(57)【要約】【課題】微量分析において所望の反応時間における正確な反応量を定量できるようにする。【解決手段】反応流路２８は幅及び深さが１ｍｍ以下の流路からなり、反応液混合部２６につながり、反応液混合部２６で混合された反応液を下流に導く。反応停止剤混合部３４は反応停止剤導入流路３０から導入された反応停止剤を反応液混合部２６の下流の所定の位置で反応流路２８を流れる反応液と混合させる。反応停止剤混合部３４は、幅よりも深さの方が小さくなった混合用流路を備え、反応流路２８は複数の反応液分岐流路に分岐し、反応停止剤導入流路３０も同じ数の反応停止剤分岐流路に分岐し、各分岐流路はそれぞれ混合用流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して混合用流路と接続されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一部材に、互いに異なる反応液を導入する複数の反応液導入流路と、
前記反応液導入流路を合流させる反応液混合部と、
幅及び深さが１ｍｍ以下の流路からなり前記反応液混合部につながって、混合された反応液を下流に導く反応流路と、
反応停止剤を導入する反応停止剤導入流路と、
この反応停止剤導入流路から導入された反応停止剤を前記反応液混合部の下流の所定の位置で前記反応流路を流れる反応液と混合させる反応停止剤混合部の全てが一体として構成されていることを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項２】
前記反応停止剤混合部は、混合用流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して前記反応流路と接続された反応流路接続口と、この混合用流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して前記反応停止剤導入流路と接続された反応停止剤導入流路接続口とを備えている請求項１に記載のマイクロリアクター。
【請求項３】
前記反応停止剤混合部において前記反応流路は複数の反応液分岐流路に分岐し、前記反応停止剤導入流路も同じ数の反応停止剤分岐流路に分岐し、各分岐流路はそれぞれ前記混合用流路と複数箇所で接続されており、
前記反応液分岐流路は各分岐流路での液の滞留時間が等しくなるように設定されており、かつ、
前記混合用流路において前記反応液分岐流路のそれぞれから導入された反応液が対応する前記反応停止剤分岐流路から導入された反応停止剤と接触するまでの時間が等しくなるように前記反応停止剤分岐流路と前記混合用流路との接続位置が設定されている請求項２に記載のマイクロリアクター。
【請求項４】
前記混合用流路において上面又は底面の壁面側を流れる反応液又は反応停止剤の層と、流路の中央部側を流れる反応液又は反応停止剤の層で拡散速度が等しくなるような流速分布をとるように前記各分岐流路及び混合用流路との接続部分が設定されている請求項３に記載のマイクロリアクター。
【請求項５】
前記反応液混合部において、前記反応流路は幅よりも深さの方が小さくなっており、前記反応液導入流路はその反応流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して接続されている請求項１から４のいずれかに記載のマイクロリアクター。
【請求項６】
前記各反応液導入流路はそれぞれ同じ数に分岐した分岐流路を備えて前記反応流路とそれぞれ複数箇所で接続されており、
前記反応流路において一の反応液導入流路の分岐流路のそれぞれから導入された反応液が他の反応液導入流路の対応する分岐流路から導入された反応液と接触するまでの時間が等しくなるように前記各反応液の分岐流路と前記反応流路との接続位置が設定されている請求項５に記載のマイクロリアクター。
【請求項７】
前記反応流路の上面又は底面の壁面側を流れる反応液の層と、流路の中央部側を流れる反応液の層で拡散速度が等しくなるような流速分布をとるように前記反応液導入流路の分岐流路及び前記反応流路との接続部分が設定されている請求項６に記載のマイクロリアクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラス基板、樹脂基板、シリコン基板などの部材に形成された微小流路で反応を行なわせるマイクロリアクター（微小反応器）に関する。マイクロリアクターは狭義のマイクロチップを含む。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロリアクターを用いてミクロ空間で行なう化学プロセスにはサイズに起因する次の３つの利点がある。
（１）空間が小さいことにより、分子の拡散距離が短くなることから混合・抽出などの分子輸送が速やかに起こり反応時間やプロセスに要する時間を短縮できる。
（２）比界面積（体積当たりの界面の面積）が大きいことにより、液体間あるいは液体と固体の界面が関与する現象の効率を促進する。
（３）チャンネル内の液体の熱容量が小さく、それがマイクロリアクターを構成している部材であるチップ本体の大きな熱浴に接しているので速やかな熱交換が起こり容易に均一な温度場を作れるとともに、速やかな加熱・冷却ができ温度制御が容易である。
【０００３】
これらの利点を生かして、マイクロリアクターは高収率の合成や集積化された小型分析システムへの応用などを目的に多数の研究がなされている。また、試料が微量であるため事故時の被害が少ない、試料温度を精密に制御できるので爆発など異常反応の危険性を減らすことができる、などの理由で安全性に着目した研究も多い（非特許文献１，２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５９３９２号公報
【特許文献２】
特開２００２−４５６６６号公報
【非特許文献１】
金  幸夫、北森武彦，マテリアルインテグレーションー，１５（２），ｐ．３−８（２００２）
【非特許文献２】
岡本秀穂、橋爪新太，住友化学（ＩＩ），３２−４５（２００１）
【非特許文献３】
明地、中西ら，日本化学会第７８春季年会，２Ｃ２１０（２０００）
【非特許文献４】
Ｐｅｔｅｒ  Ｇｒａｖｅｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．  Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．，  ３，  ｐ．１６８−１８２  （１９９３）
【非特許文献５】
Ｈ．Ｎａｋａｎｉｓｈｉ，  Ｔ．Ｙｏｓｈｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ  ２２，  Ｐ．２３０−２３４  （２００１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
チップ上で反応を行なわせる場合、原料・生成物とも量がサブマイクロリットルオーダーの微量となるため、その取扱い及び感度から通常の分光器やＨＰＬＣ（高速液体クロクトグラフ）などの分析機器では分析はできなかった。ＴＬＣ（薄層クロクトグラフ）では上記微量成分の定性・定量が可能ではあったが、操作が煩雑で熟練を要するため、特に微量になるとその定量性には限界があった（非特許文献３参照。）。
【０００６】
連続的にフローで反応させることにより反応物を多量に蓄積できる場合は、ＨＰＬＣなどの分析は可能ではあるが、蓄積後にも反応が進むため、正確に反応量を定量することは困難であった。ＴＬＣで初期反応の変換率などを測定しようとすると、試料採取や試料スポットに要する時間に１分程度を必要とし、反応時間が例えば５分程度の短い時間ではデータは正確に取ることはできなかった。
そこで、本発明はマイクロリアクターでの微量分析において所望の反応時間における正確な反応量を定量できるようにすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、チップ流路中で反応を停止させるようにするために、反応を行なう流路を含む同一部材上に反応停止剤を導入する流路及び反応液と反応停止剤（クエンチ剤）との混合部を形成する。
【０００８】
すなわち、本発明は、同一部材に、互いに異なる反応液を導入する複数の反応液導入流路と、前記反応液導入流路を合流させる反応液混合部と、幅及び深さが１ｍｍ以下の流路からなり前記反応液混合部につながって、混合された反応液を下流に導く反応流路と、反応停止剤を導入する反応停止剤導入流路と、この反応停止剤導入流路から導入された反応停止剤を前記反応液混合部の下流の所定の位置で前記反応流路を流れる反応液と混合させる反応停止剤混合部の全てが一体として構成されている反応停止機能つきマイクロリアクターである。
【０００９】
図１に本発明の反応停止機能付きマイクロリアクターチップの概念図を示す。２２ａ，２２ｂは互いに異なる反応液を導入する反応液導入流路であり、２４ａ，２４ｂはそれぞれ反応液導入流路２２ａ，２２ｂに反応液を注入する注入口である。２６は反応液導入流路２２ａ，２２ｂを合流させる反応液混合部である。２８は反応流路で幅及び深さが１ｍｍ以下の流路からなり、反応液混合部２６につながり、反応液混合部２６で混合された反応液を下流に導く。３０は反応停止剤を導入する反応停止剤導入流路、３２はその反応停止剤導入流路３０に反応停止剤を注入する注入口である。３４は反応停止剤導入流路３０から導入された反応停止剤を反応液混合部２６の下流の所定の位置で反応流路２８を流れる反応液と混合させる反応停止剤混合部である。３６は反応停止剤が混合されて反応が停止させられた反応液を取り出す液出口である。３８はこれら各部が一体として形成されているガラス、シリコン、プラスチックなどからなる部材である。
一例としては、各流路２２ａ，２２ｂ，２８，３０は幅が２００μｍ、深さが２０μｍ、反応流路８の容積は０．４μＬである。
【００１０】
【作用】
（化学的原理）
コレステロールのアセチル化を例にとって作用を説明する。
コレステロールのアセチル化反応は図２の反応で進行する。ここで、水又は水を含むＨＰＬＣの移動相などを添加すると、式（１）の反応が起こり、反応原料の無水酢酸は直ちに分解されるためアセチル化反応は停止する。
【化１】
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【００１１】
この場合、反応停止剤は水又は水を含む移動相である。この反応停止の反応をチップ上で行なわせることにより、チップ上で反応を停止させることができる。すなわち、チップ上で原料を混合させることにより反応を開始させ、反応流路に沿って反応液を流しながら反応を進行させ、その後、反応流路の所定の位置で反応液に反応停止剤を混合させることにより、反応を停止させる。
反応停止剤の例としては、有機反応における水のほか、酵素反応など水溶液系の反応における酸又はアルカリなども挙げられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（１）チップ上の液体混合器の実施例
反応停止剤混合部３４としては、同一平面に形成されたＹ字型又はＴ字型の混合流路で混合することができ、本発明はそのような反応停止剤混合部を備えたものも含んでいる。
【００１３】
チップ上で迅速に反応停止を行なうために、反応停止剤を効率よく混合できることが望ましい。この目的で反応停止剤混合部３４としてＹ字型又はＴ字型の混合部よりも混合効率のよい液体混合器を使用することが望ましい。そのような混合効率のよい液体混合器は、幅よりも深さの方が小さくなった混合用流路と、この混合用流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して反応流路と接続された反応流路接続口と、この混合用流路の上面又は底面で整流用微小流路を介して反応停止剤導入流路と接続された反応停止剤導入流路接続口とを備えたものである。
【００１４】
そのような混合効率のよい液体混合器の一例は図３に示されたものである（特許文献１，２参照。）。その液体混合器は複数プレートの重ね合わせ面に２つ以上の微小流路をもち、その流路を合流させて混合するものであり、そのプレート厚み方向に整流用微小流路を備えている。まず、その図３の液体混合器について説明する。
【００１５】
図３（Ａ）に示されるように、面同士が密着して重ね合わされて接合された３枚のプレート１、２、３からなるチップ型の混合器である。一例としては、上側のプレート１の重ね合わせ面には、混合対象液であるＡ液を導入するための液体導入口４と、他方の混合対象液であるＢ液を導入するための液体導入口５と、Ａ、Ｂ両液が混ぜ合わされた混合液を導出するための液体導出口６とが、プレート１を厚み方向に貫通しているとともに、（Ｂ），（Ｃ）に示されるようにＡ、Ｂ両液が送り込まれて一緒になる混合用流路７が形成されている。また、混合用流路７の下流側（液体を導出する側）と、液体導出口６とは連通されている。また、下側のプレート３の重ね合わせ面には、液体導入口４からＡ液を導入するための液体用流路を有する導入用流路８、及び導入用流路を複数（この例では４つ）に分割するための各分岐流路を有する導入用分岐流路９が形成されている。さらに液体導入口５からＢ液を導入するための液体用流路を有する導入用流路１０、及び導入用流路を複数（この例では４つ）に分割するための各分岐流路を有する導入用分岐流路１１が形成されている。下側のプレート３の重ね合わせ面の導入用流路８と上側のプレート１の重ね合わせ面の液体導入口４とが連通され、下側のプレート３の重ね合わせ面の導入用流路１０と上側のプレート１の重ね合わせ面の液体導入口５とが連通されるように中央のプレート２に各貫通孔が形成されている。
【００１６】
下側のプレート３の重ね合わせ面の分割された両導入用分岐流路９、１１内のＡ、Ｂ両液が送り込まれて、それぞれ重ね合わせ面の混合用流路７内で合流して混合されるように、両導入用分岐流路９、１１と混合用流路７とは、中央のプレート２に形成されている整流用流路１２を介して連通されている。その際、（Ｂ）に示されるように、各導入用分岐流路９、１１は、混合用流路７の上流側（液体を導入する側）から順に、それぞれ交互に連結されている。したがって、上側のプレート１の重ね合わせ面と下側のプレート３の重ね合わせ面とを重ね合わせると、（Ｂ）に示されるような流路を構成していることになる。
【００１７】
さらに、Ａ−Ａ’矢視断面図（Ｃ）に示されるように、中央のプレート２には、上側のプレート１の混合用流路７と、下側のプレート３の各導入用分岐流路９及び導入用分岐流路１１との間に介在するようにプレートの厚み方向（流路の深さ方向）に、整流用流路１２がそれぞれ積層されている。さらにその整流用流路１２の幅は混合用流路７とほぼ同じ幅を有している。また、上述したように、プレート３の導入用流路８とプレート１の液体導入口４とが連通し、プレート３の導入用流路１０とプレート１の液体導入口５とが連通されるように、図示を省略する貫通孔が形成されている。
【００１８】
Ａ、Ｂ両液はそれぞれ両導入用分岐流路９、１１から整流用流路１２を介して混合用流路７の上流側（液体を導入する側）へと順に、均一な薄層状態でそれぞれ交互に混合されていくことになる。
【００１９】
図３の液体混合器を反応停止剤混合部３４に適用した実施例を図４と図５に示す。
図４，５に示されるように、反応停止剤混合部３４において、反応液流路と反応停止剤流路それぞれ２本ずつで合計４本の導入用分岐流路がある場合、混合用流路４０中で深さ方向（紙面に垂直方向）に各液体の層が順次形成され、図６のようになる。通常の流路をＹ字型、Ｔ字型などで混合する場合は、混合は流路の幅方向の拡散によるが、上記混合器によれば混合は、深さ方向を分岐流路の数で割った距離を拡散することにより行われ、混合時間が格段に短縮される。
【００２０】
チップ反応において、反応停止剤と反応溶液が混合される反応停止剤混合部３４に図３又は図４の構造を採用することにより、前述の液が速やかに混合し，即座に反応が停止し、その組成が変化しないまま出口に到達して蓄積することができる。出口に蓄積したものをサンプリングしてＨＰＬＣ、ＭＳ（質量分析計）、ＮＭＲ（核磁気共鳴装置）などで分析することができる。又は別の流路（チップ上又はチップ外）につなぎＨＰＬＣなどのサンプリングラインの使用により直接ＨＰＬＣやＬＣ／ＭＳ（液体クロマトグワフ／質量分析装置）への導入も可能である。これにより、反応開始後（混合開始後）一定時間を経過した後の反応物及び生成物を正確に定量することができる。
【００２１】
（２）Ｙ字型流路による混合と図４，図５の液体混合器との比較と応用
単に、流路（Ｔ字型、Ｙ字型など）を用いて反応停止剤を混合すると二液の層流が形成され拡散はその層の界面でのみ起こりその拡散距離は流路幅（１００μｍ）となってしまうが、図４，図５の液体混合器を使用すると同一の流路幅での混合の場合でも拡散距離は深さ方向を層の数で割った距離となる（４層の場合、流路幅（５μｍ）となる。今の場合、混合器における導入口の数だけ層が存在する。）
拡散係数Ｄ：１×１０−９ｍ２ｓ−１の場合を仮定し、平均拡散距離の式：Ｘｍ＝（２Ｄｔ）１／２よりそれぞれの距離を拡散するのに必要な時間を求めると表１のようになる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
通常の流路をＹ字型Ｔ字型などで反応停止剤を混合する場合でも５秒程度の遅れで反応を停止させることはできるので、反応停止機能付きチップとして機能する。ただし、特に、反応の初期過程の測定で反応速度が速い場合、拡散係数が小さい場合などは図４、図５の液体混合器を用いた方がよい。
【００２４】
また、壁との相互作用が強い溶液や混合しにくい溶液同士の場合（疎水性の強い液体と親水性の強い液体、粘性の高い液体など）など混合がうまくできない場合は、上記以上に大きな問題となるため、図４、図５の液体混合器の使用が必要になる。
【００２５】
（チップ構造と混合部の設計）
１）概要
反応液混合部２６及び反応停止剤混合部３４として、図４に示された液体混合器を使用する場合について検討する。
図１のように２本の流路２２ａ，２２ｂにより２液を混合し、さらに１本の反応停止剤導入流路３０により反応を停止するマイクロリアクター（マイクロチップ）を例にとり説明する。反応液Ａ、Ｂはチップ上でそれぞれ別の流路から流され、図４の液体混合器３４の構造により、瞬時に混合され、反応が開始する。混合後の流路中で反応は進行し、さらに別の流路（反応停止剤導入流路）３０から反応停止剤を導入して混合し反応を停止させる。この際、図４の液体混合器を使用することにより、速やかな反応停止が可能となり、その時点での溶液組成を保ったまま液は出口へ流れ蓄積される。
【００２６】
このとき、反応流路２８と反応停止導入流路３０の液体混合器での配置は反応停止時間をそろえるため、例えば図４のような配置とし、反応停止剤を上流に配し反応停止剤で満たされた流路中に反応液が導入されるような構成とする必要がある。最適な混合及び出口時間をそろえるためにさらに次項の配慮が必要である。
【００２７】
２）出口時間を考慮した混合部の設計
図４の液体混合器は、図３の液体混合器で説明されているように、複数プレートの重ね合わせ面に２つ以上の微小流路をもち、その流路を合流させて混合するもので、そのプレート厚み方向に整流用微小流路をもつことを特徴とするが、複数の導入用分岐流路をもつ場合、混合を最適とするために、その径及び長さの検討が必要である。特に、図３又は、出口流量を分岐流路の長さを変えることで調整した図５の液体混合器では、分岐流路ごとに出口の時間（分岐流路中の滞留時間）が異なり問題がある。
【００２８】
そこで、液体混合器を図４の構造とし、下記のように、反応液の出口時間をそろえて流路を最適化することができる。（記号は図４参照のこと）
ａ）流路壁の効果：壁側流量は約１／２とする。
多層に分かれて液が導入される場合、中央の層は両側に拡散できるが壁側の層は片側しか拡散できない。壁側の流量は中央の流量のほぼ１／２とすることで効率のよい混合ができる。
【００２９】
ｂ）反応停止のための条件：混合後反応液の分岐流路の出口時間が等しい。
反応液混合後、反応流路からの溶液は反応しつつ流れるため、等しい時間で反応を停止するために、導入用分岐流路が反応停止溶液流路に接する出口時間はそれぞれ等しいことが必要である。すなわち、反応流路側においてそれぞれの分岐流路における滞留時間が等しい必要がある。（反応停止剤側はその必要はない）
ｃ）合流点の圧力損失は等しいとする。
【００３０】
これらの条件と、次の流量Ｑと圧力損失ΔＰとの関係式（非特許文献４参照。）により最適な流路幅及び長さを求めることができる。
Ｑ＝２Ａ・Ｄｈ２ΔＰ／（Ｃｆｒ・Ｌ・μ）
Ａ：流路断面積、Ｃｆｒ：摩擦に関する係数、Ｌ：流路長さ、μ：粘性、
Ｄｈ：水力直径（＝４Ｓ／ｃ、Ｓ：流路断面積、ｃ：流路外周長）
【００３１】
図４において、混合用流路４２での中央及び壁側の流れの層を形成する、反応流路２８と反応停止剤導入流路のそれぞれの分岐流路の流路幅、長さ、断面積をそれぞれｗ１、ｗ２、Ｌ１、Ｌ２、Ｓ１、Ｓ２とする（添え字１は中央側、添え字２は壁側を意味する。）。また流路深さをｄ（共通）とする。
【００３２】
ａ）の条件より、
Ｑ２＝（１／２）Ｑ１        ▲１▼
Ｑ１：混合用流路での中央側の流量、Ｑ２：混合用流路での壁側の流量
ｂ）の条件より、
Ｓ１Ｌ１／Ｑ１＝Ｓ２Ｌ２／Ｑ２        ▲２▼
これより
Ｓ１Ｌ１＝２・Ｓ２Ｌ２        ▲３▼
ｃ）の条件より、
ΔＰ＝ＱＬ／ＳＤｈ２：一定        ▲４▼
（Ｓ：流路断面積）
【００３３】
▲４▼を各流路について表すと、
Ｑ１Ｌ１／Ｓ１Ｄｈ１２＝Ｑ２Ｌ２／Ｓ２Ｄｈ２２        ▲５▼
▲１▼の関係からＱ１、Ｑ２を消去すると、
Ｌ１／Ｓ１Ｄｈ１２＝Ｌ２／Ｓ２Ｄｈ２２／２
▲３▼の関係によりＬ１、Ｌ２を消去すると、
（Ｓ１／Ｓ２）２＝４（Ｄｈ２／Ｄｈ１）２        ▲６▼
水力直径Ｄｈは次のように書き表すことができる。
Ｄｈ＝４・Ｓ／ｃ        ▲７▼
Ｓ：流路断面積、Ｓ＝ｗ・ｄ
ｃ：流路外周、ｃ＝２（ｗ＋ｄ）
▲６▼のＤｈ２、Ｄｈ１を各流路について▲７▼の関係を用いてＳとｃで表すと、
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整理して、
（Ｓ１／Ｓ２）２＝２（ｃ１／ｃ２）
Ｓをｗ、ｄで表現すると
ｗ１２ｄ２・２・（ｗ２＋ｄ）＝２・ｗ２２ｄ２・２・（ｗ１＋ｄ）        ▲８▼
ｄは相殺される。
▲８▼はｗ１について２次方程式となる。
ｗ１をＸと置くと、
（ｗ２＋ｄ）Ｘ２−２ｗ２２Ｘ−２ｗ２２ｄ＝０
２次方程式の解の公式より、
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【００３４】
これより最適なｗ１とｗ２との比を求めることができる。
また、Ｓ２／Ｓ１＝ｗ２／ｗ１であるから、▲３▼の関係から最適なＬ１とＬ２の比を計算できる。
（Ｌ１／Ｌ２＝２・ｗ２／ｗ１）
したがって、最適なｗ１とｗ２との比、及び、Ｌ１とＬ２の比を計算できる。例えば、ｗ２＝１５０μｍ、Ｌ２＝１８００μｍ、ｄ＝２０μｍのとき、ｗ１＝２８３μｍ、Ｌ１＝１９００μｍとなる。
また、別の計算法としてＬ１＝Ｌ２となるように最適ｗ１、ｗ２を求めることもできる。この場合、近似法によりｗ２＝１５０μｍ、ｄ＝２０μｍのとき、ｗ１＝２９７μｍとなる。
【００３５】
３）作成したチップ形状
実際に作成した２種類の反応停止機能付きチップの形状を図７（Ａ），（Ｂ）に示す。図１と同一符号が付されたものは同じ部分を示しており、説明は省略する。
反応停止剤混合部３４はどちらもＭＤ構造を用い、反応液混合部は（Ａ）ではＹ字型２６ａ、（Ｂ）ではＭＤ構造である。ここで、ＭＤ構造のＭＤとは多層拡散（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）の略であり、図３に示した特許文献１，２の混合器の構造を指しており、一例として図４に示したものである。以降、図７（Ａ）の構造をＹＱチップ、図７（Ｂ）の構造をＭＤＱチップと略す。どちらも流路形状は、混合器部を除いて流路幅２００μｍ、深さ２０μｍ、反応流路２８の容積は０．４μＬである。混合器部は図４に示されたもので、ｗ１＝２８３μｍ、ｗ２＝１５０μｍ、Ｌ２＝１８００μｍ、Ｌ１＝１９００μｍ、ｄ＝２０μｍ（又はｗ１＝２９７μｍ、ｗ２＝１５０μｍ、Ｌ１＝Ｌ２、ｄ＝２０μｍ）である。外形はどちらも２５ｍｍ×４５ｍｍ×２．３ｍｍである。
【００３６】
チップは２枚の溝加工をした石英基板の間に１枚の単結晶Ｓｉ（シリコン）基板を挟んで接合したものである。石英基板の加工は非特許文献５に記載の方法などに準じている。Ｓｉ基板の貫通穴加工はディープＲＩＥ（反応性イオンエッチング）による。加工プロセスを図１０に（Ａ）〜（Ｅ）により示す。
【００３７】
（Ａ）Ｓｉ基板４０を有機溶媒、硫酸過水（濃硫酸：３０％過酸化水素水＝２：１混液）及び希フッ酸によりその順で洗浄する。
熱酸化（１１００℃、８ｈ、ｗｅｔＯ２＝２Ｌ／ｍｉｎ）を行ない、Ｓｉ基板４０の表面に厚さ１．８μｍのシリコン酸化膜４２を形成する。
シリコン酸化膜４２上にフォトレジスト層４４を塗布する。
【００３８】
（Ｂ）フォトリソグラフィー技術を用いてＳｉ基板４０に混合器の整流用流路と連通穴をあけるために、フォトレジスト４４のパターニングをする。
バッファードフッ酸（３７℃、１５ｍｉｎ）でシリコン酸化膜４２をパターニングする。
硫酸過水洗浄でフォトレジスト４４を除去する。
ディープＲＩＥによりシリコン基板４０をエッチングして貫通穴をあける。
【００３９】
（Ｃ）ディープＲＩＥプロセスにより発生したＣＦｘ膜をＯ２アッシングで除去する。
バッファードフッ酸（３７℃、１５ｍｉｎ）でシリコン酸化膜４２を除去する。
【００４０】
（Ｄ）有機溶媒、硫酸過水及び希フッ酸によりその順で洗浄する。
熱酸化（１１００℃、５０ｍｉｎ、ｄｒｙＯ２＝１Ｌ／ｍｉｎ）を行ない、Ｓｉ基板４０の表面にシリコン酸化膜４６を１１０ｎｍの厚さに形成する。
Ｓｉ基板４０をダイシングでチップサイズにカットする。
【００４１】
（Ｅ）有機溶媒、硫酸過水、アンモニア過水及び希フッ酸によりその順で洗浄する。
べースプレート５８とカバープレート５２にそれぞれフォトリソグラフィーとエッチングにより流路５０，５４と貫通穴５６を形成しておく。べースプレート５８の流路形成面に１％フッ酸水溶液を滴下し、シリコンプレート４０を張り合わせ、シリコンプレート４０の他の面に１％フッ酸水溶液を滴下し、カバープレート５２の流路形成面を張り合わせる。なお、６０は混合部における整流用流路である。
その後、荷重を印加して、２４時間放置する。
【００４２】
（チップ上での合成反応）
１）反応条件と結果
マイクロリアクター上で表２の反応液ＡとＢを混合し、コレステロールのアセチル化反応を行なった。反応条件は表２に示す。チップ上の混合と反応に関する知見を得るため、初期反応変換率を測定した。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
図７に示したＹＱチップ及びＭＤＱチップを用い、一定流速で反応液混合及び反応停止剤混合を行ない、出てきた液を液体出口リザーバよりマイクロシリンジで捕集し、ＨＰＬＣにてコレステロール及び酢酸コレステロールを定量し、その変換率を求めた。チップ上で混合後、反応時間１５秒後から５分後の変換率を再現性よく求めることができた（指示の±５％以内）。また反応５分後の値は反応停止剤の混合なしで従来法（ＴＬＣ）で求めた値と指示値の±５％で一致した。なお、反応時間は反応流路２８での滞留時間であり、反応液の流速を変えることにより設定した。
【００４５】
２）反応停止剤の水含量の影響と反応停止の確認
図７に示されたＭＤＱチップ（反応液混合部・反応停止剤混合部とも図４のＭＤ構造をとる）を使用し、表２の反応条件において反応停止剤の水含量を変化させ、反応１分後の変換率を測定した。結果を図８に示する。反応混合後の無水酢酸濃度は０．５Ｍ（無水酢酸濃度１Ｍの反応液Ｂを同量の反応液Ａと混合するので。）であるので、水濃度１４Ｍの移動相により反応停止は速やかに行われていると考えられる。したがって、測定値がこの時の変換率（図８中のデータｂ）より大きい値を示さなければ反応停止は速やかに行われていると考えられる。一方、その測定値に影響の出る水の濃度では反応停止に時間遅れが生じていることになる。この結果により、反応停止機能付きチップにおいて、表２のＬＣ移動相（水２．８ｍｏｌ／Ｌ：図８中のデータａ）を反応停止剤として速やかに反応停止ができていることが確認された。
【００４６】
３）チップの混合器の効果評価への応用
反応液混合部がＹ字流路（図７（Ａ））及びＭＤ型混合器（図７（Ｂ））の２種の反応停止機能付きチップ（ＹＱチップ及びＭＤＱチップ）及びバルク反応について初期（反応時間１５秒後から５分後）の反応変換率を測定し、図８の結果を得た。初期の反応変換率は、ＭＤＱチップ中、フラスコ中（全量１ｍｌのバルク反応）、ＹＱチップ中の順であり、これは反応の際の混合効率がＭＤＱチップで最も高く、フラスコ中のバルク反応、ＹＱチップの順であることが示唆された。ＭＤＱチップの使用により反応初期において顕著と考えられる混合部構造の効果を確認することができた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のマイクロリアクターは、反応停止剤を導入する反応停止剤導入流路と、導入された反応停止剤を所定の位置で反応流路を流れる反応液と混合させる反応停止剤混合部を反応流路が形成されている部材と同一の部材に形成したので、チップ反応において、反応溶液に反応停止剤を混合させて即座に反応を停止させ、反応開始後、一定時間後の試料を時間による変化のない状態で安定に得ることができる。
そして、反応を停止させることで、例えばＨＰＬＣ測定に必要な量（１μＬ〜）の反応液も組成の変化なく蓄積することができ、反応の初期濃度変化をＨＰＬＣ法などの分析手法で正確に測定できることができるようになる。
反応停止剤混合部として、幅よりも深さの方が小さくなった混合用流路で深さ方向に層をなすように流路を合流させる液体混合器を使用すれば、混合がより速やかに行われるようになり、所定の時間に一層正確に反応を停止させることができるようになり、遅れ時間の影響を小さくできる。
その反応停止剤混合部において反応流路と反応停止剤導入流路をそれぞれ複数に分岐させ、それぞれの分岐流路により複数箇所で同時に反応を停止させるようにすれば、反応の停止をより短時間のうちになすことができるようになる。
反応液混合部においても反応停止剤混合部で採用したような液体混合部を採用し、混合効率を高めるようにすれば、反応開始時間を一層正確に定めることができて、反応時間の設定がより正確になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロリアクターチップの概念図を示す平面図である。
【図２】本発明のマイクロリアクターで測定しようとする反応の一例であるコレステロールのアセチル化反応を示す化学反応式である。
【図３】本発明の実施例に適用しようとする液体混合器を示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は流路構成図、（Ｃ）はＡ−Ａ’線位置での要部断面図である。
【図４】一実施例における反応停止剤混合部の一例を示す流路構成図である。
【図５】一実施例における反応停止剤混合部の他の例を示す流路構成図である。
【図６】実施例における混合用流路中で形成される各液体の層を示す概念図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ実施例のマイクロリアクターチップを示す概略平面図である。
【図８】一実施例のマイクロリアクターにおける反応停止剤の水含量効果を示すグラフである。
【図９】実施例のマイクロリアクターとフラスコ中での反応効率を比較するグラフである。
【図１０】実施例のマイクロリアクターを製造する方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
２２ａ，２２ｂ      反応液導入流路
２４ａ，２４ｂ      反応液注入口
２６，２６ａ，２６ｂ      反応液混合部
２８      反応流路
３０      反応停止剤導入流路
３２      反応停止剤注入注入口
３４      反応停止剤混合部
３６      反応液出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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