(57)【要約】 【課題】    簡単な構成で製造が容易で、温度調整も容易なマイクロ流体チップ装置としたい。【解決手段】    対向する1対の主面を有し、その一主面に微小断面の処理流路１１を持つマイクロ流体チップ本体１０が、一主面に処理流路を覆う蓋体３０を備え、流路の一端側から少なくとも２種類の原液を供給し、処理流路の他端側から各原液について所望の処理が終了した処理済み液を得るマイクロ流体チップ装置１であり、マイクロ流体チップ本体１０は一主面に対向した他の主面側に各原液を個別に流す原液用流路１４ａ，１４ｂを設けるとともに各原液用流路を覆う蓋体５０を設け、各原液用流路を覆う蓋体５０に各原液用流路を流れる各原液の温度を調整する温度調整手段９０を設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する1対の主面を有し、その一主面に微小断面の処理流路を持つマイクロ流体チップ本体が、該一主面に該処理流路を覆う蓋体を備え、該流路の一端側から少なくとも２種類の原液を供給し、該処理流路の他端側から該各原液について所望の処理が終了した処理済み液を得るマイクロ流体チップ装置において、  
該マイクロ流体チップ本体は該一主面に対向した他の主面側に該各原液を個別に流す原液用流路を設けるとともに該各原液用流路を覆う蓋体を設け、該各原液用流路を覆う蓋体に該各原液用流路を流れる各原液の温度を調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするマイクロ流体チップ装置。  
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ装置において、  
該温度調整手段は各原液を加熱する手段および冷却する手段の少なくとも1方であることを特徴とするマイクロ流体チップ装置。  
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ装置において、  
該マイクロ流体チップ本体は該処理流路の一端側において該処理流路と該マイクロ流体チップ本体における他の主面側の該各原液用流路を連通する開孔を備えていることを特徴とするマイクロ流体チップ装置。  
【請求項４】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ装置において、  
該マイクロ流体チップ本体は該各原液用流路を流れる各原液の温度を検知する温度センサを備えていることを特徴とするマイクロ流体チップ装置。  
【請求項５】
請求項１に記載のマイクロ流体チップ装置において、  
さらに、該処理流路を覆う蓋体に該処理流路を流れる処理中の液体の温度を調整する温度調整手段を設けたことを特徴とするマイクロ流体チップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一主面に微小断面の処理流路を持つマイクロ流体チップ本体が該主面に該処理流路を覆う蓋体を備え、該流路の一端側から少なくとも2種類の原液を供給し、該処理流路の他端側から該各原液について所望の処理が終了した処理済み液を得るマイクロ流体チップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体チップ装置は、マイクロ流体チップ本体が数μｍから数百μｍの微小な流路を持ち、その流路内で液体の混合や反応などを行う装置で、マイクロ流体チップ本体が持つ微小流路内では液体のレイノルズ数は数百以下となり、従来の反応装置のような乱流支配ではなく、層流支配の世界となる。
【０００３】
この層流支配下での液体は慣性よりも粘性による影響を強く受けるので、高粘度液体の送液は困難となる。また流路内の液量が微小であるため高速な混合や反応が可能であるが、発熱反応などにより液温が急激に上昇し、高温で副生成物を生じて予定した処理済み液の収率が低下する問題もある。
【０００４】
この様な問題に対処するために、マイクロ流体チップ装置には温度調整機能が必要で、下記の特許文献1においては、マイクロ流体チップ本体の厚さ方向に蛇行した流路を設け、のマイクロ流体チップ本体の両主面から加熱や冷却をすることにより温度調整を図ることを提案している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１３０２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では複数の薄板を積層して流路を形成する構造であるため、各薄板間の接合などに高度の技術を必要とする。また、マイクロ流体チップ本体の厚さ方向に温度分布（温度差）を設けるものであるため、温度設定が容易ではない問題がある。
【０００７】
それゆえ本発明の目的は、簡単な構成で製造が容易であり、温度調整も容易なマイクロ流体チップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、対向する1対の主面を有し、その一主面に微小断面の処理流路を持つマイクロ流体チップ本体が、該一主面に該処理流路を覆う蓋体を備え、該流路の一端側から少なくとも２種類の原液を供給し、該処理流路の他端側から該各原液について所望の処理が終了した処理済み液を得るマイクロ流体チップ装置において、該マイクロ流体チップ本体は該一主面に対向した他の主面側に該各原液を個別に流す原液用流路を設けるとともに該各原液用流路を覆う蓋体を設け、該各原液用流路を覆う蓋体に該各原液用流路を流れる各原液の温度を調整する温度調整手段を設けたことにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な構成で製造が容易で温度調整も容易なマイクロ流体チップ装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、マイクロ流体チップ装置の一実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明マイクロ流体チップ装置の一実施形態として２種類の液体を混合するマイクロ流体チップ装置を図示し説明するが、本発明はこの実施形態により何ら限定されるものではない。
【００１２】
図１はマイクロ流体チップ装置１の概略断面図で、１０はマイクロ流体チップ本体、３０はマイクロ流体チップ本体１０の表面（一主面）を覆う蓋体、５０はマイクロ流体チップ本体１０の裏面（一主面に対向した他の主面）を覆う蓋体である。７０は蓋体３０に設けた温度調整手段、９０は蓋体５０に設けた温度調整手段である。
【００１３】
マイクロ流体チップ本体１０の表面（一主面）には図１〜図３に示すようにＹ字状の処理流路１１を有している。処理流路１１は高さ２００μｍの突起１２に囲まれて形成される。処理流路１１は２個の原液流路部１１ａ、１１ｂと処理流路部１１ｃと合流部１１ｄから構成される。
【００１４】
マイクロ流体チップ１０の裏面（他の主面）には図４に示すように略６角形の２個の原液用流路１４ａ，１４ｂを有している。各原液用流路１４ａ，１４ｂは高さ２００μｍの突起１５ａ，１５ｂに囲まれて形成される。処理流路１１と各原液用流路１４ａ，１４ｂは、蓋体３０，５０で覆われて暗渠式の流路を構成している。
【００１５】
処理流路１１と各原液用流路１４ａ，１４ｂは処理流路１１における各原液流路部１１ａ、１１ｂの先端部分（各図では合流部１１ｄとは反対側となる上方の端部）でマイクロ流体チップ本体１０の表裏面に貫通した開孔１７ａ，１７ｂで連通している。
【００１６】
各原液用流路１４ａ，１４ｂの開孔１７ａ，１７ｂとは反対側の端の部分（各図では下端部）において蓋体５０の外面側（図１では右側）から各原液用流路１４ａ，１４ｂに連通する開孔５１ａ，５１ｂを設けてあり、開孔５１ａ，５１ｂには蓋体５０の外面側に原液供給栓５３ａ，５３ｂを設けてある。
【００１７】
マイクロ流体チップ本体１０には処理流路１１の処理流路部１１ｃの端部（各図では合流部１１ｄとは反対側となる下端部）において裏面側（図１では右側）に貫通する開孔２１を設けてあり、裏面側で高さ２００μｍの突起２２に囲まれた開孔２１の表面部は処理済み液排出口２３となっている。
【００１８】
蓋体５０には外面側からこの処理済み液排出口２３に連通する開孔５５を設けてあり、蓋体５０には外面側には処理済み液を排出する処理済み液排出栓５６を設けてある。
【００１９】
温度調整手段７０，９０は、シリコンラバーヒータやニクロム線などの電熱ヒータと冷媒流路をそれぞれ内蔵しており、電熱ヒータにはワイヤ７１，９１で電力を、冷媒流路には供給栓７２，９２から冷媒を供給することにより、マイクロ流体チップ本体１０を流れる液体に対し−１０℃〜８０℃までの温度調整が可能で、電力や冷媒の供給量制御のためにマイクロ流体チップ本体１０には開孔１７ａ，１７ｂの近傍に温度センサ１００ａ，１００ｂを設けて、原液の温度を確認している。なお、電力と冷媒の供給制御は本発明の主題ではないので、説明を省略する。
【００２０】
マイクロ流体チップ本体１０は厚さ４ｍｍのステンレス鋼を用いたが、処理する液体の種類に応じて金属，ガラス，シリコン，樹脂などの数ｍｍ厚の板材を適宜に選択して使用する。部材の厚さは熱伝導の点からは薄い方が好ましく、両面への流路加工の容易さなどの点からは厚い方が好ましい。送液の条件，温度調整手段７０，９０の出力などにより適宜に厚さを決定する。
【００２１】
蓋体３０，５０はマイクロ流体チップ本体１０と同様にステンレス鋼を用いており、マイクロ流体チップ本体１０と接触する面にはＰＴＦＥ（フッ素樹脂）コーティングを施している。マイクロ流体チップ本体１０と蓋体３０，５０は、１０箇所のネジ穴にＭ３ネジを通して締結している。この時、マイクロ流体チップ本体１０チップ上の突起１２，１５ａ，１５ｂ，２２などが蓋体３０，５０のＰＴＦＥ層に食い込み、液体が漏れないようシールしている。
【００２２】
ネジを用いて締結する事により、溶接などの接合技術を組み立てに用いる必要がなくなり、容易にマイクロ流体チップを製作することができる。また、液体の処理を行い流路内が汚染された場合も、ネジを外して分解する事ができるため、微小流路の洗浄が容易である。
【００２３】
本実施形態では前記のようなシール方法を用いたが、この他にメタルシールやゴムなどの柔らかいパッキングを挟み込むなど他の方法を用いてシールしても良い。また温度調整手段７０，９０はクランプにより蓋体３０，９０に押し付けて密着させている。
【００２４】
次に、マイクロ流体チップ装置１内での液体の状態について説明する。
【００２５】
ポンプなどの機器により送液された各液体は、蓋体５０に設けられた原液供給栓５３ａ，５３ｂから開孔５１ａ，５１ｂを経て、マイクロ流体チップ本体１０裏面の各原液用流路１４ａ，１４ｂへ移動する。ここで原液は、図５に示すように、マイクロ流体チップ本体１０の厚さ方向に対して鉛直な方向に厚さ２００μｍの薄いシート状の流れとなる。
【００２６】
この結果、原液はマイクロ流体チップ本体１０裏面の蓋体５０と広い面積で接触し、温度調整手段９０までの熱伝導距離が極めて短いため温度調整手段９０が指示する温度へと素早く変化する。
【００２７】
これにより、原液が高粘度液体であれば、加熱して粘度は低下して、送液・混合・反応は容易になり、発熱反応を伴う液体であれば、反応に際して事前に液体の温度を下げて、副生成物の発生を阻止することが可能となる。この時、温度調整手段９０の熱容量は送液液体のそれより十分に大きい事が好ましい。また、マイクロ流体チップ本体１０や蓋体５０などの材質は、熱伝導率の高いものであるとさらに好ましい。
【００２８】
温度調整が終了した液体は、開孔１７ａ，１７ｂを経由してマイクロ流体チップ本体１０表面の各原液流路部１１ａ、１１ｂへ移動する。その後、合流部１１ｄに至り、処理流路部１１ｃで各液体同士の混合や反応が行われる。
【００２９】
処理流路１１は流路高さがマイクロ流体チップ本体１０裏面の各原液用流路１４ａ，１４ｂと同じ２００μｍとなっており、マイクロ流体チップ本体１０表面にも温度調整手段７０を取りつけてあり、処理流路１１においても高い応答性を持った液体の温度調整が可能で、送液中の液温の変化や反応時の発熱・吸熱による液温の変化を抑えることができる。
【００３０】
このことから、高粘度液体については、加熱することで粘度を低下させて送液に伴う圧力損失を抑え、発熱反応を伴う液体については、反応時に液体を冷却して余分な熱を取り除き生成物の収率を向上させることができる。
【００３１】
本実施形態では、単純なＹ字型処理流路を用い、流路の高さも２００μｍと定めたが、これらの形状及び寸法は処理流量、混合する液体種類などの要因により、適宜変更することができる。
【００３２】
処理流路１１において混合された液体は、マイクロ流体チップ本体１０と蓋体５０を連通する開孔２１，５５を通り処理済み液排出栓５６から排出される。
【００３３】
マイクロ流体チップ本体１０の製作は、１枚の板状部材の両面に突起１２，１５ａ，１５ｂ，２２などを形成するよう切削加工することで各流路１１，１４ａ，１４ｂ，２３や開孔１７ａ，１７ｂ，２１を設けるだけであり、積層構造時に必要な複雑な接合技術などを用いる必要はなく、マイクロ流体チップ装置１を容易に製作することができる。
【００３４】
上記実施形態では、温度調整手段７０，９０に加熱手段と冷却手段を一体に組み込んだ例を示したが、加熱手段と冷却手段を設けた部材を分けて、冷却手段を設けた部材をマイクロ流体チップ本体１０側に配置した構成のものとしても良い。
【００３５】
温度調整手段７０，９０は蓋体３０，５０を合体構成としたものでも良い。温度調整手段７０は必要に応じて蓋体３０に設けなくても良い。
【００３６】
温度調整手段９０は、各原液用流路１４ａ，１４ｂを流れる各原液をそれぞれの性状に合った温度とするように、各原液に対応させて分割されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】マイクロ流体チップ装置の概略断面図である。
【図２】図１に示したマイクロ流体チップ装置におけるマイクロ流体チップ本体とその表裏面に設ける蓋体を示す斜視図である。
【図３】図１に示したマイクロ流体チップ装置におけるマイクロ流体チップ本体の表面を示す図である。
【図４】図１に示したマイクロ流体チップ装置におけるマイクロ流体チップ本体の裏面を示す図である。
【図５】図１に示したマイクロ流体チップ装置におけるマイクロ流体チップ本体を液体が流れる状況を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…マイクロ流体チップ装置  
１０…マイクロ流体チップ本体  
１１…処理流路  
１２，１５ａ，１５ｂ，２２…突起  
１４ａ，１４ｂ…原液用流路  
１７ａ，１７ｂ，２１，５１ａ，５１ｂ，５５…開孔  
５３ａ，５３ｂ，５６…栓  
７０，９０…温度調整手段  
【図１】
2006061835.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006061835.tif 000007