JP4532458B2 - マイクロ化学反応装置 - Google Patents
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Description
本発明は、各種の化学操作を行うマイクロリアクタ装置が集積されている新規な構造のマイクロ化学反応装置と、それに用いるチャンネル基板およびその製造方法に関する。
マイクロリアクタ装置は、反応に用いる試料液も少量であり、反応も迅速に進行し、また得られる反応結果も高精度であるため、例えば高感度が必要とされる医療分析や環境分析の分野、超微量分子の選択的分離やその同定などが求められる生化学の分野などで注目を集めている。
このようなマイクロリアクタ装置としては、例えば、Ｓｉ基板の表面に複数の独立した反応チャンバと注入ポートと排出ポートを異方性エッチングで形成し、更にこれらと連通する微細な凹溝を形成し、それらの上にガラス材の平板を配置して反応チャンバ、注入ポート、排出ポートを密閉してそれらの間を結ぶマイクロチャンネルを形成した構造の生化学反応用マイクロリアクタが提案されている（特許文献１を参照）。
このようなマイクロリアクタ装置としては、例えば、Ｓｉ基板の表面に複数の独立した反応チャンバと注入ポートと排出ポートを異方性エッチングで形成し、更にこれらと連通する微細な凹溝を形成し、それらの上にガラス材の平板を配置して反応チャンバ、注入ポート、排出ポートを密閉してそれらの間を結ぶマイクロチャンネルを形成した構造の生化学反応用マイクロリアクタが提案されている（特許文献１を参照）。
このマイクロリアクタ装置は、全体として１枚の板状体になっている。試薬は注入ポートと基板の裏面間を結ぶ貫通孔から供給され、反応生成物や試薬の残液などは同じく排出ポートと基板の裏面間を結ぶ貫通孔から排出される。そしてその間、試薬などはマイクロチャンネルの中を流れる。
また、石英ガラス基板の表面にＣＯ2レーザを照射して所定の寸法形状と平面パターンを有する凹溝を刻設し、そしてその上に石英ガラスのカバー体を配置して前記凹溝を密閉することによりマイクロチャンネルを形成した構造のマイクロチャンネル構造体が提案されている。
また、石英ガラス基板の表面にＣＯ2レーザを照射して所定の寸法形状と平面パターンを有する凹溝を刻設し、そしてその上に石英ガラスのカバー体を配置して前記凹溝を密閉することによりマイクロチャンネルを形成した構造のマイクロチャンネル構造体が提案されている。
この構造体の場合、カバー体の所定箇所には試料注入用小穴、排出用小穴が形成されていて、試料はこの注入用小穴からマイクロチャンネルの所定箇所（端部）に注入され、そして排出用小穴から排出される。
これら先行技術のマイクロリアクタ装置の場合、いずれも、例えばある特定の反応操作のような１種類の化学操作を実施させることを目的として設計されており、また試料は基板の上面または下面から供給される構造になっている。
これら先行技術のマイクロリアクタ装置の場合、いずれも、例えばある特定の反応操作のような１種類の化学操作を実施させることを目的として設計されており、また試料は基板の上面または下面から供給される構造になっている。
また、特定の化学操作を行う板状体のマイクロリアクタ装置の複数枚を積層した積層構造のマイクロ装置が、例えば、熱交換器、反応器、混合器として提案されている（非特許文献１を参照）。
このような積層構造の装置は、それを構成する単位マイクロリアクタ装置を単独で運転した場合に比べて、高い生産性を発揮するとされている。しかしながら、これら積層構造の装置は、あくまでも、ある特定の化学操作を行う機能しか備えていない。
このような積層構造の装置は、それを構成する単位マイクロリアクタ装置を単独で運転した場合に比べて、高い生産性を発揮するとされている。しかしながら、これら積層構造の装置は、あくまでも、ある特定の化学操作を行う機能しか備えていない。
ところで、化学反応を考えると、それは、反応用の流体試料を混合すること、混合試料に対して例えば制御された加熱処理を施して反応を加速させること、反応生成物と副生成物を分離すること、反応生成物を検出することなど一連の基本的な操作の集積であるといえる。
なお、これらの操作は、いずれも、化学反応の場（反応系）に、所定の試料を供給して化学反応を進め、最終的には反応生成物を分取する過程で必要とされる処理操作であり、この操作には、例えば、試料の供給、混合、反応、分離（または抽出）、検出（計測）などがあり、また反応処理に関しても、反応状態の計測、反応の促進、反応系の加熱や冷却などのプロセス制御のような処理操作がある。
なお、これらの操作は、いずれも、化学反応の場（反応系）に、所定の試料を供給して化学反応を進め、最終的には反応生成物を分取する過程で必要とされる処理操作であり、この操作には、例えば、試料の供給、混合、反応、分離（または抽出）、検出（計測）などがあり、また反応処理に関しても、反応状態の計測、反応の促進、反応系の加熱や冷却などのプロセス制御のような処理操作がある。
以後の説明では、化学反応の実現のために必要とされる上記したような処理操作のことを一括して化学操作という。
このような観点に立って、１枚の基板に、試料の供給部から排出部にかけて、試料の混合領域、反応領域、分離領域、反応生成物の検出領域などを順次形成し、その間をマイクロチャンネルで連結した構造の集積型マイクロリアクタ装置が構想されている。
このような観点に立って、１枚の基板に、試料の供給部から排出部にかけて、試料の混合領域、反応領域、分離領域、反応生成物の検出領域などを順次形成し、その間をマイクロチャンネルで連結した構造の集積型マイクロリアクタ装置が構想されている。
このような集積型マイクロリアクタ装置としては、例えばＤＮＡ解析の分野において、数ｃｍ角の基板に、試料を混合する箇所、混合試料の反応を進める箇所、反応生成物を分離・抽出する箇所、反応生成物を検出する箇所を形成し、それらの間をマイクロチャンネルで連結することにより、各化学操作を１枚の基板の中に集積した構造のμＴＡＳ（Micro Total Analytical System）が知られている。
しかしながら、このような集積型マイクロリアクタ装置の場合、小さな基板の中に各種の化学操作を行う領域を平面的に組み込むことは、製作上、かなり困難である。
そして、仮に１枚の基板に全ての領域が組み込まれることによって小型形状のマイクロリアクタ装置が得られたとしても、当該装置への試料供給、反応生成物の分取、または別の装置への接続などのためには、通常の配管や継手手段などを使用することになるので、結局、デッドスペースが多くなって装置全体としては大型化し、形状が小型であるという利点は減殺される。
そして、仮に１枚の基板に全ての領域が組み込まれることによって小型形状のマイクロリアクタ装置が得られたとしても、当該装置への試料供給、反応生成物の分取、または別の装置への接続などのためには、通常の配管や継手手段などを使用することになるので、結局、デッドスペースが多くなって装置全体としては大型化し、形状が小型であるという利点は減殺される。
また、このような集積型マイクロリアクタ装置では、基板に組み込まれる各化学操作の領域やマイクロチャンネルの構造は、ある特定の反応系に関するある特定の条件下での化学操作を前提として設計されるので、例えば反応系の試料変更に伴ってマイクロチャンネルの構造やその流路長の変更が必要になったり、化学操作の条件変更が必要になった場合には、対応不能となる。そのような場合には、結局、新たな設計基準の下で新しい装置として高コストをかけて作製し直すことが必要になる。すなわち、この装置は、反応系の変更に対する自由度に乏しいという問題がある。
更に、この集積型マイクロリアクタ装置の場合、例えば加熱制御や冷却制御などの反応系のプロセス制御に関しては、装置全体に対して実施することは可能である。しかし、それぞれが特定の条件を必要とする各化学操作のプロセス制御を、化学操作の各領域に対して個別に独立して実施することは事実上不可能である。
一方、マイクロリアクタ装置を製作する場合には、所定の寸法形状を有するマイクロチャンネルが所定の平面パターンで形成されており、またある化学操作を進める領域が形成されている基板（以後、チャンネル基板という）を製造しなければならない。
一方、マイクロリアクタ装置を製作する場合には、所定の寸法形状を有するマイクロチャンネルが所定の平面パターンで形成されており、またある化学操作を進める領域が形成されている基板（以後、チャンネル基板という）を製造しなければならない。
従来から、チャンネル基板としては、例えばガラス（石英ガラス）基板、Ｓｉ基板、各種の樹脂から成る基板などが使用されているが、基板材料の種類に対応してマイクロチャンネルの製作に関しては種々の方法が適用されている。
例えば、未加工の基板の表面に、例えばＸ線リソグラフィーと電気めっきを組み合わせたＬＩＧＡ技術を適用したり、または紫外線リソグラフィーとエッチング技術を組み合わせた半導体プロセス技術を適用して、当該基板の表面に、マイクロチャンネル用の凹溝を刻設したのち、そこに平板を配置して固定することにより当該凹溝を密閉してマイクロチャンネルが形成されている。
例えば、未加工の基板の表面に、例えばＸ線リソグラフィーと電気めっきを組み合わせたＬＩＧＡ技術を適用したり、または紫外線リソグラフィーとエッチング技術を組み合わせた半導体プロセス技術を適用して、当該基板の表面に、マイクロチャンネル用の凹溝を刻設したのち、そこに平板を配置して固定することにより当該凹溝を密閉してマイクロチャンネルが形成されている。
また、樹脂基板にマイクロチャンネルを形成する場合には、例えば紫外線硬化型樹脂から成る未加工基板を用意し、その表面に、紫外線を用いた露光と現像処理を行う光造形法を適用して、当該基板にマイクロチャンネル用の凹溝を刻設したのち、それを密閉してマイクロチャンネルが形成されている。
更には、未加工基板の表面に、直接、所定のスキャンニングパターンでレーザ光やイオンビームを照射するレーザ加工法やイオンビーム加工法を適用してマイクロチャンネル用の凹溝を刻設したのち、それを平板で密閉してマイクロチャンネルが形成されている。
更には、未加工基板の表面に、直接、所定のスキャンニングパターンでレーザ光やイオンビームを照射するレーザ加工法やイオンビーム加工法を適用してマイクロチャンネル用の凹溝を刻設したのち、それを平板で密閉してマイクロチャンネルが形成されている。
しかしながら、これらの方法は、いずれも用いる設備・装置は高価であり、また条件設定はシビアで、製造工程は複雑であるため、製造されるチャンネル基板は高コストになるという問題がある。
とくに、例えば形成したマイクロチャンネルの表面に、更に微細な構造物を選択的に付加しようとする場合には、そのための工程は一層複雑化する。
特開平１０−３３７１７３号公報
特開２０００−２９８１０９号公報
Chem. Tech., （1998）.27. pp124〜126
とくに、例えば形成したマイクロチャンネルの表面に、更に微細な構造物を選択的に付加しようとする場合には、そのための工程は一層複雑化する。
本発明は、まず、上述した従来の集積型マイクロリアクタ装置における問題点の解決を基本的な目的としている。
すなわち、本発明においては、反応系に必要な化学操作の領域を平面的に集積することを必ずしも必要としないチャンネル基板を用いても、全体として集積型マイクロリアクタ装置としての機能を発揮するので、製作は容易であり、また反応系の変更に対する自由度も大きく、更には、個々の化学操作に対する個別のプロセス制御も可能である集積型マイクロ化学反応装置とそれに連結される補助ユニットの提供を目的とする。
すなわち、本発明においては、反応系に必要な化学操作の領域を平面的に集積することを必ずしも必要としないチャンネル基板を用いても、全体として集積型マイクロリアクタ装置としての機能を発揮するので、製作は容易であり、また反応系の変更に対する自由度も大きく、更には、個々の化学操作に対する個別のプロセス制御も可能である集積型マイクロ化学反応装置とそれに連結される補助ユニットの提供を目的とする。
また、本発明においては、上記したマイクロ化学反応装置に組み込まれて所定の化学操作を行う新規構造のチャンネル基板と、それを高い生産性の下で従来に比べれば非常に簡単に製造する方法の提供を目的とする。
上記した目的を達成するために、本発明においては、
一方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口から、他方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口までに延設された空洞のマイクロチャンネルを有するチャンネル基板と、少なくとも１枚の前記チャンネル基板を、前記突出部の先端を外側に突出させて突き合わせ接続可能に収納する貫通孔を有する枠状体と、前記枠状体の前記貫通孔の内面と前記チャンネル基板の外面のうちのそれぞれの対向面の一部に設けられた位置決め用の噛み合わせ部と、を有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
また、前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面に形成されたレールと、前記チャンネル基板の前記外面に形成されて前記レールに噛み合わされる溝とを有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
さらに、前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面と前記チャンネル基板の前記外面にそれぞれ形成された第１、第２の溝と、前記第１、第２の溝の間の空間に挿入される位置決めピンとを有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
一方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口から、他方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口までに延設された空洞のマイクロチャンネルを有するチャンネル基板と、少なくとも１枚の前記チャンネル基板を、前記突出部の先端を外側に突出させて突き合わせ接続可能に収納する貫通孔を有する枠状体と、前記枠状体の前記貫通孔の内面と前記チャンネル基板の外面のうちのそれぞれの対向面の一部に設けられた位置決め用の噛み合わせ部と、を有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
また、前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面に形成されたレールと、前記チャンネル基板の前記外面に形成されて前記レールに噛み合わされる溝とを有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
さらに、前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面と前記チャンネル基板の前記外面にそれぞれ形成された第１、第２の溝と、前記第１、第２の溝の間の空間に挿入される位置決めピンとを有することを特徴とするマイクロ化学反応装置が提供される。
このマイクロ化学反応装置は、異なる機能を発揮する各種の化学操作ユニットを着脱自在に接続した構造になっている。そのため、例えば反応系の変更が必要になった場合、変更を要する化学操作ユニットを新たな反応系に適合する別の化学操作ユニットに交換したり、または新たに接続して装置に追加したりしてそのような事態に対応することができる。
また、各化学操作ユニット間は、従来のような継手手段を用いることなく、直接、相互の端面で気密に接続されているので、従来のような接続に伴うデッドスペースは発生しない。
また、センサ手段などを備えた補助ユニットを化学操作ユニットに連結することにより、化学操作ユニットで進行する化学操作の加速、計測、制御などをすることもできる。
また、センサ手段などを備えた補助ユニットを化学操作ユニットに連結することにより、化学操作ユニットで進行する化学操作の加速、計測、制御などをすることもできる。
本発明のチャンネル基板は、試料が送流されるマイクロチャンネルを横切って光導波路が形成されているので、ここから例えばレーザ光などを導入することにより、送流されている試料の状態を光計測したり、または試料に紫外光や可視光および赤外光などの光エネルギーなどを供給してその化学操作を活性化させることもできる。
また、このチャンネル基板のマイクロチャンネルには、当該チャンネル基板が担当する化学操作の促進部が形成されているので、マイクロチャンネルは試料の送流流路としての機能以上の機能を発揮することができる。
また、このチャンネル基板のマイクロチャンネルには、当該チャンネル基板が担当する化学操作の促進部が形成されているので、マイクロチャンネルは試料の送流流路としての機能以上の機能を発揮することができる。
そして、このチャンネル基板は、材料としてガラス材を用いているので、金型成形が可能であり、その結果、形成するマイクロチャンネルが複雑な形状であっても、製造は容易であり、製造コストも安価になる。
本発明のマイクロ化学反応装置の１例を図１に分解斜視図として示す。
この装置は、試料の装置への供給という化学操作を行う供給ユニットＵ1、供給された試料の混合という化学操作を行う混合ユニットＵ2と混合試料の反応操作を行う操作ユニットＵ3とからなる反応ユニット、および反応生成物とその他の排液を送流する化学操作を行う送流ユニットＵ4を、それぞれの端面で、気密状態を保持し、かつ着脱自在に、直列に接続した構造になっている。そして、操作ユニットＵ3の側部には、後述する補助ユニットｕが連結されている。
この装置は、試料の装置への供給という化学操作を行う供給ユニットＵ1、供給された試料の混合という化学操作を行う混合ユニットＵ2と混合試料の反応操作を行う操作ユニットＵ3とからなる反応ユニット、および反応生成物とその他の排液を送流する化学操作を行う送流ユニットＵ4を、それぞれの端面で、気密状態を保持し、かつ着脱自在に、直列に接続した構造になっている。そして、操作ユニットＵ3の側部には、後述する補助ユニットｕが連結されている。
なお、図１では、反応ユニットが混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3とから構成されているが、必ずしも両ユニットＵ2、Ｕ3が必要ではない。例えば、各ユニットＵ2、Ｕ3に設置されている各チャンネル基板の構造を、一枚の基板に形成し、どちらかのユニットに設置することにより、混合・操作を一つのユニットで行うことができるので、どちらかのユニットを一つ省略することが出来る。
この装置の場合、供給ユニットＵ1に接続された供給ライン１ａ，１ｂ，１ｃから供給ユニットＵ1に供給された３種類の試料は、混合ユニットＵ2に送流されてここで混合され、混合試料は操作ユニットＵ3に送流されてそこで所定の化学反応を起こし、そして送流ユニットＵ4に送流され、そこで反応生成物と排液に分流され、それぞれは送流ユニットＵ4に接続された排液ライン２ａ，２ｂから装置外に排出される。
ここで、各化学操作ユニットは、少なくとも１枚のチャンネル基板とそれを被包して支持する枠状体で構成されている。その１例ＵAを図２に示す。
このユニットＵAは、その組み立てに際して、まず、５枚のチャンネル基板３を互いの端面３ａ（３ｂ）を揃えた状態で積層して端面３Ａ（３Ｂ）を有する積層構造を形成する。各チャンネル基板の積層に際しては、例えば各チャンネル基板を接着剤で接着して一体化する方法、熱圧着して一体化する方法や、端面を基準として適切な治具を用いて配列する方法などを適用することができる。
このユニットＵAは、その組み立てに際して、まず、５枚のチャンネル基板３を互いの端面３ａ（３ｂ）を揃えた状態で積層して端面３Ａ（３Ｂ）を有する積層構造を形成する。各チャンネル基板の積層に際しては、例えば各チャンネル基板を接着剤で接着して一体化する方法、熱圧着して一体化する方法や、端面を基準として適切な治具を用いて配列する方法などを適用することができる。
なお、図では５枚のチャンネル基板を積層した例を示したが、チャンネル基板の積層枚数は５枚に限定されるものではなく、何枚であってもよい。そして、積層構造の端面の大きさは１００mm×１００mm以下であることが好ましい。これは端面の平坦度が充分にだせるからである。また、ユニットＵAの組み立て時に用いるチャンネル基板は１枚であってもよい。
ここで、チャンネル基板の１例を、図３と図３のIV−IV線に沿う断面図である図４に示す。このチャンネル基板は厚みが０.３〜３mm程度、幅が３〜１００mm程度、長さが１０〜１００mm程度になっている。
このチャンネル基板３は、上記した角板形状の基板本体４の中に、その一方の端面３ａから他方の端面３ｂにかけて所定の平面パターンをなして延設された空洞のマイクロチャンネル５が形成された１枚の板状体である。
このチャンネル基板３は、上記した角板形状の基板本体４の中に、その一方の端面３ａから他方の端面３ｂにかけて所定の平面パターンをなして延設された空洞のマイクロチャンネル５が形成された１枚の板状体である。
したがって、このチャンネル基板３の場合、試料の流路であるマイクロチャンネルの両端部５ａ，５ｂは、基板本体４の端面３ａ，３ｂでそれぞれ開口しており、例えば一方が試料流入口、他方が試料流出口として機能する。
例えば、マイクロチャンネル５の幅と深さは、０.０５〜数mm程度であり、その断面形状はほぼ正方形や長方形であるが、半円形状や円形の断面形状も可能である。
例えば、マイクロチャンネル５の幅と深さは、０.０５〜数mm程度であり、その断面形状はほぼ正方形や長方形であるが、半円形状や円形の断面形状も可能である。
基板本体４を構成する材料としては、従来のように、ガラス材、Ｓｉ、樹脂などを用いることができるが、例えば図１で示した操作ユニットＵ3を組み立てる場合は、後述する理由でガラス材であることが好ましい。
なお、チャンネル基板３におけるマイクロチャンネル５の平面パターンと全体の流路長、その断面形状、その表面構造などは、当該チャンネル基板が組み込まれる化学操作ユニットで実現させる化学操作との関係で適宜に設計すればよい。また、マイクロチャンネル５は、試料の形態（例えば、気体、液体、固体、粘性体）等も考慮して設計する。
なお、チャンネル基板３におけるマイクロチャンネル５の平面パターンと全体の流路長、その断面形状、その表面構造などは、当該チャンネル基板が組み込まれる化学操作ユニットで実現させる化学操作との関係で適宜に設計すればよい。また、マイクロチャンネル５は、試料の形態（例えば、気体、液体、固体、粘性体）等も考慮して設計する。
なお、図３で示したチャンネル基板の場合、マイクロチャンネル５の端部５ａ（５ｂ）と他の領域Ｂは同一平面上にあり、チャンネル基板の端面３ａ（３ｂ）は全体として平坦な平面を構成している。
本発明でいうチャンネル基板の端面とは、上記した態様に限定されるものではなく、例えば図５で示したように、マイクロチャンネルの端部５ａ（５ｂ）の周辺領域Ａを領域Ｂに対して突出させ、これら領域Ａの全体で端面３ａ（３ｂ）が構成されていてもよい。
本発明でいうチャンネル基板の端面とは、上記した態様に限定されるものではなく、例えば図５で示したように、マイクロチャンネルの端部５ａ（５ｂ）の周辺領域Ａを領域Ｂに対して突出させ、これら領域Ａの全体で端面３ａ（３ｂ）が構成されていてもよい。
本発明におけるチャンネル基板の端面とは、図３の態様はもち論のこと、図５で示した態様を含めたものとして定義される。
再び図２に戻ると、ユニットＵAの組み立てに際しては、枠状体６が用いられる。この枠状体６は、前記したチャンネル基板の積層構造の断面（マイクロチャンネルの延設方向と直交する方向の断面）と略同じ寸法形状の貫通孔６ｃを有するとともにチャンネル基板の積層構造の長さと略等しい長さを有している。そしてこの枠状体６の当該貫通孔６ｃの中に、枠状体６の両端面６ａ，６ｂと積層構造の両端面３Ａ（３Ｂ）とを揃えた状態で当該積層構造を挿入・配置して例えば接着剤を用いて積層構造を枠状体に固定する。
再び図２に戻ると、ユニットＵAの組み立てに際しては、枠状体６が用いられる。この枠状体６は、前記したチャンネル基板の積層構造の断面（マイクロチャンネルの延設方向と直交する方向の断面）と略同じ寸法形状の貫通孔６ｃを有するとともにチャンネル基板の積層構造の長さと略等しい長さを有している。そしてこの枠状体６の当該貫通孔６ｃの中に、枠状体６の両端面６ａ，６ｂと積層構造の両端面３Ａ（３Ｂ）とを揃えた状態で当該積層構造を挿入・配置して例えば接着剤を用いて積層構造を枠状体に固定する。
このようにして組み立てられたユニットＵAでは、図２で示したように、チャンネル基板の積層構造は、その側部・上面・下面を枠状体６で被包された状態で当該枠状体６によって支持・固定されており、積層構造の端面３Ａ（３Ｂ）と枠状体６の端面６ａ（６ｂ）が同一方向を向いている。
したがって、このユニットＵA内には、両端面で開口する各チャンネル基板３のマイクロチャンネル５が一方の端面３Ａから他方の端面３Ｂに向かって走行していて、ユニットＵAにとっての試料の送流流路が形成されている。
したがって、このユニットＵA内には、両端面で開口する各チャンネル基板３のマイクロチャンネル５が一方の端面３Ａから他方の端面３Ｂに向かって走行していて、ユニットＵAにとっての試料の送流流路が形成されている。
なお、ユニットＵAにおける枠状体６の端面６ａ，６ｂには後述する複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが設けられている。
図６に別のユニット例ＵBを示す。
このユニットは、枠状体６が溝６ｅを有する下部材６Ａと押さえ板６Ｂの分割構造になっていて、溝６ｅの中に既に説明したチャンネル基板の積層構造を配置し、その上に押さえ板６Ｂを配置し、下部材６Ａと押さえ板６Ｂを例えばねじ止めまたは接着して積層構造を枠状体６で支持している。
図６に別のユニット例ＵBを示す。
このユニットは、枠状体６が溝６ｅを有する下部材６Ａと押さえ板６Ｂの分割構造になっていて、溝６ｅの中に既に説明したチャンネル基板の積層構造を配置し、その上に押さえ板６Ｂを配置し、下部材６Ａと押さえ板６Ｂを例えばねじ止めまたは接着して積層構造を枠状体６で支持している。
図７に更に別のユニット例ＵCを示す。
このユニットＵCは、図２で示したユニットＵAにおいて、枠状体６の一方の側部または両側部に開口部６ｆが形成されている。そして、この開口部６ｆの周囲にも後述する複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが設けられている。
したがって、開口部６ｆからは、枠状体６で支持されているチャンネル基板３（またはその積層構造）の側面が表出している。
このユニットＵCは、図２で示したユニットＵAにおいて、枠状体６の一方の側部または両側部に開口部６ｆが形成されている。そして、この開口部６ｆの周囲にも後述する複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが設けられている。
したがって、開口部６ｆからは、枠状体６で支持されているチャンネル基板３（またはその積層構造）の側面が表出している。
このタイプのユニットＵCは、例えば図１で示した操作ユニットＵ3として使用して好適なユニットである。すなわち、後述するように位置決め用ピン穴６ｄを用いて開口部６ｆに後述する補助ユニットｕを連結し、この補助ユニットが備えている補助手段、例えば対象物を加熱するレーザ光照射手段を駆動することにより、個々のチャンネル基板３のマイクロチャンネル５の中に送流されている試料を加熱して目的とする反応の効率を高めるような反応系を組み立てることができるからである。
図８に更に別のユニット例ＵDを示す。
このユニットＵDは、チャンネル基板３の積層構造がその両端で枠状体６Ｃ，６Ｄによって支持されたタイプの化学操作ユニットである。したがって、このユニットＵDの場合、チャンネル基板３（またはその積層構造）において、枠状体６Ｃ，６Ｄで支持されている両端部以外の部分は裸出した状態になっている。ユニットＵDの構造の場合、マイクロチャンネル５の端部５ａ、５ｂ以外の部分を上下から観察することができる。言い換えると、試料の反応状態を上下から観察することが可能となる。
このユニットＵDは、チャンネル基板３の積層構造がその両端で枠状体６Ｃ，６Ｄによって支持されたタイプの化学操作ユニットである。したがって、このユニットＵDの場合、チャンネル基板３（またはその積層構造）において、枠状体６Ｃ，６Ｄで支持されている両端部以外の部分は裸出した状態になっている。ユニットＵDの構造の場合、マイクロチャンネル５の端部５ａ、５ｂ以外の部分を上下から観察することができる。言い換えると、試料の反応状態を上下から観察することが可能となる。
なお、上記したユニットＵA，ＵB，ＵC，ＵDは、いずれも、複数枚のチャンネル基板の積層構造を用いることにより、各ユニットの端面にはマイクロチャンネルが２次元配列されている例であるが、本発明のユニットはこの態様に限定されるものではなく、例えば、図９で示したような構造のユニットＵD’であってもよい。
このユニットＵD’は、図８で示したユニットＵDにおいて、チャンネル基板３が１枚であって、その両端が枠状体６Ｃ，６Ｄによって支持されたタイプの化学操作ユニットである。したがって、このユニットＵD’におけるマイクロチャンネル５は、幅方向に一次元的に配列している。
このユニットＵD’は、図８で示したユニットＵDにおいて、チャンネル基板３が１枚であって、その両端が枠状体６Ｃ，６Ｄによって支持されたタイプの化学操作ユニットである。したがって、このユニットＵD’におけるマイクロチャンネル５は、幅方向に一次元的に配列している。
これらの化学操作ユニットは、いずれも、枠状体の端面の所定位置に複数個（図では４個）のピン穴６ｄが設けられている。このピン穴６ｄは、各ユニットを端面接続したときに、それぞれのユニットが支持しているチャンネル基板３（またはその積層構造）におけるマイクロチャンネル５の開口端面が互いに面内での位置ずれを起こすことなく正しく連結するように、各ユニットを互いに位置決めするための手段である。
なお、図７のユニットＵCの場合は、枠状体の側部にもピン穴６ｄが形成されているが、これは、側部の開口部６ｆに図１で示された補助ユニットｕの位置を正確に連結するために設けられている。
これらの化学操作ユニットを、互いの端面で接続して図１で例示したマイクロ化学反応装置が組み立てられる。
これらの化学操作ユニットを、互いの端面で接続して図１で例示したマイクロ化学反応装置が組み立てられる。
その場合、各ユニットのマイクロチャンネルが互いの開口端面で面内の位置ずれを起こすことなく正しく連結して、供給ユニットＵ1から送流ユニットＵ4までの連結流路が形成されること、そして同時に、チャンネル基板（またはその積層構造）の接続部における気密状態が確保されていることが必要である。
接続部の気密状態が確保されていない場合は、試料が接続部で漏洩してしまう。また、各マイクロチャンネルが面内での位置ずれを起こして接続されている場合は、接続部に発生する流路の段差により試料の流れに乱れが生じたり、流路抵抗が大きくなって後段のユニットにおける化学操作の結果が設定目的値から偏倚するからである。いずれにしても、上記２条件が満たされない場合は、マイクロ化学反応装置は設計基準の動作をしなくなる。
接続部の気密状態が確保されていない場合は、試料が接続部で漏洩してしまう。また、各マイクロチャンネルが面内での位置ずれを起こして接続されている場合は、接続部に発生する流路の段差により試料の流れに乱れが生じたり、流路抵抗が大きくなって後段のユニットにおける化学操作の結果が設定目的値から偏倚するからである。いずれにしても、上記２条件が満たされない場合は、マイクロ化学反応装置は設計基準の動作をしなくなる。
上記した問題を実現するために、本発明では、まず、ユニットの接続部における気密状態の保持に関しては、次のような処理が施される。
第１の処理は、個々のチャンネル基板（またはその積層構造）の両端面に精密研削・研磨を施すことである。
それを、以下に図面に則して説明する。
第１の処理は、個々のチャンネル基板（またはその積層構造）の両端面に精密研削・研磨を施すことである。
それを、以下に図面に則して説明する。
今、図１０で示したように、チャンネル基板３の端面に１，２，３・・・ｎ個のマイクロチャンネル５1，５2，５3・・・５nの開口端部が表出していて、各開口端部の周縁から幅ｔで囲われている領域をＡ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnとし、それ以外の端面の箇所を領域Ｂとする。
ここで、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnを仮定した理由は、この領域が、領域Ｂとは無関係に、チャンネル基板３を接続したときに、マイクロチャンネル間の確実な気密状体を実現するために実質的に寄与する領域であると考えるからである。
ここで、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnを仮定した理由は、この領域が、領域Ｂとは無関係に、チャンネル基板３を接続したときに、マイクロチャンネル間の確実な気密状体を実現するために実質的に寄与する領域であると考えるからである。
端面状態を上記したように定義したとき、本発明においては、下記の条件を満たすように精密研削・研磨が施される。
まず、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnの端面は全て同一平面上にあり、かつ領域Ｂの端面と同一平面上にあるか、または領域Ｂの端面からは突出していることである。そして、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnの表面の平坦度は１μｍ以下、好ましくは０.５μｍ以下であり、またその表面粗さは１００nm以下、好ましくは１０nm以下になっていることである。更には、幅ｔは１０μｍ〜１mmの範囲内にあることである。
まず、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnの端面は全て同一平面上にあり、かつ領域Ｂの端面と同一平面上にあるか、または領域Ｂの端面からは突出していることである。そして、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnの表面の平坦度は１μｍ以下、好ましくは０.５μｍ以下であり、またその表面粗さは１００nm以下、好ましくは１０nm以下になっていることである。更には、幅ｔは１０μｍ〜１mmの範囲内にあることである。
例えば、図１１で示したように、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnの全てが同一平面上に存在していない場合には、たとえ領域Ａ1の１つだけが領域Ｂよりも突出していたとしても接続時に気密状態を実現することは不可能である。また、図１２で示したように、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnが全て同一平面上に存在していたとしても、領域Ｂの一部が領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnよりも突出しているとすれば、その場合も接続時に気密状態を実現することはできない。
これに反し、図１３で示したように、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnと領域Ｂが全て同一平面上に存在する場合や、図１４で示したように、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnは全て同一平面上にあり、かつ領域Ｂよりも突出している場合には、もち論、平坦度、表面粗さ、およびｔ値が前記した値を満たす限りにおいて、完全に気密状態の接続部を形成することができる。
また、図１５で示したように、領域Ａ1，Ａ2，Ａ3・・・Ａnは全て同一平面上にあり、しかも領域Ｂよりも突出していさえすれば、領域Ｂに凹没や縁部のダレなどが発生していても気密状態の接続が可能である。
この精密研削・研磨処理が施されたチャンネル基板（またはその積層構造）の場合、互いの端面を押圧して端面接続した状態でマイクロチャンネル内にポンプ圧として２０〜１００MPaの水圧を印加しても、接続部での漏液は発生しない。すなわち、高水準の気密状態が保持される。
この精密研削・研磨処理が施されたチャンネル基板（またはその積層構造）の場合、互いの端面を押圧して端面接続した状態でマイクロチャンネル内にポンプ圧として２０〜１００MPaの水圧を印加しても、接続部での漏液は発生しない。すなわち、高水準の気密状態が保持される。
なお、配管抵抗があるので、接続部に実際に作用する圧力はポンプ圧より小さくなる。
ところで、この処理が施されたチャンネル基板（またはその積層構造）を用いたユニットの場合、組立て時に、その端面を枠状体の端面よりも、若干ではあれ、突出させることが必要である。チャンネル基板（またはその積層構造）の端面が枠状体の端面よりも凹没していると、ユニットを接続してもチャンネル基板（またはその積層構造）の端面は互いに当接することがないからである。
ところで、この処理が施されたチャンネル基板（またはその積層構造）を用いたユニットの場合、組立て時に、その端面を枠状体の端面よりも、若干ではあれ、突出させることが必要である。チャンネル基板（またはその積層構造）の端面が枠状体の端面よりも凹没していると、ユニットを接続してもチャンネル基板（またはその積層構造）の端面は互いに当接することがないからである。
しかしながら、このような状態は、ユニットの接続時にチャンネル基板（またはその積層構造）の端面部分でぶつかってその部分の損傷を招くことがある。
このような問題を考慮して、本発明では次のような第２の処理が施されることを好適とする。
すなわち、第２の処理は、既に組み立てたユニットそれ自体の両端面を精密研削・研磨する。
このような問題を考慮して、本発明では次のような第２の処理が施されることを好適とする。
すなわち、第２の処理は、既に組み立てたユニットそれ自体の両端面を精密研削・研磨する。
その場合、少なくともチャンネル基板（またはその積層構造）の端面の平坦度と表面粗さは、前記した第１の処理の場合と同水準に保持される。
この第２の処理が施されることにより、処理後のユニットにおいては、チャンネル基板（またはその積層構造）の端面と枠状体の端面は面一状態になる。
しかしながら、この第２の処理の場合、厳密にいえば、チャンネル基板（またはその積層構造）と枠状体の境界部分には数十から数百nmオーダの微小段差が生ずる。そのため、ユニットをそのまま接続すると第１の処理の場合よりもユニット接続部の気密状態は劣化する。それでも、ポンプ圧として２０〜７０MPaの水圧を印加しても気密状態を実現することができる。
この第２の処理が施されることにより、処理後のユニットにおいては、チャンネル基板（またはその積層構造）の端面と枠状体の端面は面一状態になる。
しかしながら、この第２の処理の場合、厳密にいえば、チャンネル基板（またはその積層構造）と枠状体の境界部分には数十から数百nmオーダの微小段差が生ずる。そのため、ユニットをそのまま接続すると第１の処理の場合よりもユニット接続部の気密状態は劣化する。それでも、ポンプ圧として２０〜７０MPaの水圧を印加しても気密状態を実現することができる。
したがって、第２の処置は、精密研削・研磨後にユニットの組立てを必要とする第１の処置に比べると、気密状態が若干劣化するとはいえ、組立て工数の大幅な低減を実現することができ、また端面部分の損傷を確実に解消し得るという点で優れている。
上記した精密研削・研磨は砥石を用いて行われるが、その場合、小さい番数の砥石を用いた研磨から順次、番数が大きい砥石を用いた砥磨へと段階的に研磨作業が進められる。例えば、荒い回転砥石でチャンネル基板（またはその積層構造や組み立てたユニット）の両端面を研削し、研削面を例えば超音波洗浄したのち乾燥し、ついで、例えば酸化セリウムと、酸化マグネシウム、炭化けい素もしくはシリカなどとが一部混合されている回転砥石か、または酸化セリウムやコロイダルシリカなどの遊離砥粒を用いて上記した研削面を研磨する。
上記した精密研削・研磨は砥石を用いて行われるが、その場合、小さい番数の砥石を用いた研磨から順次、番数が大きい砥石を用いた砥磨へと段階的に研磨作業が進められる。例えば、荒い回転砥石でチャンネル基板（またはその積層構造や組み立てたユニット）の両端面を研削し、研削面を例えば超音波洗浄したのち乾燥し、ついで、例えば酸化セリウムと、酸化マグネシウム、炭化けい素もしくはシリカなどとが一部混合されている回転砥石か、または酸化セリウムやコロイダルシリカなどの遊離砥粒を用いて上記した研削面を研磨する。
この過程で、砥石の番数、砥粒の粒度などを、チャンネル基板を構成するガラス材料の種類や基板のサイズなどに対応して適宜に選定し、また研磨回数を増減したり、研磨時の条件を適宜に選定することにより、最終の仕上げ端面の平坦度や表面粗さを前記した値にすることができる。
なお、上記した第２の処置は精密研削だけで行うこともできる。その場合には、砥石として１０００番以上のものを用いる。表面粗さは若干悪化するか、しかし平坦度は向上するので、研削面積が大きい場合や、供給試料と反応しない樹脂製（例えば、ポリイミド樹脂製、ポリイミドアミド樹脂製など）、もしくはゴム製（例えば、バイトンゴム、シリコーンゴムなど）のパッキンを介装してユニット接続を行う場合には漏液が抑制されて有利である。
なお、上記した第２の処置は精密研削だけで行うこともできる。その場合には、砥石として１０００番以上のものを用いる。表面粗さは若干悪化するか、しかし平坦度は向上するので、研削面積が大きい場合や、供給試料と反応しない樹脂製（例えば、ポリイミド樹脂製、ポリイミドアミド樹脂製など）、もしくはゴム製（例えば、バイトンゴム、シリコーンゴムなど）のパッキンを介装してユニット接続を行う場合には漏液が抑制されて有利である。
次に、ユニット間の端面接続時における位置合わせについて、図１の場合、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3の端面接続の場合を例にして説明する。
なお、混合ユニットＵ2は図２で示したユニットＵAタイプ、操作ユニットＵ3は図７で示したユニットＵCのタイプである。
いずれのユニットも、その端面においては、図１６で示したように、チャンネル基板の積層構造の端面３Ａが枠状体６の端面６ａよりも突出しており、そして当該端面３Ａに対しては前記した精密研削（第２の処置）が施されている。積層構造の端面３Ａを枠状体６の端面から突出させることにより、ユニットを接続したときに、積層構造の端面３Ａのみが互いに当接するので、全体の接続面圧が上昇することに基因する供給試料の漏液という問題を解消することができる。
なお、混合ユニットＵ2は図２で示したユニットＵAタイプ、操作ユニットＵ3は図７で示したユニットＵCのタイプである。
いずれのユニットも、その端面においては、図１６で示したように、チャンネル基板の積層構造の端面３Ａが枠状体６の端面６ａよりも突出しており、そして当該端面３Ａに対しては前記した精密研削（第２の処置）が施されている。積層構造の端面３Ａを枠状体６の端面から突出させることにより、ユニットを接続したときに、積層構造の端面３Ａのみが互いに当接するので、全体の接続面圧が上昇することに基因する供給試料の漏液という問題を解消することができる。
このようなことを踏まえて、端面３Ａの突出量は１００μｍ以下、好ましくは１〜１０μｍに設定される。
混合ユニットＵ2の枠状体６の両端面６ａ，６ｂには、所定の径と深さを有する４個の位置決め用ピン穴６ｄが形成され、また、操作ユニットＵ3の枠状体の両端面にも、混合ユニットＵ2の位置決め用ピン穴と対向する位置に同じく４個の位置決め用ピン穴が形成されている。
混合ユニットＵ2の枠状体６の両端面６ａ，６ｂには、所定の径と深さを有する４個の位置決め用ピン穴６ｄが形成され、また、操作ユニットＵ3の枠状体の両端面にも、混合ユニットＵ2の位置決め用ピン穴と対向する位置に同じく４個の位置決め用ピン穴が形成されている。
そして、ピン穴６ｄに挿抜可能な直径を有し、かつ２個のピン穴の合計深さよりも若干短い長さを有する嵌合ピン７を、図１の矢線で示したように、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3の対向端面に形成されているそれぞれのピン穴６ｄに挿入したのち、一方のユニットを他方のユニットにマイクロチャンネル５の流路方向に沿って押圧する。なお、嵌合ピン７は、混合ユニットＵ2もしくは操作ユニットＵ3に一体成形されていても良い。
嵌合ピン７は、ピン穴６ｄよりも０.１〜２.０μｍ小径に設定する。
嵌合ピンの径を上記した値に設定することにより、図１７で示したように、嵌合ピン７が嵌合されている箇所ではユニットＵ2とユニットＵ3の位置ずれは最小限度にまで緩和されて高精度な位置合わせを実現することができる。
また、ピンの嵌合後、一方のユニットをマイクロチャンネルの流路方向に沿って押圧するときにねじれが発生して、図１８で示したように、ユニットの端面間に開きが生じたとしても、その開きの量が緩和されるので漏液が有効に防止される。また嵌合ピンは２個のピン穴の合計深さよりも短いので、混合ユニットＵ2の端面と操作ユニットＵ3の端面は、前記した気密状態を確保して確実に接触し、この両ユニットは気密に接続される。なお、対応するユニット間における嵌合ピンの位置精度は、±５μｍ以下、好ましくは±０.５μｍに設定する。
嵌合ピンの径を上記した値に設定することにより、図１７で示したように、嵌合ピン７が嵌合されている箇所ではユニットＵ2とユニットＵ3の位置ずれは最小限度にまで緩和されて高精度な位置合わせを実現することができる。
また、ピンの嵌合後、一方のユニットをマイクロチャンネルの流路方向に沿って押圧するときにねじれが発生して、図１８で示したように、ユニットの端面間に開きが生じたとしても、その開きの量が緩和されるので漏液が有効に防止される。また嵌合ピンは２個のピン穴の合計深さよりも短いので、混合ユニットＵ2の端面と操作ユニットＵ3の端面は、前記した気密状態を確保して確実に接触し、この両ユニットは気密に接続される。なお、対応するユニット間における嵌合ピンの位置精度は、±５μｍ以下、好ましくは±０.５μｍに設定する。
しかしながら、仮に混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3の対向端面におけるそれぞれのピン穴６ｄは互いに位置づれを起こしていないとしても、混合ユニットＵ2のピン穴に対するチャンネル基板（またはその積層構造）のマイクロチャンネルの位置座標と、操作ユニットＵ3のピン穴に対するチャンネル基板（またはその積層構造）のマイクロチャンネルの位置座標とが互いに異なっていた場合は、マイクロチャンネルの開口端面は面内での位置づれを起こす。その結果、ユニット間の接続部における気密状態は確保されていても、マイクロチャンネルの連結流路は正しく形成されていないという装置が組み立てられることになる。
本発明では、このような問題を、次のような化学操作ユニットを用いることによって解決することができる。
図１９はその１例ＵA’を示し、図２０は別の例ＵA”を示す。
図１９の化学操作ユニットＵA’の場合、チャンネル基板３（またはその積層構造）を支持する枠状体６の貫通孔６ｃの底面に、いずれも枠状体６の長手方向に延びる複数本（図では２本）の逆Ｖ字型のレール６ｇ，６ｇが一体形成されている。そして、この貫通孔６ｃに挿入・配置されるチャンネル基板３（またはその積層構造）の下面には、そのマイクロチャンネルの流路方向に沿って、前記逆Ｖ字型レール６ｇ，６ｇと対向する位置に当該逆Ｖ字型レールと形状、寸法が高精度でネガ−ポジの関係にあるＶ字溝３ｃ，３ｃが刻設されている。
図１９はその１例ＵA’を示し、図２０は別の例ＵA”を示す。
図１９の化学操作ユニットＵA’の場合、チャンネル基板３（またはその積層構造）を支持する枠状体６の貫通孔６ｃの底面に、いずれも枠状体６の長手方向に延びる複数本（図では２本）の逆Ｖ字型のレール６ｇ，６ｇが一体形成されている。そして、この貫通孔６ｃに挿入・配置されるチャンネル基板３（またはその積層構造）の下面には、そのマイクロチャンネルの流路方向に沿って、前記逆Ｖ字型レール６ｇ，６ｇと対向する位置に当該逆Ｖ字型レールと形状、寸法が高精度でネガ−ポジの関係にあるＶ字溝３ｃ，３ｃが刻設されている。
このＶ字溝３ｃと逆Ｖ字型レール６ｇを噛み合わせ、例えば接着剤を用いてチャンネル基板３（またはその積層構造）を貫通孔６ｃ内に固定することにより、化学操作ユニットＵA’は構成されている。
このようにして、チャンネル基板３（またはその積層構造）と枠状体６の固定は、Ｖ字溝３ｃと逆Ｖ字型レール６ｇとの噛み合わせを、前記した位置決めピンによって高精度に行うことができる。
このようにして、チャンネル基板３（またはその積層構造）と枠状体６の固定は、Ｖ字溝３ｃと逆Ｖ字型レール６ｇとの噛み合わせを、前記した位置決めピンによって高精度に行うことができる。
その場合、チャンネル基板３（またはその積層構造）の外形寸法を枠状体６の貫通孔の寸法よりも小さくすることが必要である。具体的には両者のクリアランスを５〜２０μｍに設定する。
そして、両者を接着固定する際に、上記したクリアランスには接着剤が充填されて、図２１で示したように、両者の間に接着剤層が介装された状態になる。この接着剤層が介装されていることにより、外部からの応力に基づくチャンネル基板３（またはその積層構造）の変形が緩和される。
そして、両者を接着固定する際に、上記したクリアランスには接着剤が充填されて、図２１で示したように、両者の間に接着剤層が介装された状態になる。この接着剤層が介装されていることにより、外部からの応力に基づくチャンネル基板３（またはその積層構造）の変形が緩和される。
供給ユニットＵ1から送流ユニットＵ4の全てを上記した構造にすることにより、それぞれのユニットの端面にピン穴を形成する際には、全てのユニットにつき、既に位置決めされているチャンネル基板３（またはその積層構造）の所定箇所（例えば特定のマイクロチャンネルの特定の角部）を位置決め基準にすれば、全てのユニットにおけるピン穴は共通の位置座標で形成されることになる。
逆にいえば、各ユニットのそれぞれ対応するピン穴を合致させれば、各ユニットのチャンネル基板３（またはその積層構造）におけるマイクロチャンネル５の開口端面は互いに位置ずれを起こすことなく連結することになる。
図２０の化学操作ユニットＵA”は、ユニットＵA’の逆Ｖ字型レールに代えてＶ字溝６ｈが形成され、またチャンネル基板３（またはその積層構造）の下面に前記Ｖ字溝６ｈと対抗する位置に当該Ｖ字溝６ｈと例えば同じ形状のＶ字溝３ｄが形成され、２種類のＶ字溝が形成する空間の中に位置決めピン７Ａが挿入されることにより、チャンネル基板３（またはその積層構造）と枠状体６との位置合わせがされている。
図２０の化学操作ユニットＵA”は、ユニットＵA’の逆Ｖ字型レールに代えてＶ字溝６ｈが形成され、またチャンネル基板３（またはその積層構造）の下面に前記Ｖ字溝６ｈと対抗する位置に当該Ｖ字溝６ｈと例えば同じ形状のＶ字溝３ｄが形成され、２種類のＶ字溝が形成する空間の中に位置決めピン７Ａが挿入されることにより、チャンネル基板３（またはその積層構造）と枠状体６との位置合わせがされている。
このユニットＵA”の場合も、ユニットＵA’の場合と同じ機能を発揮する。
このような手段を行使することにより、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3をピン穴とピンを用いて端面接続すれば、各ユニットのマイクロチャンネルの開口端面は面内における位置ずれをほとんど起こすことなく正しく連結され、ここに、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3を貫く連結流路が形成される。
このような手段を行使することにより、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3をピン穴とピンを用いて端面接続すれば、各ユニットのマイクロチャンネルの開口端面は面内における位置ずれをほとんど起こすことなく正しく連結され、ここに、混合ユニットＵ2と操作ユニットＵ3を貫く連結流路が形成される。
このとき、マイクロチャンネル５の断面寸法は、前記したように、その一辺が数十μｍ〜数百μｍの範囲内にあることを考慮して、本発明においては、前記した位置決め基準に対する精度を５μｍ以下、好ましくは０.５μｍ以下に設定する。ピン穴の位置決め精度が上記設定値になっていれば、ユニットを接続したときに、マイクロチャンネル間の面内における位置ずれが起こったとしても、マイクロチャンネルの断面はこの位置ずれに比べて極めて大きいので形成された連結流路における試料の送流状態の乱れや接続部での試料のよどみなどの不都合な現象は事実上起こらなくなる。なお、位置決め基準の精度の目安としては、マイクロチャンネルの一辺の長さの１／２０〜１／１０に設定する。
例えば、チャンネル基板と枠状体をいずれも透明ガラスで作製し、ピン穴の位置決め精度を０.５μｍに設定し、かつ前記した第２の処置による端面の精密研磨が施されているユニットを接続し、連結流路に着色水をポンプの水圧２０〜７０MPaで送流して流路の顕微鏡観察を行ったところ、接続部におけるよどみ、他の連結流路からの着色水の混入などの現象は認められなかった。
そして、各ユニットを分離したのち再び接続する操作を１０回反復したのち、上記と同様の試験を行ったが、連結流路への着色水の混入や接続部におけるよどみなどはやはり観察されなかった。
ここで、本発明のマイクロ化学反応装置への試料の供給、および反応生成物や排液の回収のために用いて好適なコネクタ部材について説明する。
ここで、本発明のマイクロ化学反応装置への試料の供給、および反応生成物や排液の回収のために用いて好適なコネクタ部材について説明する。
なお、このコネクタ部材には、試料供給用のコネクタ部材と回収用のコネクタ部材の２種類があり、前者はマイクロ化学反応装置の最上流側に配置され、後者は装置全体の末端に配置される。
例えば、図１で示した装置に則していえば、供給用コネクタ部材は混合ユニットＵ2に接続されている供給ユニットＵ1に相当しており、回収用コネクタ部材は操作ユニットＵ3に接続されている送流ユニットＵ4に相当している。
例えば、図１で示した装置に則していえば、供給用コネクタ部材は混合ユニットＵ2に接続されている供給ユニットＵ1に相当しており、回収用コネクタ部材は操作ユニットＵ3に接続されている送流ユニットＵ4に相当している。
ここで、コネクタ部材の１例Ｃを図２２に示す。
このコネクタ部材Ａは、例えばガラス材や樹脂から成る本体１２と分岐フェルール（図示しない）に接続されている複数本のマイクロチューブ１３とコネクタ１４で構成されている。
本体１２の一方の端面１２ａは接続対象の化学操作ユニット（例えば図１の混合ユニットＵ2）との接続端面であって、そこには、既に説明した複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが形成され、またその端面は前記した精密研削・研磨を施すことによって対象とする化学操作ユニットとの接続時に気密状態を確保できる状態になっている。
このコネクタ部材Ａは、例えばガラス材や樹脂から成る本体１２と分岐フェルール（図示しない）に接続されている複数本のマイクロチューブ１３とコネクタ１４で構成されている。
本体１２の一方の端面１２ａは接続対象の化学操作ユニット（例えば図１の混合ユニットＵ2）との接続端面であって、そこには、既に説明した複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが形成され、またその端面は前記した精密研削・研磨を施すことによって対象とする化学操作ユニットとの接続時に気密状態を確保できる状態になっている。
そして、本体１２には、その接続端面１２ａから他方の端面にかけて、接続対象の化学操作ユニットの接続端面に表出しているマイクロチャンネルの開口部の配列態様に対応して配列する複数個の貫通孔１５が形成されている。本体１２の他方の端面側においては、各貫通孔１５と各マイクロチューブ１３がコネクタ１４で連結されている。
なお、貫通孔１５の数は、接続される化学操作ユニットとの連結構造により適宜、設計される。例えば、図２２では、貫通孔１５が４列×４列の計１６個の孔が形成されているが、これは（図示しないが）接続する化学操作ユニットの供給もしくは送流の口数と対応させているためである。このため、化学操作ユニットの供給もしくは送流の口数が４であれば、貫通孔１５として４列×１列の計４個の孔を形成すればよい。
なお、貫通孔１５の数は、接続される化学操作ユニットとの連結構造により適宜、設計される。例えば、図２２では、貫通孔１５が４列×４列の計１６個の孔が形成されているが、これは（図示しないが）接続する化学操作ユニットの供給もしくは送流の口数と対応させているためである。このため、化学操作ユニットの供給もしくは送流の口数が４であれば、貫通孔１５として４列×１列の計４個の孔を形成すればよい。
このようにして、コネクタ部材Ｃには、マイクロチューブ１３←→コネクタ１４←→貫通孔１５←→接続端面１２ａという連結流路を有する複数個の試料供給経路が形成されている。
ここで、貫通孔１５の口径は、接続対象の化学操作ユニットの接続端面に表出しているマイクロチャンネルの開口部より大きくなっている。これは、このコネクタ部材と化学操作ユニットを端面接続したときに、貫通孔１５の口径内にマイクロチャンネルの開口部を収容することにより、気密状態を確保するためである。
ここで、貫通孔１５の口径は、接続対象の化学操作ユニットの接続端面に表出しているマイクロチャンネルの開口部より大きくなっている。これは、このコネクタ部材と化学操作ユニットを端面接続したときに、貫通孔１５の口径内にマイクロチャンネルの開口部を収容することにより、気密状態を確保するためである。
例えば、接続対象の化学操作ユニットにおけるマイクロチャンネルの接続端面が、図５で示したように、突出する領域Ａで形成されている場合には、コネクタ部材Ｃの接続端面における貫通孔の口径は、上記した領域Ａを包含できる程度の大きさに設定される。
しかし、貫通孔１５の口径をあまり大きくすると、接続部で試料の流れが乱れるようになるので、貫通孔の口径はマイクロチャンネルの開口部よりも５〜１０μｍ程度大きくすることが好ましい。
しかし、貫通孔１５の口径をあまり大きくすると、接続部で試料の流れが乱れるようになるので、貫通孔の口径はマイクロチャンネルの開口部よりも５〜１０μｍ程度大きくすることが好ましい。
別のコネクタ部材Ｄを図２３に示す。
このコネクタ部材Ｄの本体１２は、その接続端面１２ａに複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが形成されており、そして中心部は切除されて他端面にまで至る空洞１６が形成されている。そして、本体１２の他端面側においては、この空洞１６とＳＵＳ製のチューブ１７がコネクタ１４で連結されている。なお、チューブ１７は、ＳＵＳ製以外にもアルミ、銅、樹脂製など、送流される試料から受ける圧力により破壊されなければ特に限定されない。
このコネクタ部材Ｄの本体１２は、その接続端面１２ａに複数個（図では４個）の位置決め用ピン穴６ｄが形成されており、そして中心部は切除されて他端面にまで至る空洞１６が形成されている。そして、本体１２の他端面側においては、この空洞１６とＳＵＳ製のチューブ１７がコネクタ１４で連結されている。なお、チューブ１７は、ＳＵＳ製以外にもアルミ、銅、樹脂製など、送流される試料から受ける圧力により破壊されなければ特に限定されない。
上記した空洞１６の大きさが、接続対象の化学操作ユニットの接続端面に表出しているマイクロチャンネルの開口部の全てを包摂できる大きさになっていることは図２２で示したコネクタ部材Ｃの貫通孔の場合と同じである。
このコネクタ部材Ｄは、主として次のような態様で使用される。
まず、一方の端面（上流側端面）に例えば１個の試料流入口を有し、他方の端面（下流側端面）に複数個の試料注出口を有し、この試料注入口から分岐する複数の試料供給流路を有するチャンネル基板で構成された化学操作ユニットの上記一方の端面に接続して使用される。
このコネクタ部材Ｄは、主として次のような態様で使用される。
まず、一方の端面（上流側端面）に例えば１個の試料流入口を有し、他方の端面（下流側端面）に複数個の試料注出口を有し、この試料注入口から分岐する複数の試料供給流路を有するチャンネル基板で構成された化学操作ユニットの上記一方の端面に接続して使用される。
すなわち、チューブ１７から供給された試料を空洞１６内に充満させたのち、化学操作ユニットの１個の試料流入口から当該ユニット内に供給するという態様で使用される。
また逆に、化学操作ユニットの下流側端面に接続し、化学操作ユニットの各マイクロチャンネルから流出してくる試料を合流するために用いることもできる。
図２４は、図１で示したユニットＵ2、ユニットＵ3、および図２２で示したコネクタ部材Ｃ，Ｃ（図１におけるユニットＵ1とユニットＵ4に相当）を互いに位置決め用ピン−ピン穴を用いて端面接続し、全体をばね機能を有する結合クリップ１８で長手方向（流路方向）に押圧して組立てたマイクロ化学反応装置を示す。
また逆に、化学操作ユニットの下流側端面に接続し、化学操作ユニットの各マイクロチャンネルから流出してくる試料を合流するために用いることもできる。
図２４は、図１で示したユニットＵ2、ユニットＵ3、および図２２で示したコネクタ部材Ｃ，Ｃ（図１におけるユニットＵ1とユニットＵ4に相当）を互いに位置決め用ピン−ピン穴を用いて端面接続し、全体をばね機能を有する結合クリップ１８で長手方向（流路方向）に押圧して組立てたマイクロ化学反応装置を示す。
なお、この装置において、例えばコネクタ部材ＣとユニットＵ2の接続部や、ユニットＵ3とコネクタ部材Ｃの接続部に、図２５で示したように、マイクロチャンネルの配列に対応する配列で形成されている孔と位置決め用ピン穴に対応する穴が形成されているシールフィルムを介在させるとより一層の流密状態が確保される。
なお、ユニットＵ3に接続するコネクタ部材が図２３で示したような部材Ｄである場合には、図２６で示したようなシールフィルムを介在させればよい。
なお、ユニットＵ3に接続するコネクタ部材が図２３で示したような部材Ｄである場合には、図２６で示したようなシールフィルムを介在させればよい。
次に、本発明のチャンネル基板と補助ユニットについて説明する。最初にチャンネル基板について説明する。
本発明のチャンネル基板の１例Ａ1を図２７に示す。
このチャンネル基板Ａ1は、基板本体４の中に、一方の端面３ａから他方の端面３ｂにかけて平面パターンがＹ字形状をしたマイクロチャンネル５が延設され、そのマイクロチャンネルの適宜な箇所には、基板本体４の一方の側端面３ｅからマイクロチャンネル５までを結ぶ光導波路９が形成されている。すなわち、基板本体４は全体としてガラス材で構成されていて透光性を備えており、前記した光導波路９の部分が他の部分に比べて高屈折率のコア部になっている。
本発明のチャンネル基板の１例Ａ1を図２７に示す。
このチャンネル基板Ａ1は、基板本体４の中に、一方の端面３ａから他方の端面３ｂにかけて平面パターンがＹ字形状をしたマイクロチャンネル５が延設され、そのマイクロチャンネルの適宜な箇所には、基板本体４の一方の側端面３ｅからマイクロチャンネル５までを結ぶ光導波路９が形成されている。すなわち、基板本体４は全体としてガラス材で構成されていて透光性を備えており、前記した光導波路９の部分が他の部分に比べて高屈折率のコア部になっている。
このチャンネル基板は、一方の端面３ａに開口する２個の試料流入口５ａ,５ａ’から例えば別種の試料を送流し、合流点５ｃで試料を混合し、その混合試料を、他方の端面３ｂに開口する試料流出口５ｂから別のチャンネル基板のマイクロチャンネルに送流するという試料の混合操作を行うための基板であり、例えば図１の装置における混合ユニットＵ2に組み込まれる。
そして、基板本体の側端面に例えば後述の補助ユニットであるレーザ光照射ユニットを取付けて、光導波路９の端面９ａからレーザ光を入射して使用される。
合流点５ｃで得られた混合試料は、光導波路９の他端面９ｂから出射するレーザ光によって加熱される。このときに用いるレーザ光としては、送流されている試料が吸収することができる波長のレーザ光であればよい。
合流点５ｃで得られた混合試料は、光導波路９の他端面９ｂから出射するレーザ光によって加熱される。このときに用いるレーザ光としては、送流されている試料が吸収することができる波長のレーザ光であればよい。
上記した光導波路９は、各種の方法で基板本体４の所望箇所に形成することができるが、例えばパルス幅がヘムト秒オーダであるへムト秒レーザ光を用いて形成することが好適である。この方法によれば、基板本体の中にマイクロチャンネルを形成したのちに、基板本体の任意箇所に正確に位置決めされた光導波路を形成することができ、しかも部分的に形成することができるからである。
このヘムト秒レーザで光導波路９を形成する場合、図２８で示したように、まず既にマイクロチャンネル５が形成されている基板本体４を用意する。そして、Ｔｉ：サファイアレーザから発振したヘムト秒レーザ光をＮＤフィルタでパワー調整したのち、レンズで、基板本体内のマイクロチャンネル５が位置する深さ、具体的にはマイクロチャンネルの側面の高さ方向における中心部の深さにレーザビームの焦点を結ばせ、その状態で基板本体の面内に形成すべき光導波路９の平面パターンを描画する。例えば図２７の場合は、基板本外４の側端面３ｅの位置から既に形成されているマイクロチャンネル５の位置まで直線的にレーザビームの照射位置をずらしていけばよい。
レーザビームの照射位置では、その焦点を結んでいる箇所に導入されたレーザ光エネルギーによってある種のガラス欠陥が発生し、その部分が高屈折率化する。そのため、レーザビームをスキャンニングすることにより、スキャンニング後の箇所が高屈折率のコア部に転化していき、基板本体の中に目的とするパターンの光導波路が形成される。
その場合、レーザビームのパワー密度やビーム焦点の絞り度合を調整して導入エネルギーを制御することにより、光導波路の断面の大きさなどを調節することができる。
その場合、レーザビームのパワー密度やビーム焦点の絞り度合を調整して導入エネルギーを制御することにより、光導波路の断面の大きさなどを調節することができる。
もち論、基板本体の材質によっても変化させることが必要であるが、例えばＴｉ：サファイアレーザを用いた場合、入射エネルギーを１〜１００μＪ、好ましくは１０〜５０μＪ、パルス幅を５０〜１０００ヘムト秒、好ましくは１００〜３００ヘムト秒、パルス周期を１〜１０００Hzにして光導波路９を形成することができる。
図２９に別のチャンネル基板Ａ2を示す。
図２９に別のチャンネル基板Ａ2を示す。
このチャンネル基板Ａ2の場合、光導波路９がマイクロチャンネル５を横切って基板本体４の一方の側端面３ｃから他方の側端面３ｆまで形成されている。図では、光導波路９が一本になっているが、この本数は任意であってよい。このチャンネル基板Ａ2も試料の混合操作を行うことができる。
そして、このチャンネル基板の場合、基板本体の側端面３ｅに後述する補助ユニットの例えば光ファイバのアレイユニット（図示しない）を光導波路９と同軸的に配置し、同時に他の側端面３ｆに同じく補助ユニットである例えば受光素子を光導波路９と同軸的に配置して使用することができる。
そして、このチャンネル基板の場合、基板本体の側端面３ｅに後述する補助ユニットの例えば光ファイバのアレイユニット（図示しない）を光導波路９と同軸的に配置し、同時に他の側端面３ｆに同じく補助ユニットである例えば受光素子を光導波路９と同軸的に配置して使用することができる。
例えば光ファイバアレイユニットから計測用のレーザ光を光導波路９に入射すると、そのレーザ光はマイクロチャンネル５に送流されている混合試料を透過して受光素子で受光される。そのとき、目的とする合成物質が有している特有の吸収波長に相当する波長のレーザ光を照射し、そのレーザ光の例えば強度変化を計測することにより、混合試料における反応状態を計測することができる。
なお、上記したように光導波路とマイクロチャンネルを集積することは、本発明のマイクロ化学反応装置だけではなく、従来のマイクロリアクタ装置に適用することもできる。
次に補助ユニットｕについて説明する。
図１で示した装置の場合、操作ユニットＵ3の側部の開口部６ｆに、補助ユニットｕが連結されている。
次に補助ユニットｕについて説明する。
図１で示した装置の場合、操作ユニットＵ3の側部の開口部６ｆに、補助ユニットｕが連結されている。
なお、ここでいう補助ユニットとは、それぞれの化学操作ユニットで進行する化学操作を補助するための手段を備えているモジュールのことである。具体的には、それぞれの化学操作ユニット内の化学操作の結果を計測・検知する手段（例えば、図２９の基板Ａ2に関して説明した光ファイバアレイや受光素子）、化学操作ユニット内の試料を加熱（または冷却）する手段（例えば図２７の基板Ａ1に関して説明したレーザ光照射ユニット）、また、化学反応の進行を制御する手段を備えたユニットなどである。
図１の装置の場合は、試料を加熱して反応速度を高めるためのレーザ光照射ユニットが補助ユニットとして例示され、また、操作ユニットＵ3内のチャンネル基板としては、図２７の基板Ａ1のように、側端面３ｅからマイクロチャンネル５にかけて光導波路９が形成されている基板が例示されている。
レーザ光照射ユニットと操作ユニットＵ3との連結状態の１例を図３０に示す。
レーザ光照射ユニットと操作ユニットＵ3との連結状態の１例を図３０に示す。
図３０において、ユニットｕの前端面１０ａにも前記したピン穴が形成されている。そしてユニットｕは、操作ユニットのピン穴６ｄとの間でピン７を用いて操作ユニットＵ3の側部に位置決めして連結されている。この連結によって、ユニットｕの前端面１０ａは操作ユニットＵ3の開口部６ｆの中に表出し、チャンネル基板３の積層構造（５枚の積層体）の側面と対向する。
そして、ユニットｕの中には、５本の光ファイバ１０ｂが後端部から前端面１０ａにかけて配線されている。その場合、各光ファイバ１０ｂは、それぞれの先端１０ｃが積層構造における各マイクロチャンネル基板３の側端面３ｅに表出している光導波路９の端面９ａと同軸的に対向するように配線されている。
なお、このようなレーザ光照射ユニットの光導波路としては、光ケーブルの配線に用いる例えば５芯テープなどを使用することができる。
なお、このようなレーザ光照射ユニットの光導波路としては、光ケーブルの配線に用いる例えば５芯テープなどを使用することができる。
このユニットｕの場合、レーザ光源（図示しない）に接続された光ファイバ１０ｂに所定波長のレーザ光を入射させ、入射したレーザ光をユニットｕの前端面１０ａにおいて各光ファイバの先端１０ｃから出射させる。
出射したレーザ光は、各チャンネル基板３の側端面３ｅに表出している光導波路９の端面９ａからに入射して各光導波路をマイクロチャンネル５まで伝搬してそこで出射する。そして、マイクロチャンネル５に送流されている試料はレーザ光を吸収することにより加熱され、そして活性化する。
出射したレーザ光は、各チャンネル基板３の側端面３ｅに表出している光導波路９の端面９ａからに入射して各光導波路をマイクロチャンネル５まで伝搬してそこで出射する。そして、マイクロチャンネル５に送流されている試料はレーザ光を吸収することにより加熱され、そして活性化する。
このように、ユニットｕは、それが備える加熱手段（レーザ光照射手段）の働きで操作ユニットＵ3における化学操作の進行を補助する（化学反応を促進する）ユニットとして機能する。
その場合、各チャンネル基板の光導波路に入射させるレーザ光の使用波長はそれぞれ独立して変化させることができるので、各チャンネル基板のマイクロチャンネルに送流させている試料の種類に対応して加熱温度をそれぞれ変化させることができる。すなわち、反応系の変更に対しても大きな自由度を発揮することができる。
その場合、各チャンネル基板の光導波路に入射させるレーザ光の使用波長はそれぞれ独立して変化させることができるので、各チャンネル基板のマイクロチャンネルに送流させている試料の種類に対応して加熱温度をそれぞれ変化させることができる。すなわち、反応系の変更に対しても大きな自由度を発揮することができる。
なお、この場合、使用レーザ光の波長としては、試料が吸収する波長が選択される。
以上の説明は、補助ユニットとしてレーザ光照射ユニットを用い、これを操作ユニットＵ3に連結した場合であるが、補助ユニットはこのユニットに限定されるものではなく、また連結の対象も操作ユニットＵ3に限定されるものでもない。以下にそれを説明する。
このことの説明に先立ち、再び本発明のチャンネル基板について説明する。
以上の説明は、補助ユニットとしてレーザ光照射ユニットを用い、これを操作ユニットＵ3に連結した場合であるが、補助ユニットはこのユニットに限定されるものではなく、また連結の対象も操作ユニットＵ3に限定されるものでもない。以下にそれを説明する。
このことの説明に先立ち、再び本発明のチャンネル基板について説明する。
図３１に、本発明の別のチャンネル基板の１例Ａ3を示す。
このチャンネル基板Ａ3では、基板本体４の中に所定の平面パターン（図ではＹ字パターン）でマイクロチャンネル５が形成され、基板本体４の上面３ｇに溝部１１が刻設されている。したがって、この基板Ａ3は、基板Ａ1や基板Ａ2のように、試料の混合操作を行うことができる。
このチャンネル基板Ａ3では、基板本体４の中に所定の平面パターン（図ではＹ字パターン）でマイクロチャンネル５が形成され、基板本体４の上面３ｇに溝部１１が刻設されている。したがって、この基板Ａ3は、基板Ａ1や基板Ａ2のように、試料の混合操作を行うことができる。
溝部１１は、マイクロチャンネル５と直接に交差することなく、当該マイクロチャンネルの合流点５ｃの下流側の箇所に流路方向と直交する方向に形成されていて、一方の端部は基板本体４の一方の側端面３ｅと一致して開放されている。そして、この溝部１１の表面には、例えば導電材料から成る通電路１１ａが配線され、その両端１１ｂ，１１ｂは給電部として溝部の開口端の近傍に位置づけられている。
なお、通電路１１ａの配線に関しては、例えば、炭素やＳｉＣなどを用いてスパッタ法やＣＶＤ法を適用して形成するか、またはそれらの微粉末と接着剤や溶剤との混合ペーストを塗布したのち焼成したり、またはＰｔやＷなどを用いてスパッタ法や蒸着法を適用して形成するか、またはそれらの金属微粉末と接着剤や溶剤との混合ペーストを所定の線幅で塗布したのち焼成することによって実現できる。
このチャンネル基板Ａ3の場合、給電部１１ｂ，１１ｂに給電すると、通電路１１ａが抵抗発熱してヒータ部として機能する。
ヒータ部で発生した熱量は、溝部１１とマイクロチャンネル５の間に位置する基板本体を伝熱して溝部の直下に位置するマイクロチャンネル５に到達し、送流されている混合試料を加熱する。このとき、通電路１１ａへ供給する電力を変化させることにより、マイクロチャンネル内で送流されている試料の温度を変えることができる。なお、電力は電流や電圧を抑制することにより制御可能である。
ヒータ部で発生した熱量は、溝部１１とマイクロチャンネル５の間に位置する基板本体を伝熱して溝部の直下に位置するマイクロチャンネル５に到達し、送流されている混合試料を加熱する。このとき、通電路１１ａへ供給する電力を変化させることにより、マイクロチャンネル内で送流されている試料の温度を変えることができる。なお、電力は電流や電圧を抑制することにより制御可能である。
このチャンネル基板Ａ3を積層してその積層構造を枠状体で支持することにより、例えば図１で示した混合ユニットＵ2を組み立てることができる。
そして、そのユニットＵ2の側部に図７のユニットＵCのような開口部を形成し、一方、通電量の調節手段を複数個備えている補助ユニットｕを製作し、各調節手段の端子を各チャンネル基板Ａ3の給電部１１ｂ，１１ｂに接続した状態でこの補助ユニットｕを、図３０Ｒ＞０で示したレーザ光照射ユニットの場合と同じようにして前記混合ユニットＵ2の側部の開口部に連結して各調節手段をそれぞれ動作させることにより、この混合ユニットＵ2では、それぞれのチャンネル基板Ａ3における試料を個別に独立して加熱することができる。
そして、そのユニットＵ2の側部に図７のユニットＵCのような開口部を形成し、一方、通電量の調節手段を複数個備えている補助ユニットｕを製作し、各調節手段の端子を各チャンネル基板Ａ3の給電部１１ｂ，１１ｂに接続した状態でこの補助ユニットｕを、図３０Ｒ＞０で示したレーザ光照射ユニットの場合と同じようにして前記混合ユニットＵ2の側部の開口部に連結して各調節手段をそれぞれ動作させることにより、この混合ユニットＵ2では、それぞれのチャンネル基板Ａ3における試料を個別に独立して加熱することができる。
そのとき、チャンネル基板Ａ3に更に熱電対を配置し、また補助ユニットｕに温度制御手段を付加すれば、試料温度の制御が可能になる。その場合の補助ユニットｕは、加熱手段に加えて温度制御手段も備えていることになる。
ところで、前記した従来の積層型マイクロリアクタ装置は全体が恒温槽に収容されるので、装置全体の温度制御は実現されている。しかし、個々のチャンネル基板の温度制御は困難であり、また１枚のチャンネル基板状内における急峻な温度分布を実現することは不可能である。
ところで、前記した従来の積層型マイクロリアクタ装置は全体が恒温槽に収容されるので、装置全体の温度制御は実現されている。しかし、個々のチャンネル基板の温度制御は困難であり、また１枚のチャンネル基板状内における急峻な温度分布を実現することは不可能である。
しかしながら、上記した補助ユニットを連結して運転する本発明の装置の場合、個々のチャンネル基板Ａ3の温度制御を、例えば目標温度２００℃において精度±０.５℃で行うことができ、しかも１枚のチャンネル基板Ａ3の中で溝部１１の直下部分のみを局部的に加熱しているのでチャンネル基板内に急峻な温度分布を実現することが可能である。例えば、最高温度の１／２の温度となる部分が、加熱箇所の２〜３倍以内の広さにすることができる。
なお、この補助ユニットｕは、その連結対象が本発明のマイクロ化学反応装置に限定されるものではなく、従来タイプのマイクロリアクタ装置に連結して使用することもできる。
更に別のチャンネル基板の例Ａ4を図３２に示す。
このチャンネル基板Ａ4は、基板本体４の中に平面パターンがＹ字状をしたマイクロチャンネルが形成され、試料の混合操作を効率よく行うことができるチャンネル基板である。
更に別のチャンネル基板の例Ａ4を図３２に示す。
このチャンネル基板Ａ4は、基板本体４の中に平面パターンがＹ字状をしたマイクロチャンネルが形成され、試料の混合操作を効率よく行うことができるチャンネル基板である。
このチャンネル基板Ａ4では、合流点５ｃの下流側に位置する合流マイクロチャンネルの流路壁面５ｄに、複数（図では３個）の微細な凸部５ｅが形成されていて、当該壁面５ｄの一部は凹凸表面になっている。その場合の凹凸の度合は、nmオーダ、μｍオーダ、サブｍｍオーダなど適宜に設定される。
なお、この凸部５ｅは、図のように１つの壁面に形成されていてもよく、また他の壁面や全ての壁面に形成されていてもよい。また、凸部５ｅは、合流マイクロチャンネル５Ｃの流路のうち、合流点５ｃに近い位置に形成されていることが好ましい。
なお、この凸部５ｅは、図のように１つの壁面に形成されていてもよく、また他の壁面や全ての壁面に形成されていてもよい。また、凸部５ｅは、合流マイクロチャンネル５Ｃの流路のうち、合流点５ｃに近い位置に形成されていることが好ましい。
このチャンネル基板Ａ4の場合、端面開口５ａ，５ａ’からマイクロチャンネル５に流入した２種類の試料は合流して、それぞれ壁面５ｄの凸部５ｅの作用で流れが乱れ、混合が促進される。
したがって、このチャンネル基板Ａ4では試料の混合操作が効率よく進行し、凸部５ｅは、チャンネル基板Ａ4の化学操作である混合操作に関して化学操作促進部として機能する。
したがって、このチャンネル基板Ａ4では試料の混合操作が効率よく進行し、凸部５ｅは、チャンネル基板Ａ4の化学操作である混合操作に関して化学操作促進部として機能する。
上記した化学操作促進部を備えた別のチャンネル基板の例Ａ5を図４３３に示す。
このチャンネル基板Ａ5では、合流マイクロチャンネルの壁面５ｄに、後述する化学操作促進部としての塗膜５ｆが形成されている。
なお、この塗膜５ｆの形成箇所は、合流マイクロチャンネルの壁面であることに限定されず、チャンネル基板で実現する化学操作との関係でマイクロチャンネル５の流路内の適宜な箇所に形成してもよい。
このチャンネル基板Ａ5では、合流マイクロチャンネルの壁面５ｄに、後述する化学操作促進部としての塗膜５ｆが形成されている。
なお、この塗膜５ｆの形成箇所は、合流マイクロチャンネルの壁面であることに限定されず、チャンネル基板で実現する化学操作との関係でマイクロチャンネル５の流路内の適宜な箇所に形成してもよい。
塗膜５ｆとしては、例えば、マイクロチャンネルに送流されている試料の反応速度を促進するために触媒（例えばＰｔ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉなどの金属触媒またはＴｉＯ2のような光触媒）を塗布して成る塗膜がある。この場合の塗膜は、このチャンネル基板ＡAにおいて反応操作の促進部として機能する。
また、光や電磁波の吸収体または反射体から成る塗膜を採用することができる。例えば、ＳｉＣ、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のように近赤外から赤外の波長光を吸収する材料の塗膜５ｆをあげることができる。
また、光や電磁波の吸収体または反射体から成る塗膜を採用することができる。例えば、ＳｉＣ、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）のように近赤外から赤外の波長光を吸収する材料の塗膜５ｆをあげることができる。
この場合の塗膜は、光や電磁波の吸収によって発熱し、または反射により導入エネルギーを試料に供給し、当該試料に吸収させることにより、送流されている試料に対する加熱操作の促進部として機能する。
更に、塗膜５ｆとしては、例えばＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4，アモルファスカーボン，ＤＬＣ，Ａｌ2Ｏ3のような熱伝導体から成る塗膜であってもよい。また、反射用の塗膜としては、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔなどの金属膜や、ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2などの多層反射膜であってもよい。
更に、塗膜５ｆとしては、例えばＳｉＣ，Ｓｉ3Ｎ4，アモルファスカーボン，ＤＬＣ，Ａｌ2Ｏ3のような熱伝導体から成る塗膜であってもよい。また、反射用の塗膜としては、Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｐｔなどの金属膜や、ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5とＳｉＯ2などの多層反射膜であってもよい。
この場合の塗膜も、送流されている試料に対する加熱操作の促進部として機能する。
本発明のチャンネル基板は、上に例示したＡ1〜ＡAに限定されるものではなく、これらを適宜に組み合わせて、複合した化学操作を実現させることができる。
例えば、基板Ａ1の光導波路と基板Ａ3のヒータと基板Ａ4の凹凸表面と基板ＡAの操作促進部を組み込むことにより、１枚のチャンネル基板内に送流されている試料に対して、高効率の混合操作、試料の反応性を高める操作、高効率で急峻な加熱操作とその制御操作を集積することができる。
本発明のチャンネル基板は、上に例示したＡ1〜ＡAに限定されるものではなく、これらを適宜に組み合わせて、複合した化学操作を実現させることができる。
例えば、基板Ａ1の光導波路と基板Ａ3のヒータと基板Ａ4の凹凸表面と基板ＡAの操作促進部を組み込むことにより、１枚のチャンネル基板内に送流されている試料に対して、高効率の混合操作、試料の反応性を高める操作、高効率で急峻な加熱操作とその制御操作を集積することができる。
また、基板本体に、例えば圧力センサ手段、バルブ手段、ダイナミックミキサ手段、ポンプ手段などを組み込むことにより、より一層複合化した機能を集積することができる。
そして、このチャンネル基板（またはその積層構造）を用いて化学操作ユニットを組立て、そのユニットに、各チャンネル基板の機能に対応した手段（例えば給電手段、光照射手段、信号の入出力手段、計測手段など）を備えた補助ユニットを連結することにより、化学操作ユニット内における個々のチャンネル基板の化学操作を制御することができるマイクロ化学反応装置が製作される。
そして、このチャンネル基板（またはその積層構造）を用いて化学操作ユニットを組立て、そのユニットに、各チャンネル基板の機能に対応した手段（例えば給電手段、光照射手段、信号の入出力手段、計測手段など）を備えた補助ユニットを連結することにより、化学操作ユニット内における個々のチャンネル基板の化学操作を制御することができるマイクロ化学反応装置が製作される。
上記したチャンネル基板は次のようにして製造することができる。
まず、図３４で示すように、後述する方法で製造した第１のガラス基板１９Ａを用意する。この第１のガラス基板１９Ａの一方の表面には、形成すべきマイクロチャンネルの平面パターンを有し、一方の端面から他方の端面へと延設された凹溝１９ａが形成されている。
まず、図３４で示すように、後述する方法で製造した第１のガラス基板１９Ａを用意する。この第１のガラス基板１９Ａの一方の表面には、形成すべきマイクロチャンネルの平面パターンを有し、一方の端面から他方の端面へと延設された凹溝１９ａが形成されている。
ついで、図３５で示すように、下金型２０ａの上にこの第１のガラス基板１９Ａを配置し、更に、この凹溝側の表面に平板形状の第２のガラス基板１９Ｂを配置し、両基板を加熱して上金型２０ｂと下金型２０ａで圧接する。その結果、第１のガラス基板１９Ａと第２のガラス基板１９Ｂの接触部が接合して両基板は一体化し、前記した凹溝の開口上部は第２のガラス基板１９Ｂで密閉され、内部に空洞のマイクロチャンネル５が形成される。
この熱圧プレス時に適用する温度は、用いたガラス基板の軟化点よりも５〜１５０℃低い温度であることが好ましい。温度が軟化点マイナス１５０℃未満であるとガラス基板の軟化が不足してマイクロチャンネルの形成が困難である。また軟化点マイナス５℃以上の温度にすると、ガラス基板の軟化が過度に進み、凹溝が加圧方向に変形して当初の形状を保持したマイクロチャンネルが形成できなくなり、しかもガラス基板が金型と密着して離型ができなくなるからである。
また、熱圧プレス時に適用する加圧力は５０〜３００ｇ／mm2の範囲内にあることが好ましい。５０ｇ／mm2より小さい加圧力ではガラス基板へマイクロチャンネルを形成することが困難であり、また３００ｇ／mm2より大きい加圧力では金型とガラス基板が密着して離型ができなくなるからである。
第１のガラス基板１９Ａの製造に関しては、まず下型の上に平板形状ガラス基板を配置する。このガラス基板は、通常、幅が数mm〜１００mm程度、長さが数mm〜１００mm程度、厚みが０.１mm〜数mmの平板チップである。
第１のガラス基板１９Ａの製造に関しては、まず下型の上に平板形状ガラス基板を配置する。このガラス基板は、通常、幅が数mm〜１００mm程度、長さが数mm〜１００mm程度、厚みが０.１mm〜数mmの平板チップである。
そして、図３６で示したように、前記した凹溝１９ａの形状とネガ−ポジの関係にある突起形状１９ａ’を有する型面の金型１９Ａ’を用意し、少なくとも前記ガラス基板をその軟化点より５〜１５０℃低い温度に加熱した状態で、金型の型面をガラス基板の表面に押圧し、その後徐冷してから金型を離型する。
ガラス基板には金型の型面が転写され、形成すべきマイクロチャンネルの形状と同じ形状の凹溝が形成され、前記した第１のガラス基板が得られる。
ガラス基板には金型の型面が転写され、形成すべきマイクロチャンネルの形状と同じ形状の凹溝が形成され、前記した第１のガラス基板が得られる。
このとき、金型の型面に凹凸を形成しておけば、例えば図３２で示した基板Ａ4用の第１のガラス基板にすることができる。
金型の材料としては、例えば、アモルファスカーボン（またはガラス状カーボン）やＳｉＣ、またはそれらにＳｉコーティングやＤＬＣコーティングを施したものが好適である。これらは成形するガラス材との融着が起こりにくく、離型しやすいため、成形サイクルを短縮することができるからである。
金型の材料としては、例えば、アモルファスカーボン（またはガラス状カーボン）やＳｉＣ、またはそれらにＳｉコーティングやＤＬＣコーティングを施したものが好適である。これらは成形するガラス材との融着が起こりにくく、離型しやすいため、成形サイクルを短縮することができるからである。
なお、上記したようにして第１のガラス基板を製造したのち、凹溝の所定箇所に触媒を塗布することにより、例えば図３３で示した基板Ａ5用の第１のガラス基板にすることができる。
このチャンネル基板の製造方法において、第１のガラス基板と第２のガラス基板の接合は熱圧プレス技術を適用しているので、接合に要する時間は短時間である。しかしながら、得られたチャンネル基板の熱変形や熱歪みを除去するためには、接合後に徐冷することが必要である。そのため、全体の製造時間はこの徐冷工程で律速されることになり、そのためあまり高い生産性を期待することはできない。
このチャンネル基板の製造方法において、第１のガラス基板と第２のガラス基板の接合は熱圧プレス技術を適用しているので、接合に要する時間は短時間である。しかしながら、得られたチャンネル基板の熱変形や熱歪みを除去するためには、接合後に徐冷することが必要である。そのため、全体の製造時間はこの徐冷工程で律速されることになり、そのためあまり高い生産性を期待することはできない。
このようなことを考慮すると、次のような装置で製造することが好ましい。この装置の１例を概略図として図３７に示す。
この装置は、ガラス基板のストック部１００、ガラス基板の供給部１１０、熱圧プレス部１２０、基板の搬送部１３０、および受台１４０がこの順序で直列に配置されていて、機能的には、接合工程と徐冷工程が別装置を用いて連続的に進められる装置である。
この装置は、ガラス基板のストック部１００、ガラス基板の供給部１１０、熱圧プレス部１２０、基板の搬送部１３０、および受台１４０がこの順序で直列に配置されていて、機能的には、接合工程と徐冷工程が別装置を用いて連続的に進められる装置である。
まず、前記した第１のガラス基板１０１と第２のガラス基板１０２がストック部１００に配置される。供給部１１０には搬送ロボット１１１が設置されていて、この搬送ロボット１１１によって、ガラス基板１０１の上にガラス基板１０２がセットされ、そして両者は熱圧プレス部１２０に供給される。
熱圧プレス部１２０には、基板ホルダ１２１と搬送ロボット１２２が設置されていて、搬送ロボット１１１で基板ホルダ１２１に供給された１組のガラス基板１２３は各ガラス基板の位置決め後に熱圧プレス部１２０で所定温度に熱せられ、そしてプレスされてチャンネル基板になる。
熱圧プレス部１２０には、基板ホルダ１２１と搬送ロボット１２２が設置されていて、搬送ロボット１１１で基板ホルダ１２１に供給された１組のガラス基板１２３は各ガラス基板の位置決め後に熱圧プレス部１２０で所定温度に熱せられ、そしてプレスされてチャンネル基板になる。
熱圧プレス後のチャンネル基板は、搬送ロボット１２２で搬送部１３０に搬送される。搬送部１３０は、熱圧プレス部側が高温になっている温度勾配を有する炉の中を走行する搬送用コンベア１３１を備えていて、搬送ロボット１２２で搬送用コンベア１３１に搬送されたチャンネル基板３は、高温域から低温域に移動していき、その過程で徐冷され、受台１４０に収容される。
この装置によれば、チャンネル基板の製造を連続的に進めることができ、接合から製品完成までの時間は、従来対比で、１／２〜１／１０に短縮することができる。
次に、コネクタ部材の他の例について、図３８および図３９を参照して説明する。
図３８は、コネクタ部材Ｅの一例を示すもので、供給・合流・分岐用として使用するが、これに限らず、必要に応じて適宜使用しても構わない。
次に、コネクタ部材の他の例について、図３８および図３９を参照して説明する。
図３８は、コネクタ部材Ｅの一例を示すもので、供給・合流・分岐用として使用するが、これに限らず、必要に応じて適宜使用しても構わない。
このコネクタ部材Ｅは、例えばガラス材や樹脂からなるアレイ部２００と、コネクタ部２０２とからなり、分岐フェルールに接続されている複数本のマイクロチューブ１３がアレイ部２００、コネクタ部２０２に挿通され、整列固定されている。図２２に示したコネクタ部材Ｃは、４列×４列の計１６本のマイクロチューブが挿通されているが、図３８に示したコネクタ部材Ｅは、４列×１列の計４本のマイクロチューブ１３が挿通されている。
マイクロチューブ１３は、その先端の位置が、コネクタ部２０２の後端面２０２ｂからアレイ部２００の端面２００ａまでとなるように挿通されている。つまり、マイクロチューブ１３は、その先端が、アレイ部２００の端面２００ａと同一面上に位置するように設置してもよいし、コネクタ部２０２の端面２０２ａと同一面上に位置するように設置してもよい。
なお、マイクロチューブ１３の本数は、とくに限定されず、必要に応じて本数を決定すればよい。また、アレイ部２００およびコネクタ部２０２には、マイクロチューブ１３の本数分の穴を形成させておく。
アレイ部２００の端面２００ａは、精密研削・研磨を施すことによって、対象とする化学操作ユニットとの接続時に気密状態を確保できる構造となっている。さらに、アレイ部２０２には、位置決めピン穴６ｄが形成され、対象とする化学操作ユニットと精密位置決めできるコネクタ構造となっている。なお、アレイ部２００とコネクタ部２０２は一体成形もしくは別体成形のどちらでもよい。ただし、別体成形の場合は、コネクタ部２０２の端面２０２ａにアレイ部２００の端面２００ａと同様に精密研削・研磨を施し、アレイ部２００とコネクタ部２０２との気密状態を確保する。
アレイ部２００の端面２００ａは、精密研削・研磨を施すことによって、対象とする化学操作ユニットとの接続時に気密状態を確保できる構造となっている。さらに、アレイ部２０２には、位置決めピン穴６ｄが形成され、対象とする化学操作ユニットと精密位置決めできるコネクタ構造となっている。なお、アレイ部２００とコネクタ部２０２は一体成形もしくは別体成形のどちらでもよい。ただし、別体成形の場合は、コネクタ部２０２の端面２０２ａにアレイ部２００の端面２００ａと同様に精密研削・研磨を施し、アレイ部２００とコネクタ部２０２との気密状態を確保する。
次にコネクタ部材Ｆの一例を図３９により説明する。このコネクタ部材Ｆは、合流・分岐用として使用するが、これに限らず、供給用として使用しても構わない。
このコネクタ部材Ｆは、材質はコネクタ部材Ｅと同様である。コネクタ部材Ｆとコネクタ部材Ｅの相違する構造は、送流パイプ２０４の先端がアレイ部２００の端面２００ａに位置するように配置されている点である。コネクタ部材Ｅは、マイクロチューブ１３を挿通させた構造である。
このコネクタ部材Ｆは、材質はコネクタ部材Ｅと同様である。コネクタ部材Ｆとコネクタ部材Ｅの相違する構造は、送流パイプ２０４の先端がアレイ部２００の端面２００ａに位置するように配置されている点である。コネクタ部材Ｅは、マイクロチューブ１３を挿通させた構造である。
また、図２３に示したコネクタ部材Ｄと相違する構造は、空洞１６を形成せずに、送流パイプ２０４の先端を端面２００ａと同一面となるように配置した点である。図２３のコネクタ部材Ｄは、上記空洞１６の大きさが、接続対象の化学操作ユニットの接続端面に表出しているチャンネル基板の開口部の全てを包摂できる大きさとなっているが、コネクタ部材Ｆも同様に送流パイプ２０４の先端に位置する送流開口部２０４ａがチャンネル基板の開口部の全てを包摂できる大きさとなっている。
なお、図３９では、送流パイプ２０４が一本である例を示したが、本数はこれに限定されず、コネクタ部材Ｅのように４列×１列のように複数本でも構わない。また、送流開口部２０４ａの大きさは、必ずしもチャンネル基板の開口部の全てを包摂できる大きさにする必要はなく、必要に応じて適宜な大きさに設計すればよい。さらに、図３９では、送流パイプ２０４の断面形状を丸型としたが、形状はこれに限定されず、断面多角形としてもよい。
コネクタ部材Ｆは、アレイ部２００の端面２００ａが、コネクタ部材Ｅと同様に精密研削・研磨を施すことによって、対象とする化学操作ユニットとの接続時に気密状態を確保できる構造となっている。なお、送流パイプ２０４の送流開口部２０４ａの端面は、アレイ部２００の端面２００ａと同時に、精密研削・研磨を行うことが好ましい。こうすることにより、アレイ部２００の端面２００ａと、送流パイプ２０４の送流開口部２０４ａの角度が同一面に揃うため、接続対象となる化学操作ユニットと、より気密状態で接続することが可能となる。
なお、送流パイプ２０４は、送流開口部２０４ａの位置が、コネクタ部材Ｅと同様に、コネクタ部２０２の後端面２０２ｂからアレイ部２００の端面２００ａまでであれば、どこでも構わない。また、アレイ部２００には、コネクタ部材Ｅと同様に、位置決めピン穴６ｄが形成され、対象とする化学操作ユニットと精密位置決めできるコネクタ構造となっている。主要態様としては、送流パイプ２０４から供給された試料を、コネクタ部材Ｆと接続される化学操作ユニット1個（図示しない）の試料流入口から当該ユニット内に供給することになっている。
次にコネクタの接続構造について、図４０から図４２を参照して説明する。
図４０はコネクタ接続構造の一例を示すものである。図４０は、送流方向に対して接続端面が垂直であるコネクタ接続構造の一例を示すものである。図４１は、送流方向に対して接続端面が任意の角度をなして接続されている構造の一例を示すものである。図４０、図４１に示したコネクタ接続構造では、いずれも、図３８、図３９で説明したコネクタ部材Ｅ、Ｆのように、それぞれ接続端面が精密研削・研磨されている。さらに、互いに位置決め用ピン−ピン穴を用いて端面接続され、全体をばね機能有する結合クリップ１８で長手方向（流路方向）に押圧して組み立てることにより、マイクロ化学反応装置が構成されている。
図４０はコネクタ接続構造の一例を示すものである。図４０は、送流方向に対して接続端面が垂直であるコネクタ接続構造の一例を示すものである。図４１は、送流方向に対して接続端面が任意の角度をなして接続されている構造の一例を示すものである。図４０、図４１に示したコネクタ接続構造では、いずれも、図３８、図３９で説明したコネクタ部材Ｅ、Ｆのように、それぞれ接続端面が精密研削・研磨されている。さらに、互いに位置決め用ピン−ピン穴を用いて端面接続され、全体をばね機能有する結合クリップ１８で長手方向（流路方向）に押圧して組み立てることにより、マイクロ化学反応装置が構成されている。
このように、送流方向に対して接続端面を垂直、もしくは任意の角度となすことにより、試料の流れ、もしくは混合・反応状態をコントロールすることが可能となる。例えば、２つの試料を混合・反応させる際に、層流状態を保持したい場合には、図４０に示す垂直構造のものを使用する。このコネクタ接続構造では、試料の流動状態を変化させることなく送流させることができる。また、２つの試料をよりよく混合・反応させる場合は、図４１Ｒ＞１に示す接続端面が任意の角度をなして接続されているコネクタ接続構造を使用すればよい。この構造では、接続端面において試料の流動状態が、接続端面の角度により、滞留しやすくなる。このため、滞留している部分で、より混合、反応が進むことになる。
なお、図４１に示すコネクタ接続構造を用いる場合は、接続端面が任意の角度をなすように形成されている図４２に示すようなコネクタ部材Ｇを使用すれば良い。図４２に示すコネクタ部材Ｇは、接続端面が任意の角度をなすように形成されたものである。図４２に示したコネクタ部材Ｇは、図３８および図３９で示したコネクタ部材Ｅ、Ｆの端面を送流方向に対して任意の角度になるように精密研削・研磨を施したものである。
なお、図４０、図４１に示したコネクタ接続構造では、コネクタの材質に関係なくコネクタ同志、もしくはコネクタと対象の化学操作ユニットと良好な接続を行うことが可能である。例えば、コネクタもしくは化学操作ユニットの材質が、樹脂、セラミックもしくは金属等のうち、それぞれ異種の材料で成形された場合、位置決め用ピン穴の位置が精度良く成形され、接続端面が精密研削・研磨されていれば、異種材料同志でも気密状態を確保した構造で接続することが可能である。
次に、マイクロ化学反応装置への供給もしくは送流部分の固定構造の一実施例を、図４３Ｒ＞３ないし図４５を参照して説明する。
まず、図４３に示した供給（送流）部分の固定構造Ｐは、ガイドパイプ３００と、ガイドパイプ３００内に挿通されるマイクロチューブ３０２とから成り、マイクロチューブ３０２はガイドパイプ３００の一方の端部３００ａで固定されているものである。
まず、図４３に示した供給（送流）部分の固定構造Ｐは、ガイドパイプ３００と、ガイドパイプ３００内に挿通されるマイクロチューブ３０２とから成り、マイクロチューブ３０２はガイドパイプ３００の一方の端部３００ａで固定されているものである。
マイクロチューブ３０２は、ガイドパイプ３００の端部３００ａの内周面にエポキシ、シリコーン系等の接着剤、もしくははんだ等で固定されている。はんだで固定する場合は、必要に応じて、少なくともガイドパイプ３００の端部３００ａの内表面をメタライズする。なお、ガイドパイプ３００の端部３００ａの外表面をメタライズすると、他の部品にガイドパイプ３００を固定する際に、はんだを利用して固定することが可能となる。なお、図４３では、マイクロチューブ３０２が１本である例を示したが、この本数は特に限定されない。マイクロチューブ３０２の本数は、必要に応じて、適宜、選択されるものである。また、ガイドパイプ３００は、銅、アルミ、ＳＵＳ等の金属製であることが好ましい。これは、送流される試料から受ける圧力に対する耐圧性に優れているからである。なお、上述したメタライズは、使用される金属の材質により、必要に応じて行う。
図４４、図４５に示した供給（送流）部分の固定構造Ｑは、図４３の他の実施例である。この実施例では、図４４に示すようなガイド治具３０４を、ガイドパイプ３００の固定側の端部３００ａに嵌合し、ガイド治具３０４に形成された位置決め用整列穴にマイクロチューブ３０２を挿通させる構成となっている。マイクロチューブ３０２とガイド治具３０４、また、ガイド治具３０４とガイドパイプ３００は、それぞれ接着剤、はんだ等で接着され、封止構造となっている。なお、はんだを使用して固定する場合は、図４３の固定構造Ｐと同様に、必要に応じてメタライズを行う。
次に送流パイプから送流される試料の混合比、濃度、流量を制御する調整機構４００について、図４６を参照して説明する。
図４６の調整機構４００は、供給側ユニットとして、Ａ試料を供給するユニットＬと、Ｂ試料を供給するＮユニットとを有し、そして、Ａ試料とＢ試料を混合するユニットＭとを備えている。ユニットＬ、ユニットＮからは、それぞれユニットＭに各Ａ、Ｂ試料を供給するためのマイクロチューブが４本づつ配置されている。なお、ユニットＬからユニットＭまでのマイクロチューブは、４本の曲げ率、長さを変化させ、ユニットＮからユニットＭまでのマイクロチューブは４本の曲げ率、長さを同一にして配置されている。
図４６の調整機構４００は、供給側ユニットとして、Ａ試料を供給するユニットＬと、Ｂ試料を供給するＮユニットとを有し、そして、Ａ試料とＢ試料を混合するユニットＭとを備えている。ユニットＬ、ユニットＮからは、それぞれユニットＭに各Ａ、Ｂ試料を供給するためのマイクロチューブが４本づつ配置されている。なお、ユニットＬからユニットＭまでのマイクロチューブは、４本の曲げ率、長さを変化させ、ユニットＮからユニットＭまでのマイクロチューブは４本の曲げ率、長さを同一にして配置されている。
このような構成の調整機構４００では、ユニットＬ、ユニットＮのそれぞれから供給された各試料Ａ、Ｂは、ユニットＭで混合され、ユニットＭから外部に送流されることになる。なお、ユニットＭの送流側には、４本のマイクロチューブが配置され、４箇所に混合試料を同時に送流させることが可能となる。
調整機構４００では、ユニットＭの４ポートから送流される混合試料の濃度を変化させている。これは、ユニットＬからユニットＭに供給されるＡ試料の流量を、マイクロチューブごとに変化させているからである。ユニットＭへ供給される試料の流量を調整するには、マイクロチューブの長さ、設置曲げ率、送流圧、もしくはチューブの内径を、チューブ毎に設定すればよい。いずれの構造でも、試料の流量が変化するため、例えば、複数の試料を混合する場合、混合比率を変化させることが可能である。
調整機構４００では、ユニットＭの４ポートから送流される混合試料の濃度を変化させている。これは、ユニットＬからユニットＭに供給されるＡ試料の流量を、マイクロチューブごとに変化させているからである。ユニットＭへ供給される試料の流量を調整するには、マイクロチューブの長さ、設置曲げ率、送流圧、もしくはチューブの内径を、チューブ毎に設定すればよい。いずれの構造でも、試料の流量が変化するため、例えば、複数の試料を混合する場合、混合比率を変化させることが可能である。
図４６の調整機構４００は、マイクロチューブの長さと曲げ率をチューブ毎に変化させた一例を示したものである。なお、図４６の調整機構では、Ａ試料の流量を制御し、Ｂ試料の流量は一定としているため、Ｂ試料はマイクロチューブごとに供給（流）量は変化しない。このため、ユニットＭでＡ試料とＢ試料が混合される際に、４箇所の混合工程において、混合比率が異なることになる。この結果、図４６に示すユニットＭは、４箇所の出力ポートから、それぞれ異なる濃度の混合試料が送流されることになる。
本発明のマイクロ化学反応装置は、化学操作を進める化学操作ユニットを気密でかつ着脱自在に接続した構造になっているので、各種の化学操作ユニットを適宜に組み合わせることにより、全体として小型で、各種の化学操作が集積された新規なマイクロリアクタ装置として利用することができる。
そして、その化学操作ユニットに各種機能を発揮する本発明のチャンネル基板を組み込み、その機能に対応する手段を備えた本発明の補助ユニットを前記化学操作ユニットに連結することにより、各種の化学操作の促進や制御も可能になる。
そして、その化学操作ユニットに各種機能を発揮する本発明のチャンネル基板を組み込み、その機能に対応する手段を備えた本発明の補助ユニットを前記化学操作ユニットに連結することにより、各種の化学操作の促進や制御も可能になる。
また、本発明のチャンネル基板は、ガラスの成形法を適用して製造されるので、複雑形状のマイクロチャンネルなどを備えるチャンネル基板であっても、従来に比べて容易に、かつ高い生産性の下で製造することができる。
Ｕ1，Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4，ＵA，ＵB，ＵC，ＵD，ＵA’，ＵA” 化学操作ユニット
ｕ 補助ユニット
Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4，Ａ5 チャンネル基板
３ チャンネル基板
３ａ，３ｂ チャンネル基板３の端面
３ｃ 逆Ｖ字溝
３ｄ Ｖ字溝
３ｅ，３ｆ チャンネル基板３の側端面
３ｇ チャンネル基板３の表面
４ 基体本体
５ マイクロチャンネル
５ａ，５ｂ マイクロチャンネルの端面開口
５ｃ 合流点
５ｄ マイクロチャンネルの壁面
５ｅ 凸部
５ｆ 塗膜
６ 枠状体
６ａ，６ｂ 枠状体６の端面
６ｃ 貫通孔
６ｄ 位置決め用ピン穴
６ｅ 溝
６ｆ 開口部
６ｇ レール
６ｈ Ｖ字溝
７，７Ａ ピン
８ 接着剤層
９ 光導波路
９ａ 光導波路９の端面
１０ａ 補助ユニットｕの前端面
１０ｂ 光ファイバ
１０ｃ 光ファイバ１０ｂの先端
１１ 溝部
１１ａ 通電路
１１ｂ 通電路１１ａの給電部
１２ コネクタ部材Ｃ，Ｄの本体
１２ａ コネクタ部材Ｃ，Ｄの接続端面
１３ マイクロチューブ
１４ コネクタ
１５ 貫通孔
１６ 空洞
１７ チューブ
１８ 結合クリップ
１９Ａ 第１のガラス基板
１９ａ 凹溝
１９Ｂ 第２のガラス基板
１９Ａ’ 金型
１９ａ’ 突起形状
ｕ 補助ユニット
Ａ1，Ａ2，Ａ3，Ａ4，Ａ5 チャンネル基板
３ チャンネル基板
３ａ，３ｂ チャンネル基板３の端面
３ｃ 逆Ｖ字溝
３ｄ Ｖ字溝
３ｅ，３ｆ チャンネル基板３の側端面
３ｇ チャンネル基板３の表面
４ 基体本体
５ マイクロチャンネル
５ａ，５ｂ マイクロチャンネルの端面開口
５ｃ 合流点
５ｄ マイクロチャンネルの壁面
５ｅ 凸部
５ｆ 塗膜
６ 枠状体
６ａ，６ｂ 枠状体６の端面
６ｃ 貫通孔
６ｄ 位置決め用ピン穴
６ｅ 溝
６ｆ 開口部
６ｇ レール
６ｈ Ｖ字溝
７，７Ａ ピン
８ 接着剤層
９ 光導波路
９ａ 光導波路９の端面
１０ａ 補助ユニットｕの前端面
１０ｂ 光ファイバ
１０ｃ 光ファイバ１０ｂの先端
１１ 溝部
１１ａ 通電路
１１ｂ 通電路１１ａの給電部
１２ コネクタ部材Ｃ，Ｄの本体
１２ａ コネクタ部材Ｃ，Ｄの接続端面
１３ マイクロチューブ
１４ コネクタ
１５ 貫通孔
１６ 空洞
１７ チューブ
１８ 結合クリップ
１９Ａ 第１のガラス基板
１９ａ 凹溝
１９Ｂ 第２のガラス基板
１９Ａ’ 金型
１９ａ’ 突起形状
Claims (7)
- 一方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口から、他方の端面に形成された突き合わせ接続自在で先端が平面研磨された突出部の開口までに延設された空洞のマイクロチャンネルを有するチャンネル基板と、
少なくとも１枚の前記チャンネル基板を、前記突出部の先端を外側に突出させて突き合わせ接続可能に収納する貫通孔を有する枠状体と、
前記枠状体の前記貫通孔の内面と前記チャンネル基板の外面のうちのそれぞれの対向面の一部に設けられた位置決め用の噛み合わせ部と、
を有することを特徴とするマイクロ化学反応装置。 - 前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面に形成されたレールと、前記チャンネル基板の前記外面に形成されて前記レールに噛み合わされる溝とを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学反応装置。
- 前記噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面と前記チャンネル基板の前記外面にそれぞれ形成された第１、第２の溝と、前記第１、第２の溝の間の空間に挿入される位置決めピンとを有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学反応装置。
- 前記枠状体の前記貫通孔の前記内面と前記チャンネル基板の前記外面のうちのそれぞれの噛み合わせ部は、前記貫通孔の前記内面の底面と前記チャンネル基板の下面に形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学反応装置。
- 前記貫通孔内には複数枚の前記チャンネル基板が重ねて収納されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のマイクロ化学反応装置。
- 前記枠状体の前記貫通孔の前記内面と前記チャンネル基板の前記外面のうちのそれぞれの前記対向面のクリアランスは５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のマイクロ化学反応装置。
- 前記クリアランスには接着剤が充填されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ化学反応装置。
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