マイクロチップ
【課題】２種類以上の流体を取り扱うマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、流体を効率的に混合できるマイクロミキサーを実装したマイクロチップを提供する。
【解決手段】２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流するマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、凹部に連通する空気流路が配設され、厚さの薄いシート部材は前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、薄いシート部材の厚さ対前記凹部の底部厚さの比が１：２〜１：１０の範囲内であり、前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さの１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップ。
【解決手段】２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流するマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、凹部に連通する空気流路が配設され、厚さの薄いシート部材は前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、薄いシート部材の厚さ対前記凹部の底部厚さの比が１：２〜１：１０の範囲内であり、前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さの１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遺伝子解析などの化学／生化学分析などに広く使用されるマイクロ流体制御機構付マイクロチップに関する。更に詳細には、本発明は２種類の流体を取り扱うマイクロチャネル内で流体を混合するためのマイクロミキサーを実装したマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロ・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内にマイクロチャネルや反応容器及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うように構成されたマイクロデバイスが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル、ポート及び反応容器などの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロチップ」又は「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００３】
従来のマイクロチップの一例として、２種類の流体を取り扱うマイクロチップが使用されている。このようなマイクロチップ１００は例えば、図９に示されるように、Ｙ字形の個別マイクロチャネル１０２と１０４の他、合流するマイクロチャネル１０６を有する。個別マイクロチャネル１０２の端部には大気に向かって開口するポート１１０が配設され、個別マイクロチャネル１０４の端部には大気に向かって開口するポート１１２が配設され、合流マイクロチャネル１０６の端部には大気に向かって開口するポート１１４が配設されている。ポート１１０〜１１４の主な用途は、(a)試薬や検体サンプルの注入（分注）、(b)廃液や生成物の取り出し、(c)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(d)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）及び(e)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。
【０００４】
図１０は、図９に示されるようなＹ字形のマイクロチャネルに２種類の流体を流した状態を示す概念図である。ポート１１０から液体Ａを注入しマイクロチャネル１０２から合流マイクロチャネル１０６に流し、一方、ポート１１２から液体Ｂを注入しマイクロチャネル１０４から合流マイクロチャネル１０６に流す。しかし、Ｙ字形のマイクロチャネルなどの微細構造内で発生させた流体の流れは、乱流や剥離が発生せず層流となることが一般的である。従って、２種類の流体をそれぞれのマイクロチャネルから流して別のマイクロチャネル内で合流させても、それぞれの層流の間に界面１０８が形成される。一般的に、界面間の混合は分子拡散により行われる。合流マイクロチャネル１０６の距離が短いと２種類の流体は殆ど混合されることなくポート１１４に至ってしまう。従って、２種類の流体をこの界面１０８を通して混合させようとしても、分子拡散はなかなか進行せず、十分に混合されるには長い距離の合流マイクロチャネル１０６が必要となり、実用性に欠ける。従って、Ｙ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいては、何らかの効果的なマイクロミキサーが必要となる。
【０００５】
このようなマイクロミキサーの一例として、図１１に示されるように、Ｙ字形のマイクロチャネルのうち、マイクロチャネル１０２とマイクロチャネル１０４の途中にアクティブバルブ１１６及び１１８を配設して２液を混合するマイクロミキサーが非特許文献１の２９７頁に記載されている。このマイクロミキサーでは、一方のアクティブバルブ（例えば、１１６）を開き、他方のアクティブバルブ（例えば、１１８）を閉じ、２種類の流体の流量を交互に変化させ、平面的に２種類の流体の界面１０８’を増加させるようにして混合する。しかし、このマイクロミキサーでは界面は増加するが明確な乱流は発生しないので、混合効率はさほど高くない。このような目的のために申し分なく使用できるマイクロミキサーの開発が強く求められている。
【０００６】
【非特許文献１】化学とマイクロ・ナノシステム研究会監修，北森武彦ほか編，「マイクロ化学チップの技術と応用」，丸善株式会社（２００４年９月発行），２９３頁〜２９７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、２種類以上の流体を取り扱うマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、各流体を効率的に混合することができるマイクロミキサーを実装したマイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としての請求項１の発明は、上面基板と下面基板とからなり、両基板の間に配設された２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、
前記合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、
該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚以上のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路が配設されており、厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、
前記薄いシート部材の厚さ（Ｔ１）対前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：２〜１：１０の範囲内であり、
前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップである。
【０００９】
この発明によれば、空気流路を介して凹部に加圧空気を送り込むと、薄いシート部材が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚いシート部材も若干膨隆するように変形する。このようにして発生した変形応力差により、凹部の先端部分が厚いシート部材側に向かって屈曲する。この屈曲現象を利用することによりマイクロミキサーの混合動作を行わせることができる。
【００１０】
前記課題を解決するための手段としての請求項２の発明は、前記厚いシート部材及び薄いシート部材がいずれもポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるシリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１１】
この発明によれば、厚いシート部材及び薄いシート部材は空気流路及び凹部以外の箇所では相互に恒久接着することができる。その結果、加圧空気を凹部に送入した際、凹部部分の薄いシート部材だけが選択的に風船様に膨張することができる。
【００１２】
前記課題を解決するための手段としての請求項３の発明は、前記マイクロミキサーが前記空気流路に連通する貫通孔を有するアダプタを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１３】
この発明によれば、アダプタの貫通孔を介して空気流路に加圧空気を容易に送入することができる。
【００１４】
前記課題を解決するための手段としての請求項４の発明は、前記マイクロミキサーは厚さの厚い１枚のシート部材と２枚の厚さの薄いシート部材とからなり、前記厚い１枚のシート部材の両側に、１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路がそれぞれ配設されており、前記２枚の厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の両側表面に接着されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１５】
この発明によれば、１個のマイクロミキサーで左右（又は前後）の両方向に屈曲することができ、２種類の流体の混合効率が飛躍的に向上する。
【００１６】
前記課題を解決するための手段としての請求項５の発明は、各支流マイクロチャネルの合流点下流側に、合流マイクロチャネルの幅よりも広い幅を有する所定の容積の拡大混合室を有し、前記マイクロミキサーが該拡大混合室に配設されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１７】
この発明によれば、マイクロミキサーにより合流マイクロチャネルが塞がれたりすることなく効率的に混合を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロミキサーは空気圧で屈曲動作を行わせることにより２種類の流体に乱流を起こさせて両流体を混合することができる。本発明のマイクロミキサーの操作は簡便であるばかりか、空気圧を調整することにより屈曲角度を変化させ、混合度合いを制御することもできる。更に、マイクロチップとは別体として作製できるので、製造が容易であり、その結果、低コストを実現することができる。使用後はマイクロチップから取り外して、別の新たなマイクロチップに実装することにより再利用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明のマイクロミキサーの一例の概要平面図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図であり、図３は図１に示されるマイクロミキサーの駆動状態を示す概要断面図であり、図４は図１に示されるマイクロミキサーを実装したマイクロチップの一例の部分概要断面図であり、図５Ａ及び図５Ｂは該マイクロチップにおけるマイクロミキサーの駆動状態を示す部分概要断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、本発明のマイクロミキサー１は厚さの厚い第１のシート部材３と厚さの薄い第２のシート部材５とが貼り合わせた２枚構造を有する。厚さの厚い第１のシート部材３には、所定の容積の凹部７と、この凹部７に連通する空気流路９が形成されている。更に、この空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むためのアダプタ１１が厚さの薄い第２のシート部材５の上面に定着されている。アダプタ１１には空気流路９に連通する貫通孔１３が配設されている。貫通孔１３には、加圧ポンプ（図示されていない）からのチューブ（図示されていない）などを接続できる。
【００２１】
図３に示されるように、アダプタ１１の貫通孔１３から空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むと、薄い第２のシート部材５が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚い第１のシート部材３も若干膨隆するように変形する。このようにして発生した変形応力差により、凹部７の先端部分が厚い第１のシート部材３側に向かって屈曲する。この屈曲現象を利用することによりマイクロミキサーの混合動作を行わせることができる。屈曲の大きさは印加される圧力に応じて変化する。印加する圧力は４０ｋＰａ〜３００ｋＰａ程度である。印加する圧力が４０ｋＰａ未満では屈曲は殆ど起こらない。３００ｋＰａ超の圧力では、屈曲角度が１８０゜付近で飽和し、むしろマイクロミキサー自体が破壊損傷する危険性が生じる。
【００２２】
本発明のマイクロミキサー１において、第１のシート部材３及び第２のシート部材５は、可撓性で伸縮性のある素材から形成されている。このような素材は例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムが好ましい。特に、ＰＤＭＳは表面改質することによりシート同士が恒久接着し、剥離を起こさないので特に好ましい。
【００２３】
本発明のマイクロミキサー１において重要なことは、凹部７における第１のシート部材３の厚さと第２のシート部材５の厚さの比率である。一般的に、凹部７における第２のシート部材５の厚さＴ１と第１のシート部材３の厚さＴ２の比率は、Ｔ１：Ｔ２＝１：２〜１：１０の範囲内であることが好ましい。Ｔ１：Ｔ２が１：２未満の場合、例えば、１：１の場合、第１のシート部材３と第２のシート部材５の伸縮率や変形応力が均等になり、凹部７が真円形の風船のように膨張するだけで屈曲は起こらない。一方、Ｔ１：Ｔ２が１：１０超の場合、例えば、１：１１の場合、第２のシート部材５は膨張しても、第１のシート部材３は殆ど伸縮しないので変形応力は第１のシート部材３には発生せず、寧ろ、第２のシート部材５が破裂する危険性が生じる。
【００２４】
また、凹部７の底部から第２のシート部材５の下面までの深さＤ（以下「凹部７の深さＤ」という）は、第１のシート部材３の厚さＴ２よりも大きいことが必要である。凹部７の深さＤは第１のシート部材３の厚さＴ２よりも１．３倍〜５倍程度大きいことが好ましい。凹部７の深さＤが第１のシート部材３の厚さＴ２よりも１．３倍未満では、屈曲度合いを精密に制御することが困難になる。一方、凹部７の深さＤが第１のシート部材３の厚さＴ２よりも５倍超では、凹部７の容積が大きくなりすぎ、屈曲応答性が低下する。
【００２５】
空気流路９の幅及び高さは適宜選択することができる。例えば、空気流路９の幅は１０μｍ〜５００μｍ程度で、高さは１０μｍ〜３００μｍ程度であることができる。
【００２６】
第１のシート部材３に空気流路９及び凹部７を形成する方法としては、当業者に公知慣用の任意の方法を使用できる。例えば、光リソグラフィー法により作製されたシリコーン鋳型にＰＤＭＳプレポリマーを流し込んで、重合させる方法、又は機械的に刻設する方法などが使用できる。
【００２７】
アダプタ１１を使用する場合、この部材もＰＤＭＳから構成されていることが好ましい。アダプタ１１がＰＤＭＳから構成されている場合、ＰＤＭＳ製の第２のシート部材５の上面にアダプタ１１を恒久接着させることができるからである。しかし、アダプタ１１は他の素材（例えば、熱可塑性合成樹脂など）から構成することもできる。アダプタ１１がＰＤＭＳ以外の素材から構成されている場合、アダプタ１１を第２のシート部材５の上面に固着させるために、必要に応じて接着剤（例えば、エポキシ樹脂）などを使用することもできる。
【００２８】
図４は本発明のマイクロミキサー１を実装したマイクロチップ２０の一例の概要平面図である。マイクロチップ２０は公知慣用のＹ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップと同様に、支流マイクロチャネル２２と２４及び合流マイクロチャネル２６を有し、支流マイクロチャネル２２の端部には大気に向かって開口したポート２８が配設され、支流マイクロチャネル２４の端部には大気に向かって開口したポート３０が配設され、合流マイクロチャネル２６の端部には大気に向かって開口したポート３２がそれぞれ配設されている。本発明のマイクロミキサー１は支流マイクロチャネルの合流点よりも下流側の合流マイクロチャネル２６の途中に実装することが好ましい。図４ではマイクロミキサー１は１個しか実装されていないが、２個以上実装することもできる。
【００２９】
図５Ａは、図４に示されたＶ−Ｖ線に沿った部分概要断面図である。マイクロチップ２０は公知慣用のＹ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップと同様に、上面基板３４と下面基板３６を有し、該基板間に支流マイクロチャネル２２，２４及び合流マイクロチャネル２６を有する。一方の基板側（図５Ａでは上面基板３４側）から合流マイクロチャネル２６の幅方向の略中央付近にマイクロミキサー１を垂直に挿入する。上面基板３４に開設された挿入孔の上部を封止するため、適当な接着剤又はシーラント３８を使用することができる。
【００３０】
図５Ｂは、マイクロミキサー１の作動状態を示す部分概要断面図である。アダプター１１の貫通孔１３から空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むと、薄い第２のシート部材５が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚い第１のシート部材３も若干膨隆するように変形する。この膨隆により生じた第２のシート部材５と第１のシート部材３との間の変形応力差により屈曲が生じる。加圧空気の送入を止め、大気圧に戻すと元の真っ直ぐな状態に復元する。従って、マイクロミキサー１の屈曲と復元を利用することにより、合流マイクロチャネル２６内を層流状態で流れてくる２種類の流体界面を壊して乱流を発生させ、混合を行うことができる。屈曲方向の異なるマイクロミキサーを併用することにより一層優れた混合操作を達成することができる。
【００３１】
図５Ａでは、マイクロミキサー１は上面基板３４側から合流マイクロチャネル２６に垂直に挿入されているが、下面基板３６側から合流マイクロチャネル２６に垂直に挿入することもできる。別法として、マイクロミキサー１は合流マイクロチャネル２６に水平に挿入することもできる。
【００３２】
図６は本発明のマイクロミキサーの別の実施態様の概要平面図である。凹部が矩形状ではなく、円形であり、しかも、複数個の円形凹部７−１，７−２が空気流路９で連結されている。このようなマイクロミキサー１Ａは複数個の円形凹部７−１，７−２周辺の変形応力差が錯綜することにより、指の関節のように部分的に異なる屈曲を起こすことができる。これにより、乱流発生効率を高めることができる。
【００３３】
図７は本発明のマイクロミキサーの更に別の実施態様の概要断面図である。図７に示されたマイクロミキサー１Ｂでは、第１のシート部材３’の両側に、第２のシート部材５ａ、凹部７ａ、凹部７ａに連通する空気流路９ａと、第２のシート部材５ｂ、凹部７ｂ、凹部７ｂに連通する空気流路９ｂが存在し、空気流路９ａを介して凹部７ａに加圧空気を送り込むためのアダプタ１１ａと、空気流路９ｂを介して凹部７ｂに加圧空気を送り込むためのアダプタ１１ｂがそれぞれの第２のシート部材５ａ、５ｂの上面に定着されている。アダプタ１１ａ，１１ｂにはそれぞれの空気流路９ａ，９ｂに連通する貫通孔１３ａ，１３ｂが配設されている。このマイクロミキサー１Ｂの特徴は、例えば、アダプタ１１ａの貫通孔１３ａから空気流路９ａを介して凹部７ａに加圧空気を送り込むと、（Ａ）方向に屈曲させることができ、アダプタ１１ｂの貫通孔１３ｂから空気流路９ｂを介して凹部７ｂに加圧空気を送り込むと、（Ｂ）方向に屈曲させることができることである。従って、１個のマイクロミキサーでありながら、図１に示されたマイクロミキサーの２個分の機能を果たすことができる。
【００３４】
図８は本発明のマイクロチップの別の実施態様の概要平面図である。図８に示されるマイクロチップ２０Ａでは、支流マイクロチャネル２２と２４の合流点の下流側に、合流マイクロチャネル２６の横幅よりも大きな横幅を有する、所定の容積の混合室４０が配設されている。マイクロミキサー１は横幅があるので、合流マイクロチャネル２６内に挿入すると、流体の流れを阻害し、「管詰まり」を起こしかねない。拡大された混合室４０を設け、混合室の壁面寄りに屈曲方向の異なるマイクロミキサー１−１とマイクロミキサー１−２を向かい合わせに配置し、両方を同時に又は間欠的に作動、屈曲させることにより２種類の流体に効果的に乱流を発生させることができるばかりか、「管詰まり」の発生を抑制することができる。拡大された混合室４０の略中央部に、図７に示されるようなマイクロミキサー１Ｂを１個配置しても、図８に示されるようなマイクロミキサー１−１とマイクロミキサー１−２を２個配置した場合と同じ混合効果及び「管詰まり」抑制効果が得られる。また、２本以上の屈曲方向の異なるマイクロミキサーを用い、２種類の流体を静止させた状態で各マイクロミキサーを駆動させると、マイクロチャネル又は拡大混合室を「容器」とした撹拌効果又は撹拌作用も期待できる。
【００３５】
合流マイクロチャネルに合流する支流マイクロチャネルの本数は図示された２本に限定されない。３本以上の支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルにおいても本発明のマイクロミサーを使用することができる。同様に、図８に示された拡大混合室４０に合流する支流マイクロチャネルの本数は図示された２本に限定されない。３本以上の支流マイクロチャネルが合流することもできる。要するに、２種類以上の流体を混合する目的であれば、マイクロチャネルの形状に囚われることなく、あらゆるマイクロチップにおいて本発明のマイクロミキサーを使用することができる。
【実施例１】
【００３６】
（１）マイクロミキサーの作製
常用の光リソグラフィー法に従って、表面に幅約２０μｍ、高さ約２０μｍ、長さ約３００μｍの空気流路用突起と、横幅約２００μｍ、縦幅約１００μｍ、高さ約７０μｍの凹部用突起を有する４インチサイズの鋳型を作製した。この鋳型の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ鋳型にモールドし、Ｎ２スプレーで０．５ｍｍ厚付近になるまで引きのばし、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、厚さ約１４０μｍのＰＤＭＳ製の第１のシート部材を鋳型から剥離した。凹部の底面厚さは約５０μｍであった。厚さ約２０μｍのＰＤＭＳ製の第２のシート部材を準備した。第２のシート部材の適所には予め貫通孔を穿設しておいた。常法に従って両シートを表面改質した後、第２のシート部材の貫通孔を第１のシート部材の空気流路の端部と位置合わせしてから、第１のシート部材の上面に第２のシート部材を恒久接着させた。その後、予め作製しておいたアダプタを、アダプタの貫通孔と第２のシート部材の貫通孔を位置合わせした両部材を恒久接着させた。
（２）マイクロミキサー実装マイクロチップの作製
Ｙ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップを常法に従って作製した。各支流マイクロチャネルの幅は４００μｍ、高さは４００μｍであった。各支流マイクロチャネルの端部のポートの内径は２ｍｍであった。各支流マイクロチャネルの合流点よりも下流側に横幅が８００μｍ、高さ４００μｍ、長さ６００μｍの拡大混合室を形成した。拡大混合室より出口側に幅４００μｍ、高さ４００μｍの合流マイクロチャネルを形成した。合流マイクロチャネルの端部には内径２ｍｍのポートを形成した。拡大混合室の位置に対応する上面基板の外表面側から、拡大混合室の両側の壁面寄りにそれぞれ貫通孔を穿設し、この各貫通孔から前記（１）で作製されたマイクロミキサーを屈曲方向が対向するようにそれぞれ挿入し、図８に示されるようなマイクロミキサー実装マイクロチップを作製した。
（３）混合確認試験
前記（２）で作製されたマイクロチップの各マイクロミキサーのアダプタに空気圧印加用のチューブを接続した。一方の支流マイクロチャネルのポートから赤色の着色液を注入し、他方の支流マイクロチャネルのポートから無色の水を注入した。各マイクロミキサーのアダプタに接続されたチューブから加圧空気を送入すると、マイクロミキサーが徐々に屈曲を始め、約１００ｋＰａの印加圧力でマイクロミキサーが約４０゜屈曲した。各マイクロミキサーに、この屈曲と復元を続けさせることにより、各支流マイクロチャネルから流れてくる２種類の液体が混合され、単一の薄い赤色の液体として合流マイクロチャネル端部のポートから回収できた。
（４）比較試験
前記（３）の試験において、各マイクロミキサーを全く作動させず、２種類の液体をただ流し続けたところ、両方の液体は層流状態のまま合流マイクロチャネル端部のポートに出てきた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のマイクロミキサーを利用したマイクロチップは医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産など様々な分野で活用できる。特に、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロチップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のマイクロミキサーの一例の概要平面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１に示されるマイクロミキサーの駆動状態を示す概要断面図である。
【図４】本発明のマイクロミキサーを実装したマイクロチップの一例の概要平面図である。
【図５Ａ】図４におけるＶ−Ｖ線に沿った部分概要断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたマイクロミキサーの作動状態を示す部分概要断面図である。
【図６】本発明のマイクロミキサーの別の実施態様の概要平面図である。
【図７】本発明のマイクロミキサーの更に別の実施態様の概要断面図である。
【図８】本発明のマイクロミキサーを実装したマイクロチップの別の実施態様の概要平面図である。
【図９】従来のＹ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップの一例の概要平面図である。
【図１０】図９に示されるＹ字形状マイクロチャネルにおける２種類の流体の流動状態を示す模式図である。
【図１１】従来のＹ字形状マイクロチャネルで使用されるマイクロミキサーの一例による２種類の流体の流動状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 本発明のマイクロミキサー
３ 第１のシート部材
５ 第２のシート部材
７ 凹部
９ 空気流路
１１ アダプタ
１３ 貫通孔
２０ マイクロチップ
２２，２４ 支流マイクロチャネル
２６ 合流マイクロチャネル
２８，３０，３２ ポート
３４ 上面基板
３６ 下面基板
３８ 接着剤
４０ 拡大混合室
２６ マイクロチャネル
１００ 従来のＹ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップ
１０２，１０４ 支流マイクロチャネル
１０６ 合流マイクロチャネル
１０８ 層流界面
１１０，１１２，１１４ ポート
１１６，１１８ アクティブバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は遺伝子解析などの化学／生化学分析などに広く使用されるマイクロ流体制御機構付マイクロチップに関する。更に詳細には、本発明は２種類の流体を取り扱うマイクロチャネル内で流体を混合するためのマイクロミキサーを実装したマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロ・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内にマイクロチャネルや反応容器及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うように構成されたマイクロデバイスが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル、ポート及び反応容器などの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロチップ」又は「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。
【０００３】
従来のマイクロチップの一例として、２種類の流体を取り扱うマイクロチップが使用されている。このようなマイクロチップ１００は例えば、図９に示されるように、Ｙ字形の個別マイクロチャネル１０２と１０４の他、合流するマイクロチャネル１０６を有する。個別マイクロチャネル１０２の端部には大気に向かって開口するポート１１０が配設され、個別マイクロチャネル１０４の端部には大気に向かって開口するポート１１２が配設され、合流マイクロチャネル１０６の端部には大気に向かって開口するポート１１４が配設されている。ポート１１０〜１１４の主な用途は、(a)試薬や検体サンプルの注入（分注）、(b)廃液や生成物の取り出し、(c)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(d)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）及び(e)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。
【０００４】
図１０は、図９に示されるようなＹ字形のマイクロチャネルに２種類の流体を流した状態を示す概念図である。ポート１１０から液体Ａを注入しマイクロチャネル１０２から合流マイクロチャネル１０６に流し、一方、ポート１１２から液体Ｂを注入しマイクロチャネル１０４から合流マイクロチャネル１０６に流す。しかし、Ｙ字形のマイクロチャネルなどの微細構造内で発生させた流体の流れは、乱流や剥離が発生せず層流となることが一般的である。従って、２種類の流体をそれぞれのマイクロチャネルから流して別のマイクロチャネル内で合流させても、それぞれの層流の間に界面１０８が形成される。一般的に、界面間の混合は分子拡散により行われる。合流マイクロチャネル１０６の距離が短いと２種類の流体は殆ど混合されることなくポート１１４に至ってしまう。従って、２種類の流体をこの界面１０８を通して混合させようとしても、分子拡散はなかなか進行せず、十分に混合されるには長い距離の合流マイクロチャネル１０６が必要となり、実用性に欠ける。従って、Ｙ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいては、何らかの効果的なマイクロミキサーが必要となる。
【０００５】
このようなマイクロミキサーの一例として、図１１に示されるように、Ｙ字形のマイクロチャネルのうち、マイクロチャネル１０２とマイクロチャネル１０４の途中にアクティブバルブ１１６及び１１８を配設して２液を混合するマイクロミキサーが非特許文献１の２９７頁に記載されている。このマイクロミキサーでは、一方のアクティブバルブ（例えば、１１６）を開き、他方のアクティブバルブ（例えば、１１８）を閉じ、２種類の流体の流量を交互に変化させ、平面的に２種類の流体の界面１０８’を増加させるようにして混合する。しかし、このマイクロミキサーでは界面は増加するが明確な乱流は発生しないので、混合効率はさほど高くない。このような目的のために申し分なく使用できるマイクロミキサーの開発が強く求められている。
【０００６】
【非特許文献１】化学とマイクロ・ナノシステム研究会監修，北森武彦ほか編，「マイクロ化学チップの技術と応用」，丸善株式会社（２００４年９月発行），２９３頁〜２９７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の目的は、２種類以上の流体を取り扱うマイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、各流体を効率的に混合することができるマイクロミキサーを実装したマイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段としての請求項１の発明は、上面基板と下面基板とからなり、両基板の間に配設された２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、
前記合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、
該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚以上のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路が配設されており、厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、
前記薄いシート部材の厚さ（Ｔ１）対前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：２〜１：１０の範囲内であり、
前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップである。
【０００９】
この発明によれば、空気流路を介して凹部に加圧空気を送り込むと、薄いシート部材が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚いシート部材も若干膨隆するように変形する。このようにして発生した変形応力差により、凹部の先端部分が厚いシート部材側に向かって屈曲する。この屈曲現象を利用することによりマイクロミキサーの混合動作を行わせることができる。
【００１０】
前記課題を解決するための手段としての請求項２の発明は、前記厚いシート部材及び薄いシート部材がいずれもポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるシリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１１】
この発明によれば、厚いシート部材及び薄いシート部材は空気流路及び凹部以外の箇所では相互に恒久接着することができる。その結果、加圧空気を凹部に送入した際、凹部部分の薄いシート部材だけが選択的に風船様に膨張することができる。
【００１２】
前記課題を解決するための手段としての請求項３の発明は、前記マイクロミキサーが前記空気流路に連通する貫通孔を有するアダプタを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１３】
この発明によれば、アダプタの貫通孔を介して空気流路に加圧空気を容易に送入することができる。
【００１４】
前記課題を解決するための手段としての請求項４の発明は、前記マイクロミキサーは厚さの厚い１枚のシート部材と２枚の厚さの薄いシート部材とからなり、前記厚い１枚のシート部材の両側に、１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路がそれぞれ配設されており、前記２枚の厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の両側表面に接着されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１５】
この発明によれば、１個のマイクロミキサーで左右（又は前後）の両方向に屈曲することができ、２種類の流体の混合効率が飛躍的に向上する。
【００１６】
前記課題を解決するための手段としての請求項５の発明は、各支流マイクロチャネルの合流点下流側に、合流マイクロチャネルの幅よりも広い幅を有する所定の容積の拡大混合室を有し、前記マイクロミキサーが該拡大混合室に配設されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップである。
【００１７】
この発明によれば、マイクロミキサーにより合流マイクロチャネルが塞がれたりすることなく効率的に混合を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロミキサーは空気圧で屈曲動作を行わせることにより２種類の流体に乱流を起こさせて両流体を混合することができる。本発明のマイクロミキサーの操作は簡便であるばかりか、空気圧を調整することにより屈曲角度を変化させ、混合度合いを制御することもできる。更に、マイクロチップとは別体として作製できるので、製造が容易であり、その結果、低コストを実現することができる。使用後はマイクロチップから取り外して、別の新たなマイクロチップに実装することにより再利用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は本発明のマイクロミキサーの一例の概要平面図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図であり、図３は図１に示されるマイクロミキサーの駆動状態を示す概要断面図であり、図４は図１に示されるマイクロミキサーを実装したマイクロチップの一例の部分概要断面図であり、図５Ａ及び図５Ｂは該マイクロチップにおけるマイクロミキサーの駆動状態を示す部分概要断面図である。
【００２０】
図１及び図２に示されるように、本発明のマイクロミキサー１は厚さの厚い第１のシート部材３と厚さの薄い第２のシート部材５とが貼り合わせた２枚構造を有する。厚さの厚い第１のシート部材３には、所定の容積の凹部７と、この凹部７に連通する空気流路９が形成されている。更に、この空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むためのアダプタ１１が厚さの薄い第２のシート部材５の上面に定着されている。アダプタ１１には空気流路９に連通する貫通孔１３が配設されている。貫通孔１３には、加圧ポンプ（図示されていない）からのチューブ（図示されていない）などを接続できる。
【００２１】
図３に示されるように、アダプタ１１の貫通孔１３から空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むと、薄い第２のシート部材５が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚い第１のシート部材３も若干膨隆するように変形する。このようにして発生した変形応力差により、凹部７の先端部分が厚い第１のシート部材３側に向かって屈曲する。この屈曲現象を利用することによりマイクロミキサーの混合動作を行わせることができる。屈曲の大きさは印加される圧力に応じて変化する。印加する圧力は４０ｋＰａ〜３００ｋＰａ程度である。印加する圧力が４０ｋＰａ未満では屈曲は殆ど起こらない。３００ｋＰａ超の圧力では、屈曲角度が１８０゜付近で飽和し、むしろマイクロミキサー自体が破壊損傷する危険性が生じる。
【００２２】
本発明のマイクロミキサー１において、第１のシート部材３及び第２のシート部材５は、可撓性で伸縮性のある素材から形成されている。このような素材は例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのようなシリコーンゴムが好ましい。特に、ＰＤＭＳは表面改質することによりシート同士が恒久接着し、剥離を起こさないので特に好ましい。
【００２３】
本発明のマイクロミキサー１において重要なことは、凹部７における第１のシート部材３の厚さと第２のシート部材５の厚さの比率である。一般的に、凹部７における第２のシート部材５の厚さＴ１と第１のシート部材３の厚さＴ２の比率は、Ｔ１：Ｔ２＝１：２〜１：１０の範囲内であることが好ましい。Ｔ１：Ｔ２が１：２未満の場合、例えば、１：１の場合、第１のシート部材３と第２のシート部材５の伸縮率や変形応力が均等になり、凹部７が真円形の風船のように膨張するだけで屈曲は起こらない。一方、Ｔ１：Ｔ２が１：１０超の場合、例えば、１：１１の場合、第２のシート部材５は膨張しても、第１のシート部材３は殆ど伸縮しないので変形応力は第１のシート部材３には発生せず、寧ろ、第２のシート部材５が破裂する危険性が生じる。
【００２４】
また、凹部７の底部から第２のシート部材５の下面までの深さＤ（以下「凹部７の深さＤ」という）は、第１のシート部材３の厚さＴ２よりも大きいことが必要である。凹部７の深さＤは第１のシート部材３の厚さＴ２よりも１．３倍〜５倍程度大きいことが好ましい。凹部７の深さＤが第１のシート部材３の厚さＴ２よりも１．３倍未満では、屈曲度合いを精密に制御することが困難になる。一方、凹部７の深さＤが第１のシート部材３の厚さＴ２よりも５倍超では、凹部７の容積が大きくなりすぎ、屈曲応答性が低下する。
【００２５】
空気流路９の幅及び高さは適宜選択することができる。例えば、空気流路９の幅は１０μｍ〜５００μｍ程度で、高さは１０μｍ〜３００μｍ程度であることができる。
【００２６】
第１のシート部材３に空気流路９及び凹部７を形成する方法としては、当業者に公知慣用の任意の方法を使用できる。例えば、光リソグラフィー法により作製されたシリコーン鋳型にＰＤＭＳプレポリマーを流し込んで、重合させる方法、又は機械的に刻設する方法などが使用できる。
【００２７】
アダプタ１１を使用する場合、この部材もＰＤＭＳから構成されていることが好ましい。アダプタ１１がＰＤＭＳから構成されている場合、ＰＤＭＳ製の第２のシート部材５の上面にアダプタ１１を恒久接着させることができるからである。しかし、アダプタ１１は他の素材（例えば、熱可塑性合成樹脂など）から構成することもできる。アダプタ１１がＰＤＭＳ以外の素材から構成されている場合、アダプタ１１を第２のシート部材５の上面に固着させるために、必要に応じて接着剤（例えば、エポキシ樹脂）などを使用することもできる。
【００２８】
図４は本発明のマイクロミキサー１を実装したマイクロチップ２０の一例の概要平面図である。マイクロチップ２０は公知慣用のＹ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップと同様に、支流マイクロチャネル２２と２４及び合流マイクロチャネル２６を有し、支流マイクロチャネル２２の端部には大気に向かって開口したポート２８が配設され、支流マイクロチャネル２４の端部には大気に向かって開口したポート３０が配設され、合流マイクロチャネル２６の端部には大気に向かって開口したポート３２がそれぞれ配設されている。本発明のマイクロミキサー１は支流マイクロチャネルの合流点よりも下流側の合流マイクロチャネル２６の途中に実装することが好ましい。図４ではマイクロミキサー１は１個しか実装されていないが、２個以上実装することもできる。
【００２９】
図５Ａは、図４に示されたＶ−Ｖ線に沿った部分概要断面図である。マイクロチップ２０は公知慣用のＹ字形のマイクロチャネルを有するマイクロチップと同様に、上面基板３４と下面基板３６を有し、該基板間に支流マイクロチャネル２２，２４及び合流マイクロチャネル２６を有する。一方の基板側（図５Ａでは上面基板３４側）から合流マイクロチャネル２６の幅方向の略中央付近にマイクロミキサー１を垂直に挿入する。上面基板３４に開設された挿入孔の上部を封止するため、適当な接着剤又はシーラント３８を使用することができる。
【００３０】
図５Ｂは、マイクロミキサー１の作動状態を示す部分概要断面図である。アダプター１１の貫通孔１３から空気流路９を介して凹部７に加圧空気を送り込むと、薄い第２のシート部材５が風船のように大きく膨隆し、次いで、厚い第１のシート部材３も若干膨隆するように変形する。この膨隆により生じた第２のシート部材５と第１のシート部材３との間の変形応力差により屈曲が生じる。加圧空気の送入を止め、大気圧に戻すと元の真っ直ぐな状態に復元する。従って、マイクロミキサー１の屈曲と復元を利用することにより、合流マイクロチャネル２６内を層流状態で流れてくる２種類の流体界面を壊して乱流を発生させ、混合を行うことができる。屈曲方向の異なるマイクロミキサーを併用することにより一層優れた混合操作を達成することができる。
【００３１】
図５Ａでは、マイクロミキサー１は上面基板３４側から合流マイクロチャネル２６に垂直に挿入されているが、下面基板３６側から合流マイクロチャネル２６に垂直に挿入することもできる。別法として、マイクロミキサー１は合流マイクロチャネル２６に水平に挿入することもできる。
【００３２】
図６は本発明のマイクロミキサーの別の実施態様の概要平面図である。凹部が矩形状ではなく、円形であり、しかも、複数個の円形凹部７−１，７−２が空気流路９で連結されている。このようなマイクロミキサー１Ａは複数個の円形凹部７−１，７−２周辺の変形応力差が錯綜することにより、指の関節のように部分的に異なる屈曲を起こすことができる。これにより、乱流発生効率を高めることができる。
【００３３】
図７は本発明のマイクロミキサーの更に別の実施態様の概要断面図である。図７に示されたマイクロミキサー１Ｂでは、第１のシート部材３’の両側に、第２のシート部材５ａ、凹部７ａ、凹部７ａに連通する空気流路９ａと、第２のシート部材５ｂ、凹部７ｂ、凹部７ｂに連通する空気流路９ｂが存在し、空気流路９ａを介して凹部７ａに加圧空気を送り込むためのアダプタ１１ａと、空気流路９ｂを介して凹部７ｂに加圧空気を送り込むためのアダプタ１１ｂがそれぞれの第２のシート部材５ａ、５ｂの上面に定着されている。アダプタ１１ａ，１１ｂにはそれぞれの空気流路９ａ，９ｂに連通する貫通孔１３ａ，１３ｂが配設されている。このマイクロミキサー１Ｂの特徴は、例えば、アダプタ１１ａの貫通孔１３ａから空気流路９ａを介して凹部７ａに加圧空気を送り込むと、（Ａ）方向に屈曲させることができ、アダプタ１１ｂの貫通孔１３ｂから空気流路９ｂを介して凹部７ｂに加圧空気を送り込むと、（Ｂ）方向に屈曲させることができることである。従って、１個のマイクロミキサーでありながら、図１に示されたマイクロミキサーの２個分の機能を果たすことができる。
【００３４】
図８は本発明のマイクロチップの別の実施態様の概要平面図である。図８に示されるマイクロチップ２０Ａでは、支流マイクロチャネル２２と２４の合流点の下流側に、合流マイクロチャネル２６の横幅よりも大きな横幅を有する、所定の容積の混合室４０が配設されている。マイクロミキサー１は横幅があるので、合流マイクロチャネル２６内に挿入すると、流体の流れを阻害し、「管詰まり」を起こしかねない。拡大された混合室４０を設け、混合室の壁面寄りに屈曲方向の異なるマイクロミキサー１−１とマイクロミキサー１−２を向かい合わせに配置し、両方を同時に又は間欠的に作動、屈曲させることにより２種類の流体に効果的に乱流を発生させることができるばかりか、「管詰まり」の発生を抑制することができる。拡大された混合室４０の略中央部に、図７に示されるようなマイクロミキサー１Ｂを１個配置しても、図８に示されるようなマイクロミキサー１−１とマイクロミキサー１−２を２個配置した場合と同じ混合効果及び「管詰まり」抑制効果が得られる。また、２本以上の屈曲方向の異なるマイクロミキサーを用い、２種類の流体を静止させた状態で各マイクロミキサーを駆動させると、マイクロチャネル又は拡大混合室を「容器」とした撹拌効果又は撹拌作用も期待できる。
【００３５】
合流マイクロチャネルに合流する支流マイクロチャネルの本数は図示された２本に限定されない。３本以上の支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルにおいても本発明のマイクロミサーを使用することができる。同様に、図８に示された拡大混合室４０に合流する支流マイクロチャネルの本数は図示された２本に限定されない。３本以上の支流マイクロチャネルが合流することもできる。要するに、２種類以上の流体を混合する目的であれば、マイクロチャネルの形状に囚われることなく、あらゆるマイクロチップにおいて本発明のマイクロミキサーを使用することができる。
【実施例１】
【００３６】
（１）マイクロミキサーの作製
常用の光リソグラフィー法に従って、表面に幅約２０μｍ、高さ約２０μｍ、長さ約３００μｍの空気流路用突起と、横幅約２００μｍ、縦幅約１００μｍ、高さ約７０μｍの凹部用突起を有する４インチサイズの鋳型を作製した。この鋳型の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ鋳型にモールドし、Ｎ２スプレーで０．５ｍｍ厚付近になるまで引きのばし、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、厚さ約１４０μｍのＰＤＭＳ製の第１のシート部材を鋳型から剥離した。凹部の底面厚さは約５０μｍであった。厚さ約２０μｍのＰＤＭＳ製の第２のシート部材を準備した。第２のシート部材の適所には予め貫通孔を穿設しておいた。常法に従って両シートを表面改質した後、第２のシート部材の貫通孔を第１のシート部材の空気流路の端部と位置合わせしてから、第１のシート部材の上面に第２のシート部材を恒久接着させた。その後、予め作製しておいたアダプタを、アダプタの貫通孔と第２のシート部材の貫通孔を位置合わせした両部材を恒久接着させた。
（２）マイクロミキサー実装マイクロチップの作製
Ｙ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップを常法に従って作製した。各支流マイクロチャネルの幅は４００μｍ、高さは４００μｍであった。各支流マイクロチャネルの端部のポートの内径は２ｍｍであった。各支流マイクロチャネルの合流点よりも下流側に横幅が８００μｍ、高さ４００μｍ、長さ６００μｍの拡大混合室を形成した。拡大混合室より出口側に幅４００μｍ、高さ４００μｍの合流マイクロチャネルを形成した。合流マイクロチャネルの端部には内径２ｍｍのポートを形成した。拡大混合室の位置に対応する上面基板の外表面側から、拡大混合室の両側の壁面寄りにそれぞれ貫通孔を穿設し、この各貫通孔から前記（１）で作製されたマイクロミキサーを屈曲方向が対向するようにそれぞれ挿入し、図８に示されるようなマイクロミキサー実装マイクロチップを作製した。
（３）混合確認試験
前記（２）で作製されたマイクロチップの各マイクロミキサーのアダプタに空気圧印加用のチューブを接続した。一方の支流マイクロチャネルのポートから赤色の着色液を注入し、他方の支流マイクロチャネルのポートから無色の水を注入した。各マイクロミキサーのアダプタに接続されたチューブから加圧空気を送入すると、マイクロミキサーが徐々に屈曲を始め、約１００ｋＰａの印加圧力でマイクロミキサーが約４０゜屈曲した。各マイクロミキサーに、この屈曲と復元を続けさせることにより、各支流マイクロチャネルから流れてくる２種類の液体が混合され、単一の薄い赤色の液体として合流マイクロチャネル端部のポートから回収できた。
（４）比較試験
前記（３）の試験において、各マイクロミキサーを全く作動させず、２種類の液体をただ流し続けたところ、両方の液体は層流状態のまま合流マイクロチャネル端部のポートに出てきた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のマイクロミキサーを利用したマイクロチップは医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産など様々な分野で活用できる。特に、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロチップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のマイクロミキサーの一例の概要平面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１に示されるマイクロミキサーの駆動状態を示す概要断面図である。
【図４】本発明のマイクロミキサーを実装したマイクロチップの一例の概要平面図である。
【図５Ａ】図４におけるＶ−Ｖ線に沿った部分概要断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示されたマイクロミキサーの作動状態を示す部分概要断面図である。
【図６】本発明のマイクロミキサーの別の実施態様の概要平面図である。
【図７】本発明のマイクロミキサーの更に別の実施態様の概要断面図である。
【図８】本発明のマイクロミキサーを実装したマイクロチップの別の実施態様の概要平面図である。
【図９】従来のＹ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップの一例の概要平面図である。
【図１０】図９に示されるＹ字形状マイクロチャネルにおける２種類の流体の流動状態を示す模式図である。
【図１１】従来のＹ字形状マイクロチャネルで使用されるマイクロミキサーの一例による２種類の流体の流動状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 本発明のマイクロミキサー
３ 第１のシート部材
５ 第２のシート部材
７ 凹部
９ 空気流路
１１ アダプタ
１３ 貫通孔
２０ マイクロチップ
２２，２４ 支流マイクロチャネル
２６ 合流マイクロチャネル
２８，３０，３２ ポート
３４ 上面基板
３６ 下面基板
３８ 接着剤
４０ 拡大混合室
２６ マイクロチャネル
１００ 従来のＹ字形状マイクロチャネルを有するマイクロチップ
１０２，１０４ 支流マイクロチャネル
１０６ 合流マイクロチャネル
１０８ 層流界面
１１０，１１２，１１４ ポート
１１６，１１８ アクティブバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面基板と下面基板とからなり、両基板の間に配設された２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、
前記合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、
該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚以上のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路が配設されており、厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、
前記薄いシート部材の厚さ（Ｔ１）対前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：２〜１：１０の範囲内であり、
前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記厚いシート部材及び薄いシート部材がいずれもポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるシリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項３】
前記マイクロミキサーが前記空気流路に連通する貫通孔を有するアダプタを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項４】
前記マイクロミキサーは厚さの厚い１枚のシート部材と２枚の厚さの薄いシート部材とからなり、前記厚い１枚のシート部材の両側に、１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路がそれぞれ配設されており、前記２枚の厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の両側表面に接着されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項５】
各支流マイクロチャネルの合流点下流側に、合流マイクロチャネルの幅よりも広い幅を有する所定の容積の拡大混合室を有し、前記マイクロミキサーが該拡大混合室に配設されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項１】
上面基板と下面基板とからなり、両基板の間に配設された２本以上の支流マイクロチャネルと、これら支流マイクロチャネルが合流する合流マイクロチャネルを有するマイクロチップにおいて、
前記合流マイクロチャネルの適所に１本以上のマイクロミキサーが挿入されており、
該マイクロミキサーは厚さの異なる２枚以上のシート部材からなり、厚さの厚いシート部材には１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路が配設されており、厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の表面に接着されており、
前記薄いシート部材の厚さ（Ｔ１）対前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：２〜１：１０の範囲内であり、
前記凹部の深さ（Ｄ）は前記凹部の底部厚さ（Ｔ２）の１．３倍〜５倍の範囲内であることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記厚いシート部材及び薄いシート部材がいずれもポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるシリコーンゴム製であることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項３】
前記マイクロミキサーが前記空気流路に連通する貫通孔を有するアダプタを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項４】
前記マイクロミキサーは厚さの厚い１枚のシート部材と２枚の厚さの薄いシート部材とからなり、前記厚い１枚のシート部材の両側に、１個以上の凹部と、該凹部に連通する空気流路がそれぞれ配設されており、前記２枚の厚さの薄いシート部材は、前記厚さの厚いシート部材の前記溝及び凹部を遮蔽するように前記厚さの厚いシート部材の両側表面に接着されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【請求項５】
各支流マイクロチャネルの合流点下流側に、合流マイクロチャネルの幅よりも広い幅を有する所定の容積の拡大混合室を有し、前記マイクロミキサーが該拡大混合室に配設されていることを特徴とする請求項１のマイクロチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２４８２３３（Ｐ２００７−２４８２３３Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１３０１（Ｐ２００６−７１３０１）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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