(57)【要約】【課題】マイクロ流体デバイス中の毛細管状の流路中で流体を移送するための微小ポンプであって、外部からの配管や配線の接続を必要とせず、定量性が良く、素材の選択範囲が広く、多数並列駆動が可能であり、かつ製造が容易で低コストで製造できる微小ポンプを提供する。【解決手段】毛細管状の流路（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、５、１２）と、一端が前記流路の途上に接続されている毛細管状のシリンダ１３ａと、シリンダ１３ａに装填された、シリンダ１３ａの断面を塞ぐ量の磁性流体を有する微小ポンプ機構を備えてなるマイクロ流体デバイス１の磁性流体に磁界を作用させて、該磁性流体をシリンダ１３ａ中で往復運動させることにより、流路中で被制御流体を移送する。【選択図】　図１
2004088843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
毛細管状の流路と、一端が前記流路の途上に接続されている毛細管状のシリンダと、該シリンダに装填された、該シリンダの断面を塞ぐ量の磁性流体を有する微小ポンプ機構を備えてなることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
少なくとも前記シリンダを囲む部分が常磁性体又は反磁性体である素材で形成されている請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記シリンダの断面積が１００μｍ２〜１０ｍｍ２である請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記微小ポンプ機構において、前記流路に、該流路と前記シリンダとの接続部を挟んで２つのバルブが設けられている請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
毛細管状の流路を有し、合成、分析、または化学工学的単位操作が行われる微小ケミカル機構をさらに備えており、前記微小ポンプ機構の流路が該微小ケミカル機構の流路と接続されている請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロ流体デバイスにおける前記微小ポンプ機構の流路中で被制御流体を移送させる方法であって、前記磁性流体に対して磁界を作用させ、該磁界の方向および／または強さを変化させることにより前記磁性流体を前記シリンダ中で往復運動させて、前記被制御流体が流れ得る部分の容積を変化させることを特徴とする流体移送方法。
【請求項７】
請求項４に記載のマイクロ流体デバイスにおける前記微小ポンプ機構の流路中で被制御流体を移送させる方法であって、前記磁性流体に対して磁界を作用させ、該磁界の方向および／または強さを変化させることにより前記磁性流体を前記シリンダ中で往復運動させて、前記２つのバルブ間において前記被制御流体が流れ得る部分の容積を変化させるとともに、該容積の変化と同期して前記バルブを開閉させることを特徴とする流体移送方法。
【請求項８】
請求項１に記載のマイクロ流体デバイスと、該マイクロ流体デバイスの前記磁性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生手段を有することを特徴とする微小ポンプ。
【請求項９】
前記磁界の方向および／または強さを変化させる磁界制御手段を有する請求項８記載の微小ポンプ。
【請求項１０】
請求項１に記載のマイクロ流体デバイスを保持する保持手段と、該保持手段に保持された状態の前記マイクロ流体デバイスの前記磁性流体に対して作用する磁界を発生させる磁界発生手段と、該磁界の方向および／または強さを変化させる磁界制御手段を有することを特徴とする微小ポンプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小ポンプ機構を備えたマイクロ流体デバイス、該マイクロ流体デバイスを用いて流体を移送させる流体移送方法、前記マイクロ流体デバイスを用いた微小ポンプ、および該マイクロ流体デバイスと組み合わせることにより微小ポンプを構成できる微小ポンプ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ流体デバイス中の毛細管状の流路中で流体を移送する方法として、マイクロ流体デバイス外に設けた外部ポンプを用いる方法、マイクロ流体デバイス外部から流体を加圧又は減圧する方法、マイクロ流体デバイス内部に設けられた内部ポンプを用いる方法、マイクロ流体デバイス内部の加圧槽や減圧槽により加圧や減圧を行う方法、毛細管現象を利用して流体を移送する方法、電気浸透流を利用する方法などが知られている。これらの中で、定量的な流量の制御が容易な方法としては外部ポンプ又は内部ポンプを用いる方法が好適である。
【０００３】
しかしながら、外部ポンプは、マイクロ流体デバイスに配管を接続するための構造を形成する必要がある上、各流路毎に一台のポンプが必要であるため、多数並列駆動が困難であった。また内部ポンプとしては、ギヤポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどが知られているが、ギヤポンプやピストンポンプは製造に極めて高精度を必要とし、製造にコストがかかるため、特に使い捨ての用途に使用することが困難である上、これらを駆動するために、やはり配線や駆動機構などの接続構造を形成することが必要であった。また、ダイヤフラムポンプは前記ポンプに比べて定量性に劣っていた。
【０００４】
一方、円筒状のシリンダと該シリンダ内を往復運動するピストンを備えた通常の寸法のピストンポンプでは、シリンダとピストンの間隙を磁性流体でシールすることによって気密性を上げる方法が知られている。しかしながら、この方法は、シリンダ又はピストンの少なくとも一方が強磁性体であることが必要であり、さらに良好なシール性を求めるにはその双方が強磁性体であることが必要であった。そのため、従来のシリンダポンプを微小化してマイクロ流体デバイスに組み込もうとしても、マイクロ流体デバイスの素材として好適な、硝子、結晶、重合体を適用できないという問題があった。また、シリンダやピストンが強磁性体で形成されている場合であっても、シリンダやピストンが微少である場合には、これらが発生する磁界が弱くなる為、シリンダやピストンに磁性流体を付着させておく力が極弱くなって効果がほとんど無くなっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、マイクロ流体デバイス中の毛細管状の流路中で流体を移送するための微小ポンプであって、外部からの配管や配線の接続を必要とせず、定量性が良く、素材の選択範囲が広く、多数並列駆動が容易であり、かつ製造が容易で低コストで製造できる微小ポンプを提供すること、該微小ポンプを構成できるマイクロ流体デバイスを提供すること、該マイクロ流体デバイスを用いて流体を移送させる流体移送方法を提供すること、および該マイクロ流体デバイスと組み合わせることにより微小ポンプを構成できる微小ポンプ駆動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、毛細管状の流路に接続した微小なシリンダ内に磁性流体を装填し、シリンダの外部から磁界を作用させて該磁性流体を往復運動させることによって流路の容積を周期的に変化させ、好ましくは該周期と同期させて流路に設けたバルブを開閉させることによって、流体を移送させることが可能であることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明のマイクロ流体デバイスは、毛細管状の流路と、一端が前記流路の途上に接続されている毛細管状のシリンダと、該シリンダに装填された、該シリンダの断面を塞ぐ量の磁性流体を有する微小ポンプ機構を備えてなることを特徴とするものである。
また本発明の流体移送方法は、本発明のマイクロ流体デバイスにおける前記微小ポンプ機構の流路中で被制御流体を移送させる方法であって、前記磁性流体に対して磁界を作用させ、該磁界の方向および／または強さを変化させることにより前記磁性流体を前記シリンダ中で往復運動させて、前記被制御流体が流れ得る部分の容積を変化させることを特徴とする。
また本発明の微小ポンプは、本発明のマイクロ流体デバイスと、該マイクロ流体デバイスの前記磁性流体に作用する磁界を発生させる磁界発生手段を有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のマイクロ流体デバイスは、毛細管状のシリンダ内に磁性流体を装填し、該磁性流体自身にピストンポンプのピストンと同様の機能を持たせたものであって、従来知られているような、シリンダと固体状のピストンの間隙を磁性流体でシールし、該ピストンを駆動するものとは異なる。よって、微小なピストンを微小なシリンダ中に装填する必要が無いため作製が容易であり、該マイクロ流体デバイスを用いることにより微小なポンプを容易かつ低コストに製造することできる。
【０００９】
また本発明のマイクロ流体デバイスは、シリンダの素材に常磁性体や反磁性体の使用してもシール性の不足を来さないので素材の選択範囲が広く、シリンダの断面積や断面形状が長さ方向で変化していてもよいため、シリンダ寸法精度の許容幅が極めて大きくなる。また、重合体などの非強磁性体の使用が可能であるので、耐酸・アルカリ性、耐フッ酸性などが必要な用途に使用することも可能となる。勿論、この特長を阻害しない範囲であれば、磁性流体中に固体の粉末などを分散させてもよい。
【００１０】
また、本発明のマイクロ流体デバイスは、被制御流体の流路の途上にシリンダが設けられるので、デバイス外部の配管や配線の接続を必要とせずに、被制御流体を移送させる微小ポンプを構成することができる。
また、本発明のマイクロ流体デバイスは、シリンダ内で磁性流体を往復運動させることにより流体を移送できるものであり、該往復運動のストロークと周波数を一定に制御することが容易である。したがって、該マイクロ流体デバイスを用いて構成される微小ポンプは、ダイヤフラムポンプに比べて定量性が高い。また、液状の磁性流体をピストンポンプのピストンとして機能させるため、シリンダの径の精度の許容量が非常に大きくなり、ピストンのひっかかりなどによる不調が発生せず、信頼性が高い。
また、本発明のマイクロ流体デバイスは、一つの流路に対して複数のシリンダを設けることができるため、２乃至３のシリンダを並列に設け、位相をずらせて駆動することによって、送液の脈動を小さくすることがことが可能である。また１つのシリンダの両端に独立した２つの流路を設けることも可能なので、このようにして構成される２つの微小ポンプは、並列駆動が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
毛細管状の流路と、一端が前記流路の途上に接続されている毛細管状のシリンダと、該シリンダに装填された、該シリンダの断面を塞ぐ量の磁性流体を有する微小ポンプ機構を備えてなる本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、少なくともシリンダを囲む部分が磁化率の小さい素材、即ち、常磁性体、反磁性体、又は比透磁率が１０００以下の強磁性体で形成されていることが好ましく、中でも常磁性体又は反磁性体で形成されていることがさらに好ましい。
【００１２】
本発明において、マイクロ流体デバイスを構成する素材は任意であり、例えば、ガラス、水晶等の結晶、ステンレススチール等の金属、シリコンなどの半導体、セラミック、炭素、有機重合体（ポリジメチルシロキサンのように、無機元素を含有するものであってもよい。以下単に「重合体」と称する）などを用いることができるが、該マイクロ流体デバイスを用いて流体を移送させる際には、外部からシリンダ内部の磁性流体に磁界を作用させて該磁性流体を往復運動させるために、磁力線がシリンダ内に到達する必要がある。したがって、シリンダを囲む部分が強磁性体である素材で形成されていると、シリンダ内部に磁力線が到達し難くなるので、少なくともシリンダを囲む部分が前記磁化率の小さい素材で形成されていることが好ましい。
なお、本発明のマイクロ流体デバイスの、シリンダを囲む部分を強磁性体で形成する場合には、該シリンダを囲む外壁を薄くする必要がある。該強磁性体からなる外壁の厚さは、該強磁性体の透磁率や、磁性流体の駆動に使用する磁界の強さにもよるが、例えば、少なくとも外壁の一部の厚みが０．５ｍｍ以下であることが必要であり、好ましくは０．２ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以下である。厚みの下限は、使用に耐える強度を有すればよく、自ずと限界は有ろうが特に制限はなく、例えば１μｍであり得る。
【００１３】
前記シリンダの断面積は任意であるが、１００μｍ２〜１０ｍｍ２であることが好ましく、１０００μｍ２〜３ｍｍ２が更に好ましい。該シリンダの断面積は流路の断面積に応じて適宜設定できるが、１００μｍ２〜１０ｍｍ２　の範囲未満では、シリンダ内における磁性流体の往復運動の速度が低下して送液速度が減少するし、この範囲を超えると、耐圧性が低下したり、送液速度の正確な制御が困難になる。
【００１４】
前記微小ポンプ機構において、前記流路に、該流路と前記シリンダとの接続部を挟んで２つのバルブが設けられていることが好ましい。
このような２つのバルブを備えたマイクロ流体デバイスを用いる場合は、前記磁性流体に対して磁界を作用させ、該磁界の方向および／または強さを変化させることにより前記磁性流体を前記シリンダ中で往復運動させて、前記２つのバルブ間において前記被制御流体が流れ得る部分の容積を変化させるとともに、該容積の変化と同期して前記バルブを開閉させることによって、該流路中で流体を移送することが好ましい。
かかる構成によれば、流路の、シリンダとの接続部を挟む上流側（流入側）と下流側（吐出側）にそれぞれバルブを設けることにより、シリンダ内における磁性流体の往復運動に伴う流路における逆流を防止することができる。そして磁性流体の往復運動と同期してバルブを開閉させることによって、流体の移送をより効率的に行うことができる。
【００１５】
本発明のマイクロ流体デバイスは、前記微小ポンプ機構とは別に、毛細管状の流路を有し、合成、分析、または化学工学的単位操作が行われる微小ケミカル機構をさらに備えていて、前記微小ポンプ機構の流路が該微小ケミカル機構の流路と接続されていることが好ましい。
かかる微小ケミカル機構は、各種の微小ケミカルデバイスの流路系を採用できる。例えば、合成等の化学反応や生化学反応を行う化学・生化学反応用微小デバイスであるマイクロ・リアクターの流路系；濾過、透析、脱気、吸気、抽出、晶析などの化学工学的単位操作を行う微小流体処理デバイスの流路系；ＤＮＡ分析、免疫分析、電気泳動、クロマトグラフィー、ガス分析、水質分析などの各種分析を行う微小分析デバイスの流路系等を用いることができる。
【００１６】
本発明のマイクロ流体デバイスにおいて、微小ポンプ機構と微小ケミカル機構はそれぞれ別のデバイスとして形成されていて、両者の流路が接続されていてもよいが、好ましくは、一体のマイクロ流体デバイス内に微小ポンプ機構と他の微小ケミカル機構が設けられ、両者の流路が連続している構成とすれば、コンパクトで機能性、操作性に優れたマイクロ流体デバイスが得られる。
また本発明のマイクロ流体デバイスには、必要に応じて微小な部材を取り付けてもよく、例えば、マイクロ流体デバイスの流路に微小ノズルなどを接続させてもよい。また、微小ポンプ機構の流路の流入端および／または流出端は、例えば他の微小ケミカルデバイスや配管との接続具が必要に応じて設けられてマイクロ流体デバイス外に開口してもよいし、配管が接続固定されていてもよい。
【００１７】
また本発明のマイクロ流体デバイスと、該マイクロ流体デバイスの前記シリンダ内部に作用する磁界を発生させる磁界発生手段を有する本発明の微小ポンプにおいて、さらに、前記磁界の方向および／または強さを変化させる磁界制御手段を設けることが好ましい。本発明の微小ポンプにあっては、磁界の方向および／または強さを変化させることによって、シリンダ内で磁性流体を往復運動させることによって、被制御流体を移送することができる。磁界発生手段によって発生される磁界の方向および／または強さを変化させる方法は任意であり、例えば手動で磁界発生手段を移動させてもよいが、磁界制御手段を設けることにより、手動によらずに磁性流体の往復運動を行って、被制御流体の移送を自動的に制御ことが可能となる。
【００１８】
本発明の微小ポンプ駆動装置は、本発明のマイクロ流体デバイスを保持する保持手段と、該保持手段に保持された状態の前記マイクロ流体デバイスの前記磁性流体に対して作用する磁界を発生させる磁界発生手段と、該磁界の方向および／または強さを変化させる磁界制御手段を有することを特徴とするものである。
本発明の微小ポンプ駆動装置を本発明にマイクロ流体デバイスと組み合わせて用いれば、該マイクロ流体デバイスの微小ポンプ機構を自動的に駆動させて被制御流体の移送を行うことが可能である。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例の範囲に限定されるものではない。
図１〜３は、本発明のマイクロ流体デバイスの一実施例を示したもので、図１はマイクロ流体デバイスを分解して示した斜視図、図２は図１中のＡ−Ａ線を含むマイクロ流体デバイスの要部断面図であり、図３はシリンダ内に磁性流体が装填された状態の例を平面視して示した説明図である。
本実施形態のマイクロ流体デバイス１は、平板状の支持体３上に、第一樹脂層４、第二樹脂層６、第三樹脂層７、第四樹脂層１４、第五樹脂層１７、および最上層２０が順に積層され、これらが一体化されて概略構成されており、全体の外形は板状となっている。
【００２０】
支持体３および最上層２０としては、樹脂製の平板が用いられ、好ましくはポリスチレン板等の透明樹脂製平板が用いられる。
第一ないし第五樹脂層４，６，７，１４，１７の素材としては、例えば紫外線等のエネルギー線の照射によって硬化する透明樹脂組成物が好適に用いられる。第一ないし第五樹脂層４，６，７，１４，１７の各層を構成する素材は互いに異なってもよいが、全て同じ素材で構成されることが好ましい。
【００２１】
本実施例において、第二樹脂層６には、平面形状がＬ字状で、層の表内壁と第一樹脂層４の上面と第三樹脂層７の下面とで囲まれた空間が第一流路５となっている。
【００２２】
第三樹脂層７には、矩形舌状の流入側逆止弁９と、層の表面から裏面に貫通する孔１８ｃが形成されている。流入側逆止弁９の位置および大きさは、これによって第一流路５の一端５ａを閉塞するように設定されている。孔１８ｃは第一流路５の他端５ｂに連通している。
【００２３】
第四樹脂層１４には、層の表面から裏面に貫通する細線状の欠損部が形成されており、該欠損部の平面形状は、一端に矩形の幅広の欠損部１１を備えた直線部１２と、該直線部１２の途上に接続されたＬ字部１３ａ、１３ｂとからなっている。第三樹脂層７の上面と第五樹脂層１７の下面で挟まれた状態で、前記直線部は第二流路１２となり、前記Ｌ字部の第二流路１２に連続する部分がシリンダ１３ａとなり、残りの部分が磁性流体導入路１３ｂとなる。また直線部の端部の幅広の欠損部１１は流入側逆止弁９の作動空間としての空洞１１となる。シリンダ１３ａおよび磁性流体導入路１３ｂの幅は互いに等しく、第二流路１２の幅よりも広くなっている。空洞１１は、舌状の流入側逆止弁９を覆う位置に設けられ、流入側逆止弁９よりも大きく形成されている。また第三樹脂層７の孔１８ｃと連通する孔１８ｂが層を貫通して形成されている。
【００２４】
第五樹脂層１７には、矩形舌状の吐出側逆止弁１６と、層の表面から裏面に貫通する孔１８ａ、１９が形成されている。吐出側逆止弁１６は、これによって第二流路１２の他端１２ｂを閉塞するように、その位置および大きさが設定されている。孔１８ａは第四樹脂層１４の孔１８ｂと連通している。孔１９は磁性流体導入路１３ｂの端１３ｃに連通している。
【００２５】
最上層２０には、第五樹脂層１７の孔１９と連通する磁性流体注入槽２３、孔１８ａと連通する流入側貯液槽２１が形成されるとともに、吐出側逆止弁１６を覆う位置に吐出側貯液槽２２が形成されている。磁性流体注入槽２３は孔１９よりも大きく、流入側貯液槽２１は孔１８ａよりも大きく形成されており、吐出側貯液槽２２は吐出側逆止弁１６よりも大きく形成されている。
【００２６】
流入側逆止弁９が設けられる第三樹脂層７および吐出側逆止弁１６が設けられる第五樹脂層１７の厚さは、第一、第二、および第四樹脂層４，６，１４よりも薄くなっており、好ましくは１μｍ〜３ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度の厚さに形成される。
【００２７】
第一流路５および第二流路１２の断面積は、特に限定されないが、１μｍ２〜１０ｍｍ２　が好ましく、１００μｍ２〜１ｍｍ２が更に好ましい。上記範囲より小であると被制御流体の流通が困難となり、上記範囲より大であると、微小ポンプとしての特長が減じる。またシリンダ１３ａの断面積は、前述したように１００μｍ２〜１０ｍｍ２が好ましく、１００μｍ２〜３ｍｍ２がより好ましい。
【００２８】
かかる構成のマイクロ流体デバイス１は、流入側貯液槽２１から供給された被制御流体が、孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、第一流路５、第二流路１２を順に経て、吐出側貯液槽２２に吐出されるように流路が形成されている。そして、第二流路１２とシリンダ１３ａとの接続部よりも上流側に設けられている流入側逆止弁９は、第一流路５から第二流路１２へ流通する方向に開となり、第二流路１２とシリンダ１３ａとの接続部よりも下流側に設けられている吐出側逆止弁１６は、第二流路１２から吐出側貯液槽２２へ流出する方向に開となるように構成されている。
【００２９】
また、図３に示すように、シリンダ１３ａ内には磁性流体１０が装填されている。本実施例のマイクロ流体デバイス１においては、流入側貯液槽２１から吐出側貯液槽２２に至るまでの流路と、第二流路１２に接続されたシリンダ１３ａと、シリンダ１３ａに装填された磁性流体１０とで微小ポンプ機構が構成されている。
【００３０】
磁性流体１０は、強磁性を示す液状物であり、具体的には酸化鉄などの強磁性固体の粉末を安定的に液体（分散媒）中に分散させた液状物であって、磁界を作用させたときに、強磁性体粉末が分散媒と分離することなく、該磁界の磁力線に沿って液体全体が移動するものである。本発明において用いられる磁性流体を構成する前記強磁性固体や分散媒は特に限定されず、マイクロ流体デバイス１を構成する部材の素材や、流路に流す被制御流体に応じて選択できる。強磁性固体の粉末の粒径は、シリンダを閉塞しない範囲で適宜選択することができる。分散媒は、沸点がマイクロ流体デバイス１の使用温度より十分高くて、流路に流す被制御流体と相溶せず、かつマイクロ流体デバイス１を構成する部材を腐食しないものであればよく、適宜の分散媒を用いた磁性流体を選択して使用することができる。
【００３１】
磁性流体１０の粘度は、シリンダ１３ａ内での磁性流体１０の往復運動が可能な範囲であればよく、シリンダ１３ａの断面積に応じて好適なものを選択できる。例えば１００〜１００００ｍＰａ／ｓが好ましい。シリンダ１３ａの断面積が小さい場合や磁性流体１０を高速で往復運動させる場合には低粘度のものが好ましく、シリンダ１３ａの断面積が大きい場合には高粘度のものが好ましい。
【００３２】
磁性流体１０は、磁性流体注入槽２３から、孔１９、磁性流体導入路１３ｂを順に経て、シリンダ１３ａに供給することができる。あるいは、流入側貯液槽２１または吐出側貯液槽２２から流路を経てシリンダ１３ａ内に装填することもできる。装填方法は任意であり、磁石を用いて導く方法、加圧や減圧によって注入する方法、毛細管現象によって流入させる方法などであり得る。
磁性流体１０のシリンダ１３ａへの装填量や装填したときの初期位置は、シリンダ１３ａの断面を磁性流体１０が塞いだ状態で往復運動することが可能であればよく、適宜設定可能である。シリンダ１３ａの断面を磁性流体１０が塞ぐことによって、流路中の被制御流体がシリンダ１３ａを通って漏出することを防止できるとともに、往復運動する磁性流体１０がピストンポンプのピストンに相当する機能を効果的に発揮することができる。
【００３３】
磁性流体１０は、往復運動により最も第二流路１２側へ移動したときにシリンダ１３ａの第二流路１２への開口部１３ｄに達するように構成することが、第二流路１２の死容積を減少させるうえで好ましい。但し、マイクロ流体デバイス１を使用しない時や販売流通の際などには、磁性流体１０の位置は任意であるが、マイクロ流体デバイス１に永久磁石を固定したり、図示していないが、バルブを備えた磁性流体収納室を設けてそこに磁性流体１０を収納するなどして、磁性流体１０がマイクロ流体デバイス１外へ流出するのを防止することが好ましい。または、マイクロ流体デバイス１と、磁性流体１０とを別々にしておき、使用時に磁性流体１０をマイクロ流体デバイス１のシリンダ１３ａに装填することも好ましい。
前記磁性流体収納室は、例えばシリンダ１３ａの一部が広がった形状のタンク、シリンダの一部から分岐した空洞、等であり得る。また該磁性流体収納室とシリンダ１３ａとの間に開閉バルブが設けられていることが好ましい。
【００３４】
本実施例のマイクロ流体デバイス１を用いて、流入側貯液槽２１から吐出側貯液槽２２に至るまでの流路中で被制御流体を移送させるには、予め、該流路の一部または全部に被制御流体が供給された状態で、シリンダ１３ａ内の磁性流体１０に対して磁界を作用させるとともに、該磁界の方向および／または強さを変化させることにより、該シリンダ１３ａの断面を塞いでいる磁性流体１０をシリンダ１３ａ中で往復運動させ、これによってシリンダ１３ａに接続された第二流路１２の容積を変化させる。ここで言う流路の容積とは、被制御流体が流れ得る部分の容積であり、第二流路１２から連続しているシリンダ１３ａの容積の一部も含まれる（以下、同様）。
【００３５】
そして、この第二流路１２の容積の変化と同期して、流入側逆止弁９および吐出側逆止弁１６が交互に開閉することにより、流路中で被制御流体が移送される。すなわち、図２に示すように、流入側逆止弁９は第一流路５の一端５ａを塞ぐ大きさに形成されており、かつ該流入側逆止弁９上には作動空間となる空洞１１が設けられているので、この流入側逆止弁９は、空洞１１側、すなわち第二流路１２側から吸引される時に開となり、第二流路１２側から流体が吐出される時に閉となる。同様に吐出側逆止弁１６は、第二流路１２の他端２３ｂを塞ぐ大きさに形成されており、かつ該吐出側逆止弁１６上には作動空間となる吐出側貯液槽２２が設けられているので、この吐出側逆止弁１６は、第二流路１２側から流体が吐出される時に開となり、第二流路１２側から吸引される時には閉となる。
【００３６】
ここで、磁界の方向および／または強さの変化とは、シリンダ１３ａ内の任意の一点について見たときに、該一点における磁界の方向（磁力線の接線方向）および／または磁界の強度（磁力線の密度）が、磁性流体１０を移動させ得る程度に変化することを言い、同じ強さの磁界を移動させることも含む。磁性流体１０を往復運動させるには、磁界の方向および／または強さを周期的に変化させることによって実施する。磁界の方向および／または強さを周期的に変化させる場合、該変化の周期は一定周期でもよくランダムな周期であってもよい。
【００３７】
被制御流体の移送量は、磁性流体１０の往復運動のストロークおよび／または周波数を調節することで制御できる。そして、磁性流体１０に作用させる磁界を制御することによって、該磁性流体１０の往復運動のストロークおよび／または周波数を調節することができる。
磁性流体１０の往復運動のストロークは任意であるが、好ましくはシリンダ径の０．１〜１０００倍、さらに好ましくはシリンダ径の１〜１００倍である。この範囲未満では、正確な流量制御が困難となるし、この範囲を超えると、脈動が大きくなる。脈動を抑えるために、磁性流体１０の往復運動の往と復の速度を変えることや、一つの流路に対して複数のシリンダ１３ａを並列に設置し、これら複数のシリンダ１３ａ内の各磁性流体１０を互いに位相をずらせて往復運動させることも、脈動を抑制する意味で好ましい。
【００３８】
流路に流す、移送すべき被制御流体は特に限定されず、液体、気体、超臨界流体であり得る。勿論、被制御流体は溶液や分散流体であり得る。これらの中で、特に水系流体である場合が有用であり、シリンダ１３ａに装填される磁性流体１０と非混和性のものが好ましい。
また、流路に流す流体が液体である場合に、磁性流体又はそれに含有される物質による被制御流体のコンタミネーションを阻止する目的で、磁性流体１０と被制御流体を気体（シリンダを閉塞する大きさの気泡）で隔離することも好ましい。しかし、送液を正確に行うためには、磁性流体１０と被制御液体との間に気体が存在しないことが好ましく、そのために、シリンダ１３ａ中の磁性流体１０と流路中の被制御流体とを直接接触させるか、あるいはシリンダ内において両者の間に第３の液体を充填することも好ましい。
【００３９】
本発明の微小ポンプの実施例は、本実施例のマイクロ流体デバイス１と、シリンダ１３ａ内部に作用させるための磁界を発生させる磁界発生手段とを備えたものであり得る。
磁界発生手段は、被制御流体の粘性や圧力に抗して磁性流体１０を往復運動させることができる程度の磁界を発生できるものであればよく、特に限定されないが、例えば電磁石や永久磁石を好適に用いることができる。磁界発生手段の種類、形状、大きさなどは、これにより発生する磁気によって、マイクロ流体デバイス１のシリンダ１３ａ内で磁性流体１０を往復運動させることができるものであればよく、特に限定されない。
磁界発生手段は、マイクロ流体デバイスの外部に設けてもよく、内部に組み込むこともできる。外部に設けた方がマイクロ流体デバイスの構造が簡単になり、マイクロ流体デバイスの低コスト化が図れる上、強力な磁界の発生が容易となり、被制御流体の許容圧力範囲を広くできる。
また、１つの磁界発生手段から発生される磁界を、複数のマイクロ流体デバイスにそれぞれ設けられた複数の磁性流体や、１つのマイクロ流体デバイスに設けられた複数の磁性流体に対して同時に作用させることも可能である。また、１つの磁性流体のまとまりに対して、複数の磁界発生手段からの磁界を作用させてもよい。
【００４０】
磁性流体１０を往復運動させるために、該磁界発生手段から発生される磁界の方向および／または強さを変化させる方法としては、例えば（１）磁界発生手段とシリンダ１３ａ内の磁性流体１０との距離を変化させる方法；（２）磁界発生手段と磁性流体１０との距離をほぼ一定に保ちつつ、磁界発生手段をシリンダ１３ａの長さ方向に相対的に移動させる方法；（３）磁界発生手段と磁性流体１０との間に磁界を遮蔽する遮蔽部材を設け、該遮蔽部材を移動させる方法；（４）磁界発生手段に、例えば鉄部材等のショートパス部材を隣接させると、磁界発生手段から出る磁力線の一部がシートパス部材中を通って磁性流体に作用する磁界の強さを弱めることができるので、このショートパス部材を移動させることにより磁界の強さを変化させる方法；（５）電磁石に供給する電流値を変化させる方法；（６）１または複数の電磁石に順次電流を流すなどして、連続的又は離散的に磁界の方向および／または強さを変化させる方法等を用いることができる。これらの方法の中で、（２）の磁界発生手段を相対的に移動させる方法、および（５）または（６）の電磁石を使用する方法が、特に制御が容易で好ましい。
これらの方法は、それぞれ手動で行ってもよく、これらの磁界の方向および／または強さを変化させる方法を実施するための磁界制御手段を設けてもよい。
【００４１】
磁界制御手段は、例えば、（１）または（２）の方法を用いる場合は、磁界発生手段を移動させる手段および／またはマイクロ流体デバイスを移動させる手段で構成され、（３）の方法を用いる場合は、遮蔽部材と、該遮蔽部材を移動させる手段で構成され、（４）の方法を用いる場合は、ショートパス部材と、ショートパス部材を移動させる手段で構成され、（５）または（６）の方法を用いる場合は、電磁石に供給される電流の制御手段で構成される。
このような、マイクロ流体デバイスと磁界発生手段を備えた微小ポンプ、好ましくはさらに磁界制御手段を備えた微小ポンプは、吐出ポンプとして使用してもよいし、吸引ポンプとして使用してもよい。
【００４２】
なお、上記実施例ではマイクロ流体デバイス１の外形を板状としたが、特に限定されず適宜変更可能である。マイクロ流体デバイス１を構成する部材は、内部に毛細管状の流路およびシリンダを形成できるものであればよく、板状以外にも、例えば、塊状、シート状、フィルム状、リボン状、ベルト状であってもよく、チューブ状、中空繊維状とすることもできる。また、これらが組み合わされた複合構造でもよい。これらの中で、板状であることが製造が容易で好ましい。
また、マイクロ流体デバイス１を構成する部材の素材は、本実施例のもに限らず、好ましくは常磁性体、反磁性体、又は比透磁率が１０００以下の強磁性体である素材から選択して用いられる。
本実施例では、特に、マイクロ流体デバイス１が透明樹脂からなる部材で構成されているので、シリンダ１３ａ中の磁性流体１０の運動状態を外部から観察することができ、動作確認が可能で信頼性が高い。
【００４３】
また、本実施例では、第一流路５、第二流路１２、シリンダ１３ａ、および磁性流体導入路１３ｂとなる空間を、表面から裏面に貫通する欠損部を備えた層を別の層で挟むことによって形成したが、流路の構成はこれに限らず、凹溝が形成された部材上に平板上の部材を密着して形成される空間を流路としてもよい。各流路の平面形状および断面形状は、本実施例のものに限らず適宜変更可能であり、マイクロ流体デバイス１の外形や他のマイクロ流体デバイス等との接続方法、または該マイクロ流体デバイス１に組み込まれる他の微小ケミカル機構における流路の形状や配置に応じて適宜設計することができる。
【００４４】
また本実施例において、シリンダ１３ａの断面形状は矩形であるが、任意の形状に適宜変更可能である。例えば，円、楕円、矩形、六角形、その他多角形、スリット状等とすることができ、多角形は角が丸められたものでもよい。特に円又は矩形が好ましい。シリンダ１３ａの断面形状および平面形状は、磁性流体１０が該シリンダ１３ａの断面を密封した状態でシリンダ１３ａの長さ方向に往復運動ができるものであればよい。本発明において、シリンダ１３ａ内でピストンとして機能するものが流体であるので、シリンダ１３ａの断面形状や断面積が長さ方向で変化していてもよい。
【００４５】
また、シリンダ１３ａの、第二流路１２への開口部１３ｄの形状や断面積も任意である。開口部１３ｄの断面形状は、該シリンダ１３ａの断面形状と同じであってよいし、マイクロ流体デバイス１の不使用時に磁性流体１０が第二流路１２へ入り込むことを防ぐために、シリンダ１３ａより断面積を小さくしてもよい。また、同じ目的で、該シリンダ１３ａは廃液バルブやトラップとなる空洞を介して第二流路１２に接続されていてもよい。
【００４６】
また、本実施例において、シリンダ１３ａの、第二流路１２への開口部１３ｄと反対側の端部は、磁性流体導入路１３ｂを介して磁性流体注入槽２３に連通すしているが、磁性流体１０がシリンダ１３ａ中を、シリンダ断面を密封した状態で往復運動することができるように構成されていればよく、該第二流路１２への開口部１３ｄと反対側の端部が、例えばマイクロ流体デバイス１の外部に直接又は多孔質体などを介して開口していてもよいし、磁性流体１０の外部側に気体が充填された容積を設けて閉じられていてよいし、気体タンクに接続されていてもよい。特に、磁性流体１０を注入するための開口部に連通していることが好ましく、さらに好ましくは、磁性流体１０を注入するための開口部が、磁性流体１０を注入した後に、該磁性流体１０よりも該開口部側に気体が充填される部分を残して封じられていることが好ましい。また、図示していないが、シリンダ１３ａの、第二流路１２への開口部１３ｄと反対側の端部が、他の流路に接続されていて、この１つのシリンダ１３ａで一塊りの磁性流体１０を往復運動させることにより、２つの流路中それぞれで被制御流体を移送させる構成とすることもできる。
【００４７】
シリンダ１３ａの長さも磁性流体１０がその中を往復運動することが可能であれば任意であり、該往復運動による被制御流体の移送量（吐出量）の設定に応じて設定することができる。シリンダ１３ａは、長さ方向に曲がっていてもよい。また、磁性流体１０が装填されたシリンダ１３ａを、１つの流路に対して多数個並列に設けてもよく、そのようにすると、各シリンダの断面積の合計と同じ断面積を有する１本のシリンダを設けた場合に比べて、磁性流体１０がシリンダの断面を塞いでいる状態を維持しやすいので好ましい。しかしながら、大量の被制御流体を移送することが要求される場合など特別の場合を除いて、シリンダ１３ａは１本で足り、また１本である方が構造が簡単で操作も容易なため好ましい。
【００４８】
また、本実施例では、シリンダ１３ａと第二流路１２との接続部を挟んで２つのバルブ（流入側逆止弁９および吐出側逆止弁１６）を設けたが、流路の途上にバルブを設けなくてもよく、あるいは１つのバルブを設けてもよい。バルブとしては常態では閉であり、一定以上の圧力差で開となる逆止弁の他に、加圧で開となるチェックバルブ、減圧で開となるチェックバルブ、加圧でも減圧でも開となるチェックバルブや、開閉バルブなどを用いることができる。
【００４９】
被制御流体の移送の定量性を向上させるうえで、バルブは、設けないよりも１以上設けることが好ましく、本実施例のようにシリンダ１３ａの開口部１３ｄを挟んだ位置に２つ設けられていることがさらに好ましい。該２つのバルブは、磁性流体１０の往復運動による流路容積の周期的な変化に同期して交互に開閉し、流路内の被制御流体を一方方向に流すことが可能なものであればよく、特に限定されない。このようなバルブとしては、２つの逆止弁を用いる他に、１つの逆止弁と１つのチェックバルブ、２つの開閉バルブ、１つの開閉バルブと１つのチェックバルブなどを用いることができる。
【００５０】
１つの逆止弁と１つのチェックバルブを用いる場合には、逆止弁が流路のシリンダ開口部１３ｄ方向へ流通する方向に開ととなる向きに設けられ、かつ加圧で開となるチェックバルブが吐出側に設けられるか、又は、負圧で開となるチェックバルブが流入側に設けられ、かつ逆止弁がシリンダ開口部から流出する方向に開となる向きに設けられる。
【００５１】
１つの開閉バルブと１つのチェックバルブを用いる場合には、開閉バルブが流入側に設けられ、かつ加圧で開となるチェックバルブが吐出側に設けられるか、又は、負圧で開となるチェックバルブが流入側に設けられ、かつ開閉バルブが吐出側に設けられる。
【００５２】
２つの開閉バルブを用いる場合には、流路容積の増加と減少に同期させて交互に開閉すべく制御して駆動させる。この場合は、２つの開閉バルブの制御プログラムによって被制御流体が流れる方向を自在に制御することもできる。開閉バルブとして、弁の機能を果たす磁性流体を備えてなり、該磁性流体に対して外部から磁界を作用させて流路を塞いだり、流通させたりするものを好ましく用いることができる。この場合、シリンダ１３ａ中の磁性流体１０と、開閉バルブ用の磁性流体を同じ磁界発生手段で駆動させることも可能であり、そうすると構造が簡単となるので好ましい。
【００５３】
流路にバルブを設けない場合には、例えば流路の一方の端を被制御液体が入った貯液槽に接続し、他端を直接又は配管を通じて大気に解放する。流路の途上に接続されたシリンダ内で磁性流体を流路側に前進させると、被制御流体が流れ得る流路の容積が減少して被制御流体が大気解放端から非可逆的に吐出される。次いで、磁性流体を後退させて流路容積を増大させると、大気解放端から空気が流路に入り込むものの、毛細管現象によって直ちに大気解放端まで被制御流体が満たされる。したがってシリンダ内で磁性流体を往復運動させることによって、バルブを設けない構成においても被制御流体を移送することができる。このような構成は、特に、吐出口にノズルが接続されるノズル用ポンプとしての用途に好適である。
【００５４】
流路にバルブを１つ設ける場合には、例えば、吸引時に開となるバルブを流路のシリンダ接続位置よりも流入側（上流側）に設けることによって、吐出時に流路内の被制御流体が流入側に逆流するのを防止することができるので、吐出時には被制御流体を吐出側にのみに移動させることができる。一方、シリンダ内の磁性流体を流路から遠ざかる方向へ後退させて吸引する際には、流入側のバルブが開となり、また吐出側にはバルブが設けられていないので、シリンダ接続部の流入側および吐出側の両方から吸引される。したがって、シリンダ内で磁性流体を往復運動させることによって、バルブを１つ設けた構成においても被制御流体を移送することができる。
【００５５】
また、シリンダ接続位置よりも流入側にのみバルブを設ける構成において、流路のシリンダ接続位置よりも流入側の流路径を吐出側の流路径よりも細くする方法や、流路の流入口からシリンダ接続位置までの流路長を、シリンダ接続位置から吐出口までの流路長よりも短くする方法等を用いて、シリンダ接続位置よりも流入側における圧力損失を吐出側における圧力損失より小さくすることが好ましく、そのようにすることによって、吸引時に吐出側からシリンダ側へ逆流して移送される流量よりも、流入側から移送される流量を多くすることができる。吸引時に開となるバルブの例としては、吸引方向に開となる逆止弁、負圧で開となるチェックバルブ、吸引時に開となるよう制御された開閉バルブなどが挙げられる。このような構成は、特に、ノズル用ポンプや、高い精度を必要としない用途に好適である。
【００５６】
次に、本発明の微小ポンプ駆動装置の実施例について説明する。図４および図５は、本実施例の微小ポンプ駆動装置を示したもので、図４は平面図、図５は側面図である。本実施例の微小ポンプ駆動装置は、前記実施例のマイクロ流体デバイス１と好適に組み合わせて用いられるものである。なお、これらの図においてシリンダ１３ａ内に装填されている磁性流体１０の図示は省略している。
【００５７】
本実施例の微小ポンプ駆動装置３１は、マイクロ流体デバイス１の保持手段としての位置決めピン３２およびクランプ（図示略）、磁界発生手段としてのアルニコ磁石３３、および磁界制御手段としてのアーム４１、バネ４２、回転カム４３、およびモーター４４を備えている。
本実施例における磁界制御手段は、磁界発生手段と磁性流体１０との距離をほぼ一定に保ちつつ、磁界発生手段をシリンダ１３ａの長さ方向に相対的に移動させるものである。
【００５８】
図中符号３４はケースであり、少なくとも天板３４ａは磁界を遮蔽しない素材、例えばアルミニウム板等で構成されている。ケース３４の天板３４ａ上には位置決めピン３２が、マイクロ流体デバイス１の一辺に接する位置に１本と、他の辺に接する位置に２本設けられており、これによってマイクロ流体デバイス１が天板３４ａ上の所定位置に載置できるようになっている。
【００５９】
マイクロ流体デバイス１が天板３４ａ上の所定位置に載置された状態で、該マイクロ流体デバイス１のシリンダ１３ａと、天板３４ａを挟んでほぼ対向する位置にアルニコ磁石３３が設けられている。アルニコ磁石３３は、天板３４ａに対して平行に延びるアーム４１の一端上に固定されており、該アーム４１は、アーム軸４５を中心として天板３４ａに平行な面内で回動自在に構成されている。
アーム４１の他端には、アーム４１の回転方向と平行に回転する回転カム４３が、アーム４１の側面４１ａと回転カム４３の周面４３ａとが当接するように設けられている。回転カム４３は、その回転軸４６が減速ギア付き速度可変モーター４４に接続されている。また回転カム４３の回転軸４６を中心とする半径は任意の始点から周方向に沿って漸次増加し、始点から３６０°の終点位置に段差面４３ｂが形成されている。
また、アーム軸４５よりもアーム４１の一端側にはバネ４２が設けられており、これによってアーム４１の他端側が回転カム４３に押しつけられる方向（図中矢印で示す）に付勢されている。
そして、アーム軸４５およびモータ４４はステージ４７上に固定されており、該ステージ４７は、天板３４ａに対して平行なＸ−Ｙ方向に微動可能に構成されている。
【００６０】
かかる構成の微小ポンプ駆動装置３１を使用する際には、まずマイクロ流体デバイス１を、該マイクロ流体デバイス１のシリンダ１３ａ内に充填された磁性流体１０とアルニコ磁石３３とが天板３４ａを挟んで対向し、シリンダ１３ａの長さ方向がアーム４１の回動方向と略平行となり、かつシリンダ１３ａの長さ方向に沿って開口部１３ｄに向かう方向が、バネ４２による付勢方向（図中矢印で示す）と略平行となるように、天板３４上に載置する。マイクロ流体デバイス１を天板３４ａ上で位置決めした後、ステージ４７をＸ方向および／またはＹ方向に微動させれば、磁性流体１０とアルニコ磁石３３との相対的な初期位置を微調整ることができる。
【００６１】
次いで、モーター４４を駆動させて回転カム４３を回転させる。回転カム４３を、その半径が漸次増大する方向に回転させると、アーム４１は、アーム軸４５を中心として、回転カム４３の中心からアーム４１までの距離が漸次増大する方向、すなわちバネ４２が伸びる方向に回動する。そして、これに伴うアルニコ磁石３３の移動によって、シリンダ１３ａ内の磁性流体１０は、シリンダ１３ａの開口部１３ｄから遠ざかる方向へ後退する。
回転カム４３の周面とアーム４１との接触面が、回転カム４１の段差面４３ｂを通過する際には、回転カム４３の半径が急激に減少するので、バネ４２によって付勢されているアーム４１は、回転カム４３の中心からアーム４１までの距離が減少する方向、すなわちバネ４２が縮む方向へ急激に回動する。そして、これに伴うアルニコ磁石３３の移動によって、シリンダ１３ａ内の磁性流体１０は、シリンダ１３ａの開口部１３ｄへ向かう方向へ、後退時よりも速く前進する。
したがって、回転カム４３を連続して回転させることによって、シリンダ１３ａ内で磁性流体１０を往復運動させることができ、これによってマイクロ流体デバイス１の流路中で被制御流体の移送を行うことができる。
【００６２】
なお、保持手段は、微小ポンプ駆動装置の所定の位置にマイクロ流体デバイスを保持できるものであればよく、適宜変更可能である。保持手段は、マイクロ流体デバイスを高い位置精度で再現性良く保持できるものであることが好ましい。保持手段は、微小ポンプ駆動装置内の一定位置に固定されていてもよく、微小ポンプ駆動装置内で移動できるように設けられていてもよい。保持手段は、一回の操作でマイクロ流体デバイスを所定位置に固定できるものが好ましく、そのために位置決めピンを３本以上設けることが有効である。位置決めピンの変わりに、位置決めのための壁、枠、凹部なであってもよい。また固定手段としてはクランプの他、バネを用いた各種固定手段を用いることも好ましい。
【００６３】
また磁界発生手段および磁界制御手段は、本実施例のものに限らず、前記微小ポンプの実施例において挙げた各種の磁界発生手段および磁界制御手段を用いて微小ポンプ駆動装置を構成することができる。
また微小ポンプ駆動装置に設ける磁界発生手段の数は１つであっても２以上であってもよい。例えば、１つの磁性流体のまとまりに対して、２つの磁力線発生手段をマイクロ流体デバイスの表裏両側から作用させる構成も好ましい。
また、磁界制御手段は、コンピューター制御等により、シーケンス制御やフィードバック制御されてもよい。さらに磁界制御手段として、電磁石に供給される電流の制御手段を用いる場合は、磁界制御手段を、電磁石やマイクロ流体デバイスの保持手段とは別体とすることができ、該磁界制御手段を保持手段や電磁石と分離された筐体に収納した構成とすることもできる。
【００６４】
また微小ポンプ駆動装置は、これと組み合わせて用いられるマイクロ流体デバイスの使用目的に応じて、その他の機構、例えば、温度調節機構、光学的その他の検出機構、試料注入機構、バルブ機構、洗浄機構、等を有していても良い。
【００６５】
本発明のマイクロ流体デバイス、微小ポンプ、微小ポンプ駆動装置、および流体移送方法は種々の用途に使用でき、例えば、マイクロリアクター、ピー・シー・アール（ＰＣＲ；ポリメラーゼ連鎖反応）用装置などの反応装置；膜濾過装置、透析装置、電気透析装置、気体分離装置、気体溶解装置、抽出装置などの、化学分析の前処理装置；遺伝子分析装置、免疫分析装置、ガス分析装置、水質分析装置などの化学又は生化学分析装置；ＤＮＡチップや免疫チップなどのマイクロアレイ製造用スポッタ等に好ましく用いることができる。
【００６６】
以下、本発明のさらに具体的な実施例を説明する。
各材料、実施例等についての測定、調製、照射の手段や方法は次の通りである。尚、以下の実施例において、数量の単位を示す表示「部」は特に断りがない限り「質量部」を表わし、「％」は「質量％」を表す。
＜粘度の測定＞
山一電機株式会社製のＶＭ−１００Ａ型振動式粘度計を用い、室温２４±１
℃にて測定した。
【００６７】
＜エネルギー線硬化性組成物の調製＞
実施例で使用するエネルギー線硬化性組成物の調製方法を以下に示す。
〔エネルギー線硬化性組成物ｅの調製〕
「ユニディックＶ４２６３」大日本インキ化学工業株式会社製の３官能ウレ
タンアクリレートオリゴマーを１０部、「Ｒ−６８４」日本化薬株式会社製のジシクロペンタニルジアクリレートを７０部、「Ｎ−１７７Ｅ」〔第一工業製薬株式会社製のノニルフェノキシポリエチレングリコールｎ＝１７アクリレート〕を２０部、紫外線重合開始剤として「イルガキュアー１８４」チバガイギー社製の１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンを５部、及び重合遅延剤として２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（和光純薬株式会社製）を０．１部混合して、エネルギー線硬化性組成物ｅを調製した。
【００６８】
＜活性エネルギー線の照射＞
活性エネルギー線として紫外線を使用した。ウシオ電機株式会社製のマルチライト２００型光源ユニットを用いて、窒素雰囲気中で３６５ｎｍにおける強度が５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を照射した。
【００６９】
＜実施例１＞
図１〜３に示す構成のマイクロ流体デバイス１を作製した。
ポリスチレン大日本インキ化学工業株式会社製の「ディックスチレンＸＣ−５２０」からなる５ｃｍ×２．５ｃｍ×３ｍｍの平板を使用した支持体３に、１２７μｍのバーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物ｅを塗工し、その全面に紫外線を１０秒間照射して、該塗工されたエネルギー線硬化性組成物ｅを、流動性は喪失したものの未反応のアクリレートが残存している程度に不完全硬化（以下、「半硬化」と称する）させて、厚さ約１００μｍの第一樹脂層４を形成した。
次いで、第一樹脂層４の上に１２７μｍのバーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物ｅを塗工して第二樹脂層６となるべき塗膜を賦形した。そしてフォトマスクを使用して、図１に示された第一流路５となる幅１５０μｍの線状の欠損部以外の部分に、紫外線を３秒間照射して照射部分の塗膜を半硬化させて第二樹脂層６とした。また未照射部分の未硬化のエネルギー線硬化性組成物ｅを５０％エタノール水溶液にて洗浄除去することにより、第二樹脂層６の表裏を貫通する、平面形状が線状の欠損部からなる第一流路５を形成した。
【００７０】
次いで、一時的な支持体（図示せず）として、厚さ３０μｍのポリプロピレン製のシート二村化学工業社製の「二軸延伸ポリプロピレンフィルム「太閤」ＦＯＲ　３０番」に、エネルギー線硬化性組成物ｅを５０μｍのバーコーターを用いて塗工した。そしてフォトマスクを使用して、６００μｍ×６００μｍの舌状の流入側逆止弁９となる部分の周囲三方を囲む幅１００μｍのコの字形の欠損部以外の部分に紫外線を３秒間照射して半硬化させた後、第二樹脂層６の場合と同様にして未照射部分の未硬化のエネルギー線硬化性組成物ｅを除去することによって、流入側逆止弁９が形成された、厚み約３４μｍの半硬化状態の第三樹脂層７を得た。さらに、フォトマスクを用いて、流入側逆止弁９部分のみに紫外線を２０秒間照射し、流入側逆止弁９の部分のみの硬化進めて非接着性とした。
この後、第三樹脂層７を、一時的な支持体ごと第二樹脂層６の上に、線状の欠損部、すなわち第一流路５の一端５ａが流入側逆止弁９の中心と重なり合うように位置を合わせて積層した。その状態で紫外線を１０秒間照射して第三樹脂層７の硬化を進めることにより、第二樹脂層６と、第三樹脂層７の流入側逆止弁９以外の接触部とを接着した後、水流にて一時的な支持体を第三樹脂層７から剥離除去した。
【００７１】
さらに１２７μｍのバーコーターを用いて、第三樹脂層７と同様の操作により、エネルギー線硬化性組成物ｅから成る、厚さ約１００μｍの、半硬化状態の第四樹脂層１４を作製した。この第四樹脂層１４は、流入側逆止弁９の作動空間としての空洞１１となる１ｍｍ×１ｍｍの矩形の欠損部、一端がそれに連結された、第二流路１２となる幅１５０μｍの線状の欠損部、及び第二流路１２となる該線状の欠損部の途上に連結された、シリンダ１３ａとなる幅５００μｍｎ長さ７ｍｍの線状の欠損部およびそれに連結した磁性流体導入路１３ｂとなる幅５００μｍの線状の欠損部を有する形状とした。そして、得られた第四樹脂層１４を、流入側逆止弁９が第四樹脂層１４の矩形の空洞１１のほぼ中心に重なり合うように位置を合わせて第三樹脂層７の上に積層し、紫外線を照射して第四樹脂層１４の硬化を進めて接着した。
【００７２】
さらに同様にして、エネルギー線硬化性組成物ｅから成り、６００μｍ×６００μｍの舌状の吐出側逆止弁１６となる部分の周囲三方を囲む幅１００μｍのコの字形の欠損部を有し、該吐出側逆止弁１６が非接着性である程度に硬化しており、他の部分が半硬化である、厚さ約１００μｍの第五樹脂層１７を作製した。そして、得られた第五樹脂層１７を第四樹脂層１４上に、第四樹脂層１４の第二流路１２の他端１２ｂが吐出側逆止弁１６の中心と重なり合うように位置を合わせて第四樹脂層１４の上に積層し、紫外線を照射して吐出側逆止弁１６以外の接触部分を接着し、積層体を形成した。
【００７３】
続いて、第五樹脂層１７、第四樹脂層１４及び第三樹脂層７の、第一流路５の他端５ｂと重なる位置に、ドリルを用いて直径０．５ｍｍの孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃを穿ち、第一流路５に連結した流入側流路の一部を形成した。また、第五樹脂層１７の、磁性流体導入路１３ｂの端１３ｃと重なる位置にドリルを用いて直径０．５ｍｍの孔１９を穿った。
【００７４】
一方、支持体３に用いたと同様の、５ｃｍ×２．５ｃｍ×３ｍｍのポリスチレン板からなる最上層にドリルにて各直径３ｍｍの流入側貯液槽２１となる孔、吐出側貯液槽２２となる孔、及び磁性流体注入槽２３となる孔を穿ち、これを第五樹脂層１７上に積層して接着した。
流入側貯液槽２１となる孔、吐出側貯液槽２２となる孔、及び磁性流体注入槽２３となる孔は、それぞれの中心が、最上層２０を第五樹脂層１７上に積層した状態で、流入側経路の一部をなす前記孔１８ａ、吐出側逆止弁１６、及び磁性流体導入路１３ｂに連通する孔１９の各中心とそれぞれ重なり合うように形成した。最上層２０と第五樹脂層１７の接着は、最上層２０の接着面に接着剤としてエネルギー線硬化性組成物ｅをアセトンに１０％の濃度で溶解させた溶液を、スピンコーターを用いて塗布すると同時にアセトンを揮発除去して厚み約１μｍの接着剤層を形成し、この接着剤層に紫外線を３秒間照射して半硬化させた後、これを第五樹脂層に積層して紫外線を３０秒間照射することにより行った。
以上のようにして、微小ポンプ機構を備えたマイクロ流体デバイス１（サンプルＮｏ．１）を作製した。
【００７５】
〔送液試験〕
上記で得られたサンプルＮｏ．１のマイクロ流体デバイス１と図４，５に示した構成の微小ポンプ駆動装置３１を用いて送液試験を行った。
まず、サンプルＮｏ．１のマイクロ流体デバイス１を駆動装置３１の位置決めピン３２に接触させて装着し、クランプにて固定した。
次いで、磁性流体注入槽２３に磁性流体の約０．５ｍｍ３をピペットにて注入し、手で持ったアルニコ磁石（図示せず）にて磁性流体を孔１９から磁性流体導入路１３ｂを経てシリンダ１３ａに導いたところ、該磁性流体の約半量がシリンダ１３ａ内に長さ５ｍｍを占めて装填され、残余の量は磁性流体注入槽２３に残存した。磁性流体がシリンダ１３ａの第二流路１２側の端に達するように、駆動装置３１に設けられているアルニコ磁石３３の初期位置を微調整した。
次いで、流入側貯液槽２１に着色水２０ｍｍ３を注入し、ゴムキャップにてやや加圧することにより、孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、第一流路５、第二流路１２を順に経て、吐出側貯液槽２２に達するまで流入させた。
【００７６】
そして、回転カム４３を回転させてアルニコ磁石３３をシリンダ１３ａの長さ方向にほぼ沿ってストローク１ｍｍ、周波数１Ｈｚで往復運動させると、シリンダ１３ａ内の磁性流体もそれに応じて、同じストロークと周波数で往復運動した。これにより、着色水は流入側貯液槽２１から吸引され、流路である孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、第一流路５を通り、流入側逆止弁９を押し上げて空洞１１に入り、第二流路１２を通って、吐出側逆止弁１６を押し上げて吐出側貯液槽２２に吐出された。
アルニコ磁石３３の往復運動の周波数を増すと、それに比例して着色水の移動速度も増し、アルニコ磁石３３の周期的な運動を中止すると、着色水の移動はその状態で停止した。
【００７７】
＜実施例２＞
前記実施例１において、第三樹脂層７を形成せず、第二樹脂層６の上に直接第四樹脂層１４を形成した。それ以外については実施例１と同一製法によって微小ポンプ機構を備えたマイクロ流体デバイス（サンプルＮｏ．２）を作製した。本実施例では、第三樹脂層７が省略されている構成であるため、流入側逆止弁９が設けられていない構成となっており、第二樹脂層６の第一流路５の一端５ａが常に空洞１１と連通している。
【００７８】
〔送液試験〕
実施例２で製造したサンプルＮｏ．２のマイクロ流体デバイスを用いて実施例１と同様の送液試験を行ったところ、実施例１に比べて流入側の脈動が大きく、流出速度が小さいこと以外は実施例１と同様の結果を得た。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外部からの配管や配線の接続を必要とせず、非接触で毛細管中の流体を定量性良く移送することができ、素材の選択範囲が広く、多数並列駆動が可能であり、かつ構造が簡単で低コストで製造できる微小ポンプ、かかる微小ポンプを構成できるマイクロ流体デバイスおよび微小ポンプ駆動装置、ならびに該マイクロ流体デバイスを用いた流体移送方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロ流体デバイスの実施例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示すマイクロ流体デバイスの要部断面図である。
【図３】図１に示すマイクロ流体デバイスの要部説明図である。
【図４】本発明に係る微小ポンプ駆動装置の実施例を示す平面図である。
【図５】図４に示す微小ポンプ駆動装置の側面図である。
【符号の説明】
１　　マイクロ流体デバイス
３　　支持体
４　　第一樹脂層
５　　第一流路（流路）
６　　第二樹脂層
７　　第三樹脂層
９　　流入側逆止弁
１０　　磁性流体
１１　　空洞
１２　　第二流路（流路）
１３ａ　シリンダ
１３ｂ　磁性流体導入路
１４　　第四樹脂層
１６　　吐出側逆止弁
１７　　第五樹脂層
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ　孔（流路）
１９　　磁性流体導入口
２０　　最上層
２１　　流入側貯液槽
２２　　吐出側貯液槽
２３　　磁性流体注入槽
３１　　微小ポンプ駆動装置
３２　　位置決めピン（保持手段）
３３　　アルニコ磁石（磁界発生手段）
４１　　アーム（磁界制御手段）
４２　　バネ（磁界制御手段）
４３　　回転カム（磁界制御手段）
４４　　モーター（磁界制御手段）
【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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