JP4047314B2 - 微細流路構造体 - Google Patents

Description

本発明は、微量な化学物質の反応や合成分析を行うμ−ＴＡＳ等に用いられる微細流路を備える微細流路構造体に関する。

化学反応を効率的に行うために、幅が数１０μｍ〜数ｍｍである微細流路を有する微細流路構造体を用いることがある。

これらの微細流路は、通常、ガラスやシリコン等を材料とするチップ上にエッチング等によって凹状に形成される。又、２つ以上の異なる化学物質を混合する微細流路構造体は、通常、２つの異なる化学物質を混合する混合部を多段に組み合わせて構築される。

従来の微細流路構造体の混合部は、２つの異なる化学物質を流すための微細流路がＹ字状に交わる形状であり、第１の試料と第２の試料が接触する界面において第１の試料と第２の試料がそれぞれ拡散し、混合される（例えば、非特許文献１参照）。
「生産研究」５２巻７号、２０００年７月、Ｐ３０４−３１１

しかしながら、このような従来の微細流路構造体は、混合部の形状が固定されている。流路の幅を変更することができないため、混合する第１の試料と第２の試料の分量の比率を大きく変更することは困難であった。たとえば第１の試料と第２の試料を１対１の分量の比率で混合するための混合部を用いて、第１の試料と第２の試料を１００対１の分量の比率で混合することは困難であるという問題があった。これは、１対１に近い分量の比率で第１の試料と第２の試料を混合させる場合であれば、試料の流速や、送液タイミングを変えることによって混合比を調整することが可能であるのに対し、１００対１のように、混合させる分量の比率を大きく変える場合には、試料の流速や送液タイミングを変えても、少量分の試料が流路内の片側に寄ってしまう。従って、拡散する距離が大きくなり、混合するまでの時間が長くなるためである。

そこで、本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、混合する２つの異なる試料の分量の比率の調整幅が大きい微細流路構造体を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、（イ）第１の試料を流すための主流路を有する主流路基板と、（ロ）主流路の内壁面との間に隙間がある位置と内壁面と接触する位置との間を、主流路と交差する方向に往復動可能であって、内部に第２の試料を流すための副流路を備える副流路構造体と、（ハ）副流路構造体の位置を変化させるための駆動手段とを備えることを要旨とする。

本発明の第２の特徴は、（イ）収納部と第１の試料を流すための主流路とを有する主流路基板と、（ロ）内部に第２の試料を流すための副流路を備え、主流路基板と対向する底面が、その幅が主流路の幅以下であって、主流路の伸延する方向に伸延する溝形状である副流路構造体と、（ハ）副流路の開口部に接する位置と収納部に収納される位置との間を、主流路を横切って往復動可能である主流路封止部材とを備えることを要旨とする。

以上説明したように、本発明によれば、混合する２つの異なる試料の分量の比率の調整幅が大きい微細流路構造体を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の第１〜第５の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであることに留意すべきである。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る微細流路構造体は、図１に示すように、幅が数１０μｍ〜数ｍｍの主流路２１を有する主流路基板２０と、主流路２１の上部を覆い、主流路２１を密閉する封止基板２２と、内部に副流路１１を備えている副流路構造体１０とを備える。主流路基板２０や封止基板２２の材質は石英等のガラス材料やポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコンゴムあるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂などが考えられる。更に、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、シリコン等の半導体材料、金属等でも構わない。なお、主流路２１の断面形状は、図１に示すような長方形に限定されず、たとえば、正方形、円形、半円形等であってもよい。

図１に示す例では、主流路基板２０及び封止基板２２には、副流路構造体１０を通すための、たとえば円柱状の貫通孔が主流路２１と交差するように設けられている。主流路基板２０に設けられた貫通孔にはストッパ３０が備えられ、封止基板２２に設けられた貫通孔には、副流路構造体１０を支えるための支持部材３１が備えられている。ストッパ３０の内側が、副流路構造体１０を嵌合する凹状の嵌合部を形成する。

支持部材３１は、水密性が高い材料からなる。又、支持部材３１は、たとえばゴム等のように弾性が高い材料からなるか、若しくは、たとえばレール等のようにスライド可能な構造である。このため、副流路構造体１０は支持部材３１に支えられながら往復動可能であり、かつ、封止基板２２と副流路構造体１０の間からの試料の漏洩が抑えられる。なお、本実施の形態においては、主流路２１に流す第１の試料１００を溶媒とし、副流路１１に流す第２の試料１０１を溶質として説明する。

図２は、図１に示す微細流路構造体の主流路に沿った断面図を示している。副流路構造体１０は、支持部材３１によって支えられており、主流路基板２０及び封止基板２２に設けられた円柱状の貫通孔内を、往復動可能である。又、副流路構造体１０は、主流路２１の内壁面との間に隙間がある位置と内壁面と接触する位置との間を主流路２１と交差する方向に往復動可能である。即ち、副流路構造体１０は、主流路２１と交差するように配置され、主流路２１と交差する方向に往復動可能であって、任意の位置に停止できる。なお、ここで内壁面とは、主流路２１内の壁全体をいい、図２のような嵌合部３０ａが備えられる場合には、嵌合部の表面も内壁面に含まれる。

副流路構造体１０が図２（ａ）に示す位置、すなわち副流路構造体１０と主流路２１の内壁面との間に隙間があり、第２の試料１０１が主流路２１に流出する流出孔１４（開口部）が開放される位置に停止している場合に、主流路２１を流れる第１の試料１００中に第２の試料１０１が流出する。又、副流路構造体１０を停止させる位置を変化させることにより第１の試料１００の流れを一部又は全部遮ることができるため、第２の試料１０１と混合する第１の試料１００の量を変化させること、すなわち、主流路２１の絞り量の調整が可能となる。なお、ここで全部遮るとは主流路基板２０と副流路構造体１０の間に生じる微小の隙間、たとえば加工の際に必要なクリアランスや各部材の寸法誤差、材料の歪から生じる隙間、副流路構造体１０を往復動可能に設けるために必要な隙間などを通じた微小な漏洩を除き、遮ることを意味する。

又、第２の試料１０１が主流路２１に流出する流出孔１４（開口部）が主流路２１の中心部に位置するように副流路構造体１０を停止させれば、図２（ａ）に示すようなシースフロー（第２の試料１０１を第１の試料１００が囲むような流れ）を生成することができる。更に、ポンプ等の送液機構によって副流路１１に断続的に圧力をかけることにより、第２の試料１０１が第１の試料１００中に液滴状に流出する。このため、比表面積を大きくすることが可能であり、従って、拡散が完了するまでの時間、すなわち混合を開始してから完了するまでの時間を短くすることが可能である。

一方、副流路構造体１０が図２（ｂ）に示す位置、すなわち内壁面と接触し、流出孔１４が内壁面に覆われる位置に停止している場合に、第１の試料１００の流れは副流路構造体１０によって遮断される。また、第２の試料１０１の流れはストッパ３０によって遮断される。そのため、混合試料１０２に不要な試料が流入すること、すなわち汚染を低減することができる。

又、第２の試料１０１が流出することを防ぐことができる。このため、たとえば、副流路構造体１０の内部の副流路１１を洗浄することも可能である。なお、ここで遮断、流入、流出とは、主流路基板２０と副流路構造体１０の間に生じる微小の隙間、たとえば加工の際に必要なクリアランスや各部材の寸法誤差、材料の歪から生じる隙間、副流路構造体１０を往復動可能に設けるために必要な隙間などを通じた微小な漏洩、流入、流出を除いたものを意味するものとし、以下同様とする。

又、本実施の形態に係る微細流路構造体の副流路構造体１０は着脱可能である。このため、たとえば、主流路２１に流す溶媒を変更せずに、副流路１１に流す溶質を第１の溶質から第２の溶質に変更しようとする場合には、副流路構造体１０を交換すること等により、第２の溶質中に第１の溶質が混入すること、すなわち、汚染を容易に低減することができる。

微細流路構造体の形状には様々なものが考えられる。その一例として、図３に、主流路基板２０上に嵌合部３０ａが備えられていない微細流路構造体を示す。

又、図３は、第２の試料１０１が固定されたビーズ１０４を用いて第１の試料１００と第２の試料１０１とを混合させる場合の、微細流路構造体の断面図を示している。副流路構造体１０が、図３（ａ）に示す位置、すなわち副流路構造体１０と主流路２１の内壁面との隙間をビーズ１０４が通過できない位置に停止している場合には副流路構造体１０はビーズ１０４をせき止める土手状の部分としての役割を果たす。又、第１の試料１００と第２の試料１０１を反応させることによって得られる副生成物１０５が、副流路構造体１０と主流路２１の内壁面との隙間を通過できる大きさであれば、主流路２１の下流では、副生成物１０５を得ることができる。

一方、図３（ｂ）に示す副流路構造体１０は第１の試料１００の流れを遮らない位置に停止しているため、混合断面は主流路２１の断面そのものとなる。従って、図３（ａ）に示す状態で第１の試料１００と第２の試料１０１が固定されたビーズ１０４を主流路２１に流して化学反応を行った後、副流路構造体１０を図３（ｂ）に示す位置に停止させ、たとえば洗浄液を主流路２１に流すことによって、主流路２１の下流でビーズ１０４を回収することができる。

図４に示す例では、副流路構造体１０は、流出孔１４を備えている底面の寸法が小さく形成されている。ここで、底面とは、柱状物の側面以外の面をいう。このため、副流路構造体１０を嵌合する凹状の嵌合部３０ａの断面寸法も小さくすることができる。従って、副流路構造体１０を図４（ａ）の位置、すなわち副流路構造体１０と主流路２１の内壁面との間に隙間がある位置に停止させている場合に嵌合部３０ａに流れ込む試料の分量が小さくなるため、より正確に混合させる試料の分量を制御することができる。又、嵌合部３０ａは、主流路基板２０を凹状に形成することにより設けられているため、ストッパ等の他の部材を必要とせず、構造が比較的単純である。

副流路構造体１０を駆動する駆動手段には種々なものが考えられる。その例を図５〜図８に示す。図５（ａ）に示す例では、微小な回転モータ４０が副流路構造体１０に接触しており、副流路構造体１０に伝えられる回転力が副流路構造体１０を駆動する。図５（ｂ）に示す例では、圧電素子４１が副流路構造体１０に接触しており、圧電素子４１が生じる進行波によって得られる摩擦力が副流路構造体１０を駆動する。

図６に示す例では、電磁気によって生じる吸引力若しくは反発力が副流路構造体１０を駆動する。図６（ａ），（ｃ）に示すように、副流路構造体１０には電気抵抗が低い材料からなる低抵抗体部材１０ａが備えられており、主流路基板２０を隔てて副流路構造体１０と対向する位置には電磁場発生部４２が備えられている。電磁場発生部４２が、図６（ｂ）に示すように急激に強くなる磁場を生成することにより、低抵抗体部材１０ａには磁場の変化に反発するような磁場を生成する渦電流が生じるため、副流路構造体１０は図６（ａ）の矢印が示す方向に動く。逆に、電磁場発生部４２が、図６（ｄ）に示すように急激に弱くなる磁場を生成することにより、低抵抗体部材１０ａには磁場の変化に反発するような磁場を生成するような渦電流が生じるため、副流路構造体１０は図６（ｃ）の矢印が示す方向に動く。なお、副流路構造体１０の全てが電気抵抗の低い材料からなってもよい。又、低抵抗体部材１０ａは電気抵抗の低い材料をメッキなどにより膜状に形成したものであってもよい。

図７に示す例では、電磁気によって生じる吸引力若しくは反発力が間接的に副流路構造体１０を駆動する。すなわち、電磁場発生部４２ａ，４２ｂによって生成される磁場に基づく電磁気によって生じる吸引力若しくは反発力は動力伝達部３５を駆動し、動力伝達部３５がアーム３２を介して副流路構造体１０に吸引力若しくは反発力を伝えることにより、副流路構造体１０を駆動する。変位センサー３４は、動力伝達部３５の位置を測定するためのセンサーである。

この場合、アーム３２の支点３３から動力伝達部３５までの長さと、支点３３から副流路構造体１０までの長さの比を調節することによって、動力伝達部３５の変位量と副流路構造体１０の変位量の比を調節することができる。従って、支点３３の位置は、駆動手段が動力伝達部３５を駆動することができる最小の変位量や、変位センサー３４の分解能等を考慮して定められる。

たとえば、変位センサー３４の分解能が低い場合には、支点３３の位置は、図７に示すように動力伝達部３５より副流路構造体１０の近くに定められる。これにより、動力伝達部３５の変位量は副流路構造体１０の変位量より大きくなるため、動力伝達部３５の変位量を検出することによって、副流路構造体１０の変位量を直接検出するより正確に副流路構造体１０の変位量を把握することが可能となる。

又、図７と同様の構造の微細流路構造体を他の駆動手段を用いて実現することも可能である。たとえば、駆動手段として、図５（ｂ）に示すような圧電素子を用いる場合には、動力伝達部３５の変位量が小さいため、支点３３の位置を副流路構造体１０より動力伝達部３５の近くに定めることによって、動力伝達部３５の変位量より副流路構造体１０の変位量を大きくするとよい。なお、図７（ａ）内に示される副流路構造体１０は図７（ｂ）に示すように着脱可能であってもよい。

図８に示す例でも、電磁気によって生じる吸引力若しくは反発力が副流路構造体１０を駆動する。図８に示す微細流路構造体は、電磁場発生部４２，４２ｃと、電磁場発生部４２，４２ｃのそれぞれが発生する電磁場に基づく駆動力によって駆動される低抵抗体部材１０ａと、高透磁率材料支持部材３７とを備える。高透磁率材料支持部材３７は、副流路構造体１０の外周に接し、弾性の高い材料からなる弾性部材３６を介して封止基板２２に固定されているため、副流路構造体１０は、電磁場発生部４２，４２ｃのそれぞれが発生する電磁場に基づく駆動力によって間接的に駆動される。

たとえば、電磁場発生部４２ｃが高透磁率材料支持部材３７に対して吸引力が働くような磁場を生成し、その後、電磁場発生部４２が低抵抗体部材１０ａに対して吸引力が働くような磁場を生成する。このように電磁場発生部４２，４２ｃが協働してこれらの過程を繰り返し、副流路構造体１０を往復動させる。

なお、高透磁率材料支持部材３７は透磁率の高い材料からなるため、容易に磁化することができる。磁化された高透磁率材料支持部材３７を用いる場合、電磁場発生部４２ｃに電流を流し、高透磁率材料支持部材３７を吸引するような磁力、または図６で説明した手法により高透磁率材料支持部材３７と反発するような磁場を生成し、副流路構造体１０を駆動することができる。この場合、電磁場発生部４２、低抵抗体部材１０ａは不要である。

第１の実施の形態に係る微細流路構造体によれば、主流路２１と交差する方向に往復動可能な副流路構造体１０が、第１の試料１００の流れの一部を遮ることができるため、微細流路構造体の構造自体を変更せずに、混合する２つの異なる試料の分量の比率を大きく調整することができる。又、副流路構造体１０は、第１の試料１００及び第２の試料１０１の流れを遮断することもできる。従って、副流路構造体１０は、混合する２つの試料の分量の比率の制御を可能にすると同時に、第１の試料１００及び第２の試料１０１の流れを遮断したり開放したりするバルブとしても機能する。

又、主流路２１と副流路１１の幅の比率だけでなく、副流路構造体１０を停止させる位置によっても、混合する試料の分量の比率を調節することができるため、第１の試料１００の分量と比較して微小な分量の第２の試料１０１を混合する場合であっても、加工が困難である微小な幅の流路を形成する必要がない。

更に、ビーズ１０４を用いて２つの異なる試料を混合させた後、ビーズ１０４を回収するために微細流路構造体を分解する必要がない。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る微細流路構造体は、図９に示すように、第２の試料１０１を貯留するために設けられ、副流路構造体１０と主流路２１との隙間が広がる際に容積が減少する貯留槽であるリザーバ１２を備える。なお、第１の実施の形態と同一の部分は説明を省略する。

リザーバ１２は、副流路構造体１０とリザーバ１２との間に備えられた支持部材３１ａによって支えられている。支持部材３１ａは、水密性が高い材料からなる。又、支持部材３１は、たとえばゴム等のように弾性が高い材料からなるか、若しくは、たとえばレール等のようにスライド可能な構造である。

リザーバ１２は、リザーバ開口部１３が流入孔１５と接するように備えられている。ここで、流入孔１５は、第２の試料１０１が副流路１１に流入する副流路１１の開口部であり、図９に示すように副流路構造体１０の底面に設けられている。又、リザーバ１２内の圧力は第２の試料１０１が第１の試料１００に流出しないように保たれている。このとき、副流路構造体１０が主流路基板２０から離れる方向に急激に動けば、リザーバ１２内の圧力が一時的に大きくなるため、第２の試料１０１が流入孔１５から副流路１１に流入し、流出孔１４から第１の試料１００中に流出する。なお、副流路構造体１０は、電磁場発生部４２が図９（ｂ）に示すように変化する磁場を生成することによって往復動する。

第２の実施の形態に係る微細流路構造体によれば、副流路構造体１０を往復動させることによって、リザーバ１２に貯留された第２の試料１０１が流入孔１５に流入し、流出孔１４から流出するため、副流路１１に圧力をかけるためのポンプ等の送液機構が不要となる。

又、磁場の強さを変化させる割合を一定に保てば、１回の変化によって流出する第２の試料１０１の分量が同等になるため、磁場の強さを変化させる回数に基づいて第１の試料１００中に流出する第２の試料１０１の分量を制御することができる。

更にリザーバ１２と副流路構造体１０との間、または副流路構造体１０と別途設けられた取り付け部分との間に、弾性部材や抵抗部材を装着して、電磁気によって生じる吸引力若しくは反発力と、弾性力や抵抗力とを協働させてもよい。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る微細流路構造体は、図１０〜図１２に示すように、流出孔１４を封止している状態と流出孔１４を開放している状態とを切り替える方向に往復動可能な副流路封止部材５０ａ〜５０ｃを備える。なお、第１の実施の形態と同一の部分は説明を省略する。又、ここで、封止、開放とは、副流路構造体１０に設けられた流出孔１４と副流路封止部材５０ａ〜５０ｃとの間に生じる微小の隙間、たとえば加工の際に必要なクリアランスや各部材の寸法誤差、材料の歪から生じる隙間等を除いたものを意味する。

図１０に示す例では、微細流路構造体は、平面状のツバを持つ略球状の副流路封止部材５０ａを備える。又、主流路基板２０は、副流路構造体１０と対向する位置に副流路封止部材５０ａの略球状の部分との干渉を防止するため、副流路封止部材５０ａの略球状と対応した部分に凹部を備える。更に、副流路構造体１０の流出孔１４も副流路封止部材５０ａが接触し、流出孔１４を封止するのに適した形状、たとえばすり鉢状のテーパを有する形状に形成されている。

副流路封止部材５０ａは、電磁場発生部４２ｄが発生する電磁場に基づく駆動力によって駆動され、図１０（ａ），（ｂ）に示すように主流路基板２０上の凹部と流出孔１４との間を往復動する。副流路封止部材５０ａが図１０（ａ）に示す位置に停止している場合に、流出孔１４が開放されて第２の試料１０１が第１の試料１００中に流出し、図１０（ｂ）に示す位置に停止している場合に、流出孔１４が封止されて第２の試料１０１の流れが遮断される。

副流路封止部材５０ａの流出孔１４に接する側の面は第２の試料１０１と接するため、当該面には第２の試料１０１が付着するが、主流路基板２０に対向する側の面は第２の試料１０１と接しないため、当該面には第２の試料１０１が付着しない。従って、副流路封止部材５０ａが図１０（ｂ）に示す位置に停止し、第２の試料１０１の流れを遮断する際には、副流路封止部材５０ａの第２の試料１０１が付着している面が第１の試料１００の流れにさらされないため、第１の試料１００中に第２の試料１０１が混入することを防ぐことができる。

図１１に示す例では、微細流路構造体は、平板状の副流路封止部材５０ｂを備える。又、封止基板２２には、副流路封止部材５０ｂが流出孔１４を封止している状態と流出孔１４を開放している状態とを切り替える方向に往復動するための空洞が設けられている。副流路封止部材５０ｂは、たとえば、電磁場発生部４２が発生する電磁場に基づく駆動力によって駆動される。

図１２に示す例では、微細流路構造体は、球状の副流路封止部材５０ｃを備える。又、副流路構造体１０には、副流路封止部材５０ｃが流出孔１４を封止している状態と流出孔１４を開放している状態とを切り替える方向に往復動するための空洞が設けられている。副流路封止部材５０ｃは、電磁場発生部４２が発生する電磁場に基づく駆動力によって駆動される。

図１１及び図１２に示される副流路封止部材５０ｂ，５０ｃは、電気抵抗が低い材料からなるか、若しくは、磁化されており、副流路封止部材５０ｂ，５０ｃが往復動する方向に２つの電磁場発生部４２が設けられている。たとえば、一方の電磁場発生部４２が副流路封止部材５０ｂ，５０ｃを吸引するような磁場を生成した後に、他方の電磁場発生部４２が副流路封止部材５０ｂ，５０ｃを引するような磁場を生成する。このように、２つの電磁場発生部４２が協働してこれらの過程を繰り返し、副流路封止部材５０ｂ，５０ｃを往復動させる。なお、電磁場発生部４２は、図示された位置でなく、たとえば、封止基板２２の主流路２１と接しない側の面上や、封止基板２２の内部に設けられていてもよい。

第３の実施の形態に係る微細流路構造体によれば、副流路封止部材５０ａ〜５０ｃが副流路１１を開放したり封止したりするため、微細流路構造体の構造を変更せずに第２の試料１０１を第１の試料１００中に流出させたり、第２の試料１０１の流れを遮断したりすることができる。

又、副流路封止部材５０ａ〜５０ｃが流出孔１４を封止している状態のまま副流路構造体１０を微細流路構造体から着脱すれば、着脱の際に第２の試料１０１が主流路２１中に漏洩することを防ぐことができる。

更に、図１０〜１２に示す例では、副流路構造体１０は第１の実施の形態と同様に電磁場発生部４２が発生する電磁場に基づく駆動力によって往復動するため、第１の実施の形態と同様の効果も得られる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る微細流路構造体の副流路構造体１０は、図１３に示すように、主流路基板２０と対向する底面が、その幅が主流路２１の幅以下であって、主流路２１の伸延する方向に伸延する溝形状である。溝部１６は、副流路構造体１０の溝形状に形成された部分である。又、主流路基板２０上には、副流路構造体１０を嵌合するのに適した形状の嵌合部３０ｂが設けられている。なお、第１の実施の形態と同一の部分は説明を省略する。

副流路構造体１０が図１３（ａ）に示す位置、すなわち溝部１６に第１の試料１００が流れる位置に停止している場合に、主流路２１を流れる第１の試料１００中に第２の試料１０１が流出する。一方副流路構造体１０が図１３（ｂ）に示す位置、すなわち溝部１６の底部と主流路２１の内壁面とが接する位置に停止している場合に、第１の試料１００の流れ及び第２の試料１０１の流れが共に遮断される。

図１４に、図１３に示す微細流路構造体の主流路２１と直行する方向の断面図を示す。副流路構造体１０が図１４（ａ）に示す位置に停止している場合に、流出孔１４は主流路２１を流れる第１の試料１００の流れにさらされる。又、この際、第１の試料１００の流れは副流路構造体１０によって一部遮られ、主流路２１と溝部１６によって囲われた領域が、混合部において第１の試料が流れることができる流路の断面である混合断面６０となる。

第４の実施の形態に係る微細流路構造体によれば、主流路２１の形状及び副流路構造体１０を停止させる位置だけでなく、溝部１６の幅によっても、混合断面６０の面積を定めることができる。混合断面６０の面積が小さいほど、すなわちこの場合は、副流路出口から拡散に要する距離が短いほど拡散が完了するまでの時間が短いため、溝部１６の幅を小さくすることによって拡散が完了するまでの時間を短くすることができる。

（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る微細流路構造体は、図１５に示すように、第４の実施の形態と同様の溝部１６を備えている副流路構造体１０と、主流路封止部材５１と、主流路基板２０上に設けられ、主流路封止部材５１を収納するための収納部５２と、電磁場発生部４２とを備える。副流路構造体１０は、電磁石や永久磁石等によって軽微に磁化されている。又、主流路封止部材５１は、電気抵抗が低い材料からなる領域と透磁率が高い材料からなる領域とを備える。

本実施の形態に係る副流路構造体１０は固定されており、往復動しない。主流路封止部材５１は、電磁場発生部４２が発生する電磁場に基づく駆動力によって駆動され、図１５（ａ）に示す流出孔１４に接する位置及び図１５（ｂ）に示す収納部５２に収納されている位置との間を、主流路を横切って往復動可能である。

主流路封止部材５１が図１５（ａ）に示す位置に停止している場合に、主流路２１を流れる第１の試料１００中に第２の試料１０１が流出する。又、主流路封止部材５１を図１５（ａ）に示す位置に停止させる時間を変化させることにより第２の試料１０１と混合する第１の試料１００の量を変化させること、すなわち、主流路２１の絞り量の変更が可能となる。

一方、主流路封止部材５１が図１５（ｂ）に示す位置に停止している場合に、第１の試料１００の流れ及び第２の試料１０１の流れが共に主流路封止部材５１によって遮断される。但し、図１５に示す例では、主流路封止部材５１が球状であるため、図１５（ｂ）に示す位置に停止していても副流路構造体１０と主流路封止部材５１の間に隙間ができ、主流路封止部材５１は第１の試料１００の流れを完全に遮断することができない。第１の試料１００の流れを完全に遮断する必要がある場合には、主流路封止部材５１の形状を副流路構造体１０に設けられた溝部１６の形状に近づけることによって、第１の試料１００の流れを完全に遮断することも可能である。

なお、ここで隙間とは副流路構造体１０と主流路封止部材５１との間に生じる微小の隙間、たとえば加工の際に必要なクリアランスや各部材の寸法誤差、材料の歪から生じる隙間、主流路封止部材５１を往復動可能に設けるために必要な隙間などを除いたものを意味し、又、完全に遮断するとはこのような隙間を通じた微小な漏洩を除き、遮ることを意味する。

又、図１５に示す例では、副流路構造体１０の溝部１６を球状の主流路封止部材５１の形状に近づけて形成しているが、溝部１６を図１３に示す副流路構造体１０に備えられている溝部１６と同様の形状とし、主流路封止部材５１の幅を当該溝部１６の幅以下としてもよい。これによれば、加工がより容易になる。

なお、電磁場発生部４２が電磁場を発生させていないときには、透磁率が高い材料からなる領域を備える主流路封止部材５１は、この部材を保持できる程度に磁化されている副流路構造体１０の発生する静磁場に基づく吸引力によって吸引され、図１５（ｂ）に示す位置に停止している。又、主流路封止部材５１は、副流路構造体１０と同軸上に配置されていることが好ましい。なお、主流路封止部材５１を副流路構造体１０の図１５（ａ）に示す位置へ戻す場合には、図６に示す例と同様、電磁誘導的な反発力を利用すればよい。

第５の実施の形態に係る微細流路構造体によれば、副流路構造体１０は固定されているが、主流路２１を横切って往復動可能である主流路封止部材５１が第１の試料１００の流れの少なくとも一部を遮ることができるため、微細流路構造体の構造自体を変更せずに、混合する２つの異なる試料の分量の比率の大きく調整することができる。

（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

たとえば、本発明の実施の形態に係る副流路構造体１０は、主流路基板２０を隔てて副流路構造体１０と対向する位置に備えられた電磁場発生部４２によって駆動されるが、副流路構造体１０が往復動する方向と平行に備えられた電磁場発生部によって駆動されてもよい。又、電磁場発生部４２〜４２ｃは強さの変化する磁場を生成することによって電磁場を発生させ、抵抗の低い材料からなる対象を駆動するが、静磁場を生成することによって透磁率の高い材料からなる対象を駆動してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

第１の実施の形態に係る微細流路構造体の斜視図である。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路に沿った断面図である。 ビーズを用いて試料を混合する際の第１の実施の形態に係る微細流路構造体の断面図である。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体であって、副流路構造体面の寸法が小さく形成されているものの断面図である。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体における副流路構造体の駆動手段を説明する図である（その１）。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体における副流路構造体の駆動手段を説明する図である（その２）。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体における副流路構造体の駆動手段を説明する図である（その３）。 第１の実施の形態に係る微細流路構造体における副流路構造体の駆動手段を説明する図である（その４）。 第２の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路に沿った断面図である。 第３の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路に沿った断面図である（その１）。 第３の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路に沿った断面図である（その２）。 第３の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路に沿った断面図である（その３）。 第４の実施の形態に係る微細流路構造体の斜視図である。 第４の実施の形態に係る微細流路構造体の主流路と直交する断面図である。 第５の実施の形態に係る微細流路構造体の斜視図である。

符号の説明

１０…副流路構造体
１０ａ…低抵抗体部材
１１…副流路
１２…リザーバ
１３…リザーバ開口部
１４…流出孔
１５…流入孔
１６…溝部
２０…主流路基板
２１…主流路
２２…封止基板
３０…ストッパ
３０ａ，３０ｂ…嵌合部
３１，３１ａ…支持部材
３２…アーム
３３…支点
３４…変位センサー
３５…動力伝達部
３６…弾性部材
３７…高透磁率材料支持部材
４０…回転モータ
４１…圧電素子
４２，４２ａ〜４２ｄ…電磁場発生部
５０ａ〜５０ｃ…副流路封止部材
５１…主流路封止部材
５２…収納部
６０…混合断面
１００…第１の試料
１０１…第２の試料
１０２…混合試料
１０４…ビーズ
１０５…副生成物

Claims (7)

1. 第１の試料を流すための主流路を有する主流路基板と、
   内部に第２の試料を流すための副流路を備え、前記主流路の内壁面との間に隙間があり前記副流路の開口部が開放される位置と、前記内壁面と接触し前記開口部が前記内壁面に覆われる位置との間を前記主流路と交差する方向に往復動可能である副流路構造体と、
   前記副流路構造体の位置を変化させるための駆動手段と
   を備えることを特徴とする微細流路構造体。
2. 前記駆動手段は、回転モータ、圧電素子、電磁場発生部、のうちの少なくともいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の微細流路構造体。
3. 前記主流路基板は、前記副流路構造体の、前記副流路の開口部を備える底面と対向する位置に、前記副流路構造体と嵌合する凹状の嵌合部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の微細流路構造体。
4. 前記第２の試料を貯留するために設けられ、前記副流路構造体と前記主流路との隙間が広がる際に容積が減少する貯留槽を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の微細流路構造体。
5. 前記開口部を封止している状態と前記開口部を開放している状態とを切り替える方向に往復動可能な副流路封止部材を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の微細流路構造体。
6. 前記副流路構造体は、前記主流路基板と対向する底面が、その幅が前記主流路の幅以下であって、前記主流路の伸延する方向に伸延する溝形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の微細流路構造体。
7. 収納部と第１の試料を流すための主流路とを有する主流路基板と、
   内部に前記第２の試料を流すための副流路を備え、前記主流路基板と対向する底面に、その幅が前記主流路の幅以下であって、前記主流路の伸延する方向に伸延する溝部を備える柱状の副流路構造体と、
   前記副流路の開口部に接する位置と前記収納部に収納される位置との間を、前記主流路を横切って往復動可能である主流路封止部材と
   を備えることを特徴とする微細流路構造体。
   
   

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