(57)【要約】【課題】構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップを提供する。【解決手段】マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に接続され、流路１２に被処理理流体をそれぞれ流入させる供給部１３ａ，１３ｂとが形成された基体１１を有し、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すものである。このマイクロ化学チップ１において、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置２２よりも被処理流体の流通方向下流側の流路部分の内側表面に対応する位置であって、蓋体２１に振動素子Ｘを配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路と前記供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されていることを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記基体は、溝部が形成された基体本体と溝部を覆うように配置される被覆部材とを含んで構成され、前記流路は、前記基体本体に形成された溝部を前記被覆部材で覆うことによって形成され、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、前記被覆部材に配置されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学チップ。
【請求項３】
前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする請求項２記載のマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする請求項２または３記載のマイクロ化学チップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な流路を流通する流体や試薬などの被処理流体に対して、反応や分析などの予め定める処理を施すことのできるマイクロ化学チップに関し、さらに詳しくは、たとえば血液と試薬を混合して反応させる場合のように、異なる複数の被処理流体を混合させて予め定める処理を施すことができるマイクロ化学チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学技術やバイオ技術の分野では、試料に対する反応や試料の分析などを微小な領域で行うための研究が行われており、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ；略称：ＭＥＭＳ）技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析などのシステムを小型化したマイクロ化学システムが研究開発されている。
【０００３】
マイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ流路、マイクロポンプおよびマイクロリアクタなどが形成されたマイクロ化学チップと呼ばれる１つのチップを用いて行われる。たとえば、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る１つの基体に、試料や試薬などの流体を供給するための供給口と、処理後の流体を導出するための採取口とを形成し、この供給口と採取口とを断面積が微小なマイクロ流路で接続し、流路の適当な位置に送液のためのマイクロポンプを配置したマイクロ化学チップが提案されている（特許文献１参照）。また、送液の手段として、マイクロポンプに代えて、電気浸透現象を利用したキャピラリ泳動型のものも提案されている（特許文献２参照）。これらのマイクロ化学チップでは、流路は所定の位置で合流しており、合流部で流体の混合が行われる。
【０００４】
マイクロ化学システムでは、従来のシステムに比べ、機器や手法が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができる。また流量の精密な制御が可能であるので、反応や分析を効率的に行うことができる。さらに反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１４２４１号公報（第４−５頁，第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１０８６１９号公報（第４−５頁，第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマイクロ化学チップでは、流路を流れる被処理流体は層流となる。そのため、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流路に流入させて混合させる場合は、流路を流れる間に生じる拡散現象を利用して複数の被処理流体を混合させるようにしている。したがって、複数の被処理流体を充分に混合させるためには、供給部が流路に接続される接続位置よりも下流側の流路を長く形成する必要がある。
【０００７】
しかし、被処理流体を充分に混合させるために流路を長く形成すると、マイクロ化学チップが大型化するという問題が生じる。
【０００８】
一方、マイクロ化学チップを小型化するために流路を短く形成すると、被処理流体の混合が不充分になるという問題が生じる。また、被処理流体の混合が不充分な状態では、反応等の予め定める処理を施しても、処理が不充分になる可能性が高くなるという問題も生じる。
【０００９】
本発明の目的は、構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路と前記供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されていることを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１１】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、互いに位置をずらして接続させてもよい。
【００１２】
本発明では、流路と供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されているので、振動素子からの振動が合流した被処理流体に伝達され、合流した被処理流体内に乱流が発生する。このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。
【００１３】
これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【００１４】
また本発明は、前記基体は、溝部が形成された基体本体と溝部を覆うように配置される被覆部材とを含んで構成され、前記流路は、前記基体本体に形成された溝部を前記被覆部材で覆うことによって形成され、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、前記被覆部材に配置されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、供給部と流路とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分、すなわち合流した複数の被処理流体が流れる流路部分の内側表面に対応する位置であって、被覆部材に振動素子が配置されているので、振動素子からの振動が効率よく合流した被処理流体に伝達される。これによって、合流した被処理流体を充分に混合することができる。
【００１６】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の被処理流体は、合流されてから振動素子の振動によって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取り出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００１８】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の被処理流体は、合流されてから振動素子の振動によって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率よく反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す部分断面図である。なお、図１（ｂ）では、切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を並べて示す。
【００２１】
マイクロ化学チップ１は、被処理流体を流通させる流路１２と、流路１２に被処理流体をそれぞれ流入させる２つの供給部１３ａ，１３ｂと、処理部１４と、処理後の流体を外部に導出する採取部１５とが設けられた基体１１を有する。基体１１は、一表面に溝部３３が形成された基体本体２０と被覆部材である蓋体２１とを含み、基体本体２０の溝部３３の形成された表面を蓋体２１で覆うことによって流路１２が形成されている。
【００２２】
このマイクロ化学チップ１では、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置２２の近傍に振動素子Ｘが配置されている。本実施形態では、供給部１３ａ，１３ｂと流路１２とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、蓋体２１に配置されている。
【００２３】
図２は、振動素子Ｘの配置状態を示す断面図である。図２（ａ）は、振動素子Ｘとして、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；組成式：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などから成る圧電素子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。蓋体２１の外側表面には、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路１２部分の内側表面に対向する位置に、凹部２１ａが形成されている。この凹部２１ａ内に、振動素子Ｘが配置されている。振動素子Ｘを駆動するための電力は、蓋体２１の外側表面に形成した配線によって供給される。配線と振動素子Ｘとの接続は、たとえばワイヤボンディングで実現される。
【００２４】
振動素子Ｘからの振動によって、蓋体２１における振動素子Ｘの配置部分が振動し、この振動が流路１２を流れる被処理流体に伝達される。これによって、合流した被処理流体内に乱流が発生し、合流した複数の被処理流体を混合することができる。なお、蓋体２１に形成した凹部２１ａ内に振動素子Ｘを配置したことによって、周囲よりも厚みが薄い部分に振動素子Ｘが配置されることになり、振動素子Ｘの配置部分をより確実に振動させることができ、合流した被処理流体を効率よく混合することができる。
【００２５】
図２（ｂ）は、振動素子Ｘとして水晶振動子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。蓋体２１には、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面となる位置に、流路１２の流通方向（図２（ｂ）紙面に対して垂直方向）に沿った長孔である貫通孔２１ｂが形成されている。振動素子Ｘは、貫通孔２１ｂを覆うように蓋体２１の内側表面に貼り付けられて配置されている。振動素子Ｘを駆動するための電力は、蓋体２１の外側表面から貫通孔２１ｂの内面に沿って形成されて振動素子Ｘに接続された配線によって供給される。振動素子Ｘからの振動は、流路１２を流れる被処理流体に直接伝達される。
【００２６】
図２（ｃ）は、振動素子Ｘとして超音波振動子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。超音波振動子は、コーン（外形が略円錐形状の筒状の部材）ＣＥの大径側端部に取り付けられている。超音波振動子が取り付けられたコーンＣＥは、その小径側端部が、蓋体２１の外側表面であって、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対向する位置に取り付けられ、これによって超音波振動子は蓋体２１に取り付けられる。超音波振動子を駆動するための電力は、蓋体２１の外側表面に形成されて超音波振動子に接続された配線によって供給される。超音波振動子からの振動は、コーンＣＥおよび蓋体２１を介して流路２１を流れる被処理流体に伝達される。
【００２７】
供給部１３ａは、流路１２に接続される供給流路１７ａと、供給流路１７ａの端部に設けられる供給口１６ａと、流路１２に接続する位置２２よりも被処理流体の流通方向上流側に設けられるマイクロポンプ１８ａとを含む。同様に、供給部１３ｂは、供給流路１７ｂと、供給口１６ｂと、マイクロポンプ１８ｂとを含む。供給口１６ａ，１６ｂは、外部から供給流路１７ａ，１７ｂに被処理流体を注入することができるように開口されている。また採取部１５は、流路１２から被処理流体を外部に取り出すことができるように開口で実現されている。
【００２８】
基体本体２０の内部であって、処理部１４の流路１２の下方には、ヒータ１９が設けられる。処理部１４の流路１２は、ヒータ１９の上方を複数回数通過するようにたとえば葛折り状に屈曲して形成される。基体１１の表面には、ヒータ１９と外部電源とを接続するための図示しない配線がヒータ１９から導出されている。この配線は、ヒータ１９よりも電気抵抗値の低い金属材料で形成される。
【００２９】
マイクロ化学チップ１では、２つの供給部１３ａ，１３ｂから流路１２に２種類の被処理流体をそれぞれ流入させて合流させ、必要に応じて処理部１４においてヒータ１９を用いて流路１２を所定の温度で加熱し、流入された２種類の被処理流体を反応させ、得られた反応生成物を採取部１５から導出させる。
【００３０】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するためには、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。しかしながら、断面積が２．５×１０−３ｍｍ２〜１ｍｍ２程度の流路を流通する流体は、一般に層流状態で流れるので、２つの供給流路１７ａ，１７ｂを合流させただけでは、供給部１３ａ，１３ｂから流路１２にそれぞれ流入され合流された２種類の被処理流体は、拡散のみによって混合される。したがって、合流された２種類の被処理流体を完全に混合させるためには長い流路を設ける必要があり、マイクロ化学チップの小型化には限界がある。
【００３１】
これに対し、本実施形態では、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２よりも被処理流体の流通方向下流側に、振動素子Ｘを配置しているので、複数の被処理流体が合流された後、振動素子Ｘからの振動を加えることによって、合流した被処理流体内に乱流が発生する。
【００３２】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、拡散のみによって混合させる場合に比べて、短い流路で複数の被処理流体を充分に混合させることができる。したがって、流路１２の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップ１の小型化を成すことができ、マイクロ化学チップ１を用いたマイクロ化学システムの小型化が可能となる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。
【００３３】
また本実施形態では、接続位置２２と処理部１４との間に振動素子Ｘが配置されているので、合流された被処理流体は、処理部１４に達する際には充分に混合されている。したがって、たとえば供給部１３ａから原料となる化合物を流入させ、供給部１３ｂから試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部１４のヒータ１９で加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率よく反応させ、採取部１５から取り出される反応生成物の収率を向上させることができる。
【００３４】
基体本体２０には、セラミック材料、シリコン、ガラスまたは樹脂などから成るものを用いることができ、これらの中でもセラミック材料から成るものを用いることが好ましい。セラミック材料は、樹脂などに比べ、耐薬品性に優れるので、基体本体２０がセラミック材料から成ることによって、耐薬品性に優れ、種々の条件で使用することのできるマイクロ化学チップ１を得ることができる。基体本体１１を構成するセラミック材料としては、たとえば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体などを用いることができる。
【００３５】
蓋体２１には、ガラスまたはセラミック材料から成るものを用いることができるが、蓋体２１がガラスから成る場合、被処理流体の混合状態や反応状態等を確認できるため好ましい。
【００３６】
流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積は、前述のように、供給部１３ａ，１３ｂから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するために、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが好ましい。流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が１ｍｍ２を超えると、送液される検体、試薬または洗浄液の量が多くなり過ぎるので、単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減させるというマイクロ化学チップの効果を充分に得ることができない。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積が２．５×１０−３ｍｍ２未満であると、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂによる圧力の損失が大きくなり、送液に問題が生じる。したがって、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面積を２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下とするのがよい。
【００３７】
また、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの幅ｗは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍである。また流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの深さｄは、５０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは１００〜５００μｍであって、上記断面積の範囲となるようにすればよい。そして、流路１２および供給流路１７ａ，１７ｂの断面形状が長方形である場合、幅（長辺）と深さ（短辺）の関係は、短辺長／長辺長≧０．４が好ましく、より好ましくは短辺長／長辺長≧０．６である。短辺長／長辺長＜０．４では、圧力損失が大きくなり、送液に問題が生じる。
【００３８】
マイクロ化学チップ１の外形寸法は、たとえば、幅Ａが約４０ｍｍであり、奥行きＢが約７０ｍｍであり、高さＣが１〜２ｍｍであるが、これにかかわらず、必要に応じ適切な外形寸法とすればよい。
【００３９】
なお、使用後のマイクロ化学チップ１は、供給部１３ａ，１３ｂから洗浄液を流入させて洗浄すれば、再度使用することができる。
【００４０】
次に、図１に示すマイクロ化学チップ１の製造方法を説明する。本実施形態では、基体本体２０がセラミック材料から成る場合について説明する。図３は、セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態を示す平面図である。図４は、セラミックシート３１，３２の積層状態を示す断面図である。
【００４１】
まず、原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤などを添加して泥奬にし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法などによってシート状に成形することによって、セラミックグリーンシート（別称：セラミック生シート）を形成する。原料粉末としては、たとえば、基体本体２０が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどを用いる。
【００４２】
本実施形態では、このようにして形成されるセラミックグリーンシートを２枚用いて基体本体２０を形成する。まず、図３（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート３１の表面に型を押圧し、溝部３３を形成する。このとき、型には、所望の溝部３３の形状が転写された形状の型を用いる。
【００４３】
また型を押圧する際の押圧力は、セラミックグリーンシートに成形される前の泥漿の粘度に応じて調整される。たとえば、泥漿の粘度が１〜４Ｐａ・ｓである場合には、２．５〜７ＭＰａの押圧力で押圧する。なお、型の材質は特に制限されるものではなく、金型であっても木型であってもよい。
【００４４】
また、図３（ｂ）に示すように、セラミックグリーンシート３２の表面に、導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって所定の形状に塗布することによって、ヒータ１９および外部電源接続用の配線となる配線パターン３４を形成する。導電性ペーストは、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、ニッケル、パラジウムまたは金などの金属材料粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤を混合して得られる。なお、ヒータ１９となる配線パターン３４を形成する導電性ペーストには、焼結後に所定の電気抵抗値になるように、前述の金属材料粉末にセラミック粉末が５〜３０重量％添加されたものが用いられる。
【００４５】
次に、図４に示すように、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２の表面に、溝部３３の形成されたセラミックグリーンシート３１を積層する。積層されたセラミックグリーンシート３１，３２を温度約１６００℃で焼結させる。以上のようにして、流路１２となる溝部３３が形成された図１に示す基体本体２０を形成する。
【００４６】
図５は、蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。図５に示すように、たとえばガラスまたはセラミック材料などから成る基板４１に、供給口１６ａ，１６ｂおよび採取部１５となるべく予め定められる位置には、図３（ａ）に示すセラミックグリーンシート３１の溝部３３に連通する貫通孔４２ａ，４２ｂ，４３を形成する。また、基板４１の外側表面には、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置に凹部２１ａを形成し、この凹部２１ａ内に振動素子Ｘを配置する。さらに、基板４１の外側表面には、振動素子Ｘを駆動するための電力を供給する配線（図示せず）を形成し、この配線と振動素子Ｘとをたとえばワイヤボンディングで接続する。このようにして蓋体２１を得る。
【００４７】
基体本体２０の溝部３３が露出した表面に、蓋体２１を接着する。蓋体２１と基体本体２０とは、たとえば蓋体２１がガラスから成る場合には加熱および加圧によって接着され、蓋体２１がセラミック材料から成る場合にはガラス接着剤などによって接着される。
【００４８】
蓋体２１の表面の予め定められる位置に、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ；組成式：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）などの圧電材料４４ａ，４４ｂを貼り付けるとともに、圧電材料４４ａ，４４ｂに電圧を印加するための図示しない配線を形成する。圧電材料４４ａ，４４ｂは、印加された電圧に応じて伸縮することによって供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１を振動させることができるので、圧電材料４４ａ，４４ｂを供給流路１７ａ，１７ｂの上方の蓋体２１に貼り付けることによって、送液を行うマイクロポンプ１８ａ，１８ｂを形成することができる。
【００４９】
以上のようにして、図１に示す基体１１を形成し、マイクロ化学チップ１を得る。このように、流路１２と供給部１３ａ，１３ｂとの接続位置２２の近傍、具体的には接続位置２２よりも被処理流体の流通方向下流側に振動素子Ｘが配置されたマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００５０】
また本実施形態では、型を押圧して溝部３３が表面に形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２とを積層したものを焼結させることによって基体本体２０を形成し、基体本体２０の表面の溝部３３を蓋体２１で覆うことによって、流路１２を有する基体１１を形成する。したがって、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に流路を形成する際に必要となるエッチング加工のような複雑な加工を行うことなく、簡単な加工を行うだけでマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００５１】
以上に述べたように、本実施形態のマイクロ化学チップ１は、２つの供給部１３ａ，１３ｂを有するけれども、これに限定されることなく、３つ以上の供給部を有してもよい。供給部が２つ以上設けられる場合、供給部は、１点で合流するように設けられる必要はなく、流路１２の異なる位置に接続されるように設けられてもよい。この場合、流路１２と各供給部とが接続される位置の近傍に、振動素子Ｘをそれぞれ配置することが好ましい。
【００５２】
またヒータ１９は、１箇所に設けられる構成であるけれども、これに限定されることなく、２箇所以上に設けられてもよい。このように、３つ以上の供給部を設け、ヒータを２箇所以上に設けることによって、複雑な反応を制御することができる。なお、ヒータ１９は、加熱しなくても反応が進行するような場合には、設ける必要はない。
【００５３】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１では、採取部１５を設け、反応生成物を採取部１５から導出させるけれども、採取部１５または採取部１５よりも被処理流体の流通方向上流側に検出部を設ければ、化学反応や抗原抗体反応、酵素反応などの生化学反応の反応生成物を検出することができる。この場合には、検出部よりも被処理流体の流通方向上流側の流路部分に振動素子Ｘを配置することが好ましい。
【００５４】
また、本実施形態では、送液手段として、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設ける構成であるけれども、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを設けない構成も可能である。この場合には、供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入する際に、マイクロシリンジなどで被処理流体を押込むことによって、被処理流体を供給口１６ａ，１６ｂから採取部１５まで送液することができる。また注入する際に、外部に設けられるポンプなどで被処理流体に圧力を加えながら注入することによって送液することもできる。また供給口１６ａ，１６ｂから被処理流体を注入した後に、開口で実現されている採取部１５からマイクロシリンジなどで吸引することによって送液することもできる。
【００５５】
また、蓋体２１は基体本体２０に接着されているけれども、これに限定されることなく、基体本体２０から取外し可能に取り付けられていてもよい。たとえば、基体本体２０と蓋体２１との間にシリコーンゴムなどを挟み、マイクロ化学チップ全体に圧力を加えるような構成であってもよい。蓋体２１を取り外し可能に構成することによって、マイクロ化学チップの再利用時の洗浄が容易となる。
【００５６】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１の製造方法では、基体本体２０は、溝部３３が形成されたセラミックグリーンシート３１と、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成されたセラミックグリーンシート３２との２枚のセラミックグリーンシートから形成されるけれども、これに限定されることなく、３枚以上のセラミックグリーンシートから形成されてもよい。
【００５７】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ１の製造方法では、基体１１は、セラミックグリーンシート３１の表面の溝部３３を露出させたまま焼結させて基体本体２０を形成した後、基体本体２０の表面の溝部３３を蓋体２１で覆うことによって形成されるけれども、これに限定されることなく、セラミックグリーンシート３１の表面に、溝部３３に連通する蓋体２１と同様の貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートをさらに積層して焼結させることによって形成されてもよい。このようにして基体１１を形成すれば、基体本体２０を形成した後に蓋体２１を取り付ける必要がなくなるので、生産性を向上させることができる。また、マイクロポンプ１８ａ，１８ｂを構成する圧電材料４４ａ，４４ｂに前述のＰＺＴのようなセラミック圧電材料を用いる場合には、溝部３３に連通する貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートの予め定められる位置にセラミック圧電材料を取り付けた後、同時に焼結させることもできる。
【００５８】
本発明のマイクロ化学チップは、血液、唾液、尿等の体液中のウイルス、細菌または体液成分の試薬による検査、ウイルス、細菌や薬液と体細胞との生体反応実験、ウイルス、細菌と薬液との反応実験、ウイルス、細菌と他のウイルス、細菌との反応実験、血液鑑定、遺伝子の薬液による分離抽出や分解、溶液中の化学物質の析出等による分離抽出、溶液中の化学物質の分解、複数の薬液の混合等の用途に用いることができ、他の生体反応や化学反応等の目的のために使用することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置の近傍に振動素子を配置した合流した被処理流体に振動を加えるようにしたので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を成すことができる。
【００６０】
また本発明によれば、合流した被処理流体が流れる流路部分を構成する被覆部材に振動素子を配置したので、振動素子の振動を効率よく合流した被処理流体に伝達することができ、被処理流体を充分に混合することができる。
【００６１】
また本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、振動素子が配置されているので、たとえば２つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取り出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【００６２】
また本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、振動素子が配置されているので、たとえば２つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率よく反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ１の構成を簡略化して示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すマイクロ化学チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩおよびＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、振動素子Ｘの配置状態をそれぞれ示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、セラミックグリーンシート３１，３２の加工状態をそれぞれ示す平面図である。
【図４】セラミックグリーンシート３１，３２を積層した状態を示す部分断面図である。
【図５】蓋体２１の構成を簡略化して示す平面図である。
【符号の説明】
１  マイクロ化学チップ
１１  基体
１２  流路
１３ａ，１３ｂ  供給部
１４  処理部
１５  採取部
１６ａ，１６ｂ  供給口
１７ａ，１７ｂ  供給流路
１８ａ，１８ｂ  マイクロポンプ
１９  ヒータ
２０  基体本体
２１  蓋体
２２  接続位置
３１，３２  セラミックグリーンシート
３３  溝部
３４  配線パターン
４１  基板
４２ａ，４２ｂ，４３  貫通孔
４４ａ，４４ｂ  圧電材料
Ｘ  振動素子
【図１】
2004354180.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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