マイクロ科学装置及びその流体操作方法
【課題】状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【解決手段】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な供給流路２２ａを備えたマイクロ科学装置１０であって、微細な供給流路２２ａ内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段４０が微細な供給流路２２ａに備えられる。
【解決手段】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な供給流路２２ａを備えたマイクロ科学装置１０であって、微細な供給流路２２ａ内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段４０が微細な供給流路２２ａに備えられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ科学装置及びその流体操作方法に係り、特に、ナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置及びその流体操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ空間内では単位体積あたりの表面積が大きくなる特徴から、反応流体の反応界面を多く形成でき、温度制御も容易にできるので、流体間の反応や混合の高効率化又は高速化ができる技術として注目されている。
【０００３】
このように、マイクロ空間において流体を精密に制御しながら反応や混合を行うマイクロリアクターでは、一般的に処理量が少ない。しかし、マイクロリアクターの容量を増加させて処理量を向上させても、所望の反応や混合が行えなくなる。そこで、従来は、特許文献１に示されるように、マイクロリアクターの数や流路の数を増加させる検討がなされている（ナンバリングアップ）。
【０００４】
分岐構造の流路を備えたマイクロリアクター等でナンバリングアップをより効率よく実現させるためには、反応流体を均一に分配して各流路における反応流体の流量比率を均一にする必要がある。
【０００５】
例えば、特許文献２では、分岐部にオリフィスを設けて分配流路に圧力損失を付与する方法が提案されている。また、特許文献３では、流路形状を対称に設計する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２４３３０８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７４６８号公報
【特許文献３】特開２００２−３４６３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の特許文献２のように、分岐構造を有する微細な流路の分岐部にオリフィスを固定化する方法では、気泡が混入したり、反応流体間の反応によって泡が発生したりする場合、この泡が微細な流路を閉塞して均一に分配できなくなるという問題があった。
【０００７】
また、微細な流路内に目詰まりが生じたり、複数種類の反応流体の混合比を調整したりする場合等に、状況に応じて流量をフレキシブルに調整することができなかった。このため、反応の種類によって微細な流路の設計をしなおす必要があることが問題であった。
【０００８】
また、微細な流路を使用した後、微細な流路内に洗浄液を高流量で流すことができず、洗浄効率が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できるマイクロ科学装置及びその流体操作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記微細な流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置を提供する。
【００１１】
請求項１によれば、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が微細な流路に備えられる。したがって、例えば、反応の種類によって流路断面積を変えたい場合や微細な流路内を洗浄したい場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００１２】
ここで、流動抵抗とは、流体が微細な流路内を流れるときに生じる圧力損失である。また、流動抵抗可変手段としては、流路断面積を変化させて圧力損失を制御する方法だけでなく、流路内を流れる流体の物性（粘度、粒度等）を変化させて圧力損失を制御する方法（例えば、磁性流体に磁場を印加したり、流体を加熱したりする方法等）も含まれる。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記流動抵抗可変手段が、前記微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２によれば、流動抵抗可変手段が、微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されるので、微細な流路内を流通する流体の圧力損失を調節することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記流動抵抗可変手段は、前記微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を前記微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、前記流動抵抗可変手段は、微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構と、を備えている。
【００１７】
ここで、出没とは、変位部材が微細な流路内に突出する場合だけでなく、面一から没入させる場合も含まれる。また、変位部材の変位量は、アナログ的に無段階調節するものであってもよいし、デジタル的に段階調節するものであってもよい。流動抵抗を可変にする流路長は、単位変位部材の数をデジタル制御することで行うこともできる。
【００１８】
また、変位部材としては、変位可能な部材であることが好ましく、弾性体（例えば、弾性膜、シリコン、ばね等）を使用することができる。制御機構としては、主に、作用部材を制御する制御手段と、作用を受ける作用部材と、が含まれるが、制御手段と作用部材が一体化したものも含まれる。
【００１９】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記制御機構が、温度制御により変形又は変位する温度作用機構、磁場制御により変形又は変位する磁場作用機構、電圧制御により変形又は変位する電圧作用機構、電流制御により変形又は変位する電流作用機構、光強度制御により変形又は変位する光作用機構の何れか１であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４は、請求項３の制御機構を具体的に示したものである。ここで、制御機構には、温度、磁場、電場、電圧、電流、光強度等を制御する制御手段と、これらの制御因子により作用を受ける作用部材と、が含まれる。例えば、温度作用機構であれば、ヒータ等の温度制御手段と、温度変化を受けて作用する形状記憶合金等の作用部材と、が含まれる。
【００２１】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記分岐構造流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記分岐構造流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置を提供する。
【００２２】
請求項５によれば、例えば、複数種類の反応流体の混合比を変えたり、反応流体を流通させる流路を選択したり、分岐構造流路に均一分配させたりする場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２３】
ここで、流動抵抗可変手段は、微細な流路ごとに設けられてもよいし、必要な微細な流路に選択的に設けられてもよい。また、流動抵抗可変手段は、微細な流路の分岐部入口に設けられることが好ましい。
【００２４】
請求項６は請求項５において、前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項６によれば、前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成される。これにより、複数の流路からなる交差構造流路や分岐構造流路において、微細な流路ごとに流体の流通状態を制御することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２６】
請求項７は請求項５又は６において、前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする。
【００２７】
請求項７によれば、各微細な流路部分に請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段を設けるので、各微細な流路に流れる流体の流量を調節することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２８】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、前記微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の流動抵抗を可変にすることを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法を提供する。
【００２９】
請求項８によれば、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により微細な流路内の流動抵抗を可変にする。したがって、例えば、反応の種類によっては流路断面積を変えたい場合や微細な流路内を洗浄したい場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００３０】
請求項９は請求項８において、前記操作目的の少なくとも一つは、前記流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の前記流動抵抗を低減させて、前記微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作であることを特徴とする。
【００３１】
請求項９によれば、操作目的の少なくとも一つは、流動抵抗可変手段により微細な流路内の流動抵抗を低減させて、微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作である。したがって、例えば、使用後の微細な流路内に洗浄液を高流量で流すことができる等、状況に応じて微細な流路内の流体の流通状態をフレキシブルに制御することができる。
【００３２】
本発明の請求項１０は前記目的を達成するために、１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記分岐構造流路に設けられた前記流動抵抗可変手段により、前記１の滞留部又は１の流路内を流れる流体を前記複数の微細な流路内に均等分配することを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法を提供する。
【００３３】
請求項１０によれば、分岐構造流路に設けられた流動抵抗可変手段により、流体を複数の微細な流路内に均等分配するので、ナンバリングアップにおける反応を均一に行うことができる。また、状況に応じてフレキシブルに各微細な流路内の流体の流通状態を制御することができる。
【００３４】
請求項１２は請求項８〜１０の何れか１において、前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０の一例を説明する斜視図である。同図では、マイクロ科学装置１０を構成する３つの要素を分解した様子を示す。図２は、上記の３つの要素を積層した状態を説明する上面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線における各要素の断面図である。
【００３８】
図１に示されるように、本実施形態におけるマイクロ科学装置１０は、少なくとも第１の溶液を供給するための第１の供給要素１２と、第２の溶液を供給するための第２の供給要素１４と、第１と第２の溶液を混合及び反応させるための合流要素１６と、を備えている。マイクロ科学装置１０は、少なくともこれらの各要素が一体に締結及び積層されて組み立てられる。組み立て方法としては、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通する図示しないボア（又は穴）を等間隔に設けて、各要素間をボルト及びナットで一体に締結する方法や、直接接合による方法や、接着剤等を用いて組み立てる方法等が挙げられる。
【００３９】
第１の供給要素１２の合流要素１６側とは反対面の中心に、厚さ方向に貫通していない円形の滞留部２２が形成されている。（図３（ａ）参照）。この滞留部２２から放射状に４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通している。ボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、第２の供給要素にも同様に設けられ、厚さ方向に貫通している。
【００４０】
各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの断面形状は、矩形でも円形（半円形も含む）でもよく、特に限定されない。流路断面積は、特に規定しないが、層流を形成できる範囲であることが、系の安定性の観点から好ましい。層流を形成できる条件としては、通常、等価直径２ｍｍ以下、好ましくは６００μｍ以下が好ましい。また、分岐する供給流路の数も本実施形態では４本としたが、２〜３本、又は５本以上でもよく、特に限定されない。
【００４１】
第２の供給要素１４には、厚さ方向に貫通する貫通穴２４が中心部に設けられている（図３（ｂ）参照）。この貫通穴２４から放射状に、厚さ方向に貫通しない４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。
【００４２】
第２の供給要素１４に設けられた４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、第１の供給要素と積層したときに、第１の供給要素１２に設けられた４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと重ならないように形成されている。各供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通している。なお、各供給流路の断面形状、断面積、及び分岐する供給流路の数等は、既述したものと同様である。
【００４３】
合流要素１６は、第１の供給要素１２のボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通、する流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、第２の供給要素１４のボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通する流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと、をそれぞれ合流させるための混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが形成されている。各混合流路の端部に、厚さ方向に貫通するボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成される。
【００４４】
また、合流要素１６の中心部には、第２の供給要素１４と積層したときに、貫通穴２４と重なり連通するように貫通穴２４が形成されている。これにより、図示しない供給口より第２の溶液を合流要素１６の貫通穴２４から取込むことができる。
【００４５】
マイクロ科学装置１０を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（石英等）、セラミックス（シリコン等）などが好ましく使用できる。
【００４６】
マイクロ科学装置１０を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、一部既述したように、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザー加工法、イオンビーム加工法、及び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機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。
【００４７】
要素間や部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００４８】
このようなマイクロ科学装置１０において、図４に示されるように、第１の溶液が、図示しない第１の供給口から第１の供給要素における滞留部２２へ供給される（太い破線矢印）。第１の溶液は、４つに分割されて４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを流れた後、ボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを流れる。その後、第２の供給要素に設けられたボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’を流れた後、合流部材１６において、ボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’の開口部と連通する合流要素１６の流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄに到達する。
【００４９】
これと同様に、第２の溶液は、図示しない第２の供給口から第１の溶液の流れる方向とは逆方向に、合流要素１６における貫通穴２４を介して、第２の供給要素における貫通穴２４へ供給される。次いで、第２の溶液は４つに分割されて４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを流れた後、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを流れる。そして、合流部材１６において、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの開口部と連通する合流要素１６の流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄに到達する（細い破線矢印）。
【００５０】
合流要素１６に形成された４つの混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにおいて、上記のようにそれぞれ供給された第１の溶液と第２の溶液が合流して混合又は反応する。その後、反応生成物を含む溶液は、排出流路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを流れて、図示しない排出口より外部へ回収される（実線矢印）。
【００５１】
このようなナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０において、第１、２の溶液をより均一に混合及び反応させるためには、分岐部の流路における流動抵抗（圧力損失）を増加させることが好ましい（図４において、○で図示した箇所参照）。その一方で、流路内の気泡を抜いたり、洗浄したりする場合は、流動抵抗を低減させることが好ましい。そこで、流路における流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段を設けるようにしたことが本発明の特徴である。
【００５２】
以下、断面積が矩形である微細流路に分岐する分岐構造流路に、流動抵抗可変手段を設けた例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
図５は、本発明に係る流動抵抗可変手段４０の一例を説明する図である。このうち、図５（ａ）は板ばね３４であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の板ばね３４を供給流路２２ａに適用したときの断面図である。
【００５４】
図５（ｂ）に示されるように、流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａ内に設けられた板ばね３４（変位部材）と、板ばね３４に接するように供給流路２２ａ内壁面に設けられた形状記憶合金３６（作用部材）と、形状記憶合金３６の温度制御を行うためのヒータ３８（制御手段）と、を備えている。
【００５５】
板ばね３４は、形状記憶合金３６の変位を受けて、供給流路２２ａの内側に伸縮する弾性体であり、公知公用の板ばね又はゴム部材等の各種弾性体が使用できる。
【００５６】
形状記憶合金３６は、ヒータ３８により制御される温度による作用で変形する金属である。形状記憶合金３６の材質としては、Ni-Ti、Fe-Mn-Si、Cu-Zn-Al合金系を使用できるが、耐食性の高いものがより好適に使用できる。
【００５７】
ヒータ３８は、温度変化によって形状記憶合金３６の変位量を制御するための温度制御手段である。ヒータ３８は、形状記憶合金３６に伝熱させやすいように設けられることが好ましく、例えば、形状記憶合金３６に接するように設けられることがより好ましいが、間接的に伝熱可能に構成されてもよい。
【００５８】
温度制御手段としては、ヒータ３８のほか、各種公知公用のヒータが使用できる。
【００５９】
このような流動抵抗可変手段４０は、第１の供給要素における滞留部２２から分岐した直後の各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄや、第２の供給要素における貫通穴２４から分岐した直後の各供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに形成されることが好ましい。
【００６０】
本実施形態では、対向する内壁面に２つの流動抵抗可変手段４０を設ける例を示したが、１つだけ設けてもよいし、複数設けてもよい。また、本実施形態では、板バネは、形状記憶合金に対し、フック状に固定しているが、これに限定されることはなく、板バネの復元力を利用して、摩擦力で固定してもよい。また、板バネの形状から断面形状が円形の流路でも使用は可能であるが、断面形状が矩形の流路で使用する方がより好ましい。
【００６１】
次に、本発明の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。
【００６２】
溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、例えば、ヒータ３８の温度を所定温度以上に上昇させる。ヒータ３８の温度上昇に伴い、形状記憶合金３６が所定の温度以上になると、一定の形状を復元するように作用する。この形状記憶合金３６の作用により、流路断面積を小さくするように板ばね３４が変形する。これにより、流動抵抗は増加し、分岐する流路において均一に分配することができる。
【００６３】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、ヒータ３８の温度を下げることにより、形状記憶合金３６が作用を受けて一定の形状から変形する。この作用を受けて、板ばね３４が流路断面積を大きくするように変形する。これにより、流動抵抗を低減でき、洗浄性を向上させることができる。
【００６４】
なお、上記は作用の一例であり、形状記憶合金３６の材質や特性に合わせた温度制御を行うことが必要である。
【００６５】
このように、本実施形態のようなナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０において、流動抵抗を可変にできるので、単位時間当たりの処理量を増加させ且つ得られる生成物を各流路から均等に得ることができる。さらに、流路内に気泡や目詰まりが生じた場合、又は使用後に流路内を洗浄する場合等に、高流量で送液することができるので、洗浄効率を向上できる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００６６】
次に、本発明に係る流動抵抗可変手段４０の変形例について説明する。図６〜９、及び図１２、１３は、本発明に係る流動抵抗可変手段の変形例を説明する断面図である。このうち、図６は、流動抵抗可変手段４０の第二実施形態であり、図７は、流動抵抗可変手段４０の第三実施形態であり、図８は、流動抵抗可変手段４０の第四実施形態であり、図９は、流動抵抗可変手段４０の第五実施形態であり、図１２は、流動抵抗可変手段４０の第六実施形態であり、図１３は、流動抵抗可変手段４０の第七実施形態である。なお、各図において、同一の部材や機能を有するものは、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図６は、流動抵抗可変手段４０の第二実施形態を説明する断面図である。図６の流動抵抗可変手段４０は、主に、低温に変態点を持つ形状記憶合金４４ａと高温に変態点を持つ形状記憶合金４４ｂとを張り合わせた変位部材４４と、変位部材４４の温度を制御するためのヒータ３８（温度制御手段）と、を備えている。
【００６８】
形状記憶合金４４ａ及び形状記憶合金４４ｂの種類や温度制御手段３８については、第一実施形態の流動抵抗可変手段４０と同様のものを使用できる。
【００６９】
変位部材４４は、形状記憶合金４４ａと形状記憶合金４４ｂとを張り合わせて構成されている。これにより、温度制御手段３８により形状記憶合金４４ｂ及び形状記憶合金４４ａの反り量を制御することができる。
【００７０】
この変位部材４４は、まず成膜により流路２２ａの表面に形状記憶合金４４ｂを形成し、高温にして結晶構造を安定化させた後に形状記憶合金４４ｂの変形部分に相当する流路２２ａの内壁部分をエッチングにより除去する。その後、低温で形状記憶合金４４ｂを流路内側に向けて変形させ、その変形を維持したまま形状記憶合金４４ａを成膜により形状記憶合金４４ｂの上に積層させ、高温にして形状記憶合金４４ｂの結晶構造を安定化させる。
【００７１】
このようにして作製した変位部材４４に熱を加えると、形状記憶合金４４ｂは元の形に戻ろうとし、形状記憶合金４４ａは超弾性の性質により、形状記憶合金４４ｂに引っ張られる形で変形する。また、低温では形状記憶合金４４ｂの形状記憶効果が解かれ、形状記憶合金４４ａの流路内側への変形に引っ張られて形状記憶合金４４ｂも変形し、流路を絞る役割を果たす。従って、形状記憶合金４４ａの材質としては形状記憶合金４４ｂの合金よりも変態点が低く、さらに室温よりも変態点の低い合金（例えばNi-Ti-Co合金等）がより好ましい。
【００７２】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、既述した第一実施形態と同様に、ヒータ３８の温度を所定温度以上に上昇させて、形状記憶合金４４ｂと形状記憶合金４４ａの作用により変位部材４４を撓ませる。これにより、流路断面積を低減させることができ、分岐構造流路等において溶液を均一に分配することができる。
【００７３】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、ヒータ３８の温度を下げて、形状記憶合金４４ｂ及び形状記憶合金４４ａを、温度及び流路内を流れる流体の力により変形させて縮める。これにより、流動抵抗を低減でき、洗浄性を向上させることができる。
【００７４】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性を向上できる。
【００７５】
なお、上記は作用の一例であり、形状記憶合金４４ｂや形状記憶合金４４ａの材質や特性に合わせた温度制御を行うことが必要である。
【００７６】
図７は、流動抵抗可変手段４０の第三実施形態を説明する断面図である。図７の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた弾性体５４（変位部材）と、弾性体５４の表面に形成された磁性体５６（作用部材）と、磁性体５６に印加する磁場を制御するためのコイル４８（磁場制御手段）と、を備えている。
【００７７】
弾性体５４は、内部にばねが設けられており、その表面が弾性体膜で覆われている。このような弾性体５４としては、これに限定されることはなく、ゴムのように弾性を有する部材であれば特に限定されない。弾性体膜の材質としては、フッ素系樹脂、シリコン等が使用できるが、耐食性の高いものがより好適に使用できる。
【００７８】
弾性体５４の表面には、磁性体５６が形成されている。この磁性体５６は、コイル４８に電流を流すことで磁場を調節し、この磁場の強さにより変位量が変化する。磁性体５６の材質としては、フェライト系（酸化鉄）、SmCo系、Nd-Fe-B系等が使用できる。
【００７９】
磁場制御手段としては、コイル４８に流す電流を調節する方法等が挙げられるが、磁場の強さを調節しながら印加できるものであれば、その他の手段でもよい。
【００８０】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節する。コイル４８に発生する磁場の強さの変化に伴い、磁性体５６を所定量だけ変位させて、流路断面積を小さくするように弾性体５４を伸縮させる（図７の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００８１】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節する。コイル４８に発生する磁場の強さの変化に伴い、磁性体５６を所定量だけ変位させて、流路断面積を大きくするように弾性体５４を伸縮させる（図７の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００８２】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性を向上できる。
【００８３】
図８は、流動抵抗可変手段４０の第四実施形態を説明する断面図である。図８の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた板状又は棒状のレバー６４（変位部材）と、レバー６４の先端に形成された磁性体５６（作用部材）と、磁性体５６に印加する磁場を制御するためのコイル４８（磁場制御手段）と、を備えている。
【００８４】
レバー６４は、支点６２をもとにして可動に設けられている。レバー６４の材質としては、シリコン、フッ素系樹脂等が好ましく使用でき、耐食性の高いものがより好ましく使用できる。
【００８５】
支点６２と反対側のレバー６４の先端には、磁性体５６が形成されている。磁性体５６の材質や磁場制御手段については、第三実施形態と同様のものが使用できる。
【００８６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、溶液を均一に分配するときは、既述した第三実施形態と同様に、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節し、磁性体５６を作用させて流路断面積を小さくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図８の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００８７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節し、磁性体５６を作用させて、流路断面積を大きくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図８の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００８８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００８９】
図９は、流動抵抗可変手段４０の第五実施形態を説明する断面図である。図９の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた板状又は棒状のレバー６４（変位部材）と、レバー６４と流路内壁面との間に設けられた圧電素子６６（作用部材）と、を備えている。
【００９０】
圧電素子６６は、圧電体に加えられた電圧を力に変換する、圧電効果を利用した受動素子の一つである。圧電体を２枚の電極で挟んだ素子を基本として各種の構造を有しているものを使用できる。上記圧電素子６６としては、特定の周波数で振動振幅が最も大きくなるものが多く、設計や仕様に応じて材料を選択することが好ましい。
【００９１】
この圧電素子６６が面内で伸縮すると、貼り合わせた金属板の寸法に反りが生じ、変位するようになる。圧電素子６６に加える電圧を制御することで、発生する振動や変位を利用することができる。
【００９２】
上記圧電素子６６の好ましい材料としては、ＰＬＺＴセラミックスが挙げられる。ＰＬＺＴセラミックスとは、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の化合物に酸化ランタンを添加して焼結させたチタン酸ジルコン酸ランタン鉛のことで、セラミックス多結晶体であり、圧電材料の一種である。このＰＬＺＴセラミックスの両端に電極を作成し、分極処理を施したものをＰＬＺＴ素子として使用できる。波長が３６５ｎｍ程度の紫外光を、この素子の側面に照射すると素子は光起電力効果で分極方向に内部起電流を発生し、その結果、電荷が電極に蓄えられることで発生する高電圧の圧電効果で機械的歪みが生じる（光歪効果）。
【００９３】
この光起電力効果によって発生する電圧は電極間の距離である素子の高さで決定される。また、光起電流は照射光の光強度に比例する。
【００９４】
圧電素子６６の電圧を制御するための図示しない光照射制御手段が、流路近傍に形成されることが好ましい。
【００９５】
レバー６４の材質については、第四実施形態と同様のものが使用できる。
【００９６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、図示しない電圧制御手段を制御して圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用させて流路断面積を小さくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図９の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００９７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、図示しない電圧制御手段を制御して圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用させて流路断面積を大きくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図９の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００９８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００９９】
尚、本実施形態では、圧電素子６６に印加する電圧をアナログ的に調節することで、レバー６４の変位量を無段階で調節可能に構成したが、流路の所定領域の内壁面に圧電素子を格子状に成膜し、デジタル的に変位量を制御することもできる。
【０１００】
図１０は、デジタル制御が可能な流動抵抗可変手段４０を備えた流路を説明する斜視図である。図１１（ａ）は、図１０における矢印Ａ方向からみた流路の正面図であり、図１１（ｂ）は、図１０における矢印Ｂ方向からみた流路の上面図である。
【０１０１】
図１０に示されるように、流路２２ａの内壁面は単位格子状に分割されている。圧電素子は、半導体プロセス技術を応用して、流路２２ａの内壁面に格子状に成膜され、同時に圧電素子６６への配線も形成される。このようにして構成した圧電素子６６は、配線を介して図示しない制御用集積回路に接続されている。そして、コンピュータ制御により各圧電素子６６の電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、デジタル的に制御することができる。
【０１０２】
例えば、図１１に示されるように、必要な場所の必要な単位数だけ圧電素子６６…を流路２２ａ内に突出させることができる。これにより、圧電素子６６の変移量をアナログ的に制御しなくても、流路２２ａの体積を段階的に変化させることができ、圧力損失を細かく制御することが可能となる。
【０１０３】
図１２は、流動抵抗可変手段４０の第六実施形態を説明する断面図である。図１２の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に出没又は沈没可能に設けられたマイクロメータ７４（変位部材）と、マイクロメータ７４の回転量を制御する回転量制御手段７８と、を備えている。
【０１０４】
マイクロメータ７４は、精密なねじ機構を利用して、ねじの回転角に変位を置き換えることにより、精密な変位量の調節が可能となっている。このように、マイクロメータ７４の回転量を調節することで、流路２２ａの内部への出没量を調節できる。逆に、流路２２ａよりも沈没させることで流路２２ａの断面積を増加させて、流動抵抗を低減させることもできる。
【０１０５】
このようなマイクロメータ７４としては、公知公用のものが使用できる。また、マイクロメータ７４を外部入力に応じて回転量を制御する回転量制御手段７８を設けていることが好ましいが、手動で回転量を調節してもよい。
【０１０６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、回転量制御手段７８を制御するか、又は手動でマイクロメータ７４の回転量を調節して、マイクロメータ７４を流路内に出没させる（図１２の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【０１０７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、回転量制御手段７８を制御するか、又は手動でマイクロメータ７４の回転量を調節して、マイクロメータ７４の出没量を低減させたり、流路の内壁面よりも沈没させたりする（図１２の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【０１０８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【０１０９】
図１３は、流動抵抗可変手段４０の第七実施形態を説明する断面図である。図１３の流動抵抗可変手段４０は、主に、温度、電圧、電流等の制御を行う制御手段８８と、制御手段８８により作用を受ける作用部材７６と、作用部材７６の作用により変位する弾性体８４（変位部材）と、を備えている。
【０１１０】
温度、電圧、電流等の制御を行う制御手段８８、及び制御手段８８により作用を受ける作用部材７６としては、既述したものと同様のものが使用できる。例えば、制御手段８８としては、ヒータ等の温度制御手段、電圧印加装置、コイル等の磁場制御手段等が使用できる。また、作用部材７６としては、形状記憶合金や圧電素子、磁性体等が使用できる。
【０１１１】
弾性体８４としては、作用部材７６の作用を受けて壁部材７５を伸縮させるように構成されている。弾性体８４は、例えば、第１の供給要素１２などに固定される。
【０１１２】
壁部材７５、７５は、作用部材７６及び弾性体８４の伸縮に伴い、矢印方向に伸縮可能に設けられている。また、流路２２ａと壁部材７５との間の領域７７には、疎水化処理又は親水化処理されたり、流路２２ａの内壁面とは異なる材質や粗さに調整されたりすることが好ましい。
【０１１３】
また、図１３に示されるように、流動抵抗可変手段４０には、流路２２ａから溶液等を回収するための回収管７３が設けられることが好ましい。これにより、流路２２ａ内を漏らした溶液を流路２２ａ外へ回収し、再利用することができる。
【０１１４】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について、作用部材７６が圧電素子である例で説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、例えば、制御手段８８を制御して圧電素子７６にかける電圧を調節する。この圧電素子７６の作用により、対向する壁部材７５、７５を変位させる（図１３の矢印ｃ）。これにより、疎水性領域７７が増加し、流動抵抗を増加させることができる。したがって、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【０１１５】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用により、対向する壁部材７５、７５を変位させる（図１３の矢印ｄ）。これにより、疎水性領域７７が減少し、流動抵抗を低減させることができる。したがって、洗浄性を向上させることができる。
【０１１６】
なお、余分な溶液等を回収管７３より回収することができるので、よりスムーズに流動抵抗を切り換えることができる。
【０１１７】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【０１１８】
次に、本発明に係る流動抵抗可変手段４０が適用できるマイクロ科学装置の他の実施形態について説明する。図１４は、平板状の基板上に設けられた分岐構造流路を有するマイクロ科学装置の一要素４２を説明する上面図である。
【０１１９】
図１４のマイクロ科学装置の一要素４２において、図示しない供給口から第１の流路５１Ａが延び、分岐位置５２で第１の流路５１Ａに対して直角な第２の流路５３Ａが左右方向に枝分かれし、この枝分かれした第２の流路５３Ａから互いに平行な複数の第３の流路５５Ａがそれぞれの図示しない混合部まで延びている。これにより、分岐構造流路５７が形成される。
【０１２０】
ここで、第１の流路５１Ａ、第２の流路５３Ａ、及び複数の第３の流路５５Ａの断面形状は、矩形でも半円形でもよく、特に限定されない。また、複数の第３の流路５５Ａは、等価直径２ｍｍ以下が好ましく、０．６μｍ以下がより好ましい。また、第１の流路５１Ａ、第２の流路５３Ａは、等価直径６ｍｍ以下が好ましい。
【０１２１】
図１４で示されるように、分岐構造流路５７を構成する第３の流路５５Ａにはそれぞれ、図示しない供給口からサンプル液の流量を均等に分配するための流動抵抗可変手段４０がそれぞれ設けられている（例えば、○で囲んだ箇所）。この流動抵抗可変手段４０としては、既述した第一〜七実施形態のものを好適に使用することができる。
【０１２２】
図１４において、例えば、第３の流路５５Ａに設けられた各流動抵抗可変手段４０は、分岐位置５２から図示しない下流側の混合部までの流路長が長くなるに従って、流動抵抗可変手段４０の絞り量が小さくなるように設定される。これにより、分岐位置５２から図示しない混合部までの流路長が長いほどサンプル液が流れ易くなる。したがって、それぞれの流動抵抗可変手段４０の絞り量を適切に調整することで、図示しない供給口から各混合部へ流れるサンプル液の流量を均等に分配することができる。
【０１２３】
本実施形態では、１本の流路から８本の流路に分岐する分岐構造流路の例について説明したが、分岐数はこれに限定されるものではない。
【０１２４】
以上に説明した本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法（第一〜第七実施形態）によれば、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。また、ナンバリングアップによって単位時間あたりの処理量を増加させることができる。
【０１２５】
以上、本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【０１２６】
例えば、流動抵抗を変化させる場合として、本実施形態では、分岐構造流路において溶液を均一に分配したり、流路内に反応生成物等による目詰まりや気泡が滞留したりする場合について説明したが、これらに限定されない。例えば、複数の反応溶液の混合比を調整する場合等、流量や流速の調節が必要な場合はいずれも本発明が適用可能である。
【０１２７】
また、本実施形態の流動抵抗可変手段４０としては、主に、アナログ的に制御する例について説明したが、第三実施形態と同様に、いずれの実施形態においても弾性体を単位格子ごとに流路内壁面に設けて、デジタル的に制御してもよい。
【０１２８】
また、本実施形態の流動抵抗可変手段４０としては、主に、変位部材を制御することで流路断面積を変化させる例について説明したが、これに限定されない。例えば、流路の内壁面の材料物性（例えば、表面粗さ、親水性、撥水性等）が異なるダミー流路に切り換えることで流動抵抗を変化させたり、流路内を流れる溶液に磁場や電場を印加したり、加熱又は冷却することにより溶液の物性（粘度、粒度等）を変化させたりする方法も採用できる。
【０１２９】
また、各種マイクロ科学装置において、反応生成物の物性（例えば、粒子径、粒度分布、粘度、分散性等）を測定する測定部を設けて、その測定結果に基づいて各流路に設けられた制御手段により、流動抵抗可変手段４０の変位量を制御するようにシステムを構築することも可能である。
【０１３０】
また、本発明に係る流動抵抗可変手段は、各種混合及び反応装置、各種分析装置等に適用可能である。例えば、各種塗料、インクジェット用インク、電子写真用トナー、カラーフィルタ等の顔料微粒子や磁性粒子等の微粒子を製造する微粒子製造装置や積層型燃料電池等の反応装置及びその流体操作方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本実施形態におけるマイクロ科学装置の構成部材を分解した斜視図である。
【図２】図１のマイクロ科学装置の上面図である。
【図３】図１のマイクロ科学装置を構成する要素の断面図である。
【図４】本実施形態におけるマイクロ科学装置の作用を説明する図である。
【図５】本発明に係る流動抵抗可変手段の第一実施形態を説明する断面図である。
【図６】本発明に係る流動抵抗可変手段の第二実施形態を説明する断面図である。
【図７】本発明に係る流動抵抗可変手段の第三実施形態を説明する断面図である。
【図８】本発明に係る流動抵抗可変手段の第四実施形態を説明する断面図である。
【図９】本発明に係る流動抵抗可変手段の第五実施形態を説明する断面図である。
【図１０】図９の圧電素子を用いたデジタル制御を説明する斜視図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】本発明に係る流動抵抗可変手段の第六実施形態を説明する断面図である。
【図１３】本発明に係る流動抵抗可変手段の第七実施形態を説明する断面図である。
【図１４】本発明に係る他の実施形態におけるマイクロ科学装置の構成部材を説明する上面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…マイクロ科学装置、１２…第１の供給要素、１４…第２の供給要素、１６…合流要素、２２…滞留部、２４…貫通穴、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…（第１の供給要素における）供給流路、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…（第２の供給要素における）供給流路、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…ボア（第１の供給要素）、２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’…ボア（第２の供給要素）、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…ボア（第２の供給要素）、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ…流路（Ｌ１）、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ…流路（Ｌ２）、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…混合流路（合流要素）、４２…マイクロ科学装置（他の実施形態）の要素、４０…流動抵抗可変手段、３４…板ばね（変位部材）、４４…変位部材、４４ａ…形状記憶合金、４４ｂ…形状記憶合金、５４、８４…弾性体（変位部材）、６４…レバー（変位部材）、７４…マイクロメータ、３６、４６…形状記憶合金（作用部材）、５６…磁性体（作用部材）、６６…圧電素子（作用部材）、７６…作用部材、３８…ヒータ（温度制御手段）、４８…コイル（磁場制御手段）、７８…回転量制御手段、８８…制御手段、７５…壁部材、５７…分岐構造流路、５１Ａ、５３Ａ、５５Ａ…流路、５２…分岐位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ科学装置及びその流体操作方法に係り、特に、ナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置及びその流体操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ空間内では単位体積あたりの表面積が大きくなる特徴から、反応流体の反応界面を多く形成でき、温度制御も容易にできるので、流体間の反応や混合の高効率化又は高速化ができる技術として注目されている。
【０００３】
このように、マイクロ空間において流体を精密に制御しながら反応や混合を行うマイクロリアクターでは、一般的に処理量が少ない。しかし、マイクロリアクターの容量を増加させて処理量を向上させても、所望の反応や混合が行えなくなる。そこで、従来は、特許文献１に示されるように、マイクロリアクターの数や流路の数を増加させる検討がなされている（ナンバリングアップ）。
【０００４】
分岐構造の流路を備えたマイクロリアクター等でナンバリングアップをより効率よく実現させるためには、反応流体を均一に分配して各流路における反応流体の流量比率を均一にする必要がある。
【０００５】
例えば、特許文献２では、分岐部にオリフィスを設けて分配流路に圧力損失を付与する方法が提案されている。また、特許文献３では、流路形状を対称に設計する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２４３３０８号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７４６８号公報
【特許文献３】特開２００２−３４６３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の特許文献２のように、分岐構造を有する微細な流路の分岐部にオリフィスを固定化する方法では、気泡が混入したり、反応流体間の反応によって泡が発生したりする場合、この泡が微細な流路を閉塞して均一に分配できなくなるという問題があった。
【０００７】
また、微細な流路内に目詰まりが生じたり、複数種類の反応流体の混合比を調整したりする場合等に、状況に応じて流量をフレキシブルに調整することができなかった。このため、反応の種類によって微細な流路の設計をしなおす必要があることが問題であった。
【０００８】
また、微細な流路を使用した後、微細な流路内に洗浄液を高流量で流すことができず、洗浄効率が悪いという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できるマイクロ科学装置及びその流体操作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記微細な流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置を提供する。
【００１１】
請求項１によれば、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が微細な流路に備えられる。したがって、例えば、反応の種類によって流路断面積を変えたい場合や微細な流路内を洗浄したい場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００１２】
ここで、流動抵抗とは、流体が微細な流路内を流れるときに生じる圧力損失である。また、流動抵抗可変手段としては、流路断面積を変化させて圧力損失を制御する方法だけでなく、流路内を流れる流体の物性（粘度、粒度等）を変化させて圧力損失を制御する方法（例えば、磁性流体に磁場を印加したり、流体を加熱したりする方法等）も含まれる。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記流動抵抗可変手段が、前記微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２によれば、流動抵抗可変手段が、微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されるので、微細な流路内を流通する流体の圧力損失を調節することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記流動抵抗可変手段は、前記微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を前記微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３によれば、前記流動抵抗可変手段は、微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構と、を備えている。
【００１７】
ここで、出没とは、変位部材が微細な流路内に突出する場合だけでなく、面一から没入させる場合も含まれる。また、変位部材の変位量は、アナログ的に無段階調節するものであってもよいし、デジタル的に段階調節するものであってもよい。流動抵抗を可変にする流路長は、単位変位部材の数をデジタル制御することで行うこともできる。
【００１８】
また、変位部材としては、変位可能な部材であることが好ましく、弾性体（例えば、弾性膜、シリコン、ばね等）を使用することができる。制御機構としては、主に、作用部材を制御する制御手段と、作用を受ける作用部材と、が含まれるが、制御手段と作用部材が一体化したものも含まれる。
【００１９】
請求項４は請求項１〜３の何れか１において、前記制御機構が、温度制御により変形又は変位する温度作用機構、磁場制御により変形又は変位する磁場作用機構、電圧制御により変形又は変位する電圧作用機構、電流制御により変形又は変位する電流作用機構、光強度制御により変形又は変位する光作用機構の何れか１であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４は、請求項３の制御機構を具体的に示したものである。ここで、制御機構には、温度、磁場、電場、電圧、電流、光強度等を制御する制御手段と、これらの制御因子により作用を受ける作用部材と、が含まれる。例えば、温度作用機構であれば、ヒータ等の温度制御手段と、温度変化を受けて作用する形状記憶合金等の作用部材と、が含まれる。
【００２１】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記分岐構造流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記分岐構造流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置を提供する。
【００２２】
請求項５によれば、例えば、複数種類の反応流体の混合比を変えたり、反応流体を流通させる流路を選択したり、分岐構造流路に均一分配させたりする場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２３】
ここで、流動抵抗可変手段は、微細な流路ごとに設けられてもよいし、必要な微細な流路に選択的に設けられてもよい。また、流動抵抗可変手段は、微細な流路の分岐部入口に設けられることが好ましい。
【００２４】
請求項６は請求項５において、前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成されることを特徴とする。
【００２５】
請求項６によれば、前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成される。これにより、複数の流路からなる交差構造流路や分岐構造流路において、微細な流路ごとに流体の流通状態を制御することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２６】
請求項７は請求項５又は６において、前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする。
【００２７】
請求項７によれば、各微細な流路部分に請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段を設けるので、各微細な流路に流れる流体の流量を調節することができる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００２８】
本発明の請求項８は前記目的を達成するために、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、前記微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の流動抵抗を可変にすることを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法を提供する。
【００２９】
請求項８によれば、等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により微細な流路内の流動抵抗を可変にする。したがって、例えば、反応の種類によっては流路断面積を変えたい場合や微細な流路内を洗浄したい場合等、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００３０】
請求項９は請求項８において、前記操作目的の少なくとも一つは、前記流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の前記流動抵抗を低減させて、前記微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作であることを特徴とする。
【００３１】
請求項９によれば、操作目的の少なくとも一つは、流動抵抗可変手段により微細な流路内の流動抵抗を低減させて、微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作である。したがって、例えば、使用後の微細な流路内に洗浄液を高流量で流すことができる等、状況に応じて微細な流路内の流体の流通状態をフレキシブルに制御することができる。
【００３２】
本発明の請求項１０は前記目的を達成するために、１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記分岐構造流路に設けられた前記流動抵抗可変手段により、前記１の滞留部又は１の流路内を流れる流体を前記複数の微細な流路内に均等分配することを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法を提供する。
【００３３】
請求項１０によれば、分岐構造流路に設けられた流動抵抗可変手段により、流体を複数の微細な流路内に均等分配するので、ナンバリングアップにおける反応を均一に行うことができる。また、状況に応じてフレキシブルに各微細な流路内の流体の流通状態を制御することができる。
【００３４】
請求項１２は請求項８〜１０の何れか１において、前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面に従って、本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態におけるナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０の一例を説明する斜視図である。同図では、マイクロ科学装置１０を構成する３つの要素を分解した様子を示す。図２は、上記の３つの要素を積層した状態を説明する上面図であり、図３は、図２におけるＡ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線における各要素の断面図である。
【００３８】
図１に示されるように、本実施形態におけるマイクロ科学装置１０は、少なくとも第１の溶液を供給するための第１の供給要素１２と、第２の溶液を供給するための第２の供給要素１４と、第１と第２の溶液を混合及び反応させるための合流要素１６と、を備えている。マイクロ科学装置１０は、少なくともこれらの各要素が一体に締結及び積層されて組み立てられる。組み立て方法としては、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通する図示しないボア（又は穴）を等間隔に設けて、各要素間をボルト及びナットで一体に締結する方法や、直接接合による方法や、接着剤等を用いて組み立てる方法等が挙げられる。
【００３９】
第１の供給要素１２の合流要素１６側とは反対面の中心に、厚さ方向に貫通していない円形の滞留部２２が形成されている。（図３（ａ）参照）。この滞留部２２から放射状に４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通している。ボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、第２の供給要素にも同様に設けられ、厚さ方向に貫通している。
【００４０】
各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄの断面形状は、矩形でも円形（半円形も含む）でもよく、特に限定されない。流路断面積は、特に規定しないが、層流を形成できる範囲であることが、系の安定性の観点から好ましい。層流を形成できる条件としては、通常、等価直径２ｍｍ以下、好ましくは６００μｍ以下が好ましい。また、分岐する供給流路の数も本実施形態では４本としたが、２〜３本、又は５本以上でもよく、特に限定されない。
【００４１】
第２の供給要素１４には、厚さ方向に貫通する貫通穴２４が中心部に設けられている（図３（ｂ）参照）。この貫通穴２４から放射状に、厚さ方向に貫通しない４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが設けられている。
【００４２】
第２の供給要素１４に設けられた４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄは、第１の供給要素と積層したときに、第１の供給要素１２に設けられた４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと重ならないように形成されている。各供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄの端部は、それぞれ厚さ方向に貫通するボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通している。なお、各供給流路の断面形状、断面積、及び分岐する供給流路の数等は、既述したものと同様である。
【００４３】
合流要素１６は、第１の供給要素１２のボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄと連通、する流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄと、第２の供給要素１４のボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと連通する流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄと、をそれぞれ合流させるための混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが形成されている。各混合流路の端部に、厚さ方向に貫通するボア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが形成されており、それぞれ図示しない排出口に連通するように構成される。
【００４４】
また、合流要素１６の中心部には、第２の供給要素１４と積層したときに、貫通穴２４と重なり連通するように貫通穴２４が形成されている。これにより、図示しない供給口より第２の溶液を合流要素１６の貫通穴２４から取込むことができる。
【００４５】
マイクロ科学装置１０を構成する部材の材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、原料流体の流動性を高くするものが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（石英等）、セラミックス（シリコン等）などが好ましく使用できる。
【００４６】
マイクロ科学装置１０を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、一部既述したように、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザー加工法、イオンビーム加工法、及び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機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。
【００４７】
要素間や部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００４８】
このようなマイクロ科学装置１０において、図４に示されるように、第１の溶液が、図示しない第１の供給口から第１の供給要素における滞留部２２へ供給される（太い破線矢印）。第１の溶液は、４つに分割されて４本の供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを流れた後、ボア２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを流れる。その後、第２の供給要素に設けられたボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’を流れた後、合流部材１６において、ボア２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’の開口部と連通する合流要素１６の流路２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄに到達する。
【００４９】
これと同様に、第２の溶液は、図示しない第２の供給口から第１の溶液の流れる方向とは逆方向に、合流要素１６における貫通穴２４を介して、第２の供給要素における貫通穴２４へ供給される。次いで、第２の溶液は４つに分割されて４本の供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを流れた後、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを流れる。そして、合流部材１６において、ボア２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの開口部と連通する合流要素１６の流路２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄに到達する（細い破線矢印）。
【００５０】
合流要素１６に形成された４つの混合流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにおいて、上記のようにそれぞれ供給された第１の溶液と第２の溶液が合流して混合又は反応する。その後、反応生成物を含む溶液は、排出流路３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを流れて、図示しない排出口より外部へ回収される（実線矢印）。
【００５１】
このようなナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０において、第１、２の溶液をより均一に混合及び反応させるためには、分岐部の流路における流動抵抗（圧力損失）を増加させることが好ましい（図４において、○で図示した箇所参照）。その一方で、流路内の気泡を抜いたり、洗浄したりする場合は、流動抵抗を低減させることが好ましい。そこで、流路における流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段を設けるようにしたことが本発明の特徴である。
【００５２】
以下、断面積が矩形である微細流路に分岐する分岐構造流路に、流動抵抗可変手段を設けた例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５３】
図５は、本発明に係る流動抵抗可変手段４０の一例を説明する図である。このうち、図５（ａ）は板ばね３４であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の板ばね３４を供給流路２２ａに適用したときの断面図である。
【００５４】
図５（ｂ）に示されるように、流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａ内に設けられた板ばね３４（変位部材）と、板ばね３４に接するように供給流路２２ａ内壁面に設けられた形状記憶合金３６（作用部材）と、形状記憶合金３６の温度制御を行うためのヒータ３８（制御手段）と、を備えている。
【００５５】
板ばね３４は、形状記憶合金３６の変位を受けて、供給流路２２ａの内側に伸縮する弾性体であり、公知公用の板ばね又はゴム部材等の各種弾性体が使用できる。
【００５６】
形状記憶合金３６は、ヒータ３８により制御される温度による作用で変形する金属である。形状記憶合金３６の材質としては、Ni-Ti、Fe-Mn-Si、Cu-Zn-Al合金系を使用できるが、耐食性の高いものがより好適に使用できる。
【００５７】
ヒータ３８は、温度変化によって形状記憶合金３６の変位量を制御するための温度制御手段である。ヒータ３８は、形状記憶合金３６に伝熱させやすいように設けられることが好ましく、例えば、形状記憶合金３６に接するように設けられることがより好ましいが、間接的に伝熱可能に構成されてもよい。
【００５８】
温度制御手段としては、ヒータ３８のほか、各種公知公用のヒータが使用できる。
【００５９】
このような流動抵抗可変手段４０は、第１の供給要素における滞留部２２から分岐した直後の各供給流路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄや、第２の供給要素における貫通穴２４から分岐した直後の各供給流路２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに形成されることが好ましい。
【００６０】
本実施形態では、対向する内壁面に２つの流動抵抗可変手段４０を設ける例を示したが、１つだけ設けてもよいし、複数設けてもよい。また、本実施形態では、板バネは、形状記憶合金に対し、フック状に固定しているが、これに限定されることはなく、板バネの復元力を利用して、摩擦力で固定してもよい。また、板バネの形状から断面形状が円形の流路でも使用は可能であるが、断面形状が矩形の流路で使用する方がより好ましい。
【００６１】
次に、本発明の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。
【００６２】
溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、例えば、ヒータ３８の温度を所定温度以上に上昇させる。ヒータ３８の温度上昇に伴い、形状記憶合金３６が所定の温度以上になると、一定の形状を復元するように作用する。この形状記憶合金３６の作用により、流路断面積を小さくするように板ばね３４が変形する。これにより、流動抵抗は増加し、分岐する流路において均一に分配することができる。
【００６３】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、ヒータ３８の温度を下げることにより、形状記憶合金３６が作用を受けて一定の形状から変形する。この作用を受けて、板ばね３４が流路断面積を大きくするように変形する。これにより、流動抵抗を低減でき、洗浄性を向上させることができる。
【００６４】
なお、上記は作用の一例であり、形状記憶合金３６の材質や特性に合わせた温度制御を行うことが必要である。
【００６５】
このように、本実施形態のようなナンバリングアップタイプのマイクロ科学装置１０において、流動抵抗を可変にできるので、単位時間当たりの処理量を増加させ且つ得られる生成物を各流路から均等に得ることができる。さらに、流路内に気泡や目詰まりが生じた場合、又は使用後に流路内を洗浄する場合等に、高流量で送液することができるので、洗浄効率を向上できる。したがって、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００６６】
次に、本発明に係る流動抵抗可変手段４０の変形例について説明する。図６〜９、及び図１２、１３は、本発明に係る流動抵抗可変手段の変形例を説明する断面図である。このうち、図６は、流動抵抗可変手段４０の第二実施形態であり、図７は、流動抵抗可変手段４０の第三実施形態であり、図８は、流動抵抗可変手段４０の第四実施形態であり、図９は、流動抵抗可変手段４０の第五実施形態であり、図１２は、流動抵抗可変手段４０の第六実施形態であり、図１３は、流動抵抗可変手段４０の第七実施形態である。なお、各図において、同一の部材や機能を有するものは、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図６は、流動抵抗可変手段４０の第二実施形態を説明する断面図である。図６の流動抵抗可変手段４０は、主に、低温に変態点を持つ形状記憶合金４４ａと高温に変態点を持つ形状記憶合金４４ｂとを張り合わせた変位部材４４と、変位部材４４の温度を制御するためのヒータ３８（温度制御手段）と、を備えている。
【００６８】
形状記憶合金４４ａ及び形状記憶合金４４ｂの種類や温度制御手段３８については、第一実施形態の流動抵抗可変手段４０と同様のものを使用できる。
【００６９】
変位部材４４は、形状記憶合金４４ａと形状記憶合金４４ｂとを張り合わせて構成されている。これにより、温度制御手段３８により形状記憶合金４４ｂ及び形状記憶合金４４ａの反り量を制御することができる。
【００７０】
この変位部材４４は、まず成膜により流路２２ａの表面に形状記憶合金４４ｂを形成し、高温にして結晶構造を安定化させた後に形状記憶合金４４ｂの変形部分に相当する流路２２ａの内壁部分をエッチングにより除去する。その後、低温で形状記憶合金４４ｂを流路内側に向けて変形させ、その変形を維持したまま形状記憶合金４４ａを成膜により形状記憶合金４４ｂの上に積層させ、高温にして形状記憶合金４４ｂの結晶構造を安定化させる。
【００７１】
このようにして作製した変位部材４４に熱を加えると、形状記憶合金４４ｂは元の形に戻ろうとし、形状記憶合金４４ａは超弾性の性質により、形状記憶合金４４ｂに引っ張られる形で変形する。また、低温では形状記憶合金４４ｂの形状記憶効果が解かれ、形状記憶合金４４ａの流路内側への変形に引っ張られて形状記憶合金４４ｂも変形し、流路を絞る役割を果たす。従って、形状記憶合金４４ａの材質としては形状記憶合金４４ｂの合金よりも変態点が低く、さらに室温よりも変態点の低い合金（例えばNi-Ti-Co合金等）がより好ましい。
【００７２】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、既述した第一実施形態と同様に、ヒータ３８の温度を所定温度以上に上昇させて、形状記憶合金４４ｂと形状記憶合金４４ａの作用により変位部材４４を撓ませる。これにより、流路断面積を低減させることができ、分岐構造流路等において溶液を均一に分配することができる。
【００７３】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、ヒータ３８の温度を下げて、形状記憶合金４４ｂ及び形状記憶合金４４ａを、温度及び流路内を流れる流体の力により変形させて縮める。これにより、流動抵抗を低減でき、洗浄性を向上させることができる。
【００７４】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性を向上できる。
【００７５】
なお、上記は作用の一例であり、形状記憶合金４４ｂや形状記憶合金４４ａの材質や特性に合わせた温度制御を行うことが必要である。
【００７６】
図７は、流動抵抗可変手段４０の第三実施形態を説明する断面図である。図７の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた弾性体５４（変位部材）と、弾性体５４の表面に形成された磁性体５６（作用部材）と、磁性体５６に印加する磁場を制御するためのコイル４８（磁場制御手段）と、を備えている。
【００７７】
弾性体５４は、内部にばねが設けられており、その表面が弾性体膜で覆われている。このような弾性体５４としては、これに限定されることはなく、ゴムのように弾性を有する部材であれば特に限定されない。弾性体膜の材質としては、フッ素系樹脂、シリコン等が使用できるが、耐食性の高いものがより好適に使用できる。
【００７８】
弾性体５４の表面には、磁性体５６が形成されている。この磁性体５６は、コイル４８に電流を流すことで磁場を調節し、この磁場の強さにより変位量が変化する。磁性体５６の材質としては、フェライト系（酸化鉄）、SmCo系、Nd-Fe-B系等が使用できる。
【００７９】
磁場制御手段としては、コイル４８に流す電流を調節する方法等が挙げられるが、磁場の強さを調節しながら印加できるものであれば、その他の手段でもよい。
【００８０】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節する。コイル４８に発生する磁場の強さの変化に伴い、磁性体５６を所定量だけ変位させて、流路断面積を小さくするように弾性体５４を伸縮させる（図７の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００８１】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節する。コイル４８に発生する磁場の強さの変化に伴い、磁性体５６を所定量だけ変位させて、流路断面積を大きくするように弾性体５４を伸縮させる（図７の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００８２】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性を向上できる。
【００８３】
図８は、流動抵抗可変手段４０の第四実施形態を説明する断面図である。図８の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた板状又は棒状のレバー６４（変位部材）と、レバー６４の先端に形成された磁性体５６（作用部材）と、磁性体５６に印加する磁場を制御するためのコイル４８（磁場制御手段）と、を備えている。
【００８４】
レバー６４は、支点６２をもとにして可動に設けられている。レバー６４の材質としては、シリコン、フッ素系樹脂等が好ましく使用でき、耐食性の高いものがより好ましく使用できる。
【００８５】
支点６２と反対側のレバー６４の先端には、磁性体５６が形成されている。磁性体５６の材質や磁場制御手段については、第三実施形態と同様のものが使用できる。
【００８６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、溶液を均一に分配するときは、既述した第三実施形態と同様に、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節し、磁性体５６を作用させて流路断面積を小さくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図８の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００８７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、コイル４８に流す電流値を制御して磁場の強さを調節し、磁性体５６を作用させて、流路断面積を大きくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図８の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００８８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００８９】
図９は、流動抵抗可変手段４０の第五実施形態を説明する断面図である。図９の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に設けられた板状又は棒状のレバー６４（変位部材）と、レバー６４と流路内壁面との間に設けられた圧電素子６６（作用部材）と、を備えている。
【００９０】
圧電素子６６は、圧電体に加えられた電圧を力に変換する、圧電効果を利用した受動素子の一つである。圧電体を２枚の電極で挟んだ素子を基本として各種の構造を有しているものを使用できる。上記圧電素子６６としては、特定の周波数で振動振幅が最も大きくなるものが多く、設計や仕様に応じて材料を選択することが好ましい。
【００９１】
この圧電素子６６が面内で伸縮すると、貼り合わせた金属板の寸法に反りが生じ、変位するようになる。圧電素子６６に加える電圧を制御することで、発生する振動や変位を利用することができる。
【００９２】
上記圧電素子６６の好ましい材料としては、ＰＬＺＴセラミックスが挙げられる。ＰＬＺＴセラミックスとは、チタン酸鉛とジルコン酸鉛の化合物に酸化ランタンを添加して焼結させたチタン酸ジルコン酸ランタン鉛のことで、セラミックス多結晶体であり、圧電材料の一種である。このＰＬＺＴセラミックスの両端に電極を作成し、分極処理を施したものをＰＬＺＴ素子として使用できる。波長が３６５ｎｍ程度の紫外光を、この素子の側面に照射すると素子は光起電力効果で分極方向に内部起電流を発生し、その結果、電荷が電極に蓄えられることで発生する高電圧の圧電効果で機械的歪みが生じる（光歪効果）。
【００９３】
この光起電力効果によって発生する電圧は電極間の距離である素子の高さで決定される。また、光起電流は照射光の光強度に比例する。
【００９４】
圧電素子６６の電圧を制御するための図示しない光照射制御手段が、流路近傍に形成されることが好ましい。
【００９５】
レバー６４の材質については、第四実施形態と同様のものが使用できる。
【００９６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、図示しない電圧制御手段を制御して圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用させて流路断面積を小さくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図９の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【００９７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、図示しない電圧制御手段を制御して圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用させて流路断面積を大きくするように支点６２を軸にレバー６４を移動させる（図９の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【００９８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【００９９】
尚、本実施形態では、圧電素子６６に印加する電圧をアナログ的に調節することで、レバー６４の変位量を無段階で調節可能に構成したが、流路の所定領域の内壁面に圧電素子を格子状に成膜し、デジタル的に変位量を制御することもできる。
【０１００】
図１０は、デジタル制御が可能な流動抵抗可変手段４０を備えた流路を説明する斜視図である。図１１（ａ）は、図１０における矢印Ａ方向からみた流路の正面図であり、図１１（ｂ）は、図１０における矢印Ｂ方向からみた流路の上面図である。
【０１０１】
図１０に示されるように、流路２２ａの内壁面は単位格子状に分割されている。圧電素子は、半導体プロセス技術を応用して、流路２２ａの内壁面に格子状に成膜され、同時に圧電素子６６への配線も形成される。このようにして構成した圧電素子６６は、配線を介して図示しない制御用集積回路に接続されている。そして、コンピュータ制御により各圧電素子６６の電圧をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、デジタル的に制御することができる。
【０１０２】
例えば、図１１に示されるように、必要な場所の必要な単位数だけ圧電素子６６…を流路２２ａ内に突出させることができる。これにより、圧電素子６６の変移量をアナログ的に制御しなくても、流路２２ａの体積を段階的に変化させることができ、圧力損失を細かく制御することが可能となる。
【０１０３】
図１２は、流動抵抗可変手段４０の第六実施形態を説明する断面図である。図１２の流動抵抗可変手段４０は、主に、供給流路２２ａの内壁面に出没又は沈没可能に設けられたマイクロメータ７４（変位部材）と、マイクロメータ７４の回転量を制御する回転量制御手段７８と、を備えている。
【０１０４】
マイクロメータ７４は、精密なねじ機構を利用して、ねじの回転角に変位を置き換えることにより、精密な変位量の調節が可能となっている。このように、マイクロメータ７４の回転量を調節することで、流路２２ａの内部への出没量を調節できる。逆に、流路２２ａよりも沈没させることで流路２２ａの断面積を増加させて、流動抵抗を低減させることもできる。
【０１０５】
このようなマイクロメータ７４としては、公知公用のものが使用できる。また、マイクロメータ７４を外部入力に応じて回転量を制御する回転量制御手段７８を設けていることが好ましいが、手動で回転量を調節してもよい。
【０１０６】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、回転量制御手段７８を制御するか、又は手動でマイクロメータ７４の回転量を調節して、マイクロメータ７４を流路内に出没させる（図１２の矢印ｃ）。これにより、流動抵抗を増加させることができ、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【０１０７】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、回転量制御手段７８を制御するか、又は手動でマイクロメータ７４の回転量を調節して、マイクロメータ７４の出没量を低減させたり、流路の内壁面よりも沈没させたりする（図１２の矢印ｄ）。これにより、流動抵抗を低減させることができ、洗浄性を向上させることができる。
【０１０８】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【０１０９】
図１３は、流動抵抗可変手段４０の第七実施形態を説明する断面図である。図１３の流動抵抗可変手段４０は、主に、温度、電圧、電流等の制御を行う制御手段８８と、制御手段８８により作用を受ける作用部材７６と、作用部材７６の作用により変位する弾性体８４（変位部材）と、を備えている。
【０１１０】
温度、電圧、電流等の制御を行う制御手段８８、及び制御手段８８により作用を受ける作用部材７６としては、既述したものと同様のものが使用できる。例えば、制御手段８８としては、ヒータ等の温度制御手段、電圧印加装置、コイル等の磁場制御手段等が使用できる。また、作用部材７６としては、形状記憶合金や圧電素子、磁性体等が使用できる。
【０１１１】
弾性体８４としては、作用部材７６の作用を受けて壁部材７５を伸縮させるように構成されている。弾性体８４は、例えば、第１の供給要素１２などに固定される。
【０１１２】
壁部材７５、７５は、作用部材７６及び弾性体８４の伸縮に伴い、矢印方向に伸縮可能に設けられている。また、流路２２ａと壁部材７５との間の領域７７には、疎水化処理又は親水化処理されたり、流路２２ａの内壁面とは異なる材質や粗さに調整されたりすることが好ましい。
【０１１３】
また、図１３に示されるように、流動抵抗可変手段４０には、流路２２ａから溶液等を回収するための回収管７３が設けられることが好ましい。これにより、流路２２ａ内を漏らした溶液を流路２２ａ外へ回収し、再利用することができる。
【０１１４】
本実施形態の流動抵抗可変手段４０の作用について、作用部材７６が圧電素子である例で説明する。溶液を均一に分配する場合や流量を減らす場合は、例えば、制御手段８８を制御して圧電素子７６にかける電圧を調節する。この圧電素子７６の作用により、対向する壁部材７５、７５を変位させる（図１３の矢印ｃ）。これにより、疎水性領域７７が増加し、流動抵抗を増加させることができる。したがって、分岐構造流路において溶液を均一に分配することができる。
【０１１５】
また、混合及び反応の途中又は終了後に、流路内の気泡や目詰まり等を除去する場合は、圧電素子６６にかける電圧を調節し、この圧電素子６６を作用により、対向する壁部材７５、７５を変位させる（図１３の矢印ｄ）。これにより、疎水性領域７７が減少し、流動抵抗を低減させることができる。したがって、洗浄性を向上させることができる。
【０１１６】
なお、余分な溶液等を回収管７３より回収することができるので、よりスムーズに流動抵抗を切り換えることができる。
【０１１７】
このように、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。
【０１１８】
次に、本発明に係る流動抵抗可変手段４０が適用できるマイクロ科学装置の他の実施形態について説明する。図１４は、平板状の基板上に設けられた分岐構造流路を有するマイクロ科学装置の一要素４２を説明する上面図である。
【０１１９】
図１４のマイクロ科学装置の一要素４２において、図示しない供給口から第１の流路５１Ａが延び、分岐位置５２で第１の流路５１Ａに対して直角な第２の流路５３Ａが左右方向に枝分かれし、この枝分かれした第２の流路５３Ａから互いに平行な複数の第３の流路５５Ａがそれぞれの図示しない混合部まで延びている。これにより、分岐構造流路５７が形成される。
【０１２０】
ここで、第１の流路５１Ａ、第２の流路５３Ａ、及び複数の第３の流路５５Ａの断面形状は、矩形でも半円形でもよく、特に限定されない。また、複数の第３の流路５５Ａは、等価直径２ｍｍ以下が好ましく、０．６μｍ以下がより好ましい。また、第１の流路５１Ａ、第２の流路５３Ａは、等価直径６ｍｍ以下が好ましい。
【０１２１】
図１４で示されるように、分岐構造流路５７を構成する第３の流路５５Ａにはそれぞれ、図示しない供給口からサンプル液の流量を均等に分配するための流動抵抗可変手段４０がそれぞれ設けられている（例えば、○で囲んだ箇所）。この流動抵抗可変手段４０としては、既述した第一〜七実施形態のものを好適に使用することができる。
【０１２２】
図１４において、例えば、第３の流路５５Ａに設けられた各流動抵抗可変手段４０は、分岐位置５２から図示しない下流側の混合部までの流路長が長くなるに従って、流動抵抗可変手段４０の絞り量が小さくなるように設定される。これにより、分岐位置５２から図示しない混合部までの流路長が長いほどサンプル液が流れ易くなる。したがって、それぞれの流動抵抗可変手段４０の絞り量を適切に調整することで、図示しない供給口から各混合部へ流れるサンプル液の流量を均等に分配することができる。
【０１２３】
本実施形態では、１本の流路から８本の流路に分岐する分岐構造流路の例について説明したが、分岐数はこれに限定されるものではない。
【０１２４】
以上に説明した本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法（第一〜第七実施形態）によれば、状況に応じてフレキシブルに微細な流路内の流体の流通状態を制御することができ、ナンバリングアップにおける反応流体の均一分配性、流路内の気泡除去や洗浄性を向上できる。また、ナンバリングアップによって単位時間あたりの処理量を増加させることができる。
【０１２５】
以上、本発明に係るマイクロ科学装置及びその流体操作方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【０１２６】
例えば、流動抵抗を変化させる場合として、本実施形態では、分岐構造流路において溶液を均一に分配したり、流路内に反応生成物等による目詰まりや気泡が滞留したりする場合について説明したが、これらに限定されない。例えば、複数の反応溶液の混合比を調整する場合等、流量や流速の調節が必要な場合はいずれも本発明が適用可能である。
【０１２７】
また、本実施形態の流動抵抗可変手段４０としては、主に、アナログ的に制御する例について説明したが、第三実施形態と同様に、いずれの実施形態においても弾性体を単位格子ごとに流路内壁面に設けて、デジタル的に制御してもよい。
【０１２８】
また、本実施形態の流動抵抗可変手段４０としては、主に、変位部材を制御することで流路断面積を変化させる例について説明したが、これに限定されない。例えば、流路の内壁面の材料物性（例えば、表面粗さ、親水性、撥水性等）が異なるダミー流路に切り換えることで流動抵抗を変化させたり、流路内を流れる溶液に磁場や電場を印加したり、加熱又は冷却することにより溶液の物性（粘度、粒度等）を変化させたりする方法も採用できる。
【０１２９】
また、各種マイクロ科学装置において、反応生成物の物性（例えば、粒子径、粒度分布、粘度、分散性等）を測定する測定部を設けて、その測定結果に基づいて各流路に設けられた制御手段により、流動抵抗可変手段４０の変位量を制御するようにシステムを構築することも可能である。
【０１３０】
また、本発明に係る流動抵抗可変手段は、各種混合及び反応装置、各種分析装置等に適用可能である。例えば、各種塗料、インクジェット用インク、電子写真用トナー、カラーフィルタ等の顔料微粒子や磁性粒子等の微粒子を製造する微粒子製造装置や積層型燃料電池等の反応装置及びその流体操作方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本実施形態におけるマイクロ科学装置の構成部材を分解した斜視図である。
【図２】図１のマイクロ科学装置の上面図である。
【図３】図１のマイクロ科学装置を構成する要素の断面図である。
【図４】本実施形態におけるマイクロ科学装置の作用を説明する図である。
【図５】本発明に係る流動抵抗可変手段の第一実施形態を説明する断面図である。
【図６】本発明に係る流動抵抗可変手段の第二実施形態を説明する断面図である。
【図７】本発明に係る流動抵抗可変手段の第三実施形態を説明する断面図である。
【図８】本発明に係る流動抵抗可変手段の第四実施形態を説明する断面図である。
【図９】本発明に係る流動抵抗可変手段の第五実施形態を説明する断面図である。
【図１０】図９の圧電素子を用いたデジタル制御を説明する斜視図である。
【図１１】図１０の平面図である。
【図１２】本発明に係る流動抵抗可変手段の第六実施形態を説明する断面図である。
【図１３】本発明に係る流動抵抗可変手段の第七実施形態を説明する断面図である。
【図１４】本発明に係る他の実施形態におけるマイクロ科学装置の構成部材を説明する上面図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０…マイクロ科学装置、１２…第１の供給要素、１４…第２の供給要素、１６…合流要素、２２…滞留部、２４…貫通穴、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ…（第１の供給要素における）供給流路、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ…（第２の供給要素における）供給流路、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…ボア（第１の供給要素）、２３ａ’、２３ｂ’、２３ｃ’、２３ｄ’…ボア（第２の供給要素）、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ…ボア（第２の供給要素）、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ…流路（Ｌ１）、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ…流路（Ｌ２）、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…混合流路（合流要素）、４２…マイクロ科学装置（他の実施形態）の要素、４０…流動抵抗可変手段、３４…板ばね（変位部材）、４４…変位部材、４４ａ…形状記憶合金、４４ｂ…形状記憶合金、５４、８４…弾性体（変位部材）、６４…レバー（変位部材）、７４…マイクロメータ、３６、４６…形状記憶合金（作用部材）、５６…磁性体（作用部材）、６６…圧電素子（作用部材）、７６…作用部材、３８…ヒータ（温度制御手段）、４８…コイル（磁場制御手段）、７８…回転量制御手段、８８…制御手段、７５…壁部材、５７…分岐構造流路、５１Ａ、５３Ａ、５５Ａ…流路、５２…分岐位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記微細な流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置。
【請求項２】
前記流動抵抗可変手段が、前記微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１のマイクロ科学装置。
【請求項３】
前記流動抵抗可変手段は、前記微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を前記微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構とを備えたことを特徴とする請求項１又は２のマイクロ科学装置。
【請求項４】
前記制御機構が、温度制御により変形又は変位する温度作用機構、磁場制御により変形又は変位する磁場作用機構、電圧制御により変形又は変位する電圧作用機構、電流制御により変形又は変位する電流作用機構、光強度制御により変形又は変位する光作用機構の何れか１であることを特徴とする請求項３のマイクロ科学装置。
【請求項５】
１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記分岐構造流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記分岐構造流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置。
【請求項６】
前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成されることを特徴とする請求項５のマイクロ科学装置。
【請求項７】
前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする請求項５又は６のマイクロ科学装置。
【請求項８】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、前記微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の流動抵抗を可変にすることを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項９】
前記操作目的の少なくとも一つは、前記流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の前記流動抵抗を低減させて、前記微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作であることを特徴とする請求項８のマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項１０】
１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記分岐構造流路に設けられた前記流動抵抗可変手段により、前記１の滞留部又は１の流路内を流れる流体を前記複数の微細な流路内に均等分配することを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項１１】
前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１のマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項１】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記微細な流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記微細な流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置。
【請求項２】
前記流動抵抗可変手段が、前記微細な流路の所定の流路長の断面積を変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１のマイクロ科学装置。
【請求項３】
前記流動抵抗可変手段は、前記微細な流路に設けられた変位部材と、該変位部材を前記微細な流路の内壁面に対して垂直方向に出没させるための制御を行う制御機構とを備えたことを特徴とする請求項１又は２のマイクロ科学装置。
【請求項４】
前記制御機構が、温度制御により変形又は変位する温度作用機構、磁場制御により変形又は変位する磁場作用機構、電圧制御により変形又は変位する電圧作用機構、電流制御により変形又は変位する電流作用機構、光強度制御により変形又は変位する光作用機構の何れか１であることを特徴とする請求項３のマイクロ科学装置。
【請求項５】
１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置であって、前記分岐構造流路内を流通する流体の流動抵抗を可変にする流動抵抗可変手段が前記分岐構造流路に備えられたことを特徴とするマイクロ科学装置。
【請求項６】
前記流動抵抗可変手段は、前記複数の微細な流路に設けられるとともに、前記微細な流路ごとに所定の流路長の流路断面積を変化させるように構成されることを特徴とする請求項５のマイクロ科学装置。
【請求項７】
前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする請求項５又は６のマイクロ科学装置。
【請求項８】
等価直径が２ｍｍ以下である微細な流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記微細な流路内で行う流体の操作目的に応じて、前記微細な流路に備えられた流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の流動抵抗を可変にすることを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項９】
前記操作目的の少なくとも一つは、前記流動抵抗可変手段により前記微細な流路内の前記流動抵抗を低減させて、前記微細な流路内の気泡又は目詰まりを除去する洗浄操作であることを特徴とする請求項８のマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項１０】
１の滞留部又は１の流路から等価直径が２ｍｍ以下である複数の微細な流路に分岐する分岐構造流路を備えたマイクロ科学装置の流体操作方法であって、前記分岐構造流路に設けられた前記流動抵抗可変手段により、前記１の滞留部又は１の流路内を流れる流体を前記複数の微細な流路内に均等分配することを特徴とするマイクロ科学装置の流体操作方法。
【請求項１１】
前記流動抵抗可変手段が、請求項２〜４の何れか１の流動抵抗可変手段であることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１のマイクロ科学装置の流体操作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−２６８４８９（Ｐ２００７−２６８４８９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１００３０１（Ｐ２００６−１００３０１）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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