JP2005305234A

JP2005305234A - マイクロリアクタチップ

Info

Publication number: JP2005305234A
Application number: JP2004122904A
Authority: JP
Inventors: Isamu Aoki; 勇青木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】従来の透明で光学的な観察、操作が可能なマイクロリアクタチップは、高い圧力で流体を供給させようとすると破断が発生しやすかった。
【解決手段】二枚で構成する材料の一方をガラス材、他方をステンレス等の金属材で構成する。圧力の変動により変形しやすい溝形状は全て金属側に形成させる。破断が発生しやすい形状がガラス材には無いので高い圧力下でも破断しない構造となった。
【選択図】図１

Description

本発明は化学物質の化学操作に用いられるマイクロリアクタチップに関する。

従来から、少量の化学反応をおこなうためのチップ（マイクロリアクタチップ）が種々提案及び開発されている。それらのチップ材料のうち、光学的観察及び光学的操作が行えるのはガラス材とガラス材、シリコン材とガラス材、あるいはプラスチック材とプラスチック材の二枚以上の基板で構成されている場合である。（例えば、特許文献１及び２参照）
特開２００２−２３９３１７特開平１０−３３７１７３

マイクロリアクタチップにおいて、従来よりも高い粘性の流体を流そうとしたり、あるいは従来よりも狭い流路に流体を流動させようとすると、供給ポンプなどからの流体へ加圧する圧力を増加せざるを得ない。その結果として、流路の側壁等への圧力も増加することになる。従来から実施されている構造体ではこのような高い圧力下では、厚さの薄い側壁等の破断という結果を招く為、それが発生しにくい材質としては金属材が用いられてきた。しかし、反応時の光学的観察及び光学的加熱等は当然ながら金属材においては不可能である。よって高い圧力に耐え、かつ光学的な観察及び操作が行えるマイクロリアクタチップは無かった。図２に光学的な観察及び操作が行えるマイクロリアクタの一例を示す。流路２３を構成するための溝はガラス材２２に形成されている。この流路に高い供給圧力の流体を流動させる場合、流路の側壁の厚さの薄い部分に破断が集中し、その部分が欠落等の破壊が生じる。図３にこの破壊が生じた場合の断面の一例を示す。

マイクロリアクタチップを構成する二枚の基板のうち、一方はガラス材で、もう一方は金属材で構成する。このガラス材において金属材と対向する面は平坦に加工される。これに対し、ガラス材に対向する金属材の表面に、流路を形成する為の溝の全てを形成する。両者の接触する界面に接着層を形成し、接合する。ガラス材は平滑な平面で接合されるので、流体からの高い圧力により破断するような側壁は構成されず、耐圧性と光学的透過性を両立できる。

本発明のマイクロリアクタチップは、高い粘性、更に狭い流路等の理由により流体を高い供給圧力で用いる用途において、ガラス材をその構成の一部に用いても高い圧力が原因で発生する破断を防止できる。よって、マイクロリアクタチップにおいて、光学的観察及び操作をしながら、高圧の供給圧で流体を操作することが可能である。

図１に本発明の断面図を示す。流路１３の為の溝は金属材１２ののみ形成されている。よって流路の側壁となりうる溝間の突起１４は全て金属材１２に形成されている。ガラス材１２は平坦な表面が形成されている。金属材は例えばステンレス等のヤング率２×１０^１２ｄｙｎｅ／ｃｍ^２以上の材料が用いられる。流路１３の為の溝は切削、エッチング、プレス等で形成される。図４に接合前の金属材４１を示す。接合面４４は溝形成後、研磨加工されて凹凸の少ない表面が形成されている。図５に接合前のガラス材５１を示す。接合面５２は平坦でかつ研磨加工されて凹凸の少ない表面が形成されている。金属材４１の接合面４４に研磨加工後、１０００オングストロームから１ミリメートル膜厚の二酸化ケイ素の薄膜を形成する。この二酸化ケイ素の薄膜は蒸着、スパッタリング等による物理的方法か、あるいは有機系ケイ素化合物を湿式で形成後加熱処理により形成する方法等による。流体への金属材からの汚染の拡散が防止したい場合は溝の部分にも二酸化ケイ素を形成する。この二酸化ケイ素を形成した金属材４１の接合面４４とガラス材５１の接合面５２は表面活性化処理された後、接合するまでの時間、互いに密着させる。接合後、流路は耐圧性のある金属材の側壁と、光学的観察及び光学的操作がおこなえるガラス材で構成される。光学的観察とは、例えば流体中の生成物等の観察、流体から放射される赤外線による温度測定、局所分光分析による流体中の成分分析等である。また、光学的操作とはレーザー光による局所加熱等である。

金属材４１の溝の形成までの形状と、ガラス材５１の形状は実施例１と同じである。金属材４１の接合面４４とガラス材５１の接合面５２の間に弾性体を挟んで、金属材４１とガラス材５１を機械的機構で締めあわせて接合する。図６の一例を示す。金属材６２の外側には固定具６４を接しさせ、ガラス材６１の外側には固定具６３を接しさせて挟みこむ構造とする。固定具６３と固定具６４は二箇所以上の接続具６５で接続される。接続具６５はボルト、ナット、ネジ等で構成される。接続具６５を操作することにより、固定具６３と固定具６４の間隔を狭めることができる。その操作により、弾性体６６がガラス材６１と金属材６２との間で密着させる。実施例１と同様に光学的観察と光学的操作が可能であると同時に、高圧力の供給圧で流体を供給できる。

医療行為の一環として行われる人体の薬液注入装置の一部を構成するマイクロリアクタチップにおいて、光学的観察と光学的操作を行いながら、高圧力で流体を供給されるチップにも利用可能である。

本発明の断面図。従来のマイクロリアクタチップの破断前の一例。図２に示した従来のマイクロリアクタチップの破断後の断面図。溝を形成する側の基板の断面図。溝を形成しない側の基板の断面図。機械的機構でガラス材と金属材を接合したチップの一例。

符号の説明

１１．ガラス材
１２．金属材
１３．流路
１４．流路間の側壁
２１．ガラス材
２２．ガラス材
２３．流路
２４．流路間の側壁
３１．ガラス材
３２．ガラス材
３３．流路
３４．破断後の流路間の側壁
４１．金属材
４２．溝
４３．溝間の側壁
４４．接合面
５１．ガラス材
５２．接合面
６１．ガラス材
６２．金属材
６３．ガラス材側固定具
６４．金属材側固定具
６５．接続具
６６．弾性体

Claims

流路の各々に二以上の流体が供給され、化学操作がおこなわれる構造体がガラス材と金属材であることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、チップを構成する二枚の構造体の一方がガラス材、他方が金属材であることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、流路の一部の幅が流れ方向に垂直な方向に対し、１０マイクロメートルから５０００マイクロメートルであることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、ガラス材の厚さが１ミリメートルから３０ミリメートルまでであることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、金属材の厚さが１ミリメートルから５０ミリメートルまでであることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、流路を構成する溝を金属基板のみに形成し、対向側に平坦なガラス基板を接合することにより流路が形成されることを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項６において、対向側に平坦なガラス材には溝を形成しないことを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、流路を構成する溝以外の部分の金属材表面と、対向して接触するガラス表面の界面に、接合層を形成して接合することを特徴とするマイクロリアクタチップ。
請求項１において、流路に供給される流体が気体、液体、超臨界流体及びそれらの混合物であることを特徴とするマイクロリアクタチップ。