JP3538777B2 - 微小化学反応装置 - Google Patents
微小化学反応装置Info
- Publication number
- JP3538777B2 JP3538777B2 JP2001088170A JP2001088170A JP3538777B2 JP 3538777 B2 JP3538777 B2 JP 3538777B2 JP 2001088170 A JP2001088170 A JP 2001088170A JP 2001088170 A JP2001088170 A JP 2001088170A JP 3538777 B2 JP3538777 B2 JP 3538777B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction
- microchemical
- passage
- layer
- substance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光造形法を含むマ
イクロマシニング技術によって製造される微小化反応装
置に関する。
イクロマシニング技術によって製造される微小化反応装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、マイクロマシニング技術の発達に
より、微小な化学反応モジュールや、化学分析モジュー
ル、微小なセンサやバルブ、ポンプ等のような、サイズ
の極めて小さい機器類の製作が可能になっており、ま
た、これらのモジュールや機器類を組み合わせて、ＤＮ
Ａの分析等に特化した、いわゆる化学集積回路の提案も
なされている。
より、微小な化学反応モジュールや、化学分析モジュー
ル、微小なセンサやバルブ、ポンプ等のような、サイズ
の極めて小さい機器類の製作が可能になっており、ま
た、これらのモジュールや機器類を組み合わせて、ＤＮ
Ａの分析等に特化した、いわゆる化学集積回路の提案も
なされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな化学集積回路として提案されている従来の微小化学
反応装置は、電気の集積回路と同様に一度製作される
と、後で回路の一部を変更したり、追加または削除する
といったことが極めて困難であった。
うな化学集積回路として提案されている従来の微小化学
反応装置は、電気の集積回路と同様に一度製作される
と、後で回路の一部を変更したり、追加または削除する
といったことが極めて困難であった。
【０００４】そのため、数多くの様々な試行を繰り返す
必要がある実験段階の化学反応を行う場合や、未知の化
学反応を探索する場合、或いは、温度条件等の外部の条
件に応じて、動的に化学反応系を逐次変化させて実験デ
ータを得る必要がある場合等の用途には、このような微
小化学反応装置は適さなかった。
必要がある実験段階の化学反応を行う場合や、未知の化
学反応を探索する場合、或いは、温度条件等の外部の条
件に応じて、動的に化学反応系を逐次変化させて実験デ
ータを得る必要がある場合等の用途には、このような微
小化学反応装置は適さなかった。
【０００５】一方、平面状にバルブのみ、分流路のみ、
或いは、反応部のみをそれぞれ製作し、これらを層状に
重ねて連結することによって、微小な化学反応を行わせ
る微小化学反応装置も提案されてはいるが、複雑な化学
反応を実現しようとすると、これらのバルブや分流路、
反応部等の要素の総数が膨大になるとともに、平面状に
のみ複雑な構造を形成することができるマイクロマシニ
ング技術は、複数の層で構成される微小化学反応装置の
製作には適していなかった。
或いは、反応部のみをそれぞれ製作し、これらを層状に
重ねて連結することによって、微小な化学反応を行わせ
る微小化学反応装置も提案されてはいるが、複雑な化学
反応を実現しようとすると、これらのバルブや分流路、
反応部等の要素の総数が膨大になるとともに、平面状に
のみ複雑な構造を形成することができるマイクロマシニ
ング技術は、複数の層で構成される微小化学反応装置の
製作には適していなかった。
【０００６】また、電気の集積回路と同様に、このよう
な化学集積回路で構成される微小化学反応装置の製造コ
ストを低減させるためには、微小化学反応装置を大量に
生産する必要である。しかしながら、化学や生物関連の
反応は、極めて多種多様であるため、実際に微小化学反
応装置の利点を発揮できる工業的な応用を見出すために
は、詳細な設計や予備実験に莫大な時間と労力を必要と
する問題があった。
な化学集積回路で構成される微小化学反応装置の製造コ
ストを低減させるためには、微小化学反応装置を大量に
生産する必要である。しかしながら、化学や生物関連の
反応は、極めて多種多様であるため、実際に微小化学反
応装置の利点を発揮できる工業的な応用を見出すために
は、詳細な設計や予備実験に莫大な時間と労力を必要と
する問題があった。
【０００７】さらに、化学集積回路で構成される微小化
学反応装置内部の化学反応は、実験室において人手によ
って操作が可能であるような、比較的大きな実験系で起
こる化学反応とは異なる場合があり、目的の化学反応を
達成するためには、数多くの試行錯誤が必要なことか
ら、現在においても、化学集積回路は電気の集積回路の
ような爆発的な普及には至っていない。
学反応装置内部の化学反応は、実験室において人手によ
って操作が可能であるような、比較的大きな実験系で起
こる化学反応とは異なる場合があり、目的の化学反応を
達成するためには、数多くの試行錯誤が必要なことか
ら、現在においても、化学集積回路は電気の集積回路の
ような爆発的な普及には至っていない。
【０００８】そこで、本発明は、前述したような従来技
術における問題を解決し、光造形法を含むマイクロマシ
ニング技術を利用して大量且つ安価に製造できるととも
に、用途に応じて反応系を自在に変更可能な微小化学反
応装置を提供することを目的とする。
術における問題を解決し、光造形法を含むマイクロマシ
ニング技術を利用して大量且つ安価に製造できるととも
に、用途に応じて反応系を自在に変更可能な微小化学反
応装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的のため、本発明
の微小化学反応装置は、反応通路の始端に連結された２
つの流入側通路と、前記反応通路の終端に連結された２
つの流出側通路を含んで構成される微小化学反応モジュ
ールが、少なくとも一つの層内にそれぞれの反応通路の
方向を層の前後方向に揃えて複数左右方向に配列されて
いるとともに、前記配列が前後方向に複数列形成され、
前後に隣接する列間において、後列側の微小化学反応モ
ジュールは、その２つの流入側通路がそれぞれ微小バル
ブを介して、前列側の左右方向に並んだ２つの微小化学
反応モジュールの各一方の流出側通路と連結されてい
る。
の微小化学反応装置は、反応通路の始端に連結された２
つの流入側通路と、前記反応通路の終端に連結された２
つの流出側通路を含んで構成される微小化学反応モジュ
ールが、少なくとも一つの層内にそれぞれの反応通路の
方向を層の前後方向に揃えて複数左右方向に配列されて
いるとともに、前記配列が前後方向に複数列形成され、
前後に隣接する列間において、後列側の微小化学反応モ
ジュールは、その２つの流入側通路がそれぞれ微小バル
ブを介して、前列側の左右方向に並んだ２つの微小化学
反応モジュールの各一方の流出側通路と連結されてい
る。
【００１０】本発明の微小化学反応装置においては、微
小バルブが微小化学反応モジュールが配列されている層
に積層された別の層内に配列されていることが望まし
い。また、それぞれの微小バルブがコンピュータにより
制御される駆動手段によって開閉動作されることも望ま
しく、さらに、駆動手段は微小バルブが設けられている
層に積層された別の層内に設けられていることも望まし
い。
小バルブが微小化学反応モジュールが配列されている層
に積層された別の層内に配列されていることが望まし
い。また、それぞれの微小バルブがコンピュータにより
制御される駆動手段によって開閉動作されることも望ま
しく、さらに、駆動手段は微小バルブが設けられている
層に積層された別の層内に設けられていることも望まし
い。
【００１１】また、少なくとも一部の微小化学反応モジ
ュールの反応通路を通過する物質の温度や流量を検出す
るセンサを備えていることも望ましく、さらにまた、少
なくとも一部の微小化学反応モジュールの反応通路を通
過する物質の温度を調整する手段を備えていることも望
ましい。
ュールの反応通路を通過する物質の温度や流量を検出す
るセンサを備えていることも望ましく、さらにまた、少
なくとも一部の微小化学反応モジュールの反応通路を通
過する物質の温度を調整する手段を備えていることも望
ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の微小化学反応装置は、光
造形法を含むマイクロマシニング技術を利用して、大量
且つ安価に製造できる可能性を有しており、製造後に反
応系を目的に応じて変更できるようになっている。
造形法を含むマイクロマシニング技術を利用して、大量
且つ安価に製造できる可能性を有しており、製造後に反
応系を目的に応じて変更できるようになっている。
【００１３】本発明の微小化学反応装置は、シリコンや
光硬化性樹脂等を素材とする少なくとも一つの層の中に
形成された、複数の微小化学反応モジュールを有してお
り、それぞれの微小化学反応モジュール内には、異なる
物質どうしを化学反応させたり、成分分析を行うための
反応通路が形成されている。全ての微小化学反応モジュ
ールの反応通路は、層の前後方向に向きを揃えて形成さ
れている。
光硬化性樹脂等を素材とする少なくとも一つの層の中に
形成された、複数の微小化学反応モジュールを有してお
り、それぞれの微小化学反応モジュール内には、異なる
物質どうしを化学反応させたり、成分分析を行うための
反応通路が形成されている。全ての微小化学反応モジュ
ールの反応通路は、層の前後方向に向きを揃えて形成さ
れている。
【００１４】また、微小化学反応モジュールは、層内で
その横方向に複数配列されているとともに、前記配列
は、層の前後方向に複数列形成されていて、各微小化学
反応モジュールに形成されている反応通路は、通常は内
径１００μｍ以下に形成されている。なお、反応通路の
内径は、この中を通過する液状の物質または物質の水溶
液が、層流状態の流れを維持できる範囲（通常５００μ
ｍ以下）で選択することができる。
その横方向に複数配列されているとともに、前記配列
は、層の前後方向に複数列形成されていて、各微小化学
反応モジュールに形成されている反応通路は、通常は内
径１００μｍ以下に形成されている。なお、反応通路の
内径は、この中を通過する液状の物質または物質の水溶
液が、層流状態の流れを維持できる範囲（通常５００μ
ｍ以下）で選択することができる。
【００１５】また、前記反応通路の始端には、それぞれ
２つの流入側通路が連結されていて、それぞれの流入側
通路から反応通路側に送り込まれた物質が反応通路内で
混ざり合って化学反応が行われるようになっている。
２つの流入側通路が連結されていて、それぞれの流入側
通路から反応通路側に送り込まれた物質が反応通路内で
混ざり合って化学反応が行われるようになっている。
【００１６】同様に、反応通路の終端には、それぞれ２
つの流出側通路が連結されていて、反応通路内の物質を
これら２つの流出側通路の一方か、他方か、または両方
に送り出すことが可能になっている。
つの流出側通路が連結されていて、反応通路内の物質を
これら２つの流出側通路の一方か、他方か、または両方
に送り出すことが可能になっている。
【００１７】本発明の微小化学反応装置では、層内で左
右方向に配列された反応モジュールの列と、前記列の後
方に隣接する別の反応モジュールの列との間において、
後列側の微小化学反応モジュールは、その２つの流入側
通路がそれぞれ、微小バルブを介して前列側の横方向に
並んだ２つの微小化学反応モジュールの各一方の流出側
通路と連結されている。
右方向に配列された反応モジュールの列と、前記列の後
方に隣接する別の反応モジュールの列との間において、
後列側の微小化学反応モジュールは、その２つの流入側
通路がそれぞれ、微小バルブを介して前列側の横方向に
並んだ２つの微小化学反応モジュールの各一方の流出側
通路と連結されている。
【００１８】前記微小バルブを開いたときには、前列
（上流側）の微小化学反応モジュールの流出側通路から
後列（下流側）の微小化学反応モジュールの流入側通路
へ物質を送り込むことができ、また、前記微小バルブを
閉じることによって、これらの流出側通路と流入側通路
を介しての微小化学反応モジュール間の物質の移動は遮
断されるようになっている。
（上流側）の微小化学反応モジュールの流出側通路から
後列（下流側）の微小化学反応モジュールの流入側通路
へ物質を送り込むことができ、また、前記微小バルブを
閉じることによって、これらの流出側通路と流入側通路
を介しての微小化学反応モジュール間の物質の移動は遮
断されるようになっている。
【００１９】層の中に多数の微小化学反応モジュールの
反応通路と、流入側通路及び流出側通路を形成する方法
としては、光硬化性樹脂にレーザ光を走査して複雑な形
状を創成することが可能な光造形法が特に好適である。
反応通路と、流入側通路及び流出側通路を形成する方法
としては、光硬化性樹脂にレーザ光を走査して複雑な形
状を創成することが可能な光造形法が特に好適である。
【００２０】また、微小バルブはマイクロマシニング技
術を用いて製作することができ、各微小化学反応モジュ
ールの２つの流入側通路、または、２つの流出側通路の
何れかに組み込むことができる。
術を用いて製作することができ、各微小化学反応モジュ
ールの２つの流入側通路、または、２つの流出側通路の
何れかに組み込むことができる。
【００２１】微小バルブは、例えば先端が円錐形の弁体
を通路を横断する方向に軸方向に変位させることで通路
を開閉する構造とすることができる。この場合、微小な
弁体を変位させるために、外部からの信号によって動作
する駆動手段が用いられる。
を通路を横断する方向に軸方向に変位させることで通路
を開閉する構造とすることができる。この場合、微小な
弁体を変位させるために、外部からの信号によって動作
する駆動手段が用いられる。
【００２２】このような駆動手段としては、例えば、磁
性体で形成された弁体を駆動する微小コイルを用いるこ
とができ、微小コイルに通電することによって発生する
磁場で、弁体を変位させて通路の開閉を行うことができ
る。この場合には、微小化学反応モジュールが配列され
ている層と積層される別の層の中に、微小コイルを設け
てもよい。
性体で形成された弁体を駆動する微小コイルを用いるこ
とができ、微小コイルに通電することによって発生する
磁場で、弁体を変位させて通路の開閉を行うことができ
る。この場合には、微小化学反応モジュールが配列され
ている層と積層される別の層の中に、微小コイルを設け
てもよい。
【００２３】さらに、反応通路が形成されている層と微
小バルブが配列されている層を独立させて積層してもよ
く、さらに微小バルブが配列されている層に対して、反
応通路が形成されている層と反対側に各微小バルブの弁
体を駆動する微小コイルを配列した層を積層すること
で、微小化学反応装置をコンパクトな積層構造とするこ
とができる。
小バルブが配列されている層を独立させて積層してもよ
く、さらに微小バルブが配列されている層に対して、反
応通路が形成されている層と反対側に各微小バルブの弁
体を駆動する微小コイルを配列した層を積層すること
で、微小化学反応装置をコンパクトな積層構造とするこ
とができる。
【００２４】微小バルブを開閉する他の駆動手段として
は、微小なモータを用いることもできる。この場合に
は、弁体の外周面に通路壁に形成されたねじ孔に螺合す
るねじを形成し、弁体をモータで回転させることで軸方
向に変位させて通路の開閉を行うことができる。
は、微小なモータを用いることもできる。この場合に
は、弁体の外周面に通路壁に形成されたねじ孔に螺合す
るねじを形成し、弁体をモータで回転させることで軸方
向に変位させて通路の開閉を行うことができる。
【００２５】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては、空気圧や油圧、水圧等の流体圧を用いることが
できる。この場合、弁体には、薄いゴム膜等を介して流
体圧を伝達して動かすことができる。
しては、空気圧や油圧、水圧等の流体圧を用いることが
できる。この場合、弁体には、薄いゴム膜等を介して流
体圧を伝達して動かすことができる。
【００２６】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては、ヒータを用いることができる。この場合、弁体
には温度変化により軸方向に膨張収縮する材料を使用す
ることで、ヒータで弁体が加熱されると弁体の先端側が
軸方向に変位し、通路の開閉を行うことができる。
しては、ヒータを用いることができる。この場合、弁体
には温度変化により軸方向に膨張収縮する材料を使用す
ることで、ヒータで弁体が加熱されると弁体の先端側が
軸方向に変位し、通路の開閉を行うことができる。
【００２７】さらに、微小バルブを開閉する駆動手段と
しては静電気力を用いることができる。これは、物質が
流れる通路の一部の片側を、導電層を有して且つ弾性撓
み変形が容易な積層フィルムの膜で構成し、前記膜とそ
の対向側の通路壁との間に直流電圧を印加することで、
膜が静電気力によって対向する通路壁に引き寄せられて
通路断面積を変化させるもので、この場合には膜が弁体
の役割をしている。なお、この構造では、膜は完全に通
路を開閉することはできないが、電圧の強弱によって物
質の流量を連続的に加減することができる利点を有して
いる。
しては静電気力を用いることができる。これは、物質が
流れる通路の一部の片側を、導電層を有して且つ弾性撓
み変形が容易な積層フィルムの膜で構成し、前記膜とそ
の対向側の通路壁との間に直流電圧を印加することで、
膜が静電気力によって対向する通路壁に引き寄せられて
通路断面積を変化させるもので、この場合には膜が弁体
の役割をしている。なお、この構造では、膜は完全に通
路を開閉することはできないが、電圧の強弱によって物
質の流量を連続的に加減することができる利点を有して
いる。
【００２８】また、微小バルブとしては、物質が通過す
る通路内で互いに噛み合って自由に回転できるように設
けられた、一対の歯車を用いることができる。これらの
歯車は、微小バルブが開放状態では物質の流れによって
回転され、物質を自由に通過させることができる。
る通路内で互いに噛み合って自由に回転できるように設
けられた、一対の歯車を用いることができる。これらの
歯車は、微小バルブが開放状態では物質の流れによって
回転され、物質を自由に通過させることができる。
【００２９】一方、微小バルブを閉じる場合には、前記
一対の歯車の回転を阻止することで物質の流れを停止さ
せることができる。歯車を停止させる手段としては、例
えば歯車を磁性体で製作し、歯に接近させて微小なコイ
ルを配置してこのコイルに通電することによって発生す
る磁界で歯車の回転を拘束する方法を採ることができ
る。
一対の歯車の回転を阻止することで物質の流れを停止さ
せることができる。歯車を停止させる手段としては、例
えば歯車を磁性体で製作し、歯に接近させて微小なコイ
ルを配置してこのコイルに通電することによって発生す
る磁界で歯車の回転を拘束する方法を採ることができ
る。
【００３０】なお、前記一対の歯車は、微小なモータで
強制的に駆動することで微小ポンプとしても用いること
ができる。また、独立した微小モータを用いずに、複数
組のコイルを磁性体の歯車の周囲に配置することで、直
接回転駆動するようにしてもよい。
強制的に駆動することで微小ポンプとしても用いること
ができる。また、独立した微小モータを用いずに、複数
組のコイルを磁性体の歯車の周囲に配置することで、直
接回転駆動するようにしてもよい。
【００３１】このように構成されている微小化学反応装
置は、最上流側の微小化学反応モジュールの流入側通路
から反応させる物質が一定の圧力で送り込まれる。この
際、各微小バルブの開閉状態を外部のコンピュータに入
力されたプログラムに従って制御することで、指定され
た微小化学反応モジュールの反応通路へ指定された物質
を送り込んで化学反応を生じさせることができる。
置は、最上流側の微小化学反応モジュールの流入側通路
から反応させる物質が一定の圧力で送り込まれる。この
際、各微小バルブの開閉状態を外部のコンピュータに入
力されたプログラムに従って制御することで、指定され
た微小化学反応モジュールの反応通路へ指定された物質
を送り込んで化学反応を生じさせることができる。
【００３２】また、所定の温度条件で物質の化学反応を
生じさせるために、微小化学反応モジュールの反応通路
を通過する物質の温度を検出する微小な熱電対やサーミ
スタ等の温度センサを設けたり、物質の温度を調整する
手段を設けても良い。
生じさせるために、微小化学反応モジュールの反応通路
を通過する物質の温度を検出する微小な熱電対やサーミ
スタ等の温度センサを設けたり、物質の温度を調整する
手段を設けても良い。
【００３３】温度の調整手段としては、抵抗線ヒータ
や、ペルチェ素子を用いることができる。これらは、前
述したように化学反応装置が積層構造になっている場合
には、微小コイルが形成されている基板の層に組み込む
ことで、内部配線を簡略化することができる。
や、ペルチェ素子を用いることができる。これらは、前
述したように化学反応装置が積層構造になっている場合
には、微小コイルが形成されている基板の層に組み込む
ことで、内部配線を簡略化することができる。
【００３４】また、コンピュータが温度センサから送ら
れてくる検出信号に基づいて、反応通路内が指定された
反応温度に維持されるように温度調整手段を制御するよ
うにしてもよい。
れてくる検出信号に基づいて、反応通路内が指定された
反応温度に維持されるように温度調整手段を制御するよ
うにしてもよい。
【００３５】さらに、反応通路を流れる液体の流量を検
出するセンサを設けてもよく、このような流量センサと
しては、例えば、通路を流れる液体によって磁性体で製
作された歯車を回転させ、その回転を微小なコイルに発
生する電圧で検出する構造のものや、液体が流れる通路
の流れの方向に離れた２点間の温度差を検出する構造の
ものを用いることができる。
出するセンサを設けてもよく、このような流量センサと
しては、例えば、通路を流れる液体によって磁性体で製
作された歯車を回転させ、その回転を微小なコイルに発
生する電圧で検出する構造のものや、液体が流れる通路
の流れの方向に離れた２点間の温度差を検出する構造の
ものを用いることができる。
【００３６】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説
明する。図１は、本発明の微小化学反応装置を模式的に
示した平面図であって、微小化学反応装置１は、平面状
のシリコンの層２に、図２に示すような微小化学反応モ
ジュール２Ａのパターンが、多数縦横に連続して形成さ
れている。
明する。図１は、本発明の微小化学反応装置を模式的に
示した平面図であって、微小化学反応装置１は、平面状
のシリコンの層２に、図２に示すような微小化学反応モ
ジュール２Ａのパターンが、多数縦横に連続して形成さ
れている。
【００３７】それぞれの微小化学反応モジュール２Ａ
は、反応通路３と、前記反応通路３の一方の端で合流す
るように連結された２つの流入側通路４、５と、反応通
路３の他方の端から分岐するように連結された２つの流
出側通路６、７を備えている。
は、反応通路３と、前記反応通路３の一方の端で合流す
るように連結された２つの流入側通路４、５と、反応通
路３の他方の端から分岐するように連結された２つの流
出側通路６、７を備えている。
【００３８】各微小化学反応モジュール２Ａの中では、
２つの流入側通路４、５から流入してきた異なる物質ど
うしが反応通路３で混じり合って化学反応を起こすよう
に構成されていて、これらの通路は本実施例では、液状
の物質、あるいは、蒸留水に溶かして水溶液とした物質
が、層流状態で流動可能な１００μｍ程度の内径に形成
されている。
２つの流入側通路４、５から流入してきた異なる物質ど
うしが反応通路３で混じり合って化学反応を起こすよう
に構成されていて、これらの通路は本実施例では、液状
の物質、あるいは、蒸留水に溶かして水溶液とした物質
が、層流状態で流動可能な１００μｍ程度の内径に形成
されている。
【００３９】図１に示すように、微小化学反応装置１の
中の前列の微小化学反応モジュール２Ａの流出側通路６
は、隣接する後列の一つの微小化学反応モジュール２Ａ
の流入側通路５に、また、前列の微小化学反応モジュー
ルの流出側通路７は隣接する後列のもう一つ微小化学反
応モジュール２Ａの流入側通路４にそれぞれ微小バルブ
８を介して連結されている。
中の前列の微小化学反応モジュール２Ａの流出側通路６
は、隣接する後列の一つの微小化学反応モジュール２Ａ
の流入側通路５に、また、前列の微小化学反応モジュー
ルの流出側通路７は隣接する後列のもう一つ微小化学反
応モジュール２Ａの流入側通路４にそれぞれ微小バルブ
８を介して連結されている。
【００４０】また、層２内に左右方向に並んで形成され
ている微小化学反応モジュールの列の最前列に含まれる
微小化学反応モジュール２Ａのそれぞれの流入側通路
４、５は、層２の前端面に取り付けられている導入パイ
プ９に連通している。
ている微小化学反応モジュールの列の最前列に含まれる
微小化学反応モジュール２Ａのそれぞれの流入側通路
４、５は、層２の前端面に取り付けられている導入パイ
プ９に連通している。
【００４１】図示は省略するが、これらの導入パイプ９
にはそれぞれ、可撓性のチューブが連結されていて、こ
れらのチューブを介して化学反応実験や分析の試料とな
る物質が、所定の圧力で各パイプ９へ送り込まれるよう
になっている。
にはそれぞれ、可撓性のチューブが連結されていて、こ
れらのチューブを介して化学反応実験や分析の試料とな
る物質が、所定の圧力で各パイプ９へ送り込まれるよう
になっている。
【００４２】微小化学反応装置１を構成しているシリコ
ン素材の層２に形成される、多数の微小化学反応モジュ
ールの反応通路３や、流入側通路４、５、流出側通路
６、７、微小バルブ８等は、エッチングやメンブレン構
造の応用を含むマイクロマシニング技術を用いて製作す
ることができる。
ン素材の層２に形成される、多数の微小化学反応モジュ
ールの反応通路３や、流入側通路４、５、流出側通路
６、７、微小バルブ８等は、エッチングやメンブレン構
造の応用を含むマイクロマシニング技術を用いて製作す
ることができる。
【００４３】図２に示すように、本実施例の微小化学反
応装置１においては、各微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路２を通過する物質の温度を調節するために、ヒ
ータ１０と、温度センサ１１が設けられている。
応装置１においては、各微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路２を通過する物質の温度を調節するために、ヒ
ータ１０と、温度センサ１１が設けられている。
【００４４】ヒータ１０は、各微小化学反応モジュール
２Ａが形成されている層２内に設けることができるが、
層２と積層して形成される別の層に設けてもよい。ま
た、温度センサ１１は、微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路３に近接して層２に形成した凹部内に配置され
ている。温度センサ１１は、微小な熱電対やサーミスタ
で構成することができる。
２Ａが形成されている層２内に設けることができるが、
層２と積層して形成される別の層に設けてもよい。ま
た、温度センサ１１は、微小化学反応モジュール２Ａの
反応通路３に近接して層２に形成した凹部内に配置され
ている。温度センサ１１は、微小な熱電対やサーミスタ
で構成することができる。
【００４５】なお、各微小化学反応モジュール２Ａにお
ける反応通路３内の物質の反応温度を個別に制御する場
合には、例えば、層２全体を低温室の中に配置し、各微
小化学反応モジュール２Ａ毎に、ヒータ１０の通電量を
調整する方法を用いることができる。
ける反応通路３内の物質の反応温度を個別に制御する場
合には、例えば、層２全体を低温室の中に配置し、各微
小化学反応モジュール２Ａ毎に、ヒータ１０の通電量を
調整する方法を用いることができる。
【００４６】本発明の微小化学反応装置１に組み込まれ
る微小バルブ８としては、様々な構造のものを用いるこ
とができる。例えば、図３及び図４に模式的に示す微小
バルブ８Ａは、通路４（５）を開閉する弁体Ｖ１とこれ
を軸方向に変位させるための駆動手段としてのコイルＣ
を有している。
る微小バルブ８としては、様々な構造のものを用いるこ
とができる。例えば、図３及び図４に模式的に示す微小
バルブ８Ａは、通路４（５）を開閉する弁体Ｖ１とこれ
を軸方向に変位させるための駆動手段としてのコイルＣ
を有している。
【００４７】前記弁体Ｖ１は、その先端が円錐状に形成
されていて、通路４（５）内に出没自在に突出するよう
に層２内に形成された孔Ｈ１に、軸方向に変位自在に嵌
挿されており、その後端側が層２に張られている薄いゴ
ム膜Ｓの弾力によって、常時弁体Ｖ１が通路４（５）を
閉じる向きに付勢されている。（なお、図４において
は、前記ゴム膜Ｓは図示を省略している。）
されていて、通路４（５）内に出没自在に突出するよう
に層２内に形成された孔Ｈ１に、軸方向に変位自在に嵌
挿されており、その後端側が層２に張られている薄いゴ
ム膜Ｓの弾力によって、常時弁体Ｖ１が通路４（５）を
閉じる向きに付勢されている。（なお、図４において
は、前記ゴム膜Ｓは図示を省略している。）
【００４８】弁体Ｖ１は、少なくとも後端部が磁性体で
形成され、最大外径は１ｍｍ以下に仕上げられていて、
コイルＣに通電することにより発生する磁界に引きつけ
られて、ゴム膜Ｓの付勢力に抗して後退変位し、通路４
（５）が開かれる構造になっている。
形成され、最大外径は１ｍｍ以下に仕上げられていて、
コイルＣに通電することにより発生する磁界に引きつけ
られて、ゴム膜Ｓの付勢力に抗して後退変位し、通路４
（５）が開かれる構造になっている。
【００４９】なお、弁体Ｖ１の少なくとも後端部が軸方
向に磁化した永久磁石である場合には、ゴム膜Ｓを省略
し、コイルＣの通電方向を切り換えて発生する磁界を逆
転させることで、弁体Ｖ１を開位置または閉位置に選択
的に保持することができる。
向に磁化した永久磁石である場合には、ゴム膜Ｓを省略
し、コイルＣの通電方向を切り換えて発生する磁界を逆
転させることで、弁体Ｖ１を開位置または閉位置に選択
的に保持することができる。
【００５０】図４に示すように、コイルＣは、微小化学
反応モジュール２Ａが形成されている層２に積層される
別の層２’内に多数形成されていて、それぞれ、弁体Ｖ
１と対向する位置に配置されている。これらのコイルＣ
は層２’に形成された微細な配線パターンを通じて、層
２’の端部に取り付けられた図示しないコネクタの端子
と電気的に接続されている。
反応モジュール２Ａが形成されている層２に積層される
別の層２’内に多数形成されていて、それぞれ、弁体Ｖ
１と対向する位置に配置されている。これらのコイルＣ
は層２’に形成された微細な配線パターンを通じて、層
２’の端部に取り付けられた図示しないコネクタの端子
と電気的に接続されている。
【００５１】前記コネクタには、これも図示していない
フラットケーブルが接続されるようになっており、この
フラットケーブルを通じて、微小化学反応装置１の外部
よりコイルＣに通電することで、弁体Ｖ１の開閉動作が
行われる。
フラットケーブルが接続されるようになっており、この
フラットケーブルを通じて、微小化学反応装置１の外部
よりコイルＣに通電することで、弁体Ｖ１の開閉動作が
行われる。
【００５２】また、図５に示す微小バルブ８Ｂは、超小
型モータＭで開閉操作が行われるネジ式の弁体Ｖ２を示
している。前記弁体Ｖ２は、外周面に層２に形成された
ねじ孔Ｈ２に螺合するねじが形成されていて、超小型モ
ータＭの正回転または逆回転によって進退し、通路４
（５）を開閉するようになっている。
型モータＭで開閉操作が行われるネジ式の弁体Ｖ２を示
している。前記弁体Ｖ２は、外周面に層２に形成された
ねじ孔Ｈ２に螺合するねじが形成されていて、超小型モ
ータＭの正回転または逆回転によって進退し、通路４
（５）を開閉するようになっている。
【００５３】なお、バルブ８Ｂは通路４（５）の単なる
開閉のみでなく、超小型モータＭをステップモータとし
て回転角を制御することによって、細かく流量の調整を
行うことも可能である。
開閉のみでなく、超小型モータＭをステップモータとし
て回転角を制御することによって、細かく流量の調整を
行うことも可能である。
【００５４】また、図６に示す微小バルブ８Ｃは、流体
圧を用いて弁体Ｖ３を開閉するものであって、弁体Ｖ３
を作動させるための流体としては、空気や窒素ガス等の
気体や油、水等の液体を用いることができる。
圧を用いて弁体Ｖ３を開閉するものであって、弁体Ｖ３
を作動させるための流体としては、空気や窒素ガス等の
気体や油、水等の液体を用いることができる。
【００５５】同図の微小バルブ８Ｃにおいては、弁体Ｖ
３は層２に形成されている孔Ｈ３に軸方向変位自在に嵌
挿されているとともに、その後端部には薄いゴム等の弾
性膜Ｆが接着されている。
３は層２に形成されている孔Ｈ３に軸方向変位自在に嵌
挿されているとともに、その後端部には薄いゴム等の弾
性膜Ｆが接着されている。
【００５６】前記弾性膜Ｆの裏側には外部から導入され
る流体の圧力Ｐが作用するようになっており、前記流体
圧Ｐによって弁体Ｖ３は弾性膜Ｆを介して押され、通路
４（５）内へ突出し、その中の物質の流れを遮断するこ
とができる。また、流体圧Ｐを解除すると、弁体Ｖ３は
弾性膜Ｆの復元力によって後退し、通路４（５）は開放
されて物質の流動が可能になる。
る流体の圧力Ｐが作用するようになっており、前記流体
圧Ｐによって弁体Ｖ３は弾性膜Ｆを介して押され、通路
４（５）内へ突出し、その中の物質の流れを遮断するこ
とができる。また、流体圧Ｐを解除すると、弁体Ｖ３は
弾性膜Ｆの復元力によって後退し、通路４（５）は開放
されて物質の流動が可能になる。
【００５７】さらに、図７に示す微小バルブ８Ｄは、温
度変化によって軸方向に膨張・収縮する材料、例えば形
状記憶合金等で形成された弁体Ｖ４を有している。この
弁体Ｖ４は、ヒータｈで加熱することによって軸方向に
膨張して通路４（５）を閉じる。
度変化によって軸方向に膨張・収縮する材料、例えば形
状記憶合金等で形成された弁体Ｖ４を有している。この
弁体Ｖ４は、ヒータｈで加熱することによって軸方向に
膨張して通路４（５）を閉じる。
【００５８】また、弁体Ｖ４を軸方向に収縮させて通路
４（５）を開放する場合には、ヒータｈの通電を遮断し
て弁体Ｖ４を自然冷却するか、あるいは層２を外部から
強制的に冷却すればよい。
４（５）を開放する場合には、ヒータｈの通電を遮断し
て弁体Ｖ４を自然冷却するか、あるいは層２を外部から
強制的に冷却すればよい。
【００５９】また、ヒータｈに代えてペルチェ素子を用
い、これの通電方向を切り換えることで、弁体Ｖ４を加
熱または冷却して、通路４（５）の開閉動作を行うこと
も可能である。
い、これの通電方向を切り換えることで、弁体Ｖ４を加
熱または冷却して、通路４（５）の開閉動作を行うこと
も可能である。
【００６０】次に、図８は、さらに特殊な構造の微小バ
ルブを示すものであって、同図に示す微小バルブ８Ｅ
は、物質が流れる通路４（５）の壁の一部の片側に取り
付けられた、弾性撓み変形が容易な積層フィルムからな
る、膜状の弁体Ｖ５を有している。
ルブを示すものであって、同図に示す微小バルブ８Ｅ
は、物質が流れる通路４（５）の壁の一部の片側に取り
付けられた、弾性撓み変形が容易な積層フィルムからな
る、膜状の弁体Ｖ５を有している。
【００６１】前記弁体Ｖ５は、金等の導電層を絶縁層で
挟んだラミネート構造を有する板状部材によって構成さ
れていて、前記導電層と、対向側の通路壁２Ａとの間に
直流電圧を印加することで、弁体Ｖ５は静電気力によっ
て対向する通路壁２Ａに引き寄せられて通路断面積を変
化させ、通路４（５）を通過する物質の流れを制御する
ことができる。
挟んだラミネート構造を有する板状部材によって構成さ
れていて、前記導電層と、対向側の通路壁２Ａとの間に
直流電圧を印加することで、弁体Ｖ５は静電気力によっ
て対向する通路壁２Ａに引き寄せられて通路断面積を変
化させ、通路４（５）を通過する物質の流れを制御する
ことができる。
【００６２】この弁体Ｖ５は、その特殊な構造上、完全
に通路４（５）を閉じることはできないが、加える電圧
の強弱によって、物質の流量を連続的に調整することが
できるので、先に述べた各種の構造の微小バルブ８Ａ〜
８Ｄと組み合わせて用いられる。
に通路４（５）を閉じることはできないが、加える電圧
の強弱によって、物質の流量を連続的に調整することが
できるので、先に述べた各種の構造の微小バルブ８Ａ〜
８Ｄと組み合わせて用いられる。
【００６３】さらに、図９は、微小な一対の歯車Ｇ１、
Ｇ２を通路４（５）の途中に互いに噛み合わせて配置し
て微小バルブ８Ｆを構成したものであり、これらの歯車
Ｇ１、Ｇ２は、凹部Ｃ１、Ｃ２内で回転自在に支持され
ている。
Ｇ２を通路４（５）の途中に互いに噛み合わせて配置し
て微小バルブ８Ｆを構成したものであり、これらの歯車
Ｇ１、Ｇ２は、凹部Ｃ１、Ｃ２内で回転自在に支持され
ている。
【００６４】そして、通路４（５）内を物質が通過しよ
うとすると、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、物質に押され
て回転し、物質の流れを妨げることなく通過させること
ができる。
うとすると、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、物質に押され
て回転し、物質の流れを妨げることなく通過させること
ができる。
【００６５】一方、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を拘
束することにより、通路４（５）内の物質の流れを止め
ることができる。歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を拘束する手段
としては、例えば歯車Ｇ１、Ｇ２の何れか一方を磁性体
で製作し、その歯車の噛み合い歯をその外側に電磁石を
配置し、この電磁石を励磁することで発生する磁力によ
って歯車の回転を拘束する構造とすることができる。
束することにより、通路４（５）内の物質の流れを止め
ることができる。歯車Ｇ１、Ｇ２の回転を拘束する手段
としては、例えば歯車Ｇ１、Ｇ２の何れか一方を磁性体
で製作し、その歯車の噛み合い歯をその外側に電磁石を
配置し、この電磁石を励磁することで発生する磁力によ
って歯車の回転を拘束する構造とすることができる。
【００６６】また、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、物質の
流れの方向に回転する駆動力を微小モータ等で与えるこ
とによって、微小な歯車ポンプとして用いることができ
る。なお、この場合には、磁性体で製作した歯車の噛み
合い歯に対向するように複数の固定子コイルを配置し
て、直接駆動するようにしてもよい。また、歯車の回転
駆動手段としては超音波を用いてもよい。
流れの方向に回転する駆動力を微小モータ等で与えるこ
とによって、微小な歯車ポンプとして用いることができ
る。なお、この場合には、磁性体で製作した歯車の噛み
合い歯に対向するように複数の固定子コイルを配置し
て、直接駆動するようにしてもよい。また、歯車の回転
駆動手段としては超音波を用いてもよい。
【００６７】さらに、これらの歯車Ｇ１、Ｇ２は、回転
を拘束していない場合、通路４（５）内を流れる物質の
流量に比例して回転するため、図１０に示すように、歯
車Ｇ１を磁性体で製作して噛み合い歯を磁化しておき、
前記歯車Ｇ１に近接して検出コイルＤを配置することに
よって、微小流量計を構成することができる。
を拘束していない場合、通路４（５）内を流れる物質の
流量に比例して回転するため、図１０に示すように、歯
車Ｇ１を磁性体で製作して噛み合い歯を磁化しておき、
前記歯車Ｇ１に近接して検出コイルＤを配置することに
よって、微小流量計を構成することができる。
【００６８】前記微小流量計は、歯車Ｇ１の噛み合い歯
の動きを検出コイルＤに誘起される電圧として検出する
もので、反応通路３や流出側通路６（７）に配置しても
よい。 なお、通路を流れる物質の流量を検出する手段
としては、図１０に示した構造のものの他、例えば、物
質が通過する通路の２点間の温度差で検出する構造のも
のを用いることもできる。
の動きを検出コイルＤに誘起される電圧として検出する
もので、反応通路３や流出側通路６（７）に配置しても
よい。 なお、通路を流れる物質の流量を検出する手段
としては、図１０に示した構造のものの他、例えば、物
質が通過する通路の２点間の温度差で検出する構造のも
のを用いることもできる。
【００６９】次に、図１１は、前述した図１に示す微小
化学反応装置１をコンピュータによってプログラム制御
するための制御システムの構成図であって、この制御シ
ステムにおいては、微小化学反応装置１に設けられてい
る多数の微小バルブ８が、コンピュータ１２によって制
御されるバルブリレーユニット１３からの通電のＯＮ／
ＯＦＦによって開閉されるようになっている。
化学反応装置１をコンピュータによってプログラム制御
するための制御システムの構成図であって、この制御シ
ステムにおいては、微小化学反応装置１に設けられてい
る多数の微小バルブ８が、コンピュータ１２によって制
御されるバルブリレーユニット１３からの通電のＯＮ／
ＯＦＦによって開閉されるようになっている。
【００７０】また、この制御システムにおいては、ヒー
タリレーユニット１４から微小化学反応モジュール２Ａ
毎に設けられているヒータ１０（図２参照）へ通電を行
うようにしており、ヒータリレーユニット１４をコンピ
ュータ１２で制御することによって、各ヒータ１０への
通電がＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。
タリレーユニット１４から微小化学反応モジュール２Ａ
毎に設けられているヒータ１０（図２参照）へ通電を行
うようにしており、ヒータリレーユニット１４をコンピ
ュータ１２で制御することによって、各ヒータ１０への
通電がＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。
【００７１】バルブリレーユニット１３とヒータリレー
ユニット１４は、それぞれ、コンピュータ１２に装着し
てあるバルブリレー用インターフェースボード１５とヒ
ータリレー用インターフェースボード１６を介して前記
コンピュータ１２からの指定信号を受けるようになって
いる。なお、ヒータ１０の温度調整は、通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御の代わりに、ＡＤ変換器を用いて連続的にヒー
タ電流を制御することで、よりきめ細かい調整が可能と
なる。
ユニット１４は、それぞれ、コンピュータ１２に装着し
てあるバルブリレー用インターフェースボード１５とヒ
ータリレー用インターフェースボード１６を介して前記
コンピュータ１２からの指定信号を受けるようになって
いる。なお、ヒータ１０の温度調整は、通電のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御の代わりに、ＡＤ変換器を用いて連続的にヒー
タ電流を制御することで、よりきめ細かい調整が可能と
なる。
【００７２】また、コンピュータ１２には、温度センサ
用ＡＤ変換ボード１７が装着されており、先に述べた温
度センサ１１（図１参照）が出力するアナログ信号が、
温度センサ用ＡＤ変換ボード１７によってデジタル信号
に変換されてコンピュータ１２に入力されるようになっ
ている。
用ＡＤ変換ボード１７が装着されており、先に述べた温
度センサ１１（図１参照）が出力するアナログ信号が、
温度センサ用ＡＤ変換ボード１７によってデジタル信号
に変換されてコンピュータ１２に入力されるようになっ
ている。
【００７３】前述した制御システムにおいては、コンピ
ュータ１２には微小化学反応装置１に種々の試行実験や
分析をを実行させるためのプログラムが記憶されてい
て、このプログラムによって、微小化学反応装置１の微
小バルブ８の開閉が制御され、微小化学反応装置１に送
り込まれた物質が、どの微小化学反応モジュール２Ａを
通して流れるかが決定される。
ュータ１２には微小化学反応装置１に種々の試行実験や
分析をを実行させるためのプログラムが記憶されてい
て、このプログラムによって、微小化学反応装置１の微
小バルブ８の開閉が制御され、微小化学反応装置１に送
り込まれた物質が、どの微小化学反応モジュール２Ａを
通して流れるかが決定される。
【００７４】図１２は、前記プログラムによって決定さ
れた微小化学反応装置１内の物質の通過経路の一例を示
すものであって、同図においては、１〜１０の番号は微
小バルブを表しており、この例では、３番と９番の微小
バルブが開かれ、残りの番号の微小バルブは閉じられ
て、物質は太い実線で示す通路に沿って流れる。
れた微小化学反応装置１内の物質の通過経路の一例を示
すものであって、同図においては、１〜１０の番号は微
小バルブを表しており、この例では、３番と９番の微小
バルブが開かれ、残りの番号の微小バルブは閉じられ
て、物質は太い実線で示す通路に沿って流れる。
【００７５】物質の通過経路は、一つの実験や分析を行
う当初に設定したら、その実験や分析が終了するまで同
じ経路を維持する場合もあり、また、化学反応させる相
手の物質を順次変えて実験等では、物質の通過経路もプ
ログラムに従って順次変える場合もある。
う当初に設定したら、その実験や分析が終了するまで同
じ経路を維持する場合もあり、また、化学反応させる相
手の物質を順次変えて実験等では、物質の通過経路もプ
ログラムに従って順次変える場合もある。
【００７６】なお、図１１の制御システムには示してい
ないが、コンピュータ１２に、微小化学反応装置１内に
設けた微小ポンプや、流量を連続的に可変な微小バルブ
をプログラム制御させることも可能である。
ないが、コンピュータ１２に、微小化学反応装置１内に
設けた微小ポンプや、流量を連続的に可変な微小バルブ
をプログラム制御させることも可能である。
【００７７】さらに、コンピュータ１２は、微小化学反
応装置１に設けられた温度センサや流量センサから送ら
れてくる信号に基づいて、微小バルブや微小ポンプ、ヒ
ータ等をリアルタイムで制御するようにしてもよい。
応装置１に設けられた温度センサや流量センサから送ら
れてくる信号に基づいて、微小バルブや微小ポンプ、ヒ
ータ等をリアルタイムで制御するようにしてもよい。
【００７８】次に、図１３は、本発明の微小化学反応装
置の別の実施例を示すもので、この実施例においては、
微小化学反応装置１Ａは物質どうしの化学反応が行われ
る反応通路３と流入側通路４、５、及び、流出側通路
６、７が形成されている層２−１に、微小バルブ８が設
けられている層２−２が積層されており、さらに、前記
層２−２に微小バルブ８を開閉動作するコイルＣを含む
回路が形成されている層２−３が積層された３層構造と
なっている。
置の別の実施例を示すもので、この実施例においては、
微小化学反応装置１Ａは物質どうしの化学反応が行われ
る反応通路３と流入側通路４、５、及び、流出側通路
６、７が形成されている層２−１に、微小バルブ８が設
けられている層２−２が積層されており、さらに、前記
層２−２に微小バルブ８を開閉動作するコイルＣを含む
回路が形成されている層２−３が積層された３層構造と
なっている。
【００７９】前記層２−２の内部には、物質が流れる通
路１８、１９が縦横に形成されていて、縦の通路１８と
横の通路１９のそれぞれの交差部２０が、連絡通路２１
を介して層２−１内に形成されている流入側通路４、
５、または、流出側通路６、７と連通している。
路１８、１９が縦横に形成されていて、縦の通路１８と
横の通路１９のそれぞれの交差部２０が、連絡通路２１
を介して層２−１内に形成されている流入側通路４、
５、または、流出側通路６、７と連通している。
【００８０】本実施例においては、微小バルブ８が縦横
の各通路の２つの交差部間に配置されており、これらの
微小バルブ８の弁体Ｖは、層２−３に形成されているコ
イルＣのそれぞれに対向していて、これらのコイルＣに
選択的に通電することによって、任意の微小バルブ８を
開放し、層２−１内の所望の反応通路３に物質を導入す
ることができる。
の各通路の２つの交差部間に配置されており、これらの
微小バルブ８の弁体Ｖは、層２−３に形成されているコ
イルＣのそれぞれに対向していて、これらのコイルＣに
選択的に通電することによって、任意の微小バルブ８を
開放し、層２−１内の所望の反応通路３に物質を導入す
ることができる。
【００８１】図１３に示す実施例においては、微小バル
ブ８を物質の化学反応や分析を行う反応通路３が形成さ
れている層２−１とは別の層２−２に設けてある。層２
−１と層２−２は、光造形法によって一体に製作するこ
とも可能であり、これらの層２−１、２−２に、コイル
Ｃを含む電気回路が形成されている層２−３を接着する
ことによって、微小化学反応装置１を製作することがで
き、先に述べた微小化学反応装置１と比較して、さらに
高密度化、コンパクト化を図ることができる。
ブ８を物質の化学反応や分析を行う反応通路３が形成さ
れている層２−１とは別の層２−２に設けてある。層２
−１と層２−２は、光造形法によって一体に製作するこ
とも可能であり、これらの層２−１、２−２に、コイル
Ｃを含む電気回路が形成されている層２−３を接着する
ことによって、微小化学反応装置１を製作することがで
き、先に述べた微小化学反応装置１と比較して、さらに
高密度化、コンパクト化を図ることができる。
【００８２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の微小化
学反応装置によれば、微小化学反応モジュールを単位と
してこれを層内に複数連続形成したことにより、構造を
可及的に単純化でき、設計を含む製作工程を簡略化する
ことができる。
学反応装置によれば、微小化学反応モジュールを単位と
してこれを層内に複数連続形成したことにより、構造を
可及的に単純化でき、設計を含む製作工程を簡略化する
ことができる。
【００８３】また、微小化学反応装置の製作後に反応系
を自由に変更することが可能であるため、化学や生物関
連の研究者が試行錯誤で反応系を変更しながら繰り返し
行う実験を、広いスペースを必要とせずに極めて容易且
つ低コストで実現することができる。
を自由に変更することが可能であるため、化学や生物関
連の研究者が試行錯誤で反応系を変更しながら繰り返し
行う実験を、広いスペースを必要とせずに極めて容易且
つ低コストで実現することができる。
【００８４】また、特に、本発明の微小化学反応装置に
よれば、微小バルブの開閉動作等をコンピュータに組み
込んだプログラムによって制御することにより、従来、
実験や分析のために費やしていた多大な時間と労力を大
幅に低減することができる。
よれば、微小バルブの開閉動作等をコンピュータに組み
込んだプログラムによって制御することにより、従来、
実験や分析のために費やしていた多大な時間と労力を大
幅に低減することができる。
【図１】 本発明の微小化学反応装置を模式的に示した
平面図である。
平面図である。
【図２】 本発明の微小化学反応装置の構成単位となっ
ている微小化学反応モジュールの構造を模式的に示した
平面図である。
ている微小化学反応モジュールの構造を模式的に示した
平面図である。
【図３】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の一例を模式的に示した断面図である。
バルブの構造の一例を模式的に示した断面図である。
【図４】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の一例を模式的に示した斜視図である。
バルブの構造の一例を模式的に示した斜視図である。
【図５】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造の別の例を模式的に示した断面図である。
バルブの構造の別の例を模式的に示した断面図である。
【図６】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
【図７】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
【図８】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
【図９】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微小
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
バルブの構造のさらに別の例を模式的に示した断面図で
ある。
【図１０】 本発明の微小化学反応装置に用いられる微
小流量計の構造の一例を模式的に示した断面図である。
小流量計の構造の一例を模式的に示した断面図である。
【図１１】 コンピュータを用いて本発明の微小化学反
応装置を制御する場合のシステム構成を示す図である。
応装置を制御する場合のシステム構成を示す図である。
【図１２】 微小バルブの開閉操作によって、微小化学
反応装置の中に形成される物質の通路の一例を示す図で
ある。
反応装置の中に形成される物質の通路の一例を示す図で
ある。
【図１３】 本発明の微小化学反応装置の別の実施例を
模式的に示した分解斜視図である。
模式的に示した分解斜視図である。
１ 微小化学反応装置
２、２’、２−１、２−２、２−３ 層
２Ａ 反応モジュール
３ 反応通路
４、５ 流入側通路
６、７ 流出側通路
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ、８Ｆ 微小バル
ブ ９ 導入管 １０ ヒータ １１ 温度センサ １２ コンピュータ １３ バルブリレーユニット １４ ヒータリレーユニット １５ バルブリレー用インターフェースボード １６ ヒータリレー用インターフェースボード １７ 温度センサ用ＡＤ変換ボード １８、１９ 通路 ２０ 交差部 ２１ 連絡通路
ブ ９ 導入管 １０ ヒータ １１ 温度センサ １２ コンピュータ １３ バルブリレーユニット １４ ヒータリレーユニット １５ バルブリレー用インターフェースボード １６ ヒータリレー用インターフェースボード １７ 温度センサ用ＡＤ変換ボード １８、１９ 通路 ２０ 交差部 ２１ 連絡通路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｇ０１Ｎ 35/08 Ａ
37/00 １０１ 37/00 １０１
１０２ １０２
(73)特許権者 597073531
樋口 哲也
茨城県つくば市梅園１丁目１番１ 中央
第２ 独立行政法人産業技術総合研究所
内
(72)発明者 桐生 昭吾
茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済
産業省産業技術総合研究所電子技術総合
研究所内
(72)発明者 前田 英明
佐賀県鳥栖市宿町807−１ 経済産業省
産業技術総合研究所九州工業技術研究所
内
(72)発明者 村川 正宏
茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済
産業省産業技術総合研究所電子技術総合
研究所内
(72)発明者 樋口 哲也
茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 経済
産業省産業技術総合研究所電子技術総合
研究所内
(72)発明者 清水 肇
佐賀県鳥栖市宿町807−１ 経済産業省
産業技術総合研究所九州工業技術研究所
内
(56)参考文献 特開2002−239374（ＪＰ，Ａ)
特表2002−503334（ＪＰ，Ａ)
特表2001−515216（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B01J 19/00
Claims (7)
- 【請求項１】 反応通路の始端に連結された２つの流入
側通路と、前記反応通路の終端に連結された２つの流出
側通路を含んで構成される微小化学反応モジュールが、
少なくとも一つの層内にそれぞれの反応通路の方向を層
の前後方向に揃えて左右方向に複数配列されているとと
もに、前記配列が前後方向に複数列形成され、 前後に隣接する列間において、後列側の微小化学反応モ
ジュールは、その２つの流入側通路がそれぞれ微小バル
ブを介して、前列側の左右方向に並んだ２つの微小化学
反応モジュールの各一方の流出側通路と連結されている
ことを特徴とする微小化学反応装置。 - 【請求項２】 微小バルブが微小化学反応モジュールが
配列されている層に積層された別の層内に配列されてい
ることを特徴とする請求項１記載の微小化学反応装置。 - 【請求項３】 それぞれの微小バルブがコンピュータに
より制御される駆動手段によって開閉動作されることを
特徴とする請求項１又は２記載の微小化学反応装置。 - 【請求項４】 駆動手段が微小バルブが設けられている
層に積層された別の層内に設けられていることを特徴と
する請求項３記載の微小化学反応装置。 - 【請求項５】 少なくとも一部の微小化学反応モジュー
ルの反応通路を通過する物質の温度を検出するセンサを
備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載
の微小化学反応装置。 - 【請求項６】 少なくとも一部の微小化学反応モジュー
ルの反応通路を通過する物質の流量を検出するセンサを
備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載
の微小化学反応装置。 - 【請求項７】 少なくとも一部の微小化学反応モジュー
ルの反応通路を通過する物質の温度を調整する手段を備
えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の
微小化学反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088170A JP3538777B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 微小化学反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001088170A JP3538777B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 微小化学反応装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002282682A JP2002282682A (ja) | 2002-10-02 |
| JP3538777B2 true JP3538777B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=18943304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001088170A Expired - Lifetime JP3538777B2 (ja) | 2001-03-26 | 2001-03-26 | 微小化学反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3538777B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4221184B2 (ja) * | 2002-02-19 | 2009-02-12 | 日本碍子株式会社 | マイクロ化学チップ |
| WO2003099428A1 (fr) * | 2002-05-28 | 2003-12-04 | Jsr Corporation | Dispositif pour processeur de fluides et son dispositif d'etablissement d'itineraire d'ecoulement des fluides, processeur de fluides, et procede de traitement des fluides |
| JP3768486B2 (ja) | 2003-03-20 | 2006-04-19 | 株式会社エンプラス | 微小流体取扱装置 |
| JP2004294319A (ja) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Jsr Corp | 流体プロセッサー |
| US7854897B2 (en) | 2003-05-12 | 2010-12-21 | Yokogawa Electric Corporation | Chemical reaction cartridge, its fabrication method, and a chemical reaction cartridge drive system |
| JP4432104B2 (ja) | 2003-05-30 | 2010-03-17 | 富士フイルム株式会社 | マイクロリアクター |
| JP4407177B2 (ja) | 2003-05-30 | 2010-02-03 | 富士フイルム株式会社 | マイクロリアクターを用いた反応方法 |
| JP4431857B2 (ja) | 2003-05-30 | 2010-03-17 | 富士フイルム株式会社 | マイクロデバイス |
| JP4348676B2 (ja) | 2003-06-03 | 2009-10-21 | 富士フイルム株式会社 | マイクロ化学装置 |
| CN1784605B (zh) | 2003-10-15 | 2011-11-23 | 松下电器产业株式会社 | 毛细管芯片中流体的流通方法、使用该方法的流通控制装置 |
| JP4726419B2 (ja) * | 2004-02-24 | 2011-07-20 | 京セラ株式会社 | 流路部材及び流路装置 |
| JP4547606B2 (ja) | 2004-03-17 | 2010-09-22 | 富士フイルム株式会社 | マイクロリアクターの複合反応方法及びマイクロリアクター |
| US8961900B2 (en) * | 2004-04-28 | 2015-02-24 | Yokogawa Electric Corporation | Chemical reaction cartridge, method of producing chemical reaction cartridge, and mechanism for driving chemical reaction cartridge |
| JP2006130599A (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-25 | Yokogawa Electric Corp | マイクロ流路デバイス |
| EP2248590B1 (en) | 2004-12-13 | 2012-02-08 | Bayer Healthcare LLC | Self-contained test sensor |
| JP4806548B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2011-11-02 | 長野計器株式会社 | マイクロ流路の流体制御構造、マイクロ流路の流体制御構造の製造方法、および閉塞部材操作装置 |
| JPWO2006098370A1 (ja) * | 2005-03-16 | 2008-08-28 | 日本電気株式会社 | 流路の実効的な通過時間の調整機構を具える遅延回路、マイクロチップ、およびその作製方法 |
| KR100949114B1 (ko) | 2005-06-28 | 2010-03-23 | 삼성전자주식회사 | 바이오 드라이브 장치 및 이를 이용한 분석 방법 |
| WO2007077627A1 (ja) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Kawamura Institute Of Chemical Research | 物質分離デバイスおよび物質分離方法 |
| EP1984738A2 (en) * | 2006-01-11 | 2008-10-29 | Raindance Technologies, Inc. | Microfluidic devices and methods of use in the formation and control of nanoreactors |
| JP2007268489A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujifilm Corp | マイクロ科学装置及びその流体操作方法 |
| US7919062B2 (en) * | 2008-03-20 | 2011-04-05 | Corning Incorporated | Modular microfluidic system and method for building a modular microfludic system |
| US9283562B2 (en) | 2008-06-26 | 2016-03-15 | Fujikura Kasei Co., Ltd. | Liquid channel device and production method therefor |
| WO2010050208A1 (ja) | 2008-10-28 | 2010-05-06 | 藤倉化成株式会社 | 液体流路装置とその製造方法 |
| JP5359686B2 (ja) * | 2009-08-25 | 2013-12-04 | 藤倉化成株式会社 | 液体流路装置とその製造方法 |
| JP4722977B2 (ja) * | 2008-08-27 | 2011-07-13 | シャープ株式会社 | 検出器具、分析装置、検出方法および検出器具の制御方法 |
| DE102009023430B4 (de) | 2009-05-29 | 2013-07-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Vorrichtung und Verfahren zum Steuern von Fluidströmen in Lab-on-a-Chip-Systemen sowie Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung |
| EP2311563A1 (en) | 2009-08-07 | 2011-04-20 | F. Hoffmann-La Roche AG | Processing units and methods for the processing of liquid samples |
| JP6714603B2 (ja) | 2015-10-09 | 2020-07-01 | シスメックス株式会社 | 検体処理チップ、検体処理装置および検体処理方法 |
| JP6453928B2 (ja) * | 2017-03-10 | 2019-01-16 | 株式会社Ｄｆｃ | 光透過性流路ユニット及び光反応装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU4113297A (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-26 | Technical University Of Denmark | A micro flow system for particle separation and analysis |
| JP2001515216A (ja) * | 1997-08-13 | 2001-09-18 | シーフィード | 流体試料を操作するための微小構造体 |
| JP2002239374A (ja) * | 2001-02-19 | 2002-08-27 | Kawamura Inst Of Chem Res | 圧力制御式バルブを有する微小ケミカルデバイス |
-
2001
- 2001-03-26 JP JP2001088170A patent/JP3538777B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002282682A (ja) | 2002-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3538777B2 (ja) | 微小化学反応装置 | |
| KR101846808B1 (ko) | 미세유체 시스템 및 네트워크 | |
| KR101776358B1 (ko) | 유체 네트워크 내의 유체 흐름의 발생 | |
| US8672532B2 (en) | Microfluidic methods | |
| US6619311B2 (en) | Microfluidic regulating device | |
| Shoji et al. | Microflow devices and systems | |
| Lu et al. | A magnetic microstirrer and array for microfluidic mixing | |
| US8002235B2 (en) | Electrically actuated valves made from shape memory alloy wires embedded in elastomer | |
| US7753656B2 (en) | Magnetohydrodynamic pump with a system for promoting flow of fluid in one direction | |
| US9395050B2 (en) | Microfluidic systems and networks | |
| US7611673B2 (en) | PMDS microfluidic components and methods of operation of the same | |
| Murray et al. | Electro-adaptive microfluidics for active tuning of channel geometry using polymer actuators | |
| US6725882B1 (en) | Configurable micro flowguide device | |
| Tanaka et al. | An active valve incorporated into a microchip using a high strain electroactive polymer | |
| Ikuta et al. | Fluid drive chips containing multiple pumps and switching valves for biochemical IC family | |
| JP3333876B2 (ja) | 光駆動型集積化学システム | |
| Pradeep et al. | Automated and programmable electromagnetically actuated valves for microfluidic applications | |
| Cole et al. | Two-layer multiplexed peristaltic pumps for high-density integrated microfluidics | |
| Tony et al. | Toward a soft microfluidic system: concept and preliminary developments | |
| TWI659211B (zh) | 微流體裝置 | |
| KR100444751B1 (ko) | 표면장력에 의한 유체제어 소자 | |
| KR101803200B1 (ko) | 미세유체 제어 시스템의 밸브 장치 및 이를 구비하는 미세유체 제어 시스템 | |
| JP2004125172A (ja) | 液体搬送装置 | |
| CN103586094A (zh) | 一种具有环流混合结构的微流控芯片及环流混合方法 | |
| Schomburg et al. | Components for microfluidic handling modules |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040302 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040311 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3538777 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees | ||
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |