(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの第１流路と、
該第１流路の端部に接続され、該第１流路と略同じ方向に延在し、互いに略平行に間隔を設けて層状に形成された複数の第１分岐流路と、
少なくとも上記第１分岐流路の間に層状に形成された１又は２以上の第２分岐流路と、
上記第１流路および上記第１分岐流路を含む面とは異なる面上に配置され、上記第２分岐流路に接続された１又は２以上の第２流路と、
その端部に、上記第１分岐流路および上記第２分岐流路が交互にそれぞれの層の厚み方向に隣接し合った状態で接続された一つの混合流路とを備え、
上記第１および第２分岐流路は、上記第１および第２分岐流路の厚み方向に中央側の方が外側よりも該厚み方向の寸法が小さい、混合機構。
【請求項２】
上記第２流路と上記第２分岐流路との接続部分又はその近傍部分に、上記第２流路から上記第２分岐流路への流れ方向に見たとき、該流れ方向に垂直な流路断面の面積が拡大するバルブ部を備えたことを特徴とする、請求項１記載の混合機構。
【請求項３】
上記混合流路は、上記第１および第２分岐流路の厚み方向の流路断面寸法が上記端部から離れるほど小さくなる断面減少部を含むことを特徴とする、請求項１記載の混合機構。
【請求項４】
上記第１および第２分岐流路は、それぞれ、上記第１および第２分岐流路の厚み方向の寸法が２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１記載の混合機構。
【請求項５】
上記第１および第２分岐流路と上記混合流路とは、少なくとも互いの接続部分の近傍部分が略同じ方向に延在することを特徴とする、請求項１記載の混合機構
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の混合機構を備えたマイクロミキサー。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一つに記載の混合機構を備えたマイクロチップ。
【請求項８】
第１の液体を互いに略平行に間隔を設けて複数の層に分岐して流す第１ステップと、
上記第１の液体の流路を含む面とは異なる面上に第２の液体を流し、上記第１の液体の上記層の間に上記第２の液体を層状に流す第２ステップと、
層状の上記第１および第２の液体を交互にそれぞれの層の厚み方向に隣接し合った状態で合流させる第３ステップとを備え、
上記第１および第２ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層の厚み方向寸法が、該厚み方向に中央側の方が外側よりも小さい、混合方法。
【請求項９】
上記第１および第２ステップの少なくとも一方は、
上記第１又は第２の液体を、合流前の所定位置まで流して一旦停止させる流れ停止ステップと、
停止させた上記第１又は第２の液体を、所定のタイミングで上記所定位置からさらに流す流れ再開ステップとを含むことを特徴とする、請求項８記載の混合方法。
【請求項１０】
合流させた上記第１および第２の液体の厚み方向の流路寸法を、下流側ほど小さくする第４ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項８記載の混合方法。
【請求項１１】
上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層は、それぞれ、厚み方向の寸法が２００μｍ以下の状態で合流させることを特徴とする、請求項８記載の混合方法。
【請求項１２】
上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を略同じ方向に流して合流させることを特徴とする、請求項８記載の混合方法。
【請求項１３】
上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を、合流後に略同じ速度となる速度で合流させることを特徴とする、請求項８記載の混合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合方法、混合機構、該混合機構を備えたマイクロミキサーおよびマイクロチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
μ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）は、従来使われてきた器具であるフラスコや試験管に比べて格段に小さいサイズである。そのため、用いる試薬、検体の量やコスト、廃棄を抑えることができ、微小量の合成や検出が可能となる点が、特徴の一つとして注目されている。μ−ＴＡＳは、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)、衛生分析チップ、化学・生化学合成チップ等に適用することができる。
【０００３】
例えば、特表２０００−５１２５４１号公報には、約１０μｍ〜約１００μｍの幅の流路を有する抽出装置が開示されている。しかし、複数の分岐された流路を立体的に配置し、並列に合流させるマイクロな混合機構は開示されていない。
【０００４】
また、「マイクロリアクター技術の現状と展望」には、“ＬＩＱＩＯＤ−ＳＨＥＥＴ  ＢＲＥＡＫＵＰ  ＩＮ  ＭＩＣＲＯＭＩＸＥＲＳ”が開示されている。このシステムでは、同一平面上に液体とガスを互いに逆方向から流し、合流させて真上に取り出すように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
チャンネルがマイクロスケールである微小流路の世界においては、寸法および流速のいずれも小さく、レイノルズ数は２００以下である。例えば、マイクロ流路で用いられる平均的な２００μｍ幅の流路に流速２ｍｍ／ｓで水を流した場合、レイノルズ数は０．４となる。よって微小流路（流路幅が約５００μｍ以下）の世界では、従来の反応装置のような乱流支配ではなく、層流支配の世界である。
【０００６】
マイクロスケールの空間では、比界面積が大きいため、層流が接触する界面での拡散混合に有利である。混合に要する時間は、２液の接する界面の断面積と液層の厚さに依存する。
【０００７】
拡散理論に従うと、混合に要する時間（Ｔ）は、流路幅（Ｗ）、拡散係数（Ｄ）とすると、Ｗ２／Ｄに比例するので、流路幅を小さくすればするほど、混合(拡散)時間は速くなる。また、拡散係数Ｄは、次式で与えられる。
Ｄ＝Ｋｂ×Ｔ／６×π×μ×ｒ  ………（１）
(ただし、Ｔ：液温、μ：粘度、ｒ：粒子半径、Ｋｂ：ボルツマン定数)
【０００８】
例えば、粒径１００ｎｍ（０．１μｍ）の粒子を用いた場合の流路幅（チャンネル幅）と比界面積および拡散時間との関係は、図１に示したようになる。
【０００９】
つまり、マイクロスケール空間では、機械的攪拌などを用いなくても、分子輸送、反応、分離が、分子・粒子の自発的挙動だけで速やかに行われる。
【００１０】
一方、現状のマクロスケールの装置では、直径５ｍｍ前後の試験管等を使って、機械式による乱流混合が―般的に行われているが、マイクロスケールになるとマクロスケールに比べて、毛細管力、流路抵抗の影響により、見かけ上、液体の粘度が急増し、液は容易には動かなくなる。
【００１１】
例えば、円筒状のマクロ流路とマイクロ流路での混合に必要な機械的攪拌力を比較するため、
必要機械攪拌力＝毛細管力（△Ｐ）×流路抵抗（△Ｒ）  ………（２）
△Ｐ＝Ｈ×ｃｏｓθ×τ／Ａ  ………（３）
（ただし、Ｈ：液体の表面張力、θ：接触角、τ：流路断面外周長、Ａ：流路断面積）
△Ｒ＝３２×μ×Ｌ／π×ｒ４  ………（４）
（ただし、μ：粘度、Ｌ：流路長（軸方向の高さ）、ｒ：流路断面半径）
としたモデルを用いると、
内径０．２ｍｍのマイクロ流路内に高さ０．１ｍｍの液体が入っている場合の必要機械攪拌力は、内径５ｍｍのマクロ流路内に高さ２ｍｍの液体が入っている場合の必要機械攪拌力の４８８２８１倍となる。つまり、現状のマクロスケールの装置と同じ機械攪拌で同じ程度の混合を達成させるためには、マイクロ流路の場合には、約十万倍の攪拌力が必要となることが、上記モデル計算から導かれる。
【００１２】
以上のことから、マイクロスケール空間では、機械的攪拌はマイクロであるが故にデメリットとなるので、機械的攪拌を用いずに、分子・粒子の自発的挙動による拡散を積極的に利用して、分子輸送、反応、分離を行うことが考えられる。
【００１３】
しかし、拡散時間を効率的に速くしようと流路幅を極端に小さくしてしまうと、流路抵抗が極端に大きくなり、送液の制御ができないばかりか、送液のために非常に大きな圧力が必要となり、送液機構が大型化してしまい、全体としてはマイクロシステムにはならない。また、流路幅が極端に小さいと、液体量が極端に少なく、検出限界が下がり、より高感度な検出機構が必要となり、現在の検出方法ではアプリケーシヨンが限られる。
【００１４】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、微小領域で効率よく拡散混合を行うことができる混合方法、混合機構、該混合機構を備えたマイクロミキサーおよびマイクロチップを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の混合機構を提供する。
【００１６】
混合流路は、一つの第１流路と、複数の第１分岐流路と、１又は２以上の第２分岐流路と、１又は２以上の第２流路と、一つの混合流路とを備える。上記第１分岐流路は、上記第１流路の端部に接続され、上記第１流路と略同じ方向に延在し、互いに略平行に間隔を設けて層状に形成される。第２分岐流路は、少なくとも上記第１分岐流路の間に層状に形成される。上記第２流路は、上記第１流路および上記第１分岐流路を含む面とは異なる面上に配置され、上記第２分岐流路に接続される。上記混合流路は、その端部に、上記第１分岐流路および上記第２分岐流路が交互にそれぞれの層の厚み方向に隣接し合った状態で接続される。上記第１および第２分岐流路は、上記第１および第２分岐流路の厚み方向に中央側の方が外側よりも該厚み方向の寸法が小さい。
【００１７】
上記構成において、例えば、第１の液体が第１流路から第１分岐流路へと流れ、第２の液体が第２流路から第２分岐流路へと流れ、第１および第２の流体が混合流路で合流する。第１分岐流路と第２分岐流路を層状に形成することにより、混合流路内において、層状の第１の液体と第２の液体とが交互に流れ、第１の液体と第２の液体との間で拡散混合を行うようにすることができる。例えば、第１の液体又は第２の液体のいずれか一方に含まれる分子・粒子が、ブラウン運動などにより他方に移動するようにすることができる。また、一般に、ポンプ等の機械的手段によって発生した圧力により液体が送液される場合、流路幅が狭ければ狭いほど、流路壁の影響を受けやすく、流路幅方向に速度分布を生じる。具体的には中央部は流路壁付近に比べて流速が大きい。混合流路においては、流速が遅いほど、混合時間が長くなり混合が進行しやすく、また短距離で混合が終了する。そこで、上記構成のように分岐流路幅を変えれば、混合流路に流れ込んだ後の各層の流速を略等しくして、効率よく均一に拡散混合が進むようにすることができる。
【００１８】
上記構成によれば、液体の層を薄くし、拡散距離を短くすることによって拡散時間を短縮し、短時間で効率的に拡散混合を行うようにすることができる。このとき、分岐流路を層状に薄くしても幅を大きくして断面積を確保したり、分岐数を増やすなどして、分岐流路での流路抵抗の増大を防ぎ、送液のための大きなポンプを不要とすることができる。また、流速の制御も比較的簡単である。
【００１９】
したがって、微小領域で効率よく拡散混合を行うことができる。
【００２０】
なお、第１分岐流路の外側に形成された第２分岐流路を含んでもよい。また、第１および第２分岐流路と混合流路との各接続部分は、完全に重なり合った状態であっても、多少離れた状態であってもよい。また、第２流路は第１流路および第１分岐流路と異なる面上に配置され、流路は立体的に構成されるので、２液合流だけでなく、３液以上を同時に合流させることも可能である。例えば、第１の液体が流れる第１流路および第１分岐流路を平面上に形成し、その上方および／又は下方から２以上の液体がそれぞれ流れ込むようにすれば、３以上の液体を同時に合流させることも可能である。
【００２１】
好ましくは、上記第２流路と上記第２分岐流路との接続部分又はその近傍部分に、上記第２流路から上記第２分岐流路への流れ方向に見たとき、該流れ方向に垂直な流路断面の面積が拡大するバルブ部を備える。
【００２２】
上記構成において、第２流路を流れた液体が、第２流路と第２分岐流路との接続部分又はその近傍部分に達すると、流路断面積が大きくなるので、所定値以下の圧力のとき、液体の先端を接続部分又はその近傍部分で停止させることができる。また、所定値を越える圧力を液体に加えることにより、接続部分又はその近傍部分を越えて第２分岐流路から混合流路へと流し込むことができる。このようなバルブ機能により、タイミングを見計らって液体を合流させることが可能となる。したがって、混合流路に所定比で液体を導くことが容易となる。また、泡の混入が比較的少なくなるように構成することができる。
【００２３】
好ましくは、上記混合流路は、断面減少部を含む。上記断面減少部は、上記第１および第２分岐流路の厚み方向（例えば、混合流路が湾曲している場合には、流路直角方向）の流路断面寸法が、上記端部から離れるほど小さくなる。
【００２４】
上記構成によれば、所定比をもって混合流路に複数液体を導いた後に徐々に流路を狭めることにより、複数液体が所定比を維持した状態で層を薄くして拡散距離を短くし、混合時間の短縮を図ることができる。
【００２５】
好ましくは、上記第１および第２分岐流路は、それぞれ、上記第１および第２分岐流路の厚み方向の寸法が２００μｍ以下である。
【００２６】
混合流路における液体の各層の厚さが２００μｍのとき、機械的な攪拌と同程度の時間で混合することが可能となる。機械的な攪拌と同等又はそれ以上の効率で混合するには、２００μｍ以下とすることが好ましい。
【００２７】
なお、液体の各層の厚さを小さくするほど拡散は速くなるが、小さくし過ぎると、流路抵抗が増大し、加工や反応検出なども困難になり、送液機構や検出機構等を含めた全体としての小型化、効率化を図ることができない。したがって、液体の各層の厚さは、１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）、５０μｍ以下とするのが、実用的である。
【００３０】
好ましくは、上記第１および第２分岐流路と上記混合流路とは、少なくとも互いの接続部分の近傍部分が略同じ方向に延在する。
【００３１】
混合流路で液体を合流させるときに外乱や偏向が生じると、部分的に拡散距離が大きくなり、混合が不完全になる領域が生じたり、泡が発生するが、上記構成によれば、混合流路で液体を合流させるときに外乱や偏向が生じないようにすることができるので、拡散距離を十分に予見でき、均一に混合させることができる。すなわち、効率よく混合することができる。
【００４０】
さらに、本発明は、上記技術的課題を解決するために、上記各構成の混合機構を備えたマイクロミキサーを提供する。
【００４１】
また、本発明は、上記技術的課題を解決するために、上記各構成の混合機構を備えたマイクロチップを提供する。
【００４２】
また、本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の混合方法を提供する。
【００４３】
混合方法は、第１の液体を互いに略平行に間隔を設けて複数の層に分岐して流す第１ステップと、上記第１の液体の流路を含む面とは異なる面上に第２の液体を流し、上記第１の液体の上記層の間に上記第２の液体を層状に流す第２ステップと、層状の上記第１および第２の液体を交互にそれぞれの層の厚み方向に隣接し合った状態で合流させる第３ステップとを備える。上記第１および第２ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層の厚み方向寸法が、該厚み方向に中央側の方が外側よりも小さい。
【００４４】
上記方法によれば、第１の液体と第２の液体とが合流した後、第１の液体と第２の液体との層間で拡散混合を行うようにすることができる。例えば、第１の液体又は第２の液体のいずれか一方に含まれる分子・粒子が、ブラウン運動などにより他方に移動するようにすることができる。
【００４５】
上記方法によれば、液体の層を薄くし、拡散距離を短くすることによって拡散時間を短縮し、短時間で効率的に拡散混合を行うようにすることができる。このとき、液体の層を薄くしても幅を大きして断面積を確保したり、層の数を増やすなどして、流路抵抗の増大を防ぎ、送液のための大きなポンプを不要とすることができる。また、流速の制御も比較的簡単である。
【００４６】
また、一般に、ポンプ等の機械的手段によって発生した圧力により液体が送液される場合、流路幅が狭ければ狭いほど、流路壁の影響を受けやすく、流路幅方向に速度分布を生じる。具体的には中央部は流路壁付近に比べて流速が大きい。混合流路においては、流速が遅いほど、混合時間が長くなり拡散混合が進行しやすく、また短距離で混合が終了する。そこで、上記のように合流前の液体の各層の厚さを変えれば、合流後の各層の流速を略等しくして、効率よく均一に拡散混合が進むようにすることができる。したがって、微小領域で効率よく拡散混合を行うことができる。
【００４７】
また、２液合流だけでなく、３液以上を同時に合流させることも可能である。
【００４８】
好ましくは、上記第１および第２ステップの少なくとも一方は、上記第１又は第２の液体を、合流前の所定位置まで流して一旦停止させる流れ停止ステップと、停止させた上記第１又は第２の液体を、所定のタイミングで上記所定位置からさらに流す流れ再開ステップとを含む。
【００４９】
上記流れ停止ステップおよび流れ再開ステップにより、タイミングを見計らって液体を合流させることが可能となる。したがって、所定比で液体を混合することが容易となる。また、泡の混入が比較的少なくなる。
【００５０】
好ましくは、合流させた上記第１および第２の液体の厚み方向（流路が湾曲している場合には、流路直角方向）の流路寸法を、下流側ほど小さくする第４ステップをさらに含む。
【００５１】
上記第４ステップにより、所定比をもって合流した液体の流路を徐々に狭めるので、所定比を維持した状態で各層を薄くし、層間の拡散距離を短くして、混合時間の短縮を図ることができる。
【００５２】
好ましくは、上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層は、それぞれ、厚み方向の寸法が２００μｍ以下の状態で合流させる。
【００５３】
液体の各層の厚さが２００μｍ以下であれば、機械的な攪拌よりも短時間で混合することが可能となる。
【００５４】
なお、液体の各層の厚さを小さくするほど拡散は速くなるが、小さくし過ぎると、流路抵抗が増大し、加工や反応検出なども困難になり、送液機構や検出機構等を含めた全体としての小型化、効率化を図ることができない。したがって、液体の各層の厚さは、１０μｍ以上（好ましくは２０μｍ以上）、５０μｍ以下とするのが、実用的である。
【００５７】
好ましくは、上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を略同じ方向に流して合流させる。
【００５８】
上記方法によれば、外乱や偏向が生じないようにして液体を合流させることができるので、拡散距離を十分に予見でき、均一に混合させることができる。すなわち、拡散混合を効率的に行うことができる。
【００５９】
好ましくは、上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を、合流後に略同じ速度となる速度で合流させる。
【００６０】
上記方法によれば、合流後の層間で相対的な速度差ができるだけ生じないようにして、一層効率よく混合を行うことができる。
【００６６】
好ましくは、上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を略同じ方向に流して合流させる。
【００６７】
上記方法によれば、外乱や偏向が生じないようにして液体を合流させることができるので、拡散距離を十分に予見でき、均一に混合させることができる。すなわち、拡散混合を効率的に行うことができる。
【００６８】
好ましくは、上記第３ステップにおいて、上記第１および第２の液体の各層を、合流後に略同じ速度となる速度で合流させる。
【００６９】
上記方法によれば、合流後の層間で相対的な速度差ができるだけ生じないようにして、一層効率よく混合を行うことができる。
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図２〜図１１を参照しながら説明する。
【００７１】
まず、本発明の第１実施形態について、図２〜図１０を参照しながら説明する。
【００７２】
図２〜図１０は、血液凝固検査に用いるマイクロチップ２の実施例を示す。
【００７３】
図２に示すように、マイクロチップ２内には、３つの流路部１０，２０，３０が立体的に構成されている。検体（血液）を流す第１流路部１０の途中に設けた第１および第２合流部１３，１６に、希釈液を流す第２流路部２０と試薬を流す第３流路部３０との接続流路２６，３６が下から合流し、それぞれの下流側の第１および第２混合流路１４，１７で各液が混合するようになっている。第２流路部２０の下側部分２２は、その先端２４が３つに分岐し、それぞれ接続流路２６に接続されている。第３流路部３０の下側部分３２は、その先端３４が３つに分岐し、それぞれ接続流路３６に接続されている。
【００７４】
例えば、第１流路路部１０は、深さ（図２において上下方向の寸法）が約１００μｍである。幅（図２において水平方向の寸法）は、上流側流路１２では、約１５０μｍ、混合流路１４，１７では約３００μｍである。
【００７５】
図３の要部拡大斜視図に示したように、第１合流部１３には、検体（血液）が流れる３つの第１分岐流路４２と、希釈液が流れる３つの第２分岐流路４３とが、交互に配置され、その下流側の第１混合流路１４において、層状の各液が拡散混合するようになっている。
【００７６】
分岐流路４２，４３を形成するために、第１合流部１３には、上流側が接続壁４１ａ，４１ｂ，４１ｃでそれぞれ接続された３対の仕切壁４０ａ，４０ｂ，４０ｃが配置されている。仕切壁４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、厚さが数μｍ程度であり、流路方向に略平行に間隔を設けて配置されている。第１分岐流路４２は、仕切壁４０ａ，４０ｂ，４０ｃの各対の間に形成され、第１流路部１０の上流側流路１２から、検体（血液）が流れるようになっている。第２分岐流路４３は、仕切壁４０ａ，４０ｂ，４０ｃおよび接続壁４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより断面Ｕ字状に形成される。分岐流路４３の上流側には接続流路２６が接続され、希釈液が流れ込むようになっている。
【００７７】
分岐流路４２，４３の下流側は、混合流路１４と平行に延在するように構成され、合流後の液体に外乱や偏向ができるだけ生じないようになっている。これにより、できるだけ均一に液体が混合されるようになっている。
【００７８】
仕切壁４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、等間隔に配置しても、間隔を適宜に変えてもよい。例えば、間隔方向に中央側の方が外側より狭くして、流路４２，４３の中央側よりも外側の方が、流速が大きくなるようにしてもよい。これにより、混合流路１４内において流路壁付近で流速が小さくなるのを防ぎ、各流路４２，４３から流出した液体の速度が略等しくなるようにして、より均一に混合させることができる。
【００７９】
次に、マイクロチップ２の製造工程について、図５を参照しながら説明する。
【００８０】
まず、シリコン基板５０の上下面に、酸化膜５２，５４を形成する（図５（１）参照）。シリコン基板５０には、例えば厚さ４００μｍのシリコンウエハーを用いる。酸化膜５２，５４は、例えば、それぞれの厚さが１．５μｍとなるように、熱酸化により成膜する。
【００８１】
次に、上面にレジストを塗布し、所定のマスクパターンを露光し、現像する。
そして、上面の酸化膜５２をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離する（図５（２）参照）。酸化膜５２は、符号５２ａ，５２ｂで示したように、その厚さ分を完全に除去する。レジスト塗布には、例えばＯＦＰＲ８００を用い、レジスト膜の厚さは、例えば１μｍとする（以下、同じ）。酸化膜５２の除去には、例えばＲＩＥを用いる（以下、同じ）。レジストの剥離には、例えば硫酸過水を用いる（以下、同じ）。
【００８２】
次に、上面に再びレジストを塗布し、露光、現像を行い、酸化膜５２を段状にエッチングする。そして、上面のレジストを剥離する（図５（３）参照）。これにより、符号５２ｃで示したように、酸化膜５２を厚さ方向に途中まで除去する。例えば、厚さ０．８μｍ分だけ除去する。
【００８３】
次に、下面にレジストを塗布し、露光、現像し、酸化膜５４をエッチングした後、レジストを剥離する（図５（４）参照）。これにより、マスクパターンに従って、符号５４ａで示したように、酸化膜５４を厚さ方向に完全に除去する。
【００８４】
次に、上面についてシリコンエッチングを行い、シリコン基板５０の貫通孔部分５０ａ，５０ｂを途中まで除去する（図５（５）参照）。シリコンエッチングには、例えば、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラズマ、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）を用いる（以下、同じ）。
【００８５】
次に、上面の酸化膜５２のエッチングを行ない、段状の薄い部分５２ｃを完全に除去する（図５（６）参照）。さらに、上面についてシリコンエッチングを行い、貫通孔部分５０ａ，５０ｂをさらに深く除去するとともに、上側流路５１ａを形成する（図５（７）参照）。
【００８６】
次に、下面についてシリコンエッチングを行い、貫通孔部分５０ａ，５０ｂを貫通するとともに、下側流路５１ｂを形成する（図５（８）参照）。
【００８７】
次に、上下面の酸化膜５２，５４を剥離し、完全に除去する（図５（９）参照）。酸化膜５２，５４の剥離には、ＢＨＦを用いる。
【００８８】
そして、シリコン基板５０の両面に、ガラス蓋５６，５８を貼り付ける（図５（１０）参照）。例えば、９００Ｖ、４００°Ｃで、陽極接合を行う。
【００８９】
上側流路５１ａとしては、図６の上面図に示したように、第１流路部１０を形成する。第１流路部１０の両端には、開口１１，１９が形成され、検体を供給し、廃液を排出できるようになっている。
【００９０】
第１および第２混合流路１４，１７は、図６（ａ）に示したように、流路幅（図において流路と直角方向の寸法）が一定であってもよい。また、図６（ｂ）に示したように、第１および第２混合流路１４ａ，１６ａの途中に、流路幅が狭くなった断面減少部１５，１８を設けてもよい。後者の場合には、液体の各層が断面減少部１５，１８で薄くなり、前者に比べて混合が一層促進される。例えば、界面で部分的に凝固等が生じても、界面が広がるので、均一に混合することができる。流路幅は、例えば約半分程度、狭くする。
【００９１】
下側流路５１ｂとしては、図７（ａ）の下面図に示したように、第２および第３流路部２０，３０を形成する。下側流路５１ｂ、すなわち、第２および第３流路部２０，３０は、上側流路５１ａ、すなわち第１流路部１０の上流側流路１２とは逆方向に湾曲し、前述したように、先端部分２４，３４が３つに分岐している。第２および第３流路部２０，３０の他端２１，３１は、シリコン基板５０の上面まで貫通し、希釈液および試薬を供給することができるようになっている。
【００９２】
上側流路５１ａと下側流路５１ｂとは、例えば図８の斜視図に示したように、接続流路２６を介して接続されている。
【００９３】
分岐流路４３の下面４４には、接続流路２６の端部である開口２７が形成されている。
【００９４】
液体が、接続流路２６を通って開口２７に達すると、流路断面積が大きくなるので、流体の先端（メニスカス）を開口２７で停止させることができる。接続流路２６の内面や分岐流路４３の下面４４が適宜なぬれ性あるいは撥水性を有するようにすると、所定の大きさの圧力（以下、「ストップ力」と呼ぶ）では、流体の先端が開口に留まり、ストップ力より大きい圧力を越えると、流体が開口２７から分岐流路４３内に流れ込むようにすることができる。
【００９５】
図９および図１０は、ストップ力と流体の先端の接触角との関係を示すグラフである。図９は、流路断面の幅が４０μｍ、高さが１００μｍの場合を示す。図１０は、流路断面の幅が７０μｍ、高さが１００μｍの場合を示す。
【００９６】
このようなバルブ機能を有する部分（バルブ部）を設けることにより、所定タイミングで送液を行うことができ、したがって、液体の混合比を精度良く制御することができる。
【００９７】
なお、流路断面積を不連続に変化させなくても、バルブ機能を持たせることは可能である。また、検体（血液）についても、例えば、上流側流路１２の途中に、バルブ機能を有する部分を設けるようにしてもよい。
【００９８】
図４は、マイクロチップ２の使用例を示す斜視図である。マイクロチップ２の上下をホルダー４で挟持する。ホルダー４には開口部５が形成され、マイクロチップ２に接続したキャップ４〜７から、液体を注入、排出するようになっている。血液凝固検査の場合には、キャップ４からは検体（血液）を、キャップ５からは希釈液を、キャップ６からは試薬をそれぞれ注入し、キャップ７からは廃液を回収する。
【００９９】
次に、本発明の第２実施形態について、図１１を参照しながら説明する。
【０１００】
マイクロチップ３は、基板６０に３つの流路部６２，６４，６６が形成されている。第１および第２流路部６２，６４は、基板６０内で第３流路部６６と合流するようになっている。基板６０の上面には、第１および第３流路部６２，６６の一方の端部である開口６２ａ，６６ａが形成されている。基板６０の下面には第２流路部６４の一方の端部である開口６４ａが形成されている。開口６２ａ，６４ａから供給された２液が第３流路部６６で合流し、開口６６ａから排出されるようになっている。
【０１０１】
流路部６２，６４，６６の接合部分の近傍部分において、各流路部６２，６４，６６は略同じ方向に延在するように構成され、合流したときに液体に外乱や偏向ができるだけ生じないようになっている。接合部分の近傍部分において、各流路部６２，６４，６６の深さ方向寸法（図１１（ａ）において、上下方向の寸法）を相対的に小さくすることで、第１実施形態と同様に拡散混合を利用して、短時間で２液を混合することができる。一方、各流路部６２，６４，６６の幅方向寸法（図１１（ａ）において、紙面直角方向の寸法）を相対的に大きくすることで、流路抵抗が大きくなり過ぎないようにすることができる。
【０１０２】
マイクロチップ３は、例えば図１１（ａ）において中央で基板６０を上下に分割し、流路部６２および６６を含む部分と流路部６６を含む部分とを接合することにより、形成することができる。このとき、比較的浅い溝を形成して接合すればよいので、ガラスやプラスチックの成型による製造等も可能であり、製造の自由度が増す。
【０１０３】
なお、例えば図１１（ａ）において鎖線で示したように、第３流路部６６に、第１実施形態と同様、深さが徐々に小さくなる断面減少部６７を設けるようにすれば、一層効率よく混合することができる。
【０１０４】
以上説明した各実施形態は、微小領域で効率よく拡散混合を行うことができる。
【０１０５】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【０１０６】
例えば、マイクロチップ２，３は、血液凝固に限らず、微小量の液体を混合するマイクロミキサーの主要構成部として、広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  流路幅と拡散時間および比界面積との関係を示す図である。
【図２】  本発明の第１実施形態に係るマイクロチップの流路構成を示す透視図である。
【図３】  図２の要部拡大透視図である。
【図４】  マイクロチップの使用状態を示す斜視図である。
【図５】  マイクロチップの製造工程の説明図である。
【図６】  マイクロチップの上側流路を示す上面図である。
【図７】  マイクロチップの下側流路を示す下面図である。
【図８】  バルブの説明図である。
【図９】  ストップ力と接触角との関係を示す図である。
【図１０】  ストップ力と接触角との関係を示す図である。
【図１１】  本発明の第２実施形態のマイクロチップの模式構成図である。
【符号の説明】
２，３  マイクロチップ
１０  第１流路部
１２  上流側流路（第１流路）
１３  第１合流部（第１分岐流路、第２分岐流路）
１４，１４ａ  第１混合流路（混合流路、第１流路）
１５  断面減少部
１６  第２合流部（第１分岐流路、第２分岐流路）
１７，１７ａ  第２混合流路（混合流路）
１８  断面減少部
２０  第２流路部
２６  接続流路（第２流路）
２７（バルブ部）
３０  第３流路部
３６  接続流路（第２流路）
４２  第１分岐流路
４３  第２分岐流路
６２  第１流路部（第１分岐流路）
６４  第２流路部（第２分岐流路）
６６  第３流路部（混合流路）
６７  断面減少部
【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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【図１１】
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