(57)【要約】【課題】  微細加工プロセスの適用を必要とすることなしに、マイクロチャンネル（微細流路）に流体バルブやマイクロポンプ等の機能を実現して流体の制御を可能とする。【解決手段】  基板にマイクロチャンネルが形成されているマイクロチップにおいて、マイクロチャンネルの内壁面の少なくとも一部が光感応性物質によって修飾されており、光の照射による光感応性物質の変化にともなってマイクロチャンネル内壁面の流体との相互作用を変化させ、マイクロチャンネル内での流体の挙動が制御可能とされている光感応性マイクロチャンネルチップとする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にマイクロチャンネルが形成されているマイクロチップにおいて、マイクロチャンネルの内壁面の少なくとも一部が光感応性物質によって修飾されており、光の照射による光感応性物質の変化にともなってマイクロチャンネル内壁面の流体との相互作用を変化させ、マイクロチャンネル内での流体の挙動が制御可能とされていることを特徴とする光感応性マイクロチャンネルチップ。
【請求項２】
波長の異なる光の切り替え照射もしくはその繰り返しにより流体との相互作用を変化させることを特徴とする請求項１の光感応性マイクロチャンネルチップ。
【請求項３】
流体流路が切り替え可能とされていることを特徴とする請求項１または２の光感応性マイクロチャンネルチップ。
【請求項４】
流体が相分離可能とされていることを特徴とする請求項１または２の光感応性マイクロチャンネルチップ。
【請求項５】
流体が駆動と停止可能とされていることを特徴とする請求項１または２の光感応性マイクロチャンネルチップ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかの光感応性マイクロチャンネルチップとともに、光感応性物質によって修飾されたマイクロチャンネル内壁面への光照射手段とを具備していることを特徴とするマイクロ化学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願の発明は、マイクロチャンネル（微細流路）を有し、微量分析、生化学分析、化学合成、相分離や抽出等の精密な物理化学操作等を実現するためのマイクロチップと、これを備えたマイクロ化学システムに関するものもある。さらに詳しくは、この出願の発明は、微細加工プロセスの適用を必要とすることなしに、マイクロチャンネル（微細流路）に流体バルブやマイクロポンプ等の機能を実現して流体制御を可能とした、新しいマイクロチャンネルチップとこれを備えたマイクロ化学システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板にマイクロチャンネル（微細流路）を形成して、このマイクロチャンネル内の流体をもって、微量分析や、相分離、抽出等の精密操作、化学合成、生合成等を可能としたマイクロチップとこれを備えたマイクロ化学システムが注目されている。
【０００３】
このようなマイクロ化学システムとこれに用いるマイクロチップにおいては、マイクロチャンネルを分析や化学合成等に利用する点で、流体流路の切り替えや流体の駆動は重要な要素技術である。従来、このような流体の挙動を制御するための手段については、一般的に微細加工（マイクロマシニング）技術を利用した物理的手法によってマイクロバルブやマイクロポンプ等を形成し、これらによって、流体を物理的に制御するようにしている。
【０００４】
しかしながら、このような微細加工技術によるバルブやポンプ等の形成は容易ではなく、高度で複雑なプロセスが必要になる。
【０００５】
一方、微細加工技術を適用することなしに、この出願の発明者らによって、マイクロチャンネルの内壁を酸またはアルカリで処理し、親水化することや、シリル化剤、あるいは高分子で修飾、被覆して疎水化することで流体を制御することが試みられている（非特許文献１）。この試みは、マイクロチャンネル内の流体についての大変に重要な試みであると言ってよい。
【０００６】
だが、この親水化あるいは疎水化の化学修飾等の手段では、親水化と疎水化を可逆的に変化させることができないだけでなく、流体流路の切り替えや流体の駆動、停止のようなバルブ、そしてポンプのような機能を実現することができないという制約がある。
【非特許文献１】Ｍ．Tokeshi et al., Anal. Chem., 74,1565(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この出願の発明は、上記のとおりの背景を踏まえてなされたものであって、マイクロチャンネルでは流体の体積に比べて内壁の比表面積が大きいことから、内壁表面の性質により流体は影響を受けるとの特徴に基づいて、内壁表面の性質を可逆的に変化可能とし、しかもこの変化によって流体の流路の切り替えや相分離、さらには流体の駆動、停止をも可能とする、新しい技術手段を提供することを課題とし、また、この技術手段によるマイクロチップを備えたマイクロ化学システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、基板にマイクロチャンネルが形成されているマイクロチップにおいて、マイクロチャンネルの内壁面の少なくとも一部が光感応性物質によって修飾されており、光の照射による光感応性物質の変化にともなってマイクロチャンネル内壁面の流体との相互作用を変化させ、マイクロチャンネル内での流体の挙動が制御可能とされていることを特徴とする光感応性マイクロチャンネルチップを提供する。
【０００９】
また、この出願の発明は、第２には、波長の異なる光の切り替え照射もしくはその繰り返しにより流体との相互作用を変化させることを特徴とする上記の光感応性マイクロチャンネルチップを提供する。
【００１０】
第３には、流体流路が切り替え可能とされていることを特徴とする光感応性マイクロチャンネルチップを提供し、第４には、流体が相分離可能とされていることを特徴とする光感応性マイクロチャンネルチップを、第５には、流体が駆動と停止可能とされていることを特徴とする光感応性マイクロチャンネルチップを提供する。
【００１１】
そして、この出願の発明は、第６には、上記いずれかの光感応性マイクロチャンネルチップとともに、光感応性物質によって修飾されたマイクロチャンネル内壁面への光照射手段とを具備していることを特徴とするマイクロ化学システムを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
上記のとおりのこの出願の発明によって、光感応性物質をマイクロチャンネル内壁に修飾し、その可逆的な光反応による化学的性質の変化を利用して、チャネル内壁と流体間の相互作用を制御することができ、これを用いて相分離デバイス、流路切り替えバルブ、マイクロポンプなどの流体制御を、マイクロマシニングなどの高度な技術を使うことなく構成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１４】
この出願の発明が対象としているマイクロチップは、従来より知られている各種の基板、たとえばガラス、セラミックス、シリコンをはじめとする無機質基板、あるいは樹脂基板等であってよく、これらの基板に形成されるマイクロチャンネル（微細流路）は、一般的には、その幅が５０μｍ〜５００μｍ、深さ１０μｍ〜３００μｍ程度のものを考慮することができる。また、マイクロチップとしては、マイクロチャンネルを形成した基板を複数枚積層したものであってもよい。
【００１５】
そして、この出願の発明においては、内壁面を修飾したマイクロチャンネル部位に対して光が照射されることから、少くとも基板の光照射部位や基板表面に載置されるカバー体は透光性の素材からなるものとする。
【００１６】
基板へのマイクロチャンネルの形成は、従来と同様に微細加工プロセス等によって適宜な手段で行うことができる。
【００１７】
マイクロチャンネルの平面配置パターンも様々に可能であって、たとえばマスクパターンに従って所定のパターンのマイクロチャンネルを基板に対して形成することができる。
【００１８】
この出願の発明においてなによりも特徴的なことは、上記のマイクロチャンネルの少くとも一部の内壁面が光感応性物質によって修飾されており、光の照射によるこの光感応性物質の性質変化にともなって、マイクロチャンネル内壁面の流体との相互作用を変化させ、これによりマイクロチャンネル内での流体の挙動を制御可能としていることである。
【００１９】
すなわち、この出願の発明の技術的特徴として、以下の４点があげられる。
【００２０】
（１）マイクロチャンネル内壁を光感応性物質で修飾する。
【００２１】
（２）光照射による光感応性物質の化学的性質または物理的性質の変化により、マイクロチャンネル内壁の極性、水あるいは有機溶剤に対する濡れ性・親和性、表面張力などの流体との相互作用が変化する。
【００２２】
（３）紫外光と可視光照射の切り替え・繰り返し照射により上記固液間相互作用を変化させ、流体の流路方向を制御し流路切り替えバルブや相分離デバイス、あるいは流体自身を駆動するマイクロポンプとして利用する。
【００２３】
（４）光照射によるため、高速応答が可能である他、光照射方法によっても流体制御が可能となる。
【００２４】
光感応性物質としては各種のものであってよく、その代表的なものとしてはフォトクロミック色素と総称される物質が挙げられる。すなわち、光照射により分子内で分極あるいは電荷分離する化合物を用いることができ、たとえばスピロピラン類、スピロオキサジン類、アゾベンゼン類、サリチリデンアニリン類等が例示される。また、分子間の電荷移動系であってもよい。たとえば、ピレン−ジメチルアニリン系、ルテニウム錯体−電子供与（または受容）体系、チオニン−酸化剤系等が例示される。これらの光感応性物質のマイクロチャンネル内壁面への修飾は、マイクロチャンネル内壁面の素材の種類に応じて各種の方法で行うことができる。たとえばガラス素材の場合には、表面水酸基とシラン化合物との反応により形成される結合基を介して光感応性物質を結合させること等の手段によって行うことができる。
【００２５】
たとえば、従来より次式
【００２６】
【化１】
2005062029.tif 000003
【００２７】
に例示したように、スピロベンゾピラン類（ＳＰ）は、可逆的フォトクロミズムを示し、このスピロベンゾピラン類（ＳＰ）により修飾した基板の表面特性はフォトクロミズムにより変化することが知られている(M.Ueda et al., J.Mater. Chem., 4, 883(1994); R.Rosario et al., Langmuir, 18, 8062(2002)) 。
【００２８】
そこで、この出願の発明においては、たとえば、このような公知のものをはじめとして、各種のフォトクロミック色素物質によってマイクロチャンネル内壁を修飾することで、マイクロチャンネル内の流体の挙動を制御可能としている。このことは、これまで公知の知見によっては全く予期できなかったことである。この出願の発明によって、マイクロチャンネルでは流体の体積に比べて内壁の比表面積が大きいことから、内壁表面の性質により流体は影響を受けるとの特徴に基づいて、内壁表面の性質を可逆的に変化可能とし、この変化によって流体の流路の切り替えや、相分離、さらには流体の駆動、停止をも可能とする、新しい技術手段がはじめて実現されており、また、この技術手段による新しいマイクロチップを備えたマイクロ化学システムがはじめて実現されているのである。
【００２９】
以上のようなこの出願の発明においては、光感応性物質によってマイクロチャンネル内壁を修飾することで、たとえば図１に例示したように、Ｙ字型の分岐を有するマイクロチャンネルにおいては、ＵＶ光とＶＩＳ光の照射の切り替えによって、気液相分離や、あるいは油水分離等の相分離をはじめ、図２に例示したように、ＶＩＳ光照射によってマイクロチャンネル内で停止状態にあった水をＵＶ光の照射によって駆動可能とするマイクロポンプの機能等を実現させることができる。
【００３０】
マイクロ化学システムとしては、この出願の発明においては、上記のマイクロチップとともに、光照射のための手段を備えることができる。この光照射のための手段としては、たとえば光源、光集束等のための光学系や、光ファイバー等の手段やこれらの制御系をもって適宜に構成することができる。
【００３１】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。
【実施例】
【００３２】
前記のＭ．Ｕｅｄａらの文献記載の方法に従って、フォトクロミック色素としてＮ−アルキルカルボキシル基を有するスピロベンゾピラン（ＳＰ）を合成した。このもののジクロロメタン溶液を、あらかじめ（３−アミノプロピル）トリエトキシシランを用いてアミノプロピルシリル化したガラス基板マイクロチャンネル（幅２００μｍ、深さ１００μｍ）内に導入し、その内壁を化学修飾した。これによって、前記［化１］のとおりのフォトクロミズムを示す修飾内壁を有するマイクロチャンネルを得た。
【００３３】
また、あらかじめ同様の操作によってガラス板上に修飾した結果から、水との接触角は、ＳＰ型が７５°、ＭＣ型が６０°であって、光照射による水に対する濡れ性の変化を確認した。図３は、ＵＶ（３６２ｎｍ）、ＶＩＳ（５６２ｎｍ）の光照射の切り替えにともなう５６２ｎｍの吸収と水の接触角の変化を例示した図である。
【００３４】
次に、図４に示したように、Ｙ字チャネル型の一方に可視光（ＶＩＳ）を照射しＳＰ型とし、もう一方に紫外光（ＵＶ）を照射しＭＣ型とした後、流速０．５μｌ／minまでで水と空気を流した。水はＵＶ照射チャンネル、空気はＶＩＳ照射チャンネルを流れ、気水を分離することができた。ＵＶ、ＶＩＳ照射チャンネルを入替えると、水および空気が流れるチャンネルも入れ替わり、光による気水流路の可逆的な切り替えが可能とされた。水とヘキサンを流した場合も同様に、油水の流路を制御することができた。使用したスピロピランのフォトクロミズムによる水の接触角変化は、約１５°程度と小さいものの、フォトクロミズムを利用した気水または油水流路の光スイッチングが実現された。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、微細加工プロセスの適用を必要とすることなしにマイクロチャンネル（微細流路）に流体バルブやマイクロポンプ等の機能を実現して流体制御を可能にした、新しいマイクロチャンネルチップとこれを備えたマイクロ化学システムが提供される。これらは、微量分析、生化学分析、合成、相分離、抽出等の操作を高精度に行うことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この出願の発明による相分離を模式的に例示した図である。
【図２】この出願の発明による流体の停止と駆動を模式的に例示した図である。
【図３】実施例における照射光の切り替えにともなう光吸収と水の接触角の変化を示した図である。
【図４】実施例におけるＹ字型分岐での空気／水、ｎ−ヘキサン／水の相分離について示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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