(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャネル内の流体の流れを制御する方法であって、該マイクロチャネルの表面の少なくとも一部が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質から構成されている親水化部位を有しており、
（１）該親水化部位に光を照射してその表面の対水接触角を低下させ、
（２）対水接触角低下後の親水化部位の対水接触角よりも大きな対水接触角の表面を与える対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させ、
（３）放出した対水接触角増大物質を親水化部位の表面に接触させ、該表面に対水接触角増大物質を付着させて親水化部位の対水接触角を増大させる
ことを特徴とするマイクロチャネル内の流体制御方法。
【請求項２】
前記（３）に引き続き、（４）対水接触角増大物質が付着した親水化部位に光を照射して該親水化部位表面の対水接触角を再度低下させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記（２）〜（４）を繰り返すことによりマイクロチャネル内の流体の流路を交互に切り替える請求項２記載の方法。
【請求項４】
光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質が光触媒作用を有する物質である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質が酸化チタンである請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させる手段が、光照射または加熱である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
光の光源が、レーザー発生装置、紫外線ランプまたは水銀ランプである請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
光を照射する方法が、深度方向に焦点を変え得る照射方法である請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料が対水接触角増大物質単独またはそれを含む液体または固体である請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
対水接触角制御材料が対水接触角増大物質であるジメチルシロキサンを放出し得るポリジメチルシロキサンである請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
対水接触角増大物質が有機ケイ素化合物である請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
マイクロチャネルの親水化部位以外の部分が対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料で作製されている請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
光遮蔽パターンを介して親水化部位の所定の領域に光を選択的に照射して親水性部位と疎水性部位を選択的に設ける請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
遮蔽パターンを介して対水接触角制御材料の所定の領域に光または熱を選択的に加えて親水性部位と疎水性部位を選択的に設ける請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
マイクロチャネル内に配設されるバルブであって、疎水性部位と親水化部位とを有し、該疎水性部位が光または熱を作用させることにより対水接触角増大物質を放出しうる対水接触角制御材料で作製されており、該親水化部位が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質で作製されているマイクロチャネル用バルブ。
【請求項１６】
光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質が、親水性と光触媒作用の両者を発現し得る物質である請求項１５記載のバルブ。
【請求項１７】
親水性と光触媒作用の両者を発現し得る物質が、酸化チタンである請求項１６記載のバルブ。
【請求項１８】
請求項１５〜１７のいずれかに記載のバルブを有するマイクロデバイス。
【請求項１９】
請求項１５〜１７のいずれかに記載のバルブを有するマイクロセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の流れの制御方法、たとえば生体物質の分析などに使用されるラボ・オン・ア・チップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）などに設けられたマイクロチャネル内の流体を制御する方法、およびこの制御方法を利用した光スイッチングバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラボ・オン・ア・チップに代表される数センチないし数ミリの超小型の生化学分析デバイス（マイクロデバイス）には、マイクロポンプ、マイクロリアクタ、マイクロ電極  マイクロヒータ、制御回路、スイッチングバルブなどが設けられており、これらのリアクタやリザーバーなどとを連通し、被験試料をリアクタに導入したりリザーバーから試薬や洗浄液などを供給するためにミクロンオーダーの幅のマイクロチャネルが設けられている。
【０００３】
分析に用いる液体には、たとえば血液・蛋白・遺伝子などを含む溶液、微生物・動植物細胞などの固体成分を含む溶液、各種化学物質を含む環境水、土壌抽出水など、さらにはそれらの分析に使用する各種の試薬、バッファ液、洗浄水など種々のものがある。
【０００４】
また、マイクロチャネルを通る液の流れを制御するためにスイッチングバルブが必要である。そうしたマイクロスイッチングバルブとしては、つぎのものが提案されている。
【０００５】
（１）ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）タイプ
空気圧でマイクロチャネルを押しつぶすことにより、流れを遮断する方法。この方法は流体の種類によらず適用可能であるが、集積化には不向きである。
【０００６】
（２）圧力差タイプ
マイクロチャネル内に圧力差を設け、流体の流れを制御する方法。この方法はバルブの作製は比較的容易であるが、制御が複雑になる。
【０００７】
（３）ゾル・ゲル相転移タイプ（非特許文献１）
ゾル部分を流体中に混入しておき、レーザー光を局所的に照射することによりゲル化させ流れを制御する方法。この方法は複雑な制御は可能であるが、使用流体にゾルを混入しなければならない。
【０００８】
（４）ｐＨ感受性ゲルタイプ（非特許文献２）
ｐＨに応じて膨張、収縮し体積が変わるゲルを流路中に配置し、流体のｐＨを変化することにより流れを制御する方法。この方法は異なるｐＨ感受性ゲルの作成が可能であるため複数方向への流れの制御が可能であるが、流体中のｐＨを制御することが必要になる。
【０００９】
（５）熱感受性樹脂タイプ（非特許文献３）
熱感受性樹脂であるポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）で処理して、熱を加えることにより表面の対水接触角を制御する方法である。この方法によれば、表面の対水接触角は３２〜３３℃以上で接触角約３０度、それ以下の温度で７０度となる。この方法は、熱を制御手段として使えるものであるが、常にその部位を加熱、冷却により温度調整する必要がある。
【００１０】
また、マイクロチャネルの分野とは異なるが、物体の表面を外部からエネルギーを加えて表面の対水接触角を親水性と疎水性に交互にする技術も知られている（特許文献１）。この技術は、光触媒性半導体材料（たとえば酸化チタンなど）に光を照射することにより、物体表面を親水化（対水接触角を低下）させたのち、その表面に機械的な刺激（摩擦力）を加えることにより再度疎水化する技術であり、高速で親水性と疎水性とをスイッチングできると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１５８６０６号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｙ  Ｓｈｉｒａｓａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  ２    ９２５−９２７  （２００２）
【非特許文献２】Ｄ．Ｊ．Ｂｅｅｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｎａｔｕｒｅ  １８，  ４０４，５８８（２０００）
【非特許文献３】Ｔ．Ｓａｉｔｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８，  ２０３（２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このようにマイクロデバイス中の流体の流れを機械的、光学的、熱的に制御する提案は各種なされてはいるが、いずれも改良の余地があり、必ずしもマイクロデバイスの作製と制御を簡単にするものではない。
【００１４】
本発明は、使用する流体の化学的性質を利用し、たとえばマイクロチャネル内の流体の流れを制御する方法を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明はまた、マイクロチャネル内に容易に設けることができ、しかも制御も容易なバルブを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは分析に使用する流体の親水性度や疎水性度に着目し、その流体の性質を利用して、たとえば流体のマイクロチャネル内での流れを制御することが可能か否かを検討し、本発明に到達した。
【００１７】
すなわち本発明は、流体の流れを制御する方法であって、流路の表面の少なくとも一部を光の照射に応じて対水接触角を変化させる能力を有する物質から構成し、該対水接触角を変化させる物質の対水接触角を制御することで、その表面の対水接触角を変化させ流体の流れを制御することを特徴とする流体制御方法（第１の発明）に関する。
【００１８】
かかる第１の発明をマイクロチャネルに具現化した第２の発明は、マイクロチャネル内の流体の流れを制御する方法であって、該マイクロチャネルの表面の少なくとも一部が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質から構成されている親水化部位を有しており、該親水化部位に光を照射してその表面の対水接触角を低下させる（親水化工程）ことを特徴とするマイクロチャネル内の流体制御方法に関する。
【００１９】
また本発明は、マイクロチャネル内の流体の流れを制御する方法であって、該マイクロチャネルの表面の少なくとも一部が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質から構成されている親水化部位を有しており、
（１）親水化部位に光を照射してその表面の対水接触角を低下させ（親水化工程）、
（２）対水接触角低下後の親水化部位の対水接触角よりも大きな対水接触角の表面を与える対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させ（放出工程）、
（３）放出した対水接触角増大物質を親水化部位の表面に接触させ、該表面に対水接触角増大物質を付着させて親水化部位の対水接触角を増大させる（疎水化工程）
ことを特徴とするマイクロチャネル内の流体制御方法（第３の発明）に関する。
【００２０】
さらに本発明は、流路中に配設されるバルブであって、該流路の内壁面の一部を光の照射に応じて対水接触角が制御可能な物質で構成し、該対水接触角が制御可能な物質で構成された内壁面の対水接触角を他の内壁面の対水接触角に対して差が出るように制御することにより流体の流路抵抗を制御するバルブに関する（第４の発明）。
【００２１】
第４の発明において、対水接触角が制御可能な物質は、親水性と光触媒作用の両者を発現し得る物質であることが好ましく、特に酸化チタンであることが望ましい。
【００２２】
かかる第４の発明をマイクロチャネルに具現化した第５の発明は、マイクロチャネル内に配設されるバルブであって、疎水性部位と親水化部位とを有し、該疎水性部位が光または熱を作用させることにより対水接触角増大物質を放出しうる対水接触角制御材料で作製されており、該親水化部位が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質で作製されているマイクロチャネル用バルブである。
【００２３】
第３の発明において、（３）の疎水化工程に引き続き、対水接触角増大物質が付着した親水化部位に光を照射して該親水化部位表面の対水接触角を再度低下させる工程（再親水化工程）を実施し、さらに前記（２）〜（４）の工程を繰り返すことによりマイクロチャネル内の流体の流路を交互に切り替えることができる。
【００２４】
前記光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質としては、光触媒作用を有する物質、特に酸化チタンが好ましい。
【００２５】
対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させる手段としては、光照射または加熱手段が好適である。
【００２６】
光としては紫外光が好ましく、特にレーザー光の形態であるのが好ましい。水銀ランプにバンドパスフィルターを用いて紫外波長の光のみを取り出し、光ファイバーを使用して該当部位にのみ照射するという方法でもよい。また、光の照射方法としては、たとえば光源の焦点を深度方向に変更できるレンズユニットを採用するときは、焦点を制御するだけで親水化と疎水化を制御できる。
【００２７】
さらに、光遮蔽パターンを介して親水化部位の所定の領域に光を選択的に照射することにより、親水性部位と疎水性部位を選択的に設けることもできるし、遮蔽パターンを介して対水接触角制御材料の所定の領域に光または熱を選択的に加えることにより、親水性部位と疎水性部位を選択的に設けることもできる。
【００２８】
対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料としては、対水接触角増大物質単独またはそれを含む液体または固体の形態で使用できる。
【００２９】
対水接触角制御材料としては、たとえば低分子量の有機ケイ素化合物などの対水接触角増大物質を含むポリジメチルシロキサンが好ましい。
【００３０】
本発明の制御方法を実施する場合、マイクロチャネルの親水化部位以外の部分が対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料で作製されていることが好ましい。
【００３１】
第４および第５の発明のバルブは、ラボ・オン・ア・チップなどのマイクロデバイスやマイクロセンサに有用である。
【００３２】
本発明において、「親水性」および「疎水性」という用語は、客観的な対水接触角の数値により規定しているものではなく相対的な概念として使用しており、対水接触角により絶対的に解釈してはならない。すなわち、本発明の親水化工程前の状態および疎水化処理工程後の状態を「疎水性」とし、親水化工程後、すなわち疎水化処理工程前の状態を「親水性」とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、可動部なしでかつ非接触型で容易にマイクロチャネル内の親水化と疎水化を行なうことができ、必要なときに必要な量の流体を供給できる制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の発明を適用するマイクロデバイスの模式的部分平面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】本発明の第３の発明の工程を説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の第３の発明の別の実施形態を説明するための断面図である。
【図５】実施例２で用いた試験用マイクロデバイスのマイクロチャネルを説明するための模式的平面図である。
【図６】実施例３で測定した紫外線の照射時間に対する対水接触角の変化を示すグラフである。
【図７】実施例４で測定した紫外線の照射時間に対する対水接触角の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の第１の制御方法をマイクロチャネルに具現化した場合（すなわち第２の発明）について、図面により説明する。図１はマイクロデバイス１の概略部分平面図であり、リアクタ２とバッファ溜３とそれらを連通するマイクロチャネル４が設けられている。マイクロチャネル４はＴ字型もしくはＹ字形をしており、リアクタ２と連通するチャネル４ａとバッファ溜３と連通するチャネル４ｂとそれらのチャネルと連通するチャネル４ｃとから構成されている。試料流体は図面上側から傾斜により供給できるように設計されている。マイクロチャネル４ａおよび４ｂには光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質（対水接触角低下物質）からなる表面層５ａおよび５ｂがそれぞれ設けられている。
【００３６】
図２は図１のＸ−Ｘ線断面図であり、表面層５ａおよび５ｂはマイクロチャネル４の一部を構成している。
【００３７】
ここで、マイクロデバイス１本体は通常ガラスで作製されており、親水性である。対水接触角低下物質で構成されている表面層５ａおよび５ｂは光を照射する（親水化処理）前は疎水性である。バッファ溜３には親水性のバッファが貯留されている。
【００３８】
このような状態において、マイクロチャネル４ｃから流れてきた親水性の流体は対水接触角が大きな疎水性表面層５ａおよび５ｂで表面張力の作用により通過を阻止される。バッファも表面層５ｂでチャネル４ａへの流入が阻止されている。
【００３９】
そこで親水性の流体をリアクタ２に供給するケースを想定してみると、流体がマイクロチャネル４に存在しない状態で、対水接触角低下物質からなる疎水性表面層５ａに光を照射し、表面層５ａを親水性にしておく。そうすると、チャネル４ｃを通ってきた親水性の流体は疎水性の表面層５ｂによりバッファ溜３方向の流入は阻止されるが、チャネル４ａに設けられた表面層５ａは親水性になっているので、抵抗なく通過し、リアクタ２に流入する。その後、バッファをリアクタ２に供給するためには、表面層５ｂを光照射し、親水性にすればよい。
【００４０】
光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質（対水接触角低下物質）としては、たとえば特許第２７５６４７４号明細書や特許第２８６５０６５号明細書に記載されているような光エネルギーにより親水化する光触媒性半導体物質があげられる。好ましい光触媒性半導体物質としては、たとえばアナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二鉄、チタン酸ストロンチウムなどがあげられる。これらのうち、親水化処理が容易な点から酸化チタン、特にアナターゼ型酸化チタンが好ましい。
【００４１】
対水接触角低下物質の表面層を形成する方法としては、たとえば特許第２７５６４７４号明細書や特許第２８６５０６５号明細書に記載されているようなシリカやシリコーン樹脂などのバインダーに分散させる方法、化学蒸着法、ゾルゲル法などが採用できる。
【００４２】
照射する光としては、紫外線（波長２００〜４２０ｎｍ）などが例示でき、使用する波長および強度は対水接触角増大物質および後述する対水接触角制御材料との関係で適宜選択するが、特に対水接触角増大物質の放出速度や装置化の容易性の点から紫外線が好ましい。この紫外線は紫外線ランプや水銀ランプからの照射でもよいし、レーザー発生装置を用いてレーザー光の形態で照射してもよい。
【００４３】
親水性の程度は、疎水化後の対水接触角や使用目的などにより選択すればよいが、目安としては対水接触角として３０度以下、さらには２０度以下、特に１０度以下が好ましい。
【００４４】
第１の発明はこうしたマイクロチャネル内の流体の制御に限らず、各種のデバイスの流路内を流れる流体の制御に利用できる。
【００４５】
また、第２の発明において、親水化部位に照射する光を光遮蔽パターンを介して行なうことにより、親水化部位の所定の領域のみに光を照射し、親水化することができる。すなわち、マイクロチャネル全体を親水化部位とし、光遮蔽パターンを用いて所定の部分のみを親水化して流体の流れを制御することも可能である。
【００４６】
このように本発明の第１および第２の発明によれば、光を照射するだけで、マイクロチャネル内の流体の制御を行なうことができる。
【００４７】
本発明の第３の発明は、第２の発明と同様な構成のマイクロチャネルにおいて、前記の親水化工程を施して親水化した表面層を疎水化する方法である。
【００４８】
すなわち、マイクロチャネル内の流体の流れを制御する方法であって、該マイクロチャネルの表面の少なくとも一部が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質から構成されている親水化部位を有しており、
（１）親水化部位に光を照射してその表面の対水接触角を低下させ（親水化工程）、
（２）対水接触角低下後の親水化部位の対水接触角よりも大きな対水接触角の表面を与える対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させ（放出工程）、
（３）放出した対水接触角増大物質を親水化部位の表面に接触させ、該表面に対水接触角増大物質を付着させて親水化部位の対水接触角を増大させる（疎水化工程）
ことを特徴とするマイクロチャネル内の流体制御方法に関する。
【００４９】
第３の発明における放出工程（２）では、物体の親水性表面の対水接触角よりも大きな対水接触角の表面を与える対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料を使用する。
【００５０】
放出工程（２）で使用する対水接触角増大物質は、物体の親水性表面の対水接触角よりも大きな対水接触角の表面を与えるものであれば特に制限されず、有機物質でも無機物質でもよく、また高分子量物質でも低分子量物質でもよく、液体または固体でもよい。また、増大させる対水接触角の程度（対水接触角増大物質が与える表面の対水接触角）も被処理物体の表面の対水接触角や使用目的で適宜選定すればよく、相対的なものである。
【００５１】
この対水接触角増大物質により増大する対水接触角は特に制限されないが、少なくとも５度、好ましくは２０度、さらには４０度増大させる物質を選択することが、親水性と疎水性の区分けが明確になることから望ましい。
【００５２】
この対水接触角増大物質を含み、かつ対水接触角増大物質を放出させ得る能力を有する材料が対水接触角制御材料である。かかる対水接触角制御材料も対水接触角増大物質の物性との関係で適宜選択する。対水接触角制御材料も有機材料でも無機材料でもよく、また液体でも固体でもよい。
【００５３】
対水接触角制御材料中の対水接触角増大物質の量は、対水接触角増大物質の種類、放出の容易さや放出方法などのより異なり、適宜選択すればよい。
【００５４】
対水接触角制御材料から対水接触角増大物質を放出させる方法としては特に制限はなく、振動を与える方法や圧力を与える方法、熱を与える方法などの物理的方法；化学反応による方法や抽出による方法などの化学的方法；光や電磁波を照射する光学的方法などが採用される。特に好ましい放出方法は、エネルギーを加える方法である。
【００５５】
加えるエネルギーとしては、非接触で加えることが可能なことから、光エネルギー、熱エネルギーまたは電磁波エネルギー（電子線も含む）が好ましい。
【００５６】
光としては、紫外線（波長２００〜４２０ｎｍ）が例示でき、使用する波長および強度は対水接触角増大物質および対水接触角制御材料との関係で適宜選択するが、特に対水接触角増大物質の放出速度や装置化の容易性の点から紫外線が好ましい。この紫外線は紫外線ランプや水銀ランプからの照射でもよいし、レーザー発生装置を用いてレーザー光の形態で照射してもよい。
【００５７】
熱としては、各種の熱源から発せられるものが使用でき、また赤外線の照射によって発生させることも可能である。さらに熱源を対水接触角制御材料中に埋設してもよい。加熱温度や時間は対水接触角増大物質および対水接触角制御材料との関係で適宜選択すればよい。
【００５８】
電磁波としては、マイクロ波、電子線、γ線、Ｘ線などが例示できる。これらは、熱の発生を促したり、分子運動を励起したりすることにより、対水接触角増大物質を放出させる。
【００５９】
放出された対水接触角増大物質はつぎの疎水化工程（３）で物体の親水性表面と接触させられ、該表面に付着することにより疎水化（対水接触角の増大）する。
【００６０】
接触させる方法は特に制限されず、拡散、対流などの自然現象を利用してもよいし、強制的に流動させてもよい。また、対水接触角増大物質がイオン化していれば、電圧をかけてもよい。接触時間は使用するエネルギー印加方法や材料、物質、接触方法などにより適宜選択すればよい。
【００６１】
付着量や付着状態も、使用目的や物体の種類、対水接触角増大物質の種類、量などによって異なり一概に言えないが、物体の親水性表面を全て被覆してもよいし、部分的に被覆している状態でもよい。
【００６２】
第３の発明の疎水化工程（３）に引き続き、対水接触角増大物質が付着した親水化部位に光を照射して該親水化部位表面の対水接触角を再度低下させる工程（再親水化工程）（４）を実施し、さらに前記（２）〜（４）の工程を繰り返すことによりマイクロチャネル内の流体の流路を交互に切り替えることができる（スイッチング機能）。  マイクロチャネルの構成材料としては、有機材料では、たとえばシリコーン樹脂（たとえばポリオルガノシロキサンなど）、アクリル樹脂（たとえばポリアクリレート、ポリメチルメタクリレートなど）、ポリスチレン、ポリオレフィン（たとえばポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレートなど）、ポリカーボネト（たとえばポリイソプロピリデンジフェニルカーボネートなど）、フッ素樹脂（たとえばポリトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなど）、ポリヘキサメチレンアジパミドなどの樹脂やシリコーンゴム、フッ素ゴムなどのエラストマーなどが、無機材料では、たとえばガラス、石英、アルミナ、ジルコニアなどがあげられる。
【００６３】
対水接触角増大物質の非限定的な具体例としては、有機物質では、たとえばジメチルビニル基で末端封止されたジメチルシロキサン（６８０８３−１９−２。ＣＡＳ番号。以下同様）、テトラキス（トリメチルシリルオキシ）シラン（３５５５−４７−３）、トリメチルシリル基で末端封止されたジメチルシロキサンとメチルハイドロシロキサン共縮合体（６８０３７−５９−２）などの有機ケイ素化合物；エチレングリコール（１０７−２１−１）、カテコール（１２０−８０−９）、イソ吉草酸アルデヒド（５９０−８６−３）などの１分子内に親水基と疎水基を有する有機化合物などがあげられる。
【００６４】
対水接触角制御材料の非限定的な具体例としては、有機物質では、たとえばポリジメチルシロキサンなどの有機ケイ素化合物などがあげられる。
【００６５】
これらは、使用目的、使用条件などによって適宜選択し、組み合わせて使用すればよい。
【００６６】
以下、対水接触角増大物質として疎水性のオルガノシランを用い、対水接触角制御材料としてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を使用し、エネルギーとして紫外線を使用した場合の第３の発明の実施態様を図３を参照しながら説明するが、本発明はかかる実施態様に限定されるものではなく、材料、物質、印加エネルギーなどを他のものに置き換えても、本発明の思想に従って構成すれば実施可能である。
【００６７】
図３は、親水化工程（図３（ａ））、放出工程（図３（ｂ））、疎水化工程（図３（ｃ））および再親水化工程（図３（ｄ））を模式的に示す工程図である。
【００６８】
図３（ａ）において、マイクロデバイス１は、対水接触角増大物質（オルガノシラン）８を含む対水接触角制御材料（ＰＤＭＳ）７と疎水性表面５ａが形成されているガラス基材１０とから構成され、それらによりマイクロチャネル４ａ〜ｃが形成されている。
【００６９】
図３（ａ）は第２の発明で説明した親水化工程（１）の説明図であり、ガラス製の基材１０に形成されている酸化チタン６からなる疎水性の表面層５ａに紫外線を照射し、表面層５ａを親水化する。紫外線の照射は対水接触角制御材料（ＰＤＭＳ）７から対水接触角増大物質８は放出されないように、ガラス基材１０側から照射することが望ましい。
【００７０】
放出工程（２）はＰＤＭＳにエネルギーを加えることにより開始される。加えるエネルギーは特に制限されず、オルガノシランが放出され得るだけのエネルギーを加えられるものであればよい。好ましくは光、熱、電磁波エネルギーである。制御のしやすさから光エネルギー、特に紫外線が好ましい。
【００７１】
エネルギーが加えられた対水接触角制御材料（ＰＤＭＳ）７からはオルガノシラン８が放出されてくる。放出されたオルガノシランは酸化チタンを含む親水化処理された表面層５ａに接触し、付着し始める。そして疎水性付着層９を形成していく（図３（ｂ））。
【００７２】
最終的に図３（ｃ）に示すように表面層５ａの表面が疎水性のオルガノシラン付着層９で部分的または全部が覆われ、表面層５ａの表面を疎水性にする（疎水化工程の完了）。
【００７３】
図３においては、対水接触角制御材料７と表面層５ａを対面させるように配置したが、対水接触角制御材料７と表面層５ａ（または５ｂ）とを対面させずに位置をずらして配置してもよい。この場合、放出工程（２）と疎水化工程（３）は別の場所で独立して行なうこともできる。したがって、放出工程（２）はヒーターや赤外線などを用いて加熱することによっても可能になる。また、対水接触角制御材料７として液状の材料も使用できる。
【００７４】
この段階で初期状態（疎水性）→親水化工程（親水性）→疎水化工程（疎水性）が達成できる。このサイクルを循環させるには、疎水化工程後に再度親水化工程を施せばよい。
【００７５】
疎水化された物体の表面を再度親水化するには、図３（ｄ）に示すように物体の表面層５ａ中の酸化チタン６に、ＰＤＭＳにエネルギーが加わらないようにガラス基材１０側から光エネルギー（紫外線を照射）を加えて光触媒作用を発揮させる。酸化チタン６の触媒作用は光分解作用であり、オルガノシラン付着層９を迅速に分解して取り除き、表面層５ａを親水性の状態に戻す。
【００７６】
なお光エネルギーの照射方法として焦点を深度方向に制御できる照射法を採用するときは、レーザーの焦点を表面層５ａに合わすことができるので、親水化工程および再親水化工程において、ＰＤＭＳ側から表面層５ａに焦点を合わせて照射してもよい。
【００７７】
再親水化された表面層５ａに対し、図３（ｂ）ついで図３（ｃ）の工程を施すと再度疎水化を実施できる。表面層５ａの疎水化は対水接触角増大物質の放出がなくなるまで、繰返し可能である。
【００７８】
光の照射や加熱を選択的に行ない、選択的に疎水性領域を形成させることもできる。その手段として、たとえば遮蔽パターンを使用する方法が例示できる。たとえば、対水接触角制御材料（たとえばＰＤＭＳシート）上に遮蔽パターンを載置し、疎水化が必要な部分のみに光または熱を加えてその部分のＰＤＭＳシートから対水接触角増大物質（たとえばオルガノシラン）を選択的に放出させ、親水性表面層を選択的に疎水化することもできる。
【００７９】
第３の発明の別の実施形態として、光エネルギーを加える領域を交互に変えることにより、スイッチング作用を果たさせることもできる。
【００８０】
すなわち、図４に示すように、図２においてマイクロデバイス１の上面を対水接触角増大物質を含む対水接触角制御材料７で構成する。図３で示す実施形態では親水化のための紫外線照射をガラス基材１０の側から行なったが、この実施形態では対水接触角制御材料７側から紫外線を、好ましくはレーザー光として領域Ａのみに照射する。照射された紫外線は対水接触角制御材料７から対水接触角増大物質８を放出すると共に表面層５ａの触媒活性を活性化させるので、表面層５ａに付着した対水接触角増大物質は直ちに分解され、表面層５ａは親水化される。一方、紫外線が照射されていない表面層５ｂにも放出された対水接触角増大物質８は到達するが、表面層５ｂの触媒活性は活性化されていないので、そのまま付着し、表面層５ｂの疎水性をさらに高める。その結果、表面層５ａと表面層５ｂの耐水接触角の差はさらに大きくなり、流体の流路の選択性が高くなる。
【００８１】
ついで、領域Ｂに紫外線を選択的に照射すると、表面層５ｂの触媒活性が活性化され、上記と同様に対水接触角増大物質８を分解し、親水化される。一方、表面層５ａは紫外線が照射されていないので触媒活性は活性化されておらず、領域Ｂの対水接触角制御材料７から発生した対水接触角増大物質８がそのまま付着し、表面を疎水化する。その結果、表面層５ｂが親水性に、表面層５ａが疎水性となり、流体の流路の切り替えが行なわれる（スイッチング機能）。
【００８２】
もちろん、領域Ａに再度紫外線を照射することにより、疎水化された表面層５ａを親水化する（同時に、表面層５ｂを疎水化する）こともできる。
【００８３】
この実施形態は、表面層５ａのみをみると、親水化工程（１）、（領域Ｂからの）放出工程（２）および疎水化工程（３）からなり、さらに再親水化工程（４）を施してもよいという第３の発明が実施されているといえる。
【００８４】
ただし、照射時間が長すぎると対水接触角増大物質８の放出量が表面層５ａ、５ｂの分解能を上回ってしまうことがあるので、比較的短時間、たとえば１箇所での照射時間（ｍｉｎ．／ｓｐｏｔ）を０．５〜１．５ｍｉｎ．／ｓｐｏｔとすることがスイッチング機能が向上することから好ましい。
【００８５】
第３の発明によれば、マイクロチャネル内の特定部分に対し親水化と疎水化を交互に繰返し制御でき、いわゆるスイッチング機能を果たすことができ、たとえばスイッチングバルブなどの素子や流体の流れ方向や流量などの制御方法として有用である。
【００８６】
本発明の第４の発明であるバルブは、第１の制御方法を利用したバルブに関する発明であり、流路中に配設されるバルブであって、該流路の内壁面の一部を光の照射に応じて対水接触角が制御可能な物質で構成し、該対水接触角が制御可能な物質で構成された内壁面の対水接触角を他の内壁面の対水接触角に対して差が出るように制御することにより流体の流路抵抗を制御するバルブに関する。
【００８７】
本発明の第５の発明は、第３の発明の制御方法を実現したマイクロチャネル内に配設されるバルブであって、疎水性部位と親水化部位とを有し、該疎水性部位が光または熱を作用させることにより対水接触角増大物質を放出しうる対水接触角制御材料で作製されており、該親水化部位が光照射により対水接触角を低下させる能力を有する物質で作製されているマイクロチャネルバルブである。
【００８８】
第５の発明のバルブの基本構造は図３（ａ）または図４に示すとおりであり、この構造を採るときは図１に示すようにスイッチング機能を有するバルブとして機能する。
【００８９】
かかる第４および第５のバルブは、図１で説明したようなマイクロデバイスのバルブとして、あるいはマイクロセンサのバルブとして有用である。
【実施例】
【００９０】
つぎに実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００９１】
実施例１
石英ガラス基板に酸化チタンを厚さ５００ｎｍに蒸着して酸化チタンコート石英ガラス基板を作製した。この酸化チタンコート表面の対水接触角は７０度であった。ついで、この基板をポリスチレン製のシャーレに封入し、室温（２５℃）にて紫外線ランプ（Ｓｐｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｃｏｒｐ．製のＳｐｅｃｔｒｏｌｉｎｅ  ＥＮＦ２８０Ｃ）により紫外線（波長２５４ｎｍ光源８Ｗのブラックライト）を１０分間照射し、酸化チタンコート表面の対水接触角を測定したところ、５度以下と大きく対水接触角が低下し、親水性になっていた。
【００９２】
対水接触角は接触角計（協和界面科学（株）製の接触角計ＣＡ−Ａ）により測定する。
【００９３】
実施例２
石英ガラス基板に酸化チタンを厚さ５００ｎｍに蒸着して酸化チタンコート石英ガラス基板上にマイクロチャネル（幅４００μｍ、深さ３２μｍ）をＴ字型に形成したＰＤＭＳを接着して、図５に示す試験用のマイクロデバイスを作製した。図５は概略平面図であり、流路の全面が疎水性の酸化チタンコートされている。
【００９４】
ＰＤＭＳとしては、つぎのＡ液とＢ液とからなる２液型シリコーンエラストマー組成物（ダウ・コーニング社製のＳＹＬＧＡＲＤ１８４）をＡ：Ｂが１０：１（重量比）で混合し、７０℃にて１時間処理して作製した。
【００９５】
Ａ液：Ａ−１成分：ジメチルビニル基で末端封止されたジメチルシロキサン、
Ａ−２成分：ジメチルビニル化およびトリメチル化されたシリカ
Ａ−３成分：テトラキス（トリメチルシリルオキシ）シラン
Ｂ液：Ｂ−１成分：トリメチルシリル基で末端封止されたジメチルシロキサンとメチルハイドロシロキサン共縮合体
Ｂ−２成分：２，４，６，８−テトラメチルテトラビニルシクロテトラシロキサン
Ｂ−３成分：ジメチルビニル化およびトリメチル化されたシリカ（Ａ−２成分と同じ）
Ｂ−４成分：ジメチルビニル基で末端封止されたジメチルシロキサン（Ａ−１成分と同じ）
【００９６】
この試験用マイクロデバイスに、チャネル４ｃ側から青色に着色された水をマイクロシリンジで５０μｌ／時となるように注入したところ、水はチャネル４ｃからチャネル４ａおよびチャネル４ｂに流れて行った。
【００９７】
水を抜き乾燥した後、図中の斜線の部分を波長３２５ｎｍの紫外線レーザー光（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）で１分間流路に沿って照射した。ついで、チャネル４ｃ側から青色に着色された水をマイクロシリンジで５０μｌ／時となるように注入したところ、水はチャネル４ｃからチャネル４ａに約８ｍｍ／ｓの流量で流れて行き、スイッチング機能が果たされていることを確認した。
【００９８】
実施例３
つぎの４つの基板上にそれぞれ、２ｍｍの距離で紫外線（波長２５４ｎｍ。光源：８Ｗのブラックライト）を照射した。照射開始から経時的に各基板の表面の対水接触角を測定した。その結果を図６に示す。
【００９９】
基板１：酸化チタンコート石英ガラス（対水接触角：７０度）
基板２：１％Ｃｒドープ酸化チタンコート石英ガラス（対水接触角：９５度）
基板３：５％Ｃｒドープ酸化チタンコート石英ガラス（対水接触角：７５度）
基板４：ＴｉＯ2／ＳｒＴｉＯ3（対水接触角：６０度）
【０１００】
図６に示すように、酸化チタンコート石英ガラス（基板１：□）およびＴｉＯ2／ＳｒＴｉＯ3（基板４：△）の親水化の速度が、１％Ｃｒドープ酸化チタンコート石英ガラス（基板２：○）および５％Ｃｒドープ酸化チタンコート石英ガラス（基板３：◇）よりも極めて速いことがわかる。
【０１０１】
実施例４
厚さ３ｍｍ、７ｍｍおよび１８ｍｍのＰＤＭＳシート（実施例２で用いたシリコーンエラストマー組成物をシートにしたもの）を用い、スペーサ（１ｍｍ）を介して酸化チタンコート石英ガラス基板上に載置し、ＰＤＭＳシートに紫外線（波長２５４ｎｍ。光源：８Ｗのブラックライト）を照射した。照射開始から経時的に各基板の表面の対水接触角を測定した。その結果を図７に示す。
【０１０２】
図７に示すように、いずれのＰＤＭＳシートでも基板の表面の対水接触角を約５３度まで増大させたが、その速度は３ｍｍ厚のものが最大であった。
【０１０３】
なお、スペーサとして２５ｍｍのものを用いて同様に紫外線を厚さ３ｍｍのＰＤＭＳシートに照射したところ、基板の表面は依然として親水性を維持していた。
【０１０４】
実施例５
親水性表面を有する板状材料１を直径９０ｍｍポリスチレンシャーレに入れ、同じシャーレに対水接触角制御材料（＝対水接触角増大物質）が１００μｌ入った小さな容器を配置し、シャーレに蓋をした。このシャーレ全体に室温（２５℃）にて紫外線ランプにより紫外線（波長２５４ｎｍ）を３０分間照射した後、板状材料を取り出し、上面の対水接触角を接触角計により測定した。結果を表１に示す。
【０１０５】
なお使用した板状材料１は石英基板に酸化チタンを厚さ５００ｎｍに蒸着した酸化チタンコート石英基板に室温（２５℃）にて紫外線ランプ（Ｓｐｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｃｏｒｐ．製のＳｐｅｃｔｒｏｌｉｎｅ  ＥＮＦ２８０Ｃ）により紫外線（波長２５４ｎｍ）を１０分間照射して酸化チタンコート表面を親水化したもの（対水接触角５度以下）である。
【０１０６】
【表１】
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【０１０７】
実施例６
実施例２で作製した図５に示す試験用のマイクロデバイスの図中の斜線の部分を波長３２５ｎｍの紫外線レーザー光（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）で１分間流路に沿って１ｍｉｎ．／ｓｐｏｔの速度で照射し、チャネル４ｃと４ａを親水化した。ついで、チャネル４ｃ側から青色に着色された超純水をマイクロシリンジで５０μｌ／時となるように注入したところ、超純水はチャネル４ｃからチャネル４ａに約８ｍｍ／ｓの流量（ＶR）で流れ、チャネル４ｂへの流量（ＶL）はゼロであった。
【０１０８】
つぎに水を抜き乾燥した後、チャネル４ｃと４ｂに対して、上記と同様の条件で紫外線レーザー光を照射して、チャネル４ｃと４ｂを親水化した後、チャネル４ｃ側から青色に着色された超純水をマイクロシリンジで５０μｌ／時となるように注入し、チャネル４ａ側に流れる超純水の量（ＶR）とチャネル４ｂ側に流れる超純水の量（ＶL）を画像分析により算出し、ＶL／ＶRの比を求めたところ３７であった。この結果は、注入した超純水の９７％が親水化されたチャネル４ｂに流れたことを示しており、スイッチング機能が達成されていることが確認された。
【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】
0004385166.tif 000008
【図７】
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