JP2008132447A - マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能なマイクロチップを実現すること。
【解決手段】流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が前記微小流路の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成される基板と前記微小流路内であって前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填される触媒とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス基板、樹脂基板、シリコン基板などで形成され流入させた流体（以下、液体として説明する）の化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップに関して、特に流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的に進めることが可能なマイクロチップに関する。

従来の液体の化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

ＷＯ２００４／０８６０５５ K.Kusakabe D.Miyagawa Yunfeng Gu H.Maeda S.Morooka,Development of Self-Heating Microreactor for Catalytic Reactions, Journal of Chemical Engineering of Japan, Vol.34, 441−443（2001） K.Sato M.Tokeshi T.Odake H.Kimura T.Ooi M.Nakao T.Kitamori, Integration of an Immunosorbent Assay System: Analysis of Secretory Human Immunoglobulin A on Polystyrene Beads in a Microchip, Analytical Chemistry.72, 1144-1147(2000)

図５はこのような従来のマイクロチップの一例を示す平面図及び断面図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図５において、１はガラス等で形成され流入口及び流出口を有する基板、２はガラス等で形成され突起部を有し基板１と貼り合わされて微小流路を構成する溝を有する基板、３はマイクロビーズに固着された触媒若しくは金属触媒を球状に形成した触媒である。

例えば、基板２には溝が形成され、その溝に複数の触媒３が充填される。そして、基板１は基板２に形成された溝の両端に図５中”ＩＰ１００”及び”ＥＰ１００”に示す流入口及び流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板１は溝が形成された基板２と貼り合わされることにより、基板２に形成された溝の開口部分が基板１で覆われて図５中”ＭＦ１０１”及び”ＭＦ１０２”に示す微小流路を構成することになる。

但し、基板２の溝の図５中”ＰＰ１００”に示す突起部は、図５中”ＣＬ１００”に示す基板２の溝の突起部の先端と基板１との間の間隔が触媒３の直径よりも小さく形成される。

このように、基板２の溝に複数の触媒３が充填されて基板１と基板２とが貼り合わされることにより、図５中”ＭＦ１０１”に示す微小流路内に複数の触媒３が充填されることになる。

ここで、図５に示す従来例を説明する。化学反応を行わせる液体は図５中”ＩＰ１００”に示す流入口から注入され、図５中”ＭＦ１０１”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は図５中”ＭＦ１０１”に示す微小流路に充填されている複数の触媒３によって化学反応を生じる。

また、図５中”ＣＬ１００”に示す基板２の溝の突起部の先端と基板１との間隔が触媒３の直径よりも小さくなるように図５中”ＰＰ１００”に示す突起部が形成されているので、複数の触媒３は図５中”ＰＰ１００”に示す突起部で堰き止められ、微小流路内に留まることになる。

液体は、図５中”ＭＦ１０２”に示す微小流路を流れて図５中”ＥＰ１００”に示す流出口から流出される。

この結果、２つの基板で構成される微小流路の中央に突起部を設けることにより、複数の触媒を用いた化学反応を生じることが可能になるとともに複数の触媒を微小流路内に堰き止めることが可能になる。

また、図６は従来のマイクロチップの他の例を示す平面図及び断面図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図６において、４は流入口及び流出口が形成された管、５は触媒である。

例えば、図６中”ＩＰ１０１”に示す流入口及び図６中”ＥＰ１０１”に示す流出口が形成される管４の管内には図６中”ＭＦ１０３”に示す微小流路が形成される。また、図６中”ＭＦ１０３”に示す微小流路の内壁面には触媒５が塗布される。

ここで、図６に示す従来例を説明する。化学反応を行わせる液体は図６中”ＩＰ１０１”に示す流入口から注入され、図６中”ＭＦ１０３”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は図６中”ＭＦ１０３”に示す微小流路の内壁面に塗布された触媒５によって化学反応を生じる。また、液体は図６中”ＥＰ１０１”に示す流出口から流出される。

この結果、微小流路の管内面に触媒が塗布されることにより、触媒を用いた化学反応を生じることが可能になる。

また、図７は従来のマイクロチップの他の例を示す平面図及び断面図である。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図７において、６は図７中”ＩＰ１０２”に示す流入口及び図７中”ＥＰ１０２”に示す流出口が形成される基板、７は基板６と貼り合わされて微小流路を構成する溝が形成された基板、８は触媒である。

例えば、基板７には溝が形成され、その溝の形成面に触媒８が塗布される。そして、基板６は基板７に形成された溝の両端に図７中”ＩＰ１０２”に示す流入口及び図７中”ＩＰ１０２”に示す流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板６は溝が形成された基板７と貼り合わされることにより、基板７に形成された溝の開口部分が基板６で覆われて図７中”ＭＦ１０４”に示す微小流路を構成することになる。すなわち、基板７の溝の形成面に触媒８が形成されることになる。

ここで、図７に示す従来例を説明する。化学反応を行わせる液体は図７中”ＩＰ１０２”に示す流入口から注入され、図７中”ＭＦ１０４”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は基板７の溝の壁面に塗布された触媒８によって化学反応を生じる。また、液体は図７中”ＥＰ１０２”に示す流出口から流出される。

この結果、微小流路を形成する基板の溝の形成面に触媒が塗布されることにより、触媒を用いた化学反応を行うことが可能になる。

しかし、図５等に示す従来例では、複数の触媒３が図５中”ＰＰ１００”に示す突起部によって堰き止められる際に、液体の流れに乗ってこの突起部と基板１との隙間付近に複数の触媒３が集中してしまうことにより、液体が流れにくくなり図５中”ＭＦ１００”に示す微小流路内部の圧力が高くなってしまうといった問題点があった。

また、突起部と基板１との隙間付近に複数の触媒３が集中されることにより、複数の触媒３の配置が偏ってしまい液体と効率的に反応できないといった問題点があった。

一方、図６及び図７に示す従来例では、図６中”ＭＦ１０１”及び図７中”ＭＦ１０２”に示す微小流路の壁面に触媒が形成されることにより、微小流路の断面積が大きい場合には流路の壁面付近を流れずに触媒と反応しない液体が増えてしまうという問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能なマイクロチップを実現することにある。

上記のような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が前記微小流路の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成される基板と前記微小流路内であって前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項２記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が前記溝の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成される第２の基板と、前記微小流路内であって前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項３記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、複数のピラーが一列に並んでそれぞれ形成されるピラー部が前記微小流路内に流体の流れる方向に垂直に複数個形成される基板と、前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間に流体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項４記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が流体の流れる方向に垂直に複数個形成される第２の基板と、前記溝上であって前記複数のピラー部の間に流体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項５記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、前記微小流路内に複数のピラーが一列に並んでそれぞれ形成されるピラー部がそれぞれ流体の流れる方向に平行に複数個形成されると共に、前記微小流路の両端近傍であって前記ピラー部の両端近傍に複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が流体の流れる方向に垂直に形成される基板と、前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間にそれぞれ流体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填される触媒と
を備えることにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項６記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が流体の流れる方向に平行に複数個形成されると共に、この溝の両端近傍であって前記ピラー部の両端近傍に複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が流体の流れる方向に垂直に形成される第２の基板と、前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間にそれぞれ流体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填される触媒とを備えることにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項７記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、前記微小流路内に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成される基板と、前記微小流路内であって前記複数のピラーによって形成される六角形の領域に充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

請求項８記載の発明は、
流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
流体の流入口及び流体の流出口が形成された第１の基板と、両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成される第２の基板と、前記微小流路内であって前記複数のピラーによって形成される六角形の領域に充填される触媒とを備えたことにより、流路内に触媒を均一に充填して反応を効率的進めることが可能となる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項２の発明によれば、
複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が微小流路の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成され、触媒が前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能となる。

請求項３及び請求項４の発明によれば、
複数のピラーが一列に並んでそれぞれ形成される複数ピラー部が微小流路内にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に複数設けられ、触媒が複数のピラー部の間に流体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能となる。

請求項５及び請求項６の発明によれば、
複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が微小流路の両端近傍に流体の流れる方向に垂直に設けられると共に微小流路内にピラー部がそれぞれ流体の流れる方向に平行に複数設けられ、触媒が複数のピラー部の間にそれぞれ流体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能となる。

請求項７及び請求項８の発明によれば、
微小流路内に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成され、触媒がピラー部によって形成される六角形の領域に充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能となる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るマイクロチップの一実施例を示す構成図である。図１（ａ）はマイクロチップの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）及び図１（ｄ）はマイクロチップ内に構成される微小流路の平面図及び斜視図である。

図１において９はガラス等で形成され流入口及び流出口を有する基板、１０はガラス等で形成され基板９と貼り合わされて微小流路を構成する溝とこの溝に複数の柱（ピラー）を有する基板、１１はマイクロビーズに固着された触媒若しくは金属触媒を球状に形成した触媒である。

例えば、基板１０にはエッチング等により溝が形成される。また、図１（ｄ）に示すようにこの溝の両端近傍には図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示す複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部がエッチング等によりそれぞれ液体の流れる方向に垂直に形成される。

但し、図１中”ＣＬ１１０”に示すピラーとピラーの間隔は触媒１１の直径よりも小さく形成される。

また、基板１０の溝上であって基板１０の溝の両端近傍に液体の流れる方向に垂直にそれぞれ形成される図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部の間には複数の触媒１１が充填される。

基板９は基板１０に形成された溝の両端に図１中”ＩＰ１１０”及び”ＥＰ１１０”に示す流入口及び流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板９は溝が形成された基板１０と貼り合わされることにより、基板１０に形成された溝の開口部分が基板９で覆われて図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路を構成することになる。

このように、基板１０の溝上であってこの溝の両端近傍に形成された図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部の間に複数の触媒１１が充填されて基板９と基板１０とが貼り合わされることにより、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内に複数の触媒１１が均一に分散して充填されることになる。

また、図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部の形成する位置を調整することにより、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路内に充填する触媒１１の量を調整することが可能となる。

ここで、図１に示すマイクロチップの一実施例を説明する。化学反応を行わせる液体は図１中”ＩＰ１１０”流入口から注入され、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路に充填されている複数の触媒１１によって化学反応を生じる。

図１中”ＣＬ１１０”に示すピラーとピラーとの間隔は触媒１１の直径よりも小さくなるように形成されているので、複数の触媒１１は基板１０の溝に形成された図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部によって堰き止められ、微小流路内に留まることになる。また、液体は図１中”ＥＰ１１０”に示す流出口から流出される。

この結果、２つの基板で構成される微小流路の両端近傍に複数のピラーが液体の流れる方向に垂直にそれぞれ一列に並んで形成された２つのピラー部が設けられ、これらのピラー部の間の領域に触媒が充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能になる。

図２は本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。図２（ａ）はマイクロチップの平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）及び図２（ｄ）はマイクロチップ内に構成される微小流路の平面図及び斜視図である。

図２において１２はガラス等で形成され流入口及び流出口を有する基板、１３はガラス等で形成され基板１２と貼り合わされて微小流路を構成する溝とこの溝に複数の柱（ピラー）を有する基板、１４はマイクロビーズに固着された触媒若しくは金属触媒を球状に形成した触媒である。

例えば、基板１３にはエッチング等により溝が形成される。また、図２（ｃ）に示すようにこの溝にはエッチング等により複数のピラーが一列に並んで形成された図２中”ＰＱ１２０”、”ＰＱ１２１”、”ＰＱ１２２”、”ＰＱ１２３”、”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部がそれぞれ液体の流れる方向に垂直に形成される。

この時、図２中”ＰＱ１２０”、”ＰＱ１２１”、”ＰＱ１２２”、”ＰＱ１２３”、”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部では、図２中”ＣＬ１２０”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒１４の直径よりも小さく形成される。図２中”ＣＬ１２１”に示すピラー部とピラー部との間隔が触媒１４の直径よりも大きく形成される。

また、基板１３の溝上であって図２中”ＰＱ１２０”及び”ＰＱ１２１”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２１”及び”ＰＱ１２２”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２２”及び”ＰＱ１２３”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２３”及び”ＰＱ１２４”に示すピラー部の間並びに図２中”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部の間にそれぞれ複数の触媒１４が充填される。

すなわち、図２に示すように液体の流れる方向に対して垂直方向に複数の列が配列されるようにして複数の触媒１４がそれぞれ充填されることになる。

基板１２は基板１３に形成された溝の両端に図２中”ＩＰ１２０”及び”ＥＰ１２０”に示す流入口及び流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板１２は溝が形成された基板１３と貼り合わされることにより、基板１３に形成された溝の開口部分が基板１２で覆われて図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路を構成することになる。

このように、基板１２と基板１３とが貼り合わされることにより、図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路が形成される。また、図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路内にそれぞれ液体の流れる方向に垂直に形成された複数のピラー部の間に複数の触媒１４が充填されることにより、図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路内に複数の触媒１４が均一に分散して充填されることになる。

また、図２中”ＰＱ１２０”、”ＰＱ１２１”、”ＰＱ１２２”、”ＰＱ１２３”、”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部の形成する位置を調整することにより、図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路内に充填する触媒１４の量を調整することが可能となる。

ここで、図２に示すマイクロチップの他の実施例を説明する。化学反応を行わせる液体は図２中”ＩＰ１２０”流入口から注入され、図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路を流れる。

但し、液体は図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路に充填されている複数の触媒１４によって化学反応を生じる。

また、図２中”ＣＬ１２０”に示すピラーとピラーとの間隔は触媒１４の直径よりも小さくなるように形成されているので、複数の触媒１４は基板１３の溝に形成された図２中”ＰＱ１２０”、”ＰＱ１２１”、”ＰＱ１２２”、”ＰＱ１２３”、”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部によって堰き止められ、それぞれ図２中”ＭＦ１２０”に示す微小流路内に留まる。

すなわち、複数の触媒１４は従来のように液体の注入により液体の流れる方向へ配置が移動せずに、図２中”ＰＱ１２０”及び”ＰＱ１２１”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２１”及び”ＰＱ１２２”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２２”及び”ＰＱ１２３”に示すピラー部の間、図２中”ＰＱ１２３”及び”ＰＱ１２４”に示すピラー部の間並びに図２中”ＰＱ１２４”及び”ＰＱ１２５”に示すピラー部の間に留まることになる。また、液体は図２中”ＥＰ１２０”に示す流出口から流出される。

この結果、２つの基板で構成される微小流路内に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部がそれぞれ液体の流れる方向に垂直に複数設けられ、ピラー部とピラー部との間に液体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて複数の触媒が充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能になる。

図３は本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。図３（ａ）はマイクロチップの平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（ｃ）及び図３（ｄ）はマイクロチップ内に形成される微小流路の平面図及び斜視図である。

図３において１５はガラス等で形成され流入口及び流出口を有する基板、１６はガラス等で形成され基板１５と貼り合わされて微小流路を構成する溝とこの溝に複数の柱（ピラー）を有する基板、１７はマイクロビーズに固着された触媒若しくは金属触媒を球状に形成した触媒である。

例えば、基板１６にはエッチング等により溝が形成される。図３（ｄ）に示すようにこの溝にはエッチング等により複数のピラーが一列に並んで形成された図３中”ＰＱ１３０”、”ＰＱ１３１”、”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部がそれぞれ液体の流れる方向に平行に形成される。

また、図３（ｄ）に示すようにこの溝にはエッチング等により複数のピラーが一列に並んで形成された図３中”ＰＱ１３４”及び”ＰＱ１３５”に示すピラー部が溝の両端近傍であって図３中”ＰＱ１３０”、”ＰＱ１３１”、”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部の両端近傍にそれぞれ液体の流れる方向に垂直に形成される。

この時、図３中”ＰＱ１３０”、”ＰＱ１３１”、”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部では図３中”ＣＬ１３０”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒１７の直径よりも小さく形成される。

また、図３中”ＰＱ１３０”、”ＰＱ１３１”、”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部では図３中”ＣＬ１３１”に示すピラー部とピラー部との液体の流れる方向の間隔が触媒１７の直径よりも大きく形成される。

図３中”ＰＱ１３４”及び”ＰＱ１３５”に示すピラー部では図３中”ＣＬ１３２”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒１７の直径よりも小さく形成される。

基板１６の溝上であって液体の流れる方向に平行な一方の側面及び図３中”ＰＱ１３０”との間、図３中”ＰＱ１３０”及び”ＰＱ１３１”に示すピラー部の間、図３中”ＰＱ１３１”及び”ＰＱ１３２”に示すピラー部の間、図３中”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部の間並びに図３中”ＰＱ１３３”に示すピラー部及び液体の流れる方向に平行な他方の側面に示すピラー部の間にそれぞれ複数の触媒１７が充填される。

すなわち、図３に示すように液体の流れる方向に対して平行方向に複数の列が配列されるように複数の触媒１７が充填されることになる。

基板１５は基板１６に形成された溝の両端に図３中”ＩＰ１３０”及び”ＥＰ１３０”に示す流入口及び流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板１５は溝が形成された基板１６と貼り合わされることにより、基板１６に形成された溝の開口部分が基板１５で覆われて図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路を構成することになる。

このように、複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が基板１５の溝の両端近傍に液体の流れる方向に垂直に形成されると共に基板１５の溝には複数のピラー部がそれぞれ液体の流れる方向に平行に形成され、複数の触媒１７がピラー部とピラー部の間にそれぞれ液体の流れる方向に平行に一列になるように充填され、基板１５と基板１６とが貼り合わされることにより、図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路内には複数の触媒１７が均一に分散して充填されることが可能になる。

また、図３中”ＰＱ１３０”、”ＰＱ１３１”、”ＰＱ１３２”、”ＰＱ１３３”、”ＰＱ１３４”及び”ＰＱ１３５”に示すピラー部の形成する位置を調整することにより、図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路内に充填する触媒１７の量を調整することが可能となる。

ここで、図３に示すマイクロチップの他の実施例を説明する。化学反応を行わせる液体は図３中”ＩＰ１３０”流入口から注入され、図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路に充填されている複数の触媒１７によって化学反応を生じる。

また、図３中”ＣＬ１３０”及び”ＣＬ１３２”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒１７の直径よりも小さくなるように形成されているので、複数の触媒１７は基板１６の溝に形成された図３中”ＰＱ１３４”及び”ＰＱ１３５”に示すピラー部によって堰き止められ、それぞれ図３中”ＭＦ１３０”に示す微小流路内に留まる。

すなわち、触媒１７は液体の流れる方向に平行な一方の側面及び図３中”ＰＱ１３０”との間、図３中”ＰＱ１３０”及び”ＰＱ１３１”に示すピラー部の間、図３中”ＰＱ１３１”及び”ＰＱ１３２”に示すピラー部の間、図３中”ＰＱ１３２”及び”ＰＱ１３３”に示すピラー部の間並びに図３中”ＰＱ１３３”に示すピラー部及び液体の流れる方向に平行な他方の側面に示すピラー部の間に留まることになる。また、液体は図３中”ＥＰ１３０”に示す流出口から流出される。

この結果、２つの基板で構成される微小流路内に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部をそれぞれ液体の流れる方向に平行に設けると共に、微小流路の両端近傍に液体の流れる方向に垂直にそれぞれ一列に並んで形成されたピラー部がそれぞれ設けられ、触媒が複数のピラー部の間に液体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能になる。

図４は本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。図４（ａ）はマイクロチップの平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図、図４（ｃ）及び図４（ｄ）はマイクロチップ内に形成される微小流路の平面図及び斜視図である。

図４において１８はガラス等で形成され流入口及び流出口を有する基板、１９はガラス等で形成され基板１８と貼り合わされて微小流路を構成する溝とこの溝に複数の柱（ピラー）を有する基板、２０はマイクロビーズに固着された触媒若しくは金属触媒を球状に形成した触媒である。

例えば、基板１９にはエッチング等により溝が形成される。図４（ｃ）に示すようにこの溝にはエッチング等により図４中”ＰＱ１４０”に示す溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成される。言い換えれば、図４中”ＰＱ１４０”に示すピラー部は複数のピラーによってハニカム状に配列されて形成される。

但し、図４中”ＰＱ１４０”に示す溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部では図４中”ＣＬ１４０”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒２０の直径よりも小さく形成される。

基板１９の溝上であって図４中”ＰＱ１４０”に示す溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部によって形成される六角形の領域に触媒２０が充填される。

すなわち、図４に示すように液体の流れる方向に対して垂直方向に複数の列が配列されるように複数の触媒２０は充填されることになる。

基板１９に形成された溝の両端に図４中”ＩＰ１４０”及び”ＥＰ１４０”に示す流入口及び流出口が位置するように接着等により貼り合わされる。

このため、基板１８は溝が形成された基板１９と貼り合わされることにより、基板１９に形成された溝の開口部分が基板１８で覆われて図４中”ＭＦ１４０”に示す微小流路を構成することになる。

このように、溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成された基板１９に複数の触媒２０がこのピラー部によって形成される六角形の領域に充填され、基板１８と基板１９とが貼り合わされることにより、図４中”ＭＦ１４０”に示す微小流路内には複数の触媒２０が均一に分散して充填されることになる。

ここで、図４に示すマイクロチップの他の実施例を説明する。化学反応を行わせる液体は図４中”ＩＰ１４０”流入口から注入され、図４中”ＭＦ１４０”に示す微小流路を流れる。

この時、液体は図４中”ＭＦ１４０”に示す微小流路に充填されている複数の触媒２０によって化学反４を生じる。

また、図４中”ＣＬ１４０”に示すピラーとピラーとの間隔が触媒２０の直径よりも小さくなるように形成されているので、複数の触媒２０は基板１９の溝に形成された図４中”ＰＱ１４０”に示すピラー部によって堰き止められ、それぞれ図４中”ＭＦ１４０”に示す微小流路内に留まる。

すなわち、複数の触媒２０は図４中”ＰＱ１４０”に示す溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部によって形成される六角形の領域にそれぞれに留まることになる。また、液体は図４中”ＥＰ１４０”に示す流出口から流出される。

この結果、２つの基板で構成される微小流路内に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が設けられ、触媒がピラー部によって形成される六角形の領域に充填されることにより、微小流路内に触媒が均一に分散して充填されると共に流体が効率的に反応することが可能になる。

なお、図１等に示す実施例では、基板９は基板１０と接着等により貼り合わされるものと例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、金属やグラファイト等によって構成されるガスケットによって基板を接合することにより分解することが可能な形態であっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部の間には複数の触媒１１が充填されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、ピラーを高く形成して触媒を２個以上積み重ねて充填するものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、基板９及び基板１０はガラス等で形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、金属、樹脂、セラミックス及びシリコン等で形成されるものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、エッチングにより基板１０の溝が形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、金型を用いて基板の溝が形成されるものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、化学反応を行わせる液体は図１中”ＩＰ１１０”流入口から注入され、図１中”ＭＦ１１０”に示す微小流路を流れて化学反応を生じると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、気体等の流体が注入され微小流路を流れて化学反応を生じるものであっても構わない。

また、図１等に示す実施例では、エッチングにより図１中”ＰＱ１１０”及び”ＰＱ１１１”に示すピラー部が形成されると例示されているが、特にこれに限定されるものではなく、基板の溝上及び微小流路内にピラーを付加して形成するものであっても構わない。

本発明に係るマイクロチップの一実施例を示す構成図である。 本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。 本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。 本発明に係るマイクロチップの他の実施例を示す構成図である。 従来のマイクロチップの一例を示す平面図及び断面図である。 従来のマイクロチップの他の例を示す平面図及び断面図である。 従来のマイクロチップの他の例を示す平面図及び断面図である。

符号の説明

１、２、６、７、９、１０、１２、１３、１５、１６、１８、１９ 基板
３、５、８、１１、１４、１７、２０ 触媒
４ 管

Claims (8)

1. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が前記微小流路の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成される基板と、
   前記微小流路内であって前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
2. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、
   両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が前記溝の両端近傍にそれぞれ流体の流れる方向に垂直に形成される第２の基板と、
   前記微小流路内であって前記第１のピラー部と前記第２のピラー部との間の領域に充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
3. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、複数のピラーが一列に並んでそれぞれ形成されるピラー部が前記微小流路内に流体の流れる方向に垂直に複数個形成される基板と、
   前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間に流体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
4. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、
   両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が流体の流れる方向に垂直に複数個形成される第２の基板と、
   前記溝上であって前記複数のピラー部の間に流体の流れる方向に対して垂直方向に一列に配列されて充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
5. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、前記微小流路内に複数のピラーが一列に並んでそれぞれ形成されるピラー部がそれぞれ流体の流れる方向に平行に複数個形成されると共に、前記微小流路の両端近傍であって前記ピラー部の両端近傍に複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が流体の流れる方向に垂直に形成される基板と、
   前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間にそれぞれ流体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填される触媒と
   を備えることを特徴とするマイクロチップ。
6. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   流体の流入口及び流体の流出口が形成される第１の基板と、
   両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に複数のピラーが一列に並んで形成されるピラー部が流体の流れる方向に平行に複数個形成されると共に、この溝の両端近傍であって前記ピラー部の両端近傍に複数のピラーが一列に並んで形成される第１及び第２のピラー部が流体の流れる方向に垂直に形成される第２の基板と、
   前記微小流路内であって前記複数のピラー部の間にそれぞれ流体の流れる方向に平行に一列になるように配列されて充填される触媒と
   を備えることを特徴とするマイクロチップ。
7. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   微小流路を有し、この微小流路の両端に流体の流入口及び流体の流出口が形成され、前記微小流路内に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成される基板と、
   前記微小流路内であって前記複数のピラーによって形成される六角形の領域に充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
8. 流入させた流体に化学反応を行わせる微小流路を有するマイクロチップにおいて、
   流体の流入口及び流体の流出口が形成された第１の基板と、
   両端に前記流入口及び前記流出口が位置するように前記第１の基板と貼り合わされて前記微小流路を構成する溝が形成され、この溝に隙間無く敷き詰められた複数の六角形の頂点にピラーが複数個配列されたピラー部が形成される第２の基板と、
   前記微小流路内であって前記複数のピラーによって形成される六角形の領域に充填される触媒と
   を備えたことを特徴とするマイクロチップ。

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