(57)【要約】【課題】複雑な機構を用いることなく、液流の制御ができるようにする。【解決手段】基板１０１の上に封止膜１０４を形成することで、まず、溝部１０２と封止膜１０４とに挟まれた空間に形成された流入路１０５および流出路１０６を備える。流入路１０５および流出路１０６は、平面的に見て、凹部１０３を挟んで配置される。また、凹部１０３（基板１０１）と封止膜１０４とに挟まれた凹部１０３の周辺部の空間に形成されて流入路１０５および流出路１０６を連通する主制御流路１０７と、凹部１０３と封止膜１０４とに挟まれた凹部１０３の周辺部の空間に形成された主制御流路１０７以外の副制御流路１０８とを備える。【選択図】  図１Ａ
2010048560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に形成された断面矩形の溝部と、
前記基板の表面上の前記溝部の一部に形成され、前記溝部と同じ深さで前記溝部より幅が広い凹部と、
前記溝部は覆い、前記凹部では、自身が変形することで前記凹部の周辺部を除く前記凹部の底面に接触して前記基板の表面上に形成された封止膜と、
前記溝部と前記封止膜とに挟まれた空間に形成されて前記凹部に接続する流入路および流出路と、
前記凹部と前記封止膜とに挟まれた前記凹部の前記周辺部の空間に形成されて前記流入路および前記流出路を連通する主制御流路と、
前記凹部と前記封止膜とに挟まれた前記凹部の前記周辺部の空間に形成された前記主制御流路以外の副制御流路と
を少なくとも備え、
前記封止膜は前記基板と異なる表面エネルギーを備えていることを特徴とする微細流路。
【請求項２】
請求項１記載の微細流路において、
前記流入路および前記流出路は、前記溝部の底面と前記溝部の対向する２つの側面と前記封止膜の内側表面とに囲まれ、
前記主制御流路および前記副制御流路は、前記凹部の側壁と前記凹部の周辺部底面と前記封止膜の内側表面とに囲まれている
ことを特徴とする微細流路。
【請求項３】
請求項１または２記載の微細流路において、
前記封止膜は、可撓性を備える状態で前記基板の上に形成されたものである
ことを特徴とする微細流路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細流路において、
前記副制御流路に圧力を加える圧力制御手段を備える
ことを特徴とする微細流路。
【請求項５】
請求項４記載の微細流路において、
前記基板の表面上の前記溝部の一部に形成され、前記溝部と同じ深さで前記溝部より幅が広い第１凹部および第２凹部と、
前記溝部は覆い、前記第１凹部および前記第２凹部では、自身が変形することで前記第１凹部および前記第２凹部の各々周辺部を除く前記第１凹部および前記第２凹部の底面に接触して前記基板の表面上に形成された封止膜と、
前記封止膜と前記溝部とに挟まれた空間に形成されて前記第１凹部および前記第２凹部に接続する流入路および流出路と、
前記第１凹部および前記第２凹部の間の前記封止膜と前記溝部とに挟まれて空間に形成された接続流路と、
前記第１凹部および前記第２凹部と前記封止膜とに挟まれた第１凹部および前記第２凹部の各々の前記周辺部の空間に形成されて前記流入路および前記流出路を連通する第１主制御流路および第２主制御流路と、
前記第１凹部および前記第２凹部と前記封止膜とに挟まれた第１凹部および前記第２凹部の各々の前記周辺部の空間に形成された前記第１主制御流路および前記第２主制御流路以外の第１副制御流路および第２副制御流路と、
前記第１副制御流路に接続する第１圧力制御手段と、
前記第２副制御流路に接続する第２圧力制御手段と
を備えることを特徴とする微細流路。
【請求項６】
請求項５記載の微細流路において、
前記接続流路に接続された排出流路と、
この排出流路の一端に形成された開閉可能な排出口と
を備えることを特徴とする微細流路。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細流路において、
前記基板の表面上の前記溝部の一部に形成され、前記溝部と同じ深さで前記溝部より幅が広い第１凹部および第２凹部と、
前記溝部は覆い、前記第１凹部および前記第２凹部では、自身が変形することで前記第１凹部および前記第２凹部の各々周辺部を除く前記第１凹部および前記第２凹部の底面に接触して前記基板の表面上に形成された封止膜と、
前記封止膜と前記溝部とに挟まれた空間に形成されて前記第１凹部および前記第２凹部に接続する流入路および流出路と、
前記第１凹部および前記第２凹部の間の前記封止膜と前記溝部とに挟まれて空間に形成された接続流路と、
前記第１凹部および前記第２凹部と前記封止膜とに挟まれた第１凹部および前記第２凹部の各々の前記周辺部の空間に形成されて前記流入路および前記流出路を連通する第１主制御流路および第２主制御流路と、
前記第１凹部および前記第２凹部と前記封止膜とに挟まれた第１凹部および前記第２凹部の各々の前記周辺部の空間に形成された前記第１主制御流路および前記第２主制御流路以外の第１副制御流路および第２副制御流路と、
前記第１副制御流路に接続する第１圧力室と、
前記第２副制御流路に接続する第２圧力室と、
前記第１圧力室と前記第２圧力室との差圧を検出する検出手段と、
前記第２圧力室に接続し、前記検出手段が検出した差圧の状態により前記第２副制御流路に圧力を制御して加える圧力制御手段と
を備えることを特徴とする微細流路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば細菌やＤＮＡなどを含む試料溶液を移送する微細な流路を備える微細流路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、細菌やＤＮＡなどを迅速かつ簡便に分析する技術が重要となってきている。このような分析を行うツールとして、μＴＡＳ（Total Analysis System）の研究および開発が活発に行われている。μＴＡＳは、細菌やＤＮＡなどを含んだ検査対象である液体の注入口，流路，ポンプ，バルブ，誘導層，分離層，および反応層などを備えている。この中でも、流路は、μＴＡＳを構成する最も基本的な構造体である。このような測定の分野では、測定対象の試料は微量な液体の場合が多い。このため、上述したような測定においては、ミクロン単位の管径とした微細な流路を用い、微量な試料溶液を移送し、検体の濃度を低下させることなくより高感度，高効率に測定を行うようにしている。
【０００３】
上述した流路の作製について簡単に説明する。例えば、図９の断面図に示すように、石英基板９０１に溝９０２を形成し、石英基板９０１の上に石英からなる上板９０３を接着固定することで、溝９０２からなる流路を形成する。石英基板９０１と上板９０３との瀬着では、上板９０３の接着面をフッ酸溶液で溶解し、これを石英基板９０１の上に貼り付けるようにしている（非特許文献１参照）。例えば、半導体装置の製造技術でよく知られたフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いることで、溝９０２の断面の寸法を、幅１０μｍ・高さ１０μｍとすることは容易であり、微細な流路が形成できる。
【０００４】
【非特許文献１】H.Nakanishi et al.,"Studies on SiO2-SiO2 bonding with hydrofluoric acid. Room temperature and low stress bonding technique for MEMS", Sensors and Actuators A Physical, Vol.79, pp.237-244, 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したように形成される流路では、流路の全面が親水性の石英から構成されているため、水溶液からなる検体は、流路を容易に流れていく。また、自身が泳動する細菌などが存在する液体を対象とする場合、液流と細菌泳動との区別が困難になり、分析に支障を来す場合がある。このため、過度な液流を制御するためのポンプおよび液止めバルブなどの複雑な機構が必要となる。このような複雑な機構は、作製が容易ではなく、また、移送経路に大きな無駄が発生することになり、試料溶液の微量化には限界がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複雑な機構を用いることなく、液流の制御ができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微細流路は、基板の表面上に形成された断面矩形の溝部と、基板の表面上の溝部の一部に形成され、溝部と同じ深さで溝部より幅が広い凹部と、溝部は覆い、凹部では、自身が変形することで凹部の周辺部を除く凹部の底面に接触して基板の表面上に形成された封止膜と、溝部と封止膜とに挟まれた空間に形成されて凹部に接続する流入路および流出路と、凹部と封止膜とに挟まれた凹部の周辺部の空間に形成されて流入路および流出路を連通する主制御流路と、凹部と封止膜とに挟まれた凹部の周辺部の空間に形成された主制御流路以外の副制御流路とを少なくとも備え、封止膜は基板と異なる表面エネルギーを備えているものである。
【０００８】
上記微細流路において、流入路および流出路は、溝部の底面と溝部の対向する２つの側面と封止膜の内側表面とに囲まれ、主制御流路および副制御流路は、凹部の側壁と凹部の周辺部底面と封止膜の内側表面とに囲まれているようにすればよい。
【０００９】
上記微細流路において、封止膜は、可撓性を備える状態で基板の上に形成されたものであればよい。また、副制御流路に圧力を加える圧力制御手段を備えるようにしてもよい。この場合、基板の表面上の溝部の一部に形成され、溝部と同じ深さで溝部より幅が広い第１凹部および第２凹部と、溝部は覆い、第１凹部および第２凹部では、自身が変形することで第１凹部および第２凹部の各々周辺部を除く第１凹部および第２凹部の底面に接触して基板の表面上に形成された封止膜と、封止膜と溝部とに挟まれた空間に形成されて第１凹部および第２凹部に接続する流入路および流出路と、第１凹部および第２凹部の間の封止膜と溝部とに挟まれて空間に形成された接続流路と、第１凹部および第２凹部と封止膜とに挟まれた第１凹部および第２凹部の各々の周辺部の空間に形成されて流入路および流出路を連通する第１主制御流路および第２主制御流路と、第１凹部および第２凹部と封止膜とに挟まれた第１凹部および第２凹部の各々の周辺部の空間に形成された第１主制御流路および第２主制御流路以外の第１副制御流路および第２副制御流路と、第１副制御流路に接続する第１圧力制御手段と、第２副制御流路に接続する第２圧力制御手段とを備えるようにしてもよい。また、接続流路に接続された排出流路と、この排出流路の一端に形成された開閉可能な排出口とを備えるようにしてもよい。
【００１０】
上記微細流路において、基板の表面上の溝部の一部に形成され、溝部と同じ深さで溝部より幅が広い第１凹部および第２凹部と、溝部は覆い、第１凹部および第２凹部では、自身が変形することで第１凹部および第２凹部の各々周辺部を除く第１凹部および第２凹部の底面に接触して基板の表面上に形成された封止膜と、封止膜と溝部とに挟まれた空間に形成されて第１凹部および第２凹部に接続する流入路および流出路と、第１凹部および第２凹部の間の封止膜と溝部とに挟まれて空間に形成された接続流路と、第１凹部および第２凹部と封止膜とに挟まれた第１凹部および第２凹部の各々の周辺部の空間に形成されて流入路および流出路を連通する第１主制御流路および第２主制御流路と、第１凹部および第２凹部と封止膜とに挟まれた第１凹部および第２凹部の各々の周辺部の空間に形成された第１主制御流路および第２主制御流路以外の第１副制御流路および第２副制御流路と、第１副制御流路に接続する第１圧力室と、第２副制御流路に接続する第２圧力室と、第１圧力室と第２圧力室との差圧を検出する検出手段と、第２圧力室に接続し、検出手段が検出した差圧の状態により第２副制御流路に圧力を制御して加える圧力制御手段とを備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、溝部と封止膜とに挟まれた空間に形成されて凹部に接続する流入路および流出路と、凹部と封止膜とに挟まれた凹部の周辺部の空間に形成されて流入路および流出路を連通する主制御流路と、基板と封止膜とに挟まれた凹部の周辺部の空間に形成された主制御流路以外の副制御流路とから微細流路を構成したので、複雑な機構を用いることなく、液流の制御ができるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１Ａ，図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄ，図１Ｅ，図１Ｆを用いて説明する。図１Ａ，図１Ｅ，図１Ｆ，は、本発明の実施の形態１における微細流路の構成例を示す平面図、図１Ｂ，図１Ｃ，図１Ｄは、本発明の実施の形態１における微細流路の構成を示す断面図である。
【００１４】
本実施の形態における微細流路は、例えば石英などの基板１０１の表面上に形成された断面矩形の溝部１０２と、基板１０１の表面上の溝部１０２の一部に形成され、溝部１０２と同じ深さで溝部１０２より幅が広い凹部１０３とを備える。溝部１０２は凹部１０３に接続している。また、溝部１０２は覆い、凹部１０３では、自身が変形することで凹部１０３の周辺部を除く凹部１０３の底面に接触して基板１０１の表面上に形成された封止膜１０４を備える。封止膜１０４は、基板１０１とは異なる表面エネルギーを備えるものであり、例えば、ポリイミドを材料として構成されている。なお、図１Ａにおいて、領域１４１は、封止膜１０４が凹部１０３の底面に接触している領域を示している。
【００１５】
この微細流路は、上述したように基板１０１の上に封止膜１０４を形成することで、まず、溝部１０２と封止膜１０４とに挟まれた空間に形成された流入路１０５および流出路１０６を備える。流入路１０５および流出路１０６は、凹部１０３に接続し、平面的に見て凹部１０３を挟んで配置される。また、凹部１０３（基板１０１）と封止膜１０４とに挟まれた凹部１０３の周辺部の空間に形成されて流入路１０５および流出路１０６を連通する主制御流路１０７と、凹部１０３と封止膜１０４とに挟まれた凹部１０３の周辺部の空間に形成された主制御流路１０７以外の副制御流路１０８とを備える。
【００１６】
従って、流入路１０５および流出路１０６は、溝部１０２の底面と溝部１０２の対向する２つの側面と封止膜１０４の内側表面とに囲まれており、断面が矩形となっている。また、主制御流路１０７および副制御流路１０８は、凹部１０３の側壁と凹部１０３の周辺部底面と封止膜１０４の内側表面とに囲まれ、断面が三角形に近い形状となっている。また、本実施の形態においては、溝部１０２および凹部１０３は、同じ深さに形成されているため、主制御流路１０７および副制御流路１０８は、流入路１０５および流出路１０６より小さい断面積に形成されていることになる。
【００１７】
ここで、本実施の形態における微細流路の製造方法について、図１Ａおよび図１Ｄを用いて簡単に説明する。まず石英製の板厚１ｍｍ程度の基板１０１を用意し、この上に、溝部１０２および凹部１０３、また、他の流路となる溝部１１６などの形状を、よく知られたフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより形成する。なお、溝部１０２は、図１Ｄの断面図には示されない。例えば、溝部１０２，溝部１１６，および凹部１０３などの形状となる開口部を備えたレジストパターンを基板１０１の上に形成し、基板１０１をウエットエッチングで選択的に１０μｍ程度の深さまでエッチングすることで、溝部１０２，溝部１１６，および凹部１０３を形成する。なお、溝部１０２，溝部１１６は幅１０μｍ程度とし、凹部１０３は、例えば溝部１０２より離れる方向の横は１ｍｍとし、溝部１０２が延在する方向の縦は０．５ｍｍに形成されている。
【００１８】
次に、溝部１０２および凹部１０３が形成された基板１０１の表面上に、膜厚１０μｍのポリイミド膜を熱圧着することで、封止膜１０４を形成する。例えば、よく知られたＳＴＰ（Spin-coating film Transfer and hot Pressing）法により、封止膜１０４が形成できる。まず、シートフィルム１２１の上に、１０μｍ程度の膜厚にポリイミド樹脂を塗布して封止膜１０４を形成する。次に、シートフィルム１２１の封止膜１０４の形成面を基板１０１の表面に押し付け、この状態で熱圧着する。このように圧着するときには、ポリイミド樹脂からなる封止膜１０４は、可撓性を有する状態である。
【００１９】
この後、シートフィルム１２１を封止膜１０４より離型すれば、基板１０１の上に封止膜１０４が形成された状態となる。また、上述したように可撓性を有する状態の封止膜１０４を熱圧着するので、開放面積が大きい凹部１０３においては、凹部１０３の凹凸形状に沿うように封止膜１０４が変形する。この結果、封止膜１０４の下面（内側の面）が、凹部１０３の周辺部を除く底面の領域１４１に接触し、図１Ｃに示すように、凹部１０３と封止膜１０４とに挟まれた凹部１０３の周辺部の空間に、主制御流路１０７および副制御流路１０８が形成される。主制御流路１０７および副制御流路１０８は、例えば、幅方向に１０μｍ程度凹部１０３の底面が露出した状態に形成される。
【００２０】
以上のように形成された本実施の形態における微細流路によれば、可撓性を有する状態で封止膜１０４を基板１０１の上に圧着形成するという簡単な工程で、断面が矩形の流入路１０５および流出路１０６と、三角形に近い形状の断面とされた主制御流路１０７および副制御流路１０８とが、形成されるようになる。
【００２１】
本実施の形態によれば、封止膜１０４をポリイミド樹脂から構成しているため、各流路は、異なる２種類の表面エネルギーを備えた側面で構成されていることになる。言い換えると、各流路は、水に対して濡れ性の高い石英の部分と、これに比較して濡れ性の低いポリイミド樹脂の部分とから構成されていることになる。例えば、石英の表面エネルギーは６０ｍＮ／ｍであり、ポリイミドの表面エネルギーは２０ｍＮ／ｍである。また、流入路１０５および流出路１０６に比較して、主制御流路１０７および副制御流路１０８は、より濡れ性の高い石英の部分が小さい（狭い）状態となっている。言い換えると、流入路１０５および流出路１０６に比較して、主制御流路１０７および副制御流路１０８は、より濡れ性の低いポリイミドの部分が大きい（広い）状態となっている。従って、流入路１０５および流出路１０６に比較して、主制御流路１０７および副制御流路１０８は、濡れ性が低い流路となっている。
【００２２】
以上のことより、流入路１０５および流出路１０６に比較すると濡れ性の低い主制御流路１０７および副制御流路１０８においては、移送される水溶液が、流入路１０５および流出路１０６よりも流れにくい状態となる。なお、本実施の形態においては、上述した濡れ性の違いに加え、主制御流路１０７および副制御流路１０８が、流入路１０５および流出路１０６に比較して狭くなっている。ここで、例えば、図１Ｅに示すように、流入路１０５を流れる水溶液１３１は、一部が副制御流路１０８に浸入するが、主制御流路１０７に流れる水溶液１３１が流出路１０６に到達すると、副制御流路１０８の流出路１０６における接続口が塞がれ、副制御流路１０８の空間が密閉される。この時点で、副制御流路１０８に対する新たな水溶液１３１の浸入は停止する。このため、この時点以降は、流入路１０５を流れる水溶液１３１は、主制御流路１０７を通り流出路１０６に流れていく。
【００２３】
以上のように、水溶液１３１が、流入路１０５，主制御流路１０７および流出路１０６を流れるなかで、主制御流路１０７においては、流入路１０５に比較して流れにくい状態となっている。従って、主制御流路１０７の長さを設定することで、流入路１０５，主制御流路１０７および流出路１０６を流れる水溶液の流速を抑制する方向に制御することができる。
【００２４】
なお、流入路，主制御流路，および流出路が、直線状に形成されて直線状に配列されている必要はない。例えば、図１Ｆに示すように、基板１０１の表面上に形成された断面矩形の溝部１０２と、基板１０１の表面上の溝部１０２の一部に溝部１０２をまたぐように形成され、溝部１０２と同じ深さで溝部１０２より幅が広い凹部１０３ａとを備えるようにしてもよい。この場合、凹部１０３ａの周辺部の空間に形成されて流入路１０５および流出路１０６を連通する主制御流路１１７と、凹部１０３ａの周辺部の空間に形成された主制御流路１１７以外の副制御流路１１８とを備えるものとなる。なお、図１Ｆでは、封止膜１０４を省略しており、封止膜１０４が凹部１０３の底面に接触している領域１４１を一点鎖線で示している。
【００２５】
凹部１０３ａは、流入路１０５および流出路１０６を結ぶ線分を境に、非対称に配置され、主制御流路１１７が、副制御流路１１８に比較して延在する長さが短い流路とされている。
【００２６】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２における微細流路の構成例を示す平面図である。本実施の形態における微細流路は、例えば石英などの基板２０１の表面上に形成された断面矩形の溝部２０２と、基板２０１の表面上の溝部２０２の一部に形成され、溝部２０２と同じ深さで溝部２０２より幅が広い凹部２０３とを備える。また、溝部２０２は覆い、凹部２０３では、自身が変形することで凹部２０３の周辺部を除く凹部２０３の底面に接触して基板２０１の表面上に形成された封止膜２０４とを備える。封止膜２０４は、例えば、ポリイミドを材料として構成されている。
【００２７】
この微細流路は、上述したように基板２０１の上に封止膜２０４を形成することにより、まず、溝部２０２と封止膜２０４とに挟まれた空間に形成され、凹部２０３に接続する流入路２０５および流出路２０６を備える。流入路２０５および流出路２０６は、平面的に見て、凹部２０３を挟むように配置されている。また、本実施の形態における微細流路は、凹部２０３と封止膜２０４とに挟まれた凹部２０３の周辺部の空間に形成されて流入路２０５および流出路２０６を連通する主制御流路２０７と、凹部２０３と封止膜２０４とに挟まれた凹部２０３の周辺部の空間に形成された主制御流路２０７以外の副制御流路２０８とを備える。
【００２８】
以上の構成は、前述した実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、上述した構成に加え、主制御流路２０７を形成する凹部２０３の側部に、凹凸部２０３ａを備える。凹凸部２０３ａは、例えば、凸部および凹部の間隔が５０μｍ程度とされ、また、凸部の突出している長さが、５０μｍ程度とされている。凹凸部２０３ａを備えるので、凹部２０３の上に形成された封止膜２０４との間に形成される主制御流路２０７においては、流路方向に垂直な方向に幅がより広くされた箇所が、凹凸の間隔で形成されることになる。幅がより広く形成された箇所においては、断面積がより広くなり、加えて、基板２０１の面がより広い状態となり、濡れ性がより高まる状態となる。
【００２９】
このため、幅が広くされた箇所においては、より流れやすい状態となる。言い換えると、凹凸部２０３ａにおいては、流れ難い状態の領域と、これより若干流れやすい状態の領域とが交互に配置された状態となる。言い換えると、試料の液が若干流れやすくなる部分的な領域が、所定の間隔で配置された状態となる。また、上述では、凹部２０３の領域に側方に広がる凹凸領域２０３ａを設けるようにしたが、溝部２０２においても、側方に広がる凹凸領域を設け、流れにくくなる部分的な領域が所定の間隔で配置されるようにしてもよい。
【００３０】
なお、図３に示すように、封止膜１０４が凹部１０３の底面に接触する領域１０４ｂをより狭くし、より幅広の主制御流路１２７および副制御流路１２８が形成されるようにしてもよい。このようにしても、主制御流路１２７および副制御流路１２８においては、基板１０１とは表面エネルギーが異なる（濡れ性が低い）封止膜（不図示）が占める領域をより大きくすることができる。図３において、他の符号は、図１Ａと同様である。
【００３１】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について、図４Ａおよび図４Ｂを用いて説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、本実施の形態における微細流路の構成を示す平面図であり、また、図中に、移送対象となる試料である水溶液４３１の状態を模式的に示している。
【００３２】
本実施の形態３における微細流路は、まず、基板（不図示）の表面上に形成された断面矩形の溝部１０２と、基板の表面上の溝部１０２の一部に形成され、溝部１０２と同じ深さで溝部１０２より幅が広い凹部１０３とを備える。また、溝部１０２は覆い、凹部１０３では、自身が変形することで凹部１０３の周辺部を除く凹部１０３の底面に、領域１４１で接触して基板の表面上に形成された封止膜（不図示）とを備える。なお、図４Ａ，図４Ｂでは、基板および封止膜を省略して示していない。
【００３３】
また、この微細流路は、流入路１０５および流出路１０６と、主制御流路１０７と、副制御流路１０８とを備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。例えば、流入路１０５および流出路１０６においては、断面が幅１０μｍ・高さ１０μｍの矩形とされ、主制御流路１０７および副制御流路１０８においては、断面が底辺の長さ１０μｍ・高さ１０μｍの三角形に近い形状とされている。また、主制御流路１０７の長さは０．５ｍｍ程度とされている。また、凹部１０３の溝部１０２より離れる方向の横は１ｍｍ程度とされている。本実施の形態では、新たに、圧力制御部４０１と、圧力制御部４０１および副制御流路１０８を連通する連通路４０２とを備える。
【００３４】
圧力制御部４０１は、副制御流路１０８の内部圧力の増減を制御する。圧力制御部４０１は、例えば、静電引力などの駆動力で駆動するダイアフラムを備え、副制御流路１０８内部の圧力（気体の圧力）を増減させる。また例えば、圧力制御部４０１は、加熱および冷却による気体の膨張および収縮にともなう力で、ダイアフラムを動作させるものであってもよい。圧力制御部４０１の動作により、副制御流路１０８内部の圧力を上昇させる。例えば、圧力制御部４０１は、１０〜２０ｋＰａの圧力を印加して副制御流路１０８内部の圧力を上昇させる。
【００３５】
以下、本実施の形態における微細流路における水溶液４３１の液流（移送）の制御動作について説明する。まず、図４Ａに示すように、流入路１０５に水溶液４３１が流れてくると、一部が副制御流路１０８に浸入し、主制御流路１０７に流れる水溶液４３１が流出路１０６に到達し、副制御流路１０８の流出路１０６の接続口が塞がれ、副制御流路１０８に対する新たな水溶液の浸入が停止する。引き続いて流入路１０５に流れてくる水溶液４３１は、主制御流路１０７を通り流出路１０６に流れていく。
【００３６】
上述したように、流入路１０５，主制御流路１０７，流出路１０６を水溶液４３１が流れている状態で、圧力制御部４０１により副制御流路１０８の内部圧力を上昇させ（１０〜２０ｋＰａ）、図４Ｂに示すように、副制御流路１０８内の空間領域を拡大させ、この空間を主制御流路１０７にまで拡大させる。この主制御流路１０７に形成された空間により、流入路１０５の中の水溶液４３１と流出路１０６の中の水溶液４３１とは分断される。この結果、流入路１０５から主制御流路１０７を経由した流出路１０６にかけての水溶液４３１の流れ（移送）は、停止されることになる。
【００３７】
流れによる空間（気泡）との境界面に働く力と表面張力の関係を示すよく知られたウェーバー数より、例えば、流速１０μｍ／ｓの場合、１０〜２０ｋＰａ程度の圧力を加え、図４Ｂに示すように、主制御流路１０７に気体による空間を形成すれば、流入路１０５から主制御流路１０７を経由して流出路１０６にかけての水溶液４３１の流を停止させることができることがわかる。言い換えると、μＴＡＳなどの分析で用いられるミクロンオーダの微細な流路であれば、本実施の形態の微細構造体により、試料の液流を停止させることができる。
【００３８】
また、本実施の形態の微細構造体によれば、バルブのような固体物（弁体）によって流路内を閉鎖しようとしているのではない。例えば、バルブの場合、弁体と弁箱との間の隙間を完全になくすことは容易ではなく、僅かな隙間の存在により液漏れが発生する。これに対し、本実施の形態の微細構造体によれば、弁体に相当する部分を気体による空間で構成しているため、上述したような隙間が発生することが無く、試料の液流を完全に停止させることが可能となる。
【００３９】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４における微細流路について、図５Ａ，図５Ｂ，および図５Ｃを用いて説明する。図５Ａ，図５Ｂ，および図５Ｃは、本発明の実施の形態４における微細流路の構成を示す平面図であり、また、図中に、移送対象となる試料である水溶液５３１の状態を模式的に示している。
【００４０】
本実施の形態４における微細流路は、まず、基板（不図示）の表面上に形成された断面矩形の溝部１０２と、基板の表面上の溝部１０２の一部に形成され、溝部１０２と同じ深さで溝部１０２より幅が広い２つの凹部１０３ａ，凹部１０３ｂとを備える。また、溝部１０２は覆い、凹部１０３ａ，凹部１０３ｂでは、自身が変形することで凹部１０３ａ，凹部１０３ｂの周辺部を除く凹部１０３ａ，凹部１０３ｂの底面に、領域１４１ａ，領域１４１ｂで接触して基板の表面上に形成された封止膜とを備える。なお、図５Ａ，図５Ｂでは、基板および封止膜を省略して示していない。
【００４１】
また、この微細流路は、まず、流入路１０５および流出路１０６を備える。また、凹部１０３ａの領域に形成される主制御流路１０７ａ，副制御流路１０８ａ、および凹部１０３ｂの領域に形成される主制御流路１０７ｂ，副制御流路１０８ｂを備える。また、主制御流路１０７ａと主制御流路１０７ｂとは、接続流路１０９により連通されている。これらの構成は、前述した実施の形態３の微細構造体を２つつなげた構造となっている。
【００４２】
例えば、流入路１０５および流出路１０６においては、断面が幅１０μｍ・高さ１０μｍの矩形とされ、主制御流路１０７ａ，副制御流路１０８ａ，主制御流路１０７ｂ，副制御流路１０８ｂにおいては、断面が底辺の長さ１０μｍ・高さ１０μｍの三角形に近い形状とされている。また、主制御流路１０７ａ，主制御流路１０７ｂの長さは０．５ｍｍ程度とされている。また、凹部１０３ａ，凹部１０３ｂの溝部１０２より離れる方向の横は１ｍｍ程度とされている。
【００４３】
本実施の形態では、まず、副制御流路１０８ａに連通路４０２ａで連通する圧力室５０２ａと、副制御流路１０８ｂに連通路４０２ｂで連通する圧力室５０２ｂとを備える。圧力室５０２ａおよび圧力室５０２ｂは、ダイアフラム５０３で仕切られ、圧力室５０２ａ側のダイアフラム５０３の近傍に、対向電極５０４が設けられている。また、圧力室５０２ｂには、圧力制御部５０１が接続されている。圧力制御部５０１は、圧力室５０２ｂ（副制御流路１０８ｂ）の内部圧力の増減を制御する。圧力制御部５０１は、前述した圧力制御部４０１と同様である。
【００４４】
また、本実施の形態の微細構造体は、対向電極５０４とダイアフラム５０３との間の静電容量の変化を検出する検出部５０５を備える。ダイアフラム５０３は、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとの間の圧力の差により変形するため、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとの間の圧力の差が、対向電極５０４とダイアフラム５０３との間の静電容量の変化として検出部５０５に検出されることになる。圧力制御部５０１は、検出部５０５により検出される対向電極５０４とダイアフラム５０３との間の静電容量の変化により、圧力室５０２ｂに対する加圧・減圧の制御状態を変更する。なお、上述では、ダイアフラム５０３を一方の電極とし、これと対向電極５０４との間の静電容量により、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとの間の差圧を検出するようにしたが、これに限るものではなく、よく知られた他の差圧検出機構を用いるようにしてもよいことは、いうまでもない。
【００４５】
以下、本実施の形態の微細構造体における水溶液５３１の液流（移送）の制御について、図５Ａ，図５Ｂ，図５Ｃ，および図６を用いて説明する。まず、図５Ａに示すように、流入路１０５に水溶液５３１が流れてくると、一部が副制御流路１０８ａに浸入し、主制御流路１０７ａに流れる水溶液５３１が接続流路１０９に到達し、副制御流路１０８ａの接続流路１０９における接続口が塞がれ、副制御流路１０８ａに対する新たな水溶液の浸入が停止する。
【００４６】
この後、接続流路１０９を流れる水溶液５３１は、一部が副制御流路１０８ｂに浸入し、主制御流路１０７ｂに流れる水溶液５３１が流出路１０６に到達し、副制御流路１０８ｂの流出路１０６における接続口が塞がれ、副制御流路１０８ｂに対する新たな水溶液５３１の浸入が停止する。引き続いて流入路１０５に流れてくる水溶液５３１は、主制御流路１０７ａ，接続流路１０９，および主制御流路１０７ｂを通り流出路１０６に流れていく。この状態は、図６のタイミングチャートにおける時刻ｔ0より前の状態である。
【００４７】
上述したように、流入路１０５，主制御流路１０７，流出路１０６を水溶液５３１が流れている状態で、圧力室５０２ｂを介し、圧力制御部５０１により副制御流路１０８ｂの内部圧力を、図６の時刻ｔ0の時点で上昇させる（１０〜２０ｋＰａ）。この加圧制御状態により、図５Ｂに示すように、副制御流路１０８ｂ内の空間領域が拡大し、この空間が主制御流路１０７ｂにまで拡大していく。この主制御流路１０７ｂに形成された空間により、接続流路１０９の中の水溶液５３１と流出路１０６の中の水溶液５３１とは分断される。この結果、流入路１０５から流出路１０６にかけての水溶液５３１の流れ（移送）は、停止されることになる。また、この状態では、図６の時刻ｔ0以降の差圧に示すように、圧力室５０２ａに対して圧力室５０２ｂの圧力が陽圧方向に上昇していく。
【００４８】
さらに、圧力制御部５０１により圧力室５０２ｂを介して副制御流路１０８ｂの内部圧力を上昇させ続けると、図５Ｃに示すように、主制御流路１０７ｂに形成された空間が拡大し、副制御流路１０８ａの接続流路１０９における接続口に到達する。この状態となると、圧力室５０２ｂおよび圧力室５０２ａが連通した状態となり、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとの差圧が減少し、最後には差圧が０の状態となる。
【００４９】
ここで、上述した差圧の変化が、検出部５０５により検出されている。この中で、検出部５０５により検出されている差圧が、予め設定されている閾値Ｐ＋より小さくなると（時刻ｔ1）、圧力制御部５０１は、予め設定されている遅延時間ｔ＋の後の時刻ｔ2において、上述した加圧制御状態を停止する。なお、この段階においても、前述した水溶液５３１の移送停止の状態は維持されている。
【００５０】
上述した本実施の形態の制御によれば、水溶液５３１の移送停止の状態が、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとの間の差圧により検出されるので、液流を直接測定することなく、移送停止の状態を判断することができる。
【００５１】
この後、水溶液５３１の移送を再開する場合、圧力室５０２ｂを介し、圧力制御部５０１により副制御流路１０８ｂの内部圧力を、図６の時刻ｔ3の時点で減圧させる。この減圧制御状態により、図５Ｂに示すように、主制御流路１０７ａにまで拡大していた空間が縮小し、副制御流路１０８ａの接続流路１０９における接続口が塞がれ、圧力室５０２ａと圧力室５０２ｂとが隔離（分断）された状態となる。この結果、図６に示すように、圧力室５０２ａに対する圧力室５０２ｂの圧力が、陰圧方向に下降していく。
【００５２】
さらに、圧力制御部５０１により圧力室５０２ｂを介して副制御流路１０８ｂの内部圧力を減少させ続けると、主制御流路１０７ｂに形成された空間が縮小し、図５Ａに示すように、副制御流路１０８ｂの接続流路１０９における接続口および流出路１０６における接続口の双方が塞がれた状態となる。この状態となると、水溶液５３１は、主制御流路１０７ａ，接続流路１０９，および主制御流路１０７ｂを通り流出路１０６に流れていく状態となる。
【００５３】
ここで、上述した差圧の変化が、検出部５０５により検出されている中で、検出部５０５により検出されている差圧が、予め設定されている閾値Ｐ−より小さくなると（時刻ｔ4）、圧力制御部５０１は、予め設定されている遅延時間ｔ−の後の時刻ｔ5において、上述した減圧制御状態を停止する。以上に説明したように、本実施の形態の微細構造体によれば、液流の制御が可能となる。
【００５４】
［実施の形態５］
次に、本発明の実施の形態５について図７，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，および図８Ｄを用いて説明する。図７，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，および図８Ｄは、本発明の実施の形態５における微細流路の構成を示す平面図であり、また、図中に、移送対象となる試料である水溶液７３１の状態を模式的に示している。
【００５５】
本実施の形態４における微細流路は、図７に示すように、まず、基板（不図示）の表面上に形成された断面矩形の溝部７０２と、基板の表面上の溝部７０２の一部に形成され、溝部７０２と同じ深さで溝部７０２より幅が広い２つの凹部７０３ａ，凹部７０３ｂとを備える。また、溝部７０２は覆い、凹部７０３ａ，凹部７０３ｂでは、自身が変形することで凹部７０３ａ，凹部７０３ｂの周辺部を除く凹部７０３ａ，凹部７０３ｂの底面に、領域７４１ａ，領域７４１ｂで接触して基板の表面上に形成された封止膜とを備える。なお、図７，図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃ，および図８Ｄでは、基板および封止膜を省略して示していない。
【００５６】
また、この微細流路は、まず、流入路７０５および流出路７０６を備える。また、凹部７０３ａの領域に形成される主制御流路７０７ａ，副制御流路７０８ａ、および凹部７０３ｂの領域に形成される主制御流路７０７ｂ，副制御流路７０８ｂを備える。また、主制御流路７０７ａと主制御流路７０７ｂとは、接続流路７０９により連通されている。これらの構成は、前述した実施の形態３の微細構造体を２つつなげた構造となっている。例えば、流入路７０５および流出路７０６においては、断面が幅１０μｍ・高さ１０μｍの矩形とされ、主制御流路７０７ａ，副制御流路７０８ａ，主制御流路７０７ｂ，副制御流路７０８ｂにおいては、断面が底辺の長さ１０μｍ・高さ１０μｍの三角形に近い形状とされている。また、主制御流路７０７ａ，主制御流路７０７ｂの長さは０．５ｍｍ程度とされている。また、凹部７０３ａ，凹部７０３ｂの溝部７０２より離れる方向の横は１ｍｍ程度とされている。
【００５７】
本実施の形態では、まず、副制御流路７０８ａに連通路７１２ａで接続する圧力制御部７１１ａと、副制御流路７０８ｂに連通路７１２ｂで接続する圧力制御部７１１ｂとを備える。圧力制御部７１１ａは、副制御流路７０８ａの内部圧力の増減を制御する。また、圧力制御部７１１ｂは、副制御流路７０８ｂの内部圧力の増減を制御する。なお、圧力制御部７１１ａおよび圧力制御部７１１ｂは、前述した圧力制御部４０１と同様である。従って、本実施の形態における微細構造体は、前述した実施の形態３における圧力制御部４０１を含めた微細流路を、２組接続したものである。
【００５８】
このように構成した本実施の形態によれば、主制御流路７０７ａの部分および副制御流路７０８ａの部分の各々について前述した実施の形態３と同様に圧力の制御を行うことで、主制御流路７０７ａの部分および副制御流路７０８ａの部分において、各々液流を分断することができる。この結果、本実施の形態によれば、移送している水溶液７３１の所望の部分を、接続流路７０９に分離して保持することができる。
【００５９】
また、上述した本実施の形態に加え、図８Ａに示すように、接続流路７０９に接続する排出流路８０１，分離層８０２，および分離層８０２に設けられた排出口８０３とを備えるようにしてもよい。排出流路８０１は、流入路７０５および流出路７０６と同様に、断面が幅１０μｍ・高さ１０μｍの矩形とされた基板の溝部を封止膜で覆うことで形成されている。また、分離層８０２は、断面が幅２０μｍ・高さ１０μｍの矩形とされた基板の溝部を封止膜で覆うことで形成されている。
【００６０】
以下、この微細流路の液流の制御について説明する。なお、以下では、試料となる水溶液７３１に泳動する細菌（微生物）７３２が存在している場合について説明する。まず、排出口８０３は閉じた状態としておき、この状態で、図８Ａに示すように、流入路７０５に流れてくる水溶液７３１が、主制御流路７０７ａ，接続流路７０９，および主制御流路７０７ｂを通り流出路７０６に流れていく状態とする。この状態では、排出口８０３は閉じられているので、接続流路７０９から排出流路８０１の側への水溶液７３１の浸入は抑制される。
【００６１】
次に、圧力制御部７１１ａにより副制御流路７０８ａの内部圧力を上昇させ、同時に、圧力制御部７１１ｂにより副制御流路７０８ｂの内部圧力を上昇させ、図８Ｂに示すように、副制御流路７０８ａおよび副制御流路７０８ｂ内の空間領域を拡大させ、各々の空間を主制御流路７０７ａおよび主制御流路７０７ｂにまで拡大させる。これらの主制御流路７０７ａおよび主制御流路７０７ｂに形成された空間により、細菌７３２を含む水溶液７３１は、流入路７０５，接続流路７０９，および流出路７０６に分断され、液流は停止される。
【００６２】
この状態で、例えば、接続流路７０９における水溶液７３１を観察することで、液流が停止した状態にける細菌７３２の泳動の状態を調査することができる。例えば、図示しない基板は、石英から構成されているので、基板の側から光学顕微鏡などを用いることで、上述した観察を行うことが可能である。
【００６３】
この後、排出口８０３を開放状態としてから、圧力制御部７１１ａおよび圧力制御部７１１ｂによりさらに加圧を行うと、図８Ｃに示すように、接続流路７０９に分断されていた水溶液７３１を排出流路８０１に移送することができる。引き続き、圧力制御部７１１ａおよび圧力制御部７１１ｂによる加圧を継続すれば、図８Ｄに示すように、接続流路７０９に分断されていた水溶液７３１を、排出流路８０１を経由して分離層８０２に移動させることができる。このように、分離層８０２に分離した水溶液７３１は、細菌７３２とともに排出口８０３より外部に取り出す（分取する）ことができる。
【００６４】
なお、排出口８０３を閉じた状態としたままで、圧力制御部７１１ａおよび圧力制御部７１１ｂにより、加圧を停止して所定（初期）圧力にまで減圧するように制御すれば、図８Ａに示すように、流入路７０５に流れてくる水溶液７３１が、主制御流路７０７ａ，接続流路７０９，および主制御流路７０７ｂを通り流出路７０６に流れていく状態となる。
【００６５】
ところで、上述では、流路を構成する基板に石英を用い封止膜にポリイミド樹脂を用いるようにしたが、これに限るものではない。対象となる液体に対する濡れ性を考慮して、基板および封止膜に適宜に材料を選択して用いるようにすればよい。例えば、封止膜に、水に対する濡れ性がより低いフッ素化ポリイミドを用いるようにしてもよい。また、封止膜に、基板よりも濡れ性の高い材料を用いるようにしてもよい。例えば、基板にシリコンを用い、封止膜にＳＯＧ（Spin on Glass）材料を用いるようにしてもよい。これらのように、封止膜が基板と異なる表面エネルギーを備えていれば、基板の凹部の周辺部の空間に形成される主制御流路および副制御流路における試料液の流れの状態（流れやすさ）を、溝部に形成される流入路および流出路に対して、異なる状態にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における微細流路の構成例を示す平面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施の形態１における微細流路の構成を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明の実施の形態１における微細流路の構成を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明の実施の形態１における微細流路の構成を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明の実施の形態１における微細流路の一部構成例を示す平面図である。
【図１Ｆ】本発明の実施の形態１における他の微細流路の一部構成例を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態２における微細流路の構成例を示す平面図である。
【図３】微細流路の構成例を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態３における微細流路の構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施の形態３における微細流路の構成を示す平面図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態４における微細流路の構成を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態４における微細流路の構成を示す平面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態４における微細流路の構成を示す平面図である。
【図６】実施の形態４の微細構造体における水溶液５３１の液流の制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態５における微細流路の構成を示す平面図である。
【図８Ａ】本発明の実施の形態５における他の微細流路の構成を示す平面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施の形態５における他の微細流路の構成を示す平面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施の形態５における他の微細流路の構成を示す平面図である。
【図８Ｄ】本発明の実施の形態５における他の微細流路の構成を示す平面図である。
【図９】μＴＡＳなどに用いられる流路の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０１…基板、１０２…溝部、１０３…凹部、１０４…封止膜、１０５…流入路、１０６…流出路、１０７…主制御流路、１０８…副制御流路。
【図１Ａ】
2010048560.tif 000003
【図１Ｂ】
2010048560.tif 000004
【図１Ｃ】
2010048560.tif 000005
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
2010048560.tif 000007
【図１Ｆ】
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【図２】
2010048560.tif 000009
【図３】
2010048560.tif 000010
【図４Ａ】
2010048560.tif 000011
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
2010048560.tif 000017
【図８Ａ】
2010048560.tif 000018
【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
2010048560.tif 000020
【図８Ｄ】
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【図９】
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