(57)【要約】    【課題】  流路内において一方向弁機能を発揮することができるマイクロ化学システム用チップ及びマイクロポンプを提供する。    【解決手段】  マイクロ化学システム用チップ１は、流路用の溝を備えるガラス基板１ａと、該溝を覆うようにガラス基板１ａに接合されたガラス基板１ｂとを備える。ガラス基板１ａの溝によって画成される流路は、幅が狭く内壁疎水性の入口側流路１０と、一端が入口側流路１０と接続すると共に、幅が広く且つ入口側流路１０の親水性よりも相対的に内壁親水性の液体充填部２０と、液体充填部２０の他端と接続すると共に、幅が広く入口側流路１０と同じ程度に内壁疎水性の出口側流路３０とを備える。液体充填部２０は、入口側流路１０と直交する流路４０を有する。マイクロ化学システム用チップ１には、入口側流路１０と液体充填部２０の間に疎水−親水境界面５０が形成され、液体充填部２０と出口側流路３０の間には疎水−親水境界面６０が形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を入口側から出口側に流す内壁疎水性の流路であって、前記流路より内壁親水性であり、且つ親水性の液体が充填された液体充填部を前記入口側と出口側の間に有する流路を備えるマイクロ化学システム用チップであって、
前記液体充填部の前記入口側における前記流路の流路断面積当たり流路周囲長が前記液体充填部の前記出口側における前記流路の流路断面積当たり流路周囲長より大きいことを特徴とするマイクロ化学システム用チップ。
【請求項２】
前記液体充填部の前記入口側における前記疎水―親水境界面において、内壁疎水性の液体侵入阻止堰を備えることを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項３】
前記液体侵入阻止堰は、複数の内壁疎水性の開口部を有する断面略櫛形溝状であることを特徴とする請求項２記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項４】
前記液体侵入阻止堰の断面略櫛形溝の前記液体充填部側は横断面山形をなすことを特徴とする請求項３記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項５】
前記液体充填部の親水性は、前記入口側から前記出口側に向かって漸減することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項６】
前記流路はＬ型であって、前記液体充填部はその角部にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項７】
前記流路はクランク型であって、前記液体充填部のその曲がり部にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項８】
前記液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面は、前記流路の流路断面積当たり流路周囲長が不連続的に変化していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項９】
前記液体充填部において、当該液体充填部の前記入口側から前記出口側に流路断面積当たりの流路周囲長を漸次小さくしていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項１０】
前記液体充填部は、当該液体充填部に前記液体を補充するための流路を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項１１】
前記マイクロ化学システム用チップは一対のガラス基板から成り、前記入口側流路及び前記液体充填部は前記一対のガラス基板の一方に形成され、前記出口側流路は前記一対のガラス基板の他方に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップ。
【請求項１２】
液体を流す内壁親水性の主流路であって、前記主流路より内壁疎水性の合流部をその間に有する主流路を備え、前記合流部の上流側部において前記主流路に接続された内壁疎水性の第１の副流路と、前記合流部の下流側部において前記主流路に接続された内壁疎水性の第２の副流路と、前記第１の副流路、前記合流部及び前記第２の副流路の順に流体を間欠的に移動させる移動手段を備えるマイクロシステム用チップのためのマイクロポンプにおいて、
前記移動手段は、前記第１の副流路に設けられた開閉弁と、前記第２の副流路に接続された流体吸引ユニットと、前記合流部から前記流体吸引ユニットへの一方向弁としての請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップの前記流路とを備えることを特徴とするマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学システム用チップ及びマイクロポンプに関し、特に、気体の一方向弁の機能を備えるマイクロ化学システム用チップ及びマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から注目されており、そのための研究が、世界的に精力的に進められている。
【０００３】
化学反応の集積化技術の１つとして、微細な流路の中で試料溶液の混合、反応、分離、抽出、検出等を行う所謂マイクロ化学システムがある。このマイクロ化学システムで行われるものとしては、反応の例としてジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応などがあり、抽出、分離の例として溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離等がある。マイクロ化学システムは、分離だけを目的としたような単一の機能のみで用いられてもよく、また複合的に用いられてもよい。
【０００４】
上記機能のうち、分離のみを目的としたものとして、極微量のタンパクや核酸等を分析する電気泳動装置が提案されている。これは互いに接合された２つのガラス基板から成るマイクロ化学システム用チップ（以下、単に「マイクロチップ」という）を備えている。この部材は板状であるので、断面が円形又は角形のガラスキャピラリーチューブに比べて破損しにくく、取り扱いが容易である。
【０００５】
また、マイクロチップの流路中の試料溶液の流れを制御するものとして、様々な流路が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００１−５１８６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなマイクロチップには、流路に一方向弁機能をもつデバイス、例えば可動フラップやボールを用いた一方向弁を作り込むことができなかった。また、マイクロチップの流路に弁機構を作り込んで、ＭＥＭＳ技術を利用して弁を作動することも考えられるが、作動回路やセンサーが必要となることから構成が複雑となったり、使用可能な材料が半導体等に限られる等の問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、流路内において一方向弁機能を発揮することができるマイクロ化学システム用チップ及びマイクロポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１記載のチップは、流体を入口側から出口側に流す内壁疎水性の流路であって、前記流路より内壁親水性であり、且つ親水性の液体が充填された液体充填部を前記入口側と出口側の間に有する流路を備えるマイクロ化学システム用チップであって、前記液体充填部の前記入口側における前記流路の流路断面積当たり流路周囲長が前記液体充填部の前記出口側における前記流路の流路断面積当たり流路周囲長より大きいことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載のチップは、請求項１記載のチップにおいて、前記液体充填部の前記入口側における前記疎水―親水境界面において、内壁疎水性の液体侵入阻止堰を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載のチップは、請求項２記載のチップにおいて、前記液体侵入阻止堰は、複数の内壁疎水性の開口部を有する断面略櫛形溝状であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載のチップは、請求項３記載のチップにおいて、前記液体侵入阻止堰の断面略櫛形溝の前記液体充填部側は横断面山形をなすことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載のチップは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記液体充填部の親水性は、前記入口側から前記出口側に向かって漸減することを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載のチップは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記流路はＬ型であって、前記液体充填部はその角部にあることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載のチップは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記流路はクランク型であって、前記液体充填部のその曲がり部にあることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載のチップは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面は、前記流路の流路断面積当たり流路周囲長が不連続的に変化していることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載のチップは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記液体充填部において、当該液体充填部の前記入口側から前記出口側に流路断面積当たりの流路周囲長を漸次小さくしていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載のチップは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記液体充填部は、当該液体充填部に前記液体を補充するための流路を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載のチップは、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のチップにおいて、前記マイクロ化学システム用チップは一対のガラス基板から成り、前記入口側流路及び前記液体充填部は前記一対のガラス基板の一方に形成され、前記出口側流路は前記一対のガラス基板の他方に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１２記載のマイクロポンプは、液体を流す内壁親水性の主流路であって、前記主流路より内壁疎水性の合流部をその間に有する主流路を備え、前記合流部の上流側部において前記主流路に接続された内壁疎水性の第１の副流路と、前記合流部の下流側部において前記主流路に接続された内壁疎水性の第２の副流路と、前記第１の副流路、前記合流部及び前記第２の副流路の順に流体を間欠的に移動させる移動手段を備えるマイクロシステム用チップのためのイクロポンプにおいて、前記移動手段は、前記第１の副流路に設けられた開閉弁と、前記第２の副流路に接続された流体吸引ユニットと、前記合流部から前記流体吸引ユニットへの一方向弁としての請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマイクロ化学システム用チップの前記流路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載のチップによれば、流体を入口側から出口側に流す内壁疎水性の流路がその入口側と出口側の間に有する内壁親水性の液体充填部の入口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長が液体充填部の出口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長より大きいので、液体充填部の入口側部における気体圧力の閾値を液体充填部の出口側部における気体圧力の閾値より大きくすることが確実にでき、液体充填部の入口側の流路内の気体が液体充填部内の液体を突き破って液体充填部の出口側の流路内に到達するのを許容すると共に、液体充填部の出口側の流路内の気体が液体充填部内の液体を突き破って液体充填部の入口側の流路内に到達するのを禁止して、流路内において一方向弁機能を発揮することができる。
【００２１】
請求項２記載のチップによれば、液体充填部の入口側における疎水―親水境界面において、内壁疎水性の液体侵入阻止堰を備えるので、液体充填部の入口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長を液体充填部の出口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長より大きくすることがより確実にできる。
【００２２】
請求項３記載のチップによれば、液体侵入阻止堰は、複数の内壁疎水性の開口部を有する断面略櫛形溝状であるので、液体充填部の入口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長を液体充填部の出口側における流路の流路断面積当たり流路周囲長より大きくすることがさらにより確実にできる。
【００２３】
請求項４記載のチップによれば、液体侵入阻止堰の断面略櫛形溝の液体充填部に向かって山形をなすので、液体侵入阻止堰の流路断面積当たり流路周囲長を液体充填部に向かって漸減させることができ、液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面での気体圧力の閾値を液体充填部の出口側部における気体圧力の閾値と比べて、より大きくすることができる。
【００２４】
請求項５記載のチップによれば、液体充填部の親水性は、入口側から出口側に向かって漸減するので、液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面での気体圧力の閾値を液体充填部の出口側部における疎水−親水境界面での気体圧力の閾値と比べて、より大きくすることができる。
【００２５】
請求項６記載のチップによれば、前記流路はＬ型であって、前記液体充填部はその角部にあるので、流路の設計の自由度を向上させることができる。
【００２６】
請求項７記載のチップによれば、前記流路はクランク型であって、前記液体充填部のその曲がり部にあるので、流路の幅を一定としたまま、液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面における流路断面積当たり流路周囲長を液体充填部の出口側部における疎水−親水境界面における流路断面積当たり流路周囲長より大きくすることができる。
【００２７】
請求項８記載のチップによれば、液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面は、流路の流路断面積当たり流路周囲長が不連続的に変化しているので、液体充填部の入口側部における気体圧力の閾値をより大きくすることができる。
【００２８】
請求項９記載のチップによれば、液体充填部において、当該液体充填部の入口側から出口側に流路断面積当たりの流路周囲長を漸次小さくしているので、液体充填部の入口側部における疎水−親水境界面での気体圧力の閾値を液体充填部の出口側部における気体圧力の閾値と比べて、より小さくすることができる。
【００２９】
請求項１１記載のチップによれば、マイクロ化学システム用チップは一対のガラス基板から成り、入口側流路及び液体充填部は前記一対のガラス基板の一方に形成され、出口側流路は一対のガラス基板の他方に形成されているので、出口側流路と液体充填部が重なる面積を変えることにより、液体充填部の出口側部における疎水−親水境界面の流路断面積当たり流路周囲長を容易に変えることができる。
【００３０】
請求項１２記載のマイクロポンプによれば、第１の副流路、合流部及び第２の副流路の順に流体を間欠的に移動させる移動手段は、第１の副流路に設けられた開閉弁と、第２の副流路に接続された流体吸引ユニットと、合流部から流体吸引ユニットへの一方向弁としての上記流路とを備えるので、確実に流体を移送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は線Ｉｂ−Ｉｂに沿う断面図であり、（ｃ）は流路の内壁の表面処理状態を示す。
【００３３】
図１において、マイクロ化学システム用チップ（以下、単に「マイクロチップ」という）１は、後述する流路用の溝を備えるガラス基板１ａと、該溝を覆うようにガラス基板１ａに接合されたガラス基板１ｂとを備える。
【００３４】
ガラス基板１ａの溝によって画成される流路１ｃは、幅が狭く内壁疎水性の断面略半円形の入口側流路１０と、一端が入口側流路１０と接続すると共に、幅が広く且つ入口側流路１０の親水性よりも相対的に内壁親水性の断面略半円形の液体充填部２０と、液体充填部２０の他端と接続すると共に、幅が広く入口側流路１０と同じ程度に内壁疎水性の断面略半円形の出口側流路３０とを備える。液体充填部２０は、入口側流路１０と直交する流路４０を有する。入口側流路１０及び出口側流路３０の各内壁が疎水性であることは、図１（ｃ）においてハッチングで示されている。
【００３５】
入口側流路１０、液体充填部２０及び出口側流路３０は、幅及び深さ共に、例えば数百マイクロメートル以下の流路断面積が小さい微小流路（マイクロチャンネル）である。入口側流路１０、液体充填部２０及び出口側流路３０から成る流路１ｃの全体を立体的に表すと図２のようになる。
【００３６】
ガラス基板１ｂは、入口側流路１０に連通する貫通孔１１と、液体充填部の流路４０に連通する貫通孔１２と、出口側流路３０に連通する貫通孔１３とを備える。貫通孔１１には、気体を入口側流路１０に導入する不図示の気体導入部が接続され、貫通孔１２には、液体を液体充填部２０に補充すべく不図示の液体補充部が接続され、貫通孔１３には、出口側流路３０から気体を受容すべく気体排出部が接続されている。
【００３７】
上記において、流路内壁の「親水性」とは、内壁に付着した純水のその面に対する接触角が小さいことをいい、同「疎水性」とは、内壁に付着した純水のその面に対する接触角が大きいことをいう。
【００３８】
このように、図１のマイクロチップ１には、入口側流路１０と液体充填部２０の間に疎水−親水境界面５０が形成され、液体充填部２０と出口側流路３０の間には疎水−親水境界面６０が形成される（図１（ｃ）、図２）。
【００３９】
以下、図１のマイクロチップ１における液体充填部２０に気体が浸入する作動原理を図３を用いて説明する。
【００４０】
本説明では、説明の便宜上、入口側流路１０に導入される気体は疎水性気体、具体的には空気とし、液体充填部２０の流路４０に導入される液体は親水性液体、具体的には水とする。
【００４１】
疎水−親水境界面において、気体が液体の中に浸入するためには、気体圧力がその閾値ｐを超える必要がある。この閾値は（１）流路の界面張力（内壁に対する純水の接触角に反映される）因子と、（２）流路の断面形状因子とに依存する。
【００４２】
前者（１）の界面張力因子の影響は、流路内壁の界面張力が不連続に大きく変化する（｜γ１（疎水面界面張力）−γ２（親水面界面張力）｜）ほど大きくなる。
【００４３】
後者（２）の流路の断面形状因子の影響は、流路内壁周囲長Ｌが大きいほど、また流路断面積Ｓが小さいほど大きく、即ち、流路断面積当たりの流路周囲長（Ｌ／Ｓ）が大きいほど大きくなる。
【００４４】
従って、液体充填部２０に充填された液体の中に気体が浸入するための閾値ｐは次式で表される。
【００４５】
ｐ＝ｎ×（Ｌ／Ｓ）×｜γ１-γ２｜（ｎは定数）・・・（１）
入口側流路１０に導入される気体は、液体充填部２０に満たされる親水性液体と表面エネルギーが異なり相溶性がなければ、空気に限定されず、他の気体であってもよく、このような気体以外にも、例えば有機溶媒のような液体であってもよい。これらの気体や液体は、疎水性であるのが望ましいが、親水性であってもよい。本実施の形態においては、入口側流路１０に導入される流体は、液体充填部２０内の液体を確実に突き破ることができるという観点からは気体、具体的には空気が用いられる。
【００４６】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１のマイクロチップによる一方弁機能を説明するのに用いられる図である。
【００４７】
本説明では、説明の便宜上、入口側流路１０に導入される流体は疎水性気体、具体的には空気とし、液体充填部２０に満たされる流体は親水性液体、具体的には水とする。
【００４８】
本実施の形態に係る図１のマイクロチップ１では、入口側流路１０及び出口側流路３０の内壁面が同じ疎水性処理が施され、その界面張力γ１０，γ３０の値はγａで共に等しく、これに対し、液体充填部２０の内壁面が相対的に親水性であり、その界面張力γ２０の値はγｂであって、γａより小さい（図４（ａ））。従って、疎水−親水境界面５０、６０における界面張力の差の絶対値は｜γａ-γｂ｜で共に等しくなる（図４（ｂ））。一方、共に半円形である入口側流路１０の流路断面積は、同じく半円形である出口側流路３０の流路断面積より小さいので、疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ１／Ｓ１）が疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ２／Ｓ２）より大きくなる。
【００４９】
ｐ１０及びｐ２０について、疎水-親水界面での空気-水界面ができている時にこの界面を図中右に移動させる力を「＋」、左に移動させる力を「−」で表すと、この界面５０において空気を親水部２０に入れる力ｐ１０＋と水を疎水部１０に入れる力ｐ１０−は夫々、
ｐ１０＋＝ｎ×（Ｌ２／Ｓ２）×｜γａ-γｂ｜
ｐ１０−＝ｎ×（Ｌ１／Ｓ１）×｜γａ-γｂ｜
ｐ１０−≫ｐ１０＋
となる。同様に、
ｐ２０＋＝ｐ２０−＝ｎ×（Ｌ２／Ｓ２）×｜γａ-γｂ｜＝ｐ１０＋
ｐ１０−≫ｐ１０＋＝ｐ２０＋＝ｐ２０−
ここで空気を入口から出口に通す場合の必要な圧力ｐ１０は、
ｐ１０＝ｐ１０＋＋ｐ２０＋
出口から入口に通す場合の圧力ｐ２０は、
ｐ２０＝ｐ２０-＋ｐ１０-
である。ｐ１０≫ｐ２０であるので空気は一方向に流れることが分る。
【００５０】
マイクロチップ１を一方向弁として用いる場合、閾値ｐ１０と閾値ｐ２０の差が大きいほど逆流防止能が大きくなる。具体的には、より大きい逆流防止効果を得るためには、入口側流路１０を出口側流路３０より疎水性にすると共に液体充填部３０をより親水性にして、且つ疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ１／Ｓ１）を疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ２／Ｓ２）より大きくするのが好ましい。
【００５１】
また、本実施の形態のように、疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長は不連続的に変化するのが好ましく、また、その変化の割合が大きい程、閾値ｐ１０の値を大きくすることができる。
【００５２】
流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ１／Ｓ１，Ｌ２／Ｓ２）を小さくするためには、流路断面円形や半円形が好ましく、また、流路断面矩形のときは、正方形が好ましい。
【００５３】
図５は、図１のマイクロチップの製造方法を説明するのに用いられる図である。
【００５４】
図５において、同一材質、同一形状の２枚のガラス基板１ａ，１ｂを用意する（図５（ａ），図５（ｂ））。
【００５５】
ガラス基板１ａ，１ｂは、表面が親水性で透明の板状基板であればよく、例えば、石英ガラス、ソーダライムシリカガラス、アルミノ瑳酸ガラス(パイレックス（登録商標）)、アルミノ硼珪酸ガラス、無アルカリガラス（ＮＡ３０等のＴＦＴ液晶用ガラス）など、表面が清浄であれば純水の接触角は約２０°以下となるものを用いる。
【００５６】
ガラス基板１ａ，１ｂとして、上記ガラスを用いることにより、液体充填部２０は、水又は水溶液に対して親水性となる。
【００５７】
次いで、ガラス基板１ａに、感光性フォトレジストを用いる光露光法により、クロム膜６０ｎｍと金膜４００ｎｍの２層積層金属マスキング膜を図１（ｃ）に示す溝形状の部分を除いて被覆し、ガラス基板１ａのマスキングされない部分をフッ酸硝酸混合エッチング液でエッチングし、その後、マスキング膜を剥離して、ガラス基板１ａに入口側流路１０となる溝を作成する（図５（ｃ））。
【００５８】
次に、ガラス基板１ａに作成された溝のうち、液体充填部２０を画成する内壁部分にフォトレジストのマスキング膜を被覆し、マスキング剤が被覆されていない部分に、ｎ-オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）、オクタデシルジメチルクロロシラン、パーフルオロデシルトリクロロシラン（ＦＤＴＳ）、フルオロアルキル基、アミノアルキル基、フェニル基等の有機基を有するシラン、メタクリロキンプロピルトリメトキンシシラン（ＭＡＯＰ）等の撥水性化合物を含む液を被覆し、加熱によリガラス基板１ａとの結合を増強し、その後、フォトレジストのマスキング膜を剥離して、入口側流路１０、出口側流路３０となる内壁に疎水性処理を施す。この疎水性処理は、自動車用の窓ガラスの撥水剤として市販されているレインＸ撥水剤（ユネルコ社製）を用いて行ってもよい。同様の処理をガラス基板１ａの対応部材についても行う（図５（ｄ）、図５（ｅ））。
【００５９】
一方、ガラス基板１ｂには、貫通孔１１，１２，１３をガラス基板１ａの溝の位置に合わせて微小ドリルでの孔あけ加工により作成する（図５（ｅ））。
【００６０】
以上の処理を行った後、ガラス基板１ｂに形成された貫通孔１１，１２，１３がガラス基板１ａに形成された入口側流路１０となる溝の端部に一致するように位置あわせしつつガラス基板１ｂをガラス基板１ａに接合して、マイクロチップ１を製造する（図５（ｆ））。
【００６１】
上記製造方法では、入口側流路１０及び出口側流路３０の各内壁に疎水処理を施しているが、これらに疎水処理を施すことなく、液体充填部２０の内壁面の親水性が入口側流路１０及び出口側流路３０のものより増大するように液体充填部２０の内壁面に親水処理を施してもよい。親水性を増大するためには、スパッタリング真空成膜方法等により内壁面に酸化チタンの光触媒を被覆し、この光触媒に紫外線照射処理を施す。
【００６２】
上記実施の形態では、疎水−親水境界面５０における気体圧力の閾値ｐ１０を疎水−親水境界面６０における気体圧力の閾値ｐ２０より大きくする方法として、入口側流路１０の界面張力γａと出口側流路３０の界面張力γａを同じとし、これらの界面張力と液体充填部２０の界面張力γｂとの差を等しくし、疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ１／Ｓ１）を疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ２／Ｓ２）より大きくしているが、その他に、疎水−親水境界面５０における流路周囲長（Ｌ１／Ｓ１）を疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ２／Ｓ２）を同じとして、（１）入口側流路１０の界面張力を出口側流路３０の界面張力に対して大きくする方法（図６（ａ））と、（２）液体充填部２０の界面張力を疎水−親水境界面５０から疎水−親水境界面６０にいくにつれて漸次大きくする方法（図６（ｂ））とがある。
【００６３】
（１）の方法では、図６（ａ）に示すように、液体充填部２０の界面張力は長手方向に関して一定であり、入口側流路１０の界面張力が出口側流路３０の界面張力より大きくなるように入口側流路１０及び出口側流路３０の各内壁に疎水性処理を施す。これにより、液体充填部２０から入口側流路１０に液体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ１０を液体充填部２０から出口側流路３０に液体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ２０より容易に大きくすることができる。
【００６４】
上記疎水性処理方法は、ガラス材で形成された液体充填部２０の内壁にスパッタリング真空成膜方法等により酸化チタンの光触媒膜を被覆し、この光触媒に紫外線照射処理を施す。
【００６５】
（２）の方法では、図６（ｂ）に示すように、入口側流路１０と出口側流路３０における界面張力は同じであるが、液体充填部２０の内壁親水性の程度を出口側流路３０側から入口側流路１０側に向かって漸増している。これにより、液体充填部２０から入口側流路１０に液体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ１０を液体充填部２０から出口側流路３０に液体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ２０と比べて、確実に大きくすることができる。
【００６６】
液体充填部２０の内壁に施す親水性処理方法は、流路をガラス材で形成した出口側流路３０の内壁にスパッタリング真空成膜方法等により酸化チタンの光触媒を被覆し、この光触媒に紫外線照射処理を施す。
【００６７】
図７（ａ）は、図１のマイクロチップの第１の変形例を説明するのに用いられる図である。
【００６８】
図７（ａ）において、図１のマイクロチップ１の構成要素と同様のものには、同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。このことは、以下の変形例において同じである。
【００６９】
図７（ａ）のマイクロチップ１００において、上記実施の形態と同様に入口側流路１０は幅が狭く且つ出口側流路３０は幅が広いが、液体充填部２０はディフューザ状である。これにより、液体充填部２０の流路断面積当たり流路周囲長を疎水−親水境界面５０から疎水−親水境界面６０に行くにつれて漸次小さくし、もって出口側流路３０から液体充填部２０に気体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ２０をより小さくすることできる。
【００７０】
図７（ｂ）は、図１のマイクロチップの第２の変形例を説明するのに用いられる図である。
【００７１】
図７（ｂ）のマイクロチップ２００において、流路１ｃはＬ型であって、液体充填部２０はその角部にある。即ち、上記実施の形態と同様に、入口側流路１０、液体充填部２０及び出口側流路３０の流路断面矩形であると共に入口側流路１０は幅が狭く且つ出口側流路３０は幅が広いのに加えて、疎水−親水境界面５０と疎水−親水境界面６０とは互いにほぼ直交しており、且つ入口側流路１０と出口側流路３０とは互いに直交している。これにより、流路の設計の自由度を向上させることができる。
【００７２】
図８は、図１のマイクロチップの第３の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線VIIIｂ−VIIIｂに沿う断面図である。
【００７３】
図８のマイクロチップ３００において、流路１ｃはクランク型であって、液体充填部２０はその曲がり部にある。即ち、入口側流路１０、液体充填部２０及び出口側流路３０の流路断面矩形であると共に幅及び深さは同じであり、また、疎水−親水境界面５０と疎水−親水境界面６０とは互いにほぼ直交しており、且つ入口側流路１０と出口側流路３０とは互いに平行である。これにより、流路の幅を一定としたまま、疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ／Ｓ）を疎水−親水境界面５０におけるものより容易に得ることができる。
【００７４】
なお、入口側流路１０はガラス基板１ａのガラス基板１ｂ対向面に形成され、出口側流路３０はガラス基板１ｂのガラス基板１ａ対向面に形成されている。
【００７５】
図９は、図１のマイクロチップの第４の変形例を説明するのに用いられる図である。
【００７６】
図９のマイクロチップ５００において、入口側流路１０及び出口側流路３０は、流路断面矩形であると共に幅及び深さが同じであると共に、互いに平行であり且つほぼ直方体状の液体充填部２０を介して互いに接続されている。疎水−親水境界面５０と疎水−親水境界面６０は互いに平行である。
【００７７】
疎水−親水境界面５０において入口側流路１０には、間に内壁疎水性の開口部７１を規定する等間隔の複数の液体侵入阻止堰７２が形成されている。液体侵入阻止堰７２は、入口側流路１０側は断面略櫛形溝状をなし、液体充填部２０側は横断面山形をなす。これにより、疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ／Ｓ）を疎水−親水境界面６０より小さくすることができ、疎水−親水境界面５０での気体圧力の閾値を液体充填部の疎水−親水境界面６０気体圧力の閾値と比べて、より大きくすることができ、もって出口側流路３０から液体充填部２０に気体が浸入するための気体圧力の閾値ｐ２０をより小さくすることできる。
【００７８】
図１０は、図１のマイクロチップの第５の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線IXｂ−IXｂに沿う断面図、（ｃ）は線IXｃ−IXｃに沿う断面図、（ｄ）は線IXｄ−IXｄに沿う断面図である。
【００７９】
図１０のマイクロチップ４００において、ガラス基板１ａには、断面矩形の入口側流路１０と断面矩形の液体充填部２０が互いに平行に且つ所定の間隔をあけて形成されており、また、入口側流路１０と液体充填部２０の間には、ガラス基板１ａの面を断面略櫛形溝状に形成することにより入口側流路１０と液体充填部２０を連通する複数の開口連通路７０が等間隔に形成されている。入口側流路１０及び液体充填部２０の幅及び深さは同じであり、開口連通路７０の長さは入口側流路１０及び液体充填部２０の幅と同じである。開口連通路７０の深さは、入口側流路１０及び液体充填部２０の深さより浅い。一方、ガラス基板１ｂには、ガラス基板１ａに対向する面に出口側流路３０が形成されている。出口側流路３０は、幅及び深さが入口側流路１０及び液体充填部２０のものと同じであり、液体充填部２０と幅方向に部分的に重なっている。出口側流路３０の位置を幅方向に変えることにより、疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ／Ｓ）を容易に変えることができる。
【００８０】
図１０のマイクロチップ４００は、疎水−親水境界面５０において、開口連通路７０は、入口側流路１０の流路断面積より小さい流路断面の複数の開口部規定する。これにより、疎水−親水境界面５０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ／Ｓ）を疎水−親水境界面６０における流路断面積当たり流路周囲長（Ｌ／Ｓ）に対して確実に大きくすることができる。
【００８１】
図１１は、図１のマイクロチップのマイクロポンプへの応用例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は第１の応用例を示し、（ｂ）は、第２の応用例を示す。
【００８２】
図１１（ａ）のマイクロポンプ６００は、液体を流す内壁親水性の主流路１０１であって、前記親水性より相対的に内壁疎水性の合流部１２０を有する主流路１０１と、合流部１２０の上流側部に接続された内壁疎水性の副流路１３０と、合流部１２０の下流側部に接続された内壁疎水性の副流路１４０とを備える。副流路１３０には、開閉弁１３３が設けられており、また、開閉弁１３３と合流部１２０の間において空気溜め１３２が設けられており、空気溜め１３２の対応位置においてマイクロポンプ６００を挟むように、空気溜め１３２内の空気を加熱するパネルヒータ１３１が配置されている。また、副流路１４０には、合流部１２０からの空気の排出方向への流れは許容するが、その逆の流れは禁止する一方向弁１１３ａが設けられている。この一方向弁１１３ａとしては、上記マイクロチップ１，１００〜５００が用いられる。
【００８３】
図１１（ａ）において、開閉弁１３３が閉状態のときに、パネルヒータ１３１をオン作動させて空気溜め１３２内の気体を膨張させ、液体充填部２０内の流体を下流側主流路１０１ｂに押し出す。そのとき、空気は一方向弁１１３ａを介して排出される。次いで、パネルヒータ１３１をオフ作動させて空気溜め１３２内の気体を収縮させると、上流側主流路１０１ａから合流部１２０に液体が吸引される。次いで、その途中で開閉弁１３３をオン作動させることにより、開閉弁１３３を介して空気が空気溜め１３２に流入する。以上の作動を繰り返すことにより、上流側主流路１０１ａ内の液体を下流側主流路１０１ｂに移送することができる。
【００８４】
図１１（ｂ）のマイクロポンプ７００は、図１１（ａ）のマイクロポンプ６００と基本構成は同じであり、異なる点は、合流部１２０と空気溜め１３２の間に、空気溜め１３２から合流部１２０への気体の流れは許容するが、その逆の流れは禁止する一方向弁１１２ａが設けられている点と、副流路１４が空気溜め１３２と一方向弁１１２ａの間に接続されている点である。一方向弁１１２ａは、その構造が一方向弁１１３ａと逆向きであるが、一方向弁１１３ａと同じく、上記マイクロチップ１，１００〜５００が用いられる。
【００８５】
図１１（ｂ）において、開閉弁１３３を閉状態のままにしてパネルヒータ１３１をオン・オフ作動させることにより、空気溜め１３２内の気体を膨張収縮させることができ、これにより、空気溜め１３２内の気体は、膨張時に一方向弁１１２ａを介して合流部１２０に導入されて合流部１２０内の液体を下流側主流路１０１ｂに移動し、収縮時に一方向弁１１３ａを介して合流部１２０から吸引されて上流側主流路１０１ａ内の流体を合流部１２０に流入させ、もって上流側主流路１０１ａ内の液体を下流側主流路１０１ｂに移送することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は線Ｉｂ−Ｉｂに沿う断面図であり、（ｃ）は流路の内壁の表面処理状態を示す。
【図２】図１における入口側流路１０、液体充填部２０及び出口側流路３０を立体的に表した斜視図である。
【図３】図１のマイクロチップにおける液体充填部２０に気体が浸入する作動原理を説明するのに用いられる図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図１のマイクロチップによる一方弁機能を説明するのに用いられる図である。
【図５】図１のマイクロチップの製造方法を説明するのに用いられる図である。
【図６】（ａ）は、疎水−親水境界面における気体圧力の閾値設定方法の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ｂ）は、疎水−親水境界面における気体圧力の閾値設定方法の他の変形例を説明するのに用いられる図である。
【図７】（ａ）は、図１のマイクロチップ１の第１の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ｂ）は、図１のマイクロチップ１の第２の変形例を説明するのに用いられる図である。
【図８】図１のマイクロチップの第３の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線VIIIｂ−VIIIｂに沿う断面図である。
【図９】図１のマイクロチップの第４の変形例を説明するのに用いられる図である。
【図１０】図１のマイクロチップの第５の変形例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は線IXｂ−IXｂに沿う断面図、（ｃ）は線IXｃ−IXｃに沿う断面図、（ｄ）は線IXｄ−IXｄに沿う断面図である。
【図１１】図１のマイクロチップのマイクロポンプへの応用例を説明するのに用いられる図であり、（ａ）は第１の応用例を示し、（ｂ）は、第２の応用例を示す。
【符号の説明】
【００８７】
１  マイクロ化学システム用チップ
１ａ，１ｂ  ガラス基板
１０  入口側流路
１１，１２，１３  貫通孔
２０  液体充填部
３０  出口側流路
５０，６０  疎水−親水境界面
【図１】
2005331253.tif 000003
【図２】
2005331253.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005331253.tif 000006
【図５】
2005331253.tif 000007
【図６】
2005331253.tif 000008
【図７】
2005331253.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005331253.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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