(57)【要約】【課題】耐薬品性に優れ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップおよびその製造方法を提供する。【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、流路１２内の流体を外部に導出する採取部１５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し、処理後の流体を採取部１５から外部に導出するものである。このマイクロ化学チップ１において、セラミックスから成る基体本体２０とガラスから成る蓋体２１とを貼りあわせて基体１１を構成するとともに、キャピラリ泳動に用いる電極２３ａ，２３ｂ，２４を、基体本体２０と同時焼成して形成する。【選択図】      図１
2005024316.tif 000002
【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、前記流路に接続され、流路内の流体を外部に導出する採取部とが形成された基体を有し、
前記基体は、前記流路を構成する溝部が形成されたセラミックスから成る基体本体に、前記溝部を覆うように被覆部材を配置して構成され、
前記供給部は、一端が前記流路に接続されるとともに、他端が前記被覆部材に形成された供給用貫通孔に接続される供給流路を含み、前記採取部は、前記流路における前記被処理流体の流通方向最下流側部分に接続されるように前記被覆部材に形成された採取用貫通孔を含み、
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、処理後の流体を前記採取部から外部に導出するマイクロ化学チップであって、
前記供給部および前記採取部にはそれぞれ前記基体本体と同時焼成された電極が形成されており、供給部側電極と採取部側電極との間に電圧を印加してキャピラリ泳動を行うことを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項２】
前記供給部側電極は、前記基体本体に形成された溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成され、
前記採取部側電極は、前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成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】
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、前記流路に接続され、流路内の流体を外部に導出する採取部とが形成されたセラミックスから成る基体を有し、
前記基体は、前記流路を構成する溝部が形成されたセラミックスから成る基体本体に、前記溝部を覆うようにセラミックスから成る被覆部材を配置して構成され、
前記供給部は、一端が前記流路に接続されるとともに、他端が前記被覆部材に形成された供給用貫通孔に接続される供給流路を含み、前記採取部は、前記流路における前記被処理流体の流通方向最下流側部分に接続されるように前記被覆部材に形成された採取用貫通孔を含み、
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、処理後の流体を前記採取部から外部に導出するマイクロ化学チップであって、
前記供給部および前記採取部にはそれぞれ前記基体と同時焼成された電極が形成されており、供給部側電極と採取部側電極との間に電圧を印加してキャピラリ泳動を行うことを特徴とするマイクロ化学チップ。
【請求項４】
前記供給部側電極は、前記被覆部材に形成された前記供給用貫通孔の内周面、または前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成されることを特徴とする請求項３記載のマイクロ化学チップ。
【請求項５】
前記採取部側電極は、前記被覆部材に形成された採取用貫通孔の内周面、または前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成されることを特徴とする請求項３または４記載のマイクロ化学チップ。
【請求項６】
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であって、前記採取部よりも上流側に、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することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロ化学チップ。
【請求項７】
請求項１記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記基体本体を構成するセラミックグリーンシートの表面に、前記流路および前記供給流路を構成する溝部を形成し、
前記被覆部材に、前記供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成し、
前記セラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって、前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面には、供給部側電極を形成するとともに、前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面には、採取部側電極を形成し、
前記溝部ならびに供給部側および採取部側電極が形成された前記セラミックグリーンシートを、所定の温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
該基体本体の表面の前記溝部を前記被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【請求項８】
請求項３記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記基体本体を構成する第１のセラミックグリーンシートの表面に、前記流路および前記供給流路を構成する溝部を形成し、
前記被覆部材を構成する第２のセラミックグリーンシートに、前記供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成し、
前記供給部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記供給用貫通孔の内周面に形成し、
前記採取部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記採取用貫通孔の内周面に形成し、
前記溝部が形成された第１のセラミックグリーンシートの表面に、前記溝部を覆うように第２のセラミックグリーンシートを積層し、
積層されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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およびその製造方法に関し、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およびその製造方法に関する。
【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】
上述した特許文献２には、キャピラリ泳動型のマイクロ化学チップの基体の材質については特に記載されていないが、一般的なマイクロ化学チップは、上述したようにシリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体で形成されている。したがって、従来のキャピラリ泳動型のマイクロ化学チップでは、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に、キャピラリ泳動に用いる電極が薄膜加工によって形成されている。
【０００７】
しかしながら、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体を用いたキャピラリ泳動型のマイクロ化学チップでは、キャピラリ泳動に用いる電極と基体との密着性が悪いので、供給する被処理流体、特に化学薬品によって電極と基体との密着部分が腐食されてしまうという不具合がある。そのため、キャピラリ泳動型のマイクロ化学チップは、供給できる被処理流体に制限があり、使用条件が限定されてしまうという問題を有している。
【０００８】
本発明の目的は、耐薬品性に優れ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップおよびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【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、前記流路に接続され、流路内の流体を外部に導出する採取部とが形成された基体を有し、
前記基体は、前記流路を構成する溝部が形成されたセラミックスから成る基体本体に、前記溝部を覆うように被覆部材を配置して構成され、
前記供給部は、一端が前記流路に接続されるとともに、他端が前記被覆部材に形成された供給用貫通孔に接続される供給流路を含み、前記採取部は、前記流路における前記被処理流体の流通方向最下流側部分に接続されるように前記被覆部材に形成された採取用貫通孔を含み、
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、処理後の流体を前記採取部から外部に導出するマイクロ化学チップであって、
前記供給部および前記採取部にはそれぞれ前記基体本体と同時焼成された電極が形成されており、供給部側電極と採取部側電極との間に電圧を印加してキャピラリ泳動を行うことを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１０】
本発明に従えば、複数の供給部から供給された被処理流体は、キャピラリ泳動によって流路内を流通し、採取部から外部に導出される。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た後、処理後の流体は採取部から外部に導出されることになる。
【００１１】
本発明では、キャピラリ泳動に用いる供給部側電極および採取部側電極は、セラミックスから成る基体本体と同時焼成されており、電極と基体本体との密着性が向上する。これによって、基体本体と電極との密着部分が被処理流体、特に化学薬品によって腐食することが防止され、耐薬品性を向上することができ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップを実現することができる。
【００１２】
また本発明は、前記供給部側電極は、前記基体本体に形成された溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成され、
前記採取部側電極は、前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、電極は平らな面である溝部の底部に形成されるので、基体本体と電極との密着性をさらに向上することができる。また、電極の形成が比較的容易である。
【００１４】
また本発明は、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、前記流路に接続され、流路内の流体を外部に導出する採取部とが形成されたセラミックスから成る基体を有し、
前記基体は、前記流路を構成する溝部が形成されたセラミックスから成る基体本体に、前記溝部を覆うようにセラミックスから成る被覆部材を配置して構成され、
前記供給部は、一端が前記流路に接続されるとともに、他端が前記被覆部材に形成された供給用貫通孔に接続される供給流路を含み、前記採取部は、前記流路における前記被処理流体の流通方向最下流側部分に接続されるように前記被覆部材に形成された採取用貫通孔を含み、
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、処理後の流体を前記採取部から外部に導出するマイクロ化学チップであって、
前記供給部および前記採取部にはそれぞれ前記基体と同時焼成された電極が形成されており、供給部側電極と採取部側電極との間に電圧を印加してキャピラリ泳動を行うことを特徴とするマイクロ化学チップである。
【００１５】
本発明に従えば、複数の供給部から供給された被処理流体は、キャピラリ泳動によって流路内を流通し、採取部から外部に導出される。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た後、処理後の流体は採取部から外部に導出されることになる。
【００１６】
本発明では、キャピラリ泳動に用いる供給部側電極および採取部側電極は、セラミックスから成る基体と同時焼成されており、電極と基体との密着性が向上する。これによって、基体と電極との密着部分が被処理流体、特に化学薬品によって腐食することが防止され、耐薬品性を向上することができ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップを実現することができる。
【００１７】
また本発明は、前記供給部側電極は、前記被覆部材に形成された前記供給用貫通孔の内周面、または前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記採取部側電極は、前記被覆部材に形成された採取用貫通孔の内周面、または前記基体本体に形成された前記溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に形成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、電極は平らな面である溝部の底部または貫通孔の内周面に形成されるので、基体と電極との密着性をさらに向上することができる。また、電極の形成が比較的容易である。
【００２０】
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であって、前記採取部よりも上流側に、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することを特徴とする。
【００２１】
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て、反応生成物を得ることができる。
【００２２】
また本発明は、請求項１記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記基体本体を構成するセラミックグリーンシートの表面に、前記流路および前記供給流路を構成する溝部を形成し、
前記被覆部材に、前記供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成し、
前記セラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって、前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面には、供給部側電極を形成するとともに、前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面には、採取部側電極を形成し、
前記溝部ならびに供給部側および採取部側電極が形成された前記セラミックグリーンシートを、所定の温度で焼結させることによって基体本体を形成し、
該基体本体の表面の前記溝部を前記被覆部材で覆うことによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００２３】
本発明に従えば、まず基体本体を構成するセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、さらに、溝部の底面であって、前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に、供給部側電極を形成するとともに、前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面に、採取部側電極を形成する。また、被覆部材に、供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成する。
【００２４】
次に、前記溝部ならびに供給部側および採取部側電極が形成された前記セラミックグリーンシートを、所定の温度で焼結させることによって基体本体を形成し、該基体本体の表面の前記溝部を前記被覆部材で覆うことによって前記基体を形成する。
【００２５】
このようにして基体を形成することによって、供給部側電極および採取部側電極が基体本体とともに同時焼成されて形成されたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００２６】
また本発明は、請求項３記載のマイクロ化学チップの製造方法であって、
前記基体本体を構成する第１のセラミックグリーンシートの表面に、前記流路および前記供給流路を構成する溝部を形成し、
前記被覆部材を構成する第２のセラミックグリーンシートに、前記供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成し、
前記供給部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記供給用貫通孔の内周面に形成し、
前記採取部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記採取用貫通孔の内周面に形成し、
前記溝部が形成された第１のセラミックグリーンシートの表面に、前記溝部を覆うように第２のセラミックグリーンシートを積層し、
積層されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって前記基体を形成することを特徴とするマイクロ化学チップの製造方法である。
【００２７】
本発明に従えば、まず基体本体を構成する第１のセラミックグリーンシートの表面に型を押圧して溝部を形成し、被覆部材を構成する第２のセラミックグリーンシートに、前記供給用貫通孔および採取用貫通孔を形成する。
【００２８】
次に、供給部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記供給用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記供給用貫通孔の内周面に形成する。また、採取部側電極を、前記第１のセラミックグリーンシートに形成された溝部の底面であって前記採取用貫通孔の直下に位置する前記溝部の底面、または前記第２のセラミックグリーンシートに形成された前記採取用貫通孔の内周面に形成する。
【００２９】
次に、前記溝部が形成された第１のセラミックグリーンシートの表面に、前記溝部を覆うように第２のセラミックグリーンシートを積層し、積層されたセラミックグリーンシートを、所定温度で焼結させることによって前記基体を形成する。
【００３０】
このようにして基体を形成することによって、供給部側電極および採取部側電極が基体とともに同時焼成されて形成されたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００３１】
【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。
【００３２】
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、被処理流体に予め定める処理を施す処理部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が形成されたセラミックスから成る基体本体２０と、被覆部材であるガラスから成る蓋体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。
【００３３】
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貫通孔で実現されている。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貫通孔で実現されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
このマイクロ化学チップ１では、供給部１３ａ，１３ｂには供給部側電極２３ａ，２３ｂが形成されており、また採取部１５には採取部側電極２４が形成されており、供給部側電極２３ａ，２３ｂと採取部側電極２４との間に所定の電位を印加することによって、キャピラリ泳動が行われる。
【００３７】
供給部側電極２３ａは、図１および図２に示すように、基体１１に形成された供給流路１７ａ、正確には基体本体２０に形成された溝部３３の底面であって、蓋体２１に形成された供給用貫通孔である供給口１６ａの直下に位置する底面に形成されている。供給部側電極２３ｂも、供給部側電極２３ａと同様に、図１に示すように基体１１に形成された供給流路１７ｂ、正確には基体本体２０に形成された溝部３３の底面であって、蓋体２１に形成された供給用貫通孔である供給口１６ｂの直下に位置する底面に形成されている。
【００３８】
また、採取部側電極２４は、図１に示すように、基体１１に形成された流路１２における被処理流体の流通方向最下流側部分の底面であって、蓋体２１に形成された採取用貫通孔である貫通孔１５の直下に位置する底面に形成されている。
【００３９】
供給部側電極２３ａ，２３ｂおよび採取部側電極２４は、後述するようにセラミックグリーンシートを焼成して焼結させて基体本体２０を形成する際に同時に焼成されて形成されたものである。これによって、電極２３ａ，２３ｂ，２４と基体本体２０との密着性が向上する。したがって、基体本体２０と電極２３ａ，２３ｂ，２４との密着部分が被処理流体、特に化学薬品によって腐食することが防止され、耐薬品性を向上することができ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップ１を実現することができる。
【００４０】
また、電極２３ａ，２３ｂ，２４は平らな面である溝部３３の底面に形成されるので、基体本体２０との密着性をさらに向上することができる。また、電極２３ａ，２３ｂ，２４の形成が比較的容易である。
【００４１】
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。
【００４２】
そこで、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、被処理流体を撹拌するための撹拌部を形成してもよい。撹拌部は、たとえば流路１２に壁面に凹凸が形成された凹凸部分を形成することによって実現してもよいし、流路１２に壁面が親水性または疎水性を有する親水性部分または疎水性部分を形成することによって実現してもよいし、被処理流体に振動を加えるための振動素子を配置して実現してもよいし、流路１２を屈曲させて形成することによって実現してもよい。これによって、複数の被処理流体が合流された後、撹拌部によって合流した被処理流体内に乱流が発生する。
【００４３】
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。
【００４４】
また、接続位置２２と処理部１４との間に撹拌部を形成したことによって、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。
【００４５】
基体本体２０は、セラミック材料から成るので、シリコン、ガラスまたは樹脂などに比べて耐薬品性に優れており、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２０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。また、蓋体２１は、ガラスから成るので、被処理流体の混合状態や反応状態等を目視で確認できる。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、第１の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。なお、溝部３３の形状として所定の壁面に対応する部分に凹凸部分が転写されている型を用いることによって、上述した撹拌部である凹凸部分を構成する溝部３３の壁面に凹凸を形成することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
さらに、溝部３３が形成された第１のセラミックグリーンシート３１に、供給部側電極２３ａ，２３ｂおよび採取部側電極２４を、薄膜加工によって形成する。供給部側電極２３ａは、溝部３３のうちで供給流路１７ａに対応する部分の底面であって、被処理流体の流通方向最上流側の部分、すなわち蓋体２１に形成される供給用貫通孔である供給口１６ａの直下に位置する底面に形成される。供給部側電極２３ｂは、溝部３３のうちで供給流路１７ｂに対応する部分の底面であって、被処理流体の流通方向最上流側の部分、すなわち蓋体２１に形成される供給用貫通孔である供給口１６ｂの直下に位置する底面に形成される。また、採取部側電極２４は、溝部３３における被処理流体の流通方向最下流側部分の底面であって、蓋体２１に形成された採取用貫通孔である採取部１５の直下に位置する底面に形成される。さらに、第１のセラミックグリーンシート３１の表面には、電極２３ａ，２３ｂ，２４にそれぞれ接続される配線パターン（図示せず）が、電極と同様に薄膜加工によって形成される。
【００５５】
また、図３（ｂ）に示すように、第２の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。
【００５６】
次に、図４に示すように、ヒータ１９となる配線パターン３４が形成された第２のセラミックグリーンシート３２の表面に、溝部３３および電極２３ａ，２３ｂ，２４が形成された第１のセラミックグリーンシート３１を積層する。積層された第１および第２の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、溝部３３の底面に電極２３ａ，２３ｂ，２４が形成された図１に示す基体本体２０を形成する。
【００５７】
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、ガラスから成る基板４１の供給口１６ａ，１６ｂおよび採取部１５となるべく予め定められる位置に、図３（ａ）に示す第１の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を形成し、蓋体２１を得る。
【００５８】
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、加熱および加圧によって接着される。
【００５９】
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。
【００６０】
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、溝部３３の底面に電極２３ａ，２３ｂ，２４が形成された基体本体２０と蓋体２１とを貼り合せることによって、キャピラリ泳動に用いる供給部側電極２３ａ，２３ｂおよび採取部側電極２４を備えたマイクロ化学チップ１を製造することができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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、それぞれ流路１２の異なる位置に接続されるように設けられてもよい。この場合は、各供給部に、キャピラリ泳動に用いる電極を形成する。
【００６３】
また、処理部１４（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、処理部（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、処理部１４（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
また、本実施形態では、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。
【００６９】
蓋体２１をセラミックグリーンシートで形成する場合は、電極２３ａ，２３ｂ，２４を、蓋体２１側に形成してもよい。この場合は、供給部側電極２３ａを、図６（ａ）に示すように供給用貫通孔４２ａの内周面全面に形成してもよく、また図６（ｂ）に示すように内周面の半分に形成してもよい。同様にして、供給部側電極２４ｂを供給用貫通孔４２ｂの内周面に形成し、採取部側電極２４を採取用貫通孔４３の内周面に形成する。
【００７０】
このようにセラミックグリーンシートを積層して基体を形成すれば、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。
【００７１】
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。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、キャピラリ泳動に用いる供給部側電極および採取部側電極は、セラミックスから成る基体本体または基体と同時焼成されており、電極と基体本体または基体との密着性が向上する。これによって、基体本体または基体と電極との密着部分が被処理流体、特に化学薬品によって腐食することが防止され、耐薬品性を向上することができ、供給する被処理流体が制限されることがない汎用性に優れたマイクロ化学チップを実現することができる。
【００７３】
また本発明によれば、電極は平らな面である溝部の底部または貫通孔の内周面に形成されるので、基体と電極との密着性をさらに向上することができる。また、電極の形成が比較的容易である。
【００７４】
また本発明によれば、電極が形成されたセラミックグリーンシートを焼結させて基体本体を形成した後に、基体本体の表面の溝部を被覆部材で覆うことによって基体を形成するので、基体本体と同時焼成された電極を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【００７５】
また本発明によれば、溝部が形成された第１のセラミックグリーンシートと、貫通孔が形成された第２のセラミックグリーンシートとのいずれかに、供給部側電極および採取部側電極を形成し、第１および第２セラミックグリーンシートを積層したものを焼結させて基体を形成するので、基体と同時焼成された電極を備えたマイクロ化学チップを製造することができる。
【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】供給口１３ａ付近を拡大して示す斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、セラミックグリーンシート３１，３２のそれぞれの加工状態を示す平面図である。
【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。
【図６】（ａ），（ｂ）は、供給部側電極２３ａの各形成態様を示す部分拡大斜視図である。
【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
２３ａ，２３ｂ  供給部側電極
２４  採取部側電極
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
【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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