(57)【要約】【課題】本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、搬送力、シール性、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易なマイクロポンプとマイクロポンプユニット、これらをチップモジュールとして他のチップモジュールと組み合わせることができる試料処理チップを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のマイクロポンプとマイクロポンプユニット、試料処理チップは、反応チャンバが形成されたポンプ構造材２，３と、反応チャンバ６に収容され高圧ガスを発生する反応剤４と、反応剤４の側方に積層され反応剤４にガスを発生させる反応開始手段５と、ポンプ構造材２，３に設けられ、反応剤４が発生した高圧ガスを反応チャンバ６から連通孔８に導くチャネル７とを備え、ポンプ構造材２，３と反応開始手段５とを積層するように構成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、
前記反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、
前記反応剤の側方位置に配設され該反応剤にガスを発生させる反応開始手段と、
前記ポンプ構造材に設けられ、前記反応剤が発生した所定圧力のガスを前記反応チャンバから吐出口に導くチャネルとを備え、
前記ポンプ構造材と前記反応開始手段とが積層されることを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項２】
前記ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層することにより構成され、該第１構造材と前記第２構造材の少なくともどちらかに凹部が設けられ前記代構造材と前記第２構造材とが対向して積層され前記反応チャンバを構成することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項３】
前記ポンプ構造材が第１構造材、第２構造材、第１中間構造材、第２中間構造材を積層することにより構成され、前記第１中間構造材には少なくとも前記反応剤を装着する開口が形成され、前記第２中間構造材には少なくとも前記チャネルとなる開口が形成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項４】
前記ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層することにより構成され、該第１構造材の凹部内に前記反応開始手段が配設されることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項５】
前記反応剤が液体のときには、前記第１構造材の第１凹部内に該反応剤が収容されシート材でカバーされることを特徴とする請求項２記載のマイクロポンプ。
【請求項６】
前記反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、前記第１凹部内に前記第１の液体と前記第２の液体とが分離状態で収容され、前記反応開始手段によって前記第１の液体と前記第２の液体の分離状態を解除し反応させることを特徴とする請求項５記載のマイクロポンプ。
【請求項７】
前記反応剤が液体のとき、該反応剤をマイクロカプセルに収容して前記反応チャンバに装着することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項８】
前記反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体をマイクロカプセルに収容して前記第２の液体の中に分散したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項９】
前記反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体を第１マイクロカプセルに収容し、該第１マイクロカプセルを前記第２の液体ととも第２マイクロカプセル内に内包したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１０】
前記反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体を第１マイクロカプセルに収容するとともに前記第２の液体を第２マイクロカプセルに収容して混合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１１】
前記反応剤が液体と固体とから構成されるとき、該液体をマイクロカプセルに収容して前記固体の中に分散したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１２】
前記反応剤の反応によって発生するガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１３】
前記反応剤が非汚染薬剤であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１４】
前記反応剤が複数個の小反応剤から構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１５】
前記複数個の小反応剤が直列に並んで設けられたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項１６】
前記複数個の小反応剤が直列に所定個並んだ直鎖が、並列に複数本並んで前記チャネルに接続されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項１７】
前記小反応剤がそれぞれ前記チャネルに直接接続されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項１８】
前記反応チャンバが複数個の小反応チャンバから構成され、該反応チャンバに前記小反応剤のそれぞれを収容することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１９】
前記反応チャンバに前記複数個の小反応剤を収容することを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項２０】
前記反応開始手段が複数個の小反応開始手段から構成されたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項２１】
反応によりガス化した反応剤の容積に応じて前記反応剤の量を順次増加させていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項２２】
前記複数個の小反応剤が、所定単位量の小反応剤を元にした所定倍の小反応剤であることを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項２３】
前記反応開始手段が、前記ポンプ構造材に積層される他の構造材の前記反応剤側の面に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項２４】
前記他の構造材が、チップをセットする装置の筐体であることを特徴とする請求項２３記載のマイクロポンプ。
【請求項２５】
前記反応開始手段が前記反応剤を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項２６】
前記他の構造材が回路基板であることを特徴とする請求項２３記載のマイクロポンプ。
【請求項２７】
前記反応開始手段が、伝熱構造材に設けた一対の電極と、該電極間に接続された抵抗体から構成されたことを特徴とする請求項２５または２６記載のマイクロポンプ。
【請求項２８】
前記反応剤が導電性の性質を有する場合、前記反応開始手段が該反応剤と接触する一対の電極を備えて該反応剤自身がジュール熱で発熱することを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項２９】
前記反応剤が非導電性の性質を有する場合、導電材を該反応剤に混入して導電性の性質を与えることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項３０】
前記反応開始手段と前記反応剤の間のポンプ構造材には、前記反応開始手段からの発熱を前記反応剤に伝える高熱伝導部が設けられたことを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項３１】
前記ポンプ構造材には前記反応剤が露出され、前記反応開始手段からの発熱を前記反応剤に直接伝えることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項３２】
前記ポンプ構造材には、前記反応チャンバと前記吐出口の間に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項３３】
前記ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のマイクロポンプ。
【請求項３４】
前記断熱部が前記ポンプ構造材に形成されたスリットであり、内部に気層または液層が形成されていること特徴とする請求項３２または３３記載のマイクロポンプ。
【請求項３５】
前記ポンプ構造材には、前記反応チャンバと前記吐出口の間に放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項３６】
前記ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間に放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のマイクロポンプ。
【請求項３７】
前記放熱部が前記ポンプ構造材に形成されたスリットであり、内部に冷却媒体が循環されていること特徴とする請求項３５または３６記載のマイクロポンプ。
【請求項３８】
前記ポンプ構造材には、前記反応チャンバと前記吐出口の間のチャネル長さもしくは距離が所定長さ以上に形成され、前記反応チャンバで発生するガスの温度が前記吐出口において所定の温度より低下することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
【請求項３９】
前記ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間のチャネル長さもしくは距離が所定長さ以上に形成され、前記小反応チャンバで発生するガスの温度が隣接位置の小反応チャンバでガスの反応開始温度より低下することを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプ。
【請求項４０】
請求項１〜３９のいずれかに記載のマイクロポンプが独立して複数設けられたポンプ構造材を備え、各マイクロポンプを単独または組み合わせて使用可能なマイクロポンプユニット。
【請求項４１】
各マイクロポンプにおいて、各反応剤がそれぞれ複数個の小反応剤から構成され、該小反応剤が各マイクロポンプ間でいずれも同一構成とされていることを特徴とする請求項４０記載のマイクロポンプユニット。
【請求項４２】
請求項１〜３９のいずれかに記載のマイクロポンプと、前記マイクロポンプに積層され、該マイクロポンプから吐出されたガスによって試料供給し、このとき流路制御を行う流路制御チップと、該流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備えたことを特徴とする試料処理チップ。
【請求項４３】
前記流路制御チップと前記処理チップが１個のチップに構成されたことことを特徴とする請求項４２記載の試料処理チップ。
【請求項４４】
前記マイクロポンプと前記流路制御チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４２記載の試料処理チップ。
【請求項４５】
前記マイクロポンプと前記流路制御チップと前記処理チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４２記載の試料処理チップ。
【請求項４６】
請求項４０記載のポンプ構造材を備えたマイクロポンプユニットと、複数の流路を形成されるとともに前記ポンプ構造材に積層され、該マイクロポンプユニットの１以上のマイクロポンプから吐出されたガスによってそれぞれ試料供給しこのとき流路制御を行う流路制御チップと、該流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備えたことを特徴とする試料処理チップ。
【請求項４７】
前記流路制御チップと前記処理チップが１個のチップに構成されたことことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップ。
【請求項４８】
前記マイクロポンプと前記流路制御チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップ。
【請求項４９】
前記マイクロポンプと前記流路制御チップと前記処理チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップ。
【請求項５０】
前記マイクロポンプと前記流路制御チップの間にシール材が設けられたことを特徴とする請求項４１または４５に記載の試料処理チップ。
【請求項５１】
前記流路制御チップのリザーバ近傍にシール材破砕手段が設けられたことを特徴とする請求項５０記載の試料処理チップ。
【請求項５２】
反応開始手段と積層され、該反応開始手段の作動により反応チャンバ内に所定のガスを発生するマイクロポンプであって、
前記反応チャンバを有するポンプ構造材と、
前記反応チャンバに収納され、ガスを発生する反応剤と、
前記構造材に設けられ、前記反応剤が発生したガスを前記反応チャンバから吐出口に導くチャネルとを備えたことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項５３】
前記反応開始手段は、前記反応剤を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項５２に記載のマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小構造で、チップ状にして繰返し利用できるマイクロポンプと、複数のマイクロポンプを１個のチップに設けたマイクロポンプユニットと、これらのチップを積層して使用する試料処理チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近のナノテクノロジーや超微細加工技術の動きは目覚ましく、今後はこうした技術が融合して様々の応用技術に発展することが期待されている。
【０００３】
このような融合技術の１つとして、半導体チップと微小アクチュエータを一体化した微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術、いわゆるマイクロマシンが注目されている。これはＬＳＩと実際の仕事を受け持つアクチュエータを一体化して数ｍｍ角のチップに収めるものであり、微小な流体回路とＬＳＩ回路を組み合わせることが新たな融合を生むものとして期待されている。
【０００４】
しかし従来のこうしたチップは、基板上に、マイクロポンプや、その流路、センサ、マイクロバルブ、さらにはこれらを駆動するためのＬＳＩ回路が実装容易な配置で単純に組み込まれたもので、いわば１個ごとに使い捨てされるものであった。そして、この流路は概ね管径数μｍ〜数百μｍのオーダであって、マイクロポンプはこの管径の大きさに基本的な影響を受ける。従って、マイクロポンプは、一般のポンプとは隔絶した微小構造でなければならず、さらにチップに実装するために薄型でなければならないし、微小でも搬送力、応答性に優れていなければならない。そして、制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えない。しかも、実装する前も、実装するときもさらに実装した後も、高いシール性が保たれる必要があるし、組み立てが容易でなければならない。
【０００５】
そこで、このようなマイクロポンプとして圧電素子を使ったポンプが提案され、その製造方法が提案された（特許文献１参照）。図１３は従来のマイクロポンプの構成図である。図１３において、１０１はシリコン基板、１０２は熱酸化膜、１０３，１０４はガラス基板、１０５はピエゾ素子、１０６はパイプ、１０７は塩化ナトリウム薄層、１０８は流入液体である。
【０００６】
このマイクロポンプは、ダイアフラム、流路、及びバルブ部を形成したシリコン基板１０１をガラス基板１０３，１０４等でサンドイッチした構造を有しており、液体のプライミング性と気泡抜け性を向上、また、経時後も安定した作用が継続しなければならない。そこで、このマイクロポンプを構成後に、水溶性塩類、または多価アルコール類の一種以上を含む液を注入、乾燥させ、マイクロポンプ内面にこれらの物質を付着させるものである。この内表面部に付着した水溶性塩類、または多価アルコール類が水溶液に対して湿潤性を有しており、ポンプ内へ液体を流入させることがきわめて容易に行え、気泡の排出性も向上するものである。
【０００７】
しかし、このマイクロポンプは、シリコン基板１０１に形成された微小なダイアフラムを更に微小なピエゾ素子１０５で駆動することによってポンプ作用を奏するため、ポンプ特性は低く、吐出圧も吐出流量も小さい。しかもピエゾ素子１０５はシリコン基板１０１に取り付けられている。このような構造が微細で複雑なポンプを使っているときに、吐出する液体を変える場合、ポンプ内部の洗浄が容易でないためマイクロポンプ全体を廃棄せざるを得ないものとなり、高いランニングコストが必要となっていた。
【０００８】
マイクロポンプの大きさも基本的にピエゾ素子の大きさに支配されるし、ピエゾ素子でダイアフラムのストロークを上げようとしても限界があり、吐出圧，吐出流量を上げるためには別の駆動源が必要となった。そこで、電気化学反応でガスを発生させる電気化学セル駆動ポンプが注目された（特許文献２参照）。図１４は従来の電気化学セル駆動ポンプの構成図である。
【０００９】
図１４において、１１１は第１のシート、１１２は第２のシート、１１３は第３のシート、１１４は第１の部屋、１１５は第２の部屋、１１６は第１の部室１１４に貯蔵した流体、１１７は第１の部室１１４に取り付けた流体供給口、１１８は第２の部室１１５に取り付けたガス導入管、１１９は電気化学セル、１２０は電源、１２１はスイッチである。
【００１０】
従来の電気化学セル駆動ポンプは、第１のシート１１１，第２のシート１１２，第３のシート１１３の３枚のシートから構成される袋状体と、電気化学セル１１９から構成される。このとき第１のシート１１１には第３のシート１１３より大きなゴム弾性応力が与えられ、第３のシート１１３は第２のシート１１２より大きなゴム弾性応力をが与えられている。第１のシート１１１と第２のシート１１２が流体貯蔵部となる第１の部屋１１４を形成し、第２のシート１１２と第３のシート１１３が気体加圧部となる第２の部室１１５を形成する。第１の部屋１１４に流体吐出口１１７を設け、電気化学セル１１９に直流電流を通電することによって発生する気体を第２の部室１１５に導入することにより、流体吐出口１１７から流体を吐出する。
【００１１】
この従来の電気化学セル駆動ポンプは、小型・軽量で使用操作性のよい流体供給装置を提供するが、基本的にチップに実装するのに適した構成を備えておらず、マイクロポンプとしてこの電気化学セル駆動ポンプを採用するのは困難である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−３０６６８３号公報
【特許文献２】
特開平８−２９５４００号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、微小な流体回路とＬＳＩ回路が融合したチップに大きな期待が寄せられているが、こうしたチップに組み込まれるマイクロポンプは一般のポンプとは隔絶した微小構造であるとともに、微小でも搬送力、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用が可能であるといった課題が解決されないと機能が果たせない。また、このマイクロポンプは制御が容易で正確でなければチップの流体回路の要素としては使えない。さらに、実装するときまた実装した後も高いシール性が要求されるし、組み立てが容易でなければならない。
【００１４】
そして従来提案されたチップは、基板上に、マイクロポンプや、その流路、マイクロバルブ、さらにはこれらを駆動するためのＬＳＩ回路が実装容易な配置で単純に組み込まれるだけもので、いわば１個ごとに使い捨てであり、マイクロポンプや流路、マイクロバルブ等がそれぞれチップモジュールとして組み合わされ、繰返し再利用されるものではなかった。
【００１５】
また、（特許文献１）で提案されたマイクロポンプは、微小なピエゾ素子で駆動することによってポンプ作用を奏するため、ポンプ特性は低く、吐出圧も吐出流量も小さい。また、吐出する液体が変わるとマイクロポンプ全体を廃棄せざるを得ないものであったために、高いランニングコストが必要となっていた。
【００１６】
さらに、従来の電気化学反応でガスを発生させる電気化学セル駆動ポンプは、袋状体と電気化学セルから構成される。しかし、袋状体を使ってポンプ作用を奏する作動部とするため、基本的構成がチップに実装するのに適した構成でなく、この電気化学セル駆動ポンプをマイクロポンプとして採用するのは困難であった。
【００１７】
そこで本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、搬送力、シール性、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易なマイクロポンプを提供することを目的とする。
【００１８】
また本発明は、微小構造でチップモジュール化することができ、搬送力、シール性、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易なマイクロポンプユニットを提供することを目的とする。
【００１９】
さらに本発明は、マイクロポンプまたはマイクロポンプユニットをチップモジュールとして他のチップモジュールと組み合わせることができる試料処理チップを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤の側方位置に配設され該反応剤にガスを発生させる反応開始手段と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルとを備え、ポンプ構造材と反応開始手段とが積層するように構成したものである。
【００２１】
本発明は、チップ化可能な微小構造で、搬送力、シール性、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易にすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、反応チャンバが形成されたポンプ構造材と、反応チャンバに収容され所定圧力のガスを発生する反応剤と、反応剤の側方位置に配設され該反応剤にガスを発生させる反応開始手段と、ポンプ構造材に設けられ、反応剤が発生した所定圧力のガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルとを備え、ポンプ構造材と反応開始手段とが積層されることを特徴とするマイクロポンプであり、反応開始手段と反応剤が積層化され、微小構造であるためガスの発生反応が高速に行え、応答性に優れ、搬送力が大きく、高精度の微細加工が容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【００２３】
第２の発明は、ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層することにより構成され、第１構造材と第２構造材の少なくともどちらかに凹部が設けられ代構造材と第２構造材とが対向して積層され反応チャンバを構成することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層したものであるから、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【００２４】
第３の発明は、ポンプ構造材が第１構造材、第２構造材、第１中間構造材、第２中間構造材を積層することにより構成され、第１中間構造材には少なくとも反応剤を装着する開口が形成され、第２中間構造材には少なくともチャネルとなる開口が形成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、２次元加工で高精度の微細加工がきわめて容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【００２５】
第４の発明は、ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層することにより構成され、該第１構造材の凹部内に反応開始手段が配設されることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層したものであるから、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【００２６】
第５の発明は、反応剤が液体のときには、第１構造材の第１凹部内に該反応剤が収容されシート材でカバーされることを特徴とする請求項２記載のマイクロポンプであり、反応剤が液体でも漏洩、蒸発することがなくシール性が高い。
【００２７】
第６の発明は、反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、第１凹部内に第１の液体と第２の液体とが分離状態で収容され、反応開始手段によって第１の液体と第２の液体の分離状態を解除し反応させることを特徴とする請求項５記載のマイクロポンプであり、２種類の液体を直接反応させる反応に適した構造とすることができる。
【００２８】
第７の発明は、反応剤が液体のとき、該反応剤をマイクロカプセルに収容して反応チャンバに装着することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプであり、マイクロカプセルに収容したため液体の反応剤を固体と同様に扱えるため反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。使用可能な反応剤の種類を大きく広げることができる。
【００２９】
第８の発明は、反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体をマイクロカプセルに収容して第２の液体の中に分散したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプであり、第２の液体内に第１の液体を実質分散させているので反応が早くなる。
【００３０】
第９の発明は、反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体を第１マイクロカプセルに収容し、該第１マイクロカプセルを第２の液体ととも第２マイクロカプセル内に内包したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプであり、２つの液体が１カプセル内に必要な量だけペアで収容されているので反応がより安定しかつ早くなる。
【００３１】
第１０の発明は、反応剤が第１の液体と第２の液体とから構成されるとき、該第１の液体を第１マイクロカプセルに収容するとともに第２の液体を第２マイクロカプセルに収容して混合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロポンプであり、２つの液体による反応剤においても、反応剤を固体と同様に扱えるため反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。
【００３２】
第１１の発明は、反応剤が液体と固体とから構成されるとき、該液体をマイクロカプセルに収容して固体の中に分散したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロポンプであり、固体と液体による反応剤においても、反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。
【００３３】
第１２の発明は、反応剤の反応によって発生するガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマイクロポンプであり、不活性ガスを発生させるため、人体や環境に影響を与えることもなく、試料にも影響せず、マイクロポンプとして安全性の高いものとなる。
【００３４】
第１３の発明は、反応剤が非汚染薬剤であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のマイクロポンプであり、非汚染薬剤を用いることにより、人体や環境に影響を与えることもなく、試料を汚染せず、安全性が高いマイクロポンプを実現できる。
【００３５】
第１４の発明は、反応剤が複数個の小反応剤から構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載のマイクロポンプであり、反応剤のサイズを小型化するため反応速度が高速になり、応答性を高めることができる。小反応剤が一挙に反応し、発生ガスによる圧力がシャープな立ち上がりを示して一挙に目標圧力に到達することができる。
【００３６】
第１５の発明は、複数個の小反応剤が直列に並んで設けられたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、直列に小反応剤を並べた場合は、使い終わりのとき反応ロスが少なくなる。
【００３７】
第１６の発明は、複数個の小反応剤が直列に所定個並んだ直鎖が、並列に複数本並んでチャネルに接続されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、１回の反応で使用される小反応剤がまったく同一の状態に並んでいるので、各反応での差が少なく、反応が安定化する。
【００３８】
第１７の発明は、小反応剤がそれぞれチャネルに直接接続されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、反応済みの小反応チャンバを反応ガスが通過することがないため、反応が安定する。
【００３９】
第１８の発明は、反応チャンバが複数個の小反応チャンバから構成され、該反応チャンバに小反応剤のそれぞれを収容することを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、反応チャンバが個別分離されているので安定した反応となり、反応剤のサイズを小型化するため反応速度が高速になり、応答性を高めることができ、圧力制御が容易である。
【００４０】
第１９の発明は、反応チャンバに複数個の小反応剤を収容することを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、使い終わりのとき反応ロスが少なくなり、小チャンバで区切られないため、同一容積内での小反応剤の実装効率が向上する。
【００４１】
第２０の発明は、反応開始手段が複数個の小反応開始手段から構成されたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のマイクロポンプであり、小反応開始手段単位で反応を制御することができるため、安定した反応となる。
【００４２】
第２１の発明は、反応によりガス化した反応剤の容積に応じて反応剤の量を順次増加させていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載のマイクロポンプであり、使用済みの容積を考慮した反応剤量とすることにより、より判定した圧力となる。
【００４３】
第２２の発明は、複数個の小反応剤が、所定単位量の小反応剤を元にした所定倍の小反応剤であることを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、反応剤の実装効率が高くなる。
【００４４】
第２３の発明は、反応開始手段が、ポンプ構造材に積層される他の構造材の反応剤側の面に取り付けられることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、マイクロポンプの構成を簡単化でき、コンパクトなチップとすることができ、低コスト化が図れる。
【００４５】
第２４の発明は、他の構造材が、チップをセットする装置の筐体であることを特徴とする請求項２３記載のマイクロポンプであり、装置に反応開始手段を設けることは容易であり、マイクロポンプのチップを着脱することだけで測定が行え、チップは交換、処分しても反応開始手段は繰返し再利用できる。
【００４６】
第２５の発明は、反応開始手段が反応剤を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに記載のマイクロポンプであり、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【００４７】
第２６の発明は、他の構造材が回路基板であることを特徴とする請求項２３記載のマイクロポンプであり、回路基板に反応開始手段を設けることは容易である上に、回路基板を着脱すれば反応開始手段を繰返し再利用できる。回路基板に反応開始手段を設けるため、回路基板とマイクロポンプを組み合わすことで、マイクロポンプの構成を基板側に移して簡略化でき、安価に試料処理チップを構成できる。また、センサや制御回路を回路基板に搭載できるので、反応開始手段の制御機能が容易に実現でき、マイクロポンプの制御だけでなく、他のチップの制御、反応制御、検出を行うことができる。
【００４８】
第２７の発明は、反応開始手段が、伝熱構造材に設けた一対の電極と、該電極間に接続された抵抗体から構成されたことを特徴とする請求項２５または２６記載のマイクロポンプであり、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【００４９】
第２８の発明は、反応剤が導電性の性質を有する場合、反応開始手段が該反応剤と接触する一対の電極を備えて該反応剤自身がジュール熱で発熱することを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプであり、加熱手段のために抵抗体を設ける必要がなく、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【００５０】
第２９の発明は、反応剤が非導電性の性質を有する場合、導電材を反応剤に混入して導電性の性質を与えることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプであり、非導電性の反応剤でもジュール熱を発熱して反応制御することができる。
【００５１】
第３０の発明は、反応開始手段と反応剤の間のポンプ構造材には、反応開始手段からの発熱を反応剤に伝える高熱伝導部が設けられたことを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプであり、高熱伝導部によって反応開始手段からの発熱を高効率に反応剤に伝えることができる。
【００５２】
第３１の発明は、ポンプ構造材には反応剤が露出され、反応開始手段からの発熱を反応剤に直接伝えることを特徴とする請求項２５〜２７のいずれかに記載のマイクロポンプであり、反応剤が露出された部分に反応開始手段の熱を直接加えるため応答が速い。
【００５３】
第３２の発明は、ポンプ構造材には、反応チャンバと吐出口の間に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、反応チャンバの熱が吐出口を通るガスに伝わることを防ぎ、ガスの温度を安定させる。
【００５４】
第３３の発明は、ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間に断熱部が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のマイクロポンプであり、小反応チャンバの反応発熱により他の反応チャンバが連鎖的に反応することを防ぐ。
【００５５】
第３４の発明は、断熱部がポンプ構造材に形成されたスリットであり、内部に気層または液層が形成されていること特徴とする請求項３２または３３記載のマイクロポンプであり、スリットのため加工が容易である。
【００５６】
第３５の発明は、ポンプ構造材には、反応チャンバと吐出口の間に放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、発生ガスを冷却定温化することで、温度変化による発生ガスの容積変化を小さくでき、制御を安定化できる。反応ガスが温度的に安全化され、接続される他のチップでの化学反応に温度による影響を及ぼさない。
【００５７】
第３６の発明は、ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間に放熱部が設けられていることを特徴とする請求項１８記載のマイクロポンプであり、発生ガスを冷却定温化することで、各小反応チャンバ間の温度変化による発生ガスの容積変化を小さくでき、制御を安定化できる。反応ガスが温度的に安全化され、接続される他のチップでの化学反応に温度による影響を及ぼさない。
【００５８】
第３７の発明は、放熱部がポンプ構造材に形成されたスリットであり、内部に冷却媒体が循環されていること特徴とする請求項３５または３６記載のマイクロポンプであり、スリットのため加工が容易である。
【００５９】
第３８の発明は、ポンプ構造材には、反応チャンバと吐出口の間のチャネル長さもしくは距離が所定長さ以上に形成され、反応チャンバで発生するガスの温度が吐出口において所定の温度より低下することを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプであり、反応チャンバの熱を吐出口を通るガスに伝わることを防ぎ、ガスの温度を安定させる。
【００６０】
第３９の発明は、ポンプ構造材には、各小反応チャンバ間のチャネル長さもしくは距離が所定長さ以上に形成され、小反応チャンバで発生するガスの温度が隣接位置の小反応チャンバでガスの反応開始温度より低下することを特徴とする請求項１４記載のマイクロポンプであり、小反応チャンバの反応発熱により他の反応チャンバが連鎖的に反応することを防ぐ。
【００６１】
第４０の発明は、請求項１〜３９のいずれかに記載のマイクロポンプが独立して複数設けられたポンプ構造材を備え、各マイクロポンプを単独または組み合わせて使用可能なマイクロポンプユニットであり、マイクロポンプが独立して複数設けられているため、１個のチップで複数の試料を供給し、反応させて結果を検出することができる。各マイクロポンプはそれぞれ微小構造で、複数のマイクロポンプをチップモジュール化でき、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易となる。
【００６２】
第４１の発明は、各マイクロポンプにおいて、各反応剤がそれぞれ複数個の小反応剤から構成され、該小反応剤が各マイクロポンプ間でいずれも同一構成とされていることを特徴とする請求項４０記載のマイクロポンプユニットであり、圧力制御が容易であり、試料処理チップの汎用化を容易に行うことができる。
【００６３】
第４２の発明は、請求項１〜３９のいずれかに記載のマイクロポンプと、マイクロポンプに積層され、マイクロポンプから吐出されたガスによって試料供給しこのとき流路制御を行う流路制御チップと、流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備えたことを特徴とする試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップを積層してコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【００６４】
第４３の発明は、流路制御チップと処理チップが１個のチップに構成されたことことを特徴とする請求項４１記載の試料処理チップであり、流路制御チップと処理チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易であり、流体制御チップ、試料処理チップを交換、処分しマイクロポンプは繰り返して利用可能となる。
【００６５】
第４４の発明は、マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４２記載の試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【００６６】
第４５の発明は、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４２記載の試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップが１個のチップであるため、きわめてコンパクトで、薄型の試料処理チップとすることができる。
【００６７】
第４６の発明は、請求項４０記載のポンプ構造材を備えたマイクロポンプユニットと、複数の流路を形成されるとともにポンプ構造材に積層され、マイクロポンプユニットの１以上のマイクロポンプから吐出されたガスによってそれぞれ試料供給しこのとき流路制御を行う流路制御チップと、流路制御チップから供給された試料を処理する処理チップを備えたことを特徴とする試料処理チップであり、マイクロポンプが独立して複数設けられたマイクロポンプユニットと、流路制御チップと処理チップを積層してコンパクト化、薄型化でき、加工が容易であり、流体制御チップ、試料処理チップを交換、処分しマイクロポンプユニットは繰り返して利用可能となる。
【００６８】
第４７の発明は、流路制御チップと処理チップが１個のチップに構成されたことことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップであり、流路制御チップと処理チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【００６９】
第４８の発明は、マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップであり、マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【００７０】
第４９の発明は、マイクロポンプユニットと流路制御チップと処理チップが１個のチップに構成されたことを特徴とする請求項４５記載の試料処理チップであり、マイクロポンプユニットと流路制御チップと処理チップが１個のチップであるため、きわめてコンパクトで、薄型の試料処理チップとすることができる。
【００７１】
第５０の発明は、マイクロポンプと流路制御チップの間にシール材が設けられたことを特徴とする請求項４１または４５に記載の試料処理チップであり、反応剤が液体でもマイクロポンプから漏洩・蒸発することがなくシール性が高い。
【００７２】
第５１の発明は、流路制御チップのリザーバ近傍にシール材破砕手段が設けられたことを特徴とする請求項５０記載の試料処理チップであり、マイクロポンプを流路制御チップに装着するとき直ちにシール材を破砕してマイクロポンプとリザーバを連通できる。
【００７３】
第５２の発明は、反応開始手段と積層され、該反応開始手段の作動により反応チャンバ内に所定のガスを発生するマイクロポンプであって、反応チャンバを有するポンプ構造材と、反応チャンバに収納され、ガスを発生する反応剤と、構造材に設けられ、反応剤が発生したガスを反応チャンバから吐出口に導くチャネルとを備えたことを特徴とするマイクロポンプであり、微小構造であるためガスの発生反応が高速に行え、応答性に優れ、搬送力が大きく、高精度の微細加工が容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高い。
【００７４】
第５３の発明は、反応開始手段は、反応剤を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項５２に記載のマイクロポンプであり、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【００７５】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。
【００７６】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの分解説明図、図１（ｂ）は（ａ）のマイクロポンプのＸ―Ｘ断面図、図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの他の構成の分解説明図である。
【００７７】
図１（ａ），（ｂ）において、１は化学反応して高圧ガスを発生させこのガスの圧力で連通する他のチップのリザーバに収容された試料Ｍを送ることができるマイクロポンプ、２はマイクロポンプ１の第１構造材、２ａは第１構造材２に形成された凹部（本発明の第１凹部）、３はマイクロポンプ１の第２構造材、３ａは第２構造材３に形成された凹部（本発明の第２凹部）である。４は凹部２ａ，３ａ内に収容され化学反応を起こすことによってガスを発生させる反応剤、５は反応剤４に熱や圧力を加えて反応を開始したり中断、停止させる反応開始手段である。反応開始手段５は、反応温度にもよるが、発熱体で加熱するのが制御が容易でマイクロマシンに最も好適である。このほか、圧力を加えることで反応を開始させるもの等でもよい。６は凹部２ａ，３ａが形成する反応チャンバ、７は反応チャンバ６から反応した高圧のガスを他のチップに導くためのチャネル、８はチャネル７の端部に設けられ他のチップと接続するための連通孔（本発明の吐出口）である。
【００７８】
第１構造材２は反応剤４を反応チャンバ６内に収容するシート状、薄板状の上ケーシングであり、同様に第２構造材３は反応チャンバ６内に収容するシート状、薄板状の下ケーシングである。第１構造材２，第２構造材３は金属，セラミック，ガラス，樹脂等から構成され、厚さは数十μｍ〜数ｍｍである。反応チャンバ６を構成する凹部２ａ，３ａやチャネル７、連通孔８等の各細部を加工する方法としては、エッチング、機械加工、レーザ加工、プラズマ加工、印刷あるいは光造形等が適当である。
【００７９】
化学反応してガスを発生する反応剤４には様々の材料があるが、アジ化ナトリウム、テトラゾール類、重曹等が望ましい。アジ化ナトリウムとテトラゾール類は、１５０℃以上を加えたとき反応し、Ｎ2ガスを発生し、重曹は１００℃以上を加えたとき反応して、Ｎ2、ＣＯ2ガスを発生する。このようにＮ2、ＣＯ2ガス等の不活性ガスを発生させるため、人体や環境に影響を与えることもなく、試料Ｍにも影響せず、マイクロポンプ１として安全性の高いものとなる。また、反応剤４として、テトラゾール類、重曹等の非汚染薬剤を用いることにより、廃棄時等においても安全性が高いマイクロポンプ１を実現できる。
【００８０】
続いて、図２（ａ）〜（ｄ）に基づきマイクロポンプ１の他の構成について説明する。図２（ａ），（ｂ）は、反応剤が固体もしくはマイクロカプセル等で固体化された液体を装着するのに適した構成であり、図２（ｃ），（ｄ）は反応剤が液体の場合に適した様々の構成である。なお、液体をマイクロカプセルで固体化して扱う反応剤の詳細な説明は実施の形態５で説明する。
【００８１】
図２（ａ）において、９，１０は第１構造材２，第２構造材３の間に介在される第１中間構造材，第２中間構造材、９ａは反応剤４を充填する開口である。上述の図１のマイクロポンプ１は、第１構造材２，第２構造材３にそれぞれ凹部２ａ，３ａ、さらに第２構造材３にはチャネル７、連通孔８が加工された複雑なものであるが、図２（ａ）のものはこれらの加工を容易にするために、第１中間構造材９に反応チャンバ６の一部を開口で構成し、これと積層する第２中間構造材１０に残りの反応チャンバ６の一部とチャネル７，連通孔８を開口で形成したものである。このとき第１構造材２は単純な平板、第２構造材３は連通孔８が形成されるだけの平板となる。そして、これらを積層したときは複雑な構造のマイクロポンプ１が簡単な２次元加工だけで実現できる。
【００８２】
図２（ｂ）において、２ｂは第１構造材２の第１中間構造材９側に設けられた凹部である。この凹部２ｂの中に反応開始手段５収容される。この場合、上述の第２中間構造材１０は設けられず、第２構造材３にチャネル７等が形成される。そして第１中間構造材９の開口９ａには反応剤４が充填される。このとき反応開始手段５は第１構造材２の外部から積層されるのではなく、凹部２ｂの中に収容されるため、マイクロポンプ１はコンパクトになり、反応開始手段５が反応剤４に接触するため反応剤４の反応効率が向上し、反応開始手段５に対する反応剤４の応答が速くなる。
【００８３】
また、図２（ｃ）に示す１１は液封のためのシート材である。この場合、反応剤４は液体であり、第１構造材２が上向きにされて反応剤４が充填された後、シート材１１によって封止される。このシート材１１の材質は、樹脂、ゴム、エラストマー樹脂、弾性体等で厚さ数μｍ〜数ｍｍのものあり、内部の液体の蒸発を防ぎ、弾力で積層したときの隙間からガスや漏れを防止する。従って、反応開始手段５によって反応を開始させるときには、連通孔８に発生したガスが透過できるように開口を穿ける（後述する）か、シート材１１を液体は遮断しガスのみ透過可能なシートにする必要がある。一旦シート材１１で封止するとこのマイクロポンプ１は図１のマイクロポンプ１と同様に漏れや蒸発を気にせず反転自在に扱える。
【００８４】
最後に、図２（ｄ）において、４ａ，４ｂはそれぞれ液体の反応剤であり、反応剤４ａ，４ｂを混合すると反応してガスを発生するものである。５ａはバルブ等の反応開始手段である。この反応開始手段５ａには反応を促進するためのヒータが設けられてもよい。なお、液体を反応剤４とするときに、マイクロカプセルに詰めて個体と同様に扱えるようにすることもできる。この点については実施の形態５で詳述する。
【００８５】
このように実施の形態１のマイクロポンプ１は、構造材と反応剤４と反応開始手段５を積層することにより、反応剤４と反応開始手段５の位置を正確に対応させることができ、これによって微小領域で直接的に制御可能になり、反応速度が高速化され、応答性のよいマイクロポンプ１を実現できる。また、図１，図２（ａ）〜（ｄ）に示すように複数のシート状もしくは薄板状の構造材を積層する構造のため、高精度で微細加工することができる。とくに図２（ａ）に代表されるように２次元加工だけで製造することもでき、この場合さらに加工が容易となる。さらに薄板状の構造材を積層した構成であるため、マイクロポンプ１はチップ構造となり、他のチップと組み合わされて、多様な用途のための試料処理チップを構成することが可能になる。
【００８６】
（実施の形態２）
次に、流路制御チップ、反応検出チップ等の他のチップモジュールと組み合わせるのに好適な他のマイクロポンプについて説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態２のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解斜視図、図３（ｂ）は（ａ）の試料処理チップを構成する流路制御チップの拡大一部破砕図、図４（ａ）は本発明の実施の形態２のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解断面図、図４（ｂ）は本発明の実施の形態２のマイクロポンプと反応検出部を組み合わせた試料処理チップの分解断面図である。図３（ａ），（ｂ）において、１ａは反応開始手段５を除いたマイクロポンプ本体を構成するポンプチップ（本発明のポンプ構造材）、１２はポンプチップ１ａを積層するとき間に介在させるシール材、１２ａは連通孔８と接続される開口、１３はマイクロポンプ１から送られた反応ガスによって試料Ｍを吐出するとき流れの制御を行うための流路制御チップ、１４は流路制御チップ１３が積層される反応検出チップ（本発明の処理チップ）である。
【００８７】
なお、流路制御チップ１３と反応検出チップ１４は１枚のチップとすることもできる。図４（ａ）に示す１３ａは、この流路制御チップ１３と反応検出チップ１４とを一体化した反応制御チップである。この反応制御チップ１３ａはコンパクトであり、流路制御チップ１３と反応検出チップ１４を同時に処分可能な場合等に有用である。
【００８８】
このほか、ポンプチップ１ａと流路制御チップ１３とで流路制御ユニットとしての１チップを構成し、これを反応検出チップ１４上で積層して、全体として積層２チップの試料処理チップとすることもできる。なお、この流路制御ユニットが１チップとされた場合、後述する流路制御ユニットチップ１ｂとなる。さらに、ポンプチップ１ａと反応制御チップ１３ａ、あるいは流路制御ユニットチップ１ｂと反応検出チップ１４を１チップにした完全な１チップの試料処理チップとすることもできる（図４（ｂ）参照）。但し、反応開始手段５はこのチップとは別体とするのがよい。
【００８９】
１５は、流路制御チップ１３に設けられ、振動を加えたときの弁体の慣性、及びＶ字状の内壁面からの反力、さらに供給される流体の圧力とにより開閉されるマイクロバルブである。１６はこのマイクロバルブ１５の弁体、１７はバルブチャンバ、１７ａは弁体１６と係合して流れを遮断したり通過させるＶ字状の弁座、１８はマイクロバルブ１５に接続されたチャネルである。１９は開口１２ａと連通孔８に接続され試料Ｍを充填するリザーバ、２０はマイクロバルブ１の弁体１６に対して流れと直交する方向から加振するための圧電素子である。なお、本実施の形態においてはマイクロバルブ１５を説明するが、これは本発明の好ましいいくつかの実施の形態を示しているにすぎず、これに限られないのは当然であり、ダイヤフラムバルブやその他の微小構造が可能な流路制御方法を用いることも可能である。
【００９０】
チャネル１８の幅は数μｍ〜数百μｍであり、バルブチャンバ１７の幅はこれより大きいが概ねこれと同じオーダであり、弁体長はチャネル幅の２〜１０倍程度である。リザーバ１９側からの圧力（背圧）があると、弁体１６は弁座１７ａとクサビ効果によりガタつかず嵌合することができる。すなわち、傾斜面に対して背圧の方向から力を加えることで、テコの原理により増力されるためである。
【００９１】
圧電素子２０は、波形制御部（図示しない）によって電源から供給される電流や電圧の周波数や振幅が変化されると、膨張と伸縮のパターンが変化する。そこで、圧電素子２０の振動する周波数や振幅等を調整すれば、弁体１６が振動する最大移動範囲を変更でき、これによってマイクロバルブ１５の開度を調節でき、流れ制御が可能になる。
【００９２】
このように実施の形態２のマイクロバルブ１５が設けられた流路制御チップ１３は、試料Ｍの検出や反応を行う反応検出チップ１４上に積層でき、様々な反応検出チップ１４と組み合わすことにより、全体で多様な用途をもつ試料処理チップを構成することが可能になる。図４（ａ）に示すように反応制御チップ１３ａとする場合には、１個のチップで流路制御と反応検出制御のすべてを行え、コンパクトな構成とすることができる。そして、反応開始手段５はポンプチップ１ａから着脱できるので繰返し半永久的に再利用できる。ポンプチップ１ａは後述するように内部に反応剤４を複数個の小反応剤に分割して内蔵することができ、この場合には複数回使用できる。これに対し、ポンプチップ１ａが着脱自在の反応制御チップ１３ａとシール材１２は使用後に廃棄される。
【００９３】
ところで、図４（ｂ）において、１ｂは流路制御チップ１３とポンプチップ１ａを一体化させた流路制御ユニットチップ、１２ｂは外部から試料Ｍをリザーバ１９に充填した後封止するシール材である。なお、図４（ｂ）のものは、流路制御ユニットチップ１ｂが反応検出チップ１４と１チップ化された完全な１チップの試料処理チップとなっている。この流路制御ユニットチップ１ｂを使用した場合、反応開始手段５は繰返し再利用するが、流路制御ユニットチップ１ｂは使用ごとに廃棄される。
【００９４】
以上説明した実施の形態２の試料処理チップは、１つの試料処理チップに１個のマイクロポンプ１と１個の反応検出流路を形成したものである。これに対し、１つの試料処理チップに複数の独立したマイクロポンプを設けるとともに、複数の独立した反応検出流路を形成するものあるが、これは実施の形態８で詳細に説明する。
【００９５】
（実施の形態３）
以上説明したマイクロポンプはいずれも駆動源としての反応開始手段と反応剤とを備え、試料を発生したガスで加圧するものであった。しかし、実施の形態３のマイクロポンプはこうした駆動源が特殊なものを説明する。図５（ａ）は本発明の実施の形態３のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解断面図、図５（ｂ）は本発明の実施の形態３のマイクロポンプと回路基板を組み合わせた試料処理チップの分解断面図である。
【００９６】
図５（ａ）に示すものは吸引型のマイクロポンプであり、１ｃはガスを吸引する吸引マイクロポンプである。４ｃはガス吸収材、５ｂはガス吸収を開始させる吸収開始手段、７ａは負圧とされてリザーバ１９から試料Ｍを吸引するためのチャネル、８ａは連通孔である。ガス吸収材４ｃでチャネル１８，７ａ、連通孔８ａ内のガスを吸引して内部を負圧とし、試料Ｍを反応検出部に引き込み、処理するものである。ガス吸収材４ｃは、脱酸素剤による酸素吸引する方式や、予め水素吸蔵材より発生させておいた水素を、水素吸蔵材で吸収する方式等で構成される。
【００９７】
次に、反応開始手段５がポンプチップ１ａに取り付けられるのではなく、他のチップに設けられるものを図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）において、２３は回路基板、２３ａは回路基板に実装されたＩＣチップである。４ｄは反応剤、は回路基板２３に形成された発熱体からなる反応開始手段である。回路基板２３に発熱体を設けることは容易である上に、回路基板２３を着脱すれば発熱体を繰返し再利用できる。回路基板２３に発熱体を設けるため、回路基板２３とマイクロポンプ１を組み合わすことで、マイクロポンプ１の構成を基板側に移して簡略化でき、安価に試料処理チップを構成できる。また、温度センサや制御回路を回路基板２３に搭載できるので、反応開始手段５ｂ*の制御機能が容易に実現でき、マイクロポンプ１の制御だけでなく、流路制御チップ１３のマイクロバルブ制御、反応検出チップ１４の反応制御、検出を同時に行うことができる。従って、図５（ｂ）に示す試料処理チップの小型化、高機能化、低コスト化を実現できる。
【００９８】
さらに、回路基板２３ではなく、測定装置に反応開始手段５を設け、この測定装置に試料処理チップを装着することでも同様の作用効果が期待できる。図６（ａ）は反応開始手段を具備しない試料処理チップで測定する第１の測定装置の概念説明図、図６（ｂ）は反応開始手段を具備しない試料処理チップで測定する第２の測定装置の概念説明図である。
【００９９】
図６（ａ）において、２４は試料注入後の試料処理チップを装着して測定する測定装置、２４ａは試料処理チップの挿入口が形成されたチップセット部、２４ｂは表示部、２４ｃは操作部である。チップセット部２４ａ，２５ａの内部の側部筐体に反応開始手段５が設けられている。この測定装置２４の場合、試料処理チップを挿入すると、反応剤４が反応開始手段５の位置にセットされ、操作部２４ｃを操作することで反応が開始される。
【０１００】
同様に図６（ｂ）においては、２５は試料処理チップを装着して測定する測定装置、２５ａは試料処理チップを装着するチップセット部、２５ｂは試料処理チップのカバー部、２５ｃは表示部、２５ｄは操作部である。チップセット部２４ａ，２５ａの側部筐体に反応開始手段５が設けられている。この測定装置２５のチップセット部２５ａに試料処理チップを装填し、カバー部２５ｂをセットすると反応剤４が反応開始手段５の位置にセットされ、操作部２５ｄを操作することで反応が開始される。
【０１０１】
この測定装置２４，２５のチップセット部２４ａ，２５ａに反応開始手段５を設ける場合は、反応開始手段５を繰返し再利用でき、様々な形態の試料処理チップを装着することで多目的の反応を検出できる測定装置とすることができる。
【０１０２】
（実施の形態４）
続いて、駆動源を複数回使用できるマイクロポンプについて説明する。このために実施の形態４は複数個の小反応剤と小反応開始手段を設けている。図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応剤と反応チャンバの説明図、図７（ｄ）は本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応剤と反応開始手段の説明図、図７（ｅ）は本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応開始手段の説明図である。
【０１０３】
図７（ａ）〜（ｄ）において、４ｅは小反応剤、５ａは小反応開始手段、２６は小反応チャンバである。このうち、図７（ａ）は直列に複数の小反応チャンバ２６を並べ、各小反応チャンバ２６に小反応剤４ｅを収容した場合である。この場合、リザーバ１９に接続される連通孔８に近い小反応チャンバ２６から順に使用される。図７（ａ）では、１回目が２個の小反応剤４ｅを使用し、２回目には３個の小反応剤４ｅを使用している。このように直列に小反応チャンバ２６を並べた場合は、使い終わりのとき反応剤のロスが少なくなる。
【０１０４】
図７（ｂ）は１回の反応で使用するｍ個の小反応剤４ｅを収容するｍ個の小反応チャンバ２６を直列に並べた直鎖が、ｎ回分に相当するｎ本並列に連通孔８に接続された場合である。この場合、１回の反応で使用されるｍ個の小反応剤４ｅがまったく同一の状態に並んでいるので、各反応での差が少なく、反応が安定化する。次に、図７（ｃ）は１本のチャネル７から各小反応チャンバ２６がそれぞれ別々に分岐された場合であり、（ａ），（ｂ）と異なって反応済みの小反応チャンバ２６を反応ガスが通過することがないため、反応が安定する。また、図７（ａ）と同様に複数回利用でき、反応剤のロスが少ないのは明らかである。
【０１０５】
続いて、図７（ｄ）は１つの大きな反応チャンバ６の中に複数の小反応剤４ｅと小反応開始手段５ａとが分散配置された場合である。使い終わり時に小反応剤４ｅが未使用で残ることがない。また、反応剤４の実装効率が高くなる。最後に、図７（ｅ）は反応剤４が１個で、小反応開始手段５ａが複数個に分割されている場合である。反応剤４のガス発生量は配置場所によらず、圧力のばらつきが少ないが、（ａ）の場合と同様に連通孔８に近い方から使用する必要がある。また、連通孔８からの距離に応じて発生ガス量を変化させるために、離れたところの反応のためには使用する反応開始手段５ａの量もしくは数を増して反応領域を変化させる必要がある。
【０１０６】
このように、実施の形態４の小反応剤４ｅと小反応開始手段５ａとを複数個備えたマイクロポンプ１は、反応剤４のサイズを小型化するため反応速度が高速になり、応答性を高めることができる。すなわち、小反応開始手段５ａを作用させると、小反応剤４ｅが一挙に反応し、発生ガスによる圧力がシャープな立ち上がりを示して一挙に目標圧力に到達することができる。小反応剤４ｅが複数個設けられているからポンプチップ１ａを１回ごとに使い捨てせずに複数回使用できる。そして、圧力制御も小反応剤４ｅの個数と配置に基づいて行えばよく、制御が容易になる。
【０１０７】
ところで、圧力制御を行うときに小反応剤４ｅの配置関係がこれに影響する理由は、連通孔８までのチャネル７の容積、あるいは使用済みの小反応チャンバ２６の容積のために、同じ発生ガスでも圧力低下を招くからである。この圧力のばらつきを低減する小反応剤４ｅとチャネル７の構成が、図８（ａ），（ｂ）に示すものである。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は発生ガスの圧力のばらつきを低減するための反応剤とチャネルの構成の説明図である。
【０１０８】
図８（ａ）は、反応チャンバの使用回数が進むにつれて空の反応チャンバの容積が増加するので、この容積増加に応じて反応が後になるものほど小反応剤４ｅの量を増加するものである。また、図８（ｂ）は図７（ｂ）のｍ個の小反応剤４ｅを収容するｍ個の小反応チャンバ２６を直列に並べた直鎖がｎ本並列に連通孔８に接続される場合であるが、このチャネル容積のばらつきを減らすためにｎ本のチャネル７の長さを等距離にするものである。
【０１０９】
図８（ｃ）は小反応剤４ｅの量を単位量の所定倍、たとえば１単位、２単位、４単位、８単位として、これを組合すことで１単位〜１５単位まで自在に反応させるものであり、高精度な圧力制御が可能なままで実装効率を向上させるものであり、１５の単位量の小反応剤を設けるのではなく、４つの小反応剤４ｅを設けるだけであるからマイクロポンプへの実装効率が向上する。
【０１１０】
（実施の形態５）
次に、液体の反応剤をマイクロカプセルで固体と同様に扱えるようにした実施の形態５のマイクロポンプについて説明する。図９（ａ）は液体を内包したマイクロカプセルを液中に分散した場合の説明図、図９（ｂ）は液体を内包したマイクロカプセルを液体とともに二重にマイクロカプセル内に内包した場合の説明図、図９（ｃ）は液体を内包した２種類のマイクロカプセルを混合した場合の説明図、図９（ｄ）は使用時にマイクロポンプのシール材を破砕して連通させる場合の説明図である。
【０１１１】
液体の反応剤をマイクロカプセル化するための方法には、ｉｎ−ｓｉｔｕ重合法等の化学的方法や、コアセルベーション法等の物理化学的方法、スプレードライ法等の機械的方法がある。いずれの方法を採用してもよいが、数百ｎｍ〜数百μｍ程度の径に形成できる方法を採用するのがよい。マイクロカプセルはバインダとともに反応チャンバに印刷するか、反応チャンバ内にバインダと流体を分注することにより、マイクロポンプの反応剤を製造する。なお、印刷や分注後にバインダや流体は揮発させる。このマイクロカプセルを実際に使用して反応させるときには、加熱したり、加圧することによってカプセルを破壊する。この加熱と加圧をマイクロカプセル内の液体の発生ガスの圧力によって内側から破壊したり、反応熱でカプセルを溶融することもできる。
【０１１２】
ところで、１種類の液体を過熱や加圧で反応開始させるのではなく、２種類の液体を反応させて発生ガスを生じさせる場合もある。図９（ａ）に示すマイクロカプセルは、Ａ液をマイクロカプセル化し、Ｂ液は液状のまま反応チャンバ６内に充填するものである。この場合Ｂ液の蒸発を防ぐためマイクロポンプ１の連通孔８を封止するシール材１２が必要である。しかし、マイクロポンプ１の使用時には、シール材１２が開放されなければ加圧できないので、図９（ｄ）に示すように流路制御チップのリザーバ１９の周囲に破砕突起２７（本発明のシール材破砕手段）を設けて連通孔８を覆ったシール材１２を破砕して連通させるのが好適である。なお、この方式はマイクロカプセルの利用の有無にかかわらず、液体を反応チャンバに充填する場合には有効である。
【０１１３】
図９（ｂ）のマイクロカプセル（本発明の第１マイクロカプセル）は、Ｂ液を内包したマイクロカプセル（本発明の第２マイクロカプセル）をＡ液とともに内包したものであり、図９（ｃ）のマイクロカプセルはＡ液のマイクロカプセル（本発明の第１マイクロカプセル）とＢ液のマイクロカプセル（本発明の第２マイクロカプセル）を混合したものである。このほか、マイクロカプセル化した液体を固体反応剤中に分散させるのでもよい。図示はしないが、例えばＡ液をマイクロカプセル化し、固体反応剤Ｂを粉体で構成し、バインダで反応チャンバ内に固定するのでも、Ａ液のマイクロカプセルを固体反応剤Ｂ内に分散させるのでもよい。
【０１１４】
このように実施の形態５のマイクロポンプは、液体の反応剤をマイクロカプセルで固体と同様に扱うことができる。
【０１１５】
（実施の形態６）
次に、駆動源を構成する反応開始手段について説明する。いずれも加熱によって反応を開始させるものである。図１０（ａ）は抵抗体と電極で構成した電気加熱による反応開始手段の説明図、図１０（ｂ）は反応剤中の導電粒子と電極で構成したジュール熱による反応開始手段の説明図、図１０（ｃ）は発熱体と反応剤の間に高熱伝導部を配置した反応開始手段の説明図、図１０（ｄ）は発熱体と反応剤を直接接触させた反応開始手段の説明図である。
【０１１６】
図１０（ａ）〜（ｄ）において、５ｃは伝熱構造材、５ｄは電極、５ｅは抵抗体、５ｆは発熱体、２８は導電粒子、２９は高熱伝導部である。
【０１１７】
図１０（ａ）に示す反応開始手段５は、電極５ｄに通電することによって抵抗体５ｅが発熱し、この熱を伝熱構造材５ｃに伝えて反応剤４を加熱するものである。図１０（ｂ）の反応開始手段５は、反応剤４の中に導電粒子２８である金属粒子を混入し、電極５ｄから通電するものである。この通電によって反応剤４はジュール熱で発熱し、反応を開始する。電極５ｄは、伝熱構造材５ｃの表面に形成する平面電極、あるいは伝熱構造材５ｃを貫通させた棒電極等の種類があるが、いずれも反応剤４にと接触される。なお、反応剤４が導電性の材料であるときは導電粒子２８を使用しなくてもよい。
【０１１８】
図１０（ｃ）は、反応開始手段５に発熱体５ｆが形成されるとともに、ポンプチップ１ａの反応剤４を取り付けた位置に高熱伝導部２９が設けられたものである。発熱体５ｄで発生した熱は高熱伝導部２９を伝わって反応剤４の反応を開始させる。高熱伝導部２９は金属ピンを埋め込み、金属ピンの先端が反応剤４に食い込むように尖らせるとより熱伝達の効率が良くなる。このほか、高熱伝導部２９を、開口に金属等の高熱伝導材料をバインダとともに埋め込むのでもよい。回路基板２３（図５（ｂ）参照）のような基板に高熱伝導部２９を形成するときにはメッキで埋め込むこともできる。
【０１１９】
図１０（ｄ）の場合は、反応剤４をポンプチップ１ａの第１構造材２に発熱剤４を埋め込んだものである。従って第１構造材２の表面に反応剤４が露出されており、この露出部分に反応開始手段５の発熱体５ｆを直接接触させるものである。但し、反応剤４から発熱体５ｆを保護するために、発熱体５ｆ上にテフロン（登録商標）等の樹脂皮膜やメッキを施すのがよい。なお、図１０（ｂ）の棒電極と同様の配置とし、棒電極の先端間に突起を設けて発熱体５ｆとし、これを反応剤４内に埋め込むことによっても、反応剤４を直接加熱することができる。
【０１２０】
（実施の形態７）
ところで、マイクロポンプの駆動源の要素として複数の反応剤を設けた場合、使用した反応剤の反応熱もしくは反応開始手段の発熱が、未使用の反応剤へ影響して連鎖的に未使用の反応剤が反応したり、熱劣化等を起こしたり、反応検出チップなどの他のチップに影響する可能性があるが、その熱対策を行う構成について説明する。図１１（ａ）は反応チャンバ間を断熱する説明図、図１１（ｂ）は反応チャンバ間を冷却する説明図である。
【０１２１】
図１１（ａ），（ｂ）において、３０はスリット等で内部に気層や液層を形成する断熱部、３１はスリット等で内部に流体を循環させて冷却する放熱部である。
【０１２２】
図１１（ａ）に示す断熱部３０は、複数の反応剤４を収容した各反応チャンバ２６間に発熱部分からの熱を他の反応チャンバ２６へ伝えるのを遮断する。これにより、使用している反応剤４の反応熱もしくは反応開始手段５の発熱が未使用の反応剤へ影響するのを断つことができる。また反応チャンバ２６と連通孔８の間に断熱部３０を設けることで、同様の効果により、発熱が連通孔８以降に影響するのを断つことができる。
【０１２３】
図１１（ｂ）の放熱部３１は、複数の反応剤４を収容した各反応チャンバ２６間または反応チャンバ２６と連通孔８の間に置かれ、冷却媒体となる流体がこの中を循環流路（図示しない）によって循環される。このとき放熱部３１は熱交換を行う冷却器として作用する。放熱効果を促進するため基板にフィン加工してヒートシンク等を設けるのも好適である。この放熱部３１が設けられることにより、連通孔８と反応チャンバ２６間の温度が安定するため、温度変化によって起こる容積変化を低減できるし、反応ガスの温度が低下し安全性が増す。また、反応検出部が反応ガスの熱で加熱されることも防止できる。また反応チャンバ２６間に設けられた放熱部３１により同様の効果が得られるため、反応チャンバ間で連鎖的に未使用の反応剤が反応したり、熱劣化を起こしたりするのを防止できる。
【０１２４】
ところで、放熱部３１を冷却媒体の循環されるスリット等とするのでなく、各反応チャンバ２６間の距離、または反応チャンバ２６と連通孔８間の距離を長くして自然放熱により低下させるのでもよい。この場合、隣接する反応剤４が反応を起こさない温度、もしくは連通孔８以降に影響しない温度になるように、自然放熱でこの温度より低くなるだけの距離を与えるのでもよい。
【０１２５】
さらに各反応チャンバ２６間のチャネル７のチャネル長、または反応チャンバ２６と連通孔８の間のチャネル７のチャネル長を長くして自然放熱により低下させるのでもよい。この場合、隣接する反応剤４が反応を起こさない温度、もしくは連通孔８以降に影響しない温度になるように、自然放熱でこの温度より低くなるだけのチャンネル長を与えるのでもよい。
【０１２６】
（実施の形態８）
以上説明したマイクロポンプと反応検出流路は１個の試料処理チップにそれぞれ１個設けられているものについて説明を行ってきた。これに対して実施の形態８の試料処理チップは、１個のチップに複数の独立したマイクロポンプと、１個のチップに複数の独立した反応検出流路が形成されて積層されたものである。図１２（ａ）は本発明の実施の形態８における試料処理チップの分解斜視図、図１２（ｂ）は（ａ）の試料処理チップのマイクロポンプの反応剤の説明図である。
【０１２７】
図１２（ａ），（ｂ）において、７1，７2，７3は独立した複数のチャネル、８1，８2，８3は独立した複数のマイクロポンプの連通孔、１５1，１５2，１５3は複数の独立したマイクロバルブ機構、１９1，１９2，１９3は複数の独立したリザーバ、２６1，２６2，２６3は独立した反応チャンバである。なお反応検出のプロセスがそれぞれ異なる場合は、反応チャンバ２６1，２６2，２６3は、それぞれのプロセスに対応して最適化することにより、より高精度な試料処理チップを構成することができる。
【０１２８】
複数の独立したマイクロバルブ機構１５1，１５2，１５3はそれぞれ別の固有振動数をもった弁体を有している。従って、圧電素子２０から制御したいマイクロバルブ機構１５1，１５2，１５3の固有振動数の周波数を重畳させるか、または単独の周波数で加振することによって、複数のマイクロバルブを個別に制御することができる。図１２（ｂ）に示す反応チャンバ２６1，２６2，２６3内の反応剤４はすべて同一で同一のサイズであり、各チャネル、７1，７2，７3間で差がなく、個数で発生ガス量を変化させて圧力制御するとともに、圧電素子２０へ給電する電流や電圧の周波数や振幅を変化することにより、反応検出流路を独立に制御することができる。
【０１２９】
このように実施の形態８の試料処理チップにすることによって、１つのチップでありながら、複数の独立した反応検出流路を単独または同時に制御することで用途ごとに何枚もチップを用意することなく、測定することができる。圧力制御も図１２（ｂ）のように構成するときわめて容易であり、汎用化できる。
【０１３０】
【発明の効果】
本発明のマイクロポンプによれば、反応開始手段と反応剤が積層化され、微小構造であるためガスの発生反応が高速に行え、応答性に優れ、搬送力が大きく、高精度の微細加工が容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【０１３１】
ポンプ構造材が第１構造材と第２構造材を積層したものであるから、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【０１３２】
第１中間構造材には反応剤を装着する開口が形成され、第２中間構造材には反応チャンバとチャネルの開口が形成されたから、２次元加工で高精度の微細加工がきわめて容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【０１３３】
薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高く、反応開始手段は別体として積層するから繰返し利用できる。
【０１３４】
シート材でカバーされるため反応剤が液体でも漏洩、蒸発することがなくシール性が高い。２種類の液体を直接反応させる反応に適した構造とすることができる。マイクロカプセルに収容したため液体の反応剤を固体と同様に扱えるため反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。使用可能な反応剤の種類を大きく広げることができる。
【０１３５】
第２の液体内に第１の液体を実質分散させているので反応が早くなる。２つの液体が１カプセル内に必要な量だけペアで収容されているので反応がより安定しかつ早くなる。
【０１３６】
２つの液体による反応剤においても、反応剤を固体と同様に扱えるため反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。固体と液体による反応剤においても、反応剤を安定かつ容易にポンプへ収容可能となる。不活性ガスを発生させるため、人体や環境に影響を与えることもなく、試料にも影響せず、マイクロポンプとして安全性の高いものとなる。非汚染薬剤を用いることにより、人体や環境に影響を与えることもなく、試料を汚染せず、安全性が高いマイクロポンプを実現できる。
【０１３７】
反応剤のサイズを小型化するため反応速度が高速になり、応答性を高めることができる。小反応剤が一挙に反応し、発生ガスによる圧力がシャープな立ち上がりを示して一挙に目標圧力に到達することができる。
【０１３８】
直列に小反応剤を並べた場合は、使い終わりのとき反応ロスが少なくなる。
【０１３９】
複数個の小反応剤が直列に所定個並んだ直鎖が、並列に複数本並んでチャネルに接続された場合は、１回の反応で使用される小反応剤がまったく同一の状態に並んでいるので、各反応での差が少なく、反応が安定化する。小反応剤がそれぞれチャネルに直接接続されたため、反応済みの小反応チャンバを反応ガスが通過することがないため、反応が安定する。
【０１４０】
反応チャンバが個別分離されているので安定した反応となり、反応剤のサイズを小型化するため反応速度が高速になり、応答性を高めることができ、圧力制御が容易である。反応チャンバに複数個の小反応剤を収容するため、使い終わりのとき反応ロスが少なくなり、小チャンバで区切られないため、同一容積内での小反応剤の実装効率が向上する。複数個の小反応開始手段から構成されたから、小反応開始手段単位で反応を制御することができるため、安定した反応となる。
【０１４１】
反応によりガス化した反応剤の容積に応じて反応剤の量を順次増加させているため、使用済みの容積を考慮した反応剤量とすることにより、より判定した圧力となる。複数個の小反応剤が、所定単位量の小反応剤を元にした所定倍の小反応剤であるため、反応剤の実装効率が高くなる。
【０１４２】
反応開始手段が、ポンプ構造材に積層される他の構造材の反応剤側の面に取り付けられるため、マイクロポンプの構成を簡単化でき、コンパクトなチップとすることができ、低コスト化が図れる。
【０１４３】
マイクロポンプのチップを着脱することだけで測定が行え、チップは交換、処分しても反応開始手段は繰返し再利用できる。
【０１４４】
反応開始手段が反応剤を加熱する加熱手段であるから、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【０１４５】
回路基板に反応開始手段を設けることは容易である上に、回路基板を着脱すれば反応開始手段を繰返し再利用できる。回路基板に反応開始手段を設けるため、回路基板とマイクロポンプを組み合わすことで、マイクロポンプの構成を基板側に移して簡略化でき、安価に試料処理チップを構成できる。また、センサや制御回路を回路基板に搭載できるので、反応開始手段の制御機能が容易に実現でき、マイクロポンプの制御だけでなく、他のチップの制御、反応制御、検出を行うことができる。
【０１４６】
反応剤自身がジュール熱で発熱するから、加熱手段のために抵抗体を設ける必要がなく、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。反応剤が非導電性の性質を有する場合、導電材を反応剤に混入するため、非導電性の反応剤でもジュール熱を発熱して反応制御することができる。
【０１４７】
高熱伝導部によって反応開始手段からの発熱を高効率に反応剤に伝えることができる。反応剤が露出された部分に反応開始手段の熱を直接加えるため応答が速い。
【０１４８】
反応チャンバと吐出口の間に断熱部が設けられているから、反応チャンバの熱が吐出口を通るガスに伝わることを防ぎ、ガスの温度を安定させる。小反応チャンバの反応発熱により他の反応チャンバが連鎖的に反応することを防ぐ。断熱部がスリットのため加工が容易である。
【０１４９】
反応チャンバと吐出口の間に放熱部が設けられているから、発生ガスを冷却定温化することで、温度変化による発生ガスの容積変化を小さくでき、制御を安定化できる。反応ガスが温度的に安全化され、接続される他のチップでの化学反応に温度による影響を及ぼさない。発生ガスを冷却定温化することで、各小反応チャンバ間の温度変化による発生ガスの容積変化を小さくでき、制御を安定化できる。反応ガスが温度的に安全化され、接続される他のチップでの化学反応に温度による影響を及ぼさない。放熱部がスリットのため加工が容易である。
【０１５０】
反応チャンバと吐出口の間のチャネル長さもしくは距離が所定長さ以上に形成され、反応チャンバで発生するガスの温度が吐出口において所定の温度より低下するから、反応チャンバの熱を吐出口を通るガスに伝わることを防ぎ、ガスの温度を安定させる。
【０１５１】
小反応チャンバで発生するガスの温度が隣接位置の小反応チャンバでガスの反応開始温度より低下するため、小反応チャンバの反応発熱により他の反応チャンバが連鎖的に反応することを防ぐ。
【０１５２】
本発明のマイクロポンプユニットによれば、マイクロポンプが独立して複数設けられているため、１個のチップで複数の試料を供給し、反応させて結果を検出することができる。各マイクロポンプはそれぞれ微小構造で、複数のマイクロポンプをチップモジュール化でき、応答性に優れ、薄型化、繰返し利用でき、組み立てが容易となる。小反応剤が各マイクロポンプ間でいずれも同一構成とされているから、圧力制御が容易であり、試料処理チップの汎用化を容易に行うことができる。
【０１５３】
本発明の試料処理チップによれば、マイクロポンプと流路制御チップと処理チップを積層してコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【０１５４】
流路制御チップと処理チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易であり、流体制御チップ、試料処理チップを交換、処分しマイクロポンプは繰り返して利用可能となる。マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。マイクロポンプと流路制御チップと処理チップが１個のチップであるため、きわめてコンパクトで、薄型の試料処理チップとすることができる。
【０１５５】
マイクロポンプが独立して複数設けられたマイクロポンプユニットと、流路制御チップと処理チップを積層してコンパクト化、薄型化でき、加工が容易であり、流体制御チップ、試料処理チップを交換、処分しマイクロポンプユニットは繰り返して利用可能となる。
【０１５６】
流路制御チップと処理チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。マイクロポンプと流路制御チップが１個のチップとなるから、さらにコンパクト化、薄型化でき、加工も容易である。
【０１５７】
マイクロポンプユニットと流路制御チップと処理チップが１個のチップであるため、きわめてコンパクトで、薄型の試料処理チップとすることができる。反応剤が液体でもマイクロポンプから漏洩、蒸発することがなくシール性が高い。マイクロポンプを流路制御チップに装着するとき直ちにシール材を破砕してマイクロポンプとリザーバを連通できる。
【０１５８】
反応開始手段と積層され、反応開始手段の作動により反応チャンバ内に所定のガスを発生するマイクロポンプであるから、微小構造であるためガスの発生反応が高速に行え、応答性に優れ、搬送力が大きく、高精度の微細加工が容易に行え、薄型化できるため他のチップに積層し組み立てるのが容易であり、シール性が高い。反応開始手段が反応剤を加熱する加熱手段であるから、反応剤の反応制御が容易であり、応答も速い。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの分解説明図
（ｂ）（ａ）のマイクロポンプのＸ―Ｘ断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態１におけるマイクロポンプの他の構成の分解説明図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解斜視図
（ｂ）（ａ）の試料処理チップを構成する流路制御チップの拡大一部破砕図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解断面図
（ｂ）本発明の実施の形態２のマイクロポンプと反応検出部を組み合わせた試料処理チップの分解断面図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態３のマイクロポンプを積層した試料処理チップの分解断面図
（ｂ）本発明の実施の形態３のマイクロポンプと回路基板を組み合わせた試料処理チップの分解断面図
【図６】（ａ）反応開始手段を具備しない試料処理チップで測定する第１の測定装置の概念説明図
（ｂ）反応開始手段を具備しない試料処理チップで測定する第２の測定装置の概念説明図
【図７】（ａ）〜（ｃ）本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応剤と反応チャンバの説明図
（ｄ）本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応剤と反応開始手段の説明図
（ｅ）本発明の実施の形態４におけるマイクロポンプの反応開始手段の説明図
【図８】（ａ）〜（ｃ）発生ガスの圧力のばらつきを低減するための反応剤とチャネルの構成の説明図
【図９】（ａ）液体を内包したマイクロカプセルを液中に分散した場合の説明図
（ｂ）液体を内包したマイクロカプセルを液体とともに二重にマイクロカプセル内に内包した場合の説明図
（ｃ）液体を内包した２種類のマイクロカプセルを混合した場合の説明図
（ｄ）使用時にマイクロポンプのシール材を破砕して連通させる場合の説明図
【図１０】（ａ）抵抗体と電極で構成した電気加熱による反応開始手段の説明図
（ｂ）反応剤中の導電粒子と電極で構成したジュール熱による反応開始手段の説明図
（ｃ）発熱体と反応剤の間に高熱伝導部を配置した反応開始手段の説明図
（ｄ）発熱体と反応剤を直接接触させた反応開始手段の説明図
【図１１】（ａ）反応チャンバ間を断熱する説明図
（ｂ）反応チャンバ間を冷却する説明図
【図１２】（ａ）本発明の実施の形態８における試料処理チップの分解斜視図
（ｂ）（ａ）の試料処理チップのマイクロポンプの反応剤の説明図
【図１３】従来のマイクロポンプの構成図
【図１４】従来の電気化学セル駆動ポンプの構成図
【符号の説明】
１  マイクロポンプ
１ａ  ポンプチップ
１ｂ  流路制御ユニットチップ
１ｃ  吸引マイクロポンプ
２  第１構造材
２ａ，２ｂ，３ａ  凹部
３  第２構造材
４，４ａ，４ｂ，４ｄ  反応剤
４ｃ  ガス吸収材
４ｅ  小反応剤
５，５ａ，５ｂ*  反応開始手段
５ｂ  吸収開始手段
５ｃ  伝熱構造材
５ｄ  電極
５ｅ  抵抗体
５ｆ  発熱体
６，２６1，２６2，２６3  反応チャンバ
７，７ａ，７1，７2，７3  チャネル
８，８ａ，８1，８2，８3  連通孔
９  第１中間構造材
９ａ，１２ａ  開口
１０  第２中間構造材
１１  シート材
１２，１２ｂ  シール材
１３  流路制御チップ
１３ａ  反応制御チップ
１４  反応検出チップ
１５  マイクロバルブ
１５1，１５2，１５3  マイクロバルブ機構
１６  弁体
１７  バルブチャンバ
１７ａ  弁座
１８  チャネル
１９，１９1，１９2，１９3  リザーバ
２０  圧電素子
２３  回路基板
２３ａ  ＩＣチップ
２４，２５  測定装置
２４ａ，２５ａ  チップセット部
２４ｂ，２５ｃ  表示部
２４ｂ，２５ｄ  操作部
２６  小反応チャンバ
２７  破砕突起
２８  導電粒子
２９  高熱伝導部
３０  断熱部
３１  放熱部
【図１】
2004195584.tif 000003
【図２】
2004195584.tif 000004
【図３】
2004195584.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004195584.tif 000007
【図６】
2004195584.tif 000008
【図７】
2004195584.tif 000009
【図８】
2004195584.tif 000010
【図９】
2004195584.tif 000011
【図１０】
2004195584.tif 000012
【図１１】
2004195584.tif 000013
【図１２】
2004195584.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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