(57)【要約】【課題】  マイクロチップの製作と同時に、安価で容易に作製できるマイクロバルブ及びマイクロポンプを提供する。【解決手段】  マイクロバルブであって、該マイクロバルブは基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記弁の直上に対応する位置に圧力室を有することを特徴とするマイクロバルブ。このマイクロバルブを２個以上適宜組み合わせることによりマイクロポンプを構成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロバルブであって、該マイクロバルブは基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記弁の直上に対応する位置に圧力室を有することを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項２】
前記弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項３】
前記弁が略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項４】
逆止弁として機能することを特徴とする請求項３に記載のマイクロバルブ。
【請求項５】
前記圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項６】
前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマイクロバルブ。
【請求項７】
マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、ポンプ室を間に挟んで第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは第３の流路と該第３の流路に連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記ポンプ室は前記第２の流路により前記第１のマイクロバルブの第２のバルブ室と連通しており、かつ、前記第３の流路により前記第２のマイクロバルブの第３のバルブ室と連通しており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上と、前記ポンプ室の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項８】
前記第１のマイクロバルブの弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であり、前記第２のマイクロバルブの弁が略コ字状であり、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプ。
【請求項９】
前記第２のマイクロバルブが逆止弁として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロポンプ。
【請求項１０】
前記各圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプ。
【請求項１１】
マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは、前記第１のマイクロバルブの第１のバルブ室の第１の流路と連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項１２】
前記各弁は略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きく、かつ、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロポンプ。
【請求項１３】
前記第１のマイクロバルブ及び第２のマイクロバルブがそれぞれ逆止弁として機能することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロポンプ。
【請求項１４】
前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項７〜１３の何れかに記載のマイクロポンプ。
【請求項１５】
請求項１〜６の何れかに記載のマイクロバルブ及び／又は請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロポンプを有することを特徴とするマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一方の基板内に微細な流路や反応容器などの微細構造（マイクロストラクチャー）を持ついわゆるマイクロチップに関する。更に詳細には、本発明はマイクロチップに内蔵して流路や反応容器などの間における流体の流れを制御するマイクロバルブとマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内にマイクロチャネルや反応容器及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うように構成されたマイクロデバイスが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル、ポート及び反応容器などの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロチップ」又は「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。
【０００３】
マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００４】
一般的に、これらのマイクロチップは、一方の平面上に微細構造を有する基板と、これらの微細構造を封止する目的の平面を有する対面基板とを貼り合わせた構造を有する。基板の材質は製造方法やマイクロチップの使用目的等により、各種のものが利用されているが、中でも、基板材料にシリコンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用い、対面基板にガラス基板を用いた一連のマイクロチップが非特許文献１に詳述されている。
【０００５】
マイクロチップ内の流路や反応容器では流体、主に薬液やサンプル等の液体を扱うが、その為には流体の流れや移送を制御する機能が必要になる。特にマイクロチップに内蔵した小さな機能部品は流体制御素子とかマイクロ流体デバイス等と呼ばれる。流体制御素子として極めて一般的な物に、マイクロバルブやマイクロポンプがある。
【０００６】
流体制御素子のマイクロバルブやマイクロポンプ等の微細な機構部品は、マイクロマシンやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）といった分野においても開発が進められてきた。例えば特許文献１には典型的なマイクロバルブの例が示されている。このマイクロバルブは、バルブ領域において圧力室と作動流体通路とがＰＤＭＳ製メンブレンを挟んで隣接しており、圧力室に駆動流体の圧力を給排することによって前記メンブレンを変位させ、ＰＤＭＳ製メンブレンがＰＤＭＳ製弁座に離着して作動流体通路を開閉する弁機構を有する。また、特許文献２にも、マイクロチップ用のマイクロバルブが記載されている。このマイクロバルブは、流路を潰して閉じる構造を有し、流路を完全に閉じるためには流路断面を半円形にするなどの特殊な対策を必要とし、一般的に作りやすい矩形の流路では充分なシール性が達成されない。また、特許文献２にはマイクロポンプも記載されており、１本の流路にマイクロバルブを３個以上連続に並べ、それらを順次動作させることで流路内の液体を送る方式であり、いわゆるペリスタリックポンプと呼ばれる。マイクロバルブの開閉順序を変えることで正逆両方向に流体を流すことができる。しかし、このマイクロポンプにおいても、流路断面は半円形とする必要があり、しかも、ポンプとしての吐出量が小さい。特許文献１及び２の共通とする特徴は、シリコンラバーのゴム弾性や吸着性（密着性、シール性）を利用している点である。バルブの弁の働きをする部分（弁部）にＰＤＭＳ製の膜等を用い、それが可動することでバルブの開閉を行っている。バルブを閉じてシールする部分（弁座）は当然のこと、接着はされていない。これらのバルブに共通する問題点は、製造上において弁座を非接着とする為に、ＰＤＭＳ基板とそれを貼り合せる基材との全面を非接着とし、ＰＤＭＳの持つ吸着性のみで両基板を貼り合せていることである。よってマイクロチップの取り扱い上や高い圧力の流体を扱う点に問題があった。
【０００７】
更に、特許文献３には微少量の液体を正逆両方向に搬送できるマイクロポンプが記載されている。特許文献３に記載されたマイクロポンプは、流路抵抗が差圧に応じて変化する第１流路と、差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が第１流路よりも小さい第２流路と、第１流路及び第２流路に接続される加圧室と、加圧室内部の圧力を変化させるための圧電素子とを備える。加圧室の内部の圧力を圧電素子で変化させることより、第１流路の流路抵抗と第２流路の流路抵抗との比を異ならせることが出来る。しかし、特許文献３に記載されたマイクロポンプは、次の問題点があった。(a)液体の流れ易さの違いを利用している為、気体は扱えない；(b)開閉弁や逆止弁を用いていない為、完全に流れを止めることができない；(c)開閉弁や逆止弁を用いていない為、外部からの大きな圧力に対し、ポンプ動作できない；(d)高速な動作を必要とするため、圧電素子等をバルブ近傍に配置しなければならず、マイクロチップを小型化できない；(e)圧電素子等が高価なためマイクロチップを使い捨てにできない；及び(f)圧電素子の制御方法が難しい。
【０００８】
【特許文献１】特許第３４１８７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４０８８７８号明細書
【特許文献３】特開２００１−３２２０９９号公報
【非特許文献１】David C. Duffy et al., Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane), Analytical Chemistry, Vol.70, No.23, December 1, 1988, pp.4974-4984
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、基板の貼り合わせが強固で一般的な取り扱い上に問題がなく、また、高い圧力の流体も扱えるマイクロバルブ又はマイクロポンプを提供することである。
本発明の別の目的は、一般的な矩形断面形状の構造のみで、気体に対しても充分なシール性を発揮する、マイクロバルブ又はマイクロポンプを提供することである。
本発明の他の目的は、マイクロチップの製作と同時に、安価で容易に作製できる逆止弁の作用をするマイクロバルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１における発明は、マイクロバルブであって、該マイクロバルブは基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記弁の直上に対応する位置に圧力室を有することを特徴とするマイクロバルブである。
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項２における発明は、前記弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。
【００１２】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項３における発明は、前記弁が略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。
【００１３】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項４における発明は、逆止弁として機能することを特徴とする請求項３に記載のマイクロバルブである。
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項５における発明は、前記圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。
【００１５】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項６における発明は、前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマイクロバルブである。
【００１６】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項７における発明は、マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、ポンプ室を間に挟んで第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは第３の流路と該第３の流路に連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記ポンプ室は前記第２の流路により前記第１のマイクロバルブの第２のバルブ室と連通しており、かつ、前記第３の流路により前記第２のマイクロバルブの第３のバルブ室と連通しており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上と、前記ポンプ室の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプである。
【００１７】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項８における発明は、前記第１のマイクロバルブの弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であり、前記第２のマイクロバルブの弁が略コ字状であり、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプである。
【００１８】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項９における発明は、前記第２のマイクロバルブが逆止弁として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロポンプである。
【００１９】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１０における発明は、前記各圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプである。
【００２０】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１１における発明は、マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは、前記第１のマイクロバルブの第１のバルブ室の第１の流路と連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプである。
【００２１】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１２における発明は、前記各弁は略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きく、かつ、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロポンプである。
【００２２】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１３における発明は、前記第１のマイクロバルブ及び第２のマイクロバルブがそれぞれ逆止弁として機能することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロポンプである。
【００２３】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１４における発明は、前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項７〜１３の何れかに記載のマイクロポンプである。
【００２４】
前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１５における発明は、請求項１〜６の何れかに記載のマイクロバルブ及び／又は請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロポンプを有することを特徴とするマイクロチップである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によるマイクロバルブ又はマイクロポンプは次のような効果を有する。
(a)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、従来の同様な目的及び用途に使用されるマイクロバルブ又はマイクロポンプに比べて、容易に製造できる。
(b)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップの主な材料であるシリコンラバー（ＰＤＭＳ）以外には、シリコン等の微細加工が不要である。
(c)本発明のマイクロポンプの場合、素材としてシリコンラバー（ＰＤＭＳ）を使用すること以外には、圧電素子等をマイクロチップに組み込む必要がない。
(d)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップの一般的な流路や反応容器等の製造方法と同じ方法で製造できる。
(e)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップ内への組み込みが容易である。
(f)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップ内の流路や反応容器等と一体構造に製造できる。
(g)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプを有するマイクロチップは製造コストが安価なため使い捨てができる。
(h)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプを有するマイクロチップは全体として扱い易い。
(i)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、バルブの開閉やポンプ動作の操作が容易である。
(j)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、液体だけでなく気体も扱うことができる。
(k)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、シール性が高い。
(l)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、高い圧力に対しても使用可能である。
(m)本発明のマイクロバルブは、逆止弁として機能することができるバルブである。
(n)本発明のマイクロバルブは、同一形状で、開閉弁としてばかりでなく逆止弁としても機能することができるバルブである。
(o)本発明のマイクロポンプは、吐出量が大きいポンプである。
(p)本発明のマイクロポンプは、逆流が発生し難いポンプである。
(q)本発明のマイクロポンプは、双方向としても機能するポンプである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの好ましい実施態様について具体的に説明する。
【００２７】
本発明のマイクロバルブは、マイクロチップ内において、対象とする流体（液体又は気体）を流す流路の途中に設け、マイクロバルブを開閉することで、流体を流したり止めたりする流体制御素子としての機能を果たす。
【００２８】
１．１  マイクロバルブの構造
図１は本発明のマイクロバルブの一例の部分上面図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図である。本発明のマイクロバルブ３は例えば、マイクロチップ１内に配設される。図２に示されるように、本発明のマイクロバルブ３は基本的に２層構造をしている。第１層５は対象とする流体を流す流路等の役目を果たす。第２層７はマイクロバルブを制御する圧力室等の役目を果たす。しかし、必要に応じて３層以上の構造を採用することもできる。第１層５の形成材料としては、ゴム弾性を有するシリコンラバー（例えば、ポリジメチルシロキサン（PDMS)等）を用いることが好ましい。第２層７の形成材料は特に限定されず、ＰＤＭＳ、ガラス、シリコン又は硬質プラスチックなどから適宜選択して使用することができるが、第１層の形成材料と同じＰＤＭＳを使用することが好ましい。第１層５の上面に第２層７を貼り合わせて一体化させることもできるが、後記で説明するように元々から一体構造で製作することもできる。第１層５と第２層７との合体層は基板９に貼り合わされる。基板９は例えば、ガラス、シリコン、プラスチックなどである。なお、図１では第２層７の圧力室等は太い破線で図示され、第１層５の流路等は細い破線で図示されているが、後記の他の平面図においても、上層側の構造物は太い破線で図示し、下層側の構造物は細い破線で図示するものとする。
【００２９】
図２に示されるように、流路１１（第１の流路）の端部にはバルブ室１３（第１のバルブ室）が形成されており、また、流路１５（第２の流路）の端部にはバルブ室１７（第２のバルブ室）が形成されており、バルブ室１３とバルブ室１７とは弁１９により仕切られている。弁１９の下部（すなわち、弁座２１）は基板９の表面と非接着の状態に維持されている。第１層５のバルブ室１３とバルブ室１７を覆うように第２層７に圧力室２３が形成されている。圧力室２３は圧力管路２５を介して圧力ポート２７に接続されている。圧力ポート２７から気体（主に空気）を送入したり、吸引することで、圧力室２３の圧力を正圧にしたり、負圧にすることができる。
【００３０】
図１では、バルブ室と圧力室は円形形状に図示されているが、円形形状だけに限定されることはなく、矩形あるいはその他の形状でもよい。また、バルブ室と圧力室の直径は同一であることもできるし又は異なっていてもよい。弁１９の開閉動作を確実に行うために、圧力室の直径がバルブ室の直径よりも大きいことが好ましい。
【００３１】
図１及び図２のマイクロチップは一例として、基板９は厚さ１ｍｍのガラス製であり、第１層５は厚さ２００μｍのＰＤＭＳ製であり、第２層は厚さ２ｍｍのＰＤＭＳ製である。バルブ室１３，１７の直径は１ｍｍであり、圧力室２３の直径は１．１ｍｍである。また、流路１１，１５の幅は１００μｍであり、バルブ室及び流路の高さ（又は深さ）は３０μｍである。更に、圧力ポート２７の直径は２ｍｍであり、圧力管路２５の幅は１００μｍであり、圧力管路及び圧力室の高さ（又は深さ）は１５０μｍである。弁１９の幅は３０μｍである。
【００３２】
１．２  マイクロバルブの開閉動作
次に、図１及び図２に示されたマイクロバルブ３の開閉動作について説明する。
【００３３】
（１）閉状態の維持
マイクロバルブ３の閉状態は図２に示されるような状態である。
圧力室２３を大気圧に維持することで、ＰＤＭＳの持つゴム弾性により弁座２１は基板９に押し付けられ、更にＰＤＭＳの持つ吸着性により弁座２１は基板９に自己吸着し、これによりバルブ室１３と１７の間の流体の流れは阻止される。
大気圧ではなく、圧力室２３をバルブ室１３，１７より適度な正圧に維持することで、弁座２１は更に強い力で基板９に押し付けられ、よってバルブ３を確実に閉じることができる。
加圧送液等によりバルブ室１３，１７の流体が正圧状態となっている場合は、圧力室２３をその圧力と同程度の圧力に維持する。特に流体の圧力の発生が、バルブ室１３か１７のどちらか片方に限定される場合は、同程度以下の圧力でも閉状態を維持することができる。
吸引送液等によりバルブ室の流体が負圧状態となっている場合は、その負圧の作用により弁座２１は基板９に押し付けられ、圧力室に高い正圧を生じさせることなく、バルブは良好な閉状態を保つ。すなわち本発明のマイクロバルブ３は負圧の流体に対して自己シール性を示す。
対象とする流体が気体の場合は、弁座２１を強く基板９に押し付けても、ＰＤＭＳの気体透過性により弁１９自身を透過して僅かに気体が流れる時がある。但し、バルブ室１３と１７の間に大きな差圧が発生している場合に限り、実用的にはほとんど問題ない場合が多い。気体透過性を低減するには、弁１９の幅を広くすると効果的である。
【００３４】
（２）閉状態から開状態への移行
バルブ３を閉状態から開状態に移行する場合、弁座２１は基板９に対しＰＤＭＳ層５の吸着性により吸着している場合がある。その時にはやや高い負圧を用いる。
バルブ室１３，１７の流体が吸引送液等で負圧状態となっている場合は、それと同程度の負圧により、バルブ３を開くことができる。特に流体の圧力の発生が、バルブ室１３か１７のどちらか片方に限定される場合は、同程度以下の圧力でも閉状態から開状態に移行できる。
【００３５】
（３）開状態の維持
マイクロバルブ３の開状態は図３に示されるような状態である。図４は図３におけるIV-IV線に沿った断面図である。
圧力室２３をバルブ室１３，１７より適度な負圧に維持することで、弁座２１は基板９から引き剥がされ、その下側に流体が通過する経路（開口部２９）が生じ、流体がバルブ３を通して流れるようになる。この時、圧力室２３がバルブ室１３，１７より大きくても、弁座２１以外は基板９と十分な強度で接着しているので、余計な部分が引き剥がされることがない。
吸引送液等によりバルブ室１３，１７の流体が負圧状態となっている場合は、圧力室２３をその圧力と同程度の負力に維持する。
加圧送液等によりバルブ室の流体が正圧状態となっている場合は、その正圧の作用により弁１９は基板９から更に上方に押し上げられ、圧力室２３に高い負圧を生じさせることなく、バルブは良好な開状態を保つ。すなわち本発明のマイクロバルブ３は正圧の流体に対して自己的に開状態となる性質を持つ。
図３及び図４に示されるように、バルブ３が開状態では弁１９がブリッジ状に変形している。開口部２９は流路１１又は１５の断面より大きく、その部分での流れの抵抗は流路によるものより小さく、無視できる大きさである。
開口部２９を大きくするには、弁１９の長さや高さを大きくすると同時に、圧力室２３の高さを大きくし、弁１９の変形量を大きくするとよい。
【００３６】
（４）開状態から閉状態への移行
バルブ室１３，１７に流体が流れている時にバルブ３を閉じる場合は、その流体の圧力より僅かに高い圧力を圧力室２３に生じさせればよい。この時、圧力室２３の大きさがバルブ室１３，１７と同等かそれより大きいことが有効に作用する。すなわち圧力室２３がバルブ室１３，１７より小さいと、流体の圧力より十分高い圧力を圧力室２３に生じさせる必要がある。
【００３７】
１．３  マイクロバルブのその他の形状
図５〜図９にその他の形状を有する本発明のマイクロバルブの部分概要平面図を示す。
（１）バルブ室の面積を変える（逆止弁構成）
バルブ室１３及び１７を対称形とはせずに、一方のバルブ室の面積と他方のバルブ室の面積との間に大きな差を持たせることもできる。例えば、図示されているように、弁１９が略コ字状に形成され、バルブ室１３は面積を大きくし、バルブ室１７は面積を小さくしている。これにより、流路１５側の流体に大きな圧力が加わっても、小さな圧力でバルブ３を閉状態に維持することができる。
また、圧力室を大気圧のままに維持した状態では、流路１１側から加圧送液すると、弁１９は持ち上げられ、バルブ３を通して液体は容易に流れる。逆に流路１１側から吸引送液しても、バルブ３は閉じで液体は流れない。すなわち逆止弁としての働きが顕著な形状である。よって、図５に示されたマイクロバルブ３は、逆止弁として使用することもできるし、必要に応じて圧力室の圧力を制御することで開閉弁としても使用できるマイクロバルブである。
（２）流路１１と１５を互いに近傍に配置する
図６及び図７に示されたマイクロバルブ３は、流路１１と流路１５を互いに近傍に配置したものである。バルブ室に対し同一方向から流路を接続している。マイクロチップ上での配置の点で便利な場合がある。
（３）バルブ室内の流れを改善する
バルブ室１３，１７は一般的な流路１１，１５に比べて比較的大きな面積を持たせることが好ましい。その理由は、弁１９の基板９に対する鉛直方向の動きをよくし、開口部２９を十分大きくする為である。しかし、バルブ室が広いと、液体を流すとバルブ室の隅に空気が残る場合がある。そこでバルブ室１３，１７を円形ではなく、図８に示すように流線型（楕円形）にし、空気が残り難くすることは有効である。流線型以外にもひし形（図９参照）等、各種の形状が利用できる。
バルブ室１３，１７を円形以外にした場合、その直上に配設される圧力室２３を、バルブ室の形状に合わせることは必ずしも必要ではない。図８及び図９の例では流線型及びひし形のバルブ室１３，１７に対し、圧力室２３は円形のまま用いている。重要なことは、圧力室２３が弁９の直上に対応する位置に配設されていることである。
【００３８】
次に、本発明のマイクロポンプについて具体的に説明する。本発明のマイクロポンプは前記の本発明のマイクロバルブを応用したものである。
【００３９】
２．１  基本構造
図１０は本発明のマイクロポンプの一例の部分上面図であり、図１１は図１０におけるXI-XI線に沿った断面図である。図示されているように、このマイクロポンプは基本的に、２個のマイクロバルブに挟まれた１個のポンプ室とからなる。第１のマイクロバルブ３−１は図１に示されたマイクロバルブと構造的に同一である。また、第２のマイクロバルブ３−２は図５に示されたマイクロバルブと構造的に同一である。従って、第１のマイクロバルブ３−１は第１の流路１１と該第１の流路に連通する第１のバルブ室１３−１と、第２の流路１５と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室１７−１と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁１９−１を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、第２のマイクロバルブ３−２は第３の流路３２と該第３の流路に連通する第３のバルブ室１３−２と、第４の流路４０と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室１７−２と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁１９−２を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、ポンプ室３０は第２の流路１５により第１のマイクロバルブ３−１の第２のバルブ室１７−１と連通しており、かつ、第３の流路３２により第２のマイクロバルブ３−２の第３のバルブ室１３−２と連通しており、第２層７の第１層５との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブ３−１の弁１９−１の直上と第２のマイクロバルブ３−２の弁１９−２の直上と、ポンプ室３０の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室２３−１，２３−２，３４を有する。ポンプ室３０のための圧力室３４は圧力管路３６を介して圧力ポート３８に接続されている。
言うまでもなく、第１のマイクロバルブ３−１及び第２のマイクロバルブ３−２は図１〜図９に示された実施態様の各マイクロバルブを適宜組み合わせて使用することができ、各バルブは同一でもよく、異なっていてもよい。
【００４０】
ポンプ室３０はポンプ用圧力室３４の圧力を変化させることにより、その容積を変化させることができる。例えば圧力室３４を負圧にすれば、ポンプ室３０の容積は通常状態（外部より力が加わっていない状態）より増加する。また、圧力室３４を正圧にすれば、ポンプ室３０の容積は通常状態より減少する。容積が増加することを吸引動作、容積が減少することを吐出動作と呼ぶことにする。ポンプ用圧力室３４は図示されたようなオープンエアタイプだけでなく、クローズタイプのものも使用できる。この場合、ポンプ用圧力室３４には圧力管路３６及び圧力ポート３８の代わりに、圧力室３４の直上に圧電素子のような駆動源を配設することにより圧力室内の圧力を変化させることができる。
例えば、入力側開閉弁となる第１のマイクロバルブ３−１は前述の様にバルブ用圧力室２３−１の圧力変化により開閉することができる。出力側開閉弁となる第２のマイクロバルブ３−２も同様であるが、第２のマイクロバルブ３−２として、図５に示されるような逆止弁を用いた場合、第２のマイクロバルブ用圧力室２３−２の圧力を制御する必要がなくなる利点がある。ポンプ室３０の容積に比べ、各マイクロバルブのバルブ室の容積を小さくすることにより、相対的にバルブ室におけるデッドボリュームを軽減することができる。
【００４１】
２．２  動作
図１０及び図１１に示された本発明のマイクロポンプを用いてポンプ動作を行う場合の操作を下記の表１に示す。初期状態は入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）と出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）のどちらも閉状態とする。
【００４２】
【表１】
2005337415.tif 000003
【００４３】
前記の表１に示されたステップ１からステップ６を１サイクルとし、そのサイクルを繰り返すことによりポンプ動作が行われる。１サイクルで出力側の流路４０に吐出される流体の量は、ポンプ室３０の吸引時と吐出時の容積の差にほぼ等しい。第２のマイクロバルブ３−２（出力側開閉弁）として逆止弁（図５参照）を設けた場合、出力側開閉弁の開閉動作は必要なくなる。しかし、開閉をスムーズに行う為やポンプの容積効率を上げる為に、積極的に逆止弁を操作しても良い。
【００４４】
２．３  別のポンプ構造
図１０及び図１１に示された本発明のマイクロポンプでは、２個のマイクロバルブでポンプ室を挟むような構造を有するため、全体的な構造が大きくなるという欠点がある。これはマイクロチップのような限られた面積内にマイクロポンプを配設する場合には致命的である。そこで、本発明のマイクロバルブを２個連結することにより、ポンプ室を不要にした画期的なマイクロポンプを開発することに成功した。
【００４５】
（１）構造
図１２は本発明のマイクロポンプの別の実施態様の一例を示す部分上面図であり、図１３は図１２におけるXIII-XIII線に沿った部分概要断面図である。このマイクロポンプは、入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）とポンプ室とを一体型にし、これに出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）を流路１１で接続した構造を有する。すなわち、図１０におけるポンプ室３０は、第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１が代替すると共に、バルブ室１３−１は第１のマイクロバルブ３−１の弁１９−１の開閉動作にも、その機能を果たす。図示された実施態様では、入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）及び出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）とも図５に示された逆止弁構造を有するが、必ずしもこの逆止弁構造だけに限定されず、図１〜図４及び図６〜図９に示された構造のバルブも使用することができる。第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１と第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２はほぼ同じ容積を有することが好ましい。
【００４６】
（２）ポンプ動作（操作）  
各バルブのバルブ室は正圧、大気圧、負圧の３種類の状態をとれるものとする。
正圧時は弁は閉じ、更に、バルブ室の容積は通常状態（外力が加わっていない状態）より減少する。
大気圧時は、バルブ室に圧力が生じていない場合は、ほぼ弁が閉じた状態となる。バルブ室に正圧が生じた場合は弁は開き、負圧が生じた場合は閉じる。
負圧時は弁は開き、更に、バルブ室の容積は通常状態（外力が加わっていない状態）より増加する。
【００４７】
下記の表２にポンプ動作を行う場合の各所定操作を示す。初期状態は各バルブ室とも正圧の状態とする。
【００４８】
【表２】
2005337415.tif 000004
【００４９】
前記表２に示されたステップ１からステップ３を１サイクルとして、そのサイクルを繰り返すことによりポンプ動作を継続することができる。
前記の表２では第２のマイクロバルブ３−２に関しても圧力室１３−２の圧力を操作しているが、大気圧のままでも逆止弁として作用する為、ポンプ動作は行われる。但し、ポンプの容積効率を上げる為には、前記表２に示された操作を行うのが好ましい。
また、第２のマイクロバルブ３−２に印加される正圧は、主に弁１９−２を確実に閉じる為のものであり、第１のマイクロバルブ３−１に印加される正圧ほど高い必要はない。
【００５０】
図１２及び図１３に示された構造からも理解されるように、この実施態様におけるマイクロポンプは第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２に関して対象構造であり、前記の表２の操作を第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２で入れ替えることにより、送液方向を逆にすることができる。すなわち双方向性のポンプとして使用することができる。この双方向性のポンプを別の観点からみれば、流体をバルブ室１３−１とバルブ室１３−２との間で往復運動させることにより、ポンプをミキサーとしても使用することもできる。
双方向性の必要性がない場合は、第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１に比べ、相対的に第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２を小さくすることで、ポンプ内のデッドボリュームを軽減することができる。
ポンプ動作を行うのは前記の表２に示された３ステップ動作以外にも様々な方法が考えられるが、ここに示した３ステップの操作は極めて単純で効果も高い方法の一つである。
【００５１】
（３）特徴
図１２及び図１３に示された２個のマイクロバルブが一体化された形態のマイクロポンプは次のような特徴を有する。
(a)入力側開閉弁とポンプ室が一体になったことにより、構造が極めて単純化される。
(b)同時に、操作も単純化され、圧力源や電磁弁などの圧力操作機器も減らせる。
(c)ポンプ動作のステップ数を減らすことができ、１サイクルの時間が短縮されることにより、高い流量性能が発揮できる。
(d)送液方向が任意に変えられる双方向性のあるポンプである。
【００５２】
図１２及び図１３に示された２個のマイクロバルブが一体化された形態のマイクロポンプは原理上、１サイクルに１度一定量の流体を吐出する。その為、連続動作させた場合には、流れは断続的になり易い。こうした脈流を軽減する目的で、ポンプの出力側の流路１５−２の一部にダンパーを設けることができる。ダンパーはポンプ動作１回の吐出量以上の容積を持ち、圧力により内容積が変化する構造とすることが好ましい。また、ダンパー後に絞りを設けるとダンパー効果が一層向上するので好ましい。
【００５３】
別法として、脈流を軽減させる他の有効な方法は、図１４に示されるように、同形状のポンプを並列に配管し、動作を半周期ずらしてポンプ動作させるものである（２連ポンプ）。図１４では、第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２の組Ａと、第３のマイクロバルブ３−３と第４のマイクロバルブ３−４の組Ｂとを並列に並べ、入力側は流路４２を流路１５−１と流路１５−３に分岐し、出力側は流路１５−２と流路１５−４を流路４４に合流させる。このような２連ポンプ構成によれば、組Ａのポンプの吐出に続いて組Ｂのポンプの吐出を連続的に行わせることができ、脈流が軽減される。
【００５４】
以下、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの製造方法について説明する。本発明によるマイクロバルブ及びマイクロポンプは、前記特許文献１に記載されているような一般的なＰＤＭＳ製マイクロチップの製造方法がそのまま利用可能である。
【００５５】
本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプは基本的に多層構造であり、製造にあたっては、次のような要件を満たすことが好ましい。
(a)基板９はマイクロチップとして或る程度の機械的強度を持たせることができる材質であること。この観点から、基板９はガラス、シリコン、硬質プラスチックなどから形成することが好ましい。
(b)第１層５の流路１１などを形成するＰＤＭＳ層は、厚さが数十μｍから数百μｍ程度の膜（メンブレン）であること。第１層がメンブレンであることと、ＰＤＭＳのゴム弾性により、弁１９の開閉動作やポンプ室３０のポンピング動作が可能となる。
(c)第２層７の圧力室３４などを設ける層の形成材料は特にこだわらないが、第１層５のＰＤＭＳ層と接着が可能でなければならない。
【００５６】
図１５は最も容易な構造を示す部分概要断面図である。第１層５と第２層７がそれぞれ同じＰＤＭＳから形成されており、これらを別々に型成形で製造し、両者を恒久接着（いわゆるパーマネントボンディング）により接着させ、次いで、ポート４６，４８を穴開け加工し、その後、基板９に貼り合わせることにより図１５に示されるような構造体を製造することができる。
【００５７】
別法として、図１６に示されるように、第１層５をＰＤＭＳ製とし、この第１層５の下面側に流路１１，１５、バルブ室１３，１７及び弁１９を形成し、同時に第１層５の上面側に圧力室２３，圧力管路２５を形成することができる。このようなＰＤＭＳ層の両面に微細構造を形成する方法は、本発明者らの先願である特願２００３−１１７８６２号（発明の名称：マイクロチップ及びその製造方法）明細書に詳述されている。この場合、第２層７Ａには圧力ポート２７を穴開け加工するだけでよく、微細構造の形成は不要である。第２層７ＡはＰＤＭＳ製の第１層５と恒久接着が可能なガラス、シリコン、ポリスチレンなどの硬質プラスチックが適している。
【００５８】
更に別法として、図１７に示されるように、第２層７Ａがガラス、シリコン、ポリスチレンなどの硬質プラスチックなどからなる場合、第２層７Ａの圧力室２３を上部基板に直接形成している。上部基板に圧力管路２５などの微細構造の形成は困難であるが、単なる穴開け加工程度は可能であり、図１７では、その穴がそのまま圧力室２３を兼ねている。従って、この穴にチューブなどを接続し、圧力室２３の圧力を制御する。
【００５９】
本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプにおいて、弁１９の弁座２１は基板９と接着してはならない。すなわち選択的接着を行う必要性がある。しかも、弁座２１は非常に微小な部分であり、場合によっては数１０μmオーダーの精度で接着部分と非接着部分を作り分ける必要がでてくる。
ＰＤＭＳはガラスやシリコン等の基材に対しては、接着剤を使用しない恒久接着、いわゆるパーマネントボンディングができることが知られている。恒久接着するには接着の前処理としてＰＤＭＳや基材に対して適切な表面改質を行う必要がある。表面改質に関しては酸素プラズマやエキシマＵＶ光を用いる等、各種の方法が知られている。この表面改質が行われた部分は接着し、表面改質が行われなかった部分は接着しない。
一方、本発明者らは、本発明者らの先願である特願２００３−３９３４４３号（発明の名称：選択的な表面改質・洗浄方法）に選択的に表面改質を行う方法を提案している。すなわち、この先願発明の選択的表面改質と恒久接着の原理を併用することにより、本願発明で必要な選択的恒久接着を実施することができる。
【００６０】
基板９の弁座２１に対応する部分だけを非接着とする処理を実際に実施することは必ずしも容易ではない。前記のように、本発明によるマイクロバルブやマイクロポンプのキーポイントは、弁１９の弁座２１を基板９の表面に対して非接着とすることで弁１９が基板９から離着し、基板９に対し垂直方向に移動可能とした点である。言い換えれば、第１層５の弁座２１以外の部分が基板９から剥がれなければよい。ＰＤＭＳはガラス鏡面等に対して高い吸着性を示すので、恒久接着は全く行わず、ＰＤＭＳの吸着力だけで第１層５を基板９と貼り合せても、本発明のマイクロバルブやマイクロポンプをある程度動作させることができる。しかし、ＰＤＭＳの自己吸着力だけで第１層５を基板９と貼り合せた場合、あまり高い圧力は使用できず、マイクロチップの取り扱いにも細心の注意をはらう必要がある。
【００６１】
そこで、ＰＤＭＳの自己吸着力を補佐する目的で、貼り合せ強度が必要な部分の近傍に管路を設け、その管路内を負圧吸引することで、吸盤の原理によりＰＤＭＳを基板に強く吸着させることができる。このような負圧吸引を用いてＰＤＭＳと基板との吸着強度を高める方法は、本願出願人による先願の特願２００４−０５９１１２号（発明の名称：マイクロチップ及びＰＤＭＳ基板と対面基板との貼り合わせ方法）明細書に詳述されている。図１８は、特願２００４−０５９１１２号の発明に従って、本発明のマイクロバルブの近傍に負圧吸引管路５０を配設した部分概要上面図であり、図１９は図１８におけるXIX-XIX線に沿った部分概要断面図である。負圧吸引管路５０は吸引ポート５２に連通している。圧力がかかり、かつ、大きな面積を占めるポンプ室やバルブ室１３，１７の近傍周辺に負圧管路を配設し、負圧管路内部を負圧吸引するとこでポンプ室やバルブ室１３，１７の周辺部を基板９に対し強く押し付ける。これによりポンプ室やバルブ室１３，１７の耐圧力性が増加する。一方、弁１９はポンプ室やバルブ室１３，１７の内部に位置する為、負圧吸引の影響は全く及ばず、自由に可動できる。
【００６２】
図１８において、例えば、一点鎖線で示した区域内を非接着とし、その他の区域を恒久接着とする処理は、弁座２１だけを非接着とする処理に比べて比較的容易である。本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプにおいて高い圧力を使用しない場合は、所望により第１層５の下面全体を非恒久接着とすることもできる。この場合であっても、負圧管路５０の存在により第１層５と基板９との吸着強度は充分得られ、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの駆動には支障がなく、しかも、ポンプ室やバルブ室１３，１７の周辺から流体が漏洩することも無い。
【実施例１】
【００６３】
図１及び図２に示される構造を有し、かつ、前記に示す寸法のマイクロバルブを製作した。
（１）閉状態の特性
圧力室を１０ｋＰａに維持し、流路内の水を１０ｋＰａの圧力で加圧したが、水の流れは観察されなかった。すなわち閉状態は維持された。
（２）閉状態から開状態への移行
流路内の水を１０ｋＰａの圧力で加圧した状態で、圧力室を１０ｋＰａから−３０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが観察された。
流路内の水を−１０ｋＰａの圧力で吸引した状態で、圧力室を１０ｋＰａから−３０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが観察された。すなわち負圧の流体に対してもバルブを開くことができることが確認された。
（３）開状態の特性
圧力室を−３０ｋＰａに維持した状態で、流路に水を１．６ｋＰａで吸引送液を行ったところ、０．３μｌ／ｍｉｎの流量が観測された。これは途中にバルブ構造を持たない同程度の流路と同じであった。すなわち、バルブにおける流路抵抗は、その他の流路における抵抗より十分小さく、無視しうる大きさであることが確認された。
圧力室を−３０ｋＰａに維持した状態で、流路内の水を−１０ｋＰａの圧力で吸引したところ、水の流れが観察された。すなわち負圧の流体についてもバルブは開状態を維持できることが確認された。
（４）開状態から閉状態への移行
流路内の水を１０ｋＰａの圧力した状態で、圧力室を−３０ｋＰａから１０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが直ちに停止した。すなわち、正圧の流体に対してもバルブを閉じることができることが確認された。
【実施例２】
【００６４】
図１２及び図１３に示される構造を有するマイクロポンプを製造し、実際にポンプ動作を行った。動作条件は次に通りであった。第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１及び第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２の直径は何れも１ｍｍであり、高さは３７μｍとした。同様に、圧力室２３−１及び２３−２の直径は何れも１．３ｍｍであり、高さは１５０μｍとした。第１のマイクロバルブ３−１の正圧は３０ＫＰａ、負圧は−５０ＫＰａ、第２のマイクロバルブ３−２の正圧は５ＫＰａ、負圧は−３０ＫＰａとした。１ステップの時間は０．０８秒、１サイクルの時間（周期）は０．２４秒（周波数４．１７Ｈｚ）とした。使用流体は水とした。マイクロポンプの出力ポート（図示されていない）に内径０．２５ｍｍのテフロン（登録商標）チューブを接続し、テフロン（登録商標）チューブ内の水の移動量を測定することにより流量を求めた。以上の条件において、流量５．７５μｌ／ｍｍの送液を確認した。
【００６５】
以上の測定結果から次のことが考察される。ポンプの流量は１サイクルの周期にほぼ反比例する。換言すれば、周波数に比例する。但し、あまり短い周期ではポンプの応答が遅れ、１サイクルに吐出する量が減る。換言すれば、ポンプの容積効率が落ちるか、更には全く動作しなくなる。また、使用する空圧機器の応答性の問題となる。前記の実施例では約０．０５秒の応答遅れのある電磁弁を用いたので、周期０．０８秒未満ではポンプ動作しなくなった。前記の実施例では、１サイクル当たり０．０２３μlの吐出が行われていたことになる。バルブ室１個当たりの内容積は０．０４９μlであり、１サイクル当たりポンプ室の約半分が有効にポンプ動作に寄与していることになる。更に、容積効率を上げるには、第１のマイクロバルブ３−１側の正圧や負圧に大きな圧力を用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの好ましい実施態様について具体的に説明してきたが、本発明は開示された実施態様にのみ限定されず、様々な改変を行うことができる。本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプはμＴＡＳやLab-on-Chipの観点からマイクロチップ内に実装することができる。本発明のマイクロチップは本願明細書に開示され、かつ添付図面に示されたマイクロバルブ及び／又はマイクロポンプを１個以上適宜組み合わせて内蔵することができる。このような本発明の画期的なマイクロバルブ及びマイクロポンプを内部に有するマイクロチップは、その実用性及び経済性が飛躍的に向上される。その結果、本発明のマイクロチップは、医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産など様々な分野で好適に有効利用することができる。特に、本発明のマイクロチップは、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロチップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で安価に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のマイクロバルブの一例の部分上面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１におけるマイクロバルブ３の開状態を示す部分概要断面図である。
【図４】図３におけるIV-IV線に沿った部分概要断面図である。
【図５】本発明のマイクロバルブの別の例の部分上面図である。
【図６】本発明のマイクロバルブの更に別の例の部分上面図である。
【図７】本発明のマイクロバルブの他の例の部分上面図である。
【図８】本発明のマイクロバルブの更に他の例の部分上面図である。
【図９】本発明のマイクロバルブの異なった例の部分上面図である。
【図１０】本発明のマイクロポンプの一例の部分上面図である。
【図１１】図１０におけるXI-XI線に沿った断面図である。
【図１２】本発明のマイクロポンプの別の例の部分上面図である。
【図１３】図１２におけるXIII-XIII線に沿った断面図である。
【図１４】図１２に示されたマイクロポンプを２組並列させた２連ポンプの一例の部分概要上面図である。
【図１５】本発明のマイクロバルブの製造方法の一例を示す概要断面図である。
【図１６】本発明のマイクロバルブの製造方法の別の例を示す概要断面図である。
【図１７】本発明のマイクロバルブの製造方法の他の例を示す概要断面図である。
【図１８】本発明のマイクロバルブの近傍に特願２００４−０５９１１２号の発明に係る負圧吸引管路を配設した部分概要上面図である。
【図１９】図１８におけるXIX-XIX線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  マイクロチップ
３  マイクロバルブ
５  第１層
７  第２層
９  基板
１１  流路
１３  バルブ室
１５  流路
１７  バルブ室
１９  弁
２１  弁座
２３  圧力室
２５  圧力管路
２７  圧力ポート
２９  開口部
３０  ポンプ室
３２  流路
３４  圧力室
３６  圧力管路
３８  圧力ポート
４０  流路
４２  流路
４４  流路
４６  入出力ポート
４８  入出力ポート
５０  負圧吸引管路
５２  吸引ポート
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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