(57)【要約】【課題】詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体及びその製造方法、並びに、詰まりの発生が抑制されたマイクロリアクターを提供すること。【解決手段】マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部を有し、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とするマイクロ流路構造体、前記マイクロ流路構造体の製造方法、並びに、前記マイクロ流路構造体がマイクロ流路の一部又は全部を形成することを特徴とするマイクロリアクター。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部を有し、
マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする
マイクロ流路構造体。
【請求項２】
前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である請求項１に記載のマイクロ流路構造体。
【請求項３】
前記被膜表面の凹部の深さが０．５μｍ以下である請求項１又は２に記載のマイクロ流路構造体。
【請求項４】
前記被膜の厚みが１．０〜３．０μｍである請求項１〜３いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体。
【請求項５】
前記マイクロ流路の内径が２００〜５，０００μｍである請求項１〜４いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体。
【請求項６】
前記被膜がめっき金属及び／又は合成樹脂材料により形成された被膜である請求項１〜５いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体。
【請求項７】
マイクロ流路内表面が導電性であり、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜である請求項６に記載のマイクロ流路構造体。
【請求項８】
前記電着により形成された被膜が、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂により形成された被膜である請求項７に記載のマイクロ流路構造体。
【請求項９】
マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液又は電着液を充填する工程、並びに、
前記マイクロ流路内表面にめっき又は電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする
マイクロ流路構造体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１つに記載のマイクロ流路構造体が、マイクロ流路の一部又は全部を形成することを特徴とする
マイクロリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流路構造体、マイクロ流路構造体の製造方法、及び、マイクロリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に「微細加工を利用して作られ、等価直径が５００μｍ以下の微小な流路で反応を行う装置」と定義されているマイクロリアクターに代表される微小な素子や装置は、例えば、物質の分析、合成、抽出、分離を行う技術に応用した場合、少量多品種、高効率、低環境負荷などの多くの利点が得られるため、近年、様々な分野への応用が期待されている。
【０００３】
特許文献１には、液体の導入部、微細な液体通路、液体排出部を含み、その液体通路が帯状強磁性体による磁気障壁により形成されており、前記導入部より導入された磁性を有する液体を、その液体通路において化学反応、混合、抽出、吸収の内の少なくとも１種の操作を行わせるように構成されていることを特徴とするマイクロリアクター、及び、その液体通路へめっき液やエッチング液を流すことにより、めっきやエッチングを施す手段が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−８２１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の前記解決しようとする課題は下記の手段によって解決された。
＜１＞  マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部を有し、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とするマイクロ流路構造体、
＜２＞  前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である＜１＞に記載のマイクロ流路構造体、
＜３＞  前記被膜表面の凹部の深さが０．５μｍ以下である＜１＞又は＜２＞に記載のマイクロ流路構造体、
＜４＞  前記被膜の厚みが１．０〜３．０μｍである＜１＞〜＜３＞いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体、
＜５＞  前記マイクロ流路の内径が２００〜５，０００μｍである＜１＞〜＜４＞いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体、
＜６＞  前記被膜がめっき金属及び／又は合成樹脂材料により形成された被膜である＜１＞〜＜５＞いずれか１つに記載のマイクロ流路構造体、
＜７＞  マイクロ流路内表面が導電性であり、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜である＜６＞に記載のマイクロ流路構造体、
＜８＞  前記電着により形成された被膜が、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂により形成された被膜である＜７＞に記載のマイクロ流路構造体、
＜９＞  マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液又は電着液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面にめっき又は電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とするマイクロ流路構造体の製造方法、
＜１０＞  ＜１＞〜＜８＞のいずれか１つに記載のマイクロ流路構造体が、マイクロ流路の一部又は全部を形成することを特徴とするマイクロリアクター。
【発明の効果】
【０００７】
前記＜１＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、マイクロ流路の詰まりが抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜２＞に記載の発明によれば、＜１＞に記載の発明において、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜３＞に記載の発明によれば、＜１＞又は＜２＞に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜４＞に記載の発明によれば、＜１＞〜＜３＞いずれか１つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜５＞に記載の発明によれば、＜１＞〜＜４＞いずれか１つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜６＞に記載の発明によれば、＜１＞〜＜５＞いずれか１つに記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜７＞に記載の発明によれば、＜６＞に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜８＞に記載の発明によれば、＜７＞に記載の発明において、より詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路構造体を提供することができる。
また、前記＜９＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、詰まりの発生の抑制に優れたマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体の製造方法を提供することができる。
また、前記＜１０＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、詰まりの発生が抑制されたマイクロ流路を有するマイクロリアクターを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本実施形態のマイクロ流路構造体は、マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部を有し、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする。
以下、本実施形態について詳細に説明する。
【０００９】
本実施形態において、マイクロ流路とは、極微量の液体を流す微小な流路であって、マイクロスケールの流路をいうが、ミリスケールの流路も含む。
マイクロ流路の断面積は、０．０５〜２５ｍｍ2（「０．０５ｍｍ2以上２５ｍｍ2以下」と同義である。以下、とくに断りのない限り他の数値範囲の記載においても同様に扱うものとする。）であることが好ましく、０．１０〜１０ｍｍ2であることがより好ましく、０．１５〜５ｍｍ2であることがさらに好ましい。
マイクロ流路の断面積から算出したマイクロ流路の円相当内径（直径）は、２００〜５，０００μｍであることが好ましく、２５０〜１，０００μｍであることがより好ましく、３００〜５００μｍであることがさらに好ましい。
上記の数値の範囲内であると、めっきや電着によるマイクロ流路内表面の被膜の形成が容易であり、また、マイクロ流路内に液体を導入した場合において気泡発生による詰まりが生じにくいため好ましい。
また、マイクロ流路の長さは、形成されるマイクロ流路の形状にもよるが、好ましくは５〜４００ｍｍの範囲であり、より好ましくは１０〜２００ｍｍの範囲である。
また、マイクロ流路の形状については特に制限はなく、例えば、流れ方向に対し垂直な方向での断面形状が円形、楕円形、多角形など所望の形状とすることができる。また、流路軸形状は特に限定されず、直線上、曲線状等のいかなる形状でもよい。ここで流路軸形状とは、マイクロ流路における流体の流れ方向の軸を意味する。
【００１０】
マイクロ流路は、寸法及び流速がいずれも小さく、マイクロ流路を流れる流体のレイノルズ数は２，３００以下となる。従って、本実施形態において、マイクロ流路は、乱流支配ではなく層流支配の流路である。
ここで、レイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式で表されるものであり、２，３００以下のときに層流支配となる。
Ｒｅ＝ｕＬ／ν  （ｕ；流速、Ｌ；代表長さ、ν；動粘性係数）
【００１１】
マイクロ流路が形成される材料として、導電性材料及び非導電性材料が挙げられる。
導電性材料としては、ステンレス（以下、「ＳＵＳ」ともいう。）等の合金、金、白金、コバルト、鉄、銅、ニッケル、アルミニウム及びチタン等の金属材料が挙げられ、中でもステンレスが好ましい。マイクロ流路の材料が金属等の導電性を有する材料である場合、マイクロ流路を形成する部材を電極として使用できるため、無電解めっき等の処理を施すことなく電気めっきや電着等によりマイクロ流路内表面に被膜を形成できるため好ましい。
【００１２】
非導電性材料としては、セラミックス、ガラス、シリコーン、樹脂などの材料が挙げられる。前記材料は透明性及び加工性などの観点からはガラスを用いることが好ましい。前記ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、クリスタルガラス等、一般的なものを使用できる。
また、安価、透明性、成形性及び耐衝撃性などの観点からは樹脂を用いることも好ましい。前記樹脂としては、具体的には、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、クマリン樹脂、アミド樹脂、アミドイミド樹脂、ブチラール樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂等が挙げられる。耐衝撃性、耐熱性、耐薬品性、透明性などの観点から、用途に適した樹脂を好ましく用いることができる。また、前記樹脂は、必要に応じて混合樹脂であってもポリマーアロイであってもよい。
【００１３】
マイクロ流路の形成方法は、特に制限されないが、公知の方法を用いることができる。
マイクロ流路は、例えば、微細加工技術により作製することができる。微細加工方法としては、例えば、Ｘ線を用いたＬＩＧＡ技術を用いる方法、フォトリソグラフィー法によりレジスト部を構造体として使用する方法、レジスト開口部をエッチング処理する方法、マイクロ放電加工法、ＹＡＧレーザーやＵＶレーザー等を使用するレーザー加工法、ダイアモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いるエンドミル等の機械的マイクロ切削加工法がある。これらの技術は単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
本実施形態において「接続部」とは、少なくとも２つの部材が接続、接着、溶接又は接合等（以下、「接続、接着、溶接又は接合等」を単に「接続等」ともいう。）された場合において、２部材間の最も接近した部分又は２部材間の表面が接している部分を意味する。接続部を有するマイクロ流路を有するマイクロ流路構造体としては以下の態様が例示できるがこれらに限定されたものではない。
（１）図１に示すように、２以上のマイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側とを接続等した場合。
（２）溝状のマイクロ流路が形成された板状の部材に、マイクロ流路の蓋となる板状の部材を接続等した場合。
（３）図２に示すインクジェット記録ヘッドのように（特開２００２−３０７６７６号公報）、マイクロ流路が形成された２以上の板状の部材を接続等して積層体を形成することによりマイクロ流路を形成した場合。
前記（１）〜（３）において、部材の加工精度や、部材間を接続等する際の位置あわせの精度には限界があるため、接続部を形成する部材間には間隙やズレが生じ、凹凸部が形成されてしまう。また、２以上の部材を接着する場合には接着剤のはみ出しによる凸部や接着剤の欠落による凹部が形成されてしまう。
【００１５】
次に「マイクロ流路内表面の凹部」について説明する。
マイクロ流路内の表面には加工時に形成された微小な溝（凹部）や、前記接続部の凹凸により形成された凹部がある。このような凹部は気泡発生の核となり、マイクロ流路内に導入された液体に溶存している気体を気泡として発生させ、さらに気泡を成長させる（図１）。
通常、液体から気泡を発生させるためには一定のエネルギー障壁を越える程度の大きなエネルギーが必要であるが、すでに存在している気泡が周りの液体中に溶解している気体を吸収して膨張する場合には、エネルギーを必要としない。また、マイクロ流路に液体を導入する際には、流路内表面の角や凹部に気泡が発生しやすく、特に凹部に発生しやすい。図３に示すように流路（特にマイクロ流路）内に気泡１３が発生すると、液体１４の流れを部分的又は全体的に阻害してしまう。
【００１６】
試料の容積を測定するためにマイクロリアクター等を用いる場合には、気泡の発生により、正確な試料の容積の測定が困難となる。さらに、光学系を利用して試料を定量又は定性する場合には、気泡によって光の散乱を招き、正確な測定を行うことができない。また、電極を用いて試料を定量又は定性する場合においても、電極上に気泡が発生すると、正確な測定を行うことができない。
通常、分光測定の分野では、溶液からの気泡の発生を防止するために、サンプルの加熱撹拌、超音波撹拌等、溶液から溶存気体を除去して気泡の発生を抑えるための前処理が行われている。しかし、マイクロリアクターを用いる場合には、サンプル自体が微量であり、簡便かつ迅速な測定を目的とするために、これらの前処理を行うことが困難であり、溶液からの気泡の発生を十分に防止することができない。
【００１７】
これを回避するために流路内壁を化学研磨（エッチング）すること（特開２００４−８２１１８）で凹部の深さを緩和し、気泡の発生を抑制するということが考えられる（図４）。しかしこの方法ではマイクロ流路形成初期の凹凸部、特に凹部を十分になくすことはできない。
【００１８】
本実施形態のマイクロ流路構造体は、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜が形成されたマイクロ流路を有することを特徴とする。前記被膜により凹部が埋設されており、気泡発生核となるマイクロ流路内表面の凹部がマイクロ流路内に導入された液体と接していないため、マイクロ流路内における気泡発生及び気泡成長によるマイクロ流路の詰まりを抑制することができる。
特に、本実施形態のマイクロ流路構造体は、前記接続部が、マイクロ流路を形成する管状部材の端部と管継手の片側との接続部である場合に、マイクロ流路内における気泡発生及び気泡成長によるマイクロ流路の詰まりを好ましく抑制することができる。
【００１９】
次に被膜について説明する。
前記被膜はマイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設しており、マイクロ流路内表面の全部を埋設していることが好ましい。すなわち、マイクロ流路を形成する部材がマイクロ流路内に露出していないことが好ましい。マイクロ流路内表面に形成された被膜の表面には気泡発生核となる凹部がないことが好ましい。以下に凹部について具体的に説明する。
【００２０】
凹部の深さは、０．５μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以下であることがさらに好ましい。ここで「凹部の深さ」とは部材表面から凹部の底までの深さを意味する。凹部の深さが上記の数値の範囲であると凹部は気泡発生核となりにくく、マイクロ流路の詰まりを抑制できる。
【００２１】
凹部の幅は０．５μｍ以下であることが好ましく、０．３μｍ以下であることがより好ましく、０．１μｍ以下であることがさらに好ましい。ここで「凹部の幅」とは、凹部を円形形状と想定して求めた時の直径を意味する。
凹部の幅が１００μｍ以上であると、気泡発生核になりにくく、気泡発生核として気泡を発生させた場合においても、気泡を捕獲して保持することがないため、効率的に気泡を排出でき、マイクロ流路の詰まりを抑制できる。
【００２２】
０．５μｍ以上の凹部の数は触針走査法により測定し、単位測定距離あたり０〜１０個／ｍｍであることが好ましく、０〜３個／ｍｍであることがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、気泡発生を効率的に抑制できるため好ましい。
【００２３】
前記被膜の厚みは１．０〜３．０μｍであることが好ましい。
被膜が合成樹脂材料により形成されている場合には、その厚みは１．５〜２．５μｍであることがより好ましく、１．８〜２．２μｍであることがさらに好ましい。
被膜がめっき金属により形成されている場合には、その厚みは１．５〜２．５μｍであることがより好ましく、１．８〜２．２μｍであることがさらに好ましい。
被膜の厚みが上記の数値の範囲内であるとマイクロ流路内表面の凹部を十分に埋設することができ、マイクロ流路内における気泡発生を抑制できるため好ましい。
【００２４】
マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設した被膜は、めっき金属及び／又は合成樹脂材料により形成された被膜であることが好ましい。めっき金属により形成された被膜としては、無電解めっき及び／又は電気めっきにより形成された被膜が挙げられる。合成樹脂材料により形成された被膜としては、電着又は蒸着重合法により形成された被膜が挙げられる。
【００２５】
＜電着＞
マイクロ流路構造体は、マイクロ流路内表面が導電性である場合、前記合成樹脂材料により形成された被膜が、電着により形成された被膜であることが好ましい。
電着とは水系媒体に分散した樹脂等を含む電着液に、導電性の被塗物と対極となる電極とを浸漬し、この両極間に直流電流を流して電気化学反応で塗膜を析出させる被膜（塗膜）形成方法である。
電着液に含まれる樹脂としては、公知のものを用いることができ限定されるものではないが、耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、さらに機械的特性も優れていることから、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂が好ましく、ポリイミド樹脂であることがより好ましい。
【００２６】
電着による被膜形成方法として、（１）ポリイミド前駆体であるポリアミック酸を溶解した電着液を用いて電着した後、ポリアミック酸の電着膜を加熱して脱水イミド化し、ポリイミドの被膜を形成する方法、（２）ポリイミドを含む電着液を用いてポリイミドの被膜を形成する方法が挙げられる。上記（１）の方法は、ポリアミック酸が容易に分解するために電着液の保存安定性が悪く、また、イミド化するための加熱処理を必要とするが、（２）の方法に用いる電着液は保存安定性に優れ、加熱も必要としないことから本発明においては（２）の方法が好ましい。（２）に用いるポリイミド樹脂としては、例えば特開平９−１０４８３９号公報、特開２００３−３２７９０７号公報等に記載されたポリイミド樹脂を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
電着液は、ポリイミド樹脂の固形分濃度が５〜１０重量％であることが好ましい。
ポリイミド樹脂を溶解する水溶性極性溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、スルホラン及びこれらの混合物等が挙げられる。
これらの水溶性極性溶媒は電着液全量に対して３０〜６０重量％の割合で配合することが好ましい。上記の数値の範囲内であると、ポリイミド樹脂が析出せず、平滑性に優れた被膜が得られる。
【００２８】
ポリイミド樹脂に水溶性及び／又は水分散性を付与するために、中和剤として電着液に塩基性含窒素化合物を配合することが好ましい。中和剤としてはトリエチルアミン、トリメチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ピリジン、Ｎ−エチルピペリジン、Ｎ−メチルモルホリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエタノール、トリエタノールアミン及びこれらの混合物等が挙げられる。中和剤はポリイミド樹脂１００重量部あたり１〜２００重量部を用いることが好ましい。上記の数値の範囲内であるとポリイミド樹脂を電着液に安定して分散又は溶解させることができる。
【００２９】
本実施形態においては、電着液が上記の水溶性極性溶媒の他にポリイミド樹脂が可溶な油溶性溶剤を含むことが好ましい。油溶性溶剤とは実質的に水に不溶性か又は難溶性の有機溶剤を意味する。油溶性溶剤は、電着後の被塗物に析出したポリイミド樹脂のフロー性を高め、塗膜の平滑性を向上させる点で効果がある。油溶性溶剤としては１−アセトナフトン、アセトフェノン、ベンジルアセトン、メチルアセトフェノン、ジメチルアセトフェノン、プロピオフェノン、バレロフェノン、アニソール、安息香酸メチル、安息香酸ベンジル及びこれらの混合物が挙げられる。油溶性溶剤は電着液全量に対して１０〜３０重量％の割合で配合することが好ましい。
【００３０】
ポリイミド分散剤としては、アルコール化合物、エステル化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、ケトン化合物、炭化水素化合物及びこれらの混合物が挙げられる。
具体的にはアルコール化合物としては、ベンジルアルコール、フルフリルアルコール、ジアセトンアルコール、メチルセルソルブ、シクロヘキシルアルコールが挙げられ、エステル化合物としては、安息香酸メチル、安息香酸イソブチル、安息香酸ブチルが挙げられ、ラクトン化合物としては、γ−ブチロラクトンが挙げられ、エーテル化合物としては、アニソール、テトラヒドロフラン、ジオキサンが挙げられ、ケトン化合物としては、シクロヘキサノン、ミヒラーケトン、ブタノンが挙げられ、炭化水素化合物としては、トルエン、キシレン、デカリンが挙げられる。
【００３１】
＜電着によるマイクロ流路構造体の製造方法＞
本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法は、マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内に電着液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面に電着により被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする。
【００３２】
以下に電着によるポリイミド樹脂の被膜の形成工程を例として、図５〜図７を参照することにより本発明のマイクロ流路構造体の製造方法を説明する。
図５に示すように、電着液供給口４２、電極（導電性）４１、及び、絶縁性のシール部材４４を有する絶縁性の電着液供給流路４０、並びに、図５に図示する２つのステンレス（ＳＵＳ）製のマイクロ流路（流路内直径５００μｍ）を有する管状部材（以下、単に「ＳＵＳ管」１１ａ、１１ｂともいう。）の各端部を金属製の管継手１２により接続した管状のマイクロ流路を有する部材（以下、単に「管状マイクロ流路部材」１０ともいう。）を用意した。
【００３３】
前記電着液供給流路に管状マイクロ流路部材１０を、図６に示すようにシール部材４４により密閉して接続した。電着液５１を電着液供給口４２から供給し、マイクロ流路内に電着液５１を充填した後、管状マイクロ流路部材を陽極（又は陰極）として、電源をマイクロ流路に接続し、一定電圧で電流を流した。
なお、前記一定電圧は１０〜２００Ｖであることが好ましく５０〜１５０Ｖであることがより好ましい。電流を流す時間は０．５〜１０分間が好ましく、０．５〜３分間であることがより好ましい。所定の厚みのポリイミド樹脂の被膜６１を形成した時点又は電流値が一定値未満となった時点を電着の終点とすることが好ましい。
【００３４】
電流を流した結果、図７に示すようにポリイミド樹脂の被膜６１が形成された。電源を管状マイクロ流路部材１０から取り外し、管状マイクロ流路部材１０のマイクロ流路内及び電着液供給流路４０から電着液を除去した後、被膜６１が形成された管状マイクロ流路部材１０を電着液供給流路４０から取り外した。
得られた被膜が形成された管状マイクロ流路部材１０は、水洗、風乾の後、オーブンで加熱することによりポリイミド被膜の焼き付けを行うことが好ましい。焼き付け温度は、使用した溶剤に適した温度で行う。具体的には１００〜３００℃が好ましく、２００〜３００℃がより好ましい。焼き付け時間は５分間〜３時間が好ましく、１０分間〜１時間がより好ましい。得られたマイクロ流路構造体７０の例を図８に示す。
【００３５】
＜無電解めっき、電気めっき＞
無電解めっき、電気めっきとしては、公知のものを用いることができ、限定されるものではないが、例えば、ニッケルめっき、銅めっき、コバルトめっき、金めっき、銀めっき及びパラジウムめっき等が挙げられる。２以上のめっき金属の層よりなる被膜を形成してもよく、その場合には耐薬品性に優れることから流路内最表面の層は金めっきであることが好ましい。
マイクロ流路を形成する材料が非導電性である場合には、無電解めっき等によりマイクロ流路内表面に導電性を付与した後に、電着や電気めっきにより被膜を形成する態様も好ましい。無電解めっきによりマイクロ流路内表面に導電性を付与する場合には、その厚みは０．０５〜０．５μｍが好ましく、０．１〜０．３μｍがより好ましい。さらに、無電解めっきにより導電性を付与するのみでなくマイクロ流路内表面の凹部を埋設する被膜を形成してもよい。
【００３６】
＜めっきによるマイクロ流路構造体の製造方法＞
本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法は、マイクロ流路を形成する少なくとも２つの部材により形成された少なくとも１つの接続部、及び、導電性の流路内表面を有するマイクロ流路内にめっき液を充填する工程、並びに、前記マイクロ流路内表面にめっきにより被膜を形成して、マイクロ流路内表面の凹部を少なくとも部分的に埋設する工程を含むことを特徴とする。
以下にめっきによる被膜の形成工程を例として本発明のマイクロ流路構造体の製造方法を説明する。前記電着によるマイクロ流路構造体の製造方法と同様に、図５に示すように電気めっき液供給流路、並びに、管状マイクロ流路部材を用意し、前記電気めっき液供給流路に管状マイクロ流路部材とを、図６に示すようにシール部材により密閉して接続した。
電気めっき液を電気めっき液供給口から供給し、マイクロ流路内に電気めっき液を充填した後、管状マイクロ流路部材を陽極（又は陰極）として、電源をマイクロ流路に接続し、一定電流を流した。
なお、前記一定電流は０．００５〜０．１Ａ／ｃｍ2であることが好ましく０．０１〜０．０３Ａ／ｃｍ2であることがより好ましい。電流を流す時間は０．５〜５時間が好ましく、１〜２時間であることがより好ましい。所定の厚みの被膜を形成した時点を電気めっきの終点とすることが好ましい。得られたマイクロ流路構造体８０の例を図９に示す。
【００３７】
＜蒸着重合法＞
蒸着重合法には公知の樹脂材料を用いることができ、限定されるものではないが、樹脂材料としては具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ尿素又はポリウレタン樹脂等が挙げられる。中でも本発明においては耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性、耐薬品性に優れ、さらに機械的特性も優れていることから、ポリイミド樹脂又はポリアミド樹脂を好ましく用いることができ、ポリイミド樹脂をより好ましく用いることができる。
【００３８】
＜蒸着重合法によるマイクロ流路構造体の製造方法＞
蒸着重合法によりマイクロ流路内にポリイミド樹脂被膜を形成したマイクロ流路構造体を例に説明する。１０-3Ｐａの真空槽内において、無水ピロメリット酸を１８０℃で、４，４−ジアミノジフェニルエーテルを１６０℃で加熱して昇華させる。昇華したモノマーがマイクロ流路内表面に到達した後、アミノ基とカルボニル基とが反応してポリアミック酸膜を形成する。その後前記ポリアミック酸膜を２００〜３００℃で加熱することで脱水反応が起こり、ポリイミド膜となる。得られたマイクロ流路構造体９０を図１０に示す。
【００３９】
マイクロ流路内表面に形成された被膜は、めっき金属及び／又は合成樹脂材料により形成された被膜であることが好ましく、中でも電着により形成された合成樹脂材料の被膜であることが好ましい。電着は電着液の粘度が低くマイクロ流路内への充填が容易であることや、得られた被膜の平滑性に優れ、マイクロ流路内の細部にわたって凹部を埋設することができるため好ましい。
【００４０】
＜マイクロリアクター＞
マイクロ流路構造体は、マイクロリアクターの部品として好適に用いることができる。前記マイクロリアクターのマイクロ流路は、本実施形態のマイクロ流路構造体によりその一部又は全部を形成されていることが好ましい。マイクロリアクターの大きさは、使用目的に応じ適宜設定することができるが、１〜１００ｃｍ2の範囲が好ましく、１０〜４０ｃｍ2の範囲がより好ましい。また、マイクロリアクターの厚さは、２〜３０ｍｍの範囲が好ましく、３〜１５ｍｍの範囲がより好ましい。
【００４１】
本実施形態のマイクロリアクターは、その用途に応じて、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する部位を有していてもよい。
本実施形態のマイクロリアクターは、必要に応じて、例えば、マイクロリアクターに流体を導入するための流体導入口や、マイクロリアクターから流体を回収するための流体排出口などを設けてもよい。
また、本実施形態のマイクロリアクターは、その用途に応じて、複数を組合わせたり、反応、混合、分離、精製、分析等の機能を有する装置や、送液装置、回収装置、他のマイクロリアクター等を組み合わせ、マイクロ化学システムを好適に構築することができる。
【実施例】
【００４２】
以下、本実施形態を実施例で詳しく説明するが、本実施形態を何ら限定するものではない。
【００４３】
（実施例１）
実施例１のマイクロ流路構造体を前記図５〜図７に図示した工程に従って作製した。図５に示す、電着液供給口、電極、絶縁性のシール部材を有する電着液供給流路に、金属製の継ぎ手及びステンレス（ＳＵＳ）管により形成されたマイクロ流路（流路内直径５００μｍ）を、図６に示すようにシール部材により密閉して接続した。電着液を電着液供給口から供給し、マイクロ流路内に電着液を充填した後、電源をマイクロ流路に接続した。電圧５０Ｖで、１分間通電した結果、図７に示すように、厚み２．０μｍのポリイミド樹脂の被膜が形成された。電源をマイクロ流路から取りはずし、マイクロ流路内及び電着液供給流路から電着液を除去した後、被膜が形成されたマイクロ流路を電着液供給流路から取り外し、３００℃で３０分間加熱して、ポリイミド被膜の焼き付けを行った。得られたポリイミド樹脂の被膜の厚みは２μｍであった。図８に示すようなマイクロ流路構造体７０が得られた。
【００４４】
＜被膜の表面形状の測定＞
実施例１で得られたマイクロ流路構造体のマイクロ流路内表面に形成された被膜の表面形状を表面形状測定器テンコールＰ１０（Ｔｅｎｃｏｒ社製）により測定した。測定結果を図１１に示す。
測定の結果、ポリイミド被膜表面には、深さ０．５μｍ以上の凹部が測定距離１ｍｍあたり０個観察された。同様にして深さ０．３μｍ以上の凹部、０．１μｍ以上の凹部についても計測した。結果を表１に示す。
【００４５】
＜連続送液試験＞
実施例１のマイクロ流路構造体を５０℃に保持し、２０℃で酸素を飽和させて保存しておいた純水をシリンジポンプにて流速（５ｍｌ／ｈ）で導入した。７２時間送液し続けたが、気泡発生によるマイクロ流路の詰まりを生じることなく送液し続けることができた。
【００４６】
（実施例２）
図９は、金めっきにてマイクロ流路内表面の凹部を埋設したマイクロ流路構造体８０の例である。得られた金めっきの厚みは２．０μｍであった。
被膜の表面形状の測定結果、連続送液試験結果を、図１２及び表１に示す。未処理の場合（図１４）に比べて流路内表面の凹凸は緩和されているが実施例１の電着と比較すると十分ではない。
【００４７】
（実施例３）
図１０は蒸着重合法にてポリイミドの被膜を流路内表面に形成して凹凸を埋設した例である。１０-3Ｐａの真空槽内に無水ピロメリト酸を１８０℃で、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを１６０℃で加熱して昇華させた。蒸発したモノマーが、マイクロ流路に到達した後、アミノ基とカルボニル基とが反応してポリアミック酸膜が形成され、該ポリアミック酸膜がマイクロ流路内表面において２５０℃で加熱されることで脱水反応が起こり、ポリイミドの被膜が形成された。得られた被膜の厚みは２．０μｍであった。
表面粗さ測定結果、連続送液試験結果を図１３及び表１に示す。
未処理の場合（図１４）に比べて、マイクロ流路の詰まりは緩和されているが、被膜の平坦さは十分ではない。また本方法では細いマイクロ流路管の奥深くまで成膜することは困難であった。
【００４８】
（比較例１）
マイクロ流路内表面に被膜を形成しなかった以外は、実施例１と同様にしてマイクロ流路を作製した（図１）。表面粗さ測定結果、連続送液試験結果を図１４及び表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来のマイクロ流路構造体の一例を示す概略図である。
【図２】板状の部材を接続等して積層体を形成することによりマイクロ流路を形成した一例を示す概略図である。
【図３】気泡発生によるマイクロ流路の詰まりを示す概略図である。
【図４】従来の表面処理後のマイクロ流路構造体の一例を示す概略図である。
【図５】本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の１つを示す概略図である。
【図６】本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の１つを示す概略図である。
【図７】本実施形態のマイクロ流路構造体の製造方法であって、電着により被膜を形成する工程の１つを示す概略図である。
【図８】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を電着により形成した一例を示す概略図である。
【図９】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を金めっきにより形成した一例を示す概略図である。
【図１０】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、被膜を蒸着重合法により形成した一例を示す概略図である。
【図１１】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、電着により形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。
【図１２】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、金めっきにより形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。
【図１３】本実施形態のマイクロ流路構造体であって、蒸着重合法により形成した被膜の表面形状を測定した結果を示す概略図である。
【図１４】従来のマイクロ流路構造体のマイクロ流路内表面の表面形状を測定した結果を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０：管状マイクロ流路部材
１１ａ、１１ｂ：ＳＵＳ管
１２：管継手
１３：気泡
１４：液体
２０：マイクロ流路
３０、５０、６０、７０、８０、９０：マイクロ流路構造体
４０：電着液供給流路
４１：電極（導電性）
４２：電着液供給口
４４：絶縁性のシール部材
５１：電着液
６１：ポリイミド樹脂の被膜
７１：電着により形成された被膜
８１：金めっきにより形成された被膜
９１：蒸着重合法により形成された被膜
【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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