(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ微小な相当直径の断面を有する複数の導入流路と、微小な相当直径の断面を有し上記の複数の導入流路が合流して形成される合流路とをそなえ、上記の複数の導入流路から導入された液体を該合流路で合流／反応させる、流通型微小混合器において、
該導入流路を形成する内壁面よりも、該液体に対する親和性の低い低親和部が、該導入流路の合流部の直ぐ上流側において該内壁面の一部に設けられている
ことを特徴とする、流通型微小混合器。
【請求項２】
該液体に対する親和性の低い低親和部が、該導入流路への該液体の注入点を挟むようにしてさらに一組設けられている
ことを特徴とする、請求項１記載の流通型微小混合器。
【請求項３】
該低親和部が、水に対する接触角が８０度以上の材料により構成されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の流通型微小混合器。
【請求項４】
該低親和部が、温度変化に応じて該親和性の度合いが変化する親和度変化部材により構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の流通型微小混合器。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかの項に記載の流通型微小混合器と、該流通型微小混合器内の該液体を輸送するための液体輸送手段とをそなえて構成されている
ことを特徴とする、混合装置。
【請求項６】
該液体輸送手段が、該導入流路内に取り付けられた１対の電極と、該電極間の電圧を制御する電圧制御手段により構成されている
ことを特徴とする、請求項５記載の混合装置。
【請求項７】
該液体輸送手段が、圧力により駆動を行なう圧力駆動手段により構成されている
ことを特徴とする、請求項５記載の混合装置。
【請求項８】
該液体輸送手段が、該親和度変化部材と該親和度変化部材の温度を制御する温度制御手段とにより構成されている
ことを特徴とする、請求項５記載の混合装置。
【請求項９】
請求項１〜４の何れか１項に記載の流通型微小混合器において、該複数の導入流路に該液体をそれぞれ導入するステップと、
該各複数の導入流路に設けられた該低親和部上で、該複数の導入流路内の該液体がそれぞれ流通を停止した後、該液体の該合流路への輸送を再開するステップとを
そなえて構成されている
ことを特徴とする、流通型微小混合器を使用した液体混合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な流路を用いて液体を混合させる、流通型微小混合器及び混合装置並びに液体混合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、微少な流路断面積の流路を用いて複数の流体を流通させながら混合させ種々の微小化学反応を起こさせる装置が注目されており、この装置には、流通型微小混合器（以下、単に微小混合器ともいう）が不可欠となる。微小混合器には、流路断面積が微少であることから、試薬，検体の体積が少量で十分であることに加え、合流路での流体の比表面積（単位体積当たりの表面積）が大きくなるので高い除熱効率が得られ反応を効率的に行なわせることができるというメリットがある。このため、微小混合器は、所定物質の生産を目的とした合成反応或いは検査を目的とした試薬と検査体との反応を行なわせるために使用されることが多い。
【０００３】
図１１は微小混合器の一般的な構成の一例である。この微小混合器は、複数（ここでは２つ）の導入流路１０１Ａ，１０１Ｂ及び導入流路１０１Ａ，１０１Ｂが合流して形成される合流路１０２とをそなえて構成されており、導入流路１０１Ａ，１０１Ｂにそれぞれ導入された液体ＦA，ＦBが合流路１０２で合流する。液体ＦA，ＦBの流通は、流路１０１Ａ，１０１Ｂ，１０２が微小断面の流路であるため毛細管現を利用して行なわせたり、シリンジポンプ等の圧力駆動装置を用いて行なわせたりする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２に示すように一方の液体ＦAが他方の液体ＦBよりも早期に合流部に到達すると、液体ＦAの上流端と液体ＦBの上流端との間に気体が密閉され、この気体により上記ギャップＧが形成されてしまう。そして、このようなギャップＧが液体ＦA，ＦB間に形成されてしまうと、これらの液体ＦA，ＦBの流通や拡散／混合や化学反応に悪影響が生じてしまうため、液体ＦA，ＦBの流通を適宜制御して複数の液体を略同時に合流部に到達させることが好ましいが、このような精度の高い流通制御は極めて困難である。
【０００５】
つまり、毛細管現象を利用して液体を移動させる場合には、毛細管現象は、周囲の環境（圧力，温度）や、流路に面する壁面の濡れ性，接触角，自由エネルギー等や、液体の粘度，密度，表面張力や、流路に面する壁面と液体との界面張力や、流路断面積や、流路幅や、流路深さ等の種々の要素により微妙に変化してしまうため、上記のような高精度の流通制御は困難である。
【０００６】
また、このように毛細管現象を利用する場合には、液体の導入流路への導入と同時に自ずと液体が移動を開始してしまうので、複数の液体を略同時に合流部に到達させるためには、複数の流路をそれぞれ対応する導入流路に適宜のタイミングで導入する必要があり、この点でも、複数の液体を略同時に合流部に到達させるのは難しい。
【０００７】
また、単に電気浸透流における電圧調整や圧力駆動における圧力調整により流通を制御する場合には、制御遅れがあるため上記のような高精度の流通制御は困難である。特に圧力駆動においては微細流路では圧力損失が高くなるので液体を高圧で駆動することとなり、このような高圧下において高精度に流通制御を行なうことは難しい。
【０００８】
この他、各導入流路の下流端近傍（合流部の直上流部）に、ピエゾ素子や弾性体（例えばエストラマ等のポリマ）を微小変位させて流路を開閉するマイクロバルブを設け、このマイクロバルブの作動を制御して、各導入流路内の液体を同時に合流部に流入させることが考えられる。つまり、各マイクロバルブを閉弁した状態で液体を移動させ、全ての液体が合流部の直上流部で一旦停止してから各導入流路のマイクロバルブを一斉に開弁することにより各導入流路内の液体を同時に合流部に流入させるのである。
【０００９】
しかしながら、マイクロバルブは、微小であるが故に高度な設計が必要であるとともに製造に手間が掛かるため高価なものとなり、また、微小流路への取り付け作業が微妙な作業となり、さらに複雑な制御機構が必要となってしまう。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、製造を容易に行なえ、簡素な構成で効率的に液体の混合を行なえるようにした、微小混合器及び混合装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の流通型微小混合器（請求項１）は、それぞれ微小な相当直径の断面を有する複数の導入流路と、微小な相当直径の断面を有し上記の複数の導入流路が合流して形成される合流路とをそなえ、上記の複数の導入流路から導入された液体を該合流路で合流／反応させる、流通型微小混合器において、該導入流路を形成する内壁面よりも、該液体に対する親和性の低い低親和部が、該導入流路の合流部の直ぐ上流側において該内壁面の一部に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
この場合、該液体に対する親和性の低い低親和部を、該導入流路への該液体の注入点を挟むようにして一組設けても良い（請求項２）。
また、該低親和部が、水に対する接触角が８０度以上の材料により構成されていることが好ましい（請求項３）。
また、該低親和部を、温度変化に応じて該親和性の度合いが変化する親和度変化部材により構成してもよい（請求項４）。
【００１２】
本発明の混合装置（請求項５）は、請求項１〜４の何れかの項に記載の流通型微小混合器と、該流通型微小混合器内の該液体を輸送するための液体輸送手段とをそなえて構成されていることを特徴としている。
この場合、該液体輸送手段が、該導入流路内に取り付けられた１対の電極と、該電極間の電圧を制御する電圧制御手段により構成されていることが好ましい（請求項６）。
【００１３】
又は、該液体輸送手段が、圧力により駆動を行なう圧力駆動手段により構成されていることが好ましい（請求項７）。
或いは、該液体輸送手段が、該親和度変化部材と該親和度変化部材の温度を制御する温度制御手段とにより構成されていることが好ましい（請求項８）。
本発明の流通型微小混合器を使用した液体混合方法（請求項９）は、請求項１〜４の何れか１項に記載の流通型微小混合器において、該複数の導入流路に該液体をそれぞれ導入するステップと、 該各複数の導入流路に設けられた該低親和部上で、該複数の導入流路内の該液体がそれぞれ流通を停止した後、該液体の該合流路への輸送を再開するステップとをそなえて構成されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各実施形態では微小混合器により混合させる液体を水溶性の液体として説明する。また、ここでいう液体とはサスペンション、コロイド等の分散系も含む。また、以下でいう疎水部とは、微小流路を流通する液体に対し微小流路を形成する固相壁面（内壁面）よりも親和度が低い部分をいい、定常的に親和度が固相壁面よりも低いものは勿論、親和度が温度によっては固相壁面よりも低くなるものを含む。
【００１５】
まず、本発明の第１実施形態としての、微小混合器及び混合装置について説明する。図１〜図６は本実施形態の微小混合器及び混合装置について示す図である。
本発明の第１実施形態としての混合装置は、複数種類（ここでは２種類）の異なる液体ＦA，ＦBを混合させ合成反応させるためのもので、図１を用いて後述する微小混合器と、微小混合器の導入流路１１Ａ，１１Ｂのそれぞれについて設けられる図示しない液体輸送手段とをそなえて構成されている。液体輸送手段は、微小混合器内に注入された液体ＦA，ＦBを輸送するための手段であり、ここでは圧力駆動により輸送を行なう例えばシリンジポンプのような圧力駆動手段により構成されており、微小混合器の注入口１１Ａａ，１１Ｂａのそれぞれに取り外し可能に接続されている。
【００１６】
なお、液体輸送手段を、圧力駆動手段の代わりに、疎水部１４（これについては後述する）の上流側に設けられた図１中に二点差線で示す一対の電極（電気駆動部）Ｅ１，Ｅ２及びこれらの電極Ｅ１，Ｅ２間の電圧を調整する電圧制御手段から構成するようにしても良い。このような構成では、電極Ｅ１，Ｅ２間に所定電圧をかけることにより、液体ＦA，ＦBに対して電気浸透流を発生させて液体ＦA，ＦBを流路内で移動させることができるようになっている。
【００１７】
さて、微小混合器は、図１に示すように、上記液体ＦA，ＦBをそれぞれ流通させるための複数（ここでは２つの）微小な導入流路１１Ａ，１１Ｂと、上記液体ＦA，ＦBを混合／反応させる微小な反応路（合流路）１２とをそなえて構成されている。
ここでいう微小とは、毛細管現象により液体を各流路内で確実に輸送しうる程度の大きさを意味し、流路断面の相当直径（＝４×流路断面積／流路断面周囲長）は、０．０１ｍｍ〜２ｍｍの範囲にあることが好ましく、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあることがさらに好ましい。
【００１８】
合流路１２は導入流路１１Ａ，１１Ｂを合流させて形成され、導入流路１１Ａ，１１Ｂの下流端を結合させてなる合流部１２ａを上流端として形成される。
また、導入流路１１Ａ，１１Ｂの上流端には外部から液体を注入する注入口１１Ａａ，１１Ｂａがそれぞれ設けられ、合流路１２の下流端には、拡大部１２ｂが、液体ＦA，ＦBの混合物を貯めておく貯蓄部として設けられている。拡大部１２ｂには、流路１１Ａ，１１Ｂ，１２内の液体が移動できるように通気口１２ｃが設けられている。
【００１９】
各流路１１Ａ，１１Ｂ，１２は、ここでは、図２（ａ）に示すように、所定形状の溝２０ａが設けられた基板２０に対し、この溝２０ａがある側に蓋２１を取り付けることにより、基板２０と蓋２１との間に形成される矩形の横断面を有する閉空間として形成される。或いは、図２（ｂ）に示すように所定形状の貫通穴２２ａが形成された薄膜状物２２を基板２０に貼り付け、薄膜状物２２の基板２０に接しない側にさらに蓋２１を取り付けることにより、基板２０，蓋２１，薄膜状物２２間に形成される閉空間を流路１１Ａ，１１Ｂ，１２として形成するようにしても良い。何れにしても、流路１１Ａ，１１Ｂ，１２は、基板２０，蓋２１〔図２（ｂ）に示す構成ではさらに薄膜状物２２〕からなる内壁面（固相壁面）１３により構成されることとなる。
【００２０】
そして、本発明の大きな特徴として、図１に示すように、導入流路１１Ａ，１１Ｂの一部であって合流部１２ａの直ぐ上流側にはそれぞれ疎水部（低親和部）１４が設けられている。ここでは、疎水部１４は導入流路１１Ａ，１１Ｂの流路断面を囲うように固相壁面１３の全周にわたって形成されている。ここでいう疎水とは、基板２０等からなる固相壁面１３よりも液体ＦA，ＦBに対する親和性（ここでは親水性）が低いことを意味する。即ち、固相壁面１３の液体ＦA，ＦBに対する親和性を基準に決定される相対的な性質を意味しているのである。
【００２１】
このように疎水部１４を設けることにより、図３（ａ）に示すように液体ＦA，ＦBを例えばスポイト等により注入口１１Ａａ，１１Ｂａから導入流路１１Ａ，１１Ｂに注入すると（この状態では圧力駆動手段は注入口１１Ａａ，１１Ｂａから取り外されている）、図３（ｂ）に示すように液体ＦA，ＦBは毛細管現象により合流路１２に向かって移動する。そして、図３（ｃ）に示すように疎水部１４に到達すると、液体ＦA，ＦBは疎水部１４よりも親和性の高い導入流路１１Ａ，１１Ｂに留まろうとして、この結果、液体ＦA，ＦBは、毛細管現象に抗して疎水部１４の上流側（即ち合流部１２ａの直ぐ上流側）で停止するようになっている。
【００２２】
そして、図３（ｃ）に示すように液体ＦA，ＦBが何れも疎水部１４で停止した後、液体ＦA，ＦBが合流部１２ａの極近傍に停止したこの状態から、圧力駆動手段を注入口１１Ａａ，１１Ｂａに接続して作動させれば液体ＦA，ＦBを略同時に合流部１２ａに流入させることができるようになっている。
このような毛細管現象に抗して液体ＦA，ＦBを停止させるのに必要な流通抑制力は、主に液体ＦA，ＦBに対する疎水部１４の疎水性（親和性）により決定されるもので、疎水部１４の材質としては後述の実施例で説明するように液体ＦA，ＦBに対する接触角が７０度以上のものを使用することが好ましい。
【００２３】
さらに詳細には、疎水部１４の流通抑制力は、接触角の他に、導入流路１１Ａ，１１Ｂの相当直径Ｄや、流路断面の周囲長に対する疎水部１４が設けられる周長さの比（疎水部長さ比率、低親和部長さ比率）α〔ここでは疎水部１４が流路断面の全周にわたって設けられているのでα＝１、例えば図４に示す例では、α＝Ｌ1／（２Ｌ2＋２Ｌ3）〕に大きく依存する。したがって、疎水部１４の材質及び疎水部長さ比率αは、導入流路１１Ａ，１１Ｂ内を毛細管現象により流通する液体ＦA，ＦBを停止させるべく例えば以下の条件１〜条件３を満たすようにように設定することが好ましい。
【００２４】
（条件１）導入流路１１Ａ，１１Ｂの相当直径Ｄが０．２ｍｍ〜２ｍｍである場合には、疎水部長さ比率αを０．２以上に設定し、且つ、疎水部１４の材質には、固相壁面１３よりも疎水性が高いことを前提として、液体ＦA，ＦBに対する接触角θが７０度以上である材質を疎水部に用いることが好ましい。
（条件２）また、導入流路１１Ａ，１１Ｂの相当直径Ｄが０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍである場合には、疎水部長さ比率αを０．２５以上に設定し、且つ、疎水部１４の材質に、固相壁面１３よりも疎水性が高いことを前提として、液体ＦA，ＦBに対する接触角θが７０度以上である材質を疎水部に用いることが好ましい。
【００２５】
（条件３）さらには、導入流路１１Ａ，１１Ｂの相当直径Ｄが０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍである場合には、疎水部長さ比率αを０．４以上に設定し、且つ、疎水部１４の材質に、固相壁面１３よりも疎水性が高いことを前提として、液体ＦA，ＦBに対する接触角θが７０度以上である材質を疎水部として用いることが好ましい。
【００２６】
なお、液体ＦA，ＦBとして使用される液体の種類が特定されない場合には、上記条件１〜３を満たすべく、使用が予想される液体の何れについても接触角θが７０度以上である材質を疎水部として用いることが好ましい。
この他、導入流路１１Ａ，１１Ｂよりも疎水性が高いことを前提として、水に対する接触角θが８０度以上であることが、疎水部１４の材質として使用できる材料の大きな目安となり、接触角８０度以上の材質としては例えばポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ろう等である。水に対する接触角θが９０度以上の材質を疎水部１４に使用することがより好ましい。
【００２７】
なお、本発明において接触角θとは、協和界面化学（株）製の型番ＣＡ−Ａの装置を使用して、周囲温度２１．２〜２３．７℃、周囲湿度３０〜３８％の条件下で測定されたものをいう。
固相壁面１３の材質，流路１１Ａ，１１Ｂ，１２の形成方法について説明すると、固相壁面１３、即ち基板２０及び蓋２１〔図２（ｂ）に示す構成ではさらに薄膜状物２２〕の材質は、樹脂，セラミックス，ガラス，金属等，その種類は特に限定されないが、疎水部１４よりも液体ＦA，ＦBに対する親和性が高いものである必要があるため、かかる親和性特性を把握しておく必要がある。
【００２８】
流路１１Ａ，１１Ｂ，１２の代表的な形成方法としては、上述したように、図２（ａ）に示すように基板２０に溝２０ａを設けて形成する方法と、図２（ｂ）に示すように所定形状の貫通穴２２ａが形成された薄膜状物２２を基板２０に貼り付けて形成する方法とがある。また、光造形法などの一体成型によりチップ基板（以下、単に基板とも言う）２０と一体に形成する方法もある。
【００２９】
基板２０に溝２０ａを形成する方法としては、例えば、機械加工，射出成型や圧縮成型に代表される転写技術，ドライエッチング（ＲＩＥ，ＩＥ，ＩＢＥ，プラズマエッチング，レーザーエッチング，レーザーアブレーション，ブラスト加工，放電加工，ＬＩＧＡ，電子ビームエッチング，ＦＡＢ），ウエットエッチング（化学浸食）などによる流路あるいは溝部分のエッチング、光造形やセラミックス敷詰等の一体成型、各種物質を層状にコート，蒸着，スパッタリング，堆積し部分的に除去することにより微細構造物を形成するＳｕｒｆａｃｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ等がある。
【００３０】
また、薄膜状物２２を基板２０に貼り付けて流路を形成する場合の薄膜状物２２の貼り付け方法としては、接着剤による接着，プライマーによる樹脂接合，拡散接合，陽極接合，共晶接合，熱融着，超音波接合，レーザー溶融，溶剤・溶解溶媒による貼り合わせ，粘着テープ，接着テープ，圧着，自己吸着剤による結合，物理的な保持，凹凸による組み合わせが挙げられる。
【００３１】
疎水部１４の形成方法について説明すると、疎水部１４の形成方法は、例えば、固相壁面１３（基板２０等）を部分的に疎水化（低親和化）する方法と、これとは逆に固相壁面１３（基板２０等）の所定部分（疎水部１４）を除いた部分を親水化（高親和化）する方法とがある。
固相壁面１３に、アクリル樹脂，ポリカーボネート，ポリスチレン，シリコン，ポリウレタン，ポリオレフィン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレン，熱可塑性エラストマーなどの疎水性材料を用いる場合、これを親水化する方法としては、表面コーティング，湿式化学的改質，ガス改質，界面活性剤処理，コロナ放電，疎面化，金属の蒸着，金属のスパッタリング，紫外線処理，加工雰囲気に依存する親水性官能基または親水性分子の表面への付与を伴う方法（プラズマ法，イオン注入法，レーザー処理等）が挙げられる。
【００３２】
また、固相壁面１３に、ガラス，金属，セラミックスなどの親水性材料を用いる場合、これを部分的に疎水化する方法としては、接着剤，ロウなどの疎水性物質の表面コーティング，表面グラフト法，加工雰囲気に依存する，疎水性官能基または疎水性分子の表面への付与を伴う方法（プラズマ法，イオン注入法，レーザー処理等）が挙げられる。
【００３３】
このように固相壁面１３の改質（親水化又は疎水化）を行なう場合には、改質部分に直接処理を行ってもよいし，マスクなどで非改質部分を覆ってから開口部に処理を施してよい。
つまり、図５（ａ），（ｂ）に示すように、流路３０を親水性の固相壁面より形成し、この固相壁面の所定箇所３１，３２だけに上記改質方法を使用して疎水部を形成したり、或いは、流路３０を疎水性の固相壁面より形成し、この固相壁面の所定箇所３１，３２を除いた箇所だけに上記親水化方法を直接使用して相対的に疎水部３１，３２を形成しても良い。
【００３４】
また、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、流路３０を親水性の固相壁面より形成し、固相壁面に対し所定箇所に開口部３３，３４を有するマスク３５を取り付けてから固相壁面全体にわたる範囲に対し上記疎水化方法を実施することにより、開口部３３，３４内、即ち所定箇所３１，３２だけを疎水部として形成するようにしても良い。或いは、所定箇所３１，３２だけをマスクした後、固相壁面全体にわたる範囲に対し上記親水化方法を使用することにより、所定箇所３１，３２を除いた箇所を親水化して相対的に疎水部３１，３２を形成しても良い。
【００３５】
なお、別種の親水性，疎水性材料を組み立てることで，部分的パターンを形成することも可能である。即ち、例えば親水性の固相壁面１３に疎水性の材質を貼り付けて疎水部を形成するようにしてもよい。
本発明の第１実施形態としての微小混合器及び混合装置は上述したように構成されているので、液体の混合が以下の手法（本発明の第１実施形態としての微小混合器を使用した液体混合方法）により行なわれる。以下、図１を参照して説明を進める。
【００３６】
先ず、シリンジポンプを注入口１１Ａａ，１１Ｂａから取り外した状態で液体ＦA，ＦBを例えばスポイト等により注入口１１Ａａ，１１Ｂａから導入流路１１Ａ，１１Ｂに注入する。導入流路１１Ａ，１１Ｂに注入されたこの液体ＦA，ＦBは毛細管現象により合流部１２ａへ向かって移動し、疎水部１４で停止する。
そして、液体ＦA，ＦBが何れも疎水部１４で停止した後、シリンジポンプを注入口１１Ａａ，１１Ｂａに接続して作動させると、シリンジポンプによりエアが供給され、このエアを介して液体ＦA，ＦBが駆動される。これにより、液体ＦA，ＦBが合流部１２ａの極近傍から液体ＦA，ＦBを略同時に合流部１２ａに流入させることができる。
【００３７】
或いは、液体ＦA，ＦBが合流部１２ａに到達するタイミングに差が生じたとしても、各疎水部１４と合流部１２ａとの距離が極僅かなものであることから、かかるタイミング差も極僅かなものとなり、液体ＦA，ＦB間にエアが混入することはない。つまり、液体ＦAが合流部１２ａに到達する時間と、液体ＦBが合流部１２ａに到達する時間との間に大きな差があり、従来技術の課題として用いた図１２に示すように液体ＦAの先端（下流端）が合流部１２ａを完全に通過した時点で液体ＦBの先端が合流部１２ａに到達していないと、液体ＦA，ＦBにエアが密封され混入してしまうこととなる（この密封されたエアをエアプラグという）。
【００３８】
しかし、本微小混合器では、上述したように、液体ＦA，ＦBが合流部１２ａに到達するタイミングに大きな差が生じることはなく、何れか一方の液体の先端が合流部１２ａを完全に通過する時点では既に他方の液体の先端が合流部１２ａに到達するようになるので、液体間にエアプラグが発生することはないのである。
したがって、導入流路１１Ａ，１１Ｂに疎水部１４を設けるという簡素な構成で、液体ＦA，ＦB間のギャップの発生を実質的に防止でき、液体ＦA，ＦBの混合ひいては、その後行なわれる輸送過程や合成反応を安定して行なえるという利点がある。
【００３９】
また構成が簡素なので製造を容易に行なえ、大量生産を容易に行なえるという利点がある。
次に、本発明の第２実施形態としての微小混合器について説明する。図７は本実施形態の微小混合器及び混合装置について示す図である。なお、上述の第１実施形態で説明した部材については同一の符号を付しその説明を省略する。また、上述の第１実施形態で使用した図１についても流用して説明する。
【００４０】
本発明の第２実施形態としての微小混合器は、図１に示す第１実施形態の微小混合器に対し、疎水部１４を親和度変化部材により構成したものである。
親和度変化部材とは温度変化に応じて導入流路１１Ａ，１１Ｂを流通する液体ＦA，ＦBに対する親和性が変化するものをいい、ここでは、温度変化に応じて親水性が変化する高分子ゲルである温度感応ゲル（親和度変化部材）を使用し、特に、このような温度感応ゲルとして代表的なものである、ＰＩＰＡＡｍ〔ポリ（Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）〕ゲルを使用している。
【００４１】
このＰＩＰＡＡｍゲルは、低温になると水和化し、高温になると脱水和化するため、これに応じてき低温になると親水化し、高温になると疎水化する。ＰＩＰＡＡｍの線状ポリマーの水溶液は、ＬＣＳＴ（Ｌｏｗｅｒ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）以下の温度で親水化し、ＬＣＳＴよりも高い温度では疎水化する特徴を持つ。
【００４２】
ＰＩＰＡＡｍのＬＣＳＴは約３２℃であり、通常の加熱冷却機構により容易に温度制御が可能である。即ち、ＬＣＳＴが大気温度ＴATM周辺であるため、親水／疎水を反転させるのに必要な温度制御幅（即ちＬＣＳＴ−ＴATM）が小さいため温度制御を行ないやすいのである。
この他の温度感応性ゲルとしては、ＤＥＡＡｍ（Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド）ゲル（ＬＣＳＴ＝２５〜３２℃）、ｐＡＰＰ（ポリ−Ｎ−アクリロイルピペリジル）ゲル（ＬＣＳＴ≒５℃）、及び上記ポリマーの共重合体が挙げられる。また、使用環境のｐＨ，共重合比などによってＬＣＳＴを調整することも可能である。
【００４３】
また、本実施形態の混合装置は、上記の微小混合器に加え、導入流路１１Ａ，１１Ｂ内の液体ＦA，ＦBを輸送する液体輸送手段として、導入流路１１Ａ，１１Ｂ内の各疎水部（ここでは温度感応ゲル）１４部毎に設けられ疎水部１４の温度を制御する温度制御装置（温度制御手段）４０をそなえて構成されている。
各温度制御装置４０は、図７（ａ）に示すように、基板２０内に埋め込まれ疎水部１４にそれぞれ接続された電熱板（例えば銅板等）４１と、この電熱板４１に取り付けられた熱電対（温度センサ）４１ａと、電熱板４１ａを介して疎水部１４を加熱／冷却するペルチェ素子４２と、ペルチェ素子４２に重合されたヒートシンク（放熱板）４３と、制御装置４４とをそなえて構成されている。
【００４４】
ペルチェ素子４２は供給される電圧に応じて発熱／吸熱するものであり、制御装置４４は、疎水部１４が、図示しない入力手段から入力された所定温度になるように、熱電対４１ａにより検出された疎水部温度情報に基づき、ペルチェ素子４２に供給する電圧をフィードバック制御するようになっている。
なお、温度制御装置４０において、温度センサとして、図７（ｂ）に示すように、熱電対４１ａの代わりに赤外線センサ４１ｂを用いても良い。また、図７（ｃ）に示すように、電熱板４１を介することなくペルチェ素子４２を基板４０内に埋め込んで疎水部１４に直接接続してもよい。
【００４５】
本発明の第２実施形態としての微小混合器及び混合装置は上述したように構成されているので、以下のようにして液体の混合が行なわれる。つまり、先ず、必要であれば制御装置４４を介して、疎水部１４の温度を疎水化するように制御した後、液体ＦA，ＦBを例えばスポイト等により注入口１１Ａａ，１１Ｂａから導入流路１１Ａ，１１Ｂに注入する。導入流路１１Ａ，１１Ｂに注入されたこの液体ＦA，ＦBは毛細管現象により合流部１２へ向かって移動し、疎水部１４で停止する。
【００４６】
そして、液体ＦA，ＦBが何れも疎水部１４で停止した後、制御装置２４を介して疎水部１４の温度を制御して疎水部１４を親水性に反転させる。これにより、液体ＦA，ＦBが毛細管現象により移動を再開し、略同時に合流部１２ａに流入し、したがって、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
また、微小混合器は、微小混合器を形成する基板等が微小で熱容量が小さいため、比較的短い応答時間で、熱感応ゲル（疎水部）１４の温度制御即ち液体ＦA，ＦBの流通制御を行なえ、各導入流路１１Ａ，１１Ｂにおける流通制御を同期させて行なわせ易いという利点がある。
【００４７】
次に、本発明の第３実施形態としての微小混合器について説明する。図８は本発明の第３実施形態としての微小混合器について示す図である。なお、上述の第１実施形態及び第２実施形態で説明した部材については同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の微小混合器は、検査チップとして構成されている。ここでいう検査チップとは、サンプル液体に対して所定の検査を行なうべく抗原抗体反応，タンパク質とタンパク質との結合，タンパク質と低分子の結合等の生化学反応等を行なわせるためのものであり、サンプル液体と試薬との反応状態に基づき所定の検査を行なうためのものである。
【００４８】
このため、検査チップは、図８に示すように、第１実施形態と同様に導入流路１１Ａと導入流路１１Ｂと合流路１２と疎水部１４とをそなえるとともに、各導入流路１１Ａ，１１Ｂには試薬ＣA，ＣBがそれぞれ点着／保持される試薬保持部１５，１５がそれぞれそなえられ、また、合流路１２には、サンプル液体と試薬との混合液体に対して例えば光学的な検出等を行なうための拡大部１６が検出部として設けられている。
【００４９】
そして、本実施形態の混合装置は、図８に示す検査チップと、検査チップの注入口１１Ａａ，１１Ａｂにそれぞれ接続されるシリンジポンプ（液体輸送手段，圧力駆動手段）とをそなえて構成される。
本発明の第３実施形態としての検査チップは上述したように構成されているので以下のようにして検査が行なわれる。
【００５０】
つまり、先ず、導入流路１１Ａには注入口１１Ａａからサンプル液体ＦSが例えば注入口１１Ａａから注入され、同様に、導入流路１１Ｂには、上述した保持部１５に保持される試薬ＣA，ＣBとは異なる試薬ＣCが注入口１１Ｂａから注入される。注入されたサンプル液体ＦS及び試薬ＣCは、それぞれ毛細管現象により移動し、試薬保持部１５で試薬ＣA，ＣBと混合した後、疎水部１４で停止する。
【００５１】
そして、注入口１１Ａａ，１１Ａｂにシリンジポンプがそれぞれ接続され、シリンジポンプからエアが送り込まれて導入流路１１Ａ，１１Ｂ内のサンプル液体及び試薬の輸送が開始されると、これらのサンプル液体及び試薬が合流路１２に略同時に流入する。したがって、上記各実施形態と同様に、サンプル液体及び試薬を安定して効率良く混合できる。次いで、この混合液について検出部１６において所定の検出が行なわれる。サンプル液体及び試薬が安定して混合されるので、かかる検出も精度良く行なうことができる。
【００５２】
そして、混合液は、合流路１２の下流端に形成される拡大部（廃液部）１２ｂにまとめて回収される。
なお、本実施形態では液体輸送手段としてシリンジポンプ（圧力駆動手段）を用いた例を示したが、液体輸送手段として、一対の電極を導入流路１１Ａ，１１Ｂ内に挿入し、電気浸透流により液体を輸送するようにしても良い。或いは、疎水部１４を温度感応ゲルにより構成し、液体輸送手段として温度感応ゲルの温度を制御する温度制御装置を用いるようにしても良い。
【００５３】
次に、本発明の第４実施形態としての微小混合器について説明する。図９は本発明の第４実施形態としての微小混合器について示す図である。なお、上述の各実施形態で説明した部材については同一の符号を付しその説明を省略する。
本実施形態の微小混合器は、第３実施形態と同様に検査チップとして構成されており、第３実施形態の検査チップに対し、図９に示すように、各導入流路１１Ａ，１１Ｂの上流部には、それぞれ疎水部１４と同様に構成される一組（２個）の疎水部１４ａ，１４ｂが設けられている。
【００５４】
導入流路１１Ａには、サンプル注入口１１Ａａからサンプル液体ＦSが注入されるようになっており、例えばスポイト等によりサンプル注入口１１Ａａから注入されたサンプル液体ＦSは、毛細管現象により導入流路１１Ａ内を流通するが、サンプル注入口１１Ａａ両側の疎水部１４ａ，１４ｂで停止する。つまり、これらの疎水部１４ａ，１４ｂによりサンプル注入口１１Ａａから注入できるサンプル液体ＦSの注入量が規定されることとなる。即ち、疎水部１４ａ，１４ｂ間の距離に応じて決定される所定量にサンプル液体ＦSを自動的に秤量できるようになっているのである。
【００５５】
また、導入流路１１Ｂの疎水部１４ａ，１４ｂ間には予め試薬ＣCが注入されている。
なお、各導入流路１１Ａ，１１Ｂには、液体が流通できるように疎水部１４ａの上流側に通気口（図示略）がそれぞれ設けられている。
また、本発明の第４実施形態としての混合装置は、この検査チップと、各導入流路１１Ａ，１１Ｂに対して疎水部１４ａ，１４ｂ間に設けられた電極（電気駆動部）Ｅ１，Ｅ２と、これらの電極（電気駆動部）Ｅ１，Ｅ２間の電圧を制御する図示しない電圧制御手段とをそなえて構成されている。
【００５６】
本発明の第４実施形態としての検査チップ及び混合装置は上述したように構成されているので、以下のようにして検査が行なわれる。
つまり、サンプル注入口１１Ａａからサンプル液体ＦSが導入流路１１Ａの疎水部１４ａ，１４ｂに注入され秤量される。そして、導入流路１１Ａ，１１Ｂの電極Ｅ１，Ｅ２に所定期間電圧が掛けられると、疎水部１４ａ，１４ｂ間のサンプル液体ＦS及び試薬ＣCは駆動され疎水部１４ｂを乗り越える。
【００５７】
そして、サンプル液体ＦS及び試薬ＣCは、疎水部１４ｂを乗り越えると、その後、電極Ｅ１，Ｅ２から離隔するが、毛細管現象により移動を持続する。サンプル液体ＦS及び試薬ＣCは、それぞれ試薬保持部１５で試薬ＣA，ＣBと混合した後、この時点では電極Ｅ１，Ｅ２には電圧が掛けられていないので疎水部１４で停止する。疎水部１４ａと疎水部１４ｂとの間隔は、疎水部１４ｂと疎水部１４との間隔よりも十分に大きく設定されているので、この時点では、各導入流路１１Ａ，１１Ｂにおいて疎水部１４ａ，１４ｂ間にサンプル液体ＦS又は試薬ＣCが存在する状態となる。
【００５８】
このように、各導入流路１１Ａ，１１Ｂの疎水部１４でサンプル液体ＦS及び試薬ＣCが何れも停止した後、再び電極Ｅ１，Ｅ２に所定期間電圧を掛けると、疎水部１４ａ，１４ｂ間のサンプル液体ＦS及び試薬ＣCが駆動されて、疎水部１４ｂを乗り越える。そして、このサンプル液体ＦS及び試薬ＣCと、合流路１２の直ぐ上流側の疎水部１４でそれぞれ停止していた液体が一体となって駆動され、合流路１２に流入して混合する。この混合液体は、検出部１６を通過する過程で所定の検出が行なわれた後、廃液部１２ｂに回収される。
【００５９】
なお、導入流路１１Ａを移動するサンプル液体ＦSの上流端が、疎水部１４ｂを乗り越えた時点で、サンプル液体ＦSは電極Ｅ１，Ｅ２から分離されるため、この時点で疎水部１４ｂ，１４間にあるサンプル液体ＦSは駆動されなくなってしまい検出部１６を通過しないこととなるが、疎水部１４ｂ，１４間は、疎水部１４ａ，１４ｂ間に比べて十分に小さく設定されているので（即ち導入流路１１Ａ内に注入されたサンプル液体ＦSの量に対し、疎水部１４，１４ｂ間に残留し検査に寄与しないサンプル液体ＦSの量は十分少ないので）、十分な量のサンプル液体ＦSを使用して検査を制度良く行なえる。
【００６０】
上述したように疎水部１４ａ，１４ｂを設けることによりサンプル液体ＦSを秤量できるようになっているが、この秤量は、疎水部１４，１４ｂ間に残留するサンプル液体ＦSを見込んだ量である。勿論、疎水部１４を温度感応ゲルにより構成して親水性に反転させたり、シリンジポンプにより駆動したりして、疎水部１４ｂ，１４間に液体を残留させないように構成することも可能である。
【００６１】
なお、導入流路１１Ａ内のサンプル液体や導入流路１１Ｂ内の試薬に対し悪影響がないように、図１０に示すように、導入流路１１Ａ，１１Ｂのそれぞれについて、電極Ｅ１，Ｅ２の周囲にこれらのサンプル液体及び試薬に対して不溶性の流体（液体は勿論、気体でも良い）ＦXを充填し、この流体ＦXを介してサンプル液体及び試薬を駆動するようにしても良い。
【００６２】
本発明の微小混合器及び混合装置は上述した各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形を行なうことが可能である。例えば上述した各実施形態では、導入流路を２つ設けた構成としたが、導入流路を三つ以上設けるような構成であってもよい。
また、上述した図１に示す第１実施形態の微小混合器は、合成反応用のチップとして説明したが、サンプル液体ＦS及び試薬を注入口１１Ａａ，１１Ａｂからそれぞれ注入し、拡大部１２ｂを検出部とすることにより検査チップとして使用することができる。この場合、拡大部１２ｂを設けずに、合流路１２の一部を検出部として使用し、合流路１２の下流端に設けられた排出口より廃液を外部へ排出するようにしても良い。或いは、拡大部１２ｂを設けずに、合流路１２の下流端に設けられた排出口よりサンプル液体ＦSと試薬との混合液を外部に排出し、検査チップの外部で所定の検出を行なうようにしても良い。
【００６３】
同様に、図８に示す第３実施形態の微小混合器（検査チップ）においても、検出部として拡大部１６を設けず、合流路１２の一部を検出部として使用するようにしても良い。
また、図９に示す第４実施形態の微小混合器（検査チップ）において、導入流路１１Ｂの疎水部１４ａ，１４ｂ間に、試薬ではなく溶媒を注入するようにしても良い。また、サンプル液体ＦS及び試薬ＣCが疎水部１４ｂを乗り越えた後も、電極Ｅ１，Ｅ２に電圧を掛け続けて電気駆動を持続するようにしても良い。この場合、サンプル液体ＦS及び試薬ＣCが疎水部１４に到達した時点で電気駆動を停止しても良いが、サンプル液体ＦS及び試薬ＣCが疎水部１４に到達する直前で電気駆動を停止し、サンプル液体ＦS及び試薬ＣCを、疎水部１４に到達するまで毛細管現象により移動させる方が好ましい。
【００６４】
また、一組の電極対で液体に掛けられる電圧が必要量よりも小さい場合には、複数組の電極対を用いても良い。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、各導入流路内に注入された液体は毛細管現象により導入流路内を移動するが、低親和部を設けることにより合流部の直ぐ上流側で一端停止させることができるので、かかる液体を直ぐ下流側の合流部へ略同時に流入させることを容易に行なうことが可能となり、これらの液体の混合を効率良く行なわせることができるという利点がある。
【００６６】
また、導入流路に低親和部を配置するだけの簡素な構成なので、容易に製造できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態及び第２実施形態としての微小混合器の構成を示す模式的な平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての微小混合器の構成を示す図であり、（ａ）は模式的な横断面図であり図１のＸ−Ｘ断面に相当する図、（ｂ）は模式的な側面図であって（ａ）の変形例を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実施形態としての微小混合器の作用を説明するための図であって微小混合器の模式的な平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる疎水部長さ比率（低親和部長さ比率）αの定義を説明するための模式図であって、図１のＸ−Ｘ断面に相当する模式図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の第１実施形態にかかる固相壁面の改質方法を説明するための図であって微小混合器の要部平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１実施形態にかかる固相壁面の改質方法を説明するための図であって微小混合器の要部平面図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２実施形態としての混合装置にかかる温度制御装置の構成を示す図であって、図１のＹ−Ｙ断面に相当する模式図である。
【図８】本発明の第３実施形態としての微小混合器の構成を示す模式的な平面図である。
【図９】本発明の第４実施形態としての微小混合器の構成を示す模式的な平面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態としての微小混合器の変形例の構成を示す模式的な平面図である。
【図１１】従来の微小混合器の構成を示す模式的な平面図である。
【図１２】従来の微小混合器の課題を説明するための図であって微小混合器の合流部を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
１１Ａ，１１Ｂ  導入路
１１Ａａ，１１Ｂａ  注入口
１２  合流路
１２ａ  合流部
１２ｂ  拡大部
１２ｃ  通気口
１３  固体壁面
１４，１４ａ，１４ｂ  疎水部（低親和部）
１５  試薬保持部
１６  検出部
２０  基板
２０ａ  溝
２１  蓋
２２  薄膜状物
２２ａ  貫通穴
３０  流路
３１，３２  流路３０の所定個所
３３，３４  開口部
３５  マスク
４０  温度制御装置
４１  電熱板
４１ａ  熱電対
４１ｂ  赤外線センサ
４２  ペルチェ素子
４３  ヒートシンク
４４  制御装置
Ｅ１，Ｅ２  電極（電気駆動部）
【図１】
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【図２】
0003793433.tif 000003
【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】
0003793433.tif 000008
【図８】
0003793433.tif 000009
【図９】
0003793433.tif 000010
【図１０】
0003793433.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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