(57)【要約】【課題】本発明は、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができるマイクロミキサを提供することを目的とする。【解決手段】板状基板内に形成されるマイクロミキサであって、複数の流体を混合するミキサ部７ａが、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられている混合部７を含む。ここで、ミキサ部７ａは、複数の流体を流入する流入路２０と、前記流入路２０の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路２６と、前記複数の多段流路２６を連結し、その流路幅が、前記複数の多段流路２６各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路２６各々の流体を衝突させる連結路２８と、前記連結路２８で衝突した流体を、次のミキサ部７ａの流入路２０または混合された流体を外部に流出する流出路３０とを含む。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状基板内に形成されるマイクロミキサであって、
複数の流体を流入する流体流入手段と、
前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、
前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段と、を含み、
前記ミキサ部は、
前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、
前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、
前記複数の多段流路を連結し、その流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、
前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路と、を含むマイクロミキサ。
【請求項２】
前記ミキサ部において、前記流入路の下流端から２方向に分岐する２つの多段流路は、同一形状であり線対称に配置されている、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項３】
前記多段流路は、前記多段流路内の流体の進行方向が略９０度以上変化するように屈曲している少なくとも１の屈曲部分を含む、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項４】
前記屈曲部分の角をとるように形成される、請求項３に記載のマイクロミキサ。
【請求項５】
前記多段流路は、前記多段流路内の流体の進行方向が略９０度以上変化するように湾曲している、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項６】
前記連結路の流路幅は、前記複数の多段流路との連結部分から下流側ほど小さくなる、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項７】
前記流入路、複数の多段流路及び流出路における流路幅及び流路深さは５００μｍ以下である、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項８】
前記流体流入手段は、
第１流体を流入する第１流体流入路と、
第２流体を流入する複数の第２流体流入路と、
前記第１流体流入路と第２流体流入路とを接続し、前記第１及び第２流体とを合流させる合流部とを含み、
前記複数の第２流体流入路は、前記第１流体流入路の軸に関して線対称に配置されている、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項９】
前記流体流入手段は、
第１流体を流入する第１流体流入路と、
第２流体を流入する複数の第２流体流入路と、
前記第１流体流入路と第２流体流入路とを接続し、前記第１及び第２流体とを合流させる合流部とを含み、
前記複数の第２流体流入路は、前記第１流体流入路の軸に関して線対称に配置されており、
前記ミキサ部において、前記流入路の下流端から２方向に分岐する２つの多段流路は、同一形状であり線対称に配置されている、請求項１に記載のマイクロミキサ。
【請求項１０】
前記第２流体流入路の各々の流路抵抗は実質的に同一である、請求項９に記載のマイクロミキサ。
【請求項１１】
前記第１流体流入路と前記複数の第２流体流入路の各々との流路抵抗は実質的に同一である、請求項１０に記載のマイクロミキサ。
【請求項１２】
前記第２流体流入路の各々の流路幅、流路長及び流路の深さは実質的に同一である、請求項９に記載のマイクロミキサ。
【請求項１３】
前記第１流体流入路と前記複数の第２流体流入路の各々との流路幅、流路長及び流路の深さは実質的に同一である、請求項１２に記載のマイクロミキサ。
【請求項１４】
板状基板内に形成される試料分析キットであって、
複数の流体を流入する流体流入手段と、
前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、
前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段と、
前記流体流出手段に接続されており、前記流体流出手段から流出される流体を通過させる光導波路と、
前記光導波路に接続され、前記光導波路に光を導入するための光導入口と、
前記光導波路に接続され、前記光導波路内を通過後の光を取り出すための光導出口と、を含み、
前記ミキサ部は、
前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、
前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、
前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、
前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路と、を含む試料分析キット。
【請求項１５】
前記光導波路の内壁は、光反射率が高い物質によりコーティングされている、請求項１４に記載の試料分析キット。
【請求項１６】
板状基板内に形成される試料分析キットであって、
複数の流体を流入する流体流入手段と、
前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、
前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段と、
前記流体流出手段に接続されており、前記流体流出手段から流出される流体を通過させる光導波路と、
前記光導波路に接続され、前記光導波路に光を導入するための光導入口と、
前記光導波路に接続され、前記光導波路内を通過後の光を取り出すための光導出口と、
前記光導入口に接続され、前記光導入口を介して前記光導波路に光を入射する入射用光ファイバと、
前記光導出口に接続され、前記光導出口から前記光導波路内を通過後の光を出射する出射用光ファイバと、
前記光導波路の内部に設けられ、前記光導波路内を通過する光を集光するためのレンズと、を含み、
前記ミキサ部は、
前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、
前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、
前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、
前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路と、を含む試料分析キット。
【請求項１７】
前記請求項１６に記載の試料分析キットを、第１基板と第２基板と貼り合わせることにより製造する試料分析キットの製造方法であって、
前記第１基板上に積層されたレジストを選択的に露光し、除去することにより、前記混合手段、光導波路及びレンズを形成する第１ステップと、
前記第２基板上に積層されたレジストを選択的に露光し、除去することにより、前記流体流入手段、流体流出手段、光導入口及び光導出口を形成する第２ステップと、
前記第１ステップにより形成された第１基板と前記第２ステップにより形成された第２基板とを密着する貼り合わせステップと、を含み、
前記貼り合わせステップでは、前記入射用光ファイバが光導入口に接続され、前記検出用光ファイバが光導出口に接続されるように前記第１基板と第２基板とを位置合わせする、試料分析キットの製造方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２ステップは、機械的加工により作成した金型あるいはフォトリソグラフィで積層されたレジストを選択的に露光し除去することにより作成したシリコン基板型や有機物材料型を用いたインプリント法により、または射出成型法により行われる、請求項１７に記載の試料分析キットの製造方法。
【請求項１９】
板状基板内に形成されるミキサ部であって、
複数の流体を流入する流入路と、
前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、
前記複数の多段流路は、前記主面方向に変化しており、
前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、
前記連結路で衝突した流体を、下流側に流出する流出路と、を含むミキサ部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微少量の流体（気体、液体、微粒子、ゲル状物質などを含む）を混合するマイクロミキサ、試料分析キット及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなど、従来は試験管やビーカーや攪拌棒などの器具を用いて行ってきた実験をチップ上で行うＬａｂ  ｏｎ  Ｃｈｉｐと呼ばれる技術が近年注目されている。このチップには数ｎｍから数ｍｍの流路が設けられ、微少量の流体（気体、液体、微粒子、ゲル状物質などを含む）を取り扱うことができる。このようなチップは一般にマイクロチップと呼ばれる。また、マイクロチップ内に設けられ、複数の流体を混合するミキサは、マイクロミキサと呼ばれる。
【０００３】
複数の流体を混合するマイクロミキサとして、複数の流体を流入する入口部材、複数の流体を混合する中央部材及び混合された流体を流出させる出口部材の３部材からなるミキサが開示されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のマイクロミキサは、中央部材に設けられた凹部に複数の流体を流入し、その凹部の底面に複数の流体を衝突させることで攪拌する。そして、凹部の底面での衝突により流体の方向を変化させ、中央部材から出口部材につながる複数の流路に流体を流入する。さらに、その複数の流路は欠部で合流して出口部材に接続されているため、欠部において複数の流体の衝突・攪拌が行われる。
【０００４】
また、第１流体を流入する第１流路から分岐する第１分岐路と第２流体を流入する第２流路から分岐する第２分岐路とを隣り合うように層状に複数設けるマイクロミキサが開示されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載のマイクロミキサでは、その層状に設けられた第１分岐路及び第２分岐路に複数の流体を交互に導入し、第１分岐路及び第２分岐路が接続される混合流路において複数の流体を混合する。このとき、複数の流体は、混合流路において、隣り合うように層状に合流するため、隣り合う流体の間で効率よく拡散混合する。
【０００５】
また、上部と下部とを貼り合わせる構造であり、その内部に流体を混合する混合区域がもうけられたマイクロミキサが開示されている（特許文献３参照）。特許文献３に記載のマイクロミキサにおいては、２つの入口通路（所謂、Ｙ字Ｉｎｌｅｔ）から、複数の流体を混合区域に流入し、複数の流体を混合する。この混合区域は、相互に数回交差する波形形状を呈している。そのため、狭い空間で混合区域が比較的短くても混合できる。また、混合区域により混合された流体は、入口通路と同一平面に開口を有する出口通路から流出される。よって、流体の混合を達成しつつ、比較的簡単に製造することができ、製造コストを減少することができる。
【０００６】
しかし、特許文献３に記載の構成を有するマイクロミキサでは、複数の流体を混合できないとの報告が非特許文献１においてされている。
さらに、波形形状ではなく、くの字型の流路を連結し、複数の流体の混合を行っているマイクロミキサが開示されている（非特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１８２５７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００３−１０７７号公報
【０００９】
【特許文献３】
特表２００１−５２０１１２号公報
【００１０】
【非特許文献１】
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  μＴＡＳ  ２００１  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  ３１−３３
【００１１】
【非特許文献２】
ＰＨＹＳＩＣＳ  ＴＯＤＡＹ  ＪＵＮＥ  ２００１  ４７
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載のマイクロミキサは、３次元方向に拡がりを有する構造である。その３次元方向に拡がりを有する中央部材内に設けられた凹部において、複数の流体を衝突・攪拌する。そのため、流路壁の高さや流路幅に自由度があり、流体に乱流を発生させ、流体の混合を行う構造を容易に設計することができる。しかし、流路壁の高さや流路幅がμｍ程度のマイクロミキサにおいては、流路の設計に自由度が少なく、レイノルズ数が２００以下の層流が支配的となる。そのため、流路内の流体に乱流を発生させ、混合を行うことは極めて困難である。
【００１３】
また、特許文献２に記載のマイクロミキサでは、第２流体を流入する第２流路は、第１流体を流入する第１流路、第１分岐路及び第２分岐路とは異なる平面に配置される。よって、第２流路を、異なる平面に配置される第２分岐路に接続するための接続路を設ける必要がある。そのため、製造工程が複雑化し、コスト上昇を招く。また、特許文献２に記載のマイクロミキサを射出成型法やインプリント法などで形成する場合には、第１流路、第１分岐路及び第２分岐路を形成された基板と、第２流路及び接続路が形成された基板との位置合わせの精度が要求される。よって、製造工程がさらに複雑化し、コスト上昇を招く。
【００１４】
さらに、特許文献３に記載のマイクロミキサの混合区域における流体は層流であり、前記非特許文献１に記載の通り複数の流体を混合することは困難である。よって、特許文献３に記載のマイクロミキサにおいて複数の流体を混合するには、波形形状の混合区域をさらに長くする必要がある。しかし、流路壁の高さや流路幅がμｍ程度のマイクロミキサにおいては、流路の設計に自由度が少なく、混合区域を長くすることができない。よって、複数の流体の混合を行うことが困難である。つまり、特許文献３のマイクロミキサにおいて、複数の流体の混合を達成するために混合区域を長くした場合、マイクロミキサが大きくなり、微少領域での混合を達成することが困難である。
【００１５】
また、前記非特許文献２においても、複数の流体の混合が行われていない。
そこで、本発明は、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができるマイクロミキサを提供することを目的とする。
また、本発明は、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができる試料分析キットを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができるマイクロミキサの製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本願第１発明は、板状基板内に形成されるマイクロミキサであって、複数の流体を流入する流体流入手段と、前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段とを含むマイクロミキサを提供する。ここで、前記ミキサ部は、前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、前記複数の多段流路を連結し、その流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路とを含む。
【００１７】
上記に記載のように、マイクロミキサ内の連続したミキサ部が、板状基板内に主に２次元方向に広がりを有するように設けられている。また、ミキサ部内の流路は、複数に分割され、また流路内での流体の進行方向を変化させ、さらに分割された流路を連結するように構成されている。以上のようなマイクロミキサでは、主に２次元方向に広がりを有するミキサ部において、その内部で流れ方向が変化された複数の流体を合流させることで、衝突、拡散及び混合する。また、複数の流体が合流する連結路は、その流路幅が多段流路の流路幅よりも大きいため、多段流路から連結路へと流体が流れることによる流体の拡散効果を高めることができる。よって、マイクロミキサに流入される複数の微少量の流体を、効率よく混合することができる。また、混合効率の高いミキサ部を板状基板内に２次元方向に設けることで、マイクロミキサの小型化・薄型化を図ることができる。さらに、前記のマイクロミキサは２次元方向に広がりを有しているため、半導体加工技術、射出成型法またはインプリント法などを用いて容易に作製することができる。
【００１８】
本願第２発明は、本願第１発明において、前記ミキサ部において、前記流入路の下流端から２方向に分岐する２つの多段流路は、同一形状であり線対称に配置されているマイクロミキサを提供する。
上記のように、流入路に流入した複数の流体は、同一形状で線対称に設けられた２つの多段流路により２つに均等に分割されるため、同量の流体が連結路に流入される。よって、連結路での流体の衝突、拡散及び混合の効果を高めることができる。
【００１９】
本願第３発明は、本願第１発明において、前記多段流路は、前記多段流路内の流体の進行方向が略９０度以上変化するように屈曲している少なくとも１の屈曲部分を含むマイクロミキサを提供する。
多段流路は、その内部の流体の進行方向が略９０度以上変化する少なくとも１の屈曲部分を有している。そのため、例えば所定のチップサイズ内に多段流路を設ける場合、前述のように屈曲部分が含まれることで、その流路長を長く、かつ流路幅を狭くすることができる。よって、屈曲部分を含む多段流路内において、流体の拡散効果を高めることができる。また、多段流路が９０度以上少なくとも１回屈曲することで、複数の多段流路から連結路に流入される流体同士を、連結路において正面衝突させるとさらに効率よく混合することができ好ましい。
【００２０】
本願第４発明は、本願第３発明において、前記屈曲部分の角をとるように形成されるマイクロミキサを提供する。
流体の方向を変化させる屈曲部分の角をとることで、角において空気が溜まるのを低減することができる。よって、空気が溜まることによる屈曲部分における流路幅の減少を低減することにより、予測できない流路抵抗の変動を抑え、マイクロミキサの設計を容易にすることができる。
本願第５発明は、本願第１発明において、前記多段流路は、前記多段流路内の流体の進行方向が略９０度以上変化するように湾曲しているマイクロミキサを提供する。
【００２１】
多段流路が９０度以上湾曲することで、第３発明と同様に、複数の多段流路から連結路に流入される流体同士を、連結路において正面衝突させたり、流体の拡散効果を高めることができる。
本願第６発明は、本願第１発明において、前記連結路の流路幅は、前記複数の多段流路との連結部分から下流側ほど小さくなるマイクロミキサを提供する。
連結路の流路幅を下流側ほど徐々に小さくすることで、流路抵抗の急激な変化を抑え、次のミキサ部の流入路への接続を容易にすることができる。あるいは、流路幅の小さな流体流出手段に接続する場合でも、同様に接続を容易にすることができる。また、ミキサ部の間隔を詰めてミキサ部を高密度化することができ、マイクロミキサを小型化することができる。
【００２２】
本願第７発明は、本願第１発明において、前記流入路、複数の多段流路及び流出路における流路幅及び流路深さは５００μｍ以下であるマイクロミキサを提供する。
ミキサ部における流路幅及び流路深さを５００μｍ以下とすることで、マイクロミキサの小型化をさらに図ることができる。
本願第８発明は、本願第１発明において、前記流体流入手段は、第１流体を流入する第１流体流入路と、第２流体を流入する複数の第２流体流入路と、前記第１流体流入路と第２流体流入路とを接続し、前記第１及び第２流体とを合流させる合流部とを含み、前記複数の第２流体流入路は、前記第１流体流入路の軸に関して線対称に配置されているマイクロミキサを提供する。
【００２３】
第１流体流入路の軸に関して線対称に複数の第２流体流入路を配置することで、第２流体が第１流体を挟みこむような流体となり、第１流体と第２流体との接触面積を高めることができる。よって、第１流体から第２流体への拡散、または第２流体から第１流体への拡散を促進することができる。また、線対称とすることで、第１流体や第２流体の物性を考慮したマイクロミキサの設計が容易となる。
本願第９発明は、本願第１発明において、前記流体流入手段は、第１流体を流入する第１流体流入路と、第２流体を流入する複数の第２流体流入路と、前記第１流体流入路と第２流体流入路とを接続し、前記第１及び第２流体とを合流させる合流部とを含み、前記複数の第２流体流入路は、前記第１流体流入路の軸に関して線対称に配置されており、前記ミキサ部において、前記流入路の下流端から２方向に分岐する２つの多段流路は、同一形状であり線対称に配置されているマイクロミキサを提供する。
【００２４】
第１流体流入路の軸に関して線対称に複数の第２流体流入路を配置することで、第１流体が第２流体に挟まれるので第１流体と第２流体との接触面積を高めることができる。よって、第１流体から第２流体への拡散、または第２流体から第１流体への拡散を促進することができる。また、線対称とすることでマイクロミキサの設計が容易となる。
さらに、流入路に流入した複数の流体は、同一形状で線対称に設けられた２つの多段流路により２つに均等に分割されるため、同量の流体が連結路に流入される。よって、連結路での流体の衝突、拡散及び混合の効果を高めることができる。
【００２５】
本願第１０発明は、本願第９発明において、前記第２流体流入路の各々の流路抵抗は実質的に同一であるマイクロミキサを提供する。
各々の第２流体流入路における流路抵抗を実質的に同一にすることにより、合流部において第１流体が第２流体の中央に挟まれる。よって、合流部で第１流体が第２流体の中央に挟まれた状態の流体は、そのままの状態でミキサ部の流入路を経て多段流路において均等に２つに分割される。そして、連結路に流入されるので、連結路での流体の衝突、拡散及び混合の効果をさらに高めることができる。例えば、第１流体が第２流体の中央に挟まれない状態で、多段流路において流体が分割された場合、一方の流体には第１流体が含まれているが、一方の流体には第１流体が含まれていない状態で連結路に流入される場合がある。第１流体が第２流体の中央に挟まれていると、多段流路において分岐された後のどちらの流体にも第１流体が含まれており、連結路での流体同士の衝突を効率良く起こすことができる。
【００２６】
さらに、第１流体が第２流体の中央に挟まれることにより、第１流体から第１流体を挟み込む各々の第２流体への拡散距離が短くなり、拡散効率が向上する。本願第１１発明は、本願第１０発明において、前記第１流体流入路と前記複数の第２流体流入路の各々との流路抵抗は実質的に同一であるマイクロミキサを提供する。
例えば、第１流体と第２流体との粘性が同じである場合、第１流体流入路と第２流体流入路との流路抵抗を実質的に同一にすることで、第１流体と第２流体との流れやすさを実質的に同一にすることができる。よって、第１流体流入路に流入される第１流体の流入量と複数の第２流体流入路に流入される第２流体の各々の流入量との流入比を同一にすることができる。そのため、第１流体と第２流体との流入比の調整が容易である。
【００２７】
また、前述のように流入量を調整することで、混合が行われないという弊害を低減することができる。例えば第１流体の合流部への流入がなくなり、第２流体のみが合流部へ流入されると混合が行われない。さらに、流体のかわりに空気が流入されることによる、合流部への空気の侵入を防止できる。
本願第１２発明は、本願第９発明において、前記第２流体流入路の各々の流路幅、流路長及び流路の深さは実質的に同一であるマイクロミキサを提供する。
このように、第２流体が流入する各々の第２流体流入路の流路幅等を実質的に同一にすることで、各々の第２流体流入路における流路抵抗を実質的に同一にすることができる。よって、前記第１０発明と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
本願第１３発明は、本願第１２発明において、前記第１流体流入路と前記複数の第２流体流入路の各々との流路幅、流路長及び流路の深さは実質的に同一であるマイクロミキサを提供する。
例えば、第１流体と第２流体との粘性が同じである場合、第１流体流入路と第２流体流入路との流路抵抗を実質的に同一にすることで、第１流体と第２流体との流れやすさを実質的に同一にすることができる。よって、前記第１１発明と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
本願第１４発明は、板状基板内に形成される試料分析キットであって、複数の流体を流入する流体流入手段と、前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段と、前記流体流出手段に接続されており、前記流体流出手段から流出される流体を通過させる光導波路と、前記光導波路に接続され、前記光導波路に光を導入するための光導入口と、前記光導波路に接続され、前記光導波路内を通過後の光を取り出すための光導出口とを含む試料分析キットを提供する。ここで、前記ミキサ部は、前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路とを含む。
【００３０】
前記第１発明に記載の効果を有するミキサ部により混合された流体を、光導波路内に流入する。よって、上記の試料分析キットを光源と光検出部を有するユニットに接続して利用することで、光導入口を介して光導波路に導入された試料の吸光度を測定することができる。また、試料分析キットは、混合効率の高いミキサ部が板状基板内に設けられているので、小型化・薄型化を図ることができる。よって、携行可能であり、簡便に生化学検査が可能である。
本願第１５発明は、本願第１４発明において、前記光導波路の内壁は、光反射率が高い物質によりコーティングされている試料分析キットを提供する。
【００３１】
本願第１６発明は、板状基板内に形成される試料分析キットであって、複数の流体を流入する流体流入手段と、前記流体流入手段の流体を混合するミキサ部が、前記板状基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられており、前記流体流入手段に接続される混合手段と、前記混合手段に接続されており、前記混合手段において混合された流体を流出する流体流出手段と、前記流体流出手段に接続されており、前記流体流出手段から流出される流体を通過させる光導波路と、前記光導波路に接続され、前記光導波路に光を導入するための光導入口と、前記光導波路に接続され、前記光導波路内を通過後の光を取り出すための光導出口と、前記光導入口に接続され、前記光導入口を介して前記光導波路に光を入射する入射用光ファイバと、前記光導出口に接続され、前記光導出口から前記光導波路内を通過後の光を出射する出射用光ファイバと、前記光導波路の内部に設けられ、前記光導波路内を通過する光を集光するためのレンズとを含む試料分析キットを提供する。ここで、前記ミキサ部は、前記流体流入手段から複数の流体を流入する流入路と、前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、前記連結路で衝突した流体を、次のミキサ部の流入路または前記流体流出手段に流出する流出路とを含む。
【００３２】
前記第１発明に記載の効果を有するミキサ部により混合された流体を、光導波路内に流入する。よって、上記の試料分析キットの入射用光ファイバを光源に接続し、出射用光ファイバを光検出部を有するユニットに接続して利用することで、光導波路に導入された試料の吸光度を測定することができる。また、試料分析キットは、混合効率の高いミキサ部が板状基板内に設けられているので、小型化・薄型化を図ることができる。よって、携行可能であり、簡便に生化学検査が可能である。
【００３３】
本願第１７発明は、前記第１６発明に記載の試料分析キットを、第１基板と第２基板と貼り合わせることにより製造する試料分析キットの製造方法であって、前記第１基板上に積層されたレジストを選択的に露光し、除去することにより、前記混合手段、光導波路及びレンズを形成する第１ステップと、前記第２基板上に積層されたレジストを選択的に露光し、除去することにより、前記流体流入手段、流体流出手段、光導入口及び光導出口を形成する第２ステップと、前記第１ステップにより形成された第１基板と前記第２ステップにより形成された第２基板とを密着する貼り合わせステップとを含み、前記貼り合わせステップでは、前記入射用光ファイバが光導入口に接続され、前記検出用光ファイバが光導出口に接続されるように前記第１基板と第２基板とを位置合わせする試料分析キットの製造方法を提供する。
【００３４】
インプリント法を用いて容易に試料分析キットを製造することができる。また、光導波路及びレンズを第１ステップにおいて同時に作製するので、製造工程を簡単化することができる。
本願第１８発明は、本願第１７発明において、前記第１及び第２ステップは、機械的加工により作成した金型あるいはフォトリソグラフィで積層されたレジストを選択的に露光し除去することにより作成したシリコン基板型や有機物材料型を用いたインプリント法により、または射出成型法により行われる試料分析キットの製造方法を提供する。
【００３５】
インプリント法、射出成形法を用いて容易に試料分析キットを製造することができる。
本願第１９発明は、板状基板内に形成されるミキサ部であって、複数の流体を流入する流入路と、前記流入路の下流端から分岐し、前記主面方向に沿って形成され、前記流体の進行方向を変化させる複数の多段流路と、前記複数の多段流路は、前記主面方向に変化しており、前記複数の多段流路を連結し、前記複数の多段流路との連結部分の流路幅が、前記複数の多段流路各々の流路幅よりも大きく、前記複数の多段流路各々の流体を衝突させる連結路と、前記連結路で衝突した流体を、下流側に流出する流出路とを含むミキサ部を提供する。
【００３６】
前記第１発明と同様の効果を有するミキサ部を得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態例＞
本発明のマイクロミキサにおける混合には、流体同士の衝突等による物理的な混合、あるいは流体そのものあるいは流体中に含まれる物質同士が化学反応を起こすことによる混合を含むものとする。
図１は、本発明の第１実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図である。以下に第１実施形態例に係るマイクロミキサの構成を説明する。
（１）マイクロミキサの構成
第１実施形態のマイクロミキサは、板状基板である第１基板１と第２基板２とを有する。第１基板１には、混合する複数の流体を導入する流体流入口３ａ及び混合された流体を取り出す流体流出口５ａが設けられている。第２基板２には、流体流入口３ａに対応する流体流入口３ｂ、流体流出口５ａに対応する流体流出口５ｂ及び混合部７を有する。第２基板は、流体流入口３ｂから混合部７に流体を流入するための流体流入路９及び混合部７で混合された流体を流出させるための流体流出路１１とをさらに有する。混合部７には、流体流入路９から導入された流体を混合するミキサ部７ａが、板状の第２基板の主面に沿う方向（以下、主面方向）に連続して設けられている。
【００３８】
図２は、第１実施形態例に係る混合部を構成するミキサ部の平面図である。ミキサ部７ａは、流体を流入する流入路２０、複数の多段流路（２６ａ、２６ｂ）２６、連結路２８及び混合された流体を流出する流出路３０を有する。また、ミキサ部７ａには、多段流路２６及び連結路２８を形成するための凹型の凹型壁２２が設けられている。
多段流路２６は、流入路２０の下流端を複数に分岐し、流入路２０から流入される流体の流れ方向を変化させる。ここで、多段流路２６は、多段流路２６内の流体の進行方向を変化させる様な流路であれば良く、必ずしも階段状に屈曲している必要はない。また、その流路が湾曲している場合も含むものとする。多段流路２６は、２方向に分岐されているため複数の多段流路２６ａ及び２６ｂを有する。図２においては、多段流路２６は、左右２方向に流入路２０を分岐しているが、左右に限定されず、また２方向以上に分岐するようにしても良い。また、多段流路２６は、主面方向に進行方向が変化しており、多段流路２６内の流体を主面方向に進行させる。連結路２８は、多段流路２６ａ及び多段流路２６ｂを連結し、多段流路２６ａ及び２６ｂ内各々の流体を合流して、互いに衝突、拡散及び混合する。連結路２８は、その流路幅Ｂが、多段流路２６ａ及び２６ｂ各々の流路幅Ａ１及びＡ２よりも大きくなるように設計されている。流路幅Ｂが、多段流路２６ａ及び２６ｂ各々の流路幅Ａ１及びＡ２の合計（Ａ１＋Ａ２）よりも大きくなるように設計されていると拡散効果を高めることができ好ましい。流入路２０、複数の多段流路２６及び流出路３０における流路幅及び流路深さは５００μｍ以下で設計されると好ましい。また、２００μｍ以下で設計されるとさらに好ましく、例えば約２ｃｍ×２ｃｍの小さなチップ上でのミキサ部７ａ、あるいはマイクロミキサの面積占有率を小さくすることができ、多くのその他の機能を搭載することができ好ましい。
【００３９】
さらに、以下のように各部が設計されていると好ましい。
［多段流路］
多段流路２６は、流入路２０の下流端を２つに均等に分岐するようにすると好ましい。さらに、分岐された２方向の多段流路２６ａ及び２６ｂが、同一形状でありミキサ部７ａにおいて線対称に配置されていると好ましい。均等に分岐され、多段流路２６ａ及び２６ｂが線対称に設けられていると、２つの多段流路２６ａ及び２６ｂから同量の流体が連結路２８に流入される。よって、連結路２８での流体の衝突、拡散及び混合の効果を高めることができる。
【００４０】
また、多段流路２６が、その内部での流体の進行方向が少なくとも１回、９０度以上変化するように屈曲していると好ましい。例えば、所定のチップサイズ内に多段流路２６を設ける場合、前述のように屈曲することで、その流路長を長く、かつ流路幅を狭くすることができる。よって、９０度以上変化する多段流路２６内において、流体の拡散効果を高めることができる。また、多段流路２６が９０度以上少なくとも１回屈曲することで、複数の多段流路２６から連結路２８に流入される流体同士を、連結路２８において正面衝突させるとさらに効率よく混合することができ好ましい。多段流路２６を、その内部の流体の進行方向を略９０度以上変化するように湾曲させても良い。多段流路２６を屈曲させた場合は、その屈曲部分の角３２をとるように形成されていると好ましい。図３は、屈曲部分の角３２をとるように形成されたミキサ部の平面図である。前記図２と比較してその屈曲部分の角３２に曲率が与えられている。よって、屈曲部分の角３２において空気が溜まるのを低減することができる。そのため、空気が溜まることによる屈曲部分における流路幅の減少を低減することにより、予測できない流路抵抗の変動を抑え、マイクロミキサの設計を容易にすることができる。
［連結路］
連結路２８の流路幅は、複数の多段流路２６ａ及び２６ｂとの連結部分から下流側ほど小さくなると好ましい。連結路２８の流路幅を下流側ほど徐々に小さくすることで、流路抵抗の急激な変化を抑え、次のミキサ部７ａの流入路２０への接続を容易にすることができる。あるいは、流路幅の小さな流体流出路１１に接続する場合でも、同様に接続を容易にすることができる。また、ミキサ部７ａの間隔を詰めてミキサ部７ａを高密度化することができ、マイクロミキサを小型化することができる。
（２）マイクロミキサ内での流体の流れ
上記のような第１実施形態に係るマイクロミキの流体の流れを以下に説明する。
【００４１】
流体流入口３ａ及び３ｂから複数の流体が流入され、流体流入路９を介して混合部７内のミキサ部７ａに流入される。ミキサ部７ａでは、流入路２０に流入された複数の流体が、多段流路２６ａ及び２６ｂに流入され、その進行方向が変化させられる。このとき、多段流路２６内の複数の流体は、互いに拡散していると考えられるため、さらに効率良く混合していると考えられる。
多段流路２６を通過した流体は、連結路２８に流入されることで合流し、衝突、拡散及び混合する。連結路２８は、その流路幅Ｂが、多段流路２６ａ及び２６ｂ各々の流路幅Ａ１及びＡ２よりも大きいため、多段流路２６から連結路２８へと流体が流れることによる流体の拡散効果が高まる。また、連結路２８は、次のミキサ部７ａの流入路２０または流体流出路１１と接続されている。次のミキサ部７ａに流入された場合は、前述と同様にミキサ部７ａにおいて混合が行われる。流体流出路１１と接続されている場合は、流体流出口５ａ及び５ｂから、混合された流体が流出される。
（３）マイクロミキサの製造方法
次に、第１実施形態に係るマイクロミキの製造方法の一例を説明する。図４は、第１実施形態に係るマイクロミキの製造方法の一例である。
【００４２】
基板４０にレジスト４２を塗布し、全面露光を行う  （同図（ａ）、同図（ｂ）参照）。次に、全面露光後のレジスト４４上にさらにレジスト４６を塗布する（同図（ｃ）参照）。
次に、マスク５０上から露光を行うことにより、ミキサ部７ａ内の流入路２０、多段流路２６等のパターンをレジスト４６に転写する（同図（ｄ）参照）。現像液を用いて、不溶部４８以外を除去する（同図（ｅ）参照）。同図（ｅ）にて形成された基板を型として、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）基板５２をモールドすることによりＰＥＴ基板５２にパターンを転写する（同図（ｆ）参照）。外部から流体を流入、流出するための流体流入口３ａ及び流体流出口５ａを形成したＰＥＴ基板６０と、同図（ｆ）においてパターンが形成されたＰＥＴ基板５２とを貼り合わせ、マイクロミキサを形成する（同図（ｇ）参照）。
【００４３】
マイクロミキサは、機械的加工により作成した金型あるいはフォトリソグラフィで積層されたレジストを選択的に露光し除去することにより作成したシリコン基板型や有機物材料型を用いたインプリント法によって、または射出成型法によって作成することができる。
基板材料としては基板を製造する方法に応じて、その他Ｓｉ、Ｓｉ酸化膜、石英、ガラス、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ  Ｄｉｍｅｔｙｈｌ  Ｓｉｌｏｘａｎｅ）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔａｃｒｙｌ  Ａｃｉｄ）、ポリカーボネイト、ポリシロキサン、アリルエステル樹脂、シクロオレフィンポリマー、Ｓｉゴムなどを用いることができる。
【００４４】
必要に応じて、流体流入路９、流体流出路１１または混合部７を第１基板１に形成しても良い。また、第１基板１と第２基板２とを貼り合わせることなく使用することも可能である。
（４）効果
第１実施形態に係るマイクロミキサでは、マイクロミキサ内の連続したミキサ部７ａが、板状基板内に主に２次元方向に広がりを有するように設けられている。また、ミキサ部７ａ内の流路は、複数に分割され、また流路内での流体の流れ方向を変化させ、さらに分割された流路を連結するように構成されている。よって、主に２次元方向に広がりを有するミキサ部７ａにおいて、その内部で進行方向が変化された複数の流体を合流させることで、衝突、拡散及び混合する。また、複数の流体が合流する連結路２８は、その流路幅Ｂが多段流路２６ａ及び２６ｂの流路幅Ａ１及びＡ２よりも大きいため、多段流路２６から連結路２８へと流体が流れることによる流体の拡散効果を高めることができる。よって、マイクロミキサに流入される複数の微少量の流体を、効率よく混合することができる。また、混合効率の高いミキサ部７ａを板状基板内に２次元方向に設けることで、マイクロミキサの小型化・薄型化を図ることができる。さらに、前記のマイクロミキサは２次元方向に広がりを有しているため、半導体加工技術、射出成型法またはインプリント法などを用いて容易に作製することができる。
＜第２実施形態例＞
図５は、本発明の第２実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図である。混合部７への流入路の構成が異なるのみであり、その他は第１実施形態例に係るマイクロミキサと同様の構成であり、同一の符号番号は同一の構成要素を表す。
【００４５】
第１基板１は、第１流体を流入する第１流体流入口１３ａ、第２流体を２つの入口から流入する２つの第２流体流入口１５−１ａ及び１５−２ａが設けられている。また、第２基板２には、第１流体流入口１３ａに対応する第１流体流入口１３ｂ、第２流体流入口１５−１ａ及び１５−２ａに対応する第２流体流入口１５−１ｂ及び１５−２ｂが設けられている。第１流体流入口１３ａは第１流体流入路１６と接続されており、第２流体流入口１５−１ｂ及び１５−２ｂはそれぞれ第２流体流入路１７−１及び１７−２と接続されている。第１流体流入路１６、第２流体流入路１７−１及び１７−２は、合流部１８で合流している。また、第２流体流入路１７−１及び１７−２は、第１流体流入路１６の軸に関して線対称に配置されている。
【００４６】
さらに、第２流体流入路１７−１及び１７−２の各々の流路抵抗を実質的に同一にすると好ましい。各々の第２流体流入路１７−１及び１７−２における流路抵抗を実質的に同一にすることにより、合流部１８において第１流体が第２流体の中央に挟まれる。よって、合流部１８で第１流体が第２流体の中央に挟まれた状態の流体は、そのままの状態でミキサ部７ａの流入路２０を経て多段流路２６において均等に２つに分割される。そして、連結路２８に流入されるので、連結路２８での流体の衝突、拡散及び混合の効果をさらに高めることができる。例えば、第１流体が第２流体の中央に挟まれない状態で、多段流路２６により流体が分割された場合、一方の流体には第１流体が含まれているが、一方の流体には第１流体が含まれていない状態で連結路２８に流入される場合がある。第１流体が第２流体の中央に挟まれていると、多段流路２６において分岐されたあとのどちらの流体にも第１流体が含まれており、連結路２８での流体同士の衝突を効率良く起こすことができる。さらに、第１流体が第２流体の中央に挟まれることにより、第１流体から第１流体を挟み込む各々の第２流体への拡散距離が短くなり拡散効率が向上する。
【００４７】
各々の第２流体流入路１７−１及び１７−２における流路抵抗を実質的に同一にするには、例えば各々の第２流体流入路１７−１及び１７−２の流路幅、流路長及び流路の深さを実質的に同一にする。
また、第１流体流入路１６と第２流体流入路１７−１及び１７−２の各々との流路抵抗を実質的に同一にすると好ましい。例えば、第１流体と第２流体との粘性が同じである場合、第１流体流入路１６と第２流体流入路１７−１及び１７−２との流路抵抗を実質的に同一にすることで、第１流体と第２流体との流れやすさを実質的に同一にすることができる。よって、第１流体流入路１６に流入される第１流体の流入量と第２流体流入路１７−１及び１７−２各々に流入される第２流体の各々の流入量との流入比を同一にすることができる。そのため、第１流体と第２流体との流入比の調整が容易である。
【００４８】
また、前述のように流入量を調整することで、混合が行われないという弊害を低減することができる。例えば第１流体の合流部１８への流入がなくなり、第２流体のみが合流部１８へ流入されると混合を行うことができない。さらに、流入量が不足し、合流部１８に流体の代わりに空気が流入されることも防止できる。
第１流体流入路１６と第２流体流入路１７−１及び１７−２の各々との流路抵抗を実質的に同一にするには、例えば、第１流体流入路１６と第２流体流入路１７−１及び１７−２の各々の流路幅、流路長及び流路の深さを実質的に同一にする。
【００４９】
第２流体流入路１７−１及び１７−２は、２つに限定されず、図６に示すようにさらに数を増やし第３流体を流入するようにしても良い。図６では、第３流体は、第３流体流入口１９−１ｂ及び１９−２ｂを設け、第３流体流入路２１−１及び２１−２を介して合流部１８に流入される。このとき、第３流体流入路２１−１及び２１−２は、第１流体流入路１６の軸に関して線対称に配置されている。
第２実施形態に係るマイクロミキサでは、第１流体流入路１６の軸に関して線対称に第２流体流入路１７−１及び１７−２を配置することで、合流部１８において第２流体が第１流体を挟みこむように合流する。よって、第１流体と第２流体との接触面積を高めることができる。そのため、第１流体から第２流体への拡散、または第２流体から第１流体への拡散を促進することができる。また、線対称とすることで、第１流体や第２流体の物性を考慮したマイクロミキサの設計が容易となる。さらに、流入路２０に流入した複数の流体は、２つの線対称に配置された同一形状の多段流路２６ａ及び２６ｂにより２つに均等に分割されため、同量の流体が連結路２８に流入される。よって、連結路２８での流体の衝突、拡散及び混合の効果を高めることができる。
＜第３実施形態例＞
図７は、本発明の第３実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図である。第３実施形態例に係るマイクロミキサは、ミキサ部７ａの形状が異なる第１または第２実施形態例と異なる。第１または２実施形態例に係るマイクロミキサと同一の符号番号は、同一の構成要素を表す。
【００５０】
図８は、第３実施形態例に係るマイクロミキサのミキサ部の平面図である。ミキサ部７ａには、多段流路２６及び連結路２８を形成するためのＨ型のＨ型壁２３が設けられている。このようにＨ型壁２３により流路を形成することで、ミキサ部７ａの集積率を高めることができ、マイクロミキサの小型化を図ることができる。
また、第１流体流入路１６の軸に関して線対称に配置されている第２流体流入路１７−１及び１７−２のそれぞれを１つの第２流体流入口１５ｂと接続するようにしても良い。さらに、複数の流体を混合する場合、図９に示すように、１段目の混合部７で第１流体と第２流体とを混合し、その混合した流体にさらに第３流体流入口１９−１ｂ及び１９−２ｂから第３流体を加え、２段目の混合部７で第３流体と混合するようにしても良い。
＜第４実施形態例＞
図１０は、本発明の第４実施形態例に係る比色チップの分解斜視図である。以下に、第４実施形態例に係る比色チップの構成を説明する。
（１）構成
第４実施形態例に係る比色チップは、流体を流入する流入管８０、第２実施形態に係るマイクロミキサ、光の吸光度を検出するために流体が流入される光導波路８４、光導波路８４に光を入射及び出射するための石英窓８６ａ及び８６ｂ、光導波路８４から流体を取り出す取出流路８８及び取出口８２を有している。マイクロミキサは第２実施形態例と同様の構成であり、同一の符号番号は同一の構成要素を表す。また、流入管８０は、例えば検査用の無痛針などで直接生体から採取可能なように形成されていると好ましい。また、石英窓８６ａ及び８６ｂは、光の入射及び出射を妨げないように約０．１ｍｍ程度の厚さとするのが良い。さらに、光導波路８４は、Ａ１等の光反射率が高い物質によりコーティングされていると好ましい。
（２）検査方法
次に、第４実施形態例に係る比色チップを用いた検査方法について説明する。
図１１は、第４実施形態例に係る比色チップを用いた検査方法を示す断面図である。流入管８０から例えば血液などの第１流体を流入する。流入された第１流体を、第１流体流入路１６から合流部１８に流入する。同時に、試薬等の第２流体を第２流体流入口１５−１ｂ及び１５−２ｂから第２流体流入路１７−１及び１７−２を介して合流部１８に流入する。そして、第１流体と第２流体とを混合部７において混合した後、混合された流体を流体流出路１１から光導波路８４に流入する。光を入射するための石英窓８６ａを介して、例えば光源として水銀ランプを用い、光ファイバ１１０から光を取り出す。取り出した光を石英レンズ１２０により平行光とした入射光を、光導波路８４に入射する。石英窓８６ａから入射された光は、光導波路８４入り口のθが約４５度の壁で反射し、光導波路８４を第１及び第２基板の主面方向に進行する。光導波路８４内を通過した光は、光導波路８４出口のθが約４５度の壁で再び反射され、石英窓８６ｂから取り出される。検出項目に応じた波長の光のみを検出するためバンドパスフィルタ１３０を用い、検出にはフォトダイオードまたはフォトマル１４０を用い、混合された流体中の対象物質の濃度を検出する。例えば、第１流体が血清で、第２流体が試薬であるとすると、比色法を用いて、血清と試薬を混合した際に生成される生成物による特定波長光の吸光度の上昇、あるいは試薬や血清中物質の減少にともなう特定波長光の吸光度の減少を測定し、血清中の検体の濃度を測定する。
【００５１】
さらに、第１流体や第２流体に血漿あるいは試薬を使用する場合は、血漿や試薬内の酵素の活性を最大にするため、サーミスタ１６０で温度をセンシングし、ペルチェ素子１７０で温度を制御する。またミキサ部、流入路または光導波路８４内に生じる気泡を除去するため超音波発生装置１５０を設けている。
図１２は、光ファイバを接続した比色チップの分解斜視図である。光導波路８４に光を入射するための入射用光ファイバ９０、光導波路８４から光を出射するための出射用光ファイバ９２が、光導波路８４に直接接続されている。このような比色チップの入射用光ファイバを光源に接続し、出射用光ファイバを光検出部を有するユニットに接続して利用することで、光導波路に導入された試料の吸光度を測定することができる。
【００５２】
上記図１０〜図１２に示す比色チップの光導波路８４にレンズ１００を設けるようにしても良い。図１３は、光導波路内に設けられたレンズを示す。図１３（ａ）の場合、長方形状の光導波路８４と円形のレンズ１００との隙間を介して流体が流入される。図１４（ｂ）の場合、光導波路８４を突出させることで、突出部分を介して流体が流れる。このようにレンズ１００を設けると、光導波路８４内を通過し、散乱された光を、レンズ１００により集光して検出感度を向上させることができる。このレンズは、射出成型で基板に流路を作成する際に同時に作成するとプロセスが簡単である。
【００５３】
上記の比色チップでは、マイクロミキサにより混合された流体を光導波路８４内に流入する。そして、石英窓８６ａ、８６ｂを介して光導波路８４に導入された流体の吸光度を測定することができる。このように比色チップ内に小型、薄型かつ混合効率の高いマイクロミキサ及び光導波路８４を設けることで、比色チップの小型化・薄型化を図ることができる。よって、血液を遠心分離して得られる血漿・血清中の脂質や酵素、糖、たんぱく質、イオンなどの濃度を測定し、健康状態の管理や病気の発見、病状の変化を知るために欠かせない生化学検査を簡便に行うことが可能である。また、小型であるので携行することもできる。
＜実験例１＞
図１４及び図１５は、本発明の第１実験例に係るマイクロミキサである。マイクロミキサの構成は、第２実施形態例と同様である。各部の寸法を以下に記載する。
［マイクロミキサの寸法］
Ｗ１＝５６４μｍ、Ｗ２＝１２６２μｍ、Ｗ３＝１２６２μｍ、Ｗ４＝５２６２μｍ、Ｗ５＝５２６２μｍ、Ｗ６＝５２６２μｍ、Ｗ７＝１２００μｍ、Ｗ８＝９００μｍ、Ｗ９＝１１００μｍ、θ１＝６０°及びθ２＝３０°である。また、Ｗ１０＝１１８μｍ、Ｗ１１＝１７０μｍ、Ｗ１２＝１４１μｍ、Ｗ１３＝１００μｍ、Ｗ１４＝１００μｍ、Ｗ１５＝１００μｍ、Ｗ１６＝８０μｍ、Ｗ１７＝４００μｍ、Ｗ１８＝２００μｍ、Ｗ１９＝５００μｍ、Ｗ２０＝５２０μｍ、Ｗ２１＝３８０μｍ、Ｗ２２＝１００μｍ、Ｗ２３＝１００μｍ、Ｗ２４＝８００μｍ及びθ２＝４５°である。
［マイクロミキサの製造方法］
次に上記図１４及び図１５のマイクロミキサの製造方法を説明する。
（１）ガラス基板例えばプレパラートにドライフィルムレジスト（東京応化製ＯＲＤＲＹ  １２０Ｒ）を熱圧着により貼り付ける。
（２）水銀ランプで全面露光し、５分程度プリベークし、更に透明性がでるまで２００℃以上で数時間ハードベークする。
（３）前記（１）と同様にドライフィルムレジストをもう一層熱圧着する。
（４）アライナーを用いてフォトマスクに描いたミキサーやその他のパターンを露光する。露光時間は用いるフィルムレジスト、アライナー光源の強度によって異なるが数１０秒程度である。
（５）現像液としてＮＭＤ３を用い現像し純水で洗浄後、前記（２）と同様にプリベーク、ハードベークする。
（６）前記（１）から（５）で作成した基板を型として、大きさ２ｃｍ×２ｃｍ厚さ０．５ｍｍのＰＥＴ基板を上からのせ、数分間８０〜１１０℃で加熱、０．０５〜０．３Ｍｐａで加圧しパターンを転写する。
（７）第１流体流入口５ｂ、第２流体流入口１５−１ａ及び１５−２ａ、流体流出口５ａをあらかじめドリルなどで設けたもう一枚のＰＥＴ基板をパターン転写した基板と熱圧着により貼りあわせる。
［マイクロミキサの混合評価］
（１）視覚評価
上記のように作成したマイクロミキサについて混合の効果について実証した。第１流体流入口１３ｂから第１流体として蛍光物質ＦＩＴＣ水溶液２０μＭを流入し、第２流体流入口１５−１ｂ及び１５−２ｂから第２流体としてＰＢＳバッファーを流入した。このときの混合の様子を蛍光顕微鏡にとりつけたＣＣＤカメラで観察した結果が図１６〜図２３である。光源には水銀ランプを用い４９０ｎｍの光で励起し、フィルターブロックで５２０ｎｍ以下の光を遮断して発せられる５３０ｎｍの蛍光を観察した。図１６から図２３は、それぞれ流体が進行する方向に順に、合流部１８、１個目のミキサ部、５個目のミキサ部、６個目のミキサ部、１０個目のミキサ部、１５個目のミキサ部、図１４の領域１８での混合状態を示している。ミキサ部を通過していくほど蛍光物質の均一化が進んでいる様子を観察できる。
（２）定量評価
次に、作成したマイクロミキサの混合性能を定量的に評価した。図１４の１５個のミキサ部７ａそれぞれについて、図２４に示す直径約１５０μｍの３円からの蛍光強度変化を測定した。図２５は、各流速におけるミキサ部の個数とフォトマルの電圧値との関係図である。グラフの横軸はミキサ部の個数、縦軸はフォトマルの電圧値（１００から５００ｍＶ程度）を各流速における最大値と最小値の差が１となるように規格化した値である。流速は溶液出口に取り付けたシリンジポンプを引く速度で調整し、１００μｌ／ｍｉｎ、６０μｌ／ｍｉｎ、２０μｌ／ｍｉｎ、１０μｌ／ｍｉｎとポンプを引く速度を変化させた。
【００５４】
流速が大きい１００μｌ／ｍｉｎの場合は、グラフが上下に激しく変動する。これは中央部分を流れていた蛍光物質が多段流路２６で外壁側に流れを変えるためである。そして、外側方向に流れが変化したまま、連結路２８において左右の流れが衝突する。そのため、その衝突が弱まり混合が起こりにくい。
流速５μｌ／ｍｉｎ以下であると流体が流れないことを考慮すると、図２５から判断し、５μｌ／ｍｉｎ以上２０μｌ／ｍｉｎ以下でシリンジポンプを引くことが好ましい。１０μｌ／ｍｉｎであるとさらに好ましい。実際の流速は直径約０．５μｍの蛍光ビーズを流したところ約２０ｍｍ／ｓｅｃであった。また、ミキサ部７ａの個数は、５個以上が好ましく、さらに１０個以上であると混合状態がよく好ましい。
＜実験例２＞
図２６及び図２７は、本発明の第２実験例に係るマイクロミキサである。マイクロミキサの構成は、第３実施形態例と同様である。また、Ｈ型壁２３を有するミキサ部７ａの寸法以外は、第１実験例と同一の寸法である。各部の寸法を以下に記載する。
［マイクロミキサの寸法］
Ｗ３０＝３０００μｍ、Ｗ４０＝１１８μｍ、Ｗ４１＝１４１μｍ、Ｗ４２＝１００μｍ、Ｗ４３＝１００μｍ、Ｗ４４＝１００μｍ、Ｗ４５＝１７０μｍ、Ｗ４６＝４００μｍ、Ｗ４７＝２００μｍ、Ｗ４８＝４００μｍ、Ｗ４９＝１７０μｍ、Ｗ５０＝１３４０μｍ、Ｗ５１＝３８０μｍ、Ｗ５２＝１００μｍ、Ｗ５３＝４４１μｍ、Ｗ５４＝９５７．５μｍ、Ｗ５５＝４４１μｍ及びθ４＝４５°である。
【００５５】
マイクロミキサの製造方法は、実験例１と同様である。
［マイクロミキサの混合評価］
図２６及び図２７のマイクロミキサについて、実験例１と同様に混合性能を定量的に評価した。図２８は、各流速におけるミキサ部の個数とフォトマルの電圧値との関係図である。実験例１と同様に、図２８から判断すると、５μｌ／ｍｉｎ以上２０μｌ／ｍｉｎ以下でシリンジポンプを引くことが好ましい。１０μｌ／ｍｉｎであるとさらに好ましい。実際の流速は直径約０．５μｍの蛍光ビーズを流したところ約２０ｍｍ／ｓｅｃであった。また、Ｈ型壁２３を有するミキサ部７ａの個数は、３個以上が好ましく、さらに５個以上であると混合状態がよく好ましい。
＜比較例１＞
図１４のミキサ部が凹型壁２２を有するマイクロミキサにおいて、混合部７を設けない場合の混合性能を定量的に評価した。その他の実験方法は、実験例１と同様である。
＜比較例２＞
図１４のミキサ部が凹型壁２２を有するマイクロミキサにおいて、第１流体を第１流体流入路１６から流入せず、第２流体流入路１５−２ｂから流入した。また、第２流体を第２流体流入路１５−２ａから流入した。つまり、第１流体と第２流体とをＹ字注入した。この場合の混合性能を定量的に評価した。その他の実験方法は、実験例１と同様である。
【００５６】
実験例１、実験例２、比較例１及び比較例２それぞれの、流速１０μｌ／ｍｉｎにおける実験結果を図２９に示す。実験例１及び実験例２では、ミキサ部７ａの流体の進行方向の左、中央、右の３点の蛍光強度が等しくなり均一になっていることが確認できる。しかし、比較例１の混合部７が無い場合では、蛍光強度が左右と中央とでばらばらであり、混合が起こりにくいことが確認できる。また、比較例２のＹ字注入の場合では、１５個のミキサ部７ａを通過しても均一になっていない。このことから、実験例１の図１４に示す凹型壁２２を有するミキサ部７ａ及び実験例２の図２６に示すＨ型壁２３を有するミキサ部７ａの混合状態が良く、かつ、Ｙ字注入よりも３方向から流体を流入する方が混合状態が良いと実証された。
＜実験例３＞
実験例３では、本発明の第４実施形態例の図１０に示す比色チップを用いて検体の検出を行った。まず、比色チップの製造方法を説明する。
［製造方法］
製造方法は、前記図４の（ａ）から（ｆ）までは同様である。図４（ｆ）の後、図１１に示す第１基板１及び第２基板２にＡｌを成膜する。平行平板間の電圧は４８７Ｖ、電流は０．６Ａ、２ｍＴｏｒｒの圧力で６分間スパッタし約０．１μｍのＡｌを成膜した。ただしマイクロミキサ部分は混合状態を観察するため、Ａｌが成膜されないようにスパッタの際はポリイミドテープでマスクした。次に、基板表面の不要なＡｌをＣＭＰで除去し表面にＰＥＴ基板表面を出す。Ａｌでコートされた光導波路８４を有する第１及び第２基板の貼りあわせを行う。光導波路８４に入射した光はＡｌ表面で反射されるため、溶液中で散乱された光の散逸を抑制し、高感度測定が可能となる。
【００５７】
第１基板と第２基板とを張り合わせた後、Ａｌ表面へのたんぱく質の吸着を防止するために、ＭＰＣポリマー（日本油脂製Ｌｉｐｉｄｕｒｅ  Ｄ０５  ＰＭＡｃ３７  Ｍｗ＝３７Ｋ）溶液を流路に流し、Ａｌ表面をコートし生体適合性を高めた。コートする金属としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒなどでも良い。またこれらを含む合金でも良い。金属膜のコート方法としては蒸着や無電界めっき法を用いても良い。更にコート剤は金属でなくとも良い。今回はテフロン（登録商標）で表面をコートする方法も実施した。ＣＶＤ法でＣ４Ｆ８ガスを噴き付け光導波路８４をテフロンコートする。テフロンは非常に撥水性が高いため溶液とテフロン膜の間に空気の層ができる。光導波路８４を進む光はこの空気の層により全反射される。空気と水の屈折率から計算される理論的な臨界角は５１°であり、臨界角以上で入射した光は全反射されるため溶液中で散乱された光の散逸を抑制することができ高感度測定ができる。
［検出方法］
作成した色素チップでの検体の検出方法を説明する。流入管８０である、直径１００μｍ以下の無痛針から数マイクロリットルの血液を採血する。比色チップを１５００ｒｐｍで約５分遠心分離するとこの血液は血球と血漿に分離され、血漿のみをマイクロミキサに導入し試薬と混合後、混合液を光導波路８４に導入する。
【００５８】
γ−ＧＴＰ検出には、第１流体として、和光純薬製  標準血清を純水で薄めγ−ＧＴＰ活性値を２８０Ｕ／Ｌ〜４０Ｕ／Ｌまで調整した血清を用いた。第２流体としてはＬ−γ−グルタミル−ｐ−Ｎ−エチル−Ｎ−ヒドロキシエチルアミノアニリド１２ｍＭ、グリシルグリシン５０ｍＭ、１−ナフトール−２−スルホン酸カリウム０．２ｍＭ、過ヨウ素酸８．８ｍＭを用いて調整した試薬を用いた。このとき、下記の化学式（１）及び（２）に記載の反応が生じる。
【００５９】
【化１】
2004294417.tif 000003
上記のような反応によって青色色素の生成を６６０ｎｍの吸光度変化から求めた結果を図３０に示す。
＜実験例４＞
実験例４で、作成した色素チップを図３１に示す。実験例４では、流路を彫った基板に貼りあわせる基板として、厚さ５ｍｍのＰＥＴ基板を用いた。この厚さ５ｍｍのＰＥＴ基板には、光導波路８４として直径１ｍｍの貫通穴をドリルで開けた。さらに溶液の流入口１３、１５−１及び１５−２、流出口５及び、流路側基板である第２基板との接続口２００を作り、貼り合わせた。そして、端面を研磨して厚さ０．１ｍｍの石英板を貼り付けて光の導入口、出口とした（図示せず）。光導波路８４の容積が１５．７μｌとなるため血清２μｌ、試薬２０μｌを直径０．８ｍｍのＩｎｌｅｔ（流入口１３、１５−１及び１５−２）から注入した。このチップでは、光導波路８４部の光路長をチップ一辺の長さと等しくできること、さらに光がＰＥＴ基板を通過することがないので基盤による光の吸収が起こらないというメリットがある。今回は光導波路８４に貫通穴を用いたが基板に同程度の溝を掘って貼り合わせても良い。
＜実験例５＞
実験例４では、第４実施形態例の図１２と図３２に示す、光ファイバを接続した比色チップを作成した。厚さ０．５ｍｍのＰＥＴ基板を用い貼り合わせの際に光ファイバ（入射用光ファイバ９０、出射用光ファイバ９２）を取り付け、光の導入口、出口とした。紫外光による検出の場合にはファイバそのものの光吸収を考慮して石英ファイバ（スペクトラコープ製ＬＵＶコア系９０μｍ）を用いた。可視光域ではプラスチックファイバー（三菱レーヨン製ＥＳＫＡ  ＣＫ１０外径２５０μｍ）を用いた。このチップでは、光導波路８４の光路長をチップ一辺の長さとほぼ等しくできること、さらに光がＰＥＴ基板を通過することがないので基板による光の吸収が起こらないというメリットがある。
【００６０】
【発明の効果】
本発明を用いれば、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができるマイクロミキサを提供することができる。
また、本発明を用いれば、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができる試料分析キットを提供することができる。
さらに、本発明を用いれば、微少領域において、複数の流体の混合効率を高めることができるマイクロミキサの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図。
【図２】図１の混合部を構成するミキサ部の平面図。
【図３】屈曲部分の角をとるように形成されたミキサ部の平面図。
【図４】（ａ）マイクロミキの製造方法（１）。
（ｂ）マイクロミキの製造方法（２）。
（ｃ）マイクロミキの製造方法（３）。
（ｄ）マイクロミキの製造方法（４）。
（ｅ）マイクロミキの製造方法（５）。
（ｆ）マイクロミキの製造方法（６）。
（ｇ）マイクロミキの製造方法（７）。
【図５】本発明の第２実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図（１）。
【図６】本発明の第２実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図（２）。
【図７】本発明の第３実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図（１）。
【図８】図７のマイクロミキサのミキサ部の平面図。
【図９】本発明の第３実施形態例に係るマイクロミキサの分解斜視図（２）。
【図１０】本発明の第４実施形態例に係る比色チップの分解斜視図。
【図１１】第４実施形態例に係る比色チップを用いた検査方法を示す断面図。
【図１２】光ファイバを接続した比色チップの分解斜視図。
【図１３】（ａ）光導波路内に設けられたレンズ（１）。
（ｂ）光導波路内に設けられたレンズ（２）。
【図１４】本発明の第１実験例に係るマイクロミキサの平面図。
【図１５】図１４のミキサ部の平面図。
【図１６】ミキサ部の流体の混合状態（合流部）。
【図１７】ミキサ部の流体の混合状態（１個目のミキサ部）。
【図１８】ミキサ部の流体の混合状態（５個目のミキサ部）。
【図１９】ミキサ部の流体の混合状態（６個目のミキサ部）。
【図２０】ミキサ部の流体の混合状態（１０個目のミキサ部）。
【図２１】ミキサ部の流体の混合状態（１１個目のミキサ部）。
【図２２】ミキサ部の流体の混合状態（１５個目のミキサ部）。
【図２３】ミキサ部の流体の混合状態（領域１８）。
【図２４】蛍光強度変化を測定箇所。
【図２５】各流速におけるミキサ部の個数とフォトマルの電圧値との関係図。
【図２６】本発明の第２実験例に係るマイクロミキサの平面図。
【図２７】図２６のミキサ部の平面図。
【図２８】各流速におけるミキサ部の個数とフォトマルの電圧値との関係図。
【図２９】実験例１、実験例２、比較例１及び比較例２の実験結果。
【図３０】比色チップを用いた実験結果。
【図３１】色素チップの平面図。
【図３２】光ファイバを接続した比色チップ。
【符号の説明】
１：第１基板
２：第２基板
３ａ、３ｂ：流体流入口
５ａ、５ｂ：流体流出口
７：混合部
７ａ：ミキサ部
９：流体流入路
１１：流体流出路
１６：第１流体流入路
１７−１、１７−２：第２流体流入路
１８：合流部
２０：流入路
２２：凹型壁
２３：Ｈ型壁
２６：多段流路
２８：連結路
８４：光導波路
８６ａ、８６ｂ：石英窓
９０：入射用光ファイバ
９２：出射用光ファイバ
【図１】
2004294417.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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