JP2002001102A - マイクロチャンネル構造 - Google Patents
マイクロチャンネル構造Info
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Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
- Extraction Or Liquid Replacement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶媒抽出システムとして、フロー下で液
液間の接触時間を延長することが可能なマイクロチップ
上のマイクロチャンネル構造を提供する。 【解決手段】 基板上に形成された複数本のマイクロチ
ャンネルが基板上で一本に集合した集合チャンネル部を
有し、集合チャンネル部の底部には、マイクロチャンネ
ルと同数またはそれ以下の、各マイクロチャンネルから
集合チャンネル部に流入された液体間の界面を安定化し
うるガイド条を有していることを特徴とするマイクロチ
ャンネル構造とする。
液間の接触時間を延長することが可能なマイクロチップ
上のマイクロチャンネル構造を提供する。 【解決手段】 基板上に形成された複数本のマイクロチ
ャンネルが基板上で一本に集合した集合チャンネル部を
有し、集合チャンネル部の底部には、マイクロチャンネ
ルと同数またはそれ以下の、各マイクロチャンネルから
集合チャンネル部に流入された液体間の界面を安定化し
うるガイド条を有していることを特徴とするマイクロチ
ャンネル構造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、マイクロ
チップ上のマイクロチャンネル構造とその製造方法、お
よび該マイクロチャンネル構造を有するマイクロチップ
とこれを用いた分析方法ならびに分析装置に関するもの
である。さらに詳しくは、この出願の発明は、マイクロ
チップ内において、液体間の界面を安定化できるガイド
を有するマイクロチャンネル構造とその製造方法、およ
び該マイクロチャンネル構造を有するマイクロチップと
これを用いた分析方法、ならびに分析装置に関するもの
である。
チップ上のマイクロチャンネル構造とその製造方法、お
よび該マイクロチャンネル構造を有するマイクロチップ
とこれを用いた分析方法ならびに分析装置に関するもの
である。さらに詳しくは、この出願の発明は、マイクロ
チップ内において、液体間の界面を安定化できるガイド
を有するマイクロチャンネル構造とその製造方法、およ
び該マイクロチャンネル構造を有するマイクロチップと
これを用いた分析方法、ならびに分析装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】近年、化学実験の高速化、高
効率化、および集積化、あるいは、分析機器の超小型化
を目指し、反応、分離、抽出、検出などの基本化学操作
を行うことのできるマイクロチップが盛んに研究されて
いる。
効率化、および集積化、あるいは、分析機器の超小型化
を目指し、反応、分離、抽出、検出などの基本化学操作
を行うことのできるマイクロチップが盛んに研究されて
いる。
【０００３】マイクロチップにおける化学操作は、微量
の試料での実験を可能とするだけでなく、微小空間にお
ける特異的な分子挙動を解明したり、超高感度検出、超
微量分析を応用した単一分子や単一細胞の分析を可能に
すると期待され、その注目度は極めて高い。
の試料での実験を可能とするだけでなく、微小空間にお
ける特異的な分子挙動を解明したり、超高感度検出、超
微量分析を応用した単一分子や単一細胞の分析を可能に
すると期待され、その注目度は極めて高い。
【０００４】また、化学の分野だけでなく、機械工学な
どの分野においても、マイクロマシン、マイクロファブ
リケーションなどの超小型素子の開発が盛んに行われて
いる。
どの分野においても、マイクロマシン、マイクロファブ
リケーションなどの超小型素子の開発が盛んに行われて
いる。
【０００５】マイクロチップを医療診断素子や環境分析
素子などとして応用するためには、まず微小空間の特異
性を明らかにすることが重要である。したがって、微小
空間における反応化学や界面化学等の基礎化学的知見を
得ることが必須である。
素子などとして応用するためには、まず微小空間の特異
性を明らかにすることが重要である。したがって、微小
空間における反応化学や界面化学等の基礎化学的知見を
得ることが必須である。
【０００６】発明者らは、このような観点から、微小空
間での液液界面の挙動を明らかにするべく、溶媒抽出シ
ステムの集積化を目指してきた（Anal.Chem., 72, 200
0, 1711; J. Chromatogr.A, submitted）。そして、こ
のような研究においては、マイクロチップ内で、送液状
態で層流を形成させ、その後送液を停止して抽出を行う
というストップ＆フロー方式を採用してきた。
間での液液界面の挙動を明らかにするべく、溶媒抽出シ
ステムの集積化を目指してきた（Anal.Chem., 72, 200
0, 1711; J. Chromatogr.A, submitted）。そして、こ
のような研究においては、マイクロチップ内で、送液状
態で層流を形成させ、その後送液を停止して抽出を行う
というストップ＆フロー方式を採用してきた。
【０００７】しかし、このようなストップ＆フロー方式
では、抽出後に他の機能を集積化することが困難であ
り、送液を停止せずに、フロー下で全操作が行なえるよ
うなシステムの構築が望まれていた。フロー下で抽出効
率を上げるためには、できるだけ流速を遅くして各溶液
の接触時間を長くしなければならないが、マイクロチッ
プ上でこのような送液速度および液液接触時間の制御を
行うことは、これまでのマイクロチャンネル構造におい
ては不可能であった。したがって、フロー下での抽出操
作は実現していなかったのが実情である。
では、抽出後に他の機能を集積化することが困難であ
り、送液を停止せずに、フロー下で全操作が行なえるよ
うなシステムの構築が望まれていた。フロー下で抽出効
率を上げるためには、できるだけ流速を遅くして各溶液
の接触時間を長くしなければならないが、マイクロチッ
プ上でこのような送液速度および液液接触時間の制御を
行うことは、これまでのマイクロチャンネル構造におい
ては不可能であった。したがって、フロー下での抽出操
作は実現していなかったのが実情である。
【０００８】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、
溶媒抽出システムとして、フロー下で液液間の接触時間
を延長することが可能なマイクロチップ上のマイクロチ
ャンネル構造を提供することを課題としている。
みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、
溶媒抽出システムとして、フロー下で液液間の接触時間
を延長することが可能なマイクロチップ上のマイクロチ
ャンネル構造を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第１には、基板上に
形成された複数本のマイクロチャンネルが基板上で一本
に集合した集合チャンネル部を有し、集合チャンネル部
の底部には、マイクロチャンネルと同数またはそれ以下
の、各マイクロチャンネルから集合チャンネル部に流入
された液体間の界面を安定化しうるガイド条を有してい
ることを特徴とするマイクロチャンネル構造を提供す
る。
の課題を解決するものとして、まず第１には、基板上に
形成された複数本のマイクロチャンネルが基板上で一本
に集合した集合チャンネル部を有し、集合チャンネル部
の底部には、マイクロチャンネルと同数またはそれ以下
の、各マイクロチャンネルから集合チャンネル部に流入
された液体間の界面を安定化しうるガイド条を有してい
ることを特徴とするマイクロチャンネル構造を提供す
る。
【００１０】第２には、この出願の発明は、上記のマイ
クロチャンネル構造において、複数本のマイクロチャン
ネルが基板上で一本に集合した集合チャンネル部の下流
で、再び複数本のマイクロチャンネルに分岐されている
ことを特徴とするマイクロチャンネル構造を、第３に
は、基板がガラス基板であることを特徴とするマイクロ
チャンネル構造を提供する。
クロチャンネル構造において、複数本のマイクロチャン
ネルが基板上で一本に集合した集合チャンネル部の下流
で、再び複数本のマイクロチャンネルに分岐されている
ことを特徴とするマイクロチャンネル構造を、第３に
は、基板がガラス基板であることを特徴とするマイクロ
チャンネル構造を提供する。
【００１１】さらに、第４には、この出願の発明は、上
記マイクロチャンネル構造において、集合チャンネル部
の幅が１００〜３００μｍであることを特徴とするマイ
クロチャンネル構造を、第５には、集合チャンネル部の
深さが１０〜１００μｍであることを特徴とするマイク
ロチャンネル構造を、第６には、集合チャンネル部にお
けるガイド条の集合部底部からの高さが１〜２０μｍで
あることを特徴とするマイクロチャンネル構造を提供す
る。
記マイクロチャンネル構造において、集合チャンネル部
の幅が１００〜３００μｍであることを特徴とするマイ
クロチャンネル構造を、第５には、集合チャンネル部の
深さが１０〜１００μｍであることを特徴とするマイク
ロチャンネル構造を、第６には、集合チャンネル部にお
けるガイド条の集合部底部からの高さが１〜２０μｍで
あることを特徴とするマイクロチャンネル構造を提供す
る。
【００１２】第７には、この出願の発明は、上記のいず
れかのマイクロチャンネルの製造方法であって、フォト
リソグラフィー、ウェットエッチング、型押し加工、射
出成形、レーザー加工、ドライエッチング、およびビー
ム加工の一種以上の手段により基板上に複数本のマイク
ロチャンネルと、該マイクロチャンネル間の間隔が狭く
なったマイクロチャンネル集合部を作成し、次いでウェ
ットエッチングによりマイクロチャンネル集合部におけ
る各マイクロチャンネルの幅を太くし、底部に該マイク
ロチャンネルと同数またはそれ以下のガイド条を有する
複数本のマイクロチャンネルが一本に集合した集合チャ
ンネル部を作成することを特徴とするマイクロチャンネ
ル構造の製造方法を提供する。
れかのマイクロチャンネルの製造方法であって、フォト
リソグラフィー、ウェットエッチング、型押し加工、射
出成形、レーザー加工、ドライエッチング、およびビー
ム加工の一種以上の手段により基板上に複数本のマイク
ロチャンネルと、該マイクロチャンネル間の間隔が狭く
なったマイクロチャンネル集合部を作成し、次いでウェ
ットエッチングによりマイクロチャンネル集合部におけ
る各マイクロチャンネルの幅を太くし、底部に該マイク
ロチャンネルと同数またはそれ以下のガイド条を有する
複数本のマイクロチャンネルが一本に集合した集合チャ
ンネル部を作成することを特徴とするマイクロチャンネ
ル構造の製造方法を提供する。
【００１３】そして、この出願の発明は、第８には、上
記のいずれかのマイクロチャンネル構造を有するマイク
ロチップを、第９には、このマイクロチップを用いる湿
式分析方法を、第１０には、該マイクロチップを有する
分析装置をも提供する。
記のいずれかのマイクロチャンネル構造を有するマイク
ロチップを、第９には、このマイクロチップを用いる湿
式分析方法を、第１０には、該マイクロチップを有する
分析装置をも提供する。
【００１４】さらに、第１１には、この出願の発明は、
少なくとも上記のマイクロチップ、励起光、プローブ
光、集光レンズ、および検出器を有することを特徴とす
る熱レンズ測定システムをも提供する。
少なくとも上記のマイクロチップ、励起光、プローブ
光、集光レンズ、および検出器を有することを特徴とす
る熱レンズ測定システムをも提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】この出願の発明のマイクロチャン
ネル構造は、マイクロチップ表面に形成されるものであ
って、基板上に形成された複数本のマイクロチャンネル
が基板上で一本に集合した集合チャンネル部を有し、集
合チャンネル部の底部には、該マイクロチャンネルと同
数またはそれ以下の数の、各マイクロチャンネルから該
集合チャンネル部に流入された液体間の界面を安定化し
うる突起状のガイド条を有しているものである。
ネル構造は、マイクロチップ表面に形成されるものであ
って、基板上に形成された複数本のマイクロチャンネル
が基板上で一本に集合した集合チャンネル部を有し、集
合チャンネル部の底部には、該マイクロチャンネルと同
数またはそれ以下の数の、各マイクロチャンネルから該
集合チャンネル部に流入された液体間の界面を安定化し
うる突起状のガイド条を有しているものである。
【００１６】基板は、シリコン、樹脂、ガラス、石英
等、種々のものが考慮されるが、好ましくは、様々な溶
媒に対して耐性があり、耐熱性が高いパイレックス（登
録商標）等のガラス基板である。ガラス基板は、透明性
が高く種々の分光学的分析における素子として用いる際
にも好ましい。
等、種々のものが考慮されるが、好ましくは、様々な溶
媒に対して耐性があり、耐熱性が高いパイレックス（登
録商標）等のガラス基板である。ガラス基板は、透明性
が高く種々の分光学的分析における素子として用いる際
にも好ましい。
【００１７】この出願の発明のマイクロチャンネル構造
は、このような基板にフォトマスクを用いて通常のフォ
トレジスト、ウェットエッチング型押し加工、射出成
形、レーザー加工、ドライエッチング、ビーム加工等の
一種または二種以上の手段を採用することにより形成さ
れる。
は、このような基板にフォトマスクを用いて通常のフォ
トレジスト、ウェットエッチング型押し加工、射出成
形、レーザー加工、ドライエッチング、ビーム加工等の
一種または二種以上の手段を採用することにより形成さ
れる。
【００１８】このようなマイクロチャンネル構造として
は、図１（Ａ）に例示されるようなものが考えられる。
つまり、複数本の独立したマイクロチャンネル（３）
が、任意の間隔で集中する集合部（４）を有するような
パターン（５）を基板（２）上に形成し、マイクロチッ
プ（１）とすることができるのである。
は、図１（Ａ）に例示されるようなものが考えられる。
つまり、複数本の独立したマイクロチャンネル（３）
が、任意の間隔で集中する集合部（４）を有するような
パターン（５）を基板（２）上に形成し、マイクロチッ
プ（１）とすることができるのである。
【００１９】このとき、独立したマイクロチャンネル
（３）の数は、とくに限定されず、マイクロチップ
（１）の用途に応じて適宜設定できる。図１（Ａ）で
は、３本の独立したマイクロチャンネル（３）を有する
ものが例示されている。
（３）の数は、とくに限定されず、マイクロチップ
（１）の用途に応じて適宜設定できる。図１（Ａ）で
は、３本の独立したマイクロチャンネル（３）を有する
ものが例示されている。
【００２０】また、集合部（４）での各マイクロチャン
ネルの間隔は、とくに限定されず、送液する溶液量や流
量、さらには粘度等の溶液の性質に応じて変更すること
ができる。縁間の間隔は、好ましくは１０〜３００μｍ
である。
ネルの間隔は、とくに限定されず、送液する溶液量や流
量、さらには粘度等の溶液の性質に応じて変更すること
ができる。縁間の間隔は、好ましくは１０〜３００μｍ
である。
【００２１】以上のような独立したマイクロチャンネル
（３）は、互いに接触、交差せず、送液しても溶液（６
ａ、６ｂ）の交換がなされない（図１（Ｂ））。
（３）は、互いに接触、交差せず、送液しても溶液（６
ａ、６ｂ）の交換がなされない（図１（Ｂ））。
【００２２】そこで、これらの独立したマイクロチャン
ネル（３）の集合部（４）をさらにウェットエッチング
することにより、各チャンネル（３）の幅を太くし、１
本のチャンネルとなった集合チャンネル部（７）とす
る。このとき、底部（８）には、もとの独立したマイク
ロチャンネル（３）に由来する有底の溝構造が残ってお
り、送液されたときには、これらの間に形成される突起
状の部分が、集合チャンネル部（７）のガイド条（９）
として作用し、各溶液（６ａ、６ｂ）の界面を安定に保
持する。つまり、これらのガイド条（９）は、マイクロ
チャンネル（３）に送液された溶液（６ａ、６ｂ）が合
流した後に、界面を安定に保持しながら、長時間の接触
を可能とするものなのである。
ネル（３）の集合部（４）をさらにウェットエッチング
することにより、各チャンネル（３）の幅を太くし、１
本のチャンネルとなった集合チャンネル部（７）とす
る。このとき、底部（８）には、もとの独立したマイク
ロチャンネル（３）に由来する有底の溝構造が残ってお
り、送液されたときには、これらの間に形成される突起
状の部分が、集合チャンネル部（７）のガイド条（９）
として作用し、各溶液（６ａ、６ｂ）の界面を安定に保
持する。つまり、これらのガイド条（９）は、マイクロ
チャンネル（３）に送液された溶液（６ａ、６ｂ）が合
流した後に、界面を安定に保持しながら、長時間の接触
を可能とするものなのである。
【００２３】また、このとき、ガイド条（９）の数は、
もとのマイクロチャンネル（３）の間の壁と同数であっ
てもよいし、一部のマイクロチャンネル（３）が一本化
して、マイクロチャンネル（３）間の壁以下の数となっ
ていてもよい。
もとのマイクロチャンネル（３）の間の壁と同数であっ
てもよいし、一部のマイクロチャンネル（３）が一本化
して、マイクロチャンネル（３）間の壁以下の数となっ
ていてもよい。
【００２４】ガイド条（９）の集合チャンネル部（７）
の底部（８）からの高さは、ウェットエッチング時間に
よって任意に制御できるものであるが、ウェットエッチ
ング時間があまり長いと、集合チャンネル部（７）の底
部（８）が削られ、ガイド条（９）がなくなるため、好
ましくない。したがって、集合チャンネル部（７）の底
部（８）にガイド条（９）が残留する程度に加減してウ
ェットエッチングを行うことが重要である。好ましく
は、ガイド条（９）の高さが、１〜２０μｍ、より好ま
しくは、５〜１０μｍとなるように設定する。
の底部（８）からの高さは、ウェットエッチング時間に
よって任意に制御できるものであるが、ウェットエッチ
ング時間があまり長いと、集合チャンネル部（７）の底
部（８）が削られ、ガイド条（９）がなくなるため、好
ましくない。したがって、集合チャンネル部（７）の底
部（８）にガイド条（９）が残留する程度に加減してウ
ェットエッチングを行うことが重要である。好ましく
は、ガイド条（９）の高さが、１〜２０μｍ、より好ま
しくは、５〜１０μｍとなるように設定する。
【００２５】また、集合チャンネル部（７）の大きさ
は、とくに限定されないが、各溶液（６ａ、６ｂ）の界
面を安定化し、溶液（６ａ、６ｂ）中の分子の自発的挙
動（化学ポテンシャル）のみによる反応や分離操作を可
能とするためには、幅を１００〜３００μｍとすること
が好ましい。より好ましくは、１５０〜２５０μｍとす
る。集合チャンネル部（７）の深さは、とくに限定され
ないが、１０〜１００μｍ、より好ましくは３５〜４５
μｍとすることにより、微小空間での特異的な分子挙動
を起こすことができる。もちろん、集合チャンネル部
（７）の大きさはこれらに限定されず、用途に応じて適
宜変更してもよい。
は、とくに限定されないが、各溶液（６ａ、６ｂ）の界
面を安定化し、溶液（６ａ、６ｂ）中の分子の自発的挙
動（化学ポテンシャル）のみによる反応や分離操作を可
能とするためには、幅を１００〜３００μｍとすること
が好ましい。より好ましくは、１５０〜２５０μｍとす
る。集合チャンネル部（７）の深さは、とくに限定され
ないが、１０〜１００μｍ、より好ましくは３５〜４５
μｍとすることにより、微小空間での特異的な分子挙動
を起こすことができる。もちろん、集合チャンネル部
（７）の大きさはこれらに限定されず、用途に応じて適
宜変更してもよい。
【００２６】この出願の発明のマイクロチャンネル構造
は、マイクロチップ（１）として使用可能とするため
に、基板（２）上にパターン（５）を形成した後、該基
板（２）にパターン（５）を有さない別の基板を接合
し、蓋（１０）とする必要がある。このとき、しばしば
基板（２）と蓋（１０）の間に隙間や気泡が発生し、マ
イクロチャンネル（３）に送液する際の液漏れや遅れ時
間の原因となる。
は、マイクロチップ（１）として使用可能とするため
に、基板（２）上にパターン（５）を形成した後、該基
板（２）にパターン（５）を有さない別の基板を接合
し、蓋（１０）とする必要がある。このとき、しばしば
基板（２）と蓋（１０）の間に隙間や気泡が発生し、マ
イクロチャンネル（３）に送液する際の液漏れや遅れ時
間の原因となる。
【００２７】そのため、予め基板（２）と蓋（１０）を
前処理する必要がある。例えば、基板（２）と蓋（１
０）がガラス板の場合には、各々をアルカリ洗浄処理
し、真空加熱炉中にて６５０℃、１０-1Ｔｏｒｒで接合
することができる。アルカリ洗浄液としては、水酸化ナ
トリウム水溶液が好ましく適用されるが、これに限らな
い。もちろん、基板（２）の材質によっては、硫酸過水
等を用いた従来の半導体洗浄方法などによって基板
（２）を処理し、通常の加熱炉中で接合を行なってもよ
いが、例えば基板（２）がガラスの場合、ガラス表面に
シラノール基が誘起し、接合を阻害したり、基板（２）
と蓋（１０）の間に気泡が発生したりしやすくなるた
め、アルカリ洗浄後、真空加熱炉中での接合を行う方法
が好ましいのである。
前処理する必要がある。例えば、基板（２）と蓋（１
０）がガラス板の場合には、各々をアルカリ洗浄処理
し、真空加熱炉中にて６５０℃、１０-1Ｔｏｒｒで接合
することができる。アルカリ洗浄液としては、水酸化ナ
トリウム水溶液が好ましく適用されるが、これに限らな
い。もちろん、基板（２）の材質によっては、硫酸過水
等を用いた従来の半導体洗浄方法などによって基板
（２）を処理し、通常の加熱炉中で接合を行なってもよ
いが、例えば基板（２）がガラスの場合、ガラス表面に
シラノール基が誘起し、接合を阻害したり、基板（２）
と蓋（１０）の間に気泡が発生したりしやすくなるた
め、アルカリ洗浄後、真空加熱炉中での接合を行う方法
が好ましいのである。
【００２８】この出願の発明のマイクロチャンネル構造
では、マイクロチャンネル（３）に送液する際には、マ
イクロチャンネル（３）部にキャピラリー等の管を接続
し、ポンプ等により送液する必要がある。例えば、図２
に例示されるような冶具（１１）を用いてもよいし、ダ
イヤモンド砥粒を電着した超硬ドリル等を用いて、マイ
クロチップ（１）の上面や側面に穴を開け、導入口（１
６）としてもよい。冶具（１１）を用いた場合には、キ
ャピラリー（１２）とマイクロチップ（１）の接続部分
に圧力損失やデッドボリュームが生じやすく、マイクロ
チップ（１）での測定に影響を及ぼす可能性が大きい。
したがって、マイクロチップ（１）に導入口（１６）を
作成し、直接キャピラリー（１２）を接続して送液する
ことが好ましい。
では、マイクロチャンネル（３）に送液する際には、マ
イクロチャンネル（３）部にキャピラリー等の管を接続
し、ポンプ等により送液する必要がある。例えば、図２
に例示されるような冶具（１１）を用いてもよいし、ダ
イヤモンド砥粒を電着した超硬ドリル等を用いて、マイ
クロチップ（１）の上面や側面に穴を開け、導入口（１
６）としてもよい。冶具（１１）を用いた場合には、キ
ャピラリー（１２）とマイクロチップ（１）の接続部分
に圧力損失やデッドボリュームが生じやすく、マイクロ
チップ（１）での測定に影響を及ぼす可能性が大きい。
したがって、マイクロチップ（１）に導入口（１６）を
作成し、直接キャピラリー（１２）を接続して送液する
ことが好ましい。
【００２９】もちろん、送液方法としては、これらに限
定されず、例えばマイクロチャンネル（３）にキャピラ
リー（１２）を接合し、一つのシステムとするなど、様
々な方法が適用できる。
定されず、例えばマイクロチャンネル（３）にキャピラ
リー（１２）を接合し、一つのシステムとするなど、様
々な方法が適用できる。
【００３０】この出願の発明のマイクロチャンネル構造
は、集合チャンネル部（７）にガイド条（９）を設ける
ことによって、溶媒抽出システムとして、フロー下での
長時間の液液接触を可能とするものである。この出願の
発明は、さらに、このようなマイクロチャンネル構造を
有するマイクロチップ（１）を用いた、湿式分析法、お
よび種々の分析装置をも提供する。このような分析方法
や分析装置は、分光学的分析や電気化学的分析など、様
々な化学分析、生物化学分析、物理化学分析等に用いら
れるものが考慮される。
は、集合チャンネル部（７）にガイド条（９）を設ける
ことによって、溶媒抽出システムとして、フロー下での
長時間の液液接触を可能とするものである。この出願の
発明は、さらに、このようなマイクロチャンネル構造を
有するマイクロチップ（１）を用いた、湿式分析法、お
よび種々の分析装置をも提供する。このような分析方法
や分析装置は、分光学的分析や電気化学的分析など、様
々な化学分析、生物化学分析、物理化学分析等に用いら
れるものが考慮される。
【００３１】より具体的には、少なくともこの出願の発
明のマイクロチップ、励起光、プローブ光、集光レン
ズ、および検出器を有する熱レンズ測定システムなどが
例示される。このような熱レンズ法は、光熱変換分光法
のひとつであり、光吸収によって誘起される屈折率変化
（励起状態生成や分子配向など）を微小変化として測定
でき、微量物質を測定するのに適した方法である。液体
の光吸収に基づいているため、他の分光法のように測定
対象が限定されず、あらゆる試料についての分析が可能
になる。
明のマイクロチップ、励起光、プローブ光、集光レン
ズ、および検出器を有する熱レンズ測定システムなどが
例示される。このような熱レンズ法は、光熱変換分光法
のひとつであり、光吸収によって誘起される屈折率変化
（励起状態生成や分子配向など）を微小変化として測定
でき、微量物質を測定するのに適した方法である。液体
の光吸収に基づいているため、他の分光法のように測定
対象が限定されず、あらゆる試料についての分析が可能
になる。
【００３２】熱レンズ測定システムを構築するために
は、従来の熱レンズ顕微鏡の光学系を応用することがで
きる。
は、従来の熱レンズ顕微鏡の光学系を応用することがで
きる。
【００３３】たとえば、図３に例示されるように、光変
調器（１９）で断続光とした励起光（１７）とプローブ
光（１８）の２つの光を対物レンズ（２１）でマイクロ
チップ（１）中の試料（２０）に集光し、励起光により
誘起された過渡的な屈折率変化を、プローブ光（１８）
の広がりとして、検出器（２２）で検出するのである。
光源としては、種々のレーザー発信機が適用できる。励
起光（１７）には、アルゴンイオンレーザー（４８８ｎ
ｍ）を、プローブ光（１８）にはヘリウムネオンレーザ
ー（６３３ｎｍ）を用いるとよい。
調器（１９）で断続光とした励起光（１７）とプローブ
光（１８）の２つの光を対物レンズ（２１）でマイクロ
チップ（１）中の試料（２０）に集光し、励起光により
誘起された過渡的な屈折率変化を、プローブ光（１８）
の広がりとして、検出器（２２）で検出するのである。
光源としては、種々のレーザー発信機が適用できる。励
起光（１７）には、アルゴンイオンレーザー（４８８ｎ
ｍ）を、プローブ光（１８）にはヘリウムネオンレーザ
ー（６３３ｎｍ）を用いるとよい。
【００３４】また、この出願の発明の過渡レンズ測定シ
ステムでは、必要に応じて、マイクロチップ（１）に試
料（２０）を送液するためのポンプ（２３）、制御装置
（２４）、測定後の試料（２０）の排出口（２５）、さ
らにはマイクロチップ（１）中を流れる試料（２０）を
恒温するためのヒーター（２６）や加熱ダイオード（２
７）等を有していてもよい。
ステムでは、必要に応じて、マイクロチップ（１）に試
料（２０）を送液するためのポンプ（２３）、制御装置
（２４）、測定後の試料（２０）の排出口（２５）、さ
らにはマイクロチップ（１）中を流れる試料（２０）を
恒温するためのヒーター（２６）や加熱ダイオード（２
７）等を有していてもよい。
【００３５】もちろん、この出願の発明の過渡レンズ測
定システムは、以上のようなものに限らない。
定システムは、以上のようなものに限らない。
【００３６】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明は以下の例に限定されるもので
はなく、細部については様々な態様が可能であることは
言うまでもない。
【００３７】
【実施例】実施例１ ガイド付きマイクロチャンネル構
造を有するマイクロチップの作成 幅７０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのパイレッ
クスガラス製基板上に、３本の独立したマイクロチャン
ネルが６０μｍの間隔で集中する集合部を有するパター
ン（図１（Ａ））をフォトリソグラフィー／ウェットエ
ッチングにより作成し、集合部をさらにエッチングし
て、幅２００μｍ、深さ４０μｍ、ガイド高さ６μｍ、
長さ３０ｍｍの集合チャンネルを作成した。
造を有するマイクロチップの作成 幅７０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのパイレッ
クスガラス製基板上に、３本の独立したマイクロチャン
ネルが６０μｍの間隔で集中する集合部を有するパター
ン（図１（Ａ））をフォトリソグラフィー／ウェットエ
ッチングにより作成し、集合部をさらにエッチングし
て、幅２００μｍ、深さ４０μｍ、ガイド高さ６μｍ、
長さ３０ｍｍの集合チャンネルを作成した。
【００３８】さらに、直径０．３ｍｍの超硬ドリルにダ
イヤモンド砥粒を電着し、回転数１２０００ｒｐｍで、
３本のマイクロチャンネルの端部に、ガラス基板上部か
らキャピラリーの導入口を開けた。
イヤモンド砥粒を電着し、回転数１２０００ｒｐｍで、
３本のマイクロチャンネルの端部に、ガラス基板上部か
らキャピラリーの導入口を開けた。
【００３９】穴周辺でわずかなチッピングが見られた
が、ガラス基板は破損せず、キャピラリー導入口を有す
るマイクロチップが得られた。実施例２ ガイド付きマイクロチャンネル構造を有する
マイクロチップでの酸・アルカリ洗浄 銅錯体のキシレン溶液と濃塩酸および０．２Ｍ水酸化ナ
トリウム水溶液を各チャンネルに導入して三層流を形成
し、分子拡散による洗浄効果を下流における熱レンズ顕
微鏡で観測した。図４（Ａ）に測定装置を示した。
が、ガラス基板は破損せず、キャピラリー導入口を有す
るマイクロチップが得られた。実施例２ ガイド付きマイクロチャンネル構造を有する
マイクロチップでの酸・アルカリ洗浄 銅錯体のキシレン溶液と濃塩酸および０．２Ｍ水酸化ナ
トリウム水溶液を各チャンネルに導入して三層流を形成
し、分子拡散による洗浄効果を下流における熱レンズ顕
微鏡で観測した。図４（Ａ）に測定装置を示した。
【００４０】低流速（１μｌ／ｍｉｎ）での安定な界面
形成が可能となり、酸およびアルカリ水溶液による洗浄
効果を熱レンズ信号強度の流速依存性、ならびに３つの
溶液の接触地点からの距離依存性を測定し、評価した。
形成が可能となり、酸およびアルカリ水溶液による洗浄
効果を熱レンズ信号強度の流速依存性、ならびに３つの
溶液の接触地点からの距離依存性を測定し、評価した。
【００４１】測定結果を図４（Ｂ）に示した。
【００４２】各溶液の合流点から下流に向かうにしたが
い、信号強度が下がり、分子輸送による洗浄効果が確認
できた。実施例３ ガイド付きマイクロチャンネル構造を有する
マイクロチップでの錯体形成反応および溶媒抽出 図５（Ａ）に示した湿式分析システムを組み、キシレン
とニトロソナフトール／水酸化ナトリウム水溶液をマイ
クロチャンネルに導入した。
い、信号強度が下がり、分子輸送による洗浄効果が確認
できた。実施例３ ガイド付きマイクロチャンネル構造を有する
マイクロチップでの錯体形成反応および溶媒抽出 図５（Ａ）に示した湿式分析システムを組み、キシレン
とニトロソナフトール／水酸化ナトリウム水溶液をマイ
クロチャンネルに導入した。
【００４３】さらにコバルト水溶液を導入し、フロー中
での錯体形成反応および溶媒抽出を行い、熱レンズ顕微
鏡によりコバルト錯体を定量した。
での錯体形成反応および溶媒抽出を行い、熱レンズ顕微
鏡によりコバルト錯体を定量した。
【００４４】測定結果を図５（Ｂ）に示した。
【００４５】各溶液の合流点から下流に向かうにしたが
い、コバルト錯体が抽出されていることが確認できた。
い、コバルト錯体が抽出されていることが確認できた。
【００４６】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、マイクロチップ上において、フロー下で液液間の
接触時間を延長することが可能なマイクロチャンネル構
造とこの構造を有するマイクロチップ、さらにはこれを
用いた分析方法が提供される。
って、マイクロチップ上において、フロー下で液液間の
接触時間を延長することが可能なマイクロチャンネル構
造とこの構造を有するマイクロチップ、さらにはこれを
用いた分析方法が提供される。
【図１】この発明のマイクロチャンネル構造を例示した
図である。（Ａ）上部からの図、（Ｂ）集合チャンネル
部の断面を示した鳥瞰図
図である。（Ａ）上部からの図、（Ｂ）集合チャンネル
部の断面を示した鳥瞰図
【図２】この発明のマイクロチャンネル構造を有するマ
イクロチップにキャピラリーを接続する方法の一例であ
る冶具を示した概略摸式図である。
イクロチップにキャピラリーを接続する方法の一例であ
る冶具を示した概略摸式図である。
【図３】この発明の熱レンズ測定システムを例示した概
略摸式図である。
略摸式図である。
【図４】この発明のマイクロチャンネル構造を有するマ
イクロチップにおいて、酸・アルカリ洗浄を行なった際
の測定装置（Ａ）および結果（Ｂ）を示す図である。
イクロチップにおいて、酸・アルカリ洗浄を行なった際
の測定装置（Ａ）および結果（Ｂ）を示す図である。
【図５】この発明のマイクロチャンネル構造を有するマ
イクロチップにおいて、コバルト錯体形成反応および溶
媒抽出を行なった際の測定装置（Ａ）および結果（Ｂ）
を示す図である。
イクロチップにおいて、コバルト錯体形成反応および溶
媒抽出を行なった際の測定装置（Ａ）および結果（Ｂ）
を示す図である。
１ マイクロチップ ２ 基板 ３ マイクロチャンネル ４ 集合部 ５ パターン ６ａ 溶液 ６ｂ 溶液 ７ 集合チャンネル部 ８ 底部 ９ ガイド条 １０ 蓋 １１ 冶具 １２ キャピラリー １３ 冶具固定ネジ １４ キャピラリー取り付けネジ １５ Ｏリング １６ 導入口 １７ 励起光 １８ プローブ光 １９ 光変調器 ２０ 試料 ２１ 対物レンズ ２２ 検出器 ２３ ポンプ ２４ 制御装置 ２５ 排出口 ２６ ヒーター ２７ 加熱ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｇ０１Ｎ 35/08 Ａ 37/00 １０１ 37/00 １０１ Ｆターム(参考） 2G040 BA18 CA12 CA23 DA05 EA06 EC02 2G042 CB03 HA03 HA07 2G058 BB02 DA00 DA07 GA06 GA20 4D056 AB06 AC03 AC05 BA20 CA37 CA40 4G075 AA13 BB03 BB05 BD05 BD15 BD22 EB21 FA08 FB06
Claims (11)
- 【請求項１】 基板上に形成された複数本のマイクロチ
ャンネルが基板上で一本に集合した集合チャンネル部を
有し、集合チャンネル部の底部には、マイクロチャンネ
ルと同数またはそれ以下の、各マイクロチャンネルから
集合チャンネル部に流入された液体間の界面を安定化し
うるガイド条を有していることを特徴とするマイクロチ
ャンネル構造。 - 【請求項２】 複数本のマイクロチャンネルが基板上で
一本に集合した集合チャンネル部の下流で、再び複数本
のマイクロチャンネルに分岐されている請求項１のマイ
クロチャンネル構造。 - 【請求項３】 基板がガラス基板である請求項１または
２のいずれかのマイクロチャンネル構造。 - 【請求項４】 集合チャンネル部の幅が１００〜３００
μｍである請求項１ないし３のいずれかのマイクロチャ
ンネル構造。 - 【請求項５】 集合チャンネル部の深さが１０〜１００
μｍである請求項１ないし４のいずれかのマイクロチャ
ンネル構造。 - 【請求項６】 集合チャンネル部におけるガイド条の集
合チャンネル底部からの高さが１〜２０μｍである請求
項１ないし５のいずれかのマイクロチャンネル構造。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかのマイクロ
チャンネル構造の製造方法であって、フォトリソグラフ
ィー、ウェットエッチング、型押し加工、射出成形、レ
ーザー加工、ドライエッチング、およびビーム加工の一
種以上の手段により基板上に複数本のマイクロチャンネ
ルと、該マイクロチャンネル間の間隔が狭くなったマイ
クロチャンネル集合部を作成し、次いでウェットエッチ
ングによりマイクロチャンネル集合部における各マイク
ロチャンネルの幅を太くし、底部に該マイクロチャンネ
ルと同数またはそれ以下のガイド条を有する複数本のマ
イクロチャンネルが一本に集合した集合チャンネル部を
作成することを特徴とするマイクロチャンネル構造の製
造方法。 - 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかのマイクロ
チャンネル構造を有することを特徴とするマイクロチッ
プ。 - 【請求項９】 請求項８のマイクロチップを用いること
を特徴とする湿式分析方法。 - 【請求項１０】 請求項８のマイクロチップを有するこ
とを特徴とする分析装置。 - 【請求項１１】 少なくとも請求項８のマイクロチッ
プ、励起光、プローブ光、集光レンズ、および検出器を
有することを特徴とする熱レンズ測定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000185481A JP2002001102A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | マイクロチャンネル構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000185481A JP2002001102A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | マイクロチャンネル構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002001102A true JP2002001102A (ja) | 2002-01-08 |
Family
ID=18685796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000185481A Pending JP2002001102A (ja) | 2000-06-20 | 2000-06-20 | マイクロチャンネル構造 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002001102A (ja) |
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2000
- 2000-06-20 JP JP2000185481A patent/JP2002001102A/ja active Pending
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