JP2006297198A - Micropassage device - Google Patents

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Chie Fukuda
智恵 福田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micropassage device in which temperature of fluid flowing in a micropassage can be adjusted and further the fluid can be simply and easily irradiated with light. <P>SOLUTION: The micropassage device 1 is provided with a substrate 23 having the micropassage 3 where the fluid (a) flows and a heater 7 for adjusting temperature of the fluid (a) located at a first part 5 of the micropassage 3. The substrate 23 is provided with an optical waveguide 15, which has one end 11 optically joined to a second part 9 of the micropassage 3 and another end 13, and an optical waveguide 21, which has one end 17 optically joined to the one end 11 of the optical waveguide 15 via the second part 9 and another end 19. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ流路デバイスに関する。   The present invention relates to a microchannel device.

特許文献１に記載されるように、マイクロ流路の下方に設けられたヒータを用いて、当該マイクロ流路を流れる流体を加熱することができるマイクロ化学チップが知られている。このマイクロ化学チップを用いると、複数の流体をマイクロ流路中で混合して化学反応させることによって、反応生成物が得られる。ヒータは、常温よりも高い温度でなければ進行しない化学反応を進行させるために用いられる。   As described in Patent Document 1, there is known a microchemical chip that can heat a fluid flowing through a microchannel using a heater provided below the microchannel. When this microchemical chip is used, a reaction product is obtained by mixing a plurality of fluids in a microchannel to cause a chemical reaction. The heater is used to advance a chemical reaction that does not proceed unless the temperature is higher than room temperature.

一方、特許文献２に記載されるように、マイクロ流路を有するチップを顕微鏡のステージ上に載置し、当該マイクロ流路を流れる流体（試料）に、顕微鏡の対物レンズを介してレーザ光を照射する方法が知られている。この方法では、励起用のレーザ光がライトチョッパーにより変調された後、ダイクロックミラーにより検出用のレーザ光と同軸にされる。これらのレーザ光は顕微鏡に導かれ試料に照射される。レーザ光を試料に照射した後、励起用のレーザ光のみをフィルタで除去し、検出用のレーザ光をフォトセンサーに導く。
特開２００５−２１７６４号公報 特開２００１−１６５９３９号公報 On the other hand, as described in Patent Document 2, a chip having a micro flow path is placed on a stage of a microscope, and a laser beam is applied to a fluid (sample) flowing through the micro flow path through an objective lens of the microscope. A method of irradiating is known. In this method, after the excitation laser beam is modulated by the light chopper, it is made coaxial with the detection laser beam by the dichroic mirror. These laser beams are guided to the microscope and irradiated onto the sample. After irradiating the sample with laser light, only the excitation laser light is removed by a filter, and the detection laser light is guided to a photosensor.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-21764 JP 2001-165939 A

しかしながら、特許文献２に記載される方法では、試料にレーザ光を照射するために、顕微鏡等の大掛かりな装置が必要となってしまう。   However, the method described in Patent Document 2 requires a large-scale device such as a microscope in order to irradiate the sample with laser light.

そこで本発明は、マイクロ流路を流れる流体の温度を調整可能であると共に、光を流体に簡便に照射可能なマイクロ流路デバイスを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a micro-channel device that can adjust the temperature of a fluid flowing through a micro-channel and can easily irradiate the fluid with light.

上述の課題を解決するため、本発明の第１の側面に係るマイクロ流路デバイスは、流体が流れるマイクロ流路を有する基板と、前記マイクロ流路の第１部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部とを備え、前記基板は、前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端と、他端とを有する光導波路とを備える。第２部分は、第１部分と同じでもよいし異なっていてもよい。   In order to solve the above-described problem, a microchannel device according to a first aspect of the present invention includes a substrate having a microchannel through which a fluid flows, and the temperature of the fluid positioned in the first portion of the microchannel. A temperature adjusting unit for adjusting, and the substrate includes an optical waveguide having one end optically coupled to the second portion of the microchannel and the other end. The second part may be the same as or different from the first part.

このマイクロ流路デバイスでは、マイクロ流路の第１部分に位置する流体の温度は、温度調整部により調整される。また、光導波路の他端に光を入射させると、当該光は光導波路を伝搬して、マイクロ流路の第２部分に位置する流体に光導波路の一端から供給される。このマイクロ流路デバイスでは、光導波路の一端から光が出射されるので、顕微鏡等の大掛かりな装置が必要とされず、当該光を流体に簡便に照射可能である。したがって、本発明の第１の側面に係るマイクロ流路デバイスによれば、マイクロ流路を流れる流体の温度を調整可能であると共に、光を流体に簡便に照射可能である。   In this microchannel device, the temperature of the fluid located in the first portion of the microchannel is adjusted by the temperature adjusting unit. When light is incident on the other end of the optical waveguide, the light propagates through the optical waveguide and is supplied from one end of the optical waveguide to the fluid located in the second portion of the microchannel. In this microchannel device, since light is emitted from one end of the optical waveguide, a large-scale device such as a microscope is not required, and the light can be easily irradiated to the fluid. Therefore, according to the microchannel device according to the first aspect of the present invention, the temperature of the fluid flowing through the microchannel can be adjusted, and light can be easily irradiated to the fluid.

また、上記マイクロ流路デバイスは、前記光導波路の前記他端に光学的に結合された光源を更に備えることが好ましい。この場合、光源からの光は光導波路の他端に入射され、光導波路を伝搬して、マイクロ流路の第２部分に位置する流体に光導波路の一端から供給される。   The microchannel device preferably further includes a light source optically coupled to the other end of the optical waveguide. In this case, light from the light source is incident on the other end of the optical waveguide, propagates through the optical waveguide, and is supplied from one end of the optical waveguide to the fluid located in the second portion of the microchannel.

本発明の第２の側面に係るマイクロ流路デバイスは、流体が流れるマイクロ流路を有する基板と、前記マイクロ流路の第１部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部とを備え、前記基板は、前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端と、他端とを有する第１の光導波路と、前記第２部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端と、他端とを有する第２の光導波路とを備える。第２部分は、第１部分と同じでもよいし異なっていてもよい。   A microchannel device according to a second aspect of the present invention includes a substrate having a microchannel through which a fluid flows, and a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the fluid located in the first portion of the microchannel. The substrate includes a first optical waveguide having one end optically coupled to the second portion of the microchannel and the other end, and the first optical waveguide through the second portion. A second optical waveguide having one end optically coupled to the one end and the other end; The second part may be the same as or different from the first part.

このマイクロ流路デバイスでは、マイクロ流路の第１部分に位置する流体の温度は、温度調整部により調整される。また、第１の光導波路の他端に光を入射させると、当該光は第１の光導波路を伝搬して、マイクロ流路の第２部分に位置する流体に第１の光導波路の一端から供給される。第２部分を通過した光は、第２の光導波路の一端に入射され、第２の光導波路を伝搬して第２の光導波路の他端から出射される。このマイクロ流路デバイスでは、第１の光導波路の一端から光が出射されるので、顕微鏡等の大掛かりな装置が必要とされず、当該光を流体に簡便に照射可能である。したがって、本発明の第２の側面に係るマイクロ流路デバイスによれば、マイクロ流路を流れる流体の温度を調整可能であると共に、光を流体に簡便に照射可能である。   In this microchannel device, the temperature of the fluid located in the first portion of the microchannel is adjusted by the temperature adjusting unit. Further, when light is incident on the other end of the first optical waveguide, the light propagates through the first optical waveguide, and flows into the fluid located in the second portion of the microchannel from one end of the first optical waveguide. Supplied. The light that has passed through the second portion is incident on one end of the second optical waveguide, propagates through the second optical waveguide, and is emitted from the other end of the second optical waveguide. In this microchannel device, since light is emitted from one end of the first optical waveguide, a large-scale device such as a microscope is not required, and the light can be easily irradiated to the fluid. Therefore, according to the microchannel device according to the second aspect of the present invention, the temperature of the fluid flowing through the microchannel can be adjusted, and light can be easily irradiated to the fluid.

また、上記マイクロ流路デバイスは、前記第１の光導波路の前記他端に光学的に結合された光源と、前記第２の光導波路の前記他端に光学的に結合された光検出器とを更に備えることが好ましい。   The microchannel device includes: a light source optically coupled to the other end of the first optical waveguide; and a photodetector optically coupled to the other end of the second optical waveguide. Is preferably further provided.

この場合、光源からの光は第１の光導波路の他端に入射され、第１の光導波路を伝搬して、マイクロ流路の第２部分に位置する流体に第１の光導波路の一端から供給される。第２部分を通過した光は、第２の光導波路の一端に入射され、第２の光導波路を伝搬して第２の光導波路の他端から出射され、光検出器に到達する。したがって、光検出器に到達した光の光量を用いると、例えば、第２部分に位置する流体の温度、又は、第２部分に位置する流体中の特定物質の量若しくは濃度等を測定することができる。   In this case, the light from the light source is incident on the other end of the first optical waveguide, propagates through the first optical waveguide, and flows from one end of the first optical waveguide to the fluid located in the second portion of the microchannel. Supplied. The light that has passed through the second portion is incident on one end of the second optical waveguide, propagates through the second optical waveguide, is emitted from the other end of the second optical waveguide, and reaches the photodetector. Therefore, when the amount of light reaching the photodetector is used, for example, the temperature of the fluid located in the second part or the amount or concentration of the specific substance in the fluid located in the second part can be measured. it can.

また、前記第１の光導波路の前記一端の端面は曲面であることが好ましい。この場合、第１の光導波路の一端の端面から出射される光は、当該端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、第１の光導波路の一端の端面から出射され第２の光導波路の一端の端面に到達する光の光量は減少する。したがって、第２の光導波路の他端から出射される光の光量の変動を高感度で検出できる。   The end face of the one end of the first optical waveguide is preferably a curved surface. In this case, the light emitted from the end face at one end of the first optical waveguide spreads over a wider range than when the end face is a flat surface. For this reason, the amount of light emitted from the end face of one end of the first optical waveguide and reaching the end face of one end of the second optical waveguide decreases. Therefore, it is possible to detect with high sensitivity fluctuations in the amount of light emitted from the other end of the second optical waveguide.

また、前記基板が石英ガラスから構成されることが好ましい。この場合、基板の耐薬品性が向上するので、比較的幅広い種類の流体をマイクロ流路に流すことができる。   The substrate is preferably made of quartz glass. In this case, since the chemical resistance of the substrate is improved, a relatively wide variety of fluids can be flowed through the microchannel.

本発明によれば、マイクロ流路を流れる流体の温度を調整可能であると共に、光を流体に簡便に照射可能なマイクロ流路デバイスが提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to adjust the temperature of the fluid which flows through a microchannel, the microchannel device which can irradiate light to a fluid simply is provided.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are used for the same or equivalent elements, and duplicate descriptions are omitted.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。図２は、第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの主要部を模式的に示す斜視図である。図１に示されるマイクロ流路デバイス１は、流体ａが流れるマイクロ流路３を有する基板２３を備える。基板２３は、例えばマイクロ化学チップ、分析チップ等である。基板２３は石英ガラスから構成されることが好ましい。この場合、基板２３の耐薬品性が向上するので、比較的幅広い種類の流体ａをマイクロ流路３に流すことができる。なお、基板２３は、例えばソーダライムガラス等のガラスから構成されるとしてもよい。 (First embodiment)
FIG. 1 is a plan view schematically showing the microchannel device according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a main part of the microchannel device according to the first embodiment. A microchannel device 1 shown in FIG. 1 includes a substrate 23 having a microchannel 3 through which a fluid a flows. The substrate 23 is, for example, a microchemical chip or an analysis chip. The substrate 23 is preferably made of quartz glass. In this case, since the chemical resistance of the substrate 23 is improved, a relatively wide variety of fluids a can be flowed through the microchannel 3. The substrate 23 may be made of glass such as soda lime glass.

流体ａとしては、例えば水溶液、有機溶媒、酸性溶液、アルカリ性溶液等の液体、酸性ガス、アルカリ性ガス等の気体、気液混合物、又は、粉末が混入した気体若しくは液体等が挙げられる。   Examples of the fluid a include liquids such as aqueous solutions, organic solvents, acidic solutions and alkaline solutions, gases such as acidic gases and alkaline gases, gas-liquid mixtures, and gases or liquids mixed with powder.

マイクロ流路３は、例えば溝が形成された石英基板等の基板上に石英ガラス板等のカバー板を張り合わせることにより好適に形成される。マイクロ流路３は、第１部分５及び第１部分５とは異なる第２部分９を有する。本実施形態において、第２部分９は第１部分５より下流に位置する。第２部分９は、第１部分５と同じ位置に配置されるとしてもよい。   The micro flow path 3 is suitably formed by bonding a cover plate such as a quartz glass plate on a substrate such as a quartz substrate in which grooves are formed. The microchannel 3 has a first portion 5 and a second portion 9 different from the first portion 5. In the present embodiment, the second portion 9 is located downstream from the first portion 5. The second portion 9 may be disposed at the same position as the first portion 5.

本実施形態では、マイクロ流路３は、例えば断面が３０μｍ×３０μｍの正方形となる空洞である。マイクロ流路３の径は、５μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。なお、「マイクロ流路の径」とは、マイクロ流路の断面積と同じ断面積を有する円の直径を意味する。流体ａは例えば層流となってマイクロ流路３を流れる。   In the present embodiment, the microchannel 3 is a cavity having a square shape with a cross section of 30 μm × 30 μm, for example. The diameter of the microchannel 3 is preferably 5 μm or more and 120 μm or less. The “diameter of the microchannel” means the diameter of a circle having the same cross-sectional area as that of the microchannel. The fluid a flows through the microchannel 3 as a laminar flow, for example.

マイクロ流路デバイス１は、マイクロ流路３の第１部分５に位置する流体ａの温度を調整するヒータ７（温度調整部）を備える。本実施形態において、ヒータ７は基板２３上に設けられているが、基板２３上に設けられていなくてもよい。   The microchannel device 1 includes a heater 7 (temperature adjusting unit) that adjusts the temperature of the fluid a located in the first portion 5 of the microchannel 3. In the present embodiment, the heater 7 is provided on the substrate 23, but may not be provided on the substrate 23.

基板２３は、一端１１及び他端１３を有する第１の光導波路１５と、一端１７及び他端１９を有する第２の光導波路２１とを備える。光導波路１５の一端１１は、マイクロ流路３の第２部分９に光学的に結合されている。光導波路２１の一端１７は、マイクロ流路３の第２部分９を介して光導波路１５の一端１１に光学的に結合されている。光導波路２１の一端１７の端面３１は、光導波路１５の一端１１の端面２９に対向配置されている。   The substrate 23 includes a first optical waveguide 15 having one end 11 and the other end 13, and a second optical waveguide 21 having one end 17 and the other end 19. One end 11 of the optical waveguide 15 is optically coupled to the second portion 9 of the microchannel 3. One end 17 of the optical waveguide 21 is optically coupled to one end 11 of the optical waveguide 15 via the second portion 9 of the microchannel 3. The end surface 31 of the one end 17 of the optical waveguide 21 is disposed opposite to the end surface 29 of the one end 11 of the optical waveguide 15.

本実施形態では、複数のヒータ７，７が設けられており、ヒータ７，７の間にマイクロ流路３の第１部分５が配置されている。なお、ヒータ７に代えてペルチェ素子等の冷却素子を用いてもよい。この場合、流体ａを冷却することができる。ヒータ７は、例えば、マイクロ流路３に沿って延びており、一端及び他端を有する金属膜である。より具体的には、ヒータ７は、例えば、幅５０μｍ、長さ５ｍｍ、抵抗値約３００Ωの合金薄膜である。ヒータ７の一端及び他端には、基板２３に設けられた複数の配線用金属膜３３，３３がそれぞれ電気的に接続されている。配線用金属膜３３は、例えば、チタン層、白金層及び金層からなる積層薄膜である。複数の配線用金属膜３３，３３には、配線３５，３５によって電源３７が接続されている。本実施形態において、配線３５及び電源３７は基板２３上に設けられていないが、基板２３上に設けられていてもよい。   In the present embodiment, a plurality of heaters 7 and 7 are provided, and the first portion 5 of the microchannel 3 is disposed between the heaters 7 and 7. Note that a cooling element such as a Peltier element may be used instead of the heater 7. In this case, the fluid a can be cooled. The heater 7 is, for example, a metal film that extends along the microchannel 3 and has one end and the other end. More specifically, the heater 7 is, for example, an alloy thin film having a width of 50 μm, a length of 5 mm, and a resistance value of about 300Ω. A plurality of wiring metal films 33, 33 provided on the substrate 23 are electrically connected to one end and the other end of the heater 7, respectively. The wiring metal film 33 is a laminated thin film made of, for example, a titanium layer, a platinum layer, and a gold layer. A power source 37 is connected to the plurality of wiring metal films 33 and 33 by wirings 35 and 35. In the present embodiment, the wiring 35 and the power source 37 are not provided on the substrate 23, but may be provided on the substrate 23.

本実施形態では、光導波路１５，２１は、例えばコアの断面が７．５μｍ×７．５μｍの正方形となる形状を有する。光導波路１５，２１において、コアとクラッドとの比屈折率差Δは例えば０．４５％である。光導波路１５の一端１１の端面２９の重心位置及び光導波路２１の一端１７の端面３１の重心位置は、マイクロ流路３の底面からの距離がｚ１となるように配置されることが好ましい。ｚ１は例えば１０μｍである。   In the present embodiment, the optical waveguides 15 and 21 have, for example, a shape in which the cross section of the core is a square of 7.5 μm × 7.5 μm. In the optical waveguides 15 and 21, the relative refractive index difference Δ between the core and the clad is, for example, 0.45%. The center of gravity of the end surface 29 of the one end 11 of the optical waveguide 15 and the center of gravity of the end surface 31 of the one end 17 of the optical waveguide 21 are preferably arranged such that the distance from the bottom surface of the microchannel 3 is z1. z1 is, for example, 10 μm.

光導波路１５の他端１３には、必要に応じて、例えば光ファイバ３９を介して光源２５が光学的に結合されている。また、光導波路２１の他端１９には、必要に応じて、例えば光ファイバ４１を介して光検出器２７が光学的に結合されている。光源２５としては、例えば波長１．５５μｍの半導体レーザ（ＬＤ）等が挙げられ、光検出器２７としては、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等が挙げられる。本実施形態において、光ファイバ３９，４１、光源２５及び光検出器２７は基板２３上に設けられていないが、基板２３上に設けられていてもよい。   A light source 25 is optically coupled to the other end 13 of the optical waveguide 15 via an optical fiber 39, for example, as necessary. Further, for example, a photodetector 27 is optically coupled to the other end 19 of the optical waveguide 21 through an optical fiber 41 as necessary. Examples of the light source 25 include a semiconductor laser (LD) having a wavelength of 1.55 μm, and examples of the photodetector 27 include a photodiode (PD). In the present embodiment, the optical fibers 39 and 41, the light source 25, and the photodetector 27 are not provided on the substrate 23, but may be provided on the substrate 23.

マイクロ流路デバイス１では、マイクロ流路３の第１部分５に位置する流体ａの温度は、ヒータ７により調整される。本実施形態において、マイクロ流路３を流れる流体ａは、第１部分５を通過することによって流体ｂに変化する。具体的には、例えば、ヒータ７により流体ａが加熱されると、熱化学反応により流体ａから流体ｂが生成される。   In the microchannel device 1, the temperature of the fluid a located in the first portion 5 of the microchannel 3 is adjusted by the heater 7. In the present embodiment, the fluid a flowing through the microchannel 3 changes to the fluid b by passing through the first portion 5. Specifically, for example, when the fluid a is heated by the heater 7, the fluid b is generated from the fluid a by a thermochemical reaction.

また、光源２５から出射される光Ｌ１を光導波路１５の他端１３に入射させると、光Ｌ１は光導波路１５を伝搬して、マイクロ流路３の第２部分９に位置する流体ｂに光導波路１５の一端１１から供給される。第２部分９を通過した光Ｌ２は、光導波路２１の一端１７に入射され、光導波路２１を伝搬して光導波路２１の他端１９から出射され、光検出器２７に到達する。光検出器２７に到達した光Ｌ２の光量（強度）を用いると、後述のように、例えば、マイクロ流路３の第２部分９に位置する流体ｂの温度、又は、マイクロ流路３の第２部分９に位置する流体ｂ中の特定物質の量若しくは濃度等を測定することができる。   Further, when the light L 1 emitted from the light source 25 is incident on the other end 13 of the optical waveguide 15, the light L 1 propagates through the optical waveguide 15 and is guided to the fluid b located in the second portion 9 of the microchannel 3. Supplied from one end 11 of the waveguide 15. The light L2 that has passed through the second portion 9 enters the one end 17 of the optical waveguide 21, propagates through the optical waveguide 21, exits from the other end 19 of the optical waveguide 21, and reaches the photodetector 27. When the light amount (intensity) of the light L2 reaching the photodetector 27 is used, for example, the temperature of the fluid b located in the second portion 9 of the microchannel 3 or the first of the microchannel 3 is used as described later. The amount or concentration of the specific substance in the fluid b located in the second portion 9 can be measured.

光Ｌ１が流体ｂに供給されると、光Ｌ１は、流体ｂによって例えば吸収又は散乱等される。具体的には、例えば流体ａが化学反応して反応生成物としての微粒子が生成される場合、光Ｌ１は当該微粒子によって吸収又は散乱されるため、光導波路２１の一端１７に入射される光Ｌ２の光量は、光Ｌ１の光量に比べて減少する。この場合、光Ｌ２の光量は微粒子の量又は濃度等に応じて変化するので、光Ｌ２の光量を測定することによって例えば流体ａの反応率等を算出することができる。光Ｌ１の波長は、微粒子の吸収波長又は微粒子によって散乱され易い波長に一致していることが好ましい。   When the light L1 is supplied to the fluid b, the light L1 is absorbed or scattered by the fluid b, for example. Specifically, for example, when the fluid a chemically reacts to generate fine particles as a reaction product, the light L1 is absorbed or scattered by the fine particles, and thus the light L2 incident on the one end 17 of the optical waveguide 21 The amount of light decreases compared to the amount of light L1. In this case, since the light amount of the light L2 changes according to the amount or concentration of the fine particles, for example, the reaction rate of the fluid a can be calculated by measuring the light amount of the light L2. The wavelength of the light L1 preferably coincides with the absorption wavelength of the fine particles or the wavelength that is easily scattered by the fine particles.

第１実施例において、流体ａは硝酸インジウム溶液と塩酸と四塩化スズとアンモニアとの混合溶液である。本実施例では、ヒータ７を用いて当該混合溶液を加熱すると、上述のような微粒子が生成される。この場合、生成された微粒子は、重力の影響によりマイクロ流路３の底面に向けて沈降する。光Ｌ２の光量を測定すると、この微粒子の濃度が算出される。よって、流体ａが熱化学反応する際の反応率を算出することができる。   In the first embodiment, the fluid a is a mixed solution of an indium nitrate solution, hydrochloric acid, tin tetrachloride, and ammonia. In this embodiment, when the mixed solution is heated using the heater 7, the above-described fine particles are generated. In this case, the generated fine particles settle toward the bottom surface of the microchannel 3 due to the influence of gravity. When the light quantity of the light L2 is measured, the concentration of the fine particles is calculated. Therefore, the reaction rate when the fluid a undergoes a thermochemical reaction can be calculated.

また、例えば流体ａの屈折率と反応生成物の屈折率とが互いに異なる場合、反応生成物を含む流体ｂの屈折率は反応生成物の量又は濃度に応じて変化する。流体ｂの屈折率が変化すると、光Ｌ１が第２部分９を横切る時の光損失が変化する。したがって、光損失を測定することによって例えば流体ａの反応率等を算出することができる。この場合、光Ｌ１の波長としては任意の波長を選択することができる。   For example, when the refractive index of the fluid a and the refractive index of the reaction product are different from each other, the refractive index of the fluid b containing the reaction product varies depending on the amount or concentration of the reaction product. When the refractive index of the fluid b changes, the light loss when the light L1 crosses the second portion 9 changes. Therefore, for example, the reaction rate of the fluid a can be calculated by measuring the optical loss. In this case, an arbitrary wavelength can be selected as the wavelength of the light L1.

上述のように、マイクロ流路デバイス１では、光導波路１５の一端１１から光Ｌ１が出射されるので、顕微鏡等の大掛かりな装置を必要とせず、光Ｌ１を流体ｂに簡便に照射可能である。したがって、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス１によれば、ヒータ７を用いてマイクロ流路３を流れる流体ａの温度を調整可能であると共に、光導波路１５を用いて光Ｌ１を流体ｂに簡便に照射可能である。   As described above, since the light L1 is emitted from the one end 11 of the optical waveguide 15 in the microchannel device 1, it is possible to easily irradiate the fluid b with the light L1 without requiring a large apparatus such as a microscope. . Therefore, according to the microchannel device 1 according to the present embodiment, the temperature of the fluid a flowing through the microchannel 3 can be adjusted using the heater 7, and the light L1 can be converted into the fluid b using the optical waveguide 15. Irradiation is easy.

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。図３に示されるマイクロ流路デバイス１ａは、流体ａが流れるマイクロ流路３を有する基板２３を備える。マイクロ流路デバイス１ａは、マイクロ流路デバイス１の光導波路１５の一端１１の端面２９が端面２９ａに置換され、マイクロ流路デバイス１の光導波路２１の一端１７の端面３１が端面３１ａに置換されたものである。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a plan view schematically showing the microchannel device according to the second embodiment. A microchannel device 1a shown in FIG. 3 includes a substrate 23 having a microchannel 3 through which a fluid a flows. In the microchannel device 1a, the end surface 29 of the one end 11 of the optical waveguide 15 of the microchannel device 1 is replaced with the end surface 29a, and the end surface 31 of the one end 17 of the optical waveguide 21 of the microchannel device 1 is replaced with the end surface 31a. It is a thing.

本実施形態では、光導波路１５の一端１１の端面２９ａは曲面である。また、光導波路２１の一端１７の端面３１ａは曲面である。端面２９ａ及び端面３１ａは、例えば曲率半径が５μｍの円筒面の一部であることが好ましい。端面２９ａ及び端面３１ａの重心位置は、マイクロ流路３の底面からの距離（図２のｚ１に相当）が１５μｍとなるように配置されることが好ましい。   In the present embodiment, the end surface 29a of the one end 11 of the optical waveguide 15 is a curved surface. The end surface 31a of the one end 17 of the optical waveguide 21 is a curved surface. The end surface 29a and the end surface 31a are preferably part of a cylindrical surface having a radius of curvature of 5 μm, for example. The center of gravity positions of the end surface 29a and the end surface 31a are preferably arranged such that the distance from the bottom surface of the microchannel 3 (corresponding to z1 in FIG. 2) is 15 μm.

マイクロ流路デバイス１ａでは、光導波路１５の一端１１の端面２９ａから出射される光Ｌ１は、端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、光導波路１５の一端１１の端面２９ａから出射され光導波路２１の一端１７の端面３１ａに到達する光Ｌ２の光量は減少する。したがって、マイクロ流路デバイス１ａを用いた場合、端面が平面の場合に比べて、光導波路２１の他端１９から出射される光Ｌ２の光量の変動を高感度で検出できる。   In the microchannel device 1a, the light L1 emitted from the end surface 29a of the one end 11 of the optical waveguide 15 spreads over a wider range than when the end surface is a flat surface. For this reason, the light quantity of the light L2 emitted from the end surface 29a of the one end 11 of the optical waveguide 15 and reaching the end surface 31a of the one end 17 of the optical waveguide 21 decreases. Therefore, when the microchannel device 1a is used, fluctuations in the amount of the light L2 emitted from the other end 19 of the optical waveguide 21 can be detected with higher sensitivity than when the end surface is a flat surface.

第２実施例において、流体ａはインデックスマッチングオイルである。本実施例に用いるインデックスマッチングオイルでは、温度２５℃において、波長１．５５μｍの光に対する屈折率ｎｄが１．４４９である。また、波長０．５９μｍの光に対する屈折率をｎｄ１、温度をＴとすると、下記式（１）が成立する。 In the second embodiment, the fluid a is index matching oil. The index matching oil used in the present embodiment, at a temperature 25 ° C., the refractive index n d of wavelength 1.55μm to light is 1.449. Further, when the refractive index for light having a wavelength of 0.59 μm is n d1 and the temperature is T, the following formula (1) is established.

ｄｎｄ１／ｄＴ＝−０．０００４ …（１） dn d1 /dT=−0.0004 (1)

ヒータ７を作動させていない温度２５℃では、光Ｌ１が第２部分９を横切る時の光損失は０．０８ｄＢである。各ヒータ７の消費電力が１５０ｍＷとなるように電源３７からヒータ７に電力を印加すると、光損失は１．５ｄＢとなる。測定された光損失と、予め算出された屈折率と温度との関係式（例えば上記式（１））とを用いると、流体ｂの温度を算出することができる。これにより、ヒータ７による加熱条件が適切か否かを判断することができる。   At a temperature of 25 ° C. when the heater 7 is not operated, the light loss when the light L1 crosses the second portion 9 is 0.08 dB. When power is applied from the power source 37 to the heater 7 so that the power consumption of each heater 7 is 150 mW, the optical loss becomes 1.5 dB. The temperature of the fluid b can be calculated by using the measured light loss and the relational expression (for example, the above formula (1)) between the refractive index and the temperature calculated in advance. Thereby, it can be judged whether the heating conditions by the heater 7 are appropriate.

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。図４に示されるマイクロ流路デバイス１ｂは、流体ａが流れるマイクロ流路３を有する基板２３を備える。本実施形態では、マイクロ流路３は、例えば断面が５０μｍ×５０μｍの正方形となる空洞である。また、マイクロ流路３は、第１部分５及び第１部分５より下流に位置する第２部分９を有する。 (Third embodiment)
FIG. 4 is a plan view schematically showing the microchannel device according to the third embodiment. A microchannel device 1b shown in FIG. 4 includes a substrate 23 having a microchannel 3 through which a fluid a flows. In the present embodiment, the microchannel 3 is a cavity having a square shape with a cross section of 50 μm × 50 μm, for example. In addition, the microchannel 3 has a first portion 5 and a second portion 9 located downstream from the first portion 5.

マイクロ流路デバイス１ｂは、マイクロ流路３の第１部分５に位置する流体ａの温度を調整するヒータ７を有する。基板２３は、一端１１及び他端１３を有する光導波路１５を備える。光導波路１５の一端１１は、マイクロ流路３の第２部分９に光学的に結合されている。なお、本実施形態において、基板２３は光導波路２１を備えていない。   The microchannel device 1 b includes a heater 7 that adjusts the temperature of the fluid a located in the first portion 5 of the microchannel 3. The substrate 23 includes an optical waveguide 15 having one end 11 and the other end 13. One end 11 of the optical waveguide 15 is optically coupled to the second portion 9 of the microchannel 3. In the present embodiment, the substrate 23 does not include the optical waveguide 21.

本実施形態では、光導波路１５は、例えばコアの断面が１０μｍ×１０μｍの正方形となる形状を有する。また、光導波路１５の一端１１の端面２９の重心位置は、マイクロ流路３の底面からの距離（図２のｚ１に相当）が２５μｍとなるように配置されることが好ましい。   In the present embodiment, the optical waveguide 15 has a shape in which the cross section of the core is a square of 10 μm × 10 μm, for example. The center of gravity of the end surface 29 of the one end 11 of the optical waveguide 15 is preferably arranged such that the distance from the bottom surface of the microchannel 3 (corresponding to z1 in FIG. 2) is 25 μm.

本実施形態において、光導波路１５の他端１３には、必要に応じて、例えばレンズ４３を介して光源２５ｂが光学的に結合されている。光源２５ｂとしては、例えばＵＶランプ等が挙げられる。本実施形態において、レンズ４３及び光源２５ｂは基板２３上に設けられていないが、基板２３上に設けられていてもよい。   In the present embodiment, a light source 25b is optically coupled to the other end 13 of the optical waveguide 15 through a lens 43, for example, as necessary. Examples of the light source 25b include a UV lamp. In the present embodiment, the lens 43 and the light source 25 b are not provided on the substrate 23, but may be provided on the substrate 23.

マイクロ流路デバイス１ｂでは、マイクロ流路３の第１部分５に位置する流体ａの温度は、ヒータ７により調整される。また、光導波路１５の他端１３に、光源２５ｂから出射されレンズ４３で集光された光Ｌ３を入射させると、光Ｌ３は光導波路１５を伝搬して、マイクロ流路３の第２部分９に位置する流体ｂに光導波路１５の一端１１から供給される。   In the microchannel device 1 b, the temperature of the fluid a located in the first portion 5 of the microchannel 3 is adjusted by the heater 7. Further, when the light L3 emitted from the light source 25b and collected by the lens 43 is incident on the other end 13 of the optical waveguide 15, the light L3 propagates through the optical waveguide 15 and the second portion 9 of the microchannel 3 Is supplied from the one end 11 of the optical waveguide 15 to the fluid b located in the position b.

本実施形態において、マイクロ流路３を流れる流体ａは、第１部分５を通過することにより流体ｂに変化する。また、流体ｂは、第２部分９を通過することによって流体ｃに変化する。具体的には、例えば、ヒータ７により流体ａが加熱されると、熱化学反応により流体ａから流体ｂが生成される。また、光Ｌ３を流体ｂに照射すると、光化学反応により流体ｂから流体ｃが生成される。   In the present embodiment, the fluid a flowing through the microchannel 3 changes to the fluid b by passing through the first portion 5. In addition, the fluid b changes to the fluid c by passing through the second portion 9. Specifically, for example, when the fluid a is heated by the heater 7, the fluid b is generated from the fluid a by a thermochemical reaction. Moreover, when the light L3 is irradiated to the fluid b, the fluid c is generated from the fluid b by a photochemical reaction.

マイクロ流路デバイス１ｂでは、光導波路１５の一端１１から光Ｌ３が出射されるので、顕微鏡等の大掛かりな装置を必要とせず、光Ｌ３を流体ｂに簡便に照射可能である。したがって、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス１ｂによれば、マイクロ流路３を流れる流体ａの温度を調整可能であると共に、光Ｌ３を流体ｂに簡便に照射可能である。このため、流体に対して、熱及び光を短時間で連続的に与えることができる。   In the microchannel device 1b, the light L3 is emitted from the one end 11 of the optical waveguide 15. Therefore, a large apparatus such as a microscope is not required, and the light L3 can be easily irradiated onto the fluid b. Therefore, according to the microchannel device 1b according to the present embodiment, the temperature of the fluid a flowing through the microchannel 3 can be adjusted, and the light L3 can be easily irradiated to the fluid b. For this reason, heat and light can be continuously applied to the fluid in a short time.

第３実施例において、流体ａは紫外線硬化樹脂のモノマーと光反応開始剤との混合液である。本実施例では、ヒータ７を用いて当該溶液を加熱した後に、当該溶液に光Ｌ３が照射される。この場合、固化した樹脂からなる微小球が生成される。その結果、微小球を含む流体ｂが流体ａから生成される。   In the third embodiment, the fluid a is a mixed liquid of a monomer of an ultraviolet curable resin and a photoreaction initiator. In this embodiment, after heating the solution using the heater 7, the solution is irradiated with light L3. In this case, microspheres made of solidified resin are generated. As a result, a fluid b including microspheres is generated from the fluid a.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to said each embodiment.

例えば、マイクロ流路デバイス１ｂでは、マイクロ流路３の第２部分９は第１部分５より上流に位置するとしてもよい。   For example, in the microchannel device 1b, the second portion 9 of the microchannel 3 may be located upstream of the first portion 5.

第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。It is a top view showing typically the micro channel device concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの主要部を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the principal part of the microchannel device which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the microchannel device which concerns on 2nd Embodiment. 第３実施形態に係るマイクロ流路デバイスを模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the microchannel device concerning 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１，１ａ，１ｂ…マイクロ流路デバイス、３…マイクロ流路、５…マイクロ流路の第１部分、７…ヒータ（温度調整部）、９…マイクロ流路の第２部分、１１…光導波路（第１の光導波路）の一端、１３…光導波路（第１の光導波路）の他端、１５…光導波路（第１の光導波路）、１７…第２の光導波路の一端、１９…第２の光導波路の他端、２１…第２の光導波路、２３…基板、２５，２５ｂ…光源、２７…光検出器、２９，２９ａ…第１の光導波路の一端の端面、３１，３１ａ…第２の光導波路の一端の端面、ａ，ｂ，ｃ…流体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Microchannel device, 3 ... Microchannel, 5 ... 1st part of microchannel, 7 ... Heater (temperature adjustment part), 9 ... 2nd part of microchannel, 11 ... Optical waveguide (One end of the first optical waveguide), 13 ... the other end of the optical waveguide (first optical waveguide), 15 ... the optical waveguide (first optical waveguide), 17 ... one end of the second optical waveguide, 19 ... the first 2nd optical waveguide, 21 ... second optical waveguide, 23 ... substrate, 25, 25b ... light source, 27 ... photodetector, 29, 29a ... end face of one end of the first optical waveguide, 31, 31a ... End face of one end of the second optical waveguide, a, b, c... Fluid.

Claims (6)

流体が流れるマイクロ流路を有する基板と、
前記マイクロ流路の第１部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部と、
を備え、
前記基板は、前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端と、他端とを有する光導波路を備える、マイクロ流路デバイス。 A substrate having a microchannel through which a fluid flows;
A temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the fluid located in the first portion of the microchannel;
With
The microchannel device, wherein the substrate comprises an optical waveguide having one end optically coupled to the second portion of the microchannel and the other end. 前記光導波路の前記他端に光学的に結合された光源を更に備える、請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。   The microchannel device according to claim 1, further comprising a light source optically coupled to the other end of the optical waveguide. 流体が流れるマイクロ流路を有する基板と、
前記マイクロ流路の第１部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部と、
を備え、
前記基板は、前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端と、他端とを有する第１の光導波路と、
前記第２部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端と、他端とを有する第２の光導波路と、
を備える、マイクロ流路デバイス。 A substrate having a microchannel through which a fluid flows;
A temperature adjusting unit for adjusting the temperature of the fluid located in the first portion of the microchannel;
With
The substrate includes a first optical waveguide having one end optically coupled to the second portion of the microchannel and the other end;
A second optical waveguide having one end optically coupled to the one end of the first optical waveguide via the second portion and the other end;
A microchannel device comprising: 前記第１の光導波路の前記他端に光学的に結合された光源と、
前記第２の光導波路の前記他端に光学的に結合された光検出器と、
を更に備える、請求項３に記載のマイクロ流路デバイス。 A light source optically coupled to the other end of the first optical waveguide;
A photodetector optically coupled to the other end of the second optical waveguide;
The microchannel device according to claim 3, further comprising: 前記第１の光導波路の前記一端の端面は曲面である、請求項３又は４に記載のマイクロ流路デバイス。   The microchannel device according to claim 3 or 4, wherein an end face of the one end of the first optical waveguide is a curved surface. 前記基板が石英ガラスから構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ流路デバイス。   The microchannel device according to any one of claims 1 to 5, wherein the substrate is made of quartz glass.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081719A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Object physical quantity measuring method and control method
WO2017222079A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Okinawa Institute Of Science And Technology School Corporation Microheater integrated temperature controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002527254A (en) * 1998-10-09 2002-08-27 モトローラ・インコーポレイテッド Integrated multilayer microfluidic device and method of fabricating the same
JP2003126686A (en) * 2001-10-26 2003-05-07 Fuji Photo Film Co Ltd Laser heating microreactor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002527254A (en) * 1998-10-09 2002-08-27 モトローラ・インコーポレイテッド Integrated multilayer microfluidic device and method of fabricating the same
JP2003126686A (en) * 2001-10-26 2003-05-07 Fuji Photo Film Co Ltd Laser heating microreactor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008081719A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Object physical quantity measuring method and control method
JP5077242B2 (en) * 2006-12-28 2012-11-21 住友電気工業株式会社 Method for measuring physical quantity of object and control method
WO2017222079A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 Okinawa Institute Of Science And Technology School Corporation Microheater integrated temperature controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension
EP3472589A4 (en) * 2016-06-21 2019-06-26 Okinawa Institute of Science and Technology School Corporation Microheater integrated temperature controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension
JP2019518959A (en) * 2016-06-21 2019-07-04 学校法人沖縄科学技術大学院大学学園 Micro-heater integrated temperature-controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension
US11009440B2 (en) 2016-06-21 2021-05-18 Okinawa Institute Of Science And Technology School Corporation Microheater integrated temperature controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension

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