(57)【要約】【課題】２つの液体をより速くしかもより正確な混合比で混合すること。【解決手段】それぞれの流路を送液される少なくとも２つの液体を混合する液体の混合方法であって、２つの液体のうちの混合割合の少ない方の液体をその流路２０に間歇的に送液するとともに、混合割合の大きい方の液体を混合割合の少ない方の液体の流路２０の両側２１，２２から合流するように送液する。【選択図】      図１
2005131556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの流路を送液される少なくとも２つの液体を混合する液体の混合方法であって、
前記２つの液体のうちの混合割合の少ない方の液体をその流路に間歇的に送液するとともに、混合割合の大きい方の液体を混合割合の少ない方の液体の流路の両側から合流するように送液する、
ことを特徴とする液体の混合方法。
【請求項２】
前記混合割合の大きい方の液体を、混合割合の少ない方の液体の流路への合流部において互いに対称な２つの流路から互いに同じ量を送液する、
請求項１記載の液体の混合方法。
【請求項３】
前記混合割合の大きい方の液体を、混合割合の少ない方の液体の流路に対して、互いに異なる位置において合流するように送液する、
請求項１記載の液体の混合方法。
【請求項４】
少なくとも２つの液体を混合するための液体の混合装置であって、
前記２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、
前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路とを有し、
前記第２の流路は、２つの流路からなっており、当該２つの流路が前記合流部において前記第１の流路に対して両側から対称的に合流するように形成されてなる、
ことを特徴とする液体の混合装置。
【請求項５】
少なくとも２つの液体を混合するための液体の混合装置であって、
前記２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、
前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２のＡ流路および第２のＢ流路と、
前記第１の流路と前記第２のＡ流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路とを有し、
前記第２のＢ流路は、前記第３の流路に対して、前記第２のＡ流路とは反対側の方向から合流するように形成されてなる、
ことを特徴とする液体の混合装置。
【請求項６】
少なくとも２つの液体を混合するための液体の混合システムであって、
前記２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、
前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路と、
前記１つの液体を前記第１の流路に間歇的に送液するための第１のポンプと、
前記他の１つの液体を前記第２の流路に間歇的に送液するための第２のポンプと、
を有し、
前記第２の流路は、２つの流路からなっており、当該２つの流路が前記合流部において前記第１の流路に対して両側から対称的に合流するように形成されており、
前記第１のポンプおよび前記第２のポンプは、前記１つの液体および前記他の１つの液体を前記合流部に交互に送液するように制御され、かつ、前記第１のポンプによる送液量が前記第２のポンプによる送液量よりも少なくなるように制御されてなる、
ことを特徴とする液体の混合システム。
【請求項７】
前記第１の流路および前記第２の流路は、前記合流部においてそれぞれの流路幅が狭く形成されてなる、
請求項６記載の液体の混合システム。
【請求項８】
前記第１のポンプによる間歇的な送液における１回当たりの送液量が、前記合流部の空間の容積よりも多くなるように制御されてなる、
請求項６または７記載の液体の混合システム。
【請求項９】
前記第１のポンプは、前記第１の液体の間歇的な送液における休止時において、その逆流を防止するために微小な圧力を生じさせるように制御されてなる、
請求項６ないし８のいずれかに記載の液体の混合システム。
【請求項１０】
少なくとも２つの液体を混合するための液体の混合システムであって、
前記２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、
前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための２つの流路を有した第２の流路と、
前記第１の流路と前記第２の流路の１つの流路との第１の合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路と、
前記１つの液体を前記第１の流路に送液するための第１のポンプと、
前記他の１つの液体を前記第２の流路に間歇的に送液するための第２のポンプと、
を有し、
前記第２の流路の他の１つの流路は、前記第３の流路の途中の第２の合流部において前記１つの流路とは反対側から合流するように形成されており、
前記第１のポンプは、前記１つの液体を前記第１の合流部に送液するように制御され、かつ、前記第２のポンプは、前記他の１つの液体を前記第１の合流部および第２の合流部にそれぞれ間歇的に送液するように制御され、かつ、前記第１のポンプによる送液量が前記第２のポンプによる送液量よりも少なくなるように制御されてなる、
ことを特徴とする液体の混合システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体システムなどにおいて微小量の液体を混合するための混合方法および混合装置ならびに混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、マイクロマシン技術を応用し、化学分析や化学合成などのための機器や手法を微細化して行うμ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System)が注目されている。微細化されたμ−ＴＡＳによると、従来の装置と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットがある。また、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化が図れる。そして携帯性にも優れるため、医療分野、環境分析など、広い範囲でその応用が期待されている。
【０００３】
そこで、本出願人において、サイズが小さいことによるμ−ＴＡＳ特徴の１つであるマイクロスケールサイズ効果に着目して種々の研究を行った。微小な流路の世界においては、寸法や流速が非常に小さくレイノルズ数が２００以下となるため、従来の反応装置のような乱流支配ではなく、層流支配となる。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。つまり、拡散理論にしたがうと、混合に要する時間Ｔは、液層の厚み（流路幅）をＷ、拡散係数をＤとすると、Ｗ2 ／Ｄに比例する。したがって、２液を流路に層流で流す場合には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。
【０００４】
Ｄ＝κｂ×Ｔ／６×π×μ×ｒ
但し、Ｔ：液温、μ：粘度、ｒ：粒子半径、κｂ：ボルツマン定数
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、分子や粒子の自発的挙動だけで速やかに行われる。
【０００５】
また、従来において、流路を立体的に交差させることによって混合の効率化を図ったもの（特許第３１１９８７７号）、基本的には流路幅方向の拡散を用いて流路が合流することで混合するもの（特表２００２−５０３３３６）などが提案されている。
【０００６】
このように、従来において流路幅方向に拡散させるタイプの研究が発表されているが、流略幅が１００μｍ程度のものが主流である。しかしながら、用途によっては、１００μｍレベルの流路幅で自発的拡散による混合を行った場合、時間がかかりすぎるという問題がある。例えば粒子径が大きい場合などである。また、液体が出合った瞬間に反応が始まってしまう場合には、十分な混合が行われる前に反応が進んでしまって期待どおりの結果が得られない。混合部から検出部までの距離が短い場合などは極めて短時間に混合を終了させなければならない。そこで、混合時間を短くするために流路幅を狭くする方法が考えられるが、流路抵抗が高くなり送液の制御が困難になる。
【０００７】
そこで本出願人は、流路の流れ方向に沿って極めて薄い液層を形成して混合時間を大幅に短縮する方法を先に提案した（特開平２００３−２２０３２２）。
【特許文献１】特許第３１１９８７７号
【特許文献２】特表２００２−５０３３３６
【特許文献３】特開平２００３−２２０３２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上の提案した方法によった場合に、混合比が１対１に近い場合は短時間で正確な混合比で混合できるが、混合比が１対１から大きく離れた場合は、図１４に示すように、混合比の少ない方の液体が流路壁の影響をうけてしまい、狙った混合比で均一に混合するのが難しいことが分かった。
【０００９】
また、送液量の比が狙った値どおりだったとしても、流路幅方向で濃度ムラが発生し易いという問題や、その濃度ムラが自発的拡散で解消されて均一濃度になるまでに時間がかかり過ぎるという問題があることが分かった。
【００１０】
本発明の課題は、２つの液体をより速くしかもより正確な混合比で混合することである。本発明の他の課題は、流路幅方向で濃度ムラをできるだけ解消することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る液体の混合方法は、それぞれの流路を送液される少なくとも２つの液体を混合する液体の混合方法であって、前記２つの液体のうちの混合割合の少ない方の液体をその流路に間歇的に送液するとともに、混合割合の大きい方の液体を混合割合の少ない方の液体の流路の両側から合流するように送液する方法である。
【００１２】
好ましくは、前記混合割合の大きい方の液体を、混合割合の少ない方の液体の流路への合流部において互いに対称な２つの流路から互いに同じ量を送液する。
【００１３】
また、前記混合割合の大きい方の液体を、混合割合の少ない方の液体の流路に対して、互いに異なる位置において合流するように送液する。
【００１４】
本発明に係る混合装置は、２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路とを有し、前記第２の流路は、２つの流路からなっており、当該２つの流路が前記合流部において前記第１の流路に対して両側から対称的に合流するように形成されてなる。
【００１５】
また、２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２のＡ流路および第２のＢ流路と、前記第１の流路と前記第２のＡ流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路とを有し、前記第２のＢ流路は、前記第３の流路に対して、前記第２のＡ流路とは反対側の方向から合流するように形成されてなる。
【００１６】
本発明に係る混合システムは、２つの液体のうちの１つの液体を送液するための第１の流路と、前記２つの液体のうちの他の１つの液体を送液するための第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路との合流部から前記第１の流路の延長線上に延びる第３の流路と、前記１つの液体を前記第１の流路に間歇的に送液するための第１のポンプと、前記他の１つの液体を前記第２の流路に間歇的に送液するための第２のポンプと、を有し、前記第２の流路は、２つの流路からなっており、当該２つの流路が前記合流部において前記第１の流路に対して両側から対称的に合流するように形成されており、前記第１のポンプおよび前記第２のポンプは、前記１つの液体および前記他の１つの液体を前記合流部に交互に送液するように制御され、かつ、前記第１のポンプによる送液量が前記第２のポンプによる送液量よりも少なくなるように制御されてなる。
【００１７】
好ましくは、前記第１の流路および前記第２の流路は、前記合流部においてそれぞれの流路幅が狭く形成されてなる。
【００１８】
また、前記第１のポンプによる間歇的な送液における１回当たりの送液量が、前記合流部の空間の容積よりも多くなるように制御されてなる。
【００１９】
また、前記第１のポンプは、前記第１の液体の間歇的な送液における休止時において、その逆流を防止するために微小な圧力を生じさせるように制御されてなる。
【００２０】
第１のポンプおよび第２のポンプは、必ずしも１つである必要はなく、複数のポンプによって構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、２つの液体をより速くしかもより正確な混合比で混合することが可能となる。また、流路幅方向で濃度ムラをできるだけ解消することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の混合装置の第１の実施形態であるマイクロ流体システム１の構成を模式的に示す平面図、図２は図１に示すマイクロポンプＭＰ１の平面図、図３はマイクロポンプＭＰ１の正面断面図、図４はマイクロポンプＭＰ１の製造工程の例を示す図、図５はマイクロポンプＭＰ１の開口部の流路抵抗特性の例を示す図、図６および図７は圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【００２３】
図１において、マイクロ流体システム１は、シリコン基板３１上にマイクロチップとして構成されており、中央のマイクロポンプＭＰ１によって圧送される液体ＬＡと、その両側の２つのマイクロポンプＭＰ２，３によって圧送される液体ＬＢとを合流点ＧＴで合流させ、混合してポート（液体出口）２５から送り出すように構成されている。
【００２４】
すなわち、マイクロ流体システム１は、ポート（液体入口）１１〜１３、流路１４〜１６、マイクロポンプＭＰ１〜３、流路１７〜１９、狭幅流路２０〜２３、流路２４、およびポート２５を有する。
【００２５】
ポート１１〜１３には、適当な他の流路またはリザーバから必要な液体が供給される。それぞれの液体は、流路１４〜１６を通り、マイクロポンプＭＰ１〜３によって流路１７〜１９に、さらにそれよりも幅の狭い狭幅流路２０〜２２に、それぞれ圧送される。
【００２６】
３つの狭幅流路２０〜２３の先端の共通空間領域が合流点ＧＴである。両側の２つの狭幅流路２１，２２は、中央の狭幅流路２０に対して、互いに対称な形状であって、両側から対称的に合流するように形成されている。合流点ＧＴからその先の下流側の狭幅流路２３は、中央の狭幅流路２０の延長線上に形成されている。
【００２７】
したがって、狭幅流路２０〜２２に圧送された液体は、狭幅流路２３の入口の合流点ＧＴで合流し、流路２４を通ってポート２５から適当な他の流路またはリザーバに送り出される。
【００２８】
次に、マイクロポンプＭＰ１〜３について説明する。これら３つのマイクロポンプＭＰ１〜３は、その動作原理および構造が同一であるので、１つのマイクロポンプＭＰ１のみについて説明する。
【００２９】
図２および図３において、マイクロポンプＭＰ１は、ポンプ室であるチャンバー６２、およびチャンバー６２の入口（インレット）および出口（アウトレット）に設けられた開口部６１，６３を有する。開口部６１，６３は、流路１４または流路１７に連通する。開口部６１，６３の幅寸法または有効断面積は、流路１４または流路１７のそれよりも小さく設定されており、２つの開口部６１，６３の有効長さは互いに異なる。マイクロポンプＭＰ１は、このような形状および寸法の相違によってマイクロポンプとして動作する。詳しくは後で述べる。
【００３０】
図３を参照して、マイクロポンプＭＰ１は、シリコン基板３１を用い、フォトリソグラフィー工程によって、チャンバー６２、開口部６１，６３、および流路１４，１７などを構成するための溝または窪みを形成し、その下または上に底板または天板となるガラス基板３２を接合することによって製作される。
【００３１】
例えば、図４（ａ）に示すように、シリコン基板３１０を用意する。シリコン基板３１０として、例えば、厚さ２００μｍのシリコンウエハーを用いる。次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板３１０の上下面に酸化膜３１１，３１２を形成する。これらの酸化膜３１１，３１２は、例えば、それぞれの厚さが１．７μｍとなるように熱酸化により成膜する。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、現像し、酸化膜３１１をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再びレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。これにより、図４（ｃ）に示すように、酸化膜３１１を完全に除去した部分３１１ａと、厚さ方向に途中まで除去した部分３１１ｂとを形成する。レジスト塗布には、例えば、ＯＦＰＲ８００などのレジストを用いてスピンコーターで回転塗布する。レジスト膜の厚さは例えば１μｍとする、露光はアライナーにより行い、現像はデベロッパーにより行う。酸化膜のエッチングには、例えばＲＩＥを用いる。レジストの剥離には、剥離液、例えば硫酸過水を用いる。
【００３２】
次に、上面についてシリコンエッチングを途中まで行った後に、酸化膜３１１をエッチングにより完全に除去し、再びシリコンエッチングを行い、図４（ｄ）（ｅ）に示すように、シリコン基板３１０を深さ１７０μｍだけエッチングした部分３１１ｃと、深さ２５μｍだけエッチングした部分３１１ｄとを形成する。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  Ｃｏｕｐ１ｅｄ  Ｐ１ａｓｍａ）を用いる。
【００３３】
そして、図４（ｅ）に示すように、例えばＢＨＦを用いて上面の酸化膜３１１を完全に除去する。次に、図４（ｆ）に示すように、シリコン基板３１０の下面に、ＩＴＯ膜のような電極膜３１３を成膜する。そして、図４（ｇ）に示すように、シリコン基板３１０の上面にガラス板３２を貼り付ける。例えば、１２００Ｖ、４００°Ｃで、陽極接合する。最後に、図４（ｈ）に示すように、チャンバー１７の振動板（ダイヤフラム）の部分に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスなどの圧電素子３４を接着して貼り付ける。
【００３４】
なお、図４（ｈ）において、図３に対応する部分の符号を括弧で示した。図３においては、開口部６１，６３は、流路１４，１７に対して、溝の幅（紙面に対して垂直方向）を狭くすることによって開口部６１，６３として形成されているが、図４（ｈ）においては、開口部６１，６３は、流路１４，１７に対して、溝の深さ（紙面の上下方向）を浅くすることによって開口部６１，６３として形成されている。また、図３と図４（ｈ）とでは上下関係が逆である。
【００３５】
マイクロポンプＭＰ１はこのようにして製作することが可能であるが、従来から公知の方法、その他の方法またはその他の材料を用いて製作することも可能である。
【００３６】
駆動回路３６によって、圧電素子３４に図６（Ａ）または図７（Ａ）に示す波形の電圧を印加することにより、シリコン薄膜であるダイヤフラム３１ｆと圧電素子３４とがユニモルフモードの屈曲変形を行うことを利用して、チャンバー６２の容積を増減させる。
【００３７】
なお、寸法の例を挙げると、図１において、流路１４〜１６、流路１７〜１９、流路２４は、例えば幅１５０μｍ、深さ１７０μｍである。狭幅流路２０〜２３は、例えば幅３０μｍ、深さ１７０μｍ、長さ５００μｍである。また、マイクロチップの外形寸法は約２０ｍｍ×４０ｍｍ×０．５ｍｍである。これらの寸法および形状は一例であり、他の種々の寸法および形状を採用することができる。
【００３８】
さて、開口部６１，６３の有効断面積は、流路１４，１７の有効断面積よりも小さい。そして、開口部６３は、チャンバー６２内の圧力を上昇または下降させたときの流路抵抗の変化割合が、開口部６１のそれよりも小さく設定されている。
【００３９】
すなわち、図５に示すように、開口部６１は、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。開口部６３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は開口部６１の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合には流路抵抗が開口部６１よりも小さくなる。
【００４０】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる液体が、差圧の大きさに応じて層流または乱流のいずれかとなるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。具体的には、例えば、前者は開口部６１を流路長の短いオリフィス状とし、後者は開口部６３を流路長の長いノズル状とすることによって実現することが可能である。
【００４１】
開口部６１、６３のこのような流路抵抗特性を利用して、チャンバー６２に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、吐出工程および吸入工程のそれぞれにおいて開口部６１，６３のうち流路抵抗の低い方により多くの流体を吐出または吸入するようなポンプ作用を実現することができる。
【００４２】
つまり、チャンバー６２の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部６１の流路抵抗が開口部６３の流路抵抗よりも大きくなり、チャンバー６２内の流体のほとんどは開口部６３から吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー６２の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも小さくなり、開口部６１からチャンバー６２内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００４３】
これとは逆に、チャンバー６２の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくしておけば、差圧が小さく維持されて開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも小さくなり、チャンバー６２内の流体は開口部６１からより多く吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー６２の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも大きくなり、開口部６３からチャンバー６２内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００４４】
このようなチャンバー６２の圧力制御は、圧電素子３４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子３４に図６（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路１７の側に吐出し、図７（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路１４の側に吐出する。
【００４５】
図６および図７において、圧電素子３４に印加する最大電圧ｅ1 は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は零であってもよい。駆動電圧の周波数は１１ＫＨｚ程度である。図６（Ａ）および図７（Ａ）に示す駆動電圧によって、流路１７には、例えば図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示すような流量が得られる。なお、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００４６】
なお、第１の実施形態の開口部６１，６３は、それぞれ単一の開口部によって構成したが、それに代えて複数の開口部を並列に配置した開口部群を用いてもよい。これによって圧力依存性をさらに低下させることができるので、特に開口部６３の代わりに用いると流量が増加し流量効率が向上する。
【００４７】
次に、マイクロ流体システム１における液体の合流および混合の様子およびそのときの圧電素子３４の駆動方法について説明する。
【００４８】
図８は第１の実施形態における駆動電圧の波形の例を示す図、図９は駆動電圧の波形の他の例を示す図、図１０は図８の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図、図１１は他の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図、図１２は駆動電圧の波形の他の例を示す図、図１３は図１２の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図、図１４は従来の混合方法による液体の流れの様子を示す図、図１５は駆動回路３６の構成の例を示すブロック図である。
【００４９】
第１の実施形態においては、中央のポート１１には液体ＬＡが、両側のポート１２，１３には同じ液体ＬＢが、それぞれ供給される。したがって、中央のマイクロポンプＭＰ１によって液体ＬＡが圧送され、狭幅流路２０に送り込まれる。両側の２つのマイクロポンプＭＰ２，３によって液体ＬＢが圧送され、狭幅流路２１，２２に送り込まれる。これら２種類の液体ＬＡ，ＬＢは、合流点ＧＴで合流する。そのときに、２種類の液体ＬＡ，ＬＢを連続的に合流点ＧＴに送り込むのではなく、交互に間欠的に送り込む。
【００５０】
すなわち、図８および図９に示すように、中央のマイクロポンプＭＰ１を駆動して液体ＬＡを圧送している間は両側のマイクロポンプＭＰ２，３を駆動せず、両側のマイクロポンプＭＰ２，３を駆動して液体ＬＢを圧送している間は中央のマイクロポンプＭＰ１を駆動しない。その結果、２種類の液体ＬＡ，ＬＢは、合流点ＧＴに交互に間欠的に送り込まれる。
【００５１】
このとき、マイクロポンプＭＰ１を駆動して液体ＬＡを圧送しているときに他のマイクロポンプＭＰ２，３を全く駆動せずに停止させた場合には、液体ＬＡは、合流点ＧＴからその下流の狭幅流路２３に送液される一方、駆動していない側の狭幅流路２１，２２にも液体ＬＡが入り込み、液体ＬＢは逆流する可能性がある。逆流の量は送液量の約２〜３割程度に達することがある。
【００５２】
したがって、このような方法で混合した場合には、逆流した液体ＬＡと次に送液される液体ＬＢの混合液が合流点ＧＴに送液され、しかも、混合液の２〜３割がまた他方の液体ＬＡの側に逆流することとなり、正確な混合比を得るのが困難となる。
【００５３】
そこで、第１の実施形態では、図８に示すように、送液しない側のマイクロポンプＭＰにも微小な駆動電圧（駆動パルス）を印加して微作動させる。
【００５４】
つまり、図８に示すように、中央のマイクロポンプＭＰ１を駆動して液体ＬＡを圧送している間は、両側のマイクロポンプＭＰ２，３に微小な駆動電圧をバイアスとして印加する。両側のマイクロポンプＭＰ２，３を駆動して液体ＬＢを圧送している間は、中央のマイクロポンプＭＰ１に微小な駆動電圧をバイアスとして印加する。
【００５５】
このように制御を行うと、マイクロポンプＭＰの駆動によって圧送された液体が逆流しようとする圧力と、送液しない側の液体の圧力とが釣り合い、その結果、液体は逆流することなく、圧送された液体の全部が下流側の狭幅流路２３に送られることとなる。
【００５６】
したがって、所期の目標通りの液体の混合比を正確に得ることができる。しかも、液体の逆流がなく、全部の液体が下流側の狭幅流路２３に送られるので、全体としての流量の増加が図られ、流量効率が向上する。
【００５７】
具体的には、例えば、２つの液体ＬＡ，ＬＢがいずれも粘度１ｃｐｓの場合、圧送のために駆動電圧を５０Ｖ印加するのに対して、微作動させる側には微小な駆動電圧として２０Ｖ印加する。
【００５８】
なお、駆動電圧の周波数は上に述べたように１１ＫＨｚ程度であるが、交互に間欠的に駆動するように切り替えるタイミングは種々選択することができる。例えば、これらのマイクロポンプＭＰの駆動のオンオフの切り替え周波数を５０Ｈｚとし且つデューティ比が１対１となるように、つまりマイクロポンプＭＰ１とマイクロポンプＭＰ２，３との駆動を１０ｍｓごとに切り替える場合には、それぞれのマイクロポンプＭＰの圧電素子３４に対して１回当たり１１０パルスのパルス群からなる駆動電圧が交互に印加されることとなる。この場合に、各マイクロポンプＭＰ１，ＭＰ２，３によって、各液体ＬＡ，ＬＢが約２．０ｎｌ（ナノリッター）ずつ交互に合流点ＧＴに送液される。この場合に、液体ＬＢは２つのマイクロポンプＭＰ２，３によって送液されるので、１回当たり約４．０ｎｌが合流点ＧＴに送液されることになる。したがって、この場合には、液体ＬＡと液体ＬＢとの混合比は１対２となる。
【００５９】
また、バイアスである微小な駆動電圧をどの程度とするかは、ポンプの種類、液体の種類、液体の粘度、温度、流路の幅、液体の長さなどによる負荷の大きさなどによって異なる。したがって、例えば、これら種々の条件において実際に送液を行い、実験により決定しておけばよい。
【００６０】
また、デューティ比を変えることにより、種々の混合比が得られる。例えば、図８に示すようにデューティ比が１対１の場合は、液体ＬＡと液体ＬＢとの混合比は上に述べたようにｌ対２となる。図９に示すようにデューティ比が１対２の場合は、液体ＬＡが例えば約１．０ｎｌずつ、液体ＬＢが例えば約４．０ｎｌずつ、交互に合流点ＧＴに送液され、混合比はｌ対４となる。また、図示はしないが、例えば、デューティ比が１対０．５、１対０．８、１対１０の場合は、混合比は、それぞれ、ｌ対１、ｌ対１．６、ｌ対２０となる。
【００６１】
なお、第１の実施形態においては、２つの液体のうちの混合割合の少ない方の液体ＬＡが中央の狭幅流路２０から合流点ＧＴに送液され、混合割合の大きい方の液体ＬＢがその両側の狭幅流路２１，２２から合流点ＧＴに送液される。したがって、マイクロポンプＭＰ１による平均的な送液量が、２つのマイクロポンプＭＰ２，３の合計の平均的な送液量よりも少なくなるように制御される。しかも、これまでの説明で分かるように、液体ＬＢは、２つの狭幅流路２１，２２から合流点ＧＴに互いに同じ量が送液され、かつ、合流点ＧＴにおいて狭幅流路２０に対して両側から対称的に合流するように送液される。
【００６２】
さらに、混合割合の少ない方の液体ＬＡについて、マイクロポンプＭＰ１による間歇的な送液における１回当たりの送液量が、合流点ＧＴの空間の容積ＶＫよりも多くなるように制御されている。
【００６３】
すなわち、図１０に示すように、液体ＬＡを合流点ＧＴに送り出すに際して、１回の送液量によって瞬間的であっても合流点ＧＴの空間を液体ＬＡで満たすようになっている。これによって、液体ＬＡと液体ＬＢとが交互に切り取られながら送液されることとなり、２液の交互層が形成されて混合が速やかに行われ、短時間で均一に混合される。
【００６４】
因みに、液体ＬＡの１回の送液量が合流点ＧＴの空間の容積ＶＫ以下である場合には、図１１に示すように、液体ＬＡが流路２４において十分に拡がらず、流路２４の中央部に寄ってしまう傾向が出てくる。実際には図１１に示す状態でも十分に高速混合の効果はあるが、より高速で均一な混合のためには図１０に示す状態となるのが好ましい。
【００６５】
しかし、これとは逆に、液体ＬＡの１回の送液量が多過ぎる場合は、下流部での液体の交互層の層厚が厚くなり過ぎて混合速度が急激に遅くなる。
【００６６】
このように、混合割合の少ない方の液体ＬＡの１回の送液量には適値がある。その適値は、合流点ＧＴの空間の容積の概ね１〜５倍程度である。
【００６７】
さて、合流点ＧＴに交互に送られた２つの液体ＬＡ，ＬＢは、図１０および図１１に示すように、流路２４において、流れ方向に沿って交互に層状に形成される。層の厚さは、例えば１０μｍ程度となる。そこで自発的拡散が起こって混合される。例えば、幅が１００μｍの流路の場合、従来のような流路幅方向の拡散混合が行われるとすると拡散距離は５０μｍであるが、本実施形態の場合では拡散距離は層の厚さの２分の１である５μｍとなり、拡散時間は従来に比べて１００分の１となる。加えて、流路が急に広がるため拡散による乱流の効果も得られ、混合が一層進む。
【００６８】
このように、本実施形態によると、混合が短時間で急速に行われる。また、狭幅流路２０〜２３の部分が短くてよいので、流路抵抗の上昇による送液制御が難しくなることがなく、制御性が損なわれない。
【００６９】
上に述べたように、マイクロポンプＭＰの駆動のオンオフの切り替え周波数を５０Ｈｚ程度またはそれ以下とした場合には、１回当たりの送液によって狭幅流路２３の幅の約２〜５倍の長さの層が形成され、安定した混合を行うことができる。
【００７０】
また、２つの液体ＬＡ，ＬＢの混合比を変えるのに、上に述べたようにデューティ比を変化させるのではなく、各マイクロポンプＭＰ１〜３の圧電素子３４に供給する駆動電圧の電圧比を制御してもよい。その場合には、送液しない側のマイクロポンプＭＰの圧電素子３４に印加する駆動電圧（微小な駆動電圧）は、駆動している側のマイクロポンプＭＰの圧電素子３４の駆動電圧に応じて設定する必要がある。デューティ比や駆動電圧の電圧比を時間とともに徐々に変化させることにより、流路の流れ方向に沿って混合比を変化させることができる。このような制御によって、例えば、濃度勾配またはＰＨ勾配などを設けることができる。
【００７１】
上に述べた例では、両側のマイクロポンプＭＰ２，３を同一の駆動電圧で駆動したが、必ずしも同一の駆動電圧で駆動する必要はない。合流後の流路２４において、進行方向に２つの液体の交互層が形成されるのであれば、２つのマイクロポンプＭＰ２，３の間で駆動の切り替えタイミングや駆動電圧が異なっていてもよい。その場合に、１つ１つの交互層が進行方向に対して左右非対称であっても、合流後の流路２４において全体として左右でバランスがとれていればよい。
【００７２】
例えば、図１２に示すように、中央のマイクロポンプＭＰ１は、脈動のないつまりデューティ比が１である一定の駆動波形の駆動電圧で駆動し、両側のマイクロポンプＭＰ２，３は、交互に切り替わる脈動波形の駆動電圧で駆動する。
【００７３】
そうすると、図１３に示すように、中央の狭幅流路２０からは混合割合の少ない液体ＬＡが連続的に送液され、その左右の狭幅流路２１，２２からは、混合割合の多い液体ＬＢが、時間的に交互に合流点ＧＴに送り込まれる。但し、左右の狭幅流路２１，２２から１回当たりに送り込まれる液体ＬＢの体積（送液量）は、合流点ＧＴの空間の容積よりも少し多目の量であることが好ましい。
【００７４】
このような駆動によって、混合割合の少ない方の液体ＬＡは、液体ＬＢが左右から交互に送り込まれる度毎に分離され、一つおきに流路の左右に片寄りながら下流に送られていく。これによって、合流点ＧＴよりも下流部では、液体ＬＢは微視的には左右どちらかに偏在するが、巨視的に見れば左右に片寄ることなくほぼ均一な分布を得ることができる。これによっても、高速で均一な拡散混合を行うことができる。
【００７５】
なお、上の例の場合に、中央の狭幅流路２０から合流点ＧＴに送り込む液体ＬＡを、図８および図９に示すように間歇的に送液してもよい。
【００７６】
次に、上に述べたマイクロ流体システム１の利点を従来と比較しながら説明する。
【００７７】
図１４に示すように、２つの液体の混合のために２つの流路をＹ字形に合流させると、壁際の液体は流れ難いという特性から、２つの液体Ａ，Ｂが流路ＰＳの左右で非対称に片寄ってしまうことがある。この現象は、駆動パルスの切り替え周期が短い場合（１回の送液量が少ない場合）や、逆流防止用の微小電圧が高すぎて送液を止めている方の液体も合流点ＧＴへ流れ込んでしまっている場合などに顕著に発生する。この現象が起こった場合には、特に混合比が１対１から大きく離れている場合に、混合のムラやバラツキが大きくなる傾向がある。
【００７８】
これに対して、上に示した実施形態のマイクロ流体システム１では、混合割合の少ない方の液体を中央の狭幅流路２０から合流させ、他方の液体がその両側から対称的に合流する構成としているので、流路の左右で濃度ムラが発生することがない。
【００７９】
また、混合割合の少ない方の液体が流路の中央部から拡散するので、流路の壁際から拡散する場合と比べて流路全体に拡散するまでの時間が短い。さらに、混合割合の少ない方の液体が動きやすい場所にいるので、液体が部分的に滞留することなく、短時間で拡散し易い。このように、本実施形態のマイクロ流体システム１によると、２つの液体をより速くしかもより正確な混合比で混合することができる。しかも、流路幅方向で濃度ムラをできるだけ解消することができる。                                                        
【００８０】
また、混合割合の少ない方の液体を流路の中央から合流させる他の理由は、流路壁の近くは流量がバラツキやすい場所だからである。混合割合の少ない方の液体の流量（送液量）のバラツキは、混合割合の多い方の液体の流量のバラツキよりも、実際の混合比のバラツキに大きく効いてくるので、混合割合の少ない方の液体はできるだけ流路壁の近くを避けた方がよいということである。
【００８１】
なお、混合割合が１対１、または１対１からそれほど大きく離れていない場合、つまり概ね１対２くらいまでの場合は、必ずしも混合割合の少ない方の液体を中央の流路から合流させる必要はない。
【００８２】
仮に、中央の流路から流れ込んで合流する液体の方の送液量が多少多い場合であっても、図１０に示すような流れ方向の交互層が形成されるのであれば、図１４に示すように流路幅方向に液体の片寄りが生じることがなくなるので、上に述べた効果をある程度得ることができる。
【００８３】
また、合流点ＧＴで合流する流路の数は、上に述べたように３本に限るものではなく、４本以上でも構わない。その場合に、液体ＬＡまたは液体ＬＢが満たされた流路が１本おきに交互に合流する構成でもよい。または、奇数本の流路のうち、真ん中の流路から液体ＬＡが、その両脇の流路から液体ＬＢが、さらにその両脇の流路から液体ＬＣが、それぞれ送り込まれて合流するという構成でもよい。
【００８４】
図１５に示すように、駆動回路３６は、例えば、波形発生部３６１、バイアス波形生成部３６２，３６３、停止波形生成部３６４，３６５、切替えタイミング発生部３６６、バイアス電圧設定部３６７、および停止タイミング発生部３６８などからなる。
【００８５】
波形発生部３６１によって基本的な波形が生成される。バイアス波形生成部３６２，３６３において、切替えタイミング発生部３６６からのタイミング信号に基づいて、所定の期間が微小な駆動電圧となるようにバイアス波形が生成される。バイアス波形の電圧値は、バイアス電圧設定部３６７からの設定信号に基づいて設定される。停止波形生成部３６４，３６５において、停止タイミング発生部３６８からのタイミング信号に基づいて、後に述べる所定の停止期間Ｔｓだけ電圧値が零となるように停止波形が生成される。
【００８６】
停止波形生成部３６４，３６５からは、例えば図１６に示すような駆動電圧波形が出力され、これが各圧電素子３４に印加される。
【００８７】
なお、駆動回路３６の各部は、クロック信号により同期がとられている。駆動回路３６の構成の一部を、適当なプログラムをＣＰＵが実行することによって実現してもよい。また、構成の内容は種々変更することができる。
【００８８】
次に、マイクロ流体システム１における圧電素子３４の駆動方法の他の実施形態について説明する。
【００８９】
図１６は停止時間を設けた場合の駆動電圧の波形を示す図である。
【００９０】
図１６に示すように、各マイクロポンプＭＰの圧電素子３４にそれぞれ交互に駆動電圧を印加し、駆動電圧を印加しない間は微小な駆動電圧を印加するのであるが、駆動電圧を印加と微小な駆動電圧の印加との間に、全く電圧を印加しない停止期間Ｔｓを設ける。これによって、各マイクロポンプＭＰの駆動と微作動との間に停止期間を設ける。停止期間は、例えば１パルス分、またはそれ以上とする。これは、例えば、１００μｓ程度、またはそれ以上の時間である。停止期間は、１パルス分、２パルス分、３パルス分などとすると制御が容易である。
【００９１】
このように、停止期間を設けることにより、駆動電圧を切り替えた際の液体の流れの慣性力を抑えることができ、より正確な制御が可能となる。
【００９２】
なお、駆動電圧の後と、微小な駆動電圧の後とにおいて、停止期間の長さを異ならせてもよい。また、いずれか一方のみ、例えば微小な駆動電圧の後の停止期間をなくしてもよい。
〔第２の実施形態〕
上に述べた第１の実施形態のマイクロ流体システム１では、合流点ＧＴに合流する流路１７〜１９の本数と同じ数のマイクロポンプＭＰ１〜３を用いたが、両側から合流する流路１８，１９は同じ液体ＬＢを送液するので、第２の実施形態では、それらのために１つのマイクロポンプＭＰを用いて送液し、流路を分岐する。
【００９３】
図１７は本発明に係る第２の実施形態のマイクロ流体システム１Ｂの構成を模式的に示す平面図である。
【００９４】
図１７に示すように、マイクロ流体システム１Ｂは、ポート１１Ｂ，１２Ｂ、マイクロポンプＭＰ１，２、流路１７Ｂ，１８Ｂ，１９Ｂ、狭幅流路２０〜２３、流路２４、およびポート２５を有する。
【００９５】
ポート１１Ｂには、混合割合の少ない方の液体ＬＡが供給され、ポート１２Ｂには、混合割合の多い方の液体ＬＢが供給される。液体ＬＡは、マイクロポンプＭＰ１によって流路１７Ｂに送液され、狭幅流路２０から合流点ＧＴに送り出される。液体ＬＢは、マイクロポンプＭＰ２によって２つの流路１８Ｂ，１９Ｂに分岐して送液され、それぞれ狭幅流路２１，２２から合流点ＧＴに送り出される。
【００９６】
このマイクロ流体システム１Ｂにおいても、第１の実施形態のマイクロ流体システム１と同様の作用によって同様の効果が得られる。しかも、マイクロポンプＭＰの個数が少ないので、低コストであり、メンナンスが容易である。
【００９７】
なお、第１の実施形態でも言えることであるが、ポート１１Ｂ，１２Ｂに代えて、それぞれの液体を溜めておくためのタンクを設けてもよい。
【００９８】
上に述べた実施形態では、２種類の液体ＬＡ，ＬＢを混合したが、３種類の液体ＬＡ，ＬＢ，ＬＣを混合するように構成してもよい。そのような変形例を次に示す。
【００９９】
図１８は第２の実施形態の変形例のマイクロ流体システム１Ｃの構成を模式的に示す平面図、図１９はマイクロ流体システム１Ｄを複数のマイクロチップにより構成した例を示す斜視図である。
【０１００】
図１８において、マイクロ流体システム１Ｃは、ポート１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃ、マイクロポンプＭＰ１〜３、流路１７Ｃ，１８Ｃ，１９Ｃ，１８ＣＣ，１９ＣＣ、狭幅流路２０〜２３、２１Ｃ，２２Ｃ、流路２４、およびポート２５を有する。狭幅流路２３に２箇所の合流点ＧＴ１，２が存在する。
【０１０１】
ポート１１Ｃには、混合割合の少ない方の液体ＬＡが供給され、ポート１２Ｃ，１３Ｃには、混合割合の多い方の液体ＬＢ，ＬＣが供給される。液体ＬＡは、マイクロポンプＭＰ１によって流路１７Ｃに送液され、狭幅流路２０から合流点ＧＴ１に送り出される。液体ＬＢは、マイクロポンプＭＰ２によって２つの流路１８Ｃ，１９Ｃに分岐して送液され、それぞれ狭幅流路２１，２２から合流点ＧＴ１に送り出される。合流点ＧＴ１において、２種類の液体ＬＡ，ＬＢが合流する。
【０１０２】
液体ＬＣは、マイクロポンプＭＰ３によって２つの流路１８ＣＣ，１９ＣＣに分岐して送液され、それぞれ狭幅流路２１Ｃ，２２Ｃから合流点ＧＴ２に送り出される。合流点ＧＴ２において、２種類の液体ＬＡ，ＬＢの合流体と液体ＬＣとが合流する。合流した液体ＬＡ，ＬＢ，ＬＣは、流路２４を流通しながら混合する。
【０１０３】
このマイクロ流体システム１Ｃによると、３種類の液体の混合を行うことができる。しかも、上に述べたような第１の実施形態のマイクロ流体システム１，１Ｂと同様の作用によって同様の効果が得られる。
【０１０４】
また、図１８に示すマイクロ流体システム１Ｃを用い、２種類の液体の混合比が１対１から大きく離れている場合に、混合割合の大きい方の液体を２回に分けて混合させることができる。
【０１０５】
すなわち、マイクロ流体システム１Ｃにおいて、混合割合の大きい方の液体ＬＢをポート１２Ｃ，１３Ｃに供給する。そうすると、マイクロポンプＭＰ１で送液される混合割合の小さい液体ＬＡに対して、合流点ＧＴ１および合流点ＧＴ２の２箇所において液体ＬＢが合流する。これにより、混合割合の極端に異なる２種類の液体を安定して旨く混合することができる。
【０１０６】
なお、合流点ＧＴ１，２が、１段階目と２段階目とで別の位置となっているが、これらの合流点ＧＴ１，２を同一位置とし、一箇所で一気に合流させるように構成してもよい。ポート１１Ｃ，１２Ｃ，１３Ｃに代えて、それぞれの液体を溜めておくためのタンクを設けてもよい。
【０１０７】
このように、多数のマイクロポンプＭＰおよび流路などを組み合せることにより、任意の複数種類の液体を混合することができる。
【０１０８】
なお、上に述べたマイクロ流体システム１Ｂ，１Ｃにおいて、１つのマイクロポンプＭＰから２本の流路に分岐したが、４本または６本など偶数本の流路に左右対称形に分岐し、中央の流路（狭幅流路）に対して合流するようにしてもよい。また、分岐する流路の本数が奇数本であってもよい。その場合に、例えば、中央の流路に対して位置を変えて左右交互に順次合流するように構成してもよい。
【０１０９】
上に述べた例では、マイクロ流体システム１，１Ｂ，１Ｃを１つのマイクロチップ上に構成したが、各部ごとに異なるマイクロチップとし、またはマイクロチップ以外の構造体とし、それらを互いに連結するようにしてもよい。
【０１１０】
例えば、図１９に示すように、マイクロポンプＭＰを設けたポンプチップＣＰと、混合用の流路を設けた流路チップＣＲとを、ガラス板ＧＢを介して立体的に接続してマイクロ流体システム１Ｄを構成してもよい。マイクロ流体システム１Ｄは、上に述べたマイクロ流体システム１Ｂと流体回路構成が同じである。
【０１１１】
この例では、ガラス板ＧＢの下面の所定の位置にポンプチップＣＰの上面が接着剤などで接合されており、ガラス板ＧＢの上面に流路チップＣＲの下面が着脱可能に貼り合わされている。ポンプチップＣＰの液体入口および液体出口は、ガラス板ＧＢを介して、流路チップＣＲの液体供給口および混合用液体入口と一致するように設けられている。
【０１１２】
また、ポンプチップＣＰおよび流路チップＣＲは、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＯＭ、ガラス、シリコンなど、種々の材料で作製することができる。
【０１１３】
このようなマイクロ流体システム１Ｄによると、２つに分岐した流路を、ポート１１ＢやタンクまたはマイクロポンプＭＰ１の周りを迂回させなくても済むので、分岐した流路１８Ｂ，１９Ｂの長さを短くできるという利点がある。
〔第３の実施形態〕
上に述べた実施形態では、合流点ＧＴに中央から送り込まれる液体に対し、その左右から送り込まれる液体は、同じ場所の合流点ＧＴで合流するように構成した。しかし、必ずしも同じ場所で合流する必要はなく、左右から送り込まれる液体が別々の場所で合流してもよい。また、合流は対称的でなくてもよい。
【０１１４】
第３の実施形態では、左右から送り込まれる液体ＬＢがそれぞれ異なる位置で合流するように構成したマイクロ流体システム１Ｅを説明する。
【０１１５】
図２０は本発明の第３の実施形態であるマイクロ流体システム１Ｅの構成を模式的に示す平面図、図２１は第３の実施形態の他の実施例のマイクロ流体システム１Ｆの構成を模式的に示す平面図である。
【０１１６】
図２０において、中央の狭幅流路２０からは混合割合の少ない液体ＬＡが送液され、左右の狭幅流路２１，２２からは混合割合の多い液体ＬＢが送液される。液体ＬＡは、脈動のない一定の駆動波形の駆動電圧で駆動して送液してもよく、または脈動のある駆動電圧によって間歇的に送液してもよい。液体ＬＢは、脈動のある駆動電圧によって間歇的に送液する。左右の狭幅流路２１，２２から１回当たりに送り込まれる液体ＬＢの体積は、合流点ＧＴ１，２の空間の容積よりも少し多目の量である。
【０１１７】
このような駆動によって、混合割合の少ない方の液体ＬＡは、液体ＬＢが左右から交互に送り込まれる度毎に分離される。２つのマイクロポンプＭＰ２，３は、同じタイミングで切り替えて駆動してもよいし、所定の位相差だけタイミングをずらして切り替えて駆動してもよい。
【０１１８】
２つのマイクロポンプＭＰ２，３を同じタイミングで切り替えて駆動した場合には、液体ＬＢは前後の２つの合流点ＧＴ１，２で分離されるので、これら合流点ＧＴ１，２で挟まれた微小体積の液体ＬＢが微小な一塊の液層となる。１つの液層は狭幅流路２３または流路２４内において左右で非対称となる可能性が高いが、その前後の液層との間で左右のバランスをとることにより、図１２のところで説明したように、巨視的に見れば左右に片寄ることなくほぼ均一な分布を得ることができ、高速で均一な拡散混合が可能である。
【０１１９】
また、中央のマイクロポンプＭＰ１の切り替え周期と、両側のマイクロポンプＭＰ２，３のそれぞれの切り替え周期とを一致させ、またはお互いの周期を整数倍の関係とし、それぞれの切り替えタイミングを適切なタイミングに設定することにより、複数種類の液体を種々の状態で混合することが可能である。
【０１２０】
図２１において、マイクロ流体システム１Ｆでは、２つの合流点ＧＴ１，２の間の狭幅流路２３の途中に、幅の広い流路２３１が設けられている。これによると、合流点ＧＴ１で合流した液体が流路２３１においてある程度混合され、その後に、合流点ＧＴ２において狭幅流路２２からの液体が合流する。その後に、全体が流路２４で混合される。
【０１２１】
上に述べた各実施形態において、主として２種類の液体の混合について述べたが、３種類、または４種類以上の液体の混合についても適用することができる。例えば、図１に示すマイクロ流体システム１の基本構成において、３つのポート１１〜１３にはそれぞれ異なる液体を供給しまたは入れておき、両側のマイクロポンプＭＰ２，３を交互に駆動している合間に、中央のポンプも間欠駆動しまたは連続駆動するように構成してもよい。
【０１２２】
また、上の各実施形態において、圧電素子３４に印加する駆動波形は、主として図８および図９に示すような交互駆動の波形（脈動波形）であるが、駆動波形が互いに時間的にオーバーラップする部分があったり、いずれのマイクロポンプＭＰも低電圧駆動になっている時間があるようなものでもよい。また、１つのマイクロポンプＭＰは常に連続して駆動していて、他のマイクロポンプＭＰだけが強弱切り替えられて駆動されるものであってもよい。
【０１２３】
複数種類の液体のうち、一方の液体の粘度が高いときや、混合後の時間経過とともに物性が変化しやすい液体の場合には、従来のように左右２本の流路による混合では壁面の影響を受け易かった。これに対して、上に述べた実施形態によると、そのような液体を中央の流路から合流させることで、従来の問題点の影響が緩和される効果がある。
【０１２４】
また、上の各実施形態においては、送液手段としてバルブレスのマイクロポンプＭＰを用いたが、送液手段としてこれと異なるものを用いてもよい。例えば、可動バルブのついたマイクロボンプでもよいし、外付けの大きなシリンジボンプなどでもよい。但し、液体の流量を高速で切り替える必要があるので（第１の実施形態において切り替え時間は５〜１０ミリ秒である）、上に述べた実施形態のような小型で応答性がよく合流点ＧＴに近い位置に高密度で作り込めるマイクロポンプが望ましい。
【０１２５】
上の各実施形態においては、全てのマイクロポンプＭＰを互いに同一形状としたが、その形状および合流点ＧＴまでの流路などは、混合割合の多い液体用のものと混合割合の少ない液体用のものとで互いに異ならせてもよい。
【０１２６】
なお、全てのマイクロポンプＭＰが同じ形状の場合は、駆動電圧が僅かに変化するだけで、混合割合が少ない方の液体の送液量は大幅な割合で変化する。この対策として、非駆動時に逆流方向に圧力がかかったとした場合に混合割合の大きい方のためのマイクロポンプＭＰよりも混合割合の小さい方のためのマイクロポンプＭＰの方が逆流し難い（単位圧力あたりの逆流流量が少ない）構成にすると、混合比のバラツキを低減できる。具体的には、前者（混合割合大用のマイクロポンプ）よりも後者（混合割合小用のマイクロポンプ）の方がマイクロポンプと流路とを合わせた流路抵抗値が大きくなるように、流路の断面を狭くするなどの対策をとればよい。
【０１２７】
上に実施形態において、本実施形態における流路１７または狭幅流路２０が本発明の第１の流路に、流路１８，１９または狭幅流路２１，２２が本発明の第２の流路に、狭幅流路２３が本発明の第３の流路に、合流点ＧＴが本発明の合流部に、それぞれ相当する。また、本実施形態におけるマイクロポンプＭＰ１が本発明の第１のポンプに、マイクロポンプＭＰ２，３が本発明の第２のポンプに、それぞれ相当する。第３の実施形態のマイクロ流体システム１Ｅ，１Ｆは、請求項１０に記載の発明の混合システムに対応する。
【０１２８】
その他、マイクロ流体システムの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
上に述べたマイクロ流体システムは、環境、食品、生化学、免疫学、血液学、遺伝子分析、合成、創薬など、さまざまな分野において適用することができる。また、小型燃料電池の燃料（例えばメタノール）と水との希釈などにも用いることができる。特に、２つの液体の混合比が極端に違うような場合として、試料や検体を希釈液で希釈するという用途がある。このような用途では、希釈倍率が１０倍を超えるようなケースが頻繁にあるので、本発明の産業上の利用可能性または有効性は高いと言える。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】第１の実施形態のマイクロ流体システムの構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すマイクロポンプＭＰの平面図である。
【図３】マイクロポンプの正面断面図である。
【図４】マイクロポンプの製造工程の例を示す図である。
【図５】マイクロポンプの開口部の流路抵抗特性の例を示す図である。
【図６】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図７】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図８】第１の実施形態における駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図９】駆動電圧の波形の他の例を示す図である。
【図１０】図８の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図である
【図１１】他の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図である。
【図１２】駆動電圧の波形の他の例を示す図である。
【図１３】図１２の駆動電圧による液体の流れの様子を示す図である。
【図１４】従来の混合方法による液体の流れの様子を示す図である。
【図１５】駆動回路の構成の例を示すブロック図である。
【図１６】停止時間を設けた場合の駆動電圧の波形を示す図である。
【図１７】第２の実施形態のマイクロ流体システムの構成を示す平面図である。
【図１８】第２の実施形態の変形例のマイクロ流体システムを示す平面図である。
【図１９】マイクロ流体システムを複数のマイクロチップにより構成した例を示す斜視図である。
【図２０】第３の実施形態のマイクロ流体システムの構成を示す平面図である。
【図２１】第３の実施形態の他の実施例のマイクロ流体システムを示す平面図である。
【符号の説明】
【０１３１】
１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ  マイクロ流体システム（混合装置、混合システム）
１７  流路（第１の流路）
１８  流路（第２の流路、第２のＡ流路）
１９  流路（第２の流路、第２のＢ流路）
２０  狭幅流路（第１の流路）
２１  狭幅流路（第２の流路、第２のＡ流路）
２２  狭幅流路（第２の流路、第２のＢ流路）
２３  狭幅流路（第３の流路）
ＭＰ１  マイクロポンプ（第１のポンプ）
ＭＰ２  マイクロポンプ（第２のポンプ）
ＭＰ３  マイクロポンプ（第２のポンプ）
【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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【図２０】
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【図２１】
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