(57)【要約】【課題】微細流路の高さ調整を高精度且つ簡便に行うことができ、安価で定量性のあるマイクロ化学チップを提供する。【解決手段】親水性の流体が流通する少なくとも１以上の微細流路１２を有するマイクロ化学チップ１０において、プレート表面に微細流路１２となる親水性部分を有する基盤プレート１４と、基盤プレート１４の微細流路側に、基盤プレート１４に対して平行に対向配置された蓋プレート１６と、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔を調整して微細流路１２の流路高さを調整する流路高さ調整手段１８と、を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性の流体が流通する少なくとも１以上の微細流路を有するマイクロ化学チップにおいて、
前記マイクロ化学チップは、
プレート表面に前記微細流路となる親水性部分を有する基盤プレートと、
前記基盤プレートの前記微細流路側に、前記基盤プレートに対して平行に対向配置された蓋プレートと、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間隔を調整して前記微細流路の流路高さを調整する流路高さ調整手段と、を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記微細流路の流路高さは１ｎｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１のマイクロ化学チップ。
【請求項３】
前記微細流路の側壁を気体で形成する場合には、前記流路高さは１ｎｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２のマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に常時又は一次的に介在され、前記流路高さを規定する厚みに形成されたスペーサと、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項５】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在されて両者を連結する接着層と、
前記接着層に含有され、前記流路高さを規定する球径に均一作成された複数の球体と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項６】
前記流路高さ調整手段は、流路高さを規定する厚みに形成された両面テープであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項７】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結するバイメタルと、
前記バイメタルに付与する温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項８】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する形状記憶合金と、
前記形状記憶合金に付与する温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項９】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在された圧電素子と、
前記圧電素子に付与する電圧を制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項１０】
前記流路高さ調整手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在させる弾性板と、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとを介して前記弾性板を圧縮する圧縮力を調整可能な圧縮手段と、を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項１１】
前記圧縮手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結すると共にトルク圧を調整可能なボルト部材であることを特徴とする請求項１０のマイクロ化学チップ。
【請求項１２】
前記圧縮手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとにそれぞれ設けられた磁石であることを特徴とする請求項１０のマイクロ化学チップ。
【請求項１３】
前記圧縮手段は、
前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に前記弾性板を介在させたチップ本体を本体容器に収納して該本体容器の蓋板を閉めて前記基盤プレートと前記蓋プレートとを介して前記弾性板を圧縮することにより、圧縮前の前記チップ本体と前記本体容器の深さとの差によって前記微細流路の流路高さを自動的に規定する圧縮箱であることを特徴とする請求項１０のマイクロ化学チップ。
【請求項１４】
前記圧縮箱の前記蓋板には、前記微細流路に連通する流体供給口と空気抜き孔とが形成されていることを特徴とする請求項１３のマイクロ化学チップ。
【請求項１５】
前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、疎水化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項１６】
前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、高粘度な疎水性液体を塗布することにより前記微細流路の側壁面を液体で形成することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項１７】
前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、前記微細流路の規定高さのスペーサ又は厚みが可変可能な弾性板を介在することにより前記流路の側壁面を固体で形成することを特徴とする請求項１〜１４の何れか１のマイクロ化学チップ。
【請求項１８】
親水性の流体が流通する少なくとも１以上の微細流路を有するマイクロ化学チップの製作方法において、
基盤プレートのプレート表面に前記微細流路となる親水性部分を形成する微細流路形成工程と、
前記基盤プレートと、該基盤プレートの前記微細流路側に対向配置された蓋プレートとの間に、前記微細流路の流路高さを規定するスペーサを挟み込む流路高さ調整工程と、
前記流路高さ調整工程で調整された状態で前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する連結工程と、を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップの製作方法。
【請求項１９】
前記連結工程後に、前記スペーサを抜き取る抜取り工程と、を備えたことを特徴とする請求項１８のマイクロ化学チップの製作方法。
【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及びその製作方法に係り、特に、流体が流れる微細流路の流路高さを高精度且つ簡便に規制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、数センチ角サイズのチップを使って化学プロセスを行うマイクロ化学チップの研究開発が進められている。マイクロ化学チップを使用することで、従来のマクロ的な実験装置に比べ、極少量の試料で、短時間に結果を得ることができるという利点がある。
【０００３】
マイクロ化学チップは、樹脂、ガラス、石英等で構成されたプレートの表面に微細流路が形成され、その微細流路に試料（液体又は気体）を供給して流通させ、その途中又は終端部に形成した処理部において試料中の成分の反応、検出、精製、分離、濃縮、混合等の化学プロセスを行えるようにしたものである。処理部としては、前記化学プロセスに対応して反応部、検出部、精製部、分離部、濃縮部、混合部を設ける。
【０００４】
マイクロ化学チップには、例えば抗原抗体反応を行うチップ、ＤＮＡ（ゲノム）解析用のチップ、タンパク質解析用のチップ、通常は実験室で行う様々な化学プロセスを数ｃｍ角の大きさのチップ上で行うマイクロＴＡＳ（total analysis system）、ラボオンチップ（lab-on-chip）、あるいはマイクロリアクターなどと呼ばれるチップなどがある。  
【０００５】
マイクロ化学チップに形成する微細流路の形成方法としては、プレート面に凹状の溝を微細加工により形成する方法（アール・エム・マコーミック等、アナリティカル・ケミストリー１９９７年、第６９巻、２６２６頁）が一般的であるが、例えば特許文献１のように、プレート面上に微細流路となる親水性部分を形成して、溝状でない微細流路を形成することも提案されている。
【０００６】
ところで、例えば抗原抗体反応のようなマイクロ化学チップのように、微細流路に血清を流して流路途中の検査部において抗体に血清中の抗原をトラップすることで検査を行う場合には、微細流路の高さが低いほどトラップ効率は良くなり検査精度が向上する。これは、図９（Ａ）に示すように、微細流路１の流路高さＨが高いと基盤プレート２面に形成された抗体３の上を血清中の抗原４が通過する比率が多くなり、抗原４と抗体３とが結合されにくくなる。これに対して、図９（Ｂ）に示すように、微細流路１の流路高さＨが低いと、抗原４と抗体３との接触する割合が多くなり、抗原４と抗体３とが結合され易くなり、検出の定量性が向上する。
【特許文献１】特開２０００−４２４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、基盤プレート２面に凹状の溝を形成することにより微細流路１を形成する方法で流路高さＨを規制する場合、所望の流路高さＨはナノオーダーやミクロンオーダーの極小なオーダーであることから微細な溝加工精度には限界がある。これにより、流路高さＨを低くすればそれだけ溝加工精度のバラツキが流路高さＨのバラツキに反映される影響は大きくなる。流路高さＨにバラツキが発生すると、微細流路１の高さを規制する蓋フレート５が基盤プレート２に部分的に接触する危険が高まるだけでなく、微細流路１内において血清がスムーズに流れる部分と流れ難い部分とが形成されてしまい、検査精度の低下要因となる。特に、定量性が重要なマイクロ化学チップの場合、流路高さＨのバラツキが基本的な検出性能に大きく影響する。
【０００８】
また、特許文献１には、親水化処理により微細流路を形成することの記載はあるものの、流路高さをどのようにすれば高精度に規制できるかに関する記載はない。この場合、マイクロ化学チップの携帯性及び簡易性という特性からして、大がかりな流路高さ調整装置は好ましくない。
【０００９】
従って、マイクロ化学チップにおいては、微細流路の高さ調整を高精度且つ簡便に行えることが必要であり、これにより安価で定量性のあるマイクロ化学チップを実現することができる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微細流路の高さ調整を高精度且つ簡便に行うことができ、安価で定量性のあるマイクロ化学チップ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】
【００１１】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、親水性の流体が流通する少なくとも１以上の微細流路を有するマイクロ化学チップにおいて、前記マイクロ化学チップは、プレート表面に前記微細流路となる親水性部分を有する基盤プレートと、前記基盤プレートの前記微細流路側に、前記基盤プレートに対して平行に対向配置された蓋プレートと、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間隔を調整して前記微細流路の流路高さを調整する流路高さ調整手段と、を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップを提供する。
【００１２】
請求項１によれば、溝加工によって微細流路を形成するのではなく、基盤プレート面に
親水性部分を形成することで微細流路を形成し、基盤プレートと蓋プレートとの間隔を調整することで流路高さを調整する方式の流路高さ調整手段で流路高さを調整するようにしたので、微細流路の高さ調整を高精度且つ簡便に行うことができ、安価で定量性のあるマイクロ化学チップを提供することができる。
【００１３】
尚、基盤プレートに親水性部分の微細流路を形成することで流路の側壁がなくても、親水性の液体や気体は、微細流路に沿って流れるが、親水性部分の外側の基盤プレート面を積極的に疎水化することが好ましい。この場合、微細流路の親水性部分と微細流路外側の疎水性部分との水接触角の差が５０°以上あることが好ましい。
【００１４】
請求項２は請求項１において、前記微細流路の流路高さは１ｎｍ以上、５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
マイクロ化学チップの流路高さは、使用目的に応じて適切な高さは異なるが、１ｎｍ以上５ｍｍ以下の範囲で調整できることが好ましい。尚、シリコン材質の基盤プレート面に蒸着法で１ｎｍの厚みの膜を形成し、この膜をスペーサとして基盤プレートと蓋プレートとを合体させることで、流路高さが１ｎｍのマイクロ化学チップを形成可能である。
【００１６】
請求項３は請求項２において、前記微細流路の側壁を気体で形成する場合には、前記流路高さは１ｎｍ以上、１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の流路高さの上限である１ｍｍとは、気体に対する液体（例えば空気に対する水）の保持限界を意味しており、微細流路の側壁面を気体で形成した場合の上限である。しかし、微細流路の側壁面を油等の液体（例えば請求項１６）や弾性を有する固体（例えば請求項１７）で形成した場合には、流路高さの上限は５ｍｍとなる。  
【００１８】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に常時又は一次的に介在され、前記流路高さを規定する厚みに形成されたスペーサと、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する連結手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとの間に所望流路高さに相当する厚みのスペーサを介在させることにより流路高さを調整し、調整した基盤プレートと蓋プレートとを連結するものである。スペーサのように一定厚みの板を微細加工により形成することは、前述した微細な溝加工精度に比べて精度を上げることが可能であり、高精度な流路高さ調整を可能とする。
【００２０】
請求項５は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在されて両者を連結する接着層と、前記接着層に含有され、前記流路高さを規定する球径に均一作成された複数の球体と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項５の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとの間に介在させて両者を接着により連結する接着層中に、所望流路高さに相当する球形の複数の球体を混在させるようにしたものである。これにより、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００２２】
請求項６は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、流路高さを規定する厚みに形成された両面テープであることを特徴とする。
【００２３】
請求項６の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとの間に流路高さを規定する厚みに形成された両面テープを介在させるもので、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００２４】
請求項７は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結するバイメタルと、前記バイメタルに付与する温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項７の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとをバイメタルで連結し、温度制御手段でバイメタルに所定の温度に加えて伸縮させることで、基盤プレートと蓋プレートとの間隔を調整し、流路高さを調整するものである。この場合、バイメタルに付与する温度と、基盤プレートと蓋プレートとの間隔との関係は、予め試験等により把握すればよい。これにより、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００２６】
請求項８は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する形状記憶合金と、前記形状記憶合金に付与する温度を制御する温度制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項８の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとを形状記憶合金で連結し、温度制御手段で形状記憶合金に所定の温度に加えて元の形状に回復させることで、基盤プレートと蓋プレートとの間隔を調整し、流路高さを調整するものである。この場合、形状記憶合金に付与する温度と、基盤プレートと蓋プレートとの間隔との関係は、予め試験等により把握すればよい。これにより、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００２８】
請求項９は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在された圧電素子と、前記圧電素子に付与する電圧を制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項９の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとの間に圧電素子を介在させて、電圧制御手段から圧電素子に所定の電圧を付与することで基盤プレートと蓋プレートとの間隔を調整し、流路高さを調整するものである。この場合、圧電素子に付与する電圧と、基盤プレートと蓋プレートとの間隔との関係は、予め試験等により把握すればよい。これにより、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００３０】
請求項１０は請求項１〜３の何れか１において、前記流路高さ調整手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に介在させる弾性板と、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを介して前記弾性板を圧縮する圧縮力を調整可能な圧縮手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１０の流路高さ調整手段は、基盤プレートと蓋プレートとの間に弾性板を介在させた状態で、圧縮手段で基盤プレートと蓋プレートとを介して弾性板を圧縮することにより、基盤プレートと蓋プレートとの間隔を調整し、流路高さを調整するものである。この場合、圧縮手段による圧縮力と弾性板が圧縮されたときの反力との関係から、圧縮力を幾つにすれば弾性板がどの程度圧縮するかは、予め試験等により把握すればよい。これにより、高精度且つ簡便に流路高さを調整できる。
【００３２】
請求項１１は請求項１０において、前記圧縮手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結すると共にトルク圧を調整可能なボルト部材であることを特徴とする。
【００３３】
圧縮手段として、基盤プレートと蓋プレートとを連結すると共にトルク圧を調整可能なボルト部材を使用したものである。この場合、ボルト部材のトルク圧と、弾性板が圧縮されたときの反力との関係から、圧縮力を幾つにすれば弾性板がどの程度圧縮するかは、予め試験等により把握すればよい。
【００３４】
請求項１２は請求項１０において、前記圧縮手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとにそれぞれ設けられた磁石であることを特徴とする。
【００３５】
圧縮手段として、基盤プレートと蓋プレートとにそれぞれ磁石を設けてＮ極とＳ極とを形成し、磁力の強さによって圧縮力を調整するようにしたものである。この場合、磁力の強さと、弾性板が圧縮されたときの反力との関係から、磁力を幾つにすれば弾性板がどの程度圧縮するかは、予め試験等により把握すればよい。また、磁石を電磁石にして、磁石に流す電流の強さによって磁力を可変できるようにすれば便利である。
【００３６】
請求項１３は請求項１０において、前記圧縮手段は、前記基盤プレートと前記蓋プレートとの間に前記弾性板を介在させたチップ本体を本体容器に収納して該本体容器の蓋板を閉めて前記基盤プレートと前記蓋プレートとを介して前記弾性板を圧縮することにより、圧縮前の前記チップ本体と前記本体容器の深さとの差によって前記微細流路の流路高さを自動的に規定する圧縮箱であることを特徴とする。
【００３７】
圧縮手段として圧縮箱を用いれば、弾性板を介在させたまま基盤プレートと蓋プレートを容器に収納して該容器の蓋を閉めることにより基盤プレートと蓋プレートとを介して弾性板が圧縮される。従って、圧縮箱に収納する前の基盤プレート、蓋プレート、及び弾性板の合計厚みから圧縮箱の深さを引いた値が圧縮量になり、弾性板の収納前の厚みから圧縮量を引いた値が流路高さになる。従って、前記合計厚みと圧縮箱の深さを適切に設定することで所望高さの流路高さを得ることができる。
【００３８】
請求項１４は請求項１３において、前記圧縮箱の前記蓋板には、前記微細流路に連通する流体供給口と空気抜き孔とが形成されていることを特徴とする。
【００３９】
圧縮箱の蓋板に微細流路に連通する流体供給口と空気抜き孔とを形成しておけば、圧縮箱にマイクロ化学チップを収納したままマイクロ化学チップを使用することができる。
【００４０】
請求項１５は請求項１〜１４の何れか１において、前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、疎水化処理が施されていることを特徴とする。
【００４１】
微細流路が形成される親水性部分の外側に、疎水化処理を施せば、微細流路に側壁がなくても、微細流路のみに沿って流体（検査液）を高精度に流すことができる。
【００４２】
請求項１６は請求項１〜１４の何れか１において、前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、高粘度な疎水性液体を塗布することにより前記微細流路の側壁面を形成することを特徴とする。
【００４３】
請求項１６は、微細流路の側壁面を液体で形成するもので、微細流路が形成される親水性部分の外側に、高粘度な疎水性液体を塗布することで達成できる。これにより、微細流路のみに沿って試料（液体、気体）を高精度に流すことができる。
【００４４】
請求項１７は請求項１〜１４の何れか１において、前記微細流路が形成される親水性部分の外側に、前記微細流路の規定高さのスペーサ又は厚みが可変可能な弾性板を介在することにより前記流路の側壁面を形成することを特徴とする。
【００４５】
請求項１７によれば、微細流路の側壁面をスペーサ又は弾性体で形成するようにしたので、基盤プレート及び蓋プレートを剛性が小さな部材で形成しても、基盤プレートや蓋プレートが撓むことがなく、流路高さを高精度に維持できる。尚、弾性板は撥水性を有することが好ましい。
【００４６】
本発明の請求項１８は前記目的を達成するために、親水性の流体が流通する少なくとも１以上の微細流路を有するマイクロ化学チップの製作方法において、基盤プレートのプレート表面に前記微細流路となる親水性部分を形成する微細流路形成工程と、前記基盤プレートと、該基盤プレートの前記微細流路側に対向配置された蓋プレートとの間に、前記微細流路の流路高さを規定するスペーサを挟み込む流路高さ調整工程と、前記流路高さ調整工程で調整された状態で前記基盤プレートと前記蓋プレートとを連結する連結工程と、を備えたことを特徴とするマイクロ化学チップの製作方法を提供する。
【００４７】
本発明の請求項１８は、本発明のマイクロ化学チップを製作する際のステップを規定したものである。
【００４８】
請求項１９は請求項１８において、前記連結工程後に、前記スペーサを抜き取る抜取り工程と、を備えたことを特徴とする。
【００４９】
請求項１９は、流路高さを調整し、基盤プレートと蓋プレートとを連結した後で、流路高さに使用してスペーサを抜き取るようにしたものである。これにより、沢山のマイクロ化学チップを製作するときに、１枚のスペーサで流路高さ調整を行うことができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明によれば、微細流路の高さ調整を高精度且つ簡便に行うことができ、安価で定量性のあるマイクロ化学チップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
以下添付図面に従って、本発明のマイクロ化学チップ及びその製作方法の好ましい実施の形態を詳説する。
【００５２】
図１は、本発明のマイクロ化学チップの概要を説明する概要図であり、図２はその分解図である。
【００５３】
図１及び図２に示すように、本発明のマイクロ化学チップ１０は、主として、プレート表面に微細流路１２となる親水性部分を有する基盤プレート１４と、基盤プレート１４の微細流路側に基盤プレート１４に対して平行に対向配置された蓋プレート１６と、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔を調整して微細流路１２の流路高さＨを調整する流路高さ調整手段１８と、で構成される。
【００５４】
微細流路１２の親水性部分の幅である流路幅は１００μｍ〜５０００μｍの範囲が好ましい。基盤プレートと蓋プレートとの間に形成される微細流路１２の流路高さは１ｎｍ以上、５ｍｍ以下の範囲が好ましく、微細流路１２の側壁面を気体で形成する場合の上限は１ｍｍであることが好ましい。また、微細流路１２の途中に設けられた処理部１２Ａの面積は０．１ｍｍ２〜５ｍｍ２の範囲が好ましい。
【００５５】
そして、微細流路１２の一方端側（以下、注入部１２Ｂという）から親水性の試料Ａ（液体又は気体）を注入して微細流路１２を流通させ、処理部１２Ａにおいて試料中の成分の反応、検出、精製、分離、濃縮、混合等の化学プロセスを行う。処理部１２Ａで処理済みの試料Ａ’は微細流路１２の他方端（以下、排出部１２Ｃという）から排出される。また、注入部１２Ｂへの試料Ａの注入は、マイクロシリンジ等の微量注入機器を好適に使用できる。例えば、マイクロ化学チップ１０において抗原抗体反応を行う場合には、処理部１２Ａに図９で説明した抗体を固定しておき、微細流路１２の注入部１２Ｂからマイクロシリンジで血清を注入し、血清中の抗原と処理部１２Ａの抗体とを結合させることにより、抗原抗体反応を行わせることができる。この場合、微細流路１２は親水性部分として形成され、且つ流路高さＨは１ｎｍ以上、５ｍｍ以下の範囲で微小な間隙であるため、親水性の試料Ａを微細流路１２の注入部１２Ｂに所定量注入すれば、試料Ａは浸透圧を駆動力として親水性部分である微細流路１２に沿って流れる。従って、図２に示すように、微細流路１２の流路幅Ｗ１に対して後記するスペーサ２０同士の間隔Ｗ２（微細流路１２を挟む方向の間隔）が大きく微細流路１２に側壁がない状態、即ち微細流路１２の側壁が気体（空気等）であっても、試料Ａは微細流路１２に沿って流れる。この場合、基盤プレート１４及び蓋プレート１６が材質的に疎水性のものであれば、微細流路１２を親水性部分として形成すればよいが、微細流路１２の外側の基盤プレート面を更に疎水化処理することがより好ましい。これにより、試料Ａを微細流路１２に沿って精度良く流通させることができる。この場合、微細流路１２の親水性部分と、微細流路１２の外側の疎水性部分の差は水接触角において５０°以上あることが好ましい。
【００５６】
上記の如く微細流路１２に側壁がない構成の場合には、基盤プレート１４及び蓋プレート１６が撓まずに平面性を有する剛性や厚みが必要である。しかし、基盤プレート１４及び蓋プレート１６の剛性が小さく厚みが薄いフィルム等の場合には撓み易く、流路高さに分布が発生する。従って、この場合には、微細流路１２の側壁を形成し、側壁で基盤プレート１４及び蓋プレート１６の撓みを防止する必要である。微細流路１２の側壁を形成する方法としては、微細流路１２の外側の基盤プレート面に、高粘度な疎水性液体、例えばグリース等を塗布することにより形成することができる。また、微細流路１２の外側の基盤プレート面に、微細流路１２の規定高さの厚みを有するスペーサや厚みを可変可能な弾性板を配置して形成してもよい。この場合には、微細流路１２の外側の基盤プレート面を疎水化処理する必要はない。
【００５７】
次に、微細流路１２の流路高さＨを調整する流路高さ調整手段１８についての各種態様を以下に説明する。
【００５８】
図２の流路高さ調整手段１８は、主として、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に介在され、流路高さＨを規定する厚みのスペーサ２０と、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを連結する接着層２２（連結手段）と、で構成される。
【００５９】
そして、スペーサ２０を用いたマイクロ化学チップ１０を製作するには、基盤プレート１４のプレート表面に微細流路１２となる親水性部分を、蒸着、塗布等の方法により形成する（微細流路形成工程）。次に、基盤プレート１４と、該基盤プレート１４の微細流路側に対向配置された蓋プレート１６との間に、微細流路１２の流路高さＨを規定するスペーサ２０を挟み込む（流路高さ調整工程）。次に、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを接着層２２で固着する（連結工程）。図２では接着層２２を板形状に形成したが、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間の複数箇所をスポット的に接着するようにしてもよい。これにより、マイクロ化学チップ１０を製作する。尚、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを連結した後で、スペーサ２０を取り除く工程を行ってもよい。スペーサ２０を取り除くことで、複数のマイクロ化学チップ１０を製作する際に、１つのスペーサ２０を共有することができる。また、マイクロ化学チップ１０の使用目的に応じて厚みの異なるスペーサを複数用意することで、異なる流路高さＨに迅速に対応できるので便利である。
【００６０】
スペーサを用いた流路高さ調整手段１８によれば、所望の流路高さＨに対応する厚みのスペーサ２０を高精度に製作するだけで、高精度かつ簡便に微細流路１２の流路高さＨを調整することができる。この場合、流路高さＨを幾つにするかにもよるが、基盤プレート１４と蓋プレート１６との対向する側の面の平均中心粗さＲａ、及びスペーサ２０の表裏面の平均中心粗さＲａは、１０ｎｍ以下に鏡面加工されていることが好ましい。このことは、以下の流路高さ調整手段についても同様である。また、図には示さなかったが、スペーサ２０の代わりに、所望の流路高さＨに対応する厚みの両面テープを使用してもよい。この場合には接着層が必要なくなる。
【００６１】
図３の流路高さ調整手段１８は、主として、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に介在されて両者を連結する接着層２４と、接着層２４に含有され、流路高さＨを規定する球径に均一作成された複数の球体２６と、で構成される。所望の流路高さＨに対応する球径の球体２６を高精度に製作するだけで、高精度且つ簡便に微細流路１２の流路高さＨを調整することができる。
【００６２】
図４の流路高さ調整手段１８は、主として、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを連結するバイメタル２８又は形状記憶合金３０と、バイメタル２８又は形状記憶合金３０に付与する温度を制御する温度制御手段３２と、で構成される。この場合、バイメタル２８又は形状記憶合金３０によりは基盤プレート１４と蓋プレート１６との４隅を連結することが好ましい。バイメタル２８を用いた流路高さ調整手段１８によれば、バイメタル２８に付与する温度と、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔との関係を予め試験等により把握しておくだけで高精度且つ簡便に流路高さＨを調整できる。また、形状記憶合金３０を用いた流路高さ調整手段１８によれば、形状記憶合金３０に付与する温度と、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔との関係を予め試験等により把握しておくだけで高精度且つ簡便に流路高さＨを調整できる。
【００６３】
図５の流路高さ調整手段１８は、主として、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に介在された圧電素子３４（ピエゾ素子）と、圧電素子３４に付与する電圧を制御する電圧制御手段３６と、で構成される。この場合、基盤プレート１４と蓋プレート１６との対向する面（微細流路１２は除く）に、蒸着等により電極膜（図示せず）を形成し、この電極膜と電圧制御手段３６とを電気的に連結することが好ましい。また、圧電素子３４は、微細流路１２を挟んだ両側に一対配置することが好ましい。圧電素子３４を用いた流路高さ調整手段１８によれば、圧電素子３４に付与する電圧と、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔との関係を予め試験等により把握しておくだけで、高精度且つ簡便に流路高さＨを調整できる。
【００６４】
図６〜図８の流路高さ調整手段１８は、主として、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に介在させる弾性板３８と、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを介して弾性板３８を圧縮する圧縮力を調整可能な圧縮手段と、で構成される。この場合、弾性板３８は微細流路１２を挟んだ両側に一対配置することが好ましい。そして、図６は圧縮手段としてボルト４０を用い、図７は圧縮手段として磁石４２を用い、図８は圧縮手段として圧縮箱４４を用いた例である。
【００６５】
図６の流路高さ調整手段１８は、圧縮手段としてトルク調整付きのボルト４０を用いたものであり、ボルト４０のねじ込み量、即ち弾性板３８が圧縮される圧縮量をトルク圧で検出できるようにしたものである。ボルト４０を用いた流路高さ調整手段１８によれば、ボルト４０のトルク圧と、弾性板３８の圧縮量、即ち基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔との関係を予め試験等により把握しておくだけで、高精度且つ簡便に流路高さＨを調整できる。
【００６６】
図７の流路高さ調整手段１８は、圧縮手段として磁石４２を用いたものであり、基盤プレート１４の外面と蓋プレート１６の外面とにそれぞれ、Ｎ極とＳ極とが対面するように円板状の磁石４２を固着する。これにより、Ｎ極とＳ極とが磁力により引き合うので、磁力の強さと、弾性板３８の圧縮量、即ち基盤プレート１４と蓋プレート１６との間隔との関係を予め試験等により把握しておくだけで、高精度且つ簡便に流路高さＨを調整できる。また、磁石４２を電磁石にして、磁石４２に流す電流の強さによって磁力を可変できるようにすれば便利である。
【００６７】
図８の流路高さ調整手段１８は、圧縮手段として圧縮箱４４を用いたものである。圧縮箱４４は、上面が開放された矩形な空間４５を有する本体容器４６と、本体容器４６に蝶番４８を介して回動自在にされた蓋板５０と、蓋をしたときに蓋板５０が開成しないように蓋板５０と本体容器４６とを連結する連結具５２Ａ，５２Ｂとで、構成される。連結具５２Ａ，５２Ｂとしては、図８のように、フック５２Ａとピン５２Ｂの係合により連結する機構を好適に使用できる。また、蓋板５０と蓋プレート１６には、試料Ａを注入する注入孔５４が形成され、注入孔５４が微細流路１２の注入部１２Ｂ近傍に連通される。また、蓋板５０と蓋プレート１６とには、空気孔５６が形成され、微細流路１２の排出部１２Ｃ近傍に連通する。また、本体容器４６の空間部の深さＬ１は、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に弾性板３８を介在させたチップ本体５５の厚みＬ２よりも流路高さＨだけ小さくなるように形成される。
【００６８】
上記の如く構成された圧縮箱４４を用いた流路高さ調整手段１８によって、微細流路１２の流路高さＨを調整するには、図８（Ａ）のように、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に弾性板３８を介在させたチップ本体５８を本体容器４６の空間４５に収納する。次に、図８（Ｂ）のように、蓋板５０を閉成して蓋板５０のフック５２Ａを本体容器４６のピン５２Ｂに係合する。これにより、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを介して弾性板３８が流路高さＨの厚みまで圧縮される。即ち、圧縮箱４４に収納する前のチップ本体５５の合計厚みＬ２から圧縮箱４４の深さＬ１を引いた値が圧縮量になり、チップ本体５５の収納前の厚みＬ２から圧縮量を引いた値が流路高さＨになる。従って、チップ本体５５の合計厚みＬ２と圧縮箱４４の深さＬ１を適切に設定することで所望高さの流路高さＨを得ることができるので、高精度かつ簡便に流路高さを調整できる。
【００６９】
次に、蓋板５０の注入孔５４から試料Ａを注入して、試料中の成分の反応、検出、精製、分離、濃縮、混合等の化学プロセスを行う。化学プロセスの試験が終了したら、蓋板５０を開成してチップ本体５５を取り出せば、基盤プレート１４と蓋プレート１６とは連結されていないので、微細流路１２中の試料Ａ’を簡単に除去できる。
【００７０】
上記の如く構成した圧縮箱４４を用いた流路高さ調整手段１８によれば、基盤プレート１４と蓋プレート１６とを連結する連結手段を要せずに流路高さＨを調整できると共に、圧縮箱４４に収納したままで試料Ａの化学プロセスを行うことができる。弾性板３８は、基盤プレート１４と蓋プレート１６との間に部分的に介在させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】マイクロ化学チップの概念図
【図２】スペーサを用いた流路高さ調整手段の概念を示す分解図
【図３】球体含有接着層を用いた流路高さ調整手段の概念を示す分解図
【図４】バイメタル又は形状記憶合金を用いた流路高さ調整手段の概念を示す説明図
【図５】圧電素子を用いた流路高さ調整手段の概念を示す説明図
【図６】圧縮手段としてトルク圧付きボルトを用いた流路高さ調整手段の概念を示す説明図
【図７】圧縮手段として磁石を用いた流路高さ調整手段の概念を示す説明図
【図８】圧縮手段として圧縮箱を用いた流路高さ調整手段の概念を示す説明図
【図９】抗原抗体反応の例で流路高さの影響を説明する説明図
【符号の説明】
【００７２】
１０…マイクロ化学チップ、１２…微細流路、１４…基盤プレート、１６…蓋プレート、１８…流路高さ調整手段、２０…スペーサ、２２…接着層、２４…接着層、２６…球体、２８…バイメタル、３０…形状記憶合金、３２…温度制御手段、３４…圧電素子、３６…電圧制御手段、３８…弾性板、４０…ボルト、４２…磁石、４４…圧縮箱、４６…本体容器、４８…蝶番、５０…蓋板、５２…連結具、５４…注入孔、５５…チップ本体、５６…空気孔
【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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