(57)【要約】【課題】流路を流れる流体の流量を制御することができるマイクロ流路デバイス及び露光装置を提供する。【解決手段】マイクロ流路デバイス１は、第１の表面Ｓ＿１を含む第１の基材３＿１と、第１の表面Ｓ＿１と対向する第２の表面Ｓ＿２を含む第２の基材３＿２と、第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２との間隔を保持する保持部材５とを含む。流路が存在する面Ｓは、第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２の少なくとも一方に存在し、且つ流路を含む第１の領域Ｋと、第１の領域Ｋに隣接する第２の領域Ｊとの間が面一である。第１の領域Ｋと流体Ｆとの接触角をθａとし、第２の領域Ｊと流体Ｆとの接触角をθａ’とし、全体境界条件式を満足するものであって、全体境界条件式は、θａ’＞θａで表される。保持部材５は、第２の領域Ｊに存在し、且つ第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２と共に囲む空間を密閉する。【選択図】図５
2019034257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路を含むマイクロ流路デバイスであって、
第１の表面を含む第１の基材と、
前記第１の表面と対向する第２の表面を含む第２の基材と、
前記第１の基材と、前記第２の基材との間隔を保持する保持部材と、
を備え、
前記流路が存在する面は、
前記第１の表面及び前記第２の表面の少なくとも一方に存在し、且つ前記流路を含む第１の領域と、前記第１の領域に隣接する第２の領域との間が面一であり、
前記第１の領域と流体との接触角をθａとし、前記第２の領域と流体との接触角をθａ’とし、全体境界条件式を満足するものであって、
前記全体境界条件式は、
θａ’＞θａで表され、
前記保持部材は、
前記第２の領域に存在し、且つ前記第１の表面と前記第２の表面と共に囲む空間を密閉する
マイクロ流路デバイス。
【請求項２】
前記全体境界条件式は、
θａ’−θａ＞４５°を満たす、
請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項３】
前記流路は、
前記第１の表面及び前記第２の表面の両方に存在する場合、前記第１の表面に含まれる前記第１の領域と、前記第２の表面に含まれる前記第１の領域とに同一のパターンで対向して存在する、
請求項１又は２に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項４】
前記第２の基材は、
鉛直方向に沿って前記第１の基材の上方に配置されるものであって、
前記第１の表面に含まれる前記第１の領域と流体との接触角をθａ１とし、前記第２の表面に含まれる前記第１の領域と流体との接触角をθａ２とし、抵抗安定条件を満足するものであって、
前記抵抗安定条件は、
θａ１＞θａ２で表される、
請求項１〜３の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項５】
前記流路の垂直方向の断面に沿って、前記流路の中心から離れるにつれ、前記第１の表面と流体との接触角又は前記第２の表面と流体との接触角が大きくなるものであって、
前記第１の基材及び前記第２の基材の少なくとも一方に光束を射出する光源と、
前記光源から射出された前記光束の反射光又は透過光を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記光束の反射光又は透過光に基づき、前記流路を流れる流体の流量を求める信号処理部と、
をさらに備える、
請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項６】
前記流路の幅は、
前記第１の基材と、前記第２の基材との間隔よりも広い、
請求項１〜５の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項７】
前記第１の基材及び前記第２の基材の少なくとも一方は、
前記流路の一方の端部に設けられ、前記流体が流入する流路開始ポイントと、
前記流路の他方の端部に設けられ、前記流体が流出する流路終了ポイントと、
を備え、
前記流路開始ポイントに設けられ、前記流体を加圧する送液装置
をさらに備える、
請求項１〜６の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項８】
前記第１の基材は、
前記第１の表面が光触媒の薄膜の一部であり、
前記第２の基材は、
前記第２の表面が光触媒の薄膜の一部である、
請求項１〜７の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項９】
前記薄膜は、
金属ナノ粒子を含む、
請求項８に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項１０】
前記金属ナノ粒子は、
金のナノ粒子を含む、
請求項９に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項１１】
前記金属ナノ粒子は、
アルミニウムのナノ粒子を含む、
請求項９に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項１２】
照射光を照射自在であって、前記照射光により請求項８〜１１の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイスに形成される前記流路を形成する、
露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、マイクロ流路デバイス及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術により物理的に加工される流路を含むマイクロチップが、化学、バイオ、又は医療分野における分析技術用のデバイスとして提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、液滴の移動を促進させるために、親水性領域を利用しているものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−００７５２９号公報
【特許文献２】特開２００５−０００７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１〜２に記載のような従来技術では流路の物理的な壁面を設けることなく流路中の流体の流量制御ができない恐れがある。従来のマイクロチップであれば特許文献１のように流路に物理的な壁面を設けることで流体加圧時の力を流路進行方向に集中させることが可能である。しかし、物理的な壁面を設けるマイクロチップは流路パターンの型を転写する方式のため個々に流路パターンに変化を持たせることが困難であり、なおかつ製造工程が多いことからマイクロチップの完成までに非常に長い時間を要するという問題がある。その問題を解決するために物理的な壁面を設けずに親水・疎水のパターンを用いることで流路を形成する方法が提案されている（特許文献２）。親水・疎水のパターンを描画するだけで簡易に流路を形成することが可能となるため、マイクロチップ完成までの時間を短くすることができる。しかし、物理的な壁面が存在しないため、流体を加圧することにより流量制御を試みても流体にかかる力が流路進行方向以外にも逃げるため、力が分散して流速を変化させることができない。つまり、流路を流れる流体の流量を制御することができない恐れがある。本開示はこの課題を鑑みたものであり、物理的な壁面を設けることなく親水・疎水のパターンで形成されたマイクロチップの流路を流れる流体の流量を制御することができるようにするためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の第１の側面であるマイクロ流路デバイスは、流体が流れる流路を含むマイクロ流路デバイスであって、第１の表面を含む第１の基材と、前記第１の表面と対向する第２の表面を含む第２の基材と、前記第１の基材と、前記第２の基材との間隔を保持する保持部材と、を備え、前記流路が存在する面は、前記第１の表面及び前記第２の表面の少なくとも一方に存在し、且つ前記流路を含む第１の領域と、前記第１の領域に隣接する第２の領域との間が面一であり、前記第１の領域と流体との接触角をθａとし、前記第２の領域と流体との接触角をθａ’とし、全体境界条件式を満足するものであって、前記全体境界条件式は、θａ’＞θａで表され、前記保持部材は、前記第２の領域に存在し、且つ前記第１の表面と前記第２の表面と共に囲む空間を密閉する。
【０００６】
また、前記全体境界条件式は、θａ’−θａ＞４５°を満たす、ことが好ましい。
【０００７】
また、前記流路は、前記第１の表面及び前記第２の表面の両方に存在する場合、前記第１の表面に含まれる前記第１の領域と、前記第２の表面に含まれる前記第１の領域とに同一のパターンで対向して存在する、ことが好ましい。
【０００８】
また、前記第２の基材は、鉛直方向に沿って前記第１の基材の上方に配置されるものであって、前記第１の表面に含まれる前記第１の領域と流体との接触角をθａ１とし、前記第２の表面に含まれる前記第１の領域と流体との接触角をθａ２とし、抵抗安定条件を満足するものであって、前記抵抗安定条件は、θａ１＞θａ２で表される、ことが好ましい。
【０００９】
また、前記流路の垂直方向の断面に沿って、前記流路の中心から離れるにつれ、前記第１の表面と流体との接触角又は前記第２の表面と流体との接触角が大きくなるものであって、前記第１の基材及び前記第２の基材の少なくとも一方に光束を射出する光源と、前記光源から射出された前記光束の反射光又は透過光を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記光束の反射光又は透過光に基づき、前記流路を流れる流体の流量を求める信号処理部と、をさらに備える、ことが好ましい。
【００１０】
また、前記流路の幅は、前記第１の基材と、前記第２の基材との間隔よりも広い、ことが好ましい。
【００１１】
また、前記第１の基材及び前記第２の基材の少なくとも一方は、前記流路の一方の端部に設けられ、前記流体が流入する流路開始ポイントと、前記流路の他方の端部に設けられ、前記流体が流出する流路終了ポイントと、を備え、前記流路開始ポイントに設けられ、前記流体を加圧する送液装置をさらに備える、ことが好ましい。
【００１２】
また、前記第１の基材は、前記第１の表面が光触媒の薄膜の一部であり、前記第２の基材は、前記第２の表面が光触媒の薄膜の一部である、ことが好ましい。
【００１３】
また、前記薄膜は、金属ナノ粒子を含む、ことが好ましい。
【００１４】
また、前記金属ナノ粒子は、金のナノ粒子を含む、ことが好ましい。
【００１５】
また、前記金属ナノ粒子は、アルミニウムのナノ粒子を含む、ことが好ましい。
【００１６】
本開示の第２の側面である露光装置は、照射光を照射自在であって、前記照射光により請求項８〜１１の何れか一項に記載のマイクロ流路デバイスに形成される前記流路を形成する。
【発明の効果】
【００１７】
本開示の第１及び第２の側面によれば、流路を流れる流体の流量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示を適用した実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１を構成する第１の基材３＿１の概略図である。
【図２】実施形態１に係る第１の基材３＿１の流路幅方向に沿った断面図である。
【図３】実施形態１に係る固体と液体との接触角θを説明する図である。
【図４】実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１の斜視図である。
【図５】実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１の流体Ｆの進行方向Ｄに沿った断面図である。
【図６】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の斜視図である。
【図７】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流体Ｆの進行方向Ｄに沿った断面図である。
【図８】実施形態２に係る流路開始ポイントＰｉｎに設けられた送液装置７の一例を示す図である。
【図９】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路幅方向に沿った断面図である。
【図１０】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が小である一例を示す図である。
【図１１】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が中である一例を示す図である。
【図１２】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が大である一例を示す図である。
【図１３】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が小である一例を示す図である。
【図１４】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が中である一例を示す図である。
【図１５】実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が大である一例を示す図である。
【図１６】実施形態３に係る金属ナノ粒子１３を含むマイクロ流路デバイス１の断面図の一例である。
【図１７】実施形態４に係る露光装置５５１を含む画像形成装置５０の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本開示の実施形態を説明するが、本開示は以下の実施形態に限られるものではない。なお、本開示の実施形態の説明で使用されているように、「構成する」、「より成る」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「備える」又はそれらの他の何らかの同義語は、非排他的な包含関係を含むように意図される。例えば、要素の列挙を含むプロセス、方法、物品又は装置は、それらの要素だけに限定されることは必須でなく、明示的には列挙されていない又は本来備わっているはずの他の要素が、そのようなプロセス、方法、物品又は装置に含まれてもよい。さらに、明示的に言及しない限り、「又は」は包括的なものであり、排他的な和ではない。例えば、「条件Ａ又はＢ」は、Ａが存在し且つＢが存在しない場合、Ａが存在せず且つＢが存在する場合、ＡもＢも両方とも存在する場合の何れの場合でも満たされるものである。
【００２０】
実施形態１．
図１は、本開示を適用した実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１を構成する第１の基材３＿１の概略図である。図２は、実施形態１に係る第１の基材３＿１の流路幅方向に沿った断面図である。図１，２に示すように、第１の基材３＿１は、第１の表面Ｓ＿１を含むものである。第１の基材３＿１は、特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、金属、樹脂、又はセラミックス等のようなものを使用することができる。第１の表面Ｓ＿１は、第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１とを含む。第１の領域Ｋ＿１は、流体Ｆが流れる流路を含む。第２の領域Ｊ＿１は、第１の領域Ｋ＿１に隣接する。また、第１の基材３＿１は、流路開始ポイントＰｉｎと、流路終了ポイントＰｏｕｔとを備える。流路開始ポイントＰｉｎは、流路の一方の端部に設けられ、流体Ｆが流入する。流路終了ポイントＰｏｕｔは、流路の他方の端部に設けられ、流体Ｆが流出する。なお、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である図２に示すように、第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１との間は面一である。
【００２１】
図３は、実施形態１に係る固体と液体との接触角θを説明する図である。図３に示すように、ぬれとは気体である蒸気と固体との界面が、液体と固体との界面に置換される現象のことであって、接触角θが小さい場合にはぬれやすい状態を表し、接触角θが大きい場合にはぬれにくい状態を表す。第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１とにより流路を形成するためには、第１の領域Ｋ＿１と流体Ｆとの接触角θａと、第２の領域Ｊ＿１と流体Ｆとの接触角θａ’とで差異を生じさせるのが好ましい。例えば、接触角θａと接触角θａ’との差異が小さければ、第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１とはほぼ同じぬれ性を示すことになる。この場合、流路としての境界が曖昧になる。また、接触角θａと接触角θａ’との差異が大きく、且つ接触角θａ’と比べて接触角θａの方が小さい場合、液体はぬれやすい方に留まるため、流路を含む第１の領域Ｋ＿１に流体Ｆが留まる。よって、第１の領域Ｋ＿１に流路を形成するためには、接触角θａと接触角θａ’との差異が大きく、且つ接触角θａ’と比べて接触角θａが小さい方が好ましい。
【００２２】
具体的には、第１の基材３＿１と液体とのぬれ性、すなわち親水性及び疎水性を利用することにより、物理的な境界を設けることなく流路としての機能を発現させている。より具体的には、第１の基材３＿１に特殊な表面加工等がされていない場合、水溶液の液滴を滴下すると液体の表面張力と第１の基材３＿１の表面エネルギーから接触角θは約５５°以上となり、液滴の状態で安定する。一方、第１の基材３＿１の表面の一部に親水加工を施すことにより第１の基材３＿１の表面エネルギーを低下させ、液体が抵抗無く流れていくときの接触角θは１０°以下である。よって、本発明者等が鋭意検討した結果、流路を含む第１の領域Ｋ＿１は、接触角θａが１０°以下であって、且つ流路を含まない第２の領域Ｊ＿２は、接触角θａ’が約５５°以上であれば、液体が第２の領域Ｊ＿１にもれることなく第１の領域Ｋ＿１内を流れていくことができるとの知見を得て、その知見に基づき本開示を適用した実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１を完成させた。つまり、マイクロ流路デバイス１は、接触角θａ及び接触角θａ’において、全体境界条件式を満足するものであって、全体境界条件式は、接触角θａ’＞接触角θａで表され、好ましくは接触角θａ’−接触角θａ＞４５°で表されるものである。
【００２３】
図４は、実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１の斜視図である。図５は、実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１の流体Ｆの進行方向Ｄに沿った断面図である。図４，５に示すように、第１の表面Ｓ＿１と対向する位置に第２の基材３＿２が設けられている。第２の基材３＿２は第２の表面Ｓ＿２を含む。第２の表面Ｓ＿２は、第１の表面Ｓ＿１と対向する。第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２との間には、保持部材５が設けられている。保持部材５は、第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２との間隔を保持する。保持部材５は、第１の表面Ｓ＿１側では第２の領域Ｊ＿１に設けられ、第２の表面Ｓ＿２側では第２の領域Ｊ＿２に設けられる。つまり、保持部材５は、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２に存在し、且つ第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２と共に囲む空間を密閉する。なお、本実施形態においては、第２の表面Ｓ＿２には第１の領域Ｋ＿２が存在していない。
【００２４】
次に、従来例について具体的に説明する。近年、微小な流路又はバルブ若しくはポンプ等をシリコン又はガラスの基板上に集積したマイクロチップは、化学、バイオ、又は医療分野における分析技術に応用する研究として盛んに検討されている。また、マイクロチップの市場は、年率２０％で拡大成長しており、分析用途以外にも体外診断、医薬品の研究、又はドラッグデリバリー等への応用展開も期待されている。マイクロチップの研究及び技術開発は上記で説明したような多様な用途に向け、様々な形態が発案されている。例えば、廃棄容易性に特化させるために紙を媒体としたマイクロチップ、又は体内埋め込み可能且つ使用後は身体に吸収されてしまうような素材で作られたマイクロチップ等が挙げられる。その中の一つに、上記で説明したように、マイクロチップの流路パターンに変化を持たせ、且つ親水性及び疎水性を利用することで容易且つ迅速に流路を形成可能なマイクロチップが鋭意検討されている。
【００２５】
しかし、親水性及び疎水性だけを利用して流体Ｆの流路を形成した場合、一般的な親水性及び疎水性を利用しないマイクロチップと異なり、流路開始ポイントＰｉｎの近くにポンプ等を設けたとしても、外部から流体Ｆを加圧できないため流体Ｆの速度を制御することができない。具体的には、親水性及び疎水性を利用したマイクロチップの場合、ポンプ等で流体Ｆを加圧しても流体Ｆにかかる力は流路の進行方向Ｄ以外にも逃げる構造であるため、力が分散する。よって、流体Ｆの流速は大きく変化しないため、流路開始ポイントＰｉｎに液体を注入しても流路を流れる流体Ｆの速度は一定であり、その速度に変化を起こすことができない。
【００２６】
そこで、本開示を適用した実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１は、第１の領域Ｋ＿１と第２の領域Ｊ＿１との間が面一に形成されるものであるため、切削による微細加工はされていない。また、第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１とで接触角θに差異があるため、第２の領域Ｊ＿１に比べ、第１の領域Ｋ＿１の方が表面エネルギーが低下する表面であって、流体Ｆは第１の領域Ｋ＿１には流れ、第２の領域Ｊ＿１には流れない。つまり、第１の領域Ｋ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａとし、第２の領域Ｊ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ’とすると、全体境界条件式として、接触角θａ’＞接触角θａという条件を持たせている。流体Ｆは、接触角θが小さい方に移動しようとする性質を有するため、接触角θａ’＞接触角θａとすることで、第１の領域Ｋ＿１に流体Ｆが留まろうとする駆動力が働く。このような駆動力の存在により第２の領域Ｊ＿１に流体Ｆがもれるのを防止しやすくなっている。よって、切削による微細加工をすることなく、第１の領域Ｋ＿１と、第２の領域Ｊ＿１とで異なる接触角θが生じる表面にするだけで流体Ｆを流す流路パターンが構成される。
【００２７】
さらに、保持部材５が、第２の領域Ｊ＿１に存在し、且つ第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２とで形成される空間を密閉する。つまり、第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２とで挟み込む構造から形成される密閉空間内を流体Ｆが流路に沿って進行するため、流体Ｆは流路の進行方向Ｄ以外の方向に力が分散しない。よって、流路開始ポイントＰｉｎから加圧された流体Ｆは力を分散させることなく流路の進行方向Ｄに力を集中する。その結果、流路開始ポイントＰｉｎから流入される流体Ｆは、加圧に応じて流量を変化させることができる。したがって、流路を流れる流体Ｆの流量を制御することができる。
【００２８】
また、本開示を適用した実施形態１に係るマイクロ流路デバイス１において、第１の領域Ｋ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａとし、第２の領域Ｊ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ’とすると、全体境界条件式として、接触角θａ’−接触角θａ＞４５°という条件を持たせている。上記で説明したように、流路を含む第１の領域Ｋ＿１は接触角θａが１０°以下であり、且つ流路以外の第２の領域Ｊ＿１は接触角θａ’が約５５°以上であれば、流体Ｆは、第１の領域Ｋ＿１からもれることなく第１の領域Ｋ＿１に含まれる流路を流れていく。つまり、全体境界条件式として、接触角θａ’−接触角θａ＞４５°という条件であれば、第１の領域Ｋ＿１からもれることなく第１の領域Ｋ＿１に含まれる流路に流体Ｆを流していくことができる。
【００２９】
実施形態２．
実施形態２は、第２の基材３＿２の第２の表面Ｓ＿２にも流路が含まれる一例について説明する。なお、実施形態２では、実施形態１と同様の構成についての説明は省略する。
図６は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の斜視図である。図７は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流体Ｆの進行方向Ｄに沿った断面図である。図８は、実施形態２に係る流路開始ポイントＰｉｎに設けられた送液装置７の一例を示す図である。図９は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路幅方向に沿った断面図である。
【００３０】
図６〜９に示すように、流路は、第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２の両方に存在する場合、第１の表面Ｓ＿１に含まれる第１の領域Ｋ＿１と、第２の表面Ｓ＿２に含まれる第１の領域Ｋ＿２とに同一のパターンで対向して存在する。また、図８に示すように、第２の基材３＿２も、第１の基材３＿１と同様に、流路開始ポイントＰｉｎと、流路終了ポイントＰｏｕｔとを備える。流路開始ポイントＰｉｎには、送液装置７が設けられ、流体Ｆを加圧する。送液装置７は、圧電素子を利用したダイヤフラム式ポンプ、ピエゾマイクロポンプ、流路壁面振動を利用したポンプ、又は電磁方式による電磁流体マイクロポンプ等により実現することができる。また、図９に示すように、第２の基材３＿２は、鉛直方向に沿って第１の基材３＿１の上方に配置されるものであって、第１の表面Ｓ＿１に含まれる第１の領域Ｋ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ１とし、第２の表面Ｓ＿２に含まれる第１の領域Ｋ＿２と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ２とし、抵抗安定条件を満足するものである。抵抗安定条件は、接触角θａ１＞接触角θａ２で表される。
【００３１】
図１０は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が小である一例を示す図である。図１１は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が中である一例を示す図である。図１２は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせない場合として流量が大である一例を示す図である。図１３は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が小である一例を示す図である。図１４は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が中である一例を示す図である。図１５は、実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１の流路において接触角θの分布に変化を持たせた場合として流量が大である一例を示す図である。
【００３２】
図１０〜１５において、マイクロ流路デバイス１は、光源２１と、検出部２２と、信号処理部２３とを備える。光源２１は、第１の基材３＿１及び第２の基材３＿２の少なくとも一方に光束を射出するものであって、例えば、発光素子から構成される。検出部２２は、光源２１から射出された光束の反射光又は透過光を検出するものであって、例えば、受光素子から構成される。なお、光源２１と、検出部２２とが組となって構成されてもよい。信号処理部２３は、検出部２２により検出された光束の反射光又は透過光に基づき、流路を流れる流体Ｆの流量を求めるものであって、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、及びＩ／Ｏインターフェースから構成される。しかし、図１０〜１２に示すように、接触角θの分布に変化を持たせない場合、光源２１から反射光は常に一定であるため、流路を流れる流体Ｆの流量の変化を検知することができない。そこで、図１３〜１５に示すように、流路の垂直方向の断面に沿って、流路の中心から離れるにつれ、第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触角θ又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触角θが大きくなるように第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２と、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２とを設ければ、流路を流れる流体Ｆの流量に依存して流体Ｆと第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２との接触面積が変化する。よって、反射光又は透過光の増減を検知すれば、流路を流れる流体Ｆの流量を測定することができる。なお、流路を流れる流体Ｆの流量を測定する精度を向上させるために、流路の幅は、第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２との間隔よりも広いのが望ましい。
【００３３】
以上の説明から、本開示を適用した実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１において、流路は、第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２の両方に存在する場合、第１の表面Ｓ＿１に含まれる第１の領域Ｋ＿１と、第２の表面Ｓ＿２に含まれる第１の領域Ｋ＿２とに同一のパターンで対向して存在する。よって、流体Ｆを挟み込む構造で第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２が存在する。第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２はぬれ性が高いため、流体Ｆは第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２の両方に広がろうとする。つまり、別の側面から見れば、第１の基材３＿１が流体Ｆを引く力と、第２の基材３＿２が流体Ｆを引く力とが生じるため、第１の基材３＿１と第２の基材３＿２とで流体Ｆを引き合う力が働き、第１の基材３＿１と第２の基材３＿２とは綱引き状態となる。よって、第１の基材３＿１と、流体Ｆと、第２の基材３＿２とで力の平衡状態が実現するため、流体Ｆの移動中に振動等が生じても流体Ｆの形状は大きく変形しない。したがって、流路中に乱流等が生じる可能性を低下させ、流体Ｆを安定させて送液することができる。つまり、流体Ｆの安定性を向上させることができるため、流体Ｆの流量をさらに制御することができる。
【００３４】
また、本開示を適用した実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１において、第２の基材３＿２は、鉛直方向に沿って第１の基材３＿１の上方に配置されるものであって、第１の表面Ｓ＿１に含まれる第１の領域Ｋ＿１と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ１とし、第２の表面Ｓ＿２に含まれる第１の領域Ｋ＿２と流体Ｆとの接触角θを接触角θａ２とし、抵抗安定条件を満足するものであって、抵抗安定条件は、接触角θａ１＞接触角θａ２で表される。具体的には、流体Ｆが流路を流れるとき、流体Ｆと第１の基材３＿１との間と、流体Ｆと第２の基材３＿２との間とのそれぞれに摩擦が発生するため、流体Ｆには抵抗が生じる。特に、流体Ｆの上面に第２の基材３＿２が存在し、流体Ｆの下面に第１の基材３＿１が存在する場合、流体Ｆは第１の基材３＿１と第２の基材３＿２とから抵抗を受ける。第１の基材３＿１と第２の基材３＿２とから受ける抵抗が異なる場合、流体Ｆの上下で速度差が生じることにより、流路を流れる流体Ｆが不安定になり乱流が発生しやすい。よって、第１の基材３＿１と第２の基材３＿２とから受ける抵抗は同等であるのが望ましい。
【００３５】
例えば、第１の基材３＿１及び第２の基材３＿２を鉛直方向に沿って垂直に配置した場合、重力の影響により第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２とで流体Ｆの接触面積が異なるため、第１の基材３＿１から流体Ｆが受ける抵抗と、第２の基材３＿２から流体Ｆが受ける抵抗とに差異が生じる。そこで、接触角θａ１＞接触角θａ２とすることで、流体Ｆが受ける重力の影響を相殺することができるため、第１の表面Ｓ＿１に接触する流体Ｆの接触面積と、第２の表面Ｓ＿２に接触する流体Ｆの接触面積とを近いものとすることができる。よって、第１の基材３＿１から流体Ｆが受ける抵抗と、第２の基材３＿２から流体Ｆが受ける抵抗との差異を小さくできるため、より安定して流体Ｆを送り出すことができる。したがって、流体Ｆの流量をさらに制御することができる。
【００３６】
また、本開示を適用した実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１において、流路の垂直方向の断面に沿って、流路の中心から離れるにつれ、第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触角θ又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触角θが大きくなる。よって、流体Ｆの流量に応じて、第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触面積又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触面積を変化させることができる。例えば、流体Ｆの流量を増加させるにつれ、第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触面積又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触面積を増加させることができる。また、第１の基材３＿１及び第２の基材３＿２の少なくとも一方に光束を射出する光源２１と、光源２１から射出された光束の反射光又は透過光を検出する検出部２２と、検出部２２により検出された光束の反射光又は透明光に基づき、流路を流れる流体Ｆの流量を求める信号処理部２３と、を備える。よって、第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触面積又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触面積の変化を反射光又は透過光の強弱により検出することで光が照射された箇所の流量を求めることができる。
【００３７】
また、本開示を適用した実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１において、流路の幅は、第１の基材３＿１と、第２の基材３＿２との間隔よりも広い。よって、流体Ｆの流量が変化することによる第１の表面Ｓ＿１と流体Ｆとの接触面積又は第２の表面Ｓ＿２と流体Ｆとの接触面積の変化をより顕著にすることができる。したがって、流体Ｆの流量の変化をより明確に検出することができる。
【００３８】
また、本開示を適用した実施形態２に係るマイクロ流路デバイス１において、第２の基材３＿２は、流路の一方の端部に設けられ、流体Ｆが流入する流路開始ポイントＰｉｎと、流路の他方の端部に設けられ、流体Ｆが流出する流路終了ポイントＰｏｕｔと、を備える。送液装置７は、流路開始ポイントＰｉｎに設けられ、流体Ｆを加圧する。よって、流路を流れる流体Ｆは加圧により流量が容易に制御される。
【００３９】
実施形態３．
実施形態３においては、第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２と、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２とが形成される構成について具体的に説明する。なお、実施形態３では、実施形態１，２と同様の構成についての説明は省略する。図１６は、実施形態３に係る金属ナノ粒子１３を含むマイクロ流路デバイス１の断面図の一例である。なお、第１の基材３＿１及び第２の基材３＿２を総称して基材３と称する。また、第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２を総称して面Ｓと称する。
【００４０】
図１６に示すように、基材３は、面Ｓが光触媒の薄膜１１で構成され、金属ナノ粒子１３を含む。つまり、第１の基材３＿１は、第１の表面Ｓ＿１が光触媒の薄膜１１の一部である。同様に、第２の基材３＿２は、第２の表面Ｓ＿２が光触媒の薄膜１１の一部である。金属ナノ粒子１３は、金のナノ粒子又はアルミニウム等のようなナノ粒子を含む。流路は、光触媒の薄膜１１に紫外光が照射されて形成されるものである。光触媒の薄膜１１は、特に限定はないが、例えば、酸化チタン、窒素ドープ酸化チタン、炭素ドープ酸化チタン、硫黄ドーム酸化チタン、又は酸化亜鉛等を用いることができる。特に、コスト、ハンドリング性、及び安全性等のように触媒効率向上の観点からは、酸化チタンが望ましい。光触媒の薄膜１１は、スパッタ又は蒸着等により作成されるものであり、成膜した状態では疎水性を示し、紫外光を照射することで触媒効果が発現し超親水性を示す。紫外光は、ＵＶレーザーによる照射、マスクパターンを作成してＵＶランプを照射する等のような各種照射方法がある。
【００４１】
光触媒は紫外光が照射されることにより触媒機能が発現するものであるが、そのままでは照射された光に対して利用効率は低い。そこで、光触媒に金属ナノ粒子１３を含ませるのが望ましい。金属ナノ粒子１３は、特に限定はないが、プラズモン光をより効果的に利用する観点からは、プラズモンを起こす物質のナノ粒子を含ませるのが望ましい。金属ナノ粒子１３は、銀、金、銅、若しくはアルミニウム、又はこれらを含むあらゆる合金を含むことが望ましく、特に、金のナノ粒子又はアルミニウムのナノ粒子が望ましい。なお、アルミニウムのナノ粒子の粒径は、プラズモン光の吸収効率を考慮すると１００ｎｍ以下が望ましい。また、図１６に示すように、金属ナノ粒子１３は、光触媒の薄膜１１の上に析出させるのが望ましい。このような構成により、紫外光を照射された照射領域に含まれる金属ナノ粒子１３近傍で発生したプラズモン光が光触媒に作用し、光触媒の薄膜１１の一部は親水性に変化する。一方、紫外光が照射されない非照射領域は疎水性の状態を維持するため、紫外光の照射領域が第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２として形成され、紫外光の非照射領域が第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２として形成される。
【００４２】
以上の説明から、本開示を適用した実施形態３に係るマイクロ流路デバイス１において、第１の基材３＿１は、第１の表面Ｓ＿１が光触媒の薄膜１１の一部である。第２の基材３＿２は、第２の表面Ｓ＿２が光触媒の薄膜１１の一部である。光触媒の薄膜１１は、紫外光が照射されることにより触媒効果が発現して超親水性を示すようになる。よって、光触媒の薄膜１１が第１の表面Ｓ＿１又は第２の表面Ｓ＿２に構成されていれば、流路として形成する箇所に紫外光を照射するだけで照射箇所が親水性に変化し、流路として機能させることができる。
【００４３】
また、本開示を適用した実施形態３に係るマイクロ流路デバイス１において、薄膜１１は、金属ナノ粒子１３を含む。つまり、金属ナノ粒子１３と光触媒とを共存させることにより、金属ナノ粒子１３の一部で起きるプラズモン共鳴が、光触媒における光の利用効率を飛躍的に向上させることができる。
【００４４】
また、本開示を適用した実施形態３に係るマイクロ流路デバイス１において、金属ナノ粒子１３は、金のナノ粒子を含む。金のナノ粒子は助触媒として作用するため、光触媒の活性効率を高めることができる。よって、露光時間を短縮することができ、且つ光学系をコンパクト化することができる。
【００４５】
また、本開示を適用した実施形態３に係るマイクロ流路デバイス１において、金属ナノ粒子１３は、アルミニウムのナノ粒子を含む。アルミニウムのナノ粒子は、紫外光領域でプラズモン共鳴を起こす物質である。アルミニウムのナノ粒子に紫外光が照射されると、プラズモン共鳴が発生することにより、アルミニウムのナノ粒子の近傍に照射された紫外光は、電場として留まる。このような電場は光触媒に作用するものである。よって、光触媒の活性効率を高めることができる。したがって、露光時間を短縮することができ、且つ光学系をコンパクト化することができる。
【００４６】
実施形態４．
実施形態４においては、流路を形成する画像形成装置５０について説明する。なお、実施形態４では、実施形態１〜３と同様の構成についての説明は省略する。図１７は、実施形態４に係る露光装置５５１を含む画像形成装置５０の構成例を示す図である。図１７に示すように、画像形成装置５０は、読取部５１１と、画像形成装置本体５１９とを備える。読取部５１１は、ＡＤＦ５１１Ａと、原稿読取部５１１Ｂとを備える。ＡＤＦ５１１Ａは、原稿トレイ５１３、通紙経路５１５、排紙トレイ５１７、密着型イメージセンサー５２１、及び濃度基準部材５２３等を備える。濃度基準部材５２３は、ＡＤＦ５１１Ａのシェーディング補正時に利用される。原稿読取部５１１Ｂは、原稿照明部５２５、反射ミラー５２６、集光レンズ５２７、センサー５２８、及びプラテンガラス５２９等を備える。読取部５１１は、原稿トレイ５１３にセットされている原稿を、１枚ずつ分離して繰り出し、密着型イメージセンサー５２１が配置されている通紙経路５１５に沿って副走査方向に搬送し、排紙トレイ５１７に排紙する。原稿照明部５２５は、ランプ５２５Ａと、ミラー５２５Ｂとを備える。原稿は通紙経路５１５に沿って副走査方向に搬送されつつ、主走査方向のライン単位の読取動作が、原稿照明部５２５、反射ミラー５２６、集光レンズ５２７、及びセンサー５２８により繰り返し実行される。
【００４７】
画像形成装置本体５１９は、画像形成部５４１、定着部５４３、及び給紙部５４５等を備える。画像形成部５４１は、露光装置５５１と、現像装置５５３と、感光ドラム５５５と、転写ベルト５５７とを備える。画像形成部５４１は、読取部５１１により読み取られた原稿の画像データに基づき、露光装置５５１により感光ドラム５５５に異なる色のトナーを供給して現像する。画像形成部５４１は、転写ベルト５５７により感光ドラム５５５に現像されたトナー像を給紙部５４５から供給された用紙に転写する。画像形成部５４１は、用紙に転写されたトナー像のトナーを定着部５４３で融解させることにより、用紙にカラー画像が定着する。
【００４８】
つまり、画像形成装置５０は、露光装置５５１を備えるものであって、露光装置５５１は、照射光を照射自在である。よって、露光装置５５１は、照射光によりマイクロ流路デバイス１に形成される流路を形成するものである。具体的には、露光装置５５１は、光触媒の薄膜１１に照射光を照射することにより照射領域を親水領域に形成できるので、親水領域と疎水領域とを基材３上に形成できる。しかも、露光装置５５１は、適宜照射光の照射位置を制御することができるため、任意の流路パターンを基材３の表面上に形成することができる。したがって、画像形成装置５０は、低コスト且つ迅速に流路パターンを形成することができる。
【００４９】
以上、本開示を適用したマイクロ流路デバイス１を本実施形態に基づいて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００５０】
例えば、本実施形態においては、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２の詳細構造についての説明を省略したが、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２は、例えば、微細加工された凹凸形状であってもよい。これにより、第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２の疎水性を向上させることができ、流体Ｆが第１の領域Ｋ＿１，Ｋ＿２から第２の領域Ｊ＿１，Ｊ＿２にもれるのをさらに防ぐことができる。また、本実施形態においては、第２の基材３＿２側の流路開始ポイントＰｉｎに送液装置７が設けられる一例について説明したが、これに限らず、第１の基材３＿１側の流路開始ポイントＰｉｎに送液装置７が設けられてもよい。
【００５１】
なお、幾つかの実施形態では、第１の領域Ｋ＿１と第１の領域Ｋ＿２とを総称して第１の領域Ｋと称し、第２の領域Ｊ＿１と第２の領域Ｊ＿２とを総称して第２の領域Ｊと称すると、図４〜１５に示すように、流路が存在する面Ｓは、第１の表面Ｓ＿１及び第２の表面Ｓ＿２の少なくとも一方に存在し、且つ流路を含む第１の領域Ｋと、第１の領域Ｋに隣接する第２の領域Ｊとの間が面一であって、保持部材５は、第２の領域Ｊに存在し、且つ第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２と共に囲む空間を密閉する。図６，７に示す例示的な実施形態では、流路が存在する面Ｓが第１の表面Ｓ＿１に存在し、第１の表面Ｓ＿１と第２の表面Ｓ＿２との間にある保持部材５に加え、流路が存在する面Ｓは第２の表面Ｓ＿２にも存在する。図８に示す例示的な実施形態では、流路が存在する面Ｓと、保持部材５とに加え、送液装置７が設けられる。図９に示す例示的な実施形態では、流路が存在する面Ｓと、保持部材５とに加え、抵抗安定条件として、接触角θａ１＞接触角θａ２が満たされる。図１０〜１５に示す例示的な実施形態では、流路が存在する面Ｓと、保持部材５とに加え、光源２１と、検出部２２と、信号処理部２３とが設けられている。図１６に示す例示的な実施形態では、流路が存在する面Ｓと、保持部材５とに加え、流路が存在する面Ｓが光触媒の薄膜１１の一部であって、薄膜１１に金属ナノ粒子１３が含まれている。
【符号の説明】
【００５２】
１  マイクロ流路デバイス、３  基材、３＿１  第１の基材、３＿２  第２の基材
５  保持部材、７  送液装置、１１  薄膜、１３  金属ナノ粒子
２１  光源、２２  検出部、２３  信号処理部
５０  画像形成装置
５１１  読取部、５１１Ａ  ＡＤＦ、５１１Ｂ  原稿読取部、５１３  原稿トレイ
５１５  通紙経路、５１７  排紙トレイ、５１９  画像形成装置本体
５２１  密着型イメージセンサー、５２３  濃度基準部材
５２５  原稿照明部、５２５Ａ  ランプ、５２５Ｂ  ミラー、５２６  反射ミラー
５２７  集光レンズ、５２８  センサー、５２９  プラテンガラス
５４１  画像形成部、５４３  定着部、５４５  給紙部
５５１  露光装置、５５３  現像装置、５５５  感光ドラム、５５７  転写ベルト
Ｓ  面、Ｓ＿１  第１の表面、Ｓ＿２  第２の表面
Ｋ，Ｋ＿１，Ｋ＿２  第１の領域、Ｊ，Ｊ＿１，Ｊ＿２  第２の領域、Ｆ  流体
θ，θａ，θａ’，θａ１，θａ２  接触角、Ｄ  進行方向
Ｐｉｎ  流路開始ポイント、Ｐｏｕｔ  流路終了ポイント
【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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