(57)【要約】【課題】微細な流路を詰まりにくくした流路構造体およびその製造方法を提供する。【解決手段】この流路構造体１は、上面（第１の接合面）２ａに流路用溝２０を有する流路基板（第１の板状部材）２と、上面２ａに接合された下面（第２の接合面）３ａを有する蓋基板（第２の板状部材）３とを備え、流路用溝２０の開放側が蓋基板３で閉塞されることにより流路２１が形成され、流路２１の壁面に複数の親水性微粒子４を層状に担持している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有する部材と、
前記流路の壁面に層状に担持され、親水性化が可能な材料から形成された複数の微粒子とを備えた流路構造体。
【請求項２】
前記微粒子は、光触媒である請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記光触媒は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、あるいはＳｒＴｉＯ３のいずれか１種を含む材料から形成された請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記光触媒は、光照射によって親水性化される材料から形成された請求項２に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記部材は、清浄化された第１の接合面と前記第１の接合面に形成された流路用溝とを有する第１の板状部材と、清浄化された第２の接合面を有し、前記第１の板状部材の前記第１の接合面と前記第２の接合面とを直接接触させて接合された第２の板状部材とを備えた請求項１に記載の流路構造体。
【請求項６】
流路を有する部材を準備し、
光触媒微粒子を溶媒中に分散させた光触媒微粒子分散溶液を前記流路中に流通させた後、前記部材を加熱して前記光触媒微粒子を前記流路の壁面に層状に担持させる流路構造体の製造方法。
【請求項７】
前記光触媒微粒子を前記流路の壁面に担持させた後、光を照射して前記光触媒微粒子を親水性化させる請求項６に記載の流路構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
流路直径０．５ｍｍ以下の微小流路（マイクロチャンネルともいう。）内は、層流となるため、混合、合成、分離等の反応を効率的に行えるというメリットがあることから、近年、微小流路を用いて液体を混合させるマイクロミキサー、２種類の液体を合成させるマイクロリアクタ等の微小流路構造体が注目されている。
【０００３】
しかし、長期の使用においては、供給した流体の成分やその反応生成物が流路壁面に付着堆積して新たな反応の阻害要因となり、また既に付着堆積していたものが剥離や再溶解して不純物となる等の悪影響を及ぼす場合も発生する。また、側壁に意図しない材料、副生成物や残留物の付着が流路を詰まらせる場合もある。
【０００４】
これらの問題点を光触媒の強い酸化作用に基づいて、防汚作用、防曇作用、抗菌作用、減菌作用、浄化作用等を発揮させ、流路壁面に易洗浄性を付与したマイクロチャンネルチップが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このマイクロチャンネルチップは、シリコンウェハからなる基板の主面に溝による流路用溝を形成し、基板の主面側に光触媒活性を有する二酸化チタンからなる光触媒膜を成膜し、研磨によって流路用溝以外の光触媒膜を除去し、シリコンウェハの流路側の面に硼酸ガラス板を静電接合（温度４８０℃）によって接合したものである。
【特許文献１】特開２００４−２０２３３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、微細な流路を詰まりにくくした流路構造体およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の流路構造体およびその製造方法を提供する。
【０００８】
［１］流路を有する部材と、前記流路の壁面に層状に担持され、親水性化が可能な材料から形成された複数の微粒子とを備えた流路構造体。
【０００９】
［２］前記微粒子は、光触媒である前記［１］に記載の流路構造体。
【００１０】
［３］前記光触媒は、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、あるいはＳｒＴｉＯ３のいずれか１種を含む材料から形成された前記［２］に記載の流路構造体。
【００１１】
［４］前記光触媒は、光照射によって親水性化される材料から形成された前記［２］に記載の流路構造体。
【００１２】
［５］前記部材は、清浄化された第１の接合面と前記第１の接合面に形成された流路用溝とを有する第１の板状部材と、清浄化された第２の接合面を有し、前記第１の板状部材の前記第１の接合面と前記第２の接合面とを直接接触させて接合された第２の板状部材とを備えた前記［１］に記載の流路構造体。
【００１３】
［６］流路を有する部材を準備し、光触媒微粒子を溶媒中に分散させた光触媒微粒子分散溶液を前記流路中に流通させた後、前記部材を加熱して前記光触媒微粒子を前記流路の壁面に層状に担持させる流路構造体の製造方法。
【００１４】
［７］前記光触媒微粒子を前記流路の壁面に担持させた後、光を照射して前記光触媒微粒子を親水性化させる前記［６］に記載の流路構造体の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る流路構造体によれば、微細な流路を詰まりにくくすることができる。
【００１６】
請求項２に係る流路構造体によれば、本構成を採用しない場合と比べて、光触媒を簡単に親水性化させることができる。
【００１７】
請求項３に係る流路構造体によれば、他の材料と比べて光触媒の材料の入手が容易となる。
【００１８】
請求項４に係る流路構造体によれば、本構成を採用しない場合と比べて、光触媒を簡単に親水性化させることができる。
【００１９】
請求項５に係る流路構造体によれば、本構成を採用しない場合と比べて、部材及び流路の変形を抑制することができる。
【００２０】
請求項６に係る流路構造体の製造方法によれば、微細な流路を詰まりにくくすることができる。
【００２１】
請求項７に係る流路構造体の製造方法によれば、本構成を採用しない場合と比べて、光触媒微粒子を簡単に親水性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る流路構造体の分解斜視図及び斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００２３】
この流路構造体１は、上面（第１の接合面）２ａに流路用溝２０を有する流路基板（第１の板状部材）２と、流路基板の上面２ａに下面（第２の接合面）３ａが接合された蓋基板（第２の板状部材）３とを備え、流路用溝２０の開放側が蓋基板３で閉塞されることにより流路２１が形成されている。
【００２４】
また、流路構造体１は、流路２１の壁面を構成する流路用溝２０の側面２０ａ，２０ｂおよび底面２０ｃと流路用溝２０に対応する蓋基板３の壁面構成面３ｂに複数の親水性微粒子４を層状に担持している。
【００２５】
蓋基板３は、流体として液体が導入される導入口３０と、液体が排出される排出口３１が形成されている。導入口３０は、流路基板２に形成された流路用溝２０の一方の端部に対応する位置に形成され、排出口３１は、流路基板２に形成された流路用溝２０の他方の端部に対応する位置に形成されている。
【００２６】
流路基板２および蓋基板３の材料として、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、シリコン、誘電体、ガラス等の非金属等を用いることができる。流路基板２および蓋基板３は、同じ材料からなる基板の他に、異なる材料からなる基板を用いてもよい。本実施の形態では、流路基板２および蓋基板３は、ともにガラス基板を用いる。
【００２７】
流路２０の幅及び高さのサイズは、５００μｍ以下のマイクロチャンネルである。
【００２８】
親水性微粒子４は、親水性化が可能な材料から形成されたものであり、当初から親水性を有するものでもよく、光照射によって親水性化されるものでもよい。このような親水性微粒子４として、例えば、フッ素系樹脂からなる微粒子や、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、あるいはＳｒＴｉＯ３のいずれか１種を含む材料から形成された光触媒を用いることができる。本実施の形態では、ＴｉＯ２からなる微粒子を用いる。ここで「親水性」とは、物質の表面が水をはじかず、なじんだ状態になりやすい性質をいう。
【００２９】
（製造方法）
次に、本実施の形態に係る流路構造体の製造方法の一例を説明する。まず、流路基板２となるガラス基板の表面に、半導体製造方法に用いるフォトリソグラフィー法を用いて流路パターンを形成してエッチングを行い、幅２００μｍ、深さ２００μｍの流路用溝２０を形成し、流路基板２を作製する。エッチングには、化学薬品を用いて被加工物を溶かし込むウエットエッチングや、イオンを利用して被加工物を気化して取り除くドライエッチング等を用いることができる。本実施の形態では、フッ化水素酸でエッチングを行うウエットエッチングを用いる。
【００３０】
一方、蓋基板３となるガラス基板にエッチング、レーザ加工等により導入口３０及び排出口３１を形成して蓋基板３を作製する。
【００３１】
流路基板２および蓋基板３を対向させて常温接合により接合する。すなわち、流路基板２および蓋基板３を真空槽内に配置し、真空槽内を排気して高真空状態または超真空状態にする。本実施の形態では、真空度１×１０−４Ｐａの高真空状態とする。次に、流路基板２および蓋基板３の接合面２ａ，３ａに１．２ｋＶ／１０ｍＡでＡｒ原子ビームを照射して表面を清浄化し、荷重を加えて流路基板２と蓋基板３を接合する。
【００３２】
ここで「常温接合」とは、清浄化した接合面同士を常温（例えば、１５〜２５℃）雰囲気中で直接接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい、表面活性化接合ともいう。接合の際は、無荷重でもよい。なお、常温接合の他に、清浄化された接合面同士を、例えば、１００℃以下で加熱して接合してもよい。
【００３３】
次に、親水性微粒子４としてＴｉＯ２からなる微粒子を溶媒に分散させたＴｉＯ２微粒子分散溶液を導入口３０から流路２１内に流し、排出口３１から排出した後、流路構造体１を加熱し、ＴｉＯ２微粒子を焼成して親水性微粒子４を流路２１の壁面に担持させる。
【００３４】
次に、流路基板２又は蓋基板３を介して流路２１に担持されている親水性微粒子４に紫外線を照射して親水性微粒子４を親水性化させる。これにより、後述する保水性を発揮することができる。また、親水性微粒子４に紫外線を照射すると、光触媒機能を発揮するようになる。ＴｉＯ２は、ｎ型半導体であるため、そのバンドギャップに相当する波長３８０ｎｍ以下の波長の紫外線が照射されると、正孔が生成されて表面に移動する。正孔は強い酸化力を持つので表面に吸着されている有機物が酸化分解される。
【００３５】
図４（ａ）は、流体の流れる様子を示す断面図、図４（ｂ）は、流速分布を示す図である。
【００３６】
導入口３０から流体５を導入して流路２１に流通させると、流体５の一部は親水性微粒子４間に入り込み、親水性微粒子４間に保水され、リブレット効果を発揮する。このリブレット効果により、親水性微粒子４が保水された保水部５ａの表面付近における流速が、図３（ｂ）に示すように、速くなり、流体５に含まれていた不純物６が保水部５ａに付着しにくくなる。
【００３７】
これに対し、流路２１の壁面に何も担持させていない図３（ｂ）に示す比較例１の場合は、図３（ｂ）のＣで示す壁面（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，３ｂ）付近における流速が遅いため、不純物６が壁面に付着しやすくなり、流路２１がつまるおそれがある。また、流路２１の壁面に親水性の無い微粒子を担持させた図３（ｂ）に示す比較例２の場合は、親水性の無い微粒子の表面付近における流速が遅くなり、やはり不純物６が微粒子の表面に付着しやくなる。
【実施例１】
【００３８】
次に、本発明の実施例１について説明する。流路２１は、深さ及び幅ともに２００μｍとし、長さを３０ｍｍとした。親水性粒子４として、流路２１の内壁に直径１０ｎｍ〜３０ｎｍの酸化チタン微粒子を付着した。
【００３９】
（製造方法）
２つのＳｉＯ２基板を準備する。一方の基板に流路用溝２０を形成して流路基板２を作製する。他方の基板に導入口３０と排出口３１を形成して蓋基板３を形成する。
【００４０】
次に、流路基板２と蓋基板３とを真空度１×１０−４Ｐａの真空槽に配置し、流路基板２の接合面２ａと蓋基板３の接合面３ａに１．２ｋＶ／１０ｍＡでＡｒ原子ビームを照射し、常温接合により流路基板２と蓋基板３とを接合した。
【００４１】
次に、エタノールの溶媒に親水性微粒子４としてＴｉＯ２微粒子を分散させたＴｉＯ２微粒子分散溶液を流速１ｍｌ／ｍｉｎで流通させた後、窒素および酸素の混合気体を流路２１に流通させながら４５０℃焼成して、流路２１の側壁にＴｉＯ２微粒子を担持させる。ここで用いるＴｉＯ２微粒子分散溶液は、チタンイソプロポキシド７ｇ、エタノール２０ｍｌ、水０．４ｇ、硝酸０．５５ｇを窒素中、室温で混合し、２時間窒素中で放置した後、ポリアクリル酸２．５ｇを加えて加水分解したものにＴｉＯ２微粒子Ｐ−２５（日本アエロジル社製）を加え、４８時間撹拌して調製したものをエタノールで１０倍に希釈したものである。
【００４２】
次に、流路２１に流速２ｍｌ／ｍｉｎで水１０分間を流通させる。流通中にキセノンランプでＴｉＯ２が付着した流路２１の部分に光を照射する。
【００４３】
その後、続けて直径２μｍのポリスチレン微粒子を水に分散された分散液を流路２１に流速１７ｍｌ／ｍｉｎで流通させたところ、作製した分散液５００ｍｌをすべてを詰まることなく３０分で流すことができた。
【００４４】
（比較例１）
本実施例１と同様に流路基板と蓋基板とを作製し、両者を温度６００℃の下で陽極接合して貼り合せた。流路にスチレン微粒子分散液を流すと側壁の応力により発生する流速分布によって時間につれてスチレン微粒子は側壁に付着していき、５００ｍｌの分散液に対して１００ｍｌ流し終えた時点で詰まった。
【００４５】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、その発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々と変形実施が可能である。
【００４６】
上記実施の形態では、流体として液体を用いた場合について説明したが、気体でもよい。  
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る流路構造体の斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図４（ａ）は、流体の流れる様子を示す断面図、図４（ｂ）は、流速分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  流路構造体、２  流路基板、２ａ  上面、３  蓋基板、３ａ  下面、
３ｂ  壁面構成面、４  親水性微粒子、５  流体、５ａ  保水部、６  不純物、
２０  流路用溝、２０ａ，２０ｂ  側面、２０ｃ  底面、２１  流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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