WO2007074906A1 - マイクロ流体デバイスおよび物質分離方法 - Google Patents

マイクロ流体デバイスおよび物質分離方法 Download PDF

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WO2007074906A1
WO2007074906A1 PCT/JP2006/326259 JP2006326259W WO2007074906A1 WO 2007074906 A1 WO2007074906 A1 WO 2007074906A1 JP 2006326259 W JP2006326259 W JP 2006326259W WO 2007074906 A1 WO2007074906 A1 WO 2007074906A1
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WO
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separation
outlet
flow path
channel
divided flow
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/326259
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takanori Anazawa
Shinji Kato
Original Assignee
Kawamura Institute Of Chemical Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2006222406A external-priority patent/JP2008043883A/ja
Application filed by Kawamura Institute Of Chemical Research filed Critical Kawamura Institute Of Chemical Research
Publication of WO2007074906A1 publication Critical patent/WO2007074906A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756—Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44782—Apparatus specially adapted therefor of a plurality of samples

Definitions

  • the present invention relates to a microfluidic device capable of continuously separating substances contained by being dissolved or dispersed in a fluid, and a substance separation method, and relates to an electric field, an electromagnetic field, a magnetic field, a vibration field (sound field), The potential gradient (i.e., ⁇ field ''), which generates a force that interacts with the material to be separated and selectively moves the material, such as the thermal field and Z or acceleration field, is used as the driving force for the separation.
  • the present invention relates to a microfluidic device and a material separation method for separating materials. Background art
  • Concentration gradients (concentration polarization) of substances contained in fluids occur when substances contained by dissolving or dispersing in fluids are placed in various fields that serve as driving force for separation. It has been known. For example, when an electrostatic field is applied to a solution or dispersion, the positively charged substance moves to the low potential side and is concentrated there, and the negatively charged substance moves to the high potential side according to the well-known electrophoresis principle. Concentrated there. When the dispersion is placed in an alternating electric field, the dispersoid having a higher dielectric constant than the dispersion medium is concentrated on the high potential side (Patent Document 1).
  • Non-patent Document 1 When the dispersion is placed in a magnetostatic field, the dispersoid having a higher permeability than the dispersion medium is concentrated on the high magnetic flux density side.
  • the solute having a molecular weight larger than that of the solvent is concentrated on the low temperature side (Non-patent Document 1).
  • the dispersoid moves in the direction of smaller amplitude. Therefore, if the flow path wall is irradiated with ultrasonic waves having a frequency that forms a standing wave, the flow path wall is an antinode of vibration and the center line of the flow path is a node of vibration. Concentrated nearby (Non-patent Document 2). When a centrifugal force is applied to the solution, the high-molecular substance dissolved in the solution is concentrated on the low potential energy side.
  • Patent Document 1 WO-01 / 014870 (Special Table 2003-507739) (Dielectrophoresis)
  • Non-Patent Document 1 PAFournier, Journal De Physique, 8, 45-48 (1944). (Temperature separation)
  • Non-Patent Document 2 A. Nilsson, Micro Total Analysis System 2006 (Proceedings of ⁇ -TA S 2006 Conference), 314, (2006). (Ultrasound)
  • electrophoresis is a separation method with high resolution among potential gradient separations, but even in this case, separation of substances with a close ratio of charge Z molecular weight required a high voltage and a long separation distance.
  • the separation method of the charged substance by the external electrostatic field that is, the method of applying the electrostatic field without bringing the electrode into contact with the fluid in the flow path has very low resolution.
  • the separation method using a magnetic field requires a huge superconducting magnet to separate materials other than the ferromagnetic beads, and is extremely difficult.
  • the separation method based on the temperature difference has a small difference in solute concentration between the high temperature part and the low temperature part of 1% or less (Non-patent Document 1), and has not been used industrially as a separation means. Separation by ultrasonic waves also required four separation operations in series in order to achieve practical separation with low resolution in one stage (Non-patent Document 2). Separation of solutes by the centrifugal sedimentation method requires a large centrifugal force and is quite difficult.
  • the above-described separation method usually requires a long time for separation as well as low separation ability. For example, separation of proteins and nucleic acids by electrophoresis required several hours, separation using the above-mentioned temperature potential gradient required several tens of minutes, and separation of polymers by ultracentrifugation required several tens of minutes. As for other potential gradients, if the difference in properties of the objects to be separated is small, it takes a long time to improve the resolution even a little.
  • the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface is set as follows. Decreasing the value decreases the separation rate due to diffusive mixing, and increasing the distance decreases the potential gradient, lowers the separation driving force and decreases the separation rate, and requires longer time for separation. There was a limit.
  • the problem to be solved by the present invention is that a potential gradient (ie, “field”) that generates a force that interacts with a substance to be separated and selectively moves the substance is used as a driving force for separation.
  • Two or more substances dissolved or dispersed in the body can be easily and continuously separated with high resolution.
  • the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface is sufficiently increased to prevent diffusive mixing, while preventing the potential gradient from decreasing and providing a high separation rate. It is to provide a microfluidic device and a material separation method that enable rapid separation.
  • the inventors of the present invention flow a fluid containing a substance to be separated through a divided flow path provided substantially parallel to a first inner wall surface forming a cavity (separation flow path).
  • a microfluidic device that is taken out through the first outlet or the second outlet is completed.
  • a second outlet provided separately from the first outlet, for removing all or a part of the rest of the fluid from the cavity;
  • a first inner wall formed along the fluid flow direction in the cavity and defining the cavity
  • a second inner wall faced substantially parallel to the first inner wall surface and defining the cavity together with the first inner wall surface;
  • a first divided flow path that communicates with the cavity and that is provided substantially parallel to the first inner wall surface and flows the fluid from the cavity toward the first outlet, and communicates with the cavity. And substantially parallel to the first inner wall surface and the first part A second divided flow path provided in a direction different from the split flow path for flowing the fluid from the cavity toward the second outlet,
  • a potential gradient that drives one or several of the plurality of substances contained in the fluid is added to at least a part of the cavity in a direction that intersects the first inner wall surface and intersects the fluid flow direction. Then, the substance driven by the potential gradient toward the second inner wall surface force toward the first inner wall surface or toward the first inner wall surface force toward the second inner wall surface is combined with the fluid.
  • a microfluidic device is provided that flows through a divided flow path or the second divided flow path and is taken out through the first take-out port or the second take-out port.
  • the present invention is also a material separation method using the microfluidic device described above,
  • At least a part of the separation channel as the cavity is added with the potential gradient in a direction intersecting the first inner wall surface and intersecting the fluid flow direction,
  • a fluid containing a plurality of substances to be separated is circulated in the separation flow path through the introduction port in a laminar flow
  • the fluid containing the separated substance is substantially parallel to the first inner wall surface through the first divided flow path and the second divided flow path, and is different from the flow direction of the fluid. Flowing in the direction,
  • the fluid containing the separated substance is taken out through the first outlet or the second outlet connected to the divided flow path.
  • a potential gradient that is, a “field gradient” of a potential
  • a substance separation method that can easily and continuously separate two or more substances contained in a dissolved or dispersed state with a high degree of separation.
  • the present invention can improve the separation rate by suppressing the diffusion mixing while keeping the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface small and maintaining a large potential gradient.
  • the present invention can also continuously extract separated substances by simply flowing a fluid through a microfluidic device that does not require operation such as valve switching.
  • a microfluidic device that can be separated with a small pressure loss can be provided, high pressure is not required to flow the fluid.
  • the microfluidic device can be integrated with the microreactor, and the product by the microreactor can be separated and continuously transferred to the next step, so that a complicated multistage reaction can be performed. It makes it possible to build a microreactor to do.
  • the present invention is capable of separating a minute amount of fluid, and constructs a micro total analysis system TAS) by continuing with chemical reactions and analysis performed in the microfluidic device. It is also possible to do.
  • FIG. 1 is a plan view (A) of a separation channel portion of a microfluidic device according to a three-dimensional embodiment of type 1 I, and a side sectional view (B) along the line aa.
  • FIG. 2 is a plan view (A) of a separation channel portion of a microfluidic device according to a one-type 1 I three-dimensional embodiment, and a side sectional view ( ⁇ ) along the ⁇ - ⁇ line.
  • FIG. 3 is a plan view ( ⁇ ) of a separation channel portion of a microfluidic device according to a semi-solid embodiment of type 1 I ( ⁇ ), a side cross-sectional view ( ⁇ ) along a ⁇ - ⁇ line, and a side cut along a ⁇ — ⁇ line. It is a surface figure (C).
  • FIG. 6A is a plan view (A), a side sectional view ( ⁇ ) along the ⁇ - ⁇ line, and a side sectional view (C) along the ⁇ - ⁇ line.
  • FIG. 5 is a plan view ( ⁇ ) of a separation channel portion of a microfluidic device according to a one-type 1 I semi-three-dimensional embodiment ( ⁇ ) and a side cross-sectional view ( ⁇ ) taken along line 7?
  • FIG. 6 is a plan view of a layout diagram showing a multi-stage layout of a type 1 I three-dimensional separation channel.
  • FIG. 7 is a schematic side view of a layout showing a multistage layout of a three-dimensional separation channel of type 1-1.
  • FIG. 8 is a plan view of the first outer layer of the layout diagram showing a multi-stage layout of a three-dimensional separation channel of type 1-1.
  • FIG. 9 is a plan view of an inner layer of a layout diagram showing a multi-stage layout of a type 1 I three-dimensional separation channel.
  • FIG. 10 is a plan view of the second outer layer of the layout diagram showing a multi-stage layout of a type 1 I three-dimensional separation channel.
  • FIG. 11 is a partial plan view of a microfluidic device in which the sum of the cross-sectional areas of the separation channels of each stage of the first type is substantially the same.
  • FIG. 12 is a partial side cross-sectional view of a microfluidic device in which the sum of the cross-sectional areas of the separation channels of each stage of the first type is substantially the same.
  • FIG. 13 is an exploded sketch showing an example of a second type of microfluidic device.
  • FIG. 14 is an exploded sketch showing an example of a second type of microfluidic device.
  • FIG. 15 is an exploded view of the second type microfluidic device fabricated in Example 7.
  • ⁇ 16] An exploded view showing an embodiment of the second type microfluidic device.
  • FIG. 17 is an exploded sketch of an example of a third type of microfluidic device.
  • FIG. 18 is an exploded sketch of the third type microfluidic device fabricated in Example 8.
  • FIG. 19 is a schematic plan view showing the arrangement of flow paths of a third type microfluidic device produced in Example 8.
  • the solid line indicates the flow path on the member side, and the broken line indicates the flow path on the member B side.
  • FIG. 20 is a schematic plan view showing the arrangement of flow paths of a third type microfluidic device produced in Example 9. The solid line indicates the flow path on the member A side, and the broken line indicates the flow path on the member B side.
  • FIG. 21 is a schematic plan view showing the flow path arrangement of the third type microfluidic device produced in Example 10.
  • a dark solid line indicates the flow path on the member A side
  • a light solid line indicates the flow path on the member B side.
  • FIG. 22 is a schematic partial plan view showing the separation mechanism in the third type microfluidic device near the separation channel.
  • the X mark indicates that the direction of the potential gradient is directed toward the paper surface force and the back surface direction, and the filled arrows indicate the direction of fluid flow. Further, the darkness of the color of the filled arrow schematically shows the concentration of the substance.
  • FIG. 23 is a partial side cross-sectional view schematically showing a separation mechanism in a third type microfluidic device, in the vicinity of a separation channel.
  • the white arrow indicates the direction of the potential gradient, and the filled arrow indicates the flow direction of the fluid.
  • the darkness of the color of the filled arrow schematically shows the concentration of the substance.
  • the potential gradient used as the driving force for separation used in the present invention interacts with the substance contained in the fluid, that is, the first substance and Z or the second substance, so that the substance has a high potential direction or potential direction. It is a potential gradient that generates a force to move to.
  • the direction of the potential gradient is provided so as to intersect the flow direction of the flow path.
  • the intersecting angle is most preferably 90 °, preferably 45 ° or more.
  • the region where the potential gradient exists is called “potential field” or simply “field”.
  • the first is when the first and second substances placed in the field receive forces in opposite directions and move in opposite directions.
  • one of the substances is a solvent (or dispersion medium)
  • the solvent (or dispersion medium) filling the flow path cannot substantially move even when subjected to force, and the solute (or Only dispersoids move.
  • the second is when the first and second materials placed in the field receive forces in the same direction and move in the same direction but at different speeds (the force received by one is zero).
  • one of the substances is a solvent or a dispersion medium
  • the solvent (or dispersion medium) that fills the flow path substantially moves even if it receives a force.
  • the first substance and the second substance are both solutes (or dispersoids)
  • the first substance and the second substance have different strengths. The two forces receive the same force, but they may move at different speeds due to differences in particle size.
  • the third is a case where a solvent placed in the field receives a force in a low potential direction and a solute that receives a force (including zero) different from the solvent moves in a high potential direction by buoyancy. This separation by buoyancy is possible for both separation of solute and solvent and separation of two solutes. The same applies to the dispersoid.
  • An electrical potential gradient is a gradient of potential (ie, potential) in an electric field.
  • the electric field interacts with the charged substance, and positively charged particles generate a force in the low potential direction and negatively charged particles in the high potential direction.
  • the force that a charged particle receives is proportional to the electric field strength of the electrostatic field and the charge of the particle.
  • the moving speed of the particles in the fluid is proportional to the charge Z mass ratio of the particles.
  • the electromagnetic potential gradient is the gradient of the potential (electromagnetic strength) in the electromagnetic field.
  • the electromagnetic field interacts with the dielectric to generate a force.
  • the force of interaction is proportional to the electromagnetic strength, proportional to the gradient of the electromagnetic strength, and proportional to the dielectric constant of the material. Particles with a higher dielectric constant than the medium are subject to forces in the high potential direction.
  • a magnetic potential gradient is a gradient of potential (ie, magnetic potential) in a magnetic field.
  • a magnetic field interacts with a substance with a permeability that is not 1 to generate a force.
  • the interaction force is proportional to the magnetic flux density, proportional to the gradient of the magnetic flux density, and proportional to the magnetic permeability of the material. Particles having a higher magnetic permeability than the medium are subjected to a force in the direction of higher magnetic flux density.
  • the vibration potential gradient is the gradient of the vibration intensity potential (amplitude) of the vibration field formed by the traveling wave (s) of vibration (sound).
  • the vibration field interacts with a substance having a density different from that of the medium, and moves a substance having a density higher than that of the medium in a low amplitude direction. It becomes effective by setting the frequency to the ultrasonic region.
  • the vibration field can be a traveling wave (single) field having a vibration waveform that is asymmetric with respect to time.
  • a standing wave is formed so that the flow path wall becomes an antinode of vibration and the center of the flow path becomes a vibration node.
  • a vibration potential gradient is formed in the direction of the center from both sides of the flow path, and particles having a density higher than that of the medium gather at the center of the flow path.
  • the acceleration potential gradient is the gradient of the potential of the acceleration field, and the potential is potential energy.
  • the acceleration field interacts with a substance having a density different from that of the medium, and moves a substance having a higher density than the medium toward a low potential energy.
  • the acceleration field can be a gravitational field or a centrifugal field.
  • the acceleration potential gradient is larger than the gravitational field. A potential gradient with a large acceleration field is preferable.
  • a temperature gradient in a heat field can be treated as a temperature potential gradient.
  • the heat field interacts with a substance with a density different from that of the medium, and moves particles with a mass larger than that of the medium in the lower temperature direction.
  • the third case of the mechanism in which the first substance and the Z or second substance are separated by receiving a force can be treated as separation by a buoyancy field. That is, when the first substance and the second substance are a solute and a solvent, the solvent receives a stronger force in the low potential gradient direction than the solute in the above various fields, and the solute moves in a high potential gradient direction by buoyancy. When separated by moving, it can be seen as separation by buoyancy field.
  • the potential gradient is position energy.
  • the potential gradient used as the driving force for separation in the present invention is the entire space between both walls of the flow path so that a substance at an arbitrary position in the flow path receives a force in the direction of separation.
  • the channel wall does not exhibit a selective affinity as disclosed in JP 2006-043696. In other words, there is an interaction only in the immediate vicinity of the channel wall (considered to be less than a few nm), and there is no interaction in most other channels. Does not include stuff.
  • the present invention relates to a microfluidic device for separating at least two kinds of substances contained in a fluid, that is, a first substance and a second substance, and a method thereof.
  • the fluid to be separated of the present invention is any fluid and can be a liquid, a supercritical fluid, a liquid crystal, or a gas. These fluids can be homogeneous mixtures or dispersions. Among them, it is preferable that the fluid is a liquid because the effects of the present invention can be further exhibited and the application range is wide.
  • the first substance and the second substance may be any substances as long as they are different from each other, for example, a solute and a solvent, two solutes dissolved in a common solvent, a dispersoid and a dispersion medium, and a common dispersion medium. There may be two dispersoids, such as a solute and a dispersoid.
  • the first substance and the second substance can be in any single phase state at the temperature and pressure at the time of separation, and can be liquid, supercritical fluid, liquid crystal, gas, or solid, respectively. Good.
  • the first substance and the second substance are separated by receiving a force by interaction with the field used for separation, and an appropriate field can be selected according to the separation object.
  • separation means “concentration” or “dilution” when one of the first substance and the second substance is a solvent or a dispersion medium. That is, when the solute and the solvent are separated, a solution in which one outflow loca solute is concentrated flows out, and a solution in which the solute is diluted flows out from the other outflow port.
  • a separation system such as 01 to 1.1 can exert the effect of the present invention.
  • the present invention also provides a third outlet in addition to the first outlet and the second outlet, so that three different types of substances contained in the fluid, that is, the first substance, the second substance, And the third substance can be separated from each other.
  • the three types of substances can be, for example, two types of solutes and solvents, three types of solutes, two types of dispersoids and dispersion media, and three types of dispersoids.
  • the microfluidic device of the present invention includes a space to which a fluid containing a plurality of substances is supplied, an inlet for supplying the fluid to the space, and the fluid supplied to the space through the inlet.
  • a first inner wall surface that is formed along the fluid flow direction in the space and that defines the space, and faces the first inner wall surface substantially parallel to the first inner wall surface together with the first inner wall surface.
  • a second inner wall surface defining a space and a second inner wall surface communicating with the space and provided substantially parallel to the first inner wall surface, for flowing the fluid from the space toward the first outlet. Communicating with one space and the space And a second divided flow, which is provided in a direction substantially parallel to the first inner wall surface and different from the first divided flow path, for flowing the fluid from the space toward the second outlet.
  • the microfluidic device is characterized in that the microfluidic device flows through the one divided channel or the second divided channel and is taken out through the first outlet or the second outlet.
  • the potential gradient that serves as the driving force for separation is added in a direction that intersects the flow direction of the flow path, and preferably in a direction that intersects at an angle of 45 ° or more. And is added in a direction that preferably intersects at 90 °, thereby adding a potential gradient in the direction from the first inner wall surface to the second inner wall surface of the flow path. If the potential of the first inner wall is ⁇ 1, the potential of the second inner wall is ⁇ 2, and the potential of the middle part between the first inner wall and the second inner wall is ⁇ 3, the potential gradient is other than the standing wave vibration field In the potential gradient in this field, ⁇ 1 and ⁇ 2 are different from each other, and ⁇ 3 is between these.
  • the potential is simply increased or decreased between the first inner wall surface and the second inner wall surface.
  • the first substance and the second substance have the largest concentration difference between the position close to the inner wall surface 1 and the position closer to the second inner wall surface, and the separation efficiency can be increased.
  • the potential gradient is the vibration potential gradient in the standing wave vibration field
  • ⁇ ⁇ and ⁇ 2 are equal
  • ⁇ 3 is smaller than ⁇ ⁇ and ⁇ 2
  • the first inner wall surface And the second inner wall In this case, particles having a density higher than that of the medium are concentrated in the intermediate portion between the first inner wall surface and the second inner wall surface. Therefore, in order to separate the fluid into a concentrated liquid and a dilute liquid, the structure of the outlet is used. There is ingenuity. For example, it is necessary to have a structure in which the flow rate ratio of the fluid divided into the first divided flow path and the second divided flow path described later is other than 1.
  • the microfluidic device of the present invention includes a first divided channel and a second divided channel for dividing a concentrated substance driven in the direction of the first inner wall surface and the second inner wall surface in the separation channel.
  • the first divided flow path is a flow path that communicates with the space and is provided substantially parallel to the first inner wall surface, and allows the fluid to flow from the space toward the first outlet.
  • the second divided flow path communicates with the space, is substantially parallel to the first inner wall surface, and The flow path is provided in a direction different from the first divided flow path and allows the fluid to flow from the space toward the second take-out port.
  • the diverted direction is a direction parallel to the first inner wall surface and a direction different from the flow direction.
  • the diverted direction is a lateral direction with respect to the flow direction of the fluid flowing through the divided flow path.
  • one of the first divided flow path and the second divided flow path may coincide with the flow direction.
  • the microfluidic device of the present invention preferably has a third outlet.
  • the third outlet is provided for the purpose of taking out the fluid having the intermediate composition of the concentrated liquid and the diluted liquid from which the first outlet and the second outlet force are also taken out. It is formed as an outlet other than 2 outlets. That is, generally speaking, the first outlet is in a direction perpendicular to the direction connecting the first inner wall surface and the second inner wall surface and in a direction perpendicular to the flow direction of the space (that is, the lateral direction of the flow). The specific position is described in each discussion of microfluidic devices.
  • the first outlet and the second outlet are connected to the farthest separation channel at the downstream end of the space, and the other separation channel is connected to the third outlet. It is preferable because the fluid in which the first substance and the second substance are most separated can be obtained from the outlet, but when the yield is more important than the degree of separation, there are many first and second outlets. It may be connected to the separation channel of the book, and the separation channel connected to the third outlet may be reduced accordingly.
  • the external shape of the microfluidic device of the present invention is arbitrary, for example, a plate shape (including a curved plate shape), a sheet (including a film, a belt, a ribbon, etc.) shape, a rod shape, a lump shape, or any other complicated shape.
  • a plate-like or sheet-like shape forms a large potential gradient in the separation flow path even when the potential gradient applying mechanism is provided outside the microfluidic device, and the first inner wall surface is formed.
  • the potential difference between the potential ⁇ 1 and the second inner wall potential ⁇ 2 is easy to increase, ease of use, ease of integration with other microfluidic devices, and ease of manufacture It is preferable from the property.
  • the potential gradient is a temperature gradient, an electrostatic potential gradient, an electromagnetic potential gradient, or a magnetic potential gradient, it is formed into a plate shape or a sheet shape, and by adding the potential gradient in a direction perpendicular to the plane, This is preferable because a large potential gradient can be added.
  • the plate shape or sheet shape may be a curved surface shape.
  • the thickness of the microfluidic device is preferably 50 [m] or more, more preferably 100 [ ⁇ m] or more, and most preferably 200 [m] or more, preferably 5 mm or less, more preferably 3 mm or less, Most preferably, it is 2 mm or less.
  • the separation channel can be set to a suitable size as described later, and a large potential gradient can be given to the separation channel.
  • the material constituting the microfluidic device is arbitrary as long as it can have the potential ⁇ 1 and ⁇ 2 on the first inner wall surface and the second wall surface, respectively.
  • materials that can be used vary depending on the type of field used, and also vary depending on the structure of the microfluidic device. Generally, with the exception of the specific examples described later, glass, stainless steel is generally used. Metals such as silicon, semiconductors such as silicon, crystals such as quartz, ceramics, carbon, organic polymers, and organic-inorganic composites can be used.
  • the organic polymer may be strictly classified as an inorganic polymer, such as polydimethylsiloxane or polysilazane, but usually includes those treated as an organic polymer. Each of these materials is long and short, and a suitable material may be selected according to the target separation system. Among them, organic polymers can be preferably used because they have suitable physical properties regardless of the separation driving force, are inexpensive and easy to produce.
  • the manufacturing method of the microfluidic device of the present invention is arbitrary, and a method corresponding to each material can be adopted.
  • the member may be, for example, photo (radiation) lithography (however, a pattern exposure method of a photocurable resin or a photodegradable resin) (Including those that do not have an etching process, such as pattern exposure), optical (energy beam) modeling method, optical (energy beam) abrasion, injection molding, cast curing method, hot embossing method (melt replica method), solvent casting Method (solvent replica method), machine It may be mechanical cutting, sand blasting, vapor deposition, gas phase polymerization, fixing of a layered member having a deficient portion penetrating the front and back of the layer and a member having a smooth surface, which should become a groove.
  • the layered member having the defect part is the defect part.
  • the method of forming is also arbitrary, and the same method as that for the member having the groove or the cutout method can be used.
  • the fixing method of each member is arbitrary, and may be non-fixed fixing with a clamp, a screw, a rivet or the like, but is preferably fixed.
  • the fixing method is arbitrary, and at least one of the members to be fixed to each other is in a semi-cured state in which the adhesive force is adhered to each other, and then cured and fixed in that state.
  • Adhesion using an adhesive adhesive fixing Methods such as adhesion by solvent application to the surface of the member, fusion by heat or ultrasonic waves, and the like can be used, but a method of solidifying in a semi-cured state and use of a solventless adhesive are preferred.
  • the thermal conductivity force of the member constituting the side wall of the separation channel is the thermal conductivity of the fluid flowing through the separation channel. It is preferable that the ratio is smaller than the ratio, and it is more preferable that the ratio is as small as possible.
  • the thermal conductivity of the material constituting the side wall portion, 10wm _1 K _ 1 or less preferably tool 3wm _ 1 K _1 following more favorable Mashigu lwm _1 K _1 less is most preferred.
  • an organic polymer can be preferably used, and in addition, a porous glass, a porous ceramic, a porous carbon, a porous crystal, and the like can be used.
  • the lower limit of thermal conductivity is naturally limited, but it is small V, so there is no inconvenience caused by itself, so there is no need to limit it.
  • the lower limit of the thermal conductivity for example, be a 0. 01wm _1 K _ 1 as porous organic polymer, vacuum insulation layer and be Rukoto also possible.
  • the thermal conductivity of the material is preferably at least 2 times, more preferably at least 5 times, most preferably at least 10 times the thermal conductivity of the member constituting the side wall.
  • the upper limit of thermal conductivity is naturally limited, but it is large, so there is no inconvenience caused by itself, so there is no need to limit it.
  • the upper limit of the thermal conductivity may be 1000 wm — 1 K — 1 such as diamond or heat pipe.
  • materials having such thermal conductivity for example, metals, glass, crystals, ceramics, carbon, organic-inorganic composites, etc. can be preferably used.
  • An inorganic composite is preferable because it is easy to manufacture.
  • As the organic-inorganic composite a composite of an organic polymer and inorganic powder or inorganic short fiber is preferable.
  • Driving force of GO separation is electric potential gradient
  • the separation driving force is an electric potential gradient
  • the material constituting the side wall portion (for example, the inner layer 23) needs to be formed of an electrically insulating material, and is preferably a material having a low relative dielectric constant.
  • an organic polymer is preferable.
  • a conductive material or a material with a high dielectric constant as the material of the 2 2, the second outer layer 24 and the cover layer 25.
  • the electrode When the electrode is brought into contact with both surfaces of the microfluidic device, it needs to be an electrically insulating material to prevent short circuit. Examples of materials that are electrically insulating and have a high relative dielectric constant include glass, crystals, ceramics, and organic-inorganic composites.
  • the driving force for separation is a magnetic potential gradient
  • the member constituting the side wall portion for example, the inner layer 23
  • the lines of magnetic force permeate through the inner layer forming material around the separation channel and hardly penetrate the separation channel. 2
  • a large magnetic potential difference cannot be provided on the inner wall 2.
  • the material constituting the microfluidic device is strong enough to withstand the acceleration.
  • an ultrasonic wave is usually used as the vibration.
  • absorption of vibration is small at the frequency of the sound wave used.
  • the entire microfluidic device may be equally arranged in the field. It is also preferable to form a larger potential gradient on 1 and 2nd inner wall surface 2 than on other parts.
  • the potential gradient is a temperature gradient
  • the separation channel has an inlet, a first outlet, and a second outlet, and the divided channel is a first divided channel.
  • a second divided channel is also provided.
  • the first outlet is provided in a portion closer to the first inner wall surface than the second inner wall surface, to which the first divided flow path is connected.
  • the second outlet is provided in a portion closer to the second inner wall surface than the first inner wall surface, and the second divided flow path is connected to the fluid in which the second substance is concentrated (that is, the first substance is diluted). Flowed fluid) is allowed to flow out.
  • the separation channel is arranged in a plurality of stages from upstream to downstream, and the first outlet or the separation channel in any stage of the plurality of stages or The second outlet is connected to the inlet of the separation channel in the downstream downstream stage. It is characterized by that. In this way, by connecting multiple separation flow paths in series, the separation performance in one stage is low, and even with the use of separation driving force, separation can be performed with practical separation ability. Since the microfluidic device of the present invention has a small separation channel, a substance device having separation channels connected in multiple stages can be easily manufactured.
  • the positional relationship between the separation channel inlet, first outlet, and second outlet and the positional relationship between the first inner wall surface and the second inner wall surface in the separation channel are typically the following two types: is there.
  • the non-minimum direction of the three orthogonal dimensions of the separation channel is the flow direction (ie, the direction in which the fluid flows), and the inlet is one end of the separation channel in the flow direction.
  • the first inner wall surface and the second inner wall surface are provided on the side surface of the separation channel, and the first outlet and the second outlet are provided on the other end in the flow direction of the separation channel. It is! /
  • the fluid entering the separation channel flows in one direction as a mass flow in the separation channel, while the first substance and the second substance are the first inner wall surface and the second inner wall surface perpendicular to the flow direction.
  • the fluids that are separated in the direction and concentrated in the first and second substances flow out separately.
  • (Type 1 II) is the smallest of the three orthogonal dimensions of the separation channel!
  • the direction is the flow direction, and the inlet is provided in the middle of the separation channel in the flow direction.
  • the first inner wall surface and the second inner wall surface are respectively provided at the end faces of both ends in the flow direction of the separation channel, and the first outlet and the second outlet are respectively provided at both ends of the separation channel in the flow direction. It is a method that is provided. In this method, the fluid entering the separation channel is divided into two, each flowing as a mass flow in the opposite direction, while the first substance and the second substance are in the opposite directions at a speed faster than the flow rate of the mass flow. The fluids that are separated and concentrated in the first and second substances flow out separately.
  • the above type 1-1 and type 1-2 are typical forms, and there may be intermediate forms continuously.
  • the microfluidic device of the present invention can preferably adopt a three-dimensional or semi-stereoscopic aspect as a typical structure.
  • Three-dimensional type, outflow loca Outflow fluid is separated into multiple stages
  • the semi-three-dimensional type is a structure where the fluid that flows out is a force in the plane where the separation channels are arranged in multiple stages. Two layers parallel to the plane Each is a structure that flows out.
  • each of the separation channel of type 1-1 and the separation channel of type 1-II will be described in detail according to each of the three-dimensional and semi-three-dimensional modes.
  • the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size. Structures having the same objective function are indicated by the same numbers.
  • Figure 1 is a diagram for explaining the three-dimensional aspects of Type 1 I, plan view of the separation flow path in FIG. 1 (A), shows a side cross-sectional view in alpha alpha line in FIG. 1 (B).
  • the first outer layer 22 and the second outer layer 24 are laminated on both surfaces of the inner layer 23, respectively, the base material 21 is laminated on the outer side of the first outer layer 22, and the second outer layer 24 A cover layer 25 is laminated on the outer side, and a separation channel 3 is formed in the inner layer 23.
  • the left-right direction in FIG. 1 is the flow direction, and the side surface on the first outer layer 22 side (FIG. 1 ( B) is the first inner wall surface 1 and the opposite surface The side surface on the second outer layer 24 side (lower side in FIG.
  • a first outlet 6 is formed on the side surface on the first outer layer 22 side of the other end (right end in the figure) of the separation channel 3, and a second outlet port 7 is formed on the side surface on the second outer layer 24 side.
  • the fluid that has entered the separation channel 3 from the inlet 5 flows through the separation channel 3 in a mass flow in the left direction and right direction in FIG.
  • the first substance-enriched fluid moves toward the inner wall surface 1 and is concentrated, and flows out from the first outlet 6 to the first divided flow path 12 on the first outer layer 22 side.
  • the second substance moves toward the second inner wall surface 2 and is concentrated, and the second substance concentrated fluid flows out from the second outlet 7 to the flow path 14 on the second outer layer 24 side.
  • the microfluidic device is configured by adhering a base material 21, a first outer layer 22, an inner layer 23, a second outer layer 24, and a cover layer 25 in a close-stacked state.
  • each layer is integrally formed without forming each layer separately by a method such as a micro photo molding method, and each layer may not be recognized as a layer.
  • a method such as injection molding, cutting, or etching,
  • a plurality of the above layers, for example, the base material 21 and the first outer layer 22, and the second outer layer 24 and the cover layer 25 are each formed as an integrally molded member, and in the member, each layer Does not have to be recognized as a layer.
  • the separation channel 3 has a plate-like or sheet-like outer shape of the microfluidic device, and is in a direction parallel to the plane of the microfluidic device, that is, in FIG.
  • a capillary separation channel 3 having a substantially rectangular cross section is formed in the left-right direction.
  • the separation channel 3 generally has an arbitrary cross-sectional shape.
  • It may be a rectangle such as a square or rectangle, a trapezoid, a rhombus, a polygon, a circle, or a semicircle. Of these, rectangular, trapezoidal, or semicircular shape is preferred for ease of production.
  • the separation channel upstream end surface 8 and the separation channel downstream end surface 9 need not be perpendicular to the side surface of the separation channel 3, and are, for example, tapered in a plan view as shown in FIG. good.
  • the dimensions of the separation channel are, for example, 2 mm in the flow direction and height.
  • the force is ⁇ 00 [/ ⁇ ⁇ ]
  • the width is 300 [/ zm]
  • the flow direction is the longest, but the width may be larger than the length, for example, 5 mm.
  • the three-dimensional type of this type 1-1 has the distance between the inner wall surface on which the first inner wall surface and the second inner wall surface are provided, that is, the dimension in the thickness direction. , The minimum dimension of the separation channel 3.
  • the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 of the separation channel 3 is preferably 10 [m] or more, more preferably 30 [ ⁇ m] or more, most preferably Preferably, it is 100 [m] or more, preferably 1000 [m] or less, more preferably 500 [m] or less, and most preferably 300 [m] or less.
  • the lower limit or more it is possible to suppress the homogenization due to diffusion mixing and increase the separation efficiency per separation channel.
  • the amount less than or equal to this upper limit the separation rate of the first substance and the second substance in the separation channel 3 can be sufficiently increased, and the processing speed can be improved.
  • the width of the separation channel 3, that is, the dimension perpendicular to the flow direction and perpendicular to the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 is arbitrary, and depends on the amount of fluid to be processed. You can choose. For example, it is preferably 1 [m] or more, more preferably 10 [m] or more, most preferably 100 m] or more, preferably 5 cm or less, more preferably 1 cm or less, and most preferably 3 mm or less. By setting it above this lower limit, the amount of treatment can be increased and the production becomes easy. In addition, by making the amount lower than this upper limit, it is possible to suppress a decrease in separation efficiency due to drift.
  • the length of the separation channel 3 is arbitrary as long as it is larger than the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2, but the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 is not limited. More than 1 time, preferably 1.5 times or more, more preferably 2 times or more, preferably 1000 times or less, more preferably 300 times or less, more preferably 100 times or less. By setting it within this range, the separation efficiency for each separation channel increases, and the separation channel can be made smaller, so that the number of stages can be increased.
  • the inlet 5 is provided at one end face 8 of the separation channel 3 and is the upstream end.
  • the inlet 5 The position of the end of the separation channel 3 is arbitrary, and the first inner wall surface 1 side inner wall surface, the second inner wall surface 2 side inner wall surface, the side surface between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 May be provided.
  • the flow paths from the outlets of the two previous separation flow paths may be connected to the flow inlets of one separation flow path.
  • the position of the inlet 5 at the upstream end of the separation channel is arbitrary.
  • the position of the separately provided inlet 5 is, for example, the first inner wall surface 1 side and the second inner wall surface 2 side surface, the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface at the upstream end of the separation channel. Two opposite sides between the two, different locations on the end face of the upstream end of the separation channel. In this way, even if it flows into a different position at the upstream end of the separation flow path, by setting the cross-sectional dimension of the separation flow path within the above range, different inflow loci can be mixed by diffusion in the separation flow path.
  • the separation function of the present invention can be achieved.
  • the first outlet 6 is provided on the side of the first inner wall 1 at the downstream end of the separation channel 3, and the second outlet 7 Provided on the side wall 2 side. Both outlets are provided on the opposite surface of the inner wall of the separation channel 3 and the fluid flows out from the first outlet 6 and the second outlet 7 in opposite directions, so that there is less remixing near the outlet. This is preferable because it increases the ability to separate.
  • the shape of the first outlet 6 and the second outlet 7 is arbitrary, but to distinguish it from the semi-solid embodiment,
  • the area of the first outlet 6 and the second outlet 7 is the cross-sectional area of the separation channel 3 (that is, the cross-sectional area in the direction perpendicular to the streamline. It is perpendicular to the paper surface of Fig. 1 (A) and (B). It is more preferable that the cross-sectional area of the separation flow path 3 is 1Z2 or less.
  • the lower limit of the cross-sectional area is arbitrary, but a cross-sectional area of the separation channel 3 of 1Z10 or more is preferable in order not to increase the pressure loss. As will be described later, if the cross-sectional area of the flow path is made smaller than the cross-sectional area of the separation flow path, the cross-sectional area of the outlet will also be reduced at the same time.
  • a flow path 11 is connected to the inlet 5, a first divided flow path 12 is connected to the first outlet 6, and a second divided flow path 13 is connected to the second outlet 7.
  • the inflow port 5, the first outflow port 6, and the second outflow port 7 may be connected to other flow paths.
  • the shape and dimension of each divided flow path are arbitrary. However, when a temperature difference, electric potential gradient, electromagnetic potential gradient, magnetic potential gradient, acceleration potential gradient, or traveling wave vibration potential gradient is formed not only in the separation channel 3 but also in the divided channel part. In this flow path, the first substance and the second substance are separated in the opposite direction to the separation flow path 3, and the separation performance of the microfluidic device may decrease.
  • the cross-sectional area of the flow path is reduced to increase the flow velocity, and the flow velocity that flows by mass flow is set higher than the speed at which the first substance and the second substance separate from each other. It can be transferred without changing the composition of the second substance.
  • the cross-sectional area of the flow path is preferably less than or equal to the cross-sectional area of the separation flow path 3, and more preferably 1Z2 or less of the cross-sectional area of the separation flow path 3.
  • the lower limit of the cross-sectional area is arbitrary, but it is preferably 1Z10 or more of the cross-sectional area of the separation channel 3 so as not to increase the pressure loss.
  • the optimum value that does not cause a decrease in resolution while keeping the pressure loss as low as possible depends on the difference in potential gradient between the flow path and the separation flow path, and the structure such as the flow path direction and length. Accurate estimation is difficult. However, the value can be determined by a simple experiment as a value that does not lower the resolution.
  • the flow path should be formed in any part of the members that make up the separation device.
  • This type 1 I three-dimensional microfluidic device can be preferably used even when the driving force for separation is a deviation in potential gradient that can be used in the present invention.
  • This type 1-I three-dimensional microfluidic device is superior to the semi-three-dimensional type in that remixing at the outlet is less, and it is easy to increase the separation efficiency.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a type 1 II solid form
  • FIG. 2 (A) is a plan view
  • FIG. 2 (B) is a side sectional view taken along line ⁇ j8.
  • a first intermediate layer 26 and a second intermediate layer 27 are laminated on both surfaces of the inner layer 23, respectively, and a first outer layer 22 is laminated outside the first intermediate layer 26, and the first outer layer 22
  • a base material 21 is laminated on the outer side
  • a second outer layer 24 is laminated on the outer side of the second intermediate layer 27, and a cover layer 25 is laminated on the outer side of the second outer layer 24.
  • the separation channel 3 is formed as a vertical hole penetrating the first intermediate layer 26, the inner layer 23 and the second intermediate layer 27.
  • the inflow port 5 is the flow direction of the separation channel 3 in the form of a vertical hole (Fig. 2 (B) It is provided on the side surface of the intermediate part in the inner vertical direction) and is the upstream end.
  • the inlet 5 is connected to a flow path 11 provided in the inner layer 23.
  • Both ends of the vertical hole-shaped separation flow path 3 in the flow direction are the downstream ends, and the surface of the first outer layer 22 and the second outer layer which are the end surfaces of the downstream end
  • the surfaces of 24 are a first inner wall surface 1 and a second inner wall surface 2, respectively.
  • the first outlet 6 is provided on the end face of the separation channel 3 on the substrate 21 side, connected to the first divided channel 12 provided in the first outer layer 22, and the second outlet 7 is connected to the separation channel 3 Provided on the end face of the cover layer 25 side, and connected to the second divided flow path 13 provided in the second outer layer 24.
  • the fluid entering the separation channel 3 from the inlet 5 is divided into two, and flows as mass flows in the first outlet 7 direction and the second outlet 7 direction, respectively.
  • the first substance moves toward the first inner wall surface 1, is concentrated on the ⁇ 1 side, and flows out from the first outlet 6.
  • the second substance moves to the second inner wall surface side, is concentrated, and flows out from the second outlet 7.
  • the type, material shape, manufacturing method, etc. of the material constituting the microfluidic device are the same as those of Type 1-1 for this Type 1 II 3D.
  • the separation channel 3 is provided in the thickness direction of the microfluidic device, that is, in the vertical direction in the drawing of FIG.
  • the cross section of the separation channel 3, that is, the shape of the cross section in the direction parallel to the base material 21 is arbitrary and is a circle in FIG. 2 (A), but in addition, for example, a rectangle such as a square or a rectangle, a trapezoid , Rhombus, triangle, pentagon, hexagon, ellipse, semi-circle, etc.
  • the corner may have a round chamfered shape.
  • the cross-sectional area of the separation channel 3 is preferably 100 [m 2 ] or more, more preferably 1000 [m 2 ] or more, and most preferably lOOOO ⁇ m 2 ] or more, preferably 10 [mm 2 ]. Hereinafter, it is more preferably 3 [mm 2 ] or less, and most preferably 1 [mm 2 ] or less.
  • the flow rate of the mass flow of the fluid flowing in the separation flow path 3 can be made sufficiently smaller than the diffusion rate moving in the direction in which the first substance and the second substance separate, and the separation Efficiency is improved.
  • the separation channel can be made compact, and a large number of separation channels can be formed in the microfluidic device of the same area, The resolution can be improved by increasing the number of stages.
  • the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 of the separation channel 3 is the transverse cross section of the separation channel 3 in order to distinguish it from the type 1-1. It should be larger than the minimum distance between the opposing inner wall surfaces in Fig. 2 (A).
  • the minimum distance between the opposing inner wall surfaces is the distance between parallel lines when the distance between the parallel lines is the smallest when the cross section is sandwiched between parallel lines.
  • the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 of the separation channel 3 is preferably 10 [m] or more, more preferably 30 [ m] or more, most preferably 100 [/ ⁇ ⁇ ] or more, preferably 1000 [m] or less, more preferably 500 [m] or less, and most preferably 300 [m] or less.
  • the lower limit or more it is possible to suppress the mixing effect by diffusion and increase the separation efficiency.
  • the amount to be less than or equal to this upper limit the speed at which the first substance and the second substance are separated in the separation channel 3 can be sufficiently increased, and the processing speed can be improved.
  • the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 is preferably 1 to 50 [mm], more preferably 3 to 30 [mm].
  • the separation channel 3 has a cylindrical shape with a constant cross-sectional area, but the cross-sectional area does not have to be constant.
  • the cross-sectional area decreases as it approaches the outlet. It may be a taper shape or a slope shape.
  • Such a structure can be implemented, for example, by forming the first intermediate layer 26 in a taper shape or a slope shape in which the cross-sectional area decreases as it approaches the first outer layer 22.
  • the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 are both planes orthogonal to the side surface of the separation channel 3, but the first inner wall surface
  • the shapes of 1 and the second inner wall surface 2 are arbitrary, and may be, for example, a tapered shape or a sloped shape in which the cross-sectional area decreases as it approaches the outlet.
  • another layer is formed between the first intermediate layer 26 and the first outer layer 22, and the cross-sectional area increases as the separation channel 3 part in the layer approaches the first outer layer 22. It can be implemented by forming a taper or slope that becomes smaller.
  • the inlet 5 is provided in the middle part of the separation channel 3. Therefore, it is provided on the side surface of the separation channel 3.
  • type 1 This is the same as the case of the three-dimensional type I.
  • FIG. 2 (B) which is the downstream end of the separation channel 3 on the substrate 21 side, has an end surface as a first inner wall surface 1 and a first outlet 6 is provided on the end surface.
  • the areas of the first outlet 6 and the second outlet 7 are made smaller than the cross-sectional area of the separation channel 3.
  • the shape is arbitrary.
  • the end face of the downstream end of the separation channel 3 and the outlet that is the boundary between the channels become clear, and the distinction from the type 1 II semi-three-dimensional mode becomes clear.
  • the position of the first outlet 6 and the second outlet 7 on the end face of the downstream end of the separation channel 3 is arbitrary. In the embodiment of FIG. However, they may be on the inlet 5 side, on the side far from the inlet 5, or at the center of the end face. In this respect, it differs from the type 1-1 type.
  • a flow path 11 is connected to the inlet 5, a first divided flow path 12 is connected to the first outlet 6, and a second divided flow path 13 is connected to the second outlet 7.
  • other channels may be connected to the inlet 5, the first outlet 6, and the second outlet 7.
  • the shape and dimensions of these channels are the same as in the case of the type 1 I solid type.
  • This type 1 II three-dimensional microfluidic device can be preferably used regardless of the potential gradient that can be used in the present invention.
  • Fig. 3 is an explanatory diagram of the type 1 I semi-solid type
  • Fig. 3 (A) is a plan view
  • Fig. 3 (B) is a side cross-sectional view along the ⁇ - ⁇ line
  • C) is ⁇ - ⁇ It is side surface sectional drawing in a line.
  • the inner layer 23 is composed of two layers, a first inner layer 23 ′ and a second inner layer 23 ′′, and the first outer layer 22 and the second outer layer 24 are omitted.
  • First inner layer 23 'and second inner layer 23 "formed in the separation channel 3 are combined to form a separation channel 3 having a substantially rectangular cross section, and the first inner wall surface 1 is formed on the surface of the separation channel 3 on the substrate 21 side.
  • the second inner wall surface 2 is formed on the surface on the cover layer 25 side.
  • the separation channel 3 is in a direction parallel to the plane of the microfluidic device, that is, FIG. 3 (B). Is provided long in the left-right direction in the drawing.
  • the shape and size of the separation channel, the positions where the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 are provided, and the like are the same as those of the three-dimensional type 1-I.
  • the type is the same as that described above except that it may be formed on the end surface or side surface of the first inner layer 23 ′ and the end surface or side surface of the second inner layer 23 ′′.
  • the thickness of the first inner layer 23 ′ of the downstream end face 9 of the separation channel 3 is the same as the first outlet 6. It has been. Further, the thickness of the second inner layer 23 ′′ is defined as the second outlet 7. That is, the first inner layer 23 ′ and the second outlet 7 and the outlets 6 and 7 at the downstream end thereof are connected to the second outlet 7. 2
  • the missing part of the inner layer 23 "is completely overlapped and has a rectangular cross section [Fig. 3 (B)]. However, as it progresses downstream from the outlets 6 and 7, it gradually shifts laterally in the plane [ FIG. 3 (C)], finally, the first divided flow paths 12 and 13 are independent from each other.
  • the cross-sectional areas of the first outlet 6 and the second outlet 7 are the same as in the case of the three-dimensional type 1 I, but in this embodiment, in addition, the cross-sections of the outlets 6 and 7
  • the shape is preferably a ratio of height Z width (where “height” is the dimension in the thickness direction of the plate-like microfluidic device, and “width” is the dimension in the planar direction of the microfluidic device). 0.5 or more, more preferably 0.7 or more, and most preferably 1 or more.
  • the upper limit of the ratio of height and Z width is preferably as high as possible, but there is no need to set any particular restrictions.
  • the width of the separation channel is It is preferable that the outlet is gradually narrowed as it approaches the outlet and the outlet is provided in the narrowed portion. By doing so, the first substance concentrated near the flow path surface on the first inner wall surface 1 side and the second substance concentrated near the flow path surface on the second inner wall surface 2 side are remixed at the bifurcation. It is possible to prevent the separation ability from being lowered and improve the separation ability.
  • the first outlet 6 and the second outlet 7 may be provided on the side surface of the downstream end of the separation channel 3.
  • Fig. 4 is a semi-solid embodiment of type 1-1, and is an explanatory view when the first outlet 6 and the second outlet 7 are provided on the side surface at the downstream end of the separation channel 3.
  • 4 (A) is a plan view
  • FIG. 4 (B) is a side cross-sectional view along the ⁇ - ⁇ line
  • C) is a side cross-sectional view along the ⁇ - ⁇ line.
  • the first divided channel 12 and the second divided channel 13 are attached at right angles to the side surface of the separation channel at the downstream end of the separation channel 3.
  • it is preferable to gradually reduce the width of the separation channel as it approaches the outlet which is the same as in the case of FIG. 3.
  • the ratio of the height and width of the cross section of the force outlets 6 and 7 is arbitrary. is there.
  • the flow path 11, the first divided flow path 12, and the second divided flow path 13 are formed in the first inner layer 23 ′ or the second inner layer 23 ′′.
  • the flow path may be connected to a flow path formed in another portion, and the flow path provided in other portions may be, for example, a defective portion of the first inner layer 23 'and the second inner layer 23 "
  • the flow path provided in the outer layer is the same as that of the solid type of type 1-1, and the layer formed in each member. It may be a hole perpendicular to.
  • the dimensions and shape of the flow path are the same as in the case of Type 1-I solid type.
  • This type 1 I semi-three-dimensional microfluidic device can be preferably used in any case where the driving force for separation is any potential gradient that can be used in the present invention.
  • a contact-type potential gradient and an electromagnetic potential gradient which are the types in which the separation driving force is applied by an electrode provided on the inner wall of the flow path, are preferable.
  • This semi-three-dimensional microfluidic device can easily form a microfluidic device having electrodes by forming electrodes on the inner surfaces of the base material 21 and the cover layer 25 and then bonding them together. Further, in this semi-three-dimensional type, it is also possible to place the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 within the potential gradient. It functions similarly to the separation channel, and is preferable because the separation performance of the microfluidic device is improved.
  • the semi-three-dimensional type of this type 1-1 when the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface of the separation channel 3 is the same, the outer surface on the first inner wall surface side and the outer surface on the second inner wall surface side Since the surface distance can be made smaller than in other embodiments, the temperature difference or potential difference between the first inner wall surface and the second inner wall surface when a temperature control plate, electrode plate, or magnet is placed outside the microfluidic device. It is preferable because the magnetic flux density can be increased.
  • the semi-stereoscopic aspect of this Type 1 I can be formed with four layers of the base material 21, the first inner layer 23 ', the second inner layer 23 ", and the cover layer 25, so that it is easy to manufacture.
  • the base material side member having a groove that serves as a separation channel, the base material 21 and the first internal layer 23 ', and the second internal layer 23 "and the cover layer are integrated. It can also be produced by a method in which two members, ie, a cover side member having a groove that becomes a separation channel, which is integrated with 25, are fixed.
  • FIG. 5 is an explanatory view of a semi-three-dimensional embodiment of type 1-II
  • FIG. 5 (A) is a plan view
  • FIG. 5 (B) is a side sectional view taken along line 7-7.
  • the microfluidic device of this embodiment is characterized in that the first outlet 6 and the second outlet 7 are provided on the side surfaces of both ends of the separation channel 3 connecting the end surfaces of both ends of the separation channel 3. 1 Different from II type. That is, the first outer layer 22 and the second outer layer 24 are laminated on both surfaces of the inner layer 23, the base material 21 is laminated on the outer side of the first outer layer 22, and the outer side of the second outer layer 24 is A cover layer 25 is laminated.
  • the separation channel 3 is formed as a vertical hole that penetrates the first outer layer 22, the inner layer 23, and the second outer layer 24, and the end surface of the separation channel 3 on the substrate 21 side is the first inner wall surface 1, the cover layer.
  • the end surface on the side is the second inner wall surface 2.
  • the inlet 5 is provided in the inner layer 23 on the side surface in the middle of the separation channel 3 in the flow direction, and the first outlet 6 and the second outlet 7 are respectively provided on the side surfaces on both ends of the separation channel 3.
  • the first outer layer 22 and the second outer layer 24 are provided.
  • the position where the first outlet 6 and the second outlet 7 are provided is an arbitrary portion around the downstream end of the separation channel 3, and is a plane in FIG. 5 (A). In the figure, it may be on the inlet 5 side, on the side far from the inlet 5 or on the side 90 degrees. In this respect, it differs from the type 1-I semi-solid form.
  • the first divided flow path 12 is connected from the first outer layer 22 to the inner layer before being connected to the next-stage separation flow path. A vertical hole up to 23 is required.
  • the second divided flow path 13 needs a vertical hole portion from the second outer layer 24 to the inner layer 23 before being connected to the next-stage separation flow path. It is preferable to reduce the cross-sectional area of the vertical hole portion to increase the flow velocity because the separation rate is stable.
  • This type 1 II semi-three-dimensional type has the same features as the semi-three-dimensional type as described above in the section of type 1 I semi-three-dimensional type. Others are the same as the above-mentioned type 1-II solid type.
  • the first substance is concentrated twice and the concentration rate is improved. This is because the concentration difference between the first inner wall surface 1 side and the second inner wall surface 2 side does not become more than a certain level in one separation flow path due to the homogenization effect due to diffusion.
  • the concentration difference can be integrated, so that it can be highly concentrated.
  • the various potential differences provided between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 of one separation channel are limited, but when multiple separation channels are connected in series, the first inner wall surface 1
  • the same effect as accumulating the potential difference provided between the second inner wall surfaces 2 can be obtained.
  • a large potential difference and a large potential gradient can be formed. It can be accumulated.
  • the inlet 5 of the separation channel 3 in the subsequent stage may be connected to the first outlet 6 in the preceding stage.
  • the inlet 5 of the rear separation channel 3 may be connected to the second outlet 7 of the previous stage.
  • the first outlet 6 and the second outlet 7 may be connected to the inlet 5 of the separate separation channel 3 in the subsequent stage.
  • the preferred embodiments of the separation channels of the microfluidic device of the present invention are as follows: Type 1 I three-dimensional, Type 1 II three-dimensional, Type 1 I semi-three-dimensional, and Type 1 Four representative embodiments of the semi-stereoscopic type II can be illustrated.
  • the separation channels of these embodiments may be arbitrarily combined, but it is preferable that the same separation channel is used because the production is easy. .
  • FIGS. 6 and 7 are a plan view and a side sectional view taken along the line ⁇ ⁇ of the type 1 I multi-stage arrangement.
  • FIGS. 6 to 10 show a multi-stage connection method, and the detailed shape of each separation channel is omitted. The details of each separation channel are the same as those shown in FIG.
  • the first divided channel 12 formed in the first outer layer 22 is connected to the inlet 5 of the downstream separation channel 3 on the side where the first inner wall surface 1 is provided, that is, the base.
  • the second divided flow path 13 formed in the second outer layer 24 is connected to the inlet 5 of the downstream downstream separation flow path 3, and the side where the second inner wall surface 2 is provided, that is, the cover Layer 25 side force is connected.
  • a flow path 11 that communicates with the inlet 15 is connected to the inlet 5 of the separation flow path 3 in the first stage.
  • FIG. 8 is a plan view of the first outer layer 22.
  • first divided flow paths 12 are formed from the first outlet 6 of the separation flow path 3 of each stage to the inlet 5 of the separation flow path 3 of the downstream next stage. .
  • FIG. 9 is a plan view of the inner layer 23.
  • the separation flow paths 3 are arranged in a plurality of stages along the flow direction, and a plurality of separation flow paths 3 are arranged in parallel in each stage.
  • FIG. 10 is a plan view of the second outer layer 24.
  • the second outer layer 24 includes second divided flow paths from the second outlet 7 of the separation flow path 3 of each stage to the inlet 5 of the separation flow path 3 of the downstream next stage.
  • the range between the first stage force and the Kth stage in FIGS. 6 to 10 shows the basic configuration of the multistage arrangement. It is. In the embodiment shown in FIG. 6 and FIG. 7, among the methods of connecting the separation flow paths in multiple stages, they are connected by the following preferable connection method. That is, the separation channel 3 is arranged in a plurality of stages from upstream to downstream, the separation channel 3a in the first stage, the separation channels 3b and 3c in the second stage, and the separation channels 3d, 3e and 3f in the third stage.
  • the first outlet 6a of the separation channel 3a in the first stage is connected to the inlet 5b of the separation channel 3b in the second stage by the first divided channel 12a, and the separation channel 3a
  • the second outlet 7a is connected to the inlet 5c of the separation channel 3c in the second stage by the second divided channel 13a.
  • the first outlet 6b of the separation channel 3b in the second stage is connected to the inlet 5d of the separation channel 3d in the third stage by the first divided channel 12b, and the separation channel
  • the second outlet 7b of 3b is connected to the inlet 5e of the separation channel 3e in the third stage by the second divided channel 13b.
  • the first outlet 6c of the separation channel 3c in the second stage is connected to the inlet 5e of the separation channel 3e by the first divided channel 12c, and the second outlet 7c of the separation channel 3c.
  • the force is connected to the inlet 5f of the separation channel 3f in the third stage through the second divided channel 13c.
  • the second outlet 7b of the separation channel 3b in the second stage and the first outlet 6c of the separation channel 3c are connected to the inlets of different separation channels in the third stage. However, it is connected to the inlet 5e of the same separation channel 3e.
  • concentrations of the first and second substances in the initial sample are 50% each.
  • the first substance is diluted on the second inner wall surface 2 and the concentration of the first substance in the sample flowing out from the second outlet 7a of the separation channel 3a drops to 49%, for example.
  • the concentration of the first substance introduced at 51% rises to, for example, 52% for the sample flowing out from the first outlet 6b of the separation channel 3b, and the second outlet 7b of the separation channel 3b.
  • the concentration of the first substance falls to 50%.
  • the sample flowing out from the first outlet 6c of the separation channel 3c into which the sample having the first substance concentration of 49% is introduced has, for example, a first substance concentration of 50%.
  • the concentration of the first substance drops to 48%.
  • the sample flowing out from the second outlet 7b of the second-stage separation channel 3b is concentrated in the second stage after the concentration of the first substance is concentrated in the first stage.
  • the concentration is diluted.
  • the sample flowing out from the first outlet 6c of the separation channel 3c is a sample in which the concentration of the first substance is concentrated in the second stage after the concentration of the first substance is diluted in the first stage. .
  • the two concentrations are approximately equal. Therefore, there is no benefit of separating the two samples having the same first substance concentration in different separation channels. Therefore, the two samples may be introduced into the same separation channel 3e instead of flowing into different separation channels.
  • the fourth and subsequent stages are similarly connected. That is, the above-mentioned “first stage”, “second stage”, and “third stage” are defined as “any specific stage”, which is a continuous three stage among the separation channels arranged in a plurality of stages from upstream to downstream. ”,“ Downstream next stage ”of the specific stage, and“ downstream next stage ”of the specific stage.
  • the multistage arrangement of the separation flow paths in this embodiment is an arrangement in which the separation flow path 3 is increased by one for each stage.
  • one separation channel 3 is connected to each of the next two separation channels, that is, the number of channels is doubled for each stage. Compared to the structure, the number of channels can be reduced and the space factor is improved.
  • the separation channels arranged in parallel in each stage are represented as “columns”, the column in which the first substance is most concentrated is referred to as the first column, and the separation channel 3a of the first stage and the first column is defined.
  • Is referred to as “separation channel [1, 1]” and in general, the separation channel 3 in the n-th i-th column (n, i is a positive integer, the same applies hereinafter) is referred to as “separation channel [n, i]
  • separation channel [n, i] we will call them j, inlet 5, first outlet 6, and second outlet 7.
  • the n-th stage ⁇ is denoted by [n, i].
  • the first outlet 6a ie, the first outlet [1, 1] of the separation channel 3a of the first stage and the first row shown in FIG. 6 (ie, the separation channel [1, 1]) Is guided to the separation channel 3b (that is, the separation channel [2, 1]) in the second stage and the first row.
  • the first-stage first-row separation channel [1, 1 second outlet 7a ie, the second outlet [1, 1]
  • the second-stage second-row separation channel 3c ie, , The separation channel [2, 2]
  • the separation channel [2, 2] is connected to the inlet 5 (that is, the inlet 5 [2, 2]).
  • the first outlet [2, 1] is connected to the inlet [3, 1] and the second outlet [2, 1] is connected to the separation channel [2, 1]. Connected to inlet 5 [3, 2].
  • the first outlet [2, 2] is at the inlet [3, 2] and the second outlet [2, 2] is at the inlet [3, 3]. Connected.
  • the first outlet [n, i] of the nth stage and the second stage is connected to the inlet [n + 1, i] of the separation channel [n + 1, i] of the (n + 1) stage.
  • the second outlet [n, i] of the separation channel in the n-th row and i-th row is the flow of the separation channel [n + 1, i + 1] in the (n + 1) -th row (i + 1) row. Connected to the entrance [n + 1, i + 1].
  • the number of stages of the separation channel 3 is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and most preferably 5 or more.
  • the number of stages can be reduced.
  • the upper limit of the number of stages is not particularly limited, but from the viewpoint of ease of production, 1000 or less is preferable, and 100 or less is more preferable.
  • a multistage arrangement type separation device does not require a pump for each stage. Therefore, the structure is extremely simple and can be easily incorporated into a microfluidic device. it can. When the microfluidic devices have the same volume, the separation performance as a whole is improved by forming smaller separation channels in multiple stages.
  • Microfluidic device force [0105] If the microfluidic device force is configured only with the basic configuration of the multi-stage arrangement, in the above multi-stage arrangement mode, from the first outlet [K, 1] in the final stage (Kth stage) leak Connect the solution most concentrated in the first substance to the first outlet 16 and connect the solution most concentrated in the second substance flowing out from the second outlet [ ⁇ , K] to the second outlet 17. . However, even if the concentration rate decreases somewhat, when obtaining the yield, for example, the first outlet [K, 2] and the first outlet [K, 3] in the final stage (Kth stage) 1 It may be connected to the outlet 16. The same applies to the second outlet 17.
  • the above-mentioned configuration is preferable in the case of separation of three components in which the first substance and the second substance in the common solvent are separated.
  • the third outlet 18 is not provided, and the third outlet 18 is not provided.
  • the flow path connected to may be joined to the second outlet 17.
  • the flow path connected to the third outlet 18 may be joined to the first outlet 16 without providing the third outlet 18.
  • the number of separation channels in each stage is half that of the first substance concentration side, and according to the general expression, the second outlet “n, n / 2j ( However, if nZ2 is not an integer, the closest integer is connected to the downstream downstream inlet [n + 1, (n + 1) Z2].
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 may be replaced in the above manner.
  • Microfluidic device force [0107] When the collection area described below is formed after the basic components of this multistage arrangement, the outlets are connected as follows.
  • the amount of the fluid with the maximum concentration of the first substance that is, the first flow of the Kth stage up to that point.
  • the amount of solution taken from the outlet where the fluid that has passed through the outlet the most times flows out, and in the generalized display, the first outlet [K, 1] where the first substance is concentrated to the maximum is:
  • the yield decreases as the number of plates increases.
  • the yield of the second outlet [K 1, K] where the second substance is concentrated to the maximum, and the amount of the solution whose force is collected decreases as the number of stages increases.
  • the following two methods are preferably used. The following two methods may be used in combination.
  • the outlet having the highest number of passages of the second outlet of the separation channel in each stage is the second item.
  • the number of separation channels in the nth stage after the Kth stage is alternately set to K and K-1.
  • the fluid outlet having the largest number of passes through the first outlet 6 is the first outlet.
  • the general expression of the downstream range from the K-th boundary stage is as follows. That is, in the n-th stage, i separation flow paths are arranged, and at least one of n or i is 2 or more, and in the n-th stage, the number of passages through the first outlet of the separation flow path is the largest. Outlet force Connected to the first outlet 16 to take out the fluid, and the second outlet has the highest number of passes.
  • the fluid outlet is connected to the second outlet 17 for taking out the fluid, and among the outlets of the separation channel of the stage where i separation channels in the nth and subsequent stages are arranged,
  • 1 m is the largest outlet force.
  • It is connected to the outlet 16 and connected to the second outlet 17 of the outflow loca where m-1 is the largest.
  • the n-th first outlet [n, 1] including n separation channels is connected to the first outlet 16, and the second Exit [n, n] is connected to the second outlet 17.
  • the number of separation channels in the stage increases with the number of stages until reaching the boundary stage, but after the boundary stage, the number of separation channels increases even if the number of stages n increases! ]do not do.
  • the number of separation channels in the n-th stage is approximately K for the stage (boundary stage) where the number of stages n is a certain value (K), and is generally constant in K in the range (recovery area) exceeding the stage n force 3 ⁇ 4.
  • K the number of channels in the range where n exceeds K (recovery region) alternately becomes K and (K-1) as n increases.
  • the number of passages of the first outlet 6 of the separation channel 3 in each stage out of the outlets of the plurality of separation channels in the most downstream stage as in the case of the basic configuration of the multistage arrangement.
  • a plurality of outlets with a relatively large number of outlets are connected together to the first outlet 16 and a plurality of outlets with a relatively large number of passages of the second outlet 7 of the separation channel 3 in each stage are connected.
  • the flow path connected to the outlet 18 may be joined to the second outlet 17.
  • the third outlet 18 may not be provided, and the flow path connected to the third outlet 18 may be arranged to join the first outlet 16.
  • the number of separation channels in each stage after the Kth stage is half that of the first substance concentration side
  • the second outlet of the n-th stage “K, K / 2J or” ( ⁇ —1), ( ⁇ -1) / 2 ⁇ (However, if ⁇ 2 or (1—1) ⁇ 2 is an integer (In this case, the nearest integer is assumed to be an integer) that is connected to the downstream side inlet [( ⁇ —1), ( ⁇ —1) ⁇ 2] or [ ⁇ , ⁇ 2].
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 may be read in reverse.
  • the second method has a configuration in which the sum of the cross-sectional areas of the plurality of separation channels in any specific stage is substantially the same as the sum of the cross-sectional areas of the plurality of separation channels in any stage downstream from it. is there. This can be done for any two stages, but it is preferable that the sum of the cross-sectional areas of the separation channels be substantially the same for all stages. As a result, even if the number of separation channels in the upstream stage is small, the amount of concentrated solution taken out can be increased.
  • Specific examples can include the following (2-1) 2-2) and (2-3). Each of these methods may be used in combination, or may be used in combination with the first method.
  • the cross-sectional area of the separation channel in each stage is adjusted without changing the number of separation channels in each stage.
  • the cross-sectional area of the first-stage separation channel is a multiple of the cross-sectional area of each separation-channel in the final stage (the first stage).
  • the amount of the undiluted solution supplied to the inlet 5 of the first stage separation flow path is doubled, so that the first outlet [ ⁇ , 1] and the second outlet [ ⁇ , ⁇ ] of the final stage
  • the concentrated solution can be collected at a flow rate that is twice that when all the separation channels have the same cross-sectional area.
  • This method is suitable for a three-dimensional embodiment.
  • the distance between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 in the separation channel is fixed by the thickness of the inner layer 23, but the channel width can be increased with a force that can be easily implemented. is there.
  • the number of separation channels in each stage is adjusted so that the sum of the fluid flowing in each stage is substantially the same.
  • the number of separation channels in the final Zth stage is the number of separation channels in the nth stage.
  • This is a system consisting of the same number of separation channels connected in parallel, approximately ZZn times the number of.
  • the separation unit is replaced with a separation unit in which a plurality of separation channels are completely connected in parallel.
  • the term “completely connected in parallel” means that the inlet 5, the first outlet 6 and the second outlet 7 are all connected in parallel.
  • the number of separation channels in the first stage is N
  • the second stage is composed of two separation units with the number of separation channels NZ2
  • the third stage is composed of each number of separation channels. Consists of three separation units that are NZ3. If these fractions are not integers, the nearest integer may be used.
  • the amount of the undiluted solution supplied to the inlet 5 of the first-stage separation channel is increased N times, and from the first outlet [Z, 1] and the second outlet [Z, Z] in the final stage, Concentrated solution can be collected at a flow rate Z times that when the cross-sectional area of all separation channels is the same.
  • this method is suitable for all cases where the separation channel is a three-dimensional type or a semi-three-dimensional type.
  • the flow path length of the separation flow path in any specific stage is set longer than the flow path length of the separation flow path in the downstream downstream stage.
  • the channel length of the nth stage separation channel is set to the length of the Zth stage separation channel as the final stage. Is approximately nZZ times.
  • the concentrated solution can be collected at a flow rate Z times that of all separation channels with the same length.
  • This method is suitable for all cases where the separation channel is a three-dimensional type and a semi-three-dimensional type.
  • the multi-stage arrangement is also used.
  • the second outlet 17 is not provided and the second outlet 17 is connected.
  • the flow path that is formed may join the third outlet 18.
  • the number of separation channels in each stage is half that of the first substance concentration side, and according to the general expression, the second outlet of the second stage “n, n / 2j (where n Z2 is If it does not become an integer, the closest integer is connected to the downstream downstream inlet [n + 1, (n + 1) Z2] because the yield of the first substance concentrated fluid increases.
  • this can be done for the second outlet.
  • the inlet 15 for introducing the separation raw fluid into the separation channel 3 and the formation positions of the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 17 described above The shape may be arbitrary, and may be an opening to the outside of the separation device, the connecting pipe is connected !, or any mechanism of the microfluidic device integrated with the separation device For example, it may be connected to a reaction channel. Also, it can be any surface of the microfluidic device, for example, the outer surface 28 on the substrate side, the outer surface 29 on the cover layer side, or the end surface or side surface of the microfluidic device. When a large number of the microfluidic devices are installed in parallel to increase the throughput, it is preferably the end face or side surface of the microfluidic device.
  • the flow paths can be suitably adjusted without necessarily having the same cross-sectional area.
  • the amount of fluid that flows out from a certain separation channel flows into the downstream separation channel and the first divided channel 12z or the second divided channel 13z. It is preferable to suitably adjust the cross-sectional areas of the first divided flow paths 12 and the second divided flow paths 13 so that the flow amounts are substantially equal.
  • a large number of microfluidic devices that use the electric potential gradient as the separation driving force are installed in parallel.
  • the fluid taken out from the third outlet 18 may be connected to the first-stage inlet 5 via a pump.
  • the third outlet is not connected to the outside of the microfluidic device, but may be connected to the first-stage inlet 5 via a pump provided in the microfluidic device. Good.
  • the fluid flowing out from the third outlet 18 can be returned to the upstream separation channel, and the sample can be used efficiently.
  • a second type of the microfluidic device is configured such that the direction perpendicular to the flow direction of the fluid in the separation channel as the space and the direction to which the potential gradient is added is perpendicular to the microfluidic device.
  • the width direction of the first divided flow path the dimension in the width direction at least at the downstream end of the separation flow path is larger than the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface. Is composed of a plurality of grooves formed in parallel with the first inner wall surface, and the first outlet and the second outlet are spaced apart in the width direction at the downstream end of the separation channel.
  • a microfluidic device Connected, and at least a part of the separation channel is a microfluidic device that also serves as the second divided channel, or is orthogonal to the flow direction of the fluid in the separation channel as the space, And the potentio Width direction to Lutosa of the direction perpendicular to the direction in which the addition of the gradient the microfluidic device,
  • the first divided flow path whose dimension in the width direction at least at the downstream end of the separation flow path is larger than the distance between the first inner wall surface and the second inner wall surface is formed on the first inner wall surface. It consists of a plurality of grooves formed in parallel, and is connected to a position separated in the width direction at the downstream end of the first outlet and the second outlet, and the second divided channel is
  • the microfluidic device is formed in parallel with the second inner wall surface and has a plurality of groove forces inclined in the direction opposite to the first divided channel with respect to the flow direction of the separation channel.
  • the second type of microfluidic device does not decrease in yield as the number of stages increases, and is simple in structure and easy to manufacture.
  • the material constituting the second type microfluidic device of the present invention is the same as that of the first type microfluidic device of the present invention described above.
  • the microfluidic device of this example includes a plate-like member B42 having a depth that is shallower than the length and width on the surface and having a recess that becomes the separation channel 3, and a groove-shaped first divided channel 12 on the surface.
  • the plate-like member A41 is formed by being liquid-tightly fixed to each other with the recess forming surface and the groove forming surface facing inward. As a result, in the microfluidic device formed by fixing the member A41 and the member B42 to each other, the separation channel 3 having a small thickness with respect to the length and width is formed.
  • the separation channel 3 may be provided in any position and in any orientation in a microfluidic device having any outer shape.
  • the separation channel 3 of the plate-like microphone mouth fluid device may be provided. It is preferable to be provided in parallel to the outer surface for the reason described above in the section of the microfluidic device.
  • One side of the separation channel 3 in the length direction is the upstream side, and the opposite side is the downstream side.
  • the planar shape of the separation channel 3 is arbitrary, and in addition to a shape in which the streamline is a straight line, for example, a zigzag shape or a spiral shape may be used, but a shape having a maximum width on the downstream side may be used.
  • the shape is a pentagon with being the vertex and the opposite side being the downstream side.
  • the polygon may be a shape with rounded chamfered corners as long as the shape is substantially the same.
  • the pentagon may be substantially semi-circular, and the upstream apex may be the midpoint of a semi-circular arc. These When in shape, it can be separated efficiently. It is preferable that the separation channel 3 has substantially the same width and a constant length, such as the above-described quadrilateral, pentagon, and semicircular shape, because the separation performance and the throughput are improved at the same time.
  • the thickness of the separation channel 3 is smaller than the width and length, that is, the ratio of the thickness Z of the separation channel 3 to the width Z is less than 1. 1Z2 or less, more preferably 1Z5 or less, and most preferably 1Z10 or less.
  • the lower limit may be 1Z1000000, for example, but it is preferably 1Z10000 or more, more preferably 1Z1000 or more, and most preferably 1Z100 or more. By setting it to be above this lower limit, a higher concentration ratio can be obtained compared to conventional separation using the same separation driving force. Since the effect is saturated when the ratio is above a certain level, the microfluidic device can be made compact by setting the ratio below the upper limit.
  • the width of the separation channel 3 referred to here is the maximum width. The same applies to the ratio of the thickness Z length of the separation channel 3.
  • the thickness of the separation channel 3 is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 m or more, and most preferably 10 m or more. By setting it within this range, the resolution is lowered and the pressure loss is increased.
  • the upper limit is preferably 1000 m or less, more preferably 500 m or less, and most preferably 200 m or less. By setting this range, the separation speed is improved.
  • the thickness of the separation channel 3 does not have to be constant over the entire separation channel 3, but it is preferable to make the thickness constant because the manufacturing becomes easy.
  • the length of the separation channel 3 (that is, the dimension in the fluid flow direction) is arbitrary, and the lower limit is preferably 50 ⁇ m or more, more preferably 100 ⁇ m or more, and most preferably 200 ⁇ m or more. It is. By setting it within this range, a sufficient resolution can be obtained.
  • the upper limit is preferably 300 mm or less. More preferably, it is 200 mm or less, and most preferably 100 mm or less. By setting this range, the microfluidic device can be made compact. By setting this range, the microfluidic device can be made compact.
  • the width (maximum width) of the separation channel 3 (that is, the maximum dimension in the direction perpendicular to the length direction and the depth direction) is arbitrary, and the lower limit is preferably 50 / zm or more, more preferably 100 m or more, most preferably 200 m or more. By setting this range, the resolution can be improved.
  • the upper limit is preferably 100 mm or less. More preferably 50mm or less, most preferred It is 30mm or less. By setting this range, the microfluidic device can be made compact.
  • the force with which the ratio of the length Z width (maximum width) of the separation channel 3 is also arbitrary is preferably 1 or more, more preferably 1.5 or more, and most preferably 2 or more.
  • the upper limit is preferably 100 or less, more preferably 30 or less, and most preferably 10 or less.
  • a fluid inlet 15 is provided connected to the upstream end of the separation channel 3.
  • the part of the separation channel 3 where the inlet 15 is connected is the upstream end.
  • the introduction port 15 may be provided as a hole that penetrates the member A41 or the member B42 and reaches the separation channel 3 in a part of the upstream side of the separation channel 3.
  • it may be provided on the member A side, the member B side, or the side surface of the present microfluidic device at a different part from the separation channel 3, and the upstream side of the separation channel 3 by the channel (not shown). It may be connected to the end.
  • the first take-out port 16 and the second take-out port 17 are connected to different portions in the width direction at the downstream end of the separation channel 3.
  • the portion of the separation channel 3 where the first outlet 16 and the second outlet 17 are connected is the downstream end.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 pass through the member B42 or the member A41 in a part of the downstream side of the separation channel 3, and the separation flow. It may be provided as a hole reaching the channel 3, or may be provided in any part outside the separation channel 3, such as the member A side, the member B side, or the side surface of the microfluidic device, depending on the arbitrary channel.
  • the downstream ends of the separation flow paths 3 may be connected to different positions in the width direction.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are preferably connected to the farthest position in the width direction of the separation channel 3 at the downstream end of the separation channel 3. This By doing so, the fluid in which the first substance and the second substance are most separated can be taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17, respectively.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are indispensable as outlets, and the fluid introduced from the inlet 15 when the two outlets are only two. Flows out from the first outlet 16 and the second outlet 17. That is, the fluid that has flowed between the first outlet 16 and the second outlet 17 flows out the closer outlet force. Even in this case, it is preferable to connect to the farthest position. Even if there is a dead end flow path portion in the direction opposite to the upstream direction of the first take-out port 16 and the second take-out port 17, it will not be used for separation but will not be obstructed. There is no problem. Therefore, the take-out port does not need to be accurately connected to the end of the separation channel 3.
  • the second type microfluidic device of the present invention is preferably provided with a third outlet 18.
  • the third outlet 18 is connected between the connection portion of the first outlet 16 and the second outlet 17 at the downstream end of the separation channel 3.
  • Other details regarding the position where the third outlet 18 can be installed are the same as those of the first outlet 16 and the second outlet 17.
  • the third outlet 18 is connected to an intermediate portion of the downstream side. From the third outlet 18, a fluid having a lower degree of separation of the first substance and the second substance than the fluid taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17 is taken out.
  • the fluid taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17 is not mixed and the degree of separation can be increased. Therefore, as shown in the example of FIG. 15, the fluid taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17 by connecting a wide range of the downstream side to the third outlet 18 by the flow path 14. The degree of separation can be increased (however, the yield decreases).
  • the fluid with a low degree of separation taken out from the third outlet 18 can be returned to the inlet 15 using a pump.
  • the fluid in which the first substance is separated and concentrated is taken out from the first outlet 16
  • the fluid in which the second substance is separated and concentrated is taken out from the second outlet 17.
  • the fluid (solvent) diluted with both the first substance and the second substance is taken out from the third outlet 18.
  • a plurality of groove-shaped first divided flow paths 12 are provided in parallel on a portion that becomes one inner wall surface in the thickness direction of the separation flow path 3.
  • the inner wall surface on the member A41 side is the first inner wall surface 1
  • the first divided flow path 12 is provided on the first inner wall surface 1.
  • the inner wall surface on the member B 42 side is the first inner wall surface 1
  • the first divided flow path 12 is provided on the first inner wall surface 1.
  • the first divided flow path 12 is the length direction of the separation flow path 3 (streamline direction, that is, the midpoint between the connection portion of the inlet 15 and the connection portion of the first outlet 16 and the second outlet 17. (In the example of Fig.
  • the angle (absolute value) of the first divided channel 12 with respect to the length direction of the separation channel 3 is preferably 5 to 85 degrees, more preferably 10 to 75 degrees, and most preferably 20 to 65 degrees. is there.
  • the first divided flow paths 12 do not necessarily have to be parallel to each other, but it is preferable to make them parallel because the effect of increasing the space utilization efficiency is enhanced.
  • the planar shape of the groove is arbitrary, and may be a straight line, a curved line, an S-shape, a zigzag, etc., but a straight line, an arc, or an S-shaped force effect is preferable.
  • the cross-sectional shape of the first divided flow path 12 is arbitrary, and may be, for example, a rectangle such as a square or a rectangle, a trapezoid, a triangle, or a semicircle. Among these, a rectangular shape, a trapezoidal shape, or a semicircular shape is preferable because of ease of manufacturing. In the case of a cross-sectional shape having corners, the corners may be rounded.
  • the plurality of parallel grooves need not have the same size and shape, but it is preferable that they are the same because they are easy to manufacture and highly effective.
  • the dimension of the first divided flow path 12 is arbitrary, and the depth is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 m or more, and most preferably 10 m or more. By setting it within this range, the effects of the present invention are sufficiently exhibited.
  • the upper limit is preferably 500 m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, and most preferably 100 m or less. By making this range, resolution and separation Release speed is improved.
  • the depth of the first divided flow path 12 is further preferably 1Z30 or more, more preferably 1Z10 or more, most preferably 1Z5 or more, preferably 5 times or less the thickness of the separation flow path 3. More preferably, it is 3 times or less, most preferably 2 times or less. By making it within this range, the effect of the present invention is sufficiently exerted.
  • the upper limit of the depth of the first divided flow path 12 is preferably less than the thickness of the separation flow path 3 in the examples of FIGS. More preferably, it is 1Z2 or less.
  • the width of the first divided flow path 12 is arbitrary, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 m or more, and most preferably 10 / z m or more. By setting it within this range, the effects of the present invention are sufficiently exhibited.
  • the upper limit is preferably 1Z2 or less of the width of the separation channel 3. More preferably, the width of the separation channel 3 is 1Z5 or less, and most preferably, the width of the separation channel 3 is 1Z10 or less. By setting it as this range, a sufficient number of grooves can be formed, and the separation performance is improved.
  • the distance between the grooves is preferably smaller as the number of grooves to be provided increases.
  • the first inner wall surface 1 provided with the first divided flow path 12 can be regarded as the upper surface of the wall provided in parallel.
  • the other inner wall surface of the separation channel 3 (referred to as the second inner wall surface 2.
  • the inner wall surface on the member B42 side is the second inner wall surface 2.
  • the inner wall surface on the member A41 side is the second inner wall surface 2.)
  • the first divided flow path 12 of the first inner wall surface 1 is at an angle opposite to the length direction of the separation flow path 3, that is, the first divided flow path 12 of the first inner wall surface 1 is
  • a plurality of second divided second divided flow paths 13 are provided in parallel if the angle is positive, for example, if the angle is positive in the counterclockwise direction when viewed from the side of the member B, and if the angle is negative, it is positive. It is preferable. As a result, a larger concentration gradient of the first substance and the second substance is formed in the width direction of the separation channel 3, and a higher degree of separation becomes possible. In addition, efficient separation of the three components becomes possible.
  • the angle (absolute value) of the second divided channel 13 with respect to the length direction of the separation channel 3 is preferably 5 to 85 degrees, more preferably 10 to 75 degrees, and most preferably 20 ⁇ 65 degrees.
  • the second The two-divided flow channel 13 is preferably mirror-symmetrical with respect to the length direction of the separation flow channel 3 in order to increase the separation performance, particularly the separation performance of the three-component separation.
  • the separation flow path 3 of the present microfluidic device includes a member B42 having a recess that becomes the separation flow path 3 on the surface and a member A41 having the first divided flow path 12 on the surface, as in the example of FIG.
  • the member B42 having a recess having the first divided flow path 12 on the bottom surface and the member A41, which is another member, are fixed in a liquid-tight manner with the recess forming surface and the groove forming surface facing inward.
  • the formed shape is preferable because it is easy to manufacture.
  • the second divided flow path 13 is provided as in the example of FIG. 14, the second divided flow path 13 can be provided at the bottom of the concave portion of the member B42, or the first divided flow path 12 is provided.
  • the layered member 33 having the cutout hole-shaped defect portion serving as the concave portion may be sandwiched by the member A41 having the second divided flow path 13 and the member B42 having the second divided flow path 13.
  • the structure of the member A41 includes, for example, a layered member 36 having a long hole-like deficient portion penetrating the front and back as shown in FIG.
  • the first divided flow path 12 of the member A41 is formed by the elongated hole-shaped missing portion of the layered member 36 and the surface of the other member 35. It may be a structure.
  • the concave portion of the member B42 is formed by the cutout hole-like defect portion that becomes the concave portion of the layered member 32 and the surface of another member (a laminated body of the base material 21 and the layered member 32 in the example of FIG. 15). It may be a structured.
  • the procedure for manufacturing this structure is arbitrary.
  • the member B side layered member 33 is laminated and fixed on the other member 35 on the member B side to form the member B42.
  • the member A side layered member 33 is stacked and fixed on the other substrate 21 on the B side and the layered member 32 to form the member A41, and the member A41 and the member B42 may be fixed liquid-tightly.
  • the layered member 33 on the member B side, the layered member 36 on the member A side, and the other member 35 on the member A side are sequentially laminated.
  • the layered member 33 on the member B side and the layered member 36 on the member A side are laminated, and the substrate 21 on the member B side and the layered member 32 on the member A side and the other on the member A side from both sides thereof. Can be sandwiched between members 35.
  • the member A and the member B are fixed to each other and the structure and the manufacturing method have been described above.
  • the second microfluidic device of the present invention forms these members at the same time by, for example, stereolithography. The boundary cannot be determined! It may be formed by the integral forming method Yes.
  • the second divided flow path 13 is also formed as an independent layered member 32 as shown in FIG.
  • the layers may be laminated in any order.
  • the formation method of the defect portion of the layer member 32 and the layer member 36 having the long hole-like defect portion penetrating the front and back and the layer member 33 having the defect portion serving as a recess is arbitrary, and the groove and Other than the same method, cutting and punching can be used.
  • the method for fixing the member A41 and the member B42 and the method for fixing each of the layered members are arbitrary, and for example, the above-described methods can be employed.
  • the microfluidic device of the present invention can be easily formed in a laminated structure as in the above example.
  • the only members that need to be aligned with each other are the two base materials of member A41 and member B 42, or! /, Only the three base materials of base material A41, base material B42, and layered base material 33 Well! / Even if the force is slightly deviated from each other, only a part of the first divided channel 12 and the second divided channel 13 protruding from the separation channel 3 is generated. Some of these grooves can be present because they are not used for separation but are not obstructed. Therefore, the above structure does not increase the difficulty of manufacturing even if the number of the grooves having a large alignment tolerance in manufacturing is increased to make each groove finer.
  • the manufacturing method and fixing method of the second type microfluidic device and its members are arbitrary, and the same method as the first microfluidic device of the present invention can be adopted.
  • a third type of microfluidic device according to the present invention is:
  • the first divided flow path is formed in a plurality of tubular shapes in the microfluidic device, and the plurality of first divided flow paths are arranged at predetermined intervals from each other, the second A plurality of divided flow paths are formed in the microfluidic device in a tubular shape, and the plurality of second divided flow paths cross the first divided flow path at least in the middle of the extending direction. Arranged at predetermined intervals from each other,
  • the first divided flow channel and the second divided flow channel are disposed so as to be shifted in a direction perpendicular to the extending direction of each divided flow channel, and both the first divided flow channel and the second divided flow channel are By communicating with each other at the intersection, a separation channel as the space is formed at the intersection. Formed,
  • At least one of the first divided flow channel and the second divided flow channel on the upstream side has one end portion in the extending direction of the first divided flow channel and the second divided flow channel as the upstream side and the other end portion as the downstream side.
  • the inlet is connected to one,
  • the first take-out port and the second take-out port are respectively connected to different divided flow channels selected from the first divided flow channel and the second divided flow channel on the downstream side.
  • Ikuguchi fluid device Ikuguchi fluid device
  • the member A formed by arranging a plurality of the first divided flow channels formed in a groove shape on the surface at a predetermined interval, and the second divided flow formed in a groove shape on the surface A member B formed by arranging a plurality of paths at predetermined intervals, and the member A and the member B are configured to be liquid-tightly fixed by bringing the surfaces into contact with each other,
  • the first divided flow path and the second divided flow path are disposed so as to intersect each other, and the first divided flow path and the second divided flow path communicate with each other at both intersections.
  • a separation channel as the space is formed at the intersection,
  • One end portion in the extending direction of the first divided flow channel and the second divided flow channel is an upstream side, and the other end portion is a downstream side, and the first divided flow channel and the second divided flow on the upstream side.
  • the inlet is connected to at least one of the paths, and the first take-out port and the second outlet are connected to different divided flow paths selected from the first divided flow path and the second divided flow path on the downstream side.
  • a microfluidic device connected to each of the second outlets, or
  • a separation region and a recovery region for separating a plurality of substances contained in the fluid from each other are provided, and in the separation region, the first divided channel formed in a tubular shape in the microfluidic device has a predetermined interval.
  • a plurality of the second divided flow paths arranged in a tube and having a tubular shape in the microfluidic device intersect with the first divided flow paths at least at a middle portion in the extending direction. Several are arranged with a gap!
  • the first divided flow path and the second divided flow path in the separation region are arranged so as to be shifted in a direction perpendicular to the extending direction of each divided flow path, and the first divided flow path and the second divided flow path are arranged.
  • the flow paths communicate with each other at both intersections to form a separation flow path as the space,
  • a plurality of the first divided flow paths formed in a tubular shape in the microfluidic device are arranged at predetermined intervals, and the second divided flow path formed in a tubular shape in the microfluidic device. Are arranged at predetermined intervals so as to intersect with the first divided flow path at least in the middle of the extending direction !,
  • the first divided flow path and the second divided flow path in the collection region are disposed so as to be shifted in a direction perpendicular to the extending direction of each divided flow path, and the first divided flow path and the second divided flow path are arranged.
  • a separation flow path as the space is formed at the intersection.
  • the first divided flow path extending from the separation area to the recovery area is connected to the first divided flow path in the recovery area, and extends to the recovery area from the separation area.
  • the inlet is connected to at least one of the first divided flow channel and the second divided flow channel on the upstream side in the separation region, with the other end being the downstream side,
  • the first outlet is connected to the downstream end side of the plurality of first divided flow paths in the recovery region, and the second outlet is connected to the downstream end side of the plurality of second separation flow paths in the recovery region.
  • the first take-out port and the second take-out port are respectively connected to different divided flow channels selected from the first divided flow channel and the plurality of second divided flow channels on the downstream side.
  • the third type microfluidic device of the present invention can also separate three kinds of substances contained in a fluid.
  • two kinds of substances contained in a fluid will be described. The case where (the first substance and the second substance) are separated will be described as an example.
  • FIG. 17 is an exploded sketch showing an example of the third type microfluidic device of the present invention.
  • the microfluidic device of this example includes a plate-like member A41 having a groove 43 serving as the divided flow path 12 on the surface and a plate-shaped member B42 having a groove 44 serving as the divided flow path 13 on the surface.
  • the groove forming surfaces are in contact with each other and fixed in a liquid-tight manner. Liquid tight means that the fluid flowing through the separation channel 3 does not leak.
  • the material constituting the member A41 and the member B42 is a material that can be generally used for the above-described microfluidic device of the present invention, and can be selected according to the potential gradient to be used.
  • the outer shapes of the third type microfluidic device, member A41, and member B42 are the same as those of the microfluidic device of the present invention described above.
  • the member A41 has a layered member 63 having a deficient portion that becomes a long hole-like groove 43 penetrating the front and back.
  • the groove 43 of the member A41 is formed by a defective portion that becomes the groove 43 of the layered member 63 and the surface of the other member 61. May be.
  • the member B42 may be formed by the groove 44 force of the layered member 66 and the defective portion that becomes the groove 44 and the surface of the other member 65.
  • the manufacturing method of the member A41 and the member B42 and the fixing of each member The order is arbitrary.
  • the member A41 and the member B42 may be manufactured separately and fixed to each other, or a part of the member A41 may be fixed to the member B42 first, and then the remaining members may be fixed.
  • the member A41 and the member B42 are manufactured substantially at the same time, and the boundary may not be clear.
  • the procedure for manufacturing the multilayer structure shown in FIG. 18 is arbitrary.
  • the layered member 63 on the member A side is laminated and fixed on the other member 61 on the member A side.
  • the layered member 66 on the member B side is stacked and fixed on the other member 65 on the member B side to form the member B42, and the member A41 and the outer member B42 are liquid-tight.
  • the members 65 may be sequentially stacked, or (iii) the layered member 63 on the member A side and the layered member 66 on the member B side are stacked, and the two other members 61 and 65 You may pinch it.
  • the method of forming the grooves of the member A41 and the member B42 is arbitrary, and the method described above can be adopted.
  • the formation method of the defect part of the layered member having the elongated hole-like defect part penetrating the front and back is also arbitrary, and the above-described method can be adopted.
  • the method for fixing the member A41 and the member B42 is also arbitrary, and the method described above may be employed.
  • the member A41 is provided with a plurality of grooves 43
  • the member B42 is provided with a plurality of grooves 44.
  • the regions where the plurality of grooves are formed are the groove forming region 45a of the member A41 and the groove of the member B42, respectively.
  • the formation region 45b is used.
  • the member A41 and the member B42 are fixed at the same angle and position so that the plurality of grooves 43 of the member A41 and the plurality of grooves 44 of the member B42 intersect each other when viewed from the direction perpendicular to the groove forming surface. .
  • the common region formed by combining the groove forming region 45a of the member A41 and the groove forming region 45b of the member B becomes the separation region 45, and a plurality of grooves 43 formed in the member A41 in the separation region 45 are formed.
  • the first divided channel 12 and the second divided channel 13 may be collectively referred to as a divided channel.
  • the intersection 3 between the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 is the separation flow path 3. That is, the groove 43 is composed of a plurality of first divided flow paths 12 and a plurality of separation flow paths 3 arranged alternately, and the groove 44 is a plurality of second divided flow paths 13 and a plurality of separation flows arranged alternately. Consists of Road 3.
  • the separation flow path has a diamond shape in plan view.
  • the depth of the separation channel 3 is the sum of the depth of the groove 43 on the member A side and the depth of the groove 44 on the member B side.
  • the bottom of the groove 43 is the first inner wall surface 1
  • the bottom of the groove 44 is the second inner wall surface 2.
  • the first divided flow path 12 and the second divided flow It is not necessary for all contact surfaces of the path 13 to be in one plane. That is, it is sufficient if the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 have their cores shifted and crossed in the direction of member A and the direction of member B.
  • the depth of the separation flow path 3 is , Depth of groove 43 on member A side and member B side It is larger than any of the depths of the grooves 44 and less than the sum of these. Further, the degree of misalignment may be different for each intersection 3.
  • Each of the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 can have any shape (planar shape) in which the directional force perpendicular to the groove forming surface of each member is seen, and the straight line as shown in FIG. However, it may be curved, wavy or zigzag.
  • a plurality of the grooves 43 and 44 are provided in parallel, and it is preferable to provide them in parallel with each other, because it is possible to increase the formation density of the grooves and easy to manufacture, but they are not necessarily parallel. There is no. Of course, other additional grooves may be formed inside or outside the groove forming region 45a of the member A41 and the groove forming region 45b of the member B42.
  • the cross-sectional shape of the grooves 43 and 44 is arbitrary, and may be, for example, a rectangle such as a square or a rectangle, a trapezoid, a triangle, or a semicircle. Among these, a rectangular shape or a trapezoidal shape is preferable because of ease of production. In the case of a cross-sectional shape having corners, the corners may be rounded.
  • the dimensions of the grooves 43 and 44 are arbitrary, and the depth is preferably 500 m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, and most preferably 100 ⁇ m or less. By setting this range, the resolution and the speed of separation are improved.
  • the lower limit of the depth is preferably 1 m or more, more preferably 3 m or more, and most preferably 10 m or more. By using this range, a sufficient throughput can be obtained and the pressure loss is reduced.
  • the widths of the grooves 43 and 44 are arbitrary. If the number of the grooves formed in parallel is n (where n is an integer of 1 or more), the width of the microfluidic device is n
  • the force that can be taken as the divided value Preferably it is 10 mm or less. More preferably, it is 3 mm or less, most preferably 1 mm or less. By setting it within this range, it becomes easy to manufacture a device having a constant groove depth, and the separation ability is improved.
  • the lower limit of the width is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, and most preferably 10 m or more. By setting it within this range, the pressure loss is reduced while maintaining a sufficient throughput.
  • the distance between the grooves of the member A or the distance between the grooves of the member B is arbitrary, and may be a wall shape standing on the bottom surface narrower than the groove width.
  • the groove 43 and the groove 44 do not have to have the same shape and dimensions, for example, width, depth, angle, etc., and can be set to a suitable ratio depending on the separation system. Case It is preferable that the microfluidic device is easily manufactured when the member A and the member B are fixed to each other when the members A and B are fixed.
  • the separation region 45 In the separation region 45, one side viewed from the direction perpendicular to the contact surface between the members A and B is the upstream side, and the opposite side is the downstream side.
  • the separation region 45 is a quadrilateral consisting of the upstream side 51, the upstream side 52 facing the side, and two sides extending in the downstream direction from the upstream side, or the upstream side Is preferably a pentagon with one upstream apex and two upstream sides 51 on either side. In this shape, it can be separated efficiently.
  • the quadrilateral or pentagon may be a shape with rounded chamfered corners as long as the shape is substantially the same.
  • the pentagon may be a semi-circle, and the upstream apex may be a midpoint around the semicircle.
  • each of the first divided flow paths 12 is a straight line connecting the midpoint of the upstream side 51 and the midpoint of the upstream side 52 when the separation region 45 is a quadrilateral.
  • the separation region 45 is a quadrilateral, it is 5 to 85 degrees or ⁇ 5 to ⁇ 85 degrees counterclockwise with respect to the straight line connecting the upstream vertex and the midpoint of the opposite side [FIG. 19, FIG. In the example of 22, it is preferably formed substantially parallel at an angle of about 45 degrees.
  • Each of the second divided flow paths 13 is ⁇ 5 to ⁇ 85 degrees or 5 to 85 degrees (about 45 degrees in the examples of FIGS. 19 and 22) in a counterclockwise direction with respect to the straight line, and It is preferable that the separation channel on the member A side is formed substantially in parallel so as to intersect at an angle of 10 to 90 (about 90 degrees in the examples of FIGS. 19 and 22).
  • the angle of the grooves 43 and 44 is an angle formed by the direction of the entire groove, and may be locally, for example, parallel at the intersection 3 (zero angle). good.
  • the grooves 43, 44 are formed up to the end of the separation region 45. That is, when the separation region 45 is a quadrangular or pentagonal shape, each first divided flow path 12 and each second divided flow path 13 are respectively in the separation area 45,
  • [I] is formed from the upstream side 51 to the downstream side 52,
  • [Ii] is formed from the upstream side 52 to any one of the side sides 53 and 54 of the separation region,
  • a fluid introduction port 15 is provided at an arbitrary portion on the upstream side of the separation region 45 and connected to at least one of the separation flow paths 3.
  • the introduction port 15 may be provided as a hole that penetrates the member A41 or the member B42 and reaches the separation channel 3 or the divided channel 12 in a part of the upstream side of the separation region 45.
  • it may be provided on any part outside the separation region 45, such as the member A side, the member B side, or the side surface of the present microfluidic device, and connected to the separation channel 3 by the channel 11.
  • the inlet 15 only needs to be connected to at least one of the separation flow paths 3 as described above, but all the separation flows having an end on the side 51 upstream of the separation region 45 of the separation flow path 3. Connecting to path 3 is preferable in terms of increasing the separation throughput.
  • a first outlet 16 and a second outlet 17 are provided at arbitrary different portions on the downstream side of the separation region 45 and connected to different separation flow paths 3 respectively.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are provided as holes reaching the separation channel 3 through the member A41 or the member B42 in a part of the downstream side of the separation region 45.
  • it may be provided on any part outside the separation region 45, for example, on the member A side, the member B side, or on the side surface of the present microfluidic device.
  • the outlet is connected to the different separation flow paths 3 on the downstream side of the separation region 45 by the flow path 14, the first divided flow path 12, or the second divided flow path 13, respectively. Also good.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are preferably connected by force provided at positions as far as possible on the downstream side of the separation region 45. By doing so, the fluid in which the first substance and the second substance are most separated can be taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17, respectively.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are indispensable, and when there are only two outlets, the fluid introduced from the inlet 15 Is the first It flows out from either outlet 16 or second outlet 17.
  • a third outlet 18 is connected to the separation channel 3 between the separation channels 3 to which the first outlet 16 and the second outlet 17 are connected.
  • the third take-out port 18 is provided but kicking, the first take-out port 16 and the second take-out port 17 are connected to the separation channel 3 that is farthest from the downstream end, and the other separation channel 3 is connected.
  • each of the first outlet 16 and the second outlet 17 is connected to a large number of the separation flow paths 3, and the separation flow connected to the third outlet 18 correspondingly. Road 3 may be reduced.
  • the third outlet is connected to the separation channel 3 in the middle of the separation channel 3 to which the first outlet 16 and the second outlet 17 are connected.
  • the fluid with a lower degree of separation of the first substance and the second substance is taken out. Since the fluid with a low degree of separation is taken out from the third outlet 18, the fluid taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17 is not mixed and the degree of separation can be increased.
  • the fluid with a low degree of separation taken out from the third outlet 18 can be returned to the inlet 15 using a pump.
  • the microfluidic device of the present invention preferably has a collection region 55 in addition to the separation region 45.
  • the member A41 and the member B42 each have groove forming regions 55a and 55b that become the recovery region 55, and the groove forming regions 55a and 55b are combined with each other to collect the recovery region.
  • the recovery area 55 includes an upstream side 56, a downstream side 57 opposite to the upstream side, and a substantially quadrilateral shape including two sides 58 and 59 extending in the downstream direction from the upstream side. It has been.
  • a plurality of grooves 43 are formed in parallel, and in the groove forming region 55b on the member B side, a plurality of grooves 44 are formed in parallel. Since the member A41 and the member B42 are combined, the groove 43 is the first divided flow path 12, and the groove 44 is the second divided flow path. Further, the intersection 3 between the groove 43 and the groove 44 is defined as a separation channel 3. This is the same as separation region 45. It is like.
  • Each first divided flow path 12 in the recovery region 55 is a line connecting the midpoint of the upstream side 56 of the recovery region 55 and the midpoint of the downstream side 57 of the recovery region 55 when viewed from the member A41 side.
  • the second division in the recovery region 55 is formed in a plurality of substantially parallel shapes at an angle of 5 to 85 degrees or ⁇ 5 to ⁇ 85 degrees counterclockwise (about 45 degrees in the example of FIG. 22).
  • the flow path 13 is counterclockwise with respect to a line connecting the midpoint of the upstream side 56 of the recovery area 55 and the midpoint of the downstream side 57 of the recovery area 55 when viewed from the same direction as above.
  • a plurality of lines are formed substantially parallel to each other at 90 degrees.
  • the groove 43 and the groove 44 in the collection area 55 are respectively
  • [I] is formed from the upstream side 56 to the downstream side 57, or
  • [Iii] is formed from one side 58 extending in the downstream direction from the upstream side to the other side 59,
  • the collection area 55 is arranged such that the upstream side 56 of the collection area 55 communicates with the downstream side 52 of the separation area 45.
  • the separation channels 3 in the recovery region 55 are connected to the separation channels in the separation region 45 at the sides 52 and 56.
  • the third outlet 18 is not connected to the downstream side of the separation area 45, and as described later, the recovery area 5 5 is connected to the downstream side.
  • the ends of the grooves 43 and 44 in the collection region 55 on one side 58 extending in the downstream direction from the upstream side are connected to the first outlet 16, and from the upstream side of the separation channel 3 in the collection region 55.
  • the end of the other side 59 extending in the downstream direction is connected to the second outlet 17.
  • the downstream ends of the grooves 43 and 44 having ends on the side 57 on the downstream side of the collection area 55 are used as outlets.
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 may not be connected to either outlet, or may be connected to the outlet on the near side.
  • the quadrilateral of the collection region 55 may be a trapezoid or a parallelogram in addition to a rectangle or a rectangle, but the shape does not necessarily need to be an accurate quadrangle, for example, a barrel shape or a pincushion shape. Also good.
  • the shape, cross-sectional shape, and dimensions of the separation channel 3 and the divided channels in the recovery region 55 viewed from the direction perpendicular to the contact surface are the same as those in the separation region 45. By providing such a recovery region, it is possible to increase the yield without reducing the resolution.
  • the fluid in which the first substance and the second substance are most separated is taken out from the separation channel 3 that is farthest from each other on the downstream side 52 of the separation region 45, and from the separation channel 3 between them. Then, a fluid having a lower degree of separation is introduced into the separation channel 3 in the recovery region 55, where separation is performed again.
  • the separation flow path advances one stage from the upstream side to the downstream side of the recovery region 55, the fluid that has reached both sides 58 and 59 and is most separated from the first substance and the second substance is the flow path. 14 is transferred to and taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17, and the remaining fluid proceeds to the separation channel 3 in the next stage. By repeating this, a certain percentage of the most separated fluid is taken out every time one step downstream in the collection region 55, so that finally all the fluid introduced into the inlet 15 is Removed as the most separated fluid.
  • the third type microfluidic device of the present invention separation is performed even in a divided flow path that is not only a separation flow path, and these are integrated in multiple stages, so that the separation efficiency is good.
  • the separation flow paths having a large number of stages can be formed in the microfluidic device having the same size, the degree of separation can be increased.
  • the fluid can be introduced in parallel into the plurality of separation channels, the yield does not decrease as the number of stages increases.
  • the third type of microfluidic device of the present invention has the above-described structure, only two members, member A41 and member B42, need to be aligned between the members when manufacturing the device. Even if the position of the groove forming region 45a of the member A41 and the groove forming region 45b of the member B42 is fixed slightly deviated from each other, even if the position is fixed to the separation region 45 or the recovery region 55, Only a part of the groove 43 of the member A and the groove 44 of the member B is generated. These grooves are not used for separation but do not hinder, so there is no problem even if they exist. As described above, this microphone-mouth fluid device has a performance that does not increase the difficulty of manufacturing even if the number of the grooves is increased by increasing the tolerance of alignment in manufacturing and making each groove finer. There is little variation.
  • the potential gradient used as the driving force for separation and the interaction with the substance used in the present invention are the same as those described in the section of the microfluidic device of the present invention.
  • the potential gradient in a state where the separation channel is filled with air is preferably 1000 [VZ mm] or more, more preferably Is 3000 [VZmm] or more, most preferably 5000 [VZmm] or more.
  • the upper limit of the potential gradient can be increased within the range where dielectric breakdown does not occur, for example, 1000000 [VZmm].
  • an electrode insulated from the fluid may be installed on the inner wall portion formed by the first inner wall surface and the second inner wall surface of the separation channel V, and a micro formed of an insulating material. Electrodes may be embedded in the fluidic device, or electrodes may be disposed on both sides outside the microfluidic device. When installed outside, the electrode plate is preferably covered with an insulator to prevent discharge into the air.
  • the potential difference applied to the first inner wall surface and the second inner wall surface can be calculated by Equation 1.
  • V (Q / ⁇ A) (d /)
  • ⁇ dielectric constant of the medium [-]
  • First inner wall surface Shows the i-th layer divided in the direction of the second inner wall surface.
  • the subscript T indicates all layers (ie, microfluidic devices).
  • the range in which the electrode of the microfluidic device is installed is arbitrary as long as it includes a separation channel, and may be a range other than the separation channel, for example, a divided channel or a range including a communication channel.
  • the electrodes may be fixed to the microfluidic device, or may be formed independently of the microfluidic device and placed in a predetermined positional relationship during use.
  • the potential gradient is formed by a contact method, that is, when added by the electrodes provided on the first inner wall surface and the second inner wall surface
  • the potential gradient is preferably l [VZmm ] or more, more preferably 3 [VZmm] or more, most preferably 5 [VZmm] or more.
  • the upper limit of the potential difference gradient can be increased as long as excessive heat generation and arc discharge do not occur. For example, it can be set to 100 [VZmm].
  • the method of installing the electrode on the inner wall of the separation channel is arbitrary, it is preferable to form a layer of a conductive substance on a part of the inner wall by vapor deposition, sputtering, chemical plating, application of conductive resin, or the like.
  • the electromagnetic potential gradient can be formed, for example, by providing two electrodes on the first inner wall surface and making the electromagnetic potential on the first inner wall surface side higher than that on the second inner wall surface side.
  • the two electrodes are preferably in the form of combs that are interleaved with each other.
  • the method for forming the electrode is the same as in the case of the electric potential contact method.
  • two electrodes that do not contact the flow path can be provided on the first inner wall surface side, and the potential gradient can be formed by a non-contact method.
  • the magnetic potential gradient is the magnetic flux density, preferably 0.1 [T (Tesla)] or more, Preferably, it is 0.3 [T] or more, and most preferably 0.5 [ ⁇ ] or more.
  • the upper limit of the magnetic flux density can be increased as long as the device is not too large, for example 50 [ ⁇ ]. However, 3 [ ⁇ ] or less is preferable because it can be easily realized by a permanent magnet and a pole piece.
  • the method for adding the magnetic potential gradient is arbitrary, and a permanent magnet, an electromagnet, or a superconducting magnet can be disposed outside the first inner wall surface or the second inner wall surface of the microfluidic device. Permanent magnets or superconducting magnets are preferred because they do not consume energy and are preferred. It is also preferable that the magnetic field lines are intensively passed through the separation channel using a pole piece. Permanent magnets, electromagnets, or pole pieces can be fixed to a microfluidic device and integrated together.
  • the vibration field of the traveling wave is caused by bringing a vibrator (for example, an ultrasonic vibrator) into contact with the outer surface on the first inner wall surface side or the outer surface on the second inner wall surface side of the microfluidic device, or It can be implemented by a method of applying vibration to the surface via a fluid.
  • the vibrator may be integrated with the microfluidic device.
  • the vibration field of the standing wave can be subjected to ultrasonic vibration by contacting the microfluidic device with an ultrasonic transducer directly or via a liquid.
  • the first inner wall surface and the second inner wall surface of the separation channel are adjusted to a frequency of vibration, and the middle part of both wall surfaces is adjusted to a frequency that becomes a vibration node.
  • the ultrasonic transducer generates the standing wave by adjusting the frequency as described above, regardless of which part of the microfluidic device is in contact with the microfluidic device or by vibrating the entire microfluidic device via the fluid. It can be made. It is preferable to make contact with a surface parallel to the first inner wall surface while exerting a force, because a standing wave with sufficient strength can be generated at a low output.
  • the ultrasonic transducer is integrated with the microfluidic device.
  • An acceleration field larger than the gravitational field is given by centrifugal force.
  • the acceleration field may be mechanically limited, it is preferably 100 G (where G is the gravitational acceleration) or more, more preferably 300 G or more, and most preferably because the separation efficiency and separation speed increase as the acceleration field increases. More than 1000G.
  • the upper limit can be 10000G, for example.
  • the temperature potential gradient is preferably 10 [° CZmm] or more, more preferably 30 [° CZmm] or more, and most preferably 50 [0 ° CZmm] or more.
  • the upper limit of the temperature gradient is arbitrary, for example, 1000 [° CZmm].
  • the method of adding the temperature gradient is arbitrary, for example, a method in which one outer surface of the microfluidic device is brought into contact with a cold substance and the other outer surface is brought into contact with a hot substance, an electric heater in the microfluidic device, etc. And a method of irradiating infrared rays, a single laser beam, microwaves, and the like from the outside of the microfluidic device.
  • the potential gradient used in the present invention is a stationary field whose intensity does not change with time, the potential gradient can be changed.
  • the field microscopically changes in time, and macroscopically in a steady state.
  • Two or more potential gradients may be applied simultaneously.
  • the temperature difference between the first inner wall surface and the second inner wall surface can be calculated by Equation 1.
  • T _ ⁇ ( ⁇ . ⁇ ⁇ .) (Q / S)
  • the subscript i (a positive integer) is divided in the direction of the first inner wall surface and the second inner wall surface.
  • the i-th layer is shown.
  • the first substance and the second substance are substances having different charge amounts or substances having different charge amount Z mass values. Will improve.
  • the amount of charge distinguishes between plus and minus in absolute values.
  • the medium is preferably a substance having a zero charge amount and a charge opposite to that of the particles to be separated. Examples of such particles include polynucleotides such as DNA, polypeptides such as proteins, and charged low-molecular compounds such as amino acids.
  • the separation efficiency and separation speed increase as the difference between the charge amount or charge amount Z mass of the first substance and the second substance increases.
  • concentration of dispersed particles is highly effective.
  • separation and concentration of blood cells, cells, and microorganisms can be exemplified.
  • the first substance and the second substance are substances having different magnetic permeability or substances having different values of magnetic permeability Z mass. Will improve. Permeability is distinguished from positive and negative by absolute values.
  • Substances with high magnetic permeability include fine solid particles of ferromagnetic materials, particles containing ferromagnetic molecules such as erythrocytes, organic polymers containing ferromagnetic molecules, and liquid electrons. A molecule having a conjugated part can be exemplified.
  • the first substance and the second substance are dispersoids and dispersion media having different densities, and the particle size difference and density difference maintain a stable dispersion state.
  • An example of such a system is separation of blood cells and plasma from blood.
  • the first substance and the second substance are dispersoids and dispersion media having different densities, and the larger the particle size difference and density difference, the better the separation ability and separation speed. .
  • this difference is too large, separation can be achieved by ordinary sedimentation separation. Therefore, in the present invention, the separation rate is low as described above, or it takes time for separation in the conventional method. Effective for systems with small differences.
  • the use of a solvent having a density between the first substance and the second substance as a common solvent is due to the use of buoyancy. It is possible to improve the separation rate It is preferable because it comes.
  • the separation rate is low as described above in the conventional method, or it takes time for separation. This is effective for systems with small differences.
  • an organic polymer substance dissolved in a solvent can be exemplified.
  • the first substance and the second substance are two kinds of solutes dissolved in a common solvent, it is necessary to use the one having the density between the first substance and the second substance as a common solvent. It is preferable because the separation rate can be improved.
  • the fluid to be separated is a gas, the density is the same as the molecular weight.
  • the first substance and the second substance are systems having a difference in particle size, for example, a difference in molecular weight.
  • the larger this difference the greater the resolution and separation speed. improves.
  • the smaller particle is a low molecular weight compound that is fluid under the separation conditions
  • the larger particle is preferably a polymer having a molecular weight of 5000 or more, more preferably a polymer having a molecular weight of 10,000 or more, most preferably a molecular weight of 30000.
  • the particles may be aggregates such as micelles or secondary particles.
  • the upper limit of the size of the first substance is naturally limited in order to maintain a stable dispersion state, but it is not necessary to set an upper limit in particular.
  • solutes and solvents include aqueous solutions of biochemicals such as polynucleotides (including oligonucleotides; the same applies hereinafter), sugar chains, and polypeptides (including oligopeptides; the same applies hereinafter). And so on), and various chemical substances in water and organic solvents.
  • dispersoids include solid and gel-like dispersoids such as pollen, cells and intracellular tissues, as well as micelles and hydrophobic organic liquid dispersoids. In general, the larger the size of the larger particle, the higher the resolution and separation speed. In addition, the greater the difference in the size of substances to be separated, the higher the resolution and separation speed.
  • the separation channel has a flow rate of Reynolds number 2300.
  • Laminar flow as less than.
  • turbulent flow there is no concentration difference in the thickness direction and width direction of the separation channel, and separation is not possible.
  • a turbulent flow may be generated unless otherwise specified.
  • the fluid may be introduced into the introduction port 15 by a discharge pump (not shown), or a tube connected to the introduction port 15 may be a storage tank (not shown). It is also possible to flow by sucking a suction pump (not shown) connected to each of the outlets 16, 17, 18.
  • a discharge pump When a discharge pump is used, the quantitative relationship between the fluid flowing out from each outlet 16, 17, 18 depends on the dimensions of the cross-sectional area of the flow path of the microfluidic device and the inner diameter and length of the tube connected to each outlet. By adjusting the pressure, it can be adjusted by adjusting the pressure loss.
  • the suction method is preferable because the flow rates taken out from the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 18 can be accurately controlled without such a device.
  • the substance separation method of the present invention can be separated simply by flowing a fluid through a substance separation device. In the multistage separation, the stirring operation at each stage, the valve operation at each stage, and each stage with a pump. Since no transfer operation or the like is required, the operation is extremely easy.
  • the temporal change in the flow rate of the fluid is arbitrary, and may be a constant velocity, may be varied, or may be intermittently flowed.
  • the fluid to be separated is a two-component system such as a mixed fluid of two types of fluid, a solute and a solvent, a dispersoid and a dispersion medium
  • the first substance is stronger than the second substance.
  • the fluid in which the first substance is concentrated is taken out from the first outlet, the first substance is diluted from the second outlet, and the second substance is relatively concentrated. Remove the fluid.
  • the fluid to be separated may contain a third substance. Whether the third substance is concentrated on the first outlet side together with the first substance or the third substance is concentrated on the second outlet side together with the second substance, it is separated by this separation method. Instead, it may flow out equally from the first outlet and the second outlet.
  • the fluid to be separated consists of a first substance that is a solute (or dispersoid), a second substance that is also a solute (or dispersoid), and a common solvent (or dispersion medium).
  • a first substance that is a solute (or dispersoid)
  • a second substance that is also a solute (or dispersoid)
  • a common solvent or dispersion medium.
  • the flow rate of fluid through the microfluidic device is arbitrary, for example, the residence time of the fluid in the microfluidic device is preferably 15 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, most preferably 1 minute or more, It is preferably 1 hour or less, more preferably 30 minutes or less, and most preferably 15 minutes or less. If the separation flow path of the microfluidic device is reduced to increase the number of stages, the separation performance is improved even if the residence time in the microfluidic device is the same.
  • the first substance concentrated on the first inner wall surface 1 side enters the first divided flow path 12 and is shown in FIG.
  • the concentration flows on the left side when viewed from the member B42 side in the width direction of the separation channel 3 and increases on the left side downstream of the separation channel 3.
  • the fluid originally present on the left side of the separation channel 3 is Since it is pushed out by the fluid flowing into the left side through the first divided flow path 12, a flow in the right direction occurs in the separation flow path 3 outside the first divided flow path 12, and it is concentrated near the second inner wall surface 2.
  • the concentrated second substance and the non-concentrated or diluted fluid present in the middle in the thickness direction are pushed together and concentrated on the right side.
  • the fluid enriched in the first substance on the left side of the separation channel 3 is taken out from the first outlet 16, and the fluid concentrated in the second substance on the right side of the separation channel 3 is taken out from the second outlet 17. It is.
  • the second substance concentrated near the second inner wall surface 2 moves to the right through the second divided flow path 13, and is intermediate in the thickness direction. Fluid that is present in the part and not concentrated or diluted does not move to either. Therefore, the separation rate between the first substance and the second substance is improved.
  • the three components can be separated.
  • the three components can be separated.
  • a mixture of four or more components can be separated into three groups.
  • This structure is particularly suitable for separation using a standing wave vibration field. Particles concentrated in the daytime part of the first inner wall surface and the second inner wall surface can be taken out from the third outlet 18 and the diluent can be taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17.
  • this third type of microfluidic device When a fluid containing the first substance and the second substance is introduced into the separation channel 3 from the inlet, the first substance and the second substance are moved in the direction of the member A41 in each separation channel 3 due to various potential gradients.
  • the first substance concentration is highest in the vicinity of the first inner wall surface 1 of each separation channel 3 and the second substance concentration is highest in the vicinity of the second inner wall surface 2 of each separation channel 3.
  • the fluid flowing through the separation channel 3 is divided into the first divided channel 12 on the first inner wall surface 1 side and the second divided channel 13 on the second inner wall surface 2 side.
  • the fluid is also separated into the member A side, the member B side, and the member B side by the potential gradient in the first divided channel 12 and the second divided channel 13, respectively.
  • the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 are in contact with each other at the separation flow path 3 at the next stage, which is the intersection 3, and are concentrated near the second inner wall surface 2 of the first divided flow path 12.
  • the two substances move in the direction of the second inner wall surface 2 at the intersection (separation channel 3), move to the divided channel 13 in the next stage, and are further concentrated in the divided channel 13.
  • the first substance concentrated near the inner wall surface on the member A41 side in the divided flow path 13 moves toward the first inner wall surface 1 direction at the next intersection (separation flow path 3), and then The flow is divided into the divided flow channels 12 and further concentrated in the divided flow channels 12.
  • the separation mechanism described above is repeated at each stage, and objects having different contents of the first substance and the second substance can be taken out from the first outlet 16 and the second outlet 17, respectively.
  • UV irradiation device using 3kW metal nanoride lamp as light source (manufactured by Eye Graphics Co., Ltd.) (UE031-353CHC type) was used and irradiated with ultraviolet light with a wavelength of 365 nm and an intensity of 40 mWZcm 2 in a nitrogen atmosphere at room temperature.
  • UV exposure system multi-light 250W model manufactured by Usio Electric Co., Ltd.
  • a 250W high-pressure mercury lamp as the light source
  • UV light with a wavelength of 365nm and an intensity of 50mWZcm 2 was irradiated in a nitrogen atmosphere at room temperature.
  • composition (X2) As an energy ray polymerizable compound, 80 parts of “Dudic V-4263”, 20 parts of “Neufrontier HDD A”, and 2 parts of “Irgacure 1 184” as a photopolymerization initiator were mixed. Thus, composition (X2) was prepared.
  • FIG. 1 shows (A) a plan view and (B) a of the separation channel portion of the microfluidic device of Example 1.
  • FIG. 6 is a plan view of the microfluidic device 100 of Example 1
  • FIG. 7 is a side view
  • FIG. 8 is a plan view of the first outer layer 22
  • FIG. 9 is a plan view of the inner layer 23
  • FIG. 2 is a plan view of the outer layer 24.
  • FIG. However, the number of steps is drawn in a simplified manner.
  • the separation channel 3 is connected in series over 20 stages.
  • the number of separation channels 3 in each stage is one in the first stage and two in the second stage. After the 12th stage (boundary stage), the number is alternately 12 and 11.
  • the number of passages of the first outlet 6 of the separation channel 3 in the upstream stage is The fluid outlet having the largest number is connected to the first outlet 16 via the first divided flow path 12z.
  • the outlet force of the fluid that maximizes the number of times of passage through the second outlet 7 of the separation channel 3 is connected to the second outlet 17 via the second divided channel 13z. Further, the other outlet is connected to the third outlet 18 via the flow path 14z.
  • the microfluidic device of Example 1 is manufactured in the type 1 I three-dimensional form. That is, the first outer layer 22 and the second outer layer 24 are fixed to both surfaces of the inner layer 23, the base material 21 is fixed to the outer side of the first outer layer 22, and the cover layer is outer of the second outer layer 24. 25, the separation channel 3 is formed in the inner layer 23 as a through groove in the inner layer, and the first inner wall surface 1 is formed in the first outer layer 22 facing the separation channel 3.
  • the second inner wall surface 2 is formed on the second outer layer 24 facing the separation channel 3, the inlet 5 is formed on the upstream end surface (left side in the figure) of the separation channel 3, and the downstream side of the separation channel 3
  • a first outlet 6 is provided at the boundary surface between the inner layer 23 and the first outer layer 22 at the side end (right side in the figure), and the second outlet 6 is disposed at the boundary surface between the inner layer 23 and the second outer layer 24.
  • An outlet 7 is provided, a first divided flow path 12 connected to the first outlet is formed in the first outer layer 22, and a second divided flow connected to the second outlet in the second outer layer 24.
  • Road 13 is formed.
  • an inlet 15, a first outlet 16, a second outlet 17, and a third outlet 18 are provided on the outer surface of the base material 21 side.
  • a polyethylene terephthalate (PET) sheet having a thickness of 80 [m] was used as a first temporary support (not shown), and the composition (X2) was coated on the temporary support with a spin coater. Then, the film-forming solution (X2) was semi-cured by irradiating with an ultraviolet lamp # 1 for 1 second to form a resin layer as a base material 21.
  • the composition (XI) is applied onto the substrate 21 with a spin coater, and an ultraviolet lamp # 2 is applied to a portion other than the portion where the first divided flow path 12 is to be formed (see FIG. 8).
  • the film-forming solution (XI) was semi-hardened by irradiating ultraviolet rays through a photomask for 40 seconds to form the first outer layer 22. After that, uncured left on the non-irradiated part of ultraviolet rays
  • the composition (XI) was washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a groove serving as the first divided flow path 12.
  • the same PET sheet as described above was used as a second temporary support (not shown), and the composition ( ⁇ 1) was coated thereon with a bar coater, and separation channel 3 and channel 14 ⁇ UV curing is applied to the uncured coating film other than the part to be formed (see Fig. 9) by UV lamp # 2 through a photomask for 120 seconds, and the inner layer is formed on a temporary support (not shown). 23 was formed.
  • the uncured composition (XI) remaining in the non-irradiated portion of the ultraviolet ray was washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a defective portion of the inner layer 23 that becomes the separation channel 3.
  • the missing portion of the inner layer 23 that becomes the separation flow path 3 is laminated so that the ends thereof overlap with the missing portion of the first outer layer 22 formed on the substrate 21.
  • ultraviolet rays were irradiated for 30 seconds with an ultraviolet ray lamp # 2 to cure and fix.
  • the first temporary support (not shown) is peeled off from the substrate 21
  • the second temporary support (not shown) is peeled off from the inner layer 23
  • the substrate 21 and the first A base material side member having the outer layer 22 and the inner layer 23 fixed thereto was obtained.
  • the composition (X2) was coated on it with a bar coater, and the uncured coating film was coated with an ultraviolet lamp # 1.
  • the cover layer 25 was formed by irradiating ultraviolet rays for 1 second to be semi-cured.
  • the composition (XI) is coated on the cover layer 25 with a bar coater, and the second divided flow path 13 of the uncured coating film is to be formed through a photomask (see FIG. 10).
  • the other part of the film was irradiated with UV light for 40 seconds using UV lamp # 2, and the film-forming solution (XI) was semi-cured to form the second outer layer 24.
  • the uncured composition (XI) remaining in the non-irradiated part of the ultraviolet rays was washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a groove serving as the second divided flow path 13 to form a cover layer side member.
  • the second outer layer 24 of the cover layer side member is laminated in alignment with the first outer layer 22 of the base member side member, and in this state, the ultraviolet ray lamp # 1 is irradiated with ultraviolet rays for 60 seconds to be cured. Proceeded and stuck. Then, the third temporary support (not shown) is attached to the cover layer 2
  • the microfluidic device precursor as shown in FIG. 6 and FIG.
  • a hole of 0.5 [mm] in diameter is introduced into the base material 21 and the first outer layer 22 using a drill. Mouth 15 and inlet 5a were formed. Similarly, a hole having a diameter of 0.3 [mm] was formed in the base material 21 at the downstream end of the first divided flow path 12z to form the first outlet 16.
  • a hole having a diameter of 0.3 [mm] is made in the base material 21, the first outer layer 22, and the inner layer 23 to form the second outlet 17
  • a hole having a diameter of 0.3 [mm] was formed in the base material 21 and the first outer layer 22 at the downstream end of the flow path 14z to form a third outlet 18.
  • the microfluidic device 100 was manufactured as described above.
  • the external dimensions of the microfluidic device 100 are 100 [mm] X 25 [mm] X O. 5 [mm].
  • the thickness of each part is about 100 [m] for the base material 21, the first outer layer 22, the inner layer 23, the second outer layer 24, and the cover layer 25.
  • both ends are gradually narrowed so that the width is about lOO ⁇ m] near the inlet 5 and the outlet.
  • the first divided flow path 12, the second divided flow path 13, and the flow path 14 have a width of 100 [m] and a height of 100 [m].
  • the dimensions of the first outlet 6 and the second outlet 7 are as follows: The width is 100 [/ ⁇ ⁇ ] and the height is 100 [m].
  • the number of separation channels 3 is 20, and the number of separation channels 3 is increased by 1 for each stage up to the 12th stage, and 12 and 11 for each stage after the 12th stage as the boundary stage.
  • the number of separation channels 3 in the 20th stage is twelve.
  • the temperature control plate made of aluminum adjusted to 150 [° C] in the range including the entire separation flow path 3 on the substrate 21 side surface on the upper surface of the microfluidic device 100 manufactured, and the lower surface cover layer 25 side An aluminum temperature control plate adjusted to 0 [° C] was brought into contact with the same area of the surface.
  • the thermal conductivity of aluminum is 200 [wm _ 1 K _1 ]
  • the thermal conductivity of the composition (X) is 0.15 [wm _1 K _1 ]
  • a 0.1 wt% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid having an average molecular weight of 70000 (Kanto Science) was used as a stock solution for the separation experiment.
  • the above stock solution was degassed by applying an ultrasonic cleaner for 1 minute while reducing the pressure with an aspirator, and then used in the experiment.
  • a microsyringe pump (not shown) is connected to the inlet 15, the first outlet 16, and the second outlet 17, respectively.
  • a tube is connected to the third outlet 18, and the other end is connected to the vial. I put it in.
  • the stock solution was introduced from the inlet 15 at a predetermined flow rate shown in Table 3, and the first outlet 16 and the second outlet 17 were each sucked at a speed of 1Z3 of the inlet flow rate.
  • Table 2 shows the concentration ratio of the solution collected from the first outlet 16 and the second outlet 17 to the original solution when the flow rate was changed.
  • microfluidic device In producing the microfluidic device, in the course of the process, gold is deposited on the inner layer side of the first outer layer 22 and the inner layer side of the second outer layer 24 to form electrodes, and the composition ( A microfluidic device was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 5 wt% ethyl acetate solution of X2) was spin coated, the ethyl acetate was volatilized, and UV irradiation was performed for 1 second with UV lamp # 1.
  • a DC voltage of 1 [V] was applied to the electrode with the first outer layer 22 side as the negative electrode. That is, the potential difference between the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 is 1 [V], and the gradient of the potential difference is 10 [VZmm].
  • Example 1 A pipe connection was made in the same manner as in Example 1 except that a potential gradient was added as described above, and the same experiment as in Example 1 was performed.
  • the base material on the upper surface of the microfluidic device 100 produced in Example 1 The force on the surface on the 21 side and the lower surface A copper electrode plate of a size including all separation flow paths 3 is brought into contact with the surface of the bar layer 25 side, the base material 21 side of the upper surface is set to the ground potential, and the cover layer 25 side electrode of the lower surface is plus 8000 [V]. A DC voltage was applied.
  • a copper foil having a thickness of 50 [; zm] is attached to the range including all the separation channels 3 on the substrate 21 side surface of the microfluidic device 100 manufactured in Example 1 with a silicone-based adhesive.
  • the surface of the electrode plate was coated with the silicone adhesive.
  • the potential difference applied to both inner walls is calculated according to Equation 1 above.
  • the first inner wall potential ⁇ 1 with respect to the ground potential is estimated as 6539 [V]
  • the second inner wall potential ⁇ 2 is estimated as 3461 [V].
  • the potential difference between the inner walls is 3078 [V]
  • the potential difference is 30780 [V / mmJ.
  • the potential difference in the state where the channel is filled with water is calculated.
  • 031 [V] the potential ⁇ 2 of the second inner wall surface is estimated to be 3969 [V]
  • the potential difference between the first inner wall surface and the second inner wall surface is 62 [V]
  • the potential gradient is 620 [VZmm] .
  • Example 4 A pipe connection was made in the same manner as in Example 1 except that the microfluidic device to which a potential gradient was added by the above addition method 1 or 2 was used, and the same experiment as in Example 1 was performed.
  • Example 4
  • a permanent magnet was brought into close contact with the cover layer side outer surface 29 in a range including all the separation flow paths 3 of the microfluidic device 100 produced in Example 1.
  • the magnet is a neodymium magnet with a side of 50 [mm] on both sides and a thickness of 22.5 [mm] (surface magnetic flux density of about 4500 [G]), one end face is a square with a side of 50 [mm], the other Using a pure iron pole piece with an end face of 70 mm x 20 mm, the magnetic field lines were concentrated on the separation channel.
  • the microfluidic device obtained in Example 1 was heated and formed into an arc shape with a radius of 200 [mm] between the longitudinal directions with the substrate side facing outward.
  • the first inner wall surface 1 and the second inner wall surface 2 were installed in a 2000 G acceleration field by mounting this on a centrifugal separator and rotating it at a rotation speed of 300000 [rpm].
  • the solid-type multi-stage microfluidic device of type 1 I is a second type of the above-described embodiment, that is, in an upstream stage of any two consecutive stages.
  • the sum of the cross-sectional areas of the separation channels was formed to be substantially the same as the sum of the cross-sectional areas of the plurality of separation channels in the downstream stage.
  • FIGS. 11 and 12 are a partial plan view and a side view of a continuous two-stage portion of the microfluidic device of Example 3.
  • the separation channel is formed in a wide gap shape, and the distance between the first outer layer 22 and the second outer layer 24 in the separation channel 3 (that is, the thickness of the separation channel). ) Is held constant (about 100 [m]) by the spacer 30.
  • the width of each separation channel 3 is expanded from the inlet 5 for a while.
  • a plurality of first outlets 6 and second outlets 7 are arranged in a single separation channel 3 at regular intervals (200 m). ).
  • the plurality of first divided flow paths 12 connected to the plurality of first outlets 6 in the separation flow path 3 at an arbitrary stage are joined together into one inlet 5 of the separation flow path 3 in the downstream downstream stage. It is connected to the.
  • the plurality of second divided flow paths 13 connected to the plurality of second outlets 7 in the separation flow path 3 are merged into one and the inlet of the separation flow path 3 in the downstream downstream stage. Connected to 5.
  • Table 1 shows the number and width of the separation channels in each stage. Since the length of the separation channel 3 in each stage is substantially constant, the width of the separation channel is proportional to the channel cross-sectional area. As can be seen from Table 1, in this embodiment, in the separation region up to the twelfth stage, which is the boundary stage, the same number of separation channels 3 as the number of stages are formed in each stage. On the other hand, the width of the separation channel 3 is wider at the upstream side. The product of the width and the number of separation channels 3 is substantially the same in each stage. That is, the total force of the areas of the first inner wall surfaces 1 of the plurality of separation channels 3 in an arbitrary stage is substantially the same as the total area of the first inner wall surfaces 1 of the plurality of separation channels 3 in other stages. .
  • the structure is exactly the same as in the first embodiment.
  • Temperature control plate adjusted to 100 [° C] on the substrate 21 side surface of the upper surface of the microfluidic device 100, and temperature control plate adjusted to 0 [° C] on the lower cover layer 25 side surface was touched.
  • FIG. 15 is an exploded sketch of the microfluidic device produced in this example.
  • the dimensions and the number of grooves are appropriately adjusted in order to make each part recognizable.
  • the microfluidic device includes a member B42 in which a base member 21, a layered member 32, and a layered member 33 are stacked and fixed, and a member A41 in which the layered member 35 and the layered member 36 are stacked and fixed. Are fixed to each other, and the inlet 15, the first outlet 16, and the second outlet 17 are all provided on the member B42 side.
  • a lmm thick acrylic resin board is used as the base material 21, and the composition (XI) is applied onto the base material 21 by a spin coater, and the coating film is passed through a photomask (not shown).
  • the part other than the part that becomes the second divided flow path 13, the flow path 11, and the flow path 14 is irradiated with ultraviolet light for 120 seconds to be semi-cured, and the uncured composition left in the non-irradiated part of the ultraviolet light ( XI) was washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a layered member 32 in which the second divided flow path 13 was formed as a missing portion of the layer.
  • a biaxially stretched polypropylene sheet (OPP sheet, manufactured by Nimura Chemical Co., Ltd.) having a thickness of 60 ⁇ m was used as a temporary support 37, and the composition (XI) was coated on it using a spin coater. Then, through a photomask (not shown), the area other than the concave portion is irradiated with ultraviolet rays for 120 seconds to be semi-cured, and the uncured composition (XI) left in the non-irradiated portion of the ultraviolet rays is removed.
  • a layered member 33 in which a defect portion of the layer to be a recess was formed was formed on the temporary support 37 by washing and removing with a% ethanol aqueous solution.
  • the layered member 33 is laminated on the layered member 32 together with the temporary support 37 so that the concave portion overlaps the formation range of the first divided flow path 12, and the temporary support 37 is placed.
  • the composition (XI) constituting each resin layer was cured by irradiating with ultraviolet rays for 30 seconds, and the temporary support 37 was peeled off to obtain a member B42.
  • the obtained member B42 is provided with a concave portion that becomes the rectangular separation channel 3, and the bottom surface of the concave portion.
  • a second divided flow path 13 is formed on the second inner wall surface 2.
  • the second divided flow path 13 is provided in parallel with an angle of about minus 45 degrees counterclockwise with respect to the length direction of the separation flow path 3 when viewed from the base material 21 side.
  • the composition (XI) was coated on the temporary support 34 with a spin coater, and the coating film was irradiated with ultraviolet rays for 100 seconds to be semi-cured. Layered member 36 was formed.
  • the composition (XI) is applied onto the layered member 36 with a spin coater, and the coating film is covered with a photomask (not shown), except for the portion that becomes the first divided flow path 12.
  • This part is irradiated with ultraviolet rays for 120 seconds to be semi-cured, and the uncured composition (X 1) remaining in the non-irradiated part of the ultraviolet rays is washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a defect portion of the layer.
  • the layered member 36 in which the first divided flow path 12 was formed was formed, and the member A41 was formed on the temporary support 34.
  • the layered member 33 of the member B42 and the layered member 36 of the member A41 are laminated so that the positions of the recesses and the region where the first divided flow path 12 is formed are laminated, and the UV lamp # 2 All the compositions (XI) were cured by irradiating with ultraviolet rays for 120 seconds, and the members B42 and A41 were fixed in a liquid-tight manner. Thereafter, the temporary support 34 was peeled off from the member A41.
  • a hole penetrating the base material 21 and the layered member 32 of the member B42 is drilled, and the inlet 15 connected to the intermediate portion of the flow path 11 on the upstream side of the separation flow path 3, the separation flow path
  • the first outlet 16 and the second outlet 17 are formed at both ends of the downstream side of 3 and the third outlet 18 that communicates with the intermediate portion of the downstream side channel 14 of the separation channel 3 to form a microfluidic device. Obtained.
  • the microfluidic device manufactured as described above has a rectangular shape with an outer diameter of 75 mm X 25 mm and a thickness of about 1.4 mm.
  • the thickness of the substrate 21 is lmm, and the thicknesses of the layered member 32, the layered member 33, the layered member 36, and the layered member 35 are all about 100 m.
  • Separation channel 3 has a length of 50 mm and a width of 15 mm.
  • the first divided flow path 12 and the second divided flow path 13 have a width of 150 m, a depth of 100 m, a groove distance of 150 m, and the length of the separation flow path 3.
  • the first divided flow path 12 When viewed from the member B side, the first divided flow path 12 is formed in parallel at an angle of 45 degrees in the counterclockwise direction, and the second divided flow path 13 is formed in an angle of minus 45 degrees in the counterclockwise direction.
  • the width of the channel (6a, 6b) is 500 m, and the holes in the inlet (7), the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 18 are all 500 ⁇ m in diameter. .
  • a fitting (not shown) is bonded to the holes of the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 18, and polyether ether ketone (PEE K) with an inner diameter of 150 m, an outer diameter of 1.5 mm, and a length of lm. ) Connect the tube made of.
  • the tube connected to the inlet 15 is put into the test tube, and the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 18 are the first roller pump (also called a tube pump) (not shown) and the first outlet, respectively.
  • the first roller pump also called a tube pump
  • the discharge side of these roller pumps is received by the first, second, and third sample tubes.
  • the prepared microfluidic device is placed on a temperature control plate (not shown) adjusted to 0 ° C with the member A41 side down, and the inlet 15 on the member B42 on the top surface of the microfluidic device 15 And a temperature control plate (not shown) adjusted to 150 ° C in contact with the part between the outlet 16 and 17, 18).
  • Example 1 The same solution of the first substance used in Example 1 (the solvent is the second substance) is deaerated by the pressure-reducing ultrasonic method into the inlet 15 and injected into the test tube, and the first and second rollers.
  • the pump is operated at a constant flow rate of 3 [mm 3 Z min] and the third roller pump is operated at a constant flow velocity of 50 [mm 3 Z min].
  • the concentration of the first substance in the effluent is measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer
  • the first substance concentrate is taken out from the first outlet 16
  • the first substance dilution is taken out from the second outlet 17.
  • a solution in which the first substance is not concentrated or diluted is taken out from the third outlet 18.
  • Example 1 The same solution of the first substance used in Example 1 (the solvent is the second substance) is deaerated by the pressure-reducing ultrasonic method into the inlet 15 and injected into the test tube, and the first and second rollers.
  • the pump is operated at a constant flow rate of 3 [mm 3 Z min] and the third roller pump is operated at a constant flow velocity of 144 [mm 3 Z min].
  • the concentration of the first substance in the effluent is measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer
  • the first substance concentrate is taken out from the first outlet 16
  • the first substance dilution is taken out from the second outlet 17
  • the third intake is taken out.
  • outlet 18 a solution in which the first substance is not concentrated or diluted is removed.
  • FIG. 18 is an exploded sketch of the microfluidic device fabricated in this example.
  • FIG. 22 is a schematic plan view showing the arrangement of the channels of the microfluidic device fabricated in this example. The solid line shows the flow path on the member A side, and the broken line shows the flow path on the member B side.
  • This microfluidic device has a base material 21, a layered member 66, a layered member 63, a layered member 62, and a member A41 to which the layered member 63 is laminated and fixed, and a temporary support 34, a layered member 65, and a layered member 66.
  • the fixed member B42 is fixed to each other, and the introduction port 15, the first outlet port 16, and the second outlet port 17 are all provided on the member A41 side.
  • composition (XI) Using a lmm-thick acrylic resin board as the base material 21, apply the composition (XI) on the equipment 21 with a spin coater, and irradiate the coating film with ultraviolet light by an ultraviolet lamp # 1 for 60 seconds.
  • the layered member 62 was formed by semi-curing.
  • the composition (XI) is applied with a spin coater, and through a photomask (not shown), a category other than the portion to become the first divided flow path 12 and the flow path 11, UV lamp # 2 was irradiated with ultraviolet rays for 120 seconds to be semi-cured to form a layered member 63.
  • the uncured composition (XI) remaining in the non-irradiated part of the ultraviolet rays was washed and removed with a 50% aqueous ethanol solution to form a plurality of grooves serving as the first divided flow path 12. That is, the groove 43 is formed by a layered member 62 on the bottom surface and a layered member 63 on both side surfaces.
  • the obtained member A41 is provided with a rectangular groove forming region 45a at a substantially central portion when viewed from the substrate 21 side.
  • the groove forming region 45a has an upstream side on the left side and a downstream side on the right side in FIG. 18, and a large number of grooves 43 in the groove forming region 45a are approximately minus 45 counterclockwise with respect to both sides 53 and 54. It is provided in parallel at an angle of degrees.
  • a channel 11 is formed in the upstream side 51 of the groove forming region 45a up to the end of the side, and a downstream side 52 except for both ends of the side, the channel is formed on the side 52. 14 is formed.
  • the obtained member B42 is provided with a substantially rectangular groove forming region 45b at a substantially central portion when viewed from the groove forming surface of the member, that is, the outer surface side of the layered member 66.
  • the groove forming region 45b is an upstream side on the left side of FIG. 18 and a downstream side on the right side, and the groove forming region 45b has a number of grooves 44 force of about 45 degrees counterclockwise to both sides 58 and 59. It is provided in parallel at an angle. However, the flow path 11 is not formed and the flow path 14 is not provided in the member B42.
  • the layered member 63 of the member A41 and the layered member 66 of the member B42 are laminated so that the groove forming regions 45a and 45b are in close contact with each other.
  • the composition (XI) was cured, and the members A41 and B42 were fixed in a liquid-tight manner. Thereafter, the temporary support 34 was peeled off from the member B42.
  • a hole penetrating the member A41 and communicating with the center of the flow path 11 provided on the upstream side 51 of the separation region 45 was drilled to form an inflow port (7).
  • a hole that penetrates through the member A41 and communicates with the groove 43 (first divided flow path 12) having an end at the corner is drilled at one corner on the downstream side of the separation region 45, and the first outlet is formed.
  • 16 is formed in the same manner, penetrating the member A41, and drilling a hole in the other corner on the downstream side of the separation region 45 to communicate with the groove 43 (first divided flow path 12) having an end at the corner.
  • a second outlet 17 was formed. Furthermore, it penetrates member A41, A hole communicating with the flow path 14 formed in the portion excluding both ends of the side 52 on the downstream side of the separation region 45 was drilled to form a third outlet 18 to obtain a microfluidic device.
  • the microfluidic device fabricated as described above has a rectangular shape with an outer diameter of 90 mm X 45 mm and a thickness of about 1.4 mm.
  • the thickness of the base material 21 is lmm, and the thickness of the layered member 62 of member A, the layered member 63 of member A, the layered member 65 of member B, and the layered member 66 of member B are all about 100 m.
  • the groove formation region 45a of member A, the groove formation region 45b of member B, and the separation region 45 have the same shape and dimensions, and the length from the upstream side to the downstream side is 60 mm and the width is 30 mm.
  • a groove having a width of 150 ⁇ m is formed parallel to the side of the separation region 45 at an angle of 45 degrees with an inter-groove distance of 150 ⁇ m. Accordingly, the upstream side 51 and the downstream side 52 of the separation region 45 are formed with ends of about 70 grooves 43 and about 70 grooves 44, respectively. On the side of the separation region 45, the end of the groove 43 and the end of the groove 44 are in communication. Grooves (43, 44) and channel 11 are all 100 m deep, channel 11 is all 500 ⁇ m wide, inlet (7), first outlet 16, and second outlet 17 and 3rd outlet 18 holes are all 500 ⁇ m in diameter.
  • FIG. 22 is a schematic plan view showing the arrangement of the channels of the microfluidic device fabricated in this example.
  • the solid line indicates the flow path on the member A side, and the broken line indicates the flow path on the member B side.
  • the inlet 15 is provided outside the separation region 45, and is connected to the separation channel 3 in the separation region 45 by the channel 11 provided as a groove on the member A41 side outside the separation region 45, and the recovery region 55 is
  • the first outlet 16, the second outlet 17, and the third outlet 18 are provided outside the separation region 45, and the flow path 11 is also provided as a groove on the member A41 side outside the separation region 45.
  • the first outlet 16 is in the separation channel 3 having an end on one side 58 of the separation region 45
  • the second outlet 17 is the separation channel 3 having an end in the other side 59 of the separation region 45.
  • 3rd take-out A microfluidic device having a structure similar to that of Example 8 was produced except that the port 16 was connected to the separation channel 3 having an end on the side 57 on the downstream side of the separation region 45.
  • the microfluidic device fabricated in this example is 30 mm wide and 30 mm long for both the separation region 45 and the recovery region 55, and the dimensions and separation of the separation channel 3 formed in the separation region 45 and the recovery region 55.
  • the flow distance is the same as in the separation region 45 of the eighth embodiment.
  • the width of the flow path 11 connecting the end of the separation flow path 3 reaching the sides 58 and 59 of the recovery area 55 to the first take-out port 16 and the second take-out port 17 is about 150 m at the upstream end and downstream
  • the side edge is a taper of about 4.5mm.
  • Example 10 Separated in the same manner as in Example 7 except that parts A and B are read in reverse, and the first, second and third roller pumps are all operated at a flow rate of 15 [mm 3 Z min]. To do.
  • Example 10
  • a microfluidic device was fabricated in the same manner as in Example 8 except that the flow path arrangement was the shape shown in FIG.
  • the microfluidic device is a rectangle with an outer diameter of 100 mm x 50 mm and a thickness of about 1.4 mm.
  • the thickness of the substrate 21 is lmm, and the thickness of the layered member 62 of the member A, the layered member 63 of the member A, the layered member 65 of the member B, and the layered member 66 of the member B are all about 100 m.
  • the groove forming region 45a of member A, the groove forming region 45b of member B, and the shape of the separation region 45 have the same shape, the length from the upstream side to the downstream side is 40 mm, and the width is 4 Omm.
  • the widths of the grooves 43 and 44 are 300 ⁇ m, and are formed in parallel with each other at an angle of ⁇ 45 degrees with respect to the side of the separation region 45.
  • the ends of the 16 grooves are connected to the upstream side 51 of the groove separation region, and the ends of the 16 grooves are connected to the downstream side 52 of the groove separation region.
  • the flow path 11 connecting the inlet 15 and the separation flow path 3 is formed as a groove of the member A41, and the flow path 14 connecting the separation flow path 3 and each of the outlets 16, 17, 18 is formed as a groove of the member B42. ing.
  • the height of the separation channel 3 is 200 m, and the heights of the first divided channel and the second divided channel 13 are both 100 / zm. [Addition of potential] (Electric potential gradient: non-contact type)
  • a copper foil of 50 mm X 50 mm X thickness 50 [m] is pasted with a silicone adhesive in the range including all the separation channels 3 on the substrate 21 side surface of the fabricated microfluidic device to form an electrode plate.
  • the surface of the electrode plate was coated with the silicone adhesive.
  • a DC voltage of 8 [kV] was applied to the electrode plate of the microfluidic device with the substrate side as the negative side. If the relative permittivity of the yarn and composite (XI) is 2.5 [-] and the relative permittivity of the air in the flow path is 1.0 [-], it is The potential ⁇ 1 is estimated to be 3000 [V], the second inner wall potential ⁇ 2 is estimated to be 500 [V], the potential difference between the first inner wall surface and the second inner wall surface is 2500 [V]. 12500 [V / mmJ.
  • the potential ⁇ 1 of the first inner wall surface with respect to the ground potential is 7283 [V
  • the potential ⁇ 2 of the second inner wall surface is estimated to be 6338 [V]
  • the potential difference between the first inner wall surface and the second inner wall surface is 52 [V]
  • the potential gradient is 260 [VZmm].
  • a 0.1 wt% aqueous solution of polystyrene sulfonic acid having an average molecular weight of 70000 (Kanto Science) was used as a stock solution for the separation experiment.
  • the above stock solution was degassed by applying an ultrasonic cleaner for 1 minute while reducing the pressure with an aspirator, and then used in the experiment.
  • a microsyringe pump (not shown) is connected to the inlet 15, first outlet 16, and second outlet 17, respectively, and a tube is connected to the third outlet 18, and the other end is a vial. I entered.
  • the stock solution was introduced from the inlet 15 at a predetermined flow rate shown in Table 3, and the first outlet 16 and the second outlet 17 were each sucked at a speed of 1Z16 as the inlet flow rate.
  • Table 2 shows the concentration ratio of the solution collected from the first outlet 16 and the second outlet 17 to the original solution when the flow rate was changed.
  • a microfluidic device was produced in the same manner as in Example 10 except that an aluminum plate having a thickness of 1 [mm] was used as the substrate 21.
  • the temperature control plate made of aluminum adjusted to 0 [° C] was brought into contact with the same area of the surface of the lower cover layer 25 side.
  • the thermal conductivity of aluminum is 200 [wm _ 1 K _1 ]
  • the thermal conductivity of the composition (X) is 0.15 [wm _1 K _1 ]
  • the thermal conductivity of water is 0.61 [wm _1 K _1 ] is calculated using Equation 2, T
  • the degree gradient is estimated to be 200 [° CZmm]

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Description

明 細 書
マイクロ流体デバイスおよび物質分離方法
技術分野
[0001] 本発明は、流体に溶解又は分散して含まれる物質を連続的に分離することのでき るマイクロ流体デバイス、および物質分離方法に関し、電場、電磁場、磁場、振動場 ( 音場)、熱的場、及び Z又は、加速度場などの、分離すべき物質と相互作用して該 物質を選択的に移動させる力を発生するポテンシャル勾配 (即ち「場」 )を分離の駆 動力として、前記物質を分離するマイクロ流体デバイス及び物質分離方法に関する。 背景技術
[0002] 流体に溶解又は分散して含有される物質は、該流体を分離の駆動力となる各種の 場の中に置くと、該流体に含まれる物質の濃度勾配 (濃度分極)が生じることが知ら れている。例えば、溶液や分散液に静電場を掛けると、周知の電気泳動の原理によ つて、プラス帯電物質は低電位側へ移動してそこに濃縮され、マイナス帯電物質は 高電位側へ移動してそこに濃縮される。分散液を交番電場中に置くと、分散媒より誘 電率の大きな分散質は高ポテンシャル側に濃縮される (特許文献 1)。分散液を静磁 場中に置くと、分散媒より透磁率の高い分散質は高磁束密度側に濃縮される。溶液 に熱的場 (温度勾配)の中に置くと、溶媒より分子量の大きな溶質は低温側に濃縮さ れる (非特許文献 1)。分散液を超音波の振動場に置くと、分散質は振幅の小さい方 向へ移動する。従って、流路壁が振動の腹、流路の中心線が振動の節（ふし)となる 定在波を形成する周波数の超音波を流路に照射すると、分散質は流路の中心線付 近に濃縮される (非特許文献 2)。溶液に遠心力を掛けると、溶液に溶解している高 分子物質は低位置エネルギー側に濃縮される。
特許文献 1： WO-01/014870 (特表 2003-507739) (誘電泳動）
非特許文献 1 : P.A.Fournier,Journal De Physique,8,45〜48(1944). (温度分離） 非特許文献 2 : A. Nilsson, Micro Total Analysis System 2006 (Proceedings of μ - TA S 2006 Conference),314, (2006). (超音波）
[0003] しかしながら、分離対象物質の性質が互いに近い場合には、高度に分離することは 出来なかった。例えば、電気泳動法は、ポテンシャル勾配による分離の中では分離 能の高い分離方法であるが、この場合でさえ、電荷 Z分子量の比が近い物質の分離 には高電圧と長い分離距離を要した。外部静電場による荷電物質の分離方法、即ち 、流路中の流体に電極を接触させずに静電場を掛ける方法は、非常に分離能が低 かった。磁場による分離方法は、強磁性体のビーズ以外の物質の分離には巨大な超 伝導磁石を必要とし、相当に困難であった。温度差 (温度勾配）による分離法は、高 温部と低温部における溶質の濃度差は 1%以下と小さく（非特許文献 1)、分離手段 として工業的に利用されることはな力つた。超音波による分離も、 1段での分離能が低 ぐ実用的な分離を行うには、直列の 4回の分離操作が必要であった (非特許文献 2) 。遠心沈降法による溶質の分離は、大きな遠心力を要し、相当困難であった。
[0004] また、上記の分離方法は、分離能が低いだけでなぐ分離に長時間を要するのが 常であった。例えば、電気泳動による蛋白や核酸の分離は数時間、上記温度ポテン シャル勾配じょる分離は数十分以上、超遠心によるポリマーの分離も数十分以上を 要していた。その他のポテンシャル勾配に関しても、分離対象の性質差が小さい場 合には、僅かでも分離能を上げるために長時間を要していた。
[0005] さらに、電場による分離は、分離速度を上げるために電位差を大きくすると、媒体の 電気分解が生じて、マイクロ流体デバイス中のような密閉系で使用できず、また、発 熱やエネルギー消費量が大き 、と 、う問題があった。
[0006] また、電場、電磁場、磁場、熱の場に関して、ポテンシャル勾配を分離の駆動力と する従来の分離デバイスや分離方法に於いては、前記第 1内壁面-第 2内壁面間距 離を小さくすると拡散混合により分離率が低くなるし、同距離を大きくすると、ポテンシ ャル勾配が低下し、分離の駆動力が低下して分離率が低下する上、分離に長時間を 要するようになると 、う限界があった。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明が解決しょうとする課題は、分離すべき物質と相互作用して該物質を選択的 に移動させる力を発生するポテンシャル勾配 (即ち「場」）を分離の駆動力として、流 体に溶解又は分散して含まれる 2種以上の物質を、容易に高い分離度で連続的に 分離できるマイクロ流体デバイスおよび物質分離方法を提供することにある。前記の 場及び分離すべき物質としては、例えば、電場による荷電物質の分離、電磁場によ る誘電物質の分離、磁場による 1でない透磁率を有する物質の分離、振動の場によ る質量の異なる物質の分離、熱の場による質量の異なる物質の分離、及び Z又は、 加速度場による密度の異なる物質との分離などである。
また、電場、電磁場、磁場、熱の場に関して、前記第 1内壁面-第 2内壁面間距離を 十分に大きくして拡散混合を防ぎつつ、ポテンシャル勾配が低下することを防ぎ、高 い分離率と迅速な分離を可能にするマイクロ流体デバイスおよび物質分離方法を提 供することにある。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するため、本発明者らは、分離すべき物質を含む流体が、空洞（ 分離流路)を形成する第一内壁面に対して略平行に設けられた分割流路を流れて、 第一取出口又は第二取出口を通じて取り出されるマイクロ流体デバイスを完成させ た。
つまり、本発明は、
複数の物質を含む流体が供給される空洞と、
前記空洞に前記流体を供給するための導入口と、
前記導入口を通じて前記空洞に供給された前記流体の一部を前記空洞から取り出 すための第一取出口と、
前記第一取出口とは別に設けられ、前記空洞から前記流体の残りのすべて、もしく はさらにその一部を取り出すための第二取出口と、
前記空洞内の前記流体の流れ方向に沿って形成され、前記空洞を画成する第一 内壁面と、
前記第一内壁面に対して略平行に向かい合い、前記第一内壁面とともに前記空洞 を画成する第二内壁面と、
前記空洞に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行に設けられ、前記 流体を前記空洞から前記第一取出口に向けて流すための第一分割流路と、 前記空洞に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記第一分 割流路とは異なる方向に設けられ、前記流体を前記空洞から前記第二取出口に向 けて流すための第二分割流路とを備え、
少なくとも前記空洞の一部に、前記流体に含まれる前記複数の物質のひとつ又は いくつかを駆動するポテンシャル勾配が、前記第一内壁面に交差しかつ前記流体の 流れ方向に交差する方向に付加されたとき、前記ポテンシャル勾配によって前記第 二内壁面力 前記第一内壁面に向けて、又は前記第一内壁面力 第二内壁面に向 けて駆動された前記物質が、前記流体とともに前記第一分割流路又は前記第二分 割流路を流れ、前記第一取出口又は前記第二取出口を通じて取り出される ことを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供する。
[0009] また、本発明は、上記のマイクロ流体デバイスを用いた物質分離方法であって、
(1)少なくとも前記空洞としての分離流路の一部に、前記第一内壁面に交差しかつ 前記流体の流れ方向に交差する方向に前記ポテンシャル勾配を付加し、
(2)分離すべき複数の物質を含有する流体を、前記導入口を通じて前記分離流路 中に層流で流通させ、
(3)前記分離すべき複数の物質を、前記ポテンシャル勾配の作用により、前記第二 内壁面力 前記第一内壁面に向けて駆動するか、もしくは前記第一内壁面力 第二 内壁面に向けて駆動することによって分離し、
(4)分離された物質を含む流体を、前記第一分割流路及び前記第二分割流路を通 じて、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記流体の流れ方向とは異なる方向に 流し、
(5)前記分離された物質を含む流体を、前記分割流路に接続された前記第一取出 口又は前記第二取出口を通じて取り出す
ことを特徴とする物質分離方法を提供する。
発明の効果
[0010] 本発明は、分離すべき物質と相互作用して該物質を選択的に移動させる力を発生 するポテンシャル勾配 (即ちポテンシャルの「場」の勾配)を分離の駆動力として、流 体に溶解又は分散して含まれる 2種以上の物質を、容易に高い分離度で連続的に 分離できるマイクロ流体デバイスおよび物質分離方法を提供する。 本発明は、第 1内壁面-第 2内壁面間距離を小さく保ち、大きなポテンシャル勾配を 維持しつつ、拡散混合を抑制することによって分離率を向上させることができる。 本発明は又、バルブ切り替えなどの操作をする必要がなぐマイクロ流体デバイス に単に流体を流すだけで分離された物質を別々の取出口力 連続的に取り出すこと ができる。そしてまた、小さな圧力損失で分離可能なマイクロ流体デバイスを提供で きるため、流体を流すために高圧を必要としない。
磁場による分離の場合には、永久磁石を用いることにより省エネルギーで分離でき る。静電場による分離であって、電極を分離流路内の流体に接触させて電位差を設 ける場合には、液体の電気分解が生じないほど小さい電位差を用いて、高速で高い 分離能が得られる。又、このような低電位差では発熱も少なくなり、省エネルギーの分 離が出来る。
本発明は、本マイクロ流体デバイスをマイクロリアクターと一体ィ匕することが可能であ り、マイクロリアクターによる生成物を分離して連続的に次の工程に移すことが出来る ため、複雑な多段反応を行うマイクロリアクターを構築することを可能にする。
[0011] さらに本発明は、微少量の流体の分離も可能であり、本マイクロ流体デバイス内で 実施される化学反応や分析と連続させることにより、マイクロ ·トータル ·アナリシス ·シ ステム TAS)を構築することも可能にする。
一方、本マイクロ流体デバイスを多数同時に稼働させることが容易であり、通常スケ ールの分離にも好適に使用できる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]タイプ 1 Iの立体型の実施態様によるマイクロ流体デバイスの分離流路部分の 平面図 (A)及び a— a線における側面断面図（B)である。
[図 2]1タイプ 1 Iの立体型の実施態様によるマイクロ流体デバイスの分離流路部分 の平面図 (A)及び β— β線における側面断面図（Β)である。
[図 3]タイプ 1 Iの半立体型の実施態様によるマイクロ流体デバイスの分離流路部分 の平面図 (Α)、 γ— γ線における側面断面図（Β)、及び δ — δ線における側面断 面図（C)である。
[図 4]タイプ 1 Iの半立体型の実施態様によるマイクロ流体デバイスの分離流路部分 の平面図 (A)、 ε - ε線における側面断面図（Β)、及び ζ— ζ線における側面断 面図（C)である。
[図 5]1タイプ 1 Iの半立体型の実施態様によるマイクロ流体デバイスの分離流路部 分の平面図 (Α)、 7? — 7?線における側面断面図（Β)である。
[図 6]タイプ 1 Iの立体型の分離流路の多段配置を示す配置図の平面図である。 圆 7]タイプ 1—1の立体型の分離流路の多段配置を示す配置図の側面図模式図で ある。
圆 8]タイプ 1—1の立体型の分離流路の多段配置を示す配置図の第 1外部層の平面 図である。
[図 9]タイプ 1 Iの立体型の分離流路の多段配置を示す配置図の内部層の平面図 である。
[図 10]タイプ 1 Iの立体型の分離流路の多段配置を示す配置図の第 2外部層の平 面図である。
圆 11]第 1のタイプの各段の分離流路の断面積の総和を略同一としたマイクロ流体 デバイスの部分平面図である。
圆 12]第 1のタイプの各段の分離流路の断面積の総和を略同一としたマイクロ流体 デバイスの部分側面断面図である。
[図 13]第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの例を示す分解見取図である。
[図 14]第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの例を示す分解見取図である。
[図 15]実施例 7で作製した第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの分解見取図である 圆 16]第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの実施態様を示す分解見取図である。
[図 17]第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの例の分解見取図である。
[図 18]実施例 8で作製した第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの分解見取図である
[図 19]実施例 8で作製した第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの流路の配置を示す 平面図模式図である。実線で部材 Α側の流路を、破線で部材 B側の流路を示してあ る。 [図 20]実施例 9で作製した第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの流路の配置を示す 平面図模式図である。実線で部材 A側の流路を、破線で部材 B側の流路を示してあ る。
[図 21]実施例 10で作製した第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの流路の配置を示 す平面図模式図である。濃い色の実線で部材 A側の流路を、薄い色の実線で部材 B 側の流路を示してある。
[図 22]第 3のタイプのマイクロ流体デバイスにおける分離機構を示した、分離流路近 傍の部分平面図模式図である。 X印は、ポテンシャル勾配の方向が紙面表面力 裏 面方向へ向力うことを示しており、塗りつぶし矢印は流体の流れ方向を示している。 又、塗りつぶし矢印の色の濃さは、物質の濃度を模式的に示している。
[図 23]第 3のタイプのマイクロ流体デバイスにおける分離機構を示した、分離流路近 傍の部分側面断面図模式図である。白抜き矢印はポテンシャル勾配の方向、塗りつ ぶし矢印は流体の流れ方向を示している。又、塗りつぶし矢印の色の濃さは、物質の 濃度を模式的に示している。
符号の説明
1···第 1内壁面、 2···第 2内壁面、 3, 3a〜3z…分離流路、 5, 5a〜5z…流入口、 6 , 6a〜6z…第 1流出口、 7, 7a〜7z…第 2流出口、 8…上流側端面、 9…下流側端 面、 11, lla〜llz, 14, 14a〜14z-"流路、 12, 12a〜12z-"第 1分割流路、 13, 13a〜13z…第 2分割流路、 15···導入口、 16…第 1取出口、 17…第 2取出口、 18 …第 3取出口、 21···基材、 22…第 1外部層、 23…内部層、 23'…第 1内部層、 23" …第 2内部層、 24…第 2外部層、 25···カバー層、 26…第 1中間層、 27···第 2中間 層、 28···基材側外表面、 29···カバー層側外表面、 30···スぺーサ、 32, 33, 36··· 層状部材、 34, 37···—時的な支持体、 35···他の部材、 41ー部材八、 42—部材 、 43···溝、第 1分割流路、 44···溝、第 2分割流路、 45···分離領域、 45a…分離領域と なる部材 Aの溝形成領域、 45b…分離領域となる部材 Bの溝形成領域、 51···分離領 域の上流側の辺、 52···分離領域の下流側の辺、 53, 54…分離領域の側辺、 55··· 回収領域、 55a…回収領域となる部材 Aの溝形成領域、 55b…回収領域となる部材 Bの溝形成領域、 56···回収領域の上流側の辺、 57···回収領域の下流側の辺、 58, 59· ··回収領域の側辺、 62, 63, 65, 66· ··層状部材、 70· ··ポテンシャル勾配の方 向、 100…マイクロ流体デバイス
発明を実施するための最良の形態
[ポテンシャル勾配及び物質との相互作用]
本発明に使用する、分離の駆動力となるポテンシャル勾配は、流体中に含まれる物 質、即ち第 1物質及び Z又は第 2物質と相互作用して、該物質が高ポテンシャル方 向又はポテンシャル方向に移動する力を発生するポテンシャル勾配である。該ポテ ンシャル勾配の方向は、流路の流れ方向と交差する向きに設けられる。交差する角 度は 45° 以上が好ましぐ 90° が最も好ましい。ポテンシャル勾配が存在する領域 を「ポテンシャルの場」または単に「場」と称する。
第 1物質及び Z又は第 2物質が力を受けて分離する機構としては、次の 3つがあり 得る。その第 1は、前記場の中に置かれた第 1物質及び第 2物質が、互いに逆方向 に力を受け、逆方向へ移動する場合である。勿論、該物質の一方が溶媒 (又は分散 媒)の場合には、流路を満たしている該溶媒 (又は分散媒)は力を受けても実質的に 移動することが出来ず、溶質 (又は分散質)のみが移動する。
第 2は、前記場の中に置かれた第 1物質及び第 2物質が、同じ方向に力を受け、同 じ方向へ移動するが、その速度が異なる場合である（一方が受ける力がゼロであり、 移動しない場合を含む。また、該物質の一方が溶媒又は分散媒の場合には、流路を 満たしている該溶媒 (又は分散媒)は力を受けても実質的に移動することが出来ず、 溶質 (又は分散質)のみが移動する。第 1物質及び第 2物質が双方共に溶質 (又は分 散質)である場合には、第 1物質及び第 2物質がそれぞれ異なる強さの力を受ける場 合と、両者が同じ力を受けるが、粒子の大きさの違いなどにより互いに異なる速度で 移動する場合があり得る。
第 3は、前記場の中に置かれた溶媒が低ポテンシャル方向への力を受け、該溶媒 と異なる（ゼロを含む)力を受ける溶質が、浮力により高ポテンシャル方向へ移動する 場合である。この浮力による分離は、溶質と溶媒の分離と、 2つの溶質の分離の双方 とも可能である。分散質についても同様である。
本発明に使用できるポテンシャル勾配及び相互作用の種類としては、次のようなも のを例示できる。
[0015] 〔電気ポテンシャル勾配〕
電気ポテンシャル勾配は、電場におけるポテンシャル（即ち電位）の勾配である。電 場は荷電物質と相互作用して、プラス荷電粒子は低電位方向へ、マイナス荷電粒子 は高電位方向へ向力 力を発生する。荷電粒子が受ける力は、静電場の電場の強さ と該粒子の電荷にそれぞれ比例する。受ける力が一定の時、流体中での粒子の移 動速度は粒子の電荷 Z質量の比に比例する。流体に静電場を掛ける方法としては、 第 1内平面と第 2内壁面に電極を設けて、流路中の流体に接触させて電場を掛ける 方法 (即ち接触式)と、電極を流体に接触させずに、流路或いはマイクロ流体デバィ スの外部力 掛ける方法 (即ち非接触式)がある。
[0016] 〔電磁ポテンシャル勾配〕
電磁ポテンシャル勾配は電磁場におけるポテンシャル (電磁強度）の勾配である。 電磁場は誘電体と相互作用して力を発生する。相互作用の力は電磁強度に比例し 、電磁強度の勾配に比例し、かつ物質の誘電率に比例する。媒体より誘電率の高い 粒子は高ポテンシャル方向へ力を受ける。
[0017] 〔磁気ポテンシャル勾配〕
磁気ポテンシャル勾配は、磁場におけるポテンシャル (即ち、磁位)の勾配である。 磁場は、 1でない透磁率を有する物質と相互作用して力を発生する。相互作用の力 は、磁束密度に比例し、磁束密度の勾配に比例し、かつ物質の透磁率に比例する。 媒体より透磁率の高い粒子は磁束密度の高い方向へ力を受ける。
[0018] 〔振動ポテンシャル勾配〕
振動ポテンシャル勾配は、振動 (音響)の進行波（単数又は複数）によって形成され る振動場の、振動強度ポテンシャル (振幅)の勾配である。該振動場は、媒体と密度 の異なる物質と相互作用し、媒体より密度の高い物質を低振幅方向へ移動させる。 周波数を超音波領域とすることで効果的となる。
振動場は、時間に対して非対称な振動波形を持つ進行波 (単数)の場であり得る。 振動の周波数を、波長が流路の壁間距離の 2倍になるように調節することによって 、流路壁が振動の腹、流路の中心が振動の節になるような定在波を形成することが 出来る。このような定在波振動の場においては、流路の両逸見面から中心方向へ向 力う振動ポテンシャル勾配が形成され、媒体より密度の高い粒子は流路の中心部に 集まる。
[0019] 〔加速ポテンシャル勾配〕
加速度ポテンシャル勾配は、加速度場のポテンシャルの勾配であり、該ポテンシャ ルは位置エネルギーである。加速度場は、媒体と密度の異なる物質と相互作用し、 媒体より密度の高い物質を低位置エネルギー方向へ移動させる。加速度場は重力 場や遠心力場であり得る。しかし、重力場が分離すべき物質に与える力は小さぐ分 離対象は密度差が大きく且つ粒径差が大きなものに限られるため、本発明に於いて は、加速度ポテンシャル勾配は、重力場より大きな加速度場のポテンシャル勾配であ ることが好ましい。
[0020] 〔温度ポテンシャル勾配〕
熱の場における温度勾配を温度ポテンシャル勾配として取り扱うことが出来る。熱の 場は、媒体と密度の異なる物質と相互作用し、媒体より質量の大きな粒子を低温方 向へ移動させる。
[0021] 〔浮力の場〕
前記第 1物質及び Z又は第 2物質が力を受けて分離する機構の第 3の場合を、浮 力の場による分離として取り扱うことも出来る。即ち、第 1物質と第 2物質が溶質と溶媒 である場合、上記の各種の場に於いて、溶質より溶媒が低ポテンシャル勾配方向に より強い力を受け、溶質を浮力によって高ポテンシャル勾配方向へ移動させて分離 する場合、浮力の場による分離と見ることが出来る。ポテンシャル勾配は位置エネル ギーである。分散質と分散媒の場合も同様である。また、互いに浮力の異なる 2つの 溶質や 2つの分散質を互いに分離することも出来る。
なお、本発明で分離の駆動力として用いるポテンシャル勾配は、上述のように、流 路内の任意の位置にある物質が、分離される方向へ力を受けるような、流路の両壁 間全体にわたる勾配であって、特開 2006-043696に開示されているような、流路壁が 選択的な親和性を示すようなものではない。即ち、流路壁の極近傍 (数 nm未満と考 えられる）でのみ相互作用が存在し、それ以外の大部分の流路中では相互作用がな いものは含まない。
[0022] [流体および分離対象物質]
本発明は、流体中に含まれる少なくとも 2種類の物質、即ち第 1物質および第 2物 質を相互に分離するマイクロ流体デバイス及びその方法に関する。本発明の分離対 象の流体は任意の流体であり、液体、超臨界流体、液晶、または気体であり得る。こ れらの流体は、均一混合物又は分散物であり得る。中でも、流体は液体であることが 、本発明の効果をより発揮できる上、応用範囲が広く好ましい。
前記第 1物質および第 2物質は互いに異なる物質であれば任意であり、例えば、溶 質と溶媒、共通の溶媒に溶解した 2つの溶質、分散質と分散媒、共通の分散媒に分 散した 2つの分散質、溶質と分散質などであり得る。第 1物質および第 2物質は、分離 を行う時の温度と圧力に於ける単独での相状態は任意であり、それぞれ、液体、超臨 界流体、液晶、気体、固体のいずれであってもよい。勿論、前記第 1物質および第 2 物質は、分離に用いる場との相互作用によって力を受け、分離されるものであり、分 離対象に応じて適切な場を選択することが出来る。
なお、本発明で言う「分離」は、第 1物質または第 2物質の一方が溶媒或いは分散 媒の場合には「濃縮」又は「希釈」になる。即ち、溶質と溶媒が分離されると、一方の 流出ロカ 溶質が濃縮された溶液が流出し、他方の流出口から溶質が希釈された溶 液が流出する。
[0023] 一般に、第 1物質と第 2物質の性質の違いが大きいほど分離が容易である。該性質 は、言うもでもなく分離に使用する場の種類によって異なり、例えば、磁気ポテンシャ ル勾配による分離の場合には、透磁率の差が大きなほど、また、粒子の大きさの違い が大きいほど、分離が容易である。従って、常磁性体又は反磁性体の分散媒からの 強磁性体分散質の分離が最も容易である。即ち、比較的小さな磁束密度であっても 、高速で、高い分離率で分離できる。分散質の粒径が小さくなり、低分子物質に近づ くほど分離は困難となる。しかしながら、強磁性体ビーズのような非常に容易に分離 できる物質は従来法によっても十分に分離可能である。本発明は、従来法では低い 分離率でしか分離できないような分離対象に対して効果的である。
また例えば、温度ポテンシャル勾配による分離の場合には、粒子の大きさの違いが 大きいほど分離が容易である。従って、分散質の分散媒カもの分離が最も容易であ る。それに次いで高分子物質の溶質からの分離が容易である。温度ポテンシャル勾 配による分離の場合には、いずれの場合も従来法による分離率は低いため、本発明 の効果が発揮される。一般的に言って、好ましくは、従来の 1段法では分離率 [= (流 出液の第 1物質の濃度 Z流出液の第 2物質の濃度) / (原液の第 1物質の濃度 Z原 液の第 2物質の濃度) ] (又は、該式で第 1物質と第 2物質を逆にした式)が 1. 002〜 2、更に好ましくは 1. 05〜： L 5、最も好ましくは 1. 01〜1. 1である様な分離系が本 発明の効果が発揮できる。
本発明は又、前記第 1流出口と第 2流出口の他に第 3流出口を設けることにより、流 体に含まれる、互いに異なる 3種類の物質、即ち、第 1物質、第 2物質、及び第 3物質 を互いに分離することも出来る。該 3種類の物質は、例えば、 2種類の溶質と溶媒、 3 種類の溶質、 2種類の分散質と分散媒、 3種類の分散質などであり得る。
本発明のポテンシャル付加機構に関しては、後述の物質分離方法の項で述べる。
[マイクロ流体デバイス]
本発明のマイクロ流体デバイスは、複数の物質を含む流体が供給される空間と、前 記空間に前記流体を供給するための導入口と、前記導入口を通じて前記空間に供 給された前記流体の一部を前記空間から取り出すための第一取出口と、前記第一 取出口とは別に設けられ、前記空間から前記流体の残りのすべて、もしくはさらにそ の一部を取り出すための第二取出口と、前記空間内の前記流体の流れ方向に沿つ て形成され、前記空間を画成する第一内壁面と、前記第一内壁面に対して略平行に 向かい合い、前記第一内壁面とともに前記空間を画成する第二内壁面と、前記空間 に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行に設けられ、前記流体を前記 空間から前記第一取出口に向けて流すための第一分割流路と、前記空間に連通す るとともに、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記第一分割流路とは異なる方 向に設けられ、前記流体を前記空間から前記第二取出口に向けて流すための第二 分割流路とを備え、少なくとも前記空間の一部に、前記流体に含まれる前記複数の 物質のいくつかを駆動するポテンシャル勾配力 S、前記第一内壁面に交差しかつ前記 流体の流れ方向に交差する方向に付加されたとき、前記ポテンシャル勾配によって 駆動された前記第二内壁面から前記第一内壁面に向けて駆動されるか、もしくは前 記第一内壁面から第二内壁面に向けて駆動された前記物質が、前記流体とともに前 記第一分割流路又は前記第二分割流路を流れ、前記第一取出口又は前記第二取 出口を通じて取り出されることを特徴とするマイクロ流体デバイスである。
[0025] 即ち、本発明のマイクロ流体デバイスにおいては、前記分離の駆動力となるポテン シャル勾配が流路の流れ方向と交差する向きに付加され、好ましくは 45° 以上の角 度で交差する向きに付加され、最も好ましくは 90° で交差する向きに付加されること により、流路の第 1内壁面—第 2内壁面方向にポテンシャルの勾配が付加される。 第 1内壁面のポテンシャルを Φ 1、第 2内壁面のポテンシャルを φ 2、第 1内壁面と 第 2内壁面の中間部のポテンシャルを φ 3とすると、ポテンシャル勾配が前記定在波 振動場以外の場におけるポテンシャル勾配では、 Φ 1、 φ 2は互いに異なるポテンシ ャルとされ、 φ 3はこれらの中間とされる。ポテンシャルは第 1内壁面と第 2内壁面間で 単純増加又は単純減少とすることが好ましぐ φ 1と φ 2の差が大きい程好ましい。こ のようにすることにより、第 1物質と第 2物質は、 1内壁面に近い位置と第 2内壁面に近 い位置で最も濃度差が大きくなり、分離効率を高くできる。また、第 1内壁面と第 2内 壁面の距離を小さくして、ポテンシャル勾配を大きくすることが、分離速度が向上する ため好ましい。
[0026] ポテンシャル勾配が前記定在波振動の場に於ける振動ポテンシャル勾配の場合に は、 φ ΐと Φ 2は等しくされ、 φ 3が φ ΐと φ 2より小さぐかつ、第 1内壁面と第 2内壁面 の間で最小にされる。この場合、媒体より密度の高い粒子は第 1内壁面と第 2内壁面 間の中間部に濃縮されるから、流体を濃縮液と希釈液に分離して取り出すためには 、取出口の構造に工夫がいる。例えば、後述の、第 1分割流路と第 2分割流路に分 割する流体の流量比が 1以外に成るような構造にする必要がある。
本発明のマイクロ流体デバイスは、分離流路中で第 1内壁面 第 2内壁面方向に 駆動され濃縮された物質を分割するための第 1分割流路と第 2分割流路を備える。 第 1分割流路は、前記空間に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行に 設けられ、前記流体を前記空間から前記第一取出口に向けて流す流路である。第 2 分割流路は、前記空間に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行、かつ 前記第一分割流路とは異なる方向に設けられ、前記流体を前記空間から前記第二 取出口に向けて流す流路である。即ち、第 1内壁面近傍に所定物質が濃縮された流 体成分は第 1分割流路により、第 2内壁面近傍に所定物質が濃縮された流体成分は 第 2分割流路により、互いに異なる方向に分流される。該分流される方向は、第 1内 壁面に平行な方向で、且つ、流れ方向と異なる方向である。換言すれば、第 1内壁 面-第 2内壁面方向を上下方向としたとき、該分流される方向は、分割流路を流れる 流体の流れ方向に対して横方向である。勿論、第 1分割流路、第 2分割流路の一方 が該流れ方向と一致しても良 、。
[0027] 本発明のマイクロ流体デバイスは、第 3取出口を有することも好ましい。第 3取出口 は、特記する場合を除いて、前記第 1取出口と第 2取出口力も取り出される濃縮液と 希釈液の中間組成の流体を取り出すことを目的として、前記第 1取出口と第 2取出以 外の取出口として形成される。即ち、一般的に言って、前記第 1内壁面と第 2内壁面 を結ぶ方向に直角な方向で、かつ前記空間の流れ方向に直角な方向（即ち流れの 横方向）における前記第 1取出口と第 2取出口の間に接続されるが、その具体的な位 置はマイクロ流体デバイスの各論に於!、て述べる。
第 1取出口と第 2取出口は、前記空間の下流端の最も離れた分離流路に接続し、 他の分離流路を第 3取出口に接続することが、第 1取出口と第 2取出口から第 1物質 と第 2物質が最も分離された流体を得ることが出来るため好ましいが、分離度より収 率を重視する場合には、第 1取出口と第 2取出口は、それぞれ多数本の分離流路に 接続し、その分、第 3取出口に接続される分離流路を減らしても良い。
[0028] (外形'寸法）
本発明のマイクロ流体デバイスの外形は任意であり、例えば板状（曲板状を含む）、 シート (フィルム、ベルト、リボンなどを含む)状、棒状、塊状、その他任意の複雑な形 状であって良い。これらの中で、板状又はシート状であることが、ポテンシャル勾配付 加機構をマイクロ流体デバイスの外側に設ける場合にも、前記分離流路に大きなポ テンシャル勾配を形成し、第 1内壁面のポテンシャル φ 1と第 2内壁面のポテンシャル Φ 2のポテンシャル差を大きくすることが容易であること、使用上の容易性、他のマイ クロ流体デバイスと一体化することの容易性、及び製造の容易性から好ましい。特に 、前記ポテンシャル勾配が温度勾配、静電ポテンシャル勾配、電磁ポテンシャル勾 配、又は磁気ポテンシャル勾配であるときは、板状やシート状とし、該平面に直角な 方向に該ポテンシャル勾配を付加することにより、大きなポテンシャル勾配を付加す ることが出来るため好ましい。上記板状やシート状は、曲面状であっても良い。
本マイクロ流体デバイスの厚みは、好ましくは 50 [ m]以上、更に好ましくは 100 [ μ m]以上、最も好ましくは 200 [ m]以上であり、好ましくは 5mm以下、更に好まし くは 3mm以下、最も好ましくは 2mm以下である。厚みをこの寸法とすることにより、分 離流路を後述のように好適な寸法とすることが出来、又、分離流路に大きなポテンシ ャル勾配を与えることが出来る。
[0029] (素材）
本マイクロ流体デバイスを構成する素材は、第 1内壁面と第 2壁面に、それぞれポ テンシャル φ 1と φ 2にできるものであれば任意である。後述のように、用い得る素材 は使用する場の種類によって異なり、又、マイクロ流体デバイスの構造部分によって 異なるが、後述の具体例で述べる例外を除けば、一般的には、ガラス、ステンレスス チールなどの金属、シリコンなどの半導体、石英などの結晶、セラミック、炭素、有機 重合体、有機無機複合体などが使用できる。前記有機重合体には、ポリジメチルシロ キサンやポリシラザンのように、厳密には無機重合体に分類される場合もあるが通常 は有機重合体として扱うものも含まれる。これらの材料にはそれぞれ長短があり、目 的の分離系に応じて好適なものを選択すればよい。中でも有機重合体は、分離駆動 力がいずれの場合であっても好適な物性を有し、安価で製造も容易なため、好ましく 使用できる。
[0030] (製造方法）
本発明のマイクロ流体デバイスの製造方法は任意であり、各素材に応じた方法を採 用できる。本発明のマイクロ流体デバイスが、溝を有する部材で構成されている場合 、該部材は、例えば、フォト (放射線)リソグラフィー（但し、光硬化性榭脂のパターン 露光法や、光分解性榭脂のパターン露光法などの、エッチング工程を有しない物も 含む）、光 (エネルギー線)造形法、光 (エネルギー線)アブレーシヨン、射出成型、キ ヤスト硬化法、熱エンボス法 (溶融レプリカ法)、溶剤キャスト法 (溶剤レプリカ法)、機 械的切削、サンドブラスト法、蒸着法、気相重合法、溝となるべき、層の表裏を貫通す る欠損部を有する層状部材と平滑な表面を有する部材との固着等であり得る。
本発明のマイクロ流体デバイスが、層の表裏を貫通する欠損部を有する層状部材 と、平滑な表面を有する部材とで構成されている場合には、該欠損部を有する層状 部材は、該欠損部の形成方法も任意であり、上記溝を有する部材と同様の方法や、 切り抜き法を使用しうる。
各部材の固定方法も任意であり、クランプ、ネジ、リベットなどによる非固着の固定 であり得るが、固着が好ましい。固着方法は任意であり、互いに固着させる部材の少 なくとも一方が粘着力を示す半硬化状態で互いに密着させ、その状態で硬化させて 固着する方法、接着剤を使用した接着、粘着剤による固着、部材表面への溶剤塗布 による接着、熱や超音波による融着、などの方法を使用しうるが、半硬化状態で密着 固化させる方法、及び、無溶剤型の接着剤の使用が好ましい。無溶剤型接着剤とし てエネルギー線硬化性榭脂を用い、エネルギー線照射により硬化させて接着する方 法力 生産性が高く好ましい。
以下、使用する場の幾つかについて詳述する。
(0分離の駆動力が温度ポテンシャル勾配の場合
分離の駆動力が温度ポテンシャル勾配の場合には、分離流路の側壁部を構成す る部材 (例えば図 1に於ける内部層 23)の熱伝導率力 該分離流路に流す流体の熱 伝導率より小さいことが好ましぐなるべく小さいことがより好ましい。該側壁部を構成 する素材の熱伝導率は、 10wm_1K_ 1以下が好ましぐ 3wm_ 1K_1以下がさらに好 ましぐ lwm_1K_1以下が最も好ましい。このような熱伝導率を持つ素材として、有機 重合体を好ましく使用出来るし、その他に、多孔質ガラス、多孔質ラミック、多孔質炭 素、多孔質結晶なども使用出来る。熱伝導率の下限は、自ずと限界はあろうが、小さ V、ことそれ自身による不都合はな 、ため限定することを要しな 、。熱伝導率の下限は 、例えば、多孔質有機重合体のように 0. 01wm_1K_ 1であり得るし、真空断熱層とす ることも出来る。この範囲とすることにより、第 1内壁面と第 2内壁面の間に大きな温度 差と大きな温度勾配を付けることが容易になり、分離率の向上が図れると共に、マイク 口流体デバイスの熱貫流量を少なくでき、消費エネルギーの削減が図れる。 [0032] マイクロ流体デバイスの表面温度を調節することにより、第 1内壁面と第 2内壁面を 所定の温度にする場合には、マイクロ流体デバイス表面と分離流路 3を隔てる部分（ 例えば、図 1に於ける基材 21や第 1外部層 22や第 2外部層 24やカバー層 25)の素 材として、熱伝導率が高い素材を使用することが好ましい。該素材の熱伝導率は、前 記側壁部を構成する部材の熱伝導率の、好ましくは 2倍以上、更に好ましくは 5倍以 上、最も好ましくは 10倍以上である。熱伝導率の上限は、自ずと限界はあろうが、大 き 、ことそれ自身による不都合はな 、ため限定することを要しな 、。該熱伝導率の上 限は、例えば、ダイヤモンドやヒート一パイプのように、 1000wm_1K_1であり得る。こ れにより、マイクロ流体デバイスの表面間の温度差が同じ場合に、第 1内壁面と第 2 内壁面の間の温度差をより大きくすることが出来る。このような熱伝導率を持った素材 として、例えば、金属、ガラス、結晶、セラミック、炭素、有機無機複合体などを好まし く用いることが出来、中でも、耐熱性のあるものを選べば、有機無機複合体が製造が 容易なため好ましい。有機無機複合体としては、有機重合体と無機粉末又は無機短 繊維との複合体が好ましい。
[0033] GO分離の駆動力が電気ポテンシャル勾配の場合
分離の駆動力が電気ポテンシャル勾配の場合には、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2に必 要な電位差を設けルことが出来、且つ短絡しないように素材を選択する必要がある。 電気ポテンシャル勾配が外部静電場の場合には、前記側壁部を構成する部材 (例え ば内部層 23)は電気絶縁性の素材で形成されていることが必要であり、比誘電率の 小さい素材好ましい。このような素材として、有機重合体が好ましい。
また、第 1内壁面と第 2内壁面の電位差を成るべき大きくするために、マイクロ流体デ バイス表面と分離流路 3を隔てる部分、例えば、図 1に於ける基材 21や第 1外部層 2 2や第 2外部層 24やカバー層 25の素材として、導電性の素材又は誘電率の高い素 材を使用することが好ましい。電極をマイクロ流体デバイスの両表面に接触させる場 合には、短絡を防止するために電気絶縁性の素材である必要がある。電気絶縁性で 比誘電率の高い素材としては、ガラス、結晶、セラミック、有機無機複合体を例示でき る。
[0034] (iii)分離の駆動力が磁気ポテンシャル勾配の場合 分離の駆動力が磁気ポテンシャル勾配の場合には、少なくとも前記側壁部を構成 する部材 (例えば内部層 23)は強磁性体でないことが必要である。前記側壁部を構 成する部材が強磁性体であると、磁力線は分離流路の周りの内部層形成素材中を 透過し、分離流路内をほとんど貫通しないため、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2に大きな 磁位差を設けることが出来な 、。
[0035] (iv)分離の駆動力が加速度場の位置エネルギーの場合
分離の駆動力が加速度場の位置エネルギーの場合には、マイクロ流体デバイスを 構成する素材は、該加速度に耐えるだけの強度を有するものである。
(V)分離の駆動力が振動のポテンシャル勾配の場合
効率の高い分離を行うためには該振動として通常超音波を使用するが、使用する 音波の周波数に於 、て振動の吸収が少な 、ことが必要である。
[0036] 本発明のマイクロ流体デバイスの第 1内壁面と第 2内壁面を所定のポテンシャル勾 配にするに当たり、マイクロ流体デバイス全体を等しく場の中に配置してもよいが、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2に他の部分より大きなポテンシャル勾配を形成することも好 ましい。例えば、ポテンシャル勾配が温度勾配の場合には、本マイクロ流体デバイス の外表面の分離流路に相対する部分にのみ温調ブロックを接触することが好ましぐ 磁気ポテンシャル勾配の場合には、ポールピースを用いて、分離流路部分にのみ磁 力線を集中させることが好ましい。
[0037] [マイクロ流体デバイス 28の第 1のタイプ]
本発明の第 1のタイプのマイクロ流体デバイスは、分離流路が流入口、第 1流出口 、第 2流出口を有し、前記分割流路は第 1分割流路とされる。また、第 2分割流路が 設けられる。第 1流出口は第 2内壁面より第 1内壁面に近い部分に設けられていて、 そこに前記第 1分割流路が接続されている。一方、第 2流出口は第 1内壁面より第 2 内壁面に近い部分に設けられ、第 2分割流路が接続さていて、第 2物質が濃縮され た流体 (即ち、第 1物質が希釈された流体)が流出するようにされている。
[0038] 本第 1のタイプのマイクロ流体デバイスは、前記分離流路が、上流から下流にかけ て複数段にわたって配置され、該複数段のうちの任意の段における分離流路の第 1 流出口又は第 2流出口が、下流側次段における分離流路の流入口に接続されてい ることを特徴とする。このように、分離流路を多数段直列に接続することにより、 1段で の分離能が低 、分離駆動力を用いても、実用的な分離能で分離することが可能にな る。本発明のマイクロ流体デバイスは分離流路が微小であるため、多数段接続された 分離流路を持つ物質デバイスを容易に製造することができる。
[0039] 〔マイクロ流体デバイスの構成単位〕
まず、本第 1のタイプのマイクロ流体デバイスの構成単位である分離流路の構造に ついて説明する。分離流路の流入口、第 1流出口、第 2流出口の位置関係や、分離 流路内の第 1内壁面、第 2内壁面との位置関係は、典型的には次の 2種がある。
[0040] (タイプ 1 I)分離流路の直交する 3方向の寸法のうち最小でない方向を流れ方向（ 即ち、流体を流動させる方向）とし、流入口が分離流路の流れ方向の一方の端に設 けられており、前記第 1内壁面と第 2内壁面が分離流路の側面に設けられており、第 1流出口と第 2流出口が分離流路の流れ方向の他端に設けられて!/、る方式。本方式 においては、分離流路に入った流体は、分離流路内をマスフローとして一方向に流 れながら、第 1物質と第 2物質が、流れ方向に直角な第 1内壁面 第 2内壁面方向に 分離し、第 1物質と第 2物質がそれぞれ濃縮された流体が別々に流出する。
[0041] (タイプ 1 II)分離流路の直交する 3方向の寸法のうち最小でな!、方向を流れ方向と し、流入口が分離流路の流れ方向の中間部に設けられており、前記第 1内壁面と第 2内壁面が分離流路の流れ方向の両端部の端面にそれぞれ設けられており、第 1流 出口と第 2流出口が分離流路の流れ方向の両端部にそれぞれ設けられて ヽる方式。 本方式においては、分離流路に入った流体は二つに分かれ、それぞれが逆方向に マスフローとして流れながら、第 1物質と第 2物質が、該マスフローの流速より速い速 度で互いに逆方向へ分離し、第 1物質と第 2物質がそれぞれ濃縮された流体が別々 に流出する。
[0042] もちろん、上記のタイプ 1—1とタイプ 1—IIは典型的な形態であり、連続的にその中 間的な形態があり得る。例えば後述するように、半立体型の態様に特に好適な、上記 タイプ 1—Iとタイプ 1—IIの中間型の態様があり得る。
また、本発明のマイクロ流体デバイスは、典型的な構造として、立体型又は半立体型 の態様を好ましく採り得る。立体型は、流出ロカ 流出する流体が、多段に分離流路 が配列されている平面の外へ流出する構造であり、半立体型は、流出ロカ 流出す る流体が、多段に分離流路が配列されている平面内ではある力 該平面に平行な 2 層へそれぞれ流出する構造である。もちろん、これらの折衷型があり得るし、本マイク 口流体デバイスの部分毎に異なる構造を採ってょ 、。
[0043] 以下、図面を参照して、タイプ 1 -1の分離流路とタイプ 1 -IIの分離流路のそれぞれ について、立体型及び半立体型の各態様に即して詳細に説明する。なお、以下の 説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を 適宜変更している。また、同じ目的機能の構造体は同じ番号で示した。
[0044] 以下、本第 1のタイプのマイクロ流体デバイスについて、次の表題に従って説明を行 つ。
1. 〔タイプ 1—1の立体型〕
2. 〔タイプ 1 IIの立体型〕
3. 〔タイプ 1 Iの半立体型〕
4. 〔タイプ 1 IIの半立体型〕
5. [多段配置]
6. [タイプ 1 Iの立体型に於ける多段配置]
7. 〔3段以上の多段配置の基本構成〕
8. 〔濃縮溶液量の確保〕
9. 〔導入口、取出口、流路〕
10. 〔その他の機構〕
1. 〔タイプ 1—1の立体型〕
図 1はタイプ 1 Iの立体型の態様の説明図であり、図 1 (A)に分離流路の平面図、 図 1 (B)に α α線における側面断面図を示した。本態様においては、内部層 23の 両面にそれぞれ第 1外部層 22および第 2外部層 24が積層され、第 1外部層 22の外 側には基材 21が積層され、第 2外部層 24の外側にはカバー層 25が積層されている 内部層 23には分離流路 3が形成されていて、図 1内の左右方向が流れ方向とされ 、第 1外部層 22側の側面（図 1 (B)の紙面内上方）が第 1内壁面 1とされ、その対向面 である第 2外部層 24側の側面（図 1 (B)の紙面内下方）が第 2内壁面 2とされる。分離 流路 3の流れ方向の一端（図中左端）に流入口 5が設けられている。分離流路 3の他 端 (図中右端)の第 1外部層 22側の側面に第 1流出口 6が形成され、第 2外部層 24 側の側面には第 2流出口 7が形成されている。
[0047] このような構造により、流入口 5から分離流路 3に入った流体は、分離流路 3を図 1 内の左力 右方向へマスフローで流れ、流れる間に第 1物質は第 1内壁面 1方向へ 移動して濃縮され、該第 1物質濃縮流体は第 1流出口 6から第 1外部層 22側の第 1 分割流路 12へ流出する。一方、第 2物質は第 2内壁面 2方向へ移動して濃縮され、 該第 2物質濃縮流体は第 2流出口 7から第 2外部層 24側の流路 14へ流出する。 マイクロ流体デバイスは、基材 21、第 1外部層 22、内部層 23、第 2外部層 24及び カバー層 25を密着積層された状態で固着して構成されている。例えばマイクロ光造 形法などの方法により、各層を別々に形成することなく一体成型されていて、各層が 層として認識されなくても良いし、また例えば、射出成型や切削やエッチングなどの 方法により、上記のうちの複数の層、例えば基材 21と第 1外部層 22や、第 2外部層 2 4とカバー層 25が、それぞれ一体成型された部材とされていて、該部材に於いては 各層が層として認識されなくても良 、。
[0048] (分離流路）
図 1に示された本態様に於いては、分離流路 3は、マイクロ流体デバイスは板状又 はシート状の外形を有し、該マイクロ流体デバイスの平面に平行な方向、即ち図 1の 左右方向に、断面略矩形の毛細管状の分離流路 3が形成されているが、本タイプ 1 —Iの立体型の態様において、一般には分離流路 3の断面形状は任意であり、例え ば正方形や長方形などの矩形、台形、菱形、多角形、円形、半円形などであってよ い。これらの中で、矩形、台形、または半円形とすることが、製造の容易性から好まし い。なお、角を有する断面形状の場合には、その角に丸面取りが施された形状であ つても良い。分離流路上流側端面 8や分離流路下流側端面 9は分離流路 3の側面と 直交している必要はなぐ任意であり、例えば図 1のように平面視でテーパー状にな つていて良い。
[0049] 図 1に示した態様においては、分離流路の寸法は、例えば流れ方向が 2mm、高さ 力 ^00[ /ζ πι]、幅が 300 [ /z m]であり、流れ方向が最も長いが、幅を例えば 5mmの ように、長さより大きくしてもよい。しかし、タイプ 1 IIとの区別を明確にするため、本タ イブ 1—1の立体型は、第 1内壁面と第 2内壁面が設けられる内壁面間の距離、即ち、 厚み方向の寸法を、分離流路 3の最小寸法とする。
[0050] 本態様に於いては、分離流路 3の第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離は、好ましく は 10 [ m]以上、さらに好ましくは 30 [ μ m]以上、最も好ましくは 100 [ m]以上で あり、好ましくは 1000 [ m]以下、さらに好ましくは 500 [ m]以下、最も好ましくは 300 [ m]以下である。この下限以上とすることにより、拡散混合による均一化を抑 えて、分離流路当たりの分離効率を高めることができる。また、この上限以下とするこ とにより、分離流路 3内で第 1物質と第 2物質が分離する速度を十分速くすることがで き、処理速度を向上させることが出来る。
[0051] 分離流路 3の幅、即ち、流れ方向に直角で、且つ第 1内壁面 1 第 2内壁面 2方向 に直角な方向の寸法は任意であり、処理すべき流体の量に応じて選択できる。例え ば好ましくは 1 [ m]以上、さらに好ましくは 10 [ m]以上、最も好ましくは 100 m]以上であり、好ましくは 5cm以下、さらに好ましくは lcm以下、最も好ましくは 3m m以下である。この下限以上とすることにより、処理量を増すことができ、製造も容易 になる。また、この上限以下とすることにより、偏流による分離効率の低下を抑制する ことができる。
[0052] 分離流路 3の長さは、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離より大きければ任意であ るが、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離の 1倍を超え、好ましくは 1. 5倍以上、さら に好ましくは 2倍以上であり、好ましくは 1000倍以下、さらに好ましくは 300倍以下、 さらに好ましくは 100倍以下である。この範囲とすることにより、分離流路毎の分離効 率が高くなり、かつ、分離流路を小さくできるため、段数を増すことができる。
[0053] (流入口）
図 1の態様に於いては、流入口 5は分離流路 3の一方の端面 8に設けられ、上流端 とされている力 一般にタイプ 1 Iの立体型の態様に於いては、流入口 5を分離流路 3の端のどの位置に設けるかは任意であり、第 1内壁面 1側内壁面、第 2内壁面 2側 内壁面、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の側面に設けてもよい。 [0054] 後述のように、分離流路を多段配置するにあたり、一つの分離流路の流入口に前 段の二つの分離流路の流出口からの流路を接続する場合がある。この場合、分離流 路の上流端のどの位置に流入口 5を設けるかは任意である。例えば、前段の二つの 分離流路の各流出口力もの流路を一つにまとめて流入口 5に接続しても良 、し、そ れぞれを別々に設けられた流入口 5に接続しても良い。別々に設けられた流入口 5 の位置としては、例えば、分離流路の上流端に於ける第 1内壁面 1側と第 2内壁面 2 側の側面、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2の間の互いに対向する 2つの側面、分離流路 の上流端の端面の異なる場所、であり得る。このように、分離流路上流端の異なる位 置に流入させても、分離流路断面の寸法を前記の範囲とすることにより、異なる流入 ロカ 流入した流体は分離流路内で拡散によって混合し、本発明の分離機能を発 揮しうる。
[0055] (第 1流出口および第 2流出口）
本タイプ 1 Iの立体型の態様においては、第 1流出口 6は、分離流路 3の下流端の 、第 1内壁面 1側の側面に設けられ、第 2流出口 7は、第 2内壁面 2側の側面に設けら れる。両流出口を分離流路 3の内壁の対向面に設け、流体が第 1流出口 6および第 2 流出口 7から互いに逆方向へ流出することが、流出口付近での再混合が少なぐ分 離能が高くなるため好まし 、。
[0056] 本タイプ 1 Iの立体型の態様に於いては、第 1流出口 6、第 2流出口 7の形状ゃ寸 法は任意であるが、半立体型の態様と区別するために、第 1流出口 6、第 2流出口 7 の面積は分離流路 3の横断面積 (即ち、流線に直角な方向の断面積。図 1 (A)およ び (B)の紙面に垂直な方向の断面積である。）より小さくされ、分離流路 3の横断面 積の 1Z2以下がさらに好ましい。断面積の下限は任意であるが、圧力損失の増加を 招かないために、分離流路 3の横断面積の 1Z10以上が好ましい。また、後述のよう に、分離能の面から、流路の断面積を分離流路の横断面積より小さくすると、流出口 の断面積も同時に小さくなることになる。
[0057] (分割流路、その他の流路）
流入口 5には流路 11、第 1流出口 6には第 1分割流路 12、第 2流出口 7には第 2分 割流路 13が接続されている。但し、後述のように、分離流路 3を多段接続する場合は 、流入口 5、第 1流出口 6、及び第 2流出口 7には他の流路が接続される場合がある。 各分割流路の形状や寸法は任意である。しかし、分離流路 3だけでなく分割流路部 分にも温度差、電気ポテンシャル勾配、電磁ポテンシャル勾配、磁気ポテンシャル勾 配、加速度ポテンシャル勾配、又は進行波の振動ポテンシャル勾配が形成される場 合には、該流路において第 1物質と第 2物質が分離流路 3とは逆方向に分離され、本 マイクロ流体デバイスの分離能が低下する場合がある。これを防ぐため、流路の断面 積を小さくして流速を高くし、マスフローで流れる流速を、第 1物質と第 2物質が分離 する速度より高くすることにより、流路内で第 1物質と第 2物質の組成を変化させずに 移送することができる。流路の断面積は分離流路 3の横断面積以下であることが好ま しぐ分離流路 3の横断面積の 1Z2以下がさらに好ましい。断面積の下限は任意で あるが、圧力損失の増加を招力ないために、分離流路 3の横断面積の 1Z10以上が 好ましい。圧力損失をなるベく低く抑えつつ分離能の低下を招力ない最適値は、流 路と分離流路に於けるポテンシャル勾配の違い、流路の向きや長さなどの構造に依 存するため、正確な見積もりは困難である。し力しながら、その値は、簡単な実験によ り分離能が低下しない値として求めることができる。流路は、本分離デバイスを構成 する部材の任意の部分に形成してょ 、。
[0058] 本タイプ 1 Iの立体型マイクロ流体デバイスは、分離の駆動力が本発明に使用で きるポテンシャル勾配の 、ずれの場合であっても好ましく使用できる。本タイプ 1—I の立体型マイクロ流体デバイスは、流出口に於ける再混合の少ない点で半立体型よ り優れていて、分離効率を高くし易い。
[0059] 2. 〔タイプ 1 IIの立体型〕
図 2はタイプ 1 IIの立体型の態様の説明図であり、図 2 (A)は平面図、図 2 (B)は β j8線における側面断面図である。本態様では、内部層 23の両面にそれぞれ第 1中間層 26および第 2中間層 27が積層され、第 1中間層 26の外側には第 1外部層 2 2が積層され、第 1外部層 22の外側には基材 21が積層され、第 2中間層 27の外側 には第 2外部層 24が積層され、第 2外部層 24の外側にはカバー層 25が積層されて いる。分離流路 3は、第 1中間層 26、内部層 23および第 2中間層 27を貫通する縦穴 として形成されて 、る。流入口 5は縦穴状の分離流路 3の流れ方向（図 2 (B)の紙面 内上下方向）の中間部の側面に設けられ、上流端とされる。流入口 5は、内部層 23 に設けられた流路 11に接続されて ヽる。縦穴状の分離流路 3の流れ方向の両端（図 2 (B)の紙面内上端と下端)が下流端とされ、該下流端の端面である第 1外部層 22の 表面と第 2外部層 24の表面が、それぞれ第 1内壁面 1と第 2内壁面 2とされている。第 1流出口 6は分離流路 3の基材 21側の端面に設けられ、第 1外部層 22に設けられた 第 1分割流路 12に接続され、第 2流出口 7は分離流路 3のカバー層 25側の端面に 設けられ、第 2外部層 24に設けられた第 2分割流路 13に接続されている。
[0060] 流入口 5から分離流路 3に入った流体は二つに分かれ、マスフローとして第 1流出 口 7方向と、第 2流出口 7方向にそれぞれ流れる。このとき、分離流路 3中で、第 1物 質は第 1内壁面 1方向へ移動して φ 1側に濃縮され、第 1流出口 6から流出する。第 2 物質は第 2内壁面側へ移動して濃縮され、第 2流出口 7から流出する。
[0061] (マイクロ流体デバイス）
本タイプ 1 IIの立体型においても、マイクロ流体デバイスを構成する素材の種類、 部材の形状、製造方法などについては、タイプ 1 -1の場合と同様である。
[0062] (分離流路）
本タイプ 1 IIの立体型に於いては、分離流路 3は本マイクロ流体デバイスの厚み 方向、即ち図 2 (B)の紙面内上下方向に設けられている。分離流路 3の横断面、即ち 、基材 21に平行な方向の断面の形状は任意であり、図 2 (A)では円であるが、その 他に、例えば正方形や長方形などの矩形、台形、菱形、三角形、五角形、六角形、 楕円形、半円形などであってよい。なお、角を有する断面形状の場合には、その角に 丸面取りが施された形状であっても良 、。
[0063] 分離流路 3の断面積は、好ましくは 100 [ m2]以上、さらに好ましくは 1000 [ m2 ]以上、最も好ましくは lOOOO ^ m2]以上であり、好ましくは 10 [mm2]以下、さらに 好ましくは 3 [mm2]以下、最も好ましくは 1 [mm2]以下である。この下限以上とするこ とにより、分離流路 3を流れる流体のマスフローの流速を、第 1物質と第 2物質が分離 する方向に移動する拡散速度に比べて十分に小さくすることができ、分離効率が向 上する。又、上記上限以下とすることにより、分離流路をコンパクトにでき、同一面積 のマイクロ流体デバイスに多数の分離流路を形成することができ、処理量の増加や、 段数の増加による分離能の向上を計ることが出来る。
[0064] 本態様に於いては、分離流路 3の第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離は、前記タ イブ 1—Iと区別するために、分離流路 3の横断面（図 2 (A) )に於ける対向する内壁 面間の最小距離より大きくする。対向する内壁面間の最小距離とは、該横断面を平 行線で挟んだとき、該平行線間の距離が最も小さくなる場合の平行線間距離を言う。 分離流路 3の第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離は、分離すべき流体が液体または 超臨界流体である場合には、好ましくは 10 [ m]以上、さらに好ましくは 30 [ m] 以上、最も好ましくは 100[ /ζ πι]以上であり、好ましくは 1000 [ m]以下、さらに好 ましくは 500 [ m]以下、最も好ましくは 300 [ m]以下である。この下限以上とする ことにより、拡散による混合の効果を抑えて分離効率を高めることができる。また、この 上限以下とすることにより、分離流路 3内で第 1物質と第 2物質が分離する速度を十 分速くすることができ、処理速度を向上させることが出来る。分離すべき流体が気体 である場合には、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離は好ましくは l〜50[mm]、さ らに好ましくは 3〜30 [mm]である。
[0065] なお図 2の態様に於いては、分離流路 3は横断面積一定の筒状であるが、横断面 積は一定である必要はなぐ例えば、流出口に近づくほど横断面積が小さくなるテー パー状や斜面状であってもよい。このような構造は、例えば第 1中間層 26を、第 1外 部層 22に近づくにつれて横断面積が小さくなるテーパー状や斜面状に形成すること により実施できる。
[0066] また、図 2の態様に於いては、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2は、どちらも、分離流路 3 の側面に対して直交する平面であるが、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2形状は任意であ り、例えば、流出口に近づくほど横断面積が小さくなるテーパー状や斜面状であって もよい。このような構造は、例えば第 1中間層 26と第 1外部層 22の間にもう 1層形成し 、該層に於ける分離流路 3部分を、第 1外部層 22に近づくにつれて横断面積が小さ くなるテーパー状や斜面状に形成することにより実施できる。
[0067] (流入口）
図 2の本態様に於いては、流入口 5は分離流路 3の中間部に設けられる。従って、 分離流路 3の側面に設けられる。流入口 5の寸法や接続先については、前記タイプ 1 Iの立体型の場合と同様である。
[0068] (第 1流出口および第 2流出口）
分離流路 3の基材 21側の下流端である図 2 (B)の上方の端部は、端面が第 1内壁 面 1とされ、該端面に第 1流出口 6が設けられている。分離流路 3の他方の下流端で ある図 2 (B)の下方の端部は、端面が第 2内壁面 2とされ、該端面に第 2流出口 7が 設けられている。
[0069] 本態様に於いても、第 1流出口 6、第 2流出口 7の面積は分離流路 3の断面積より小 さくされる。形状は任意である。これにより、分離流路 3の下流端の端面と流路の境界 である流出口が明確になり、タイプ 1 IIの半立体型の態様との区別が明確になる。 又、本態様に於いては、分離流路 3の下流端の端面における第 1流出口 6や第 2流 出口 7の位置は任意であり、図 2 (A)の態様においては、流入口 5に対して 90度横の 両隅であるが、流入口 5側であっても、流入口 5から遠い側であっても、端面の中央 部であっても良い。この点に於いて、タイプ 1—1の立体型の態様と異なる。
[0070] (分割流路、その他の流路）
流入口 5には流路 11、第 1流出口 6には第 1分割流路 12、第 2流出口 7には第 2分 割流路 13が接続されている。但し、後述のように、分離流路 3を多段接続する場合は 、流入口 5、第 1流出口 6、及び第 2流出口 7には他の流路が接続される場合がある。 これらの流路の形状や寸法については、タイプ 1 Iの立体型の場合と同様である。
[0071] (分離駆動力）
本タイプ 1 IIの立体型マイクロ流体デバイスは、分離の駆動力が本発明に使用で きるポテンシャル勾配のいずれの場合であっても好ましく使用できる。
以上、タイプ 1—Πの立体型マイクロ流体デバイスについて説明した力 上記におい て特記されていない項目については、前記タイプ 1—1の立体型と同様である。
[0072] 3. 〔タイプ 1 Iの半立体型〕
図 3はタイプ 1 Iの半立体型の態様の説明図であり、図 3 (A)は平面図、図 3 (B) は γ— γ線に於ける側面断面図（C)は δ— δ線に於ける側面断面図である。本態 様の半立体型では、内部層 23は第 1内部層 23'と第 2内部層 23"の 2層から成って いて、第 1外部層 22と第 2外部層 24は省略されている。第 1内部層 23'と第 2内部層 23"内に形成された分離流路 3となる欠損部は合わされて横断面略矩形の分離流路 3を形成し、その分離流路 3の基材 21側の面に第 1内壁面 1を形成し、カバー層 25 側の面に第 2内壁面 2を形成している。
[0073] (分離流路）
本タイプ 1 Iの半立体型マイクロ流体デバイスに於 、ては、前記タイプ 1 Iの立体 型と同様に、分離流路 3は本マイクロ流体デバイスの平面に平行な方向、即ち図 3 (B )の紙面内左右方向に長く設けられている。分離流路の形状寸法や、第 1内壁面 1と 第 2内壁面 2を設ける位置などについては、前記タイプ 1—Iの立体型と同様である。
[0074] (流入口）
流入口 5についても、流入口 5を二つ形成する場合に、第 1内部層 23'の端面又は 側面と、第 2内部層 23"の端面又は側面に形成して良いこと以外は、前記タイプ 1 -1 の立体型の場合と同様である。
[0075] (第 1流出口および第 2流出口）
図 3に示された、本タイプ 1—1の半立体型マイクロ流体デバイスに於いては、分離 流路 3の下流側端面 9の第 1内部層 23'の厚み分が第 1流出口 6とされて 、る。また、 第 2内部層 23"の厚み分が第 2流出口 7とされている。即ち、分離流路 3およびその 下流端である流出口 6、 7までは、第 1内部層 23'と第 2内部層 23"の欠損部は完全 に重なり合い断面は矩形を呈するが [図 3 (B) ]、流出口 6、 7から下流方向に進むに つれ、平面内の横方向に少しずつずれて [図 3 (C) ]、最終的には互いに独立した第 1分割流路 12、 13となる。
[0076] 第 1流出口 6、第 2流出口 7の断面積については、前記タイプ 1 Iの立体型の場合 と同様であるが、本態様においてはそれに加えて、流出口 6、 7の断面形状が、高さ Z幅 (ここで言う「高さ」はは板状のマイクロ流体デバイスの厚み方向の寸法であり、「 幅」はマイクロ流体デバイスの平面方向の寸法。）の比が好ましくは 0. 5以上、さらに 好ましくは 0. 7以上、最も好ましくは 1以上である。高さ Z幅の比の上限は製造可能 であれば高いほど好ましぐ特に制約を設ける必要はないが、製造の容易さの点から 、 10以下が好ましぐ 5以下が更に好ましぐ 3以下が最も好ましい。そのため、図 3の ように、流出口が分離流路の下流側端面に設けられる場合には、分離流路の幅を、 流出口に近づくにつれ徐々に狭め、狭まった部分に流出口を設けることが好ましい。 このようにすることにより、第 1内壁面 1側の流路面付近に濃縮された第 1物質と第 2 内壁面 2側の流路面付近に濃縮された第 2物質が分岐部で再混合して分離能を低 下させることを防ぎ分離能を向上させることができる。
[0077] 第 1流出口 6や第 2流出口 7は、分離流路 3の下流端の側面に設けても良い。図 4 は同じくタイプ 1—1の半立体型の態様で、第 1流出口 6及び第 2流出口 7が、分離流 路 3の下流端の側面に設けられた場合の説明図であり、図 4 (A)は平面図、図 4 (B) は ε— ε線に於ける側面断面図（C)は ζ— ζ線に於ける側面断面図である。本態 様では、第 1分割流路 12と第 2分割流路 13が分離流路 3の下流端の分離流路側面 に直角に取り付けられている状態になる。この場合にも、分離流路の幅を流出口に 近づくにつれ徐々に狭めることが好ましいことは図 3の場合と同様である力 流出口 6 、 7の断面の高さ Ζ幅の比は任意である。
[0078] (分割流路、その他の流路）
本タイプ 1 Iの半立体型の態様においては、流路 11、第 1分割流路 12、第 2分割 流路 13は第 1内部層 23'又は第 2内部層 23"に形成されるが、該流路はその他の部 分に形成された流路に接続されていても良いその他の部分に設けた流路とは、例え ば第 1内部層 23'の欠損部と第 2内部層 23"の欠損部を合わせて一本の流路とした ものや、前記タイプ 1—1の立体型と同様の外部層を設け、該外部層に設けた流路ゃ 、各部材に穿たれた該層に直角な孔であってよい。流路の寸法、形状については、 タイプ 1—Iの立体型の場合と同様である。
[0079] (分離駆動力）
本タイプ 1 Iの半立体型マイクロ流体デバイスは、分離の駆動力が本発明に使用 できるポテンシャル勾配のいずれの場合であっても好ましく使用できる。特に、分離 の駆動力が、流路内壁に設けた電極により付与するタイプである、接触型の電位勾 配及び、電磁ポテンシャル勾配が好ましい。本半立体型のマイクロ流体デバイスは、 基材 21とカバー層 25の内面に電極を形成した後貼り合わせることによって、容易に 電極を有するマイクロ流体デバイスを形成できる。また、本半立体型の態様に於いて は、第 1分割流路 12や第 2分割流路 13もポテンシャル勾配内に置くことが、該流路も 分離流路と同様に機能し、マイクロ流体デバイスの分離能が向上するため好ましい。
[0080] 本タイプ 1 -1の半立体型は、分離流路 3の第 1内壁面と第 2内壁面の距離を同じに した場合、第 1内壁面側外表面と第 2内壁面側外表面の距離を他の態様より小さくで きるため、本マイクロ流体デバイスの外部に温調プレートや電極板や磁石を配したと きに、第 1内壁面と第 2内壁面間の温度差や電位差や磁束密度を大きく出来るため 好ましい。また、本タイプ 1 Iの半立体型の態様は、基材 21、第 1内部層 23'、第 2 内部層 23"、及びカバー層 25の 4層で形成できるため、製造の簡易性に優れている 。さらに、基材 21と第 1内部層 23'とを一体ィ匕した、分離流路ゃ流路となる溝を有す る基材側部材と、第 2内部層 23"とカバー層 25とを一体ィ匕した、分離流路ゃ流路とな る溝を有するカバー側部材の 2部材を固着する方法でも製造できる。
[0081] 以上、タイプ 1—1の半立体型マイクロ流体デバイスについて説明した力 上記にお いて特記されていない項目については、前記タイプ 1—1の立体型と同様である。
[0082] 4. 〔タイプ 1 IIの半立体型〕
図 5はタイプ 1 -IIの半立体型の実施態様の説明図であり、図 5 (A)は平面図、図 5 (B)は 7? — 7?線に於ける側面断面図である。本態様のマイクロ流体デバイスは、第 1 流出口 6と第 2流出口 7が、分離流路 3の両端部の端面でなぐ分離流路 3の両端部 の側面に設けられている点が前記タイプ 1 IIの立体型と異なる。即ち、内部層 23の 両面にそれぞれ第 1外部層 22および第 2外部層 24が積層され、第 1外部層 22の外 側には基材 21が積層され、第 2外部層 24の外側にはカバー層 25が積層されている 。分離流路 3は第 1外部層 22、内部層 23および第 2外部層 24を貫通する縦穴として 形成されており、分離流路 3の基材 21側の端面が第 1内壁面 1、カバー層側の端面 が第 2内壁面 2とされている。流入口 5は内部層 23に、分離流路 3の流れ方向の中間 部の側面に設けられ、第 1流出口 6と第 2流出口 7は、それぞれ分離流路 3の両端部 の側面の、第 1外部層 22と第 2外部層 24に設けられている。
[0083] 本態様に於いては、第 1流出口 6と第 2流出口 7が設けられる位置は、分離流路 3の 下流端における周囲の任意の部分であり、図 5 (A)の平面図で流入口 5側であっても 、流入口 5から遠い側であっても、 90度横であっても良い。この点に於いて、タイプ 1 —Iの半立体型の態様と異なる。 [0084] 本タイプ 1 IIの半立体型の態様を多段配置に適用する場合、第 1分割流路 12は 、次段の分離流路に接続されるまでに、第 1外部層 22から内部層 23に至る縦穴部 分が必要となる。同様に、第 2分割流路 13は、次段の分離流路に接続されるまでに、 第 2外部層 24から内部層 23に至る縦穴部分が必要となる。この縦穴部分の断面積 を小さくして流速を高くすることが、分離率が安定するため好ましい。
[0085] 本タイプ 1 IIの半立体型は、上記タイプ 1 Iの半立体型の項で述べたような、半 立体型に共通の特徴を備えている。その他のことについては、上記タイプ 1—IIの立 体型と同様である。
[0086] 5. [多段配置]
分離流路 3の第 1流出口 6をもう一つの分離流路 3の流入口 5に接続すると、第 1物 質が 2回濃縮され、濃縮率が向上する。これは、一つの分離流路内では、拡散による 均一化効果のために、第 1内壁面 1側と第 2内壁面 2側の濃度差が一定以上になら ないのに対し、複数の分離流路を直列に接続すると、濃度差を積算してゆける為に、 高度に濃縮することが可能になるのである。換言すれは、一つの分離流路の第 1内 壁面 1 第 2内壁面 2間に設ける各種ポテンシャル差は限界があるのに対し、複数の 分離流路を直列に接続すると、第 1内壁面 1 第 2内壁面 2間に設けるポテンシャル 差を積算するのと同じ効果が得られる。本発明では、マイクロ流体デバイスの厚みを 薄くして、該厚み方向にポテンシャル勾配を掛けることにより、大きなポテンシャル差 及び大きなポテンシャル勾配を形成することが出来るだけでなぐ多段配置にするこ とにより、さらにそれを積算することが出来る。
[0087] (2段配置）
段数が 2段の場合において、第 1物質の濃縮、又は第 2物質の除去を求める場合 には、前段の第 1流出口 6に後段の分離流路 3の流入口 5を接続すればよい。第 2物 質の濃縮、又は第 1物質の除去を求める場合には、前段の第 2流出口 7に後段の分 離流路 3の流入口 5を接続すればよい。第 1物質と第 2物質の両方を濃縮する場合に は。第 1流出口 6、第 2流出口 7にそれぞれ別の後段の分離流路 3の流入口 5を接続 すればよい。このように接続することにより、段間ポンプを使用しないで多段分離が出 来る。 [0088] 上述したように、本発明のマイクロ流体デバイスの各分離流路の好ま 、態様として 、タイプ 1 Iの立体型、タイプ 1 IIの立体型、タイプ 1 Iの半立体型、及びタイプ 1 IIの半立体型の四つの代表的な態様を例示できる。分離流路の多段配置におい ては、これらの態様の分離流路を任意に組み合わせて配置すればよいが、使用する 各分離流路の態様を同じにすることが、製造が容易であり好ま 、。
[0089] 以下、前記タイプ 1 Iの立体型を例として、多段配置の態様について説明する。
[0090] 6. [タイプ 1 Iの立体型に於ける多段配置]
図 6、図 7はタイプ 1 Iの立体型の多段配置の態様の平面図及び κ κ線に於け る側面断面図である。なお、図 6〜図 10は、多段配置の接続方法を示したものであり 、各分離流路の詳細な形状は略されている。各分離流路の詳細は、図 1に示したも のと同様である。該立体型の態様では、第 1外部層 22に形成された第 1分割流路 12 を下流側次段の分離流路 3の流入口 5に、第 1内壁面 1が設けられた側即ち基材 21 側から接続し、第 2外部層 24に形成された第 2分割流路 13を下流側次段の分離流 路 3の流入口 5に、第 2内壁面 2が設けられた側即ちカバー層 25側力 接続するもの である。なお、初段の分離流路 3の流入口 5には、導入口 15に連絡する流路 11が接 続される。
[0091] 図 8は、第 1外部層 22の平面図である。第 1外部層 22には、各段の分離流路 3の 第 1流出口 6から、下流側次段の分離流路 3の流入口 5まで、それぞれ第 1分割流路 12が形成されている。
[0092] 図 9は、内部層 23の平面図である。内部層 23には、分離流路 3がその流れ方向に 沿って複数段に配置され、各段には複数本の分離流路 3が平行に配置されている。
[0093] 図 10は、第 2外部層 24の平面図である。第 2外部層 24には、各段の分離流路 3の 第 2流出口 7から、下流側次段の分離流路 3の流入口 5まで、それぞれ第 2分割流路
13が形成されている。
[0094] 7. 〔3段以上の多段配置の基本構成〕
以下、共通の媒体に溶解している第 1物質と第 2物質を、それぞれ媒体から濃縮す る場合における、多段外地の基本構成について述べる。
[0095] 図 6〜図 10の第 1段力ゝら第 K段間での範囲は、多段配置の基本構成を示したもの である。図 6、図 7に示された態様では、分離流路を多段に接続する方式のうち、次 のような好ましい接続方式で接続されている。即ち、上流から下流にかけて分離流路 3が複数段にわたって配置され、第 1段に分離流路 3a、第 2段に分離流路 3b及び 3c 、第三段に分離流路 3d、 3e及び 3fが配置されていて、第 1段における分離流路 3a の第 1流出口 6aが、第 2段における分離流路 3bの流入口 5bに第 1分割流路 12aで もって接続され、前記分離流路 3aの第 2流出口 7aが、第 2段における分離流路 3cの 流入口 5cに第 2分割流路 13aでもって接続されて 、る。
[0096] さらに、第 2段における分離流路 3bの第 1流出口 6bが、第三段における分離流路 3 dの流入口 5dに第 1分割流路 12bでもって接続され、前記分離流路 3bの第 2流出口 7bが、第三段における分離流路 3eの流入口 5eに第 2分割流路 13bでもって接続さ れている。また、第 2段における分離流路 3cの第 1流出口 6cが、前記分離流路 3eの 流入口 5eに第 1分割流路 12cでもって接続され、前記分離流路 3cの第 2流出口 7c 力 第三段における分離流路 3fの流入口 5fに第 2分割流路 13cでもって接続されて いる。
[0097] ここで、第 2段における分離流路 3bの第 2流出口 7bと、分離流路 3cの第 1流出口 6 cとが、第三段において異なる分離流路の流入口に接続されているのではなぐ同一 の分離流路 3eの流入口 5eに接続されている。いま、当初試料に含まれる第 1物質お よび第 2物質の濃度をそれぞれ 50%ずっと仮定する。その試料を分離流路 3aに流 入させると、試料に含まれる第 1物質が第 1内壁面 1に濃縮され、分離流路 3aの第 1 流出口 6aから流出する試料は、例えば第 1物質の濃度が 51%に上昇する。それと同 時に、第 1物質は第 2内壁面 2では希釈され、分離流路 3aの第 2流出口 7aから流出 する試料は、例えば第 1物質の濃度が 49%に降下する。さらに、分離流路 3aの第 1 流出口 6aから流出する試料を分離流路 3bに流入させると、上記と同様に第 1物質が 第 1内壁面 1に濃縮され、第 1物質は第 2内壁面 2側では希釈される。その結果、 51 %で導入された第 1物質の濃度が、例えば分離流路 3bの第 1流出口 6bから流出す る試料は 52%に上昇するとともに、分離流路 3bの第 2流出口 7bから流出する試料は 、第 1物質の濃度が 50%に下降する。一方、第 1物質の濃度が 49%の試料を導入さ れた分離流路 3cの第 1流出口 6cから流出する試料は、例えば第 1物質の濃度が 50 %に上昇するとともに、分離流路 3cの第 2流出口 7cから流出する試料は、第 1物質 の濃度が 48%に下降することになる。
[0098] ここで、第 2段の分離流路 3bの第 2流出口 7bから流出する試料は、前記第 1段で 第 1物質の濃度が濃縮された後、第 2段で第 1物質の濃度が希釈されたものである。 同様に、分離流路 3cの第 1流出口 6cから流出する試料は、第 1段で第 1物質の濃度 が希釈された後、第 2段で第 1物質の濃度が濃縮されたものである。そしてこの二つ の濃度は略等しくなる。従って、第 1物質の濃度がほぼ等しい上記 2つの試料を異な る分離流路で分離処理する利益はない。そこで、上記 2つの試料を異なる分離流路 に流入させるのではなぐ同一の分離流路 3eに流入させればよい。
[0099] 第 4段以降も同様に接続される。即ち、上記「第 1段」、「第 2段」、「第 3段」を、上流 力 下流にかけて複数段にわたって配置された前記分離流路のうちの連続した 3段 である「任意の特定段」、該特定段の「下流側次段」、及び該特定段の「下流側次次 段」と読み替えればよい。このように、本実施態様における分離流路の多段配置は、 1段毎に分離流路 3が 1本ずつ増える配置である。このような接続構造とすることによ つて、 1本の分離流路 3がそれぞれ次段の 2本の分離流路に接続された構造、即ち、 1段毎に流路数が 2倍になる構造に比べて流路数を少なくでき、スペースファクター が向上する。
[0100] そして、最下流段における複数の分離流路の流出口のうち、各段における分離流 路の第 1流出口の通過回数が最多となる前記流体の流出ロカ 前記流体を取り出す 第 1取出口 16に接続され、最下流段における複数の分離流路の流出口のうち、各段 における分離流路の第 2流出口の通過回数が最多となる前記流体の流出口力 前 記流体を取り出す第 2取出口 17に接続されていることにより、各々の流出口から第 1 物質濃縮流体および第 2物質濃縮流体がそれぞれ取り出される。
[0101] 上記の本方式を一般ィ匕して述べると、以下のようになる。
すなわち、各段において並列に配された分離流路を「列」として表し、第 1物質が最 も濃縮される列を第 1列と称することにし、第 1段第 1列の分離流路 3aを「分離流路 [1 , 1]」と称し、一般に、第 n段第 i列 (n, iは正の整数、以下同様)の分離流路 3を「分 離流路 [n, i] jと称することにする。流入口 5、第 1流出口 6、第 2流出口 7につ 、ても 同様に、第 n段第冽のものを [n, i]で示すものとする。
[0102] すると、図 6に示す第 1段第 1列の分離流路 3a (即ち分離流路 [1, 1])の第 1流出口 6a (即ち、第 1流出口 [1, 1])は、第 2段第 1列の分離流路 3b (即ち分離流路 [2, 1] )に導かれる。一方、第 1段第 1列の分離流路 [1, 1の第 2流出口 7a (即ち、第 2流出 口 [1, 1])は、第 2段第 2列の分離流路 3c (即ち、分離流路 [2, 2])の流入口 5 (即ち 、流入口 5 [2, 2])に接続されている。
第 2段と第 3段の接続については、分離流路 [2, 1]に関して第 1流出口 [2, 1]は 流入口 [3, 1]に、第 2流出口 [2, 1]は流入口 5 [3, 2]に接続される。また、分離流 路 [2, 2]に関して第 1流出口 [2, 2]は流入口流入口 [3, 2]に、第 2流出口 [2, 2] は流入口 [3, 3]に接続される。
そして一般に、第 n段第冽の第 1流出口 [n, i]は、第 (n+ 1)段第洌の分離流路 [ n+ 1, i]の流入口 [n+ 1, i]に接続されており、第 n段第 i列の分離流路の第 2流出 口 [n, i]は、第 (n+ 1)段第 (i+ 1)列の分離流路 [n+ 1, i+ 1]の流入口 [n+ 1, i+ 1]に接続されている。
[0103] そして、本構成部分の最終段 (第 K段)の第 1流出口 [K, 1]からは第 1物質が最も 濃縮された溶液が、第 2流出口 [Κ, K]からは第 2物質が最も濃縮された溶液が流出 する。
[0104] 本多段配置の基本構成に於ける分離流路 3の段数は 3段以上が好ましぐ 4段以上 が更に好ましぐ 5段以上が最も好ましい。段数を多くするほど、単段での分離率が低 い分離対象も良好に分離することができる。勿論、 1つの分離流路 3における分離率 が優れる系に於いては、段数を少なくすることができる。段数の上限は特に制限はな いが、製造の容易さの点から、 1000段以下が好ましぐ 100段以下が更に好ましい。 本発明においては、このように多段配置型の分離デバイスとしても、膜分離装置とは 異なって各段毎にポンプを要しないため、構造が極めて単純となり、容易にマイクロ 流体デバイス内に組み込むことができる。マイクロ流体デバイスの容積を同一としたと き、より小さな分離流路をより多段に形成する方が全体としての分離能が向上する。
[0105] マイクロ流体デバイス力 本多段配置の基本構成のみで構成されている場合には、 上記多段配置の態様に於いて、最終段 (第 K段)の第 1流出口 [K, 1]から流出する 第 1物質が最も濃縮された溶液を第 1取出口 16に接続し、第 2流出口 [Κ, K]から流 出する第 2物質が最も濃縮された溶液を第 2取り出し口 17に接続する。但し、濃縮率 が多少低下しても、収率を求める場合には、例えば、最終段 (第 K段)の第 1流出口 [ K, 2]や第 1流出口 [K, 3]も第 1取出口 16に接続してもよい。第 2取出口 17につい ても同様である。
[0106] また、上記多段配置の態様に於いて、共通溶剤中の第 1物質と第 2物質を分離す るような 3成分の分離の場合には上記の構成が好適であるが、第 2物質が溶媒である ような 2成分の分離の場合には、第 1物質の濃縮 (又は除去)だけを考えればよ!、か ら、第 3取出口 18は設けずに、第 3取出口 18に接続される流路は第 2取出口 17に合 流させてよい。逆に、第 3取出口 18は設けずに、第 3取出口 18に接続される流路を 第 1取出口 16に合流させてもよい。あるいは、第 3段以降は、各段の分離流路数を第 1物質濃縮側だけの半分とし、前記一般的な表現によれば、第 2段の第 2流出口「n、 n/2j (但し、 nZ2が整数にならない場合には最も近い整数とする）は、下流側次段 の流入口 [n+1, (n+ l)Z2]に接続することが、第 1物質濃縮流体の収率が増加 するため好ましい。第 2物質を濃縮する場合には、上記に於いて、第 1取出口 16と第 2取出口 17を逆に読み代えれば良い。
[0107] マイクロ流体デバイス力 本多段配置の基本構成部分の後に、次に述べる回収領 域が形成されている場合には、各取出口は、下記のように接続される。
[0108] 8. 〔濃縮溶液量の確保〕
上記の段階的配置を採用した場合、各流出口からの流出量を均等と仮定すると、 第 1物質が最大に濃縮された流体の取り出し量、即ち、第 K段の、それまでに第 1流 出口を最も多い回数通過した流体が流出する流出口、また、一般化された表示では 第 1物質が最大に濃縮される第 1流出口 [K, 1]、から採取される溶液の量は、段数 が増えるほど収率が低下する。同様に、第 2物質が最大に濃縮される第 2流出口 [K , K]、力も採取される溶液の量は、段数が増えるほど収率が低下する。この不都合を 回避する手段として下記の 2つの方式が好ましいものとして用いられる。下記の 2つ の手段は併用して良い。
[0109] (第 1方式:回収領域の分離流路数を各段で略一定とした方式） 図 6、図 7に示したように、本方式では、第 1段から境界段である第 K段 (即ち、 n= Kである段)までの範囲の分離領域においては、上記の基本構成のように、各段に含 まれる分離流路の本数は、段数と同じ本数の分離流路が形成されている。そして、境 界段の第 K段より下流側の任意の段 (以下「回収領域」と称する）には、各段ほぼ一 定本数の分離流路が形成されている。例えば、第 K段以降には交互に n本および n —1本の分離流路が形成されている。このような構成にすることによって、スペースフ アクターを高く維持しながら、濃縮流体の収率を増すことが出来る。
[0110] そして、最下流段における複数の分離流路の流出口のうち、各段における分離流 路の第 1流出口の通過回数が最多となる前記流体の流出口 i 第 1物質濃縮流体を 取り出す第 1取出口 16に接続され、最下流段における複数の分離流路の流出口の うち、各段における分離流路の第 2流出口の通過回数が最多となる流出口が、第 2物 質濃縮流体を取り出す第 2取出口 17に接続されていることにより、各々の流出口から 第 1物質、第 2物質がそれぞれ取り出される。
[0111] なお本方式では、第 K段以降の第 n段における分離流路の本数が交互に K本およ び K— 1本とされている。この場合、分離流路 3の本数が K本となる段における各分離 流路 3nの流出口のうち、それまでの第 1流出口 6の通過回数が最多となる流体の流 出口が、第 1分割流路 12zを介して第 1取出口 16に接続され、それまでの第 2流出 口 7の通過回数が最多となる流体の流出口が、取出第 2分割流路 13zを介して第 2 取出口 17に接続されている。
[0112] このようにすることによって、最小の流路数で所定値以上に分離 (濃縮)された溶液 を、多量に採取することができる。し力も、第 K段以降、一段おきに溶液が取り出され る分だけ下流側次段の分離流路に流入する流体量は減少して行くから、十分多数の 回収領域を設けると、最終的には導入された溶液のほとんどが第 1取出口 16又は第 2取出口 17から分離されて取り出される。即ち、分離の収率が向上する。
[0113] 境界段である第 K段より下流範囲ついて一般ィ匕した表現では次のようになる。即ち 、第 n段において分離流路が i本配され、 n又は iの少なくともいずれかが 2以上であり 、第 n段において分離流路の第 1流出口の通過回数が最多となる前記流体の流出口 力 前記流体を取り出す第 1取出口 16に接続され、第 2流出口の通過回数が最多と なる前記流体の流出口が、前記流体を取り出す第 2取出口 17に接続されてなり、第 n段以降の段における分離流路が i本配された段の分離流路の流出口のうち、当該 段より上流段において、前記流体が第 1流出口を通過する回数を 1、前記流体が第 2 流出口を通過する回数を mとした際に、 1 mが最も大きい流出口力 前記第 1取出 口 16に接続され、 m—1が最も大きい流出ロカ 第 2取出口 17に接続されている構 成である。具体的には、段数と列数とが同じ場合には、 n本の分離流路を含む第 n段 の第 1流出口 [n, 1]が第 1取出口 16に接続され、第 2流出口 [n, n]が第 2取出口 17 に接続されている。
[0114] 上記第 1の方式のように接続することにより、回収領域において、段が進む程に分 離流路を増す必要がなくなるので、回収領域における分離流路の本数の増加が抑 制される。すなわち、前記境界段に至るまでは段数と共に該段の分離流路数が増加 するが、境界段以降は、段数 nが増しても分離流路数が増力！]しない。この場合、第 n 段の分離流路数を、段数 nがある値 (Kとする)の段 (境界段)では概ね Kとし、段数 n 力 ¾を超える範囲（回収領域)では概ね Kで一定とする。なお、一段おきに流出口を 取出口に接続すれば、 nが Kを超える範囲（回収領域）における流路数は、 nが増加 するごとに交互に Kおよび (K—1)となる。
[0115] 本態様においても、多段配置の基本構成の場合と同様に、最下流段における複数 の分離流路の流出口のうち、各段における分離流路 3の第 1流出口 6の通過回数が 比較的多くなる複数の流出口をまとめて第 1取出口 16に接続するとともに、各段にお ける分離流路 3の第 2流出口 7の通過回数が比較的多くなる複数の流出口をまとめて 第 2取出口 17に接続してもよい。この場合、隣接するいくつかの流出口をまとめて第 1取出口 16または第 2取出口 17に接続することになり、所定値以上に分離 (濃縮)さ れた溶液を多量に採取することができる。
[0116] また、第 2物質が溶媒であるような 2成分の分離の場合には、第 1物質の濃縮 (又は 除去)だけを考えればよいから、第 3取出口 18は設けずに、第 3取出口 18に接続さ れる流路は第 2取出口 17に合流させてよい。或いは、第 3取出口 18は設けずに、第 3取出口 18に接続される流路は第 1取出口 16に合流させる配置でもよい。あるいは 、第 K段以降の各段の分離流路数を第 1物質濃縮側だけの半分とし、前記一般的な 表現によれば、第 n段の第 2流出口「K、 K/2J又は「 (Κ— 1)、 (Κ- 1) /2\ (但し、 ΚΖ2又は (Κ— 1) Ζ2が整数にならな 、場合には最も近 、整数とする）は、下流側 次段の流入口 [ (Κ— 1) , (Κ— 1) Ζ2]又は [Κ, ΚΖ2]に接続することが、第 1物質 濃縮流体の収率が増加するため好ましい。第 2物質を濃縮する場合には、上記に於 いて、第 1取出口 16と第 2取出口 17を逆に読み代えれば良い。
[0117] (第 2方式:各段の分離流路の断面積の総和を略同一とする方式）
第 2の方式は、任意の特定段における複数の分離流路の断面積の総和が、それよ り下流側の任意の段における複数の分離流路の断面積の総和と略同一とする構成 である。これは任意の二つの段について行えるが、全段について分離流路の断面積 の総和を略同一とすることが好ましい。これにより、上流段における分離流路の本数 が少なくても、濃縮溶液の取出量を増カロさせることが可能になる。具体的な態様は、 下記 (2-1)ズ2-2)、（2-3)を例示できる。これらの各方式は併用しても良いし、上記第 1 方式と併用しても良い。
[0118] (2-1)分離流路の横断面積を調節する方式
本方式は、図 11に示したように、各段に於ける分離流路の数は変更せずに、各段 に於ける分離流路の横断面積を調節する。例えば、第 1段の分離流路の横断面積 は、最終段 (第 Ζ段とする）の各分離流路の横断面積の Ζ倍とする。これにより、第 1段 の分離流路の流入口 5に供給する原液の量を Ζ倍とすることにより最終段の第 1流出 口 [Ζ, 1]および第 2流出口 [Ζ, Ζ]から、全ての分離流路の断面積が同じ場合の Ζ倍 の流量で濃縮溶液を採取することができる。このとき、分離流路の流路断面積を拡大 する際に、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離を大きくすることは、ポテンシャル差 の低下や、分離すべき距離の増加を招き、分離能が低下する方向にあるため好まし くない。そこで、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2間の距離を変えずに、分離流路の幅のみ を広げることが好ましい。幅を拡大する場合には、流路内に支柱や壁を設ける方法に より、第 1内壁面と第 2内壁面の距離の精度の低下を防止することが出来る。
[0119] 本方式は、立体型の態様に好適である。この場合、分離流路における第 1内壁面 1 と第 2内壁面 2との間の距離は内部層 23の厚さによって固定されるが、流路幅の拡 大は容易に実施可能だ力 である。 [0120] (2-2)各段の分離流路の数を調節する方式
各段の分離流路の数を調節して、各段に流れる流体の総和を略同一にする方式 である。第 n段 (n= l〜Z)に含まれる分離流路が n本である場合には、第 n段におい て、各分離流路を、最終段である第 Z段の分離流路の数の略 ZZn倍の、完全に並 列に接続された同じ寸法の分離流路の数で構成する方式である。換言すれば、分離 の基本構成である分離流路の代わりに、複数の分離流路が完全に並列に接続され た分離ユニットで置き換える方式である。ここで言う完全に並列に接続するとは、流入 口 5、第 1流出口 6、および第 2流出口 7を全て並列に接続することを言う。但し、流路 の本数は自然数なので、 ZZnの値が整数にならない場合には、それに近い整数に すればよい。例えば、第 1段の分離流路数を Nとし、第 2段を、分離流路の数が各 N Z2である 2つの分離ユニットで構成し、第 3段を、分離流路の数が各 NZ3である 3 つの分離ユニットで構成する。これらの分数が整数でない場合には、最も近い整数と すればよい。これにより、第 1段の分離流路の流入口 5に供給する原液の量を N倍と し、最終段の第 1流出口 [Z, 1]および第 2流出口 [Z, Z]から、全ての分離流路の断 面積が同じ場合の Z倍の流量で濃縮溶液を採取することができる。
本方式は、上記 (1-2)と同様に、分離流路が、立体型および半立体型の全ての場合 に好適である。
[0121] (2-3)分離流路の長さを調節する方式
本方式は、任意の特定段に於ける分離流路の流路長を、前記下流側次段段にお ける分離流路の流路長より長くする構成である。これにより、前記特定段の分離流路 を流れる流体の流速を増しても、滞留時間は保たれ、濃縮溶液の取出量を増加させ ることが可能になる。具体的には、第 n段に含まれる分離流路数 nである場合には、 第 n段の分離流路の流路長を、最終段である第 Z段の分離流路の流路長の略 nZZ 倍にする。そして、第 1段の分離流路の流入口 5に供給する原液の量を Z倍とするこ とにより、最終段の第 1流出口 [Z, 1]および第 2流出口 [Z, Z]から、全ての分離流路 の長さが同じ場合の Z倍の流量で濃縮溶液を採取することができる。
[0122] 本方式は、分離流路が、立体型および半立体型の全ての場合に好適である。
以上述べた、濃縮溶液量の確保のための第 2方式においても、前記多段配置の基 本構成の場合と同様に、 2成分の分離の場合には、第 1物質の濃縮 (又は除去)だけ を考えればよいから、第 2取出口 17は設けずに、第 2取出口 17に接続される流路は 第 3取出口 18に合流させてよい。あるいは、各段の分離流路数を第 1物質濃縮側だ けの半分とし、前記一般的な表現によれば、第 2段の第 2流出口「n、 n/2j (但し、 n Z2が整数にならない場合には最も近い整数とする）は、下流側次段の流入口 [n+ 1, (n+ l)Z2]に接続することが、第 1物質濃縮流体の収率が増加するため好まし い。勿論、第 2物質を濃縮する場合には、第 2流出口に関してこのようにすればよい。
[0123] 9. 〔導入口、取出口、流路〕
本発明のマイクロ流体デバイスに於いて、分離流路 3へ分離原流体を導入する導 入口 15及び上述した第 1取出口 16、第 2取出口 17、並びに第 3取出口 17の形成位 置や形状は任意であり、分離デバイス外への開口部であってよいし、接続配管が接 続されて!、てもよ 、し、該分離デバイスと一体化されたマイクロ流体デバイスの何らか の機構、例えば反応用流路、に接続されていても良い。また、マイクロ流体デバイス の任意の面であってよぐ例えば基材側外表面 28、カバー層側外表面 29、マイクロ 流体デバイスの端面や側面であってょ ヽ。本マイクロ流体デバイスを多数並列に設 置して処理量の増加を計る場合には、マイクロ流体デバイスの端面や側面であること が好ましい。
[0124] また、各流路は断面積が同じである必要はなぐ好適に調節できる。例えば、濃縮 溶液量の確保の為の第 1方式において、ある分離流路から流出する流体が、下流段 の分離流路へ流れる量と、第 1分割流路 12z或いは第 2分割流路 13zへ流れる量が 、概ね等しくなるようにするため、各第 1分割流路 12、及び各第 2分割流路 13の断面 積を好適に調節することが好ましい。
[0125] 10. 〔その他の機構〕
上述した本態様の構成に対して、以下の構成を付加してもよ 、。
各流路の流量比を調節するために、各分離流路ゃ各流路の断面積や流路長を変 えることも可能であるし、流路の任意の部分に流量調節バルブを設けることも可能で ある。
[0126] 電気ポテンシャル勾配を分離駆動力とするマイクロ流体デバイスを多数並列に設 置して処理量の増加を計る場合、ポテンシャル付加機構として本マイクロ流体デバィ スと電極を交互に多数積層し、積層された該電極に交互にプラスとマイナスの電位を 与えることが好ましい。
[0127] 第 3取り出し口 18から取り出される流体を、ポンプを介して第 1段の流入口 5に接続 してもよい。このとき、第 3取り出し口をマイクロ流体デバイス外に接続するのではなく 、マイクロ流体デバイス内に於いて、該デバイス内に設けられたポンプを介して第 1段 の流入口 5に接続してもよい。これにより、第 3取出口 18から流出する流体を、上流 段の分離流路に還流させることが可能になり、試料を効率的に利用することができる
[0128] [第 2のタイプ]
本発明に成るマイクロ流体デバイスの第 2のタイプは、前記空間としての分離流路 内の前記流体の流れ方向に直交し、かつ前記ポテンシャル勾配の付加される方向 に直交する方向を前記マイクロ流体デバイスの幅方向とするとき、少なくとも前記分 離流路の下流端における前記幅方向の寸法が、前記第一内壁面と前記第二内壁面 との間の距離よりも大きぐ前記第一分割流路は、前記第一内壁面に並列に形成さ れた複数本の溝からなり、前記第一取出口及び前記第二取出口が、前記分離流路 の下流端において前記幅方向に離間した位置に接続され、少なくとも前記分離流路 の一部が、前記第二分割流路を兼ねているマイクロ流体デバイスであるか、又は、 前記空間としての分離流路内の前記流体の流れ方向に直交し、かつ前記ポテンシャ ル勾配の付加される方向に直交する方向を前記マイクロ流体デバイスの幅方向とす るとさ、
少なくとも前記分離流路の下流端における前記幅方向の寸法が、前記第一内壁面 と前記第二内壁面との間の距離よりも大きぐ前記第一分割流路は、前記第一内壁 面に並列に形成された複数本の溝からなり、前記第一取出口及び前記第二取出口 力 前記分離流路の下流端において前記幅方向に離間した位置に接続され、前記 第二分割流路は、前記第二内壁面に並列に形成され、かつ前記分離流路の流れ方 向に対して前記第一分割流路とは逆方向に傾斜する複数本の溝力 なるマイクロ流 体デバイスである。 本第 2のタイプのマイクロ流体デバイスは、段数を多くするほど収率が低下すること もなぐまた、構造が単純で製造が容易である。
[0129] 以下に本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスについて説明する力 下記に 記載されて ヽな 、細部にっ 、ては、本発明のマイクロ流体デバイスの項で説明した 内容と同じである。
[マイクロ流体デバイス]
〔部材〕
本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスを構成する素材は、前述した本発明 に成る第 1のタイプのマイクロ流体デバイスと同様である。
[0130] 〔分離流路〕
図 13及び図 16は本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの例を示す分解見 取り図である。本例のマイクロ流体デバイスは、表面に、長さと幅に比べて深さが浅い 、分離流路 3となる凹部を有する板状の部材 B42と、表面に溝状の第 1分割流路 12 を有する板状の部材 A41とが、前記凹部形成面と前記溝形成面を内向きにして互い に液密に固定されて形成されている。これにより、部材 A41と部材 B42が互いに固定 されて形成されたマイクロ流体デバイス中に、長さと幅に対して厚さが薄い分離流路 3が形成されている。一般的には、分離流路 3は、任意の外形のマイクロ流体デバィ ス内の任意の位置に、かつ任意の向きに設けてよいが、本例のように、板状のマイク 口流体デバイスの外表面に平行に設けられることが、上記、本マイクロ流体デバイス の外形の項で述べた理由により好まし 、。
[0131] 分離流路 3の長さ方向の一方の側が上流側とされ、それに対向する側が下流側と される。分離流路 3の平面形状は任意であり、流線が直線となる形の他、例えばジグ ザグ形ゃ渦巻き形などであっても良 、が、下流側での幅が最大幅となる形状が好ま しぐ例えば、上流側を頂点とし、下流側を辺とする三角形、上流側の辺と、該辺に対 向する下流側の辺と、 2つの側辺から成る四辺形、又は、上流側を頂点とし、その対 辺を下流側の辺とする五角形であることが好ましい。但し、多角形は略その形状であ ればよぐ角が丸面取りされた形状であっても良い。例えば、前記五角形は実質的に 半円形であって、前記上流側の頂点が半円形の弧の中点であっても良い。これらの 形状の時、効率よく分離できる。分離流路 3は、上記四辺形や五角形や半円形のよう に、略同じ幅で一定の長さを有することが、分離能と処理量が同時に向上するため 好ましい。
[0132] 本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスは、分離流路 3の厚さが幅と長さに比 ベて薄い、即ち、分離流路 3の厚 Z幅さの比が 1未満のものであり、好ましくは 1Z2 以下、更に好ましくは 1Z5以下であり、最も好ましくは 1Z10以下であり。その下限 は特に設ける必要はなぐ例えば 1Z1000000であってもよいが、好ましくは 1Z10 000以上、更に好ましくは 1Z1000以上、最も好ましくは 1Z100以上である。この下 限以上とすることで、同じ分離駆動力による従来の分離に比べて高 、濃縮率が得ら れる。該比は一定以上で効果が飽和するため、上限以下とすることで本マイクロ流体 デバイスをコンパクトにできる。但し、ここで言う分離流路 3の幅は最大幅を言う。分離 流路 3の厚さ Z長さの比につ 、ても同様である。
[0133] 分離流路 3の厚さは、上記に加えて、好ましくは 1 μ m以上、さらに好ましくは 3 m 以上、最も好ましくは 10 m以上である。この範囲とすることにより、分離能が低下す ると共に、圧力損失が高くなる。又、上限は、好ましくは 1000 m以下、さらに好まし くは 500 m以下、最も好ましくは 200 m以下である。この範囲とすることにより、分 離の速度が向上する。分離流路 3の厚さは、分離流路 3全体にわたって一定でなくて も良いが、一定とすることが、製造が容易になり好ましい。
[0134] 分離流路 3の長さ（即ち、流体を流す方向の寸法）は任意であり、下限は、好ましく は 50 μ m以上、さらに好ましくは 100 μ m以上、最も好ましくは 200 μ m以上である。 この範囲とすることにより、十分な分離能が得られる。また上限は、好ましくは 300mm 以下。さらに好ましくは 200mm以下、最も好ましくは 100mm以下である。この範囲と することにより、本マイクロ流体デバイスをコンパクトにできる。この範囲とすることによ り、本マイクロ流体デバイスをコンパクトにできる。
[0135] 分離流路 3の幅 (最大幅）（即ち、長さ方向と深さ方向に直角な方向の最大寸法）は 任意であり、下限は、好ましくは 50 /z m以上、さらに好ましくは 100 m以上、最も好 ましくは 200 m以上である。この範囲とすることにより、分離能を向上させることが出 来る。また上限は、好ましくは 100mm以下。さらに好ましくは 50mm以下、最も好ま しくは 30mm以下である。この範囲とすることにより、本マイクロ流体デバイスをコンパ タトにできる。
[0136] 分離流路 3の長さ Z幅 (最大幅）の比も任意である力 好ましくは 1以上であり、更に 好ましくは 1. 5以上、最も好ましくは 2以上である。上限は、好ましくは 100以下、更 に好ましくは 30以下であり、最も好ましくは 10以下である。この下限以上とすることで 、ポテンシャル勾配その他の分離駆動力が弱い場合であっても分離能が向上する。 該比は、一定以上で効果が飽和するため、該上限以下とすることで本マイクロ流体 デバイスをコンパタトにできる。
[0137] 〔導人口〕
分離流路 3の上流側の端に接続されて流体の導入口 15が設けられている。分離流 路 3の、導入口 15が接続された部分が上流側の端とされる。導入口 15は、図 13、図 16の例に示されるように、分離流路 3の上流側の一部に、部材 A41又は部材 B42を 貫通して分離流路 3に達する孔として設けてもよいし、分離流路 3とは別の部分の、 部材 A側、部材 B側、或いは本マイクロ流体デバイスの側面に設けて、流路（図示略) により、分離流路 3の前記上流側の端に接続しても良い。導入口 15の、下流側方向 とは逆の方向に、行き止まりの流路部分が存在しても、分離の用はなさないが阻害も しないため、存在しても差し支えない。従って導入口 15は、分離流路 3の端に正確に 接続する必要はない。
[0138] 〔取出口〕
分離流路 3の下流側の端の、幅方向の互いに異なる部分に、第 1取出口 16と第 2 取出口 17が接続されている。分離流路 3の、第 1取出口 16と第 2取出口 17が接続さ れた部分が下流側の端とされる。第 1取出口 16と第 2取出口 17は、図 13、図 16に示 される例のように、分離流路 3の下流側の一部に、部材 B42又は部材 A41を貫通し て分離流路 3に達する孔として設けてもよいし、分離流路 3の外の任意の部分、例え ば部材 A側、部材 B側、或いは本マイクロ流体デバイスの側面、に設けて、任意の流 路により、分離流路 3の下流側の端の、幅方向に於いて互いに異なる位置にそれぞ れ接続しても良い。第 1取出口 16と第 2取出口 17は、それぞれ分離流路 3の下流側 の端に於いて、分離流路 3の幅方向の最も離れた位置に接続することが好ましい。こ のようにすることで、第 1取出口 16と第 2取出口 17から、それぞれ第 1物質と第 2物質 が最も分離された流体を取り出すことが出来る。
[0139] 本マイクロ流体デバイスは、取出口として前記第 1取出口 16と前記第 2取出口 17が 必須とされ、取出口がこの二者のみの場合には、導入口 15から導入された流体は第 1取出口 16と第 2取出口 17から流出する。即ち、第 1取出口 16と第 2取出口 17の間 に流れてきた流体は、どちらか近い方の取出口力 流出する。その場合でも、上記最 も離れた位置に接続することが好ましい。第 1取出口 16と第 2取出口 17の、上流側 方向とは逆の方向に、行き止まりの流路部分が存在しても、分離の用はなさないが阻 害もしないため、存在しても差し支えない。従って取出口は、分離流路 3の端に正確 に接続する必要はない。
[0140] 本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスは第 3取出口 18を設けることが好まし い。第 3取出口 18は、図 15に示したように、分離流路 3の下流側の端の、前記第 1取 出口 16と第 2取出口 17の接続部の間に接続する。第 3取出口 18を設置できる位置 に関するそれ以外の細部は、第 1取出口 16や第 2取出口 17の場合と同様である。分 離流路 3が前記四辺形や五角形の場合のように、分離流路 3が下流側の辺を有する 場合には。該第 3取出口 18は該下流側の辺の中間部に接続される。本第 3取出口 1 8からは、第 1取出口 16や第 2取出口 17から取り出される流体に比べて第 1物質と第 2物質の分離の程度の低い流体が取り出される。第 3取出口 18から分離の程度の低 い流体が取り出される分だけ、第 1取出口 16と第 2取出口 17から取り出される流体に はこれらが混じらなくなり、分離度を高くすることが出来る。従って、図 15の例に示さ れるように、下流側の辺の広い範囲を流路 14で第 3取出口 18に接続することにより、 第 1取出口 16と第 2取出口 17から取り出される流体の分離度を高くすることができる (但し、収率は低下する）。第 3取出口 18から取り出された分離の程度の低い流体は 、ポンプを用いて導入口 15に還流することができる。
[0141] 三成分の分離に於いては、例えば第 1物質が分離濃縮された流体が第 1取出口 1 6から取り出され、第 2物質分離濃縮された流体が第 2取出口 17から取り出され、第 1 物質、第 2物質共に希釈された流体 (溶媒)が第 3取出口 18から取り出される。
[0142] 〔第 1分割流路〕 分離流路 3の厚み方向の一方の内壁面となる部分には、複数の溝状の第 1分割流 路 12が並列に設けられている。図 13、図 14、図 15の例においては、部材 A41側の 内壁面を第 1内壁面 1とし、該第 1内壁面 1に第 1分割流路 12が設けられている。また 図 16の例においては、部材 B42側の内壁面を第 1内壁面 1とし、該第 1内壁面 1に 第 1分割流路 12が設けられている。第 1分割流路 12は、分離流路 3の長さ方向（流 線方向、即ち、導入口 15の接続部と、第 1取出口 16と第 2取出口 17の各接続部の 中点を結ぶ方向）に対して斜め（図 13の例では、部材 B側から見て反時計回り方向 に約 45度）に設けられる。斜めに設けることにより、分離流路 3を上流側から下流側 へ流れる流体の内、第 1分割流路 12に入った流体は分離流路 3の長さ方向に対して 横方向（部材 B側力 見て左方向）に押しやられる。これにより、後述のように、厚さよ り大きな寸法である幅方向に第 1物質と第 2物質の濃度勾配が形成されるため、拡散 による再混合の影響が減じ、分離能が高くなる。
[0143] 第 1分割流路 12の、分離流路 3の長さ方向に対する角度 (絶対値）は、好ましくは 5 〜85度、さらに好ましくは 10〜75度、最も好ましくは 20〜65度である。第 1分割流 路 12は必ずしも互いに平行でなくても良いが、平行とすることがスペースの利用効率 が高ぐ効果が高くなるため好ましい。また、溝の平面形状も任意であり、直線、曲線 、 S字型、ジグザグなどであって良いが、直線、弧、または S字型力 効果が高く好ま しい。
[0144] 第 1分割流路 12の断面形状は任意であり、例えば正方形や長方形などの矩形、台 形、三角形、半円形などであってよい。これらの中で、矩形、台形、又は半円形とする ことが、製造の容易性力も好ましい。なお、角部を有する断面形状の場合には、その 角部に丸面取りが施された形状であっても良い。また、並列な複数の溝は全て同じ 寸法 ·形状である必要はないが、同一であることが、製造が容易で効果も高ぐ好まし い。
[0145] 第 1分割流路 12の寸法は任意であり、深さは、好ましくは 1 μ m以上、さらに好まし くは 3 m以上、最も好ましくは 10 m以上である。この範囲とすることにより、本発明 の効果が十分に発揮される。上限は、好ましくは 500 m以下、さらに好ましくは 300 μ m以下、最も好ましくは 100 m以下である。この範囲とすることにより、分離能と分 離の速度が向上する。
[0146] 第 1分割流路 12の深さは、さらに、分離流路 3の厚みの、好ましくは 1Z30以上、更 に好ましくは 1Z10以上、最も好ましくは 1Z5以上であり、好ましくは 5倍以下、更に 好ましくは 3倍以下、最も好ましくは 2倍以下である。この範囲とすることにより、本発 明の効果が十分に発揮される。定在波の振動場を用いた分離の場合は、図 13及び 図 16の例では、第 1分割流路 12の深さの上限は、分離流路 3の厚み未満とすること が好ましぐ 1Z2以下とすることが更に好ましい。
[0147] 第 1分割流路 12の幅は任意であり、好ましくは 1 μ m以上、さらに好ましくは 3 m 以上、最も好ましくは 10 /z m以上である。この範囲とすることにより、本発明の効果が 十分に発揮される。上限は、好ましくは分離流路 3の幅の 1Z2以下。さらに好ましく は分離流路 3の幅の 1Z5以下、最も好ましくは分離流路 3の幅の 1Z10以下である 。この範囲とすることにより、十分な数の溝が形成でき、分離能が向上する。
[0148] 溝間距離は、強度上の問題がない限り、小さければ小さいほど、設けられる溝の数 が増すため、効果が高くなり好ましい。溝間距離が溝の幅より狭くなると、第 1分割流 路 12が設けられた第 1内壁面 1は、並列に設けられた壁の上面と見ることも出来る。
[0149] 〔第 2分割流路〕
分離流路 3の他方の内壁面 (第 2内壁面 2と称する。図 13、図 14、図 15の例では、 部材 B42側の内壁面を第 2内壁面 2とする。図 16の例では、部材 A41側の内壁面を 第 2内壁面 2とする。 )に、長さ方向に対して斜め（図 13の例では、部材 B側から見て 反時計回り方向に約 45度)で、かつ、前記第 1内壁面 1の第 1分割流路 12とは、分 離流路 3の長さ方向に関して逆の角度で、即ち、第 1内壁面 1の第 1分割流路 12が、 一方向から、例えば部材 B側力 見て反時計回り方向にプラスの角度であればマイ ナスに、マイナスの角度であればプラスに、複数の第 2分割第 2分割流路 13が並列 に設けられていることが好ましい。これにより、分離流路 3の幅方向に、第 1物質と第 2 物質のより大きな濃度勾配が形成され、より高度の分離が可能になる。また、 3成分 の効率的な分離が可能になる。
[0150] 該第 2分割流路 13の、分離流路 3の長さ方向に対する角度 (の絶対値）は、好まし くは 5〜85度、さらに好ましくは 10〜75度、最も好ましくは 20〜65度である。又、第 2分割流路 13は、分離流路 3の長さ方向に対して鏡対称であることが、分離能、特に 3成分分離の分離能を増すため好ま 、。
[0151] 〔積層構造〕
本マイクロ流体デバイスの分離流路 3は、図 13の例のような、表面に分離流路 3とな る凹部を有する部材 B42と、表面に第 1分割流路 12を有する部材 A41とが、前記底 面に第 1分割流路 12を有する凹部が形成された部材 B42と、他の部材である部材 A 41とが、前記凹部形成面と前記溝形成面を内向きにして液密に固定された形状が、 製造が容易であり好ましい。図 14の例のように、第 2分割流路 13が設けられた場合 には、該第 2分割流路 13は部材 B42の凹部の底に設けることも出来るし、第 1分割 流路 12を有する部材 A41と、第 2分割流路 13を有する部材 B42でもって、前記凹部 と成る切り抜き孔状の欠損部を有する層状部材 33を挟持してもよい。
[0152] 部材 A41の構造は、表面に第 1分割流路 12が掘られた形状の他、例えば図 15に 示されるように、表裏を貫通する長孔状の欠損部を有する層状部材 36が、他の部材 35の表面に液密に固定されていて、部材 A41の第 1分割流路 12が、前記層状部材 36の長孔状の欠損部と他の部材 35の表面とで形成された構造であってもよ 、。部 材 B42の凹部についても同様に、層状部材 32の凹部となる切り抜き孔状の欠損部と 他の部材〔図 15の例では、基材 21と層状部材 32の積層体〕の表面とで形成された 構造であってもよい。勿論、本構造を製造する手順は任意であり、例えば、（i)部材 B 側の前記他の部材 35の上に部材 B側の層状部材 33を積層固着して部材 B42を形 成し、部材 B側の他の基材 21及び層状部材 32の上に部材 A側の層状部材 33を積 層固着して部材 A41を形成し、該部材 A41と該部材 B42を液密に固定してもよ ヽし 、（ii)部材 B42側の前記基材 21及び層状部材 32の上に、部材 B側の層状部材 33、 部材 A側の層状部材 36、部材 A側の前記他の部材 35を順次積層してもよいし、 (iii) 部材 B側の層状部材 33と部材 A側の層状部材 36を積層し、その両側から部材 B側 の前記基材 21及び層状部材 32と部材 A側の前記他の部材 35で挟んでもよ ヽ。以 上、部材 Aと部材 Bが互に固定され構造及び製造方法について述べたが、本発明の 第 2のマイクロ流体デバイスは、例えば光造形法によって、これらの各部材を同時に 形成し、部材の境界が判別できな！、一体形成法によって形成されたものであってもよ い。
[0153] 部材 B42が凹部の底に第 2分割流路 13を有する場合には、該第 2分割流路 13に ついても、図 15に示したように、独立した層状部材 32として形成し、上記と同様に、 任意の順番で積層してよい。また、表裏を貫通する長孔状の欠損部を有する層状部 材 32及び層状部材 36や凹部となる欠損部を有する層状部材 33の、該欠損部の形 成方法も任意であり、上記溝と同様の方法の他、切り取りや打ち抜きを使用し得る。
[0154] 部材 A41と部材 B42の固定方法や上記各層状部材の固定方法は任意であり、例 えば前記の方法を採用しうる。
[0155] 本発明のマイクロ流体デバイスは、上記の例のように積層構造で容易に形成するこ とが出来る。し力もその場合、互いの位置あわせが必要な部材は、部材 A41と部材 B 42の 2咅材のみ、或! /、は、咅材 A41と咅材 B42と層状咅材 33の 3咅材のみでよ!/、。 し力も、互いの位置が多少ずれたとしても、分離流路 3からはみ出した第 1分割流路 1 2や第 2分割流路 13の一部が生じるだけである。これらの溝の一部は、分離の用はな さないが阻害もしないため、存在しても差し支えない。よって、上記構造は、製造に於 ける位置合わせの許容誤差が大きぐ前記溝の数を増して各溝を微細にしても、製 造の困難さが増すことがない。
[0156] 本第 2のタイプのマイクロ流体デバイス及びその部材の製造方法や固定方法は任 意であり、本発明の第 1のマイクロ流体デバイスと同様の方法を採用できる。
[0157] [第 3のタイプ]
本発明になる第 3のタイプのマイクロ流体デバイスは、
(I)前記第一分割流路が、前記マイクロ流体デバイス内に、管状をなして複数形成さ れるとともに、これら複数の第一分割流路が互いに所定の間隔を空けて配列され、 前記第二分割流路が、前記マイクロ流体デバイス内に、管状をなして複数形成され るとともに、これら複数の第二分割流路が、少なくともその延在方向途中部分で前記 第一分割流路と交差するように互いに所定の間隔を空けて配列され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路の延在方向に直交す る方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分割流路が双方の交差 部において互いに連通することにより、前記交差部に前記空間としての分離流路が 形成され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路の延在方向の一端部を上流側とし他端 部を下流側として、上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なくとも
1つに前記導入口が接続され、
下流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の中から選ばれた互いに異 なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出口とがそれぞれ接続されて 、るマ イク口流体デバイス、
(II) (1)表面に溝形に形成された前記第一分割流路を所定の間隔を空けて複数配 列させてなる部材 Aと、表面に溝形に形成された前記第二分割流路を所定の間隔を 空けて複数配列させてなる部材 Bとをさらに備え、前記部材 Aと前記部材 Bとが、前 記表面同士を互いに接触させて液密に固定されて構成され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路は互いに交差するように配設され、前 記第一分割流路及び前記第二分割流路が双方の交差部において連通することによ り、前記交差部に前記空間としての分離流路が形成され、
(2)前記第一分割流路及び前記第二分割流路の延在方向の一端部を上流側とし他 端部を下流側として、上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なく とも 1つに前記導入口が接続され、下流側の前記第一分割流路及び前記第二分割 流路の中から選ばれた互いに異なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出 口とがそれぞれ接続されているマイクロ流体デバイス、又は、
(III)流体に含まれる複数の物質を相互に分離する分離領域と回収領域とを備え、 前記分離領域には、マイクロ流体デバイス内に管状に形成された前記第一分割流 路が所定の間隔を空けて複数配列され、前記マイクロ流体デバイス内に管状に形成 された前記第二分割流路が、前記第一分割流路と、少なくともその延在方向途中部 分で交差するように所定の間隔を空けて複数配列されて!、て、
前記分離領域における前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路 の延在方向に直交する方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分 割流路が双方の交差部において互いに連通することにより前記空間としての分離流 路が形成され、 前記回収領域には、マイクロ流体デバイス内に管状に形成された前記第一分割流 路が所定の間隔を空けて複数配列され、前記マイクロ流体デバイス内に管状に形成 された前記第二分割流路が、前記第一分割流路と、少なくともその延在方向途中部 分で交差するように所定の間隔を空けて複数配列されて!、て、
前記回収領域における前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路 の延在方向に直交する方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分 割流路が双方の交差部で互 、に連通することにより、前記交差部に前記空間として の分離流路が形成され、
前記分離領域から回収領域に延びる前記第一分割流路は、前記回収領域におけ る前記第一分割流路にそれぞれ接続され、前記分離領域カゝら回収領域に延びる前 記第二分割流路は、前記回収領域における前記第二分割流路にそれぞれ接続され 前記分離領域及び回収領域における複数の前記第一分割流路及び前記第二分 割流路の延在方向の一端部を上流側とし他端部を下流側として、前記分離領域に おける上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なくとも 1つに前記 導入口が接続され、
前記回収領域における複数の前記第一分割流路の下流端側に前記第一取出口 が接続され、前記回収領域における複数の第二の分離流路の下流端側に前記第二 取出口が接続され、
下流側の前記第一分割流路及び複数の前記第二分割流路の中から選ばれた互 いに異なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出口とがそれぞれ接続され て 、るマイクロ流体デバイス、
である。
[0158] 本発明の第 3のタイプのマイクロ流体デバイスは、上記のように、流体に含まれる 3 種類の物質を分離することも可能であるが、以下には流体に含まれる 2種類の物質（ 第 1物質および第 2物質)を分離する場合を例にして説明する。
[0159] [マイクロ流体デバイスの基本構成]
〔マイクロ流体デバイス、部材八、部材¾ 図 17は本発明の第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの一例を示す分解見取り図 である。本例のマイクロ流体デバイスは、表面に前記分割流路 12となる溝 43を有す る板状の部材 A41と、表面に前記分割流路 13となる溝 44を有する板状の部材 B42 とが、前記溝形成面を互いに接触させて液密に固定されて形成された構造を有する 。液密とは、分離流路 3に流す流体が漏洩しないことを言う。
部材 A41および部材 B42を構成する素材は、前述の本発明のマイクロ流体デバィ ス一般に使用できる素材であり、用いるポテンシャル勾配に応じて選択できる。 本第 3のタイプのマイクロ流体デバイス、部材 A41、および部材 B42の外形は、前 記した本発明のマイクロ流体デバイスの外形と同様である。部材 A41の構造は、上 記のような溝が掘られた形状の他、例えば図 18に示されるように、表裏を貫通する長 穴状の溝 43となる欠損部を有する層状部材 63が、他の部材 61の表面に液密に固 定されていて、部材 A41の溝 43が、前記層状部材 63の溝 43となる欠損部と他の部 材 61の表面とで形成された構造であってもよい。部材 B42についても同様に、溝 44 力 層状部材 66の溝 44となる欠損部と他の部材 65の表面とで形成されていてもよい 前記部材 A41と部材 B42の製造方法や各部材の固着の順序は任意である。例え ば、前記部材 A41と部材 B42は別々に製造して力 互いに固定してもよいし、前記 部材 A41の一部を先に部材 B42に固定してから、残りの部材を固定してもよいし、光 造形法のように、前記部材 A41と部材 B42を実質的に同時に製造し、その境界が明 白でなくてもよい。
又、例えば、図 18に示された多層構造を製造する手順も任意であり、例えば、（i) 部材 A側の前記他の部材 61の上に部材 A側の前記層状部材 63を積層固着して部 材 A41を形成し、一方、部材 B側の他の部材 65の上に部材 B側の層状部材 66を積 層固着して部材 B42を形成し、該部材 A41と外部材 B42を液密に固定してもよ ヽし 、（ii)部材 A41側の前記他の部材 61の上に、部材 A側の前記層状部材 63、部材 B 側の前記層状部材 66、部材 B側の前記他の部材 65を順次積層してもよいし、（iii)部 材 A側の前記層状部材 63と部材 B側の前記層状部材 66を積層し、その両側から前 記 2つの他の部材 61、 65で挟んでもよい。 部材 A41及び部材 B42の溝の形成方法は任意であり、前記した方法を採用しうる 。また、表裏を貫通する長穴状の欠損部を有する層状部材の、該欠損部の形成方法 についても任意であり、前記した方法を採用しうる。
[0161] 部材 A41と部材 B42の固定方法も任意であり、前記の方法を採用しうる。
[0162] 〔溝、分割流路、分離流路、溝形成領域、分離領域〕
前記部材 A41には複数の溝 43が、部材 B42には複数の溝 44がそれぞれ並列に 設けられ、該複数の溝が形成された領域が、それぞれ部材 A41の溝形成領域 45a 及び部材 B42の溝形成領域 45bとされている。部材 A41と部材 B42は、部材 A41の 複数の溝 43と部材 B42の複数の溝 44が、溝形成面に直角な方向から見て互いに 交差するように、角度と位置を合わせて固定されている。これにより、部材 A41の溝 形成領域 45aと部材 Bの溝形成領域 45bが合わされて形成された共通領域が分離 領域 45とされ、該分離領域 45内にある部材 A41に形成された複数の溝 43は第 1分 割流路 12とされ、部材 B42に形成された複数の溝 44が第 2分割流路 13とされる。第 1分割流路 12と第 2分割流路 13は、まとめて分割流路と称する場合がある。このよう な構造により、分離領域 45内の全ての分割流路は、第 1分割流路 12と第 2分割流路 13との交差部 3を通じて互 、に連絡して 、る。
[0163] 図 12、図 23の模式図に示されたように、第 1分割流路 12と第 2分割流路 13との交 差部 3は分離流路 3とされる。即ち、溝 43は交互に配置された複数の第 1分割流路 1 2と複数の分離流路 3から成り、溝 44は交互に配置された複数の第 2分割流路 13と 複数の分離流路 3から成る。第 1分割流路 12と第 2分割流路 13がそれぞれ直線状で ある場合には、分離流路は平面視が菱形となる。また、分離流路 3の深さは、部材 A 側の溝 43の深さと部材 B側の溝 44の深さの和となる。そして、分離流路 3において、 溝 43の底は第 1内壁面 1、溝 44の底は第 2内壁面 2とされる。
本マイクロ流体デバイス力 例えば光造形法により製造される場合のように、上記部 材 A部分と部材 B部分が一体成形された構造を有する場合には、第 1分割流路 12と 第 2分割流路 13の全ての接触面が一つの面内にある必要はない。即ち、第 1分割流 路 12と第 2分割流路 13は芯が部材 A部分方向と部材 B部分方向にずれて交差して おれば良ぐこの場合には、分離流路 3の深さは、部材 A側の溝 43の深さと部材 B側 の溝 44の深さのいずれよりも大きぐかつ、これらの和以下となる。また、該芯のずれ の程度は、各交差部 3毎に異なっていても良い。
第 1分割流路 12及び第 2分割流路 13のそれぞれは、各部材の該溝形成面に直角 な方向力も見た形状 (平面形状）は任意であり、図 17に示されたような直線が好まし いが、曲線や波線やジグザグであっても良い。該溝 43、 44は、それぞれ複数本が並 列に設けられており、それぞれ互いに平行に設けることが、溝の形成密度を高くでき 、また製造も容易であるため好ましいが、必ずしも平行である必要はない。勿論、部 材 A41の溝形成領域 45a及び部材 B42の溝形成領域 45bの中や外には、その他の 付加的な溝が形成されて!ヽてもよ 、
[0164] 溝 43、 44の断面形状は任意であり、例えば正方形や長方形などの矩形、台形、三 角形、半円形などであってよい。これらの中で、矩形または台形とすることが、製造の 容易性力も好ましい。なお、角部を有する断面形状の場合には、その角部に丸面取 りが施された形状であっても良 、。
溝 43, 44の寸法は任意であり、深さは、好ましくは 500 m以下、さらに好ましくは 300 μ m以下、最も好ましくは 100 μ m以下である。この範囲とすることにより、分離 能と分離の速度が向上する。また深さの下限は、好ましくは 1 m以上、さらに好まし くは 3 m以上、最も好ましくは 10 m以上である。この範囲とすることにより、十分な 処理量が得られると共に、圧力損失が低くなる。
[0165] 溝 43, 44の幅は任意であり、並列に形成された該溝の本数を n本 (但し、 nは 1以 上の整数）とすると、最大、マイクロ流体デバイスの幅を nで除した値とすることが出来 る力 好ましくは 10mm以下。さらに好ましくは 3mm以下最も好ましくは lmm以下で ある。この範囲とすることにより、溝の深さが一定なデバイスの製造が容易になり、分 離能が向上する。幅の下限は、好ましくは 1 μ m以上、さらに好ましくは 3 μ m以上、 最も好ましくは 10 m以上である。この範囲とすることにより、十分な処理量を維持し つつ、圧力損失が低くなる。部材 Aの溝間距離、或いは、部材 Bの溝間距離は任意 であり、溝幅に比べて狭ぐ底面に立つ壁状であってよい。
溝 43と溝 44は、形状や寸法、例えば幅、深さ、角度、などが同じである必要はなく 、分離の系により好適な比とすることが出来るが、前記定在波振動による分離の場合 を除いて、同じとし、部材 Aと部材 Bを固定した時に、接触面に直角方向から見て互 いに鏡対象とすることが、マイクロ流体デバイスの製造が容易であり好ましい。
分離領域 45は、部材 Aと部材 Bの接触面に直角方向から見た一方の側を上流側と し、それに対向する側が下流側とする。分離領域 45は、前記上流側の辺 51と、該辺 に対向する上流側の辺 52と、前記上流側から下流側方向に伸びる 2つの側辺から 成る四辺形、又は、前記上流側の辺が一つの上流側の頂点とその両側の 2つの上 流側の辺 51とされた五角形であることが好ましい。この形状の時、効率よく分離でき る。但し、前記四辺形や五角形は略その形状であればよぐ角が丸面取りされた形状 であっても良い。例えば、前記五角形は半円形であって、前記上流側の頂点が半円 の周の中点であっても良い。
[0166] 分離領域 45において、前記各第 1分割流路 12は、分離領域 45が四辺形の場合に は前記上流側の辺 51の中点と前記上流側の辺 52の中点を結ぶ直線、分離領域 45 が四辺形の場合には前記上流側の頂点とその対辺の中点を結ぶ直線、に対して反 時計回り方向に 5〜85度又は— 5〜― 85度〔図 19、図 22の例では約 45度〕の角度 で略平行に形成されていることが好ましい。また、前記各第 2分割流路 13は、前記直 線に対して反時計回り方向に— 5〜― 85度又は 5〜85度〔図 19、図 22の例では約 45度〕で、かつ、前記部材 A側の前記分離流路と 10〜90どの角度〔図 19、図 22 の例では約 90度〕で交叉するように略平行に形成されて!ヽることが好ま ヽ。
溝が波線やジグザグである場合には、上記溝 43, 44の角度は、溝全体としての方 向が成す角度をいい、局所的に、例えば交差部 3において平行 (角度ゼロ）であって も良い。
[0167] さらに、前記各溝 43、 44は、分離領域 45の端力 端まで形成されていることが好ま しい。即ち、分離領域 45が四辺形又は五角形の時、各第 1分割流路 12および各第 2分割流路 13は、前記分離領域 45において、それぞれ、
〔i〕前記上流側の辺 51から前記下流側の辺 52まで形成されているか、
〔ii〕前記上流側の辺 52から、該分離領域の前記側辺 53、 54のいずれかまで形成さ れているか、
[iii]前記側辺 53、 54の一方力も他方まで形成されて 、るか、 〔iv〕前記側辺 53、 54から、前記下流側の辺 52まで形成されているか、 のいずれかであることが好ましい。勿論、上記のような分離流路 3以外に、上記を満 たさな 、何らかの付カ卩的な流路が設けられて 、ても良!、。
[0168] 〔導入口〕
分離領域 45の前記上流側の任意の部分において分離流路 3の少なくとも一つに 接続されて流体の導入口 15が設けられている。
導入口 15は、図 17に示されるように、分離領域 45の上流側の一部に、部材 A41 又は部材 B42を貫通して、分離流路 3或いは分割流路 12に達する孔として設けても よいし、分離領域 45の外の任意の部分、例えば部材 A側、部材 B側、或いは本マイ クロ流体デバイスの側面、に設けて、流路 11により分離流路 3に接続しても良い。導 入口 15は、上記のように分離流路 3の少なくとも一つに接続されていればよいが、分 離流路 3の前記分離領域 45の上流側の辺 51に端を有する全ての分離流路 3に接 続することが、分離の処理量を増す点で好ましい。
[0169] 〔取出口〕
分離領域 45の下流側の任意の互いに異なる部分にぉ 、て、それぞれ互いに異な る分離流路 3に接続されて第 1取出口 16と第 2取出口 17が設けられている。第 1取 出口 16と第 2取出口 17は、図 17に示されるように、分離領域 45の下流側の一部に、 部材 A41又は部材 B42を貫通して分離流路 3に達する孔として設けてもよいし、分 離領域 45の外の任意の部分、例えば部材 A側、部材 B側、或いは本マイクロ流体デ バイスの側面に設けてもよい。この場合には、取出口は、流路 14、第 1分割流路 12、 または第 2分割流路 13により、分離領域 45の下流側の互いに異なる分離流路 3にそ れぞれ接続しても良い。第 1取出口 16と第 2取出口 17は、それぞれ分離領域 45の 下流側のなるべく離れた位置に設ける力 接続することが好ましい。このようにするこ とで、第 1取出口 16と第 2取出口 17から、それぞれ第 1物質と第 2物質が最も分離さ れた流体を取り出すことが出来る。第 1取出口 16と第 2取出口 17が接続される分離 流路 3はそれぞれ複数であっても良い。
[0170] 本マイクロ流体デバイスの取出口として、前記第 1取出口 16と前記第 2取出口 17が 必須とされ、取出口がこの二者のみの場合には、導入口 15から導入された流体は第 1取出口 16又は第 2取出口 17のどちら力から流出する。しかし、第 3取出口 18を設 けることが好ましい。第 3取出口は、前記第 1取出口 16と第 2取出口 17が接続される 分離流路 3の間の分離流路 3に接続して設けられる。第 3取出口 18を設けるも蹴る場 合には、第 1取出口 16と第 2取出口 17は、下流側端の互いに最も離れた分離流路 3 に接続し、他の分離流路 3を第 3取出口 18に接続することが、第 1取出口 16と第 2取 出口 17から第 1物質と第 2物質が最も分離された流体を得ることが出来るため好まし いが、分離度より収率を重視する場合には、第 1取出口 16と第 2取出口 17は、それ ぞれ多数本の分離流路 3に接続し、その分、第 3取出口 18に接続される分離流路 3 を減らしても良い。
一方、本第 3取出口は、第 1取出口 16と第 2取出口 17が接続される分離流路 3の 中間の分離流路 3に接続されるため、第 3取出口 18からは、第 1取出口 16や第 2取 出口 17から取り出される流体に比べて第 1物質と第 2物質の分離の程度の低い流体 が取り出される。第 3取出口 18から分離の程度の低い流体が取り出される分だけ、第 1取出口 16と第 2取出口 17から取り出される流体にはこれらが混じらなくなり、分離 度を高くすることが出来る。第 3取出口 18から取り出された分離の程度の低い流体は 、ポンプを用いて導入口 15に還流することができる。
[0171] 〔回収領域〕
本発明のマイクロ流体デバイスは、上記分離領域 45に加えて、回収領域 55を有す ることが収率を向上させる上で好ましい。該回収領域 55を持つマイクロ流体デバイス においては、部材 A41と部材 B42が、それぞれ回収領域 55となる溝形成領域 55a、 55bを有しており、該溝形成領域 55a、 55bが互いに合わされて回収領域 55とされて いる。該回収領域 55は、上流側の辺 56と、該上流側の辺に対向する下流側の辺 57 と、前記上流側から下流側方向に伸びる二つの側辺 58, 59から成る略四辺形とされ ている。
[0172] 部材 A側の溝形成領域 55aには複数の溝 43が並列に形成さており、部材 B側の溝 形成領域 55bには複数の溝 44が並列に形成されている。部材 A41と部材 B42が合 わされること〖こより、溝 43は第 1分割流路 12とされ、溝 44は第 2分割流路とされる。ま た、溝 43と溝 44の交差部 3は分離流路 3とされる。これに付いては分離領域 45と同 様である。
回収領域 55における各第 1分割流路 12は、部材 A41側から見て、前記回収領域 55の上流側の辺 56の中点と回収領域 55の下流側の辺 57の中点を結ぶ線に対して 反時計回りに 5〜85度又は— 5〜― 85度の角度〔図 22の例では約 45度〕で、複数 本略平行に形成されており、前記回収領域 55における前記第 2分割流路 13は、上 記と同じ方向から見て、前記回収領域 55の上流側の辺 56の中点と前記回収領域 5 5の下流側の辺 57の中点を結ぶ線に対して反時計回りに 5〜85度又は— 5〜― 85 度〔図 22の例では約—45度〕の角度で、かつ前記第 1分割流路 12と 10〜90どの角 度〔図 22の例では約 90度〕で交叉するように複数本略平行に形成されている。 前記回収領域 55における前記溝 43および溝 44はそれぞれ、
〔i〕前記上流側の辺 56から前記下流側の辺 57まで形成されて 、るか、
〔ii〕前記上流側の辺 56から、前記上流側から下流側方向に伸びる辺 58, 59のいず れかまで形成されて!ヽるか、
〔iii〕前記上流側から下流側方向に伸びる一方の辺 58からもう一方の辺 59まで形成 されているか、
〔iv〕前記上流側から下流側方向に伸びる辺 58、 59から、前記下流側の辺 57まで形 成されるか、のいずれ力とされている。
そして、前記回収領域 55は、回収領域 55の上流側の辺 56が前記分離領域 45の 下流側の辺 52に連絡するように。好ましく重なるように設けられ、該辺 52、 56におい て、回収領域 55の各分離流路 3は、分離領域 45の各分離流路に接続されている。 本マイクロ流体デバイスが回収領域 55を有し、かつ第 3取出口 18を設ける場合には 、第 3取出口 18は分離領域 45の下流側には接続されず、後述のように、回収領域 5 5の下流側に接続される。
また、回収領域 55における溝 43、 44の、上流側から下流側方向に伸びる一方の 辺 58における端は前記第 1取出口 16に接続され、前記回収領域 55における分離 流路 3の上流側から下流側方向に伸びるもう一方の辺 59の端は前記第 2取出口 17 に接続されている。
回収領域 55の下流側の辺 57に端を有する溝 43, 44の下流端は、取出口として第 1取出口 16と第 2取出口 17だけが設けられている場合には、どちらの取出口にも接 続しなくてもよいし、それぞれ近い側の取出口に接続してもよい。
図 22に示されたように、第 3取出口 18を有する場合には、第 1取出口 16にも第 2取 出口 17にも接続されない溝 43, 44の下流端は、第 3取出口 18に接続される。
[0174] 回収領域 55の四辺形は、矩形や長方形の他、台形や平行四辺形であって良いが 、形状は必ずしも正確な四辺形である必要はなぐ例えば樽型や糸巻き型等であつ てもよい。回収領域 55に於ける分離流路 3や各分割流路の前記接触面に直角な方 向から見た形状、断面形状、及び寸法は、前記分離領域 45の場合と同様である。 このような回収領域を設けることにより、分離能を低下させることなぐ収率を増加さ せることが出来る。即ち、前記分離領域 45の下流側の辺 52における互いに最も離れ た分離流路 3から、第 1物質と第 2物質が最も分離された流体が取り出され、それらの 間の分離流路 3からは、それより分離の程度の低い流体が回収領域 55の分離流路 3 に導入され、ここで再び分離が行われる。そして、該回収領域 55の 上流側から下 流側へ分離流路が 1段進む毎に、両側辺 58, 59に到達した、第 1物質と第 2物質が 最も分離された流体は、流路 14により第 1取出口 16と第 2取出口 17へ移送されて取 り出され、残りの流体は次段の分離流路 3へ進む。これが繰り返されることにより、該 回収領域 55に於いて下流側へ 1段進む毎に一定割合の最も分離された流体が取り 出されるから、最終的には導入口 15に導入された全流体が、最も分離された流体と して取り出される。
[0175] 本発明の第 3のタイプのマイクロ流体デバイスは、分離流路だけでなぐ分割流路 の中でも分離が行われ、それらが多段に集積化されるため分離の効率が良い。また 、同じ大きさのマイクロ流体デバイスに多くの段数の分離流路を形成することが出来 るため分離度を高くすることが出来る。さらに、複数の分離流路に並列に流体を導入 できるため、段数を多くするほど収率が低下することもない。
さらに、本発明の第 3のタイプのマイクロ流体デバイスは、上記のような構造を持つ ため、デバイス製造に当たって、部材同士の位置あわせは、部材 A41と部材 B42の 2部材のみでよい。しカゝも、部材 A41の溝形成領域 45aと部材 B42の溝形成領域 45 bの位置が多少ずれて固定されたとしても、分離領域 45或いは回収領域 55からはみ 出した、部材 Aの溝 43と部材 Bの溝 44の一部が生じるだけである。これらの溝は、分 離の用はなさないが阻害もしないため、存在しても問題はない。このように、本マイク 口流体デバイスは、製造に於ける位置合わせの許容誤差が大きぐ前記溝の数を増 して各溝を微細にしても、製造の困難さが増すことがなぐ性能のバラツキが少ない。
[0176] [物質分離方法]
以下に本発明の物質分離方法を説明するが、下記に記載されていない細部につ いては、本発明のマイクロ流体デバイスの項で説明した内容と同じである。
[0177] 〔ポテンシャル勾配及ポテンシャル付加機構〕
本発明に使用する、分離の駆動力となるポテンシャル勾配及び物質との相互作用 については、本発明のマイクロ流体デバイスの項に於ける記述と同じである。
本発明に使用するポテンシャル勾配およびその付加機構について更に詳細に述 ベる。
[0178] (電気ポテンシャル勾配）
ポテンシャル勾配 (電位勾配）が 前記非接触式により設けられたものである場合は 、分離流路内に空気が充填された状態における電位勾配は、好ましくは 1000 [VZ mm]以上、さら〖こ好ましくは、 3000 [VZmm]以上、最も好ましくは 5000 [VZmm] 以上である。電位勾配の上限は、絶縁破壊が生じない範囲で高くすることが出来、例 えば 1000000 [VZmm]にすることが出来る。上記非接触式において、分離流路の 第 1内壁面及び第 2内壁面となす内壁部分に、流体と絶縁された電極を設置してもよ V、し、絶縁体の素材で形成されたマイクロ流体デバイスに電極を埋め込んでもよ 、し 、本マイクロ流体デバイスの外部の両側に電極を配置してもよい。外部に設置する場 合、電極板は空中への放電を防ぐために、絶縁体で覆うことが好ましい。第 1内壁面 及び第 2内壁面に掛カる電位差は式 1により計算できる。
1]
V = (Q/ ε A) (d / ) · ' ·Ε1
ここで、
Q =V ε Α/ Σ (d / ε )
但し、 C：電気容量 [ファラッド: F]、 ：真空中の電気容量 [F]、
Q：電気量 [クーロン： C]、 V：電位差 [ボルト： V]、
ε：媒体の比誘電率 [―]、 ε ：真空の誘電率 [ = 8.85 X 10— 12 F/cm]、
A:面積 [cm2]、 d:電極間距離 [cm]、添え字 i (正の整数）は、
第 1内壁面—第 2内壁面方向に分割した第 i層を示す。又添え字 Tは、 全層（即ち、マイクロ流体デバイス）を示す。
(文献:例えば"新実験化学講座"， 日本化学会編，丸善（1976),基礎 技術 4電気 p.265.)
[0179] マイクロ流体デバイスの上記電極を設置する範囲は、分離流路を含む範囲であれ ば任意であり、分離流路以外の部分、例えば分割流路ゃ連絡用流路を含む範囲で もよい。電極は、マイクロ流体デバイスに固定されていてもよいし、マイクロ流体デバ イスとは独立に形成して、使用時に所定の位置関係に設置してもよい。
ポテンシャル勾配が接触式により形成される場合、即ち、第 1内壁面と第 2内壁面 に設けられた電極により付加される場合は、電位勾配は、好ましくは l [VZmm]以 上、さらに好ましくは、 3[VZmm]以上、最も好ましくは 5 [VZmm]以上である。電 位差勾配の上限は、過剰な発熱やアーク放電が生じない範囲で高くすることが出来 、例えば 100[VZmm]にすることが出来る。分離流路の内壁に電極を設置する方 法は任意であるが、内壁の一部に蒸着、スパッタリング、化学メツキ、導電性榭脂の 塗布などにより導電性物質の層を形成することが好ましい
[0180] (電磁ポテンシャル勾配）
電磁ポテンシャル勾配は、例えば第 1内壁面に 2つの電極を設け、第 1内壁面側の 電磁ポテンシャルを第 2内壁面側より高くして形成することが出来る。該 2つの電極は 互いに入り込んだ櫛形であることが好ましい。該電極の形成方法は、上記電気ポテン シャルの接触法の場合と同様である。本電磁ポテンシャル勾配においても、例えば 第 1内壁面側に流路と接触しない 2つの電極を設け、非接触法でポテンシャル勾配を 形成することも可能である。
[0181] (磁気ポテンシャル勾配）
磁気ポテンシャル勾配は磁束密度であり、好ましくは 0. 1 [T (テスラ）]以上、さらに 好ましくは、 0. 3 [T]以上、最も好ましくは 0. 5 [Τ]以上である。磁束密度の上限は、 装置が大がかりに成りすぎない範囲で高くすることが出来、例えば 50[Τ]にすること が出来る。しかし、 3 [Τ]以下であることが、永久磁石とポールピースにより容易に実 現できるため好ましい。
磁気ポテンシャル勾配を付加する方法は任意であり、マイクロ流体デバイスの第 1 内壁面側又は第 2内壁面側の外側に永久磁石、電磁石、又は超伝導磁石を配する ことができる。永久磁石又は超伝導磁石が、エネルギーの消費がなく好ましぐ永久 磁石が簡便であり好ましいい。ポールピースを用いて、磁力線を分離流路に集中的 に通過させることも好ましい。永久磁石、電磁石、又はポールピースをマイクロ流体デ バイスに固着して一体ィ匕しても良!ヽ。
[0182] (振動ポテンシャル勾配）
振動ポテンシャル勾配において、進行波の振動場は、本マイクロ流体デバイスの第 1内壁面側の外表面又は第 2内壁面側の外表面に振動子 (例えば超音波振動子)を 接触させて、又は流体を介して該面に振動を付加する方法で実施できる。振動子は マイクロ流体デバイスと一体ィ匕されていて良い。定在波の振動場は、本マイクロ流体 デバイスに超音波振動子を直接又は液体を介して接触させて、超音波振動を付カロ することが出来る。分離流路の第 1内壁面と第 2内壁面を振動の腹、該両壁面の中 間部を振動の節となる周波数に調節する。超音波振動子は、マイクロ流体デバイス のどの部分に接触させても、又は流体を介してマイクロ流体デバイス全体に振動を与 えても、前記のように周波数を調節することにより該定在波を発生させることが出来る 。し力しながら、第 1内壁面に平行な面に接触させることが、低出力で十分な強度の 定在波を発生させることが出来るため好ましい。超音波振動子はマイクロ流体デバイ スと一体化されて 、て良 、。
[0183] (加速度ポテンシャル勾配）
重力場より大きい加速度場は遠心力により与えられる。加速度場は、機構的な制約 はあろうが、大きいほど分離効率と分離速度が向上するため好ましぐ好ましくは 100 G (但し、 Gは重力加速度）以上、さらに好ましくは 300G以上、最も好ましくは 1000G 以上である。上限は、例えば 10000Gにすることが出来る。 [0184] (温度ポテンシャル勾配）
温度ポテンシャル勾配 (温度勾配）は、好ましくは 10[°CZmm]以上、さらに好まし くは、 30[°CZmm]以上、最も好ましくは 50[0°CZmm]以上である。温度勾配の上 限は任意であり、例えば 1000[°CZmm]にすることが出来る。温度勾配を付加する 方法は任意であり、例えば、マイクロ流体デバイスの一方の外表面を低温物質と接触 させ、他方の外表面を高温物質と接触させる方法、マイクロ流体デバイス内に電気ヒ 一ターなどの発熱体を埋め込む方法、本マイクロ流体デバイス外から赤外線、レーザ 一光線、マイクロ波などを照射する方法を例示できる。
本発明で使用するポテンシャル勾配は、時間的に強度が変化しない定常的な場で あれば分離できる力 変動しても差し支えない。電磁場や振動の場の場合は、場は 微視的には時間的に変化する力 巨視的には定常状態でとなる。ポテンシャル勾配 を 2種以上同時に掛けてもよい。第 1内壁面及び第 2内壁面に掛カる温度差は式 1に より計算できる。
[式 2]
T _ Τ = (χ.Ζ λ .) (Q/S) · · ·Ε2
ここで、
Figure imgf000066_0001
但し、
xi :各層の厚み 「m]、S ：面積 [m2]、
T :第 i層界面の温度 [で]、
T：マイクロ流体デバイスの一方の側の表面温度
0 [°C]、
τ：マイクロ流体デバイスの他方の側の表面温度 [°c]
z 、
λ：各層の熱伝導率 Q:熱貫流量 [ワット: w]、
添え字 i (正の整数）は、第 1内壁面 第 2内壁面方向に分割
した第 i層を示す。
(文献:例えば「新版化学機械の理論と計算」、亀井三郎編、
産業図書 (株) 1959年. )
[0185] 〔分離対象物質〕 先に本発明のマイクロ流体デバイスが適用できる分離対象として述べたものと同様 であるが、更に詳細に述べる。
電気ポテンシャル勾配による分離の場合には、第 1物質と第 2物質は、荷電量の異 なる物質、又は、荷電量 Z質量の値が異なる物質であり、この差が大きなほど分離能 や分離速度が向上する。荷電量は絶対値でなぐプラスとマイナスを区別する。媒体 は荷電量がゼロである力、分離すべき粒子とは逆の荷電を持つ物質が好ましい。こ のような粒子としては、 DNAなどのポリヌクレオチド、蛋白などのポリペプチド、ァミノ 酸などの荷電低分子化合物を例示できる。第 1物質と第 2物質の荷電量または荷電 量 Z質量の値の差が大きいほど分離効率や分離速度が高くなる。
電磁ポテンシャル勾配による分離の場合には、分散粒子の濃縮が効果が大きく好 ましい。例えば、血球、細胞、微生物の分離濃縮を例示できる。
磁気ポテンシャル勾配による分離の場合には、第 1物質と第 2物質は、透磁率の異 なる物質、又は、透磁率 Z質量の値が異なる物質であり、この差が大きなほど分離能 や分離速度が向上する。透磁率は絶対値でなぐプラスとマイナスを区別する。大き な透磁率を持った物質としては、強磁性体の微細な固体粒子、赤血球などの強磁性 体分子を含む粒子、強磁性体分子を含有する有機重合体、液晶性物質などの大き な電子共役部を持った分子を例示できる。
振動場及び定在波振動場による分離の場合には、第 1物質と第 2物質は互いに密 度の異なる分散質と分散媒であり、粒径差や密度差は、安定した分散状態を維持す る範囲で大きなほど分離能や分離速度が向上するため好ましい。このような系として は、例えば血液からの血球と血漿の分離を例示できる。
重力ポテンシャル勾配による分離の場合には、第 1物質と第 2物質は互いに密度の 異なる分散質と分散媒であり、粒径差や密度差が大きなほど分離能や分離速度が向 上するため好ましい。しかし、この差があまり大きすぎると、通常の沈降分離により分 離可能となるため、本発明に於いては、従来法では分離率が前記のように低いか、 分離に時間を要する程度にその差が小さい系に効果的である。第 1物質と第 2物質 が共通分散媒に分散した分散質である場合には、共通溶媒として第 1物質と第 2物 質の間の密度のものを使用することが、浮力を利用して分離率を向上させることが出 来るため好ましい。
[0187] 遠心力による加速度ポテンシャル勾配による分離の場合には、第 1物質と第 2物質 は密度の異なる物質であり、この差が大きなほど分離能や分離速度が向上するため 好ましい系である。この差があまり大きすぎると、通常の遠心分離によっても迅速な分 離が可能となるため、本発明に於いては、従来法では分離率が前記のように低いか 、分離に時間を要する程度にその差が小さい系に効果的である。そのような例として は、溶媒に溶解した有機高分子物質を例示できる。第 1物質と第 2物質が共通溶媒 に溶解した二種の溶質である場合には、共通溶媒として第 1物質と第 2物質の間の 密度のものを使用することが、浮力を利用して分離率を向上させることが出来るため 好ましい。分離すべき流体が気体の場合には、密度の大小は分子量の大小と一致 する。
[0188] 温度ポテンシャル勾配による分離の場合には、第 1物質と第 2物質は、粒子の大き さの差、例えば分子量の差がある系であり、この差が大きなほど分離能や分離速度 が向上する。小さい方の粒子を、分離条件で流体状である低分子化合物とすると、 大きい方の粒子は、好ましくは分子量 5000以上の重合体、更に好ましくは分子量 1 0000以上の重合体、尤も好ましくは分子量 30000以上の重合体、及びこれに相当 する粒子径を持った粒子である。該粒子はミセルなどの会合体や二次粒子であって も良い。第 1物質の大きさの上限は、安定した分散状態を維持するためには自ずと限 界はあろうが、特に上限を設ける必要はない。溶質と溶媒の例としては、ポリヌクレオ チド (オリゴヌクレオチドを含める。以下同様）、糖鎖、ポリペプチド (オリゴペプチドを 含める。以下同様)などの生化学物質の水溶液 (ここで言う水溶液は緩衝液溶液を含 む。以下同様)、種々の化学物質の水溶液や有機溶剤溶液などが挙げられる。分散 質の例としては、花粉や細胞や細胞内組織などの、固体やゲル状の分散質の他、ミ セルや疎水性有機液体の分散質を例示できる。一般に、大きい方の粒子の大きさが 大きいほど分離能や分離速度が高くなる。また、分離すべき物質の大きさの差が大き V、ほど分離能や分離速度が高くなる。
[0189] 〔物質分離方法〕
本発明の物質分離方法に於いては、前記分離流路には流速をレイノルズ数 2300 未満として層流で流す。乱流で流すと、分離流路の厚み方向や幅方向に濃度差が 生じず、分離されない。分離流路以外の流路、例えば分割流路の中では、特記する 場合を除き、乱流になっても良い。
マイクロ流体デバイスに流体を流す方法は任意であり、例えば、吐出ポンプ（図示 略）により導入口 15に流体を導入してもよいし、導入口 15に接続したチューブを貯 液槽（図示略）に投入し、吸引ポンプ（図示略)を各取出口 16、 17、 18に接続して吸 引することにより流してもよい。吐出ポンプを用いる場合は、各取出口 16、 17、 18か ら流出する流体の量的関係は、マイクロ流体デバイスの流路の断面積の寸法や各取 出口に接続するチューブの内径と長さの調節により、圧力損失を調節する方法で調 節できる。一方、吸引法は、そのような工夫をしなくても、第 1取出口 16、第 2取出口 1 7、第 3取出口 18からそれぞれ取り出す流量を正確に制御できるため好ましい。 本発明の物質分離方法は、単に流体を物質分離デバイスに流すだけで分離するこ とができ、多段分離に於ける各段での撹拌操作、各段でのバルブ操作、ポンプによ る各段間の移送操作等が不要であるため、操作が極めて容易である。
[0190] 流体を流す速度の時間的変化については任意であり、一定速度であって良いし、 変動させてもよいし、間欠的に流しても良い。
[0191] 分離すべき流体が、 2種の流体の混合流体、溶質と溶媒、分散質と分散媒であるよ うな 2成分系の場合には、第 1物質が第 2物質より強く第 1内壁面方向に駆動されると すると、前記第 1流出口からは第 1物質が濃縮された流体を取り出し、前記第 2流出 口からは第 1物質が希釈され、相対的に第 2物質が濃縮されたた流体を取り出す。こ のとき該分離すべき流体が、第 3物質を含有していても良い。第 3物質は、第 1物質と 共に第 1流出口側に濃縮されるものであっても、第 2物質と共に第 2流出口側に濃縮 されるものであっても、本分離方法では分離されずに、第 1流出口と第 2流出口から 等しく流出するものであっても良い。
[0192] 分離すべき流体が、溶質 (又は分散質)である第 1物質と、同じく溶質 (又は分散質 )である第 2物質と、これらの共通の溶媒 (又は分散媒)から成るような 3成分系の場合 には、第 1物質が第 1内壁面方向に駆動され、第 2物質が第 2内壁面方向に駆動さ れるとすると、前記第 1取出口力 第 1物質が濃縮され第 2物質が希釈された流体を 取り出し、前記第 2取出口力 は第 2物質が濃縮され第 1物質が希釈された流体を取 り出し、前記第 3取出口力 第 1物質も第 2物質も希釈された媒体を取り出す。このと き該分離すべき流体が、前記共通の溶媒以外の第 4物質を含有していても良い。
[0193] 流体に含まれる 3種以上の物質を互いに分離する場合には、まず、その内の 2種を 分離出来るマイクロ流体デバイスを用いて分離し、該分離デバイスの第 1取出口 16、 第 2取出口 17の一方又は両方に、残りの物質を分離することが出来るマイクロ流体 デバイスを接続することによって、分離することが出来る。
[0194] 以下には流体に含まれる 2種類の溶質 (第 1物質および第 2物質)を分離する場合 を例にして説明する。
[0195] 本分離方法においては、流体の流速が過剰に速い、即ち流体の分離流路内滞留 時間が過剰に短いと、分離不十分で排出されるため、分離能が低下する。逆に、流 体の流速が過剰に遅いと、前記分離対象物質の項で述べたように、分離流路内での 分離は平衡に達して、いくら滞留時間を増してもそれ以上分離せず、処理速度が低 下する。しかし、第 1物質と第 2物質が第 1内壁面と第 2内壁面の温度差に分離する 速度は、ポテンシャル勾配の種類毎に、上記で説明した因子により変わり、更に、媒 体である流体の粘度などの影響も受ける。このように、第 1物質と第 2物質が分離する 速度に関わる因子は多様なため、計算で正確に予測することは困難な場合が多いが 、流速を変える実験で簡単に見いだすことが出来る。流体を本マイクロ流体デバイス に流す速度は任意であり、例えば、流体の本マイクロ流体デバイス内の滞留時間は、 好ましくは 15秒以上、さらに好ましくは 30秒以上、最も好ましくは 1分以上であり、好 ましくは 1時間以下、より好ましくは 30分秒以下、最も好ましくは 15分以下である。本 マイクロ流体デバイスの分離流路を小さくして段数を多くすると、本マイクロ流体デバ イス内の滞留時間を同じにしても分離能が向上する。
(マイクロ流体デバイスの第 2のタイプ）
本発明の第 2のタイプのマイクロ流体デバイスを使用した物質分離方法に於いては 、第 1内壁面 1側に濃縮された第 1物質は、第 1分割流路 12に入り、図 13に示された 例では、分離流路 3の幅方向の、部材 B42側から見て左方向に流れ、分離流路 3の 下流側にお!、て左側の濃度が高くなる。分離流路 3の左側に元々存在した流体は、 第 1分割流路 12を通って左側に流入する流体によって押し出されるため、第 1分割 流路 12の外の分離流路 3においては右方向への流れが生じ、第 2内壁面 2付近に 濃縮された第 2物質と、厚み方向の中間部に存在する濃縮も希釈もさらない流体は 共に押されて右側に濃縮される。そして、分離流路 3の左側の、第 1物質が濃縮され た流体は第 1取出口 16から、分離流路 3の右側の、第 2物質が濃縮された流体は第 2取出口 17から取り出される。
[0196] 第 2内壁面に第 2分割流路 13を設けると、第 2内壁面 2付近に濃縮された第 2物質 が第 2分割流路 13を通って右側に移動し、厚み方向の中間部に存在する、濃縮も希 釈もされていない流体はどちらへも移動しない。よって、第 1物質と第 2物質の分離率 が向上する。
[0197] 取出口として、第 1取出口 16と第 2取出口 17のみを有するマイクロ流体デバイスを 使用する場合には、 2つの物質の分離が出来、また、 3成分以上の混合物を 2つのグ ループに分離できる。
[0198] 第 2内壁面に第 2分割流路 13を有し、かつ、第 3取出口 18を有するマイクロ流体デ バイスを使用する場合には 3成分を分離できる。例えば、第 1内壁面 1側に濃縮され る第 1物質は上記と同様にして第 1取出口 16から取り出され、第 2内壁面 2側に濃縮 される第 2物質は上記と同様にして第 2取出口 17力ら取り出され、両内壁面に濃縮さ れない物質 (例えば溶媒）はどちらの溝 (分割流路）〖こも入らず、右へも左へも移動せ ずに第 3取出口 18から取り出される。このように 3成分を分離できる。勿論、この場合 にも、 4成分以上の混合物を 3つのグループに分離することができる。
本構造は、定在波振動野庭を用いた分離に特に好適である。第 1内壁面と第 2内 壁面の昼間部に濃縮された粒子を第 3取出口 18から取り出し、希釈液を第 1取出口 16と第 2取出口 17から取り出すことが出来る。
[0199] 本マイクロ流体デバイスの分離流路 3を分離の 1段として、多段分離デバイスを構築 することも好まし ヽ。
(マイクロ流体デバイスの第 3のタイプ）
本発明の第 3のタイプのマイクロ流体デバイスを用いる物質分離方法について述べ る。図 12、図 25の模式図に示されたように、本第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの 導入口から分離流路 3に第 1物質と第 2物質を含有する流体を導入すると、該第 1物 質と第 2物質は、各種ポテンシャル勾配により、各分離流路 3内で部材 A41側方向と 部材 B42側方向に分離され、各分離流路 3の第 1内壁面 1付近において第 1物質の 濃度が最も高くなり、第 2内壁面 2付近において第 2物質の濃度が最も高くなる。 分離流路 3を流れる流体は、第 1内壁面 1側の第 1分割流路 12と、第 2内壁面 2側 の第 2分割流路 13に分流される。流体は、第 1分割流路 12及び第 2分割流路 13内 に於いてもポテンシャル勾配によってそれぞれ部材 A側と部材 B側と部材 B側に分離 される。第 1分割流路 12及び第 2分割流路 13は交差部 3である次段の分離流路 3に て互いに接触し、第 1分割流路 12の第 2内壁面 2付近に濃縮された第 2物質は、この 交差部 (分離流路 3)において第 2内壁面 2方向へ移動し、次段の分割流路 13へ移 動し、該分割流路 13でさらに濃縮される。同様に、分割流路 13内の部材 A41側の 内壁面付近に濃縮された第 1物質は、次の交差部 (分離流路 3)に於いて、第 1内壁 面 1方向へ移動し、次段の分割流路 12へ分流され、該分割流路 12でさらに濃縮さ れる。上記の分離機構が各段で繰り返され、第 1取出口 16と第 2取出口 17から、そ れぞれ、第 1物質と第 2物質の含有率が異なる物体を取り出すことができる。
取出口として、第 1取出口 16と第 2取出口 17のみを有するマイクロ流体デバイスを 使用する場合には、 2つの物質の分離が出来る。取出口として、さらに第 3取出口 18 を有するマイクロ流体デバイスを使用する場合には 3成分を分離できる。これらにつ いては、本発明のマイクロ流体デバイス全般の場合と同様である。
実施例
以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例の 範囲に限定されるものではない。示される図では、各部を認識可能な大きさとするた めに、寸法や各部の寸法を適宜変更し、また、管や溝の数を適宜調節して描かれて いる。
まず、実施例において実施する紫外線照射方法と、実施例において用いるェネル ギー硬化性榭脂組成物の作製方法について説明する。
〔紫外線ランプ # 1による照射〕
3kWメタルノヽライドランプを光源とする UV照射装置 (アイグラフィックス株式会社製 の UE031— 353CHC型）を用いて、波長 365nmで強度 40mWZcm2の紫外線を 室温の窒素雰囲気中で照射した。
[0201] 〔紫外線ランプ # 2による照射〕
250W高圧水銀ランプを光源とする UV露光装置 (ゥシォ電機株式会社製のマル チライト 250W型）を用いて、波長 365nmで強度 50mWZcm2の紫外線を室温の窒 素雰囲気中で照射した。
〔組成物 (XI)の調製〕
エネルギー線重合性化合物として、数平均分子量 2000の 3官能ウレタンアタリレー トオリゴマー（「ュ-ディック V— 4263、大日本インキ化学工業株式会社製)を 70部、 へキサンジオールジアタリレート（「ニューフロンティア HDDA」、第 1工業製薬株式会 社製)を 30部、光重合開始剤として 1 ヒドロキシシクロへキシルフエ-ルケトン（「ィ ルガキュア一 184」、チバガイギ一社製)を 3部、及び重合遅延剤として 2, 4 ジフエ -ル一 4—メチル 1—ペンテン（関東ィ匕学株式会社製)を 0. 5部、それぞれ混合し て組成物 (XI)を調製した。
[0202] 〔組成物 (X2)の調製〕
エネルギー線重合性化合物として、前記「ュ-ディック V— 4263」を 80部、前記「二 ユーフロンティア HDD A」を 20部、光重合開始剤として前記「ィルガキュア一 184」を 2部、それぞれ混合して組成物 (X2)を調製した。
〔実施例 1〕
[0203] 本実施例では、タイプ 1 Iの立体型の多段配置型第 1方式のマイクロ流体デバィ スの例を示す。
[0204] 図 1は、実施例 1のマイクロ流体デバイスの分離流路部分の (A)平面図及び (B) a
- α線に於ける部分断面側面図である。また、図 6は実施例 1のマイクロ流体デバィ ス 100の平面図、図 7は側面図、図 8は第 1外部層 22の平面図、図 9は内部層 23の 平面図、図 10は第 2外部層 24の平面図である。但し、段数は簡略ィ匕して描かれてい る。
[0205] 本実施例 1のマイクロ流体デバイスは、分離流路 3が 20段にわたって直列接続され ている。また、各段における分離流路 3の本数は、第 1段が 1本、第 2段が 2本と順次 増加し、第 12段 (境界段)以降は交互に 12本および 11本となっている。そして、分離 流路 3の本数が 12本となる段 (偶数段）における各分離流路 3の流出口のうち、それ より上流の段における分離流路 3の第 1流出口 6の通過回数が最多となる流体の流 出口が、第 1分割流路 12zを介して第 1取出口 16に接続されている。また、分離流路 3の第 2流出口 7の通過回数が最多となる流体の流出口力 第 2分割流路 13zを介し て第 2取出口 17に接続されている。さらに、その他の流出口が、流路 14zを介して第 3取出口 18に接続されている。
[0206] 本実施例 1のマイクロ流体デバイスは、上記タイプ 1 Iの立体型の形態で作製され ている。即ち、内部層 23の両面にそれぞれ第 1外部層 22および第 2外部層 24を固 着し、第 1外部層 22の外側に基材 21を固着し、第 2外部層 24の外側にカバー層 25 を固着して構成されていて、内部層 23に該内部層の貫通溝として分離流路 3が形成 され、分離流路 3に面した第 1外部層 22に第 1内壁面 1が形成され、分離流路 3に面 した第 2外部層 24に第 2内壁面 2が形成され、分離流路 3の上流側端面（図中左側） に流入口 5が形成され、分離流路 3の下流側端部（図中右側）に於ける内部層 23と 第 1外部層 22との境界面に第 1流出口 6が設けられ、内部層 23と第 2外部層 24との 境界面に第 2流出口 7が設けられ、第 1外部層 22に第 1流出口に接続される第 1分 割流路 12が形成され、第 2外部層 24に第 2流出口に接続される第 2分割流路 13が 形成されている。また、基材 21側外表面に導入口 15、第 1取出口 16、第 2取出口 17 、及び第 3取出口 18が開口して設けられている。
[0207] 〔マイクロ流体デバイスの作製〕
(基材側部材の形成）
厚さ 80 [ m]のポリエチレンテラフタレート（PET)シートを第一の一時的な支持体 (図示略）として使用し、該一時的な支持体上にスピンコーターにて組成物 (X2)を塗 ェし、紫外線ランプ # 1により紫外線を 1秒間照射して製膜液 (X2)を半硬化させ、基 材 21となる榭脂層を形成した。該基材 21上にスピンコーターにて組成物 (XI)を塗 ェし、該塗膜の第 1分割流路 12を形成すべき部分 (図 8参照)以外の部分に、紫外 線ランプ # 2によりフォトマスクを介して紫外線を 40秒間照射して製膜液 (XI)を半硬 化させ、第 1外部層 22を形成した。その後、紫外線の非照射部分に残された未硬化 の組成物 (XI)を 50%エタノール水溶液で洗浄除去し、第 1分割流路 12となる溝を 形成した。
[0208] 別途、上記と同じ PETシートを第二の一時的な支持体（図示略）として、この上にバ ーコーターにて組成物 (χ1)を塗工し、分離流路 3及び流路 14ζを形成すべき部分（ 図 9参照）以外の未硬化塗膜に、紫外線ランプ # 2によりフォトマスクを通して紫外線 を 120秒間照射して半硬化させ、一時的な支持体 (図示略)上に内部層 23を形成し た。 次 、で、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物 (XI)を 50%ェタノ ール水溶液により洗浄除去し、分離流路 3となる内部層 23の欠損部を形成した。そ の後、該分離流路 3となる内部層 23の欠損部を、前記基材 21上に形成された第 1外 部層 22の欠損部と端同士が重なるように位置を合わせて積層し、その状態で、紫外 線ランプ # 2により紫外線を 30秒間照射して硬化を進めて固着した。その後、前記第 一の一時的な支持体 (図示略)を基材 21から剥離し、前記第二の一時的な支持体（ 図示略)を内部層 23から剥離し、基材 21と第 1外部層 22と内部層 23が固着された 基材側部材を得た。
[0209] (カバー層側部材の形成）
前記と同じ PETシートを第三の一時的な支持体（図示略）として、この上にバーコ一 ターにて組成物 (X2)を塗工し、該未硬化塗膜に、紫外線ランプ # 1により紫外線を 1 秒間照射して半硬化させ、カバー層 25を形成した。
次いで、カバー層 25の上に、バーコ一ターにて組成物（XI)を塗工し、フォトマスク を通して、該未硬化塗膜の第 2分割流路 13を形成すべき部分（図 10参照）以外の部 分に、紫外線ランプ # 2により紫外線を 40秒間照射して製膜液 (XI)を半硬化させ、 第 2外部層 24を形成した。その後、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成 物 (XI)を 50%エタノール水溶液で洗浄除去し、第 2分割流路 13となる溝を形成し、 カバー層側部材とした。
[0210] (2つの部材の固着）
前記カバー層側部材の第 2外部層 24を、前記基材側部材の第 1外部層 22に位置 を合わせて積層し、その状態で、紫外線ランプ # 1により紫外線を 60秒間照射して 硬化を進めて固着した。その後、前記第三の一時的な支持体（図示略)をカバー層 2 5から剥離し、図 6、図 7に示したようなマイクロ流体デバイス前駆体を得た。
[0211] (その他の構造の形成）
次に、第 1段の分離流路 3aの流入口 5aとなる端部において、ドリルを用いて、基材 21、及び第 1外部層 22に直径 0. 5 [mm]の穴を開けて導入口 15と流入口 5aを形成 した。同様にして、第 1分割流路 12zの下流端部において、基材 21に直径 0. 3 [mm ]の穴を開けて第 1取出口 16を形成た。また同様にして、第 2分割流路 13zの下流側 端部において、基材 21、第 1外部層 22、および内部層 23に直径 0. 3 [mm]の穴を 開けて第 2取出口 17を形成し、流路 14zの下流側端部において、基材 21および第 1 外部層 22に直径 0. 3 [mm]の穴を開けて第 3取出口 18を形成した。
[0212] 以上のようにしてマイクロ流体デバイス 100を作製した。マイクロ流体デバイス 100 の外形は 100 [mm] X 25 [mm] X O. 5 [mm]である。各部の寸法は、基材 21、第 1 外部層 22、内部層 23、第 2外部層 24、及びカバー層 25の厚みは全て約 100 [ m ]であり、各分離流路 3は、図 4のように流入口 5及び流出口付近で幅が約 lOO^ m ]になるよう、両端が徐々に狭められている。第 1分割流路 12、第 2分割流路 13、流 路 14は幅が 100[ m]、高さが 100[ m]であり、第 1流出口 6及び第 2流出口 7の 寸法は、幅が 100[ /ζ πι]、高さが 100 [ m]である。分離流路 3の段数は 20段であり 、第 12段目までは 1段ごとに分離流路 3の数が 1ずつ増え、境界段である第 12段以 降は、一段毎に 12と 11になっていて、第 20段目の分離流路 3の数は 12である。
[0213] [物質分離方法] (温度勾配）
(ポテンシャル勾配の付加）
作製したマイクロ流体デバイス 100の上面の基材 21側表面の全分離流路 3を含む 範囲に、 150 [°C]に調節されたアルミニウム製の温調プレートを、また、下面のカバ 一層 25側表面の同じ範囲に、 0[°C]に調節されたアルミニウム製の温調プレートを 接触させた。
アルミニウムの熱伝導率を 200 [wm_ 1K_1]、組成物 (X)硬化物の熱伝導率を 0. 1 5 [wm_1K_1]、水の熱伝導率を 0. 61 [wm_1K_1]として式 2を用いて計算すると、 T = 79. 4 [で]、 T = 70. 7 [で]、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2の温度差 ΔΤ=8. 7 φ 1 φ 2
[°C],温度勾配は 87[°CZmm]と見積もられる。 (分離方法）
分離実験用の原溶液として、平均分子量 70000のポリスチレンスルホン酸（関東ィ匕 学)の 0. 1重量％水溶液を用いた。上記の原溶液は、ァスピレーターで減圧しつつ 超音波洗浄機に 1分間掛けて脱気した後、実験に使用した。
[0214] 導入口 15、第 1取出口 16、第 2取出口 17にはそれぞれマイクロシリンジポンプ（ 図示略)を接続し、第 3取出口 18にはチューブを接続してその他端をバイアル瓶に 投入した。導入口 15から表 3に示した所定の流速で原溶液を導入し、第 1取出口 16 と第 2取出口 17をそれぞれ導入流量の 1Z3の速度で吸引した。流速を変えたとき、 第 1取出口 16と第 2取出口 17から採取された溶液の原溶液に対する濃度比を表 2に 示した。
〔実施例 2〕
[0215] (電気ポテンシャル勾配:接触型）
(ポテンシャル勾配の付加）
マイクロ流体デバイス作製するに当たり、工程の途中で、第 1外部層 22の内部層側 と、第 2外部層 24の内部層側に金を蒸着させて電極を形成し、その上に前記組成物 (X2)の 5重量％酢酸ェチル溶液をスピンコートした後、該酢酸ェチルを揮発させ、 U Vランプ # 1により 1秒間紫外線照射したこと以外は実施例 1と同様にしてマイクロ流 体デバイスを作製した。
前記電極に、第 1外部層 22側をマイナス極として 1 [V]の直流電圧を掛けた。即ち 、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2の間の電位差が 1 [V] ,電位差の勾配が 10[VZmm] である。
(分離方法）
上記のようにしてポテンシャル勾配を付加したこと以外は実施例 1と同様に配管接 続し、実施例 1と同様の実験を行った。
〔実施例 3〕
[0216] (電気ポテンシャル勾配:非接触型）
(ポテンシャル勾配の付加 1)
実施例 1で作製したマイクロ流体デバイス 100の上面の基材 21側表面と下面の力 バー層 25側表面に、全分離流路 3を含む大きさの銅の電極板を接触させ、上面の 基材 21側をアース電位とし、下面のカバー層 25側電極にプラス 8000 [V]の直流電 圧を掛けた。
(ポテンシャル勾配の付加 2)
別途、実施例 1で作製したマイクロ流体デバイス 100の基材 21側表面の全ての分 離流路 3を含む範囲に厚さ 50 [； z m]の銅箔をシリコーン系接着剤で貼り付けて電極 板とし、更に該電極板の表面を該シリコーン系接着剤でコートした。
組成物 (XI)硬化物の比誘電率を 2. 5 [— ]、流路内の空気の比誘電率を 1. 0 [— ]として、両内壁に掛かる電位差を式 1により計算すると、上記 2つのポテンシャル付 加方法とも、アース電位に対する第 1内壁面の電位 φ 1は 6539 [V]、第 2内壁面の 電位 φ 2は 3461 [V]と見積もられ、第 1内壁面—第 2内壁面間の電位差は 3078 [V ]、電位勾酉己は 30780 [V/mmJとなる。
また、流路の比誘電率として水の比誘電率 80 [— ]を用いて、流路に水が充填され た状態における電位差を計算すると、アース電位に対する第 1内壁面の電位 φ 1は 4 031 [V]、第 2内壁面の電位 φ 2は 3969 [V]と見積もられ、第 1内壁面—第 2内壁面 間の電位差は 62 [V]、電位勾配は 620[VZmm」となる。
(分離方法）
上記付加方法 1又は 2によりポテンシャル勾配を付加したマイクロ流体デバイスを用 いたこと以外は実施例 1と同様に配管接続し、実施例 1と同様の実験を行った。 〔実施例 4〕
(磁気ポテンシャル勾配）
(ポテンシャル勾配の付加）
実施例 1で作製したマイクロ流体デバイス 100の全分離流路 3を含む範囲のカバー 層側外表面 29に永久磁石を密着させた。該磁石は、両極が一辺 50 [mm]の正方形 、厚さ 22. 5 [mm]のネオジゥム磁石 (表面磁束密度約 4500 [G])に、一方の端面が 一辺 50 [mm]の正方形、他方の端面が 70mm X 20mmであるような純鉄のポール ピースを用 V、て分離流路部分に集中的に磁力線を作用させた。
(分離方法） 上記によりポテンシャル勾配を付加したマイクロ流体デバイスを用いたこと、及び、 分離すべき溶液として 10倍希釈の牛血を用いたこと以外は実施例 1と同様の実験を 行った。
〔実施例 5〕
[0218] (加速度ポテンシャル勾配）
(ポテンシャル勾配の付加）
実施例 1で得たマイクロ流体デバイスを加熱し、基材側を外側にして、長手方向の 間を半径 200[mm]の円弧状に成形した。これを遠心分離装置に装着し、回転数 30 00 [rpm]で回転させることにより、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2を 2000Gの加速度場 の中に設置した。
〔実施例 6〕
[0219] 本実施例では、タイプ 1 Iの立体型の多段配置型マイクロ流体デバイスであって、 前記実施態様の第 2方式、即ち、任意の連続する 2つの段について、上流側の段に おける分離流路の断面積の総和が、下流側の段における複数の分離流路の断面積 の総和と略同一になるように形成した。
[0220] 図 11、図 12は、実施例 3のマイクロ流体デバイスの連続する 2段部分の部分平面 図と側面図である。実施例 2では、分離流路は幅の広い空隙状に形成されており、分 離流路 3に於ける第 1外部層 22と第 2外部層 24間の間隔 (すなわち分離流路の厚さ )は、スぺーサ 30により一定 (約 100[ m])に保持されている。各分離流路 3の幅は 、流入口 5から暫時拡大されている。第 1内壁面 1及び第 2内壁面 2の下流側端部に は、一つの分離流路 3にそれぞれ複数の第 1流出口 6および第 2流出口 7が一定間 隔（200 [ m]おき）に配設されて 、る。任意の段の分離流路 3における複数の第 1 流出口 6に接続された複数本の第 1分割流路 12は、一本に合流されて下流側次段 における分離流路 3の流入口 5に接続されている。同様に、前記分離流路 3における 複数の第 2流出口 7に接続された複数本の第 2分割流路 13は、一本に合流されて下 流側次段における分離流路 3の流入口 5に接続されている。
[表 1] 段 分離流路の列数 分離流路の幅 [ μ m ]
1 1 1200
2 2 600
3 3 400
4 4 300
5 5 240
6 6 200
7 7 170
8 8 150
8 9 130
10 10 120
11 11 110
12 12 100
13 11 100
14 12 100
15 11 100
16 12 100
17 11 100
18 12 100
19 11 100
20 12 100
[0221] 表 1に、各段における分離流路の本数および幅を示す。なお、各段における分離 流路 3の長さは略一定であるから、分離流路の幅は流路断面積に比例している。表 1 からわかるように、本実施例では、境界段である第 12段までの分離領域に於いては 、段数と同じ本数の分離流路 3が各段に形成されている。一方、分離流路 3の幅は、 上流側の段ほど広くなつている。そして、分離流路 3の幅と本数との積は、各段とも略 一致している。すなわち、任意の段における複数の分離流路 3の第 1内壁面 1の面積 の総和力 他の段における複数の分離流路 3の第 1内壁面 1の面積の総和と略同一 になっている。
境界段である第 12段より下流の範囲では、実施例 1と全く同じ構造である。
[0222] 〔ポテンシャルの付加〕（温度）
本マイクロ流体デバイス 100の上面の基材 21側表面に 100[°C]に調節された温調 プレートを、また、下面のカバー層 25側表面に 0[°C]に調節された温調プレートを接 触させた。
[0223] 〔物質分離方法〕（温度）
導入口 15に導入する流速路 50 [mm3Z分]としたこと、第 1取出口 16と第 2取出口 17から取り出す流速を両者共に 15 [mm3Z分]としたこと以外は実施例 1と同様の試 験を行った。
〔実施例 7〕
[0224] 本実施例では第 2のタイプのマイクロ流体デバイスの例を示す。
図 15は、本実施例で作製するマイクロ流体デバイスの分解見取図である。図 15で は、各部を認識可能な大きさとするために、寸法や溝の数を適宜調節して描かれて いる。
[0225] 本マイクロ流体デバイスは、基材 21、層状部材 32および、層状部材 33が積層して 固着された部材 B42と、層状部材 35および、層状部材 36が積層して固着された部 材 A41が互いに固着されて形成されていて、導入口 15、第 1取出口 16、及び第 2取 出口 17が全て部材 B42側に設けられている。
[0226] 材 Bの作製]
厚さ lmmのアクリル榭脂板を基材 21として使用し、該基材 21上にスピンコーター にて組成物 (XI)を塗工し、該塗膜にフォトマスク（図示略)を介して、第 2分割流路 1 3、流路 11、および流路 14となす部分以外の部分に、紫外線を 120秒間照射して半 硬化させ、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物 (XI)を 50%エタノール 水溶液で洗浄除去して、該層の欠損部として第 2分割流路 13が形成された層状部 材 32を形成した。
[0227] 厚さ 60 μ mのコロナ処理された 2軸延伸ポリプロピレンシート（OPPシート、二村化 学製)を一時的な支持体 37とし、その上にスピンコーターにて組成物 (XI)を塗工し 、フォトマスク（図示略)を通して、凹部となる部分以外の範囲に、紫外線を 120秒間 照射して半硬化させ、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物 (XI)を 50 %エタノール水溶液により洗净除去して、凹部となる該層の欠損部が形成された層 状部材 33を前記一時的な支持体 37の上に形成した。
[0228] 次いで、層状部材 33を、前記凹部が前記第 1分割流路 12の形成範囲と重なるよう に位置を合わせて、前記一時的な支持体 37ごと前記層状部材 32の上に積層し、密 着させて、紫外線を 30秒照射して各榭脂層を構成する組成物 (XI)の硬化を進め、 前記一時的な支持体 37を剥離して、部材 B42とした。
[0229] 得られた部材 B42は、長方形の分離流路 3となる凹部が設けられ、該凹部の底面 である第 2内壁面 2に第 2分割流路 13が形成されている。第 2分割流路 13は、基材 2 1側から見て、分離流路 3の長さ方向に対して反時計廻りに約マイナス 45度の角度 で平行に設けられている。
[0230] 材 Aの作製]
前記 OPPシートを一時的な支持体 34として用い、該一時的な支持体 34上にスピ ンコーターにて組成物 (XI)を塗工し、該塗膜に、紫外線を 100秒間照射して半硬化 させ、層状部材 36を形成した。
[0231] 次いで、該層状部材 36の上にスピンコーターにて組成物 (XI)を塗工し、該塗膜に フォトマスク（図示略)を介して、第 1分割流路 12となす部分以外の部分に、紫外線を 120秒間照射して半硬化させ、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物 (X 1)を 50%エタノール水溶液で洗浄除去して、該層の欠損部として第 1分割流路 12 が形成された層状部材 36を形成し、一時的な支持体 34の上に部材 A41を形成した
[0232] 材 A41と部材 B42の固着、その他の構造の形成]
前記部材 B42の層状部材 33と前記部材 A41の層状部材 36を、凹部と第 1分割流 路 12が形成されている領域との位置を合わせて積層し、密着させた状態で紫外線ラ ンプ # 2にて紫外線を 120秒照射して全ての組成物 (XI)を硬化させ、部材 B42と部 材 A41を液密に固着した。その後、部材 A41から一時的な支持体 34を剥離除去し た。
[0233] 次に、部材 B42の基材 21と層状部材 32を貫通する孔をドリルにて穿ち、分離流路 3の上流側の流路 11の中間部に連絡する導入口 15、分離流路 3の下流側の両端に 第 1取出口 16と第 2取出口 17、及び分離流路 3の下流側の流路 14の中間部に連絡 する第 3取出口 18を形成し、マイクロ流体デバイスを得た。
[0234] 以上のようにして作製されたマイクロ流体デバイスは、外形 75mm X 25mmの長方 形で、厚みは約 1. 4mmである。基材 21の厚みは lmmであり、層状部材 32、層状 部材 33、層状部材 36、及び層状部材 35の厚みは全て約 100 mである。分離流路 3は長さが 50mm、幅が 15mmである。第 1分割流路 12及び第 2分割流路 13は、幅 150 m、深さ 100 mであり、溝間距離 150 mで、分離流路 3の長さ方向に対し 、部材 B側から見て、第 1分割流路 12は反時計回り方向に 45度、第 2分割流路 13は 反時計回り方向にマイナス 45度の角度で平行に形成されている。流路（6a、 6b)の 幅は 500 mであり、流入口（7)、第 1取出口 16、第 2取出口 17、及び第 3取出口 1 8の孔は全て直径 500 μ mである。
[0235] [物質分離方法]
(配管接続）
第 1取出口 16、第 2取出口 17、及び第 3取出口 18の孔にフィッティング（図示略)を 接着し、内径 150 m、外形 1. 5mm、長さ lmのポリエーテルエーテルケトン（PEE K)製のチューブを接続する。導入口 15に接続したチューブは試験管に投入し、第 1 取出口 16、第 2取出口 17、第 3取出口 18はそれぞれ第 1のローラーポンプ (チュー ブポンプとも言う）（図示略）、第 2のローラーポンプ（図示略）、第 3のローラーポンプ（ 図示略)の吸引側に接続し、これらのローラーポンプの吐出側を第 1、第 2、及び第 3 のサンプル管で受ける。
[0236] (ポテンシャルの付加 1)
作製したマイクロ流体デバイスを部材 A41側を下側にして、 0°Cに調節した温調プ レート（図示略）の上に置き、本マイクロ流体デバイスの上面の部材 B42の上の、導 入口 15と取出口 16, 17、 18)の間の部分に、 150°Cに調節した温調プレート（図示 略)を接触させる。
[0237] (分離試験 1)
導入口 15に実施例 1で用いたと同じ第 1物質の溶液 (溶媒を第 2物質とする)を減 圧超音波法で脱気して前記試験管に注入し、第 1と第 2のローラーポンプを 3 [mm3 Z分]の一定流速で運転し、第 3のローラーポンプを 50 [mm3Z分]の一定流流速で 運転する。
[0238] 流出液の第 1物質濃度を紫外可視分光光度計で測定すると、第 1取出口 16から第 1物質濃縮液が取り出され、第 2取出口 17から第 1物質希釈液が取り出され、第 3取 出口 18から第 1物質が濃縮も希釈模されない溶液が取り出される。
(ポテンシャノレの付加 2)
作製したマイクロ流体デバイスを部材 A41側を下側にして、実施例 3のポテンシャ ル付加方法 1と同様にして電気ポテンシャルを付加する。
[0239] (分離試験 2)
導入口 15に実施例 1で用いたと同じ第 1物質の溶液 (溶媒を第 2物質とする)を減 圧超音波法で脱気して前記試験管に注入し、第 1と第 2のローラーポンプを 3 [mm3 Z分]の一定流速で運転し、第 3のローラーポンプを 144 [mm3Z分]の一定流流速 で運転する。
流出液の第 1物質濃度を紫外可視分光光度計で測定すると、第 1取出口 16から第 1物質濃縮液が取り出され、第 2取出口 17から第 1物質希釈液が取り出され、第 3取 出口 18から第 1物質が濃縮も希釈模されない溶液が取り出される。
〔実施例 8〕
[0240] 本実施例では第 3のタイプのマイクロ流体デバイスの例を示す。
図 18は、本実施例で作製したマイクロ流体デバイスの分解見取図である。また図 2 2は、本実施例で作製したマイクロ流体デバイスの流路の配置を示す平面図模式図 である。実線で部材 A側の流路を、破線で部材 B側の流路を示してある。
本マイクロ流体デバイスは、基材 21、層状部材 66層状部材 63層状部材 62および 層状部材 63が積層して固着された部材 A41と、一時的な支持体 34、層状部材 65 および層状部材 66が積層して固着された部材 B42が互いに固着されて形成されて いて、導入口 15、第 1取出口 16、及び第 2取出口 17が全て部材 A41側に設けられ ている。
材 Aの作製]
厚さ lmmのアクリル榭脂板を基材 21として使用し、該機材 21上にスピンコーター にて組成物 (XI)を塗工し、該塗膜に紫外線ランプ # 1により紫外線を 60秒間照射し て半硬化させ、層状部材 62を形成した。その上に、スピンコーターにて組成物 (XI) を塗工し、フォトマスク（図示略)を通して、第 1分割流路 12及び流路 11となる部分以 外の範隨こ、紫外線ランプ # 2により紫外線を 120秒間照射して半硬化させ、層状部 材 63を形成した。その後、紫外線の非照射部分に残された未硬化の組成物 (XI)を 50%エタノール水溶液により洗浄除去して、第 1分割流路 12となる複数の溝を形成 した。即ち、該溝 43は、底面が層状部材 62、両側面が層状部材 63で形成されてい る。
得られた部材 A41は、基材 21側から見て略中央部に、長方形の溝形成領域 45a が設けられている。該溝形成領域 45aは図 18の左側が上流側、右側が下流側とされ 、該溝形成領域 45a内には多数の溝 43が、両側辺 53、 54に対して反時計廻りに約 マイナス 45度の角度で平行に設けられている。溝形成領域 45aの上流側の辺 51に は該辺の端力 端まで流路 11が形成されており、下流側の辺 52には辺の両端部分 を除いて、該辺 52上に流路 14が形成されている。
[0241] 材 Bの作製]
基材 21の代わりに厚さ 60 μ mの 2軸延伸ポリプロピレンシート（ΟΡΡシート、二村 化学製)を一時的な支持体 34として用いたこと以外は前記部材 A41と同様にして、 前記一時的な支持体 34上に、層状部材 65と、第 2分割流路 13となる溝 44が形成さ れた層状部材 66が積層され固着された形状の部材 B42を作製した。
得られた部材 B42は、該部材の溝形成面、即ち層状部材 66の外表面側から見て 略中央部に、略長方形の溝形成領域 45bが設けられている。該溝形成領域 45bは 図 18の左側が上流側、右側が下流側とされ、該溝形成領域 45b内には多数の溝 44 力 両側辺 58, 59に対して反時計廻りに約 45度の角度で平行に設けられている。 但し、部材 B42には流路 11は形成と流路 14は設けられていない。
[0242] 材 A41と部材 B42の固着とその他の構造の形成]
前記部材 A41の層状部材 63と前記部材 B42の層状部材 66を、溝形成領域 45a、 45bの位置を合わせて密着させて積層し、紫外線ランプ # 1にて紫外線を 120秒照 射して全ての組成物 (XI)を硬化させ、部材 A41と部材 B42を液密に固着した。その 後、部材 B42から一時的な支持体 34を剥離除去した。
次に、部材 A41を貫通し、分離領域 45の上流側の辺 51に設けられた流路 11の中 央部に連絡する孔をドリルにて穿ち、流入口（7)を形成した。また、部材 A41を貫通 し、分離領域 45の下流側の一方の隅に、該隅に端を有する溝 43 (第 1分割流路 12) に連絡する孔をドリルにて穿ち、第 1取出口 16を形成し、同様に部材 A41を貫通し、 分離領域 45の下流側の他方の隅に、該隅に端を有する溝 43 (第 1分割流路 12)に 連絡する孔をドリルにて穿ち、第 2取出口 17を形成した。さらに、部材 A41を貫通し、 分離領域 45の下流側の辺 52の両端を除く部分に形成された流路 14に連絡する孔 をドリルにて穿ち、第 3取出口 18を形成し、マイクロ流体デバイスを得た。
以上のようにして作製されたマイクロ流体デバイスは、外形 90mm X 45mmの長方 形で、厚みは約 1. 4mmである。基材 21の厚みは lmmであり、部材 Aの層状部材 6 2、部材 Aの層状部材 63、部材 Bの層状部材 65、及び部材 Bの層状部材 66の厚み は全て約 100 mである。部材 Aの溝形成領域 45a、部材 Bの溝形成領域 45b、及 び分離領域 45の形状 ·寸法は同一であり、上流側から下流側方向の長さが 60mm、 幅が 30mmである。該領域にはそれぞれ、幅 150 μ mの溝が溝間距離 150 μ mで、 分離領域 45の側辺に対して 45度の角度で平行に形成されている。従って、分離領 域 45の上流側の辺 51及び下流側の辺 52にはそれぞれ約 70本の溝 43と約 70本の 溝 44の端部が形成されている。分離領域 45の側辺において、溝 43の端と溝 44の端 は連絡している。溝 (43, 44)及び流路 11の深さは全て 100 mであり、流路 11の 幅は全て 500 μ mであり、流入口（7)、第 1取出口 16、及び第 2取出口 17、及び第 3 取出口 18の孔は全て直径 500 μ mである。
[物質分離方法]
部材 Aと部材 Bを逆に読み替えること以外は実施例 7と同様にして分離する。
〔実施例 9〕
本実施例に於いては、回収領域を設けた第 3のタイプのマイクロ流体デバイスにつ Vヽて述べる。図 22は本実施例で作製するマイクロ流体デバイスの流路の配置を示す 平面図模式図である。実線で部材 A側の流路を、破線で部材 B側の流路を示してあ る。
[マイクロ流体デバイスの作製]
導入口 15を分離領域 45の外部に設け、やはり分離領域 45の外部の部材 A41側 の溝として設けた流路 11により、分離領域 45の分離流路 3に接続したこと、回収領 域 55を設けたこと、及び、第 1取出口 16、第 2取出口 17、第 3取出口 18を分離領域 45の外部に設け、やはり分離領域 45の外部の部材 A41側の溝として設けた流路 11 により、第 1取出口 16は分離領域 45の一方の側辺 58に端を有する分離流路 3に、 第 2取出口 17は分離領域 45の他方の側辺 59に端を有する分離流路 3に、第 3取出 口 16は分離領域 45の下流側の辺 57に端を有する分離流路 3にそれぞれ接続した こと、以外は、実施例 8と同様の構造のマイクロ流体デバイスを作製した。
但し、本実施例で作製したマイクロ流体デバイスは、分離領域 45、回収領域 55共 に幅 30mm、長さ 30mmであり、分離領域 45と回収領域 55に形成される分離流路 3 の寸法や分離流間距離は実施例 8の分離領域 45の場合と同じである。回収領域 55 の側辺 58, 59に達する分離流路 3の端をそれぞれ第 1取出口 16と第 2取出口 17に 接続する流路 11の幅は、上流側の端が約 150 m、下流側の端が約 4. 5mmのテ 一パーにされている。
[物質分離方法]
部材 Aと部材 Bを逆に読み替えること、及び、第 1、第 2、第 3のローラーポンプを全 て 15 [mm3Z分]の流速で運転すること以外は実施例 7と同様にして分離する。 〔実施例 10〕
本実施例では、第 3のタイプのマイクロ流体デバイスを用いた電位勾配による分離 方法の例を示す。
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
流路配置が図 23に示された形状であること以外は実施例 8と同様にしてマイクロ流 体デバイスを作製した。マイクロ流体デバイスは、外形 100mm X 50mmの長方形で 、厚みは約 1. 4mmである。基材 21の厚みは lmmであり、部材 Aの層状部材 62、部 材 Aの層状部材 63、部材 Bの層状部材 65、及び部材 Bの層状部材 66の厚みは全て 約 100 mである。部材 Aの溝形成領域 45a、部材 Bの溝形成領域 45b、及び分離 領域 45の形状'寸法は同一であり、上流側から下流側方向の長さが 40mm、幅が 4 Ommである。溝 43、 44の幅は 300 μ mであり、分離領域 45の側辺に対して ±45度 の角度で各平行に形成されている。溝分離領域の上流側の辺 51には各 16本の溝 の端が連絡しており、溝分離領域の下流側の辺 52には各 16本の溝の端が連絡して いる。導入口 15と分離流路 3を結ぶ流路 11は部材 A41の溝として形成されており、 分離流路 3と各取出口 16、 17、 18を結ぶ流路 14は部材 B42の溝として形成されて いる。分離流路 3の高さは 200 m、第 1分割流路と第 2分割流路 13の高さは両方と も 100 /z mである。 [0245] 〔ポテンシャルの付加〕（電気ポテンシャル勾配:非接触型）
作製したマイクロ流体デバイスの基材 21側表面の全ての分離流路 3を含む範囲に 50mm X 50mm X厚さ 50 [ m]の銅箔をシリコーン系接着剤で貼り付けて電極板と し、更に該電極板の表面を該シリコーン系接着剤でコートした。
前記マイクロ流体デバイスの電極板に、基材側をマイナス側として 8 [kV]の直流電 圧を掛けた。糸且成物 (XI)の比誘電率を 2. 5 [— ]、流路内の空気の比誘電率を 1. 0 [―]として式 1により計算すると、アース電位に対する第 1内壁面の電位 φ 1は 3000 [V]、第 2内壁面の電位 φ 2は 500[V]と見積もられ、第 1内壁面-第 2内壁面間の 電位差は 2500 [V]、電位勾酉己は 12500 [V/mmJとなる。
また、流路に水が充填された状態における電位差として、流路の比誘電率として水 の比誘電率 80 [―]を用いると、アース電位に対する第 1内壁面の電位 φ 1は 7283 [ V]、第 2内壁面の電位 φ 2は 6338 [V]と見積もられ、第 1内壁面-第 2内壁面間の 電位差は 52 [V]、電位勾配は 260[VZmm」となる。
〔物質分離方法〕
分離実験用の原溶液として、平均分子量 70000のポリスチレンスルホン酸（関東ィ匕 学)の 0. 1重量％水溶液を用いた。上記の原溶液は、ァスピレーターで減圧しつつ 超音波洗浄機に 1分間掛けて脱気した後、実験に使用した。
[0246] 導入口 15、第 1取出口 16、第 2取出口 17にはそれぞれマイクロシリンジポンプ（図 示略)を接続し、第 3取出口 18にはチューブを接続してその他端をバイアル瓶に投 入した。導入口 15から表 3に示した所定の流速で原溶液を導入し、第 1取出口 16と 第 2取出口 17をそれぞれ導入流量の 1Z16の速度で吸引した。流速を変えたとき、 第 1取出口 16と第 2取出口 17から採取された溶液の原溶液に対する濃度比を表 2に 示した。
[表 2] 導入流速 取出流速 原溶液に対する濃度比 （一） [mm3/ mi iij [mm3/ min」
第 2取出口 1 7 第 1取出口 1 6 実施例 1 0— 1 8 . 0 0 . 5 1 . 4 2 0 . 5 8 実施例 1 0— 2 1 6 . 0 1 . 0 1 . 2 6 0 . 7 4 実施例 1 0— 3 3 6 . 0 3 . 0 1 . 1 9 0 . 8 1 〔実施例 11〕
(温度勾配による分離）
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
基材 21として厚さ 1 [mm]のアルミニウム板を用 、たこと以外は実施例 10と同様の マイクロ流体デバイスを作製した。
〔ポテンシャルの付加〕（温度勾配）
作製したマイクロ流体デバイス 100の上面の基材 21側表面の全分離流路 3を含む 50 [mm] X 50 [mm]の範囲に、 100 [°C]に調節されたアルミニウム製の温調プレー トを、また、下面のカバー層 25側表面の同じ範囲に、 0[°C]に調節されたアルミ-ゥ ム製の温調プレートを接触させた。
アルミニウムの熱伝導率を 200 [wm_ 1K_1]、組成物 (X)硬化物の熱伝導率を 0. 1 5 [wm_1K_1]、水の熱伝導率を 0. 61 [wm_1K_1]として式 2を用いて計算すると、 T
=60 [で]、 T =40 [で]、第 1内壁面 1と第 2内壁面 2の温度差 ΔΤ= 20 [で]、温 φ 1 φ 2
度勾配は 200[°CZmm]と見積もられる
〔物質分離方法〕
実施例 10と同様に配管し、実施例 10と同じ原溶液を用いて実験を行った。流速を 変えたとき、第 1取出口 16と第 2取出口 17から採取された溶液の原溶液に対する濃 度比を表 3に示した。
[表 3] 導入流速 取出流速 原溶液に対する濃度比 （一）
[mm3/ im n」 [mm3/ min」
第 2取出口 1 7 第 1取出口 1 6 実施例 1 1 — 1 8 . 0 0 . 5 1 . 1 2 0 . 8 8 実施例 1 1一 2 1 6 . 0 1 . 0 1 . 1 0 0 . 9 0 実施例 1 1 — 3 3 6 . 0 3 . 0 1 . 0 7 0 . 9 3

Claims

請求の範囲
[1] 複数の物質を含む流体が供給される空洞と、
前記空洞に前記流体を供給するための導入口と、
前記導入口を通じて前記空洞に供給された前記流体の一部を前記空洞から取り出 すための第一取出口と、
前記第一取出口とは別に設けられ、前記空洞から前記流体の残りのすべて、もしく はさらにその一部を取り出すための第二取出口と、
前記空洞内の前記流体の流れ方向に沿って形成され、前記空洞を画成する第一 内壁面と、
前記第一内壁面に対して略平行に向かい合い、前記第一内壁面とともに前記空洞 を画成する第二内壁面と、
前記空洞に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行に設けられ、前記 流体を前記空洞から前記第一取出口に向けて流すための第一分割流路と、 前記空洞に連通するとともに、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記第一分 割流路とは異なる方向に設けられ、前記流体を前記空洞から前記第二取出口に向 けて流すための第二分割流路とを備え、
少なくとも前記空洞の一部に、前記流体に含まれる前記複数の物質のひとつ又は いくつかを駆動するポテンシャル勾配が、前記第一内壁面に交差しかつ前記流体の 流れ方向に交差する方向に付加されたとき、前記ポテンシャル勾配によって前記第 二内壁面力 前記第一内壁面に向けて、又は前記第一内壁面力 第二内壁面に向 けて駆動された前記物質が、前記流体とともに前記第一分割流路又は前記第二分 割流路を流れ、前記第一取出口又は前記第二取出口を通じて取り出される ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
[2] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記第一取出口及び前記第二取出口とは別に、前記第一取出口及び前記第二取 出口から取り出される流体以外の流体が取り出される第 3取出口が設けられたマイク 口流体デバイス。
[3] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、 少なくとも前記空洞の一部に前記ポテンシャル勾配を付加するポテンシャル付加機 構を備えるマイクロ流体デバイス。
[4] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記空洞としての分離流路に前記流体を流入させるための流入口と、前記分離流 路に流入した前記流体の一部を前記分離流路から流出させるための第一流出口と、 前記第一流出口とは別に設けられ、前記分離流路から前記流体の残りを流出させる ための第二流出口とをさらに備え、
前記第一流出口が、前記第二内壁面よりも前記第一内壁面に近い部分に設けら れ、前記第二流出口が、前記第一内壁面よりも前記第二内壁面に近い部分に設け られ、
前記第一流出口に前記第一分割流路が接続され、前記第二流出口に前記第二分 割流路が接続され、
前記分離流路が、前記流体の流れ方向の上流から下流にかけて複数段にわたつ て配置され、
前記複数段のうちの任意の段における分離流路の第一流出口が、前記第一分割 流路を介して下流側次段における分離流路の流入口に接続され、
前記任意の段における前記分離流路の第二流出口が、前記第二分割流路を介し て前記下流側次段における分離流路の流入口に接続されている
マイクロ流体デバイス。
[5] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記複数段のうちの任意の段 (上流側から数えて第 n段）における分離流路 (a)の 第一流出口が、下流側次段 (第 n+ 1段）における分離流路 (b)の流入口に接続され 前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路 (a)の第二流出口が、下流側次段（ 第 n+ 1段）における分離流路 (c)の流入口に接続され、
前記分離流路 (b)の第一流出口が、下流側次々段 (第 n+ 2段）における分離流路 (d)の流入口に接続され、
前記分離流路 (c)の第二流出口が、下流側次々段 (第 n+ 2段）における分離流路 (e)の流入口に接続され、
前記分離流路 (b)の第二流出口、及び前記分離流路 (c)の第一流出口が、下流側 次々段 (第 n+ 2段）における分離流路 (f)の流入口に接続されて!、るマイクロ流体デ バイス。
[6] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記複数段のうちの最下流段における複数の分離流路の各流出口のうち、前記複 数段における前記分離流路の前記第一流出口の通過回数が最多となる前記流体の 第一流出口が、前記第一取出口に接続され、
前記最下流段における複数の分離流路の各流出口のうち、前記複数段における 前記分離流路の前記第二流出口の通過回数が最多となる前記流体の第二流出口 力 前記第二取出口に接続されているマイクロ流体デバイス。
[7] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記複数段のうちの任意の段 (上流側から数えて第 n段）において前記分離流路が i本配され、 n又は iの少なくともいずれか一方が 2以上であり、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第一流出口の通過回数が最 多となる前記流体の第一流出口が、前記第一取出口に接続され、
前記第二流出口の通過回数が最多となる前記流体の第二流出口が、前記第二取 出口に接続され、
前記任意の段 (第 n段)以降の段における前記分離流路が i本配された段の前記分 離流路の流出口のうち、当該段より上流段において、前記流体が第一流出口を通過 する回数を 1、前記流体が第二流出口を通過する回数を mとするとき、 1から mを差し 引いた値 (l—m)が最も大きい第一流出口が、前記第一取出口に接続され、 mから 1を差し引いた値 (m— 1)が最も大きい第二流出口が、前記第二取出口に接 続されて!ヽるマイクロ流体デバイス。
[8] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記複数段のうちの任意の段 (上流側から数えて第 n段）における複数の前記分離 流路の断面積の総和は、前記任意の段 (第 n段)よりも下流側の任意の段 (第 p段。伹 し n<p)における複数の前記分離流路の断面積の総和と略同一であるマイクロ流体 デバイス。
[9] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記マイクロ流体デバイスは、基材と、第一外部層と、内部層と、第二外部層とがこ の順に積層されて構成され、
前記分離流路は、前記内部層に形成された貫通溝力 なり、
前記複数段のうちの任意の段 (上流側から数えて第 n段）における前記分離流路の 前記第一流出口が、前記第一外部層側の前記内部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第二流出口が、前記第二外 部層側の前記内部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第一流出口と下流側次段（ 第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第一分割流路の、前 記第一流出口に接続される部分が、前記第一外部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第二流出口と前記下流側次 段 (第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第二分割流路の、 前記第二流出口に接続される部分が、前記第二外部層に形成されているマイクロ流 体デバイス。
[10] 請求項 9に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記内部層は、第一内部層と第二内部層とで構成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第一流出口は前記第一内部 層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第二流出口は前記第二内部 層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第一流出口と前記下流側次 段 (第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第一分割流路の、 前記第一流出口に接続される部分が、前記第一内部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第二流出口と前記下流側次 段 (第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第二分割流路の、 前記第二流出口に接続される部分が、前記第二内部層に形成されているマイクロ流 体デバイス。
[11] 請求項 4に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記マイクロ流体デバイスは、基材と、第一外部層と、内部層と、第二外部層とがこ の順に積層されて構成され、
前記分離流路は、前記内部層に形成された貫通溝力 なり、
前記複数段のうちの任意の段 (上流側から数えて第 n段）における前記分離流路の 前記第一流出口及び前記第二流出口が、前記内部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第一流出口と下流側次段（ 第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第一分割流路の、前 記第一流出口に接続される部分が、前記内部層に形成され、
前記任意の段 (第 n段）における前記分離流路の前記第二流出口と前記下流側次 段 (第 n+ 1段）における前記分離流路の前記流入口とを接続する第二分割流路の、 前記第二流出口に接続される部分が、前記内部層に形成されているマイクロ流体デ バイス。
[12] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記空洞としての分離流路内の前記流体の流れ方向に直交し、かつ前記ポテンシ ャル勾配の付加される方向に直交する方向を前記マイクロ流体デバイスの幅方向と するとさ、
少なくとも前記分離流路の下流端における前記幅方向の寸法が、前記第一内壁面 と前記第二内壁面との間の距離よりも大きぐ
前記第一分割流路は、前記第一内壁面に並列に形成された複数本の溝からなり、 前記第一取出口及び前記第二取出口が、前記分離流路の下流端において前記 幅方向に離間した位置に接続され、
少なくとも前記分離流路の一部が、前記第二分割流路を兼ねている
マイクロ流体デバイス。
[13] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記空洞としての分離流路内の前記流体の流れ方向に直交し、かつ前記ポテンシ ャル勾配の付加される方向に直交する方向を前記マイクロ流体デバイスの幅方向と するとさ、
少なくとも前記分離流路の下流端における前記幅方向の寸法が、前記第一内壁面 と前記第二内壁面との間の距離よりも大きぐ
前記第一分割流路は、前記第一内壁面に並列に形成された複数本の溝からなり、 前記第一取出口及び前記第二取出口が、前記分離流路の下流端において前記 幅方向に離間した位置に接続され、
前記第二分割流路は、前記第二内壁面に並列に形成され、かつ前記分離流路の 流れ方向に対して前記第一分割流路とは逆方向に傾斜する複数本の溝力 なるマ イク口流体デバイス。
[14] 請求項 12又は 13に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記第一取出口と前記第二取出口との間に、前記流体を取り出すための第 3取出 口が接続されて ヽるマイクロ流体デバイス。
[15] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記第一分割流路が、前記マイクロ流体デバイス内に、管状をなして複数形成され るとともに、これら複数の第一分割流路が互いに所定の間隔を空けて配列され、 前記第二分割流路が、前記マイクロ流体デバイス内に、管状をなして複数形成され るとともに、これら複数の第二分割流路が、少なくともその延在方向途中部分で前記 第一分割流路と交差するように互いに所定の間隔を空けて配列され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路の延在方向に直交す る方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分割流路が双方の交差 部にお 、て互 ヽに連通することにより、前記交差部に前記空洞としての分離流路が 形成され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路の延在方向の一端部を上流側とし他端 部を下流側として、上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なくとも 1つに前記導入口が接続され、
下流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の中から選ばれた互いに異 なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出口とがそれぞれ接続されて 、るマ イク口流体デバイス。 [16] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
(1)表面に溝形に形成された前記第一分割流路を所定の間隔を空けて複数配列さ せてなる部材 Aと、表面に溝形に形成された前記第二分割流路を所定の間隔を空け て複数配列させてなる部材 Bとをさらに備え、前記部材 Aと前記部材 Bとが、前記表 面同士を互いに接触させて液密に固定されて構成され、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路は互いに交差するように配設され、前 記第一分割流路及び前記第二分割流路が双方の交差部において連通することによ り、前記交差部に前記空洞としての分離流路が形成され、
(2)前記第一分割流路及び前記第二分割流路の延在方向の一端部を上流側とし他 端部を下流側として、上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なく とも 1つに前記導入口が接続され、下流側の前記第一分割流路及び前記第二分割 流路の中から選ばれた互いに異なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出 口とがそれぞれ接続されて 、るマイクロ流体デバイス。
[17] 請求項 16に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路を備える領域が分離領域とされ、
(1)前記分離領域を平面視すると、前記分離領域は、互いに対向する上流側の辺及 び下流側の辺と、互いに対向する 2つの側辺と力 成る略四辺形、又は該四辺形に おける前記上流側の辺が一つの頂点とその両側の斜辺とからなる略五角形とされ、
(2)前記第一分割流路は、前記上流側の辺の中点又は頂点と前記下流側の辺の中 点とを結ぶ仮想線に対して反時計回り方向に 5° 力 85° までの範囲に含まれる角 度、又は 5° から 85° までの範囲に含まれる角度で略平行に配列され、 前記第二分割流路は、前記仮想線に対して反時計回り方向に 5° から 85° ま での範囲に含まれる角度、又は 5° 力も 85° までの範囲に含まれる角度で略平行に 配列されていて、前記第一分割流路と前記第二分割流路とがそれぞれ 10° から 90 ° までの範囲に含まれる角度で交差しており、
(3)前記分離領域にお!、て前記第一分割流路及び前記第二分割流路はそれぞれ、 (3— 1)前記上流側の辺から前記下流側の辺まで延びているか、
(3— 2)前記上流側の辺から前記一方の側辺まで延びているか、 (3- 3)前記一方の側辺から他方の側辺まで延びて!/、るか、
(3— 4)前記一方の側辺から前記下流側の辺まで延びているかのいずれかであり、
(4)前記導入口が接続される流路には、前記上流側の辺に端を持つ前記第一分割 流路及び前記第二分割流路の端に前記導入口が設けられ、
(5)前記第一取出口と前記第二取出口が接続される前記流路には、前記下流側の 辺に端を持つ前記第一分割流路及び前記第二分割流路の端のうち前記下流側の 辺の両端部に、前記第一取出口と前記第二取出口とが設けられて!/、る
マイクロ流体デバイス。
[18] 請求項 16に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記第一分割流路及び前記第二分割流路を備える領域が分離領域とされ、 前記下流側の辺に端を有する前記第一分割流路及び Z又は前記第二分割流路 のうち、前記第一取出口及び前記第二取出口のいずれにも接続されていない前記 端に、前記流体を取り出す第 3取出口が設けられているマイクロ流体デバイス。
[19] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスであって、
流体に含まれる複数の物質を相互に分離する分離領域と回収領域とを備え、 前記分離領域には、マイクロ流体デバイス内に管状に形成された前記第一分割流 路が所定の間隔を空けて複数配列され、前記マイクロ流体デバイス内に管状に形成 された前記第二分割流路が、前記第一分割流路と、少なくともその延在方向途中部 分で交差するように所定の間隔を空けて複数配列されて!、て、
前記分離領域における前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路 の延在方向に直交する方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分 割流路が双方の交差部において互いに連通することにより前記空洞としての分離流 路が形成され、
前記回収領域には、マイクロ流体デバイス内に管状に形成された前記第一分割流 路が所定の間隔を空けて複数配列され、前記マイクロ流体デバイス内に管状に形成 された前記第二分割流路が、前記第一分割流路と、少なくともその延在方向途中部 分で交差するように所定の間隔を空けて複数配列されて!、て、
前記回収領域における前記第一分割流路及び前記第二分割流路は、各分割流路 の延在方向に直交する方向にずれて配設され、前記第一分割流路及び前記第二分 割流路が双方の交差部で互 、に連通することにより、前記交差部に前記空洞として の分離流路が形成され、
前記分離領域から回収領域に延びる前記第一分割流路は、前記回収領域におけ る前記第一分割流路にそれぞれ接続され、前記分離領域カゝら回収領域に延びる前 記第二分割流路は、前記回収領域における前記第二分割流路にそれぞれ接続され 前記分離領域及び回収領域における複数の前記第一分割流路及び前記第二分 割流路の延在方向の一端部を上流側とし他端部を下流側として、前記分離領域に おける上流側の前記第一分割流路及び前記第二分割流路の少なくとも 1つに前記 導入口が接続され、
前記回収領域における複数の前記第一分割流路の下流端側に前記第一取出口 が接続され、前記回収領域における複数の第二の分離流路の下流端側に前記第二 取出口が接続され、
下流側の前記第一分割流路及び複数の前記第二分割流路の中から選ばれた互 いに異なる分割流路に、前記第一取出口と前記第二取出口とがそれぞれ接続され て 、るマイクロ流体デバイス。
請求項 19に記載のマイクロ流体デバイスであって、
(1)前記分離領域及び前記回収領域を平面視すると、前記分離領域及び前記回収 領域は、互いに対向する上流側の辺及び下流側の辺と、互いに対向する 2つの側辺 とから成る略四辺形とされ、或いは前記分離領域は前記四辺形の上流側の辺が一 つの頂部とその両側の斜辺からなる略五角形とされており、
(2)前記分離領域及び前記回収領域における前記第一分割流路は、前記分離領域 における前記上流側の辺の中点又は頂点と下流側の辺の中点を結ぶ仮想線に対し て反時計回りに 5° 力 85° までの範囲に含まれる角度、又は— 5° から— 85° ま での範囲に含まれる角度で略平行に形成されており、前記分離領域及び前記回収 領域における前記第二分割流路は、前記回収領域における上流側の辺の中点と下 流側の辺の中点を結ぶ仮想線に対して反時計回りに 5° 力 85° までの範囲に含 まれる角度、又は 5° から 85° までの範囲に含まれる角度で略平行に形成され ており、
(3)前記分離領域及び前記回収領域における複数の前記第一分割流路と前記第二 分割流路とが 10° から 90° までの範囲に含まれる角度で交差しており、
(4)前記分離領域及び前記回収領域における前記第一分割流路及び前記第二分 割流路はそれぞれ、
(4 1)前記上流側の辺から下流側の辺まで延びているか、
(4- 2)前記上流側の辺から一方の側辺まで延びて!/、るか、
(4- 3)前記一方の側辺から他方の側辺まで延びて!/、るか、
(4 4)前記側辺から下流側の辺まで延びているかのいずれかであり、
(5)前記回収領域の上流側の辺が前記分離領域の下流側の辺に重なっており、該 重なった辺において前記回収領域の前記第一分割流路は、前記分離領域から延び る前記第一分割流路に接続され、前記回収領域の前記第二分割流路は、前記分離 領域から延びる前記第二分割流路に接続されており、
(6)前記回収領域における前記第一分割流路又は前記第二分割流路は、前記一方 の側辺に到達する端に前記第一取出口が接続され、前記他方の側辺に到達する端 に、前記第二取出口が接続されているマイクロ流体デバイス。
[21] 請求項 19に記載のマイクロ流体デバイスであって、
前記回収領域において、前記下流側の辺に端を有する前記第一分割流路及び前 記第二分割流路のうち、前記第一取出口及び前記第二取出口のいずれにも接続さ れていない前記端に、前記第 3取出口が接続されているマイクロ流体デバイス。
[22] 請求項 15、 16又は 19に記載のマイクロ流体デバイスであって、
表裏を貫通する長穴状の欠損部を有する層状部材と平滑な表面を持つ部材とが 積層されることにより形成された部材 Aと、表裏を貫通する長穴状の欠損部を有する 層状部材と平滑な表面を持つ部材とが積層されることにより形成された部材 Bとをさら に備え、前記部材 Aと前記部材 Bとが液密に接合されて構成され、
前記部材 Aには、前記層状部材の前記欠損部の内壁が側壁をなすと共に前記平 滑な表面を持つ部材の前記平滑な表面が底面をなす溝によって前記第一分割流路 が形成され、
前記部材 Bには、前記層状部材の前記欠損部の内壁が側壁をなすと共に前記平 滑な表面を持つ部材の前記平滑な表面が底面をなす溝によって前記第二分割流路 が形成されて 、るマイクロ流体デバイス。
[23] 請求項 1に記載のマイクロ流体デバイスを用いた物質分離方法であって、
(1)少なくとも前記空洞としての分離流路の一部に、前記第一内壁面に交差しかつ 前記流体の流れ方向に交差する方向に前記ポテンシャル勾配を付加し、
(2)分離すべき複数の物質を含有する流体を、前記導入口を通じて前記分離流路 中に層流で流通させ、
(3)前記分離すべき複数の物質を、前記ポテンシャル勾配の作用により、前記第二 内壁面力 前記第一内壁面に向けて駆動するか、もしくは前記第一内壁面力 第二 内壁面に向けて駆動することによって分離し、
(4)分離された物質を含む流体を、前記第一分割流路及び前記第二分割流路を通 じて、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記流体の流れ方向とは異なる方向に 流し、
(5)前記分離された物質を含む流体を、前記分割流路に接続された前記第一取出 口又は前記第二取出口を通じて取り出す
ことを特徴とする物質分離方法。
[24] 請求項 2に記載のマイクロ流体デバイスを用いた物質分離方法であって、
(1)少なくとも前記空洞としての分離流路の一部に、前記第一内壁面に交差しかつ 前記流体の流れ方向に交差する方向に前記ポテンシャル勾配を付加し、
(2)分離すべき複数の物質を含有する流体を、前記導入口を通じて前記分離流路 中に層流で流通させ、
(3)前記分離すべき複数の物質を、前記ポテンシャル勾配の作用により、前記第二 内壁面力 前記第一内壁面に向けて駆動するか、もしくは前記第一内壁面力 第二 内壁面に向けて駆動することによって分離し、
(4)分離された物質を含む流体を、前記第一分割流路及び前記第二分割流路を通 じて、前記第一内壁面に対して略平行、かつ前記流体の流れ方向とは異なる方向に 流し、
(5)前記複数の物質のうちの第一物質が濃縮又は希釈された流体を、前記第一取 出口を通じて取り出し、
(6)前記複数の物質のうちの第二物質が濃縮又は希釈された流体を、前記第二取 出口を通じて取り出し、
(7)残りの流体を、前記第一取出口及び前記第二取出口とは別に設けられた第 3取 出口を通じて取り出す
ことを特徴とする物質分離方法。
[25] 請求項 23又は 24に記載の物質分離方法であって、
前記ポテンシャル勾配が温度勾配である物質分離方法。
[26] 請求項 23又は 24に記載の物質分離方法であって、
前記ポテンシャル勾配力 前記流体に接触して 、な 、電極により掛けられたれた電 場である物質分離方法。
[27] 請求項 23又は 24に記載の物質分離方法であって、
前記ポテンシャル勾配が磁場である物質分離方法。
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