(57)【要約】【課題】流路構造体において、流路用の貫通孔を有する部材を１つの部材として容易に扱い、流路構造体の製造工程を簡素化する。【解決手段】マイクロリアクタでは、第１基板１１、および、第１基板１１上に積層された中間基板１２により溝部が形成され、蓋部材である第２基板１３により溝部の開口が閉塞されることにより、流体が流れる微細流路が形成される。中間基板１２は、微細流路の一部を形成する貫通孔を含む流路領域１２０、および、微細流路の長手方向の所定の部位において、流路領域１２０の両側の部位よりも薄い板状であって両側の部位を連結する連結部１２２を備える。マイクロリアクタでは、連結部１２２により、中間基板１２の形成時およびハンドリング時に、中間基板１２を１つの部材として容易に扱うことができ、マイクロリアクタの製造工程を簡素化することができる。【選択図】図６
2006122736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋部材により閉塞されることにより流体が流れる流路を形成する溝部を有する流路構造体であって、
所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状のベース部材と、
前記積層方向に貫通して溝部の少なくとも一部を形成する貫通孔を含む流路領域を有し、前記ベース部材上に積層されて前記流路領域の一方の開口が閉塞される板状またはシート状の中間部材と、
を備え、
前記中間部材が、前記溝部の長手方向の所定の部位において前記流路領域の両側の部位を連結するとともに前記両側の部位よりも薄い板状の連結部を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の流路構造体であって、
前記連結部が、前記中間部材を形成する際のエッチングにより形成され、前記連結部の一方の主面が、前記両側の部位の主面と同一平面上に位置することを特徴とする流路構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流路構造体であって、
前記両側の部位をそれぞれ含む独立した２つの部材要素が、前記両側の部位を連結する前記両側の部位より薄い板状の少なくとも１つの連結部のみにより連結されていることを特徴とする流路構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記中間部材の前記ベース部材とは反対側に直接または間接的に積層され、前記溝部の開口を閉塞する蓋部材をさらに備え、
前記蓋部材が、前記溝部と共に流路の少なくとも一部を形成する凹部を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記中間部材の前記ベース部材とは反対側に直接または間接的に積層され、前記溝部の開口を閉塞する透光性の蓋部材をさらに備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項７】
蓋部材により閉塞されることにより流体が流れる流路を形成する溝部を有する流路構造体の製造方法であって、
板状またはシート状のベース部材を形成する工程と、
貫通孔を有し、前記貫通孔を含む流路領域の長手方向の所定の部位において前記流路領域の両側の部位を連結する前記両側の部位より薄い板状の連結部を有する板状またはシート状の中間部材を形成する工程と、
前記ベース部材上に前記中間部材を積層して前記流路領域の一方の開口を閉塞することにより、前記溝部の少なくとも一部を形成する工程と、
を備え、
前記中間部材を形成する工程が、
元部材の一方の主面上の前記流路領域以外の領域に第１レジスト膜を形成する工程と、
前記元部材の他方の主面上の前記流路領域以外の領域および前記連結部に対応する領域に第２レジスト膜を形成する工程と、
前記元部材の両側の主面の前記第１レジスト膜および前記第２レジスト膜以外の領域をエッチングする工程と、
前記第１レジスト膜および前記第２レジスト膜を前記元部材から除去する工程と、
を備えることを特徴とする流路構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路を形成する溝部を有する流路構造体、および、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学合成反応や生化学反応等の分野において、微量の試料流体を反応させるための微小容器として、微細流路を有するマイクロリアクタが利用されている。例えば、特許文献１では、異方性エッチングによりチャネル（流路）が形成されたシリコン基板の表面を平板により覆って形成されたマイクロリアクタが開示されている。このようなマイクロリアクタでは、複数の注入ポートから試料流体が供給されてチャネル内で混合および反応し、反応物が排出ポートから取り出される。特許文献２では、流路を蛇行させることにより試料流体の混合時間を延長する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献３では、２種類の試料流体がそれぞれ流れる複数の分岐流路を交互に並べて合流させることにより、混合流路内において２種類の層状の試料流体を交互に複数回積層し、各層間における試料の混合を短時間で効率良く行う技術が開示されている。また、特許文献４では、混合流路を上下方向に分割して再度合流させることにより、積層される試料流体の層数を増加して混合効率を向上する技術が開示されている。一方、特許文献５では、貫通孔を有する複数の流路板を、底板と蓋板とで挟んで積層することによりマイクロリアクタの流路を形成する技術が開示されている。なお、特許文献６および特許文献７では、管路を流れる流体を改質する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９８４号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７７号公報
【特許文献４】特表平１１−５１２６４５号公報
【特許文献５】特開２００４−３３９０７号公報
【特許文献６】特開２００４−１２４９１８号公報
【特許文献７】特開２００２−３６１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、貫通孔を有する流路板を用いて微細流路を形成する場合、流路板の形成時や積層時等、流路板をハンドリングする際に、不都合が生じることがある。例えば、蛇行する流路が形成される際には、蛇行する貫通孔に挟まれる片持梁状の部位が変形してしまう可能性があり、分割流路が形成される際には、複数の貫通孔の間に位置する部位が周囲の流路板から分離した部位になってしまうことがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流路用の貫通孔を有する部材を１つの部材として容易に扱い、流路構造体の製造工程を簡素化することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、蓋部材により閉塞されることにより流体が流れる流路を形成する溝部を有する流路構造体であって、所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状のベース部材と、前記積層方向に貫通して溝部の少なくとも一部を形成する貫通孔を含む流路領域を有し、前記ベース部材上に積層されて前記流路領域の一方の開口が閉塞される板状またはシート状の中間部材とを備え、前記中間部材が、前記溝部の長手方向の所定の部位において前記流路領域の両側の部位を連結するとともに前記両側の部位よりも薄い板状の連結部を備える。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記連結部が、前記中間部材を形成する際のエッチングにより形成され、前記連結部の一方の主面が、前記両側の部位の主面と同一平面上に位置する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流路構造体であって、前記両側の部位をそれぞれ含む独立した２つの部材要素が、前記両側の部位を連結する前記両側の部位より薄い板状の少なくとも１つの連結部のみにより連結されている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記中間部材の前記ベース部材とは反対側に直接または間接的に積層され、前記溝部の開口を閉塞する蓋部材をさらに備え、前記蓋部材が、前記溝部と共に流路の少なくとも一部を形成する凹部を備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記中間部材の前記ベース部材とは反対側に直接または間接的に積層され、前記溝部の開口を閉塞する透光性の蓋部材をさらに備える。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備える。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、蓋部材により閉塞されることにより流体が流れる流路を形成する溝部を有する流路構造体の製造方法であって、板状またはシート状のベース部材を形成する工程と、貫通孔を有し、前記貫通孔を含む流路領域の長手方向の所定の部位において前記流路領域の両側の部位を連結する前記両側の部位より薄い板状の連結部を有する板状またはシート状の中間部材を形成する工程と、前記ベース部材上に前記中間部材を積層して前記流路領域の一方の開口を閉塞することにより、前記溝部の少なくとも一部を形成する工程とを備え、前記中間部材を形成する工程が、元部材の一方の主面上の前記流路領域以外の領域に第１レジスト膜を形成する工程と、前記元部材の他方の主面上の前記流路領域以外の領域および前記連結部に対応する領域に第２レジスト膜を形成する工程と、前記元部材の両側の主面の前記第１レジスト膜および前記第２レジスト膜以外の領域をエッチングする工程と、前記第１レジスト膜および前記第２レジスト膜を前記元部材から除去する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、貫通孔を含む流路領域を有する中間部材を１つの部材として容易に扱うことができる。その結果、構造体の製造工程を簡素化することができる。請求項２および７の発明では、連結部を容易に形成することができる。請求項３の発明では、中間部材の一部が分離することが防止される。
【００１４】
請求項４の発明では、流路構造体を薄型化することができる。請求項５の発明では、流路内の流体に光を照射することができる。請求項６の発明では、流路を流れる流体のクラスタを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明に係る微細流路構造体１の基本構造を示す断面図である。図１は、微細流路構造体１を、微細流路構造体１の内部に形成される微細流路１４の長手方向（すなわち、微細流路１４を流れる流体の流動方向）に垂直な面で切断した図である。図１に示すように、微細流路構造体１は、所定の積層方向（すなわち、図１中のＺ方向）に対して垂直な基板であって最も下側のベースとなる第１基板１１、第１基板１１上においてＺ方向に積層された中間基板１２、および、中間基板１２の第１基板１１とは反対側に直接的に積層された第２基板１３を備える。第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３は、それぞれが同じ金属材料により形成された厚さが等しい板状（またはシート状）の部材であり、それぞれの厚さは１００μｍ以上とされる。
【００１６】
微細流路構造体１では、第１基板１１および中間基板１２により溝部が形成され、蓋部材である第２基板１３により溝部の開口が閉塞されることにより、流体が流れる微細流路１４が形成される。図１は、微細流路１４の長手方向の一部であって第１基板１１に平行な平行部１４０における断面を示している。平行部１４０は、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成されて中間基板１２を積層方向に貫通する貫通孔１２１により形成される。微細流路構造体１では、平行部１４０の積層方向の幅（以下、「縦幅」という。）が、積層方向に垂直な方向（すなわち、Ｙ方向）の幅（以下、「横幅」という。）の２倍以上とされる。
【００１７】
図１に示すように、平行部１４０の内壁面のうち、Ｚ方向に関して両端の部位（以下、（−Ｚ）側の部位を「下端部１４０１」、（＋Ｚ）側の部位を「上端部１４０３」という。）は第１基板１１および第２基板１３上に存在する。換言すれば、下端部１４０１は、第１基板１１上に形成された第１凹部１１１の内壁面である凹面であり、上端部１４０３は、第２基板１３上に形成された第２凹部１３１の内壁面である凹面である。また、平行部１４０の内壁面のうち、下端部１４０１および上端部１４０３の間の中間部１４０２は貫通孔１２１により形成される。
【００１８】
なお、微細流路構造体１では、複数の中間基板１２が第１基板１１と第２基板１３との間にて積層され、第１基板１１の第１凹部１１１、複数の中間基板１２に連通して形成された貫通孔１２１、および、第２基板１３の第２凹部１３１により微細流路１４の平行部１４０が形成されてもよい。また、第２基板１３上に第２凹部１３１が形成されず、第２基板１３の（−Ｚ）側の平坦な主面の一部が、平行部１４０の内壁面の上端部１４０３とされてもよい（第１基板１１についても同様に第１凹部１１１が省略されてよい。）。微細流路構造体１では、微細流路１４の平行部１４０以外の部位において、微細流路１４の底面や上面が水平面（すなわち、ＸＹ平面）に対して傾斜して形成されることにより、微細流路１４の縦幅が長手方向に関して漸次増加（または減少）してもよい。
【００１９】
次に、上記基本構造を有する微細流路構造体１の具体的な形状について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体１を示す平面図である。微細流路構造体１は、２種類の流体の混合および反応に利用される微小容器であり、以下、「マイクロリアクタ１」という。マイクロリアクタ１は、上述のように、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により構成される３層構造であり、これらの基板により、図２中に破線にて示す微細流路１４が形成される。
【００２０】
図２に示すように、マイクロリアクタ１は、２種類の微量の流体がそれぞれ供給される２つの供給口１４３を微細流路１４の（−Ｘ）側に備え、微細流路１４を通過した流体が排出される１つの排出口１４４を微細流路１４の（＋Ｘ）側に備える。微細流路１４は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された各供給口１４３から供給された流体がそれぞれ通過する２つの供給路１４１、および、２つの供給路１４１に接続されて２種類の流体が混合された混合流体が通過する混合路１４２を備える。
【００２１】
混合路１４２では、図２に示すように、流路の一部が２つに分割されている。以下、混合路１４２の分割されている部位を「分割部位１４２２」、それ以外の部位を「合流部位１４２１」という。混合路１４２では、混合流体の分割と合流が繰り返されることにより２種類の流体の混合が効率良く行われる。微細流路１４の一部である混合路１４２を通過した混合流体は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された排出口１４４から排出される。
【００２２】
マイクロリアクタ１では、２つに分割された流路である供給路１４１のそれぞれが、第１基板１１に平行な平行部１４０となり、２つの供給路１４１に連絡する混合路１４２が、第１基板１１に平行なもう１つの平行部１４０となる。図３および図４は、マイクロリアクタ１の一部を図２中のＡ−ＡおよびＢ−Ｂの位置で供給路１４１および混合路１４２の合流部位１４２１に垂直な面（すなわち、Ｘ方向に垂直な面）により切断した部分断面図である。なお、混合路１４２の分割部位１４２２の断面形状は、図３に示す供給路１４１の断面形状と同様であり、２つの流路の間隔のみが異なる。
【００２３】
マイクロリアクタ１では、供給路１４１を流れる流体に働く抵抗、および、混合路１４２の合流部位１４２１を流れる流体に働く抵抗が略等しくなるように、供給路１４１および合流部位１４２１の断面積が決定されている（分割部位１４２２についても同様）。ただし、流路の横幅や縦幅が極端に小さくならないことが前提とされる。図３および図４に示すように、混合路１４２の合流部位１４２１は、各供給路１４１（および混合路１４２の分割部位１４２２）よりも横幅が大きく、縦幅が小さい。また、２つの供給路１４１の横幅の合計は混合路１４２の合流部位１４２１の横幅以下とされ、各供給路１４１の縦幅は、合流部位１４２１の縦幅以上とされる（２つの分割部位１４２２についても同様）。
【００２４】
その結果、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路である供給路１４１が占める横幅（２つの供給路１４１の間隙の横幅も含む。）を小さくすることができる。同様に、微細流路１４の２つの分割部位１４２２が占める横幅を小さくすることもできる。このように、マイクロリアクタ１では、微細流路１４の各部位に要求される断面積を、各部位の横幅と縦幅とを自由に組み合わせて実現することにより、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００２５】
図５は、マイクロリアクタ１の中間基板１２を（＋Ｚ）側から見た平面図である。図５に示すように、中間基板１２は、Ｚ方向に貫通して微細流路１４の一部を形成する貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、微細流路１４の長手方向の所定の部位において、流路領域１２０の両側の部位を連結する複数の連結部１２２を備える。
【００２６】
図６は、マイクロリアクタ１を、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でＸ方向に垂直な面により切断した部分断面図である。図６では、理解を容易にするために、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を分解して示している。図６に示すように、中間基板１２の流路領域１２０の（−Ｚ）側の開口１２３は、第１基板１１により閉塞される。また、連結部１２２は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側（すなわち、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側）の部位よりも薄い板状であり、連結部１２２の（＋Ｚ）側の主面は、当該両側の部位の（＋Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００２７】
図５に示すように、中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた部位が、複数（本実施の形態では３つ）の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されている。また、混合路１４２の２つの分割部位１４２２に対応する流路領域１２０に挟まれた略菱形の孤立部１２４が、孤立部１２４の周囲の周辺部１２５から独立しており、複数（本実施の形態では４つ）の連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されている。換言すれば、連結部１２２を挟んで中間基板１２の独立した部材要素である孤立部１２４および周辺部１２５は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側の部位をそれぞれ含む。なお、孤立部１２４が小さい場合（例えば、連結部１２２と同程度の大きさである場合）等には、孤立部１２４は１つの連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されてもよい。
【００２８】
図７は、マイクロリアクタ１の製造工程を示す図である。マイクロリアクタ１が製造される際には、まず、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３用の金属板（すなわち、各基板の元になる部材であり、以下、「元部材」という。）が準備される。３つの元部材は同じ金属材料により形成されており、厚さも等しい。
【００２９】
元部材が準備されると、１つの元部材について、両主面にフォトレジストが塗布され、（＋Ｚ）側の主面に対して露光および現像が行われて第１凹部１１１に対応するエッチング領域以外の領域にレジスト膜が形成される。その後、エッチング領域に対して等方性エッチングが行われて第１凹部１１１が形成され、さらに、レジスト膜が元部材から除去されて第１基板１１が形成される（ステップＳ１１）。
【００３０】
第１基板１１が形成されると、他の１つの元部材に対する加工が行われて中間基板１２が形成される（ステップＳ１２）。図８は、中間基板１２の形成工程を示す図である。図９および図１０は、中間基板１２の形成途上における部分断面図であり、それぞれ、図５中のＣ−ＣおよびＤ−Ｄの位置における中間基板１２の断面を示す。以下、図８ないし図１０を参照しつつ中間基板１２の形成工程を説明する。
【００３１】
中間基板１２が形成される際には、まず、元部材の両主面にフォトレジストが塗布される（ステップＳ１２１）。続いて、元部材の（−Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、図９および図１０に示すように、流路領域１２０以外の領域に第１レジスト膜９１が形成される（ステップＳ１２２）。さらに、元部材の（＋Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、流路領域１２０以外の領域、および、連結部１２２に対応する領域に第２レジスト膜９２が形成される（ステップＳ１２３）。
【００３２】
なお、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２の形成は、元部材の（−Ｚ）側および（＋Ｚ）側の主面に対して露光が同時もしくは順次行われた後、両主面が同時、あるいは、順次に現像されることにより行われてもよい。また、フォトレジストは、光が照射された部分のみが現像時に除去されるポジ型であってもよく、光が照射された部分のみが硬化して現像時に残置されるネガ型であってもよい。さらに、元部材に対する露光は、開口パターンを有するマスクを介しての光の照射であってもよく、変調される光ビームを走査させながら照射してパターンを直接描画する直描方式により行われてもよい。
【００３３】
第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が形成されると、元部材に対してシャワー状または霧状のエッチング液が付与されて両主面の第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２以外の領域に対して等方性エッチングが行われ、図９および図１０中に二点鎖線にて示す部位が除去されて貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、連結部１２２が形成される（ステップＳ１２４）。その後、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が元部材から除去されて中間基板１２の形成が完了する（ステップＳ１２５）。このように、中間基板１２の形成工程では、流路領域１２０を形成する際のエッチングにより、複数の連結部１２２が貫通孔１２１の形成と並行して容易に形成される。なお、エッチング液の付与は、元部材がエッチング液に浸漬されることにより行われてもよい。
【００３４】
中間基板１２の形成が完了すると、ステップＳ１１と同様に、さらに他の元部材に対するフォトレジストの塗布、露光、現像、等方性エッチング、および、レジスト膜の除去が行われ、第２凹部１３１を（−Ｚ）側の主面に有する第２基板１３が形成される（ステップＳ１３）。なお、第１基板１１、中間基板１２、第２基板１３の処理条件が同じであれば、レジスト塗布、露光、現像、エッチングの各工程を一度の処理で行っても良い。その後、第１基板１１上に中間基板１２が積層され、互いに拡散接合されて微細流路１４の一部である溝部が形成され、さらに、中間基板１２上（すなわち、中間基板１２の第１基板１１とは反対側）に溝部の開口を閉塞する蓋部材である第２基板１３が直接積層されて拡散接合されることにより、縦幅が横幅の２倍以上である微細流路１４を内部に備えるマイクロリアクタ１が形成される（ステップＳ１４）。各基板の接合は、接着剤や板状シールにより行われてもよい。
【００３５】
以上に説明したように、マイクロリアクタ１の中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた片持梁状の部位が、複数の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されているため、中間基板１２の第１基板１１上への積層の際等、中間基板１２をハンドリングする際に、当該片持梁状の部位が変形してしまうことが防止される。また、互いに独立した孤立部１２４および周辺部１２５が複数の連結部１２２により連結されているため、中間基板１２の一部が分離することが防止される。その結果、中間基板１２の形成時およびハンドリング時に、中間基板１２をエッチング耐性シート等に固定することなく１つの部材として容易に扱うことができ、マイクロリアクタ１の製造工程を簡素化することができる。
【００３６】
マイクロリアクタ１では、貫通孔１２１が形成された中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。また複数の薄い元部材に対してエッチングを行って貫通孔１２１等を形成し、これらを積層することにより微細流路１４が形成されるため、１つの厚い元部材に同じ縦幅の微細流路を形成する場合に比べて、個々の元部材に対するエッチング量を少なくして微細流路１４を短時間で形成することができる。さらには、底板部材である第１基板１１および蓋部材である第２基板１３に、微細流路１４の一部を構成する第１凹部１１１および第２凹部１３１が形成されているため、必要とされる微細流路１４の縦幅に対して、マイクロリアクタ１を薄型化することができる。
【００３７】
マイクロリアクタ１では、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３のそれぞれの厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造時における各基板の曲げや張力等の搬送条件を同じにすることができる。その結果、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。また、各基板の厚さが１００μｍ以上とされることにより、基板同士を拡散接合する際に、基板に加えられる圧力の均一性が向上し、基板同士をより確実に接合することができる。その結果、微細流路１４からの流体の漏出を防止することができる。
【００３８】
生産現場等における混合処理において、処理すべき流体の総量が多い場合には、通常、流体の総量に合わせて流路が拡大されるが、マイクロリアクタ１の場合は本体が薄いため、多数積層されて使用される。これにより、量産時の混合条件の変化が防止され、混合流体の品質を維持することができる。また、混合処理に利用される設備を小型化することもできる。
【００３９】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ａの部分断面図である。（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて見たマイクロリアクタ１ａの形状は図２に示すマイクロリアクタ１と同様であり、図１１は、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でマイクロリアクタ１ａを切断した断面を示す。図１１に示すように、マイクロリアクタ１ａは、第１基板１１と第２基板１３との間に２つの中間基板１２を備える。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。マイクロリアクタ１ａの製造工程については、中間基板１２の形成工程が２度行われて２つの中間基板１２が形成されることを除いて第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００４０】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３が透光性の材料（例えば、ガラス）により形成されており、第１基板１１および２つの中間基板１２により形成される溝部の（＋Ｚ）側の開口を閉塞する蓋部材の役割を果たす。第１の実施の形態と対比した場合、第２基板１３は、第１基板１１上に積層された中間基板１２の第１基板１１とは反対側（すなわち、（＋Ｚ）側）にもう１つの中間基板１２を挟んで間接的に積層された部材となっている。第２基板１３を除く他の３つの基板は、第１の実施の形態と同様に、同じ金属材料により形成されており、それぞれの厚さも等しくされる。
【００４１】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３を介して微細流路１４内の流体に光を照射することができる。したがって、マイクロリアクタ１ａは、試料流体の光反応を行うための容器に特に適している。また、マイクロリアクタ１ａでは、微細流路１４内における流体の様子を視覚的に観察することもできる。
【００４２】
マイクロリアクタ１ａでは、第１の実施の形態と同様に、２つの中間基板１２にそれぞれ連結部１２２が設けられることにより、各中間基板１２の形成時およびハンドリング時に中間基板１２の一部が分離することが防止され、中間基板１２を１つの部材として容易に扱うことができ、その結果、マイクロリアクタ１ａの製造工程を簡素化することができる。
【００４３】
マイクロリアクタ１ａでは、貫通孔１２１が形成された２つの中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングにより容易に形成することができ、また、微細流路１４の一部を第１基板１１および第２基板１３上に形成することにより、マイクロリアクタ１ａを薄型化することができる。さらに、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路（供給路１４１、および、混合路１４２の分割部位１４２２）が占める横幅を小さくすることができ、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００４４】
また、マイクロリアクタ１ａでは、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。そして、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが１００μｍ以上とされることにより、第１基板１１および２つの中間基板１２をより確実に接合することができる。
【００４５】
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｂの構成を示す正面図である。マイクロリアクタ１ｂは、永久磁石４１，４２をさらに備えることを除き、その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００４６】
図１２に示すように、永久磁石４１および永久磁石４２は、第１基板１１の（−Ｚ）側、および、第２基板１３の（＋Ｚ）側に設けられ、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を挟んで互いに対向する。永久磁石４１，４２の互いに対向する部位は互いに逆極性とされる。このように、マイクロリアクタ１ｂでは、永久磁石４１，４２が、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により形成される微細流路１４（図２参照）の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部の役割を果たす。なお、永久磁石４１，４２の互いに対向する部位が、同極性であっても良い。
【００４７】
マイクロリアクタ１ｂでは、永久磁石４１，４２により、微細流路１４を流れる流体に磁場が印可される。その結果、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができ、流体の反応性を向上したり、あるいは、微細流路１４の内壁面から流体が受ける抵抗を軽減して流体の流れを滑らかにすることができる。
【００４８】
図１３は、永久磁石４１，４２に代えて、電磁石４３を磁場発生部として設けたマイクロリアクタ１ｃを示す正面図である。図１３に示すように、電磁石４３は、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３の周囲に形成されたコイル４３１、並びに、コイル４３１に接続される電源４３２を備える。電磁石４３では、電源４３２からコイル４３１へと直流電流、交流電流またはパルス電流が供給されることにより、微細流路１４（図２参照）の少なくとも一部に磁場が印加される。
【００４９】
マイクロリアクタ１ｃでは、電磁石４３により微細流路１４を流れる流体に磁場が印可されることにより、図１２に示すマイクロリアクタ１ｂと同様に、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができる。
【００５０】
なお、磁場発生部は、上記以外の様々な構成とされてよい。また、マイクロリアクタの供給口１４３および排出口１４４に接続される供給管および排出管に磁場発生部が設けられて、供給管および排出管を流れる流体に磁場が印可されてもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００５２】
例えば、マイクロリアクタを形成する各基板は、金属、ガラス、セラミック、シリコン、樹脂等、様々な材料により形成されてよい。マイクロリアクタでは、様々な種類の流体が混合される。例えば、組成が異なる２つの流体が混合されてもよく、状態が異なる（例えば、気層と液層）２つの流体が混合されてもよい。また、３種類以上の流体の混合が行われてもよい。マイクロリアクタは、複数の流体の混合による化学反応、化学反応を伴わない単なる混合、液体と気体の混合による微粒子化や霧化、あるいは、泡化等、流体の混合を伴う様々な目的に利用可能である。
【００５３】
上記実施の形態に係る微細流路構造体は、２種類の流体の混合および反応に利用されるマイクロリアクタに適しており、流体分析機器の混合機部分等にも利用される。なお、流体の供給口を３以上設けて、３種類以上の流体の混合および反応に利用しても良い。また、微細流路構造体は、燃料電池やその他様々な用途にも利用可能である。燃料電池として利用される場合には、図１４に示すように、第１基板１１および第１中間基板１２上に第２基板１３としてイオン交換膜等の機能性膜が設けられ、貫通孔１２１を有する第２中間基板１２ａ、および、凹部が形成された第４基板１７が第２基板１３上に積層されることにより、第２基板１３を挟んで対向する第１微細流路１４および第２微細流路１４ａが形成される。また、図１５に示すように、図１４に示す微細流路構造体の第２基板１３と第２中間基板１２ａとの間に、２つの第３中間基板１２ｂおよびイオン交換膜１３ａをさらに設けることにより、２つのイオン交換膜を挟んで３層に重ねられた微細流路を有する微細流路構造体が形成されてもよい。
【００５４】
微細流路１４の形状も用途に応じて様々に変更されてよい。図１６および図１７は、上記実施の形態とは異なる形状の流路領域１２０ａを有する中間基板１２を示す平面図である。図１６に示すように、中間基板１２では、蛇行する流路領域１２０ａに挟まれるＹ方向に長い帯状の部位が、連結部１２２により周囲の部位に連結され、連結部１２２の（＋Ｚ）側の主面は、中間基板１２の（＋Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。また、図１７に示すように、２つの独立する渦巻き型の流路領域１２０ａが中間基板１２に設けられる場合には、渦巻き型の流路領域１２０ａに囲まれる部位が、複数の連結部１２２により周囲の部位に連結される。これにより、流路領域１２０ａの間の片持梁状の部位が、中間基板１２のハンドリング時に変形してしまうことが防止される。
【００５５】
上記実施の形態では、微細流路が内部に形成された微細流路構造体について説明しているが、本発明に係る流路構造体では、流路は必ずしも微細なもの（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の深さや横幅のもの）には限定されず、深さや横幅が２０ｍｍ程度の流路を有する流路構造体にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る微細流路構造体の基本構造を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る微細流路構造体を示す平面図である。
【図３】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図４】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図５】中間基板の平面図である。
【図６】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図７】マイクロリアクタの製造工程を示す図である。
【図８】中間基板の形成工程を示す図である。
【図９】中間基板の部分断面図である。
【図１０】中間基板の部分断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係るマイクロリアクタの部分断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るマイクロリアクタの正面図である。
【図１３】マイクロリアクタの正面図である。
【図１４】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【図１５】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【図１６】他の中間基板を示す平面図である。
【図１７】他の中間基板を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１ａ〜１ｃ    微細流路構造体（マイクロリアクタ）
１１    第１基板
１２    中間基板
１３    第２基板
１４    微細流路
４１，４２    永久磁石
４３    電磁石
９１    第１レジスト膜
９２    第２レジスト膜
１２０，１２０ａ    流路領域
１２１    貫通孔
１２２    連結部
１２３    開口
１２４    孤立部
１２５    周辺部
Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ１２１〜Ｓ１２５    ステップ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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