(57)【要約】【課題】複数のマイクロ流路間を容易にでき、従って容易に製造可能なマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】マイクロ流体デバイス１は、第１のマイクロ流路２と、第１のマイクロ流路２の一端部に接続され、第１のマイクロ流路２よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路３とを有する。マイクロ流体デバイス１は、第１のマイクロ流路２を構成する線条溝１３が形成された第１の基板１０と、板面方向に直線状に配列された線条溝よりも幅狭の複数の貫通孔２１が形成された第２の基板２０とを備えている。線条溝１３の延びる方向と複数の貫通孔２１の配列方向とが交差すると共に、複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかと線条溝１３とが接続されて線条溝１３と接続された貫通孔２１ａにより第２のマイクロ流路３が構成されるように、第１の基板１０と第２の基板２０とが貼り合わされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のマイクロ流路と、前記第１のマイクロ流路の一端部に接続され、前記第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイスであって、
対向する一対の主面を有し、一方の主面側に前記第１のマイクロ流路を構成する線条溝が形成された第１の基板と、
対向する一対の主面を有し、少なくとも一方の主面側に開口し、板面方向に直線状に配列された前記線条溝よりも幅狭の複数の溝または貫通孔が形成された第２の基板と、
を備え、
前記線条溝の延びる方向と前記複数の溝または貫通孔の配列方向とが交差すると共に、前記複数の溝または貫通孔のうちのひとつまたはいくつかと前記線条溝とが接続されて前記線条溝と接続された前記溝または貫通孔により前記第２のマイクロ流路が構成されるように、前記第１の基板の一方の主面と前記第２の基板の一方の主面とが貼り合わされていることを特徴とする、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第２のマイクロ流路を介して前記第１のマイクロ流路と接続され、前記第２のマイクロ流路よりも大きな流路面積を有する第３のマイクロ流路をさらに有し、
前記第２の基板には、前記複数の貫通孔が形成されており、
対向する一対の主面を有し、一方の主面側に前記第３のマイクロ流路を構成する線条溝が形成された第３の基板をさらに備え、
前記第３の基板に形成された線条溝と前記複数の貫通孔の配列方向とが略並行となると共に、前記第３の基板に形成された線条溝と少なくとも前記第１の基板に形成された線条溝と接続された１または複数の貫通孔とが接続されるように、前記第２の基板の他方の主面と前記第３の基板の一方の主面とが貼り合わされている、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
途中部において前記第１のマイクロ流路の他端部に接続され、前記第１のマイクロ流路と交差する第４のマイクロ流路をさらに有する、請求項１または２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記第１のマイクロ流路と、前記第２のマイクロ流路と、前記第４のマイクロ流路とを含むマイクロ流体秤量ユニットを複数備えた、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記第１の基板は、線条の貫通孔が形成された第４の基板と、前記第４の基板に積層され、前記線条の貫通孔の一方側を閉塞することで、前記線条溝を形成する第５の基板とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記第１の基板の一方の主面と前記第２の基板の一方の主面とは、前記線条溝の延びる方向と前記複数の溝または貫通孔の配列方向とが略垂直となるように貼り付けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
第１のマイクロ流路と、前記第１のマイクロ流路の一端部に接続され、前記第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイスの製造方法であって、
対向する一対の主面を有し、一方の主面側に前記第１のマイクロ流路を構成する線条溝が形成された第１の基板を用意する工程と、
対向する一対の主面を有し、少なくとも一方の主面側に開口し、板面方向に直線状に配列された前記線条溝よりも幅狭の複数の溝または貫通孔が形成された第２の基板を用意する工程と、
前記線条溝の延びる方向と前記複数の溝または貫通孔の配列方向とが交差すると共に、前記複数の溝または貫通孔のうちのひとつまたはいくつかと前記線条溝とが接続されて前記線条溝と接続された前記溝または貫通孔により前記第２のマイクロ流路が構成されるように、前記第１の基板の一方の主面と前記第２の基板の一方の主面とを貼り合わせる工程と、
を備えていることを特徴とする、マイクロ流体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイス、特に、第１のマイクロ流路と、第１のマイクロ流路の一端部に接続され、第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、第１のマイクロ流路と、第１のマイクロ流路の一端部に接続され、第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイスが種々知られている。
【０００３】
このようなマイクロ流体デバイスの例としては、例えば特許文献１及び２に開示されたパッシブバルブや、ストップバルブ、アクティブバルブなどが挙げられる。
【特許文献１】特開２００６−１４２４４８号公報
【特許文献２】特開２００４−１６３１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、流路面積の異なる複数種類の流路を一枚の基板内に形成することは困難である。このため、特許文献１及び２に開示されたパッシブバルブのように、流路面積の異なる第１及び第２のマイクロ流路が形成されたマイクロ流体デバイスの製造方法として、第１のマイクロ流路が形成された第１の基板と、第２のマイクロ流路が形成された第２の基板とを貼り合わせることによりマイクロ流体デバイスを製造する方法が考えられる。
【０００５】
しかしながら、第１及び第２のマイクロ流路は、いずれも非常に細い。このため、第１のマイクロ流路と第２のマイクロ流路とを確実に接続するためには、第１の基板と第２の基板とを高精度に貼り合わせる必要があるが、第１の基板と第２の基板とを高い位置精度で貼り合わせることは非常に困難である。従って、上述の製造方法では、マイクロ流体デバイスの製造が困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のマイクロ流路間を容易にでき、従って容易に製造可能なマイクロ流体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るマイクロ流体デバイスは、第１のマイクロ流路と、第２のマイクロ流路とを有する。第２のマイクロ流路は、第１のマイクロ流路の一端部に接続されている。第２のマイクロ流路は、第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する。本発明に係るマイクロ流体デバイスは、第１の基板と、第２の基板とを備えている。第１の基板は、対向する一対の主面を有する。第１の基板には、一方の主面側に第１のマイクロ流路を構成する線条溝が形成されている。第２の基板は、対向する一対の主面を有する。第２の基板には、少なくとも一方の主面側に開口し、板面方向に直線状に配列された線条溝よりも幅狭の複数の溝または線条溝よりも幅狭の複数の貫通孔が形成されっている。第１の基板の一方の主面と第２の基板の一方の主面とは、線条溝の延びる方向と複数の溝または貫通孔の配列方向とが交差すると共に、複数の溝または貫通孔のうちのひとつまたはいくつかと線条溝とが接続されて線条溝と接続された溝または貫通孔により第２のマイクロ流路が構成されるように貼り合わされている。
【０００８】
なお、本明細書において「貼り合わせ」とは、接着剤、粘着剤やエネルギー硬化性樹脂などを使用して貼り合わせることや、圧着、熱融着など、２つの部材が離れないように半永久的に固定されることに限定されず、単に圧力をかけるのみによって一時的に固定することも含むものとする。
【０００９】
また、「流路面積」とは、流路を流路の延びる方向に対して垂直に切断したときの流路の横断面の面積をいうものとする。
【００１０】
「幅狭の複数の貫通孔」とは、貫通方向から視たときに、第２のマイクロ流路の延びる方向に対して垂直な方向における貫通孔の幅が線条溝の幅よりも狭いことをいう。
【００１１】
本発明のある特定の局面では、マイクロ流体デバイスは、第２のマイクロ流路を介して第１のマイクロ流路と接続され、第２のマイクロ流路よりも大きな流路面積を有する第３のマイクロ流路をさらに有し、第２の基板には、複数の貫通孔が形成されており、対向する一対の主面を有し、一方の主面側に第３のマイクロ流路を構成する線条溝が形成された第３の基板をさらに備え、第３の基板に形成された線条溝と複数の貫通孔の配列方向とが略並行となると共に、第３の基板に形成された線条溝と少なくとも第１の基板に形成された線条溝と接続された１または複数の貫通孔とが接続されるように、第２の基板の他方の主面と第３の基板の一方の主面とが貼り合わされている。
【００１２】
本発明の別の特定の局面では、マイクロ流体デバイスは、途中部において第１のマイクロ流路の他端部に接続され、第１のマイクロ流路と交差する第４のマイクロ流路をさらに有している。
【００１３】
ここで、「交差する」とは、斜め方向または垂直に延びることをいう。言い換えれば、「交差する」とは、平行ではない方向に延びることをいい、「交差する」には、所謂ねじれの位置関係にあり、平面視において交差する場合も含まれるものとする。従って、本発明の別の特定の局面では、第４のマイクロ流路は第１のマイクロ流路に対して垂直または斜めに延びている。なお、「交差する」は「角度をなしている」とも言い換えることができる。
【００１４】
本発明のさらに別の局面では、マイクロ流体デバイスは、第１のマイクロ流路と、第２のマイクロ流路と、第４のマイクロ流路とを含むマイクロ流体秤量ユニットを複数備えている。
【００１５】
本発明の他の特定の局面では、第１の基板は、線条の貫通孔が形成された第４の基板と、第４の基板に積層され、線条の貫通孔の一方側を閉塞することで、線条溝を形成する第５の基板とを含んでいる。
【００１６】
本発明のさらに他の特定の局面では、第１の基板の一方の主面と第２の基板の一方の主面とは、線条溝の延びる方向と複数の溝または貫通孔の配列方向とが略垂直となるように貼り付けられている。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの製造方法は、第１のマイクロ流路と、第１のマイクロ流路の一端部に接続され、第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイスの製造方法である。本発明に係るマイクロ流体デバイスの製造方法は、対向する一対の主面を有し、一方の主面側に第１のマイクロ流路を構成する線条溝が形成された第１の基板を用意する工程と、対向する一対の主面を有し、少なくとも一方の主面側に開口し、板面方向に直線状に配列された線条溝よりも幅狭の複数の溝または貫通孔が形成された第２の基板を用意する工程と、線条溝の延びる方向と複数の溝または貫通孔の配列方向とが交差すると共に、複数の溝または貫通孔のうちのひとつまたはいくつかと線条溝とが接続されて線条溝と接続された溝または貫通孔により第２のマイクロ流路が構成されるように、第１の基板の一方の主面と第２の基板の一方の主面とを貼り合わせる工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、第１の基板の線条溝の延びる方向と、第２の基板の複数の溝または貫通孔の配列方向とが交差するように第１の基板と第２の基板とが貼り合わされている。このため、第１の基板と第２の基板との貼り合わせ位置が線条溝の延びる方向と垂直な方向にずれたとしても、第１の基板の線条溝と、第２の基板の複数の溝または貫通孔のうちのひとつまたはいくつかとが確実に接続される。従って、第１の基板と第２の基板との貼り合わせにおいて要求される位置決め精度が低くなるため、本発明によれば、容易に製造可能なマイクロ流体デバイスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。下記第１〜第３の実施形態及び変形例では、本発明を実施したマイクロ流体デバイスとして、パッシブバルブを利用したマイクロ流体秤量デバイス、マイクロ流体混合デバイス、ストップバルブを利用したマイクロ流体デバイス、アクティブバルブを利用したマイクロ流体デバイスを例に挙げて説明する。
【００２０】
但し、下記第１〜第４の実施形態は、本発明に係るマイクロ流体デバイスの単なる例示である。本発明に係るマイクロ流体デバイスは、第１のマイクロ流路と、第１のマイクロ流路の一端部に接続され、第１のマイクロ流路よりも小さな流路面積を有する第２のマイクロ流路とを有するマイクロ流体デバイスである限り、特に限定されない。本発明に係るマイクロ流体デバイスにおいて、第１のマイクロ流路と第２のマイクロ流路とはバルブとは異なる部材を構成するものであってもよい。
【００２１】
（第１の実施形態）
−マイクロ流体秤量デバイス１の構成−
第１の実施形態では、図１に示すパッシブバルブ７を利用したマイクロ流体秤量デバイス１について説明する。図１は、マイクロ流体秤量デバイス１の要部の構成を表す概念図である。図２は、マイクロ流体秤量デバイス１の要部を表す分解斜視図である。図３は、各流路の位置関係を説明するための略図的平面図である。図４は、図３に示す切り出し線ＶＩ−ＶＩで切り出された部分の断面図である。図５は、第１の基板１０の斜視図である。図６は、第３の基板３０の斜視図である。図７〜図９は、マイクロ流体秤量デバイス１の動作を説明するための概念図である。
【００２２】
マイクロ流体秤量デバイス１は、マイクロリットルオーダー以下のオーダーの液体を秤量するためのものである。具体的には、マイクロ流体秤量デバイス１は、ピコリットル〜マイクロリットルオーダーの液体を秤量するものであってもよい。
【００２３】
まず、図１を参照しつつ、第１の実施形態に係るマイクロ流体秤量デバイス１の要部構成について説明する。マイクロ流体秤量デバイス１は、マイクロ流体秤量ユニット６と、第３のマイクロ流路４とを備えている。マイクロ流体秤量ユニット６は、パッシブバルブ７と、第４のマイクロ流路５とを備えている。
【００２４】
パッシブバルブ７は、第１のマイクロ流路２と、第２のマイクロ流路３とを備えている。第２のマイクロ流路３は、第１のマイクロ流路２の一方の端部に接続されている。第２のマイクロ流路３は、第１のマイクロ流路２からほぼ第２のマイクロ流路３の延びる方向に延びている。
【００２５】
第２のマイクロ流路３は、第１のマイクロ流路２よりも小さな流路面積を有する。詳細には、第２のマイクロ流路３は、第１のマイクロ流路２から供給された液体が第２のマイクロ流路３においてラプラス圧によって停止する程度の流路面積に形成されている。具体的には、第２のマイクロ流路３の流路面積は、第１のマイクロ流路２の流路面積の１／２以下であることが好ましい。第２のマイクロ流路３の流路面積は、第１のマイクロ流路２の流路面積の１／１０以上であることが好ましい。さらに具体的には、第１のマイクロ流路２は、横断面矩形状である場合、高さ及び幅が１００μｍオーダーであってもよい。一方、第２のマイクロ流路３は、断面矩形状である場合、高さ及び幅が１〜５０μｍ程度であってもよく、特には５〜２５μｍ程度であることが好ましい。第１のマイクロ流路２の高さは、第２のマイクロ流路３の高さの１〜１０倍程度であってもよく、１〜５倍程度であることが好ましい。
【００２６】
第１のマイクロ流路２は、後述する第４のマイクロ流路５から供給された液体を秤量する部分である。第１のマイクロ流路２の容量は、秤取しようとする液体の体積に応じて適宜設定される。例えば、ピコリットル〜マイクロリットルコーダーの微小体積の液体を秤取しようとする場合は、第１のマイクロ流路２の容量はピコリットル〜マイクロリットルオーダーに設定される。具体的には、その場合には、第１のマイクロ流路２の容量は、１ピコリットル以上９９９マイクロリットル以下であることが好ましく、３ピコリットル以上１００マイクロリットル以下であることがより好ましく、５ピコリットル以上５０マイクロリットル以下であることが特に好ましい。
【００２７】
第１のマイクロ流路２の他方の端部には、第４のマイクロ流路５が接続されている。第４のマイクロ流路５は、第１のマイクロ流路２の延びる方向に対してほぼ垂直に延びている。第４のマイクロ流路５は、第１のマイクロ流路２に対して秤取対象となる液体を供給するための流路である。第４のマイクロ流路５には、秤取対象となる液体が溜められた液溜及びポンプ（共に図示せず）が接続されている。これにより、第４のマイクロ流路５に対して秤取しようとする液体や空気が供給される。なお、第４のマイクロ流路５の流路面積は、秤取しようとする液体や気体が通過可能である限りにおいて、特に限定されない。
【００２８】
一方、第２のマイクロ流路３の先端部には、第３のマイクロ流路４が接続されている。第３のマイクロ流路４は、第２のマイクロ流路３と交差している。具体的には、第３のマイクロ流路４は、第２のマイクロ流路３の延びる方向に対して略垂直に延びている。この第３のマイクロ流路４は、秤取された液体を検出部などに移送するための流路である。第３のマイクロ流路４の流路面積は、秤取された液体が移送可能な限りにおいて特に限定されない。
【００２９】
なお、第１〜第４のマイクロ流路１〜５は、撥水性の流路壁を有するものであってもよいし、親水性の流路壁を有するものであってもよい。第１〜第４のマイクロ流路１〜５の流路壁に撥水性または親水性を付与する方法は特に限定されないが、例えば撥水処理または親水処理を施すことで流路壁に撥水性または親水性を付与してもよい。また、撥水性または親水性を有する材料により流路壁を形成してもよい。
【００３０】
次に、図２〜図４を参照しつつ、マイクロ流体秤量デバイス１の詳細構造について説明する。図２に示すように、マイクロ流体秤量デバイス１は、第１の基板１０と、第２の基板２０と、第３の基板３０とを備えている。各基板１０，２０，３０の材質は特に限定されない。各基板１０，２０，３０は、樹脂基板、ガラス基板、セラミックス基板、金属基板などであってもよい。樹脂基板の具体例としては、アクリル基板、ポリカーボネート基板、ポリエチレン基板、ポリスチレン基板、塩化ビニル基板、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合合成樹脂（ＡＢＳ樹脂）などが挙げられる。
【００３１】
図４に示すように、第１の基板１０は、対向する第１の主面１０ａ及び第２の主面１０ｂを備えている。図５に示すように、第１の基板１０の第１の主面１０ａ側には、線条溝１３及び１４が形成されている。線条溝１３と線条溝１４とは、垂直に配置されている。線条溝１３の一方の端部には、線条溝１４の途中部が接続されている。第１のマイクロ流路２は、線条溝１３により構成されている。一方、第４のマイクロ流路５は、線条溝１４により構成されている。
【００３２】
具体的には、図２、図４及び図５に示すように、第１の基板１０は、貼り合わされた第４の基板１１及び第５の基板１２を備えている。第４の基板１１は、第１の主面１０ａ側に位置している。第５の基板１２は、第２の主面１０ｂ側に位置している。第４の基板１１と第５の基板１２とは貼り合わされている。
【００３３】
第４の基板１１と第５の基板１２との貼り合わせ方法は特に限定されない。例えば、接着剤、粘着剤、エネルギー硬化樹脂などを用いて第４の基板１１と第５の基板１２とを貼り合わせてもよいし、第４の基板１１と第５の基板１２とを熱融着または圧着させてもよい。さらには、第４の基板１１と第５の基板１２とを相互に近接する方向に押圧することで第４の基板１１と第５の基板１２とを貼り合わせてもよい。なお、エネルギー硬化樹脂の例としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などが挙げられる。
【００３４】
図２に示すように、第４の基板１１には、線条の貫通孔１１ａ及び１１ｂが形成されている。これら線条の貫通孔１１ａ及び１１ｂの一方の開口が第５の基板１２により閉塞されることにより、線条溝１３及び１４が形成されている。
【００３５】
第２の基板２０には、複数の線条貫通孔２１が形成されている。複数の線条貫通孔２１は、直線状に等間隔に配列されている。複数の線条貫通孔２１は、相互に略並行である。図３に示すように、線条貫通孔２１の幅Ｗ2は、第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1よりも狭い。具体的には、後述のように、複数の線条貫通孔２１のひとつまたはいくつかが第２のマイクロ流路３を構成することとなるため、線条貫通孔２１の幅Ｗ2は、好ましくは第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1の１／２以下に形成されている。また、隣接する線条貫通孔２１の間隔Ｗ3は、第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1よりも狭いことが好ましい。
【００３６】
線条貫通孔２１の数は特に限定されない。線条貫通孔２１は、２つでもよく、３つ以上でもよい。線条貫通孔２１は、両端に位置する線条貫通孔２１相互間の距離が第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1よりも広くなるような数以上形成されていることが好ましい。また、線条貫通孔２１は、連続して形成されてなくてもよい。例えば、周期的に設けられていてもよい。具体的には、図１９、図２０に示すように、２〜１０本の線条貫通孔２１が周期的に設けられていてもよい。
【００３７】
なお、図３は、第１のマイクロ流路２と１つの線条貫通孔２１とが接続される場合を表している。しかしながら、図１７〜図２０に示すように、第１のマイクロ流路２には、複数の線条貫通孔２１が接続されていてもよい。また、図１８及び図２０に示すように、平面視において、その一部においてのみ第１のマイクロ流路２と接続された線条貫通孔２１が存在してもよい。図１７に示す場合は、第１のマイクロ流路２に接続される線条貫通孔２１の本数をｎ本とすると、Ｗ1≧ｎＷ2＋（ｎ−１）Ｗ3となることが好ましい。ただし、ｎは１以上の整数である。図１８に示す場合は、Ｗ1≧（ｎ−２）Ｗ2＋（ｎ−１）Ｗ3となることが好ましい。ただし、ｎが３以上の整数である。ｎ＝２である場合は、第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1は、Ｗ1＝Ｗ3となる。
【００３８】
図４に示すように、第３の基板３０は、対向する第１の主面３０ａ及び第２の主面３０ｂを有する。図２及び図６にも示すように、第３の基板３０の第１の主面３０ａ側には、線条溝３３が形成されている。第４のマイクロ流路５は、この線条溝３３により構成されている。
【００３９】
具体的には、図２、図４及び図６に示すように、第３の基板３０は、貼り合わされた第６の基板３１及び第７の基板３２を備えている。第６の基板３１は、第１の主面３０ａ側に位置している。第７の基板３２は、第２の主面３０ｂ側に位置している。図２に示すように、第６の基板３１には線条貫通孔３１ａが形成されている。この線条貫通孔３１ａの一方の開口が第７の基板３２により閉塞されることによって図６などに示す線条溝３３が形成されている。
【００４０】
なお、第６の基板３１と第７の基板３２との貼り合わせ方法は、上記第４の基板１１と第５の基板１２との貼り合わせ方法と同様に、特に限定されない。
【００４１】
主として図２及び図３に示すように、第１の基板１０の第１の主面１０ａと第２の基板２０の第１の主面２０ａとは、線条溝１３と複数の貫通孔２１の配列方向Ｘとが交差するように貼り合わされている。具体的には、線条溝１３と複数の貫通孔２１の配列方向Ｘとが略垂直となるように第１の基板１０と第２の基板２０とが貼り合わされている。第１の基板１０と第２の基板２０とが張り合わされることにより、第１のマイクロ流路２を構成する線条溝１３と、複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかとが接続されている。具体的には、図３に示す場合では、線条溝１３と、複数の貫通孔２１のうちのひとつの貫通孔２１ａとが接続されている。この線条溝１３と接続された貫通孔２１ａが第２のマイクロ流路３を構成している。
【００４２】
一方、第２の基板２０の第２の主面２０ｂと第３の基板３０の第１の主面３０ａとは、第３のマイクロ流路４を構成する線条溝３３の延びる方向と複数の貫通孔２１の配列方向Ｘとが略並行となるように貼り合わされている。
【００４３】
第２の基板２０と第３の基板３０とが張り合わされることにより、第２のマイクロ流路３を構成する貫通孔２１ａと、第３のマイクロ流路４を構成する線条溝３３とが接続される。これにより、第１のマイクロ流路２と第３のマイクロ流路４とが第２のマイクロ流路３を介して接続された構造が形成される。
【００４４】
なお、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ方法、第２の基板２０と第３の基板３０との貼り合わせ方法は特に限定されない。例えば、接着剤、粘着剤、エネルギー硬化樹脂などを用いて基板同士を貼り合わせてもよいし、基板同士を熱融着または圧着させてもよい。さらには、相互に近接する方向に押圧することで基板同士を貼り合わせてもよい。なお、エネルギー硬化樹脂の例としては、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などが挙げられる。
【００４５】
−マイクロ流体秤量デバイス１の使用方法−
次に、図７〜図９を参照しつつ、マイクロ流体秤量デバイス１を使用した液体の秤量方法について説明する。
【００４６】
まず、図７に示すように、図７における左側から第４のマイクロ流路５に秤量対象となる液体Ｌが導入される。第４のマイクロ流路５に導入された液体Ｌは、第１のマイクロ流路２にも引き込まれる。第１のマイクロ流路２に引き込まれた液体Ｌは、第２のマイクロ流路３の入口境界面又は出口境界面付近で停止する。これは、第２のマイクロ流路３における気液界面の表面張力に起因するラプラス圧が流体の背圧と釣合うためである。
【００４７】
第２のマイクロ流路３において液体Ｌが停止していられる背圧の上限値は、ラプラスの法則に従い、気液界面の表面張力と第２のマイクロ流路３にできる気液界面の曲率半径で決まる。ラプラスの法則は、背圧（Ｐ）により膨張可能な気液界面が、２つの主な曲率半径（Ｒ１、Ｒ２）によって分けられた気液界面内の張力（σ）に起因するラプラス圧と平衡下で等しいことを大まかに述べており、これはＰ＝σ（１／Ｒ１＋１／Ｒ２）で表せる。第２のマイクロ流路３が矩形断面をもつとき、その矩形の一辺の長さをａ、他辺の長さをｂ、と表すと、０．５＜ａ／ｂ＜２のとき、Ｒ１=ａ／２、Ｒ２=ｂ／２と近似でき、Ｐ＝２σ（１／ａ＋１／ｂ）となる。ａ／ｂ＜０．１のとき、Ｐ＝４σ／ａと近似され、ａ／ｂ＞１０のとき、Ｐ＝４σ/ｂと近似される。ここで、σは、温度依存の物性値で、例えば純水であれば、５℃〜３５℃の範囲で、７０〜７５ｄｙｎ／ｃｍ程度である。なお、第２のマイクロ流路３の断面形状が矩形ではない場合においても、横断面積をＳ、横断面の周辺長をＬとすれば、ラプラス圧は、おおまかにＰ＝σＬ／Ｓと近似される。
【００４８】
したがって、「第２のマイクロ流路３が、第１のマイクロ流路２よりも小さい流路面積を有する」とは、具体的には、第２のマイクロ流路３の横断面積に対する該横断面の辺周の比率が、第１のマイクロ流路２の横断面積に対する該横断面の辺周の比率よりも２倍以上１０倍以下であることをいう。
【００４９】
第２のマイクロ流路３の入口境界面で停止するか、出口境界面付近で停止するかは、第２のマイクロ流路３を形成する流路壁の濡れ性、すなわち流路壁が濡れやすい性質を有するか、濡れにくい性質を有するかによってきまる。
【００５０】
尚、本明細書において、「濡れにくい性質」と、「相対的に毛管引力が働きにくい性質」とは、実質的に同義である。例えば、第２のマイクロ流路３が第１のマイクロ流路２よりも濡れにくいとは、液体Ｌが第１のマイクロ流路２に引き込まれたときに、そのままの圧力では第２のマイクロ流路３を流れる事ができないことをいう。濡れにくい性質の大小は、接触角の大小で規定できる。例えば、「流路が液体Ｌに対して濡れにくい性質を有する」とは、液体Ｌと流路壁との接触角が９０度以上であることをいう。
【００５１】
図７に示すように、第４のマイクロ流路５と第１のマイクロ流路２とに液体Ｌが引き込まれた後に、図８に示すように、第４のマイクロ流路５に残存する液体Ｌが第４のマイクロ流路５の第１のマイクロ流路２が接続された部分よりも下流側に送られる。この液体Ｌの移送は、例えば、第４のマイクロ流路５の両端部に適当な圧力差を形成するなどによって行われる。また、第４のマイクロ流路５に残存する液体Ｌを第４のマイクロ流路５から取り除いてもよい。これにより、第１のマイクロ流路２内の液体Ｌが孤立する。
【００５２】
この際、第１のマイクロ流路２内の液体Ｌは、通常、第４のマイクロ流路５内に実質的に戻らない。よって、例えば、第１のマイクロ流路２の液体Ｌが第２のマイクロ流路３の入口境界面付近でせき止められている場合は、第１のマイクロ流路２の容積に応じた体積の液体Ｌが秤取される。
【００５３】
一方、第１のマイクロ流路２の液体Ｌが第２のマイクロ流路３の出口境界面付近でせき止められている場合は、第１のマイクロ流路２の容積と第２のマイクロ流路３の容積との和に応じた体積の液体Ｌが秤取される。通常、第２のマイクロ流路３の容積は第１のマイクロ流路２の容積よりも非常に小さい。このため、実質的には、第１のマイクロ流路２の容積に応じた体積の液体Ｌが秤取される。
【００５４】
図９に示すように、このようにして第１のマイクロ流路２、若しくは第１のマイクロ流路２と第２のマイクロ流路３とにおいて秤量された液体Ｌは、第４のマイクロ流路５の圧力が第３のマイクロ流路４の圧力と第４の流路の気液界面におけるラプラス圧の和よりも相対的に高くなるように調節することで、第２のマイクロ流路３を経由して第３のマイクロ流路４内に移送され、秤取される。秤取された液体Ｌは、第３のマイクロ流路４を経由して、例えば反応場や分析場などの他の場所へ移送可能である。
【００５５】
−マイクロ流体秤量デバイス１の製造方法−
次に、主として図２を参照しつつ、マイクロ流体秤量デバイス１の製造方法について説明する。
【００５６】
まず、第１の基板１０と第２の基板２０と第３の基板３０を用意する。具体的には、ガラス基板や樹脂基板などに貫通孔１１ａ及び１１ｂを形成することで、第４の基板１１を作成する。貫通孔１１ａ及び１１ｂの形成方法は特に限定されないが、貫通孔１１ａ及び１１ｂは、例えばドライレジストなどのレジストを用いたリソグラフィー、打ち抜き加工、レーザー加工などにより形成することができる。リソグラフィーの具体例としては、フォトリソグラフィーやインプリントリソグラフィーなどが挙げられる。そして、作成された第４の基板１１と第５の基板１２とを貼り合わせることによって、線条溝１３及び１４が形成された第１の基板１０を得ることができる。
【００５７】
また、ガラス基板や樹脂基板などに複数の貫通孔２１を形成することで、第２の基板２０を作成する。複数の貫通孔２１の形成方法も特に限定されず、具体例としては、例えばドライレジストなどのレジストを用いたリソグラフィー、打ち抜き加工、レーザー加工などが挙げられる。
【００５８】
第３の基板３０も第１の基板１０と実質的に同様の手順により作製することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、第１の基板１０及び第３の基板３０のそれぞれを２枚の基板により構成しているが、第１の基板１０及び第３の基板３０のそれぞれは、一枚の基板により形成されていてもよい。その場合、第１の基板１０及び第３の基板３０のそれぞれは、図５に示す線条溝１３及び１４、若しくは図６に示す線条溝３３を形成することにより作製される。
【００６０】
次に、第１の基板１０と第２の基板２０と第３の基板３０とを貼り合わせることで、マイクロ流体秤量デバイス１を完成させる。第１の基板１０と第２の基板２０と第３の基板３０との貼り合わせ順番は特に限定されず、例えば、第１の基板１０と第２の基板２０と第３の基板３０とを一度に貼り合わせてもよい。また、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせた後に、第３の基板３０を貼り合わせてもよい。
【００６１】
第１の基板１０と第２の基板２０とは、線条溝１３と複数の貫通孔２１の配列方向Ｘとが交差するように貼り合わされる。これにより、第１のマイクロ流路２を構成する線条溝１３と、複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかとが接続される。具体的には、図３に示す場合では、線条溝１３と、複数の貫通孔２１のうちのひとつの貫通孔２１ａとが接続される。
【００６２】
また、第２の基板２０と第３の基板３０とは、第３のマイクロ流路４を構成する線条溝３３の延びる方向と複数の貫通孔２１の配列方向Ｘとが略並行となるように貼り合わされる。これにより、第２のマイクロ流路３を構成する貫通孔２１ａと、第３のマイクロ流路４を構成する線条溝３３とが接続される。
【００６３】
（作用及び効果）
以上説明したように、本実施形態では、貫通孔２１が複数形成された第２の基板２０と、第１のマイクロ流路２が形成された第１の基板１０とが、複数の貫通孔２１の配列方向Ｘと第１のマイクロ流路２の延びる方向Ｙとが交差するように貼り合わされている。このため、図３に示す配列方向Ｘに関して、第１の基板１０と第２の基板２０との位置が多少ずれても第１のマイクロ流路２と複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかとを確実に接続させることができる。このため、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせる際に要求される位置決め精度が低い。従って、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせが容易であり、本実施形態のマイクロ流体秤量デバイス１は容易に製造可能である。
【００６４】
なお、第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ位置がずれた場合、図１０に示すように、第１のマイクロ流路２と複数の貫通孔２１とが接続されることも考えられる。しかしながら、この場合であっても、第１のマイクロ流路２の流路面積の大きさと第２のマイクロ流路３の流路面積の大きさとの比が所定の範囲であれば、パッシブバルブとしての機能が損なわれないため、特に支障は生じない。
【００６５】
図３に示す隣接する線条貫通孔２１の間隔Ｗ3は、第１のマイクロ流路２の幅Ｗ1よりも狭いことが好ましい。この構成によれば、第１のマイクロ流路２と複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかとのより確実な接続が可能となる。
【００６６】
また、本実施形態のように、第１のマイクロ流路２の延びる方向と複数の貫通孔２１の配列方向とが直行していることが好ましい。この構成によれば、第１のマイクロ流路２と複数の貫通孔２１のうちのひとつまたはいくつかとのさらに確実な接続が可能となる。
【００６７】
第３のマイクロ流路４は、複数の貫通孔２１の配列方向Ｘと平行な方向に延びている。このため、第２の基板２０と第３の基板３０とを貼り合わせる際に要求される配列方向Ｘに関する位置決め精度が低い。従って、第２の基板２０と第３の基板３０との貼り合わせが容易となり、マイクロ流体秤量デバイスの製造がより容易となる。
【００６８】
本実施形態では、第１の基板１０が第４の基板１１と第５の基板１２とにより構成されている。そして、線条溝１３及び１４は、貫通孔１１ａ及び１１ｂの一方の開口が第５の基板１２によって閉塞されることにより形成されている。例えば、一枚の基板に線条溝１３及び１４を直接加工することは困難であるが、このように、貫通孔１１ａ及び１１ｂを形成した後に第５の基板１２により閉塞するのであれば比較的容易に線条溝１３及び１４を形成することができる。よって、第１の基板１０の作製が容易となる。
【００６９】
同様に、第３の基板３０についても、第６の基板３１に形成された貫通孔３１ａの開口の一方を第７の基板３２により閉塞することで線条溝３３を形成するようにすることで、第３の基板３０の作製が容易となる。
【００７０】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、マイクロ流体秤量ユニット６が１つだけ設けられたマイクロ流体デバイスの例について説明したが、マイクロ流体秤量ユニット６は複数設けられていてもよい。本実施形態では、マイクロ流体秤量ユニット６が複数設けられたマイクロ流体デバイスとして、図１１に示すマイクロ流体混合デバイス１ａについて説明する。
【００７１】
なお、以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素を第１の実施形態と共通の参照符号で説明し、説明を省略する。
【００７２】
図１１に示すように、第２の実施形態に係るマイクロ流体混合デバイス１ａには、第３のマイクロ流路４に接続された２つのマイクロ流体秤量ユニット６ａ及び６ｂが設けられている。このため、マイクロ流体秤量ユニット６ａで秤量された液体と、マイクロ流体秤量ユニット６ｂで秤量された液体とを第３のマイクロ流路４により混合することができる。
【００７３】
本実施形態に係るマイクロ流体混合デバイス１ａの場合、図１２に示すように、第１の基板に２組の線条溝１３及び１４を形成すると共に、マイクロ流体秤量ユニット６ａ用の複数の線条貫通孔２１ａと、マイクロ流体秤量ユニット６ｂ用の複数の線条貫通孔２１ｂとを第２の基板２０に形成するようにすればよい。
【００７４】
本実施形態の場合であっても、マイクロ流体秤量ユニット６ａ用の第１のマイクロ流路２と、複数の線条貫通孔２１ａのひとつまたはいくつかとを確実に接続させることができる。同様に、マイクロ流体秤量ユニット６ｂ用の第１のマイクロ流路２と、複数の線条貫通孔２１ｂのひとつまたはいくつかとを確実に接続させることができる。従って、本実施形態に係るマイクロ流体混合デバイス１ａは、容易に製造することができる。
【００７５】
（第３の実施形態）
上記第１の実施形態では、パッシブバルブとして第１のマイクロ流路２と第２のマイクロ流路３とが使用される例について説明したが、本発明において、第１のマイクロ流路２と第２のマイクロ流路３とはストップバルブとして用いられてもよい。本実施形態では、図１３に示すストップバルブ４０を有するマイクロ流体デバイス１ｂについて説明する。
【００７６】
図１３に示すように、ストップバルブ４０は、第１のマイクロ流路２と第２のマイクロ流路３とを備えている。第２のマイクロ流路３は、第１のマイクロ流路２の先端部に接続されている。第１のマイクロ流路２には、図１３において左側から右側へと流れる液体が供給される。第２のマイクロ流路３の先端は、開放されている。具体的には、第２のマイクロ流路３の先端は、大気と接続されている。第２のマイクロ流路３は、例えば図１３における右方向に延ばされることにより大気と接続されていてもよい。また、第２のマイクロ流路３は、第１の基板１０や第２の基板２０に形成された貫通孔により大気と接続されていてもよい。
【００７７】
本実施形態では、第２のマイクロ流路３の流路面積は、気体を通過させるものの、第１のマイクロ流路２を流れる液体は、原則として通過させないような大きさに設定されている。このため、第１のマイクロ流路２を流れる液体は、第１のマイクロ流路２においてせき止められる。
【００７８】
図１５に示すように、マイクロ流体デバイス１ｂは、第１の基板１０と第２の基板２０と第３の基板３０を備えている。ここで、第２の基板２０は、貫通孔３１ａの幅を除いて、上記第１の実施形態における第２の基板２０と実質的に等しいものである。
【００７９】
第１の基板１０は、第４の基板１１ｃと第５の基板１２とを備えている。第５の基板１２は、上記第１の実施形態の第５の基板１２と実質的に等しいものである。本実施形態では、第４の基板１１ｃには、線条の貫通孔１１ｄが形成されている。この貫通孔１１ｄの一方の開口が第２の基板３０の末端の開放部とつながり大気解放されることによって、図１４に示すように第１のマイクロ流路２が形成されている。
【００８０】
本実施形態においても、図１４に示すように、第１のマイクロ流路２の延びる方向と、複数の線条貫通孔２１の配列方向とが交差するように、第１の基板１０と第２の基板２０とが貼り合わされている。このため、第１の基板１０と第２の基板２０とを貼り合わせる際に要求される位置決め精度が低い。従って、本実施形態に係るマイクロ流体デバイス１ｂも容易に製造することができる。
【００８１】
なお、本実施形態では、第２の基板２０に複数の貫通孔２１を形成する例について説明したが、複数の貫通孔２１に替えて複数の溝を形成してもよい。
【００８２】
（変形例）
上記第１の実施形態において説明したマイクロ流体秤量デバイス１は、使用方法によっては、図１６に示すようにアクティブバルブとしても使用することができる。
【００８３】
マイクロ流体秤量デバイス１をアクティブバルブとして使用する場合は、第３のマイクロ流路４を液体の流路とし、第４のマイクロ流路５を気体導入経路として使用する。第４のマイクロ流路５から気体を第３のマイクロ流路４に供給することで、図１６に示すように、第３のマイクロ流路４に気泡が形成される。これにより、第３のマイクロ流路４を流れる液体がせき止められ、バルブとしての機能が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】第１の実施形態に係るマイクロ流体秤量デバイスの要部の構成を表す概念図である。
【図２】第１の実施形態に係るマイクロ流体秤量デバイスの要部を表す分解斜視図である。
【図３】第１の実施形態における各流路の位置関係を説明するための略図的平面図である。
【図４】図３に示す切り出し線ＶＩ−ＶＩで切り出された部分の断面図である。
【図５】第１の基板の斜視図である。
【図６】第３の基板の斜視図である。
【図７】マイクロ流体秤量デバイスの動作を説明するための概念図である。
【図８】マイクロ流体秤量デバイスの動作を説明するための概念図である。
【図９】マイクロ流体秤量デバイスの動作を説明するための概念図である。
【図１０】第１の基板１０と第２の基板２０との貼り合わせ位置がずれた場合を説明するための略図的平面図である。
【図１１】第２の実施形態に係るマイクロ流体混合デバイスの要部の構成を表す概念図である。
【図１２】第２の実施形態における各流路の位置関係を説明するための略図的平面図である。
【図１３】第３の実施形態に係るマイクロ流体デバイスのストップバルブ部分の構成を表す概念図である。
【図１４】第３の実施形態における各流路の位置関係を説明するための略図的平面図である。
【図１５】第３の実施形態に係るマイクロ流体秤量デバイスの要部を表す分解斜視図である。
【図１６】第１の実施形態において説明したマイクロ流体デバイスをアクティブバルブとして用いる場合を説明するための概念図である。
【図１７】第１のマイクロ流路と線条貫通孔との接続状態のバリエーションを表す図である。
【図１８】第１のマイクロ流路と線条貫通孔との接続状態のバリエーションを表す図である。
【図１９】第１のマイクロ流路と線条貫通孔との接続状態のバリエーションを表す図である。
【図２０】第１のマイクロ流路と線条貫通孔との接続状態のバリエーションを表す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１…マイクロ流体デバイス（マイクロ流体秤量デバイス）
２…第１のマイクロ流路
３…第２のマイクロ流路
４…第３のマイクロ流路
５…第４のマイクロ流路
６…マイクロ流体秤量ユニット
７…パッシブバルブ
１０…第１の基板
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…第４の基板
１１ａ…貫通孔
１２…第５の基板
１３…線条溝
１４…線条溝
２０…第２の基板
２０ａ…第１の主面
２０ｂ…第２の主面
２１…線条貫通孔
３０…第３の基板
３０ａ…第１の主面
３０ｂ…第２の主面
３１…第６の基板
３１ａ…線条貫通孔
３２…第７の基板
３３…線条溝
【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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