(57)【要約】【課題】従来よりも優れた基材との密着性、送液時の形状保持性、耐熱性及び耐薬品性を有する脱気部を備えるマイクロ化学チップ、マイクロ化学チップの製造方法および試料濃縮方法を提供する。【解決手段】  本発明のマイクロ化学チップ（１ａ）は、試料を流通させる流路（２４ｂ）を有する第１の基材（２１）と、流路（２４ｂ）を加熱可能な加熱部（３２）を有する第２の基材（３１）と、加熱されて気化した試料を外部に排気可能な脱気部（１４ａ）を有する第３の基材（１１）とを備え、第１の基材（２１）、第２の基材（３１）および第３の基材（１１）がそれぞれ無機物の焼結体であり、脱気部（１４ａ）が無機物の多孔質焼結体であることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を流通させる流路を有する第１の基材と、
前記流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、
加熱されて気化した前記試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備え、
前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、
前記脱気部が無機物の多孔質焼結体であることを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材が一体に焼結されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項３】
前記第３の基材および前記脱気部が一体に焼結されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記脱気部の気孔率が、前記脱気部の中央部で最も高く、前記中央部から離れるにしたがって低くなり、前記第３の基材の気孔率に近づくことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項５】
さらに、前記脱気部の表面に撥水膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項６】
前記撥水膜が撥水性ガス透過膜であることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項７】
前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材がセラミックス材料の焼結体であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項８】
前記セラミックス材料が低温焼成セラミックスであることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ化学チップ。
【請求項９】
試料を流通させる流路を有する第１の基材と、前記流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、加熱されて気化した前記試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備えるマイクロ化学チップの製造方法において、
前記第１の基材、前記第２の基材、前記脱気部および前記第３の基材を構成する無機物の材料の成形体を積層した積層体を得る工程と、前記積層体を焼成する工程を有し、前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、前記脱気部が無機物の多孔質焼結体であるマイクロ化学チップを得ることを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材の成形体がセラミックグリーンシートであることを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記セラミックグリーンシートが低温焼成セラミックスであり、前記第２の基材に前記加熱部として銀または銅を含むペーストを塗布して塗布膜を形成し、
前記焼成する工程において前記セラミックグリーンシートおよび前記塗布膜に含まれる銀または銅を同時に焼結することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項１２】
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記第３の基材の成形体の一部分を除去する加工工程と、前記加工工程において除去した部分に前記第３の基材を構成する材料に造孔材を添加してスラリーにした多孔質体用ペーストを充填する工程とを有することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項１３】
請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のマイクロ化学チップの製造方法において、前記第３の基材の成形体の前記脱気部を構成する部分を除去する加工工程と、前記加工工程において除去した部分に、前記焼成する工程の後に気孔率が異なるよう、造孔材の添加量が異なる複数の層を積層した積層体を設ける工程とを有し、前記焼成する工程の後に、前記積層体は、積層方向の中央部で気孔率が最も高く、前記中央部から離れるにしたがって気孔率が低くなり、前記第３の基材の気孔率に近づくことを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項１４】
試料を流通させる流路を有する第１の基材と、前記流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、加熱されて気化した前記試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備えるマイクロ化学チップを用いた試料濃縮方法において、
前記第１の基材、前記第２の基材および前記第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、前記脱気部が無機物の多孔質焼結体であり、
前記流路を流通する前記試料を前記加熱部によって加熱し、加熱されて気化した前記試料を前記多孔質焼結体の気孔を通って前記マイクロ化学チップの外部に排気することを特徴とする試料濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学チップ、マイクロ化学チップの製造方法および試料濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて、シリコン、ガラスおよび樹脂等からなる基材にミクロン（μｍ）オーダーの微小な流路（マイクロチャネル）を作成し、薬液の混合、分離抽出、化学反応や分析等を行うマイクロ化学チップが研究されている。マイクロ化学チップでは、反応場のマイクロ化により、迅速混合、精密温度制御が容易となり、従来のバッチプロセスと比較して反応生成物を高い収率で得ることができる。
【０００３】
マイクロ化学チップの一例として、特許文献１がある。特許文献１には、基板内に、流体試料の注入口と連結された微細流路が形成されており、該微細流路に、被検出物質の濃縮部及び、電極間に電位を印加する又電極間に電流を流すことにより、被検出物質の種類又は濃度を検出する電気化学検出部が連結されていることを特徴とする分析用マイクロリアクターが開示されている。
【０００４】
マイクロ化学チップの他の一例として、特許文献２がある。特許文献２には、被処理流体をそれぞれ供給する複数の供給部が形成された基体と、該基体の表面および／または内部に、上記複数の供給部からそれぞれ延びるとともに途中で合流するように形成された流路と、該流路の合流部よりも下流側に形成された被処理流体の処理部とを有するマイクロ化学チップにおいて、流路の、合流部と処理部との間の内表面に高抵抗導体を設けたことを特徴とするマイクロ化学チップが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１０４９号公報
【特許文献２】特開２００６−３００８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したマイクロ化学チップにおいて、反応の促進または試料や生成物の濃縮を目的とし、流路を加熱する場合がある。微小な流路において試料を加熱すると、気泡が発生して流路を閉塞させるため、気化した成分を速やかに排出する脱気部が必要となる。この脱気部を構成する気体透過膜としては、一般に、ＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）等の有機膜を用いることが考えられる。しかしながら、ミクロン（μｍ）オーダーの微小な流路では、流路内の圧力が高まるため、有機膜で構成された気体透過膜が上方向（脱気方向）に撓む。これにより送液流速が変化したり、あるいは気体透過膜が基材（流路天井部）から剥がれる可能性がある。したがって、有機膜では基材との密着性および送液時の形状保持性が十分ではない可能性がある。また、有機膜は耐薬品性や耐熱性についても十分ではない可能性がある。
【０００７】
特許文献１には気体透過膜が記載されているが、具体的な材料は明らかにされておらず、検討もなされていない。特許文献２には脱気部となる気体透過膜自体が開示されていない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、従来よりも優れた基材との密着性、送液時の形状保持性、耐熱性及び耐薬品性を有する脱気部を備えるマイクロ化学チップ、マイクロ化学チップの製造方法および試料濃縮方法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】
本発明は、上記目的を達成するため、試料を流通させる流路を有する第１の基材と、流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、加熱されて気化した試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備え、第１の基材、第２の基材および第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、脱気部が無機物の多孔質焼結体であることを特徴とするマイクロ化学チップを提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、試料を流通させる流路を有する第１の基材と、流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、加熱されて気化した試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備えるマイクロ化学チップの製造方法において、第１の基材、第２の基材、脱気部および第３の基材を構成する無機物の材料の成形体を積層した積層体を得る工程と、積層体を焼成する工程を有し、第１の基材、第２の基材および第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、脱気部が無機物の多孔質焼結体であるマイクロ化学チップを得ることを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するため、試料を流通させる流路を有する第１の基材と、流路を加熱可能な加熱部を有する第２の基材と、加熱されて気化した試料を外部に排気可能な脱気部を有する第３の基材とを備えるマイクロ化学チップを用いた試料濃縮方法において、第１の基材、第２の基材および第３の基材がそれぞれ無機物の焼結体であり、脱気部が無機物の多孔質焼結体であり、流路を流通する試料を加熱部によって加熱し、加熱されて気化した試料を多孔質焼結体の気孔を通ってマイクロ化学チップの外部に排気することを特徴とする試料濃縮方法を提供する。
【００１２】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来よりも優れた基材との密着性、送液時の形状保持性、耐熱性及び耐薬品性を有する脱気部を備えるマイクロ化学チップ、マイクロ化学チップの製造方法および試料濃縮方法を提供することができる。
【００１４】
上述した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１のマイクロ化学チップの構造の一例を模式的に示す斜視図
【図２】実施例１のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図）
【図３】本発明のマイクロ化学チップの製造方法の一例を示すフロー図
【図４】本発明のマイクロ化学チップの第２の基材（底部基材）を製造する方法を示すフロー図
【図５Ａ】ＬＴＣＣ基材を積層して焼結したサンプルの断面ＳＥＭ観察写真
【図５Ｂ】図５Ａの流路基材２１を拡大する図
【図６Ａ】脱気部を構成する多孔質体の断面ＳＥＭ観察写真
【図６Ｂ】図６Ａを拡大する図
【図７】実施例２のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図に相当する部分の図）
【図８】実施例３のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図に相当する部分の図）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１７】
［マイクロ化学チップ］
以下、本発明のマイクロ化学チップ（以下、単に「チップ」とも称する。）の構成について説明する。マイクロ化学チップについては、用途に応じて種々の構成が考えられるが、以下ではチップに供給された分析対象の試料（サンプル）をチップ内で加熱濃縮し、この濃縮した試料と２種類の試薬とを流路内で混合するプロセスに用いられるチップの構成を例とする。
【００１８】
図１は実施例１のマイクロ化学チップの構造の一例を模式的に示す斜視図であり、図２は実施例１のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図）である。図１に示すように、マイクロ化学チップ１ａは、試料を流通させる流路（導入流路２４、混合流路２５）を有する第１の基材（流路基材）２１と、流路を加熱可能な加熱部３２を有する第２の基材（底部基材）３１と、気化した試料を外部に放出する脱気部１４を有する第３の基材（天井基材）１１とを備える。第１の基材、第２の基材および第３の基材はそれぞれ無機物の焼結体で構成されている。後述するように、３つの基材の材料の成形体を積層して同時に焼結することから、３つの基材は一体の焼結体を構成する。製造方法については、追って詳述する。なお、以下の説明において、マイクロ化学チップ１ａ，１ｂ，１ｃを総称して「マイクロ化学チップ１」と記載することがある。後述する供給部１２、排出部１３、脱気部１４、流路入口２２、流路出口２３および導入流路２４についても同様である。
【００１９】
第１の基材２１は、図１に示すように、３つの流路入口２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、３本の導入流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃと、導入流路の合流後に形成された混合流路２５と、２つの流路出口２３ａ，２３ｂを有する。なお、流路の出口２３ａ，２３ｂは、必要な混合時間に応じて選択可能である。例えば、混合時間が短い場合には、流路出口２３ａを選択し、流路出口２３ｂを封止することで、プロセス時間の短縮を図ることができる。
【００２０】
第２の基材３１には、図２に示すように、導入流路２４ｂの一部を加熱可能な加熱部３２が設けられている。内装配線３３を、一対の電極３４を介して外部の直流電源等（図示せず）に接続することにより、加熱部３２に電流が供給される。電極３４の一方は断面図に示されるが、電極３４の他方（ＧＮＤ用）は第２の基材３１の内部に形成されて隠れるので、図２には図示されない。
【００２１】
第３の基材１１は、図１に示すように、液体を流路に供給するための３つの供給部１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、流路から液体を排出するための２つの排出部１３ａ，１３ｂと、第２の基材の加熱部３２によって加熱されて気化した試料をチップ１の外部へ放出するための脱気部１４を有する。脱気部１４は、図２に示すように、導入流路２４ｂを挟んで加熱部３２と対向する流路上面に設置されている。
【００２２】
第３の基材１１における３つの供給部１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび２つの排出部１３ａ，１３ｂはいずれも貫通穴となっており、供給部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ第１の基材２１の流路入口２２ａ，２２ｂ，２２ｃと接続されている。同様に、排出部１３ａ，１３ｂは、それぞれ第１の基材２１の流路出口２３ａ，２３ｂと接続されている。
【００２３】
次に、マイクロ化学チップ１ａの各構成について詳述する。第１の基材〜第３の基材は、上述した通り無機物の焼結体で構成されている。無機物としては、セラミックス材料が好ましい。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）およびムライト（Ａｌ６Ｓｉ２Ｏ１３）等が好ましい。
【００２４】
また、セラミックス材料として同時焼成セラミックスを用いることができる。同時焼成セラミックスは、セラミックスと導体とを同時（Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ）に焼成可能なセラミックスであり、ヒータ、電極および電気回路等の３次元構造を作製することができる材料である。すなわち、本発明のチップ１において、第１の基材〜第３の基材と加熱部３２を構成する導体を同時に焼成することができる。同時焼成セラミックスは、低温焼成セラミックス（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，ＬＴＣＣ）であってもよいし、高温焼成セラミックス（Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ，ＨＴＣＣ）であってもよい。
【００２５】
低温焼成セラミックス（焼結温度：８００〜１１００℃）としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミックス材料、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｒを主成分とし、Ｃａ、Ｐｂ、Ｎａ、Ｋの少なくとも１種を副成分とするセラミックス材料、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｄを含むセラミックス材料またはＡｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇを含むセラミックス材料を挙げることができる。
【００２６】
より具体的には、ＬＴＣＣ材料として、例えば、低誘電率（比誘電率５〜１０）のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｇｄ−Ｏ系誘電体材料、Ｍｇ２ＳｉＯ４からなる結晶相とＳｉ−Ｂａ−Ｌａ−Ｂ−Ｏ系からなるガラス等からなる誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料、Ａｌ−Ｓｉ−Ｂａ−Ｏ系誘電体材料、高誘電率（比誘電率５０以上）のＢｉ−Ｃａ−Ｎｂ−Ｏ系誘電体材料等様々な材料を用いることができる。
【００２７】
Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｒ−Ｏ系誘電体材料は、例えば、主成分としてＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、Ｔｉの酸化物を含む場合は、主成分であるＡｌ、Ｓｉ、Ｓｒ、ＴｉをそれぞれＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｒＯ、ＴｉＯ２に換算したとき、Ａｌ２Ｏ３：１０〜６０質量％、ＳｉＯ２：２５〜６０質量％、ＳｒＯ：７．５〜５０質量％、ＴｉＯ２：２０質量％以下（０を含む）を含有することが好ましい。また、その主成分１００質量部に対して、副成分として、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｏの群のうちの少なくとも１種をＢｉ２Ｏ３換算で０．１〜１０質量部、Ｎａ２Ｏ換算で０．１〜５質量部、Ｋ２Ｏ換算で０．１〜５質量部、ＣｏＯ換算で０．１〜５質量部含有することが好ましく、更に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ａｇの群のうちの少なくとも１種をＣｕＯ換算で０．０１〜５質量部、Ｍｎ３Ｏ４換算で０．０１〜５質量部、Ａｇを０．０１〜５質量部含有することが好ましい。その他不可避不純物を含有することもできる。
【００２８】
加熱部３２を構成する導体は、後述する内装配線や電極に適用可能な銀や銅よりも電気抵抗率の高い金属材料、たとえば、白金、金、パラジウム、タングステン、モリブデン及びルテニウム等の少なくとも１種を用いる。また、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）とガラス粉末とを配合したペーストを用いることもできる。ガラス粉末に代えてアルミナ粉末を用いる場合もある。ガラス粉末を配合すると、効率よく同時焼成を進めて、安定して配線や抵抗を形成できるので、より好ましい。
【００２９】
上記のＲｕＯ２に代えて、その他の金属酸化物を用いることもできる。例えばＩｒＯ２、ＲｈＯ２、ＣｕＯ、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２等である。さらに、金、白金、パラジウム、銀、銅等の少なくとも１種を混合して加えることもできる。材料の配合や組成比を変えることにより、抵抗値を調整することができる。
【００３０】
また加熱部３２として、内装配線や電極と同素材の銀や銅とすることで、基材と加熱部３２を同時に焼結することができ、それぞれを焼成する場合よりも製造プロセスを低減することができる。但し、加熱部３２に銀や銅を適用する場合、内装配線より抵抗を上げるため、加熱部３２を長くする、もしくは断面積を小さくする必要がある。抵抗は、抵抗部の長さの比例し、断面積に反比例するからである。
【００３１】
加熱部３２の形状として、周回状や折り返し（九十九折状）とすることが好ましい。また、断面積として２００〜４００μｍ２とすることが好ましい。
【００３２】
第２の基材３１の内部に設けられる加熱部３２を構成する導体は、絶縁被覆されていることが好ましい。加熱部３２を構成する導体を絶縁層で被覆する方法として、例えば後述するように、グリーンシートに導体を印刷した後、さらにグリーンシートを積層して焼成することで、絶縁被覆が可能である。
【００３３】
内装配線３３および電極３４には、加熱部３２を構成する導体よりも電気抵抗の低い材料を用いることが好ましい。電極３４および内装配線３３を介して加熱部３２に電流が供給され、導体が発熱することで、加熱部３２の上部に位置する導入流路２４ｂを流れる試料を加熱することができる。なお、加熱部３２の導体の抵抗値変化から温度を測定し、測定結果を電流の印加条件に反映させることにより、温度制御が可能となる。
【００３４】
脱気部１４ａを構成するセラミックス多孔質焼結体は、第１の基材〜第３の基材と同様のセラミックス材料の多孔質焼結体を用いる。セラミックス材料を多孔質化する方法については、後述する。このように脱気部１４ａを第３の基材と一体に焼結された焼結体とすることで、優れた基材との密着性及び送液時の形状保持性を得ることができる。さらに、脱気部１４ａを有機膜で構成する場合と比較して優れた耐薬品性と耐熱性を得ることができる。
【００３５】
脱気部１４ａを構成するセラミックス材料の多孔質焼結体の気孔率は、気化した試料を外部に放出できれば特に限定は無いが、気体の透過流量を考慮して２０〜６０％（２０％以上６０％以下）であることが好ましい。気孔率が２０％未満では透過物の拡散を阻害する傾向があり、６０％より大きいと脱気部１４ａの強度が低下する可能性がある。
【００３６】
本発明のマイクロ化学チップ１は、脱気部１４ａを構成する多孔質体がセラミックス材料で構成され、第３の基材と脱気部１４ａとが焼結されて一体になっているため、基材と脱気部１４ａとの密着性および送液時の形状保持性が高い。また、従来の有機膜よりも耐熱性および耐薬品性に優れる。
【００３７】
［マイクロ化学チップの製造方法］
次に、本発明のマイクロ化学チップの製造方法について説明する。図３は本発明のマイクロ化学チップの製造方法の一例を示すフロー図である。図３に示すように、本発明のマイクロ化学チップの製造方法は、第２の基材、第１の基材および第３の基材の材料の成形体を準備して積層して積層体を得る工程（Ｓ１）と、上述した成形体を焼成する工程（Ｓ２）とを有する。
【００３８】
第１の基材２１には上述したセラミックス材料を用いることが好ましい。この材料を所定のサイズを有する成形体にする。成形体として、上述したセラミックス材料の原料粉末に適当な有機バインダーおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤等を添加して泥漿（スラリー）にし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形したセラミックグリーンシートを用いることが好ましい。このグリーンシートをチップ１のサイズに打ち抜いて、第１の基材の所定の高さとなるよう積層し、仮圧着する。次に、圧着したセラミックグリーンシートに、流路となる部位、すなわち、流路入口２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、導入流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、混合流路２５および流路出口２３ａ，２３ｂをレーザ等で打ち抜き加工する。
【００３９】
導入流路２４ａ，２４ｂ，２４ｃおよび混合流路２５の幅、深さは任意に設定することができるが、流路の幅および深さ共に、１００〜１０００μｍであることが好ましい。流路の断面積が１ｍｍ２を超えると、チップ１を用いて単位体積あたりの表面積を増加させる効果を充分に得ることができなくなる場合がある。また、流路の断面積が１０−２ｍｍ２より小さくなると、流路の圧力損失が大きくなり、送液が困難になる場合がある。
【００４０】
図４は本発明のマイクロ化学チップの第２の基材（底部基材）を製造する方法を示すフロー図である。図４では、第２の基材の断面図を用いて製造フローを示している。本図を用いて、加熱部３２、内装配線３３および電極３４が設けられた第２の基材３１の製造方法について説明する。
【００４１】
図４に示すように、まず第３の基材の材料を成形したセラミックグリーンシート４０に、所定の大きさの一対の貫通穴３０を形成する（図４（１））。図４は断面図である為、断面には一方の貫通孔が表示され、他方の貫通孔は第３の基材内に隠れている。そして、これらの貫通穴３０に、内装配線３３となる導体の粉末とバインダーを含む導電ペーストを充填する（図４（２））。これにより、貫通導体から成る内装配線３３が形成される。次に、内装配線３３の一端を覆うように、加熱部３２となる導体の導電ペーストを印刷し、乾燥させることで、加熱部３２が形成される（図４（３））。
【００４２】
なお、これらの導電ペーストは、スクリーン印刷、パット印刷およびロール転写等でセラミックグリーンシート４０に印刷可能である。加熱部の形状は、長尺形状はもちろん、周回状や折り返し（九十九折状）であっても良い。なお、積層時のセラミックグリーンシートの変形を抑制するため、加熱部３２の印刷パターンの厚みは、２０μｍ以下とすることが望ましい。
【００４３】
次に、セラミックグリーンシート４０と加熱部３２を覆うように、セラミックグリーンシート４１を被せ、セラミックグリーンシートの積層体４２を作製する（図４（４））。加熱部３２として高抵抗導体を印刷したセラミックグリーンシート４０にセラミックグリーンシート４１を積層して焼成することで、加熱部３２の絶縁被覆が可能となる。そして最後に、積層体４２を裏返しにし（図示せず）、内装配線３３の一端を覆うように、電極３４を印刷する。そして、第１の基材および第３の基材とともに圧着して焼成することで第２の基材３１が作製される（図４（５））。
【００４４】
第３の基材（天井基材）１１の成形体も、セラミックス材料のグリーンシートを用いることが好ましい。チップ１のサイズとなるよう、シート状のセラミックグリーンシートを打ち抜く。次に、第３の基材（天井基材）１１の高さとなるよう、打ち抜いたセラミックグリーンシートを積層し、仮圧着する。セラミックグリーンシートの積層体である第３の基材（天井基材）１１に、供給部１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび排出部１３ａ，１３ｂとなる貫通穴を加工する。加工方法として、レーザ加工または機械的なパンチングを用いることができる。さらに、第３の基材（天井基材）１１に脱気部１４を設けるため、脱気部１４の形状の貫通穴をレーザ等で加工する。
【００４５】
次に、焼成の際に分解消失する樹脂ビーズやカーボン粉末を、上述した第３の基材（天井基材）１１を構成するセラミックグリーンシートの原材料に添加し、攪拌混合してスラリー状の多孔質体用ペーストを作製する。この多孔質体用ペーストには、樹脂ビーズ等の造孔材が分散しており、燃焼すると消失して空隙となる。この空隙を通じて、ガス化した試料が外部に排気される。この多孔質体用ペーストを、第３の基材（天井基材）１１の脱気用貫通穴に印刷、充填することで、焼成する工程の後に、第３の基材（天井基材）１１に多孔質の脱気部１４が形成される。
【００４６】
上述した手順により作製した第１の基材２１、第２の基材３１および第３の基材１１の成形体を積層して焼成することによって、本発明のマイクロ化学チップ１ａが完成する。
【００４７】
図５ＡはＬＴＣＣ材を用いて形成した基材を積層して焼結したサンプルの断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）観察写真であり、図５Ｂは図５Ａの流路基材２１を拡大する図である。本サンプルは、第１の基材２１、第２の基材３１および第３の基材（天井基材）１１の材料の成形体としてセラミックグリーンシートを用いて焼結した物であり、各層の焼結性を調査するために作製した物である。第３の基材（天井基材）１１には脱気部を設けていない。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、各基材が焼結して一体となっていることが確認された。図５Ｂの拡大図から、ＬＴＣＣ基材は気孔を含む焼結体となることが確認された。
【００４８】
図６Ａは脱気部を構成する多孔質体の断面ＳＥＭ観察写真であり、図６Ｂは図６Ａを拡大する図である。本サンプルは、セラミックグリーンシートの原材料に造孔材を添加した成形体を焼結した物である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、気孔６０を多く含む多孔質体を得られることが確認された。
【００４９】
［試料濃縮方法］
上述した構成を有するマイクロ化学チップ１において、試料を加熱濃縮する手順について説明する。以下の説明では、チップ１に供給された試料を、流路基材２１の導入流路２４ｂで加熱濃縮し、この濃縮した試料と、導入流路２４ａと２４ｃから供給される２種類の試薬とを混合流路２５で混合するプロセスを例として説明する。
【００５０】
まず始めに、外部の送液ポンプ（図示せず）を駆動し、第３の基材（天井基材）１１の供給部１２ｂに試料を供給する。供給された試料は、流路入口２２ｂを経由して導入流路２４ｂに導入される。同様に、２種類の試薬を、それぞれ供給部１２ａ，１２ｃに供給する。供給された試薬は、流路入口２２ａ，２２ｃを経由して導入流路２４ａ，２４ｃに導入される。
【００５１】
導入流路２４ｂに導入された試料は、第２の基材３１の加熱部３２によって加熱され、試料の一部が気化を始める。気化したガス成分は、図２に示すように、導入流路２４ｂの天井部として配置した脱気部１４ａを介して、チップ１の外部へ放出される。
【００５２】
加熱濃縮された試料は、混合流路２５に導かれる。導入流路２４ａ，２４ｃに導入された試薬も混合流路２５に導かれ、加熱濃縮された試料と混合される。
【実施例２】
【００５３】
図７は実施例２のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図に相当する部分の図）である。第３の基材（天井基材）１１において、脱気部１４を多孔質セラミックスで構成すると、脱気部１４を構成する多孔質セラミックスの焼結挙動（収縮率、収縮速度）が、第３の基材（天井基材）１１を構成する緻密なセラミックスの焼結挙動と異なる場合、焼結後に脱気部１４の反りや割れが起こる可能性がある。
【００５４】
そこで、本実施例では、第３の基材（天井基材）１１の脱気部１４ｂを構成する多孔質体１４０，１４１，１４２に密度差をつけ、脱気部１４ｂの中央部を構成する多孔質体１４０の気孔率を最も大きくし、中央部から離れるにしたがって、すなわち、多孔質体１４１、１４２の順で気孔率を小さくして第３の基材（天井基材）１１の気孔率に近づけている。このように脱気部１４ｂの中央部の気孔率を大きくすることでガスの透過量を確保する。さらに、脱気部１４ｂの両端部の気孔率を小さくし、第３の基材（天井基材）１１と密度を近づけることで脱気部１４ｂを構成するセラミック材料の焼結後の反りや割れを抑制することができる。
【００５５】
脱気部１４ｂの気孔率は、多孔質体用ペーストを作成する際、セラミックグリーンシートの原材料に添加する、樹脂ビーズやカーボン粉末等の造孔材（焼成の際に分解消失する）の量を調整することで制御することができる。あらかじめ気孔率の異なる多孔質体１４０，１４１，１４２のそれぞれを構成するグリーンシートを積層し、仮圧着することで脱気部１４ｂの材料を作製することができる。マイクロ化学チップ１ｂのその他の部分の構成および製造方法については、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００５６】
図８は実施例３のマイクロ化学チップの断面図（図１のＩ−Ｉ線断面図に相当する部分の図）である。本実施例では、導入流路２４ｂを流れるサンプルが脱気部１４を介してマイクロ化学チップ１の外部へ漏れ出ることを防止するため、脱気部１４の表面（チップ１の外気に触れる側の表面）に撥水膜１５が設けられている。脱気部１４を第３の基材（天井基材）１１と同時焼成した後、撥水剤を塗布して乾燥することで、脱気部１４の表面に撥水膜１５を設けることができる。
【００５７】
撥水膜１５は、フッ素系シランカップリング剤等の撥水剤や、撥水性およびガス透過性の両方を有する撥水性ガス透過膜を用いることが好ましい。撥水性およびガス透過性を有する材料は、気体分子の平均自由行程よりも大きな、５０〜２００ｎｍ程度の細孔径を有するものである。このような膜は、気体を透過するが液体は不透過性であるため、気化したサンプルをチップ１の外部に排気しつつ、液体サンプルがチップ１の外側に漏出することを抑制できる。撥水性およびガス透過性を有する膜を形成する材料としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）およびクロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）等が挙げられる。
【００５８】
この中でも、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン（延伸多孔質ＰＴＦＥ）が好適である。延伸多孔質ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥ樹脂を延伸法により多孔質化したものである。成形されたフィルムには３次元的な連通孔が無数に形成され、かつ強度に優れる。
【００５９】
撥水性ガス透過膜の気孔率は、ガスを透過できるものであれば特に限定されないが、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、さらにより好ましくは７０％以上である。気孔率が３０％未満であると、気化したサンプルを外部に十分に排気することができない。また、気孔率が７０％より大きいと、撥水膜１５の強度が十分ではなくなる。なお、延伸多孔質ＰＴＦＥの気孔率は、ＪＩＳ  Ｋ６８８５で定義されている見掛け密度の測定方法に準拠して測定した見掛け密度ρ（ｇ／ｃｍ３）より、下記式（１）から算出することができる。
気孔率（％）＝［（２．２−ρ）／２．２］×１００…（１）
【００６０】
撥水性ガス透過膜１５の厚さは特に限定されないが、好ましくは１〜１０００μｍとする。１μｍ未満では膜強度が不足して取扱いが難しくなるため、ポリエステル等の支持材を張り合わせる必要がある。ポリエステルの付加によりガス透過性が低下する。一方で、１０００μｍを超えると、膜の成形が困難になる場合がある。撥水性ガス透過膜の厚さとしては、１０〜５００μｍがより好ましく、１００〜３００μｍがさらに好ましい。
【００６１】
以上、説明したように、本発明によれば従来よりも優れた基材との密着性、送液時の形状保持性、耐熱性及び耐薬品性を有する脱気部を備えるマイクロ化学チップ、マイクロ化学チップの製造方法および試料濃縮方法を提供できることが示された。
【００６２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…マイクロ化学チップ、１１…第３の基材（天井基材）、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…供給部、１３，１３ａ，１３ｂ…排出部、１４，１４ａ，１４ｂ…脱気部、１４０，１４１，１４２…多孔質体、１５…撥水膜、２１…第１の基材（流路基材）、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…流路入口、２３，２３ａ，２３ｂ…流路出口、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ…導入流路、２５…混合流路、３０…貫通穴、３１…第２の基材（底部基材）、３２…加熱部、３３…内装配線、３４…電極、４０，４１…第２の基材の原料の成形体、４２…第２の基材の原料の成形体の積層体、６０…気孔。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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