JP4621475B2 - センサ一体型マイクロチップ、およびマイクロチップシステム - Google Patents

Description

本発明は、センサ一体型マイクロチップ、およびマイクロチップシステムに関する。

近年、マイクロチップを用いた微小空間での高効率反応に関する研究が進められており、これに基いて、化学分析や環境分析などの多くの応用研究や開発も行われている。
これらマイクロチップを用いた研究では、マイクロチップ内において流体の状態を制御するために、流体圧力等の状態量を計測することが必要とされている。ここで、流体の状態量の計測は、通常、マイクロチップに導入される前段階で、マイクロチップ外部の流体を対象として行われているが、マイクロチップの内部では複雑な圧力損失などに起因して流体の状態が変動しているため、マイクロチップ外部における流体の状態量を計測しただけでは、マイクロチップ内部の流体制御は困難である。

そこで、マイクロチップの内部における流体の状態量を計測するための方法として、図１８に示すように、マイクロチップの基板ＢＤ上にセンサＳＮを配設し、このセンサＳＮの位置からマイクロチップ内の流路ＦＡに向かって基板ＢＤを貫通する孔ＨＬを形成し、この孔ＨＬを介して試料ＲＧの状態量を計測する方法が研究されている。
これ以外に、マイクロチップ自体にセンサを作り込むことによっても、マイクロチップの内部における流体の状態量を計測することができる（特許文献１および非特許文献１参照）。具体的に、特許文献１のマイクロチップは、ガラス基板と、このガラス基板と接合されるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）チップとを備え、ＰＤＭＳチップの接合面に光学式の圧力検知部（回路格子）と、この圧力検知部と連通する流路とが一体に配設されている。そして、ＰＤＭＳチップの流路には、ＰＤＭＳチップに取り付けられたパイプ材から流体が導入されている。
非特許文献１のマイクロチップは、流路が形成されたＰＤＭＳチップと、このＰＤＭＳチップと接合されるセンサ配列チップ（pressure sensor array chip）とを備え、センサ配列チップの接合面には、複数の圧力センサが配設されている。ここで、ＰＤＭＳチップには、中央を横切る一本の流路（流体の反応場）からセンサ配列チップの接合面に沿って複数のバイパスが形成され、各圧力センサは、このバイパスを通じて流体にアクセスしている。

特開２００２−１７４５５８号公報（［０００６］、［００１０］、［００１１］、図２） Hsin-Hsiung Wang,Po-Chiang Yabg and Lung-Jieh Yang "Pressure-Sensor array Using as an Experiment Platform for Microfluidics",International Conference on Electrical Engineering 2004,vol.1（Figure1,2,4〜9）

しかしながら、図１８に示したような構成では、センサＳＮと流路ＦＡとを結ぶ孔ＨＬの内部で、流路ＦＡを構成する溝とセンサＳＮとの間で巻き上げる乱流が生じやすく、さらに、孔ＨＬの内周面での抵抗によって流体の圧力損失が生じてしまう。すなわち、センサＳＮを配設することによって、マイクロチップ内部の流体の流れに影響が及ぶことが問題となる。また、この孔ＨＬの部分は、流路内の流体をセンサに導くためだけのデッドボリュームとなってしまう。
一方、特許文献１および非特許文献１における構成では、マイクロチップ自体に流路および流路に臨むセンサの双方を作り込んでいるが、このように流路およびセンサが作り込まれたマイクロチップには汎用性がない。また、流路から流体を接合面に沿って導くバイパス部分で圧力損失が生じるという問題がある。さらに、これらの流路およびセンサの微細な作り込みが極めて難しいという問題もある。

本発明の目的は、内部の流路における流体の流れに影響を及ぼすことなくセンサを配設可能であって、そのうえ製造が容易なセンサ一体型マイクロチップおよびマイクロチップシステムを提供することにある。

本発明のセンサ一体型マイクロチップは、互いに重ねられる複数の基板を備え、これらの基板のうち互いに重ねられる一方の基板の板面と他方の基板の板面から窪んで形成される溝とから流路が構成されたマイクロチップを有し、前記一方の基板には、前記流路における流体の状態を検出するセンサを配設するために、前記溝の開口に向かって貫通し、かつ、平面的に見た際に前記流路の幅方向における前記溝の寸法よりも大きい孔が形成され、前記孔に前記センサが組み込まれ、前記センサの前記流路に面する面が前記一方の基板の板面と面一となることを特徴とする。

この構成によれば、溝を形成した基板と孔を形成した他の基板とを重ね合わせる簡略な構成により、溝の内周面とこの溝と向き合う板面との内側に流体の流路が形成され、基板が互いに重ねられる面に沿った位置でセンサを流体に接触させることが可能なセンサ配設用の孔が形成される。
ここで、孔のサイズが溝の幅寸法よりも大きいので、孔の内部に配設されたセンサの端部が溝の開口側端部に当接して溝の内部側への移動が規制されるため、センサが溝の内部に突出するようなことがない。これにより、マイクロチップ内部における流体の流れに影響を及ぼすことなくセンサを配設可能となる。また、孔の内部に配設されるセンサがセンサから流路へのアクセス用の孔などを介さずに流体に直接的に接触するぶん、流体の圧力損失が低減されるとともに、デッドボリュームが殆ど生じない。
このように、センサ配設に関して流体の流れへの影響がない状態でマイクロチップ内部の流体圧力を計測可能となるので、微小容量の流体の高効率反応に関して、本発明のマイクロチップを分析、合成の分野で利用できる。また、マイクロチップを用いた装置の実用化が図られる。

加えて、マイクロチップの製造とセンサの製造とを別途行えばよいので、微細な流路やセンサの作り込みに関する問題が生じず、製造が容易である。マイクロチップに形成された孔に各種のセンサを挿入して簡単に組み込むことができ、より多くのセンサをマイクロチップの所定範囲に組み込むことも可能となるから、マイクロチップ規格化の動向にも対応することができる。

ここで、基板に孔を形成する方法としては、サンドブラスト、放電加工、超音波加工、ドリル加工、レーザー加工、エッチング、プレス、射出成形などを採用できる。
なお、この孔の位置は、任意に選択可能であって、孔の位置に応じて、流路における任意の箇所が制御可能となる。例えば、流体の導入時および排出時は流体の状態量の変動が大きいと考えられるため、導入口や排出口の近傍に孔を形成してもよい。
また、基板同士を接合する場合は、その接合方法として、熱融着、陽極接合、レーザー接合、ろう付け、表面活性化接合などを採用できる。なお、基板同士を接合する代わりに、基板と基板とを互いに挟みつけて固定することもできる。
そして、マイクロチップに配設されるセンサとしては、温度センサ、化学センサ、電気化学センサ、圧力センサ、流量センサなどを例示できる。
なお、マイクロチップに形成された孔には、センサのほかに、バルブ、ポンプ、マイクロチップの認識用IDタグなどのマイクロ流体デバイスを組み込むことも可能である。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記孔が形成される基板の厚さは、前記孔に配設された状態の前記センサの高さよりも大きいことが好ましい。
この構成によれば、センサが孔の内部に納まり、基板表面から突出していないので、装置の挿入口（スロット）などに差し込んで使用することも容易となる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記基板には、前記流体を前記流路に導入する複数の導入口と、前記流路から前記流体を排出する排出口とが前記溝と連通するようにそれぞれ形成され、前記流路は、前記複数の導入口から前記流体が複数の経路に沿ってそれぞれ流入する合流部を有し、前記孔は、前記流路において前記導入口と前記合流部との間に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、導入口から合流部の間における流体の状態量の計測値に基いて、流路における流体の状態を制御可能となる。例えば、複数経路のうちいずれかの経路における流体の状態量の計測値に基いて、複数経路における流体のそれぞれの状態量を制御することが考えられる。また、複数経路における流体のそれぞれの状態量を計測したり、いずれかの経路における流体の状態量を制御したりしてもよい。
このような流体制御により、合流部において相流となる各流体の相流状態を安定化させることができる。
なお、相流とは、例えば、流体が相分離した状態で流れるものをいう。
また、合流部では圧力変動や圧力損失などの流体の状態量の変動による影響が大きいと考えられるため、この合流部の近傍にセンサ配設用の孔を形成することにより、流体制御をより適切に行うことができる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記基板には、前記流体を前記流路に導入する導入口と、前記流路から前記流体を排出する複数の排出口とが前記溝と連通するようにそれぞれ形成され、前記流路は、前記流体が前記複数の排出口へと複数の経路に分かれて流れる分岐部を有し、前記孔は、前記流路において前記分岐部と前記排出口との間に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、分岐部から排出口の間における流体の状態量の計測値に基いて、流路における流体の状態を制御可能となる。例えば、複数経路のうちいずれかの経路における流体の状態量を計測して、この計測値に基いて複数経路における流体の状態量を制御することが考えられる。あるいは、複数経路における流体のそれぞれの状態量を計測したり、いずれかの経路における流体の状態量を制御したりしてもよい。
このような流体制御により、相分離した相流を複数経路に分けるなどの分岐操作を目論見通りに行うことができる。
また、分岐部では圧力変動や圧力損失などの流体の状態量の変動による影響が大きいと考えられるため、この分岐部の近傍にセンサ配設用の孔を形成することにより、流体制御をより適切に行うことができる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記センサは、前記流体の圧力を検出する圧力センサであることが好ましい。
この構成によれば、圧力センサによる計測結果により、マイクロチップ内の流路における流体の圧力変動や圧力バランスの制御が可能となり、本発明のマイクロチップを分析、合成の分野で利用できる。
ここで、本発明の圧力センサとしては、流体圧力の感応部に歪ゲージを備えるものや、感応部の変位を静電容量の変化として検出するものなど、その種類を問わない。なお、使用する圧力センサは、ゲージ圧力センサ、絶対圧力センサ、あるいは差圧センサのいずれでもよい。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記圧力センサは、前記流路における複数の経路にそれぞれ配置され流体の圧力差を検出していることが好ましい。
この構成によれば、合流部の前段や分岐部の後段などの複数の経路をそれぞれ流れる流体の圧力差（差圧）が圧力センサにより検出されるので、センサの検出精度に個体差があったとしても、複数の経路における流体の圧力変動や分圧状態を適切に制御できる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップは、互いに重ねられる複数の基板を備え、これらの基板のうち互いに重ねられる一方の基板の板面と他方の基板の板面から窪んで形成される溝とから流路が構成されたマイクロチップを有し、前記互いに重ねられた複数の基板を貫通した貫通孔に、前記溝と連結して前記流路を構成する流路ピースが配設され、前記流路ピースは、前記溝と連結する連結溝に設けられたセンサ部と、このセンサ部の前記連結溝が形成された側に重ねられる板部材とを有し、前記センサ部には、前記連結溝の内部に配置され流体の状態を検出するセンサ部本体が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、基板と他の基板とを重ね合わせる簡略な構成により、基板間に流体の流路が形成されるとともに、マイクロチップ内の流路の一部が流路ピースとして装着可能であって、この流路ピース内に形成された連結溝がマイクロチップの溝と連結される。これにより、マイクロチップの内部の流体の流れに影響を及ぼすことなく、また、マイクロチップの用途や流路形状に制約されることもなく、マイクロチップの任意の箇所に流路ピースを組み込んで一体化することができる。
また、連結溝内に設けられたセンサ部が流路へのアクセス用の孔などを介さずに流体に直接的に接触するぶん、流体の圧力損失が低減されるとともに、デッドボリュームが殆ど生じない。

このように、流体の流れへの影響がない状態でマイクロチップ内部の流体圧力を計測可能となるので、微小容量の流体の高効率反応に関して、本発明のマイクロチップを分析、合成の分野で利用できる。また、マイクロチップを用いた装置の実用化が図られる。
加えて、マイクロチップの製造と、流路ピースの製造とを別途行えばよいので、微細な流路やセンサ部の作り込みに関する問題が生じず、製造が容易である。マイクロチップに形成された孔に各種形状の連結溝が形成された流路ピースを挿入して簡単に組み込むことができ、汎用性に優れるとともに、マイクロチップ規格化の動向にも対応できる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記流路は、前記流体がそれぞれ流入する合流部、および／または、前記流体が分かれて流れる分岐部を有し、前記合流部および／または前記分岐部は、前記連結溝により構成され、前記センサ部本体は、前記合流部近傍および／または前記分岐部近傍に配置されていることが好ましい。

この構成によれば、合流部や分岐部が流路ピース内部に連結溝として構成されていることにより、基板に形成された合流部あるいは分岐部の近傍にセンサを配設する場合よりも、合流部や分岐部が占める寸法を小さくできる。これにより、大きさに制約がある規格化されたマイクロチップを使用する場合でも、微細かつ複雑な流路を実現できる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記センサ部には、前記連結溝により構成される複数の経路が並んで延びており、前記センサ部本体は、前記流体の圧力差を検出する検出部を有し、この検出部は、前記複数の経路同士の境界部分に、かつこの境界部分両側の流体のいずれにも接触するように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、複数の経路の境界部分に、これらの経路を互いに仕切るように検出部が設けられているので、複数の経路の圧力差を検出する場合の経路間のバイパス形成を不要にできる。なお、流路センサ部には、並んで延びる複数の経路に通じる合流部または分岐部が形成されていてもよい。
ここで、検出部としては、連結溝の底部や連結溝と対向するセンサ部本体に一端側が取り付けられ複数の経路における各流体の圧力に応じてこれらの経路の境界部分で回動する可動部材であって、歪ゲージ、ピエゾ素子、振動子などが設けられたものを例示できる。

本発明のセンサ一体型マイクロチップでは、前記センサ部には、前記連結溝により構成される前記複数の経路が互いに異なる方向から延びて合流しており、前記センサ部本体は、前記流体の圧力差を検出する検出部を有し、この検出部は、前記複数の経路の流体が合わさる部分に、かつこれらの流体のいずれにも接触するように設けられていることが好ましい。

この構成によれば、複数の経路の流体が合わさる部分でこれらの流体の圧力差を直接検出できるので、合流部分の前段や後段で各流体の圧力を検出する場合と比べて、合流の状態をより適切に制御可能となる。
検出部としては、合流手前側が軸支され複数の経路における各流体の圧力に応じてこれらの経路の合流部分で回動する可動部材であって、歪ゲージ、ピエゾ素子、振動子などが設けられたものを例示できる。

本発明のマイクロチップシステムは、前述のセンサ一体型マイクロチップと、前記センサまたは前記センサ部により検出された流体の状態量についてフィードバック制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、センサないし連結溝内に設けられたセンサ部により計測されたマイクロチップ内部の流体の状態量に基いて、この流体に付与する流速または流圧、温度などの条件が変更されるので、マイクロチップ内部の流体の状態を所定の状態量とほぼ同じ状態とすることができる。これにより、マイクロチップ内部の流体制御を容易にかつ確実に行うことができる。
特に、合流部の前段や分岐部の後段で複数経路をそれぞれ流れる流体において、これらの流体の圧力やこれらの差圧を圧力発生源やバルブなどにフィードバックすることにより、各流体の圧力変動をより適切に制御することができる。

＜第１実施形態＞
〔１．マイクロチップの構成〕
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本実施形態のマイクロチップ１の分解斜視図である。また、図２は、マイクロチップ１の平面図、図３は、マイクロチップ１の断面図である。
マイクロチップ１は、内部に形成された流路ＦＡにおいて、試料ＲＧの分析を行うために使用され、２枚の基板１１，１２による積層構造となっている。本実施形態では、このマイクロチップ１に３つの圧力センサ８０が組み込まれ、これらの圧力センサ８０により、流路ＦＡにおける試料ＲＧの圧力がそれぞれ計測されている。

マイクロチップ１の基板１１，１２は、短辺が３０ｍｍ程度であって長辺が７０ｍｍ程度、かつ厚さが例えば０．７ｍｍ程度の平板矩形状であり、ガラス、サファイア、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化珪素、プラスチック樹脂、シリコン、ステンレスなどにより形成されている。本実施形態では、基板１１，１２は２枚ともガラス材料により形成されているが、これらの基板１１，１２は線膨張係数などの特性が近似する別材料によって形成されていてもよい。

基板１１，１２は互いに重ね合わされ、これらの基板１１，１２が重ねられる面には、試料ＲＧの流路ＦＡが形成されている。この流路ＦＡは、図２に示すように、基板１１，１２の長手方向にほぼ沿って延びる平面視Ｙ字状となっていて、そのＹ字形状における二股部分は、合流部ＪＣＴとなっている。すなわち、流路ＦＡにおいて、合流部ＪＣＴよりも上流側には、試料ＲＧの導入口１２１，１２２から合流部ＪＣＴにかけて、複数方向に流れる経路ＦＡ１，ＦＡ２があり、合流部ＪＣＴよりも下流側は、１本の経路ＦＡ３となっている。経路ＦＡ３は、試料ＦＡ１，ＦＡ２の反応が行われる反応場であり、マイクロチップ１は、特に、この経路ＦＡ３において試料ＲＧ１、ＲＧ２を混合するのに用いられる。

このような流路ＦＡは、図１および図３に示すように、一方の基板１１の板平面に窪むように形成された断面半円形状の溝１４の内周面と、この溝１４と向き合う基板１２の板面との内側に構成されている。
なお、本実施形態では、経路ＦＡ１，ＦＡ２、ＦＡ３において溝１４は同径となっているが、例えば、経路ＦＡ３における溝１４の径を経路ＦＡ１，ＦＡ２における溝１４の径よりも大径にするなど、溝１４の径寸法は適宜設定できる。

他方、基板１２は、図１に示すように、基板１１と重ねられた際に流路ＦＡのＹ字形状における３つの端部の位置で溝１４と連通するように穿孔されており、これらの孔は、Ｙ字の拡開側の両端部に形成されたものがそれぞれ、試料ＲＧの導入口１２１，１２２とされ、そして、Ｙ字の拡開側と反対側の端部に形成されたものが、試料ＲＧの排出口１２５とされている。

試料ＲＧは、気体、液体、コロイド溶液など、その態様は任意である。ここで、本実施形態のＲＧとしては、例えば、水と水、油と油など、成分が混ざり合う試料ＲＧ１と試料ＲＧ２とが用いられている。そして、一方の導入口１２１には試料ＲＧ１が導入され、他方の導入口１２２には試料ＲＧ２が導入されている。

また、基板１２には、基板１１と重ねられた際に溝１４の開口に向かって基板１２を貫通する平面視正方形状の孔２０が、経路ＦＡ１、経路ＦＡ２、そして合流部ＪＣＴの下流側である経路ＦＡ３に相当する位置にそれぞれ形成されており、各孔２０の内部に圧力センサ８０がそれぞれ配設されている。

孔２０は、図２に示すように、平面的に見た際に基板１１の溝１４と重なる位置に設けられている、ここで、平面的に見た際の孔２０の寸法が溝１４の幅よりも大きいので、図２および図３（Ａ）に示すように、溝１４の開口側の両端部分が孔２０の内側にそれぞれ露出している。この露出部分は、圧力センサ８０の配設時に圧力センサ８０が配置される被載置部１４１となっている。

図３（Ａ）は、流路ＦＡの幅方向における断面図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）をマイクロチップ１の平面方向で９０°回転させて流路ＦＡに沿った方向における断面図である。
圧力センサ８０は、基板１１の孔２０に挿入される立方体形状のものであって、孔２０に挿入された状態で被載置部１４１に配置され、流路ＦＡを流れる試料ＲＧと接触している。
この圧力センサ８０には、詳しい図示を省略したが、溝１４に対向する側に設けられるシリコン製のダイアフラム８１と、このダイアフラム８１を保持する保持体８２とを備えている。保持体８２は、２枚のガラス製基板が基板１１，１２が重ねられる方向と交差する方向に重ねられた積層体であり、基板間には、複数本の導電性パターンが形成されている。これにより、導電性パターン間の間隙で大気開放が図られるとともに、ダイアフラム８１と反対側の取出電極とが導電性パターンを介して導通されている。そして、圧力センサ８０の検出回路において、保持体８２に設けられた電極とダイアフラム８１との間の静電容量の変化により、試料ＲＧの圧力が計測されるものとなっている。

〔２．マイクロチップの製造手順〕
以上のような構成のマイクロチップ１の製造手順を簡単に説明する。
まず、基板１１にはサンドブラスト、エッチング、機械加工などにより溝１４を形成する。また、基板１２には、導入口１２１，１２２、排出口１２５、および孔２０をサンドブラスト、放電加工、超音波加工、ドリル加工、レーザー加工、エッチング、プレス、射出成形などにより形成する。

次に、これらの基板１１，１２を溝１４のＹ字形状と導入口１２１，１２２および排出口１２５との位置が合うように互いに重ね合わせ、熱融着を実施する。
なお、この熱融着のほか、陽極接合、レーザー接合、ろう付け、表面活性化接合によって基板１１，１２を接合してもよく、あるいは接合しないで、基板１１，１２を互いに重ねた状態で挟みつけてもよい。
これにより、圧力センサ８０を配設するためのマイクロチップ１が完成する。

続いて、マイクロチップ１の各孔２０に圧力センサ８０をそれぞれ挿入して被載置部１４１に配置する。そして、各圧力センサ８０を孔２０の内周面にそれぞれ接合することにより、各圧力センサ８０がマイクロチップ１に組み込まれ、圧力センサ８０を備えたセンサ一体型マイクロチップが完成する。

〔３．マイクロチップの作用〕
このようなマイクロチップ１を使用する際は、導入口１２１から試料ＲＧ１を、そして、導入口１２２からは試料ＲＧ２を、図示しないポンプやバルブにより所定の圧力でそれぞれ導入する。これにより、試料ＲＧ１，ＲＧ２は経路ＦＡ１，ＦＡ２をそれぞれ流れて、合流部ＪＣＴに向かう。そして、これらの試料ＲＧ１，ＲＧ２は、合流部ＪＣＴに達すると、混合流を形成し、そのまま経路ＦＡ３を流れて排出口１２５から排出される。

ここで、試料ＲＧ１，ＲＧ２はマイクロチップ１に所定の流量または所定の圧力で導入されているが、マイクロチップ１内では、導入口１２１，１２２に導入される際の導入口１２１，１２２における圧力抵抗や、流路ＦＡの内周面となる溝１４や基板１１の板面の圧力抵抗などによって試料ＲＧには複雑な圧力損失が生じている。その圧力損失量は、導入口１２１，１２２や溝１４の形状、および、導入口１２１，１２２や溝１４、基板１２の表面粗さなどの加工精度などによって定まるものではなく、流路ＦＡの内周面の表面状態（コーティングの態様など）や、試料ＲＧ１，ＲＧ２の反応による温度変化によっても変動する。
本実施形態では、マイクロチップ１内の流路ＦＡにおいて、合流部ＪＣＴ前段の経路ＦＡ１，ＦＡ２での試料ＲＧ１，ＲＧ２の各圧力と、合流部ＪＣＴ後段の試料ＲＧ１，ＲＧ２の反応場であるＦＡ３での圧力とを、圧力センサ８０によってそれぞれ計測できる。
なお、試料ＲＧ１，ＲＧ２の混合に際しては、あえて乱流を生じさせて混合の効率を高めることも考えられる。

〔４．第１実施形態による効果〕
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）溝１４を形成した基板１１と孔２０を形成した他の基板１２とを重ね合わせるだけで、溝１４の内周面とこの溝１４と向き合う基板１２の板面との内側に流路ＦＡが形成されるとともに、圧力センサ８０配設用の孔２０を容易に形成できる。

（２）ここで、孔２０のサイズが溝１４の幅寸法よりも大きいことから、孔２０の内部に圧力センサ８０を配設しても、その圧力センサ８０が溝１４内に突出しない。これにより、マイクロチップ１内部における試料ＲＧの流れに影響を及ぼすことなく圧力センサ８０を配設可能となる。

（３）また、孔２０の内部に配設される圧力センサ８０は、圧力センサ８０から流路ＦＡへのアクセス用の孔などを介さずに試料ＲＧに直接的に接触するため、試料ＲＧの圧力損失が低減されるとともに、デッドボリュームが殆ど生じない。

（４）このように、圧力センサ８０配設に関して試料ＲＧの流れへの影響や圧力損失がない状態でマイクロチップ１内部の試料ＲＧ圧力を計測可能となるので、微小容量の試料ＲＧの高効率反応に関して、マイクロチップ１を分析、合成の分野で利用できる。また、マイクロチップ１を用いた装置の実用化が図られる。

（５）加えて、マイクロチップ１の製造と圧力センサ８０の製造とを別途行えばよいので、微細な流路ＦＡや圧力センサ８０の作り込みに関する問題が生じず、製造が容易である。マイクロチップ１に形成された孔２０には圧力センサ８０を挿入して簡単に組み込むことができ、マイクロチップ１の所定範囲により多くの圧力センサ８０を組み込むことも可能となるので、マイクロチップ規格化の動向にも対応することができる。
なお、マイクロチップ１には、圧力センサ８０のほかに、温度センサ、化学センサ、電気化学センサ、加速度センサなど、試料ＲＧの状態量を計測する各種のセンサを配設することができる。また、バルブ、ポンプ、マイクロチップの認識用IDタグなどのマイクロ流体デバイスをマイクロチップ１に組み込むことも可能である。

（６）基板１１の溝１４の両側が被載置部１４１となっていることから、圧力センサ８０を孔２０に挿入する際に、被載置部１４１が圧力センサ８０の度当たり（ストッパー）として機能し、基板１１，１２同士が重ねられる面の位置に圧力センサ８０が保持されるので、圧力センサ８０を流路ＦＡ内の試料ＲＧに接触する位置に容易に配設できる。

（７）マイクロチップ１の流路ＦＡでは、複雑な圧力損失や圧力変動が生じているところ、マイクロチップ１に圧力センサ８０を組み込み、マイクロチップ１内部の試料ＲＧの圧力を計測可能としたので、マイクロチップ１内の反応場での試料ＲＧの圧力変動の計測に基づく制御が可能となり、試料ＲＧの合成を適切に実施できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について図４および図５を参照して説明する。
なお、以下の説明では、既に説明した実施形態と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。

上述の第１実施形態では、圧力センサ配設用として、一方の基板１２に孔２０が形成されていた。
これに対して、本実施形態では、マイクロチップを構成する２枚の基板を貫通する孔が形成されている点が第１実施形態とは相違する。これにより、マイクロチップに組み込まれる圧力センサも第１実施形態におけるものとは相違している。以下、具体的に説明する。

図４は、本実施形態のマイクロチップ２を示している。また、図５は、このマイクロチップ２に組み込まれる圧力センサ９０を示す図である。
マイクロチップ２は、第１実施形態と同様の基板１２と、この基板１２と重ねられる基板２１とを備えている。
基板２１には、第１実施形態の基板１１と同様の溝１４が形成されているとともに、基板１２に形成されている孔２０と同じ位置および形状の孔２０が溝１４と連通するように形成されている。
ここで、基板１２，２１が互いに重ねられた状態では、基板１２に形成された孔２０と基板２１に形成された孔２０とが連続することにより、基板１２，２１を貫通するとともに溝１４と連通する一つの貫通孔２５が形成されている。本実施形態では、この貫通孔２５に圧力センサ９０が配設されている。

圧力センサ９０は、図５に示すように、マイクロチップ２の貫通孔２５に挿入される六面体状の流路ピースを構成するものであって、本体としてのセンサ部９２および流路部９１による積層体となっている。
センサ部９２は、詳しい図示を省略したが、第１実施形態で述べた圧力センサ８０と同様に構成されている。
流路部９１は、マイクロチップ２の基板２１と同じ厚さで平面正方形状のガラス製基板であり、この流路部９１の板面には、連結溝９４が形成されている。
この連結溝９４は、マイクロチップ２の溝１４と同様の断面形状、および同様の寸法であって、流路部９１の一辺に沿ってその板面を二分するように延びている。

これらのセンサ部９２および流路部９１は、センサ部９２の図示しないダイアフラムが連結溝９４に臨むように互いに重ねられ、この重ねられた面がレーザー溶接、表面活性化接合、共晶接合、拡散接合、ろう付け接合などにより接合されている。これにより、流路一体型の圧力センサ９０が構成されている。
そして、圧力センサ９０がマイクロチップ２の貫通孔２５に挿入されると、連結溝９４が基板２１の溝１４と連結して、これらの溝１４および連結溝９４により、一つの連続した流路ＦＡを構成する。

本実施形態のマイクロチップ２の製造手順は、第１実施形態とほぼ同様であって、マイクロチップ２と圧力センサ９０とは別途製造される。なお、基板１２，２１に孔２０をそれぞれ開けてから基板１２，２１を重ね合わせてもよいが、基板１２，２１を互いに接合した後に、基板１２，２１を貫通する貫通孔２５の穿孔を行うことにより、基板１２の孔２０の位置と基板２１の孔２０の位置とがずれにくい。
そして、マイクロチップ２に形成された貫通孔２５に圧力センサ９０を挿入した状態で貫通孔２５の内周面に接合することにより、センサ一体型のマイクロチップ２が完成する。

このような第２実施形態によれば、前述した（３）、（４）、（５）、および（７）と略同様の効果を奏するほか、次のような効果を奏する。
（８）溝１４を形成した基板２１と基板１２とを重ね合わせるだけで、基板１２，２１間に試料ＲＧの流路が形成される。また、基板１２，２１にそれぞれ形成した孔２０同士が連続することにより、圧力センサ９０を試料ＲＧに接触させることが可能な圧力センサ９０配設用の貫通孔２５が形成される。
これにより、マイクロチップ２内部における試料ＲＧの流れに影響を及ぼすことなく圧力センサ９０を配設可能となる。

（９）圧力センサ９０のセンサ部９２と流路部９１とが一体化され、センサ部９２の流路ＦＡへの接触部分が圧力センサ９０内部に設けられていることから、圧力センサ９０単体において、センサ部９２の流路部９１への接触部分と流路部９１との位置関係を保証できる。これにより、マイクロチップ２への圧力センサ９０配設時に、圧力センサ９０と流路ＦＡとの位置関係についての外乱が排除され、歩留まりを向上させることができる。

（１０）また、圧力センサ９０がセンサ部９２と流路部９１との積層構造とされ、これらのセンサ部９２と流路部９１との間に連結溝９４による流路ＦＡが構成されているので、センサ部９２が直接的に試料ＲＧに接触する。これにより、試料ＲＧの圧力損失が低減されるとともに、デッドボリュームをも抑えることができる。

（１１）また、流路部９１の基板厚さがマイクロチップ２の基板２１と同様の厚さ寸法となっているので、基板２１の基板１２とは反対側の板面（図４における下面）をガイド面として、流路部９１のセンサ部９２とは反対側の板面（図４における下面）を面一に合わせ込むことにより、マイクロチップ２の溝１４の位置と圧力センサ９０の連結溝９４の位置とを正確に合わせることができる。これにより、流路ＦＡにおける試料ＲＧの流れに支障が出ることがない。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について図６および図７を参照して説明する。
前記各実施形態では、平面的な流路が形成されていたが、本実施形態では、立体的な流路が形成されている。
図６は、本実施形態におけるマイクロチップ３の分解斜視図である。
本実施形態のマイクロチップ３は、３枚の基板３１，３２，３３が互いに重ねられた構造となっている。
中央の基板３２の板面両面には、溝３２１，３２２が形成され、これらの溝３２１，３２２は、基板３２を厚さ方向に貫通する孔３２３によって互いに連通している。
具体的に、基板３２の一方の面には、長手方向に沿って延びる溝３２１が形成され、他方の面には、溝３２１の途中まで溝３２１に沿って延びる溝３２２が形成され、この溝３２２の端部は孔３２３を介して溝３２１の途中に連通されている。
図７は、溝３２１，３２２に沿った方向における断面図である。
本実施形態では、溝３２１，３２２および孔３２３により流路ＦＡが構成され、孔３２３の部分が合流部ＪＣＴとなっている。この流路ＦＡにおいても、前記実施形態と同様に、導入口１２１から合流部ＪＣＴまでが経路ＦＡ１であり、導入口１２２から合流部ＪＣＴまでが経路ＦＡ２であり、合流部ＪＣＴから排出口１２５までが経路ＦＡ３である。

基板３１には、溝３２１の両端に相当する位置がそれぞれ穿孔されることにより、試料ＲＧ１の導入口１２１、および試料ＲＧ１，ＲＧ２の排出口１２５が形成されている。また、基板３１には、溝３２１の開口に向かって貫通する孔２０が合流部ＪＣＴ近傍の上流側に形成され、この孔２０には、第１実施形態と同様の圧力センサ８０が配設されている。
基板３３には、溝３２２の合流部ＪＣＴとは反対側の端部に相当する位置が穿孔されることにより、試料ＲＧ２の導入口１２２が形成されている。また、基板３３においても、基板３１の孔２０と同様、溝３２２の開口に向かって貫通する孔２０が合流部ＪＣＴ近傍上流側に形成され、この孔２０に圧力センサ８０が配設されている。
なお、これらの基板３１，３３の厚さは、圧力センサ８０が基板３１，３３の孔２０にそれぞれ配設された際に、圧力センサ８０が孔２０に納まる寸法となっている。

そして、基板３１，３３で基板３２を挟むように、基板３１，３２，３３を互いに重ね合わせることにより、基板３１，３２の対向面と、基板３２，３３の対向面とにおいて、連続する一つの流路ＦＡが構成される。導入口１２１，１２２からそれぞれ導入された試料ＲＧ１，ＲＧ２は、第１実施形態とほぼ同様に、合流部ＪＣＴに向かって流れ、合流部ＪＣＴからは混合流となって経路ＦＡ３を流れ、排出口１２５から排出される。

このような第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用効果に加えて、次の効果を得ることができる。
（１２）圧力センサ８０が孔２０の内部に納まって基板３１，３３表面から突出していないので、吸着冶具などを用いてマイクロチップ３をハンドリングする際に支障がない。

（１３）また、圧力センサ８０が導入口１２１，１２２と合流部ＪＣＴとの間であって合流部ＪＣＴ近傍にそれぞれ設けられているので、圧力センサ８０により、合流部ＪＣＴ直前の試料ＲＧ１，ＲＧ２の圧力がそれぞれ計測される。これにより、試料ＲＧ１，ＲＧ２の圧力や圧力バランスをより適切に制御でき、試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流の安定化が図られる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について図８〜図１０を参照して説明する。
本実施形態のマイクロチップ４は、内部に形成された流路の形状が前記各実施形態における流路とは異なり、このため、圧力センサが組み込まれている位置も前記各実施形態とは異なっている。本実施形態では、特に試料を相流状態とした後分岐する操作について説明する。

図８は、本実施形態のマイクロチップ４の平面図である。
マイクロチップ４は、基板４１，４２が重ねられた構造であり、基本的に第１実施形態における基板１１，１２が重ねられた構造と同様であるが、マイクロチップ４内部の流路ＦＡＭの形状が第１実施形態のものとは相違し、基板４１には、この流路ＦＡＭの形状に応じた溝４４が形成されている。
流路ＦＡＭは、基板４１の長手方向に沿って１往復半するように蛇行し、始端および終端に設けられた二股部分は、それぞれ試料ＲＧの合流部ＪＣＴと分岐部ＢＦＲとなっている。すなわち、流路ＦＡＭは、合流部ＪＣＴにそれぞれ流れる経路ＦＡ１，ＦＡ２と、蛇行部分のＦＡ３と、分岐部ＢＦＲから別れる経路ＦＡ４，ＦＡ５とを含んで構成されている。

基板４１には、経路ＦＡ１，ＦＡ２に試料ＲＧを導入する導入口１２１，１２２と、経路ＦＡ４，ＦＡ５から試料ＲＧを排出する排出口１２５，１２６とがそれぞれ形成されている。
また、基板４１には、経路ＦＡ１，ＦＡ２に１つずつ、経路ＦＡ３に２つ、経路ＦＡ４，ＦＡ５に１つずつ、圧力センサ８０配設用の孔２０が計６つ形成されている。
さらに、これらの孔２０にそれぞれ配設される圧力センサ８０を外部に接続するための結線用パターンＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４，ＣＰ５，ＣＰ６が半導体プロセスやスクリーン印刷技術により、基板４１の表面に形成されている。この結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６は、基板４１の長手方向に沿った一方の辺に沿って等ピッチで並んでおり、並んだ箇所から各孔２０の隣接位置までそれぞれ延びている。具体的に、結線用パターンＣＰ１が経路ＦＡ１における孔２０に向かって、結線用パターンＣＰ２が経路ＦＡ２における孔２０に向かって、結線用パターンＣＰ３は経路ＦＡ３における合流部ＪＣＴ寄りの孔２０に向かってそれぞれ延びている。また、結線用パターンＣＰ４は経路ＦＡ３における略中間地点の孔２０に向かって延び、そして、結線用パターンＣＰ５からピッチ一つ分おいて配置されている結線用パターンＣＰ６が経路ＦＡ４における孔２０に向かって延び、結線用パターンＣＰ６は経路ＦＡ５における孔２０に向かってそれぞれ延びている。

そして、各孔２０には、圧力センサ８０がそれぞれ配設されている。この圧力センサ８０には、図示を省略するが、ダイアフラムが設けられた側とは反対側の面に、ダイアフラムの変位を示す電位の取出電極が設けられていて、この取出電極に上述の結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６がそれぞれ接続されている。
なお、本実施形態は、特に、マイクロチップにおけるセンサの配設位置について説明するためのものであり、第２実施形態における圧力センサ９０、およびこの圧力センサ９０が配設される貫通孔が形成されたマイクロチップを採用した場合でも、以下に説明する作用効果と同様の作用効果を奏する。

本実施形態のマイクロチップ４を製造する際には、第１実施形態と同様の手順により、基板４１，４２を互いに重ねて接合する。そして、圧力センサ８０を各孔２０に配設し、圧力センサ８０の取り出し電極を結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６にハンダ或いはハンダペースト、ワイヤボンディング、プロービングなどにより、それぞれ接続する。この際、結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６は等ピッチで配置されれていることにより、結線作業が容易である。こうして、センサ一体型マイクロチップ４が完成し、このマイクロチップ４に組み込まれた圧力センサ９０が接続パターンＣＰ１〜ＣＰ６によって外部のセンサ検出回路や電源、計測機器などに接続可能となる。本実施形態では、接続パターンＣＰ１〜ＣＰ６により、圧力センサ９０はプロービングやワイヤボンディングなどによりセンサ検出回路２００（図１０）へと接続されている。

ここで、図９は、試料ＲＧの流れについて説明するための図である。
本実施形態の試料ＲＧとしては、例えば、気体と液体、油と水など、成分が互いに異なる試料ＲＧ１と試料ＲＧ２とが用いられている。
図９（Ａ）に示すように、試料ＲＧ１と試料ＲＧ２とが導入口１２１，１２２からそれぞれ導入され、これらの試料ＲＧ１，ＲＧ２は、経路ＦＡ１，ＦＡ２を合流部ＪＣＴに向かってそれぞれ流れ、合流部ＪＣＴで相分離した相流となって経路ＦＡ３を流れる。そして、分岐部ＢＦＲにおいて再び、試料ＲＧ１と試料ＲＧ２のそれぞれの流れに分かれて、排出口１２５，１２６からそれぞれ排出される。

前述のように、マイクロチップ４においては、溝４４の内周面や基板４１の板面の圧力抵抗、および試料ＲＧの反応による温度変化などに起因して、複雑な圧力損失が生じやすい。この圧力損失により、試料ＲＧ１，ＲＧ２の所定の分圧バランスが崩れると、図９（Ｂ）に示したように、試料ＲＧ１，ＲＧ２は、合流部ＪＣＴにおいて所望の相流を形成できず、乱流をも伴う。このままでは、分岐部ＢＦＲにおいて試料ＲＧ１、ＲＧ２の流れを良好な状態で分けることはできない。

ここで、マイクロチップ４に組み込まれた６つの圧力センサ８０では、試料ＲＧ１，ＲＧ２の圧力が所定の駆動周波数において繰り返し計測され、これらの計測値は、結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６を介して検出回路２００（図１０）に送出されている。この検出回路２００において、マイクロチップ４内の試料ＲＧの圧力状態についてフィードバック処理が実施される。

制御装置としての検出回路２００は、図１０に示すように、バルブＶＬに開閉信号を送信するバルブ指示部２１０と、圧力値などの比較演算を行う演算部２２０と、これらのバルブ指示部２１０および演算部２２０に対して命令を発する制御部２３０とを備えて構成されている。
この検出回路２００は、マイクロチップ４に試料ＲＧ１，ＲＧ２が導入される際には、バルブＶＬに信号を送り、試料ＲＧ１，ＲＧ２に所定の圧力を付与する。そして、各圧力センサ９０から試料ＲＧ１あるいは試料ＲＧ２の圧力を受け取るたびに、演算部２２０にこの圧力値と所定の圧力値とを比較演算させ、この演算結果に応じて試料ＲＧ１，ＲＧ２の各圧力を増減する信号をバルブ指示部２１０に送信する。これにより、図９（Ａ）に示すように、試料ＲＧ１，ＲＧ２を流路ＦＡ３において所定の分圧により相分離した相流状態に保ち、分岐部ＢＦＲにおいても、試料ＲＧ１，ＲＧ２を目論見どおりに分岐させることができる。

本実施形態によれば、前記各実施形態と略同様の作用効果を奏するとともに、次の作用効果を相する。
（１４）上述のように、合流部ＪＣＴおよび分岐部ＢＦＲを有する流路ＦＡＭにおいて、６つの圧力センサ８０を設けたことにより、各圧力センサ８０の計測値に基づいて試料ＲＧ１、ＲＧ２における圧力変動や分圧状態が適切に制御される。これにより、各試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流を相分離した状態に安定化させることができ、また、この相流を容易に分岐させることができる。

（１５）各経路ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３，ＦＡ４における試料ＲＧ１，ＲＧ２の圧力がフィードバック制御されることにより、各試料ＲＧ１，ＲＧ２の圧力制御がより確実に行われるので、試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流状態が一層安定化するとともに、ＲＧ１，ＲＧ２による相流を再び分ける分岐操作を目論見どおりに実施できる。

（１６）マイクロチップ４に圧力センサ８０用の結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６が設けられていることにより、従来のようにセンサ検出回路をマイクロチップ４の基板４２に接着したり、孔２０に配設された圧力センサ８０から長い配線を取り回すことを不要にできる。これにより、マイクロチップ４に圧力センサ８０を簡単に電気的に取り付けることができる。
また、圧力センサ８０の配設時にセンサ検出回路を含めて取り付ける必要がないことから、マイクロチップ４が規格化されたものであって大きさに制約がある場合でも、多数のセンサやその他のマイクロ流体デバイスをマイクロチップに搭載できる。
さらに、圧力センサ８０配設のために長い配線を取り回すことも不要となるので、マイクロチップ４の可搬性が向上し、マイクロチップの交換も容易に行える。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態は、複数の経路における試料の圧力差を用いて流体制御を実施する点が第４実施形態とは相違する。

図１１は、本実施形態におけるマイクロチップ５の平面図である。
マイクロチップ５の内部に形成された流路ＦＡＭＭは、第４実施形態における流路ＦＡＭと同様に、長手方向に沿って一往復半するように蛇行し、流路ＦＡＭＭの両端はそれぞれ二股に分かれていて、これらはそれぞれ試料ＲＧの合流部ＪＣＴと分岐部ＢＦＲとなっている。なお、本実施形態では、合流部ＪＣＴおよび分岐部ＢＦＲの二股部分が流路ＦＡＭＭの端部に向かってそれぞれ平行に延びている形状となっている。
また、本実施形態の流路ＦＡＭＭは、蛇行する途中に合流部ＪＣＴＳを有している。このような流路ＦＡＭＭは、合流部ＪＣＴにそれぞれ流れる経路ＦＡ１とＦＡ２と、蛇行部分のＦＡ３と、分岐部ＢＦＲからそれぞれ流れる経路ＦＡ４，ＦＡ５と、もう一つの合流部ＪＣＴＳに向かって流れる経路ＦＡ６を含んで構成されている。

マイクロチップ５は、基板５１，５２が互いに重ねられた積層構造であり、基板５１には、流路ＦＡＭＭの形状に応じた溝５４が形成されている。
また、基板５１には、経路ＦＡ１，ＦＡ２に試料ＲＧを導入する導入口１２１，１２２と、経路ＦＡ４，ＦＡ５から試料ＲＧを排出する排出口１２５，１２６と、経路ＦＡ６に試料ＲＧを導入する導入口１２８とが形成されている。
一方、基板５２には、センサ配設用の平面視矩形状の孔３０が３つ形成されている。具体的に、導入口１２１，１２２と合流部ＪＣＴとの間に、孔３０が経路ＦＡ１とＦＡ２とに跨るように形成されている。また、合流部ＪＣＴＳと重なる位置で、かつ経路ＦＡ３と経路ＦＡ６とに跨るように別の孔３０が形成され、さらに、分岐部ＢＦＲと排出口１２５，１２６との間には、経路ＦＡ３とＦＡ４とに跨るようにもう一つの孔３０が形成されている。

これらの孔３０には、それぞれ平面視矩形状の圧力センサ１００が配設され、これらの圧力センサ１００では、複数経路における圧力差が計測される構成となっている。具体的に、各圧力センサ１００の計測値は、それぞれ、経路ＦＡ１および経路ＦＡ２の圧力差、経路ＦＡ３および経路ＦＡ６の圧力差、経路ＦＡ４および経路ＦＡ５の圧力差、のようになる。
なお、図示を省略したが、これらの孔３０の近傍には、第４実施形態の結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６などと同様のパターンが配置されており、孔３０に配設された圧力センサ１００の計測値は検出回路に取り出されている。

このようなマイクロチップ５では、導入口１２１，１２２から試料ＲＧ１，ＲＧ２が導入されるとともに、導入口１２８からは試料ＲＧ３が導入される。導入口１２１，１２２から導入された試料ＲＧ１，ＲＧ２は、合流部ＪＣＴにおいて相分離した相流となり、この試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流が合流部ＪＣＴＳに達する。この合流部ＪＣＴＳにおいて、試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流が導入口１２８から導入された試料ＲＧと合流すると、試料ＲＧ２と試料ＲＧ３とが混合され、これらの試料ＲＧ２，ＲＧ３による混合流は、試料ＲＧ１との相流となって分岐部ＢＦＲへと流れる。そして、分岐部ＢＦＲにおいて、試料ＲＧ１の流れと、試料ＲＧ２および試料ＲＧ３との混合流とは二手に分かれて、排出口１２５，１２６からそれぞれ排出される。

前述のように、マイクロチップ５の流路ＦＡＭＭ内では、溝５４の内周面や基板５２の板面による圧力抵抗や試料ＲＧの反応による温度変化に起因して、複雑な圧力損失が生じやすく、試料ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３を所定の圧力状態および圧力バランスに保つ必要がある。
本実施形態では、第４実施形態と同様の検出回路によってフィードバック処理を実施しているが、このフィードバック処理では、圧力センサ１００により得られる複数経路における圧力差が用いられている。
具体的には、検出回路の演算部では、各圧力センサ１００から受け取った圧力差が所定の圧力差と比較演算され、この演算結果に基いて試料ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３の各圧力を増減する信号がバルブ指示部に送信される。これにより、試料ＲＧ１，ＲＧ２による相流、あるいは試料ＲＧ２，ＲＧ３による混合流の安定化が図られる。試料ＲＧ２，ＲＧ３による混合流においては、試料ＲＧ２，ＲＧ３の混合比率が一定となるので、試料ＲＧ１と試料ＲＧ２，ＲＧ３との相流状態も安定化し、分岐部ＢＦＲにおいて、試料ＲＧ１と試料ＲＧ２，ＲＧ３とを目論見どおりに分岐させることができる。

本実施形態によれば、前述の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１７）合流部ＪＣＴの前段や分岐部ＢＦＲの後段で複数経路を流れる試料ＲＧ１、ＲＧ２，ＲＧ３相互の差圧が用いられるので、圧力センサ１００に個体差などがあっても、各試料ＲＧの圧力バランスが正確に測定され、これに基いて流路ＦＡＭＭ内の圧力変動や分圧状態を適切に制御できる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態について図１２〜図１５を参照して説明する。
本実施形態は、第５実施形態と略同様のマイクロチップに第２実施形態における流路一体型の圧力センサと同タイプのセンサを組み込んでセンサ一体型のマイクロチップとし、
さらにセンサの構成を第５実施形態と同様に複数経路における試料の圧力差を計測するものとした。

図１２は、本実施形態におけるマイクロチップ６の平面図である。マイクロチップ６は、基板５１，５２による積層構造であり、これらの基板５１，５２のいずれをも貫通するとともに基板５１に形成された溝５４と連通する３つの貫通孔３５が形成されているほかは、第５実施形態のマイクロチップ５と同様の構成となっている。そして、マイクロチップ６に形成された貫通孔３５には、図１４に示す圧力センサ１１０が１つ、および図１５に示す圧力センサ１３０が２つ、計３つがそれぞれ配設されている。

図１３に示した圧力センサ１１０は、マイクロチップ６内部の流路ＦＡＭＭにおける合流部ＪＣＴＳに重なるように配置されるものである。図１４は、この圧力センサ１１０の図１３におけるXIII−XIII線矢視図である。
この圧力センサ１１０は、板部材であるガラス製のブロック１１２およびセンサ部１１１による積層体となっている。
センサ部１１１には、平面視略Ｙ字状の連結溝１１４が形成されている。この連結溝１１４は、圧力センサ１１０がマイクロチップ６に配設されるとマイクロチップ６側の溝５４と連結するので、連結溝１１４の二股部分は、流路ＦＡにおける経路ＦＡ３，ＦＡ６をそれぞれ構成することになる。

このような連結溝１１４の二股部分が並んでいる間に、試料ＲＧの圧力を検知する検出部１１５が設けられている。
検出部１１５は、矩形平板状の可動部材であって、連結溝１１４の二股部分の間で長辺端面側の基端部のみが連結溝１１４の底部に取り付けられ、一方の板面が二股部分の経路ＦＡ３における試料ＲＧ１，ＲＧ２に接触し、他方の板面が経路ＦＡ６における試料ＲＧ３に接触するように設けられている。
この検出部１１５の基端部には、歪ゲージ、ピエゾ素子、振動子などの検出素子１１５Ａが設けられている。

マイクロチップ６の合流部ＪＣＴの近傍上流側、および分岐部ＢＦＲ近傍下流側には、図１５に示す圧力センサ１３０がそれぞれ配置されている。この圧力センサ１３０は、内部に形成される連結溝１３４の構成以外は、圧力センサ１１０とほぼ同様のものである。
圧力センサ１３０では、流路部１３１に２本の連結溝１３４が略平行に並んでおり、これらの連結溝１３４の間に検出部１３５が形成されている。

ここで、圧力センサ１１０の検出部１１５は、経路ＦＡ３，ＦＡ６における試料ＲＧ１，ＲＧ２または試料ＲＧ３の圧力に応じて経路ＦＡ３，ＦＡ６の境界部分で回動する。この検出部１１５の回動により、検出素子１１５Ａの抵抗値や電圧、周波数などが変化し、この検出素子１１５Ａの信号に基いて経路ＦＡ３および経路ＦＡ６における試料ＲＧの圧力差を得ることができる。この検出素子１１５Ａの信号は検出回路に所定の駆動周波数において繰り返し送出されている。
また、圧力センサ１３０においても同様に、経路ＦＡ１，ＦＡ２間、あるいは経路ＦＡ４，ＦＡ５間における各試料ＲＧの圧力に応じて検出部１３５が各経路の境界部分で回動し、検出素子１３５Ａの信号が検出回路で検出されている。

本実施形態では、圧力センサ１１０，１３０によって得られた試料ＲＧの差圧に基いて、マイクロチップ６内の流体制御が行われる。この際、圧力センサ１１０によって得られた経路ＦＡ３，ＦＡ６間の差圧に基いて、合流部ＪＣＴＳにおける試料ＲＧ１，ＲＧ２および試料ＲＧ３の圧力が適切に制御されるので、合流部ＪＣＴＳから先の試料ＲＧ１と試料ＲＧ２，ＲＧ３による相流形成が上手くいく。
また、圧力センサ１３０によって得られる経路ＦＡ１，ＦＡ２間あるいは経路ＦＡ４，ＦＡ５間の差圧に基いて、合流部ＪＣＴＳにおける合流、あるいは分岐部ＢＦＲにおける分岐が所望の状態に制御される。

このような本実施形態によれば、前記各実施形態と略同様の作用効果に加えて、次のような作用効果を奏する。
（１８）試料ＲＧの合流部ＪＣＴＳが圧力センサ１１０内部に形成され、また合流部ＪＣＴや分岐部ＢＦＲ近傍の複数経路が圧力センサ１３０内部に形成されていることにより、基板に形成した合流部あるいは分岐部近傍にセンサを配設する場合よりも、合流部ＪＣＴ，ＪＣＴＳや分岐部ＢＦＲが占める寸法を小さくできる。これにより、面積に制約がある規格化されたマイクロチップを使用する場合でも、複雑かつ微細な流路ＦＡＭＭを実現できる。

（１９）経路ＦＡ３，経路ＦＡ６間、経路ＦＡ１，ＦＡ２間、あるいは経路ＦＡ４，ＦＡ５間の境界部分に、これらの経路を互いに仕切るように検出部１１５，１３５が設けられているので、複数の経路における圧力差を検出する場合の経路間のバイパス形成を不要にできる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態について説明する。
本実施形態は、複数経路における流体の圧力差を得るための構成として、第６実施形態における圧力センサ１１０と置換可能な他の構成の圧力センサを示すものである。

図１６は、本実施形態の圧力センサ１４０を示している。
圧力センサ１４０は、流路ＦＡにおける合流部ＪＣＴＳに配置され、流路部１４１における連結溝１４４、および検出部１４５以外は第６実施形態における圧力センサ１１０の構成と略同様である。
圧力センサ１４０の流路部１４１には、平面視Ｙ字状の連結溝１４４が形成されている。この連結溝１４４の二股部分である経路ＦＡ３，ＦＡ６が合わさる二股の根元部分、すなわち連結溝１４４の内側側面には、矩形平板状の検出部１４５の短辺端面側が取り付けられている。そして、検出部１４５の一方の板面が経路ＦＡ３における試料ＲＧ１，ＲＧ２に接触し、他方の板面が経路ＦＡ６における試料ＲＧ３に接触するように設けられている。連結溝１４４に取り付けられている検出部１４５の基端部には、歪ゲージ、ピエゾ素子、振動子などの検出素子１４５Ａが設けられている。

この検出部１４５は、経路ＦＡ３，ＦＡ６における試料ＲＧ１，ＲＧ２または試料ＲＧ３の圧力に応じて先端部が回動する。この検出部１４５の回動により生じた検出素子１４５Ａの抵抗や電圧、周波数などの変化が検出回路で検出されている。

本実施形態によれば、前述の実施形態による作用効果に加えて、次の効果を奏する。
（２０）複数の経路ＦＡ３，ＦＡ６の試料ＲＧ１，２および試料ＲＧ３が合わさる合流部ＪＣＴＳでこれらの試料ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３の圧力差を直接検出できるので、合流部ＪＣＴＳの前段や後段で各試料ＲＧの圧力を検出する場合と比べて、合流操作をより適切に実施できる。

＜本発明の変形例＞
本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形や改良をも含むものである。

前述の第４実施形態において、圧力センサ８０を検出回路に接続するために、結線用パターンＣＰ１〜ＣＰ６が基板４２に直接形成されていたが、これに限らず、図１７に示すようなコネクタＣＮ１〜ＣＮ３をマイクロチップの基板上に接着し、圧力センサ８０をこれらのコネクタＣＮ１〜ＣＮ３に着脱可能に結線することも可能である。このようなコネクタを使用することで、マイクロチップの交換や回路に接続したいセンサの選択が容易となる。
また、これらの結線用パターンを別途形成したシートを貼り付けてもよい。

前記実施形態では、導入口および排出口は、流路が形成された基板の板平面方向と交差する方向に開口していたが、これに限らず、例えば、流路が形成された板面にほぼ沿う方向で基板の端面側に開口していてもよい。

さらに、複数の基板を貫通するとともに溝に連通するセンサ配設用の孔を形成する場合、前述の実施形態では、この孔に流路が一体化されたセンサを配設していたが、これに限らず、マイクロチップの基板に形成された溝の側面に連通するように孔を形成した場合は、この孔に第１実施形態における圧力センサ８０と同様のものをダイアフラムが溝に対向する向きで配設することも考えられる。

流路の形状も前記各実施形態には限られず、例えば、三股状に合流または分岐するもの、あるいは、４つ以上の支分流によって合流、分岐するものでも構わない。すなわち、前記各実施形態における流体の混合流や相流の状態はあくまで例示であって、２種類以上の試料を混合したり、３層以上の相流とするものでもよい。また、相流ではない単一の流れを有する流体を分岐部において分岐させても構わない。

また、溝の断面形状は前記各実施形態のような半円形状に限らず、矩形状やＶ字形状、Ｕ字形状、台形状であってもよい。
そして、第１実施形態などでは孔２０の形状は平面視正方形であったが、この正方形の四隅部分に連結する小孔をそれぞれ穿孔して、正方形四隅のアールを排除することにより、立方体形状の圧力センサ８０を容易かつ確実に配設できる。なお、センサが配設される孔の形状は、このような平面視正方形状に限らず、円形状やその他の形状であっても勿論よい。

またさらに、前述の実施形態では、ダイアフラム８１はシリコンにより形成されていたが、ダイアフラム８１の構成はこれに限定されない。ダイアフラムの材料には、シリコンなどの金属材料のほか、水晶やＳｉＯ_２、ＳｉＮなどの絶縁材料を使用できる。検出方法には、歪ゲージやピエゾ素子の抵抗や電圧変化を検出する、または振動子の周波数変化を検出することもできる。

本発明は、マイクロチップ内部の微小空間における流体の高効率反応に関する分析、合成の分野で利用できる。

本発明の第１実施形態におけるマイクロチップの分解斜視図。 前記実施形態におけるマイクロチップの平面図。 前記実施形態におけるマイクロチップの断面図。 本発明の第２実施形態におけるマイクロチップの斜視図。 前記実施形態におけるセンサの斜視図。 本発明の第３実施形態におけるマイクロチップの分解斜視図。 前記実施形態におけるマイクロチップの断面図。 本発明の第４実施形態におけるマイクロチップの平面図。 前記実施形態における流路における試料の流れを説明する図。 前記実施形態における制御装置のブロック図。 本発明の第５実施形態におけるマイクロチップの平面図。 本発明の第６実施形態におけるマイクロチップの平面図。 前記実施形態におけるセンサの分解斜視図。 図１３のXIV−XIV線矢視図。 前記実施形態におけるセンサの部分平面図。 本発明の第７実施形態におけるセンサの部分平面図。 本発明の変形例におけるマイクロチップの平面図。 従来例における模式図。

符号の説明

１，２，３，４，５，６・・・ マイクロチップ
１１，１２，２１，３１，３２，３３，４１，４２，５１，５２・・・基板
１４，４４，５４，３２１，３２２・・・ 溝
２０，３０・・・ 孔
２５，３５・・・ 貫通孔
８０，９０，１００，１１０，１３０・・・ 圧力センサ
９１，１３１・・・ 流路部
９２・・・ センサ部（本体）
９４，１１４，１２４，１３４・・・ 連結溝
１１１・・・ センサ部
１１２・・・ ブロック（蓋部）
１１５，１２５，１３５・・・ 検出部
１２１，１２２，１２８・・・ 導入口
１２５，１２６・・・ 排出口
１３５・・・ 検出部（センサ部本体を構成する）
２００・・・ 検出回路（制御装置）
ＢＦＲ・・・ 分岐部
ＦＡ，ＦＡＭ，ＦＡＭＭ・・・ 流路
ＦＡ１，ＦＡ２，ＦＡ３，ＦＡ４，ＦＡ５，ＦＡ６・・・経路
ＪＣＴ，ＪＣＴＳ・・・ 合流部
ＲＧ，ＲＧ１，ＲＧ２，ＲＧ３・・・ 試料（流体）

Claims (11)

1. 互いに重ねられる複数の基板を備え、これらの基板のうち互いに重ねられる一方の基板の板面と他方の基板の板面から窪んで形成される溝とから流路が構成されたマイクロチップを有し、
   前記一方の基板には、前記流路における流体の状態を検出するセンサを配設するために、前記溝の開口に向かって貫通し、かつ、平面的に見た際に前記流路の幅方向における前記溝の寸法よりも大きい孔が形成され、前記孔に前記センサが組み込まれ、前記センサの前記流路に面する面が前記一方の基板の板面と面一となることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
2. 請求項１に記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記孔が形成される基板の厚さは、前記孔に配設された状態の前記センサの高さよりも大きいことを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記基板には、前記流体を前記流路に導入する複数の導入口と、前記流路から前記流体を排出する排出口とが前記溝と連通するようにそれぞれ形成され、
   前記流路は、前記複数の導入口から前記流体が複数の経路に沿ってそれぞれ流入する合流部を有し、
   前記孔は、前記流路において前記導入口と前記合流部との間に設けられている
   ことを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記基板には、前記流体を前記流路に導入する導入口と、前記流路から前記流体を排出する複数の排出口とが前記溝と連通するようにそれぞれ形成され、
   前記流路は、前記流体が前記複数の排出口へと複数の経路に分かれて流れる分岐部を有し、
   前記孔は、前記流路において前記分岐部と前記排出口との間に設けられていることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記センサは、前記流体の圧力を検出する圧力センサである
   ことを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
6. 請求項５に記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記圧力センサは、前記流路における複数の経路にそれぞれ配置され流体の圧力差を検出していることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
7. 互いに重ねられる複数の基板を備え、これらの基板のうち互いに重ねられる一方の基板の板面と他方の基板の板面から窪んで形成される溝とから流路が構成されたマイクロチップを有し、
   前記互いに重ねられた複数の基板を貫通した貫通孔に、前記溝と連結して前記流路を構成する流路ピースが配設され、
   前記流路ピースは、前記溝と連結する連結溝に設けられたセンサ部と、このセンサ部の前記連結溝が形成された側に重ねられる板部材とを有し、
   前記センサ部には、前記連結溝の内部に配置され流体の状態を検出するセンサ部本体が設けられていることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
8. 請求項７に記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記流路は、前記流体がそれぞれ流入する合流部、および／または、前記流体が分かれて流れる分岐部を有し、
   前記合流部および／または前記分岐部は、前記連結溝により構成され、
   前記センサ部本体は、前記合流部近傍および／または前記分岐部近傍に配置されていることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
9. 請求項７または請求項８に記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
   前記センサ部には、前記連結溝により構成される複数の経路が並んで延びており、
   前記センサ部本体は、前記流体の圧力差を検出する検出部を有し、
   この検出部は、前記複数の経路同士の境界部分に、かつこの境界部分両側の流体のいずれにも接触するように設けられていることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載のセンサ一体型マイクロチップにおいて、
    前記センサ部には、前記連結溝により構成される前記複数の経路が互いに異なる方向から延びて合流しており、
    前記センサ部本体は、前記流体の圧力差を検出する検出部を有し、
    この検出部は、前記複数の経路の流体が合わさる部分に、かつこれらの流体のいずれにも接触するように設けられていることを特徴とするセンサ一体型マイクロチップ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載のセンサ一体型マイクロチップと、
    前記センサまたは前記センサ部により検出された流体の状態量についてフィードバック制御する制御装置とを備えたことを特徴とするマイクロチップシステム。

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