JP2007232172A

JP2007232172A - マイクロバルブ装置

Info

Publication number: JP2007232172A
Application number: JP2006057667A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Yoshii; 哲朗吉井
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】簡単な構造で、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うことができるマイクロバルブ装置を提供する。
【解決手段】マイクロ化学システム用チップ１は、液体流路２を有する基材１０と、基材１０の内部に形成されたマイクロバルブ装置３とを備える。液体流路２の下流側に、液体流路２の断面積を小さくする堰４１が形成されている。基材１０は、液体流路２、堰４１、及びバルブ流路３１が表面に形成されるチャネル部材１２と、チャネル部材１２を覆うカバー部材１１とから成る。マイクロバルブ装置３は、合流部３２で液体流路２に交差するバルブ流路３１から成るバルブ流路構造と、制御用流体を接続構造５１及び接続孔６を介して供給する流体制御機構５とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロバルブ装置に関し、特に、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うマイクロバルブ装置に関する。

従来から、化学反応の高速化や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反
応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、そのため研究が精力的に進めら
れている。

このような集積化技術の１つとして、図２２に示すようにマイクロ化学チップを用いて、液体試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うマイクロ化学システムがある。このマイクロ化学システムで行われる反応の例としては、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応等がある。また、抽出や分離の例としては、溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離等がある。そして、このマイクロ化学システムで反応等を行う際に、流路内の液体を遮断及び開放することができるマイクロバルブ装置が用いられている。

例えば、溝及び弁構造体に撥水表面処理が施され、アクチュエータが溝に沿って流路を遮断する方向に弁構造体を駆動する構造のマイクロバルブがある（例えば、特許文献１参照）。

また、温度操作によるキャビティ内の圧力変化によって、可動部を変形させ、この可動部がゲート部と密着することにより、微小流路が閉じられる構造となっているマイクロバルブがある（例えば、特許文献２参照）。

また、光照射のオン・オフのみで微小流体の流れ方向を制御可能な光制御型微小スイッチングバルブがある。このバルブは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を材質とするＴ型のマイクロチャネルを作製し、酸化チタンをコートした石英基板と接合することにより作製される。このＴ型のマイクロチャネルのうち、溶液を通す流路のみ、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを酸化チタン表面へ照射し超親水化することにより、溶液は、その超親水化した流路にのみ流入する。このように光照射を用いてチャネル内壁の濡れ性を制御することにより、スイッチングバルブとして機能する（例えば、非特許文献１参照）。

さらに、多段階のウェットエッチングによりチャネル深さを制御したマイクロチャネルがある。このマイクロチャネルは、チャネル表面部分をオクタデシルシラン（ＯＤＳ）修飾により疎水化することで所定の位置で液体を止めようというものである（例えば、非特許文献２参照）。
特開２０００−８１１５４号公報特開２００４−１００８００号公報永井秀典、他７名、「光制御型微小スイッチングバルブの開発」、第８回化学とマイクロ・ナノシステム研究会講演要旨集、化学とマイクロ・ナノシステム研究会、２００３年１１月１８日、ｐ. ４０、発表番号Ｐ２−０３竹井豪、他５名、「ラプラス圧バルブを利用した流体制御」、シンポジウム「マイクロ化学チップ研究開発の全容」−インテグレーテッド・ケミストリーからマイクロ・ナノ化学システム−＠かながわサイエンスパーク、北森武彦、２００５年８月２３日、ｐ. ３０

しかしながら、アクチュエータが弁構造体を駆動する構造の上記特許文献１のマイクロバルブでは、機械的に駆動される弁構造体をチップ内に集積しているため、複雑な微細加工が必要である。また、機械的に駆動される弁構造体の加工精度が悪いと、流路と接触し、接触部分の撥水表面処理層が剥がれて、マイクロバルブの開閉の際における機密性を保つことができず、マイクロバルブとして機能しないという問題がある。

また、上記特許文献２のマイクロバルブでは、微小流路が形成された基板とキャビティが形成された基板との間に、ダイヤフラムを配置するための複雑な微細加工が必要であり、さらに、可動部とゲート部との密着性が悪いと、マイクロバルブとして機能しないという問題がある。

また、上記非特許文献１のスイッチングバルブは、２つの流路のうちの一方の流路（超親水化した流路）のみに、溶液を誘導するだけであるため、溶液の流れを遮断及び開放することができないという問題がある。

さらに、上記非特許文献２のマイクロチャネルは、チャネル表面部分をオクタデシルシラン（ＯＤＳ）修飾により疎水化する必要があるため、コスト高となってしまうという問題がある。

本発明の目的は、簡単な構造で、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うことができるマイクロバルブ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロバルブ装置は、制御用流体を供給する流体制御機構と、前記供給された制御用流体が流れるバルブ流路構造とを備え、前記バルブ流路構造を流れる制御用流体を前記バルブ流路構造に接続された液体流路に供給することによって、前記液体流路を流れる液体を遮断及び開放するマイクロバルブ装置であって、前記バルブ流路構造は合流部で前記液体流路と交差するバルブ流路から成り、前記液体流路における前記合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に前記液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたことを特徴とする。

請求項２記載のマイクロバルブ装置は、請求項１記載のマイクロバルブ装置において、前記液体流路の内壁は、接触角が前記液体流路を流れる液体に対して３０度以下であることを特徴とする。

請求項３記載のマイクロバルブ装置は、請求項１又は２記載のマイクロバルブ装置において、前記堰と前記バルブ流路との距離が１００μｍ以下であることを特徴とする。

請求項４記載のマイクロバルブ装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置において、前記合流部により規定された液体流路の空隙の高さをＲ１、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２、前記液体流路の前記液体に対する接触角をθ、前記液体の表面張力をσ、前記液体流路の上流側からの圧力をＰ１、前記液体流路の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２が下記式を満たすことを特徴とする、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）。

請求項５記載のマイクロ化学チップは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とする。

請求項６記載のマイクロ化学システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とする。

請求項１記載のマイクロバルブ装置によれば、液体流路における合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたので、簡単な構造で、微細な流路を流れる液体の遮断及び開放を行うことができる。

請求項２記載のマイクロバルブ装置によれば、液体流路の内壁は、接触角が液体流路を流れる液体に対して３０度以下であるので、液体流路２の内壁表面の液体に対する親和性を高くして制御流体の流れを抑制することができる。

請求項３記載のマイクロバルブ装置によれば、堰とバルブ流路との距離が１００μｍ以下であるので、制御流体をバルブ流路側に十分に押し戻すことができる。

請求項４記載のマイクロバルブ装置によれば、堰により規定された液体流路の空隙の高さは、堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２がＲ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）を満たすので、堰により規定された液体流路においてより大きなラプラス圧を発生させることができ、もって液体流路の上流側からかかる圧力に抗して下流側への制御流体の流れを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を備えるマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図を示す。

図２は、図１におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。

なお、図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置の近傍のみを示しており、各流路（後述する液体流路２及びバルブ流路３１）は、マイクロ化学システム用チップの基材の上面に対して、実質的に平行となるように形成されている。

図１及び図２において、マイクロ化学システム用チップ１は、液体流路２を有する基材１０と、基材１０の内部に形成されたマイクロバルブ装置３とを備える。液体流路２の下流側に、液体流路２の断面積を小さくする堰４１が形成されている。

基材１０は、液体流路２、堰４１、及び後述するバルブ流路３１が表面に形成されるチャネル部材１２と、チャネル部材１２を覆うカバー部材１１とから成る。ここで、堰４１とバルブ流路３１との距離はＬ（図１）で表され、この距離Ｌは１００μｍ以下である。

基材１０は、親水基を有するガラス、例えば、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等が好適に用いられ、実質的に均等な厚みを有し、水平に配置されている。

マイクロバルブ装置３は、合流部３２で液体流路２に交差するバルブ流路３１から成るバルブ流路構造と、制御用流体を接続構造５１及び接続孔６を介してバルブ流路３１に供給する流体制御機構５とを有する。制御用流体としては、液体流路２を流れる液体と混ざらず、かつ、反応しない流体（例えば、空気）を用いることが望ましい。また、流体制御機構５としては、ポンプやシリンジなど、流体を注入する機能を有するものを用いることができる。

バルブ流路３１の形状は、断面形状が半円形状のものの他、矩形状等、目的に応じて適宜選択可能である。また、バルブ流路３１と液体流路２の形状は同一形状としてもよいし、異なる形状としてもよい。

さらに、図２において、合流部３２により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ１、堰４１により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２とする。そして、液体流路２の液体に対する接触角（正確には、制御流体中における液体流路２の液体に対する接触角）をθとし、液体の表面張力をσとする。さらに、液体流路２の上流側からの圧力（通常、大気圧と、シリンジ及びマイクロ化学システム用チップを繋げるチューブによる圧力約３０００Ｐａとの合計）をＰ１、下流側からの圧力（通常、大気圧）をＰ２とするとき、圧力差Ｐ１−Ｐ２（通常、約３０００Ｐａ）をΔＰとする。このとき圧力差ΔＰは、
ΔＰ＝２・σ・ｃｏｓθ・（１／Ｒ２／２−１／Ｒ１／２）＝２・σ・ｃｏｓθ・（２／Ｒ２−２／Ｒ１）＝４・σ・ｃｏｓθ・（１／Ｒ２−１／Ｒ１）で表される。

堰４１により規定された液体流路の空隙の高さＲ２は、圧力差ΔＰを押し返す必要があるので、
Ｒ２＜１／（ΔＰ／（４・σ・ｃｏｓθ）＋１／Ｒ１）
すなわち、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）
となる。

液体が水（表面張力σ＝７６×１０^−３Ｎ／ｍ^２）、制御流体が空気、液体（水）と液体流路２の接触角θが３０度、圧力差ΔＰが３０００Ｐａのとき、Ｒ１＝１００μｍ（１００×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦４６．７μｍ、Ｒ１＝５０μｍ（５０×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦３１．８μｍとなる。

また、液体としてエタノール（表面張力σ＝２４×１０^−３Ｎ／ｍ^２）を用いて、他の条件を同じにした場合は、Ｒ１＝１００μｍ（１００×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦２１．６μｍ、Ｒ１＝５０μｍ（５０×１０^−６ｍ）ならばＲ２≦１７．８μｍとなる。

なお、液体流路２における矢印は液体の流れ方向を示し、バルブ流路３１における矢印は制御用流体の流れ方向を示す。

以下、図１のマイクロ化学システム用チップ１の製造方法を説明する。

一般的な溝加工方法として、エッチング法、ドリルによる切削法、サンドブラスト法、及びレーザー加工法等があるが、ガラスの溝加工方法としては、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いたエッチング法が好適に用いられる。

堰４１の形成法としては、まず、液体流路２における堰４１が形成される部分をマスクしておき、その他の液体流路２の部分をエッチングした後に、堰４１が形成される部分のマスクを剥がして適当量エッチングする二段エッチング法や、レーザー照射で部分的にエッチング速度を早くすることにより段差の付いたエッチングを行う方法等がある。また、液体流路２の深さよりも低い高さの部材をチャネル部材１２又はカバー部材１１に後着けすることにより堰４１を形成してもよい。

また、カバー部材１１の表面には孔開け加工により接続孔６（図４）としての貫通孔を開ける。この孔開け加工には、ドリルによる掘削加工やレーザー加工等を好適に用いることができる。

上述の方法で加工されたチャネル部材１２とカバー部材１１とを貼り合わせ、マイクロバルブ装置３を備えるマイクロ化学システム用チップ１を作製する。

以下、マイクロ化学システム用チップ１の制御方法を図３〜１０を用いて説明する。なお、図４〜１０において、斜線部分は液体を表す。

図３は、図１のマイクロ化学システム用チップ１の制御方法を示すフローチャートである。

基本的には、図３のフローチャートに示したフローに従うことによって、液体流路２を流れる液体の遮断及び開放を行うことができる。

図３において、まず、バルブ流路３１へ供給される制御流体の供給圧力が一定になるように制御し、図４及び図５に示すように液体供給機構（不図示）により液体流路２へ液体を供給する（ステップＳ１０１）。制御流体の供給圧力は液体流路２へ供給される液体の流れに影響を与えない程度に適宜調整される。なお、図４中の液体流路２における矢印は、液体の流れ方向を示す。

液体流路２に液体が流れている状態（図４及び図５）で、バルブ流路３１に供給される制御流体の圧力を高くすると(図６)、バルブ流路３１における矢印方向(図６)に制御流体が供給され、液体と制御流体との界面６０がバルブ流路３１から液体流路２へ押しやられ（図７）、合流部３２周辺において、液体流路２を流れる液体の圧力とバルブ流路３１から液体流路２に流れ込んだ制御流体の圧力との圧力差により、液体の遮断が開始される。バルブ流路３１への制御流体の供給がさらに進んで制御流体がバルブ流路３１から液体流路２に流れ込むと、図８及び図９に示すように、液体流路２における液体の流れが遮断される（ステップＳ１０２）。

液体の流れが遮断されたときに、液体の供給が停止されていないと、合流部３２より上流側の液体流路２は加圧されたままであるが、下流側の液体流路２の圧力は０Ｐａに近くなる。従って、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側で液体流路２の深さが同じであれば、上流側の二層界面７１よりも下流側の二層界面７２がより強く液体流路２の下流側に押しやられてしまう。そこで、液体流路２の下流側に堰４１を設けて、合流部３２により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ１、堰４１により規定された液体流路２の空隙の高さをＲ２、液体流路２の液体に対する接触角をθ、液体の表面張力をσ、液体流路２の上流側からの圧力をＰ１、液体流路２の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、堰４１により規定された液体流路２の空隙の高さＲ２がＲ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）を満たすようにコントロールすることにより、液体流路２の深さが浅い（断面積が小さい）下流側部分に、より大きなラプラス圧を発生させて、液体流路２の上流側からの圧力に抗して下流側への制御流体の流れを抑制する。なお、液体流路２の内壁は液体に対する接触角を小さくするほど（３０度以下）、即ち、液体に対する親和性が高いほど、下流側への制御流体の流れを抑制する効果を大きくすることができ、もってエアバルブとしての効果を大きくすることができる。よって、基材１０がガラスの場合は、マイクロ化学システム用チップ１の作製後に液体流路２の内壁に薄いフッ酸等を一度通す等して親水処理をすることが好ましい。

なお、液体流路２の液体の流れが遮断された後は、液体供給機構（不図示）から液体流路２への液体の供給を維持しても良いし、停止しても良い。

液体供給機構（不図示）から液体流路２への液体の供給を停止せずに維持する場合は、流体制御機構５からバルブ流路３１への制御流体の供給圧力（マイクロバルブ装置３の圧力）を、マイクロバルブ装置３を閉鎖する（ステップＳ１０２）前の圧力に戻すことにより、液体が液体流路２を再び流れるようになる（ステップＳ１０３）。

マイクロバルブ装置３により液体流路２における液体の流れが遮断されている状態から、マイクロバルブ装置３の圧力を、マイクロバルブ装置３を閉鎖する前の圧力に戻して、再び液体が液体流路２を流れるまでの過程を図１０から図１３を用いて説明する。

マイクロバルブ装置３の圧力を、閉鎖前の圧力に戻すと、上流側からの圧力及び表面張力によって液体及び制御流体はバルブ流路３１側に押し戻されるが（図１０及び図１１）、下流側の堰４１とバルブ流路３１との距離が１００μｍより大きいと、制御流体がバルブ流路３１側に十分に押し戻された状態（図１３）にはならず、制御流体の一部が液体流路２に残ってしまう（図１２）。

本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、液体流路２の深さが浅い（断面積が小さい）部分を規定する堰４１が、液体流路２における合流部３２の下流側に設置されるので、合流部３２が規定する液体流路２の部分に比べて、堰４１が規定する液体流路２のラプラス圧が高くなる。よって、液体流路２の上流側からの圧力に抗して制御用流体を堰４１で停止させることができ、もって、液体流路２における合流部３２に存在していた制御用流体をすべてバルブ流路３１側に引き戻すことができ、制御用流体を液体流路２の下流側に流してしまうことはない。

また、本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、制御用流体を供給する流体制御機構５以外は、液体流路２と同様に溝構造のみから成るので、上述した特許文献１のように機械的に可動する微細な弁構造体をバルブ流路３内に設ける必要がない。また、本実施の形態のマイクロバルブ装置３によれば、構造が簡単であり、故障しにくく、機械的な摩擦等により劣化することがないので、気密性を維持することができる。

本実施の形態では、堰４１が液体流路２における合流部３２の下流側に設置されているが、これに限定されるものではなく、液体流路２を流れる液体にかかる圧力に応じて、液体流路２における合流部３２の上流側に設置してもよく、後述する図１４乃至図１６で示すように、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側の両方に設置してもよい。

本実施の形態では、接続孔６が１箇所に設けられているが、これに限定されるものではなく、複数箇所に設けられていてもよい。

以下に、本発明に係る実施例１乃至４を具体的に説明する。

本実施例１乃至４では、液体流路２に供給する液体を水とし、バルブ流路３に供給する制御用流体を空気とし、基材１０を水平に配置して、液体流路２及びバルブ流路３を実質的に水平にしている。

実施例１において、図１及び図２に示す構造のガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅１２０μｍ、深さ５０μｍとし、堰４１が規定する液体流路２の深さを２０μｍとした。

図３のフローに従って、マイクロバルブ装置３の閉鎖及び開放を行い、液体流路２における水の流れを遮断し、再び開放することを試みた。

液体流路２へ水を流し続けたところ（ステップＳ１０１）、液体流路２の両端における水圧差は３０００Ｐａであった。

次いで、シリンジ等の流体制御機構５を用いてバルブ流路３１へ空気を供給したところ、液体流路２における水の流れが遮断された（ステップＳ１０２）。

次いで、バルブ流路３１における空気を流体制御機構５側に移動させたところ、液体流路２における水の流れは再開し、遮断前の状態に戻った（ステップＳ１０３）。

また、実施例２について図１５及び図１６を用いて説明する。

実施例２において、液体流路２における合流部３２の上流側及び下流側の両方に堰４２,４１が設置されたガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅１２０μｍ、深さ５０μｍとし、堰４２,４１が規定する液体流路２の深さを２０μｍとした。

また、実施例３について図１７を用いて説明する。

実施例３において、２つのバルブ流路３１を有するガラス製マイクロ化学システム用チップ１を用いた。液体流路２及びバルブ流路３１を幅２２０μｍ、深さ１００μｍとし、堰４１が規定する液体流路２の深さを３０μｍとした。

さらに、実施例４について図１８乃至図２０を用いて説明する。

図１８乃至図２０は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置３を応用した流路切換チップの構成を概略的に示す平面図である。

図１８に示すように、制御流路１３１，１３２，１３３，１３４内の空気圧が低い場合は、液体流路１２１，１２２，１２３，１２４へは空気は流れ込まず、接続孔１６１，１６２から供給された水は液体流路１２５を通って液体流路１２３，１２４に流れ込み、接続孔１６３，１６４に達する。

また、図１９に示すように、接続孔１７２，１７４における空気圧を上げた場合、空気は液体流路１２２，１２４に流れ込む。この場合であっても、堰１４２，１４４で空気は止まるため、液体流路１２５及び液体流路１２１，１２３へは空気は流れ込まない。また、接続孔１７２から導入された空気によって液体流路１２２内の水の流れは遮断されるため、接続孔１６１から導入した水のみが液体流路１２１から液体流路１２５に流れ込む。さらに、接続孔１７４から導入された空気によって液体流路１２４が遮断されるため、液体流路１２５から流れてきた水は液体流路１２３を通って接続孔１６３に達する。

さらに、図２０に示すように、接続孔１７２，１７３から導入する空気の圧力を接続孔１６１，１６３から導入する水の圧力よりも同等か低めに設定し、接続孔１７１，１７４における空気圧を上げた場合、空気は液体流路１２１，１２４に流れ込む。この場合であっても、堰１４１，１４４で空気は止まるため、液体流路１２５及び液体流路１２２，１２３へは空気は流れ込まない。接続孔１７１から導入された空気によって液体流路１２１内の水の流れは遮断されるため、接続孔１６２から導入した水のみが液体流路１２２から液体流路１２５に流れ込む。さらに、接続孔１７４から導入された空気によって液体流路１２４が遮断されるため、液体流路１２５から流れてきた水は液体流路１２３を通って接続孔１６３に達する。

このように、個々の接続孔にかける圧力を制御することによって、液体導入部分と液体導出部分を任意に選択することができる。

本実施の形態では、液体流路２の下流側に液体流路２の断面積を小さくする堰４１が形成されているが、堰４１の形状は特に限定されるものではなく、液体の流れ方向から見た断面形状が、例えば、図２１（ａ）乃至（ｄ）に示すような形状であってもよく（但し、図２１（ａ）において、長さａは長さｂよりも大きい）、液体の流れ方向と垂直な方向から見た断面形状が、例えば、図２１（ｅ）に示すような形状であってもよい。

本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を備えるマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図を示す。図１におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。図１のマイクロ化学システム用チップの制御方法を示すフローチャートである。図１における液体流路へ液体が供給されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図４におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。図１におけるバルブ流路に供給される制御流体の圧力を高くしたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１におけるバルブ流路から液体流路へ界面が押しやられたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１における液体流路における液体の流れが遮断されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図８におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。図１における液体流路を再び液体が流れる第１過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１における液体流路を再び液体が流れる第２過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１における液体流路を再び液体が流れる第３過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１における液体流路を再び液体が流れる第４過程を説明するためのマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１のマイクロ化学システム用チップの変形例の構成を概略的に示す平面図である。図１４における液体流路における液体の流れが遮断されたマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す平面図である。図１５におけるバルブ流路の近傍における液体流路を説明する断面図である。図１のマイクロ化学システム用チップの他の変形例の構成を概略的に示す平面図である。本発明の実施の形態に係るマイクロバルブ装置を応用した流路切換チップの構成を概略的に示す平面図である。図１８の流路切換チップの変形例の構成を概略的に示す平面図である。図１８の流路切換チップの他の変形例の構成を概略的に示す平面図である。図１における堰の変形例を示す図であり、（ａ）は第１の変形例、（ｂ）は第２の変形例、（ｃ）は第３の変形例、（ｄ）は第４の変形例、（ｅ）は第５の変形例を示す。熱レンズ分光分析システムの構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１マイクロ化学システム用チップ
２液体流路
３マイクロバルブ装置
５流体制御機構
６接続孔
１０基材
１１カバー部材
１２チャネル部材
３１バルブ流路
３２合流部
４１堰
５１接続構造

Claims

制御用流体を供給する流体制御機構と、前記供給された制御用流体が流れるバルブ流路構造とを備え、
前記バルブ流路構造を流れる制御用流体を前記バルブ流路構造に接続された液体流路に供給することによって、前記液体流路を流れる液体を遮断及び開放するマイクロバルブ装置であって、
前記バルブ流路構造は合流部で前記液体流路と交差するバルブ流路から成り、
前記液体流路における前記合流部の上流側及び下流側の少なくとも一方に前記液体流路の断面積を小さくする堰が設置されたことを特徴とするマイクロバルブ装置。
前記液体流路の内壁は、接触角が前記液体流路を流れる液体に対して３０度以下であることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ装置。
前記堰と前記バルブ流路との距離が１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロバルブ装置。
前記合流部により規定された液体流路の空隙の高さをＲ１、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さをＲ２、前記液体流路の前記液体に対する接触角をθ、前記液体の表面張力をσ、前記液体流路の上流側からの圧力をＰ１、前記液体流路の下流側からの圧力をＰ２、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差Ｐ１−Ｐ２をΔＰとするとき、前記堰により規定された液体流路の空隙の高さＲ２が下記式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置、
Ｒ２＜４・σ・ｃｏｓθ・Ｒ１／（ΔＰ・Ｒ１＋４・σ・ｃｏｓθ）。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ装置を備えたことを特徴とするマイクロ化学システム。