JP2008008891A

JP2008008891A - Apparatus for controlling flow rate in microflow path, microchip apparatus comprising flow rate control apparatus, and flow rate control method

Info

Publication number: JP2008008891A
Application number: JP2007139632A
Authority: JP
Inventors: Boku Sen; 朴銭; Kazuhiro Kagawa; 和宏加川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-01-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for controlling the flow rate in a microflow path, which flexibly changes the flow rate, and also to provide a microchip apparatus comprising the apparatus and a flow rate control method for the microflow path. <P>SOLUTION: The apparatus for controlling the flow rate in the microflow path 11 comprises an electrode layer 3, an electrolyte layer 4, and a conductive polymer membrane 5, in this order. The conductive polymer membrane 5 is exposed to the microflow path 11, and the flow rate is controlled, by supplying electric current from the electrode layer 3 to the conductive polymer membrane 5 via the electrolyte layer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ流路に露出した導電性高分子膜を具備し、マイクロ流路の流量をフレキシブルに変化させることができる流量制御装置、流量制御装置を有するマイクロチップ装置及び流量制御方法に関する。 The present invention relates to a flow rate control device, a microchip device having a flow rate control device, and a flow rate control method that include a conductive polymer film exposed to a micro flow channel and can change the flow rate of the micro flow channel flexibly.

化学物質の合成や分析の高効率化を目的として、これらのシステムをチップ上に集積したマイクロチップの開発が盛んに行われている。マイクロチップは数ミリメートル〜数センチメートル程度の大きさの基板に10〜数100マイクロメートルの微小流路（マイクロ流路）が形成されたものである。このマイクロチップを用いることにより、数マイクロリットル又はそれ以下の量の反応液で、化学物質の合成や分析を行うことができる。 For the purpose of improving the efficiency of synthesis and analysis of chemical substances, microchips in which these systems are integrated on a chip are being actively developed. A microchip is a substrate having a size of about several millimeters to several centimeters formed with a microchannel (microchannel) of 10 to several hundreds of micrometers. By using this microchip, it is possible to synthesize and analyze chemical substances with a reaction solution of several microliters or less.

マイクロチップの使用目的はさまざまであるが、化学物質の分析を行う場合に、マイクロ流路を通過させるだけで、サンプルに含まれた水と油を分離できると、非常に便利である。また化学物質の合成をする場合にも、溶液中に含まれる水分を分離することにより、反応系から不純物を除去できると考えられる。マイクロチップに設けられる複数のマイクロ流路のうち一部を疎水性にし、残りを親水性にすると、このような油と水を分離するマイクロチップを得ることができる。 The purpose of use of the microchip is various, but when analyzing chemical substances, it is very convenient if water and oil contained in a sample can be separated by simply passing through a microchannel. Also, when synthesizing chemical substances, it is considered that impurities can be removed from the reaction system by separating water contained in the solution. When a part of the plurality of microchannels provided in the microchip is made hydrophobic and the rest is made hydrophilic, a microchip for separating such oil and water can be obtained.

特開2005-345279号（特許文献１）には、途中から２本に分岐したマイクロ流路を有するマイクロチップであって、分岐後の一方のマイクロ流路はフッ素、アルミニウム又はシリコンが添加された疎水性ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆され、他方は窒素が添加された親水性ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたものが記載されている。水と油を含む溶液をこのマイクロチップに流すと、水分は親水性ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたマイクロ流路を通過し、油分は疎水性ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたマイクロ流路を通過するので、水と油を分離することができる。しかし、ダイヤモンドライクカーボン膜で被覆されたマイクロ流路の場合、疎水性であるか親水性であるかは常に一定である。そのため、サンプル中の水と油の割合に応じて疎水性の流路と親水性の流路の比率を変えたり、特定の流路を疎水性又は親水性にしたりすることはできず、汎用性が低いという問題がある。 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-345279 (Patent Document 1) discloses a microchip having microchannels branched into two from the middle, and one microchannel after branching is added with fluorine, aluminum, or silicon It is described that it is coated with a hydrophobic diamond-like carbon film and the other is coated with a hydrophilic diamond-like carbon film to which nitrogen is added. When a solution containing water and oil is passed through the microchip, the water passes through the microchannel covered with the hydrophilic diamond-like carbon film, and the oil passes through the microchannel covered with the hydrophobic diamond-like carbon film. So water and oil can be separated. However, in the case of a microchannel covered with a diamond-like carbon film, whether it is hydrophobic or hydrophilic is always constant. Therefore, it is not possible to change the ratio of hydrophobic and hydrophilic channels according to the ratio of water and oil in the sample, or to make specific channels hydrophobic or hydrophilic. There is a problem that is low.

特開2005-345279号公報JP 2005-345279 A

従って本発明の目的は、マイクロ流路の流量をフレキシブルに変更できる流量制御装置、係る装置を有するマイクロチップ装置及びマイクロ流路の流量制御方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a flow rate control device capable of flexibly changing the flow rate of a microchannel, a microchip device having such a device, and a microchannel flow rate control method.

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、マイクロ流路に導電性高分子膜を露出させ、導電性高分子膜に通電することによってその酸化還元状態を変化させると、マイクロ流路の親水・疎水特性が変化し、流量を制御できることを発見し、本発明に想到した。 As a result of diligent research in view of the above object, the present inventors exposed the conductive polymer film to the microchannel and changed the redox state by energizing the conductive polymer film. The present inventors have discovered that the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the material can be changed and the flow rate can be controlled.

すなわち、本発明の流量制御装置は、マイクロ流路用であって、電極層と、電解質層と、導電性高分子膜とをこの順に有し、前記導電性高分子膜は前記マイクロ流路に露出しており、前記電極層から前記電解質層を介して前記導電性高分子膜に通電されることによって流量が制御されることを特徴とする。 That is, the flow control device of the present invention is for a micro flow path, and has an electrode layer, an electrolyte layer, and a conductive polymer film in this order, and the conductive polymer film is disposed in the micro flow path. It is exposed and the flow rate is controlled by energizing the conductive polymer film from the electrode layer through the electrolyte layer.

前記電極層から通電されると、前記電解質層と前記導電性高分子膜との間でイオンの移動が生じるのが好ましい。また導電性高分子膜の親水・疎水特性の変化によって、流量が制御されるのが好ましい。前記導電性高分子膜は、ポリピロールからなる膜であるのが好ましい。 It is preferable that ions move between the electrolyte layer and the conductive polymer film when energized from the electrode layer. The flow rate is preferably controlled by changing the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the conductive polymer film. The conductive polymer film is preferably a film made of polypyrrole.

本発明のマイクロチップ装置は、本発明の流量制御装置を有するもので、前記マイクロ流路に接続されたシリンジと、前記シリンジのピストンに連結されたリニアアクチュエータとをさらに具備し、前記リニアアクチュエータは導電性高分子からなる圧粉体を有し、前記圧粉体に通電されることによって前記リニアアクチュエータが駆動され、前記ピストンが動かされることを特徴とする。 The microchip device of the present invention includes the flow rate control device of the present invention, and further includes a syringe connected to the microchannel and a linear actuator connected to a piston of the syringe, It has a green compact made of a conductive polymer, and when the green compact is energized, the linear actuator is driven and the piston is moved.

本発明の流量制御方法は、基板に形成されたマイクロ流路に電極層、電解質層及び導電性高分子膜をこの順に設け、前記電極層によって前記電解質層を介して前記導電性高分子膜に通電することにより、前記導電性高分子膜の親水・疎水特性を変化させ、もって前記マイクロ流路の流量を制御することを特徴とする。 According to the flow rate control method of the present invention, an electrode layer, an electrolyte layer, and a conductive polymer film are provided in this order in a microchannel formed on a substrate, and the conductive polymer film is formed by the electrode layer through the electrolyte layer. By supplying electricity, the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the conductive polymer film are changed, thereby controlling the flow rate of the microchannel.

本発明の流量制御装置を用いると、導電性高分子膜と電極層との間に印加した電圧に対応した量でマイクロ流路の流量を変化させることができる。マイクロ流路に設けた導電性高分子膜に印加する電圧を変更するだけで、マイクロ流路の流量をフレキシブルに制御できる本発明の流量制御方法は、非常に汎用性が高い。 When the flow rate control device of the present invention is used, the flow rate of the microchannel can be changed by an amount corresponding to the voltage applied between the conductive polymer film and the electrode layer. The flow rate control method of the present invention that can flexibly control the flow rate of the microchannel simply by changing the voltage applied to the conductive polymer film provided in the microchannel is very versatile.

[1] マイクロチップ
図１は、本発明の流量制御装置が取り付けられたマイクロチップの一例を示す。マイクロチップ１の基板10に設けられたマイクロ流路11は、第一及び第二の流路11a，11bに分岐している。基板10の材料は、一般的にはシリコン、樹脂、ガラス、石英、セラミック、サファイア等である。溶媒耐性や、耐熱性の観点で好ましい基板10の材料は、パイレックス（登録商標）等の耐熱ガラスである。ガラス基板は高い透明度を有するので、分光学的分析に用いるマイクロチップ１の場合、特に好ましい。 [1] Microchip FIG. 1 shows an example of a microchip to which a flow control device of the present invention is attached. A micro flow path 11 provided on the substrate 10 of the microchip 1 is branched into first and second flow paths 11a and 11b. The material of the substrate 10 is generally silicon, resin, glass, quartz, ceramic, sapphire, or the like. A preferable material of the substrate 10 from the viewpoint of solvent resistance and heat resistance is heat-resistant glass such as Pyrex (registered trademark). Since the glass substrate has high transparency, the microchip 1 used for spectroscopic analysis is particularly preferable.

マイクロ流路11はフォトマスクを用いたフォトレジスト法、ウェットエッチング法、型押し加工法、射出成形法、レーザー加工法、ドライエッチング法、ビーム加工法等によって基板10に形成される。マイクロ流路11の幅は一般的な範囲であればよく１〜600μmであるのが好ましく、10〜300μmであるのがより好ましい。またマイクロ流路11の深さ（又は高さ）も一般的な範囲であればよいが、流量制御のし易さの観点で、0.1〜2000μmであるのが好ましく、10〜500μmであるのがより好ましい。第一及び第二の流路11a，11bには、マイクロ流路11の分岐部に接するように、それぞれ流量制御装置2a，2bが取り付けられる。 The microchannel 11 is formed on the substrate 10 by a photoresist method using a photomask, a wet etching method, a die pressing method, an injection molding method, a laser processing method, a dry etching method, a beam processing method, or the like. The width of the microchannel 11 may be in a general range, preferably 1 to 600 μm, and more preferably 10 to 300 μm. The depth (or height) of the microchannel 11 may be in a general range, but is preferably 0.1 to 2000 μm, and preferably 10 to 500 μm from the viewpoint of easy flow control. More preferred. Flow control devices 2a and 2b are attached to the first and second flow paths 11a and 11b so as to be in contact with the branch portions of the micro flow path 11, respectively.

図２は図１のA部を示す斜視図であり、図３は図１のX-X断面図である。図２及び３に示すように、マイクロチップ１は流量制御装置2a，2bが設けられた概略板状の第一の基板1aと、下面に溝が設けられた第二の基板1bが接合されたものである。流量制御装置2a，2bは、基材S上に電極層３、電解質層４及び導電性高分子膜５をこの順に有する。第一及び第二の基板1a，1bの一方の接合面に、必要に応じてマイクロ流路11の密封を確実にするシリコンゴム等のシール層12を設けても良い。 2 is a perspective view showing a portion A of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along line XX of FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the microchip 1 has a substantially plate-like first substrate 1a provided with flow control devices 2a and 2b and a second substrate 1b provided with a groove on the lower surface. Is. The flow rate control devices 2a and 2b have an electrode layer 3, an electrolyte layer 4, and a conductive polymer film 5 on the substrate S in this order. A sealing layer 12 made of silicon rubber or the like for ensuring the sealing of the microchannel 11 may be provided on one of the joint surfaces of the first and second substrates 1a and 1b as necessary.

電極層３は白金、金、銀、銅、ニッケル、カーボン等のような一般的な電極材料からなればよい。電極層３には導電線30が接続される。電解質層４は、形状を保持しつつ導電性高分子膜５にイオンを供給できるように、ゲル状であるのが好ましい。電解質層４の好ましい厚さは0.1〜2000μmである。厚さが0.1μm未満であると、電極層３から導電性高分子膜５に電流が短絡し易すぎる。2000μm超としても、流量制御装置2a，2bが厚くなるだけで、流量制御機能は変化しない。好ましい電解質層４の例としてポリアクリルアミド及び／又はポリエチレングリコールに塩を分散させたものや、塩を含有する寒天溶液をゲル化したものものが挙げられる。電解質層４に含まれる塩の例として塩化ナトリウム、NaPF₆、p-トルエンスルホン酸ナトリウム及び過塩素酸ナトリウムが挙げられる。 The electrode layer 3 may be made of a general electrode material such as platinum, gold, silver, copper, nickel, carbon or the like. A conductive wire 30 is connected to the electrode layer 3. The electrolyte layer 4 is preferably in the form of a gel so that ions can be supplied to the conductive polymer film 5 while maintaining the shape. A preferable thickness of the electrolyte layer 4 is 0.1 to 2000 μm. When the thickness is less than 0.1 μm, the current is easily short-circuited from the electrode layer 3 to the conductive polymer film 5. Even if it exceeds 2000 μm, only the flow control devices 2a and 2b become thick, and the flow control function does not change. Preferred examples of the electrolyte layer 4 include those obtained by dispersing a salt in polyacrylamide and / or polyethylene glycol, and those obtained by gelling an agar solution containing a salt. Examples of the salt contained in the electrolyte layer 4 include sodium chloride, NaPF ₆ , sodium p-toluenesulfonate, and sodium perchlorate.

導電性高分子膜５はマイクロ流路11に露出し、マイクロ流路11を通過する流体Lに接触する。導電性高分子膜５には導電線50が接続されており、電極層３との間で通電可能である。導電性高分子膜５の厚さは0.1〜2000μmであるのが好ましい。0.1μm未満の導電性高分子膜５は、取扱いが難し過ぎる。2000μm超の導電性高分子膜５は、電極層３によって通電されたときに、疎水性又は親水性に変化するのが遅過ぎる。導電性高分子膜５を構成する導電性高分子は共役構造を有するのが好ましい。具体的にはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン及びこれらの誘導体が好ましく、ポリピロール及びその誘導体がより好ましい。 The conductive polymer film 5 is exposed to the microchannel 11 and contacts the fluid L passing through the microchannel 11. A conductive wire 50 is connected to the conductive polymer film 5 and can be energized with the electrode layer 3. The thickness of the conductive polymer film 5 is preferably 0.1 to 2000 μm. The conductive polymer film 5 of less than 0.1 μm is too difficult to handle. The conductive polymer film 5 exceeding 2000 μm is too slow to change to hydrophobic or hydrophilic when energized by the electrode layer 3. The conductive polymer constituting the conductive polymer film 5 preferably has a conjugated structure. Specifically, polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyacetylene and derivatives thereof are preferable, and polypyrrole and derivatives thereof are more preferable.

導電性高分子膜５はドーパントを含有するのが好ましい。ドーパントはp型でもn型でも良く、一般的なものを使用することができる。p型ドーパントとしてはハロゲン（例えばCl₂、Br₂、I₂、ICl、ICl₃、IBr及びIF₃）、ルイス酸（例えばPF₅、PF₆、BF₄、AsF₅及びSbF₅）、硫酸、硝酸、過塩素酸、有機酸（例えばp-トルエンスルホン酸）並びに遷移金属塩（例えば三塩化鉄、四塩化チタン、硫酸鉄、硝酸鉄、過塩素酸鉄、リン酸鉄、スルホン酸鉄、臭化鉄、水酸化鉄、硝酸銅、硫酸銅及び塩化銅）が挙げられる。n型ドーパントとしてはアルカリ金属（例えばLi、Na、K、Rb及びCs）、アルカリ土類金属（例えばBe、Mg、Ca、Sc及びBa）、Ag、Eu及びYbが挙げられる。ドーパントを含有する導電性高分子膜５は、モノマー及びドーパントを含有する電解液に正極及び負極を浸漬させ、両極間に通電する方法（電解重合法）によって作製することができる。 The conductive polymer film 5 preferably contains a dopant. The dopant may be p-type or n-type, and a general dopant can be used. p-type dopants include halogens (eg Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ , ICl, ICl ₃ , IBr and IF ₃ ), Lewis acids (eg PF ₅ , PF ₆ , BF ₄ , AsF ₅ and SbF ₅ ), sulfuric acid, Nitric acid, perchloric acid, organic acid (eg p-toluenesulfonic acid) and transition metal salts (eg iron trichloride, titanium tetrachloride, iron sulfate, iron nitrate, iron perchlorate, iron phosphate, iron sulfonate, odor Iron, iron hydroxide, copper nitrate, copper sulfate and copper chloride). Examples of the n-type dopant include alkali metals (for example, Li, Na, K, Rb, and Cs), alkaline earth metals (for example, Be, Mg, Ca, Sc, and Ba), Ag, Eu, and Yb. The conductive polymer film 5 containing a dopant can be produced by a method (electrolytic polymerization method) in which a positive electrode and a negative electrode are immersed in an electrolytic solution containing a monomer and a dopant, and current is passed between both electrodes.

導電性高分子膜５がドーパントとしてp-トルエンスルホン酸を含有するポリピロール膜であり、電解質層４が塩化ナトリウムを含有する寒天である場合を例にとって、通電によって導電性高分子膜５に生じる変化を説明する。 Taking the case where the conductive polymer film 5 is a polypyrrole film containing p-toluenesulfonic acid as a dopant and the electrolyte layer 4 is agar containing sodium chloride as an example, changes that occur in the conductive polymer film 5 due to energization Will be explained.

図５(a) に示すように、導電性高分子膜５の酸化状態では、ポリピロール鎖には正電荷があるので、p-トルエンスルホン酸やその他の陰イオンが電気的中性のためにポリピロール鎖の近くに存在する。この電荷の存在のため、導電性高分子膜５は親水性である。この導電性高分子膜５に通電して中性にすると、図５(b)に示すようにポリピロール鎖に電荷がなくなり、導電性高分子膜５は疎水性になる。導電性高分子膜５をさらに還元しても、ポリピロール鎖の周りにあるイオンの状態はほとんど変化せず、導電性高分子膜５は疎水性のままである。導電性高分子膜５を再び酸化状態にすると、ポリピロール鎖は再び正電荷を帯びた状態になるため、電解質層４から塩化物イオンが供給される（図５(c) ）。このため、導電性高分子膜５は親水性になる。すなわち、この導電性高分子膜５は、通電により中性又は還元状態にすることによって疎水性になり、酸化状態にすることによって親水性になる。 As shown in FIG. 5 (a), in the oxidized state of the conductive polymer film 5, the polypyrrole chain has a positive charge, so that p-toluenesulfonic acid and other anions are polyneutral due to electrical neutrality. Present near the chain. Due to the presence of this electric charge, the conductive polymer film 5 is hydrophilic. When the conductive polymer film 5 is neutralized by energization, the polypyrrole chain loses charge as shown in FIG. 5B, and the conductive polymer film 5 becomes hydrophobic. Even if the conductive polymer film 5 is further reduced, the state of ions around the polypyrrole chain hardly changes, and the conductive polymer film 5 remains hydrophobic. When the conductive polymer film 5 is brought into the oxidized state again, the polypyrrole chain becomes positively charged again, so that chloride ions are supplied from the electrolyte layer 4 (FIG. 5 (c)). For this reason, the conductive polymer film 5 becomes hydrophilic. That is, the conductive polymer film 5 becomes hydrophobic when it is neutralized or reduced by energization, and becomes hydrophilic when it is oxidized.

マイクロ流路11に露出した導電性高分子膜５を酸化状態にすると、親水性流体はマイクロ流路11を通過できる一方、疎水性流体は導電性高分子膜５の表面張力抵抗を超える圧力で流れていない限り、マイクロ流路11を通過できない。本明細書中、「親水性流体」とは、水を溶媒又は分散剤とした流体の他、水と十分に混ざり合う有機溶剤を溶媒又は分散媒とした流体をいう。水と混ざり合う有機溶剤としては、メタノール、エタノール、ギ酸、酢酸、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン等が挙げられ、その炭素数は１〜３程度が好ましい。「疎水性流体」とは、水とほとんど混ざり合わない溶剤を溶媒又は分散媒とした流体をいい、概ね炭素数が４以上の有機溶剤である。導電性高分子膜５を酸化状態にした場合、表面張力抵抗以下の圧力でマイクロ流路11を流れる疎水性流体に対しては、導電性高分子膜５は閉バルブとして働く。表面張力抵抗を超える圧力で疎水性流体はマイクロ流路11を通過するが、印加電圧に比例して酸化状態になった導電性高分子膜５は親水性流体の通過の抵抗となる。従って、印加電圧によって導電性高分子膜５の親水・疎水特性を変化させることで、疎水性流体の流量を制御できる。 When the conductive polymer film 5 exposed to the microchannel 11 is oxidized, the hydrophilic fluid can pass through the microchannel 11 while the hydrophobic fluid is at a pressure exceeding the surface tension resistance of the conductive polymer film 5. Unless it flows, it cannot pass through the microchannel 11. In the present specification, the “hydrophilic fluid” refers to a fluid using an organic solvent sufficiently mixed with water as a solvent or a dispersion medium, in addition to a fluid using water as a solvent or a dispersant. Examples of the organic solvent mixed with water include methanol, ethanol, formic acid, acetic acid, formaldehyde, acetaldehyde, acetone, and the like. The “hydrophobic fluid” refers to a fluid using a solvent or dispersion medium that is a solvent that hardly mixes with water, and is an organic solvent having approximately 4 or more carbon atoms. When the conductive polymer film 5 is in an oxidized state, the conductive polymer film 5 functions as a closed valve for the hydrophobic fluid flowing through the microchannel 11 at a pressure equal to or lower than the surface tension resistance. Hydrophobic fluid passes through the microchannel 11 at a pressure exceeding the surface tension resistance, but the conductive polymer film 5 in an oxidized state in proportion to the applied voltage has resistance to passage of the hydrophilic fluid. Therefore, the flow rate of the hydrophobic fluid can be controlled by changing the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the conductive polymer film 5 according to the applied voltage.

逆にマイクロ流路11に露出した導電性高分子膜５を中性又は還元状態にすると、疎水性流体はマイクロ流路11を通過できる一方、親水性流体は導電性高分子膜５の表面張力抵抗を超える圧力を有さない限り、マイクロ流路11を通過できない。従って、中性又は還元状態にした導電性高分子膜５は、表面張力抵抗以下の圧力の親水性流体に対して閉バルブとして働く。表面張力抵抗を超える圧力の親水性流体はマイクロ流路11を通過するが、印加電圧に比例して還元状態になった導電性高分子膜５は親水性流体の通過に抵抗する。従って、印加電圧によって導電性高分子膜５の親水・疎水特性を変化させることで、親水性流体の流量を制御できる。 Conversely, when the conductive polymer film 5 exposed to the microchannel 11 is in a neutral or reduced state, the hydrophobic fluid can pass through the microchannel 11, while the hydrophilic fluid is the surface tension of the conductive polymer film 5. Unless the pressure exceeds the resistance, the microchannel 11 cannot be passed. Therefore, the conductive polymer film 5 in a neutral or reduced state serves as a closed valve for a hydrophilic fluid having a pressure equal to or lower than the surface tension resistance. A hydrophilic fluid having a pressure exceeding the surface tension resistance passes through the microchannel 11, but the conductive polymer film 5 in a reduced state in proportion to the applied voltage resists the passage of the hydrophilic fluid. Therefore, the flow rate of the hydrophilic fluid can be controlled by changing the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the conductive polymer film 5 according to the applied voltage.

図１に示すマイクロチップ１によってサンプルに含まれる親水性流体と疎水性流体を分離する場合、例えば第一の流量制御装置2aの導電性高分子膜５を酸化することによって親水性にし、第二の流量制御装置2bの導電性高分子膜５を還元することによって疎水性にし、導入口110から親水性流体と疎水性流体の混合物をマイクロ流路11に流す。導電性高分子膜５を酸化するには導電性高分子膜５が正極となって電極層３が負極となるように通電し、還元するには、その逆向きに通電する。サンプルに含まれる親水性流体成分は第一の流路11aを通過するが、第二の流路11bを通過せず、疎水性流体成分は第二の流路11bを通過するが第一の流路11aを通過しない。したがって、親水性流体と疎水性流体を分離することができる。もちろん、第一及び第二の流量制御装置2a，2bに上述と逆向きに通電すれば、第一及び第二の流路11a，11bを通過する成分を反対にすることができる。 When the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid contained in the sample are separated by the microchip 1 shown in FIG. 1, for example, the conductive polymer film 5 of the first flow control device 2a is oxidized to be hydrophilic, and the second The conductive polymer film 5 of the flow rate control device 2b is made hydrophobic by reducing, and a mixture of the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid is caused to flow from the introduction port 110 to the microchannel 11. In order to oxidize the conductive polymer film 5, current is passed so that the conductive polymer film 5 serves as a positive electrode and the electrode layer 3 serves as a negative electrode. The hydrophilic fluid component contained in the sample passes through the first channel 11a, but does not pass through the second channel 11b, and the hydrophobic fluid component passes through the second channel 11b but does not pass through the first channel 11b. Do not pass through road 11a. Therefore, the hydrophilic fluid and the hydrophobic fluid can be separated. Of course, if the first and second flow control devices 2a and 2b are energized in the opposite directions, the components passing through the first and second flow paths 11a and 11b can be reversed.

導電性高分子膜５を中性又は還元状態にすることで、導電性高分子膜５が親水性になる場合もある。図６(a) に示すように、導電性高分子膜５に含まれるドーパントが長い疎水基を有する有機酸の場合、ポリピロール鎖が正電荷を帯びていると、ドーパントの長い疎水基がポリピロール鎖の近くにある。このため、この導電性高分子膜５は酸化状態において疎水性である。導電性高分子膜５を中性又は還元状態にすると、長い疎水基を有する有機酸はポリピロール鎖から遠ざかり、電解質層４から供給されたナトリウムイオンによって中和される（図６(b)）。ポリピロール鎖に電荷が無いことより、ドーパントのイオン的な作用が優勢であるために、この導電性高分子膜５は中性又は還元状態のときに親水性である。 By making the conductive polymer film 5 neutral or reduced, the conductive polymer film 5 may become hydrophilic. As shown in FIG. 6 (a), when the dopant contained in the conductive polymer film 5 is an organic acid having a long hydrophobic group, if the polypyrrole chain is positively charged, the long hydrophobic group of the dopant becomes a polypyrrole chain. Near. For this reason, the conductive polymer film 5 is hydrophobic in the oxidized state. When the conductive polymer film 5 is neutral or reduced, the organic acid having a long hydrophobic group moves away from the polypyrrole chain and is neutralized by sodium ions supplied from the electrolyte layer 4 (FIG. 6B). Since the ionic action of the dopant is dominant due to the absence of charge in the polypyrrole chain, the conductive polymer film 5 is hydrophilic when in a neutral or reduced state.

導電性高分子膜５の酸化還元状態は印加された電圧によって連続的に変化するから、親水性又は疎水性の程度も連続的に変化する。したがって、印加電圧によって導電性高分子膜５の親水性又は疎水性のレベルを調整し、マイクロ流路11を通過するサンプルの流量を制御することができる。 Since the redox state of the conductive polymer film 5 continuously changes according to the applied voltage, the degree of hydrophilicity or hydrophobicity also changes continuously. Therefore, the level of the hydrophilicity or hydrophobicity of the conductive polymer film 5 can be adjusted by the applied voltage, and the flow rate of the sample passing through the microchannel 11 can be controlled.

[2] マイクロチップの製造方法
図１〜４に示すマイクロチップ１を製造する方法の一例を説明する。まず基材Sにマスクをして金属を蒸着するなどの方法により、電極層３及び導電線30を基材S上に設ける。次いで、基材S全面をフォトレジストのような樹脂で被覆することによって絶縁層６を形成した後、電極層３の上に形成した絶縁層６をエッチングする。エッチングによって形成した穴に電解質溶液を充填した後、電解質溶液をゾル化又はゲル化し、電解質層４を得る。電解重合によって作製した導電性高分子膜５で被覆すると、第一の基板1aが得られる。電解質層４が流体Lに接触すると、電解質が流体Lに溶け出してしまうので、電解質層４はマイクロ流路11に露出しないように導電性高分子膜５によって覆われる。 [2] Microchip Manufacturing Method An example of a method for manufacturing the microchip 1 shown in FIGS. First, the electrode layer 3 and the conductive wire 30 are provided on the substrate S by a method such as masking the substrate S and depositing metal. Next, after the insulating layer 6 is formed by covering the entire surface of the substrate S with a resin such as a photoresist, the insulating layer 6 formed on the electrode layer 3 is etched. After filling the hole formed by the etching with the electrolyte solution, the electrolyte solution is made into a sol or gel to obtain the electrolyte layer 4. When covered with the conductive polymer film 5 produced by electrolytic polymerization, the first substrate 1a is obtained. When the electrolyte layer 4 comes into contact with the fluid L, the electrolyte is dissolved into the fluid L, so that the electrolyte layer 4 is covered with the conductive polymer film 5 so as not to be exposed to the microchannel 11.

第二の基板1bにエッチングによりマイクロ流路11を形成するとともに、蒸着法等により導電性高分子膜５用の導電線50を設ける。図４に示すように、マイクロ流路11が導電性高分子膜５に対向するように第一の基板1aと第二の基板1bを接合すると、導電線50は導電性高分子膜５に接触する。第一の基板1aと第二の基板1bを圧着しても良い。 The micro flow path 11 is formed on the second substrate 1b by etching, and the conductive wire 50 for the conductive polymer film 5 is provided by vapor deposition or the like. As shown in FIG. 4, when the first substrate 1 a and the second substrate 1 b are bonded so that the microchannel 11 faces the conductive polymer film 5, the conductive wire 50 contacts the conductive polymer film 5. To do. The first substrate 1a and the second substrate 1b may be pressure bonded.

[3] マイクロチップ装置
図７は、本発明のマイクロチップ装置の一例を示す。このマイクロチップ装置は、マイクロチップ１と、マイクロチップ１の導入口110に接続された流体供給装置100と、マイクロチップ１のマイクロ流路11に取り付けられた流量制御装置2a，2bとを具備する。図７に示すマイクロチップ１及びマイクロチップ１に取り付けられた流量制御装置2a，2bは、図１〜４に示す例と同じであるので、相違点である流体供給装置100のみ説明する。 [3] Microchip Device FIG. 7 shows an example of the microchip device of the present invention. The microchip device includes a microchip 1, a fluid supply device 100 connected to the introduction port 110 of the microchip 1, and flow rate control devices 2 a and 2 b attached to the microchannel 11 of the microchip 1. . Since the microchip 1 shown in FIG. 7 and the flow rate control devices 2a and 2b attached to the microchip 1 are the same as the examples shown in FIGS. 1 to 4, only the fluid supply device 100 which is the difference will be described.

流体供給装置100は、シリンダ71及びその中で摺動するピストン72からなるシリンジ７と、ピストン72を移動させるリニアアクチュエータ８と、シリンジ７に接続された流体Lの保管部９とを有する。ピストン72の運動によって流体Lはシリンダ71から出たり入ったりする。シリンダ71は導管73によってマイクロチップ１に接続され、導管90によって保管部９に接続されており、保管部９から導管90を通ってシリンジ７に供給された流体Lは、導管73を通ってマイクロチップ１に入る。導管73，90にはそれぞれ第一及び第二のバルブV₁，V₂が設けられている。 The fluid supply apparatus 100 includes a cylinder 7 and a syringe 7 including a piston 72 that slides therein, a linear actuator 8 that moves the piston 72, and a storage unit 9 for the fluid L connected to the syringe 7. The movement of the piston 72 causes the fluid L to enter and exit from the cylinder 71. The cylinder 71 is connected to the microchip 1 by a conduit 73, and is connected to the storage unit 9 by a conduit 90. The fluid L supplied from the storage unit 9 to the syringe 7 through the conduit 90 passes through the conduit 73 to the microchip. Enter chip 1. The conduits 73 and 90 are provided with first and second valves V ₁ and V ₂ , respectively.

リニアアクチュエータ８はセル80と、セル80に収容され、セル80の長手方向に伸縮する積層体81と、セル80内に積層体81と平行に設けられた対極82と、セル80に充填されたイオン供給体83とからなる。積層体81は、作用電極81aを介して、導電性粉末を圧縮した圧粉体81b及び多孔質スペーサ81cを交互に積層し、接着したものである。積層体81の一端はセル80に接着されており、他端はシリンジ７のピストン72の駆動棒84に連結している。積層体81が伸縮すると、駆動棒84が動いてピストン72がシリンダ71内で摺動する。 The linear actuator 8 is filled in the cell 80, the stacked body 81 accommodated in the cell 80 and extending and contracting in the longitudinal direction of the cell 80, the counter electrode 82 provided in the cell 80 in parallel with the stacked body 81, and the cell 80. An ion supplier 83. The laminate 81 is obtained by alternately laminating and adhering a green compact 81b obtained by compressing a conductive powder and a porous spacer 81c via a working electrode 81a. One end of the laminate 81 is bonded to the cell 80, and the other end is connected to the drive rod 84 of the piston 72 of the syringe 7. When the stacked body 81 expands and contracts, the drive rod 84 moves and the piston 72 slides in the cylinder 71.

各圧粉体81bの好ましい厚さは、一般的には0.1〜20 mmである。厚さ0.1 mm未満であると、割れ易く取扱いが難しすぎる。厚さ20 mm超であると、イオン供給体83からイオン等を吸収及び放出するのが遅過ぎて、圧粉体81bの応答性が悪過ぎる。 A preferable thickness of each green compact 81b is generally 0.1 to 20 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, it is easy to break and difficult to handle. If the thickness exceeds 20 mm, the absorption and release of ions and the like from the ion supplier 83 are too slow, and the responsiveness of the green compact 81b is too bad.

圧粉体81bを作製するには、例えば錠剤用製錠器に導電性粉末を入れた後、製錠器内を減圧し、700〜900 MPaで３〜10分程度加圧する。導電性粉末の電気抵抗は、10^-4Ω〜１MΩであるのが好ましい。本明細書中、導電性粉末の電気抵抗は、電極間隔1.5 mmの４端子法によって測定した値とする。電気抵抗が１MΩ超であると、導電性が小さすぎてリニアアクチュエータの効率が悪すぎる。電気抵抗が10^-4Ω未満のものは作製困難である。 In order to produce the green compact 81b, for example, the conductive powder is put in a tablet tableting machine, and then the inside of the tableting machine is decompressed and pressurized at 700 to 900 MPa for about 3 to 10 minutes. The electric resistance of the conductive powder is preferably 10 ⁻⁴ Ω to 1 MΩ. In this specification, the electric resistance of the conductive powder is a value measured by a four-terminal method with an electrode spacing of 1.5 mm. If the electrical resistance exceeds 1 MΩ, the conductivity is too small and the efficiency of the linear actuator is too bad. It is difficult to produce one having an electric resistance of less than 10 ⁻⁴ Ω.

導電性粉末は導電性高分子及びドーパントを含有する。好ましい導電性高分子及びドーパントの例は、上述の導電性高分子膜５と同じである。導電性高分子及びドーパントの外に、金属（例えば鉄、銅、ニッケル、チタン、亜鉛、クロム、アルミニウム、コバルト、金、白金、銀、マンガン、タングステン、パラジウム、ルテニウム及びジルコニウム）、金属塩（例えば三塩化鉄及び塩化銅）、カーボン等を含有するのが好ましい。好ましい導電性粉末及びその製造方法については、特開2005-124293号に詳細に記載されている。 The conductive powder contains a conductive polymer and a dopant. Examples of preferable conductive polymer and dopant are the same as those of the conductive polymer film 5 described above. In addition to conductive polymers and dopants, metals (eg, iron, copper, nickel, titanium, zinc, chromium, aluminum, cobalt, gold, platinum, silver, manganese, tungsten, palladium, ruthenium and zirconium), metal salts (eg, It is preferable to contain iron trichloride and copper chloride), carbon and the like. A preferable conductive powder and a method for producing the same are described in detail in JP-A-2005-124293.

作用電極81aは接着剤で圧粉体81bに接合されても良いし、化学めっき、電気めっき、真空蒸着等によって圧粉体11上に形成されても良い。３つの作用電極81a及び対極82は電源85に接続されている。電源85の両側にはスイッチ86，86が設けられており、作用電極81a及び対極82への通電方向を切り替えられるようになっている。 The working electrode 81a may be bonded to the green compact 81b with an adhesive, or may be formed on the green compact 11 by chemical plating, electroplating, vacuum deposition, or the like. The three working electrodes 81a and the counter electrode 82 are connected to a power source 85. Switches 86, 86 are provided on both sides of the power supply 85 so that the energization direction to the working electrode 81a and the counter electrode 82 can be switched.

イオン供給体83は、導電性粉末に供給するイオンを含有し、導電性を有する。イオン供給体83が含有する溶媒及び／又は分散媒は、水、極性有機溶剤又はイオン性液体であるのが好ましい。溶媒及び／又は分散媒が水、極性有機溶剤又はイオン性液体であると、流体Lは大きな導電性を示す。溶媒が水の場合、電解質水溶液の濃度は0.01〜５mol/L程度であるのが好ましい。 The ion supplier 83 contains ions to be supplied to the conductive powder and has conductivity. The solvent and / or dispersion medium contained in the ion supplier 83 is preferably water, a polar organic solvent, or an ionic liquid. When the solvent and / or the dispersion medium is water, a polar organic solvent, or an ionic liquid, the fluid L exhibits high conductivity. When the solvent is water, the concentration of the aqueous electrolyte solution is preferably about 0.01 to 5 mol / L.

流体供給装置100によってマイクロ流路11に流体Lを供給するには、図８(a) に示すように、第一のバルブV₁を開き、第二のバルブV₂を閉じ、作用電極81aが正極となって対極82が負極となるようにこれらの間に通電する。圧粉体81bに含まれる導電性高分子は酸化され、イオン供給体83を取り入れて膨張する。これによりピストン72がマイクロチップ１の方へと動き、流体Lはシリンダ71から押し出され、導管73を通ってマイクロチップ１のマイクロ流路11に入る。 To supply fluid L into the microchannel 11 by the fluid supply device 100, as shown in FIG. 8 (a), first open first valve V _1, closing the second valve V _2, the working electrode 81a Electricity is passed between them so that the counter electrode 82 becomes a negative electrode. The conductive polymer contained in the green compact 81b is oxidized and expands by taking in the ion supplier 83. As a result, the piston 72 moves toward the microchip 1 and the fluid L is pushed out of the cylinder 71 and enters the microchannel 11 of the microchip 1 through the conduit 73.

シリンダ71に流体Lを供給するには、図８(b) に示すように、第一のバルブV₁が閉じ、第二のバルブV₂が開いた状態で、スイッチ86，86を切り替えて作用電極81aが負極となって対極82が正極となるようにこれらの間に通電する。この通電により、圧粉体81bに含まれる導電性高分子は還元され、圧粉体81bはイオン供給体83を放出して収縮する。これによりピストン72はリニアアクチュエータ８の方へと動き、流体Lは導管90を通ってシリンダ71に流入する。 To supply fluid L to the cylinder 71, as shown in FIG. 8 (b), the first valve V ₁ is closed, with the second valve V ₂ is opened by switching the switch 86 effects Electricity is passed between them so that the electrode 81a becomes a negative electrode and the counter electrode 82 becomes a positive electrode. By this energization, the conductive polymer contained in the green compact 81b is reduced, and the green compact 81b shrinks by releasing the ion supplier 83. As a result, the piston 72 moves toward the linear actuator 8, and the fluid L flows into the cylinder 71 through the conduit 90.

ピストン72が動く距離は積層体81の伸縮量と同じであり、伸縮量は作用電極81aと対極82に印加された電圧の大きさに比例する。したがって、作用電極81aと対極82の間に印加する電圧によって流体Lの供給量を決定することができる。積層体81の伸縮に必要とされる印加電圧は、その伸縮量や圧粉体81bとイオン供給体83の電気抵抗によって異なるが、概ね0.1〜1.5 Vである。なお圧粉体81bを膨張させて積層体81を伸張させるために作用電極81aと対極82の間にどちら向きで通電するかは、導電性高分子やイオン供給体83の種類によって決まる。 The distance that the piston 72 moves is the same as the amount of expansion / contraction of the laminate 81, and the amount of expansion / contraction is proportional to the magnitude of the voltage applied to the working electrode 81a and the counter electrode 82. Therefore, the supply amount of the fluid L can be determined by the voltage applied between the working electrode 81a and the counter electrode 82. The applied voltage required for the expansion / contraction of the laminate 81 varies depending on the expansion / contraction amount and the electrical resistance of the green compact 81b and the ion supplier 83, but is generally 0.1 to 1.5V. Note that in which direction the energization is performed between the working electrode 81a and the counter electrode 82 in order to expand the green body 81b by expanding the green compact 81b depends on the type of the conductive polymer and the ion supplier 83.

図９は、本発明のマイクロチップ装置の別の例を示す。このマイクロチップ装置は３つのシリンジ7a，7b，7cを有し、各シリンジ7a，7b，7cからマイクロ流路11a，11b，11cに流体La，Lb，Lcが供給される以外、図７及び８に示す例とほぼ同じであるので、相違点のみ以下に説明する。 FIG. 9 shows another example of the microchip device of the present invention. This microchip device has three syringes 7a, 7b, and 7c, and the fluids La, Lb, and Lc are supplied from the syringes 7a, 7b, and 7c to the microchannels 11a, 11b, and 11c, respectively. Therefore, only the difference will be described below.

マイクロチップ１は、導入側に３つのマイクロ流路11a，11b，11cを有するが、これらは順次合体して一本の流路となる。まずマイクロ流路11aがマイクロ流路11bと合体して合流路11dとなり、それにマイクロ流路11cが合体して合流路11eとなる。このマイクロチップ１を使用すると、マイクロ流路11a，11b，11cに異なる流体La，Lb，Lcを供給し、これらを順次合流させることができる。したがって、このマイクロチップ１は例えば３種の化学種a，b，cを順次反応させるような合成に好適である。マイクロ流路11cと合流路11dには、それぞれ流量制御装置2c，2dが取り付けられている。 The microchip 1 has three micro flow paths 11a, 11b, and 11c on the introduction side, but these are sequentially combined to form one flow path. First, the micro flow path 11a is combined with the micro flow path 11b to form the combined flow path 11d, and the micro flow path 11c is combined with it to form the combined flow path 11e. When this microchip 1 is used, different fluids La, Lb, and Lc can be supplied to the microchannels 11a, 11b, and 11c, and these can be sequentially joined. Therefore, the microchip 1 is suitable for synthesis in which, for example, three kinds of chemical species a, b, and c are sequentially reacted. Flow control devices 2c and 2d are attached to the micro flow channel 11c and the combined flow channel 11d, respectively.

シリンダ71a，71b，71cには、それぞれ流体La，Lb，Lcが入れられた保管部9a，9b，9cが接続されている。ピストン72a，72b，72cは、３つに分岐した駆動棒84の先端にそれぞれ固定されており、積層体81が伸縮して駆動棒84が移動すると、ピストン72a，72b，72cはいずれもその伸縮量と同じだけ移動する。従って、マイクロ流路11a，11b，11cに供給される流体La，Lb，Lcの体積比は、シリンダ71a，71b，71cの断面積によって決定される。 The cylinders 71a, 71b, 71c are connected to storage units 9a, 9b, 9c in which fluids La, Lb, Lc are placed, respectively. The pistons 72a, 72b, 72c are fixed to the tip of the driving rod 84 branched into three, and when the laminated body 81 expands and contracts and the driving rod 84 moves, all of the pistons 72a, 72b, 72c expand and contract. Move as much as the amount. Therefore, the volume ratio of the fluids La, Lb, Lc supplied to the micro flow paths 11a, 11b, 11c is determined by the cross-sectional areas of the cylinders 71a, 71b, 71c.

各シリンジ7a，7b，7cで第一のバルブV₁を開き、第二のバルブV₂を閉じた状態で、積層体81の圧粉体81bに通電して圧粉体81bを酸化すると、積層体81は伸張する。駆動棒84は積層体81の伸張量だけマイクロチップ１の方へ動くので、ピストン72a，72b，72cもこれに伴って移動し、シリンダ71a，71b，71c内にあった流体La，Lb，Lcはピストン72a，72b，72cに押されてマイクロ流路11a，11b，11cに入る。 Each syringe 7a, open 7b, the first valve V ₁ at 7c, with closed second valve V _2, is oxidized green compact 81b by energizing the green compact 81b of the laminate 81, the laminate The body 81 stretches. Since the drive rod 84 moves toward the microchip 1 by the amount of extension of the laminate 81, the pistons 72a, 72b, 72c also move along with this, and the fluids La, Lb, Lc that were in the cylinders 71a, 71b, 71c. Is pushed by the pistons 72a, 72b, 72c and enters the micro flow paths 11a, 11b, 11c.

マイクロ流路11aに入った流体Laは、まず流体11bと合流し、それらに含まれる化学種aと化学種bは合流路11dで反応する。合流路11dに設けられた流量制御装置2dに通電し、その導電性高分子膜５の酸化還元状態を変化させると、合流路11dの流量を変化させ、化学種a及び化学種bを含む流体の通過速度を制御することができる。化学種aと化学種bとの反応生成物である化学種dを含む流体は、合流路11eで化学種cを含む流体Lcに合流する。マイクロ流路11cにも流量制御装置2cが設けられているので、化学種dの生成速度等に合わせて流体Lcがマイクロ流路11cを通過する速度を制御することができる。 The fluid La that has entered the microchannel 11a first joins with the fluid 11b, and the chemical species a and the chemical species b contained therein react in the combined channel 11d. When the flow control device 2d provided in the combined flow path 11d is energized and the oxidation-reduction state of the conductive polymer film 5 is changed, the flow rate of the combined flow path 11d is changed, and the fluid containing the chemical species a and the chemical species b The passage speed can be controlled. The fluid containing the chemical species d, which is a reaction product of the chemical species a and the chemical species b, joins the fluid Lc containing the chemical species c in the merge channel 11e. Since the flow control device 2c is also provided in the microchannel 11c, the speed at which the fluid Lc passes through the microchannel 11c can be controlled in accordance with the generation rate of the chemical species d and the like.

各シリンジ7a，7b，7cで第二のバルブV₂を開き、第一のバルブV₁を閉じて、積層体81の圧粉体81bを通電により還元すると、積層体81は収縮するので、駆動棒84及びそれに固定されたピストン72a，72b，72cは積層体81の方へ移動する。ピストン72a，72b，72cの移動により、流体La，Lb，Lcはそれぞれ保管部9a，9b，9cからシリンダ71a，71b，71cに入る。 Each syringe 7a, open 7b, a second valve V ₂ in 7c, closes the first valve V _1, when reduced by energizing the green compact 81b of the stack 81, the stack 81 contracts, driving The rod 84 and the pistons 72a, 72b, 72c fixed thereto move toward the laminate 81. As the pistons 72a, 72b, and 72c move, the fluids La, Lb, and Lc enter the cylinders 71a, 71b, and 71c from the storage units 9a, 9b, and 9c, respectively.

本発明を以下の実施例によってさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例１
(a) 導電性高分子膜の作製
ポリピロールからなる厚さ20μmの導電性高分子膜を、20分間下記条件の電解重合法により、作用電極上に形成した。

モノマー溶液ピロールモノマー；0.1 mol/L
C₁₀H₂₁-C₆H₄-SO₃Na；0.1 mol/L
溶媒；水
作用電極白金板
対極ニッケル板
参照電極銀／塩化銀
電圧 0.55 V
Example 1
(a) Production of conductive polymer film A 20 μm-thick conductive polymer film made of polypyrrole was formed on the working electrode by an electropolymerization method under the following conditions for 20 minutes.

Monomer solution pyrrole monomer; 0.1 mol / L
C ₁₀ H ₂₁ -C ₆ H ₄ -SO ₃ Na; 0.1 mol / L
Solvent; Water working electrode Platinum plate counter electrode Nickel plate reference electrode Silver / silver chloride voltage 0.55 V

(b) 導電性高分子膜の酸化還元反応
1.0 Mの塩化ナトリウム水溶液に、導電性高分子膜が形成した白金電極（作用電極）と、白金電極（対極）と、銀／塩化銀電極（参照電極）とを浸漬させた。作用電極と対極との間に0.8 Vの電圧を一分間印加することによって導電性高分子膜を酸化した後、導電性高分子膜を塩化ナトリウム水溶液から取り出した。導電性高分子膜を乾燥させてから導電性高分子膜上に水を滴下したところ、導電性高分子膜は水を弾き、疎水性であった。 (b) Redox reaction of conductive polymer film
A platinum electrode (working electrode) formed with a conductive polymer film, a platinum electrode (counter electrode), and a silver / silver chloride electrode (reference electrode) were immersed in a 1.0 M sodium chloride aqueous solution. The conductive polymer film was oxidized by applying a voltage of 0.8 V between the working electrode and the counter electrode for 1 minute, and then the conductive polymer film was taken out from the sodium chloride aqueous solution. When the conductive polymer film was dried and then water was dropped onto the conductive polymer film, the conductive polymer film repelled water and was hydrophobic.

同じ導電性高分子膜を塩化ナトリウム水溶液に浸漬させ、−0.8 Vの電圧を一分間印加することによって導電性高分子膜を還元してから取り出した。導電性高分子膜を乾燥させた後、水を滴下したところ、導電性高分子膜は水を吸着し、親水性であった。導電性高分子膜の酸化と還元を繰り返し、その都度乾燥させて水を滴下したところ、導電性高分子膜の疎水化及び親水化には再現性があることが確認された。 The same conductive polymer film was immersed in an aqueous sodium chloride solution, and the conductive polymer film was reduced by applying a voltage of −0.8 V for 1 minute, and then taken out. When the conductive polymer film was dried and then water was dropped, the conductive polymer film adsorbed water and was hydrophilic. When oxidation and reduction of the conductive polymer film were repeated, each time it was dried and water was added dropwise, it was confirmed that the hydrophobicity and hydrophilicity of the conductive polymer film had reproducibility.

さらに、この導電性高分子膜を再び塩化ナトリウム水溶液に浸漬させ、０Vの電圧を一分間印加することによって導電性高分子膜を中性にしてから取り出した。なお導電性高分子膜の自然電位は約0.2 Vであったので、印加電圧が０Vのとき、導電性高分子膜には電圧が印加された状態である。導電性高分子膜を塩化ナトリウム水溶液から取り出し、乾燥させて水を滴下したところ、導電性高分子膜は酸化した時と同様に水を弾き、疎水性であった。 Further, this conductive polymer film was again immersed in an aqueous sodium chloride solution, and a voltage of 0 V was applied for 1 minute to neutralize the conductive polymer film and then taken out. Since the natural potential of the conductive polymer film was about 0.2 V, when the applied voltage was 0 V, a voltage was applied to the conductive polymer film. The conductive polymer film was taken out from the sodium chloride aqueous solution, dried, and water was added dropwise. As a result, the conductive polymer film repelled water and was hydrophobic as when oxidized.

実施例２
(a) 導電性高分子膜の作製
ポリピロールからなる厚さ50μmの導電性高分子膜を、20分間下記条件の電解重合法により、作用電極上に形成した。

モノマー溶液ピロールモノマー；0.3 mol/L
CH₃-C₆H₄-SO₃Na；0.2 mol/L
溶媒；水
作用電極チタン板
対極ニッケル板
参照電極銀／塩化銀
電圧 0.8 V
Example 2
(a) Production of Conductive Polymer Film A conductive polymer film having a thickness of 50 μm made of polypyrrole was formed on the working electrode by an electrolytic polymerization method under the following conditions for 20 minutes.

Monomer solution pyrrole monomer; 0.3 mol / L
CH ₃ -C ₆ H ₄ -SO ₃ Na; 0.2 mol / L
Solvent; Water working electrode Titanium plate counter electrode Nickel plate reference electrode Silver / silver chloride voltage 0.8 V

(b) 導電性高分子膜の酸化還元反応
実施例２(a) で得られた導電性高分子膜を実施例１(b) と同様に酸化又は還元し、疎水性か親水性かを調べた。この導電性高分子膜は、実施例１(a) で得られたものとは逆に、−0.8 Vの電圧を印加して還元したときに疎水性であり、0.8 Vの電圧を印加して還元したときに親水性であった。 (b) Redox reaction of conductive polymer film The conductive polymer film obtained in Example 2 (a) is oxidized or reduced in the same manner as in Example 1 (b) to determine whether it is hydrophobic or hydrophilic. It was. Contrary to what was obtained in Example 1 (a), this conductive polymer film was hydrophobic when reduced by applying a voltage of −0.8 V, and applied with a voltage of 0.8 V. It was hydrophilic when reduced.

本発明の流量制御装置が取り付けられたマイクロチップの一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the microchip with which the flow control apparatus of this invention was attached. 図１のA部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the A section of FIG. 図１のX-X断面図である。It is XX sectional drawing of FIG. 図１〜３に示す流量制御装置の分解図である。It is an exploded view of the flow control device shown in FIGS. 導電性高分子膜の一例が酸化状態又は中性若しくは還元状態のときに親水性か否かを示す模式図であり、(a) は酸化状態において親水性であることを示し、(b) は中性及び還元状態において疎水性であることを示し、(c) は再び酸化状態にされると親水性に戻ることを示す。It is a schematic diagram showing whether or not an example of a conductive polymer film is hydrophilic when it is in an oxidized state, neutral or reduced state, (a) shows that it is hydrophilic in the oxidized state, (b) It shows that it is hydrophobic in the neutral and reduced state, and (c) shows that it returns to hydrophilic when it is brought into the oxidized state again. 導電性高分子膜の別の例が酸化状態又は中性若しくは還元状態のときに親水性か否かを示す模式図であり、(a) は酸化状態において疎水性であることを示し、(b) は中性及び還元状態において親水性であることを示す。FIG. 4 is a schematic diagram showing whether another example of the conductive polymer film is hydrophilic when it is in an oxidized state or neutral or reduced state, and (a) shows that it is hydrophobic in the oxidized state; ) Indicates hydrophilicity in neutral and reduced state. 流体供給装置を具備するマイクロチップ装置の一例を示す一部破断上面図である。It is a partially broken top view which shows an example of the microchip apparatus which comprises a fluid supply apparatus. 流体供給装置の動作を示す一部破断上面図であり、(a) はリニアアクチュエータの積層体を伸張させて、流体をマイクロチップに供給する状態を示し、(b) は積層体を収縮させて流体をシリンジに入れる状態を示す。It is a partially broken top view showing the operation of the fluid supply device, (a) shows a state in which the laminated body of the linear actuator is extended and fluid is supplied to the microchip, and (b) shows that the laminated body is contracted. The state which puts a fluid into a syringe is shown. 流体供給装置を具備するマイクロチップ装置の別の例を示す一部破断上面図である。It is a partially broken top view which shows another example of the microchip apparatus provided with the fluid supply apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・マイクロチップ
10・・・基板
1a・・・第一の基板
1b・・・第二の基板
11、11a、11b、11c、11d・・・マイクロ流路
12・・・シール層
S・・・基材
２、2a、2b、2c、2d流量制御装置
３・・・電極
４・・・電解質層
５・・・導電性高分子膜
６・・・絶縁層
７・・・シリンジ
71・・・シリンダ
72・・・ピストン
73・・・導管
８・・・リニアアクチュエータ
80・・・セル
81・・・積層体
81a・・・作用電極
81b・・・圧粉体
81c・・・多孔質スペーサ
82・・・対極
83・・・イオン供給体
84・・・駆動棒
９・・・流体保管部
90・・・導管
100・・・流体供給装置
L・・・流体

1 ... Microchip
10 ... Board
1a: First substrate
1b ... second substrate
11, 11a, 11b, 11c, 11d ... Microchannel
12 ... Sealing layer
S ... Substrate 2, 2a, 2b, 2c, 2d flow rate control device 3 ... Electrode 4 ... Electrolyte layer 5 ... Conductive polymer film 6 ... Insulating layer 7 ... Syringe
71 ... Cylinder
72 ... Piston
73 ... Conduit 8 ... Linear actuator
80 ... cell
81 ... Laminate
81a ... Working electrode
81b ・・・ Green compact
81c ・・・ Porous spacer
82 ... Counter electrode
83 ... Ion supplier
84 ... Drive rod 9 ... Fluid storage part
90 ... Conduit
100 ・・・ Fluid supply device
L ... fluid

Claims

マイクロ流路の流量を制御する装置であって、電極層と、電解質層と、導電性高分子膜とをこの順に有し、前記導電性高分子膜は前記マイクロ流路に露出しており、前記電極層から前記電解質層を介して前記導電性高分子膜に通電されることによって流量が制御されることを特徴とする流量制御装置。 An apparatus for controlling the flow rate of a microchannel, which has an electrode layer, an electrolyte layer, and a conductive polymer film in this order, and the conductive polymer film is exposed to the microchannel, A flow rate control device, wherein a flow rate is controlled by energizing the conductive polymer film from the electrode layer through the electrolyte layer.

請求項１に記載の流量制御装置において、前記電極層から通電されると、前記電解質層と前記導電性高分子膜との間にイオンの移動が生じることを特徴とする流量制御装置。 2. The flow rate control device according to claim 1, wherein, when energized from the electrode layer, movement of ions occurs between the electrolyte layer and the conductive polymer film. 3.

請求項１又は２に記載の流量制御装置において、前記導電性高分子膜の親水・疎水特性が変えられることにより、流量が制御されることを特徴とする流量制御装置。 3. The flow rate control device according to claim 1, wherein the flow rate is controlled by changing hydrophilic / hydrophobic characteristics of the conductive polymer film.

請求項１〜３のいずれかに記載の流量制御装置において、前記導電性高分子膜がポリピロールからなる膜であることを特徴とする流量制御装置。 4. The flow control device according to claim 1, wherein the conductive polymer film is a film made of polypyrrole.

請求項１〜４のいずれかに記載の流量制御装置を具備するマイクロチップ装置において、前記マイクロ流路に接続されたシリンジと、前記シリンジのピストンに連結されたリニアアクチュエータとをさらに具備し、前記リニアアクチュエータは導電性高分子からなる圧粉体を有し、前記圧粉体に通電されることによって前記リニアアクチュエータが駆動され、前記ピストンが動かされることを特徴とするマイクロチップ装置。 The microchip device comprising the flow rate control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a syringe connected to the microchannel, and a linear actuator coupled to a piston of the syringe, The microchip device, wherein the linear actuator includes a green compact made of a conductive polymer, and the linear actuator is driven and the piston is moved by energizing the green compact.

基板に形成されたマイクロ流路に電極層、電解質層及び導電性高分子膜をこの順に設け、前記電極層によって前記電解質層を介して前記導電性高分子膜に通電することにより、前記導電性高分子膜の親水・疎水特性を変化させ、もって前記マイクロ流路の流量を制御することを特徴とする方法。 An electrode layer, an electrolyte layer, and a conductive polymer film are provided in this order on a microchannel formed on a substrate, and the conductive polymer film is energized by the electrode layer through the electrolyte layer, thereby providing the conductive layer. A method characterized in that the flow rate of the microchannel is controlled by changing the hydrophilic / hydrophobic characteristics of the polymer membrane.