WO2013151126A1 - 流体制御デバイス、及び流体混合器 - Google Patents

流体制御デバイス、及び流体混合器 Download PDF

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WO2013151126A1
WO2013151126A1 PCT/JP2013/060308 JP2013060308W WO2013151126A1 WO 2013151126 A1 WO2013151126 A1 WO 2013151126A1 JP 2013060308 W JP2013060308 W JP 2013060308W WO 2013151126 A1 WO2013151126 A1 WO 2013151126A1
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WO
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fluid
control device
region
openings
group
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PCT/JP2013/060308
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English (en)
French (fr)
Inventor
山本　敏
寛之 脇岡
理 額賀
達也 塩入
Original Assignee
株式会社フジクラ
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/301—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3017—Mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/30—Micromixers
    • B01F33/301—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
    • B01F33/3012—Interdigital streams, e.g. lamellae
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/56—General build-up of the mixers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a fluid control device that mixes fluid in a minute space, and a fluid mixer.
  • a fluid control device and a fluid mixer are preferably used in, for example, ⁇ TAS (also referred to as “Micro-TAS”: Micro Total Analysis Systems).
  • ⁇ TAS is a biochemical analysis that uses MEMS technology to provide minute flow paths, reaction chambers, and mixing chambers on a chip, and analyze various liquids and gases including blood and DNA with a single chip or device.
  • Mean device claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-087669 filed in Japan on April 6, 2012, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Microchemical processes that perform chemical processes such as mixing, reaction, extraction, separation, heating, and cooling in minute channels and in minute spaces have been proposed, and research on micromixers that enable highly efficient mixing in minute spaces has been conducted. Has been made.
  • a micromixer is a device that performs mixing in a minute space of several hundred ⁇ m or less, and the distance between substrates to be mixed can be shortened, so that the mixing efficiency can be greatly improved.
  • a microemulsifier and an emulsification method capable of generating an emulsion without using a surfactant are known (Patent Document 1).
  • a micromixer in which liquid flowing in from a plurality of inlets is mixed and mixed by a three-dimensional flow path formed by a combination of plates with grooves cut by precision machining.
  • the present invention has been made in view of the above-described facts, and provides a fluid control device and a fluid mixer that can mix fluid extremely efficiently, have high processing capacity, and have a high pressure resistance. Objective.
  • the fluid control device is a fluid control device for mixing fluid, and includes at least a single substrate and a plurality of micropores arranged in the substrate,
  • the flow path group ⁇ constituting a specific group of holes has openings in the area A and the area B on the surface (outer surface) of the base, and the flow path constituting the other specific group of the fine holes.
  • the channel group ⁇ (n) has openings in the region A and the region C (n) on the surface (outer surface) of the base body, and the micropores belonging to different channel groups in the base body They are spaced apart (over their entire length).
  • n is a natural number.
  • the openings of all the fine holes may be two-dimensionally arranged.
  • the arrangement of the openings in the region A may be such that the openings of the micro holes belonging to the different flow channel groups are most adjacent to each other.
  • a fluid mixer includes a fluid control device according to the first aspect of the present invention, a single outflow that includes the fluid control device and faces region A of the fluid control device. And a housing having at least an inflow space individually facing the region B and the region C of the fluid control device.
  • a fluid mixer includes a plurality of fine holes functioning as flow paths, a plurality of inflow spaces, and a common outflow space in a single substrate, and a group of the fine holes. All the micropores constituting one group communicate with the specific inflow space, the other opening communicates with the outflow space, and all the micropores constituting the other group have one opening. The portion communicates with the other specific inflow space, and the other opening communicates with the outflow space.
  • the other openings of all the fine holes constituting the group and the other openings of all the fine holes constituting the other group may be two-dimensionally arranged in a plane with respect to the outflow space. Good.
  • the arrangement of the other openings of the micropores in the plane with respect to the outflow space may be such that the openings leading to the different inflow spaces are closest to each other.
  • the plurality of micropores may have substantially the same length.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the fluid control device according to the first embodiment, and is a perspective view schematically illustrating the fluid control device 1.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X1-X1 in the perspective view of FIG. 1A.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y1-Y1 in the perspective view of FIG. 1A.
  • It is the schematic diagram which shows the fluid control device 1a which concerns on the modification of 1st Embodiment, and showed the fluid control device 1a typically.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X2-X2 in the perspective view of FIG.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y2-Y2 in the perspective view of FIG. 2A.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a fluid control device 1b according to a modification of the first embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1b.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X3-X3 in the perspective view of FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y3-Y3 in the perspective view of FIG. 3A.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a fluid control device 1c according to a modification of the first embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1c.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X4-X4 in the perspective view of FIG. 4A.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y4-Y4 in the perspective view of FIG. 4A.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a fluid control device 1d according to a modification of the first embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1d.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X5-X5 in the perspective view of FIG. 5A.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y5-Y5 in the perspective view of FIG. 5A.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a fluid control device 1e according to a modification of the first embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1e.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X6-X6 in the perspective view of FIG. 6A.
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y6-Y6 in the perspective view of FIG. 6A.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a filter function of the fluid control device 1.
  • FIG. 8A It is a schematic diagram which shows one structural example of the fluid mixer 10 which concerns on 2nd Embodiment, and is a cross-sectional schematic diagram of the fluid mixer 10.
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X8-X8 in the perspective view of FIG. 8B.
  • the schematic diagram for demonstrating the structure of the fluid mixer provided with the fluid control device 1 which can be attached or detached.
  • FIG. 10a which concerns on the modification of 2nd Embodiment
  • FIG. 10B is a plan view showing the arrangement of the openings of the flow path with respect to the outflow space Sa in the fluid mixer 10a of FIG. 10A. It is a schematic diagram which shows the fluid mixer 10 or 10a which concerns on 2nd Embodiment, and is a top view which shows the opening part arrangement
  • FIG. 5 is a schematic view showing a fluid mixer 10 or 10a according to a second embodiment, and schematically showing a fluid control device 1.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of a ⁇ TAS chip 100 on which the fluid mixer 10 or 10a is mounted, and is a plan sectional view of the ⁇ TAS chip 100.
  • FIG. FIG. 16B is an enlarged plan view of a fluid mixer part (A part) in the ⁇ TAS chip of FIG. 16A.
  • FIG. 16B is an enlarged cross-sectional view of a fluid mixer portion (A portion) in the ⁇ TAS chip of FIG. 16A.
  • FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a configuration example of the fluid control device 1 according to the present embodiment, and is a perspective view schematically illustrating the fluid control device 1.
  • 1B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X1-X1
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y1-Y1
  • FIG. 1D is a plan view taken along arrow Z1.
  • a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the fluid control device 1 has a plurality of fine holes 3, 3,..., 4, 4,.
  • a channel group ⁇ constituting a specific group among the plurality of fine holes 3, 3,..., 4, 4,... Opens to a region A and a region B on the surface (outer surface) of the base 2. .., 3b, 3b,...
  • the flow path group ⁇ (1) constituting another specific group of the fine holes is a region on the surface (outer surface) of the base 2 A and region C have openings 4a, 4a,..., 4b, 4b,.
  • the micro holes 3, 3,..., 4, 4,... Belonging to the respective flow path groups ⁇ , ⁇ (1) are separated from other micro holes over the entire length thereof. It is arranged.
  • the fine holes 3, 3,... Provided in the single base 2 have regions A and B on the surface (outer surface) of the base 2. It is formed as a three-dimensional channel group ⁇ that communicates. Similarly, the fine holes 4, 4,... Are formed as a three-dimensional flow path group ⁇ (1) that connects the region A and the region C on the surface (outer surface) of the base 2.
  • Each of the openings 3b, 3b,..., 4b, 4b,... Of the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (1) facing the area A is a surface with respect to the area A as shown in FIG. Inside, it is arranged two-dimensionally. Moreover, the openings are alternately formed at the most adjacent positions.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the outer peripheral ends of the adjacent opening 3 b and the opening 4 b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • the diffusion length can be controlled by the “pitch”.
  • the smaller the diffusion length the higher the mixing speed.
  • the fine pore diameter that can be designed is naturally reduced.
  • the official range of the pitch is 5 to 100 ⁇ m, more preferably 7 to 90 ⁇ m, more preferably 9 to 65 ⁇ m, and still more preferably 10 to 55 ⁇ m.
  • a preferable range of the space is 2 to 50 ⁇ m, more preferably 3 to 30 ⁇ m.
  • the preferred range of pitch and space described above is shown on the assumption that the cross-sectional shape of the micropore is a perfect circle, but if it is not a perfect circle, it may be within the above range after approximating it as a perfect circle. .
  • FIG. 2A is a schematic view showing a modification of the fluid control device 1 according to the present embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1a.
  • 2B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X2-X2
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y2-Y2
  • FIG. 2D is a plan view taken along arrow Z2.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the adjacent opening 3b and the outer peripheral edge of the opening 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • the diameter of the micropores 3, 3,..., 4, 4, In the region A, the diameter of the micropores 3, 3,..., 4, 4,.
  • the preferable range is 3 to 50 ⁇ m, more preferably 5 to 40 ⁇ m, and 7 to 35 ⁇ m.
  • the pitch L of the micropores 3, 3,..., 4, 4, This is because when a plurality of types of fluids are ejected to the outside of the region A through the fine holes 3, 3,... 4, 4,.
  • “mixing” refers to mixing, reacting, or emulsifying (emulsion) a plurality of fluids (hereinafter referred to as “emulsion”). The same meaning is used in the description of the fluid mixer, ⁇ TAS).
  • the number of micropores 3, 3,..., 4, 4,... Constituting the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (1) is not particularly limited. It can be appropriately selected according to the type and processing capacity. Moreover, the area
  • FIG. 3A is a schematic view showing a modification of the fluid control device 1 according to the present embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1b.
  • 3B is a schematic cross-sectional view taken along the arrow X3-X3
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view taken along the arrow Y3-Y3
  • FIG. 3D is a plan view taken along the arrow Z3.
  • the fluid control device 1a has a plurality of fine holes 30, 30,..., 40, 40,.
  • the flow path group ⁇ composed of these fine holes 30, 30,... Has openings 30 a, 30 a,..., 30 b, 30 b,. ..,
  • the flow path group ⁇ (1) constituting another group composed of the fine holes 40, 40,... Opens to the area A and the area C on the surface (outer surface) of the base 2 respectively.
  • the first flow path group ⁇ and the second flow path group ⁇ (1) are fine holes 30, 30, in which the region B, the region C, and the region A are communicated in a plurality of mesh shapes in the base 2. .., 40, 40,...
  • the fine holes 30, 30,..., 40, 40,... Communicating in a mesh shape are spaced apart from each other and arranged in parallel.
  • the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (1) are formed as a three-dimensional channel group orthogonal to each other between the regions B and C and the region
  • Each of the openings 30b, 30b,..., 40b, 40b,... Of the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (1) facing the region A is a surface with respect to the region A as shown in FIG. Inside, it is arranged two-dimensionally. Moreover, the openings are alternately formed at the most adjacent positions.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the outer peripheral ends of the adjacent openings 3b and 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • FIG. 4A is a schematic view showing a modification of the fluid control device according to the present embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1c.
  • 4B is a schematic cross-sectional view taken along arrow X4-X4
  • FIG. 4C is a schematic cross-sectional view taken along arrow Y4-Y4
  • FIG. 4D is a plan view taken along arrow Z4.
  • the fluid control device 1c has a plurality of fine holes 31, 31, ..., 41, 41, ... formed in a single substrate 2.
  • the flow path group ⁇ composed of the fine holes 31, 31,... Has openings 31a, 31a,... In the region A on the surface (outer surface) of the base 2 and the regions B1, B2 facing each other.
  • the flow path group ⁇ (1) that includes 31b, 31b,... And constitutes another group composed of the fine holes 41, 41,... Has a region A on the surface (outer surface) of the base 2. ., 41b, 41b,... Are provided in the facing regions C1, C2, respectively.
  • the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (1) are the micropores 31, 31,..., In which the regions B1 and B2 and the regions C1 and C2 and the region A are communicated in a plurality of mesh shapes in the base 2. 41, 41,... The fine holes 31, 31,..., 41, 41,... Communicated in a mesh shape are arranged so as to be separated from each other and pass through the mesh eyes. Further, the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (1) are formed as a three-dimensional channel group orthogonal to each other between the regions B1 and B2 and the regions C1 and C2 and the region A.
  • Each of the openings 31b, 31b,..., 41b, 41b,... Of the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (1) facing the region A is a surface with respect to the region A as shown in FIG. Inside, it is arranged two-dimensionally. Moreover, the openings are alternately formed at the most adjacent positions.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the outer peripheral ends of the adjacent openings 3b and 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • FIG. 5A is a schematic view showing a modification of the fluid control device according to the present embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1d.
  • 5B is a schematic sectional view taken along the arrow X5-X5
  • FIG. 5C is a schematic sectional view taken along the arrow Y5-Y5
  • FIG. 5D is a plan view taken along the arrow Z5.
  • the fluid control device 1d has a plurality of fine holes 32, 32,..., 42, 42,.
  • the flow path group ⁇ composed of these fine holes 32, 32,... Has openings 32a, 32a, 32a, 32a facing areas A1, A2 on the surface (outer surface) of the base 2, and facing areas B1, B2, respectively. .., 32b, 32b,...
  • the flow path group ⁇ (1) constituting the other group composed of the fine holes 42, 42,... Is the surface (outer surface) of the base 2
  • the facing regions A1 and A2 and the facing regions C1 and C2 have openings 42a, 42a,..., 42b, 42b,.
  • the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (1) are fine holes 32, 32,...
  • the regions B1 and B2 and the regions C1 and C2 and the regions A1 and A2 communicate with each other in a plurality of mesh shapes in the base 2. .., 42, 42,...
  • the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (1) are formed as a three-dimensional channel group orthogonal to each other between the regions B1, B2 and the regions C1, C2 and the regions A1, A2. .
  • Each of the openings 32b, 32b,..., 42b, 42b,... Of the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (1) facing the areas A1 and A2 is, as shown in FIG. In the plane with respect to (A2), they are arranged two-dimensionally. Moreover, the openings are alternately formed at the most adjacent positions.
  • symbol S is “space”, which means the distance between the outer peripheral ends of the adjacent openings 3b and 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • FIG. 6A is a schematic view showing a modification of the fluid mixer according to the present embodiment, and is a perspective view schematically showing the fluid control device 1e.
  • 6B is a schematic cross-sectional view taken along the arrow X6-X6,
  • FIG. 6C is a schematic cross-sectional view taken along the arrow Y6-Y6, and
  • FIG. 6D is a plan view taken along the arrow Z6.
  • the fluid control device 1e has a plurality of fine holes 50, 50, ..., 60, 60, ..., 70, 70, ..., 80, 80, ... in a single substrate 2. Is formed.
  • the flow path group ⁇ composed of the fine holes 50, 50,... Has openings 50a, 50a,..., 50b, 50b in the area A and the area B1 on the surface (outer surface) of the base body 2, respectively. ⁇ have.
  • the flow path group ⁇ (1) constituting another group composed of the fine holes 60, 60,... Is formed in the area A and the area C1 on the surface (outer surface) of the base 2, and the openings 60a, 60a, ..., 60b, 60b, ....
  • the flow path group ⁇ (2) constituting another group composed of the fine holes 70, 70,... Is formed in the areas A and B2 on the surface (outer surface) of the base 2, respectively, with openings 70a, 70a, ..., 70b, 70b, ....
  • the flow path group ⁇ (3) constituting another group composed of the fine holes 80, 80,... Has openings 80a, 80a, 80a, 80a, respectively, in the region A and the region C2 on the surface (outer surface) of the base 2. ..., 80b, 80b, ....
  • Each flow path group has a plurality of fine holes 50, 50,..., 60, 60,. .., 80, 80,... Have four configurations communicating in a plurality of mesh shapes, and each of the micro holes 50, 50,..., 60, 60 communicated in a plurality of mesh shapes. , ..., 70, 70, ..., 80, 80, ... are arranged so as to be separated from each other and pass through the eyes of each mesh. .., 60, 60,..., 70, 70,..., 80, 80,... Are all in one common area. It communicates with A.
  • each flow path group is formed as a three-dimensional flow path group orthogonal to each other between the regions B1 and B2 and the regions C1 and C2 and the region A at the facing positions.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the outer peripheral ends of the adjacent openings 3b and 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the filter function of the fluid control device 1.
  • the openings on the inflow side of the respective micro holes 3, 3,..., 4, 4, for example, the openings on the inflow side of the respective micro holes 3, 3,..., 4, 4,.
  • the holes 3a and 4a as hole diameters larger than the diameter of the particles or the like constituting the fluid to be introduced, for example, foreign matter or the like larger than the particles or the like can be dammed up.
  • size of the filter part provided in opening part 3a, 4a can be suitably determined with the kind of fluid.
  • the filter function is formed by condensing and irradiating laser light to form a plurality of modified portions, and then removing the modified portions formed inside the substrate by etching. Can do.
  • the manufacturing process of the fluid control device 1 of the present embodiment includes a step of condensing and irradiating a laser beam having a pulse width of a picosecond order or less inside the substrate 2 to form a plurality of modified portions, And the step of removing the modified portion formed inside the substrate 2 by etching to form a flow path.
  • (2.1) Modified part forming step First, laser light irradiation is performed on a region to be a flow path of the base 2.
  • the light source of the laser light for example, femtosecond laser light can be used.
  • a femtosecond laser is a laser whose pulse width is on the order of femtoseconds (fs).
  • fs femtoseconds
  • 1 (one) pulse has a high peak intensity because it is an ultrashort pulse of several femtoseconds to several hundred femtoseconds.
  • the substrate 2 which is a material to be processed
  • a transparent material such as a glass material is preferably used.
  • the modified portion can be formed in the same manner even when the pulse time width is less than 10 ps, and the modified portion can be more reliably formed if it is less than 3 ps, more preferably less than 2 ps.
  • the laser light is irradiated from one main surface side of the substrate 2, and the condensing part S is scanned so that the formed flow path is arranged in at least two layers in the substrate 2.
  • the condensing part S is scanned so that the modification part used as a flow path may be formed in order from the far side from a laser light source.
  • a reforming portion that becomes a flow path can be three-dimensionally formed inside the base 2.
  • it can be set as the modification part in which a desired flow path diameter is formed by adjusting suitably the output of the laser beam to irradiate according to the fluid to mix.
  • the irradiation intensity is preferably equal to or higher than the processing threshold of the material constituting the substrate 2, and more preferably equal to or higher than a threshold at which the surface of the substrate 2 can be ablated, that is, a so-called ablation threshold.
  • the laser beam may be irradiated from only one or the other main surface of the substrate or from both main surfaces of the substrate.
  • a resin material such as acrylic is used for the substrate 2
  • a three-dimensional channel can be formed only by laser irradiation without using a channel forming step by wet etching described later.
  • quartz glass is used as the substrate 2 and a solution containing hydrofluoric acid (HF) as a main component is used as an etching solution.
  • HF hydrofluoric acid
  • Such an etching process utilizes a phenomenon in which the modified portion is etched at an etching rate several tens of times that of the unirradiated region of the laser beam. Therefore, by controlling the etching time, it is possible to selectively etch and remove only the region where the flow path irradiated with the laser beam is to be formed.
  • a group of flow paths can be formed three-dimensionally.
  • the etching solution is not particularly limited, and for example, in addition to a solution containing hydrofluoric acid (HF) as a main component, a hydrofluoric acid-based mixed acid obtained by adding an appropriate amount of nitric acid or the like to hydrofluoric acid, or an alkali such as KOH can be used. Also, other chemicals can be used depending on the material of the substrate 2.
  • HF hydrofluoric acid
  • a hydrofluoric acid-based mixed acid obtained by adding an appropriate amount of nitric acid or the like to hydrofluoric acid, or an alkali such as KOH can be used.
  • other chemicals can be used depending on the material of the substrate 2.
  • a plurality of independent micropores are formed in a single substrate 2.
  • a plurality of micropores as a flow path group ⁇ constituting a specific group and a flow path group ⁇ (n) constituting another specific group, a region B into which a fluid flows on the surface (outer surface) of the base body 2, C and an area A where the fluid flows out, each having an opening, and formed as a three-dimensional flow path group in which the area A, the area B, and the area C are communicated.
  • the openings of the channel group ⁇ and the channel group ⁇ (n) facing the region A are two-dimensionally arranged in the plane with respect to the region A.
  • the openings of the fine holes constituting each of the flow path group ⁇ and the flow path group ⁇ (n) are formed such that the openings leading to the region A are alternately located at the most adjacent positions.
  • a plurality of types of fluids that have flowed in from the regions B and C are not mixed before flowing out from the region A, and the flow of the fluid is controlled independently. be able to. Therefore, there is no possibility that solids generated by mixing a plurality of fluids in the channel gradually accumulate in the channel and partially block the channel.
  • a plurality of flow channel groups are three-dimensionally stacked in the base body 2, a large number of flow channels can be provided in comparison with a two-dimensional flow channel. Capability and productivity can be increased.
  • the flow path group in the base body 2 is an integral continuous body, liquid leakage does not occur at the bonding interface, and the pressure resistance performance can be improved.
  • FIG. 8A is a schematic diagram illustrating a configuration example of the fluid mixer 10 according to the present embodiment, and is a schematic cross-sectional view of the fluid mixer 10.
  • 8B is a perspective view schematically showing the fluid control device 1 constituting the fluid mixer 10
  • FIG. 8C is a schematic cross-sectional view taken along the arrow X7-X7 of the fluid control device 1.
  • FIG. A second embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the fluid mixer 10 includes a fluid control device 1 in which a plurality of fine holes 3, 3,..., 4, 4,.
  • a single outflow space Sa that includes the device 1 and faces the region A of the fluid control device 1, and single inflow spaces Sb and Sc that individually face the region B and the region C of the fluid control device 1, respectively.
  • the housing 20 is provided. As the housing 20, metals such as stainless steel can be used.
  • the fluid control device 1 has a plurality of independent micropores 3, 3,..., 4, 4,.
  • the plurality of micro holes have openings in the regions B and C into which the fluid flows and the region A through which the fluid flows out on the surface (outer surface) of the base body 2, and the region A, the region B, and the region C are provided. It is formed as a three-dimensional channel group in communication (see FIGS. 8B and 8C).
  • the casing 20 includes an upper casing 20a that forms an outflow space Sa facing the surface (outer surface) of the region A of the base body 2 constituting the fluid control device 1, and the surfaces (outer surfaces) of the regions B and C of the base body 2. And a lower housing 20b that forms inflow spaces Sb and Sc facing each other. Further, the respective surfaces (outer surfaces) of the regions A, B, and C of the fluid control device 1 are joined to the upper housing 20a and the lower housing 20b through the seal member R, and the outflow space Sa and the inflow space Sb are joined. , Sc is formed as an independent space. An elastic seal member such as an O-ring can be used as the seal member.
  • different materials (fluids) flow from different spaces, for example, inflow spaces Sb and Sc, and pass through the micropores 3, 3,... 4, 4,. , Out of a common space, for example, outflow space Sa.
  • the fluid mixer 10 allows the fluid control device 1 to be attached and detached by sandwiching and joining the fluid control device 1 between upper and lower casings 20a and 20b. Therefore, the fluid control device can be appropriately selected according to the type and nature of the fluid to be mixed.
  • FIG. 10A is a schematic diagram illustrating a modification of the fluid mixer 10 according to the present embodiment, and is a schematic cross-sectional view of the fluid mixer 10a.
  • FIG. 10B is a plan view showing the arrangement of the openings of the flow path with respect to the outflow space Sa.
  • the fluid mixer 10a includes a plurality of fine holes 3, 3,..., 4, 4,. Sb, Sc, and a common outflow space Sa, and among all the micro holes 3, 3, ... 4, 4, ..., all the micro holes 3, 3, ... constituting a group.
  • the one opening communicates with the inflow space Sb and the other opening communicates with the outflow space Sa.
  • all the micro holes 4, 4,... Constituting the other group have one opening communicating with the inflow space Sc and the other opening communicating with the outflow space Sa.
  • the division position of the housing and the seal member are omitted.
  • the other openings 4b, 4b, ... are two-dimensionally arranged in the plane with respect to the outflow space Sa.
  • the arrangement of the other openings 3b, 3b, ..., 4b, 4b, ... of the respective micro holes 3, 3, ... 4, 4, ... in the plane with respect to the outflow space Sa is as follows.
  • the openings that communicate with the plurality of inflow spaces Sb and Sc form the most adjacent positions.
  • the symbol S is “space”, which means the distance between the adjacent opening 3b and the outer peripheral edge of the opening 4b.
  • the symbol L is “pitch” and means the distance between the center (black circle) of the adjacent opening 3b and the center (black circle) of the opening 4b. More specifically, the symbol S is “if the base 2 in the outflow space Sa focuses on one of the openings (outlets) of all the fine holes 3, 3,. It is defined as “the distance to the minute hole at the most adjacent position among the openings (outlets) of all the minute holes 4, 4,... Constituting the group”.
  • the diameter of the fine holes 3, 3,..., 4, 4,... Facing the outflow space Sa is preferably set to, for example, the order of micrometer to nanometer.
  • the pitch L of the fine holes 3, 3,..., 4, 4,... Is preferably in the order of, for example, a micrometer or a nanometer.
  • the inflow side openings 3a, 4a of the fine holes 3, 3,..., 4, 4,. By forming the hole diameter to be larger than the diameter of the particles or the like, the inlet can be provided with a filter function.
  • the depth of the filter part provided in opening part 3a, 4a can be suitably determined with the kind of fluid.
  • the fluid mixers 10 and 10a include a plurality of independent flow paths and one opening of the plurality of flow paths in the single base 2.
  • the inflow space which faced and the outflow space which the other opening part of the some flow path faced comprised.
  • Each flow path provided in a single substrate is formed as a group of flow paths that connect the inflow space and the outflow space between the inflow space and the outflow space, and is formed as a three-dimensional flow path without crossing each other.
  • the other openings of the micro holes 3, 3, ... 4, 4, ... in the plane with respect to the outflow space Sa are positioned most adjacent to each other.
  • the housing can be divided and cleaned.
  • the present invention is superior to the prior art in the following four points.
  • (2c) The group of flow paths inherent in the base body 2 are integrated and continuous.
  • all the fines constituting the other group Of the openings (outlets) of the holes 4, 4,... The number of the most adjacent micro holes can be set at four places except for the outermost periphery. As a result, the boundary surface between the two fluids can be increased, and not only the pressure resistance performance but also the mixing property is improved.
  • the amount of mixing can be easily increased only by increasing the number of micropores.
  • the number of flow paths is increased to increase the processing amount, the number of flow paths has to be increased in a one-dimensional direction.
  • the number of flow paths can be increased in the two-dimensional direction. Therefore, it is easy to reduce the size of the fluid mixing device.
  • a coating layer described later can be applied.
  • a material having low chemical resistance is used for the flow path portion used for mixing.
  • the substrate 2 can have high chemical resistance.
  • the said coating can be given to a housing
  • the fluid mixing device of the present invention has a high degree of design freedom, it is possible not only to mix two liquids but also to mix a plurality of liquids (three liquids or more).
  • the variation of the pressure loss of the plurality of micropores 3, 3,..., 4, 4, is designed to be within the range. That is, the variation in pressure loss is designed to be within ⁇ 10% for the plurality of micro holes 3, 3,..., And the variation in pressure loss is designed to be within ⁇ 10% for the plurality of micro holes 4, 4,. It is preferable.
  • the pressure loss of the fine hole 3 and the fine hole 4 may be different. When the variation in the pressure loss is larger than ⁇ 10%, depending on the processing speed, there is a possibility that a large variation occurs in the mixing property of the fluid.
  • the plurality of micropores 3, 3, ... 4, 4, ... have substantially the same length.
  • each micro hole 3, 3,. , 4, 4,..., 4 b, 4 b By unifying the lengths of the plurality of micro holes 3, 3,... 4, 4,... Functioning as flow paths, each micro hole 3, 3,. , 4, 4,..., 4 b, 4 b,.
  • the fluid flows out uniformly, and the fluid can be mixed more uniformly.
  • 4b, 4b,... are preferably within ⁇ 100%, more preferably within ⁇ 50% of the average value.
  • each micropore 3, 3, ... 4, 4, ... When the diameter of each micropore 3, 3, ... 4, 4, ... can be regarded as the same, the length of each micropore 3, 3, ... 4, 4, ... What is necessary is just to design so that it may become equal. This makes it possible to equalize the flow velocity of the fluid in the openings 3b, 3b,..., 4b, 4b,. it can. On the other hand, when the diameters of the micro holes 3, 3, ... 4, 4, ... are different, the openings 3b, 3b, ..., 4b, The flow rate of the fluid in 4b, ... can be made more uniform. When changing the length of the fine holes 3, 3, ... 4, 4, ..., the other openings 3b, 3b, ..., 4b, 4b, ... serving as the outflow ports By adjusting the pitch, or by adjusting the position of one of the openings 3a, 3a,..., 4a, 4a,. , ... can be changed in length.
  • the pitch in a specific region in the plane may be different from the pitch in another specific region.
  • the other openings 3b, 3b,..., 4b, 4b,. are different between the first region M and the second region N in the plane.
  • the diffusion length of the fluid varies depending on the in-plane region.
  • the fluid mixing speed is It becomes earlier than the second region N.
  • this fluid mixer is used for nanoparticle production, it has two different types of products or variations such as simultaneous molding of particles having a particle size of two levels instead of monodispersed particles having a uniform particle size. Product can be obtained.
  • the flow path width reduction amount ⁇ D (d 1 -d 2 ) with respect to the taper distance L is preferably in the range of 0.05 to 4, more preferably in the range of 0.1 to 1.
  • ( ⁇ D / L) is smaller than 0.05, it is difficult to produce a sufficient flow path diameter difference.
  • ( ⁇ D / L) is larger than 4, depending on the type of fluid, stagnation occurs in the flow path, and deposits are easily formed in the flow path.
  • the outlet diameter d 1 of the micropore is 23 ⁇ m and the inner diameter d 2 is 25 ⁇ m, an increase in flow rate of about 18% can be expected in the vicinity of the outlet. Therefore, a sufficient effect can be obtained if the difference ⁇ D in the channel diameter is 1 ⁇ m or less.
  • a coating layer may be provided on the side wall of the micropores 3, 3, ... 4, 4, ....
  • a highly adhesive fluid is passed through the fine holes 3, 3,..., 4, 4,. Since the fluororesin coating layer can be applied and formed as a thin film, it can also be formed in the micropores. Therefore, clogging of the fine holes 3, 3,..., 4, 4,.
  • the chemical resistance of the fluid mixer can be improved by providing a coating layer on the housing.
  • a coating layer In order to provide chemical resistance, it is necessary to increase the thickness of the coating layer. Therefore, it is difficult to provide a thick film coating layer on the substrate 2 side, but it can be easily provided on the housing side.
  • chemical resistance can be improved.
  • the casing is processed with a material such as SUS, the chemical resistance is generally low. Therefore, it is extremely effective to provide chemical resistance to the housing side.
  • temperature adjusting means may be provided inside the base 2.
  • a separate microchannel may be provided on the downstream side of the region A, and temperature adjusting means may be provided so that the temperature of the substance flowing in the channel can be controlled.
  • the temperature adjusting means is not particularly limited, a wiring structure that becomes a heater or a heater and a temperature sensor portion can be formed on the base 2.
  • an insulating layer may be provided on the substrate 2 in order to keep insulation against the solution. Examples of wiring for the heater or temperature sensor include nichrome and ITO. Moreover, you may use a microwave for temperature rising.
  • heating can be performed.
  • the temperature may be raised and cooled by providing a flow path on the substrate 2 and flowing a fluid (liquid or gas) having an appropriate temperature through the flow path.
  • temperature adjusting means may be provided outside the base body 2.
  • a temperature adjustment mechanism may be provided outside the base 2 (for example, the housing 20 portion).
  • the temperature adjusting means is not particularly limited, and for example, a thermocouple serving as a temperature sensor or a micro heater serving as a heater can be used. What is necessary is just to provide the insertion port of these temperature control mechanisms in the outer side of the base
  • the temperature may be raised and cooled by providing a flow path inside the base 2 and flowing a fluid (liquid or gas) having an appropriate temperature through the flow path.
  • the base body 2 has an outlet channel 21 with one communicating with the outflow space Sa and the other communicating with the surface, and the outlet channel 21 is wide on one side. The diameter may be narrowed so that the other side is narrow.
  • the other side of the outflow channel 21 has a constriction. It is good.
  • the micropores 3, 3,..., 4, 4,... Have a two-dimensional arrangement, so that the opening area of the base 2 in the region A is larger than the area of the region having the flow path group. It needs to be a large area.
  • the outlet channel in the region A has a structure having a restriction.
  • the base 2 has an outlet channel 21 in which one communicates with the outflow space Sa and the other communicates with the surface, and the outlet channel 21 is bent. Also good. As shown in FIG. 15, in the outlet channel 21 provided on the housing 20, one of which communicates with the outflow space Sa and the other communicates with the surface, a structure in which one side of the outlet channel 21 is bent. Also good. By bending the outlet channel, convection is forced in this part. Furthermore, fluid deformation occurs due to this convection, and the diffusion distance between the two types of fluids can be shortened. Thereby, more efficient mixing can be realized.
  • FIG. 16A is a schematic diagram illustrating a configuration example of the ⁇ TAS chip 100 according to the present embodiment on which the fluid control devices 1, 1a, 1b, 1c, and 1d as described above are mounted, and is a plan view of the ⁇ TAS chip 100.
  • FIG. 16B is an enlarged plan view of the fluid control device portion
  • FIG. 16C is an enlarged cross-sectional view of the fluid control device portion.
  • the ⁇ TAS chip 100 shown in FIGS. 16A to 16C includes at least a base 110 that functions as a ⁇ TAS chip main body and a fluid control device 10 (10a) that is provided so as to be integrated with the base 110.
  • the ⁇ TAS chip 100 further includes a reactor 120, a separator 130, and a detector 140 on the downstream side of the fluid control device 10 (10a).
  • this is a configuration example of the ⁇ TAS chip and is not limited thereto. It is not something.
  • the reactor 120, the separator 130, and the detector 140 may be configured separately from the ⁇ TAS chip 100.
  • the analysis target fluid (liquid or gas) and the selected carrier flow into the flow path of the fluid control device 10 (10a) from the inflow spaces Sb and Sc after passing through the respective filter function units F. Mixed in the outflow space Sa. Thereafter, the sample reacted in the reactor 120 is separated from the carrier by the separator 130 as necessary, and desired analysis information is taken out by the detector 140 to an external device or the like.
  • ⁇ TAS As for the configuration of ⁇ TAS, in addition to the one in which the fluid mixing unit, reactor, separator, etc. are integrated on one substrate as in this embodiment, individual components such as a fluid mixer, reactor, separator, etc. are assembled and systemized. You can also
  • Fluid control device 2 Substrate, 3, 4, 30, 31, 32, 40, 41, 42, 50, 60, 70, 80 Fine hole, 10a (10) Fluid Mixer, 100 ⁇ TAS chip, Sa outflow space, Sb, Sc outflow space, ⁇ , ⁇ (n) flow path group.

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Abstract

極めて効率的に流体を混ぜることができ、処理能力が高く、高耐圧を有する流体制御デバイス、及び流体混合器を提供する。流体を混ぜるための流体制御デバイス（１）が、単一の基体（２）と、前記基体内に配される複数の微細孔（３）と、を少なくとも備え、前記微細孔のうち特定の一群を構成する流路群αは、前記基体の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂに各々開口部（３ａ、３ｂ）を有し、前記微細孔のうち他の特定の一群を構成する流路群β（ｎ）は、前記基体の表面（外面）における前記領域Ａと領域Ｃ（ｎ）に各々開口部（４ａ、４ｂ）を有しており、前記基体内において、異なる前記流路群に属する微細孔はその全長に亘り離間して配されている（但し、上記ｎは、自然数を表す。）。

Description

流体制御デバイス、及び流体混合器
　本発明は、微小な空間において流体を混ぜる流体制御デバイス、及び流体混合器に関する。このような流体制御デバイス、及び流体混合器は、たとえば、μＴＡＳ（「Ｍｉｃｒｏ－ＴＡＳ」とも呼ぶ：Ｍｉｃｒｏ　Ｔｏｔａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）に好適に用いられる。ここで、μＴＡＳは、ＭＥＭＳ技術を用いて、チップ上に微小な流路や反応室、混合室を設け、一つのチップもしくはデバイスで血液やＤＮＡをはじめ様々な液体や気体を分析する生化学分析デバイスを意味する。
　本願は、２０１２年４月６日に、日本に出願された特願２０１２－０８７６６９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　混合、反応、抽出、分離、加熱、冷却などの化学プロセスを微細な流路や微小な空間において行うマイクロ化学プロセスが提案され、微小空間での高効率な混合を可能とするマイクロミキサの研究がなされている。
　マイクロミキサは、数百μｍ以下の微小な空間で混合を行うデバイスであり、混合される基質間の距離を短くできるため、混合効率を大きく向上させることができる。一例として、界面活性剤を用いることなく、エマルジョンを生成することができるマイクロ乳化器及び乳化方法が知られている（特許文献１）。
　また、複数の流入口から流入した液体を、精密加工で溝を刻んだプレートの組合せにより形成された三次元的な流路で、分割・混合を繰り返して混合液とするマイクロミキサが知られている（非特許文献１）。
　かかるマイクロミキサにおいて、短時間での混合や混ざりにくい液体の混合を可能にするためには、例えば２層の流れを平面上で多数に分割して、多数の層流を形成し、混合・撹拌効率を向上させる方法が挙げられる。
　しかしながら、流れを多数に分割するために、精密加工技術を用いて複雑なマルチ流路を形成する必要があり、製造コストが増加するという問題があった。
　また、マルチ流路を用いた場合であっても、平面的に形成された微小流路では、流体は依然として層流であり、撹拌・混合は拡散で支配されるため、混合効率に関して改良の余地があった。そのために、マルチ流路が形成されたプレートを積層することにより、三次元的な流路を形成した場合、装置構成が複雑となり、積層されたプレートの接合界面で液漏れし、耐圧も高くすることができないという問題があった。
　更に、生成された固形物が積層されたプレートの接合界面の流路の交差部分などに徐々に堆積して流路を部分的に閉塞し、このため、液体の混合効率が大きく低下する虞もあった。
特開２００４－８１９２４号公報
Ｓａｖｅｍａｔｉｏｎ　Ｒｅｖｉｅｗ　２００５年８月号　６０－６３頁
　本発明は、前述した事実に鑑みてなされたものであって、極めて効率的に流体を混ぜることができ、処理能力が高く、高耐圧を有する流体制御デバイス、及び流体混合器を提供することを目的とする。
　本発明の第１態様に係る流体制御デバイスは、流体を混ぜるための流体制御デバイスであって、単一の基体と、前記基体内に配される複数の微細孔と、を少なくとも備え、前記微細孔のうち特定の一群を構成する流路群αは、前記基体の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂに各々開口部を有し、前記微細孔のうち他の特定の一群を構成する流路群β（ｎ）は、前記基体の表面（外面）における前記領域Ａと領域Ｃ（ｎ）に各々開口部を有しており、前記基体内において、異なる前記流路群に属する微細孔は（その全長に亘り）離間して配されている。ただし、上記ｎは自然数とする。
　前記領域Ａにおいて、全ての微細孔の開口部は二次元的に配置されていてもよい。
　前記領域Ａにおける開口部の配置は、異なる前記流路群に属する微細孔の開口部同士が、最も隣接した位置を成していてもよい。
　本発明の第２態様に係る流体混合器は、上記本発明の第１態様に係る流体制御デバイスと、該流体制御デバイスを内在するとともに、該流体制御デバイスの領域Ａに面する単一の流出空間、及び、該流体制御デバイスの領域Ｂと領域Ｃに個別に面する流入空間を少なくとも備えた筐体と、から構成されている。
　本発明の第３態様に係る流体混合器は、単一の基体に、流路として機能する複数の微細孔、複数の流入空間、及び、共通する流出空間を備え、前記微細孔のうち、一群を構成する全ての微細孔は、一方の開口部が特定の前記流入空間に、他方の開口部が前記流出空間に、各々連通し、他の一群を構成する全ての微細孔は、一方の開口部が他の特定の前記流入空間に、他方の開口部が前記流出空間に、各々連通している。
　前記一群を構成する全ての微細孔の他方の開口部と、前記他の一群を構成する全ての微細孔の他方の開口部は、前記流出空間に対する面内において二次元的に配置されていてもよい。
　前記流出空間に対する面内における前記微細孔の他方の開口部の配置は、異なる前記流入空間に通じる開口部同士が、最も隣接した位置を成していてもよい。
　前記複数の微細孔が、略同じ長さを有してもよい。
　上記本発明の態様によれば、極めて効率的な混合を可能にし、処理能力が高く、高耐圧を有する流体混合器、及び流体制御デバイスを提供することができる。
第１実施形態に係る流体制御デバイスの一構成例を示す模式図であり、流体制御デバイス１を模式的に示した斜視図。 図１Ａの斜視図において矢視Ｘ１－Ｘ１の断面模式図。 図１Ａの斜視図において矢視Ｙ１－Ｙ１の断面模式図。 図１Ａの斜視図において矢視Ｚ１の平面図。 第１実施形態の変形例に係る流体制御デバイス１ａを示す模式図であり、流体制御デバイス１ａを模式的に示した斜視図。 図２Ａの斜視図において矢視Ｘ２－Ｘ２の断面模式図。 図２Ａの斜視図において矢視Ｙ２－Ｙ２の断面模式図。 図２Ａの斜視図において矢視Ｚ２の平面図。 第１実施形態の変形例に係る流体制御デバイス１ｂを示す模式図であり、流体制御デバイス１ｂを模式的に示した斜視図。 図３Ａの斜視図において矢視Ｘ３－Ｘ３の断面模式図。 図３Ａの斜視図において矢視Ｙ３－Ｙ３の断面模式図。 図３Ａの斜視図において矢視Ｚ３の平面図。 第１実施形態の変形例に係る流体制御デバイス１ｃを示す模式図であり、流体制御デバイス１ｃを模式的に示した斜視図。 図４Ａの斜視図において矢視Ｘ４－Ｘ４の断面模式図。 図４Ａの斜視図において矢視Ｙ４－Ｙ４の断面模式図。 図４Ａの斜視図において矢視Ｚ４の平面図。 第１実施形態の変形例に係る流体制御デバイス１ｄを示す模式図であり、流体制御デバイス１ｄを模式的に示した斜視図。 図５Ａの斜視図において矢視Ｘ５－Ｘ５の断面模式図。 図５Ａの斜視図において矢視Ｙ５－Ｙ５の断面模式図。 図５Ａの斜視図において矢視Ｚ５の平面図。 第１実施形態の変形例に係る流体制御デバイス１ｅを示す模式図であり、流体制御デバイス１ｅを模式的に示した斜視図。 図６Ａの斜視図において矢視Ｘ６－Ｘ６の断面模式図。 図６Ａの斜視図において矢視Ｙ６－Ｙ６の断面模式図。 図６Ａの斜視図において矢視Ｚ６の平面図。 流体制御デバイス１のフィルター機能を説明するための模式図。
第２実施形態に係る流体混合器１０の一構成例を示す模式図であり、流体混合器１０の断面模式図。 図８Ａの流体混合器１０を構成する流体制御デバイス１を模式的に示した斜視図。 図８Ｂの斜視図において矢視Ｘ８－Ｘ８の断面模式図。 着脱可能な流体制御デバイス１を備えた流体混合器の構成を説明するための模式図。 第２実施形態の変形例に係る流体混合器１０ａを示す模式図であり、流体混合器１０ａの断面模式図。 図１０Ａの流体混合器１０ａにおいて流出空間Ｓａに対する流路の開口部配置を示す平面図。 第２実施形態に係る流体混合器１０または１０ａを示す模式図であり、流出空間Ｓａに対する流路の開口部配置を示す平面図。 第２実施形態に係る流体混合器１０または１０ａを示す模式図であり、微細孔の形状を示す、流体制御デバイス１の断面模式図。 第２実施形態に係る流体混合器１０または１０ａを示す模式図であり、流体制御デバイス１を模式的に示した斜視図。 第２実施形態に係る流体混合器１０または１０ａを示す断面模式図。 第２実施形態に係る流体混合器１０または１０ａを示す断面模式図。 流体混合器１０または１０ａを搭載したμＴＡＳチップ１００の一構成例を示す模式図であり、μＴＡＳチップ１００の平面断面図。 図１６ＡのμＴＡＳチップにおいて流体混合器部分（Ａ部）の拡大平面図。 図１６ＡのμＴＡＳチップにおいて流体混合器部分（Ａ部）の拡大断面図。
　次に図面を参照しながら、以下に実施形態及び具体例を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではない。
　また、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
（１）流体制御デバイスの構成
「第１実施形態」
　図１Ａは、本実施形態に係る流体制御デバイス１の一構成例を示す模式図であり、流体制御デバイス１を模式的に示した斜視図である。図１Ｂは、矢視Ｘ１－Ｘ１の断面模式図、図１Ｃは、矢視Ｙ１－Ｙ１の断面模式図、図１Ｄは、矢視Ｚ１の平面図である。
　以下、本発明に係る第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図１Ａ～図１Ｄに示すように、流体制御デバイス１は、単一の基体２内に、複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が形成されている。これら複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・のうち特定の一群を構成する流路群αは、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂに各々開口部３ａ、３ａ、・・・、３ｂ、３ｂ、・・・を有し、微細孔のうち他の特定の一群を構成する流路群β（１）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｃに各々開口部４ａ、４ａ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・を有している。
　また、基体２内において、それぞれの流路群α、β（１）に属する微細孔３、３、・・・、４、４、・・・は、その全長に亘り、他の微細孔と離間して配されている。
　図１Ｂ、図１Ｃの断面模式図に示すように、単一の基体２内に設けられた微細孔３、３、・・・は、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂとを連通した３次元的な流路群αとして形成されている。同様に、微細孔４、４、・・・は、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｃとを連通した三次元的な流路群β（１）として形成されている。
　領域Ａに面した流路群α及び流路群β（１）のそれぞれの開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・は、図１Ｄに示すように、領域Ａに対する面内において、二次元的に配列されている。また、開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。
　図１Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと開口部４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
　上記「ピッチ」によって拡散長をコントロールすることが可能である。拡散長が小さいほど、混合速度を高めることができる。
　しかし、混合速度を高めるため、流路群のピッチを狭めると設計可能な微細孔径も自ずと小さくなる。微細孔径が小さいと、毛細管力が大きくなる、圧力損失が大きくなる等の弊害が生じる。一方で、微細孔径が大きいと流路群のピッチが自ずと大きくなり混合性が悪くなる。ピッチの公的な範囲は、５～１００μｍ、より好適には７～９０μｍ、さらに好適には９～６５μｍ、よりさらに好適には１０～５５μｍである。
　また、スペースが小さいと、微細孔側壁の厚さが薄くなり、流体流入時に破損に至る。一方、スペースが大きいと異なる液体同士が領域Ａ近傍で直ちには混ざり合うことが無いため、液体同士が混ざり合うことが妨げられる。前記スペースの好適な範囲は、２～５０μｍ、より好適には３～３０μｍの範囲である。
　上述したピッチ、スペースの好適な範囲は、微細孔の断面形状が真円であるという前提で示したが、真円でない場合には真円であると近似したうえで上記範囲内にあればよい。
「変形例１」
　図２Ａは、本実施形態に係る流体制御デバイス１の一変形例を示す模式図であり、流体制御デバイス１ａを模式的に示した斜視図である。図２Ｂは、矢視Ｘ２－Ｘ２の断面模式図、図２Ｃは、矢視Ｙ２－Ｙ２の断面模式図、図２Ｄは、矢視Ｚ２の平面図である。
　図１Ａ～図１Ｄに示した微細孔の三次元的なレイアウトを適宜変更することによって、流路群αおよび流路群β（１）の領域Ａに対する開口部を、図２Ａ～図２Ｄに示した流体制御デバイス１ａのように、千鳥格子状に配置することもできる（図２Ｄ）。図２Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと開口部４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
　微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の径は、領域Ａにおいては、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすることが好適である。その好適な範囲は、３～５０μｍ、より好適には５～４０μｍ、７～３５μｍである。また、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・のピッチＬは、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすること好適である。複数種類の流体を、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・を通じて領域Ａの外側へ噴出させ、それぞれの流体を混ぜる場合に、その処理能力が高くなるからである。
　なお、本発明（たとえば、本実施形態に係る流体制御デバイス１の説明）において、「混ぜる」とは、複数の流体を混合させ、反応させ、あるいは、乳化（エマルジョン）することをいう（以下、流体混合器、μＴＡＳの説明においても、同様の意味で使用する）。
　流路群α及び流路群β（１）を構成する微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の数としては、特に限定されるものではなく、制御される流体の種類、処理能力に応じて、適宜選択することができる。また、領域Ｂと領域Ｃは、後述する図７Ｃの模式図に示すように、同一の基板面の異なる領域に設定されていても良い。さらに、ここでは図示しないが、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ（・・・）が全て同一の面に存在していても良い。
「変形例２」
　図３Ａは、本実施形態に係る流体制御デバイス１の一変形例を示す模式図であり、流体制御デバイス１ｂを模式的に示した斜視図である。図３Ｂは、矢視Ｘ３－Ｘ３の断面模式図、図３Ｃは、矢視Ｙ３－Ｙ３の断面模式図、図３Ｄは、矢視Ｚ３の平面図である。
　流体制御デバイス１ａは、単一の基体２内に、複数の微細孔３０、３０、・・・、４０、４０、・・・が形成されている。これら微細孔３０、３０、・・・で構成される流路群αは、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂに各々開口部３０ａ、３０ａ、・・・、３０ｂ、３０ｂ、・・・を有し、微細孔４０、４０、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（１）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと領域Ｃに各々開口部４０ａ、４０ａ、・・・、４０ｂ、４０ｂ、・・・を有している。第１の流路群α及び第２の流路群β（１）は、基体２内で、領域Ｂ、領域Ｃと領域Ａとを複数のメッシュ状に連通した微細孔３０、３０、・・・、４０、４０、・・・として形成されている。メッシュ状に連通したそれぞれの微細孔３０、３０、・・・、４０、４０、・・・は、互いに離間して、並行配置されている。また、流路群α及び流路群β（１）は、領域Ｂ、Ｃと領域Ａとの間で、直交して三次元的な流路群として形成されている。
　領域Ａに面した流路群α及び流路群β（１）のそれぞれの開口部３０ｂ、３０ｂ、・・・、４０ｂ、４０ｂ、・・・は、図３Ｄに示すように、領域Ａに対する面内において、二次元的に配列されている。また、開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。図３Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
「変形例３」
　図４Ａは、本実施形態に係る流体制御デバイスの一変形例を示す模式図であり、流体制御デバイス１ｃを模式的に示した斜視図である。図４Ｂは、矢視Ｘ４－Ｘ４の断面模式図、図４Ｃは、矢視Ｙ４－Ｙ４の断面模式図、図４Ｄは、矢視Ｚ４の平面図である。
　流体制御デバイス１ｃは、単一の基板２内に、複数の微細孔３１、３１、・・・、４１、４１、・・・が形成されている。これら微細孔３１、３１、・・・で構成される流路群αは、基体２の表面（外面）における領域Ａと、対面した領域Ｂ１、Ｂ２に各々開口部３１ａ、３１ａ、・・・、３１ｂ、３１ｂ、・・・を有し、微細孔４１、４１、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（１）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと、対面した領域Ｃ１、Ｃ２に各々開口部４１ａ、４１ａ、・・・、４１ｂ、４１ｂ、・・・を有している。流路群α及び流路群β（１）は、基体２内で、領域Ｂ１、Ｂ２及び領域Ｃ１、Ｃ２と領域Ａとを複数のメッシュ状に連通した微細孔３１、３１、・・・、４１、４１、・・・として形成されている。メッシュ状に連通したそれぞれの微細孔３１、３１、・・・、４１、４１、・・・は、互いに離間して、互いのメッシュの目の中を通過するように配置されている。また、流路群α及び流路群β（１）は、領域Ｂ１、Ｂ２及び領域Ｃ１、Ｃ２と領域Ａとの間で、直交して三次元的な流路群として形成されている。
　領域Ａに面した流路群α及び流路群β（１）のそれぞれの開口部３１ｂ、３１ｂ、・・・、４１ｂ、４１ｂ、・・・は、図４Ｄに示すように、領域Ａに対する面内において、二次元的に配列されている。また、開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。図４Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
「変形例４」
　図５Ａは、本実施形態に係る流体制御デバイスの一変形例を示す模式図であり、流体制御デバイス１ｄを模式的に示した斜視図である。図５Ｂは、矢視Ｘ５－Ｘ５の断面模式図、図５Ｃは、矢視Ｙ５－Ｙ５の断面模式図、図５Ｄは、矢視Ｚ５の平面図である。
　流体制御デバイス１ｄは、単一の基板２内に、複数の微細孔３２、３２、・・・、４２、４２、・・・が形成されている。これら微細孔３２、３２、・・・で構成される流路群αは、基体２の表面（外面）における対面した領域Ａ１、Ａ２と、対面した領域Ｂ１、Ｂ２に各々開口部３２ａ、３２ａ、・・・、３２ｂ、３２ｂ、・・・を有し、微細孔４２、４２、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（１）は、基体２の表面（外面）における対面した領域Ａ１、Ａ２と、対面した領域Ｃ１、Ｃ２に各々開口部４２ａ、４２ａ、・・・、４２ｂ、４２ｂ、・・・を有している。流路群α及び流路群β（１）は、基体２内で、領域Ｂ１、Ｂ２及び領域Ｃ１、Ｃ２と領域Ａ１、Ａ２とを複数のメッシュ状に連通した微細孔３２、３２、・・・、４２、４２、・・・として形成されている。メッシュ状に連通したそれぞれの微細孔３２、３２、・・・、４２、４２、・・・は、互いに離間して、互いのメッシュの目の中を通過するように配置されている。また、流路群α及び流路群β（１）は、領域Ｂ１、Ｂ２及び領域Ｃ１、Ｃ２と領域Ａ１、Ａ２との間で、直交して三次元的な流路群として形成されている。
　領域Ａ１、Ａ２に面した流路群α及び流路群β（１）のそれぞれの開口部３２ｂ、３２ｂ、・・・、４２ｂ、４２ｂ、・・・は、図５Ｄに示すように、領域Ａ１（Ａ２）に対する面内において、二次元的に配列されている。また、開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。図５Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
「変形例５」
　図６Ａは、本実施形態に係る流体混合器の一変形例を示す模式図であり、流体制御デバイス１ｅを模式的に示した斜視図である。図６Ｂは、矢視Ｘ６－Ｘ６の断面模式図、図６Ｃは、矢視Ｙ６－Ｙ６の断面模式図、図６Ｄは、矢視Ｚ６の平面図である。
　流体制御デバイス１ｅは、単一の基板２内に、複数の微細孔５０、５０、・・・、６０、６０、・・・、７０、７０、・・・、８０、８０、・・・が形成されている。これら微細孔５０、５０、・・・で構成される流路群αは、基体２の表面（外面）における領域Ａと、領域Ｂ１に各々開口部５０ａ、５０ａ、・・・、５０ｂ、５０ｂ、・・・を有している。微細孔６０、６０、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（１）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと、領域Ｃ１に各々開口部６０ａ、６０ａ、・・・、６０ｂ、６０ｂ、・・・を有している。微細孔７０、７０、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（２）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと、領域Ｂ２に各々開口部７０ａ、７０ａ、・・・、７０ｂ、７０ｂ、・・・を有している。微細孔８０、８０、・・・で構成される他の一群を構成する流路群β（３）は、基体２の表面（外面）における領域Ａと、領域Ｃ２に各々開口部８０ａ、８０ａ、・・・、８０ｂ、８０ｂ、・・・を有している。
　それぞれの流路群は、基体２内で、対面する位置にある領域ごとに、該領域へ連通する複数の微細孔５０、５０、・・・、６０、６０、・・・、７０、７０、・・・、８０、８０、・・・が複数のメッシュ状に連通した４つの構成を成しており、複数のメッシュ状に連通したそれぞれの微細孔５０、５０、・・・、６０、６０、・・・、７０、７０、・・・、８０、８０、・・・は、互いに離間して、互いのメッシュの目の中を通過するように配置されている。
　メッシュ状に連通したそれぞれの微細孔５０、５０、・・・、６０、６０、・・・、７０、７０、・・・、８０、８０、・・・は、何れも、１つの共通した領域Ａに連通している。また、それぞれの流路群は、対面した位置にある領域Ｂ１、Ｂ２及び領域Ｃ１、Ｃ２と領域Ａとの間で、直交して三次元的な流路群として形成されている。
　領域Ａ面したそれぞれの流路群のそれぞれの開口部５０ｂ、５０ｂ、・・・、６０ｂ、６０ｂ、・・・、７０ｂ、７０ｂ、・・・、８０ｂ、８０ｂ、・・・は、図６Ｄに示すように、領域Ａに対する面内において、二次元的に配列されている。また、開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。図６Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
　図７は、流体制御デバイス１のフィルター機能を説明するための模式図である。
　図７に示すように、例えば、流体の流入口となる基体２の領域Ｂａ、Ｃａに面したそれぞれの微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流入側の開口部３ａ、４ａを、流入させる流体を構成する粒子等の径以上の穴径として形成することで、係る粒子等よりも大きな、例えば、異物等を堰き止めることができる。
　なお、開口部３ａ、４ａに設けるフィルター部の大きさは、流体の種類によって、適宜決定することができる。
　また、係るフィルター機能は、後述するように、レーザ光を集光照射して複数の改質部を形成した後、基体の内部に形成された改質部をエッチングにより除去することにより形成することができる。
（２）流体制御デバイスの製造方法
　次に、上述した流体制御デバイス１の製造方法を説明する。なお、流体制御デバイス１の変形例に係るそれぞれの流体制御デバイスの製造方法についても、流体制御デバイス１と同様である。
　本実施形態の流体制御デバイス１の製造工程は、基体２の内部にパルス時間幅がピコ秒オーダー以下のパルス幅を有するレーザ光を集光照射して複数の改質部を形成する工程と、基体２の内部に形成された改質部をエッチングにより除去して、流路を形成する工程と、からなる。
（２．１）改質部形成工程
　まず、基体２の流路となる領域にレーザ光照射を行う。レーザ光の光源としては、例えば、フェムト秒レーザ光を用いることができる。フェムト秒レーザとは、パルスの時間幅がフェムト秒（ｆｓ）オーダーのレーザである。数フェムト秒から数百フェムト秒という超短パルスであるが故に１（ワン）パルスが高いピーク強度を有するという特徴を有しており、焦点付近で非線形光学現象である多光子吸収を誘起するため、焦点近傍で加工対象物である基体２の物性を変化させ、微細な改質部を形成することができる。その際、被加工材料である基体２としては、たとえばガラス材料などの透明材料が好適に用いられる。なお、パルスの時間幅が１０ｐｓ未満でも同様に前記改質部を形成することができ、３ｐｓ未満、より好ましくは２ｐｓ未満であれば、より確実に改質部を形成することができる。
　レーザ光は、例えば、基体２の一方の主面側から照射され、形成される流路が基体２内の少なくとも２層以上に並べて配置されるように集光部Ｓを走査する。また、流路となる改質部は、レーザ光源から遠い方から順に形成されるように、集光部Ｓを走査する。その結果、基体２内部に、流路となる改質部を三次元的に形成することができる。
　また、混合させる流体に応じて、照射するレーザ光の出力を適宜調整することにより、所望の流路径が形成される改質部とすることができる。
　照射強度は、基体２を構成する材料の加工閾値以上が好ましく、より好適には基体２の表面をアブレーションできる閾値、いわゆるアブレーション閾値以上であることが望ましい。
　なお、改質部を形成する際、レーザ光を照射する方向としては、基体の一方または他方の主面からのみ照射しても、基板の両主面から照射しても良い。
　また、アクリルなどの樹脂材料を基体２に用いた場合、後述するウェットエッチングによる流路形成工程を用いずに、レーザー照射のみで３次元流路を形成できる。
（２．２）流路形成工程
　改質部形成工程を経て、流路となる領域が改質された基体２を、エッチング液（薬液）に浸漬して、改質部をウェットエッチングし、改質部を基板から除去する。改質部が除去された基体２内部には、一群の流路が三次元的に形成される。
　本実施形態に係る流体制御デバイス１においては、基体２として石英ガラスを用い、エッチング液としてフッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液を用いた。かかるエッチング処理は、レーザ光の未照射領域に比べて改質部が数十倍のエッチング速度でエッチングされる現象を利用するものである。従って、エッチング時間を制御することにより、レーザ光を照射した流路を形成すべき領域のみを選択的にエッチングして除去することができ、このエッチングの選択性を利用して基体２内に固定構造として一群の流路を三次元的に形成することができる。
　エッチング液は特に限定されず、例えば、フッ酸（ＨＦ）を主成分とする溶液の他、フッ酸に硝酸等を適量添加したフッ硝酸系の混酸やＫＯＨ等のアルカリも用いることができる。また、基体２の材料に応じて、他の薬液を用いることもできる。
（３）作用・効果
　本実施形態に係る流体制御デバイス１は、単一の基体２内に、それぞれが独立した複数の微細孔が形成されている。複数の微細孔は特定の一群を構成する流路群αと、他の特定の一群を構成する流路群β（ｎ）として、基体２の表面（外面）において、流体が流入する領域Ｂ、Ｃと、流体が流出する領域Ａに各々開口部を有し、領域Ａと、領域Ｂ及び領域Ｃとを連通した３次元的な流路群として形成されている。
　領域Ａに面した流路群α及び流路群β（ｎ）のそれぞれの開口部は、領域Ａに対する面内において、二次元的に配列されている。また、それぞれの流路群α及び流路群β（ｎ）を構成する微細孔の開口部は、領域Ａに通じる開口部同士が、互い違いに、最も隣接した位置をなして形成されている。
　従って、本実施形態に係る流体制御デバイス１においては、領域Ｂ、Ｃから流入した複数の種類の流体が、領域Ａから流出するまでに、混ざることがなく、独立して流体の流れを制御することができる。そのために、複数の流体が流路内で混ざることにより生成される固形物などが、流路内に徐々に堆積して流路を部分的に閉塞するという虞がない。
　また、基体２内において、複数の流路群が三次元的に積層して形成されているために、二次元的な流路に比べて飛躍的に多数の流路を設けることができ、処理能力及び生産性を高めることができる。
　更に、基体２内の流路群は、一体で連続体であるために接合界面で液漏れすることがなく、耐圧性能を高くすることができる。
「第２実施形態」
（１）流体混合器の全体構成
　図８Ａは、本実施形態に係る流体混合器１０の一構成例を示す模式図であり、流体混合器１０の断面模式図である。図８Ｂは、流体混合器１０を構成する流体制御デバイス１を模式的に示した斜視図、図８Ｃは、流体制御デバイス１の矢視Ｘ７－Ｘ７の断面模式図である。
　以下、本発明に係る第２実施形態を、図面を参照しながら説明する。
　図８Ａに示すように、流体混合器１０は、流路として機能する複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が形成された流体制御デバイス１と、該流体制御デバイス１を内在し、該流体制御デバイス１の領域Ａに面する単一の流出空間Ｓａと、該流体制御デバイス１の領域Ｂと領域Ｃに個別に面する単一の流入空間Ｓｂ、Ｓｃを備えた筐体２０から構成されている。筐体２０としては、ステンレス等の金属類を用いることができる。
　流体制御デバイス１は、単一の基体２内に、流路として機能する、それぞれが独立した複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が形成されている。複数の微細孔は、基体２の表面（外面）において、流体が流入する領域Ｂ、Ｃと、流体が流出する領域Ａに各々開口部を有し、領域Ａと、領域Ｂ及び領域Ｃとを連通した三次元的な流路群として形成されている（図８Ｂ、図８Ｃ参照）。
　筐体２０は、流体制御デバイス１を構成する基体２の領域Ａの表面（外面）に対向して流出空間Ｓａを形成する上部筐体２０ａと、基体２の領域Ｂ、Ｃの表面（外面）に対向して流入空間Ｓｂ、Ｓｃを形成する下部筐体２０ｂと、からなる。また、流体制御デバイス１の領域Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれの表面（外面）と、上部筐体２０ａ及び下部筐体２０ｂとは、シール部材Ｒを介して接合され、流出空間Ｓａと流入空間Ｓｂ、Ｓｃとは独立した空間として形成されている。シール部材としては、Ｏリング等の弾性シール部材を用いることができる。
　流体混合器１０では、異なる材料（流体）が、それぞれ異なる空間、例えば流入空間Ｓｂ、Ｓｃから流入し、流路である微細孔３、３、・・・、４、４、・・・を通り、共通する空間、例えば流出空間Ｓａから流出する。
　図９に示すように、流体混合器１０は、流体制御デバイス１を、上下に分割した筐体２０ａ、２０ｂで挟持して接合することによって、流体制御デバイス１を着脱可能としている。従って、混ぜられる流体の種類、性質に応じて、流体制御デバイスを適宜選択することができる。
「変形例」
　図１０Ａは、本実施形態に係る流体混合器１０の一変形例を示す模式図であり、流体混合器１０ａの断面模式図である。図１０Ｂは、流出空間Ｓａに対する流路の開口部配置を示す平面図である。
　図１０Ａに示すように、流体混合器１０ａは、単一の基体２に、流路として機能する複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・と、複数の流入空間Ｓｂ、Ｓｃ、及び、共通する流出空間Ｓａを備え、複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・のうち、一群を構成する全ての微細孔３、３、・・・は、一方の開口部が流入空間Ｓｂに、他方の開口部が流出空間Ｓａに、各々連通している。また、他の一群を構成する全ての微細孔４、４、・・・は、一方の開口部が流入空間Ｓｃに、他方の開口部が流出空間Ｓａに、各々連通している。なお、図１０Ａ、図１０Ｂでは、筐体の分割位置やシール部材は省略してある。
　図１０Ｂに示すように、一群を構成する全ての微細孔３、３、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・と、他の一群を構成する全ての微細孔４、４、・・・の他方の開口部４ｂ、４ｂ、・・・は、流出空間Ｓａに対する面内において二次元的に配置されている。
　流出空間Ｓａに対する面内におけるそれぞれの微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・の配置は、複数の流入空間Ｓｂ、Ｓｃに通じる開口部同士が、最も隣接した位置をなしている。図１０Ｄにおいて、符号Ｓは「スペース」であり、隣接する開口部３ｂと開口部４ｂの外周端間の距離を意味する。符号Ｌは「ピッチ」であり、隣接する開口部３ｂの中心（黒丸）と開口部４ｂの中心（黒丸）との距離を意味する。
　より詳細には、符号Ｓは、「流出空間Ｓａにおける基体２にて、一群を構成する全ての微細孔３、３、・・・の開口部（出口）の一つに着目した場合、他の一群を構成する全ての微細孔４、４、・・・の開口部（出口）の内、もっとも隣接する位置にある微細孔までの距離」として定義される。
　流出空間Ｓａに面する微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の径は、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすることが好適である。また、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・のピッチＬは、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすることが好適である。
　流体の流入口となる流入空間Ｓｂ、Ｓｃに面したそれぞれの微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流入側の開口部３ａ、４ａを、流入させる流体を構成する粒子等の径以上の穴径として形成することで、流入口にフィルター機能を備えることができる。
　なお、開口部３ａ、４ａに設けるフィルター部の深さは、流体の種類によって、適宜決定することができる。
（２）作用・効果
　（２ａ）本実施形態に係る流体混合器１０及び１０ａは、単一の基体２内に、それぞれが独立した複数の流路と、複数の流路の一方の開口部が面した流入空間と、複数の流路の他方の開口部が面した流出空間と、を備えて構成されている。単一の基板内に設けられたそれぞれの流路は、流入空間と流出空間の間で流入空間と流出空間とを連通した一群の流路として、互いに交わることなく三次元的な流路として形成され、流出空間Ｓａに対する面内におけるそれぞれの微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部同士が、最も隣接した位置をなしている。そのため、それぞれの開口部から流出空間Ｓａに噴出した流体同士の混合効率や反応性を高くすることができ、短時間での混合や混ざりにくい液体の混合が可能となる。また、内包した流体混合デバイスを容易に交換することが可能となる。さらに、筐体の分割洗浄も可能となる。
　（２ｂ）基体２内において、複数の流路が三次元的に積層して形成されているために、二次元的な流路に比べて飛躍的に多数の流路を設けることができ、処理能力及び生産性を高めることができる。更に、基体２内の一群の流路は、一体で連続体であるために接合界面で液漏れすることがなく、耐圧性能を高くすることができる。
　さらに、以下に述べる４点においても、従来技術に比べて本発明は優れている。
　（２ｃ）基体２に内在する一群の流路は、一体をなすと共に連続体である。これに加えて、流出空間Ｓａにおける基体２では、一群を構成する全ての微細孔３、３、・・・の開口部（出口）一つに注目した場合、他の一群を構成する全ての微細孔４、４、・・・の開口部（出口）のうち、もっとも隣接する微細孔の数は、最外周を除き、４カ所とすることができる。これにより、２流体の境界面を増大させることが可能となり、耐圧性能だけではなく混合性が向上する。
　　（２ｄ）また、微細孔の数を増やすだけで容易に混合の処理量を高めることができる。従来は流路本数を増やし処理量を増大させる場合、１次元方向に流路数を増やさざるを得なかった。これに対して、本発明では２次元方向に流路数を増やすことができる。そのため、流体混合デバイスの小型化が容易となる。
　　（２ｅ）また、流体混合デバイスの耐薬品性を高めるため、後述するコーティング層を施すことができる。従来は混合に用いる流路部にも耐薬品性の低い材料が使用させている。流路部の流路幅を１００μｍオーダー以下とする必要がある場合、厚塗りが必要な耐薬品コーティングを、このような細い流路の内壁に施すことは極めて困難であり、耐薬品性を高めることはできなかった。これに対して、本発明によれば、基体２にガラスを用いた場合、基体２は高い耐薬品性を備えることができる。また、筐体には前記コーティングを施すことができるため、結果として、従来の流体混合デバイスよりも耐薬品性を高められる。
　　（２ｆ）本発明の流体混合デバイスは、設計の自由度が高いので、２液の混合だけではなく、複数の液（３液以上）の混合を行うことも可能である。
（３）その他の応用例
　（３ａ）このような流体混合器１０及び１０ａにおいて、複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の圧力損失のばらつきを、±１０％以内に収めることが好ましい。すなわち、複数の微細孔３、３、・・・において圧力損失のばらつきが±１０％以内、複数の微細孔４、４、・・・において圧力損失のばらつきが±１０％以内、に各々設計されることが好ましい。微細孔３と微細孔４の圧力損失は異なっていても構わない。圧力損失のばら付きが±１０％よりも大きくなると、処理速度によっては、流体の混合性に大きなばらつきが生じる可能性がある。
　（３ｂ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が、略同じ長さを有することが好ましい。ここで、「複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が、略同じ長さを有する」とは、「流路群α、βがそれぞれ略同じ長さである」ことを意味する。すなわち、必ずしも、「α＝β」である必要はない。
　流路として機能する複数の微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の長さを統一することにより、流出空間Ｓａに対する面内における各微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・における、流体の流速を均一化することができる。それぞれの微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流出口となる、他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・における流体の流速を揃えることで、均一に流体が流出し、流体をより均一に混合することができる。各微細孔の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・における流速誤差は、平均値より±１００％以内であることが好ましく、±５０％以内であることがより好ましい。
　各微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の径が同じであるとみなせるとき、各微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の長さが等しくなるように設計すればよい。これにより、各微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・における、流体の流速を均一化することができる。一方、各微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の径が異なる場合、径に応じて長さを適宜変えることにより、開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・における流体の流速を、より均一にすることができる。微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の長さを変える場合には、流出口となる他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・のピッチを調整する、あるいは流入口となる一方の開口部３ａ、３ａ、・・・、４ａ、４ａ、・・・の位置を調整することで、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の長さを変えることができる。
　（３ｃ）流体混合器１０および１０ａにおいて、流出空間Ｓａに対する面内における微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・の配置を、流出空間Ｓａに対する面内において、ピッチがランダムになるようにしてもよい。
　微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流出口となる、他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・のピッチを乱し、ランダムな配置とする。これにより、流体の拡散長が場所によって異なることとなり、均一ではない（ランダムな）混合を実現できる。その結果、ランダムな生成物を得ることができる。例えば、この流体混合器１０および１０ａをナノ粒子製造に用いる場合、粒径の揃った単分散の粒子ではなく、流径が一定のばらつきを持った、多分散の粒子を一度に安定して加工することができる。
　（３ｄ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、流出空間Ｓａに対する面内における微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・の配置を、該面内における特定の領域におけるピッチと、他の特定の領域におけるピッチとが、異なるようにしてもよい。
　例えば図１１に示すように、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流出口となる、他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・のピッチを、面内の第一の領域Ｍと、第二の領域Ｎとで、異なるものとする。これにより、流体の拡散長が面内の領域によって異なることとなる。例えば第一の領域Ｍにおける微細孔のピッチＬ１と、第二の領域Ｎにおける微細孔のピッチＬ２との関係を、Ｌ１＜Ｌ２とした場合、流体の混合速度が、第一の領域Ｍでは第二の領域Ｎよりも早くなる。また、例えば、この流体混合器をナノ粒子製造に用いる場合、粒径の揃った単分散の粒子ではなく、粒径２水準を有する粒子の同時成形等、異なる２種の生成物或いはばらつきを持った生成物を得ることができる。
　（３ｅ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、流出空間Ｓａに対する面内における微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・近傍において、微細孔の径が絞られた構造としてもよい。
　図１２に示すように、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流出口となる、他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・近傍において、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の径を絞り、テーパー状とする。これにより、流出口近傍での流体の流速が上がり、渦流が発生しやすくなる。これにより流体の混合性が向上する。また、流出口近傍の流路径のみが細いので、圧力損失の上昇を最小限に抑えることが可能となる。なお、図１２では、微細孔の形状を説明するために、１つの孔のみを示している。
　テーパー角には好適な角度として、微細孔３、４の流出口径をｄ１とし、内部径をｄ２としたとき、テーパー距離Ｌに対する、流路幅の縮小分ΔＤ（ｄ１－ｄ２）の比率（ΔＤ／Ｌ）が、０．０５～４の範囲が好ましく、０．１～１の範囲がより好ましい。（ΔＤ／Ｌ）が０．０５よりも小さい場合、十分な流路径差を生み出すことが難しくなる。一方、（ΔＤ／Ｌ）が４よりも大きい場合、流体の種類によっては、流路内で滞留が起き、流路内に堆積物ができやすくなる。例えば、微細孔の流出口径ｄ１が２３μｍ、内部径ｄ２が２５μｍである場合、流出口近傍では１８％程度の流速の増大が期待できる。そのため、流路径の差ΔＤは、１μｍ以下であれば十分な効果が得られる。
　（３ｆ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、流出空間Ｓａに対する面内における微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・近傍において、微細孔の径が広げられた構造としてもよい。
　微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の流出口となる、他方の開口部３ｂ、３ｂ、・・・、４ｂ、４ｂ、・・・近傍において、微細孔３、４の径を広げた構造としてもよい。このような構造とすることで、隣りあう微細孔３、３、・・・、４、４、・・・から流出する２種類の流体間に生じる流れの剥離を抑制することができる。これにより乱流及び微細孔３、３、・・・、４、４、・・・から流出した流体の抵抗を抑えることができるため、より大きな圧力で流体を押し出すことが可能となる。その結果、混合物の処理量を増加することができる。
　（３ｇ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の側壁に、コーティング層が設けられていてもよい。
　なお、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・に粘着性の高い流体を流すと、側壁に付着物が堆積し、孔が詰まる懸念がある。フッ素樹脂コーティング層は薄膜で塗布形成することができるため、微細孔内にも形成可能である。そのため、基体２側へのフッ素樹脂コーティング層を設けることで、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・の詰まりを抑制することができる。
　　また、筐体にコーティング層を設けることにより、流体混合器の耐薬品性を向上することができる。耐薬品性を持たせるには、コーティング層の厚膜化が必要となるため、基体２側に厚膜コーティング層を設けることは困難であるが、筐体側には容易に設けることができる。なお、基体２にガラスを用いた場合、耐薬品性を高めることができる。一方で、筐体はＳＵＳなどの材料で加工されるため、一般に耐薬品性が低い。そのため、筐体側に耐薬品性を持たせることは極めて有効な手段である。
　（３ｈ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、基体２の内部に、温度調整手段が設けられていてもよい。
　領域Ａの下流側に別途マイクロ流路を設け、流路内を流れる物質の温度をコントロールできるように温度調整手段を設けてもよい。温度調整手段としては特に限定されるものではないが、基体２上に、ヒーター、あるいはヒーター及び温度センサ部となる配線構造を形成することができる。この際、溶液に対して絶縁を保つため、基体２上に絶縁層を設けても構わない。ヒーターあるいは温度センサの配線としては、例えば、ニクロム、ＩＴＯなどが上げられる。また、昇温のためにマイクロ波を使用しても構わない。
　例えば図１３に示すように、基体２上に導管あるいはＰＷＷ（ポストウォールウェーブガイド）９０などを設け、基体２の内部に流路２５を設けることで、加熱することが可能となる。また、基体２上に流路を設け、この流路内に、適切な温度を有する流体（液体やガス）を流すことにより、昇温、冷却を行ってもよい。
　（３ｉ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、基体２の外側に、温度調整手段が設けられていてもよい。
　基体２の外側（例えば筺体２０部分）に、温度調整機構を設けてもよい。温度調整手段としては、特に限定されず、例えば、温度センサとなる熱電対、ヒータとなるマイクロヒータを用いることができる。これらの温度調整機構の挿入口を、基体２の外側に設ければよい。或いは、基体２内部に流路を設け、この流路内に、適切な温度を有する流体（液体やガス）を流すことにより、昇温、冷却を行ってもよい。
　（３ｊ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、基体２は、一方が流出空間Ｓａに連通し、他方が表面に連通する流出口流路２１を有し、該流出口流路２１は、一方側が広く、他方側が狭くなるように径が絞られた構造としてもよい。
　図１４に示すように、筐体２０に設けられた、一方が流出空間Ｓａに連通し、他方が表面に連通する流出口流路２１において、流出口流路２１の他方側を絞りのある構造としてもよい。領域Ａでは微細孔３、３、・・・、４、４、・・・が２次元的な配列をとるため、領域Ａにおいて基体２の開口面積は、流路群のある領域の面積よりも大きな面積とする必要がある。一方で、微細孔３、３、・・・、４、４、・・・を出た２種類の流体の混合を速めるには、流出口流路の径を小さくし、流体間の拡散距離を小さくすることが好ましい。そのため、領域Ａにおける流出口流路を絞りを有する構造とすることが好ましい。
　（３ｋ）流体混合器１０及び１０ａにおいて、基体２は、一方が流出空間Ｓａに連通し、他方が表面に連通する流出口流路２１を有し、該流出口流路２１が屈曲した構造としてもよい。
　図１５に示すように、筐体２０に設けられた、一方が流出空間Ｓａに連通し、他方が表面に連通する流出口流路２１において、流出口流路２１の一方側を屈曲した構造としてもよい。流出口流路を屈曲させることで、この部分で対流が強制的に起きる。さらに、この対流によって流体変形が生じ、２種類の流体間の拡散距離を短くすることができる。これにより、より効率的な混合を実現できる。
「第３実施形態」
　図１６Ａは、上述したような流体制御デバイス１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを搭載した本実施形態に係るμＴＡＳチップ１００の一構成例を示す模式図であり、μＴＡＳチップ１００の平面図である。図１６Ｂは、流体制御デバイス部分の拡大平面図、図１６Ｃは、流体制御デバイス部分の拡大断面図である。
　図１６Ａ～図１６Ｃに示したμＴＡＳチップ１００は、μＴＡＳチップ本体として機能する基体１１０と、この基体１１０と一体を成すように設けられた流体制御デバイス１０（１０ａ）を少なくとも備える。このμＴＡＳチップ１００は、さらに、流体制御デバイス１０（１０ａ）の下流側にリアクタ１２０、セパレータ１３０、検出器１４０を備えているが、これはμＴＡＳチップの一構成例であって、これに限定されるものではない。たとえば、リアクタ１２０、セパレータ１３０、検出器１４０は、μＴＡＳチップ１００と別体を成す構成としてもよい。
　分析対象の流体（液体や気体）と、選択されたキャリアとは、流入空間Ｓｂ、Ｓｃから、それぞれのフィルター機能部Ｆを通った後、流体制御デバイス１０（１０ａ）の流路へ流入し、流出空間Ｓａで混合される。その後、リアクタ１２０で反応したサンプルは、必要に応じてセパレータ１３０で、キャリアと分離され、所望の分析情報が検出器１４０によって、外部機器等へ取り出される。
　なお、μＴＡＳの構成としては、本実施形態のように流体混合部やリアクタ、セパレータ等を一つの基板に集積させたものの他に、流体混合器、リアクタ、セパレータ等の個別部品を組み上げてシステム化することもできる。
　以上、本発明の実施形態として、具体例を挙げて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ（１）　流体制御デバイス、２　基体、３、４、３０、３１、３２、４０、４１、４２、５０、６０、７０、８０　微細孔、１０ａ（１０）　流体混合器、１００　μＴＡＳチップ、Ｓａ　流出空間、Ｓｂ、Ｓｃ　流出空間、α、β（ｎ）　流路群。

Claims (8)

  1. 　流体を混ぜるための流体制御デバイスであって、
    　単一の基体と、前記基体内に配される複数の微細孔と、を少なくとも備え、
    　前記微細孔のうち特定の一群を構成する流路群αは、前記基体の表面（外面）における領域Ａと領域Ｂに各々開口部を有し、
    　前記微細孔のうち他の特定の一群を構成する流路群β（ｎ）は、前記基体の表面（外面）における前記領域Ａと領域Ｃ（ｎ）に各々開口部を有しており、
    　前記基体内において、異なる前記流路群に属する微細孔は（その全長に亘り）離間して配されている、ことを特徴とする流体制御デバイス。
    　ただし、上記ｎは、自然数を表す。
  2. 　前記領域Ａにおいて、全ての微細孔の開口部は二次元的に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御デバイス。
  3. 　前記領域Ａにおける開口部の配置は、異なる前記流路群に属する微細孔の開口部同士が、最も隣接した位置を成している、ことを特徴とする請求項２に記載の流体制御デバイス。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の流体制御デバイスと、該流体制御デバイスを内在するとともに、該流体制御デバイスの領域Ｃに面する単一の流出空間、及び、該流体制御デバイスの領域Ｂと領域Ｃに個別に面する流入空間を少なくとも備えた筐体と、から構成されている、ことを特徴とする流体混合器。
  5. 　単一の基体に、流路として機能する複数の微細孔、複数の流入空間、及び、共通する流出空間を備え、
    　前記微細孔のうち、
    　一群を構成する全ての微細孔は、一方の開口部が特定の前記流入空間に、他方の開口部が前記流出空間に、各々連通し、
    　他の一群を構成する全ての微細孔は、一方の開口部が他の特定の前記流入空間に、他方の開口部が前記流出空間に、各々連通している、ことを特徴とする流体混合器。
  6. 　前記一群を構成する全ての微細孔の他方の開口部と、前記他の一群を構成する全ての微細孔の他方の開口部は、前記流出空間に対する面内において二次元的に配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の流体混合器。
  7. 　前記流出空間に対する面内における前記微細孔の他方の開口部の配置は、異なる前記流入空間に通じる開口部同士が、最も隣接した位置を成している、ことを特徴とする請求項６に記載の流体混合器。
  8. 　前記複数の微細孔が、略同じ長さを有すること、を特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の流体混合器。
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