JP2010089259A - 光応答性ガス発生材料、マイクロポンプ及びマイクロ流体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料であって、光が照射されるとガスを効率的に発生し、マイクロ流体を搬送することができ、しかも送液効率を高めることができる光応答性ガス発生材料、並びに該光応答性ガス発生材料を用いたマイクロポンプを提供する。
【解決手段】基板内に微細流路８、９が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられるガス発生剤であって、光酸発生剤と、酸刺激応答性ガス発生剤とを含む光応答性ガス発生材料１３、及び該光応答性ガス発生材料１３が内部に収納されているマイクロポンプ１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料に関し、より詳細には、光の照射によりマイクロ流体を搬送するためのガスを発生し、マイクロ流体の送液効率を高めることを可能とする光応答性ガス発生材料、並びに該光応答性ガス発生材料を用いたマイクロポンプ及びマイクロ流体デバイスに関する。

近年、様々な分野で分析装置の小型化が進められている。例えば、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断では、結晶検査機器の小型化が強く求められている。また、大気、水、または土壌中の環境汚染物質の分析に際しては、屋外で行う必要があるため、このような用途においても、分析装置の小型化が強く求められている。

このようなニーズを満たすものとして、マイクロ流体デバイスが注目されている。マイクロ流体デバイスは、例えば、手で容易に持ち運び、取り扱い得る大きさの基板を有する。この基板内に、試薬、希釈液、及び検体などを搬送する複数の微細流路が形成されている。そして、基板内には、上記微細流路に接続される部分として、試薬収納部、検体供給部、希釈液収納部、反応室、混合部等が適宜設けられている。

マイクロ流体デバイスでは、小型化が進められているため、上記基板の大きさは、通常、平面積が１０００ｃｍ^２以下程度であり、基板の厚みは０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。従って、内部に形成される微細流路の径は、通常、５μｍ〜１ｍｍ程度と非常に細い。ここで流路が平坦である場合には、微細流路の径は平坦流路の断面の狭い方の幅でもって規定される。

従って、検体、希釈液、試薬等のマイクロ流体は、上記のような非常に小さな径の流路を搬送されるため、通常の液体が送液される回路と異なり、液体の表面張力や微細流路の壁面の濡れ性などに大きく影響を受ける。従って、従来、このようなマイクロ流体デバイスの様々な部分について、種々の検討がなされている。

このようなマイクロ流体デバイスの基板内にマイクロポンプを構成する方法が研究されている。ここで、マイクロポンプとは、上記のような微細流路にマイクロ流体を送液する駆動源であって、典型的には、総体積が１ｃｍ^３以下程度の非常に小さなポンプをいうものとする。例えば、特許文献１には、ＭＥＭＳ加工技術により、非常に小型化されたダイヤフラム構造を備えたマイクロポンプが開示されている。また、下記の特許文献２には、微小ピストンにより断続的に送液するマイクロポンプが開示されている。また、下記の特許文献３には、微細流路上に電気浸透流を発生させる方法により、送液を行うポンプが開示されている。また、下記の特許文献４には、固体電解質を用いた水素ポンプからなるマイクロポンプが開示されている。

他方、下記の特許文献５には、基板内に構成されたマイクロポンプ室に、熱または光線によりガスを発生する材料が充填されているマイクロポンプが開示されている。ここでは、マイクロポンプ室に配置された熱または光線によりガスを発生する材料に対し、熱エネルギーを与えたり、あるいは光を照射することにより、ガスが発生される。そして、この発生したガスの圧力により、微細流路内のマイクロ流体が送液される。特許文献５では、熱または光線によりガスを発生する材料としては、酸素含有量が１５〜５５重量％のポリオキシアルキレン樹脂が示されている。

特開２００１−１３２６４６号公報 特開２００２−０２１７１５号公報 特開平１０−１００８８号公報 米国特許第３，４８９，６７０号明細書 特開２００５−２９７１０２号公報

特許文献１〜４に記載の様々なマイクロポンプでは、構造が複雑であり、小型化が困難であった。特に、ダイヤフラム構造や微小ピストンを用いた特許文献１，２に記載のポンプでは、機械的な構造を有するため、小型化が困難であるだけでなく、送液されるマイクロ流体において脈動が生じるという問題があった。

他方、特許文献４に記載の固体電解質を用いた水素ポンプでは、組み立てが煩雑であり、かつ導電線ならびにガス流路等の引き回しの制約が大きく、従って、マイクロ流体デバイスの基板内に多くのポンプを高密度に実装することが困難であった。

これに対して、特許文献５に記載のマイクロポンプでは、熱または光によりガスを発生する材料が、光の照射によりガスを発生するため、複雑な機械的構造を必要とせず、また導電線も必要としない。従って、マイクロポンプの構造の簡略化及び小型化を進め、ポンプを高密度に実装することができる。しかも、上記光線によりガスを発生する材料を充填するマイクロポンプ室を形成すればよいだけであるため、マイクロ流体デバイスの基板への加工も容易である。

しかしながら、特許文献５に記載のマイクロポンプでは、酸素含有量が１５〜５５重量％のポリオキシアルキレン樹脂を用いてマイクロポンプが構成されているため、充分なガス圧を得るために光の照射強度を高くする必要があったり、流体駆動までに時間がかかるという問題があった。

また、ガスを発生する化合物としてアゾ化合物を用いた場合、光・熱いずれでも分解するため、保存時に高温になると、意図に反してガスが発生してしまうなど、保存安定性が悪いという問題もあった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料であって、光が照射されるとガスを効率的に発生し、マイクロ流体を搬送することができ、しかも送液効率を高めることができる光応答性ガス発生材料、並びに該光応答性ガス発生材料を用いたマイクロポンプ及びマイクロ流体デバイスを提供することにある。

本発明によれば、基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料であって、光酸発生剤と、酸刺激ガス発生剤とを含む、光応答性ガス発生材料が提供される。

また、本発明では、上記光酸発生剤としては、光照射によって酸を発生する様々な化合物を用いることができるが、キノンジアジド化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル類及び有機ハロゲン化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましく、キノンジアジド化合物、スルホン酸オニウム塩、ベンジルスルホン酸エステル、ハロゲン化イソシアヌレート及びビスアリールスルホニルジアゾメタンからなる群から選ばれた少なくとも１種が特に好ましい。これらの光酸発生剤は、光が照射されると効率的に分解し、スルホン酸等の強酸を生じさせる。さらに、発生した酸は、酸刺激ガス発生剤と効率的に反応するので、ガスの発生効率がより一層高められる。

本発明では、前記酸刺激ガス発生剤としては、炭酸塩及び／又は重炭酸塩が好ましく、それによって、酸による刺激が与えられた際に、ガスがより一層効率よく発生する。

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスは、基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスであって、前記基板が少なくとも２つの前記マイクロポンプが内蔵されている第１のプレートと、該第１のプレートに積層されており、かつ微細流路を形成する溝もしくは貫通孔を有する第２のプレートとを有し、前記マイクロポンプが、駆動源として本発明に従って構成された光応答性ガス発生材料を有する。

本発明の光応答性ガス発生材料は、錠剤状、微粒子状、フィルム状などの形態に加工されていてもよい。

本発明に係る光応答性ガス発生材料は、バインダー樹脂をさらに含んでいてもよい。バインダー樹脂を含ませることよって、錠剤状、微粒子状、フィルム状などの形態への加工が容易になる。また、バインダー樹脂の形態を強固に固定することができる。

また、本発明では、上記バインダー樹脂の重量平均分子量は、５万〜１００万の範囲が好ましい。また、上記バインダー樹脂は、光分解性を有することが好ましい。光分解性を有する場合には、ガスがより一層効率的に発生する。

また、上記バインダー樹脂は、粘接着性を有する樹脂であることが好ましい。その場合には、光応答性ガス発生材料に粘接着性を付与することができるので、例えばマイクロポンプ構成部分に光応答性ガス発生材料を容易に設置することができる。例えば、フィルム状の光応答性ガス発生材料が粘着性を示す場合、マイクロ流体デバイスの基板面や基板内部の壁面に容易に貼付することができる。

本発明の光応答性ガス発生材料は、光増感剤をさらに含むことが好ましい。光増感剤を含む場合には、光の照射によりガスがより一層速やかに発生する。

本発明の光応答性ガス発生材料は、光応答性ガス発生材料を支持する支持部材を有していてもよい。この場合、光応答性ガス発生材料にバインダー樹脂が含まれていてもよく、また含まれていなくてもよい。

本発明の支持部材は多孔性部材であってもよい。この場合、光の照射により発生したガスが、多孔性部材の多数の孔を通じて速やかに光応答性ガス発生部材から放出される。従って、マイクロポンプ装置の送液効率を効果的に高めることができる。

また、多孔性部材は、複数の繊維を集合してなる繊維状部材であってもよい。この場合、繊維状部材の網目状の空間から発生したガスが速やかに放出される。上記繊維状部材が、面状部材である場合には、面状部材の面の多数の網目から、発生したガスが速やかに放出される。

また、上記支持部材は、不織布であってもよく、その場合は、不織布の表面に光応答性ガス発生部剤を付着させることができる。この構成では、不織布の表面に付着した光応答性ガス発生部材からガスが速やかに放出されるため、光応答性ガス発生樹脂組成物のみを用いた場合に比べて、内部で発生したガスがより速やかに放出される。従って、マイクロポンプの送液効率を高めることができる。

本発明に係るマイクロポンプは、基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスに用いられ、マイクロポンプ内に本発明の光応答性ガス発生材料が収納されている。

本発明に係るマイクロポンプのある特定の局面では、前記基板内にガス発生室が形成されており、前記ガス発生室が臨むように前記基板の一面に光学窓が設けられており、前記ガス発生室内に前記光応答性ガス発生材料が収納されている。

本発明に係るマイクロポンプの他の特定の局面では、前記光応答性ガス発生材料が、フィルム状光応答性ガス発生材料であり、前記基板にマイクロポンプを形成するために基板表面に開口しているガス発生部が形成されており、該ガス発生部が前記フィルム状光応答性ガス発生材料により閉成されるように、前記基板の表面に前記フィルム状光応答性ガス発生材料が貼付されている。

本発明に係るマイクロポンプのさらに他の特定の局面では、前記基板表面であって、前記フィルム状光応答性ガス発生材料により覆われる部分に凹凸が形成される。

本発明に係るマイクロ流体デバイスは、基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスに用いられるマイクロポンプを備え、少なくとも２つの前記マイクロポンプが内蔵されている第１のプレートと、該第１のプレートに積層されており、かつ微細流路を形成する溝もしくは貫通孔を有する第２のプレートとを有し、前記マイクロポンプ内に本発明の光応答性ガス発生材料が収納されている。

本発明に係るマイクロ流体デバイスのある特定の局面では、前記第１のプレート内に少なくとも２つのガス発生室が形成されており、前記ガス発生室が臨むように前記第１のプレートの一面に光学窓が設けられており、前記ガス発生室内に前記光応答性ガス発生材料、前記光応答性ガス発生微粒子、及び前記光応答性ガス発生フィルムの内の少なくとも１つが収納されている。

本発明に係るマイクロ流体デバイスの他の特定の局面では、前記微細流路が複数設けられており、平面視において、隣接する前記微細流路の開口相互間に設けられ、前記ガス発生部を遮光する遮光層がさらに備えられている。

本願発明によれば、光応答性ガス発生材料が、光酸発生剤と酸刺激ガス発生剤とを含むので、光が照射されると光酸発生剤が分解し、酸を生じさせる。さらに、該酸が酸刺激ガス発生剤と反応することにより、酸刺激ガス発生剤からガスを速やかに発生させることができる。よって、マイクロ流体デバイスのマイクロポンプに、本発明の光応答性ガス発生材料を用いることにより、マイクロ流体を搬送することができ、しかも送液効率を高めることができる。

また、本発明の光応答性ガス発生材料は、熱に対して安定なため保存安定性も良好である。

よって、本発明の上記光応答性ガス発生材料を用いたマイクロポンプでは、送液効率を高めることが可能となる。また、該マイクロポンプが内蔵されたマイクロ流体デバイスにおいても、マイクロ流体の搬送効率を高め、分析等の作業を速やかに行うことができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロポンプを備えるマイクロ流体デバイスの略図的正面断面図及び該マイクロポンプの構造を拡大して示す部分正面断面図である。 図２は、本発明のマイクロポンプを備えるマイクロポンプ装置の変形例を示す部分正面断面図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを説明するための略図的正面断面図である。 図４は、本発明の第３の実施形態に係るマイクロ流体チップの断面図である。 図５は、本発明の第４の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す正面断面図である。 図６は、本発明の第５の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す正面断面図である。 図７は、第５の実施形態におけるガス発生層の平面図である。 図８は、第５の実施形態の変形例におけるガス発生層の平面図である。 図９は、第５の実施形態の他の変形例に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。 図１０は、第５の実施形態のさらに他の変形例における基板の平面図である。

〔本発明の光応答性ガス発生材料〕
本発明の光応答性ガス発生材料は、光酸発生剤と、酸刺激ガス発生剤とを含む。本発明の光応答性ガス発生材料は、光酸発生剤及び酸刺激ガス発生剤を含むので、光が照射されると、光酸発生剤から酸を発生し、該酸が酸刺激ガス発生剤と反応して、ガスを速やかに発生する。

本発明において、光酸発生剤とは、光が照射されると酸を発生する化合物である。このような光酸発生剤は既によく知られており、本発明においては、従来公知の光酸発生剤を適宜用いることができる。

上記光酸発生剤の具体例として、例えば、キノンジアジド化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル類、有機ハロゲン化合物等を挙げることができる。

中でも、上記光酸発生剤として、キノンアジド化合物、スルホン酸オニウム塩、ベンジルスルホン酸エステル、ハロゲン化イソシアヌレート及びビスアリールスルホニルジアゾメタンからなる群から選ばれた少なくとも１種が特に好ましく用いられる。これらの光酸発生剤は、光が照射されると効率的に分解し、スルホン酸等の強酸を発生させる。よって、これらの光酸発生剤を用いた場合には、ガスの発生効率がより一層高められる。

上記キノンジアジド化合物としては、１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−５−スルホン酸又は１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−４−スルホン酸と低分子芳香族ヒドロキノン化合物とのエステルを挙げることができる。上記低分子芳香族ヒドロキノン化合物としては、例えば、１，３，５−トリヒドロキシベンゼン、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、クレゾール等が挙げられる。なかでも、１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−５−スルホン酸−ｐ−クレゾールエステルが好ましく用いられる。

上記オニウム塩としては、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等を挙げることができる。

上記スルホン酸エステル類としては、ビスアリールスルホニルジアゾメタン、ｐ−ニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｍ−ニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｍ、ｐ−ジニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｐ−シアノベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、クロロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ジメチルアミノナフタレン−５−スルフォネート、ジフェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルフォネート、４−メトキシフェニル−フェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルフォネート、ビス（４−メトキシフェニル）ヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルフォネート、ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルフォネート、ジフェニルヨードニウム−アントラセン−２−スルフォネート、ジフェニルヨードニウム−トルフルオロメタンスルフォネート、５−プロピルスルホニルオキシイミノ−５Ｈ−チオフェン−２−イリデン）−２−メチルフェニルアセトニトリル等が挙げられる。なかでも、光照射による酸の発生効率が高いので、ジフェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルフォネート、５−プロピルスルホニルオキシイミノ−５Ｈ−チオフェン−２−イリデン）−２−メチルフェニルアセトニトリルが好ましい。

上記酸刺激ガス発生剤としては、酸の刺激すなわち酸の作用によりガスを発生するものであれば特に限定されないが、炭酸塩及び／又は重炭酸塩が好適に用いられる。

上記酸刺激ガス発生剤としては、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、水素化ホウ素ナトリウム等が挙げられる。これらは、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。安定性に優れており、かつガス発生量も多いので、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの混合物がより好適である。

上記酸刺激ガス発生剤の配合量は、光酸発生剤から発生する酸と化学等量以上の配合量であることが望ましい。

本発明の光応答性ガス発生材料は、通常保存されている温度でガスを発生せず、光照射によりガスを発生する材料であるため、熱安定性も好ましい。

本発明では、光応答性ガス発生材料は、錠剤状、微粒子状、フィルム状などの形態に加工されていてもよい。

〔バインダー樹脂〕
本発明では、光応答性ガス発生材料は、バインダー樹脂をさらに含んでいてもよい。この場合、錠剤状、微粒子状、フィルム状などの形態への光応答性ガス発生材料の加工が容易になる。また、光応答性ガス発生材料の形態を強固に維持することができる。

上記バインター樹脂としては特に限定されず、例えば、ポリ（メタ）アクリル、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミドなどの高分子材料を用いることができる。また、これらの共重合体を用いてもよく、これらを併用してもよい。なかでも、ガスの発生効率がより一層高められるので、ポリ（メタ）アクリレートが好ましい。バインダー樹脂の紫外光吸収帯は、上記光酸発生剤や光増感剤の紫外光吸収帯よりも短波長であることが望ましい。

上記ポリ（メタ）アクリルを得るのに用いられる（メタ）アクリレートモノマーは、鎖状化合物または環状化合物のいずれであってもよい。上記鎖状化合物としては、（メタ）アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−メチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ラウリル等が挙げられる。上記環状化合物としては、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸イソボロニル等が挙げられる。なかでも、（メタ）アクリル酸メチルが好ましい。

上記ポリ（メタ）アクリルは、例えば、上述した（メタ）アクリレートモノマーと、該（メタ）アクリレートモノマーと共重合可能なビニル系モノマーとを共重合することにより得られたものであってもよい。

上記（メタ）アクリルモノマーと共重合可能なビニル系モノマーとしては特に限定されず、例えば、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、（無水）マレイン酸、（無水）フマル酸、カルボキシエチルアクリレート等のカルボキシアルキル（メタ）アクリレート類等のカルボキシル基含有ビニルモノマー；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート等の水酸基含有ビニルモノマー；（メタ）アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、Ｎ−ビニルラウリロラクタム、（メタ）アクリロイルモルホリン、（メタ）アクリルアミド、ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノメチル（メタ）アクリレートなどの窒素含有ビニルモノマー等が挙げられる。これらのビニル系モノマーは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記（メタ）アクリレートモノマーと上記ビニル系モノマーとの組合せとしては特に限定されないが、例えば（メタ）アクリル酸メチルと（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸メチルと（メタ）アクリルアミド、または（メタ）アクリル酸とＮ−イソプロピル（メタ）アクリルアミドとの組合せ等が挙げられる。

上記（メタ）アクリレートモノマーと上記ビニル系モノマーとの共重合比（重量比）は、９８：２〜５１：４９の範囲が好ましい。

ガスの発生効率がより一層高められるので、上記ポリ（メタ）アクリレートとしては、ポリメチル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸メチル・（メタ）アクリル酸共重合体及び（メタ）アクリル酸メチル・（メタ）アクリルアミド共重合体から選ばれた少なくとも１種が好ましい。また、ガスの発生効率がより一層高められるので、ポリ（メタ）アクリレートは、アミノ基あるいはカルボニル基を有することが好ましい。

ガスの発生効率がより一層高められるので、バインダー樹脂は光分解性を有してもよい。

上記バインダー樹脂の重量平均分子量は、５万〜１００万の範囲が好ましく、より好ましくは１０万〜５０万の範囲である。バインダー樹脂の重量平均分子量が小さすぎると、バインダー樹脂自体の凝集力が低くなるため、光酸発生剤もしくは酸刺激ガス発生剤を、強固に固めることができないことがあり、バインダー樹脂の重量平均分子量が大きすぎると、各種形態への加工性が低下する。

また、上記バインダー樹脂は、粘接着性を有する樹脂であることが好ましい。その場合には、光応答性ガス発生材料に粘接着性を付与することができるので、例えばマイクロポンプに光応答性ガス発生材料を容易に配置することができる。例えば、粘着性を有するフィルム状光応答性ガス発生材料は、マイクロ流体デバイスの基板面や基板内部の壁面に容易に貼付することができる。

上記バインダー樹脂を含む場合には、本発明では、バインダー樹脂１００重量部に対して、上記光酸発生剤は１０〜３００重量部の割合で含有されていることが好ましく、より好ましくは５０〜２００重量部である。また、バインダー樹脂１００重量部に対して、酸刺激ガス発生剤は１０〜３００重量部の割合で含有さていることがより好ましく、さらに好ましくは５０〜２００重量部である。光酸発生剤並びに酸刺激ガス発生剤が少なすぎると、光の照射によりガスが充分に発生しないことがあり、多すぎると、光酸発生剤並びに酸刺激ガス発生剤がバインダー樹脂内に効率よく分散あるいは付着されずに粉状物を生じることがあり、マイクロ流路が汚染されることがある。

本発明の光応答ガス発生材料は、錠剤状あるいは微粒子状あるいはフィルム状の形態を有していることが好ましい。光応答ガス発生材料が錠剤状とされていることが特に好ましく、この場合は、光応答ガス発生材料の取り扱いが容易となる。また、フィルム状とする場合と比較してバインダー樹脂の量を少なくすることができるため、高いガス発生効率を実現することができる。

なお、光応答ガス発生材料を錠剤状に加工する方法としては、例えば、プレス法などが挙げられる。

上記バインダー樹脂の量は、光応答ガス発生材料が有する形態に応じて適宜決定することができる。例えば、光応答ガス発生材料の形態が錠剤や微粒子上の場合、バインダー樹脂の量は、光応答ガス発生材料の形態が保持できる範囲で少ないことが好ましく、使用しないことがより好ましい。バインダー樹脂を使用する場合でも結着剤程度の量を用いることが好ましい。この場合、バインダー樹脂の配合割合は、光酸発生剤と酸刺激ガス発生剤の合計１００重量部に対して、好ましくは０〜２０重量部、さらに好ましくは、０〜１０重量部である。

これは光ガス発生材料中のガスを発生する化合物である光酸発生剤と酸刺激ガス発生剤をバインダー樹脂に比べてできるだけ多く含有する方がガス発生量が多くなるためである。

光応答性ガス発生材料からなる光応答性ガス発生微粒子を得るに際しては、光応答性ガス発生材料に配合される各成分を適宜別々に微粒子としてもよく、２種類以上を混合し一種類の微粒子としても良い。中でも少なくとも光酸発生剤と酸刺激ガス発生剤とを同一の微粒子とすることが好ましい。光応答性ガス発生微粒子を用いた場合には、光照射後の微粒子からのガス発生効率を高めることができ、さらに微粒子間に空間が存在することから発生したガスの通過が容易になる。光応答性ガス発生微粒子の粒子径は特に限定されず、好ましくは５０μｍ〜２ｍｍである。光応答性ガス発生材料を微粒子にするためには上述のバインダー樹脂を使用して各成分を配合した後に、該配合物を貧溶媒中に目的とする微粒子径となるように適量ずつスポッティングするなどすれば良い。

光応答性ガス発生材料がフィルム状やテープ状である場合には、取扱いが容易である。すなわち従来のマイクロポンプシステムでは、基板内にマイクロポンプ室を形成する必要があり、マイクロポンプシステムの製造工程が煩雑となる傾向があったが、フィルム状やテープ状とすることにより、これを基板に貼付してマイクロポンプにする等により製造工程の簡素化を図ると共に、さらなる小型化を図ることができる。

上記光応答性ガス発生材料は、上述のバインダー樹脂を使用して、通常の方法によりフィルムにすることができる。光応答性ガス発生フィルムの厚みは特に限定されず、好ましくは１〜２００μｍであり、より好ましくは５〜１００μｍである。また、光応答性ガス発生フィルムは透明であることが好ましい。

〔光増感剤〕
本発明の光応答性ガス発生材料は、光増感剤をさらに含むことが好ましい。光応答性ガス発生材料が光増感剤を含む場合には、光の照射によりガスをより一層速やかに発生させることができる。

上記光増感剤としては光酸発生剤にエネルギーを移動して光酸発生剤の分解を促進する化合物であればよく、特に限定されないが、例えばチオキサントン、ベンゾフェノン、アセトフェノン類、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルジメチルケタール、ベンゾイルベンジエート、α−アシロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、脂肪族アミン、芳香族基を含むアミン、ピペリジンのように窒素が環系の一部をなしているもの、アリルチオ尿素、ｏ−トリルチオ尿素、ナトリウムジエチルジチオホスフェート、芳香族スルフィン酸の可溶性塩、Ｎ，Ｎ−ジ置換−ｐ−アミノベンゾニトリル系化合物、トリ−ｎ−ブチルフォスフィン、Ｎ−ニトロソヒドロキシルアミン誘導体、オキサゾリジン化合物、テトラヒドロ−１，３−オキサジン化合物、ホルムアルデヒドかアセトアルデヒドとジアミンの縮合物、アントラセン（又はその誘導体）、キサンチン、Ｎ−フェニルグリシン、フタロシアニン、ナフトシアニン、チオシアニン等のシアニン色素類ポルフィリン（又はその誘導体）等が挙げられる。これらの光増感剤は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

また、上記光増感剤を用いる場合、光増感剤の配合割合は特に限定されないが、増感作用を充分に得るためには、上記光酸発生剤１００重量部に対して、光増感剤は０．１〜１００重量部の範囲で含有されることが好ましい。より好ましくは、１〜５０重量部、更に好ましくは１〜１０重量部である。光増感剤が少なすぎると、増感作用を充分に得ることができないことがあり、多すぎると、増感作用が飽和したり、光酸発生剤の光分解が抑制されたりすることがある。また、光増感剤を配合することにより長波長領域（３００ｎｍ以上）の光源を使用することができる。

本発明において、光応答ガス発生材料は、支持部材に支持されていてもよい。光応答ガス発生材料と、光応答ガス発生材料を支持する支持部材とを有する光応答ガス発生部材をマイクロポンプに設けてもよい。光応答性ガス発生材料を支持部材に支持させる場合には、バインダー樹脂は含まれていてもよく、また含まれていなくてもよい。

支持部材としては、発生したガスを速やかに放出し得る適宜の支持部材を用いることができる。

支持部材は、例えば、綿などの繊維状部材により構成することができる。支持部材を繊維状部材により構成した場合、繊維間の隙間から発生したガスが速やかに外部に放出される。なお、支持部材を繊維状部材により構成する場合、光応答ガス発生材料を繊維状部材に含浸させることにより光応答ガス発生材料を支持部材に支持させることができる。

また、支持部材は、例えば、ガラス繊維、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)やアクリルなどの合成繊維、パルプ繊維、金属繊維などが集合し、絡み合っている適宜の繊維状部材であってもよい。

また、支持部材は、発生したガスが外部に速やかに放出され得るものである限り特に限定されず、様々な多孔性部材を支持部材として用いることができる。ここで、多孔性部材とは、外表面に連なった多数の孔を有する部材を広く含むものとし、上記綿などのように、繊維間の隙間が外部に連なっている部材もまた多孔性部材に含めることとする。

従って、上記繊維状部材以外に、内部から外表面に連なる多数の孔が形成されている、例えば、スポンジ、破泡処理発泡体、多孔質ゲル、粒子融着体、ガス圧補助拡厚成形体、ハニカム構造体、筒状ビーズ、波折チップスなどの多孔性材料も上記支持部材を構成する多孔性部材として好適に用いることができる。

また、上記支持部材の材質は、特に限定されず、様々な無機材料または有機材料を用いることができる。このような無機材料としては、ガラス、セラミック、金属、または金属酸化物、有機材料としては、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、セルロース、アセタール樹脂、アクリル、ＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)、ポリアミド、またはポリイミドなどを用いることができる。

〔他の成分〕
上記光応答性ガス発生材料は、ガスの発生を補助したり、ガス発生の連鎖を止めたり、多孔性支持体へ浸透を補助する目的で、光分解性のアゾ化合物や過酸化物、ラジカルスカベンジャー、溶剤等適宜の添加物を含んでいてもよい。

上記アゾ化合物としては、特に限定されないが、アゾアミド系化合物、アゾニトリル系化合物、アゾアミジン系化合物またはサイクリックアゾアミジン化合物等が挙げられる。これらのアゾ化合物以外のその他のアゾ化合物を用いてもよい。アゾ化合物は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。特に、ケトン基およびアミド基を多く含むアゾ化合物を用いた場合には、該アゾ化合物は非常に極性が大きくバインダー樹脂に静電的結合し易いので、ガスの発生効率がより一層高められる。

上記過酸化物としては特に限定されないが、過酸化ベンゾイル、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド等、その他ｏ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等、２−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１，２−ベンズアントラキノン、２，３−ジフェニルアントラキノン等のアントラキノン類、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシフェニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシナフチル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（ピペロニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシスチリル）−６−トリアジン等のトリアジン類、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等が挙げられる。

上記ラジカルスカベンジャーとしては特に限定されないが、ｔ−ブチルカテコール、ヒロドキノン、メチルエーテル、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ、スーパーオキシドディスムターゼ系酵素ビタミンＣ、ビタミンＥ、ポリフェノール類、リノレイン酸等が挙げられる。

上記溶剤としては、光酸発生剤や酸刺激ガス発生剤やバインダー樹脂を溶解させるものであれば特に制限はない。具体的には、ジメトキシエタン、エチレングリコールメチルエチルエーテル、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノールなどのグリコールエーテル類、メチルセロソルブアセテート、エチルソロソルブアセテートなどのエチレングリコールアルキルエーテルアセテート類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルなどのジエチレングリコール誘導体類、プロピレングリコールメチルエチルエーテルなどのプロピレングリコール誘導体類、メチルアミルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類、エトキシ酢酸エチル、ヒドロキシ酢酸エチル、乳酸エチルなどのエステル類、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、γ−ブチロラクトンなどの非プロトン系双極子溶媒類が挙げられる。

本発明の光応答性ガス発生材料は、必要に応じて、従来知られている種々の添加剤をさらに含んでいてもよい。そのような添加剤としては、例えば、カップリング剤、均添剤、可塑剤、界面活性剤、安定剤等を挙げることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明のマイクロポンプの具体的な実施形態を説明することとする。

ガス発生層２０に照射される光は、ガス発生剤または増感剤が吸収する波長帯の光であれば、特に限定されないが、波長が１０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外線及び紫外線に近い４００ｎｍ〜４２０ｎｍの青色光であることが好ましく、３００ｎｍ〜４００ｎｍの近紫外線であることがより好ましい。

ガス発生層２０への光照射に用いられる光源は、特に限定されない。光源の具体例としては、例えば、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）、全固体レーザー、ケミカルランプ、ブラックライトランプ、マイクロウェーブ励起水銀灯、メタルハライドランプ、ナトリウムランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、蛍光灯などが挙げられる。なかでも、光源としては、発熱も少なく安価な発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子が好ましく用いられる。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロポンプを備えるマイクロ流体デバイスの模式的正面断面図及び該マイクロポンプの構造を示す部分切欠拡大正面断面図である。

図１（ａ）に示すように、マイクロ流体デバイス１は、複数のプレートを積層してなる基板２を有する。基板２は、ベースプレート３と、ベースプレート３上に積層された中間プレート４〜６と、中間プレート６上に積層されたトッププレート７とを有する。なお、基板２の積層構造はこれに限定されるものではない。

上記基板２内に複数の微細流路８，９が設けられている。微細流路９には、図示しない試薬貯留部や検体供給部が接続されている。上記微細流路８に、マイクロポンプ室１０が接続されている。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロポンプ室１０は、基板２内に形成されている。より具体的には、本実施形態では、ベースプレート３の上面に開いたガス発生室１１がベースプレート３に設けられている。ガス発生室１１の下面には、光学窓１２が設けられている。光学窓１２は、後述する光応答性ガス発生部材に光を照射した際に、光を発生させるための該光を透過する材料により構成されている。

本実施形態では、ベースプレート３が透明部材からなり、ベースプレート３を構成する透明部材により、光学窓１２がベースプレート３に一体に形成されている。このような透明部材としては、ガラスまたは透明性を有する合成樹脂を用いることができ、その材料は特に限定されるものではない。

上記基板２のベースプレート３以外の中間プレート４〜６及びトッププレート７等を構成する材料についても、合成樹脂等の適宜の材料により形成することができる。

他方、光学窓１２は、ベースプレート３と別部材で形成されていてもよい。すなわち、ベースプレート３の一部に開口を設け、該開口に光学窓１２を構成する透明部材をガス発生室１１を気密封止するように固定してもよい。このような構成をとる場合、ベースプレートを着色することで迷光を防ぎ、マイクロポンプを多数並べた場合でもひとつひとつを誤動作なく確実に制御できる。

また、ベースプレート３において、ガス発生室１１が下方に開口しており、ベースプレート３の下面に透明なプレートをさらに積層して、光学窓１２を形成してもよい。

このとき、光学窓を形成する透明なプレートには、光学窓以外を遮光する目的で、塗装もしくはフィルム貼合がなされてもよい。

ガス発生室１１は、ベースプレート３の上面に開口している。そして、ガス発生室１１内には、光応答性ガス発生部材１３が収納されている。

上記ガス発生室１１の平面形状は特に限定されず、円形または矩形等の適宜の形状とし得る。また、ガス発生室１１の深さは、光応答性ガス発生部材１３が収納され得る限り、特に限定されるものではない。

通常、ガス発生室１１の大きさは、小型のマイクロポンプを構成する必要があるため、平面積が４００ｍｍ^２以下程度、深さが０．５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされることが望ましい。更に望ましくは、平面積９ｍｍ^２以下、深さが１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。特にマイクロポンプのパワーが必要とされる場合には、ガス発生室を複数連結して使用することもできる。

上記光応答性ガス発生材料１３は、光応答性ガス発生材料が付着されている支持部材とを有する。光応答性ガス発生材料１３は、例えば支持部材に光応答性ガス発生材料を含浸させて暗室にて乾燥させて得ることができる。また、光応答性ガス発生材料１３では、支持部材が発泡されて多孔質とされているものであってもよい。支持部材は、一体とされている必要はなく、複数の支持部材がガス発生室に納められていてもよい。表面積を稼ぐために、支持部材に微粒子を加えてもよい。

また、上記支持部材は、上記繊維状部材を含む多孔性部材からなることが好ましいが、より好ましくは、上記孔が、光学窓１２側の表面から光学窓１２が設けられている側とは反対側の面に連なっている連続気孔のようなガス流路が孔として存在している多孔性部材が望ましい。その場合には、外部で発生した熱が、より速やかに、微細流路８側に放出されることになる。

本実施形態のマイクロポンプ１０では、光応答性ガス発生材料１３が、上記支持部材に付着された構成を有するため、光の照射により発生したガスが、速やかに光応答性ガス発生部材１３の外表面から放出されることとなる。従って、単に光応答性ガス発生材料の塊を収納した場合に比べ、ガス発生効率を、例えば１０倍以上と飛躍的に高めることが可能となる。

ガスを発生するのに用いられる光は、光酸発生剤または光増感剤が吸収をもつ波長であれば、特に限定されず、好ましくは、波長が１０〜４００ｎｍの紫外線および紫外線に近い４００〜４２０ｎｍの青色光が好ましい。より好ましくは、３００〜４００ｎｍの近紫外線であり、光源としては、市販の安価な３８０ｎｍのＬＥＤ等の発光素子を利用できる。

また、上記光応答性ガス発生材料１３においては、上記支持部材の表面に光応答性ガス発生材料が付着された形態を有するが、好ましくは、図１（ａ）に示すように、光応答性ガス発生部材１３と光学窓１２との間に空気層１４が形成されることが望ましい。空気層１４が形成されている場合には、発生したガスが、空気層１４の空間を経由して速やかに微細流路８側に排出される。より望ましくは、図１（ｂ）に示すように、光学窓１２と光応答性ガス発生材料１３との間に設けられた空気層１４が中間プレート４に設けられた貫通孔４ａに連なるように、光応答性ガス発生材料１３の側面の外側に、ガス流路１５が形成される。そのためには、光応答性ガス発生材料１３の平面積は、ガス発生室１１の平面積よりも小さいことが望ましい。

また、本実施形態では、上記光応答性ガス発生材料１３の光学窓１２側の面には、多数の凹凸が設けられており、それによって、空気層１４の体積が大きくされている。従って、このような凹凸を設けることが望ましい。

また、本実施形態では、上記光応答性ガス発生材料１３の光学窓１２とは反対側の面に、反射部材１７が設けられている。反射部材１７は、光学窓１２から照射されてきた光を反射する適宜の反射性材料により構成される。このような反射性材料としては、金属、鏡等を用いることができるが、好ましくは、薄く、マイクロ流体デバイスの低背化を進め得るため、金属箔や金属蒸着膜等を用いることができる。好ましくは、反射性に優れ、安価であるアルミニウム箔などの金属箔が好適に用いられる。また、Ａｌなどの適宜の金属もしくは合金を蒸着することにより、より薄い反射層を形成することも可能である。

上記反射部材１７の厚みは特に限定されないが、薄い方が好ましい。金属箔からなる場合、反射部材１７の厚みは１μｍ〜５００μｍ程度であり、蒸着膜などの薄膜形成法により形成された薄膜により反射部材１７が形成される場合には、１μｍ以下程度の厚みとすればよい。

なお、反射部材１７には、貫通孔１７ａを形成する必要がある。貫通孔１７ａは、排出孔１６に重なり合う位置に設けられている。貫通孔１７ａを形成することにより、発生したガスを貫通孔１７ａを経由して貫通孔４ａに排出することができる。貫通孔４ａは、中間プレート４に形成されており、かつ微細流路８に連なっている。微細流路８は、中間プレート５に、流路幅に応じた貫通開口部を設けることにより形成されており、該貫通開口部が、下方の中間プレート４及び上方の中間プレート６により閉成されて、微細流路８が形成されている。該微細流路８は、中間プレート６に設けられた接続用貫通孔６ａに連ねられている。接続用貫通孔６ａは、微細流路９に開口している。接続用貫通孔の大きさは、気体が通過しうるが流体は通過しない５〜２０μｍが望ましい。微細流路９は、トッププレート７の下面に、微細流路９の平面形状に応じた凹部を形成することにより設けられている。

前述したように、マイクロ流体デバイスでは、微細流路の幅は、通常、５μｍ〜１ｍｍ程度と非常に小さく、従って、微細流路を送液されるマイクロ流体は、基板２の内面との間の表面張力の影響を大きく受け、毛細管現象の影響も大きく受ける。従って、通常の大きな流路を有する流体回路とは異なる挙動をマイクロ流体が示すこととなる。このようなマイクロ流体デバイス１では、流路の長さ部分の一部において、流路の横断面の全面積を占めるものの、該流体の前後に空気層が存在する状態で、すなわちマイクロ流体は液滴の状態で送液されることができる。このような場合には、マイクロポンプ１０により湧出するガスの排除体積効果により、マイクロ流路中の液滴が速やかに輸送される。そして、この場合、マイクロポンプ１０におけるガスの圧力が急激に高まることが、マイクロ流体を速やかに送液する上で望ましい。

本実施形態のマイクロポンプ１０では、上記のように、光応答性ガス発生材料１３が、支持部材に付着した構造を有し、ガスが速やかに外部に放出されるので、光の照射によりガスを発生させた場合、ガス圧を急激に高めることができる。しかも、上記反射部材１７が設けられているので、光が効果的に利用され、それによっても、マイクロポンプ１０の送液効率が高められる。

よって、同じ量の光応答性ガス発生材料を用いた場合のガス発生効率及び応答性を高めることができ、ひいてはマイクロポンプ１０の小型化を進め、マイクロ流体デバイス１全体の小型化を進めることが可能となる。

上記実施形態では、光応答性ガス発生材料１３は、支持部材表面に付着した形態を有していた。しかしながら、光応答性ガス発生材料は、必ずしも光応答性ガス発生材料が支持部材に付着されている形態を有する必要はない。すなわち、上記第１の実施形態のマイクロポンプ１０において、光応答性ガス発生部材１３に代えて、本発明の光応答性ガス発生材料のみをガス発生室１１内に収納してもよい。そして、その他の構造は、上記第１の実施形態と同様とした場合、本発明の実施形態としてのマイクロポンプを備えるマイクロポンプ装置が構成される。この場合、上記第１の実施形態と同様に、反射部材１７が、光応答性ガス発生部材の光学窓１２とは反対側に配置されているので、反射部材１７の存在により、光が効果的に利用され、それによってマイクロポンプの送液効率が高められる。

また、支持部材を用いない場合には、光応答性ガス発生材料は、塗布部分、例えばガス発生室１１内に、ジェットディスペンサーやインクジェットで微小な液滴で塗布されてもよい。さらに、光応答性ガス発生材料に代えて、あるいは該光応答性発生材料とともに、上記光応答性ガス発生微粒子及び／又は上記光応答性ガス発生フィルムが、ガス発生室１１内に収納されていてもよい。

上記本発明における第１の実施形態の変形例の説明において、上記第１の実施形態におけるマイクロポンプ１０の説明の上記支持部材以外の構成についての説明を援用することとする。また、第２の実施形態も、以下の変形例と同様に変形でき、また以下のマイクロ流体デバイス１に適用することができる。

図２は、上記第１の実施形態におけるマイクロポンプ１０の変形例を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。この変形例のマイクロポンプ２０では、光応答性ガス発生部材２１は、光学窓１２に対して、多点接触をしている。すなわち、本変形例では、光応答性ガス発生部材２１は、光学窓１２側において、凹凸を有し、上記第１の実施形態の場合と同様に、多数の山部が連ねられた形状を有する。この多数の山部の頂点が、光学窓１２の内面に接触し、多点接触している。従って、光応答性ガス発生部材２１は、光学窓１２の内面に多点接触している。この場合には、複数の山間の谷部において、ガスが放出される空間すなわち空気層が形成されているため、発生したガスを速やかに放出することができる。しかも、光応答性ガス発生部材２１の上記多数の山が、光学窓１２の内面に点接触的に接触しているので、マイクロ流体デバイス１を持ち歩いた場合等において、振動や外力が加えられたとしても、ガス発生室１１内で光応答性ガス発生部材２１が移動し難いため、上記山部間の空気層を確実に確保することができる。また、ガス発生室１１内で、光応答性ガス発生部材２１が動き難いため、光応答性ガス発生部材２１の移動に伴う変形等もう生じ難い。よって、マイクロポンプ２０では、信頼性も高められる。

上記マイクロ流体デバイス１は、前述のように、マイクロ流体が搬送される微細流路８，９を基板２の内部に有し、微細流路９に、図１（ａ）に破線で示す測定セル１８が接続されている。この測定セル１８内において、微細流路９から送られてきたマイクロ流体が光学的検出方法や電気化学的検出法等を用いて測定されることになる。このような測定セルとしては、光学的な測定を行うために、液状の検体を収納するセルの他、他の方法により測定セル内の検体を検出する適宜の方法に適した測定セルが形成され得る。

また、マイクロ流体デバイス１では、上記測定セルの他、適宜、検体を希釈するための希釈部や、混合するための混合部等が設けられる。このような構成は、従来より公知のマイクロ流体デバイスの公知の構造に従って適宜変形することができる。

上記マイクロポンプ１０，２０では、マイクロポンプに収納されている上記光応答性ガス発生材料に３８０ｎｍの紫外線を２４ｍＷ／ｃｍ^２の照射強度で２００秒間照射したときに、ガス発生量は、光応答性ガス発生材料１ｇあたり１ｍＬ以上であることが好ましく、１．５ｍＬ以上であることがより好ましい。ガス発生量が、光応答性ガス発生材料１ｇあたり１．０ｍＬ以上であると、送液効率がより一層高められ、１．５ｍＬ以上であると、送液効率がさらに一層高められる。

上記マイクロ流体デバイス１では、ベースプレート３に、本発明の光応答性ガス発生材料を含む光応答性ガス発生部材１３が収納されているマイクロポンプ１０が１つ内蔵されていた。上記ベースプレート３には、複数のマイクロポンプ１０が内蔵されていてもよい。この場合、複数のマイクロポンプ１０にそれぞれ連ねられた貫通孔４ａを中間プレート４に形成することにより、微細流路が連ねられ、マイクロポンプ１０としての作用を得ることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態としてのマイクロ流体デバイスの模式的正面断面図である。

図３に示すように、マイクロ流体デバイス３１は、基板３２を有する。基板３２は複数のプレート３３〜３５を積層することにより形成されている。具体的には、ベースプレート３３に、中間プレート３４及びトッププレート３５が積層されている。基板３２を構成しているベースプレート３３、中間プレート３４及びトッププレート３５については、第１の実施形態における基板材料と同様の材料を用いることができる。ベースプレート３３には、貫通孔３３ａに連なるように、ベースプレート３３の下面に溝３３ｂが形成されている。貫通孔３３ａの上端に連なるように、ベースプレート３３の上面にも溝３３ｃが形成されている。中間プレート３４には、貫通孔３４ａと、貫通孔３４ａの上端に連なる溝３４ｂとが形成されている。溝３４ｂは、トッププレート３５により閉成されている。

上記基板３２の下面すなわちベースプレート３３の下面には、フィルム状光応答性ガス発生部材３６が貼りつけられている。フィルム状光応答性ガス発生部材３６は、バインダー樹脂を含み粘接着性を示す本発明の光応答性ガス発生材料からなる。従って、ベースプレート３３の下面に、フィルム状光応答性ガス発生部材３６を容易に貼付することができる。

フィルム状光応答性ガス発生部材３６と、ベースプレート３３の溝３３ｂにより、マイクロポンプが構成されることになる。すなわち、フィルム状光応答性ガス発生部材３６に光が照射されると、ガスが発生する。発生したガスが、貫通孔３３ａを含むマイクロ流路に供給されることになる。マイクロ流路は、貫通孔３３ａに加えて、溝３３ｃ、貫通孔３４ａ，溝３４ｂをも含む微細流路部分である。

また、上記フィルム状光応答性ガス発生部材３６は、単一のフィルムからなるが、複数のフィルム状光応答性ガス発生部材を積層してもよい。上記フィルム状光応答性ガス発生部材３６は、基板３２の下面に直接成膜されてもよい。

上記フィルム状光応答性ガス発生部材３６の下面には、ガスバリア層３７が積層されている。ガスバリア層３７はフィルム状光応答性ガス発生部材３６で発生したガスが下面側から流出することを防止するために設けられている。このように、ガスバリア層３７を、ガス供給側とは反対側のフィルム状光応答性ガス発生材料表面に積層することが好ましい。それによって、マイクロ流路へのガス供給量をより一層高めることができる。

上記ガスバリア層３７は、フィルム状であってもよく、プレート状であってもよい。また、ガスバリア層３７は発生したガスを透過させにくい材料からなることが好ましい。ガスバリア層３７は、ガスを透過させ難い適宜の材料からなる膜、またはプレートであってもよい。ガスバリア層５１の材質としては、例えば、ポリアクリル、ポリオレフィン、ポリカーボネート、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン、ウレタン樹脂、ポリイミド及びガラスなどが挙げられる。

ガスバリア層３７は、好ましくは光透過性材料からなる。特に、フィルム状光応答性ガス発生部材３６の下面側から光を照射する場合には、上記光酸発生剤を分解させる光や光増加剤が吸収する光の波長の透過性に優れていることが望ましい。もっとも、基板３２を透明とした場合には、ガスバリア層３７は光不透過性材料であってもよい。その場合には、基板３２の上面側から光を透過し、ガスを発生させてもよい。

なお、ガスバリア層３７の下面から光を照射する場合、上記マイクロポンプを構成している溝３３ｂの下方部分にのみ光を照射するために、遮光層３８を設けてもよい。遮光層３８は、遮光性材料からなり、溝３３ｂが開口している部分の下方に位置している。このような遮光層３８，３９を構成する材料についても、照射される光を遮光し得る、あるいは照射される光を透過し難い適宜の材料を用いることができる。

（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態に係るマイクロ流体デバイスとしてのマイクロ化学チップを正面断面図で示す。

図４に示すマイクロ化学チップ１３１は、第１の実施形態のマイクロ流体デバイスが２つ並べられた構造を有する。マイクロ化学チップ１３１は、２つのマイクロポンプ１１０が内蔵されている第１のプレートとしてのベースプレート１０３Ａを有する。

ベースプレート１０３Ａ内に少なくとも２つのガス発生室１１１が形成されている。２つのガス発生室１１１がそれぞれ臨むように、ベースプレート１０３Ａの一面に光学窓１１２が設けられている。また、２つのガス発生室１１１内には、光応答性ガス発生材料１１３が付着した支持部材が収納されている。図４に示すマイクロ化学チップ１３１においても、光応答性ガス発生材料に代えて、あるいは該光応答性発生材料とともに、光応答性ガス発生微粒子及び／又は光応答性ガス発生フィルムが、ガス発生室１１１内に収納されていてもよい。

ベースプレート１０３Ａと、中間プレート１０４Ａ〜１０６Ａと、トッププレート１０７Ａとにより、基板１０２Ａが構成されている。基板１０２Ａは、複数のマイクロポンプ１１０を備え、かつ複数の該マイクロポンプ１１０に連ねられた複数の微細流路１０８，１０９及び測定セルが形成されていることを除いては、第１の実施形態における基板と類似した構成を有する。

図４では、第１の実施形態のマイクロポンプが複数設けられていたが、図３に示した第２の実施形態におけるマイクロポンプもまた、同様に基板内に複数設けられてもよい。

上記マイクロ化学チップ１３１では、ベースプレート１０３Ａに２つのマイクロポンプ１１０が内蔵されているが、該マイクロポンプ１１０は少なくとも２つ内蔵されていればよく、従って３つ以上のマイクロポンプ１１０が内蔵されていてもよい。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。図５に示すように、本実施形態では、バリア層２２１は、ガス発生層２２０の外周に位置する外周部２２１ａにおいて、全周にわたって基板２１０に接合されている。これにより、基板２１０とバリア層２２１との間に実質的に気密された空間が形成されている。そして、その気密空間内にガス発生層２２０が配置されている。

ガス発生層２２０は、基板２１０に粘着または接着していてもよく、基板２１０に粘着及び接着していなくてもよい。ガス発生層２２０には、連通孔２２０ａが形成されている。連通孔２２０ａは、開口２１４ａに連通している。

例えば、連通孔２２０ａが形成されていない場合は、ガス発生層２２０の基板２１０とは反対側の表面において発生したガスは、ガス発生層２２０の内部を経由してマイクロ流路２１４に供給される。このため、マイクロ流路２１４に対するガスの供給効率が低くなる傾向にある。それに対して、本実施形態では、連通孔２２０ａが形成されているため、ガス発生層２２０の基板２１０とは反対側の表面において発生したガスも連通孔２２０ａを介してマイクロ流路２１４に供給される。このため、マイクロ流路２１４に効率的にガスを供給することができる。従って、例えば、ガス発生層２２０を小さくすることも可能となる。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。図６に示すように、開口２１４ａに接続された１本または複数本の溝２２０ｂがガス発生層２２０に形成されていてもよい。そうすることで、ガス発生層２２０の開口２１４ａから離れた部分において発生したガスも効率的にマイクロ流路２１４に供給することが可能となる。

例えば、図７に示すように、開口２１４ａに対応する部分から放射状に延びるように複数の溝２２０ｂを形成することが好ましい。それによって、フィルム状光応答性ガス発生材料のより広域な部分からマイクロ流路２１４に対してガスを供給することが可能となるからである。

また、図８に示す変形例のように、放射状に形成された複数の溝２２０ｂを連通させる輪帯状または馬蹄状の溝をさらに形成してもよい。但し、本発明において、溝２２０ｂの本数、形状は何ら限定されない。

なお、溝２２０ｂの替わりに、ガス発生層２２０を厚さ方向に貫通する開口を形成してもよい。

また、溝２２０ｂや前記開口を形成する替わりに、ガス発生層２２０の基板２１０側の表面を粗面に形成してもよい。その場合であっても、ガス発生層２２０の開口２１４ａから離れた部分において発生したガスも効率的にマイクロ流路２１４に供給することが可能となる。

また、上記第５の実施形態のように、ガス発生層２２０に溝２２０ｂを形成する替わりに、図９及び図１０に示すように、基板２１０の表面２１０ａに溝２１０ｃを形成してもよい。さらに、ガス発生層２２０に溝２２０ｂを形成すると共に、基板２１０の表面２１０ａに溝２１０ｃを形成してもよい。

上記のように、複数の溝２１０ｃ、２２０ｂや、開口を形成したり、あるいはフィルム状ガス発生部材に覆われる基板表面を粗面に形成することにより、言い換えれば、フィルム状光応答性ガス発生材料により被覆される基板表面に凹凸を設けることにより、マイクロ流路にガスをより速やかに供給することができる。

なお、本発明に係るマイクロポンプ及びマイクロポンプが設けられるマイクロ流体デバイスは、上述した図示の実施形態に限定されるものではない。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

〔本発明の実験例〕
（実施例１）
光酸発生剤としての２，３，４，４’−テトラヒドロキシべンゾフェノン３５重量部と、酸刺激ガス発生剤としての炭酸水素ナトリウム７５重量部とを配合した。配合物をプレス法により固め、錠剤状光応答性ガス発生材料を得た。

（実施例２）
実施例１記載の配合に、光増感剤としての２，４−ジメチルチオキサントン４．８重量部をさらに配合したこと以外は実施例１と同様にして、錠剤状光応答性ガス発生材料を得た。

（実施例３）
実施例２記載の配合に、テトラヒドロフランとエタノールとの１：１（重量比）混合溶媒１００重量部に、バインダー樹脂としてのメタクリル酸メチル・アクリルアミド共重合体（メタクリル酸メチルとアクリルアミドとを８５：１５の共重合比（重量比）で共重合したもの、重量平均分子量６５５００）５０重量部をさらに配合した。配合物を乾燥させ、錠剤状光応答性ガス発生材料を得た。

（実施例４）
バインダー樹脂としてのメタクリル酸メチル・アクリルアミド共重合体（メタクリル酸メチルとアクリルアミドとを８５：１５の共重合比（重量比）で共重合したもの、重量平均分子量６５５００）を１００重量部としたこと以外は実施例３と同様にして、錠剤状光応答性ガス発生材料を得た。

（実施例５）
実施例３で得られた光応答性ガス発生材料を、貧溶媒としてのメタノール中にスポッティングし、液滴状となったものを乾燥した後、メッシュで回収することにより微粒子状光応答性ガス発生材料を得た。光応答性ガス発生微粒子の粒子径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果、約１００μｍであった。

（実施例６）
実施例３で得られた光応答性ガス発生材料を、ＰＥＴフィルム上にキャストにより塗布し、乾燥することによりフィルム状光応答性ガス発生材料を得た。乾燥後の光応答性ガス発生フィルムの厚みは約１００μｍであった。

（比較例１）
光酸発生剤としての２，３，４，４’−テトラヒドロキシべンゾフェノン３５重量部と、酸刺激ガス発生剤としての炭酸水素ナトリウム７５重量部の代わりに、光の照射により分解するアゾ化合物として、２，２‘−アゾビスイソブチロニトリル１１０重量部を配合したこと以外は実施例２同様にして、の光応答性ガス発生材料を得た。

（評価）
〔ガス発生量評価〕
紫外線透過性の石英ガラスで密閉されており、ガスが通るチューブ及びガス量測定用のメスピペットを備えるガス発生定量測定装置を用意した。該ガス発生定量測定装置は、チューブの一方から水を流し込み、メスピペットの基準線まで水を満たした状態を初期状態として、この初期状態からチャンバーから発生したガスにより変化する水位を計測するものである。

上記ガス発生定量測定装置のチャンバー内に、実施例１〜６及び比較例１で得られた光応答性ガス発生材料を収納した。光応答性ガス発生部材料に３６５ｎｍの紫外線を、高圧水銀灯にて光照射強度２４ｍＷ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）で照射し、ガス発生量を測定した。紫外線を照射してから２００秒経過後に、光酸発生剤と酸刺激ガス発生剤の合計量及びアゾ化合物１ｇあたりのガス発生量を測定し、下記の評価基準で評価した（初期ガス発生量）。

〔ガス発生量の評価基準〕
◎：１．５ｍＬ以上
○：１．０ｍＬ以上、１．５ｍＬ未満
△：０．５以上、１．０ｍＬ未満
×：０．５ｍＬ未満
結果を下記の表１に示す。

〔保存安定性評価〕
実施例１〜６及び比較例１で得られた光応答性ガス発生材料を、温度６０℃に保たれた暗室に１週間放置した。その後、同様にして、ガス発生量を測定し、初期ガス発生量と比較した。

○：初期ガス発生量と保存安定性評価後のガス発生量に変化がなかった。
×：初期のガス発生量と比べガス発生量が８０％以下となった。

なお、アゾ系化合物を用いた比較例１では、加熱保存後のガス発生量が非常に低下し、光応答性ガス発生材料としての熱安定性が低いことが分かった。

実際には、ガス発生量は０．３ｍＬであり、０．５ｍＬ以上のガス発生量を示した実施例１〜３に比べて非常にガス発生量は少なかった。

１…マイクロ流体デバイス
２…基板
３…ベースプレート
４〜６…中間プレート
４ａ…貫通孔
６ａ…貫通孔
７…トッププレート
８，９…微細流路
１０…マイクロポンプ
１１…ガス発生室
１２…光学窓
１３…光応答性ガス発生材料
１４…流路
１７…反射部材
１７ａ…貫通孔
１８…測定セル
２０…マイクロポンプ
２１…光応答性ガス発生材料
３１…マイクロ流体デバイス
３２…基板
３３…ベースプレート
３３ａ…貫通孔
３３ｂ，３３ｃ…溝
３４…中間プレート
３４ａ…貫通孔
３４ｂ…溝
３５…トッププレート
３６…光応答性ガス発生部材
３７…ガスバリア層
３８，３９…遮光層
１０２Ａ…基板
１０３Ａ…ベースプレート
１０４Ａ〜１０６Ａ…中間プレート
１０７Ａ…トッププレート
１０８，１０９…微細流路
１１０…マイクロポンプ
１１１…ガス発生室
１１２…光学窓
１１３…光応答性ガス発生材料
１３１…マイクロ化学チップ
２１０…基板
２１０ａ…表面
２１０ｃ…溝
２１４…マイクロ流路
２１４ａ…開口
２２０…ガス発生層
２２０ａ…連通孔
２２０ｂ…溝
２２１…バリア層
２２１ａ…外周部

Claims (16)

1. 基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料であって、
   光酸発生剤と、酸刺激ガス発生剤とを含むことを特徴とする、光応答性ガス発生材料。
2. 酸刺激ガス発生剤の配合量が、光酸発生剤から発生する酸と化学等量以上の配合量である、請求項１記載の光応答性ガス発生材料。
3. バインダー樹脂をさらに含む、請求項１又は２に記載の光応答性ガス発生材料。
4. バインダー樹脂１００重量部に対して、光酸発生剤１０重量部〜３００重量部、酸刺激ガス発生剤１０重量部〜３００重量部を含有する、請求項３記載の光応答性ガス発生材料。
5. 基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスのマイクロポンプに用いられる光応答性ガス発生材料であって、
   コバルトアミン系錯体、カルバミン酸ｏ−ニトロベンジル、オキシムエステル、下記の式（１）で表わされる光の照射によりアミンを発生させるカルバモイルオキシイミノ基含有化合物、及び下記の式（２）で表わされるカルボン酸（ａ１）と塩基性化合物（ａ２）との塩からなる群から選択された少なくとも１種である光塩基発生剤（Ａ）と、
   塩基増殖剤（Ｂ）とを含む、光応答性ガス発生材料。
   

   

   式（１）において、Ｒ_１は、ｎ価の有機基であり、Ｒ_２及びＲ_３は各々、水素、芳香族もしくは脂肪族基であり、Ｒ_２とＲ_３は同じでもよく、異なっていてもよく、ｎは１以上の整数である。
   

   
6. 塩基増殖剤の配合量が、光塩基発生剤１００重量部に対して、５０〜２００重量部の配合量である、請求項５記載の光応答性ガス発生材料。
7. アミノアルキル化合物（Ｃ）をさらに含む、請求項５又は６に記載の光応答性ガス発生材料。
8. バインダー樹脂をさらに含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の光応答性ガス発生材料。
9. バインダー樹脂１００重量部に対して、それぞれ光塩基発生剤（Ａ）２０〜５００重量部、塩基増殖剤（Ｂ）１０〜１０００重量部を含有する、請求項６記載の光応答性ガス発生材料。
10. 錠剤状あるいは微粒子状あるいはフィルム状の形態である請求項１〜９記載のいずれか１項記載の光応答性ガス発生材料。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光応答ガス発生材料と、前記光応答ガス発生材料を支持する支持部材とを備える光応答性ガス発生部材。
12. 基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスに用いられるマイクロポンプであって、
    前記マイクロポンプ内に請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光応答性ガス発生材料、該光応答性ガス発生材料からなる光応答性ガス発生錠剤、該光応答性ガス発生材料からなる光応答性ガス発生微粒子、及び該光応答性ガス発生材料からなる光応答性ガス発生フィルムの内の少なくとも１つが収納されていることを特徴とする、マイクロポンプ。
13. 前記基板内に前記マイクロポンプを形成するためのガス発生室が形成されており、ガス発生室に臨むように、前記基板の一面に光学窓が設けられており、前記ガス発生室内に、前記光応答性ガス発生材料が収納されている、請求項１１に記載のマイクロポンプ。
14. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の光応答性ガス発生材料が、フィルム状光応答性ガス発生材料であり、前記基板にマイクロポンプを形成するために基板表面に開口しているガス発生部が形成されており、該ガス発生部が前記フィルム状光応答性ガス発生材料により閉成されるように、前記基板の表面に前記フィルム状光応答性ガス発生材料が貼付されている、マイクロポンプ。
15. 基板内に微細流路が形成されているマイクロ流体デバイスであって、
    前記基板が少なくとも２つの前記マイクロポンプが内蔵されている第１のプレートと、該第１のプレートに積層されており、かつ微細流路を構成するための溝もしくは貫通孔を有する第２のプレートとを有し、前記マイクロポンプが、駆動源として請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光応答性ガス発生材料を有するマイクロ流体デバイス。
16. 前記微細流路が複数設けられており、平面視において、隣接する前記微細流路の開口相互間に設けられ、前記ガス発生部を遮光する遮光層をさらに備える、請求項１３に記載のマイクロ流体デバイス。

Images