JP2007111668A - 流路構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】流路構造体の流路から流体が漏出することを確実に防止する。
【解決手段】流路構造体１は、板状の第１部材２、第１部材２上に積層されるシート部材３、および、シート部材３上に積層される第２部材である板状の押圧空間部材４を備える。流路構造体１では、第１部材２および押圧空間部材４がシート部材３に接する状態で互いに固定される。シート部材３は可撓性シートであり、第１部材２の溝部２２１がシート部材３に覆われることにより流路１１が形成され、押圧空間部材４の凹部４１がシート部材３に覆われることにより溝部２２１に重なる範囲に押圧空間１４が形成される。押圧空間１４には、流路１１を流れる試薬流体よりも高圧の圧縮空気が充填され、当該圧縮空気によりシート部材３が流路１１に向けて押圧される。これにより、第１部材２の流路部材２２とシート部材３との間において、流路１１から試薬流体が漏出することが確実に防止される。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体に関する。

従来より、化学合成反応や生化学反応等の分野において、微量の試料流体を反応させるための微小容器として、マイクロリアクタ等の微細流路を有する構造体が利用されている。このような構造体は通常、流路を形成する溝部が設けられた基板を積層することにより形成される。

例えば、特許文献１では、積層された２層の高分子層を真空下において熱圧着することにより、界面領域に２つの微小流路が形成された微小流体分析モジュールを形成する技術が開示されている。この微小流体分析モジュールでは、２つの微小流路のそれぞれの開口が上側の高分子層に隣接して設けられており、２つの微小流路を接続するバルブ部として、これらの開口を上側から覆う可撓性のポリイミドフィルムが設けられている。微小流体分析モジュールでは、ポリイミドフィルムの上側の圧力を小さくし、ポリイミドフィルムを上側に撓ませて開口から離間させることにより、バルブを開いて２つの微小流路を連通させることができる。

特許文献２では、溝部が形成された流路基板の溝部の周囲に自己接着性を有する樹脂薄膜を形成し、流路基板と蓋基板とを樹脂薄膜を介して加圧接合することにより、蓋部材が取り外し可能で、かつ、流路からの流体の漏出を防止するマイクロリアクタが開示されている。

特許文献３では、流路を形成する溝部が主面に形成された２枚の板状基材を積層し、これらの板状基材を２枚の圧接部材により挟んだ状態で、板状基材の周囲において圧接部材同士をボルトで固定することにより、分解および再組み立てが可能なマイクロ流体デバイスを形成する技術が開示されている。このマイクロ流体デバイスでは、板状基材の表面において、流路を形成する溝部とそれ以外の部位とでぬれ性を異ならせることにより、流路からの流体の漏出が防止される。

一方、特許文献４の積層マイクロチャンネルアレイ装置では、積層された各基板の表面に、流体が流入する凹部、および、凹部の周囲を取り囲むとともに微細な多数の溝が形成された土手部が設けられている。
特表２００１−５１０２７５号公報 特開２００５−１１１５６７号公報 特開２００５−７５２９号公報 特開平１１−１６５０６２号公報

ところで、特許文献１の微小流体分析モジュールは分解することができないため、モジュールの内部を十分に洗浄することが困難であり、また、流路の目詰まり等が発生した場合にも分解してメンテナンスすることができない。特許文献２のマイクロリアクタでは、蓋部材が自己接着性を有する樹脂薄膜を介して流路基板に加圧接合されているため、蓋部材の取り外しは可能ではあるが容易ではなく、また、再組み立ても容易に行うことはできない。

特許文献３のマイクロ流体デバイスでは、上記のような問題は解決されているが、溝部の表面改質工程が必要であり、製造に多くの工程が必要となる。また、ボルトによる圧接部材の固定が弛んだ場合等に、流路の周辺において２枚の板状基材が流路を流れる液体の圧力により離間し、液体が流路から漏出してしまう可能性もある。このような液体の漏出を防止するために、板状基材の流路近傍にもボルトを設けてより強固に板状基材を固定することが考えられるが、流路はマイクロ流体デバイスの用途等により様々な形状とされるため、流路が形成される可能性がある領域にボルトを設けることは好ましくない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流路構造体の流路から流体が漏出することを確実に防止することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、所定の積層方向に対して垂直な板状の第１部材と、前記第１部材上において前記積層方向に積層される板状またはシート状の中間部材と、前記中間部材上に積層される板状の第２部材とを備え、前記第１部材および前記第２部材が前記中間部材に接する状態で互いに固定されており、前記第１部材および前記中間部材の互いに対向する２つの主面の少なくとも一方に流路を形成する溝部が設けられ、前記中間部材および前記第２部材の間に、前記流路を流れる流体よりも高圧の押圧流体が充填される押圧空間が前記溝部に重なる範囲に形成される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記溝部が前記第１部材にのみ形成されており、前記中間部材が、前記溝部を覆う可撓性シートである。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の流路構造体であって、前記第２部材が、前記押圧空間の周囲を囲むとともに前記中間部材に向かって突出する押圧空間封止用の線状突出部を備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の流路構造体であって、前記第１部材が、前記中間部材側の主面において、前記第２部材の前記線状突出部の内側に沿って前記溝部の周囲を囲むとともに前記中間部材に向かって突出する線状補助突出部を備える。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材が、前記中間部材に接するとともに前記溝部が形成された流路部材と、前記第２部材と共に前記中間部材および前記流路部材を挟み込む主板部材とを備える。

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、前記中間部材および前記第２部材が、前記溝部に重なる領域において透光性を有する。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記中間部材の少なくとも一方の部材が、前記溝部の周囲を囲むとともに他方の部材に向かって突出する溝封止用の線状突出部を備える。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の流路構造体であって、前記第１部材と前記中間部材との間に、前記線状突出部の周囲を囲むとともに前記押圧流体よりも低圧であって前記流路を流れる流体とおよそ等しい圧力を有する封止流体が充填される封止空間が形成される。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の流路構造体であって、前記封止流体が気体である。

請求項１０に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、前記溝部が、前記第１部材および前記中間部材の一方のみに形成されており、前記第１部材と前記中間部材との間において前記溝部を覆う可撓性シートをさらに備える。

請求項１１に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、前記線状突出部が、頂部に前記他方の部材に密着する弾性を有する封止層を備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記中間部材の一方の部材が、前記溝部の周囲を囲むとともに他方の部材に密着する弾性を有する封止層を備える。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１または１２に記載の流路構造体であって、前記封止層が樹脂である。

請求項１４に記載の発明は、請求項７ないし１３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記溝部が、前記中間部材にのみ形成される。

請求項１５に記載の発明は、請求項７ないし１４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記中間部材と前記第２部材との間に、前記押圧空間の周囲を囲む押圧空間封止用の線状封止部をさらに備える。

請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれかに記載の流路構造体であって、前記押圧流体が気体である。

請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし１６のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材が、前記溝部に重なる領域において透光性を有する。

本発明では、流路から流体が漏れることを確実に防止することができる。請求項３および１５の発明では、押圧空間から押圧流体が漏出することを防止することができる。

請求項５および１４の発明では、流路の形状を容易に変更することができる。請求項６および１７の発明では、流路内を容易に観察することができる。請求項１６の発明では、流路構造体のメンテナンス時の取り扱いを容易化することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体１の構成を示す平面図であり、図２は、流路構造体１を図１中に示すＡ−Ａの位置で切断した断面図である。図１に示すように、流路構造体１は、平面視において略矩形状とされ、内部には流体が流れる略直線状の微細流路（以下、単に「流路」という。）１１が形成される。本実施の形態では、流路１１を流れる流体は液状の薬品等であり、以下、「試薬流体」と呼ぶ。

図２に示すように、流路構造体１は、所定の積層方向（すなわち、図２中のＺ方向）に対して垂直な板状の第１部材２、第１部材２上において積層方向に積層されるシート状の中間部材（以下、「シート部材」という。）３、および、シート部材３上に積層される板状の第２部材４を備える。図２では、図示の都合上、シート部材３を実際よりも厚く描いている。

第１部材２は、シート部材３に接するとともに流路１１を形成する溝部２２１がシート部材３に対向する主面（すなわち、（＋Ｚ）側の主面）に設けられた流路部材２２、並びに、第２部材４と共にシート部材３および流路部材２２を挟み込む主板部材２１を備える。後述するように、第２部材４は、押圧流体が充填される押圧空間を形成するため、以下、第２部材４を「押圧空間部材４」という。主板部材２１および押圧空間部材４は高い剛性を有する部材であり、本実施の形態では金属により形成される。流路構造体１では、第１部材２および押圧空間部材４がシート部材３に接する状態で積層されており、押圧空間部材４に形成された穴を介して第１部材２の主板部材２１に形成されたネジ穴にボルト５が螺合することにより、第１部材２および押圧空間部材４が互いに押圧された状態にて固定される。

流路部材２２では、Ｘ方向に伸びる溝部２２１の両端部（すなわち、（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側の端部）において、積層方向に沿って主板部材２１に向かって伸びる２つの垂直流路が形成される。これらの垂直流路は、主板部材２１に設けられた２つの貫通穴に連通し、流路１１に試薬流体を供給する供給流路１２および試薬流体を流路１１から排出する排出流路１３となる。流路構造体１では、試薬流体を供給および排出する供給口１２１および排出口１３１が主板部材２１の（−Ｚ）側の主面に設けられる。

シート部材３は、流路部材２２の溝部２２１を覆う可撓性シートであり、溝部２２１が（＋Ｚ）側からシート部材３に覆われることにより、第１部材２とシート部材３との間に流路１１が形成される。流路構造体１では、シート部材３には流路１１を形成する溝部は設けられておらず、流路１１を形成する溝部は第１部材２のみに形成されている。シート部材３は、流路１１を流れる試薬流体に接するため、薬品等に対する高い耐久性を有する材料により形成されることが好ましい。本実施の形態では、薬品等に対する高い耐久性を有するとともに可撓性に富む塩化ビニルシートがシート部材３として用いられる。また、シート部材３は透光性を有する。なお、シート部材３は、薬品等に対して高い耐久性を有し、可撓性に富むものであれば塩化ビニルシートには限定されない。

図１および図２に示すように、押圧空間部材４のシート部材３側には、流路部材２２の溝部２２１全体と重なる（すなわち、平面視において溝部２２１全体を含む）凹部４１が形成されている。凹部４１の底部（すなわち、（＋Ｚ）側）には、流路部材２２の溝部２２１と重なる領域に開口４２が形成されており、開口４２を（−Ｚ）側から閉塞する透光性を有するガラス板４３が凹部４１内に設けられる。換言すれば、流路構造体１では、押圧空間部材４およびシート部材３が、溝部２２１に重なる領域において透光性を有する。

流路構造体１では、押圧空間部材４の凹部４１が（−Ｚ）側からシート部材３に覆われることにより、押圧空間部材４およびシート部材３の間において、溝部２２１に重なる範囲に空間１４が形成される。空間１４には、流路１１を流れる試薬流体よりも高圧の流体が充填され、当該流体によりシート部材３が流路１１に向けて押圧される。以下、当該流体を「押圧流体」と呼び、押圧流体が充填される空間１４を「押圧空間１４」と呼ぶ。押圧空間部材４の（＋Ｚ）側の主面には、押圧空間１４に押圧流体を供給する供給口１４１が設けられ、本実施の形態では、供給口１４１から圧縮空気が押圧流体として押圧空間１４に供給されて充填されることで、押圧空間１４が、流路１１を流れる試薬流体よりも高圧状態に保たれる。

押圧空間部材４は、シート部材３に向かって突出する線状突出部（土堤部と捉えることができる。）４４を備える。線状突出部４４は、押圧空間１４の周囲を囲んで設けられており、シート部材３の（＋Ｚ）側の主面に当接することにより押圧空間１４の周囲を封止する。図２に示すように、線状突出部４４の断面は略矩形であり、その頂部（すなわち、（−Ｚ）側の先端部）は積層方向に垂直な平面とされる。なお、線状突出部４４の断面は、半円形状や略半円形状であってもよい。

流路構造体１では、押圧空間１４に圧縮空気が充填された状態で、流路１１の供給口１２１から試薬流体が加圧されつつ供給されて（すなわち、加圧送液されて）流路１１を流れ、排出口１３１から排出される。このとき、シート部材３の（−Ｚ）側において流路１１を流れる試薬流体の圧力（いわゆる、送液圧力）は、上述のように、シート部材３の（＋Ｚ）側の押圧空間１４内の圧縮空気の圧力よりも低いため、シート部材３は押圧空間１４と重なる領域（すなわち、溝部２２１を含む領域）において流路部材２２に対して強くかつ均等に押圧される。これにより、第１部材２の流路部材２２とシート部材３との間において、流路１１から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。

また、流路部材２２の溝部２２１と重なる領域では、圧縮空気により押圧された可撓性を有するシート部材３が溝部２２１の内側に向かって撓み、溝部２２１のエッジにおいて流路部材２２に対してさらに強く押圧される。これにより、流路部材２２とシート部材３との間における試薬流体の流路１１からの流出をより確実に防止することができる。シート部材３は、シート部材３の反発力が圧縮空気の圧力と試薬流体の圧力との差に等しくなる状態まで流路１１側に撓む。

流路構造体１では、可撓性に富む塩化ビニルシートがシート部材３として用いられるため、シート部材３の流路部材２２に対する密着性を向上することができ、流路１１からの試薬流体の流出をさらに確実に防止することができる。また、塩化ビニルシートは耐薬品性に優れているため、流路構造体１では様々な種類の試薬流体を取り扱うことができる。

流路構造体１では、押圧空間部材４が押圧空間封止用の線状突出部４４を備えているため、線状突出部４４が設けられない場合に比べて、押圧空間部材４とシート部材３との接触面積が小さくされる。これにより、押圧空間１４の周囲において、押圧空間部材４をシート部材３に対して押圧する単位面積当たりの力を大きくすることができるため、押圧空間部材４とシート部材３との間において、押圧空間１４から圧縮空気が漏出することを確実に防止することができる。その結果、圧縮空気によりシート部材３を第１部材２の流路部材２２に対してより強く押圧することができ、流路１１からの試薬流体の漏出をより確実に防止することができる。

また、流路構造体１では、第１部材２が、溝部２２１が形成された流路部材２２、および、流路部材２２を挟んで押圧空間部材４と互いに固定される主板部材２１を備える。このため、流路１１の形状（すなわち、流路１１の幅および高さ等の断面形状、並びに、流路１１全体の長さや屈曲部の有無、分岐の有無等の全体形状）の変更は、流路部材２２のみを変更することにより実現することができる。このように、流路構造体１では、流路部材２２の交換により流路１１の形状を容易に変更することができる。

ところで、流路部材２２の交換や流路１１の洗浄等、流路構造体１を分解してメンテナンスする際には、押圧空間１４に充填されている押圧流体の除去が必要になる。流路構造体１では、押圧流体が気体（本実施の形態では、圧縮空気）であるため、メンテナンス時には押圧空間１４の供給口１４１を大気開放して圧縮空気を周囲へと自然に流出させるだけでよい。このように、押圧流体を気体とすることにより、流路構造体１のメンテナンス時の取り扱いを容易化することができる。

上述のように、流路構造体１では、溝部２２１の（＋Ｚ）側に位置するシート部材３および押圧空間部材４が、溝部２２１に重なる領域において透光性を有するため、試薬流体が流れる流路１１内の様子を視覚的に容易に観察することができる。また、流路１１内の試薬流体に光を照射することができるため、試薬流体の光反応を行うための容器として流路構造体１を利用することができる。なお、押圧空間部材４のガラス板４３は、押圧空間１４に圧縮空気が充填されていない状態において、シート部材３の（＋Ｚ）側の主面に当接していてもよい。

流路構造体１では、例えば、流路１１の押圧空間部材４側に透光部（すなわち、押圧空間部材４の開口４２およびガラス板４３）が設けられない場合等、必要に応じて、第１部材２の主板部材２１および流路部材２２に透光部が設けられてもよい。例えば、主板部材２１および流路部材２２が、透光性を有するガラスにより形成されてもよい。このように、第１部材２が溝部２２１に重なる領域において透光性を有することにより、流路１１内の様子を視覚的に容易に観察することができ、また、流路構造体１を試薬流体の光反応用の容器として利用することもできる。なお、流路１１の押圧空間部材４側および第１部材２側の双方に透光部を設けることにより、例えば、押圧空間部材４側から流路１１に光を照射するとともに第１部材２側から流路１１内を観察することもできる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体１ａについて説明する。図３は、流路構造体１ａの構成を示す平面図であり、図４は、流路構造体１ａを図３中に示すＢ−Ｂの位置で切断した断面図である。図３および図４に示すように、流路構造体１ａでは、第１部材２の流路部材２２が、中間部材であるシート部材３側（すなわち、（＋Ｚ）側）の主面において、シート部材３に向かって突出する線状補助突出部２２２を備える。その他の構成は図１および図２と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図３および図４に示すように、線状補助突出部２２２は、押圧空間部材４（すなわち、第２部材）の線状突出部４４の内側に沿って流路部材２２の溝部２２１の周囲を囲んで設けられており、シート部材３の（−Ｚ）側の主面に当接することにより溝部２２１の周囲を封止する。図４に示すように、線状補助突出部２２２の断面は略矩形であり、その頂部（すなわち、（＋Ｚ）側の先端部）は積層方向に垂直な平面とされる。

流路構造体１ａでは、第１の実施の形態と同様に、流路１１を流れる試薬流体よりも高圧の押圧流体が押圧空間１４に充填されることにより、シート部材３が流路部材２２に対して押圧され、第１部材２の流路部材２２とシート部材３との間において、流路１１から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。また、可撓性を有するシート部材３が溝部２２１の内側に向かって撓むことにより、流路部材２２とシート部材３との間における試薬流体の流路１１からの流出をより確実に防止することができる。

流路構造体１ａでは、特に、シート部材３に向かって突出する線状補助突出部２２２が流路部材２２に設けられているため、溝部２２１の周囲において、シート部材３が線状補助突出部２２２の頂部および線状突出部４４の頂部により互いに逆方向に撓む。さらに、線状補助突出部２２２の頂部において、シート部材３が、線状補助突出部２２２の内側（すなわち、溝部２２１側）のエッジでさらに撓む。これにより、流路１１がより強固に封止され、流路部材２２とシート部材３との間において、流路１１から試薬流体が漏出することをさらに確実に防止することができる。

第１の実施の形態と同様に、流路構造体１ａでは、線状突出部４４によりシート部材３を流路部材２２に対して押圧することにより、押圧空間部材４とシート部材３との間において、押圧空間１４から圧縮空気が漏出することを確実に防止することができる。また、第１部材２が流路部材２２および主板部材２１を備えているため、流路１１の形状を容易に変更することができる。さらには、押圧流体を気体とすることにより、流路構造体１ａのメンテナンス時の取り扱いを容易化することができる。

また、シート部材３および押圧空間部材４が、溝部２２１に重なる領域において透光性を有するため、試薬流体が流れる流路１１内の様子を視覚的に容易に観察することができる。さらには、試薬流体の光反応を行うための容器として流路構造体１ａを利用することもできる。流路構造体１ａでは、第１部材２が流路１１に重なる領域において透光性を有していてもよく、この場合も流路１１内の様子を視覚的に容易に観察することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係る流路構造体１ｂについて説明する。図５は、流路構造体１ｂの構成を示す平面図であり、図６は、流路構造体１ｂを図５中に示すＣ−Ｃの位置で切断した断面図である。図５に示すように、流路構造体１ｂの内部には、試薬流体が流れる折れ線状の流路１１ａが形成される。なお、図５では、図面の理解を容易にするために、後述の線状突出部２２３およびＯリング２１１を細い実線にて描いている。

図６に示すように、流路構造体１ｂは、所定の積層方向（すなわち、図６中のＺ方向）に積層される第１部材である主板部材２１ａ、中間部材である流路部材２２ａ、および、第２部材である押圧空間部材４ａを備える。図５および図６では、図示の都合上、第１部材である主板部材２１ａが（＋Ｚ）側になるように描いている。主板部材２１ａ、流路部材２２ａおよび押圧空間部材４ａは、第１の実施の形態と同様に、積層方向に対して垂直な板状の部材である。流路構造体１ｂでは、（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向に向かって、流路部材２２ａが主板部材２１ａ上において積層方向に積層され、押圧空間部材４ａが流路部材２２ａ上において積層方向に積層される。

主板部材２１ａおよび押圧空間部材４ａは高い剛性を有する部材であり、本実施の形態では、主板部材２１ａが透光性を有するガラスにより形成され、押圧空間部材４ａが金属により形成される。流路構造体１ｂでは、主板部材２１ａおよび押圧空間部材４ａが流路部材２２ａに接する状態で積層されており、主板部材２１ａに形成された穴を介して押圧空間部材４ａに形成されたネジ穴にボルト５が螺合することにより、主板部材２１ａおよび押圧空間部材４ａが互いに押圧された状態にて固定される。

図５および図６に示すように、流路部材２２ａは、主板部材２１ａに向かって突出する線状突出部２２３を備える。流路構造体１ｂでは、線状突出部２２３に囲まれる溝部２２１ａが主板部材２１ａにより（＋Ｚ）側から閉塞されることにより流路１１ａが形成される。換言すれば、流路部材２２ａでは、主板部材２１ａに対向する主面（すなわち、（＋Ｚ）側の主面）に、流路１１ａを形成する溝部２２１ａ、および、溝部２２１ａの周囲を囲む溝封止用の線状突出部２２３が設けられる。

流路構造体１ｂは、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間に、線状封止部であるＯリング２１１を備える。Ｏリング２１１は、平面視において略矩形枠状であり、流路部材２２ａの線状突出部２２３の周囲を囲む。Ｏリング２１１は弾性を有する樹脂製の部材であり、主板部材２１ａが流路部材２２ａに対して押圧されることにより弾性変形し、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間に、流路部材２２ａの線状突出部２２３の周囲を囲む空間１５が形成される。流路構造体１ｂでは、空間１５に、流路１１ａを流れる流体とおよそ等しい圧力を有する流体が充填され、当該流体は、流路１１ａを流れる試薬流体の流路１１ａ内への封止に利用される。以下、空間１５内に充填される流体を「封止流体」と呼び、空間１５を「封止空間１５」と呼ぶ。本実施の形態では、封止流体として圧縮空気が利用される。

また、流路構造体１ｂは、流路部材２２ａと押圧空間部材４ａとの間にＯリング４４ａを備える。Ｏリング４４ａは、平面視において略矩形枠状であり、主板部材２１ａに設けられたＯリング２１１よりも外側に設けられる。Ｏリング４４ａは弾性を有する樹脂製の部材であり、押圧空間部材４ａが流路部材２２ａに対して押圧されることにより弾性変形し、押圧空間部材４ａおよび流路部材２２ａの間において、溝部２２１ａおよび封止空間１５に重なる範囲に押圧空間１４ａが形成される。換言すれば、Ｏリング４４ａは、押圧空間１４ａの周囲を囲む押圧空間封止用の線状封止部である。

流路構造体１ｂでは、押圧空間部材４ａの（−Ｚ）側の主面の略中央部に供給口１４１が設けられ、第１の実施の形態と同様に、押圧流体である圧縮空気が供給口１４１を介して押圧空間１４ａに充填された状態で保たれる。押圧空間１４ａ内の押圧流体は、流路１１ａを流れる試薬流体、および、封止空間１５に充填された封止流体よりも高圧であり、当該押圧流体により流路部材２２ａが主板部材２１ａに向けて押圧される。流路部材２２ａでは、試薬流体および封止流体が押圧流体よりも低圧とされることにより、試薬流体および封止流体の圧力により流路部材２２ａと主板部材２１ａとが離間することが防止される。

図６に示すように、流路部材２２ａでは、溝部２２１ａの両端部（すなわち、（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側の端部）において、積層方向に沿って押圧空間部材４ａに向かって伸びる２つの垂直流路が形成される。これらの垂直流路は、押圧空間部材４ａに設けられた２つの貫通穴に連通し、流路１１ａに試薬流体を供給する供給流路１２および試薬流体を流路１１ａから排出する排出流路１３となる。流路構造体１ｂでは、試薬流体を供給および排出する供給口１２１および排出口１３１が押圧空間部材４ａの（−Ｚ）側の主面に設けられる。また、流路部材２２ａでは、線状突出部２２３の（−Ｘ）側の端部に貫通穴が設けられる。当該貫通穴は、押圧空間部材４ａに設けられた貫通穴に連通し、封止空間１５に封止流体を供給する供給流路１６となる。流路構造体１ｂでは、封止流体を供給する供給口１６１が押圧空間部材４ａの（−Ｚ）側の主面に設けられる。

図５および図６に示すように、流路構造体１ｂでは、流路部材２２ａと押圧空間部材４ａとの間に、供給流路１２および排出流路１３の周囲を囲むＯリング４５，４６が設けられ、試薬流体が供給流路１２および排出流路１３から漏出することが防止される。また、供給流路１６の周囲を囲むＯリング４７も設けられ、封止流体が供給流路１６から漏出することが防止される。

流路構造体１ｂでは、流路１１ａを流れる試薬流体よりも高圧の押圧流体が押圧空間１４ａに充填されることにより、流路部材２２ａが主板部材２１ａに対して押圧され、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において、流路１１ａから試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。また、流路部材２２ａが溝封止用の線状突出部２２３を備えているため、流路部材２２ａと主板部材２１ａとの接触面積を小さくし、流路１１ａの周囲において流路部材２２ａを主板部材２１ａに対して押圧する単位面積当たりの力を大きくすることができる。その結果、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において、流路１１ａから試薬流体が漏出することをより確実に防止することができる。

流路構造体１ｂでは、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間に、線状突出部２２３の周囲を囲む封止空間１５が設けられ、試薬流体とおよそ等しい圧力を有する封止流体が封止空間１５に充填される。これにより、流路１１ａの周囲において主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間が確実に封止され、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において、流路１１ａから試薬流体が漏出することをさらに確実に防止することができる。また、封止流体が気体（本実施の形態では、圧縮空気）であるため、流路１１ａを流れる試薬流体が液体である場合、仮に封止流体と試薬流体とが接触したとしても、封止流体の試薬流体への混入を抑制して試薬流体に対する影響を小さくすることができる。

押圧空間部材４ａと流路部材２２ａとの間には、押圧空間封止用のＯリング４４ａが設けられているため、押圧空間部材４ａと流路部材２２ａとの接触面積が小さくされる。これにより、押圧空間１４ａの周囲において、押圧空間部材４ａを流路部材２２ａに対して押圧する単位面積当たりの力を大きくすることができるため、押圧空間部材４ａと流路部材２２ａとの間において、押圧空間１４ａから押圧流体が漏出することを確実に防止することができる。その結果、押圧流体により流路部材２２ａを主板部材２１ａに対してより強く押圧することができ、流路１１ａからの試薬流体の漏出をより確実に防止することができる。

上述のように、流路構造体１ｂでは、主板部材２１ａが透光性を有するガラスにより形成されており、溝部２２１ａに重なる領域においても透光性を有するため、試薬流体が流れる流路１１ａ内の様子を視覚的に容易に観察することができる。また、流路構造体１ｂを試薬流体の光反応用の容器として利用することもできる。

流路構造体１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、溝部２２１ａが流路部材２２ａにのみ形成されるため、流路部材２２ａのみを変更することにより、流路１１ａの形状を容易に変更することができる。また、押圧流体が気体（本実施の形態では、圧縮空気）であるため、流路構造体１ｂのメンテナンス時の取り扱いを容易化することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態に係る流路構造体１ｃについて説明する。図７は、流路構造体１ｃの構成を示す断面図である。図７に示すように、流路構造体１ｃは、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において、流路部材２２ａのみに形成された溝部２２１ａを覆う可撓性シートである補助シート部材２２５を備える。その他の構成は、図５および図６に示す流路構造体１ｂと同様であり、以下の説明において同符号を付す。

流路構造体１ｃでは、補助シート部材２２５が、流路部材２２ａの線状突出部２２３と主板部材２１ａとの間に挟まれることにより、線状突出部２２３のエッジに沿って弾性変形しつつ当該エッジに対して強く押圧される。このように、弾性変形する補助シート部材２２５により、流路１１ａの周囲において主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間が封止されることにより、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において流路１１ａから試薬流体が漏出することをより確実に防止することができる。なお、補助シート部材２２５としては、例えば、透光性を有する塩化ビニルシートが用いられる。

次に、本発明の第５の実施の形態に係る流路構造体１ｄについて説明する。図８は、流路構造体１ｄの構造を示す断面図である。図８に示すように、流路構造体１ｄの流路部材２２ａでは、線状突出部２２３の（＋Ｚ）側（すなわち、主板部材２１ａ側）の頂部に、弾性を有する封止層２２４が設けられる。その他の構成は、図５および図６に示す流路構造体１ｂと同様であり、以下の説明において同符号を付す。

封止層２２４は樹脂により形成されており、本実施の形態では、シリコンボンド等のコーティング剤が封止層２２４として利用される。封止層２２４は、弾性を有する材料であれば樹脂には限定されないが、封止層２２４の形成の容易性、および、材料入手の容易性という観点からは、樹脂により形成されることが好ましい。封止層２２４は、シリコンボンド等を塗布して硬化することにより形成される。封止層２２４として、紫外線硬化性樹脂が利用される場合には、塗布後に紫外線を照射することにより封止層２２４が容易に形成される（第６の実施の形態においても同様）。

流路構造体１ｄでは、流路部材２２ａが主板部材２１ａに対して押圧されることにより、封止層２２４が弾性変形しつつ主板部材２１ａの（−Ｚ）側の主面に強く押圧されて密着する。このように、流路構造体１ｄでは、流路部材２２ａの線状突出部２２３が弾性を有する封止層２２４を頂部に備え、流路１１ａの周囲において封止層２２４により主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間が封止される。その結果、主板部材２１ａと流路部材２２ａとの間において流路１１ａから試薬流体が漏出することをより確実に防止することができる。

次に、本発明の第６の実施の形態に係る流路構造体１ｅについて説明する。図９は、流路構造体１ｅの構成を示す平面図であり、図１０は、流路構造体１ｅを図９中に示すＤ−Ｄの位置で切断した断面図である。図９に示すように、流路構造体１ｅの内部には、折れ線状の流路１１ｂが形成される。流路構造体１ｅでは、図１０に示すように、図６に示す流路部材２２ａに代えて溝部２２１ｂを有する流路部材２２ｂが設けられ、流路部材２２ｂは、（＋Ｚ）側（すなわち、主板部材２１ａ側）の主面のほぼ全域に溝部２２１ｂの周囲を囲む封止層２２４ａを備える。その他の構成は、図５および図６に示す流路構造体１ｂと同様であり、以下の説明において同符号を付す。

封止層２２４ａは弾性を有する樹脂により形成されており、本実施の形態では、シリコンボンド等のコーティング剤が封止層２２４ａとして利用される。封止層２２４ａは、弾性を有する材料であれば樹脂には限定されないが、封止層２２４ａの形成の容易性、および、材料入手の容易性という観点からは、樹脂により形成されることが好ましい。

流路構造体１ｅでは、流路部材２２ｂが主板部材２１ａに対して押圧されることにより、封止層２２４ａが弾性変形しつつ主板部材２１ａの（−Ｚ）側の主面に強く押圧されて密着する。流路構造体１ｅでは、封止層２２４ａにより、流路１１ｂの周囲において主板部材２１ａと流路部材２２ｂとの間が広い範囲に亘って封止される。その結果、主板部材２１ａと流路部材２２ｂとの間において流路１１ｂから試薬流体が漏出することをより確実に防止することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

押圧空間１４に充填される押圧流体は、空気以外の気体（例えば、窒素（Ｎ_２）ガス）であってもよく、あるいは、純水等の液体であってもよい。押圧流体として液体が用いられる場合、液体は気体に比べて膨張率が小さいため、流路構造体が万一破損した場合であっても、押圧流体の周囲に対する拡散を抑制することができる。

また、押圧流体は必ずしも押圧空間１４に充填されて封止される必要はない。例えば、押圧空間１４から押圧流体を排出する排出口が供給口１４１とは別に設けられ、押圧流体が、流路１１を流れる試薬流体よりも高い圧力にて押圧空間１４を流れる構造とされてもよい。この場合、押圧空間１４を流れる押圧流体の温度を制御することにより、流路１１を流れる試薬流体の温度調整を行うことができる。温度調整を効率的に行うという観点からは、気体に比べて比熱が大きい液体が押圧流体として用いられることが好ましい。

第１および第２の実施の形態に係る流路構造体では、シート部材３は塩化ビニルシートには限定されず、可撓性を有するシート状の部材であれば他の材料により形成されたものであってもよい（第４の実施の形態に係る流路構造体１ｃの補助シート部材２２５においても同様）。この場合、様々な種類の試薬流体を取り扱うという観点からは、テフロン（登録商標）シート等のように、高い耐薬品性を有するものがシート部材３として利用されることが好ましい。耐薬品性の向上という観点からは、シート部材３として複数枚のシートが積層されたものが用いられてもよい。第１および第２の実施の形態に係る流路構造体では、流路形状の変更が行われない場合等には、流路部材２２と主板部材２１が一体物として形成されてもよい。

第３および第５の実施の形態に係る流路構造体では、溝封止用の線状突出部２２３は、必ずしも中間部材である流路部材２２ａに設けられる必要はなく、第１部材である主板部材２１ａの流路部材２２ａ側において、溝部２２１ａが形成された流路部材２２ａに向かって突出するように設けられてもよい。また、流路部材２２ａおよび主板部材２１ａの双方に線状突出部が設けられてもよい。第６の実施の形態に係る流路構造体１ｅでは、溝部２２１ｂの周囲を囲む封止層２２４ａは、必ずしも中間部材である流路部材２２ｂに設けられる必要はなく、第１部材である主板部材２１ａの流路部材２２ｂ側に設けられてもよい。

第３ないし第６の実施の形態に係る流路構造体では、中間部材である流路部材に代えて、第１部材である主板部材２１ａの流路部材側に、流路を形成する溝部が設けられてもよい。また、第３、第５および第６の実施の形態に係る流路構造体では、流路部材および主板部材２１ａの双方に溝部が形成されてもよい。

第３ないし第６の実施の形態に係る流路構造体では、Ｏリング４４ａに代えて、他の部材が押圧空間封止用の線状封止部として設けられてもよい。例えば、押圧空間部材４ａを形成する際に、押圧空間１４ａの周囲を囲む線状の凸部が流路部材側の主面に一体的に形成されてもよい。

上記実施の形態に係る流路構造体では、試薬流体の供給口１２１および排出口１３１が、積層方向に垂直な主面（すなわち、主板部材や押圧空間部材の主面）ではなく、積層方向に平行な側面に設けられてもよい。これにより、流路構造体を平面的に複数配置することができるとともに複数の流路構造体の流路を連結して長い流路を形成することもできる。流路構造体は、積層方向が重力方向に対して垂直になる向きに配置（いわゆる、縦置き）されてもよい。

流路構造体では、試薬流体の供給において、供給口１２１からの加圧送液に代えて、排出口１３１側からの吸引による減圧送液が行われてもよい。また、加圧送液および減圧送液が並行して行われてもよい。これにより、高粘度の試薬流体の送液においてもエア噛みを確実に防止することができるとともに流路構造体の配置の自由度を向上することができる。

第１および第２の実施の形態に係る流路構造体では、複数組のシート部材３および流路部材２２が、主板部材２１と押圧空間部材４との間に積層されてもよい。この場合、主板部材２１側から見て１番目の流路１１に関しては、主板部材２１および１番目の流路部材２２が、１番目の流路１１が形成された第１部材に相当する。また、１番目のシート部材３が第１部材上に積層される中間部材に相当し、２番目の流路部材２２が中間部材上に積層される第２部材に相当する。また、主板部材２１側から見て２番目の流路１１に関しては、２番目の流路部材２２が、流路が形成された第１部材に相当する。第３ないし第６の実施の形態に係る流路構造体でも、複数の流路部材（第４の実施の形態では、複数組の流路部材２２ａおよび補助シート部材２２５）が、主板部材と押圧空間部材との間に積層されてもよい。

流路構造体では、試薬流体に対する紫外線の影響を防止したい場合には、例えば、ガラス板４３やガラス製の主板部材２１ａとして、紫外線を遮断する性質を有するものが用いられる。また、試薬流体の視覚的観察が不要である場合等には、溝部に重なる透光部が省略されてもよい。主板部材および押圧空間部材は高い剛性を有していればよく、例えば、セラミックにより形成されてもよい。

主板部材と押圧空間部材とは、必ずしもボルト５により固定される必要はなく、例えば、フック式の留め具やクリップが固定治具として用いられてもよく、また、主板部材および押圧空間部材の外周を嵌め合わせることにより互いに固定されてもよい。

上記実施の形態では、直線状および折れ線状の流路を有する流路構造体について説明したが、流路は必ずしも上述の形状には限定されず、例えば、２種類の試薬流体の混合を行うためのＹ字型の流路が流路構造体の内部に設けられてもよい。この場合、流路の２つの端部に設けられた２つの供給口から２種類の試薬流体が供給され、流路内において混合された後、残り１つの端部に設けられた排出口から混合流体が排出される。また、流路構造体では、３種類以上の試薬流体の混合が行われてもよい。

上記実施の形態に係る流路構造体は、様々な種類の流体（例えば、化学薬品、化粧品、化学調味料、塗料等であり、液体であっても気体であってもよい。）の反応や混合が行われるマイクロチップ、マイクロリアクタ、ケミカルリアクタ、マイクロデバイス等として利用される。流路構造体において流体の混合が行われる場合、例えば、組成が異なる２種類（あるいは、３種類以上）の流体が混合されてもよく、状態が異なる（例えば、液体と気体）２種類の流体が混合されてもよい。また、流路構造体は、複数の流体の混合による化学反応、化学反応を伴わない単なる混合、液体と気体の混合による微粒子化や霧化、あるいは、泡化等、流体の混合を伴う様々な目的に利用可能である。流路構造体は、また、燃料電池等にも利用可能である。

上記実施の形態では、微細流路が内部に形成された流路構造体について説明しているが、本発明に係る流路構造体では、流路は必ずしも微細なもの（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の横幅のもの）には限定されず、例えば、横幅が２０ｍｍ程度の流路が内部に設けられてもよい。

第１の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。 第２の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。 第３の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。 第４の実施の形態に係る流路構造体の断面図である。 第５の実施の形態に係る流路構造体の断面図である。 第６の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。

符号の説明

１，１ａ〜１ｅ 流路構造体
２ 第１部材
３ シート部材
４，４ａ 押圧空間部材
１１，１１ａ，１１ｂ 流路
１４，１４ａ 押圧空間
１５ 封止空間
２１，２１ａ 主板部材
２２，２２ａ，２２ｂ 流路部材
４４ 線状突出部
４４ａ Ｏリング
２２１，２２１ａ，２２１ｂ 溝部
２２２ 線状補助突出部
２２３ 線状突出部
２２４，２２４ａ 封止層
２２５ 補助シート部材

Claims (17)

1. 流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、
   所定の積層方向に対して垂直な板状の第１部材と、
   前記第１部材上において前記積層方向に積層される板状またはシート状の中間部材と、
   前記中間部材上に積層される板状の第２部材と、
   を備え、
   前記第１部材および前記第２部材が前記中間部材に接する状態で互いに固定されており、
   前記第１部材および前記中間部材の互いに対向する２つの主面の少なくとも一方に流路を形成する溝部が設けられ、
   前記中間部材および前記第２部材の間に、前記流路を流れる流体よりも高圧の押圧流体が充填される押圧空間が前記溝部に重なる範囲に形成されることを特徴とする流路構造体。
2. 請求項１に記載の流路構造体であって、
   前記溝部が前記第１部材にのみ形成されており、
   前記中間部材が、前記溝部を覆う可撓性シートであることを特徴とする流路構造体。
3. 請求項２に記載の流路構造体であって、
   前記第２部材が、前記押圧空間の周囲を囲むとともに前記中間部材に向かって突出する押圧空間封止用の線状突出部を備えることを特徴とする流路構造体。
4. 請求項３に記載の流路構造体であって、
   前記第１部材が、前記中間部材側の主面において、前記第２部材の前記線状突出部の内側に沿って前記溝部の周囲を囲むとともに前記中間部材に向かって突出する線状補助突出部を備えることを特徴とする流路構造体。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、
   前記第１部材が、
   前記中間部材に接するとともに前記溝部が形成された流路部材と、
   前記第２部材と共に前記中間部材および前記流路部材を挟み込む主板部材と、
   を備えることを特徴とする流路構造体。
6. 請求項２ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、
   前記中間部材および前記第２部材が、前記溝部に重なる領域において透光性を有することを特徴とする流路構造体。
7. 請求項１に記載の流路構造体であって、
   前記第１部材および前記中間部材の少なくとも一方の部材が、前記溝部の周囲を囲むとともに他方の部材に向かって突出する溝封止用の線状突出部を備えることを特徴とする流路構造体。
8. 請求項７に記載の流路構造体であって、
   前記第１部材と前記中間部材との間に、前記線状突出部の周囲を囲むとともに前記押圧流体よりも低圧であって前記流路を流れる流体とおよそ等しい圧力を有する封止流体が充填される封止空間が形成されることを特徴とする流路構造体。
9. 請求項８に記載の流路構造体であって、
   前記封止流体が気体であることを特徴とする流路構造体。
10. 請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記溝部が、前記第１部材および前記中間部材の一方のみに形成されており、
    前記第１部材と前記中間部材との間において前記溝部を覆う可撓性シートをさらに備えることを特徴とする流路構造体。
11. 請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記線状突出部が、頂部に前記他方の部材に密着する弾性を有する封止層を備えることを特徴とする流路構造体。
12. 請求項１に記載の流路構造体であって、
    前記第１部材および前記中間部材の一方の部材が、前記溝部の周囲を囲むとともに他方の部材に密着する弾性を有する封止層を備えることを特徴とする流路構造体。
13. 請求項１１または１２に記載の流路構造体であって、
    前記封止層が樹脂であることを特徴とする流路構造体。
14. 請求項７ないし１３のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記溝部が、前記中間部材にのみ形成されることを特徴とする流路構造体。
15. 請求項７ないし１４のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記中間部材と前記第２部材との間に、前記押圧空間の周囲を囲む押圧空間封止用の線状封止部をさらに備えることを特徴とする流路構造体。
16. 請求項１ないし１５のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記押圧流体が気体であることを特徴とする流路構造体。
17. 請求項１ないし１６のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記第１部材が、前記溝部に重なる領域において透光性を有することを特徴とする流路構造体。

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