(57)【要約】【課題】ＮＯｘ　，ＳＯｘ　，ＣＯｘ　，Ｏ３　等の有害ガスの量を測定するのに使用する化学マイクロデバイスにおいて、その製造が容易に行え、コストが低減されるようにする。【解決手段】基材１０，２０に試験液を通す密閉された流路１１，１３，１４が設けられると共に、この流路の途中に開口された反応部１２が設けられた化学マイクロデバイスにおいて、上記の開口された反応部を覆うようにして樹脂製のメンブランフィルター３０を設けた。【選択図】　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に試験液を通す密閉された流路が設けられると共に、この流路の途中に開口された反応部が設けられた化学マイクロデバイスにおいて、上記の開口された反応部を覆うようにして樹脂製のメンブランフィルターが設けられていることを特徴とする化学マイクロデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材が上部基板と下部基板とで構成され、下部基板に上記の流路と反応部とが設けられる一方、上部基板に上記の反応部に対応するように開口部が形成され、上記の反応部を覆うようにして撥水性を有する樹脂製のメンブランフィルターが上部基板と下部基板との間に挟まれていることを特徴とする化学マイクロデバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記の樹脂製のメンブランフィルターがフッ素系樹脂で構成されていることを特徴とする化学マイクロデバイス。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記のメンブランフィルターにおける平均孔径が０．００１〜０．３μｍの範囲であることを特徴とする化学マイクロデバイス。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材が樹脂で構成されていることを特徴とする化学マイクロデバイス。
【請求項６】
請求項５に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を構成する樹脂が、透明性の熱可塑性樹脂であることを特徴とする化学マイクロデバイスの使用方法。
【請求項７】
請求項５に記載した化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を構成する樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする化学マイクロデバイスの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小な反応器内において微少な量で分析や反応等を行うのに用いるマイクロチップ，マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスに係り、特に、空気中におけるＮＯｘ　，ＳＯｘ　，ＣＯｘ　，Ｏ３　等のガスの量を測定するのに適した化学マイクロデバイスが安価に得られるようにした点に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、反応効率を高めると共に迅速かつ高感度な分析等を行えるようにし、また多数の反応や分析等を効率よく行うために、マイクロチップ，マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスを用い、微少な量で分析や反応等を行うことが試みられている。
【０００３】
また、近年においては、空気中におけるＮＯｘ　，ＳＯｘ　，ＣＯｘ　，Ｏ３　等の有害ガスの量を測定するのに、上記のような化学マイクロデバイスを用いることが検討されるようになった。
【０００４】
ここで、このような化学マイクロデバイスにおいては、例えば、図１に示すように、石英ガラス等で構成された下部基板１の片面に、物質の反応に必要なマイクロチャンネルを構築し、上記のようなガスを捕集する捕集溶液を案内する第１流路１ａと、この第１流路１ａの途中において上記のガスを捕集溶液に接触させて捕集させる面積が大きくなった反応部１ｂとを設けると共に、ガスを捕集した上記の捕集溶液と反応して蛍光物質を生成する蛍光試薬溶液或いは発色物質を生成する発色試薬溶液を案内する第２流路１ｃを上記の反応部１ｂよりも下流側において第１流路１ａと合流するように設け、さらにこのように合流された上記の捕集溶液と蛍光試薬溶液或いは発色試薬溶液とを反応させながら案内する合流流路１ｄを形成している。
【０００５】
そして、図２に示すように、上記の反応部１ｂの上に上記のガスを通すガラス製の多孔質板３を配置させると共に、この反応部１ｂに対応するようにして開口部２ａが設けられた石英ガラス等の上部基板２を上記の下部基板１の上に載置させ、上記の反応部１ｂ以外の部分において、上記のガスが捕集溶液や蛍光試薬溶液或いは発色試薬溶液と接触しないようにしている。
【０００６】
ここで、上記の化学マイクロデバイスにおいて、反応部１ｂの上に載置させる上記のガラス製の多孔質板３はその製造が困難で、コストが高く付くと共に、反応部１ｂの上に載置させて組み立てる際に破損が生じやすく、歩留まりが悪く、また石英ガラス等で構成された下部基板１の片面に上記のような加工を行うことも非常に困難であるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、マイクロチップ，マイクロリアクター等の微少な量で反応や分析を行うのに使用する化学マイクロデバイスにおける上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【０００８】
すなわち、この発明においては、空気中におけるＮＯｘ　，ＳＯｘ　，ＣＯｘ　，Ｏ３　等の有害ガスの量を測定するのに適した化学マイクロデバイスの製造が容易に行え、そのコストが低減されるようにすることを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明における化学マイクロデバイスにおいては、上記のような課題を解決するため、基材に試験液を通す密閉された流路が設けられると共に、この流路の途中に開口された反応部が設けられた化学マイクロデバイスにおいて、上記の開口された反応部を覆うようにして樹脂製のメンブランフィルターを設けるようにしたのである。
【００１０】
そして、この発明における化学マイクロデバイスのように、開口された反応部を覆うのに樹脂製のメンブランフィルターを用いると、ガラス製の多孔質板を用いる場合に比べて、その製造が容易になってコストが低減される。
【００１１】
また、このような化学マイクロデバイスとしては、上記の基材を上部基板と下部基板とで構成し、下部基板に上記の流路と反応部とを設ける一方、上部基板に上記の反応部に対応するように開口部を形成し、上記の反応部を覆うようにして樹脂製のメンブランフィルターを、この上部基板と下部基板との間に挟み込むようにしたものを用いることができる。
【００１２】
また、この発明における化学マイクロデバイスにおいて、上記のメンブランフィルターとして、水との接触角が７０°以上、好ましくは８０°以上の撥水性を有する樹脂を用いることが好ましく、特に、フッ素系樹脂を用いると、撥水性に加えて、このメンブランフィルターの耐薬品性が高くなり、様々な試験液を用いて様々な試験を行うことができる。
【００１３】
ここで、上記のフッ素樹脂としては、一般的にオレフィン主鎖や側鎖にフッ素が結合した樹脂を用いることができ、例えば、ポリテトラフルオロエチレン，テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロピロピレン共重合体，エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体，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，エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体，ポリクロロトリフルオロエチレン，ポリビニリデンフルオライド等を用いることができる。
【００１４】
また、上記のメンブランフィルターの孔径が大きいと、試験液がこのメンブランフィルターを通して流出するおそれがある一方、孔径が小さすぎると、製造コストが非常に高く付くと共に、測定ガスの吸収能力が大きく低下するため、平均孔径が０．００１〜０．３μｍの範囲のメンブランフィルターを用いることが好ましい。
【００１５】
さらに、この発明における化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を樹脂で構成すると、石英ガラス等を用いる場合に比べてコストが低減され、ポリスチレン，ポリメチルメタクリレート，ポリカーボネート，ポリ（４−メチルペンテン−１）及び環状ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いると、射出成形により上記の下部基板に流路や反応部を形成することができると共に、簡単に同じ形状のものを量産できるようになり、コストが低減される。なお、ここで用いる熱可塑性樹脂は上記のようなものに限定されず、熱可塑性樹脂の性質を有し、射出成形できるものであればよい。
【００１６】
さらに、この発明における化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を構成する樹脂にシリコーン樹脂を用いると、紫外領域等における光の透過性も高くなり、光を照射させて吸光度を測定することが広い範囲で行えるようになる。なお、ここで用いるシリコーン樹脂は、特別なものでなく一般的に使用されているもの、例えば、アルキルシロキサンを加熱重合させたもの等を用いることができ、代表的なものとしては、ポリジメチルシロキサンが挙げられる。
【００１７】
【実施例】
以下、この発明の実施例に係る化学マイクロデバイスを添付図面に基づいて具体的に説明する。但し、この発明に係る化学マイクロデバイスは、特に、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００１８】
この実施例においては、ＮＯ２　の量を測定するのに用いる化学マイクロデバイスについて説明する。
【００１９】
この実施例の化学マイクロデバイスＡにおいては、ポリメチルメタクリレートを用いた射出成形により、図３に示すような下部基板１０と、図４に示すような上部基板２０とを作製した。
【００２０】
ここで、上記の下部基板１０においては、その片面にＮＯ２　ガスを捕集するトリエタノールアミンを含有する捕集溶液を案内する第１流路１１を設けると共に、この第１流路１１の途中においてＮＯ２　ガスを上記の捕集溶液に捕集させる面積が大きくなった反応部１２を設けた。また、ＮＯ２　ガスを捕集した上記の捕集溶液と反応して蛍光物質を生成する２，３−ジアミノナフタレンを含む蛍光試薬溶液を案内する第２流路１３を、上記の反応部１２よりも下流側において上記の第１流路１１と合流するように設け、さらにこのように合流されたＮＯ２　ガスを捕集した捕集溶液と蛍光試薬溶液とを反応させながら案内する合流流路１４を形成した。
【００２１】
一方、上記の上部基板２０においては、上記の下部基板１０における第１流路１１に上記の捕集溶液を供給するための第１孔２１ａと、上記の第２流路１３に上記の蛍光試薬溶液を供給するための第２孔２１ｂと、上記の合流流路１４を通して導かれた捕集溶液と蛍光試薬溶液とを回収するための第３孔２１ｃとを設けると共に、上記の反応部１２に対応するようにして開口部２２を設けた。
【００２２】
また、この実施例の化学マイクロデバイスＡにおいては、上記の下部基板１０における反応部１２を覆うようにして載置させる樹脂製のメンブランフィルター３０として、平均孔径が０．１μｍになったポリテトラフルオロエチレン製のメンブランフィルター３０を用いるようにした。
【００２３】
そして、図５に示すように、下部基板１０に設けられた上記の反応部１２を覆うようにして、上記のメンブランフィルター３０を下部基板１０の上に載置させると共に、上記の反応部１２に対応するようにして開口部２２が設けられた上部基板２０を下部基板１０の上に載置させ、上記のメンブランフィルター３０をこの上部基板２０と下部基板１０との間で挟み込むようにし、この状態で上記の上部基板２０と下部基板１０とを熱融着させ、上記のＮＯ２　ガスが上記の反応部１２においてだけメンブランフィルター３０を通して上記の捕集溶液と接触するようにした。
【００２４】
このようにして製造したこの実施例の化学マイクロデバイスＡを用いた場合においても、従来の化学マイクロデバイスを用いた場合と同様に、ＮＯ２　ガスの量の検出が適正に行え、またその製造コストは従来の化学マイクロデバイスに比べて著しく低減された。
【００２５】
なお、この実施例における化学マイクロデバイスＡにおいては、ＮＯ２　ガスの量の検出に用いるようにしたが、ＳＯｘ　，ＣＯｘ　，Ｏ３　等のガスの検出や、他のあらゆる状態の物質の検出や反応等に用いることも可能である。
【００２６】
次に、この発明における化学マイクロデバイスを用いてＮＯ２　ガスの量を検出する具体的な実験について説明する。
【００２７】
この実験においては、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポリメチルメタクリレートを用いた射出成形により、それぞれ長さが３５ｍｍ，幅が１２．３ｍｍ，厚さが１ｍｍになった下部基板１０と上部基板２０とを作製した。
【００２８】
そして、下部基板１０には長さが２５ｍｍ，幅が１ｍｍ，深さが０．１ｍｍになった第１流路１１を設ける一方、上部基板２０には上記の下部基板１０に設けた流路１１の両端部の位置に対応するようにして、上記の第１流路１１にＮＯ２　ガスを捕集する捕集溶液を供給する供給口２１ｄと、ＮＯ２　ガスを捕集した捕集溶液を回収する回収口２１ｅとを設けると共に、上記の供給口２１ｄと回収口２１ｅとの間に、長さが２０ｍｍ，幅が１．２ｍｍになった開口部２２を設け、この開口部２２に対応する第１流路１１の部分が反応部１２になるようにした。
【００２９】
一方、メンブランフィルター３０としては、厚みが０．０７ｍｍ，平均孔径が０．１μｍになったポリテトラフルオロエチレン製のものを用いた。
【００３０】
そして、図７に示すように、上部基板２０に設けられた開口部２２に対応する位置にくるようにして、上記のメンブランフィルター３０を下部基板１０の上に載置させると共に、この下部基板１０の上に上記の上部基板２０を載置させて、上記のメンブランフィルター３０をこの上部基板２０と下部基板１０との間で挟み込み、この状態で上記の上部基板２０と下部基板１０とを熱融着させて、実験用の化学マイクロデバイスＡ１を得た。
【００３１】
次いで、図８に示すように、上記の化学マイクロデバイスＡ１を測定容器４０内に設置すると共に、ＮＯ２　ガスを捕集する捕集溶液として０．３％（ｗ／ｖ）のトリエタノールアミン水溶液を１μｌ／分の流量で捕集液供給装置４１から測定容器４０内に設置された化学マイクロデバイスＡ１における供給口２１ｄを通して第１流路１１に供給するようにした。
【００３２】
そして、この捕集溶液を上記の第１流路１１を通して回収口２１ｅに導く間において、上記の開口部２２に設けられたメンブランフィルター３０を通して測定容器４０内におけるＮＯ２　ガスと接触させて、ＮＯ２　ガスを上記の捕集溶液に捕集させ、このようにＮＯ２　ガスを捕集した捕集溶液を上記の回収口２１ｅを通して回収し、このように回収した捕集溶液を蛍光強度測定装置４２に導くと共に、この捕集溶液に対して、０．１９ｍｏｌ／ｌの硫酸溶液中に２，３−ジアミノナフタレンの濃度が５×１０−４ｍｏｌ／ｌになるように調整した蛍光試薬溶液を１μｌ／分の流量で蛍光試薬供給装置４３から供給すると共に、水酸化ナトリウムと四ホウ酸ナトリウムとがそれぞれ０．２６ｍｏｌ／ｌの濃度になった混合溶液からなるｐＨ調整液を２μｌ／分の流量でｐＨ調整液供給装置４４から供給し、上記の蛍光強度測定装置４２によって蛍光強度を測定するようにした。
【００３３】
ここで、この実験においては、図９に実線で示すように、上記の測定容器４０内のＮＯ２　ガス濃度を５０ｐｐｂ程度で一定時間安定させた後、この測定容器４０内にＮＯ２　ガスを供給してＮＯ２　ガス濃度を１００ｐｐｂ程度まで上昇させて一定時間安定させ、その後、この測定容器４０内のＮＯ２　ガス濃度を次第に下げるようにし、このような条件の下で上記のようにして蛍光強度を測定し、その結果を図９に一点鎖線で示した。
【００３４】
この結果から明らかなように、測定容器４０内におけるＮＯ２　ガス濃度の変化に追従して蛍光強度が変化していた。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明においては、基材に試験液を通す密閉された流路が設けられると共に、この流路の途中に開口された反応部が設けられた化学マイクロデバイスにおいて、上記の開口された反応部を覆うのに樹脂製のメンブランフィルターを用いるようにしたため、従来のガラス製の多孔質板を用いる場合に比べて、その製造が容易になり、コストが著しく低減された。
【００３６】
また、この発明における化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を樹脂で構成すると、石英ガラス等を用いる場合に比べてコストが低減され、特に、ポリスチレン，ポリメチルメタクリレート，ポリカーボネート，ポリ（４−メチルペンテン−１）及び環状ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いると、射出成形することができ、さらにコストが低減されるようになった。
【００３７】
また、この発明における化学マイクロデバイスにおいて、上記の基材を構成する樹脂にポリジメチルシロキサン等のシリコーン樹脂を用いると、紫外領域等における光の透過性も高くなり、光を照射させて吸光度を測定することが広い範囲で行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の化学マイクロデバイスにおいて使用している下部基板の例を示した概略平面図である。
【図２】図１に示した下部基板を使用した従来の化学マイクロデバイスの概略平面図である。
【図３】この発明の一実施例に係る化学マイクロデバイスにおいて使用した下部基板の概略平面図である。
【図４】同実施例に係る化学マイクロデバイスにおいて使用した上部基板の概略平面図である。
【図５】図３に示す下部基板と図４に示す上部基板とを使用した上記の実施例に係る化学マイクロデバイスの概略平面図である。
【図６】この発明の実験において、化学マイクロデバイスに使用した下部基板及び上部基板の概略平面図である。
【図７】この発明の実験において用いた化学マイクロデバイスの概略平面図である。
【図８】この発明の実験において、図７に示したマイクロデバイスを用いた測定装置の概略説明図である。
【図９】図８に示した測定装置を用いて測定した測定容器内のＮＯ２　ガス濃度と蛍光強度との関係を示した図である。
【符号の説明】
Ａ，Ａ１　化学マイクロデバイス
１０　下部基板
１１　第１流路
１２　反応部
１３　第２流路
１４　合流流路
２０　上部基板
２２　開口部
３０　樹脂製のメンブランフィルター
【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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