温調装置、温調機構を有するマイクロ流体デバイス、及び温調方法
【課題】マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、該流路の厚み方向にも温度勾配を設ける方法及び装置を提供する。
【解決手段】（１）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、（２）マイクロ流体デバイスの特定表面Ｃと接する表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、（３）前記表面Ｄと前記表面Ｃの裏面が接触し且つ前記表面Ｃと前記表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、又は、前記表面Ｄと前記表面Ｅの裏面が接触し且つ前記表面Ｅと前記表面Ｃが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、を有するマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【解決手段】（１）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、（２）マイクロ流体デバイスの特定表面Ｃと接する表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、（３）前記表面Ｄと前記表面Ｃの裏面が接触し且つ前記表面Ｃと前記表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、又は、前記表面Ｄと前記表面Ｅの裏面が接触し且つ前記表面Ｅと前記表面Ｃが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、を有するマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【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の内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設ける温度調節装置、温度調節機構を有するマイクロ流体デバイス、及び温度調節方法に関し、さらに詳しくは前記温度勾配を形成する機構として、前記流路の一方の側に所定温度に調節された温度調節装置を配し、前記流路の反対側に、前記流路と平行に設置された温調流路に温調用流体を流すことにより温度勾配を付与する温度調節装置、温度調節機構を有するマイクロ流体デバイス、及び温度調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスは、内部に微細な毛細管状の流路を設け、該流路中で（生）化学反応、（生）化学分析、或いは化学工学的処理を行うものであり、該素子中の液体量を極めて微量にすることが出来るため、該液体の熱容量も極めて小さくすることが出来る。そのため、マイクロ流体デバイスに必要な温度の領域を設け、そこに流体を流すことによって、液体の容器（この場合はマイクロ流体デバイス）の温度を時間的に変化させること無く流体の温度のみを変化させることが出来、各反応段階に於ける最適温度で反応を遂行でき、反応時間や分析時間の短縮、副生成物の抑制などが可能となるという特長を有している。
【０００３】
また、マイクロ流体デバイスによる連続反応装置は、短時間で次々と原料や反応条件を変えることが可能なため、これを用いることにより、反応のスクリーニングや最適化研究を極めて効率的に行うことが出来る。合成反応の検討を行う場合、特に多段反応を行うには、通常、生成物の分離が必要であり、分離手段としては、蒸留（精留）、抽出、吸着、クロマトグラフィーなどがよく使用される。これらの中でも、低分子量物の分離に関しては精留（分留）がもっとお有用である。
【０００４】
マイクロスケールでの精留装置として、特許文献１に、本発明者等による隔膜式のマイクロ精留装置が開示されている。即ち、微小な気体流路と微小な液体流路とそれらを隔てる多孔質隔膜が設けられた精留管と、気体流路を原液の沸点より高い温度に調節する温度調節器と、液体流路を原液の沸点より低い温度に調節する温度調節器とを有する精留装置が開示されている。
【０００５】
この精留装置に於いては、前記精留管の長さ方向の低温側の部分において気体流路の蒸気を多孔質隔膜を通して液化させ、高温側の部分においては液体流路中の液体を卓効室隔膜を通して気化させる必要があり、そのために、精留管の長さ方向に於ける温度勾配を形成する必要がある。また、気体流路中に蒸気を充満させ、液体流路中に液体を充満させるために、気体流路側から液体流路側への方向（厚み方向）にも温度勾配を設ける必要がある。
【０００６】
このような温度勾配の形成方法としては、該特許文献１の他、特許文献２及び特許文献３に、温度分布を有する温調ブロックが開示されており、これをマイクロ流体デバイスの精留管部分に接触又は近接させることにより温度勾配を設けることが出来る。しかしながら、これらの温調プレートは、精留管中の物質に比べても、マイクロ流体デバイスの精留管の体積に比べて桁違いに大きいため、前記マイクロ流体デバイスの小形・省スペースという特徴を生かせないものであった。また、温度勾配を設けるために数多くの温度制御装置を必要とし、複雑で高価なものとなりがちであった。
【０００７】
微細な流路に温度勾配を形成する他の方法として、特許文献３には、長さ方向に断面積が変化する管状の流路の長さ方向に電圧を印加することにより、該流路中の液体自体を発熱させ、該流路の長さ方向に温度勾配を発生させる方法が開示されている。しかしながら、この方法は流路内の流体が導電性流体である場合にしか適用できないため用途が限られる。その上、該流体の温度は該流体の電気伝導度に大きく依存ずるため、異なる試料を同じ温度条件にすることが難しかった。
【０００８】
【特許文献１】特開2006-198542号公報
【特許文献２】特開2004-317161号公報
【特許文献３】特開2004-313840号公報
【特許文献４】特開平11-287786号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することにある。本発明はまた、熱容量が小さくてマイクロ流体デバイスの特徴を損なわず、少数の温度制御装置で制御でき、温度勾配を設けるための操作も容易な方法及びそのための装置を提供することにある。本発明は更に、導電性流体以外の流体にも適用可能であり、また、該流体の温度が、該流体の電導度に依存しない温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）前記マイクロ流体デバイスの表面Cと相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、
（３）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Cの裏面が接触し且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Cと前記第２温度調節器の表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄと前記第2温度調節器の表面Ｅの裏面が接触し且つ前記第2温度調節器の表面Ｅと前記マイクロ流体デバイスの表面Cが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを有し、
更に、該温度調節流路Ｂを加熱又は冷却するための加熱又は冷却機構であり、該機構全体を略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄと、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記流路Ａ側の表面Ｆ、及び／又は、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記温度調節流路Ｂ側の表面Ｇ
を備えたマイクロ流体デバイスであって、
（４）前記流路Ａと前記温度調節流路Ｂとは空間的に略平行な位置に設けられ、且つ、表面Ｆ、表面Ｇの少なくとも一方に略平行な位置に設けられ、
（５）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Fとが接触して、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとがこの順に配列された構造iii、又は、前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇとが接触して、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとがこの順に配列された構造iv、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）マイクロ流体デバイスと接する前記表面Cに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを用い、
（３）前記第1温度調節器の前記表面Ｄが、前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃと前記第2温度調節器の前記表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスと、前記第2温度調節器とをこの順に積層し、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄが、前記第2温度調節器の表面Ｅとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃと前記第2温度調節器の表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記第2温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスとをこの順に積層し、
（４）前記第1温度調節器を均一な温度に調節し、
前記第２温度調節器の前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）前記流路Ａと空間的に略平行な位置に設けられ、且つ該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状のＡ側の表面Ｆ及び／又は温度調節流路Ｂ側の表面Ｇを備えたマイクロ流体デバイスの、
該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節方法であって、
（３）前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Fを接触させて、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとをこの順に配列させ、
又は、
前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇを接触させて、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとをこの順に配列させ、
（４）前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度の差が生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設ける方法及びそのための装置を提供することが出来る。
本発明はまた、熱容量が小さく小形なためマイクロ流体デバイスの特徴を損なわず、少数の温度制御装置で制御可能で、温度勾配を設けるための操作も容易な方法及びそのための装置を提供することができる。本発明は更に、導電性流体以外の流体にも適用可能であり、また、該流体の温度が、該流体の電導度に依存しない温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することができる。本発明は、マイクロ流体デバイスを用いた精留用の温度調節装置に好適に用いることが出来る
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について、詳細に説明する。本発明の温度調節装置（以下、「温度調節」を［温調」と略称する場合がある）は、次の５つのタイプに分類できる。
［１］タイプ１：分離型（構造ｉ）
［２］タイプ２：分離型（構造ii）
［３］タイプ３：一体型
［４］タイプ４：デバイス組み込み型（構造iii）
［５］タイプ５：デバイス組み込み型（構造iv）
以下、本発明の温調装置、および本発明の温調方法で使用する温調装置の要部について述べる。
［１］タイプ１：分離型の構造ｉ
本タイプ１の温調装置は、図１に示されるように、温調装置が、後述の第1温調器１と第2温調器２に分離されたタイプである。先ず、本タイプ１の温調装置で温調するマイクロ流体デバイスについて述べる。
【００１７】
〔マイクロ流体デバイス〕
本温調装置で温調する対象の流路（「流路Ａ」と称する）を有するマイクロ流体デバイス３の外形は、第２温調器の表面Ｅと接触させる表面（「表面Ｃ」とする）、と、第１温調器の表面Ｄと接触させる、該表面Cの裏面を有する。なお、本明細書に於いて、面同士の「接触」は、点接触や線接触でなく、面接触を言う。マイクロ流体デバイス３は、板状であることが好ましい。前記板状は、平板状であることが好ましいが、曲板状であっても良いし、フレキシブルなシート状でも良い。該マイクロ流体デバイスの厚みは１０μｍ〜１０ｍｍが好ましく、５０μｍ〜５ｍｍが更に好ましく、１００μｍ〜２ｍｍが最も好ましい。該マイクロ流体デバイスの厚みは場所により異なっていても良いが、一定厚みであることが好ましい。
【００１８】
（流路Ａ）
流路Ａは、該マイクロ流体デバイス３の内部に前記表面Ｃに略平行な方向に設けられている。流路Ａの方向は上記であれば任意であり、表面Ｃに略平行な面内で方向を変えて良い。また、上記表面Ｃに略平行な面と交差する方向の流路部分を有していても良い。
【００１９】
流路Ａは温調すべき流体を流す流路であれば任意であるが、精留管であることが好ましい。本発明の温調装置は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設けることが出来るため、流路Ａの長さ方向に沸点が変化する蒸留に好適であり、かつ、該マイクロ流体デバイスの厚み方向に蒸気流路と液体流路を平行に設けた単純な構造の精留管を使用できる。該精留管は、該精留管中を蒸気と液体が接触しつつ向流で流れることが出来る構造であれば任意であるが、隔膜精留管と非隔膜精留管を例示できる。隔膜精留管としては、例えば、前記特許文献１に記載の構造を例示できる。該構造に於いては、表面に平行にかつ互いに接して平行に設けられた蒸気流路と、液体流路と、これらを仕切る多孔質隔膜で構成されている。
本発明の温調方法に於いては、蒸気流路は高温となる側に配置する。これにより、蒸気流路中での凝結を防止し、液体流路中での沸騰を防止できる。
【００２０】
〔第1温調器〕
第1温調器１は、前記マイクロ流体デバイス３の表面Ｃと相補的な凹凸形状の表面Ｄを備えていて、かつ、該表面Ｄを均一な温度に調節できる温調器であれば任意である。但し、表面Ｄは必ずしもマイクロ流体デバイス３や第２温調器２の表面と同寸法である必要はなく、流路Ａや流路Ｂをカバー出来る範囲であればよい。
【００２１】
第１温調器１は固体（温調ブロック）、液体、気体であって良いが、固体であることが、使用が容易であり好ましい。第１温調器が固体である場合、表面Ｄは平面であることが、操作面から好ましい。
【００２２】
第1温調器１が温調可能な温度は、温調すべき目的に応じて任意であり、室温以上であっても、室温以下であっても良い。前記第１温調器１を調節する方式は任意であり、加熱、冷却、放熱、及びこれらの組み合わせであってよい。加熱や冷却する熱源（冷熱源を含む）としては、例えば電気ヒーター、冷媒や温調用流体流通機構、ペルチエ素子、赤外線やレーザーなどの光線、化学的発熱などが使用出来る。必要に応じて、第1温調器１を一定温度にする温度制御機構も共に使用出来る。加熱する場合には電気ヒーターが温度の調節が容易であることから好ましい。
【００２３】
第1温調器が温調ブロックである場合には、温調ブロックの素材は任意であるが、好ましくは熱伝導率が１０［Ｗｍ−１Ｋ−１］以上の材料が好ましく、５０［Ｗｍ−１Ｋ−１］以上がさらに好ましい。また熱伝導率が、使用するマイクロ流体デバイスの素材の熱伝導率の、好ましくは１倍以上、更に好ましくは３倍以上、最も好ましくは１０倍以上である。この範囲にすることにより、安定した温度分布と温度勾配が形成される。熱伝導率の上限は、自ずと限界はあろうが高いことそれ自体による不都合はないため、上限を設けることは要しない。このような材料としては、例えば、アルミニウムやステンレススチールなどの金属、水晶などの結晶、ガラス、セラミックを挙げられる。勿論、例えば金属粉含有有機重合体などの複合材料であっても良い。
【００２４】
〔第２温調器〕
第２温調器２は、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに接触可能なように、該表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅを備えている。該接触させる範囲は、流路Ａに相対する範囲である。
本タイプ１の温調装置に於いては、第２温調器２の表面Ｅの裏面側の形状は任意であるが、マイクロ流体デバイスは板状であることが好ましい。該板状は、平板状、曲板状、又はフレキシブルなシート状であって良い。
【００２５】
第２温調器２の素材の熱伝導率は、好ましくは０．０５〜２０［Ｗｍ−１Ｋ−１］、更に好ましくは０．１〜５［Ｗｍ−１Ｋ−１］、最も好ましくは、０．１５〜２［Ｗｍ−１Ｋ−１］である。この範囲とすることにより、マイクロ流体デバイス３の流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成することが容易になる。このような材料としては、例えばステンレススチールなどの金属、ガラス、石英などの結晶、セラミック、セメント、岩石、有機重合体を例示できる。勿論、例えば無機粉末含有有機重合体などの複合材料であっても良い。
【００２６】
第２温調器２の熱伝導率は、さらに、温調すべきマイクロ流体デバイス３の熱伝導率に近いこと、例えば０．１〜１０倍が好ましく、０．２〜５倍がさらに好ましく、０．３〜３倍が最も好ましい。この範囲とすることにより、マイクロ流体デバイス３の流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成しつつ、該流路の厚み方向に好適な温度差を設けることが容易になる。第２温調器２の材料の素材は、使用するマイクロ流体デバイス３と同種の素材が好ましい。
【００２７】
（流路Ｂ）
第２温調器２は、表面Ｅと略平行な内部の位置に、温調用流体を流す流路（「流路Ｂ」と称する）が設けられている。流路Ｂは、温調すべき流路Ａに沿った平面形状、即ち、第2温調器２を温調すべきマイクロ流体デバイス３と好適に重ねたたとき、平面視で流路Ａと重なる形状とされる。このとき、流路Ｂの幅は、流路Ａの幅の0．5倍以上であり、好ましくは1倍以上、さらに好ましくは1．５倍以上である。この範囲にすることにより、流路Ａを十分な精度で温調出来る。幅の上限はマイクロ流体デバイスの寸法であるが、好ましくは流路Ａの幅の１００倍以下、更に好ましくは１０倍以下である。この範囲にすることにより、流路Ａを十分な精度で温調しつつ、スペースファクターを向上出来る。
流路Ｂは流路Ａを覆う範囲に設けられる形状であれば、流路Ａとぴったり重なる形状でなくて良い。例えば、流路Ａの平面形状がジグザグである場合、流路Ｂは、幅を該ジグザグの幅以上にして、該ジグザグの流路を含むように形成することもできる。この場合、流路Ａの長さ方向に階段状の温度勾配が形成されてもよい。
流路Ｂは、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加することも好ましい。これにより、流路Ｂの長さ方向の温度曲線の形状を調節できる。例えば、第1温調器より第２温調器の温度が低い場合、流路Ｂの断面積が変化しない場合には、距離対温度の曲線が上に凸になりがちであるのに対し、その程度を緩和したり、直線状にしたり、下に凸にすることが出来る。流路Ｂの温度曲線を上記のようにすることにより、流路Ａの長さ方向の温度曲線を同様の温度曲線にすることが出来る。
流路Ｂの両端に連絡して、第２温調器の外部と連絡する流入口７と流出口８を設けることが出来る。
【００２８】
（流入温調機構）
前記第２温調器２は、流入口７と前記流路Ｂの間に、前記温調用流体の流入温調機構を有することが好ましい。これにより、流路Ａの、温調用流体導入口側の温度を、温度勾配とは独立して調節することができる。流入温調機構は、例えば、その表面を均一な温度に調節出来る温調器（第３温調器と称する）であって、第２温調器の表面Ｅの裏面の所定範囲に接触させることが出来るものを例示できる。本機構は、図1に示されたような、第１温調器、流路Ａ、流路Ｂがこの順に積層された温調装置の場合に効果的である。又、他の例として、第２温調器の導入口７から、流路Ｂが流路Ａと重なる部分までの範囲を第1温調器に接触させず、第１温調器と並べて設置した前記第３温調器に接触させる機構を例示できる。本機構は、図２に示されたような、第１温調器、流路Ｂ、流路Aがこの順に積層された温調装置の場合に効果的である。さらに、他の例として、第２温調器の所定範囲に電気ヒーターなどを組み込む機構を例示できる。
【００２９】
〔タイプ１の温調装置の使用方法〕
タイプ１の温調装置は、図1に示されたように、第１温調器１−流路Ａ（マイクロ流体デバイス３）−第２温調器２の順に配置して（構造i）使用される。この場合、第1温調器１の表面Ｄはマイクロ流体デバイス３の表面Cの裏面に接触し、マイクロ流体デバイス３の表面Cは第2温調器２の表面Ｅに接触するように積層される。勿論、ここで言う接触は、十分に低い熱抵抗でもって熱伝導が可能であれば良く、微細な空隙を隔てた接触や、フィルム状の固体や液体を隔てた接触であって良い。
タイプ１の温調装置の使用に際し、第2温調器２の表面Ｅの裏面は空気に開放されていても良いし、保温されていても良いし、他の温調器と接触していても良い。
本タイプ１の温調装置は、流路Ａの第１温調器側壁面の温度と第２温調器側の壁面の温度を異なる温度に、且つ正確に制御し易いため、流路Ａが精留管である場合に好ましい。
【００３０】
［２］タイプ２：分離型の構造ii
タイプ２の温調装置は、図２に示されるように、第1温調器１と第2温調器２に分離されたタイプであるが、温調するマイクロ流体デバイス３と接触させるための構造がタイプ１と異なる。先ず、本タイプ２の温調装置で温調するマイクロ流体デバイスについて述べる。
【００３１】
〔マイクロ流体デバイス〕
タイプ２の温調装置により温調されるマイクロ流体デバイスの場合は、表面Ｃの裏面側の形状は任意であるが、マイクロ流体デバイスは板状であることが好ましい。該板状は、平板状、曲板状、又はフレキシブルなシート状であって良い。マイクロ流体デバイスの厚み等、上記以外のことについては、前記タイプ１の場合と同様である。
【００３２】
〔第1温調器〕
本タイプ２の温調装置の第1温調器は、その表面Ｄが、第２温調器２の表面Ｅの裏面と接触可能な形状にされていること以外は、前記タイプ１の温調装置の場合と同様である。
【００３３】
〔第２温調器〕
本タイプ２の温調装置の第２温調器２は、前記表面Ｅの裏面側が第１温調器１の表面Ｄと相補的な凹凸形状であること以外は、前記タイプ１の温調器の場合と同様である。
〔タイプ２の温調装置の使用方法〕
本タイプ２の温調装置は、第１温調器−第２温調器−流路Ａ（マイクロ流体デバイス）の順に配置して（構造ii）使用される。即ち、第1温調器の表面Ｄに第２温調器の表面Ｅの裏面が接触し、第２温調器の表面Ｅにマイクロ流体デバイスの表面Ｃが接触するように積層される。
マイクロ流体デバイスの表面Ｃの裏面側は、例えば空気雰囲気中に置いても良いし、保温しても良いし、他の温度調節器に接触させても良い。
タイプ２の温調装置は、第１温調器１−流路Ａ（マイクロ流体デバイス３）−第２温調器２の順に配置して（構造ii）使用される。この場合、第1温調器１の表面Ｄはマイクロ流体デバイス３の表面Cの裏面に接し、でマイクロ流体デバイス３の表面Cは第2温調器の表面Ｅに接する。第2温調器の表面Ｅの裏面の形状は任意であり、また、使用に際し、表面Ｅの裏面は空気に開放されていても良いし、保温されていても良いし、他の温調器と接触していても良い。
本タイプ２の温調装置は、マイクロ流体デバイス3の着脱が容易であること、マイクロ流体デバイス３の表面Ｃの裏面側を保温することにより、流路Ａの厚み方向に温度差が小さい又は無い状態の、流路方向の温度勾配を形成できるため、化学反応用デバイスや、流路内にプローブを固定した分析用デバイスに好適である。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３４】
［３］タイプ３：一体型
本タイプ３の温調装置は、前記タイプ２の温調装置（図２）における第１温調器１と第２温調器２が一体化された形状の温調装置である。該第１温調器１に相当する部分は加熱又は冷却機構とされ、該加熱又は冷却機構は、流路Ｂに温調用流体を流さないときに該機構全体を均一な温度に温調出来るものである。また、本タイプ３の温調装置においては、前記タイプ２における表面Ｅの裏面や表面Ｄはなく、該一体化された温調装置の流路Ｂ側の表面Ｅは、マイクロ流体デバイス３の表面Cと相補的な凹凸形状とされる。好ましくは、表面C、表面Ｅ共に平面である。
本タイプ３の温調装置を使用するに当たっては、マイクロ流体デバイスの表面Ｃを、本温調装置の流路Ｂ側の表面Ｅに接触させて使用する。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３５】
［４］タイプ４（デバイス組み込み型の構造iii）
タイプ４の温調装置は、上記タイプ１に於ける第２温調器２とマイクロ流体デバイス３が一体化された構造（即ち、マイクロ流体デバイスに第２温調器が組み込まれた構造）である。本発明のマイクロ流体デバイスは、前記タイプ１の温調装置の、第２温調器が組み込まれたマイクロ流体デバイスである。
即ち、該第２温調器と一体化されたマイクロ流体デバイスは、その内部に流路Ａと流路Ｂとを備えている。流路Ａ、流路Ｂ、及びそれらの位置的関係や寸法的関係は前記タイプ１の場合と同様である。但し、本タイプ４の温調装置に於いては、前記タイプ１における表面Ｃと表面Ｅはなく、該一体化されたマイクロ流体デバイスの流路Ａ側の表面（表面Ｆとする。該表面Ｆは前記マイクロ流体デバイス３の表面Ｃの裏面に相当する）が、第１温調器の表面Ｄと相補的な凹凸形状とされている。
本タイプ４の温調装置は、独立した第1温調器を有し、これについては前記タイプ１の場合と同様である。
本タイプ４の温調装置を使用するに当たっては、第１温調器の表面Ｄとマイクロ流体デバイスの表面Fを接触するよう積層配置する（構造iii）。即ち、第１温調器−流路Ａ−流路Ｂの順に配列させる。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３６】
［５］タイプ５（デバイス組み込み型の構造iv）
タイプ５の温調装置は、上記タイプ２に於いて、第２温調器２とマイクロ流体デバイス３が一体化された構造（即ち、マイクロ流体デバイス３に第２温調器２が組み込まれた構造）である。
即ち、該第２温調器２と一体化されたマイクロ流体デバイスは、その内部に流路Ａと流路Ｂとを備えている。流路Ａ、流路Ｂ、及びそれらの位置的関係や寸法的関係は前述したタイプ２の場合と同様である。但し、本タイプ５の温調装置に於いては、前記タイプ２における表面Ｃと表面Ｅはなく、該一体化されたマイクロ流体デバイスの流路Ｂ側の表面（表面Gとする。表面Ｇは前記第２温調器２の表面Ｅの裏面に相当する）が、第１温調器１の表面Ｄと相補的な凹凸形状とされている。好ましくは、表面D、表面G共に平面である。
本タイプ５の温調装置は独立した第1温調器１を有し、これについては前記タイプ２の場合と同様である。
本タイプ５の温調装置を使用するに当たっては、第１温調器の表面Ｄとマイクロ流体デバイスの表面Gを接触するように積層配置する（構造iv）。即ち、第１温調器−流路Ｂ−流路Ａの順に配列させる。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ２の場合と同様である。
【００３７】
［温調方法］
本発明の温調方法は、前記タイプ１〜タイプ５の温調装置及びマイクロ流体デバイスを用いた、流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法である。本温調方法は、
（１）第１温調器、流路Ｂ、及び流路Ａが前記した所定の順になるように、且つ、流路Ａと流路Ｂが平面視で重なるように、第１温調器、第２温調器、及びマイクロ流体デバイスを積層配置する。
（２）第1温調器の表面Ｄを均一な温度に調節する。
（３）流路Ｂに、第１温調器の調節温度とは異なる温度の温調用流体を、該流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させる、ことを特徴とする方法である。上記（１）〜（３）の順序を変えても良い。
【００３８】
上記（１）に於いて、第１温調器、第２温調器、マイクロ流体デバイスの三者が独立している場合（タイプ１及びタイプ２）、第１温調器と第２温調器が一体化されている場合（タイプ３）、第２温調器とマイクロ流体デバイスが一体化されている場合（タイプ４及びタイプ５）があり得る。それぞれのタイプの温調装置において説明した向きと順に積層配置する。
上記（２）の工程に於いて、第1温調器の表面Ｄの温度は室温以上でも室温以下でも良い。用途に応じて選択できる。第１温調器の設定温度より周囲温度が低い場合には、冷却は放熱による冷却であって良い。また、第１温調器の設定温度より周囲温度が高い場合には、加熱は吸熱（装置的には、前記放熱の場合と同様であるが、熱の流れは放熱の逆になる）による加熱であって良い。
第１温調器の温度と、流路Bに流す温調用流体の導入温度は、どちらを高くしても良い。用途目的により任意に選択できるが、流路Ａの最低温部の温度が室温以上の場合には、第1温調器の温度を温調用流体の導入温度より高くすることが、制御が容易であり好ましい。
上記（３）の工程に於いて、温調用流体の流速を過剰に速くすると、温調用流体は殆ど温度変化せずに流出し、その結果、流路Ａの流れ方向に温度勾配が形成されない。逆に、温調用流体の流速を過剰に遅くすると、温調用流体は流入口から流入してすぐに出口流体温度に達してしまい、その結果、やはり流路Ａの流れ方向に温度勾配が形成されない。好適な流速は、本温度調節装置の寸法・形状や各温度に依存するが、実際に温調用流体を流す実験により最適値を求めることが出来る。
形成する温度勾配は用途目的に応じて設定できるが、流体Bの流入温度と流出温度の差が、好ましくは２０℃上、更に好ましくは３０℃以上、最も好ましくは４０℃以上である。該温度差の上限は、第１温調器の表面Dの温度と流体Bの流入温度の差（ΔＴ０とする）であるが、好ましくは（ΔＴ０−１）℃以下、更に好ましくは（ΔＴ０−３）℃以下、最も好ましくは（ΔＴ０−５）℃以下である。この場合に良好な温度勾配が形成される。流入温度と流出温度の差や、第１温調器の表面Dの温度と流体Bの流入温度の差は、温調流体の流速により制御できる。
【００３９】
本発明の温度調節方法に於いては、流路Ａの流れ方向に温度勾配を形成すると同時に、流路Ａの厚み方向、即ち、流路Ｂ側の流路壁から、その対向壁方向に温度勾配（温度差）を形成することが出来る。このような２つの温度勾配を設ける場合には、タイプ２又はタイプ５の温調装置を使用することが好ましい。
このような２つの温度勾配は、例えば次のようにして設定することが出来る。タイプ２又はタイプ５の温調装置を使用する場合について述べる。
(1)流路Ａの流出口の第1温調器側の希望温度よりやや高い温度に、第1温調器の表面Ｄ温度を調節する。
(2)流路Ａの流入口の流路Ｂ側の希望温度よりやや低い温度に、流路Ｂに導入する温調用流体温度を調節する。
(3)流路Ａの流路方向の希望温度勾配に成るよう、温調用流体の流速を調節する。
この場合も、表面Ｄ温度、流路Ｂに導入する温調用流体温度、及び温調用流体の流速の好適な値は、本温度調節装置の寸法・形状や各温度に依存するが、実際に温調用流体を流す実験により最適値を求めることが出来る。
温調用流体は任意であり、例えば、水及び水溶液、多環芳香族系有機化合物（置換体を含む)やシリコンオイルなどの高沸点液体、エチレングリコールやアルコールなどの低凝固点液体等であり得る。
本発明の温調方法においては、流路Ａには、流路Ｂの温調流体と並流となる向きに流体を流すことが好ましい。これにより、より効果的に温度勾配を形成できる。流路Ａが精留管である場合には、液体流通部の液体の流れ方向を温調流体と並流にする。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。
【００４１】
本実施例で使用する紫外線硬化樹脂組成物の調製方法、および、紫外線照射方法を以下に示す。なお、以下の実施例において、「部」及び「％」は、特に断りがない限り「質量部」及び「質量％」を表わす。
【００４２】
［紫外線硬化性の組成物Ｘ１の調製］
活性エネルギー線重合性化合物としてトリス（アクリロイロキシエチル）イソシアヌレート（M315、東亞合成化学）を５０部、 ビス（アクリロイロキシエチル）ヒドロキシルエチルイソシアヌレートM215、東亞合成化学）を４０部、ヘキサンジオールジアクリレート（HDDA、第一工業製薬）を１０部、重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア184、チバスペシャルティケミカルズ社）を2部、及び重合遅延剤として２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（α-MSD、和光化学)０．１部を均一に混合して紫外線硬化性組成物Ｘ１を調製した。
【００４３】
［紫外線硬化性の組成物Ｘ２の調製］
数平均分子量薬２０００のウレタンアクリレートオリゴマー（V4263、大日本インキ化学工業）を８０部、 前記HDDAを２０部，前記イルガキュア１８４を２部、前記αＭＳＤを0．1部を均一に混合して紫外線硬化性の組成物Ｘ２を調製した。
【００４４】
［紫外線の照射］
２５０Ｗ高圧水銀ランプを光源とするウシオ電機株式会社製のマルチライト２５０Ｗシリーズ露光装置用光源ユニットを用い、３６５ｎｍにおける紫外線強度が５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を、残留酸素濃度１〜３％の窒素雰囲気中で照射した。
【００４５】
（実施例１）
タイプ１の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。図３に本実施例で作製する温調装置とマイクロ流体デバイスの分解見取り図を示した。
【００４６】
〔第1温調器の作製〕
幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウム製鋳込みヒーター型の温調ブロックを作製し、第１温調器とした。その表面Ｄは平面とした。
【００４７】
〔第２温調器の作製〕
幅３０ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂製の基板４にスピンコーターを用いて組成物Ｘ２を塗工し、該塗膜にフォトマスクを通して、流路Ｂとなす部分以外の範囲に紫外線を６０秒照射し、照射部が流動性を喪失し粘着性が残存する程度に半硬化した樹脂層５を形成した。該半硬化の樹脂層をｎ-ヘキサンで洗浄して、非照射部の未硬化の組成物Ｘ２を除去し、流路Ｂとなる溝を形成した。
【００４８】
一方、厚さ６０μｍの二軸延伸ポリプロピレンシート（ＯＰＰシート）（二村化学社製）を一時的な支持体（図示略）として、その上に組成物Ｘ２をスピンコートし、紫外線を６０秒間照射して照射部を半硬化させ、樹脂層６を形成した。該樹脂層６を前記樹脂層５の上に積層して密着させ、紫外線を１２０秒照射して、全樹脂層を完全に硬化させ、前記一時的な支持体を剥離除去して。第２温調器前駆体を得た。
該第２温調機前駆体の流路Bの両端部分においてドリルで基板４に穴を開け、流入口７と流出口８を形成した。また、下記マイクロ流体デバイスの原液導入口１９に相対する位置をレーザー切断機にて半円状に切り抜いて切欠き２５を形成し、フィッティング装着のためのスペースを形成した。以上のようにして、第２温調器２を得た。該第２温調機２の樹脂層６側の表面を表面Ｅとした。本第２温調器の樹脂層５、樹脂層６厚みはどちらも約１００μｍであり、流路Ｂの幅は約１．５ｍｍ、長さは約２５０ｍｍであった。
【００４９】
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂製の基板１１にスピンコーターを用いて組成物Ｘ１を塗工し、フォトマスクを通した紫外線露光と未硬化樹脂の洗浄除去により、流路Ａの蒸気流通部１６となる溝を有する樹脂層１２を形成した。
別途、ポリ四フッ化エチレン製多孔質膜（平均孔径０．２μｍ、厚さ６０μｍ、アドバンテック社）に樹脂Ｘ１を含浸させてパターン露光し、未硬化部を洗浄除去することにより、流路Ａの蒸気流通部と液体流通部を隔てる多孔質隔膜１７となす部分以外の多孔質部が組成物Ｘ１の半硬化物で目止めされた多孔質隔膜層１３を作製し、これを、流路Ａの蒸気流通部１６と位置を合わせて前記樹脂層１２に積層して密着させた。
一方、前記ＯＰＰシートを一時的な支持体（図示略）として、組成物Ｘ１をスピンコートし、紫外線を６０秒間照射して塗膜を半硬化させ、樹脂層１５を形成した。
更にこの上に組成物Ｘ１をスピンコートし、フォトマスクを通した紫外線露光と未硬化樹脂の洗浄除去により、流路Ａの液体流通部１８となる溝を有する樹脂層１４を形成した。次いで、該樹脂層１４を多孔質隔膜層１３に、流路Ａの液体流通部１８の位置を合わせて積層して密着させ、紫外線を１２０秒照射して、全樹脂層を完全に硬化させ、前記一時的な支持体を剥離除去して。マイクロ流体デバイス前駆体を得た。該マイクロ流体デバイス前駆体の流路Ａの両端部分と中間部の樹脂層１５にドリルで穴を開け、流路Ａの原液導入口１９、蒸気流出口２０、及び液体流出口２１を形成し、マイクロ流体デバイスを得た。該マイクロ流体デバイスの樹脂層１５側の表面を表面Ｃとした。
本マイクロ流体デバイスの樹脂層１２、１４、及び１５の厚みは約１００μｍであり、多孔質隔膜層１３の厚みは約６０μｍであった。また、流路Ａの蒸気流通部１６及び流路Ａの液体流通部１８の幅は１ｍｍ、これらを隔てる多孔質隔膜部１７の幅は２ｍｍであった。流路Ａの長さは約２３０ｍｍであった。
【００５０】
〔温度調節方法〕
得られた第１温調器１、マイクロ流体デバイス３、及び第２温調器２を、図１及び図３に示したように、表面Ｄに表面Ｃの裏面が接し、表面Ｃに表面Ｅが接する向きに積層配置し、クランプ（図示略）で互いを密着させた。
【００５１】
また、第2温調器２の流入口７にシリンジポンプ（図示略）を接続し、流出口８に接続したチューブ（図示略）は試験管に投入した。チューブ（図示略）はいずれもポリ四フッ化エチレン製チューブを使用した。
第１温調器を温度８５℃に調節し、１５℃の水を温調流体として、これを流入口７から流路Bに導入した。導入した水の流速を１００、３４０、５６０、７８０μｌ／分（ｍｍ３／分）と変えた時の、第２温調器の表面Ｅの裏面の、流路Ｂに相対する部分の表面温度は図５のように変化した。表面温度測定は、キーエンス社の非接触表面温度計ＦＴ−５０型を使用した。
マイクロ流体デバイスの任意の深さ位置の温度は、第１温調器の温度と上記表面温度から、周知の式（例えば、前記特許文献２や「化学機械の理論と設計」亀井三郎編、産業図書、１９６９年）により計算することが出来る。
マイクロ流体デバイスの原液導入口１９にシリンジポンプ（図示略）を接続し、蒸気流出口２０に、コールドトラップ（図示略）を経て真空ポンプ（図示略）に接続した。液体流出口２１に接続したチューブ（図示略）は試験管に投入した。チューブ（図示略）はいずれもポリ四フッ化エチレン製チューブを使用した。真空ポンプの圧力を所定圧力に調節し、原液導入口19から、混合溶液を導入すると、高沸点成分濃縮液は液体流通部１８を液体流出口２１方向に流れ、液体流出口２１から流出した。一方、該液体流通部１８から多孔質隔膜部１７を通して気化した蒸気は、蒸気流出口２０方向へ流れ、前記コールドトラップに低沸点成分濃縮液として凝縮した。また、蒸気流通部１６中の蒸気の一部は多孔質隔膜部１７を通して凝縮し、液体流通部１８を蒸気流出口２０付近から液体導入口１９方向へと流れた。
【００５２】
（実施例２）
タイプ２の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。
〔第1温調器の作製〕
実施例１と同様にして、実施例１と全く同じ第１温調器を作製した。
〔第２温調器の作製〕
長さを１００ｍｍとしたこと、流入口７と流出口８を基板４の代わりに樹脂層６に形成したこと、及び、半円状の切り抜きを設けなかったこと以外は、実施例１と同様の第２温調器を作製した。表面Ｅはやはり樹脂層６側表面である。
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
長さを７５ｍｍとしたこと、及び、原液導入口１９、蒸気流出口２０、及び液体流出口２１を樹脂層１５の代わりに基板１１に形成したこと以外は、実施例１と同様のマイクロ流体デバイスを作製した。表面Ｃはやはり樹脂層１５側表面とした。
〔温度調節方法〕
得られた第１温調器１、第２温調器２、及びマイクロ流体デバイス３を図２に示したように、表面Ｄに表面Ｅの裏面が接し、表面Ｅに表面Ｃが接する向きに積層配置し、クランプ（図示略）で互いを密着させた。
【００５３】
マイクロ流体デバイス及び第2温調器２に実施例1と同様に配管し、実施例1と同様にして温度調節して、流路Ａの流れ方向と厚み方向に温度勾配を形成し、精留を行った。
【００５４】
（実施例３）
タイプ３の温調装置の例を示す。
第2温調器の作製に当たり、基板４の代わりに第１温調器１を用いたこと以外は実施例2と同様にして、第1温調器1と第２温調器２が一体化した温度調節装置を作成した。
【００５５】
（実施例４）
タイプ４の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。図４に本タイプ４の温調装置とマイクロ流体デバイスの分解見取り図を示した。
実施例1に於ける第2温調器２に相当する部分の作製に当たり、基板４の代わりに実施例1に於けるマイクロ流体デバイス３を用い、この樹脂層１５の上に樹脂層５を形成し、その上に樹脂層６を形成したこと、流入口７，流出口８、原液導入口１９、蒸気流出口２０、液体流出口２１を樹脂層６側から形成したこと、及び切欠き２５を設けなかったこと、以外は実施例１と同様にして、第２温調器が組み込まれたマイクロ流体デバイスを作成した。このマイクロ流体デバイスの基材11側の表面を表面Fとした。
【００５６】
（実施例５）
タイプ５の温調装置とマイクロ流体デバイスの例を示す。
実施例２に於けるマイクロ流体デバイス３に相当する部分の作製に当たり、基板１１の代わりに実施例２に於ける第２温調器２を用い、この樹脂層６の上に樹脂層１２〜樹脂層１５を形成したこと、及び、流入口７，流出口８、原液導入口１９、蒸気流出口２０、液体流出口２１を樹脂層１５側から形成したこと、以外は実施例２と同様にして、第２温調器２が組み込まれたマイクロ流体デバイスを作成した。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明になるタイプ１の温度調節装置の模式図である。
【図２】本発明になるタイプ２の温度調節装置の模式図である。
【図３】本発明の実施例１で作製する温度調節装置とマイクロ流体デバイスの分解模式図である。
【図４】本発明の実施例４で作製する、マイクロ流体デバイスと一体化された温度調節装置の分解模式図である。
【図５】本発明の実施例１で作製した温度調節装置を用いて温度調節したときの温度勾配の形成の様子を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
Ａ 流路Ａ
Ｂ 流路Ｂ
Ｃ 表面Ｃ
Ｄ 表面Ｄ
Ｅ 表面Ｅ
Ｆ 表面Ｆ
１ 第１温調器
２ 第２温調器
３ マイクロ流体デバイス
４、１１、１５ 基材
５．６、１２、１４、１５ 樹脂層
７ 流路Ｂの流入口
８ 流路Ｂの流出口
１３ 多孔質隔膜層
１６ 流路Ａの蒸気流通部
１７ 流路Ａの多孔質隔膜部
１８ 流路Ａの液体流通部
１９ 流路Ａの原液導入口
２０ 流路Ａの蒸気流出口
２１ 流路Ａの液体流出口
２５ 切欠き
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設ける温度調節装置、温度調節機構を有するマイクロ流体デバイス、及び温度調節方法に関し、さらに詳しくは前記温度勾配を形成する機構として、前記流路の一方の側に所定温度に調節された温度調節装置を配し、前記流路の反対側に、前記流路と平行に設置された温調流路に温調用流体を流すことにより温度勾配を付与する温度調節装置、温度調節機構を有するマイクロ流体デバイス、及び温度調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスは、内部に微細な毛細管状の流路を設け、該流路中で（生）化学反応、（生）化学分析、或いは化学工学的処理を行うものであり、該素子中の液体量を極めて微量にすることが出来るため、該液体の熱容量も極めて小さくすることが出来る。そのため、マイクロ流体デバイスに必要な温度の領域を設け、そこに流体を流すことによって、液体の容器（この場合はマイクロ流体デバイス）の温度を時間的に変化させること無く流体の温度のみを変化させることが出来、各反応段階に於ける最適温度で反応を遂行でき、反応時間や分析時間の短縮、副生成物の抑制などが可能となるという特長を有している。
【０００３】
また、マイクロ流体デバイスによる連続反応装置は、短時間で次々と原料や反応条件を変えることが可能なため、これを用いることにより、反応のスクリーニングや最適化研究を極めて効率的に行うことが出来る。合成反応の検討を行う場合、特に多段反応を行うには、通常、生成物の分離が必要であり、分離手段としては、蒸留（精留）、抽出、吸着、クロマトグラフィーなどがよく使用される。これらの中でも、低分子量物の分離に関しては精留（分留）がもっとお有用である。
【０００４】
マイクロスケールでの精留装置として、特許文献１に、本発明者等による隔膜式のマイクロ精留装置が開示されている。即ち、微小な気体流路と微小な液体流路とそれらを隔てる多孔質隔膜が設けられた精留管と、気体流路を原液の沸点より高い温度に調節する温度調節器と、液体流路を原液の沸点より低い温度に調節する温度調節器とを有する精留装置が開示されている。
【０００５】
この精留装置に於いては、前記精留管の長さ方向の低温側の部分において気体流路の蒸気を多孔質隔膜を通して液化させ、高温側の部分においては液体流路中の液体を卓効室隔膜を通して気化させる必要があり、そのために、精留管の長さ方向に於ける温度勾配を形成する必要がある。また、気体流路中に蒸気を充満させ、液体流路中に液体を充満させるために、気体流路側から液体流路側への方向（厚み方向）にも温度勾配を設ける必要がある。
【０００６】
このような温度勾配の形成方法としては、該特許文献１の他、特許文献２及び特許文献３に、温度分布を有する温調ブロックが開示されており、これをマイクロ流体デバイスの精留管部分に接触又は近接させることにより温度勾配を設けることが出来る。しかしながら、これらの温調プレートは、精留管中の物質に比べても、マイクロ流体デバイスの精留管の体積に比べて桁違いに大きいため、前記マイクロ流体デバイスの小形・省スペースという特徴を生かせないものであった。また、温度勾配を設けるために数多くの温度制御装置を必要とし、複雑で高価なものとなりがちであった。
【０００７】
微細な流路に温度勾配を形成する他の方法として、特許文献３には、長さ方向に断面積が変化する管状の流路の長さ方向に電圧を印加することにより、該流路中の液体自体を発熱させ、該流路の長さ方向に温度勾配を発生させる方法が開示されている。しかしながら、この方法は流路内の流体が導電性流体である場合にしか適用できないため用途が限られる。その上、該流体の温度は該流体の電気伝導度に大きく依存ずるため、異なる試料を同じ温度条件にすることが難しかった。
【０００８】
【特許文献１】特開2006-198542号公報
【特許文献２】特開2004-317161号公報
【特許文献３】特開2004-313840号公報
【特許文献４】特開平11-287786号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することにある。本発明はまた、熱容量が小さくてマイクロ流体デバイスの特徴を損なわず、少数の温度制御装置で制御でき、温度勾配を設けるための操作も容易な方法及びそのための装置を提供することにある。本発明は更に、導電性流体以外の流体にも適用可能であり、また、該流体の温度が、該流体の電導度に依存しない温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）前記マイクロ流体デバイスの表面Cと相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、
（３）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Cの裏面が接触し且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Cと前記第２温度調節器の表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄと前記第2温度調節器の表面Ｅの裏面が接触し且つ前記第2温度調節器の表面Ｅと前記マイクロ流体デバイスの表面Cが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを有し、
更に、該温度調節流路Ｂを加熱又は冷却するための加熱又は冷却機構であり、該機構全体を略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄと、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記流路Ａ側の表面Ｆ、及び／又は、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記温度調節流路Ｂ側の表面Ｇ
を備えたマイクロ流体デバイスであって、
（４）前記流路Ａと前記温度調節流路Ｂとは空間的に略平行な位置に設けられ、且つ、表面Ｆ、表面Ｇの少なくとも一方に略平行な位置に設けられ、
（５）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Fとが接触して、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとがこの順に配列された構造iii、又は、前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇとが接触して、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとがこの順に配列された構造iv、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供するものである。
【００１３】
また、本発明は、
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）マイクロ流体デバイスと接する前記表面Cに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを用い、
（３）前記第1温度調節器の前記表面Ｄが、前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃと前記第2温度調節器の前記表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスと、前記第2温度調節器とをこの順に積層し、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄが、前記第2温度調節器の表面Ｅとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃと前記第2温度調節器の表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記第2温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスとをこの順に積層し、
（４）前記第1温度調節器を均一な温度に調節し、
前記第２温度調節器の前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法を提供するものである。
【００１４】
また、本発明は、
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）前記流路Ａと空間的に略平行な位置に設けられ、且つ該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状のＡ側の表面Ｆ及び／又は温度調節流路Ｂ側の表面Ｇを備えたマイクロ流体デバイスの、
該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節方法であって、
（３）前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Fを接触させて、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとをこの順に配列させ、
又は、
前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇを接触させて、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとをこの順に配列させ、
（４）前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度の差が生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路の長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設ける方法及びそのための装置を提供することが出来る。
本発明はまた、熱容量が小さく小形なためマイクロ流体デバイスの特徴を損なわず、少数の温度制御装置で制御可能で、温度勾配を設けるための操作も容易な方法及びそのための装置を提供することができる。本発明は更に、導電性流体以外の流体にも適用可能であり、また、該流体の温度が、該流体の電導度に依存しない温度勾配を設ける方法及びそのための装置を提供することができる。本発明は、マイクロ流体デバイスを用いた精留用の温度調節装置に好適に用いることが出来る
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明について、詳細に説明する。本発明の温度調節装置（以下、「温度調節」を［温調」と略称する場合がある）は、次の５つのタイプに分類できる。
［１］タイプ１：分離型（構造ｉ）
［２］タイプ２：分離型（構造ii）
［３］タイプ３：一体型
［４］タイプ４：デバイス組み込み型（構造iii）
［５］タイプ５：デバイス組み込み型（構造iv）
以下、本発明の温調装置、および本発明の温調方法で使用する温調装置の要部について述べる。
［１］タイプ１：分離型の構造ｉ
本タイプ１の温調装置は、図１に示されるように、温調装置が、後述の第1温調器１と第2温調器２に分離されたタイプである。先ず、本タイプ１の温調装置で温調するマイクロ流体デバイスについて述べる。
【００１７】
〔マイクロ流体デバイス〕
本温調装置で温調する対象の流路（「流路Ａ」と称する）を有するマイクロ流体デバイス３の外形は、第２温調器の表面Ｅと接触させる表面（「表面Ｃ」とする）、と、第１温調器の表面Ｄと接触させる、該表面Cの裏面を有する。なお、本明細書に於いて、面同士の「接触」は、点接触や線接触でなく、面接触を言う。マイクロ流体デバイス３は、板状であることが好ましい。前記板状は、平板状であることが好ましいが、曲板状であっても良いし、フレキシブルなシート状でも良い。該マイクロ流体デバイスの厚みは１０μｍ〜１０ｍｍが好ましく、５０μｍ〜５ｍｍが更に好ましく、１００μｍ〜２ｍｍが最も好ましい。該マイクロ流体デバイスの厚みは場所により異なっていても良いが、一定厚みであることが好ましい。
【００１８】
（流路Ａ）
流路Ａは、該マイクロ流体デバイス３の内部に前記表面Ｃに略平行な方向に設けられている。流路Ａの方向は上記であれば任意であり、表面Ｃに略平行な面内で方向を変えて良い。また、上記表面Ｃに略平行な面と交差する方向の流路部分を有していても良い。
【００１９】
流路Ａは温調すべき流体を流す流路であれば任意であるが、精留管であることが好ましい。本発明の温調装置は、マイクロ流体デバイスの内部に設けられた流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成し、且つ、該流路の厚み方向にも温度差を設けることが出来るため、流路Ａの長さ方向に沸点が変化する蒸留に好適であり、かつ、該マイクロ流体デバイスの厚み方向に蒸気流路と液体流路を平行に設けた単純な構造の精留管を使用できる。該精留管は、該精留管中を蒸気と液体が接触しつつ向流で流れることが出来る構造であれば任意であるが、隔膜精留管と非隔膜精留管を例示できる。隔膜精留管としては、例えば、前記特許文献１に記載の構造を例示できる。該構造に於いては、表面に平行にかつ互いに接して平行に設けられた蒸気流路と、液体流路と、これらを仕切る多孔質隔膜で構成されている。
本発明の温調方法に於いては、蒸気流路は高温となる側に配置する。これにより、蒸気流路中での凝結を防止し、液体流路中での沸騰を防止できる。
【００２０】
〔第1温調器〕
第1温調器１は、前記マイクロ流体デバイス３の表面Ｃと相補的な凹凸形状の表面Ｄを備えていて、かつ、該表面Ｄを均一な温度に調節できる温調器であれば任意である。但し、表面Ｄは必ずしもマイクロ流体デバイス３や第２温調器２の表面と同寸法である必要はなく、流路Ａや流路Ｂをカバー出来る範囲であればよい。
【００２１】
第１温調器１は固体（温調ブロック）、液体、気体であって良いが、固体であることが、使用が容易であり好ましい。第１温調器が固体である場合、表面Ｄは平面であることが、操作面から好ましい。
【００２２】
第1温調器１が温調可能な温度は、温調すべき目的に応じて任意であり、室温以上であっても、室温以下であっても良い。前記第１温調器１を調節する方式は任意であり、加熱、冷却、放熱、及びこれらの組み合わせであってよい。加熱や冷却する熱源（冷熱源を含む）としては、例えば電気ヒーター、冷媒や温調用流体流通機構、ペルチエ素子、赤外線やレーザーなどの光線、化学的発熱などが使用出来る。必要に応じて、第1温調器１を一定温度にする温度制御機構も共に使用出来る。加熱する場合には電気ヒーターが温度の調節が容易であることから好ましい。
【００２３】
第1温調器が温調ブロックである場合には、温調ブロックの素材は任意であるが、好ましくは熱伝導率が１０［Ｗｍ−１Ｋ−１］以上の材料が好ましく、５０［Ｗｍ−１Ｋ−１］以上がさらに好ましい。また熱伝導率が、使用するマイクロ流体デバイスの素材の熱伝導率の、好ましくは１倍以上、更に好ましくは３倍以上、最も好ましくは１０倍以上である。この範囲にすることにより、安定した温度分布と温度勾配が形成される。熱伝導率の上限は、自ずと限界はあろうが高いことそれ自体による不都合はないため、上限を設けることは要しない。このような材料としては、例えば、アルミニウムやステンレススチールなどの金属、水晶などの結晶、ガラス、セラミックを挙げられる。勿論、例えば金属粉含有有機重合体などの複合材料であっても良い。
【００２４】
〔第２温調器〕
第２温調器２は、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに接触可能なように、該表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅを備えている。該接触させる範囲は、流路Ａに相対する範囲である。
本タイプ１の温調装置に於いては、第２温調器２の表面Ｅの裏面側の形状は任意であるが、マイクロ流体デバイスは板状であることが好ましい。該板状は、平板状、曲板状、又はフレキシブルなシート状であって良い。
【００２５】
第２温調器２の素材の熱伝導率は、好ましくは０．０５〜２０［Ｗｍ−１Ｋ−１］、更に好ましくは０．１〜５［Ｗｍ−１Ｋ−１］、最も好ましくは、０．１５〜２［Ｗｍ−１Ｋ−１］である。この範囲とすることにより、マイクロ流体デバイス３の流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成することが容易になる。このような材料としては、例えばステンレススチールなどの金属、ガラス、石英などの結晶、セラミック、セメント、岩石、有機重合体を例示できる。勿論、例えば無機粉末含有有機重合体などの複合材料であっても良い。
【００２６】
第２温調器２の熱伝導率は、さらに、温調すべきマイクロ流体デバイス３の熱伝導率に近いこと、例えば０．１〜１０倍が好ましく、０．２〜５倍がさらに好ましく、０．３〜３倍が最も好ましい。この範囲とすることにより、マイクロ流体デバイス３の流路Ａの長さ方向に温度勾配を形成しつつ、該流路の厚み方向に好適な温度差を設けることが容易になる。第２温調器２の材料の素材は、使用するマイクロ流体デバイス３と同種の素材が好ましい。
【００２７】
（流路Ｂ）
第２温調器２は、表面Ｅと略平行な内部の位置に、温調用流体を流す流路（「流路Ｂ」と称する）が設けられている。流路Ｂは、温調すべき流路Ａに沿った平面形状、即ち、第2温調器２を温調すべきマイクロ流体デバイス３と好適に重ねたたとき、平面視で流路Ａと重なる形状とされる。このとき、流路Ｂの幅は、流路Ａの幅の0．5倍以上であり、好ましくは1倍以上、さらに好ましくは1．５倍以上である。この範囲にすることにより、流路Ａを十分な精度で温調出来る。幅の上限はマイクロ流体デバイスの寸法であるが、好ましくは流路Ａの幅の１００倍以下、更に好ましくは１０倍以下である。この範囲にすることにより、流路Ａを十分な精度で温調しつつ、スペースファクターを向上出来る。
流路Ｂは流路Ａを覆う範囲に設けられる形状であれば、流路Ａとぴったり重なる形状でなくて良い。例えば、流路Ａの平面形状がジグザグである場合、流路Ｂは、幅を該ジグザグの幅以上にして、該ジグザグの流路を含むように形成することもできる。この場合、流路Ａの長さ方向に階段状の温度勾配が形成されてもよい。
流路Ｂは、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加することも好ましい。これにより、流路Ｂの長さ方向の温度曲線の形状を調節できる。例えば、第1温調器より第２温調器の温度が低い場合、流路Ｂの断面積が変化しない場合には、距離対温度の曲線が上に凸になりがちであるのに対し、その程度を緩和したり、直線状にしたり、下に凸にすることが出来る。流路Ｂの温度曲線を上記のようにすることにより、流路Ａの長さ方向の温度曲線を同様の温度曲線にすることが出来る。
流路Ｂの両端に連絡して、第２温調器の外部と連絡する流入口７と流出口８を設けることが出来る。
【００２８】
（流入温調機構）
前記第２温調器２は、流入口７と前記流路Ｂの間に、前記温調用流体の流入温調機構を有することが好ましい。これにより、流路Ａの、温調用流体導入口側の温度を、温度勾配とは独立して調節することができる。流入温調機構は、例えば、その表面を均一な温度に調節出来る温調器（第３温調器と称する）であって、第２温調器の表面Ｅの裏面の所定範囲に接触させることが出来るものを例示できる。本機構は、図1に示されたような、第１温調器、流路Ａ、流路Ｂがこの順に積層された温調装置の場合に効果的である。又、他の例として、第２温調器の導入口７から、流路Ｂが流路Ａと重なる部分までの範囲を第1温調器に接触させず、第１温調器と並べて設置した前記第３温調器に接触させる機構を例示できる。本機構は、図２に示されたような、第１温調器、流路Ｂ、流路Aがこの順に積層された温調装置の場合に効果的である。さらに、他の例として、第２温調器の所定範囲に電気ヒーターなどを組み込む機構を例示できる。
【００２９】
〔タイプ１の温調装置の使用方法〕
タイプ１の温調装置は、図1に示されたように、第１温調器１−流路Ａ（マイクロ流体デバイス３）−第２温調器２の順に配置して（構造i）使用される。この場合、第1温調器１の表面Ｄはマイクロ流体デバイス３の表面Cの裏面に接触し、マイクロ流体デバイス３の表面Cは第2温調器２の表面Ｅに接触するように積層される。勿論、ここで言う接触は、十分に低い熱抵抗でもって熱伝導が可能であれば良く、微細な空隙を隔てた接触や、フィルム状の固体や液体を隔てた接触であって良い。
タイプ１の温調装置の使用に際し、第2温調器２の表面Ｅの裏面は空気に開放されていても良いし、保温されていても良いし、他の温調器と接触していても良い。
本タイプ１の温調装置は、流路Ａの第１温調器側壁面の温度と第２温調器側の壁面の温度を異なる温度に、且つ正確に制御し易いため、流路Ａが精留管である場合に好ましい。
【００３０】
［２］タイプ２：分離型の構造ii
タイプ２の温調装置は、図２に示されるように、第1温調器１と第2温調器２に分離されたタイプであるが、温調するマイクロ流体デバイス３と接触させるための構造がタイプ１と異なる。先ず、本タイプ２の温調装置で温調するマイクロ流体デバイスについて述べる。
【００３１】
〔マイクロ流体デバイス〕
タイプ２の温調装置により温調されるマイクロ流体デバイスの場合は、表面Ｃの裏面側の形状は任意であるが、マイクロ流体デバイスは板状であることが好ましい。該板状は、平板状、曲板状、又はフレキシブルなシート状であって良い。マイクロ流体デバイスの厚み等、上記以外のことについては、前記タイプ１の場合と同様である。
【００３２】
〔第1温調器〕
本タイプ２の温調装置の第1温調器は、その表面Ｄが、第２温調器２の表面Ｅの裏面と接触可能な形状にされていること以外は、前記タイプ１の温調装置の場合と同様である。
【００３３】
〔第２温調器〕
本タイプ２の温調装置の第２温調器２は、前記表面Ｅの裏面側が第１温調器１の表面Ｄと相補的な凹凸形状であること以外は、前記タイプ１の温調器の場合と同様である。
〔タイプ２の温調装置の使用方法〕
本タイプ２の温調装置は、第１温調器−第２温調器−流路Ａ（マイクロ流体デバイス）の順に配置して（構造ii）使用される。即ち、第1温調器の表面Ｄに第２温調器の表面Ｅの裏面が接触し、第２温調器の表面Ｅにマイクロ流体デバイスの表面Ｃが接触するように積層される。
マイクロ流体デバイスの表面Ｃの裏面側は、例えば空気雰囲気中に置いても良いし、保温しても良いし、他の温度調節器に接触させても良い。
タイプ２の温調装置は、第１温調器１−流路Ａ（マイクロ流体デバイス３）−第２温調器２の順に配置して（構造ii）使用される。この場合、第1温調器１の表面Ｄはマイクロ流体デバイス３の表面Cの裏面に接し、でマイクロ流体デバイス３の表面Cは第2温調器の表面Ｅに接する。第2温調器の表面Ｅの裏面の形状は任意であり、また、使用に際し、表面Ｅの裏面は空気に開放されていても良いし、保温されていても良いし、他の温調器と接触していても良い。
本タイプ２の温調装置は、マイクロ流体デバイス3の着脱が容易であること、マイクロ流体デバイス３の表面Ｃの裏面側を保温することにより、流路Ａの厚み方向に温度差が小さい又は無い状態の、流路方向の温度勾配を形成できるため、化学反応用デバイスや、流路内にプローブを固定した分析用デバイスに好適である。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３４】
［３］タイプ３：一体型
本タイプ３の温調装置は、前記タイプ２の温調装置（図２）における第１温調器１と第２温調器２が一体化された形状の温調装置である。該第１温調器１に相当する部分は加熱又は冷却機構とされ、該加熱又は冷却機構は、流路Ｂに温調用流体を流さないときに該機構全体を均一な温度に温調出来るものである。また、本タイプ３の温調装置においては、前記タイプ２における表面Ｅの裏面や表面Ｄはなく、該一体化された温調装置の流路Ｂ側の表面Ｅは、マイクロ流体デバイス３の表面Cと相補的な凹凸形状とされる。好ましくは、表面C、表面Ｅ共に平面である。
本タイプ３の温調装置を使用するに当たっては、マイクロ流体デバイスの表面Ｃを、本温調装置の流路Ｂ側の表面Ｅに接触させて使用する。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３５】
［４］タイプ４（デバイス組み込み型の構造iii）
タイプ４の温調装置は、上記タイプ１に於ける第２温調器２とマイクロ流体デバイス３が一体化された構造（即ち、マイクロ流体デバイスに第２温調器が組み込まれた構造）である。本発明のマイクロ流体デバイスは、前記タイプ１の温調装置の、第２温調器が組み込まれたマイクロ流体デバイスである。
即ち、該第２温調器と一体化されたマイクロ流体デバイスは、その内部に流路Ａと流路Ｂとを備えている。流路Ａ、流路Ｂ、及びそれらの位置的関係や寸法的関係は前記タイプ１の場合と同様である。但し、本タイプ４の温調装置に於いては、前記タイプ１における表面Ｃと表面Ｅはなく、該一体化されたマイクロ流体デバイスの流路Ａ側の表面（表面Ｆとする。該表面Ｆは前記マイクロ流体デバイス３の表面Ｃの裏面に相当する）が、第１温調器の表面Ｄと相補的な凹凸形状とされている。
本タイプ４の温調装置は、独立した第1温調器を有し、これについては前記タイプ１の場合と同様である。
本タイプ４の温調装置を使用するに当たっては、第１温調器の表面Ｄとマイクロ流体デバイスの表面Fを接触するよう積層配置する（構造iii）。即ち、第１温調器−流路Ａ−流路Ｂの順に配列させる。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ１の場合と同様である。
【００３６】
［５］タイプ５（デバイス組み込み型の構造iv）
タイプ５の温調装置は、上記タイプ２に於いて、第２温調器２とマイクロ流体デバイス３が一体化された構造（即ち、マイクロ流体デバイス３に第２温調器２が組み込まれた構造）である。
即ち、該第２温調器２と一体化されたマイクロ流体デバイスは、その内部に流路Ａと流路Ｂとを備えている。流路Ａ、流路Ｂ、及びそれらの位置的関係や寸法的関係は前述したタイプ２の場合と同様である。但し、本タイプ５の温調装置に於いては、前記タイプ２における表面Ｃと表面Ｅはなく、該一体化されたマイクロ流体デバイスの流路Ｂ側の表面（表面Gとする。表面Ｇは前記第２温調器２の表面Ｅの裏面に相当する）が、第１温調器１の表面Ｄと相補的な凹凸形状とされている。好ましくは、表面D、表面G共に平面である。
本タイプ５の温調装置は独立した第1温調器１を有し、これについては前記タイプ２の場合と同様である。
本タイプ５の温調装置を使用するに当たっては、第１温調器の表面Ｄとマイクロ流体デバイスの表面Gを接触するように積層配置する（構造iv）。即ち、第１温調器−流路Ｂ−流路Ａの順に配列させる。
温調装置及び温調方法に関して、上記以外はタイプ２の場合と同様である。
【００３７】
［温調方法］
本発明の温調方法は、前記タイプ１〜タイプ５の温調装置及びマイクロ流体デバイスを用いた、流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法である。本温調方法は、
（１）第１温調器、流路Ｂ、及び流路Ａが前記した所定の順になるように、且つ、流路Ａと流路Ｂが平面視で重なるように、第１温調器、第２温調器、及びマイクロ流体デバイスを積層配置する。
（２）第1温調器の表面Ｄを均一な温度に調節する。
（３）流路Ｂに、第１温調器の調節温度とは異なる温度の温調用流体を、該流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させる、ことを特徴とする方法である。上記（１）〜（３）の順序を変えても良い。
【００３８】
上記（１）に於いて、第１温調器、第２温調器、マイクロ流体デバイスの三者が独立している場合（タイプ１及びタイプ２）、第１温調器と第２温調器が一体化されている場合（タイプ３）、第２温調器とマイクロ流体デバイスが一体化されている場合（タイプ４及びタイプ５）があり得る。それぞれのタイプの温調装置において説明した向きと順に積層配置する。
上記（２）の工程に於いて、第1温調器の表面Ｄの温度は室温以上でも室温以下でも良い。用途に応じて選択できる。第１温調器の設定温度より周囲温度が低い場合には、冷却は放熱による冷却であって良い。また、第１温調器の設定温度より周囲温度が高い場合には、加熱は吸熱（装置的には、前記放熱の場合と同様であるが、熱の流れは放熱の逆になる）による加熱であって良い。
第１温調器の温度と、流路Bに流す温調用流体の導入温度は、どちらを高くしても良い。用途目的により任意に選択できるが、流路Ａの最低温部の温度が室温以上の場合には、第1温調器の温度を温調用流体の導入温度より高くすることが、制御が容易であり好ましい。
上記（３）の工程に於いて、温調用流体の流速を過剰に速くすると、温調用流体は殆ど温度変化せずに流出し、その結果、流路Ａの流れ方向に温度勾配が形成されない。逆に、温調用流体の流速を過剰に遅くすると、温調用流体は流入口から流入してすぐに出口流体温度に達してしまい、その結果、やはり流路Ａの流れ方向に温度勾配が形成されない。好適な流速は、本温度調節装置の寸法・形状や各温度に依存するが、実際に温調用流体を流す実験により最適値を求めることが出来る。
形成する温度勾配は用途目的に応じて設定できるが、流体Bの流入温度と流出温度の差が、好ましくは２０℃上、更に好ましくは３０℃以上、最も好ましくは４０℃以上である。該温度差の上限は、第１温調器の表面Dの温度と流体Bの流入温度の差（ΔＴ０とする）であるが、好ましくは（ΔＴ０−１）℃以下、更に好ましくは（ΔＴ０−３）℃以下、最も好ましくは（ΔＴ０−５）℃以下である。この場合に良好な温度勾配が形成される。流入温度と流出温度の差や、第１温調器の表面Dの温度と流体Bの流入温度の差は、温調流体の流速により制御できる。
【００３９】
本発明の温度調節方法に於いては、流路Ａの流れ方向に温度勾配を形成すると同時に、流路Ａの厚み方向、即ち、流路Ｂ側の流路壁から、その対向壁方向に温度勾配（温度差）を形成することが出来る。このような２つの温度勾配を設ける場合には、タイプ２又はタイプ５の温調装置を使用することが好ましい。
このような２つの温度勾配は、例えば次のようにして設定することが出来る。タイプ２又はタイプ５の温調装置を使用する場合について述べる。
(1)流路Ａの流出口の第1温調器側の希望温度よりやや高い温度に、第1温調器の表面Ｄ温度を調節する。
(2)流路Ａの流入口の流路Ｂ側の希望温度よりやや低い温度に、流路Ｂに導入する温調用流体温度を調節する。
(3)流路Ａの流路方向の希望温度勾配に成るよう、温調用流体の流速を調節する。
この場合も、表面Ｄ温度、流路Ｂに導入する温調用流体温度、及び温調用流体の流速の好適な値は、本温度調節装置の寸法・形状や各温度に依存するが、実際に温調用流体を流す実験により最適値を求めることが出来る。
温調用流体は任意であり、例えば、水及び水溶液、多環芳香族系有機化合物（置換体を含む)やシリコンオイルなどの高沸点液体、エチレングリコールやアルコールなどの低凝固点液体等であり得る。
本発明の温調方法においては、流路Ａには、流路Ｂの温調流体と並流となる向きに流体を流すことが好ましい。これにより、より効果的に温度勾配を形成できる。流路Ａが精留管である場合には、液体流通部の液体の流れ方向を温調流体と並流にする。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。
【００４１】
本実施例で使用する紫外線硬化樹脂組成物の調製方法、および、紫外線照射方法を以下に示す。なお、以下の実施例において、「部」及び「％」は、特に断りがない限り「質量部」及び「質量％」を表わす。
【００４２】
［紫外線硬化性の組成物Ｘ１の調製］
活性エネルギー線重合性化合物としてトリス（アクリロイロキシエチル）イソシアヌレート（M315、東亞合成化学）を５０部、 ビス（アクリロイロキシエチル）ヒドロキシルエチルイソシアヌレートM215、東亞合成化学）を４０部、ヘキサンジオールジアクリレート（HDDA、第一工業製薬）を１０部、重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（イルガキュア184、チバスペシャルティケミカルズ社）を2部、及び重合遅延剤として２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（α-MSD、和光化学)０．１部を均一に混合して紫外線硬化性組成物Ｘ１を調製した。
【００４３】
［紫外線硬化性の組成物Ｘ２の調製］
数平均分子量薬２０００のウレタンアクリレートオリゴマー（V4263、大日本インキ化学工業）を８０部、 前記HDDAを２０部，前記イルガキュア１８４を２部、前記αＭＳＤを0．1部を均一に混合して紫外線硬化性の組成物Ｘ２を調製した。
【００４４】
［紫外線の照射］
２５０Ｗ高圧水銀ランプを光源とするウシオ電機株式会社製のマルチライト２５０Ｗシリーズ露光装置用光源ユニットを用い、３６５ｎｍにおける紫外線強度が５０ｍＷ／ｃｍ２の紫外線を、残留酸素濃度１〜３％の窒素雰囲気中で照射した。
【００４５】
（実施例１）
タイプ１の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。図３に本実施例で作製する温調装置とマイクロ流体デバイスの分解見取り図を示した。
【００４６】
〔第1温調器の作製〕
幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウム製鋳込みヒーター型の温調ブロックを作製し、第１温調器とした。その表面Ｄは平面とした。
【００４７】
〔第２温調器の作製〕
幅３０ｍｍ、長さ７５ｍｍ、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂製の基板４にスピンコーターを用いて組成物Ｘ２を塗工し、該塗膜にフォトマスクを通して、流路Ｂとなす部分以外の範囲に紫外線を６０秒照射し、照射部が流動性を喪失し粘着性が残存する程度に半硬化した樹脂層５を形成した。該半硬化の樹脂層をｎ-ヘキサンで洗浄して、非照射部の未硬化の組成物Ｘ２を除去し、流路Ｂとなる溝を形成した。
【００４８】
一方、厚さ６０μｍの二軸延伸ポリプロピレンシート（ＯＰＰシート）（二村化学社製）を一時的な支持体（図示略）として、その上に組成物Ｘ２をスピンコートし、紫外線を６０秒間照射して照射部を半硬化させ、樹脂層６を形成した。該樹脂層６を前記樹脂層５の上に積層して密着させ、紫外線を１２０秒照射して、全樹脂層を完全に硬化させ、前記一時的な支持体を剥離除去して。第２温調器前駆体を得た。
該第２温調機前駆体の流路Bの両端部分においてドリルで基板４に穴を開け、流入口７と流出口８を形成した。また、下記マイクロ流体デバイスの原液導入口１９に相対する位置をレーザー切断機にて半円状に切り抜いて切欠き２５を形成し、フィッティング装着のためのスペースを形成した。以上のようにして、第２温調器２を得た。該第２温調機２の樹脂層６側の表面を表面Ｅとした。本第２温調器の樹脂層５、樹脂層６厚みはどちらも約１００μｍであり、流路Ｂの幅は約１．５ｍｍ、長さは約２５０ｍｍであった。
【００４９】
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂製の基板１１にスピンコーターを用いて組成物Ｘ１を塗工し、フォトマスクを通した紫外線露光と未硬化樹脂の洗浄除去により、流路Ａの蒸気流通部１６となる溝を有する樹脂層１２を形成した。
別途、ポリ四フッ化エチレン製多孔質膜（平均孔径０．２μｍ、厚さ６０μｍ、アドバンテック社）に樹脂Ｘ１を含浸させてパターン露光し、未硬化部を洗浄除去することにより、流路Ａの蒸気流通部と液体流通部を隔てる多孔質隔膜１７となす部分以外の多孔質部が組成物Ｘ１の半硬化物で目止めされた多孔質隔膜層１３を作製し、これを、流路Ａの蒸気流通部１６と位置を合わせて前記樹脂層１２に積層して密着させた。
一方、前記ＯＰＰシートを一時的な支持体（図示略）として、組成物Ｘ１をスピンコートし、紫外線を６０秒間照射して塗膜を半硬化させ、樹脂層１５を形成した。
更にこの上に組成物Ｘ１をスピンコートし、フォトマスクを通した紫外線露光と未硬化樹脂の洗浄除去により、流路Ａの液体流通部１８となる溝を有する樹脂層１４を形成した。次いで、該樹脂層１４を多孔質隔膜層１３に、流路Ａの液体流通部１８の位置を合わせて積層して密着させ、紫外線を１２０秒照射して、全樹脂層を完全に硬化させ、前記一時的な支持体を剥離除去して。マイクロ流体デバイス前駆体を得た。該マイクロ流体デバイス前駆体の流路Ａの両端部分と中間部の樹脂層１５にドリルで穴を開け、流路Ａの原液導入口１９、蒸気流出口２０、及び液体流出口２１を形成し、マイクロ流体デバイスを得た。該マイクロ流体デバイスの樹脂層１５側の表面を表面Ｃとした。
本マイクロ流体デバイスの樹脂層１２、１４、及び１５の厚みは約１００μｍであり、多孔質隔膜層１３の厚みは約６０μｍであった。また、流路Ａの蒸気流通部１６及び流路Ａの液体流通部１８の幅は１ｍｍ、これらを隔てる多孔質隔膜部１７の幅は２ｍｍであった。流路Ａの長さは約２３０ｍｍであった。
【００５０】
〔温度調節方法〕
得られた第１温調器１、マイクロ流体デバイス３、及び第２温調器２を、図１及び図３に示したように、表面Ｄに表面Ｃの裏面が接し、表面Ｃに表面Ｅが接する向きに積層配置し、クランプ（図示略）で互いを密着させた。
【００５１】
また、第2温調器２の流入口７にシリンジポンプ（図示略）を接続し、流出口８に接続したチューブ（図示略）は試験管に投入した。チューブ（図示略）はいずれもポリ四フッ化エチレン製チューブを使用した。
第１温調器を温度８５℃に調節し、１５℃の水を温調流体として、これを流入口７から流路Bに導入した。導入した水の流速を１００、３４０、５６０、７８０μｌ／分（ｍｍ３／分）と変えた時の、第２温調器の表面Ｅの裏面の、流路Ｂに相対する部分の表面温度は図５のように変化した。表面温度測定は、キーエンス社の非接触表面温度計ＦＴ−５０型を使用した。
マイクロ流体デバイスの任意の深さ位置の温度は、第１温調器の温度と上記表面温度から、周知の式（例えば、前記特許文献２や「化学機械の理論と設計」亀井三郎編、産業図書、１９６９年）により計算することが出来る。
マイクロ流体デバイスの原液導入口１９にシリンジポンプ（図示略）を接続し、蒸気流出口２０に、コールドトラップ（図示略）を経て真空ポンプ（図示略）に接続した。液体流出口２１に接続したチューブ（図示略）は試験管に投入した。チューブ（図示略）はいずれもポリ四フッ化エチレン製チューブを使用した。真空ポンプの圧力を所定圧力に調節し、原液導入口19から、混合溶液を導入すると、高沸点成分濃縮液は液体流通部１８を液体流出口２１方向に流れ、液体流出口２１から流出した。一方、該液体流通部１８から多孔質隔膜部１７を通して気化した蒸気は、蒸気流出口２０方向へ流れ、前記コールドトラップに低沸点成分濃縮液として凝縮した。また、蒸気流通部１６中の蒸気の一部は多孔質隔膜部１７を通して凝縮し、液体流通部１８を蒸気流出口２０付近から液体導入口１９方向へと流れた。
【００５２】
（実施例２）
タイプ２の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。
〔第1温調器の作製〕
実施例１と同様にして、実施例１と全く同じ第１温調器を作製した。
〔第２温調器の作製〕
長さを１００ｍｍとしたこと、流入口７と流出口８を基板４の代わりに樹脂層６に形成したこと、及び、半円状の切り抜きを設けなかったこと以外は、実施例１と同様の第２温調器を作製した。表面Ｅはやはり樹脂層６側表面である。
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
長さを７５ｍｍとしたこと、及び、原液導入口１９、蒸気流出口２０、及び液体流出口２１を樹脂層１５の代わりに基板１１に形成したこと以外は、実施例１と同様のマイクロ流体デバイスを作製した。表面Ｃはやはり樹脂層１５側表面とした。
〔温度調節方法〕
得られた第１温調器１、第２温調器２、及びマイクロ流体デバイス３を図２に示したように、表面Ｄに表面Ｅの裏面が接し、表面Ｅに表面Ｃが接する向きに積層配置し、クランプ（図示略）で互いを密着させた。
【００５３】
マイクロ流体デバイス及び第2温調器２に実施例1と同様に配管し、実施例1と同様にして温度調節して、流路Ａの流れ方向と厚み方向に温度勾配を形成し、精留を行った。
【００５４】
（実施例３）
タイプ３の温調装置の例を示す。
第2温調器の作製に当たり、基板４の代わりに第１温調器１を用いたこと以外は実施例2と同様にして、第1温調器1と第２温調器２が一体化した温度調節装置を作成した。
【００５５】
（実施例４）
タイプ４の温調装置とマイクロ流体デバイスと、これらを使用した温調方法の例を示す。図４に本タイプ４の温調装置とマイクロ流体デバイスの分解見取り図を示した。
実施例1に於ける第2温調器２に相当する部分の作製に当たり、基板４の代わりに実施例1に於けるマイクロ流体デバイス３を用い、この樹脂層１５の上に樹脂層５を形成し、その上に樹脂層６を形成したこと、流入口７，流出口８、原液導入口１９、蒸気流出口２０、液体流出口２１を樹脂層６側から形成したこと、及び切欠き２５を設けなかったこと、以外は実施例１と同様にして、第２温調器が組み込まれたマイクロ流体デバイスを作成した。このマイクロ流体デバイスの基材11側の表面を表面Fとした。
【００５６】
（実施例５）
タイプ５の温調装置とマイクロ流体デバイスの例を示す。
実施例２に於けるマイクロ流体デバイス３に相当する部分の作製に当たり、基板１１の代わりに実施例２に於ける第２温調器２を用い、この樹脂層６の上に樹脂層１２〜樹脂層１５を形成したこと、及び、流入口７，流出口８、原液導入口１９、蒸気流出口２０、液体流出口２１を樹脂層１５側から形成したこと、以外は実施例２と同様にして、第２温調器２が組み込まれたマイクロ流体デバイスを作成した。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明になるタイプ１の温度調節装置の模式図である。
【図２】本発明になるタイプ２の温度調節装置の模式図である。
【図３】本発明の実施例１で作製する温度調節装置とマイクロ流体デバイスの分解模式図である。
【図４】本発明の実施例４で作製する、マイクロ流体デバイスと一体化された温度調節装置の分解模式図である。
【図５】本発明の実施例１で作製した温度調節装置を用いて温度調節したときの温度勾配の形成の様子を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
Ａ 流路Ａ
Ｂ 流路Ｂ
Ｃ 表面Ｃ
Ｄ 表面Ｄ
Ｅ 表面Ｅ
Ｆ 表面Ｆ
１ 第１温調器
２ 第２温調器
３ マイクロ流体デバイス
４、１１、１５ 基材
５．６、１２、１４、１５ 樹脂層
７ 流路Ｂの流入口
８ 流路Ｂの流出口
１３ 多孔質隔膜層
１６ 流路Ａの蒸気流通部
１７ 流路Ａの多孔質隔膜部
１８ 流路Ａの液体流通部
１９ 流路Ａの原液導入口
２０ 流路Ａの蒸気流出口
２１ 流路Ａの液体流出口
２５ 切欠き
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）前記マイクロ流体デバイスの表面Cと相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、
（３）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Cの裏面が接触し且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Cと前記第２温度調節器の表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄと前記第2温度調節器の表面Ｅの裏面が接触し、且つ前記第2温度調節器の表面Ｅと前記マイクロ流体デバイスの表面Cが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項２】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを有し、
更に、該温度調節流路Ｂを加熱又は冷却するための加熱又は冷却機構であり、該機構全体を略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項３】
前記温度調節用流路Ｂが、温度調節用流体を導入する温度調節用流体導入口及び前記温度調節用流体の流入温度調節部を有する請求項１又は２記載のマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項４】
前記温度調節流路Ｂが、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加する請求項１、２又は3記載のマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項５】
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄと、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記流路Ａ側の表面Ｆ、及び／又は、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記温度調節流路Ｂ側の表面Ｇ
を備えたマイクロ流体デバイスであって、
（４）前記流路Ａと前記温度調節流路Ｂとは空間的に略平行な位置に設けられ、且つ、表面Ｆ、表面Ｇの少なくとも一方に略平行な位置に設けられ、
（５）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Fとが接触して、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとがこの順に配列された構造iii、又は、前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇとが接触して、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとがこの順に配列された構造iv、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記マイクロ流体デバイスが、前記温度調節用流体を前記温度調節流路Ｂに導入する温度調節用流体導入口及び前記温度調節用流体の流入温度調節部を有する請求項5記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記温度調節流路Ｂが、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加する請求項５又は６記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記流路Ａが、
前記温度調節流路Ｂ側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は
前記温度調節流路Ｂと逆側に設けられた蒸気流路と、前記温度調節流路Ｂ側に設けられた液体流路とで構成され、
前記蒸気流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路である請求項５、６又は７記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）マイクロ流体デバイスと接する前記表面Cに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを用い、
（３）前記第1温度調節器の前記表面Ｄが、前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃと前記第2温度調節器の前記表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスと、前記第2温度調節器とをこの順に積層し、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄが、前記第2温度調節器の表面Ｅとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃと前記第2温度調節器の表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記第2温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスとをこの順に積層し、
（４）前記第1温度調節器を均一な温度に調節し、
前記第２温度調節器の前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１０】
前記マイクロ流体デバイスの流路Ａが、
前記第２温度調節部側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は
前記第２温度調節部側の逆側に設けられた蒸気流路と、前記第２温度調節部側に設けられた液体流路とで構成され、
前記上記流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路であり、
前記マイクロ精留用流路の長さ方向に温度勾配を設け、且つ、前記マイクロ精留用流路全体にわたって前記蒸気流路の温度を相対する位置の液体流路の温度より高く保つ請求項９記載のマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１１】
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）前記流路Ａと空間的に略平行な位置に設けられ、且つ該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状のＡ側の表面Ｆ及び／又は温度調節流路Ｂ側の表面Ｇを備えたマイクロ流体デバイスの、
該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節方法であって、
（３）前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Fを接触させて、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとをこの順に配列させ、
又は、
前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇを接触させて、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとをこの順に配列させ、
（４）前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度の差が生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１２】
前記マイクロ流体デバイスの流路Ａが、
前記温度調節流路Ｂ側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は、
前記温度調節流路Ｂの逆側に設けられた蒸気流路と、前記温度調節流路Ｂ側に設けられた液体流路とで構成され、
前記上記流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路であり、
前記マイクロ精留用流路の長さ方向に温度勾配を設け、且つ、前記マイクロ精留用流路全体にわたって前記蒸気流路の温度を相対する位置の液体流路の温度より高く保つ請求項１１記載のマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）前記マイクロ流体デバイスの表面Cと相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを有し、
（３）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Cの裏面が接触し且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Cと前記第２温度調節器の表面Ｅが接触した状態で、前記第1温度調節器と前記第2温度調節器とでマイクロ流体デバイスを挟持する構造i、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄと前記第2温度調節器の表面Ｅの裏面が接触し、且つ前記第2温度調節器の表面Ｅと前記マイクロ流体デバイスの表面Cが接触した状態で、前記第１温度調節器と前記第２温度調節器と前記マイクロ流体デバイスがこの順に積層されている構造ii、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項２】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節装置であって、
前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを有し、
更に、該温度調節流路Ｂを加熱又は冷却するための加熱又は冷却機構であり、該機構全体を略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項３】
前記温度調節用流路Ｂが、温度調節用流体を導入する温度調節用流体導入口及び前記温度調節用流体の流入温度調節部を有する請求項１又は２記載のマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項４】
前記温度調節流路Ｂが、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加する請求項１、２又は3記載のマイクロ流体デバイス用温度調節装置。
【請求項５】
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄと、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記流路Ａ側の表面Ｆ、及び／又は、該表面Ｄに相補的な凹凸形状の前記温度調節流路Ｂ側の表面Ｇ
を備えたマイクロ流体デバイスであって、
（４）前記流路Ａと前記温度調節流路Ｂとは空間的に略平行な位置に設けられ、且つ、表面Ｆ、表面Ｇの少なくとも一方に略平行な位置に設けられ、
（５）前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Fとが接触して、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとがこの順に配列された構造iii、又は、前記第１温度調節器の表面Dと前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇとが接触して、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとがこの順に配列された構造iv、
を有することを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記マイクロ流体デバイスが、前記温度調節用流体を前記温度調節流路Ｂに導入する温度調節用流体導入口及び前記温度調節用流体の流入温度調節部を有する請求項5記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記温度調節流路Ｂが、上流側から下流側へと、長さ方向に断面積が増加する請求項５又は６記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記流路Ａが、
前記温度調節流路Ｂ側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は
前記温度調節流路Ｂと逆側に設けられた蒸気流路と、前記温度調節流路Ｂ側に設けられた液体流路とで構成され、
前記蒸気流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路である請求項５、６又は７記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
マイクロ流体デバイスの内部に設けられ、且つ該マイクロ流体デバイスの一つの表面Ｃに対して略平行な位置に設けられた空洞状の流路Ａに対し、該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設ける温度調節方法であって、
（１）表面Ｄを備え、該表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構を備えた第1温度調節器と、
（２）マイクロ流体デバイスと接する前記表面Cに相補的な凹凸形状の表面Ｅと、該表面Ｅと略平行な位置に、温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを備えた第２温度調節器とを用い、
（３）前記第1温度調節器の前記表面Ｄが、前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの前記表面Ｃと前記第2温度調節器の前記表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスと、前記第2温度調節器とをこの順に積層し、
又は、
前記第1温度調節器の表面Ｄが、前記第2温度調節器の表面Ｅとは反対側の表面に接触し、且つ前記マイクロ流体デバイスの表面Ｃと前記第2温度調節器の表面Ｅとが接触し、前記マイクロ流体デバイス中の流路Ａと前記第2温度調節器中の温度調節流路Ｂとが空間的に略平行な位置になるように、前記第1温度調節器と、前記第2温度調節器と、前記マイクロ流体デバイスとをこの順に積層し、
（４）前記第1温度調節器を均一な温度に調節し、
前記第２温度調節器の前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度に差を生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１０】
前記マイクロ流体デバイスの流路Ａが、
前記第２温度調節部側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は
前記第２温度調節部側の逆側に設けられた蒸気流路と、前記第２温度調節部側に設けられた液体流路とで構成され、
前記上記流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路であり、
前記マイクロ精留用流路の長さ方向に温度勾配を設け、且つ、前記マイクロ精留用流路全体にわたって前記蒸気流路の温度を相対する位置の液体流路の温度より高く保つ請求項９記載のマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１１】
（１）空洞状の流路Ａと、
（２）前記流路Ａと空間的に略平行な位置に設けられ、且つ該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節用流体を流す温度調節流路Ｂとを内部に備え、更に、
（３）表面Ｄを略均一な温度に保持可能な加熱又は冷却機構とを備えた第1温度調節器の、該表面Ｄに相補的な凹凸形状のＡ側の表面Ｆ及び／又は温度調節流路Ｂ側の表面Ｇを備えたマイクロ流体デバイスの、
該流路Ａの長さ方向に温度勾配を設けるための温度調節方法であって、
（３）前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Fを接触させて、前記第１温度調節器と、前記流路Ａと、前記温度調節流路Ｂとをこの順に配列させ、
又は、
前記第１温度調節器の表面Dに、前記マイクロ流体デバイスの表面Ｇを接触させて、前記第１温度調節器と、前記温度調節流路Ｂと、前記流路Ａとをこの順に配列させ、
（４）前記温度調節流路Ｂに、前記第１温度調節器の調節温度とは異なる温度の温度調節用流体を、該温度調節流路Ｂの入口流体温度と出口流体温度の差が生じる流速で流通させること
を特徴とするマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【請求項１２】
前記マイクロ流体デバイスの流路Ａが、
前記温度調節流路Ｂ側に設けられた蒸気流路と、その逆側に設けられた液体流路とで構成され、又は、
前記温度調節流路Ｂの逆側に設けられた蒸気流路と、前記温度調節流路Ｂ側に設けられた液体流路とで構成され、
前記上記流路と前記液体流路とは直接又は多孔質隔膜を介して接触しているマイクロ精留用流路であり、
前記マイクロ精留用流路の長さ方向に温度勾配を設け、且つ、前記マイクロ精留用流路全体にわたって前記蒸気流路の温度を相対する位置の液体流路の温度より高く保つ請求項１１記載のマイクロ流体デバイスの温度調節方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２０２９５０（Ｐ２００８−２０２９５０Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３６１５５（Ｐ２００７−３６１５５）
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００１７３７５１）財団法人川村理化学研究所 (206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（０００１７３７５１）財団法人川村理化学研究所 (206)
【Ｆターム（参考）】
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