１３Ｅは、第４のパターン層１３Ｄを挟み込むように配置され、温度を一定に設定された恒温水Ｗ１を循環させて、反応部３０における反応に伴う発熱や吸熱があっても所望の反応温度に保持する。原料液Ｌ１，Ｌ２は、反応部３０において適切な温度に達してから反応が進行する。
（第１の実施の形態の効果）
上述した第１の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。
（イ）反応部３０を有するパターン層１３Ｄは、恒温水が流れるパターン層１３Ｃ，１３Ｅによって挟み込まれる構成としたため、反応部３０の温度制御を効率よく行うことができる。
（ロ）１つのパターン層に１つの機能を有する構成としたため、温度制御する際には、それらの機能を有する層を、温度制御が可能なパターン層１３Ｃ，１３Ｅで挟み込むことにより各層ごとの温度制御が可能となる。
（ハ）洗浄により反応液Ｍ中の不要な溶媒成分は洗浄水中に拡散するため、中央部分を流れる反応液Ｍの純度を上げることができる。
（ニ）異なる機能を有する流路（パターン層）を多段に積層配置することによって反応の最適化を図ることができ、収率を向上させることができる。
（ホ）２段電鋳法によりパターン層を形成するため、１枚の薄膜で流路等の形成とその流路の底部となる部分を有するパターン層を形成することができるため、流路等を覆う部材が不要になるので、層数の減少によるマイクロリアクタ１の小型化を実現することができる。
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。図１〜図５と同じ符号は、同じ機能を有するため、説明を省略する。
このマイクロリアクタ１は、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１では原料液の数が２つであったものを３つに変更したものである。このため、第１のパターン層３３Ａに、第３の原料液Ｌ３を導入する第３の入口２ｃを追加し、第２のパターン層３３Ｂに、入口２ｃに対応して第３の導入口５ｃを追加し、導入口５ｃから原料液Ｌ３の流路７ｃを形成し、流路７ｃは、合流部８ａで第２の原料液Ｌ２と合流するように形成している。
（第２の実施の形態の動作）
次に、第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作を図７を参照して説明する。図７は、マイクロリアクタ１の動作を示し、（ａ）は流体の回路図，（ｂ）は流体の流れを示す斜視図である。
（第１乃至第３の原料液の合流、反応）
第１のパターン層３３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入し、第３の入口２ｃから第３の原料液Ｌ３を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、第２のパターン層３３Ｂの導入口５ａ，５ｂ，５ｃを経て流路７ａ，７ｂ，７ｃを層流で流れて合流部８ａ，８ｂで合流する。原料液Ｌ１〜Ｌ３は、貫通穴９ａから排出され、第３のパターン層３３Ｃの貫通穴９ｂを経て第４のパターン層３３Ｄの導入口５ｄに導入される。この導入された原料液Ｌ１〜Ｌ３は、反応部３０を層流で流れ、第１の原料液Ｌ１と第２の原料液Ｌ２の間、および第２の原料液Ｌ２と第３の原料液Ｌ３の間の液界面で反応しながら進行し、原料液Ｌ１〜Ｌ３の反応により得られた反応液Ｎは、貫通穴９ｃから排出され、第５のパターン層３３Ｅの貫通穴９ｄを経て第６のパターン層３３Ｆの導入口５ｅに導入される。
（反応液の洗浄）
導入口５ｅに導入された反応液Ｎは、第１の実施の形態と同様に、第６のパターン層３３Ｆの洗浄水入口１８から導入された洗浄水によって洗浄され、貫通穴９ｅからマイクロリアクタ１の外に排出され、洗浄後の洗浄廃水は、洗浄水出口１９からマイクロリアクタ１の外に排出される。
（反応部の温度制御）
一方、第１のパターン層１３Ａの恒温水入口３から導入された恒温水Ｗ１は、第１の実施の形態と同様に、第３および第５のパターン層１３Ｃ，３３Ｅの溝部１７ａ，１７ｂを流れて第１のパターン層１３Ａの恒温水出口４から排出される。第３および第５のパターン層１３Ｃ，１３Ｅに挟まれた第４のパターン層１３Ｄの反応部３０は、反応に伴う発熱や吸熱があっても所望の反応温度に保持される。
（第２の実施の形態の効果）
上述した第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ１によれば、原料液を増加した反応を行う場合であっても、反応部３０を有するパターン層３３Ｄの両側を熱交換部となる第３および第５のパターン層３３Ｃ，３３Ｅで挟み込むこととしたので、反応部３０の温度制御が可能となり、収率を向上させることができる。
［第３の実施の形態］
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。このマイクロリアクタ１は、９層からなり、２つの異なるパターン層４３Ｃ，４３Ｇで反応温度の異なる反応を行うものであり、反応を行うパターン層４３Ｃ，４３Ｇを熱交換部となるパターン層４３Ｂ，４３Ｄ、パターン層４３Ｆ，４３Ｈでそれぞれ挟み込み、反応を行うパターン層４３Ｃ，４３Ｇ間に断熱層となるパターン層４３Ｅを設け、最下層に反応液を洗浄するパターン層４３Ｉを設けたものである。なお、パターン層４３Ａ〜４３Ｉは、２段電鋳法により形成される。
第１のパターン層４３Ａは、３つの原料液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ導入する第１乃至第３の入口２ａ，２ｂ，２ｃと、恒温水Ｗ１を導入する恒温水入口３ａと、使用後の恒温水Ｗ１’を排出する恒温水出口４ａとを有する。
第２のパターン層４３Ｂは、第１のパターン層４３Ａの入口２ａ，２ｂ，２ｃ、恒温水入口３および恒温水出口４にそれぞれ対応して形成された貫通穴９ａ，９ｂ，９ｃ、恒温水導入口１５ａおよび恒温水排出口１６ａと、恒温水導入口１５ａ，恒温水排出口１６ａ間を接続する複数の溝部１７ａとを有する。
第３のパターン層４３Ｃは、第２のパターン層４３Ｂの貫通穴９ａ，９ｂ，９ｃ、恒温水導入口１５ａおよび恒温水排出口１６ａにそれぞれ対応して形成された導入口５ａ，５ｂおよび貫通穴９ｄ，６ａ，６ｂと、原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ層流で流して合流部８ａにて合流させる流路７ａ、７ｂと、合流部８ａで合流した原料液Ｌ１，Ｌ２を層流状態で反応させる第１の反応部３０ａと、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応して得られた反応液Ｍを下層に送る貫通穴９ｅとを有する。
第４のパターン層４３Ｄは、第３のパターン層４３Ｃの貫通穴９ｄ，９ｅ，６ａ，６ｂにそれぞれ対応して形成された貫通穴９ｆ，９ｇ、恒温水導入口１５ｂおよび恒温水排出口１６ｂと、恒温水導入口１５ｂ，恒温水排出口１６ｂ間を接続する複数の溝部１７ｂとを有する。
第５のパターン層４３Ｅは、第４のパターン層４３Ｄの貫通穴９ｆ，９ｇに対応して形成された貫通穴９ｈ，９ｉと、第４のパターン層４３Ｄと積層されることにより密閉空間を形成する凹部４０を有する。
第６のパターン層４３Ｆは、第５のパターン層４３Ｅの貫通穴９ｈ，９ｉに対応して形成された貫通穴９ｊ，９ｋと、最下層から恒温水を導入される恒温水導入口１５ｃ、恒温水を排出する恒温水排出口１６ｃと、恒温水を水平に流す複数の溝部１７ｃとを有する。
第７のパターン層４３Ｇは、第６のパターン層４３Ｆの貫通穴９ｊ，９ｋ，恒温水導入口１５ｃ，恒温水排出口１６ｃに対応して形成された導入口５ｃ，５ｄ，貫通穴６ｃ，６ｄと、導入された反応液Ｍおよび第３の原料Ｌ３を層流で流して合流部８ｂで合流させる流路７ｃ，７ｄと、合流部８ｂで合流した反応液Ｍおよび第３の原料Ｌ３を層流状態で反応させる第２の反応部３０ｂと、反応液Ｍおよび第３の原料Ｌ３の反応によって得られた反応液Ｐを下層に送る貫通穴９ｌとを有する。
第８のパターン層４３Ｈは、第７のパターン層４３Ｇの貫通穴９ｌ，６ｃ，６ｄに対応して形成された貫通穴９ｍ，恒温水導入口１５ｄ、恒温水排出口１６ｄと、恒温水を水平に流す複数の溝部１７ｄとを有する。
第９のパターン層４３Ｉは、第８のパターン層４３Ｈの貫通穴９ｍに対応して形成された反応液Ｐの導入口５ｅと、蒸留水等の洗浄水を導入する貫通穴である洗浄水入口１８と、洗浄水入口１８から合流部３４まで洗浄水を流す洗浄水流路３２a、３２ｂと、反応液Ｍを洗浄流路３１まで流す流路７ｆと、洗浄水を合流部３４から導入し、導入口５ｅからの反応液Ｐと接触させながら層流で流す洗浄流路３１と、洗浄が終了した反応液Ｐを分流部３５で分離して反応液Ｐを流路７ｇを介してマイクロリアクタ１の外に排出する貫通穴９ｎと、洗浄後の洗浄廃水を洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する洗浄水出口１９とを有する。
（第３の実施の形態の動作）
次に、第３の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作を図９を参照して説明する。図９は、マイクロリアクタ１の流体の流れを示す分解斜視図である。
（第１および第２の原料液の合流、反応）
第１のパターン層４３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、第２のパターン層４３Ｂの貫通穴９ａ，９ｂを経て第３のパターン層４３Ｃの導入口５ａ、５ｂに導入される。導入された原料液Ｌ１，Ｌ２は、流路７ａ，７ｂを層流で流れて合流部８ａで合流する。合流した原料液Ｌ１，Ｌ２は、第１の反応部３０ａを層流で流れ、原料液Ｌ１，Ｌ２の液界面で反応しながら進行し、その反応液Ｍは貫通穴９ｅから排出され，第４のパターン層４３Ｄの貫通穴９ｇ、第５のパターン層４３Ｆの９ｉおよび第６のパターン層４３Ｆの貫通穴９ｋを経て第７のパターン層４３Ｇの導入口５ｄに導入される。
（最初の反応液と第３の原料液の合流、反応）
一方、入口２ｃに導入された第３の原料液Ｌ３は、第２のパターン層４３Ｂの貫通穴９ｃ、第３のパターン層４３Ｃの貫通穴９ｄ、第４のパターン層４３Ｄの貫通穴９ｆ、第５のパターン層４３Ｅの貫通穴９ｈ、および第６のパターン層４３Ｆの貫通穴９ｊを経て第７のパターン層４３Ｇの導入口５ｃに導入される。次に、導入口５ｃに導入された反応液Ｍと導入口５ｄに導入された第３の原料液Ｌ３は、第２の合流部８ｂで合流し、第２の反応部３０ｂを層流で流れ、反応液Ｍおよび原料液Ｌ３の液界面で反応しながら進行し、その反応液Ｐは、貫通穴９ｌから排出され、第８のパターン層４３Ｈの貫通穴９ｍを経て第９のパターン層４３Ｉの導入口５ｅに導入される。
（最後の反応液の洗浄）
導入口５ｅに導入された反応液Ｐは、流路７ｆを介して洗浄流路３１を流れる。これに対し、洗浄水入口１８から導入された洗浄水は、洗浄水流路３２ａ，３２ｂを介して合流部３４において反応液Ｐの両側から洗浄流路３１に導入される。反応液Ｐは、洗浄水と接触し、反応液Ｐの両側を洗浄水に挟まれた３層構造の層流をなして流れる。反応液Ｐ中の不要な溶媒成分は、洗浄水中に拡散する。洗浄が終わった反応液Ｐは、洗浄流路３１の中央部分だけに流れているので、これを分流部３５で中央を流れる反応液Ｐと、反応液Ｐの左右を流れる洗浄水とに分離する。分離された反応液Ｐは、流路７ｇを介して貫通穴９ｎからマイクロリアクタ１の外に排出される。洗浄水は、洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介して洗浄水出口１９からマイクロリアクタ１の外に排出される。
（第１の反応部の温度制御）
一方、第１のパターン層４３Ａの恒温水入口３ａから導入された温度Ｔ１に制御された恒温水Ｗ１は、第２のパターン層４３Ｂの恒温水導入口１５ａに達し、溝部１７ａを流れて恒温水排出口１６ａから上方に排出される。また、恒温水導入口１５ａから第３のパターン層４３Ｃの貫通穴６ａを経て第４のパターン層４３Ｄの恒温水導入口１５ｂに達した恒温水Ｗ１は、溝部１７ｂを流れて恒温水排出口１６ｂから上方に排出される。恒温水排出口１６ｂから排出された恒温水のＷ１’は、第３のパターン層４３Ｃの貫通穴６ｂを経て恒温水排出口１６ａから排水される恒温水Ｗ１’と合流して第１のパターン層３３Ｂの恒温水出口４から排出される。
（第２の反応部の温度制御）
また、第９のパターン層４３Ｉの恒温水入口３ｂから導入された温度Ｔ２に制御された恒温水Ｗ２は、第８のパターン層４３Ｈの恒温水導入口１５ｄに達し、溝部１７ｄを流れて恒温水排出口１６ｄから下方に排出される。また、恒温水導入口１５ｄから第７のパターン層４３Ｇの貫通穴６ｃを経て第６のパターン層１３Ｆの恒温水導入口１５ｃに達した恒温水Ｗ２は、溝部１７ｃを流れて恒温水排出口１６ｃから下方に排出される。恒温水排出口１６ｃから排出された恒温水Ｗ２’は、第７のパターン層４３Ｇの貫通穴６ｄを経て恒温水排出口１６ｄに達し、恒温水排出口１６ｄから排出される恒温水Ｗ２’と合流して第９のパターン層４３Ｉの恒温水出口４ｂから排出される。
（第１および第２の反応部間の断熱）
第１の反応部３０ａと第２の反応部３０ｂとは、それらを有する第３および第７のパターン層４３Ｃ，４３Ｇ間に位置する真空に保持された凹部４０を有する第５のパターン層４３Ｅによって両者の間の熱伝導を遮断する。
（第３の実施の形態の効果）
この第３の実施に形態によれば、第２の実施の形態のマイクロリアクタ１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（イ）第１の反応部３０ａを有するパターン層４３Ｃは、熱交換部となる第２および第４のパターン層４３Ｂ，４３Ｄに挟み込まれ、第２の反応部３０ｂを有するパターン層４３Ｇは、熱交換部となる第６および第８のパターン層４３Ｆ，４３Ｈに挟み込まれる構成としたため、各反応部における最適温度で反応を進行させることができるので、収率を向上させることができる。
（ロ）第１の反応部３０ａを有するパターン層４３Ｃと第２の反応部３０ｂを有するパターン層４３Ｇとの間に断熱層を設けているため、第１および第２の反応部３０ａ，３０ｂの間の反応温度差が大きくても、両者の間の熱移動を小さくすることができるため、第１および第２の反応部３０ａ，３０ｂの反応温度の管理が容易となる。
［第４の実施の形態］
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。このマイクロリアクタ１は、１つのパターン層において原料液の合流と反応を行うようにしたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、このマイクロリアクタ１を構成するパターン層５３Ａ〜５３Ｅは、２段電鋳法により形成される。
第１のパターン層５３Ａは、原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ導入する第１および第２の入口２ａ，２ｂと、恒温水Ｗ１を導入する恒温水入口３と、使用後の恒温水Ｗ１’を排出する恒温水出口４とを有する。
第２のパターン層５３Ｂは、第１のパターン層５３Ａの入口２ａ，２ｂ、恒温水入口３および恒温水出口４にそれぞれ対応して形成された貫通穴９ａ，９ｂ、恒温水導入口１５ａおよび恒温水排出口１６ａと、恒温水導入口１５ａ，恒温水排出口１６ａ間を接続する複数の溝部１７ａとを有する。
第３のパターン層５３Ｃは、第２のパターン層５３Ｂの貫通穴９ａ，９ｂ、恒温水導入口１５ａおよび恒温水排出口１６ａにそれぞれ対応して形成された導入口５ａ，５ｂおよび貫通穴６ａ，６ｂと、原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ層流で流して合流部８で合流させる流路７ａ、７ｂと、合流した原料液Ｌ１，Ｌ２を層流状態で流しながら反応させる反応部３０と、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応して得られた反応液Ｍを下層に送る貫通穴９ｃとを有する。
第４のパターン層５３Ｄは、第３のパターン層５３Ｃの貫通穴９ｃ，６ａ，６ｂにそれぞれ対応して形成された貫通穴９ｄ，恒温水導入口１５ｂおよび恒温水排出口１６ｂと、恒温水導入口１５ｂ，恒温水排出口１６ｂ間を接続する溝部１７ｂとを有する。
第５のパターン層５３Ｅは、第４のパターン層５３Ｄの貫通穴９ｄに対応して形成された反応液Ｍの導入口５ｃと、蒸留水等の洗浄水を導入する貫通穴である洗浄水入口１８と、洗浄水入口１８から合流部３４まで洗浄水を流す洗浄水流路３２a、３２ｂと、反応液Ｍを洗浄流路３１まで流す流路７ｃと、洗浄水を合流部３４から導入し、導入口５ｃからの反応液Ｍと接触させながら層流で流す洗浄流路３１と、洗浄が終了した反応液Ｍを分流部３５で分離して反応液Ｍを流路７ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する貫通穴９ｅと、洗浄後の洗浄廃水を洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する洗浄水出口１９とを有する。
（第４の実施の形態の動作）
次に、第４の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作を図１１を参照して説明する。図１１は、マイクロリアクタ１の流体の流れを示す分解斜視図である。
（第１および第２の原料液の合流、反応）
第１のパターン層５３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、第２のパターン層５３Ｂの貫通穴９ａ，９ｂ経て第３のパターン層５３Ｃの導入口５ａ、５ｂに導入される。導入された原料液Ｌ１，Ｌ２は、流路７ａ，７ｂを層流で流れて合流部８で合流する。合流した原料液Ｌ１，Ｌ２は、反応部３０を層流で流れ、原料液Ｌ１，Ｌ２の液界面で反応しながら進行し、その反応液Ｍは、貫通穴９ｃから排出され、第４のパターン層４３Ｄの貫通穴９ｄを経て第５のパターン層５３Ｅの導入口５ｃに導入される。
（反応液の洗浄）
導入口５ｃに導入された反応液Ｍは、第１の実施の形態と同様に、第５のパターン層５３Ｅの洗浄水入口１８から導入された洗浄水によって洗浄され、貫通穴９ｅからマイクロリアクタ１の外に排出され、洗浄後の洗浄廃水は、洗浄水出口１９からマイクロリアクタ１の外に排出される。
（反応部の温度制御）
一方、第１のパターン層５３Ａの恒温水入口３から導入された恒温水Ｗ１は、第１の実施の形態と同様に、第２および第４のパターン層５３Ｂ，５３Ｄの溝部１７ａ，１７ｂを流れて第１のパターン層５３Ｂの恒温水出口４から排出される。第２および第４のパターン層５３Ｂ，５３Ｄに挟まれた第３のパターン層１３Ｃの反応部３０は、反応に伴う発熱や吸熱があっても所望の反応温度に保持される。
（第４の実施の形態の効果）
この第４の実施に形態によれば、第１の実施の形態のマイクロリアクタ１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（イ）１のパターン層において原料液の合流および反応を行うことができるため、装置を小型にすることができる。
（ロ）合流直後から反応温度を制御することができるため、反応の最適化を図ることができ、収率を向上させることができる。
［第５の実施の形態］
図１２は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。このマイクロリアクタ１は、第１の実施の形態において、熱交換を行うパターン層の代わりに断熱層を形成するパターン層を用いたものである。なお、このマイクロリアクタ１を構成するパターン層６３Ａ〜６３Ｆは、２段電鋳法により形成される。
第１のパターン層６３Ａは、原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ導入する第１および第２の入口２ａ，２ｂを有する。
第２のパターン層６３Ｂは、第１のパターン層６３Ａの入口２ａ，２ｂにそれぞれ対応して形成された導入口５ａ，５ｂと、導入された原料液Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ層流で流して合流部８で合流させる流路７ａ、７ｂと、合流した原料液Ｌ１，Ｌ２を下層に送る貫通穴９ａとを有する。
第３のパターン層６３Ｃは、第２のパターン層６３Ｂの貫通穴９ａに対応して形成された貫通穴９ｂと、第２のパターン層６３Ｂと積層されることにより断熱層を形成する凹部４０ａとを有する。
第４のパターン層６３Ｄは、第３のパターン層６３Ｃの貫通穴９ｂに対応して形成された導入口５ｃと、導入された原料液Ｌ１，Ｌ２を層流状態で流しながら反応させる反応部３０と、原料液Ｌ１，Ｌ２を反応して得られた反応液Ｍを下層に送る貫通穴９ｃとを有する。
第５のパターン層６３Ｅは、第４のパターン層６３Ｄの貫通穴９ｃに対応して形成された貫通穴９ｄと、第４のパターン層６３Ｄと積層されることにより断熱層を形成する凹部４０ｂとを有する。
第６のパターン層６３Ｆは、第５のパターン層６３Ｅの貫通穴９ｄに対応して形成された反応液Ｍの導入口５ｄと、蒸留水等の洗浄水を導入する貫通穴である洗浄水入口１８と、洗浄水入口１８から合流部３４まで洗浄水を流す洗浄水流路３２a、３２ｂと、導入口５ｃからの反応液Ｍを洗浄流路３１まで流す流路７ｃと、洗浄水を合流部３４から導入し、反応液Ｍと接触させながら層流で流す洗浄流路３１と、洗浄が終了した反応液Ｍを分流部３５で分離して反応液Ｍを流路７ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する貫通穴９ｅと、洗浄後の洗浄廃水を洗浄水流路３２ｃ，３２ｄを介してマイクロリアクタ１の外に排出する洗浄水出口１９とを有する。
ここで、反応部３０を有する第４のパターン層６３Ｄは、凹部４０ａ，４０ｂを有する第３のパターン層６３Ｃおよび第５のパターン層６３Ｅに挟み込まれ、積層された凹部４０ａ，４０ｂにより断熱される。
（第５の実施の形態の動作）
次に、第５の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の動作を図１３を参照して説明する。図１３は、マイクロリアクタ１の流体の流れを示す分解斜視図である。
（第１および第２の原料液の合流、反応）
第１のパターン層６３Ａの第１の入口２ａから第１の原料液Ｌ１を導入し、第２の入口２ｂから第２の原料液Ｌ２を導入すると、それらの原料液Ｌ１，Ｌ２は、第２のパターン層６３Ｂの導入口５ａ、５ｂを経て流路７ａ，７ｂを層流で流れて合流部８で合流する。合流した原料液Ｌ１，Ｌ２は、貫通穴９ａおよび第３のパターン層６３Ｃの貫通穴９ｂを経て第４のパターン層６３Ｄの導入口５ｄに導入される。導入された原料液Ｌ１，Ｌ２は、反応部３０を層流で流れ、原料液Ｌ１，Ｌ２の液界面で反応しながら進行し、反応液Ｍは、貫通穴９ｃから第５のパターン層６３Ｅの貫通穴９ｄを経て第６のパターン層６３Ｆの導入口５ｄに導入される。
（反応液の洗浄）
導入口５ｄに導入された反応液Ｍは、第１の実施の形態と同様に、第６のパターン層６３Ｆの洗浄水入口１８から導入された洗浄水によって洗浄され、貫通穴９ｅからマイクロリアクタ１の外に排出され、洗浄後の洗浄廃水は、洗浄水出口１９からマイクロリアクタ１の外に排出される。
（反応部の温度制御）
反応部３０は、それを有する第４のパターン層６３Ｄの両側に位置する真空に保持された凹部４０ａ，４０ｂを有する第３および第５のパターン層６３Ｃ，６３Ｅによって熱伝導を遮断し、これによって反応部３０は温度制御される。
（第５の実施の形態の効果）
この第５の実施に形態によれば、恒温水のような流体を用いることなく、断熱層を構成することにより反応部３０での温度制御が可能となる。
［第６の実施の形態］
図１４は、第６の実施の形態に係るマイクロリアクタの斜視図であり、図１５は、マイクロリアクタの分解斜視図を示し、（ａ）は、各機能を有するパターン層を示し、（ｂ）は、各機能を有するパターン層間に積層されるパターン層を示す。
このマイクロリアクタ１は、第１の実施の形態を、１段電鋳法によって形成された第１乃至第１１の１１層のパターン層７３Ａ〜７３Ｋにより構成したものであり、第１の実施の形態の第１乃至第６のパターン層１３Ａ〜１３Ｆと同様に構成された第１、第２、第４、第６、第８、第１０のパターン層７３Ａ，７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｆ，７３Ｈ，７３Ｊと、第２、第４、第６、第８のパターン層７３Ｂ，７３Ｄ，７３Ｆ，７３Ｈ，７３Ｊの下側に配置された第３、第５、第７、第９、第１１のパターン層７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ，７３Ｉ，７３Ｋとを備える。
図１６は、１段電鋳法を説明するための第１および第２のパターン層７３Ａ，７３Ｂを示し、（ａ）は第１のパターン層７３Ａの平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は第２のパターン層７３Ｂの平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（ｅ）および（ｆ）は、ドナー基板の製造工程を示す断面図である。第１および第２のパターン層７３Ａ、７３Ｂは、前述したように１段電鋳法によりパターン層７３Ａ、７３Ｂを貫通させて第１および第２の入口２ａ、２ｂ、恒温水入口３、恒温水出口４、導入口５ａ，５ｂ、貫通穴６ａ、６ｂ，９ａおよび流路７ａ，７ｂを形成する。
次に、新たに追加した第３、第５、第７、第９、第１１のパターン層７３Ｃ，７３Ｅ，７３Ｇ，７３Ｉ，７３Ｋについて説明する。
第３のパターン層７３Ｃは、第２のパターン層７３Ｂの貫通穴６ａ，６ｂ，９ａにそれぞれ対応して形成された貫通穴６ｄ，６ｅ，９ｆを有する。
第５のパターン層７３Ｅは、第４のパターン層１３Ｄの恒温水導入口１５ａ、恒温水排出口１６ａおよび貫通穴９ｂにそれぞれ対応して形成された貫通穴６ｆ，６ｇ，９ｇを有する。
第７のパターン層７３Ｇは、第６のパターン層７３Ｆの貫通穴６ｃ，６ｄおよび貫通穴９ｃにそれぞれ対応して形成された貫通穴６ｈ，６ｉ，９ｈを有する。
第９のパターン層７３Ｉは、第８のパターン層７３Ｈの貫通穴９ｄに対応して形成された貫通穴９ｉを有する。
第１１のパターン層７３Ｋは、第１０のパターン層７３Ｉの貫通穴９ｅ、洗浄水入口１８および洗浄水出口１９にそれぞれ対応して形成された貫通穴９ｋ，３７ａ，３７ｂを有する。
（第６の実施の形態の製造方法）
次に、第６の実施の形態に係るマイクロリアクタ１の製造方法について図１４、図１５および図１６を参照して説明する。まず、金属からなる基板１０を準備し、基板１０の上に厚膜フォトレジストを塗布し、作製するマイクロリアクタ１の各パターン層７３Ａ〜７３Ｋに対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像して、各パターン層７３Ａ〜７３Ｋのポジネガ反転したレジストパターン７４を形成する。
次に、このレジストパターン７４を付した基板１１をめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない基板１１の表面にニッケルめっきを成長させる。次に、レジストパターン７４を除去することにより、マイクロリアクタ１を構成する各パターン層７３Ａ〜７３Ｋが一括して形成されたドナー基板１０が作製される。
次に、このドナー基板１０を図４に示す接合装置２０にセットし、第１の実施の形態の項で説明したように各パターン層を対向基板２７に順次接合してマイクロリアクタ１を作製する。
（第６の実施の形態の効果）
この第６の実施に形態によれば、第１の実施の形態のマイクロリアクタ１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
（イ）エッチングの際にエッチング深さをパターン層の深さの中程で中止するなど、工程管理を厳密に行う必要がないので、パターン層の製造が容易である。
（ロ）各機能を有するパターン層間に各パターン層の上面および底面となるパターン層を介装するため、パターン層の枚数が増えるものの、パターン層の製作が容易なため、マイクロリアクタを容易に製作することができる。なお、必要に応じて両者を使い分けることにより、コストを低減することができる。
以下、本発明の実施例１について説明する。この実施例１は、第１の実施の形態に対応するもので、反応液としてポリメタアクリレート粒子エマルジョンを対象としたものである。
モノマーとしてメタクリル酸１０ｇおよびジビニルベンゼン０．１ｇを混合したものを第１の原料液として、図１に示す第１の入口２ａより流速０．１ｍｌ／ｍｉｎで導入する。また、界面活性剤エマルゲンＭＳ−１１０（花王製）０．５ｇおよびび過硫酸アンモニウム０．０１ｇを蒸留水１２０ｍｌに溶解した溶液を第２の原料液として第２の入口２ｂより流速０．１ｍｌ／ｍｉｎで導入する。導入された２つの原料液は、それぞれ流路７ａ、７ｂを層流で流れ、合流部８で合流した後、貫通穴９ａから貫通穴９ｂを経て導入口５ｃに導入される。導入された２つの原料液は、反応部３０により反応させられ、反応液であるポリメタアクリレート粒子エマルジョンとなる。この反応液を貫通穴９ｃから貫通穴９ｄを経て第６のパターン層１３Ｆの導入口５ｄに導入する。
一方，恒温水入口３から２０℃に制御された冷却水を導入し、第３パターン層１３Ｃと第５のパターン層１３Ｅに導き、第４のパターン層１３Ｄの反応部３０を２０℃に保つ。
第６のパターン層１３Ｆにおいて、反応液を洗浄流路３１に導入し、洗浄水入口１８から流路７ａ，７ｂを介して合流部３４で蒸留水を０．１ｍｌ／ｍｉｎで導入していく。蒸留水との合流部では反応液を中央として両サイドを蒸留水が流れる層流が形成されるので、反応生成物であるポリメタアクリレート粒子エマルジョンは、この層流の中央を流れ続けるが、不要な溶剤成分は両サイドの蒸留水に拡散される。
分流部３５において、洗浄水と反応液を分離することにより、洗浄されたポリメタアクリレート粒子エマルジョンを得る。
なお、メタクリル酸の代りにアクリル酸、メタクリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステル、スチレン、メタクリル酸アミド、アクリル酸アミド、メタクリル酸アルキルアミド、アクリル酸アルキルアミドを用いても同様のエマルジョンを作成することが可能である。
また、上記モノマー中に顔料を分散することも可能である。顔料としては特に限定はないが、カーボンブラック、フタロシアニン系顔料を挙げることができる。
以下、本発明の実施例２について説明する。この実施例２は、第６の実施の形態に対応するものであり、１段電鋳法によるドナー基板１０の製造方法について説明する。
（ドナー基板の製造方法）
次に、マイクロリアクタ１の製造方法について、図４および図１４を参照して説明する。まず、鏡面研磨したステンレスからなる基板１０を準備し、基板１０の上に厚膜フォトレジストを約３０ミクロン塗布し、作製するマイクロリアクタ１の各パターン層に対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像して、各パターン層のポジネガ反転したレジストパターンを形成する。各パターン層の大きさは通常数ｍｍ角から数ｃｍ角であり、それらの間隔は数百μｍから数ｍｍで格子状に規則正しく並べる。なお、フォトレジストの膜厚は、次工程で形成するめっきの膜厚以上あればよい。
次に、このレジストパターンを付した基板１１をめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない基板１１の表面に膜厚２５μｍのニッケルめっきを成長させる。めっきの膜厚は、作製するマイクロリアクタの設計によって決めるが、通常数μｍから百μｍ程度、望ましくは１０μｍから５０μｍである。次に、レジストパターンを除去することにより、マイクロリアクタを構成する各パターン層が一括して形成されたドナー基板１０が作製される。
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に係るに限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができる。
第５の実施の形態を除いて、恒温水を用いて、反応温度制御を行ったが、恒温水の代りにガス、油等温度制御対象に応じて適当なものを用いてもよい。また、反応部を有するパターン層の両側に熱交換部を設けたが、片面に配置してもよい。
ドナー基板１０を作製する際に、めっき部材としてニッケルを用いたが、ニッケル同様にめっきで形成可能な銅や金を用いてもよい。ニッケルは耐薬品性、耐熱温度に優れているので、酸やアルカリ、あるいは高温の反応を伴う合成に用いるマイクロリアクタに適する。また、銅は熱伝導率が極めて大きいので、温度管理に厳しい合成に用いるマイクロリアクタに適する。
パターン層を作製する際に、めっき層のエッチングによらず、切削により溝部１７、導入口５等を形成してもよい。
基板とパターン層との間に、パターン層の剥離を容易とするための離型層を設けてもよい。
本発明の第１の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。 図１に示すマイクロリアクタを構成するパターン層を有するドナー基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 ドナー基板上のパターン層を示し、（ａ）はパターン層の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）〜（ｆ）は２段電鋳法によるパターン層の製造工程を示す断面図である。 接合装置を用いた転写工程を示す模式図であり、（ａ）はＦＡＢ処理工程を示す図、（ｂ）はパターン層の接合工程を示す図、（ｃ）はパターン層の剥離工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るマイクロリアクタの動作を示し、（ａ）は流体の回路図，（ｂ）は流体の流れを示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタの動作を示し、（ａ）は流体の回路図，（ｂ）は流体の流れを示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタの流体の流れを示す分解斜視図である。 本発明の第４の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るマイクロリアクタの流体の流れを示す分解斜視図である。 本発明の第５の実施の形態に係るマイクロリアクタを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各パターン層の平面図である。 本発明の第５の実施の形態に係るマイクロリアクタの流体の流れを示す分解斜視図である。 本発明の第６の実施の形態に係るマイクロリアクタの斜視図である。 本発明の第６の実施の形態に係るマイクロリアクタの分解斜視図を示し、（ａ）は、各機能を有するパターン層を示し、（ｂ）は、各機能を有するパターン層間に積層されるパターン層を示す。 本発明の第６の実施の形態に係るパターン層を示し、（ａ）は第１のパターン層の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｃ）は第２のパターン層の平面図、（ｄ）は（ｃ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（ｅ）および（ｆ）は１段電鋳法によるドナー基板の製造方法を示す断面図である。 従来のマイクロリアクタの分解斜視図である。
符号の説明
１ マイクロリアクタ
２ａ，２ｂ，２ｃ 入口
３，３ａ，３ｂ 恒温水入口
４，４ａ，４ｂ 恒温水出口
５ａ〜５ｅ 導入口
６ａ〜６ｉ 貫通穴
７ａ〜７ｇ 流路
８，８ａ，８ｂ 合流部
９ａ〜９ｎ 貫通穴
１０ ドナー基板
１１ 基板
１２ 離型層
１３Ａ〜１３Ｆ パターン層
１５ａ〜１５ｄ 恒温水導入口
１６ａ〜１６ｄ 恒温水排出口
１７ａ，１７ｂ 溝部
１８ 洗浄水入口
１９ 洗浄水出口
２０ 接合装置
２１ 真空槽
２２ 排気口
２４Ａ ＦＡＢ源
２４Ｂ ＦＡＢ源
２５ 平面ステージ
２６ 対向ステージ
２７ 対向基板
２８ 垂直ステージ
３０，３０ａ，３０ｂ 反応部
３１ 洗浄流路
３２ａ〜３２ｄ 洗浄水流路
３３Ａ〜３３Ｆ パターン層
３４ 合流部
３５ 分流部
３７ 貫通穴
３８ 第１のレジストパターン層
３９ 第２のレジストパターン層
４０ 凹部
４１ａ，４１ｂ ニッケルめっき層
４３Ａ〜４３Ｉ パターン層
５３Ａ〜５３Ｅ パターン層
６３Ａ〜６３Ｆ パターン層
７３Ａ〜７３Ｋ パターン層
７４ レジストパターン
１００ マイクロリアクタ
１１０ パターン層
１１１ａ，１１１ｂ 入口
１１２ 出口
１２０ パターン層
１２２ 合流部
１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｄ 貫通穴
１２３ 反応部
１３０ パターン層
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 原料液
Ｗ１，Ｗ２ 恒温水

Claims (17)

  1. 対象流体に対して所定の処理を行う処理層と、
    前記処理層に接して設けられ、前記処理層に所定の温度環境を付与する温度制御層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子。
  2. 前記処理層は、前記所定の処理として整流、分流、合流、混合、反応、合成、希釈、洗浄又は濃縮を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  3. 前記温度制御層は、熱交換又は断熱を行うことにより前記処理層に所定の温度環境を付与することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  4. 前記処理層および前記温度制御層は、金属板により形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  5. 前記処理層および前記温度制御層は、常温接合により積層されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  6. 前記処理層および前記温度制御層は、電鋳によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  7. 前記処理層および前記温度制御層は、半導体プロセスを用いて形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  8. 前記温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、前記熱交換媒体と前記処理層との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  9. 前記温度制御層は、密閉空間により前記処理層の熱伝導を遮断することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  10. 前記処理層は、前記所定の処理を異なる温度で行う複数の処理層であり、
    前記温度制御層は、前記複数の処理層の間に設けられ、密閉空間により前記複数の処理層間の熱伝導を遮断することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  11. 前記処理層は、前記複数の対象流体を合流させて反応させる反応層と、前記複数の対象流体の反応によって得られた反応液を洗浄する洗浄層とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体素子。
  12. 導入された複数の対象流体を反応させる第１の処理層と、
    前記複数の対象流体の反応により得られた反応流体を洗浄する第２の処理層と、
    前記第１の処理層の前記第２の処理層と反対側、および前記第１および第２の処理層間にそれぞれ設けられ、前記第１の処理層に所定の温度環境を付与する一対の温度制御層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子。
  13. 前記一対の温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、前記熱交換媒体と前記第１の処理層との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ流体素子。
  14. 前記一対の温度制御層は、密閉空間により前記第１の処理層の熱伝導を遮断することを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ流体素子。
  15. 導入された複数の対象流体を第１の温度域で第１の反応を行わせる第１の処理層と、
    前記第１の反応により得られた反応流体、あるいは前記反応流体と他の対象流体とを第２の温度域で第２の反応を行わせる第２の処理層と、
    前記第２の反応により得られた反応流体を洗浄する第３の処理層と、
    前記第１の処理層の前記第２の処理層と反対側、および前記第１および第２の処理層間
    にそれぞれ設けられ、前記第１の処理層に所定の温度環境を付与する一対の第１の温度制御層と、
    前記第２の処理層の前記第３の処理層と反対側、および前記第２および第３の処理層ににそれぞれ設けられ、前記第２の処理層に所定の温度環境を付与する一対の第２の温度制御層と、
    前記一対の第１の温度制御層のうち前記第２の温度制御層側の前記第１の温度制御層と前記一対の第２の温度制御層のうち前記第１の温度制御層側の前記第２の温度制御層との間に設けられ、密閉空間により前記第１および第２の処理層間の熱伝導を遮断する断熱層とを備えたことを特徴とするマイクロ流体素子。
  16. 前記一対の第１の温度制御層は、所定の温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、前記熱交換媒体と前記第１の処理層との間で熱交換を行い、
    前記一対の第２の温度制御層は、所定の温度と異なる温度に制御された熱交換媒体が流れる流路を有し、前記熱交換媒体と前記第２の処理層との間で熱交換を行うことを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ流体素子。
  17. 前記一対の第１の温度制御層は、密閉空間により前記第１の処理層の熱伝導を遮断し、
    前記一対の第２の温度制御層は、密閉空間により前記第２の処理層の熱伝導を遮断することを特徴とする請求項１５に記載のマイクロ流体素子。
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