(57)【要約】【課題】マイクロチャンネルの比表面積を大きくすること。【解決手段】転写基板（１９）のチューブ生成面（１９ａ）にカーボンナノチューブ（４）を生成し、被転写面（２ａ）に形成された溝（２ｃ）を有する被転写基板（２）に対して、チューブ生成面（１９ａ）と被転写面（２ａ）とを対向させた状態で転写基板（１９）と被転写基板（２）とを接近させて、溝（２ｂ）にカーボンナノチューブ（４）を転写し、被転写面（２ａ）と閉塞面（３ａ）とを対向させた状態で被転写基板（２）と閉塞基板（３）とを接合して溝（２ｂ）の開口側を塞いでカーボンナノチューブ（４）と溝（２ｂ）と閉塞面（３ａ）とによって囲まれた流路（７）を形成することを特徴とするマイクロリアクター（１）の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写基板のチューブ生成面にカーボンナノチューブを生成するチューブ生成工程と、
被転写面と、前記被転写面に形成された溝と、を有する被転写基板に対して、前記チューブ生成面と前記被転写面とを対向させた状態で、前記転写基板と前記被転写基板とを接近させて、前記溝に前記チューブ生成面の前記カーボンナノチューブを転写するチューブ転写工程と、
閉塞面を有する閉塞基板に対して、前記被転写面と前記閉塞面とを対向させた状態で、前記被転写基板と前記閉塞基板とを接合して、前記溝の開口側を塞いで、前記カーボンナノチューブと前記溝と前記閉塞面とによって囲まれた空間としての流路を形成する流路形成工程と、
を備え、
前記流路内の比表面積を前記カーボンナノチューブによって大きくする
ことを特徴とするマイクロリアクターの製造方法。
【請求項２】
前記溝に転写された複数の前記カーボンナノチューブの少なくとも先端部に、複数の前記カーボンナノチューブどうしの間を連絡する液体を接触させ、前記液体を気化させて、複数の前記カーボンナノチューブを束ねたカーボンナノチューブ束を作成するチューブ束作成工程、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項３】
前記溝に応じて形成された前記転写基板の凸部に、前記凸部に対応するマスクの孔部が嵌まって、前記転写基板に前記マスクが装着され、前記チューブ生成面としての前記凸部の外表面に沿って前記マスクの外表面が配置された状態で、前記各外表面に前記カーボンナノチューブを生成した後で、前記転写基板に対して着脱可能な前記マスクを取り外して、前記凸部の外表面にのみ前記カーボンナノチューブを残した状態にする前記チューブ生成工程と、
前記溝に前記凸部の外表面の前記カーボンナノチューブを転写する前記チューブ転写工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項４】
溝が形成された被転写面と、カーボンナノチューブがチューブ生成面に生成された転写基板の前記チューブ生成面と前記被転写面とが対向接近されて前記溝に転写された前記カーボンナノチューブと、を有する被転写基板と、
閉塞面を有し、前記被転写面と前記閉塞面とを対向させた状態で、前記被転写基板に接合されて前記溝の開口側を塞ぐ閉塞基板と、
前記カーボンナノチューブと前記溝と前記閉塞面とによって囲まれた空間としての流路と、
を備えたことを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項５】
複数の前記カーボンナノチューブの先端部が束ねられたカーボンナノチューブ束、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクター。
【請求項６】
前記チューブ生成面より吸着性が高い吸着部材により構成された前記被転写面、
を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載のマイクロリアクター。
【請求項７】
ポリジメチルシロキサンにより構成された前記吸着部材、
を備えたことを特徴とする請求項６に記載のマイクロリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリアクターおよびマイクロリアクターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、試料となる流体（マイクロ流体）が通過する数［μｍ］から数百［μｍ］の幅の流路（マイクロ流路、マイクロチャンネル）を有し、マイクロレベルの空間で化学反応やその測定等を行うLab-On-a-Chip（Laboratory on a Chip）やμＴＡＳ（Micro Total Analysis System）等の化学反応装置や化学分析システム、いわゆる、マイクロリアクター（マイクロチャンネルリアクター、マイクロ流体デバイス）についての技術が知られている。前記マイクロリアクターは、少量の試料を用いて反応・測定等を行うことができ、省資源化、省エネルギー化、高効率化、低コスト化等が可能であり、有害物質や危険物質を用いる際の安全性も高いと考えられている。このため、前記マイクロリアクターは、分析化学、合成化学、医療、環境測定等の各分野において有用であり、研究・開発等が盛んに行われている。
【０００３】
また、前記マイクロチャンネル内の空間は、容積あたりの内表面の表面積、いわゆる、比表面積が大きくなるため、比表面積が小さい場合に比べ、前記試料を保持可能な範囲が広くなり、化学反応の効率が高くなることが知られている。ここで、化学反応の効率をさらに高めるために、前記マイクロチャンネル内に、比表面積を大きくするための構造（化学分析用構造）を付与することが提案されている。前記マイクロチャンネル内に比表面積を大きくする構造を付与する技術として、下記の特許文献１および非特許文献１、２の技術が従来公知である。
【０００４】
特許文献１としての特開２００８−２８４４３３号公報には、中空状マイクロチャンネル内表面に膜厚が２００［ｎｍ］以下のメソポーラスシリカ薄膜が固定化されているマイクロリアクターについての技術が記載されている。すなわち、特許文献１では、規則性メソ細孔構造を有するシリカ薄膜を利用し、通常、担持が困難な触媒を容易に担持し、化学反応を効率化させる技術が記載されている。特許文献１では、まず、シリンジによって前記中空状マイクロチャンネルが内部に形成されたキャピラリーガラスに前記シリカ薄膜の前駆体溶液を流入させて浸透させる。次に、窒素ガスの吹き付けにより、前記中空状マイクロチャンネル内から過剰な前記前駆体溶液を除去する。そして、前記キャピラリーガラスを７０℃で８時間乾燥した後、４４０℃で４時間焼結した結果、中空状マイクロチャンネル内表面に前記シリカ薄膜が固定化されると共に、前記シリカ薄膜に規則性メソ細孔構造が形成され、前記マイクロリアクターが作製される。
【０００５】
また、非特許文献１には、カーボンナノチューブ（ＣＮＴｓ：carbon nanotubes）を、マイクロ流路内に垂直配向したマイクロチップ（マイクロリアクター）についての技術が記載されている。非特許文献１では、シリコン基板に平坦且つ幅広なマイクロ流路（マイクロチャンネル）を作製した後、キシレンとフェロゼンを原料とした化学蒸着法（化学気相成長法、化学気相蒸着法、ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）により、垂直に配向した多層カーボンナノチューブを前記マイクロ流路内に位置選択的に作成した後、耐熱ガラスを接着して前記マイクロチップを作製している。
すなわち、非特許文献１には、マイクロチャンネルの底面となる平坦且つ幅広なマイクロ流路が作製されたシリコン基板に、前記化学蒸着法により、カーボンナノチューブを直接作成する技術が記載されている。
【０００６】
さらに、非特許文献２には、非特許文献１と同様に、マイクロチャンネル内で、前記化学蒸着法により、カーボンナノチューブを直接作成する技術が記載されている。非特許文献２には、まず、長さが１５［ｍｍ］、幅が１４０［μｍ］、深さが２０［μｍ］と２５［μｍ］と３０［μｍ］と３５［μｍ］のソーダ石灰ガラス製の前記マイクロチャンネルを準備し、Ｆｅ−Ｓｉ触媒の薄膜を底面に沈着・固着させる。そして、前記マイクロチャンネル内にメタンを注入した後、５００［Ｗ］のマイクロ波を照射して、カーボンナノチューブを作成している。なお、非特許文献２には、メタンにマイクロ波を照射して化学蒸着させる上記の方法で、平坦な基板にカーボンナノチューブを作成した場合には、カーボンナノチューブの長さＬｆ［μｍ］が、作成時間ｔ［ｍｉｎ］の１．５乗に比例して成長するのに対して（Ｌｆ＝ｋ１×ｔ１．５）、前記マイクロチャンネル内でカーボンナノチューブを作成した場合には、カーボンナノチューブの長さＬｃ［μｍ］が、作成時間ｔ［ｍｉｎ］の０．５乗に比例して成長したことが記載されている（Ｌｃ＝ｋ２×ｔ０．５）。
【０００７】
なお、前記非特許文献１、２に記載の前記カーボンナノチューブは、直径が数［ｎｍ］から数十［ｎｍ］、長さが数［μｍ］から数［ｍｍ］のチューブ状の物質である。また、前記非特許文献１、２に記載の前記化学蒸着法等により、前記カーボンナノチューブどうしが数十［ｎｍ］から数百［ｎｍ］の間隔となり、代表寸法となる長さが数十［μｍ］となるように作成することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２８４４３３号公報（要約書、「０００７」〜「００３０」、図１〜図５）
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】吾郷浩樹、“マイクロチップ内に成長させた配向カーボンナノチューブの触媒機能”、「online」、２００６年５月３１日、財団法人日産科学振興財団、「２００９年３月１９日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nissan-zaidan.or.jp/membership/2004/05_seika/0009.pdf＞
【非特許文献２】ハオシャン・ウー（Hao-Hsuan Wu）、他２名、“ガラス基板のマイクロチャンネル内におけるカーボンナノチューブの成長について（Growth of carbon nanotubes in the microchannels of glass substrates）”、ダイアモンド・アンド・リレーテッド・マテリアルズ・１７（Diamond & Related Materials 17）、（米国）、エルシビアー（Elsevier）、２００８年、ｐ．１４６２−１４６６
【非特許文献３】丸山茂夫、他３名、“アルコールＣＣＶＤ法による単層カーボンナノチューブの低温高純度生成”、「online」、２００３年２月４日、東京大学、「２００９年３月３０日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/~maruyama/papers/02/Miyauchi_JSME.pdf＞
【非特許文献４】“ＰＤＭＳ仕様−ＰＤＭＳ製マイクロ流体チップ受託作製サービス  フルイドウェアテクノロジーズ”、「online」、２００７年４月、フルイドウェアテクノロジーズ株式会社、「２００９年４月１日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.fluidware-technologies.com/chip/hard-pdms/hard-pdms-index.htm＞
【非特許文献５】“Ｗａｋｏ  Ｂｉｏ  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｎｏ．２９”、「online」、２００１年５月、和光純薬工業株式会社、「２００９年４月７日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.wako-chem.co.jp/siyaku/journal/biowin/pdf/bio29.pdf＞
【非特許文献６】“マイクロＴＡＳ接着装置［ウシオ電機株式会社］”、「online」、２００７年３月、ウシオ電機株式会社、「２００９年４月１日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.ushio.co.jp/jp/products/list/bio_mems/bio_mems_02.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（従来技術の問題点）
前記特許文献１の技術では、規則性メソ細孔構造を有するシリカ薄膜を作成する際に、前駆体溶液を流入、過剰分を除去、乾燥、焼結する各工程が必要となるため、前記マイクロリアクターの作製工程が多くなり、作製費用が高くなるという問題があった。
また、前記特許文献１の技術では、前記焼結する工程が必要であり、前記マイクロチャンネル内を高温加熱する必要がある。また、前記非特許文献１、２の技術についても同様に、前記化学蒸着法によって前記カーボンナノチューブを作成するために、前記マイクロチャンネル内を高温加熱する必要がある。
すなわち、前記特許文献１および前記非特許文献１、２の技術では、前記マイクロチャンネル内に比表面積を大きくする構造を付与するために、前記マイクロチャンネル内を高温加熱しなければならないという問題があった。
【００１１】
また、前記非特許文献１、２の技術では、前記カーボンナノチューブを狭小な前記マイクロチャンネル内に直接作成する場合は、平坦なシリコン基板に合成する場合に比べ、長く成長させ難く、非特許文献２に記載されているように、現実的な作成時間で高々１［μｍ］程度にしか成長せず、且つ、基板に対して垂直に配向し難いため、代表寸法が数十［μｍ］程度になるまで成長させることが困難であるという問題があった。
すなわち、前記非特許文献１、２の技術では、前記マイクロチャンネル内に前記カーボンナノチューブを十分に成長させることができず、マイクロチャンネルの比表面積を大きくし難いという問題があった。
【００１２】
本発明は、前述の事情に鑑み、マイクロチャンネルの比表面積を大きくすることを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記技術的課題を解決するために、請求項１記載の発明のマイクロリアクターの製造方法は、
転写基板のチューブ生成面にカーボンナノチューブを生成するチューブ生成工程と、
被転写面と、前記被転写面に形成された溝と、を有する被転写基板に対して、前記チューブ生成面と前記被転写面とを対向させた状態で、前記転写基板と前記被転写基板とを接近させて、前記溝に前記チューブ生成面の前記カーボンナノチューブを転写するチューブ転写工程と、
閉塞面を有する閉塞基板に対して、前記被転写面と前記閉塞面とを対向させた状態で、前記被転写基板と前記閉塞基板とを接合して、前記溝の開口側を塞いで、前記カーボンナノチューブと前記溝と前記閉塞面とによって囲まれた空間としての流路を形成する流路形成工程と、
を備え、
前記流路内の比表面積を前記カーボンナノチューブによって大きくする
ことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマイクロリアクターの製造方法において、
前記溝に転写された複数の前記カーボンナノチューブの少なくとも先端部に、複数の前記カーボンナノチューブどうしの間を連絡する液体を接触させ、前記液体を気化させて、複数の前記カーボンナノチューブを束ねたカーボンナノチューブ束を作成するチューブ束作成工程、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のマイクロリアクターの製造方法において、
前記溝に応じて形成された前記転写基板の凸部に、前記凸部に対応するマスクの孔部が嵌まって、前記転写基板に前記マスクが装着され、前記チューブ生成面としての前記凸部の外表面に沿って前記マスクの外表面が配置された状態で、前記各外表面に前記カーボンナノチューブを生成した後で、前記転写基板に対して着脱可能な前記マスクを取り外して、前記凸部の外表面にのみ前記カーボンナノチューブを残した状態にする前記チューブ生成工程と、
前記溝に前記凸部の外表面の前記カーボンナノチューブを転写する前記チューブ転写工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
前記技術的課題を解決するために、請求項４記載の発明のマイクロリアクターは、
溝が形成された被転写面と、カーボンナノチューブがチューブ生成面に生成された転写基板の前記チューブ生成面と前記被転写面とが対向接近されて前記溝に転写された前記カーボンナノチューブと、を有する被転写基板と、
閉塞面を有し、前記被転写面と前記閉塞面とを対向させた状態で、前記被転写基板に接合されて前記溝の開口側を塞ぐ閉塞基板と、
前記カーボンナノチューブと前記溝と前記閉塞面とによって囲まれた空間としての流路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のマイクロリアクターにおいて、
複数の前記カーボンナノチューブの先端部が束ねられたカーボンナノチューブ束、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のマイクロリアクターにおいて、
前記チューブ生成面より吸着性が高い吸着部材により構成された前記被転写面、
を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のマイクロリアクターにおいて、
ポリジメチルシロキサンにより構成された前記吸着部材、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、４に記載の発明によれば、チューブ生成面上に生成したカーボンナノチューブを溝に転写するため、流路内でカーボンナノチューブを直接生成させた場合に比べ、十分に長く成長したカーボンナノチューブを流路内に配置でき、流路内の比表面積を大きくすることができる。
【００２１】
請求項２、５に記載の発明によれば、カーボンナノチューブ束どうしの隙間を化学反応の反応場として利用可能な場合に、流路内の化学反応の効率を向上させることができる。
請求項２、５に記載の発明によれば、吸着部材によって構成された溝がチューブ生成面上のカーボンナノチューブに吸着するため、溝が吸着部材によって構成されていない場合に比べ、溝に前記カーボンナノチューブを転写させ易くすることができる。また、請求項５に記載の発明によれば、被転写面を閉塞面に粘着させて被転写面と閉塞面とを密着させることができ、被転写面が吸着部材により構成されていない場合に比べ、樹脂基板と閉塞基板とを接合し易くでき、流路を形成し易くすることができる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、任意の形状の溝に対応したカーボンナノチューブを生成でき、凸部の外表面のカーボンナノチューブを溝に転写できる。この結果、例えば、溝をマイクロメートルオーダーの幅で形成した場合でも、マイクロメートルオーダーの幅の溝内にカーボンナノチューブを転写することができ、流路の形状の自由度を高くすることができる。また、凸部の外表面上で十分に長く成長したカーボンナノチューブをマイクロメートルオーダーの幅の流路内に配置できるため、マイクロメートルオーダーの幅のマイクロチャンネル内でカーボンナノチューブを十分に長く成長させられない場合に比べ、流路内の比表面積を大きくすることができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、溝が吸着部材によって構成されていない場合に比べ、溝にカーボンナノチューブを転写させ易くすることができる。
請求項７に記載の発明によれば、ポリジメチルシロキサンを鋳型で成型して樹脂基板を作製でき、溝を簡便に加工できる。また、請求項７に記載の発明によれば、ポリジメチルシロキサンが、高弾性、自己吸着性、粘性（流動性）を備えており、溝が前記ポリジメチルシロキサンによって構成されていない場合に比べ、溝に前記カーボンナノチューブを転写させ易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明の実施例１のマイクロリアクターの全体説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１のマイクロリアクターの要部拡大説明図であり、図２Ａは実施例１の樹脂基板の説明図であり、図２Ｂは実施例１のガラス板の説明図であり、図２Ｃは図１のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面の拡大説明図であり、実施例１のカーボンナノチューブ束の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のチューブ生成工程の説明図であり、化学蒸着装置の説明図である。
【図４】図４は本発明の実施例１のチューブ転写工程の説明図であり、図４Ａは鋳型を用いて樹脂基板を作成する際の斜視説明図であり、図４Ｂは樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とを対向させて接近させた状態の斜視説明図であり、図４Ｃは図４ＢのＩＶＣ−ＩＶＣ線断面図であり、図４Ｄは図４Ｃの状態から樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とによってカーボンナノチューブを挟み込んだ状態の説明図であり、図４Ｅは図４Ｄの状態から樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とを対向させて接近させた状態の説明図である。
【図５】図５は本発明の実施例１のマイクロチャンネル形成工程の説明図であり、図５Ａは図４Ｂに対応する図４Ｅの状態の斜視説明図であり、図５Ｂは図５Ａの状態からシリコン基板の平坦面に替えてガラス板の閉塞面を樹脂基板の吸着面に対向させて接近させた状態の斜視説明図であり、図５Ｃは図５ＢのＶＣ−ＶＣ線断面図であり、図５Ｄは図５Ｃの状態から樹脂基板とガラス板とが接合した状態の説明図である。
【図６】図６は本発明の実施例１のチューブ束作成工程の説明図であり、図６Ａは図５Ｄの状態から一方の貫通孔にシリンジの針を差し込んだ状態の説明図であり、図６Ｂは図６Ａの状態からマイクロチャンネル内にエタノールが注入された状態の説明図であり、図６Ｃは図６Ｂの状態からマイクロチャンネル内に空気が注入されてエタノールが気化した状態の説明図である。
【図７】図７は実施例１のチューブ生成工程において、凸部を有するシリコン基板にマスクを装着した場合の説明図であり、図７Ａはシリコン基板にマスクが装着された状態の説明図、図７Ｂは凸部を有するシリコン基板の説明図、図７Ｃはマスクの説明図、図７Ｄは図７Ａの状態からカーボンナノチューブが生成された状態の説明図であり、図７Ｅは図７Ｃの状態からマスクを取り外した状態の説明図である。
【図８】図８は本発明の実施例１の作用説明図であり、転写の前後のカーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図８Ａはシリコン基板の平坦面上の転写前のカーボンナノチューブの説明図、図８Ｂは樹脂基板の溝内に転写後のカーボンナノチューブの説明図である。
【図９】図９は実験例１、２の実験結果であり、凝集後のカーボンナノチューブ束の先端部を走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図９Ａは液体の接触範囲と非接触範囲との境界を示す説明図、図９Ｂは実験例１の代表寸法が１８．５［μｍ］のカーボンナノチューブの先端部が凝集した状態の説明図、図９Ｃは実験例２の代表寸法が１８．５［μｍ］のカーボンナノチューブの先端部が凝集した状態の説明図である。
【図１０】図１０は実験例１および実験例２の実験結果であり、横軸にカーボンナノチューブの代表寸法［μｍ］ををとり、縦軸にカーボンナノチューブの凝集幅［μｍ］とったグラフの説明図である。
【図１１】図１１は実験例１および実験例２の実験結果であり、横軸にカーボンナノチューブの代表寸法［μｍ］ををとり、縦軸にカーボンナノチューブの凝集間隔［μｍ］をとったグラフの説明図である。
【図１２】図１２は実験例３の実験結果であり、マイクロチャンネル内のカーボンナノチューブの先端部を走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図１２Ａはチューブ束作成工程におけるエタノール注入前のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｂは図１２Ａの状態からエタノール注入後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｃは図１２Ｂの状態からエタノール気化後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｄは図１２Ｃの状態からエタノール再注入後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図である。
【図１３】図１３はマイクロチャンネル内のエタノールが気化する過程の説明図であり、図１３Ａは図６Ｂの状態から空気が注入されてエタノールが除去された状態の説明図、図１３Ｂは図１３Ａの状態からエタノールが気化して隣接するカーボンナノチューブの先端部どうしの間にエタノールの滴が点在する状態の説明図、図１３Ｃは図１３Ｂのエタノールの滴の拡大説明図、図１３Ｄは図１３Ｃの状態からエタノールの滴が縮小した状態の説明図である。
【図１４】図１４は実験例４、５および比較例１の実験装置の説明図であり、図１４Ａは実験装置の全体説明図、図１４Ｂは実験例４のマイクロリアクターの説明図、図１４Ｃは実験例５のマイクロリアクターの説明図、図１４Ｄは比較例１のマイクロリアクターの説明図である。
【図１５】図１５は実験例４、５および比較例１の実験結果であり、横軸に時間［ｓｅｃ］ををとり、縦軸にレゾルフィンの蛍光強度をとったグラフの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、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。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の実施例１のマイクロリアクターの全体説明図である。
図２は本発明の実施例１のマイクロリアクターの要部拡大説明図であり、図２Ａは実施例１の樹脂基板の説明図であり、図２Ｂは実施例１のガラス板の説明図であり、図２Ｃは図１のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面の拡大説明図であり、実施例１のカーボンナノチューブ束の説明図である。
図１、図２において、本発明の実施例１のマイクロリアクター（微小反応装置）１は、被転写基板の一例としての樹脂基板２と、閉塞基板の一例としてのガラス板３とを有する。
【００２７】
実施例１の前記樹脂基板２は、被転写面の一例としての吸着面２ａと、前記吸着面２ａの反対側の外面２ｂとを有する。実施例１の前記吸着面２ａには、マイクロメートルオーダの深さを有する溝２ｃが形成されている。また、前記溝２ｃの両端部には、前記各面２ａ，２ｂを貫通する貫通孔２ｄ，２ｄが形成されている。
また、図２Ｃにおいて、前記溝２ｃの内部には、基端部が前記溝２ｃの底面に突き刺された状態で支持された複数のカーボンナノチューブ４が配置されている。また、実施例１では、隣接する前記カーボンナノチューブ４どうしの先端部が前記溝２ｃの開口側で束ねられており、隣接する前記カーボンナノチューブ４ごとの束である複数のカーボンナノチューブ束６が形成されている。
【００２８】
なお、実施例１の前記溝２ｃは、前記底面の縦幅および横幅が、１０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］、深さが、６０［μｍ］となるように予め設定されている。さらに、実施例１では、前記各カーボンナノチューブ４の長さの平均値、いわゆる、代表寸法が、約２８［μｍ］となるように予め設定されている。
また、実施例１の前記ガラス板３は、前記吸着面２ａと対向する閉塞面３ａを有する。
実施例１の前記マイクロリアクター１は、前記吸着面２ａと前記閉塞面３ａとが接合されて、前記樹脂基板２と前記ガラス板３とが接合されている。また、前記マイクロリアクター１では、前記閉塞面３ａによって前記溝２ｃの開口側が閉塞されており、前記カーボンナノチューブ束６と前記溝２ｃと前記閉塞面３ａとによって囲まれた空間としてのマイクロチャンネル（マイクロチャネル、マイクロ流路、流路）７が形成されている。
【００２９】
（実施例１のマイクロリアクターの製造方法について）
次に、実施例１の前記マイクロリアクター１の製造方法の各工程の流れを、以下に説明する。
（実施例１のチューブ生成工程について）
図３は本発明の実施例１のチューブ生成工程の説明図であり、化学蒸着装置の説明図である。
図３において、実施例１の前記カーボンナノチューブ４は、チューブ生成装置の一例としての化学蒸着装置１１により生成される。
実施例１の前記化学蒸着装置１１は、試料を支持する支持台１２と前記支持台１２の上方を覆う外周壁１３とによって囲まれた加熱室１４を有する。また、前記加熱室１４の中央部には、上端部が前記支持台１２を貫通して前記加熱室１４内に延び且つ前記加熱室１４外の下端部が電源１６に接続された電力供給部の一例としてのヒーター支持部１７，１７が前記支持台１２に支持されている。また、ヒーター支持部１７，１７の上端部には、加熱部材の一例としての平板状のヒーター１８が支持されている。
【００３０】
実施例１の前記ヒーター１８上には、転写基板の一例としてのシリコン基板（酸化膜付きシリコン基板、Ｓｉ／ＳｉＯ２基板）１９が支持されている。実施例１の前記シリコン基板１９は、チューブ生成面の一例としての平坦面（上面）１９ａと、前記ヒーター１８と接触する前記平坦面１９ａの反対側の被加熱面（下面）１９ｂとを有する。また、前記平坦面１９ａ上には、主成分としての鉄（Ｆｅ）とその他の触媒補助剤等とによって構成された触媒２１が物理蒸着によって成膜されている。
なお、実施例１の前記シリコン基板１９は、縦幅および横幅が、８［ｍｍ］×８［ｍｍ］となるように予め設定されている。
また、前記ヒーター１８の下方には、試料としてのエタノールが収容された試料収容容器２２が前記支持台１２に支持されている。
さらに、実施例１の前記加熱室１４には、前記加熱室１４内の気体（反応性ガス、活性ガス）を排気（真空引き）するための真空ポンプ（ロータリポンプ）２３と、前記加熱室１４内に窒素ガス（不活性ガス）を注入するための窒素タンク２４とが接続されている。
【００３１】
図３において、実施例１のチューブ生成工程では、まず、前記真空ポンプ２３によって前記加熱室１４内を真空引きし、前記窒素タンク２４によって前記加熱室１４内を窒素ガスで満たすことにより、前記加熱室１４内をパージする。次に、エタノールが収容された試料収容容器２２を、窒素ガスで満たされた前記加熱室１４内に進入させる。次に、前記ヒーター１８を、約７００℃にまで昇温させ、前記シリコン基板１９および前記触媒２１を加熱する。この結果、前記触媒２１の鉄（Ｆｅ）が加熱されて微粒子化すると共に、前記ヒーター１８の熱によって前記試料収容容器２２に収容されたエタノールが気化する。そして、気化した炭素源としての前記エタノールが前記加熱室１４内に充満して、前記鉄（Ｆｅ）の微粒子と衝突し、炭素原子が前記鉄（Ｆｅ）内に溶け込む（取り込まれる）ことにより、前記カーボンナノチューブ４が析出される。
【００３２】
すなわち、実施例１の前記チューブ生成工程では、前記ヒーター１８の加熱により、前記エタノールを前記鉄（Ｆｅ）に溶け込ませて、前記平坦面１９ａ上に前記カーボンナノチューブ４を生成する。
なお、実施例１の前記チューブ生成工程では、前記触媒２１の鉄（Ｆｅ）が失活するまで、前記カーボンナノチューブ４を成長させることが可能である。このため、前記触媒２１の寿命に応じて、前記カーボンナノチューブ４の代表寸法を、例えば、約１０［ｍｉｎ］程度で、約２８［μｍ］まで成長させられることが確認できた。
なお、実施例１の前記チューブ生成工程は、いわゆる、アルコールＣＣＶＤ（アルコール触媒ＣＶＤ、Alcohol Catalytic Chemical Vapor Deposition）法として、例えば、非特許文献３等に記載されており、公知である。
【００３３】
（実施例１のチューブ転写工程について）
図４は本発明の実施例１のチューブ転写工程の説明図であり、図４Ａは鋳型を用いて樹脂基板を作成する際の斜視説明図であり、図４Ｂは樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とを対向させて接近させた状態の斜視説明図であり、図４Ｃは図４ＢのＩＶＣ−ＩＶＣ線断面図であり、図４Ｄは図４Ｃの状態から樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とによってカーボンナノチューブを挟み込んだ状態の説明図であり、図４Ｅは図４Ｄの状態から樹脂基板の溝とシリコン基板の平坦面とを対向させて接近させた状態の説明図である。
また、図４Ａにおいて、実施例１の前記樹脂基板２は、例えば、鋳型（モールド）２６に樹脂を流し込むことにより作製できる。実施例１の前記鋳型２６の中央部には、前記溝２ｃに対応して、縦幅および横幅が、１０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］、高さが、６０［μｍ］で予め設定された突起２６ａが形成されている。
【００３４】
なお、実施例１では、流し込まれる前記樹脂として、従来公知のマイクロリアクタと同様に、吸着部材の一例としてのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Polydimethylsiloxane）が採用されている。
図４Ａにおいて、実施例１では、まず、液体状の前記ポリジメチルシロキサンが流し込まれた前記鋳型２６を、６０℃で、６０［ｍｉｎ］加熱して、前記ポリジメチルシロキサンを硬化させる。次に、前記ポリジメチルシロキサンを前記鋳型２６から剥離し、前記貫通孔２ｄ，２ｄを空けることにより、前記樹脂基板２を作製する。
【００３５】
また、図４Ｂ〜図４Ｅにおいて、実施例１のチューブ転写工程では、まず、前記樹脂基板２の吸着面２ａの溝２ｃと、前記シリコン基板１９の平坦面１９ａとを対向させて、図４Ｂ、図４Ｃに示す状態にする。次に、図４Ｂ、図４Ｃに示す状態から、前記溝２ｃと前記平坦面１９ａとを接近させて、前記溝２ｃと前記平坦面１９ａとによって前記平坦面１９ａ上のカーボンナノチューブ４を挟み込んで、図４Ｄに示す状態にする。この結果、前記平坦面１９ａ上のカーボンナノチューブ４の先端部が前記溝２ｃの底面に突き刺さった状態となる。
【００３６】
ここで、シリコンゴム（シリコン樹脂）として使用される熱硬化した前記ポリジメチルシロキサンは、高弾性、自己吸着性、粘性（流動性）等を備えていることが知られている（例えば、非特許文献４等参照）。よって、前記平坦面１９ａ上の前記カーボンナノチューブ４の先端部を、前記溝２ｃの底面に押し込むと、前記先端部が前記底面内に突き刺さった後、前記ポリジメチルシロキサンの弾性により、前記先端部の突き刺さった範囲が締め付けられて挟持されたり、前記先端部に押し退けられた底面が流動して戻ってきて前記先端部に纏わり付いて吸着した状態になったりするものと考えられる。
そして、図４Ｄに示す状態から、前記溝２ｃと前記平坦面１９ａとを離隔させると、図４Ｅに示すように前記溝２ｃに突き刺さった前記カーボンナノチューブ４は前記平坦面１９ａから離れた状態になる。
すなわち、実施例１の前記チューブ転写工程では、前記溝２ｃと前記平坦面１９ａとを接近させ、前記平坦面１９ａ上のカーボンナノチューブ４を前記溝２ｃ側に押し付けることにより、前記カーボンナノチューブ４を前記平坦面１９ａから前記溝２ｃに転写する。
【００３７】
（実施例１のマイクロチャンネル形成工程について）
図５は本発明の実施例１のマイクロチャンネル形成工程の説明図であり、図５Ａは図４Ｂに対応する図４Ｅの状態の斜視説明図であり、図５Ｂは図５Ａの状態からシリコン基板の平坦面に替えてガラス板の閉塞面を樹脂基板の吸着面に対向させて接近させた状態の斜視説明図であり、図５Ｃは図５ＢのＶＣ−ＶＣ線断面図であり、図５Ｄは図５Ｃの状態から樹脂基板とガラス板とが接合した状態の説明図である。
また、図５において、実施例１のマイクロチャンネル形成工程（流路形成工程）では、まず、図５Ａに示す状態から、前記ガラス板３の閉塞面３ａを、前記カーボンナノチューブ４が転写された前記樹脂基板２の吸着面２ａに対向させて、図５Ｂ、図５Ｃに示す状態にする。
【００３８】
そして、図５Ｂ、図５Ｃに示す状態から、前記吸着面２ａと前記閉塞面３ａとを接近させ、前記樹脂基板２と前記ガラス板３とを密着させて接合して、図５Ｄに示す状態にする。この結果、前記吸着面２ａと前記閉塞面３ａとによって前記溝２ｃの開口側である下側が塞がれ、前記カーボンナノチューブ４と前記溝２ｃと前記閉塞面３ａとによって囲まれた前記マイクロチャンネル７が形成される。
すなわち、実施例１の前記マイクロチャンネル形成工程では、前記吸着面２ａと前記閉塞面３ａとによって前記溝２ｃの開口を閉塞することにより、前記マイクロチャンネル７を形成する。
【００３９】
（実施例１のチューブ束作成工程について）
図６は本発明の実施例１のチューブ束作成工程の説明図であり、図６Ａは図５Ｄの状態から一方の貫通孔にシリンジの針を差し込んだ状態の説明図であり、図６Ｂは図６Ａの状態からマイクロチャンネル内にエタノールが注入された状態の説明図であり、図６Ｃは図６Ｂの状態からマイクロチャンネル内に空気が注入されてエタノールが気化した状態の説明図である。
また、図５、図６において、実施例１のチューブ束作成工程では、まず、図５Ｄに示す状態から、図６Ａに示すように、エタノールが収容されたシリンジ（注射器）２７の針を、一方の前記貫通孔２ｄに差し込む。次に、図６Ａに示す状態から、前記シリンジ２７内のエタノールを、前記マイクロチャンネル７内に注入し（注射し）、図６Ｂに示すように、前記マイクロチャンネル７内を前記エタノールで満たし、複数の前記カーボンナノチューブ４どうしの間に前記エタノールを浸透させる。
【００４０】
そして、図６Ｂに示す状態から、前記シリンジ２７に空気を収容し直した後、前記シリンジ２７内の空気を、前記マイクロチャンネル７内に注入し（注射し）、前記マイクロチャンネル７内のエタノールを、他方の前記貫通孔２ｄから押し出して除去し、その後も前記空気を注入し続ける。この結果、図６Ｃに示すように、前記マイクロチャンネル７内に残留していた前記エタノールが乾燥し、気化すると共に、隣接する複数の前記カーボンナノチューブ４どうしの先端部が凝集して、複数の前記カーボンナノチューブ束６が作成される。
すなわち、実施例１の前記チューブ束作成工程では、前記マイクロチャンネル７内のカーボンナノチューブ４にエタノールを接触させた後、空気を注入して前記エタノールを気化させることにより、前記カーボンナノチューブ束６を作成する。
【００４１】
（実施例１の作用）
前記構成を備えた実施例１の前記マイクロリアクター１は、図１、図２に示すように、前記マイクロチャンネル７内に、複数の前記カーボンナノチューブ４が配置されている。よって、実施例１の前記マイクロリアクター１は、前記マイクロチャンネル７内に前記カーボンナノチューブ４が配置されていない場合に比べ、前記マイクロチャンネル７内の比表面積を大きくすることができる。
また、実施例１の前記マイクロリアクター１の製造方法では、図３、図４に示すように、アルコールＣＣＶＤ法により、前記シリコン基板１９の平坦面１９ａにカーボンナノチューブ４を生成した後、前記平坦面１９ａから前記樹脂基板２の溝２ｃにカーボンナノチューブ４が転写される。そして、図５に示すように、前記カーボンナノチューブ４が転写された前記樹脂基板２の吸着面２ｂに、前記ガラス板３ｂの閉塞面３ａが接合されて前記マイクロチャンネル７が形成される。
【００４２】
この結果、実施例１の前記マイクロリアクター１の製造方法では、前記マイクロチャンネル７を構成する樹脂基板２やガラス板３を高温加熱せずに、前記マイクロチャンネル７内にカーボンナノチューブ４を配置することができる。よって、実施例１の前記マイクロリアクター１は、マイクロチャンネル７内に比表面積を大きくする構造を付与するためにマイクロチャンネル７内を高温加熱することを回避でき、特許文献１や非特許文献１、２に記載の技術に比べ、耐熱性等を考慮せずにマイクロチャンネル７を構成するために最適な樹脂基板２やガラス板３の材料を選択できる。
【００４３】
なお、実施例１の前記樹脂基板２は、ポリジメチルシロキサンによって構成されている。このため、実施例１の前記マイクロリアクター１では、前記樹脂基板２と前記ガラス板３とを密着させて接合することが可能となっている。すなわち、実施例１の前記マイクロリアクター１では、カーボンナノチューブ４が生成されたシリコン基板１９とガラス板３とを接合して作成する非特許文献１に記載のマイクロチップに比べ、基板どうしを接合し易くなっている。また、図４Ａに示すように、実施例１の前記樹脂基板２は、前記鋳型２６にポリジメチルシロキサンを流し込むことにより作製できるため、前記樹脂基板２を、前記鋳型２６に応じた任意の形状に簡便に加工でき、例えば、前記溝２ｃを、マイクロメートルオーダーの幅で形成することも可能である。
この場合、前記平坦面１９ａから前記溝２ｃにカーボンナノチューブ４が転写されるため、前記溝２ｃの形状に応じて前記カーボンナノチューブ４を前記平坦面１９ａ上に生成すれば、任意の形状の前記溝２ｃに前記カーボンナノチューブ４を転写できる。
【００４４】
図７は実施例１のチューブ生成工程において、凸部を有するシリコン基板にマスクを装着した場合の説明図であり、図７Ａはシリコン基板にマスクが装着された状態の説明図、図７Ｂは凸部を有するシリコン基板の説明図、図７Ｃはマスクの説明図、図７Ｄは図７Ａの状態からカーボンナノチューブが生成された状態の説明図であり、図７Ｅは図７Ｃの状態からマスクを取り外した状態の説明図である。
例えば、前記溝２ｃが、図１、図２Ａ等に示すミリメートルオーダーの正方形ではなく、図７に示すマイクロメートルオーダーの幅でＹ字形に形成されていた場合に、前記転写基板１９に、前記溝２ｃのＹ字形に応じた凸部１９ｃを形成し（図７Ｂ参照）、前記凸部１９ｃに対応する孔部２８を有するマスク２９（図７Ｃ参照）を装着した場合について考える。この場合、前記凸部１９ｃに前記孔部２８が嵌まって、前記マスク２９の外表面２９ａが前記凸部１９ｃの外表面（チューブ生成面）１９ｄに沿って配置され、実施例１の前記平坦面１９ａと同様に形成される（図７Ａ参照）。
【００４５】
また、図７Ａに示す状態から、前記各外表面１９ｄ，２９ａに前記カーボンナノチューブ４を生成した後で（図７Ｄ参照）、前記シリコン基板１９から前記マスク２９を取り外せば、前記凸部１９ｃの外表面１９ｄにのみ前記カーボンナノチューブ４が残った状態になる（図７Ｅ参照）。
すなわち、前記溝２ｃの形状に応じた前記マスク２９を使用することにより、任意の形状の前記溝２ｃに対応した前記カーボンナノチューブ４を生成でき、前記凸部１９ｃの外表面１９ｄ上の前記カーボンナノチューブ４を前記溝２ｃに転写できる。なお、前記マスク２９を用いて、任意の形状の前記カーボンナノチューブ４を生成できることは、予備実験により確認されている。
【００４６】
このため、実施例１の前記マイクロリアクター１では、例えば、前記溝２ｃを、マイクロメートルオーダーの幅を有し、且つ、前記貫通孔２ｄ，２ｄどうしの間を結ぶ直線状に形成した場合でも、狭小な直線状の前記溝２ｃ内に前記カーボンナノチューブ４を転写することが可能となっている。
この結果、実施例１の前記マイクロリアクター１は、平坦面１９ａ上に成長したカーボンナノチューブ４を直接使用する非特許文献１に記載のマイクロチップに比べ、前記マイクロチャンネル７の形状の自由度を高くすることができる。また、実施例１の前記マイクロリアクター１は、前記平坦面１９ａ上で十分に長く成長したカーボンナノチューブ４を狭小なマイクロチャンネル７内に配置でき、狭小なマイクロチャンネル内でカーボンナノチューブを十分に長く成長させられない非特許文献２に記載の技術に比べ、前記マイクロチャンネル７内の比表面積を大きくすることができる。
【００４７】
図８は本発明の実施例１の作用説明図であり、転写の前後のカーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図８Ａはシリコン基板の平坦面上の転写前のカーボンナノチューブの説明図、図８Ｂは樹脂基板の溝内に転写後のカーボンナノチューブの説明図である。
また、実施例１では、前記チューブ転写工程（図４Ｂ〜図４Ｅ参照）により、前記シリコン基板１９の平坦面１９ａのカーボンナノチューブ４は、ポリジメチルシロキサン製の前記樹脂基板２の溝２ｃ内に９割以上が転写されることが確認された。このとき、転写の前後で前記カーボンナノチューブ４を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察したところ、図８Ａ、図８Ｂに示すように、前記カーボンナノチューブ４は、転写の前後に渡って各基板２，１９に対して垂直に配向していること、すなわち、垂直性を保持していることが確認された。
【００４８】
よって、実施例１の前記マイクロリアクター１は、狭小なマイクロチャンネル内でカーボンナノチューブを成長させた結果、前記カーボンナノチューブが垂直に配向し難い非特許文献１、２に記載の技術に対し、前記平坦面１９ａ上で垂直に配向したカーボンナノチューブ４をマイクロチャンネル７内に配置できる。
また、実施例１では、図６に示すように、前記マイクロチャンネル７内のカーボンナノチューブ４にエタノールを接触させた後、前記エタノールを気化させることにより、前記カーボンナノチューブ束６を作成する前記チューブ束作成工程が実行される。
【００４９】
（実験例）
ここで、実施例１の前記チューブ束作成工程（図６参照）によって作成される前記カーボンナノチューブ束６を評価するために、以下の実験例１、２を準備した。
（実験例１）
実験例１では、まず、実施例１の前記チューブ生成工程（図３参照）により、前記平坦面１９ａ上に、前記カーボンナノチューブ４を、代表寸法が、８［μｍ］，１８．５［μｍ］，２８［μｍ］となるように生成した。次に、３種類の各カーボンナノチューブ４に、エタノールを、２［μＬ］だけそれぞれ滴下した。そして、前記エタノールを気化させて、作成された複数の前記カーボンナノチューブ束６の凝集した先端部の幅の平均値である凝集幅ｄ１［μｍ］（図２Ｃ、図６Ｃ参照）および複数の前記カーボンナノチューブ束６の凝集した先端部どうしの間隔の平均値である凝集間隔ｄ２［μｍ］（図２Ｃ、図６Ｃ参照）をそれぞれ測定した。
【００５０】
（実験例２）
また、実験例２では、まず、実験例１と同様に、前記平坦面１９ａ上に、前記カーボンナノチューブ４を、代表寸法が、８［μｍ］，１８．５［μｍ］，２８［μｍ］となるように生成した。次に、前記カーボンナノチューブ４に、加速電圧５００［Ｖ］のアルゴンプラズマを５［ｍｉｎ］間だけ照射して、前記カーボンナノチューブ４の親水化を行った。なお、前記アルゴンプラズマとは、加速電圧によりイオン化されプラズマ状態になったアルゴンガスのことである（例えば、特開２００６−１１１５０４号公報や特開２００１−１３３４３９号公報等参照）。また、液体の滴下前に、アルゴンプラズマを照射する場合には、照射しない場合に比べ、前記カーボンナノチューブ４間に前記液体が浸透し易くなることが予備実験により確認されている。
次に、３種類の前記各カーボンナノチューブ４に、純水を、１［μＬ］だけそれぞれ滴下して前記カーボンナノチューブ４間に前記純水を浸透させた。そして、前記純水を気化させて、作成された複数の前記カーボンナノチューブ束６の前記凝集幅ｄ１［μｍ］および前記凝集間隔ｄ２［μｍ］をそれぞれ測定した。
【００５１】
（実験例１、２の実験結果）
図９は実験例１、２の実験結果であり、凝集後のカーボンナノチューブ束の先端部を走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図９Ａは液体の接触範囲と非接触範囲との境界を示す説明図、図９Ｂは実験例１の代表寸法が１８．５［μｍ］のカーボンナノチューブの先端部が凝集した状態の説明図、図９Ｃは実験例２の代表寸法が１８．５［μｍ］のカーボンナノチューブの先端部が凝集した状態の説明図である。
図１０は実験例１および実験例２の実験結果であり、横軸にカーボンナノチューブの代表寸法［μｍ］ををとり、縦軸にカーボンナノチューブの凝集幅［μｍ］とったグラフの説明図である。
図１１は実験例１および実験例２の実験結果であり、横軸にカーボンナノチューブの代表寸法［μｍ］ををとり、縦軸にカーボンナノチューブの凝集間隔［μｍ］をとったグラフの説明図である。
【００５２】
図９Ａに示すように、実験例１、２では、各液体（エタノール、純水）の滴下されて接触した接触範囲Ａ１と、接触しなかった非接触範囲Ａ２との境界（図９Ａの破線参照）が形成されていることが確認できる。また、図９Ｂ、図９Ｃに示すように、実験例１、２では、前記各液体（エタノール、純水）の接触範囲Ａ１は、前記カーボンナノチューブ４の先端部が凝集して、複数のカーボンナノチューブ束６が作成されていることが確認できる（図９Ｂ、図９Ｃの白色部分参照）。
また、図１０、図１１に示すように、実験例１の前記カーボンナノチューブ４の代表寸法が、８［μｍ］，１８．５［μｍ］，２８［μｍ］の場合に、前記凝集幅ｄ１が、約５［μｍ］，約８［μｍ］，約１０［μｍ］となり、前記凝集間隔ｄ２が、約１２［μｍ］，約２６［μｍ］，約４５［μｍ］となることがわかる。
また、実験例２の前記カーボンナノチューブ４の代表寸法が、８［μｍ］，１８．５［μｍ］，２８［μｍ］の場合に、前記凝集幅ｄ１が、約５［μｍ］，約１１［μｍ］，約１５［μｍ］となり、前記凝集間隔ｄ２が、約８［μｍ］，約２８［μｍ］，約５０［μｍ］となることがわかる。
【００５３】
よって、実験例１、２では、前記カーボンナノチューブ４の代表寸法が長くなるに連れて、前記凝集幅ｄ１［μｍ］および前記凝集間隔ｄ２［μｍ］が、それぞれ大きくなることが確認できた。また、実験例１、２では、前記各液体（エタノール、純水）の滴下・気化により、前記凝集幅ｄ１が、約５［μｍ］〜約１５［μｍ］、前記凝集間隔ｄ２が、約８［μｍ］〜約５０［μｍ］となる複数のカーボンナノチューブ束６を作成できることが確認できた。
【００５４】
また、実施例１の前記チューブ束作成工程によって、前記樹脂基板２に転写されたカーボンナノチューブ４が、実験例１、２と同様に、先端部が凝集してカーボンナノチューブ束６が作成されるか否かを確認するために、以下の実験例３を準備した。
（実験例３）
実験例３では、まず、前記チューブ生成工程（図３参照）、前記チューブ転写工程（図４Ｂ〜図４Ｅ参照）、前記マイクロチャンネル形成工程（図５参照）、前記チューブ束作成工程（図６参照）により、実施例１の前記マイクロリアクター１を作成した。次に、前記シリンジ２７により、作成した前記マイクロリアクター１のマイクロチャンネル７内に、エタノールを再度注入し、前記マイクロチャンネル７内を前記エタノールで満たした。
【００５５】
（実験例３の実験結果）
図１２は実験例３の実験結果であり、マイクロチャンネル内のカーボンナノチューブの先端部を走査型電子顕微鏡で観察したときの拡大説明図であり、図１２Ａはチューブ束作成工程におけるエタノール注入前のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｂは図１２Ａの状態からエタノール注入後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｃは図１２Ｂの状態からエタノール気化後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図、図１２Ｄは図１２Ｃの状態からエタノール再注入後のカーボンナノチューブの先端部の状態を示す説明図である。
【００５６】
図１２に示すように、実験例３では、前記チューブ束作成工程において、エタノール注入前（図６Ａ参照）からエタノール注入後（図６Ｂ参照）までの間には、前記マイクロチャンネル７内のカーボンナノチューブ４の先端部は変化しないことがわかる（図１２Ａ、図１２Ｂ参照）。また、エタノール注入後からエタノール気化後（図６Ｃ参照）までの間に、前記カーボンナノチューブ４の先端部が凝集し、複数のカーボンナノチューブ束６が作成されたことがわかる（図１２Ｂ、図１２Ｃ参照）。さらに、エタノール気化後からエタノール再注入後までの間に、前記カーボンナノチューブ束６の先端部は変化しないことがわかる（図１２Ｃ、図１２Ｄ参照）。
【００５７】
よって、実験例３では、前記樹脂基板２の溝２ｃに転写後の前記カーボンナノチューブ４についても、前記カーボンナノチューブ束６が作成可能であることが確認できた。また、凝集前の前記カーボンナノチューブ４に接触したエタノールの気化により、先端部が凝集して前記カーボンナノチューブ束６が作成されることが確認できた。さらに、凝集後の前記カーボンナノチューブ束６がエタノールに再接触しても、前記カーボンナノチューブ束６が、もとの垂直配向されたカーボンナノチューブ４に戻らず、すなわち、凝集前の状態に戻らず、凝集後の状態が保持されることが確認できた。
【００５８】
（カーボンナノチューブ４の先端部が凝集する要因について）
なお、前記カーボンナノチューブ４の先端部が凝集するのは、前記カーボンナノチューブ４と前記各基板２，１９との摩擦力、前記カーボンナノチューブ４の流体抗力、前記カーボンナノチューブ４どうしの分子間力（ファンデルワールス力、van der Waals）や前記エタノールの表面張力等が働くためと考えられる。また、実験例３の実験結果から、これらの力のうち、エタノールの気化に伴って大きく変化する力である前記表面張力が、前記凝集の発生に強く影響するものと考えられる。
【００５９】
図１３はマイクロチャンネル内のエタノールが気化する過程の説明図であり、図１３Ａは図６Ｂの状態から空気が注入されてエタノールが除去された状態の説明図、図１３Ｂは図１３Ａの状態からエタノールが気化して隣接するカーボンナノチューブの先端部どうしの間にエタノールの滴が点在する状態の説明図、図１３Ｃは図１３Ｂのエタノールの滴の拡大説明図、図１３Ｄは図１３Ｃの状態からエタノールの滴が縮小した状態の説明図である。
すなわち、図６Ｂ、図１２Ｂに示す状態から、前記シリンジ２７により空気が注入されると、マイクロチャンネル７内に満たされたエタノールが押し出され、図１３Ａに示す状態になる。このとき、前記エタノールが気化していくと、液体のエタノールの量が減少していき、平面状に均一に配置されたカーボンナノチューブ４の先端部に対して、点在する島状の滴（カーボンナノチューブの先端部どうしの間を連絡する液体）となっていき、図１３Ｂに示す状態になる。
【００６０】
この状態から、さらにエタノールが気化して滴が小さくなっていくと、図１３Ｃ、図１３Ｄに示すように、滴の表面張力により、小さくなっていく滴に引っ張られて、カーボンナノチューブ４が滴側に傾斜していく。そして、カーボンナノチューブの先端部に接触した水滴状のエタノールが最終的に気化すると、点在する各滴の位置に応じて、カーボンナノチューブ束６が作成された状態になるものと考えられる。なお、カーボンナノチューブ４の代表寸法が長くなるに連れて、凝集幅ｄ１［μｍ］および凝集間隔ｄ２［μｍ］が大きくなったのは、前記表面張力が単位長さ当りに働く力であるため、カーボンナノチューブ４が長くなるに連れて表面張力が大きくなったためであると考えられる。
また、前記カーボンナノチューブ４どうしの分子間力は、前記カーボンナノチューブ４どうしが近付くに連れて大きくなるため、前記カーボンナノチューブ４の先端部が凝集した際には、先端部どうしの分子間力が大きくなる。このため、凝集後の前記カーボンナノチューブ束６がエタノールに再接触しても、前記カーボンナノチューブ束６の先端部に作用する分子間力がカーボンナノチューブ４の先端部の束を凝集させる力として作用し、凝集前の状態に戻らずに凝集後の状態が保持されるものと考えられる。
【００６１】
図１４は実験例４、５および比較例１の実験装置の説明図であり、図１４Ａは実験装置の全体説明図、図１４Ｂは実験例４のマイクロリアクターの説明図、図１４Ｃは実験例５のマイクロリアクターの説明図、図１４Ｄは比較例１のマイクロリアクターの説明図である。
さらに、実施例１の前記チューブ束作成工程によって、作成されたカーボンナノチューブ束６を有する前記マイクロリアクター１の評価をするために、以下の実験例４、５および比較例１を準備した。
（実験例４）
実験例４では、実験例３と同様に、前記チューブ生成工程、前記チューブ転写工程、前記マイクロチャンネル形成工程、前記チューブ束作成工程により、実施例１の前記マイクロリアクター１（図１４Ｂ参照）を作成した。
【００６２】
（実験例５）
また、実験例５では、前記チューブ生成工程、前記チューブ転写工程、前記マイクロチャンネル形成工程により、実験例４の前記マイクロリアクター１に比べ、前記カーボンナノチューブ４の先端部が凝集していないマイクロリアクター１′（図１４Ｃ参照）を作成した。
（比較例１）
また、比較例１では、前記マイクロチャンネル形成工程により、実験例４、５の前記マイクロリアクター１，１′に比べ、前記マイクロチャンネル７内に前記カーボンナノチューブ４が転写されていないマイクロリアクター１″（図１４Ｄ参照）を作成した。
【００６３】
（実験例４、５および比較例１の実験条件）
実験例４、５および比較例１では、まず、図１４Ｂ〜図１４Ｄに示すように、前記各マイクロリアクター１，１′，１″の各マイクロチャンネル７，７′，７″の内表面に、触媒の一例であって、酵素の一例としてのＨＲＰ（horseradish peroxidase、西洋ワサビペルオキシダーゼ）３１を予め付着（吸着）させておく。次に、図１４Ａに示すように、前記シリンジ２７により、前記各マイクロチャンネル７〜７″内に、第１の試料の一例としてのAmplex（登録商標）Red試薬（例えば、非特許文献５等参照）と、第２の試料の一例としての過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）とを注入して化学反応させ、反応物の一例であって、蛍光物質の一例としてのレゾルフィン（Resorufin）を生成する。そして、図１４Ａに示すように、前記各マイクロチャンネル７〜７″内のレゾルフィンに外部からアルゴンレーザー３２を照射して励起させ、前記レゾルフィンの蛍光をＣＣＤカメラ３３で撮影すると共に、前記ＣＣＤカメラ３３に接続されたパーソナルコンピュータ（電子計算機、蛍光強度測定装置）３４により、撮影されたレゾルフィンの蛍光強度の変化を測定した。
【００６４】
（実験例４、５および比較例１の実験結果）
図１５は実験例４、５および比較例１の実験結果であり、横軸に時間［ｓｅｃ］をとり、縦軸にレゾルフィンの蛍光強度をとったグラフの説明図である。
図１５に示すように、実験例４では、前記レゾルフィンの蛍光強度の最大値である最大蛍光強度が、２３８２であり、前記最大蛍光強度を示すまでの時間が、前記各試料をマイクロチャンネル７内に注入してから７．８［ｓｅｃ］後であったことがわかる。また、実験例５では、前記最大蛍光強度が、１０４４であり、前記最大蛍光強度を示すまでの時間が、前記各試料をマイクロチャンネル７′内に注入してから１４．２［ｓｅｃ］後であったことがわかる。さらに、比較例１では、前記最大蛍光強度が、１４５５であり、前記最大蛍光強度を示すまでの時間が、前記各試料をマイクロチャンネル７″内に注入してから２７．７［ｓｅｃ］後であったことがわかる。
【００６５】
この結果、前記最大蛍光強度は、実験例４が最も大きく、比較例１が２番目に大きく、実験例５が最も小さいことがわかる。また、前記最大蛍光強度を示すまでの時間は、実験例４が最も短く、実験例５が２番目に短く、比較例１が最も長くなることがわかる。すなわち、実験例４の前記マイクロリアクター１は、実験例５および比較例１の前記マイクロリアクター１′，１″に比べ、レゾルフィンを効率良く化学反応させたことがわかる。
ここで、実験例４の前記マイクロリアクター１がレゾルフィンを最も効率良く化学反応させたのは、図１４Ｂに示すように、複数のカーボンナノチューブ束６の先端部どうしの間の領域に、前記ＨＲＰ（３１）が付着しており、且つ、前記領域に前記各試料も入り込むことが可能であったためであると考えられる。すなわち、実験例４の前記マイクロリアクター１は、複数のカーボンナノチューブ束６の先端部どうしの前記凝集間隔ｄ２［μｍ］（図２Ｃ、図６Ｃ参照）よりも、前記触媒（３１）および前記各試料の分子の径（分子径）が小さかったものと考えられる。
【００６６】
よって、実験例４の前記マイクロリアクター１は、実験例５および比較例１の前記マイクロリアクター１′，１″に比べ、化学反応の反応場として使用される前記マイクロチャンネル（７〜７″）の内表面の表面積が最も大きくなったため、レゾルフィンを最も効率良く化学反応させたものと考えられる。
なお、実験例５の前記マイクロリアクター１′が、実験例４および比較例１の前記マイクロリアクター１，１″に比べ、前記最大蛍光強度が小さくなったのは、図１４Ｃに示すように、前記触媒（３１）または前記各試料、あるいは両方が、その分子径と前記カーボンナノチューブ４どうしの隙間との関係で、前記カーボンナノチューブ４どうしの間に入り込むことができなかったためと考えられる。すなわち、前記触媒（３１）および前記各試料の種類との関係において、前記カーボンナノチューブ４の全表面を、化学反応の反応場として使用できなかったためであると考えられる。
【００６７】
すなわち、実験例５の前記マイクロリアクター１′は、前記レゾルフィンの化学反応においては、単純に、前記マイクロチャンネル７′の深さが前記カーボンナノチューブ４の代表寸法だけ短くなり、すなわち、前記マイクロチャンネル７′の深さが、６０−２８＝３２［μｍ］で構成されたものとみなすことができると考えられる。
このため、実験例５の前記マイクロリアクター１′は、比較例１の前記マイクロリアクター１″に比べ、前記マイクロチャンネル（７′，７″）の深さが浅いため（３２［μｍ］＜６０［μｍ］）、前記各試料が拡散可能な範囲、すなわち、前記各試料の拡散距離が短くなっている。よって、実験例５では、比較例１に比べ、化学反応の収束が早くなったものと考えられる。
【００６８】
また、実験例５の前記マイクロリアクター１′は、比較例１の前記マイクロリアクター１″に比べ、カーボンナノチューブ４の間が反応に使用されないため、化学反応が発生する有効な前記マイクロチャンネル（７′，７″）内の容積が減少している。この結果、実験例５の前記マイクロリアクター１′は、比較例１の前記マイクロリアクター１″に比べ、前記最大蛍光強度が小さくなったものと考えられる。
この結果、実験例５の前記マイクロリアクター１′は、ＨＲＰ（３１）存在下でAmplex Red試薬と過酸化水素水を化学反応させてレゾルフィンを生成することについては不向きであったと考えられる。換言すれば、前記カーボンナノチューブ４の間に進入可能な分子径の試料等を使用する場合には、実施例５の前記マイクロリアクター１′についても、実施例４の前記マイクロリアクター１と同様の効果が期待できる。
【００６９】
これらの実験結果より、実施例１の前記マイクロリアクター１は、樹脂基板２の溝２ｃにカーボンナノチューブ４を転写でき、前記マイクロチャンネル７の比表面積を大きくすることができる。また、転写されたカーボンナノチューブ４の先端部を凝集させてカーボンナノチューブ束６を作成でき、カーボンナノチューブ４の代表寸法や液体（エタノール、純水等）の接触範囲等に応じて、カーボンナノチューブ束６の凝集幅ｄ１および凝集間隔ｄ２を調節できる。このため、実施例１の前記マイクロリアクター１は、化学反応の反応場として使用されるマイクロチャンネル７の内表面の表面積を調節することができる。
この結果、実施例１の前記マイクロリアクター１は、前記マイクロチャンネル７内にカーボンナノチューブ４が存在しない比較例１のマイクロリアクター１″等に比べ、前記マイクロチャンネル７内の化学反応を効率良く実行することができる。
【００７０】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ07）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記実施例では、前記チューブ生成工程（図３参照）において、前記化学蒸着装置１１（図３参照）を用いて、エタノールを原料としたアルコールＣＣＶＤ法により、前記シリコン基板１９の平坦面１９ａに前記カーボンナノチューブ４を生成したが、これに限定されず、前記平坦面１９ａに前記カーボンナノチューブ４が垂直配向される任意の方法により、前記カーボンナノチューブ４を生成することが可能である。例えば、非特許文献１のキシレンとフェロゼンを原料としたＣＶＤ法を利用したり、非特許文献２のメタンにマイクロ波を照射するＣＶＤ法を利用したり、ニッケル−コバルト（Ｎｉ−Ｃｏ）等の金属触媒を混ぜた黒鉛（Ｃ）にＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーを当て蒸発させ、アルゴン（Ａｒ）の気流で約１２００℃の電気炉に送り出して前記電気炉の壁面に付着させるレーザーアブレーション法を利用したりして、平坦面１９ａに前記カーボンナノチューブ４を生成することも可能である。
【００７１】
（Ｈ02）前記実施例では、前記チューブ生成工程（図３参照）において、前記カーボンナノチューブ４の代表寸法を、２８［μｍ］に設定したが、これに限定されず、マイクロチャンネル７の深さ（例えば、６０［μｍ］）の範囲内で、任意の長さに変更可能である。この場合、例えば、代表寸法を、２８［μｍ］より長くした場合には、前記チューブ束作成工程において、前記カーボンナノチューブ束６の凝集幅ｄ１［μｍ］を約１５［μｍ］より大きくしたり、凝集間隔ｄ２を約５０［μｍ］より大きくできることが期待できる。
（Ｈ03）前記実施例では、前記チューブ転写工程（図４参照）において、樹脂基板２を鋳型２６で形成する際に（図４Ａ参照）、樹脂基板２の溝２ｃを、溝２ｃに応じた突起２６ａで形成すると共に、加熱して硬化させた樹脂基板２をくり抜いて貫通孔２ｄ，２ｄを空けているが、これに限定されず、例えば、貫通孔２ｄ，２ｄについても、溝２ｃと同様に、貫通孔２ｄ，２ｄに応じた突起を設けて形成することも可能である。なお、前記実施例では、樹脂基板２に、１つの溝２ｃと、２つの貫通孔２ｄ，２ｄを形成したが、溝や貫通孔の数はこれに限定されず、例えば、一方の貫通孔２ｄを省略したり、２以上の溝や３以上の貫通孔を形成したりすることも可能である。さらに、溝や貫通孔の形状や位置・大きさ・範囲等についても、任意に変更可能である。
【００７２】
（Ｈ04）前記実施例では、前記チューブ転写工程（図４参照）において、前記樹脂基板２を前記ポリジメチルシロキサンにより構成したが（図４Ａ参照）、これに限定されず、例えば、前記シリコン基板１９の酸化被膜に比べ、前記カーボンナノチューブ４の吸着性が高いその他の吸着部材を使用することも可能である。また、透明なポリジメチルシロキサン製の樹脂基板２およびガラス板３を使用して、透明性が高いマイクロリアクター１を作製することが好ましいが、これに限定されず、透明でない材料を使用して、有色のマイクロリアクターを作製することも可能である。また、前記実施例では、前記樹脂基板２全体を前記ポリジメチルシロキサンにより構成したが、これに限定されず、例えば、前記樹脂基板２全体を前記ポリジメチルシロキサン以外の材料で構成して、前記吸着面２ａのみ前記ポリジメチルシロキサンで被膜することも可能である。
【００７３】
（Ｈ05）前記実施例では、前記チューブ転写工程（図４参照）において、前記マイクロチャンネル７の長さ・幅・深さが、１０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］×６０［μｍ］となるように前記溝２ｃを形成したが（図４Ａ参照）、これに限定されず、任意の長さ・幅・深さのマイクロチャンネルを形成することが可能である。なお、前記マイクロチャンネル７の幅は、いわゆる、ミリメートルオーダーで構成されているが、これに限定されず、例えば、前記マスク２９を用いて、センチメートルオーダーからマイクロメートルオーダーの幅を有するマイクロチャンネルを形成することも可能である。なお、この場合、前記溝２ｃの形状に応じて前記カーボンナノチューブ４を生成すれば、任意の形状の前記溝２ｃに前記カーボンナノチューブ４を転写できる。
【００７４】
（Ｈ06）前記実施例では、前記マイクロチャンネル形成工程（図５参照）において、前記ポリジメチルシロキサンの自己吸着性により、前記樹脂基板２と前記ガラス板３とを密着させた状態を保持しているが、これに限定されず、例えば、真空紫外線（ＶＵＶ：Vacuum Ultra Violet）により、前記各基板２，３の密着範囲を瞬間接着させることも可能である。なお、真空紫外線を照射して前記各基板２，３を瞬間接着させる装置は、例えば、非特許文献６等に記載されており、公知である。
（Ｈ07）前記実施例では、前記チューブ束作成工程（図６参照）を、前記マイクロチャンネル形成工程（図５参照）の後に実行したが、これに限定されず、例えば、前記チューブ転写工程（図４参照）と前記マイクロチャンネル形成工程（図５参照）との間に実行することも可能である。また、前記チューブ束作成工程により、前記カーボンナノチューブ束６を作成することが好ましいが、これに限定されず、前記チューブ束作成工程を省略して、前記カーボンナノチューブ４を垂直配向させたままの状態にしておくことも可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１…マイクロリアクター、
２…被転写基板、
２ａ…被転写面、吸着部材、ポリジメチルシロキサン、
２ｃ…溝、
３…閉塞基板、
３ａ…閉塞面、
４…カーボンナノチューブ、
６…カーボンナノチューブ束、
７…流路、
１９…転写基板、
１９ａ…チューブ生成面、
１９ｃ…凸部、
１９ｄ…凸部の外表面、
２８…孔部、
２９…マスク、
２９ａ…マスクの外表面。
【図１】
2010264370.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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