(57)【要約】【課題】気泡の発生個数や気泡の大きさをコントロールでき、簡単な構造で試料の流動制御を行うことができると共に、繰り返し使用することができるマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】液体が流動する微小流路５の途中に他部よりも高い光吸収性を発揮する光吸収体８を配置し、この光吸収体８に微小流路５を隔てて対向配置した光照射手段１１の光導入部１９から光を照射する。そして、光吸収体８が位置する微小流路５内の液体を加熱して、液体に気泡１０を発生させるようになっている。そして、光照射手段１１の光導入部１９からの光照射量を制御することにより、気泡１０の大きさを変化させ、微小流路５の流路断面積を変えるようになっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段からの照射光によって前記流路内の液体を加熱し、前記流路内に気泡を発生させることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段からの照射光によって前記流路内の液体を加熱し、前記流路内に気泡を発生させ、前記光照射手段からの照射光によって前記気泡の動きを制御することを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記光照射手段は光を照射するための集光光学系を前記流路の近傍に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記光照射手段は光を照射するための導光路を前記流路の近傍に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記流路内に前記気泡を保持しておくことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記光照射手段の光照射位置を変化させ、前記気泡をマランゴニ効果により移動させることができることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記光照射手段によって光が照射される部位の近傍の前記流路の壁面部に他の壁面部より高い光吸収性を有する光吸収体を配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記光吸収体の幅寸法及び高さ寸法を前記気泡の直径以下にしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段によって光が照射される部位の近傍の壁面部に他の壁面部より高い光吸収性を有する光吸収体を配置した第一の光照射部と、光が照射される近傍の前記壁面部には前記光吸収体を配置しない第二の光照射部を設け、前記第一の光照射部で前記気泡を発生させ、前記第二の光照射部で前記気泡を制御することを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記流路内に前記気泡を保持しておくことを特徴とする請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記光照射手段の光照射位置を変化させ、前記気泡をマランゴニ効果により移動させることができることを特徴とする請求項９又は１０に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記光吸収体の幅寸法及び高さ寸法を前記気泡の直径以下にしたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記気泡の大きさを任意の大きさに形成し、前記流路の流路断面積を前記気泡によって変えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記光照射手段からの光照射を断続的に行い、前記流路内を移動する液体を前記気泡によって分断することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
前記光照射手段からの光照射の断続を適切に行い、前記流路内で前記液体を任意の量に計り取ることを特徴とする請求項１４のマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
前記流路内の前記気泡を消滅又は小さくする気泡消去手段を配置したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生化学や分析化学等又は医学の分野等において、微量試料の混合、分離、分析等を行うために使用されるマイクロ流体デバイスに関し、特に、微量試料が流動する微小流路の流量制御を簡単に行えるようにしたマイクロ流体デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス製又はプラスチック製のマイクロチップの内部に流路、反応部、分離部、検出部等の機能を有するミクロな空間を形成し、微量の試料をマイクロチップ内において高速に処理するマイクロ流体デバイスの開発が進んでいる。
【０００３】
（第１従来例）
図１２は、このようなマイクロ流体デバイス１０１であって、反応槽部１０２から分離部１０３に流動させる試料１０４の流動制御を、反応槽部１０２内に収容したガラスビーズや高分子ビーズ等の固体微粒子（以下、単にビーズと略称する）１０５で行うようにしたものである（特許文献１参照）。
【０００４】
（第２従来例）
また、図１３は、マイクロ流体デバイスとして利用可能な液体搬送装置２０１を示すものである。この図１３に示す液体搬送装置２０１は、第１の流路２０２と第２の流路２０３が第３の流路２０４に対向するように開口しており、第１の流路２０２の開口部近傍と第２の流路２０３の開口部近傍とにそれぞれヒータ２０５，２０６が取り付けられ、これら第１の流路２０２の開口部と第２の流路２０３の開口部を開閉するダイアフラム状の弁体２０７が第３の流路２０４側に取り付けられている。そして、一方のヒータ２０５によって第１の流路２０２内の液体が加熱され、第１の流路２０２内の液体に気泡２０８が生じると、第１の流路２０２側の圧力が第２の流路２０３側の圧力よりも高くなり、弁体２０７が第１の流路２０２側の圧力で第２の流路２０３の開口部に押し付けられ、第２の流路２０３の開口部が弁体２０７によって塞がれ、第１の流路２０２と第３の流路２０４が連通するようになっている。また、他方のヒータ２０６によって第２の流路２０３内の液体が加熱され、第２の流路２０３内の液体に気泡２０８が生じると、第２の流路２０３側の圧力が第１の流路２０２側の圧力よりも高くなり、弁体２０７が第２の流路２０３側の圧力で第１の流路２０２の開口部に押し付けられ、第１の流路２０２の開口部が弁体２０７によって塞がれ、第２の流路２０３と第３の流路２０４が連通するようになっている（特許文献２参照）。
【０００５】
（第３従来例）
また、混合槽内のヒータを加熱して、混合槽内の液体に気泡を生じさせ、その気泡を膨張・収縮させることにより、混合槽内の液体を撹拌・混合する技術が既に開発されている（特許文献３参照）。
【０００６】
（第４従来例）
また、電気分解により気泡を発生させ、その気泡で液体を移動させる技術が開発されている。この第４従来例に係るマイクロ流体デバイスの技術は、電気分解により気泡を発生させることができることはもちろんのこと、電気分解により気泡を消滅させることができるようになっている（特許文献４参照）。
【０００７】
（その他の従来例）
なお、媒質内の微小気泡をレーザで捕捉し、その捕捉した微小気泡をレーザで誘導して微小容器内に注入する技術が知られている（第５従来例としての特許文献５参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−４６２８号公報（特に、段落番号００１２参照）
【特許文献２】特開２００４−１２５１７２号公報（特に、段落番号００１９，００２０参照）
【特許文献３】特開２００４−５３３７０号公報（特に、段落番号００１６参照）
【特許文献４】特開２００４−４３９７３号公報（特に、段落番号００１４，００１９，００２６，００２７参照）
【特許文献５】特開２００３−１０６９５０号公報（特に、第１頁、段落番号０００６，００１９参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、第１従来例のマイクロ流体デバイス１０１は、基板１０６に保護プレート１０７が貼り合わされるようになっており、反応槽部１０２の上部が保護プレート１０７で塞がれているため、反応槽部１０２内に収容したビーズ１０５を簡単に取り除くことが困難であり、ビーズ１０５の交換が困難である。また、このようなマイクロ流体デバイス１０１では、ビーズ１０５の完全な洗浄も困難である。したがって、このようなマイクロ流体デバイス１０１は、例えば、取り扱う液体（試料）１０４の種類を変えて成分分析するような場合、不純物の混入を防止して正確な分析を可能にするため、同一のものを繰り返し使用できないという問題があった。
【００１０】
また、第２従来例は、微小流路（第１の流路２０２，第２の流路２０３，第３の流路２０４）内にヒータ２０５，２０６やダイヤフラム状の弁体２０７を取り付けなければならず、構造が複雑であり、製作が容易でないという問題を有している。また、この第２従来例は、微小流路（２０２，２０３，２０４）内にヒータ２０５，２０６やダイアフラム状の弁体２０７が配置される構造であり、第１従来例と同様に、洗浄が容易でないため、取り扱う液体（試料）の種類を変えて成分分析等を行う場合、同一のものを繰り返し使用できないという問題があった。
【００１１】
また、第３従来例は、混合槽内で単に気泡を膨張・収縮させるだけであり、気泡そのものの大きさや気泡の個数を制御できるようになっていなかった。そのため、この第３従来例の技術は、微小流路の流路断面積を多段に変化させ、微小流路内を移動させる液体流量を正確にコントロールするような技術（流量可変バルブの技術）に応用することができなかった。
【００１２】
また、第４従来例は、電気分解により気泡を発生させるようになっているので、導電性を有する液体中でしか気泡を発生させることができないといった問題や、液体中に留まっている帯電物質を電気分解する際に印加する電圧により動かしてしまうという問題があった。
【００１３】
また、第５従来例は、単にレーザで気泡を捕捉して誘導させるだけの技術であり、気泡の個数や大きさをコントロールできるようになっていなかった。
【００１４】
そこで、本発明は、気泡の発生個数や気泡の大きさをコントロールでき、簡単な構造で試料の流動制御を行うことができると共に、繰り返し使用することができるマイクロ流体デバイス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】
【００１５】
請求項１の発明は、液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段からの照射光によって前記流路内の液体を加熱し、前記流路内に気泡を発生させることを特徴とするマイクロ流体デバイスに関するものである。
【００１６】
請求項２の発明は、液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段からの照射光によって前記流路内の液体を加熱し、前記流路内に気泡を発生させ、前記光照射手段からの照射光によって前記気泡の動きを制御することを特徴とするマイクロ流体デバイスに関するものである。
【００１７】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明に係るマイクロ流体デバイスに関するものであり、前記光照射手段は光を照射するための集光光学系を前記流路の近傍に配置したことを特徴するものである。
【００１８】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスに関するものであり、前記光照射手段は光を照射するための導光路を前記流路の近傍に配置したことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスに関するものであり、前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記流路内に前記気泡を保持しておくことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段の光照射位置を変化させ、前記気泡をマランゴニ効果により移動させることができることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段によって光が照射される部位の近傍の前記流路の壁面部に他の壁面部より高い光吸収性を有する光吸収体を配置したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光吸収体の幅寸法及び高さ寸法を前記気泡の直径以下にしたことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項９の発明は、液体が導入された流路内に、又は、この流路周辺に光を照射する光照射手段を有し、この光照射手段によって光が照射される部位の近傍の壁面部に他の壁面部より高い光吸収性を有する光吸収体を配置した第一の光照射部と、光が照射される近傍の前記壁面部には前記光吸収体を配置しない第二の光照射部を設け、第一の光照射部で前記気泡を発生させ、第二の光照射部で前記気泡を制御することを特徴とするマイクロ流体デバイスに関するものである。
【００２４】
請求項１０の発明は、請求項９の発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記流路内に前記気泡を保持しておくことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１１の発明は、請求項９又は１０の発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段の光照射位置を変化させ、前記気泡をマランゴニ効果により移動させることができることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１２の発明は、請求項９〜１１のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光吸収体の幅寸法又は高さ寸法を前記気泡の直径以下にしたことを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１３の発明は、請求項１〜１２のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段の照射光の出力を制御して、前記気泡の大きさを任意の大きさに形成し、前記流路の流路断面積を前記気泡によって変えることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１４の発明は、請求項１〜１２のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段からの光照射を断続的に行い、前記流路内を移動する液体を前記気泡によって分断することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１５の発明は、請求項１４の発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記光照射手段からの光照射の断続を適切に行い、前記流路内で前記液体を任意の量に計り取ることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項１６の発明は、請求項１〜１５のいずれかの発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、前記流路内の前記気泡を消滅又は小さくする気泡消去手段を配置したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のマイクロ流体デバイスは、微小流路内の液体（試料）に発生させる気泡の個数や気泡の大きさや位置をコントロールすることができ、簡単な構造で液体の流動制御を行うことができる。また、本発明のマイクロ流体デバイスは、気泡を可変バルブの弁体のように機能させることができる。また、本発明のマイクロ流体デバイスは、流路中に発生させた気泡を消去させることができるので洗浄が容易であり、新たな気泡を容易に発生させることができるので繰り返し使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明が適用されるマイクロ流体デバイスの実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１形態］
図１乃至図２は、本発明の第１形態に係るマイクロ流体デバイス１を示すものである。このうち、図１は本発明の第１形態に係るマイクロ流体デバイス１を模式的に示す外観斜視図である。また、図２は、マイクロ流体デバイス１の構成を説明するために、後述する第２プレート部材を省略し、一部を拡大して示す模式的平面図である。
【００３３】
これらの図において、このマイクロ流体デバイス１は、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、非晶質ポリオレフィン等の光学特性に優れた樹脂材料又はガラス材料により形成された第１プレート部材２と、この第１プレート部材２に接着又は溶着等で固着される第２プレート部材３（説明の都合上、２点鎖線で示している）とからなっている。なお、本実施の形態においては、第２プレート部材３は、第１プレート部材２と同様の材料で形成されている。
【００３４】
第１プレート部材２は、その表面（第２プレート部材３が固着される面）４側に、断面が略矩形形状で且つ微小溝断面（例えば、溝幅が１００μｍで、溝深さが１３０μメートル）の微小溝５ａが形成されている。そして、第１プレート部材２の表面４に第２プレート部材３が固着されることにより、微小溝５ａの上方開口部が第２プレート部材３によって覆われ、微小溝５ａに対応する微小流路５が形成される。
【００３５】
この微小流路５の一端に望む部位の第２プレート部材３側には、試料注入孔６が形成されており、微小流路５の他端に望む部位に第２プレート部材３側には、試料排出孔７が形成されている。そして、この微小流路５の途中には、高い光吸収性を有する光吸収体８が配置されており、この光吸収体８が微小流路５の壁面の一部を構成している。この光吸収体８は、カーボン等の高光吸収物質を含む樹脂材料で形成されている。そして、この光吸収体８は、レーザ光Ｌが照射されると、そのレーザ光Ｌを効率的に吸収して光エネルギーを熱に変換し、微小流路５内に導入される液体を局所的に加熱して気泡１０を発生させるために使用される。そのため、微小流路５内の球状の気泡１０の投影面積（気泡１０の直径位置での断面積）よりも小さい受光面積となるような大きさに形成されている。
【００３６】
そして、この光吸収体８が配置された微小流路５の途中には、光照射手段１１が配置されている。光照射手段１１は、レーザ発生装置１２と、このレーザ発生装置１２からの光を集光手段（集光光学系）１３に案内する光導入部（導光路）１９と、この光導入部１９を介して導入された光の集光位置を光吸収体８側に向けて合わせる集光手段１３と、レーザ発生装置１２と外部電源１４とを接続する通電コントローラ１５と、を備えている。このうち、通電コントローラ１５は、レーザ発生装置１２への通電量を制御するようになっている。また、集光手段１３は、集光レンズを備えることはもちろんのこと、必要に応じて集光位置を微小流路５に沿って移動できる集光位置可変機構を備えるようにしてもよい。また、集光手段１３は、マイクロ流体デバイス１の第１プレート部材２又は第２プレート部材３に一体に形成してもよく、又、光照射手段１１の他の構成と共にマイクロ流体デバイス１の外部（別体）に配置してもよい。
【００３７】
なお、本実施形態によれば、光吸収体８の受光面積を気泡（流量調整に使用する気泡）１０よりも小さくする構成であるため、集光手段１３を省略してもよい。このように集光手段１３を省略した場合、マイクロ流体デバイス１の構造を簡単化することができる。このような構造のマイクロ流体デバイス１にしても、光導入部１９から導入されたレーザ光Ｌの光エネルギーを極めて狭い受光面積の光吸収体８で吸収でき、レーザ光Ｌの光エネルギーを効率的に熱エネルギーに変換できるため、微小流路５内の液体に所望の気泡を生じさせることができる。
【００３８】
このような構成の本実施形態によれば、光導入部１９から導入したレーザ光Ｌを集光手段１３を介して光吸収体８に照射し、光吸収体８の近傍位置の液体を局所的に急速加熱し、液体中に溶解している気体を膨張させ、液体に気泡１０を生じさせる。この際、通電コントローラ１５によってレーザ発生装置１２への通電量を制御することにより、レーザ発生装置１２から出力されるレーザ光Ｌの照射エネルギーを可変に制御し、気泡１０の大きさを小から中へ、中から大に変化させ、微小流路５の液体が流動できる流路断面積を変化させて、液体の流動制御を多段に行うことができる。このように、本実施形態によれば、気泡１０を微小流路５の流量可変バルブ又は開閉バルブとして機能させることができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、レーザ光Ｌを光吸収体８に照射するようになっているため、光エネルギーを効率的に熱に変換でき、光照射手段１１の消費電力量を低く抑えることができる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、微小流路５の流量調整を気泡１０で行うようになっているため、微小流路５中に発生させた気泡１０を消去することにより、マイクロ流体デバイス１の洗浄が容易になる。また、本実施形態に係るマイクロ流体デバイス１は、消滅させた気泡とは別に、新たな気泡を容易に発生させることができるため、測定対象試料と洗浄残留試料とが混ざり合うような不具合を生じにくく、異なる試料の分析等を行う場合に、繰り返し使用することが可能になる。
【００４１】
また、本実施形態において、集光手段１３が図示しない集光位置可変機構を備えている場合には、レーザ光Ｌで気泡１０を所定位置に捕捉して停止させておく（保持する）ことができることはもちろんのこと、レーザ光Ｌで捕捉した気泡１０をレーザ光Ｌの集光位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の変更に伴って移動させることが可能になる（図２参照）。また、本実施形態において、集光手段１３がマイクロ流体デバイス１と別体に設置される場合、集光手段１３を微小流路５に対して相対移動させることにより、気泡発生位置（Ｐ１）とは別の位置の液体を加熱し、気泡１０をマランゴニ効果によって移動させることができる。このように、集光手段１３が気泡移動手段としても機能する。なお、レーザ光Ｌで気泡１０を捕捉して停止させておくには、気泡１０に照射するレーザ光Ｌの照射エネルギーを気泡１０を成長させない程度の照射エネルギーに制御すればよい。このようにすると、気泡（気体）１０の屈折率と液体の屈折率の違いから、レーザ光Ｌによって気泡１０を微小流路５の壁面に押し付けるような力が生じ、そのレーザ光Ｌによって生じる力によって気泡１０が一定箇所に捕捉される。
【００４２】
このような集光位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３）を移動させることができる構成にすれば、図３に示すように、１個の気泡１０で複数の微小流路１６，１７の開閉を行うことが可能になる。
【００４３】
また、このような集光位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３）を移動させることができる構成にすれば、図４に示すように、気泡１０にタンパク質，粒子状物質等の保持対象１８を吸着させ、保持対象１８を気泡１０で所定位置に保持又は移動させることができる。なお、保持対象１８を吸着した気泡１０をマランゴニ効果で移動できる本実施形態によれば、光ピンセットの技術を利用して保持対象１８を移動させる場合に比較し、保持対象１８に対する制限が少なくなる。例えば、光ピンセットの技術を利用し、保持対象１８を移動させる場合、保持対象１８の屈折率が液体よりも大きくなければならず、また、透明でなければならないという制限がある。
【００４４】
また、このような集光位置Ｐ１（Ｐ２，Ｐ３）を移動させることができる構成にすれば、図５に示すように、微小流路５の所定位置（気泡１０を消去させたい位置）に気泡消去手段２０を配置し、その気泡消去手段２０の配置位置まで気泡１０を移動させた後、その気泡消去手段２０によって気泡を消去することができる。なお、本実施形態の気泡消去手段２０は、気体を透過させるが液体を透過させないシリコーンゴム（例えば、ＰＤＭＳ）等の材料で形成された第１プレート部材２の微小流路５の所定位置に、気泡１０を吸引するための負圧室２１を微小流路５に近接させて形成し、その負圧室２１内を外部のバキュームポンプ等の負圧発生手段（図示せず）によって吸引し、負圧室２１内の圧力が外気圧よりも１００ｋＰａ程度低くなるようにしてある。なお、負圧室２１と微小流路５とを仕切る壁部２２の肉厚は、気泡１０内部の気体の吸引が効率的に行えるように、極めて薄く（例えば、３０μｍ程度に薄く）なっている。このような構成によれば、気泡１０を形作る気体を負圧室２１内に吸引し、気泡１０を負圧室２１の形成位置で所望の大きさまで小さくするか（図５（ａ）〜（ｂ）参照）、又は完全に消滅させることが可能になる。ここで、気泡１０を所望の大きさまで小さくするか、又は気泡１０を完全に消滅させるかの選択は、負圧室２１内の圧力を調整することにより可能になる。そして、気泡１０の消滅後は、気泡１０に吸着された物質を微小流路５内で流動させることができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、光導入部１９から出射するレーザ光Ｌのエネルギーを通電コントローラ１５によってコントロールでき、気泡１０の発生のタイミングを所定の間隔で調節できるので、微小流路５を流動する液体を気泡１０によって所定量毎に正確に分離することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、レーザ光Ｌの照射幅が５０〜６０μｍ程度であり、光吸収体８の加熱幅も同程度になり、１個の気泡１０が生じる。仮に、大きな気泡が成長する過程において、小さな気泡が複数生じたとしても、気泡のオストワルト成長により、複数の小さな気泡が大きな気泡に吸収され、１個の大きな気泡となる。
【００４７】
なお、本実施形態において、光導入部１９は、レーザ光Ｌを出射する態様を例示したが、これに限られず、レーザ光以外の光（例えば、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ）を照射する構成のものを使用するようにしてもよい。
【００４８】
また、本実施形態において、レーザ光Ｌを光吸収体８に照射して発生させる気泡１０は、微小流路５と液体との接触角を制御することで、微小流路５の壁面から離れる球形状となるか、又は、微小流路５の壁面に沿った半球形状となるか制御することができる。微小流路５と液体との接触角を制御する方法としては、例えば、酸素プラズマ、エキシマＵＶ、シランカップリング、グラフト重合を利用した方法がある。
［第２形態］
図６は、第１形態の変形例であり、本発明の第２形態を示すものである。なお、本第２形態は、前述の第１形態の光吸収体８とは異なる態様の光吸収体８ａを示すものであるが、他の構成は第１形態と同様であるので、第１形態と同様の構成部分には同一符号を付し、第１形態と重複することになる説明を省略する。
【００４９】
この図６に示すように、本実施形態のマイクロ流体デバイス１は、微小流路５に配置する光吸収体８ａの大きさを気泡１０の投影面積よりも大きな受光面積となるように形成し、光導入部１９からの光を集光手段１３によって光吸収体８ａ上に集光し、効率的に光エネルギーを熱エネルギーに変換できるようにして、微小流路５内の液体中に所望の気泡１０を発生させるようになっている。ここで、集光手段１３は、光吸収体８ａへのレーザ光Ｌの照射面積が気泡１０の光吸収体８ａへの投影面積よりも小さくなるように、レンズの倍率や焦点距離等が決定されている。
【００５０】
このような構成の本実施形態によれば、前述の第１形態と同様の効果を得ることができる。
［第３形態］
図７は、第１形態の変形例であり、本発明の第３形態を示すものである。なお、本第３形態は、前述の第１形態の気泡消去手段２０とは異なる態様の気泡消去手段２３を示すものであるが、他の構成は第１形態と同様であるので、第１形態と同様の構成部分には同一符号を付し、第１形態と重複することになる説明を省略する。
【００５１】
この図７に示すように、本実施形態のマイクロ流体デバイス１は、微小流路５内に親水性壁面領域２４と疎水性壁面領域２５とを形成し、気泡１０をほぼ球状体として利用する場合に、気泡１０を親水性壁面領域２４に保持し（図７（ａ）参照）、その気泡１０があたかも消滅したかのように潰す場合に、気泡１０を疎水壁面領域２５に移動させる（図７（ｂ）参照）。
【００５２】
このような構成によれば、微小流路５は、親水性壁面領域２４の球状の気泡１０で流路が狭められ、液体の流動が制限されるが、気泡１０を疎水性壁面領域２５に移動させると、気泡１０の体積は同一であるが、気泡１０が疎水性壁面領域２５に押し付けられたように潰れ、球状の気泡１０で塞がれるようになっていた状態が解消され、液体が流動するための流路断面積を大きくすることができる。したがって、このような構成によっても、微小流路５の流路断面積を変化させることができる。
【００５３】
なお、本第３形態に前述の第２形態を適用し、疎水性壁面領域２５に負圧室２１を形成するように構成すれば、気泡１０が疎水性壁面領域２５で潰れるため、負圧室２１が形成された壁面と気泡１０との接触面積が第２形態の場合に比較して大きくなり、気泡１０を消滅させるまでに要する時間を短縮することができる（図５及び図７参照）。
［第４形態］
図８は、第１形態の変形例であり、本発明の第４形態を示すものである。なお、本第４形態は、前述の第１形態の気泡消去手段２０とは異なる態様の気泡消去手段２６を示すものであるが、他の構成は第１形態と同様であるので、第１形態と同様の構成部分には同一符号を付し、第１形態と重複することになる説明を省略する。
【００５４】
この図８に示すように、本実施形態のマイクロ流体デバイス１は、微小流路５の壁面に気泡１０を収容するための凹み２７を形成し、気泡発生位置からこの凹み２７の形成位置まで気泡１０をマランゴニ効果によって移動させ、気泡１０を微小流路５から凹み２７内に収容する（退避させる）ようになっている。
【００５５】
このような構成の本実施形態は、気泡１０を微小流路５内に保持すれば、微小流路５の流路断面積を狭めて流動制御を行うことができ、気泡１０を凹み２７内に収容すれば、気泡１０に吸着させた物質を微小流路５から退避させる（除去する）ことができると共に、微小流路５を全開状態にすることができる。
【００５６】
なお、その他、気泡消去手段としては、超音波で気泡を破壊するものを使用してもよい。また、微小流路５内の液体を冷却することにより、気泡１０の体積を減少させたり、液体の気体の溶解度を高めて気泡を液体中に溶け込ませることが考えられる。
【実施例１】
【００５７】
図９は、本発明を適用したマイクロ流体デバイス１の実施例１を模式的に示す図である。この図９に示すマイクロ流体デバイス１は、種類の異なる２種類の試料（液体）３０，３１を気泡１０によって所定量の液滴３０ａ，３１ａに分断し、その後に両液滴３０ａ，３１ａ同士を結合させるようになっている。なお、図９において、試料３０，３１が図中左側から右側方向に向かって流動するように、第１微小流路３２，第２微小流路３３と合流路３４に圧力が加えられている。
【００５８】
この図９に示すマイクロ流体デバイス１は、上記のような液体３０，３１の分断及び結合を行うため、第１の試料３０を流動させる第１微小流路３２と、第２の試料３１を流動させる第２微小流路３３と、これら第１微小流路３２と第２微小流路３３がＹ字状に合流する微小流路としての合流路３４とが第１プレート部材２に形成されている。そして、第１微小流路３２と第２微小流路３３の対応する位置には、それぞれ光照射手段１１の光導入部１９及び光吸収体８（８ａ）が配置されている。光照射手段１１は、第１形態において詳述したように、通電コントローラ１５によって通電制御されるようになっているため、第１微小流路３２及び第２微小流路３３に生じさせる気泡１０の大きさ及びタイミングを同一にすることができ、第１微小流路３２の第１の試料３０と第２微小流路３３の第２の試料３１とを気泡によって同量だけ分断できる。したがって、合流路３４において、第１の試料３０の分断された液滴３０ａと第２の試料３１の分断された液滴３１ａとが同一量だけ合流して結合し、下流側に流動する過程で所望の化学反応等が正確に行われる。
【００５９】
なお、本実施例１は、第１微小流路３２の第１の試料３０と第２微小流路３３の第２の試料３１とを同量だけ分断した後、その分断した同量の液滴３０ａ，３１ａ同士を結合する例を示したが、第１の試料３０と第２の試料３１を分断する気泡１０の大きさを変え、合流路３４で結合させる試料３０，３１の割合を変えるようにしてもよい。
【００６０】
また、本実施例１において、試料３０，３１の気泡１０による分断は、光照射手段１１による光照射の断続を適切に行うことにより制御される。ここで、光照射の断続を適切に行うとは、光照射の断続を所定時間毎に行うことや、光センサや静電容量式センサ等によって気泡１０と試料３０，３１の境目を検知し、その検知位置を基準にして光照射の断続を所定の制御タイミングで行うことなどをいう。
【実施例２】
【００６１】
図１０は、本発明を適用したマイクロ流体デバイス１の実施例２を模式的に示す図である。なお、図１０において、試料（液体）３０，３１が図中左側から右側方向に向かって流動するように、第１微小流路３２，第２微小流路３３と合流路３４に圧力が加えられている。
【００６２】
この図１０に示すマイクロ流体デバイス１は、第１プレート部材２に形成された第１微小流路３２と第２微小流路３３が合流路３４にＹ字状に合流するようになっており、第１微小流路３２側に光導入部１９と光吸収体８（８ａ）とが配置されている。そして、第１微小流路３２に配置された光吸収体８（８ａ）に光照射手段１１の光導入部１９からレーザ光Ｌを照射し、第１微小流路３２内の第１の試料３０に気泡１０を生じさせ、その気泡１０で第１微小流路３２を絞り、第１微小流路３２から合流路３４に流れ込む第１の試料３０と第２微小流路３３から合流路３４に流れ込む第２の試料３１の流量比率を適宜変えることができるようにしたものである。なお、第１微小流路３２に生じさせる気泡１０の大きさは、前述のように、光照射手段１１の光導入部１９から出射されるレーザ光Ｌの照射エネルギーを制御することにより変えることができる。
【実施例３】
【００６３】
図１１は、本発明を適用したマイクロ流体デバイス１の実施例３を模式的に示す図である。なお、図１１において、試料（液体）３９が図中左側から右側方向に向かって流動するように、微小流路４０内に圧力が加えられている。
【００６４】
この図１１に示すマイクロ流体デバイス１は、第１プレート部材２に形成された微小流路４０の上流側から下流側に向かって順に第１の光照射手段４１、第２の光照射手段４２、第３の光照射手段４３が微小流路４０に沿って配置されている。
【００６５】
そして、第１の光照射手段４１からの光が照射される第一の光照射部Ａには、微小流路４０の他の部分よりも高い光吸収性を発揮する光吸収体４４が配置されている。第１の光照射手段４１からのレーザ光Ｌが光吸収体４４に照射されると、光吸収体４４が光を吸収して発熱して微小流路４０の液体３９に気泡１０を生じさせる。このように、第１の光照射手段４１は、気泡１０を生じさせる気泡発生手段として機能する。なお、第１の光照射手段４１のレーザ光Ｌの照射を遮断するか、又は照射エネルギーを小さくすることにより、気泡１０が微小流路４０内を流動する液体３９によって下流側に運ばれる。
【００６６】
第２の光照射手段４２からのレーザ光Ｌが照射される第二の光照射部Ｂ、及び第３の光照射手段４３からのレーザ光Ｌが照射される第三の光照射部Ｃには、光吸収体４４のような光を吸収しやすい物質を配置しないようになっている。その結果、微小流路４０内を液体３９とともに流動する気泡１０に対して第２の光照射手段４２からレーザ光Ｌを照射し、光圧でもって気泡１０を微小流路４０の壁面に押し付け、気泡１０を第二の光照射部Ｂに保持することができる。なお、この際、第２の光照射手段４２から出射されるレーザ光Ｌの照射エネルギーが大きいものであっても、第二の光照射部Ｂの微小流路４０の壁面が発熱しにくいため、第二の光照射部Ｂにおいて気泡１０が新たに生じたり、また気泡１０が成長するようなことがない。したがって、微小流路４０内の液体３９の流動速度に応じて第２の光照射手段４２のレーザ光Ｌの照射エネルギーを大きくしたとしても、発熱による前述の弊害を生じることなく気泡１０をより強い光圧をもって確実に第二の光照射部Ｂに保持することができる。このように、第２の光照射手段４２は、気泡１０を第二の光照射部Ｂに保持する気泡保持手段として機能する。
【００６７】
第２の光照射手段４２のレーザ光Ｌの照射を遮断するか、又は照射エネルギーを小さくすることにより、気泡１０が第二の光照射部Ｂから第三の光照射部Ｃ側に微小流路４０内を流動する液体３９によって運ばれる。そして、この第三の光照射部Ｃにおいても、第３の光照射手段４３からのレーザ光Ｌによって第二の光照射部Ｂの場合と同様に気泡１０を保持することができる。このように、第３の光照射手段４３は、気泡１０を第三の光照射部Ｃに保持する気泡保持手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明を適用したマイクロ流体デバイスの模式的外観斜視図である。
【図２】本発明を適用したマイクロ流体デバイスの第２プレート部材を省略し且つ部分的に拡大して示す模式的平面図である。
【図３】気泡により複数の流路を開閉する態様を示すマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図４】気泡の機能の一態様を示すための第１プレート部材の模式的平面図である。
【図５】気泡消去手段の第１態様を示すマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図６】本発明を適用したマイクロ流体デバイスの第２形態を示す模式的平面図であり、図２に対応するマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図７】本発明の第３形態を示す図であり、気泡消去手段の第２態様を示すマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図８】本発明の第４形態を示す図であり、気泡消去手段の第３態様を示すマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図９】本発明の実施例１に係るマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図１１】本発明の実施例３に係るマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【図１２】第１従来例に係るマイクロ流体デバイスを示す図であり、（ａ）が保護プレートを取り外して示す模式的平面図、（ｂ）が（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。
【図１３】第２従来例に係る液体搬送装置の模式的平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１……マイクロ流体デバイス、５，１６，１７，４０……微小流路、８，８ａ，４４……光吸収体、１０……気泡、１１……光照射手段、１３……集光手段（集光光学系、気泡移動手段）、１９……光導入部（導光路）、２０，２３，２６……気泡消去手段、３０ａ，３１ａ……液滴、３２……第１微小流路、３３……第２微小流路、３４……合流路（微小流路）、４１……第１の光照射手段（光照射手段）、４２……第２の光照射手段（光照射手段）、４３……第３の光照射手段（光照射手段）、Ａ……第一の光照射部、Ｂ……第二の光照射部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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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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