(57)【要約】  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。）。
2013151126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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）。【０００４】
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。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−８１９２４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｓａｖｅｍａｔｉｏｎ  Ｒｅｖｉｅｗ  ２００５年８月号  ６０−６３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
前記複数の微細孔が、略同じ長さを有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】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１Ｂ】図１Ａの斜視図において矢視Ｘ１−Ｘ１の断面模式図。
【図１Ｃ】図１Ａの斜視図において矢視Ｙ１−Ｙ１の断面模式図。
【図１Ｄ】図１Ａの斜視図において矢視Ｚ１の平面図。
【図２Ａ】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２Ｂ】図２Ａの斜視図において矢視Ｘ２−Ｘ２の断面模式図。
【図２Ｃ】図２Ａの斜視図において矢視Ｙ２−Ｙ２の断面模式図。
【図２Ｄ】図２Ａの斜視図において矢視Ｚ２の平面図。
【図３Ａ】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３Ｂ】図３Ａの斜視図において矢視Ｘ３−Ｘ３の断面模式図。
【図３Ｃ】図３Ａの斜視図において矢視Ｙ３−Ｙ３の断面模式図。
【図３Ｄ】図３Ａの斜視図において矢視Ｚ３の平面図。
【図４Ａ】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４Ｂ】図４Ａの斜視図において矢視Ｘ４−Ｘ４の断面模式図。
【図４Ｃ】図４Ａの斜視図において矢視Ｙ４−Ｙ４の断面模式図。
【図４Ｄ】図４Ａの斜視図において矢視Ｚ４の平面図。
【図５Ａ】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５Ｂ】図５Ａの斜視図において矢視Ｘ５−Ｘ５の断面模式図。
【図５Ｃ】図５Ａの斜視図において矢視Ｙ５−Ｙ５の断面模式図。
【図５Ｄ】図５Ａの斜視図において矢視Ｚ５の平面図。
【図６Ａ】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６Ｂ】図６Ａの斜視図において矢視Ｘ６−Ｘ６の断面模式図。
【図６Ｃ】図６Ａの斜視図において矢視Ｙ６−Ｙ６の断面模式図。
【図６Ｄ】図６Ａの斜視図において矢視Ｚ６の平面図。
【図７】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。
【００１９】
【図８Ａ】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８Ｂ】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８Ｃ】図８Ｂの斜視図において矢視Ｘ８−Ｘ８の断面模式図。
【図９】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。
【図１０Ａ】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１０Ｂ】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６Ａ】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１６Ｂ】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１６Ｃ】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
「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。
【００２７】
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。
【００２８】
「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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
「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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
「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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
「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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
「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。
【００５３】
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。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
「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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
（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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
（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。
【００６５】
（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。
【００６６】
（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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（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。
【００７１】
（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。
【００７２】
（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。
【００７３】
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。
【００７４】
（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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
（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。
【００８１】
（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。
【００８２】
「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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【符号の説明】
【００８７】
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。
【図１Ａ】
2013151126.tif 000003
【図１Ｂ】
2013151126.tif 000004
【図１Ｃ】
2013151126.tif 000005
【図１Ｄ】
2013151126.tif 000006
【図２Ａ】
2013151126.tif 000007
【図２Ｂ】
2013151126.tif 000008
【図２Ｃ】
2013151126.tif 000009
【図２Ｄ】
2013151126.tif 000010
【図３Ａ】
2013151126.tif 000011
【図３Ｂ】
2013151126.tif 000012
【図３Ｃ】
2013151126.tif 000013
【図３Ｄ】
2013151126.tif 000014
【図４Ａ】
2013151126.tif 000015
【図４Ｂ】
2013151126.tif 000016
【図４Ｃ】
2013151126.tif 000017
【図４Ｄ】
2013151126.tif 000018
【図５Ａ】
2013151126.tif 000019
【図５Ｂ】
2013151126.tif 000020
【図５Ｃ】
2013151126.tif 000021
【図５Ｄ】
2013151126.tif 000022
【図６Ａ】
2013151126.tif 000023
【図６Ｂ】
2013151126.tif 000024
【図６Ｃ】
2013151126.tif 000025
【図６Ｄ】
2013151126.tif 000026
【図７】
2013151126.tif 000027
【図８Ａ】
2013151126.tif 000028
【図８Ｂ】
2013151126.tif 000029
【図８Ｃ】
2013151126.tif 000030
【図９】
2013151126.tif 000031
【図１０Ａ】
2013151126.tif 000032
【図１０Ｂ】
2013151126.tif 000033
【図１１】
2013151126.tif 000034
【図１２】
2013151126.tif 000035
【図１３】
2013151126.tif 000036
【図１４】
2013151126.tif 000037
【図１５】
2013151126.tif 000038
【図１６Ａ】
2013151126.tif 000039
【図１６Ｂ】
2013151126.tif 000040
【図１６Ｃ】
2013151126.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月22日(2014.9.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記流路群αを構成する前記微細孔は、前記領域Ａと前記領域Ｂとの間で、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しつつ連通して形成され、
前記流路群βを構成する前記微細孔は、前記領域Ａと前記領域Ｃとの間で、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しつつ連通して形成され、
前記領域Ａの前記開口部は、前記流体の流出口であり、前記基体の上面側に位置す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。
【請求項２】
前記流路群αを構成する前記微細孔は、前記基体内で、前記基体の上面および側面の２方向に沿って形成された部分が互いに直交して形成され、
前記流路群βを構成する前記微細孔は、前記基体内で、前記基体の上面および側面の２方向に沿って形成された部分が互いに直交して形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御デバイス。
【請求項３】
前記領域Ｂと前記領域Ｃに面する前記開口部は、前記流体の流入口であり、前記基体の下面側に位置することを特徴とする請求項１乃至２に記載の流体制御デバイス。
【請求項４】
前記流路群α、βのうち少なくともいずれかの流路群において、少なくとも一部が前記基体の厚さ方向に隣り合う２つの微細孔は、少なくとも前記基体の側面に沿って延在する箇所が、平面視において略重なっていることを特徴とする請求項３に記載の流体制御デバイス。
【請求項５】
前記流路群α、βのうち少なくともいずれかの流路群において、１つの微細孔と、この微細孔に対して、前記基体の奥行きまたは幅方向に隣り合う全ての微細孔との間隔が、互いに略同一となることを特徴とする請求項３乃至４に記載の流体制御デバイス。
【請求項６】
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乃至５のうちいずれか一項に記載の流体制御デバイス。
【請求項７】
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６に記載の流体制御デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７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、ことを特徴とする流体混合器。
【請求項９】
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、各々連通するとともに、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しており、
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、各々連通するとともに、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しており、
前記流出空間が前記基体の上面側に位置することを特徴とする流体混合器。
【請求項１０】
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９に記載の流体混合器。
【請求項１１】
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１０に記載の流体混合器。
【請求項１２】
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９乃至１１のいずれか一項に記載の流体混合器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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、前記流路群αを構成する前記微細孔は、前記領域Ａと前記領域Ｂとの間で、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しつつ連通して形成され、前記流路群βを構成する前記微細孔は、前記領域Ａと前記領域Ｃとの間で、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しつつ連通して形成され、前記領域Ａの前記開口部は、前記基体の上面側に位置する。ただし、上記ｎは、自然数を表す。
前記流路群αを構成する前記微細孔は、前記基体内で、前記基体の上面および側面の２方向に沿って形成された部分が互いに直交して形成されていてもよい。前記流路群βを構成する前記微細孔は、前記基体内で、前記基体の上面および側面の２方向に沿って形成された部分が互いに直交して形成されていてもよい。
前記領域Ｂと前記領域Ｃに面する前記開口部は、前記流体の流出口であり、前記基体の下面側に位置していてもよい。
前記流路群α、βのうち少なくともいずれかの流路群において、少なくとも一部が前記基体の厚さ方向に隣り合う２つの微細孔は、少なくとも前記基体の側面に沿って延在する箇所が、平面視において略重なっていることが好ましい。
前記流路群α、βのうち少なくともいずれかの流路群において、１つの微細孔と、この微細孔に対して、前記基体の奥行きまたは幅方向に隣り合う全ての微細孔との間隔が、互いに略同一となることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
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、各々連通するとともに、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しており、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、各々連通するとともに、前記基体内で３次元的に交差または屈曲しており、前記流出空間が前記基体の上面側に位置する。
【国際調査報告】
2013151126.tif 000042
2013151126.tif 000043
2013151126.tif 000044
2013151126.tif 000045