JP2004073995A

JP2004073995A - 流量制御方法、マイクロ流体デバイス、および流量制御装置

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Publication number: JP2004073995A
Application number: JP2002237115A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Teramae; 寺前　敦司; Takanori Anazawa; 穴澤　孝典
Original assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Current assignee: Kawamura Institute of Chemical Research
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2002-08-15
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】微小な流路における被制御流体の流量を、容易かつ精度よく制御できる流量制御方法を提供する。
【解決手段】毛細管状流路４、６を流れる被制御流体の流量を、流路４、６内に導入可能な磁性流体を用いて制御する方法であって、流路４、６に対する磁性流体の位置を、磁性流体に作用する磁界により調整することによって、流路４、６内での被制御流体の流量を制御する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、毛細管状流路を流れる被制御流体の流量を制御する方法、この流量制御方法によって被制御流体の流量を制御可能なマイクロ流体デバイス、このマイクロ流体デバイスにおける被制御流体の流量を制御する装置に関する。
【０００２】
本発明は、例えば微小ケミカルデバイス、即ち、微小な流路が形成された、化学・生化学反応用微小デバイス（マイクロ・リアクター）；膜濾過デバイス、透析デバイス、脱気・吸気デバイス、抽出デバイスなどの化学的・物理化学的処理デバイス；ＤＮＡ分析デバイス、免疫分析デバイス、電気泳動デバイス、クロマトグラフィー、ガス分析デバイス、水質分析デバイスなどの微小分析デバイスに使用できる。本発明は、例えばＤＮＡチップなどのマイクロアレイ製造用のノズルやそれを組み込んだ装置に利用できる。
【０００３】
【従来の技術】
マイクロ流体デバイス中に形成された毛細管状の流路を流れる流体の流量を制御する方法としては、外側からの圧力によって毛細管状の流路の内径を調節することによって流量を制御する方法が特開２００１−７０７８４および特開２０００−２８８５０４に開示されている。
しかしながら、この方法では、マイクロ流体デバイスの一部に外力をかけて変形させるため、マイクロ流体デバイスを厚く剛直な構造にしないと外力をかけたときにマイクロ流体デバイス全体がたわみ、他のバルブ機構部分や光学的検出用の窓などが設けられている場合にはその位置がずれるなどの問題があった。また、十分な変形量を示しながら破壊せず、且つほぼ元通りの形状に回復する力学特性を持った素材でマイクロ流体デバイスを形成する必要があり、素材の選定が制約されるという問題があった。さらに、外寸の小さいマイクロ流体デバイスを用いる場合には、該マイクロ流体デバイスを保持し、かつ所用部分を圧迫するためには、極めて高精度の保持機構や圧迫機構が要求されるという問題があった。
【０００４】
マイクロ流体デバイスの流路における流体流量を制御する方法としては、マイクロ流体デバイスに流量制御用バルブを設け、このバルブを用いる方法があるが、この場合には、バルブ駆動用の配管や配線を接続するための構造が必要となり、マイクロ流体デバイスの構造が複雑化する問題があった。
また、この配管や配線の接続のため、デバイスの強度を高める必要があることから、デバイスのサイズを小さくすることが困難になるという不都合があった。このため、多数並列処理が難しくなる問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、微小な流路における被制御流体の流量を、容易かつ精度よく制御できる流量制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、毛細管状流路内に導入可能な磁性流体を用い、該流路に対する磁性流体の位置を調整し、該流路内での被制御流体の流れやすさを調節することによって、被制御流体の流量を制御することが可能であることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、毛細管状流路を流れる被制御流体の流量を、該流路内に導入可能な磁性流体を用いて制御する方法であって、毛細管状流路に対する磁性流体の位置を、該磁性流体に作用する磁界により調整することによって、該流路内での被制御流体の流量を制御することを特徴とする流量制御方法を提供する。
本発明の流量制御方法は、流路に対する磁性流体の位置を磁界により調整することによって、流路内での被制御流体の流量を制御するので、微小な流路を有するマイクロ流体デバイスにおいて、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。
また、従来の流量制御方法に比べ、バルブやこれを駆動するための配管などの複雑な機構が不要となるため、サイズの小さいマイクロ流体デバイスや、強度に劣るマイクロ流体デバイスにも適用可能である。
【０００８】
本発明は、被制御流体が流れる毛細管状流路を有し、該流路内に磁性流体を導入可能とされ、該流路に対する磁性流体の位置に応じて、該流路内での被制御流体の流量を制御することができるように構成されていることを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供する。
本発明のマイクロ流体デバイスは、流路に対する磁性流体の位置に応じて、流路内での被制御流体の流量を制御することができるようにされているので、流路が微小である場合でも、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。
このため、デバイスの小型化が可能である。また強度を高める必要がないため、デバイスの構造を簡略化し、製造コスト低減を図ることができる。
【０００９】
本発明は、被制御流体が流れる毛細管状流路を有し、該流路内に磁性流体が導入可能とされたマイクロ流体デバイスにおける被制御流体の流量を制御する装置であって、マイクロ流体デバイスを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたマイクロ流体デバイスの磁性流体に作用する磁界を発生する磁界発生手段と、該磁界を調節することによって、毛細管状流路に対する磁性流体の位置を調整可能とされた磁界調節手段とを有することを特徴とする流量制御装置を提供する。
本発明の流量制御装置は、マイクロ流体デバイス内の磁性流体の位置を、簡単な操作で正確に調整することができる。
従って、微小な流路を有するマイクロ流体デバイスにおいて、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の流量制御方法は、毛細管状流路（以下、「毛細管状流路」を、単に「流路」と称する場合がある）を流れる被制御流体の流量を、該流路内に導入可能な磁性流体を用いて制御する方法であって、流路に対する磁性流体の位置を、磁性流体に作用する磁界により調整することによって、流路内での被制御流体の流量を制御する。
【００１１】
本発明の流量制御方法では、流路に対する磁性流体の位置を調整することにより、流路内での被制御流体の流れやすさを調節する。
例えば、被制御流体の流れを妨げない位置に磁性流体を配置することによって、被制御流体の流量を比較的大きくすることができる。
被制御流体が流れる部分の流路を狭くする位置に磁性流体を配置することによって、被制御流体を流れにくくし、被制御流体の流量を比較的小さくすることができる。
流路を完全に閉塞する位置に磁性流体を配置することによって、被制御流体の流れを停止させることができる。
このように、磁性流体を用いて、流路内での被制御流体の流れやすさを調節することによって、被制御流体の流量を制御する。
【００１２】
本発明において、流路の外形は任意であり、例えばチューブ状の毛細管であって良い。
流路はまた、塊状成形物の内部に形成されたものであってよく、いわゆるマイクロ流体デバイス内に形成された毛細管状の流路であって良い。
本発明において、流路は、その中を或いはそれを経て流体を移動させる空洞をいい、単なる移送用の流路の他、反応流路、検出用流路、抽出その他の処理流路、バルブやポンプ部の空洞等であり得る。
【００１３】
流路の断面形状は任意であり、矩形（角の丸められた矩形を含む）、台形、円形、半円形、スリット状、その他の複雑な形状であり得る。
流路の断面寸法は、幅と高さがそれぞれ好ましくは３μｍ〜３ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍである。
流路の断面積は、好ましくは５×１０^−１２ｍ^２〜５×１０^−６ｍ^２、更に好ましくは１×１０^−１０ｍ^２〜１×１０^−６ｍ^２であり、最も好ましくは１×１０^−１０ｍ^２〜１×１０^−７ｍ^２である。
【００１４】
断面寸法または断面積が上記範囲未満では流量の制御が難しくなる。また、断面寸法または断面積が上記範囲を超えると制御がしにくくなるか、または制御不能となる。
なお、上記断面形状、断面寸法、断面積は、磁性流体が導入される部分についてのものであり、その他の部分、例えば被制御流体が流れる部分については任意であるが、磁性流体が導入される部分と同様であることが好ましい。
【００１５】
本発明の方法では、流路に接続された磁性流体格納部を使用することもできる。例えば磁性流体格納部が形成されたマイクロ流体デバイスを用いることができる。
磁性流体格納部を使用する場合には、磁性流体格納部から流路への磁性流体導入量を、前記磁界により調整することによって、流路内での被制御流体の流量を制御することができる。
例えば、磁性流体の全量を磁性流体格納部内に格納すれば、磁性流体が流路内の被制御流体の流れを全く妨げなくなるため、被制御流体の流量を比較的大きくすることができる。
また、被制御流体が流れる部分の流路を狭くする量の磁性流体を、磁性流体格納部から流路に導入することによって、被制御流体を流れにくくし、被制御流体の流量を比較的小さくすることができる。
また、流路を完全に閉塞する量の磁性流体を、磁性流体格納部から流路に導入することによって、被制御流体の流れを停止させることができる。
【００１６】
磁性流体格納部は、例えば流路の一部が広がった形状のタンク、流路の一部から分岐した毛細管状の空洞、等であり得る。
流路の一部から分岐した毛細管状の空洞は、その先端が閉じられていても良いし、その先端に連結した任意の形状の空洞を有していても良いし、デバイス外部に開口していても良い。
【００１７】
本発明では、磁性流体格納部を使用するのが好ましい。この磁性流体格納部は、流路の一部から分岐した毛細管状の空洞であることが好ましく、該毛細管状の空洞は、その先に連結した任意の形状の空洞を有していることが好ましい。
【００１８】
本発明の方法では、磁性流体格納部を利用せずに（例えば磁性流体格納部が形成されていないマイクロ流体デバイスを用いて）、該流路内での被制御流体の流量を制御することもできる。
この場合には、磁性流体を流路内に導入しておき、流路内の磁性流体の位置を前記磁界により調整することによって、流路内での被制御流体の流量を制御することができる。
例えば、流路内の磁性流体を、被制御流体の流れを極力妨げない位置（例えば流路内壁面に近い位置）に配置すれば、被制御流体の流量を比較的大きくすることができる。
また、流路内の磁性流体を、被制御流体が流れる部分の流路を狭くする位置に配置すれば、被制御流体を流れにくくし、被制御流体の流量を比較的小さくすることができる。
また、流路内の磁性流体を、流路を完全に閉塞するように配置すれば、被制御流体の流れを停止させることができる。
【００１９】
本発明の方法は、流路が形成されたマイクロ流体デバイスを流れる流体を対象とするのが好ましい。
マイクロ流体デバイスは、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）とも呼ばれるものであり、流体を流入し流出するまでの経路内で、流体が温度変化をうける機構、濃度調整される機構、化学反応をうける機構、流動の流速、流動の分岐、混合若しくは分離などの制御をうける機構、又は電気的、光学的な測定をうける機構等を設けた毛細管状の流路を有するデバイスであり、本発明においては、流路内に磁性流体を導入可能とされ、流路に対する磁性流体の位置に応じて、流路内での被制御流体の流量を制御することができるように構成されているものが使用できる。
【００２０】
本発明の方法では、対象となる被制御流体は任意であり、液体、気体、超臨界流体であり得る。勿論、被制御流体は溶液や分散流体（分散質を分散媒中に分散させた流体）であり得る。
【００２１】
本発明に用いる磁性流体は、強磁性を示す液状物であり、好ましい具体例としては、例えば鉄、コバルト、ニッケルなどの金属や合金；酸化鉄などの金属酸化物などの強磁性固体の粉末を安定的に液体中に分散した液状物を挙げることができる。
強磁性固体や分散媒は任意であり、流路が形成されたマイクロ流体デバイスの素材や、被制御流体に応じて選択できる。
例えば強磁性固体は、流路を閉塞しない粒径のものを選択して使用できる。
分散媒は被制御流体と相溶しないものや、マイクロ流体デバイスに影響を与えない種類のものを選択して使用できる。
【００２２】
磁性流体の粘度は、流路内における移動しやすさに応じて好適な値を選択できる。例えば磁界を変化させてから磁性流体が所望の位置に変位するまでの時間に応じて、磁性流体の粘度を選択することができる。
磁性流体は、粘度が１００〜１００００ｍＰａ／ｓであるものを用いるのが好ましい。
流路断面積が小さい場合には低粘度のものが好ましく、流路断面積が大きい場合には高粘度のものが好ましい。
【００２３】
本発明において、磁性流体の位置を調整するには、磁性流体に作用する磁界を適宜調節する。
磁界を発生する磁界発生手段としては、特に限定されないが、例えば永久磁石、電磁石などの磁石を使用できる。被制御流体の流量調節を目的とする場合には、永久磁石の使用が好ましい。これは、永久磁石が、磁性流体の微妙な位置調整が容易であり、かつエネルギー消費が少ないためである。
一方、磁性流体による流路の開閉を目的とする場合には、電磁石が簡便であり好ましい。但し電磁石を使用する場合には、永久磁石と、該永久磁石より強い磁界を発生する電磁石とを備えた磁界発生手段を用いるのが好ましい。
この磁界発生手段は、電磁石を停止（磁界を発生しない状態）したときに、永久磁石によって磁性流体を第一の安定位置に配置でき、かつ電磁石を作動（磁界を発生する状態）させたときに磁性流体を第二の安定位置に配置することができる構成とするのが好ましい。
【００２４】
磁界を調節するには、磁界の方向および／または強さを調整すればよい。
例えば、流路内の磁性流体と磁石との距離を変化させる方法；磁石を、磁性流体との距離をほぼ一定に保ったまま流路に沿って移動させる方法（逆に、流路を磁石に対し移動させる方法を含む）；磁石と磁性流体との間に磁力線遮蔽構造や磁力線ショートパス構造を設け、この磁力線遮蔽構造や磁力線ショートパス構造を移動させる方法；電磁石に供給する電流を変化させる方法；電磁石の電流供給位置を変化させるなどの方法で、連続的または離散的に磁界の方向および／または強さを調整する方法をとることができる。
これらの中でも特に、永久磁石の移動により磁界を調整する方法が最も容易であるため好ましい。
なお、磁性流体に作用させる磁界を調整するとは、調整の前または後の磁界がゼロである場合も含む。
【００２５】
被制御流体の流量を低くする場合、または被制御流体の流れを停止させる場合には、被制御流体の圧力に抗して流量を制御するために、強い磁界を作用させることによって磁性流体を所定位置に固定することが好ましい。
一方、被制御流体の流量を高くするため、その流れを妨げない位置に磁性流体を配置する場合には、磁界の作用によって、磁性流体をその位置に固定するのが好ましい。
すなわち、磁性流体の位置を調整するには、常時、磁界を磁性流体に作用させ、その作用位置を変化させて磁性流体の位置決めを行うのが好ましい。
なお、被制御流体の流れを妨げない位置に磁性流体を配置する場合には、磁性流体に磁界を作用させず、重力や毛管現象を利用して磁性流体が所定位置から動かないようにすることもできる。
【００２６】
磁界の方向および／または強さを調整するには、１つの磁性流体に対し、複数の磁石を使用しても良い。また、一本の流路を塞ぐのに、複数の磁性流体の集団を使用しても構わない。磁性流体を利用して流量制御できる流路の数は任意であり、複数の流路における被制御流体の流量を独立して制御することも可能である。
【００２７】
本発明では、被制御流体が流れる流路を有し、流路内に磁性流体を導入可能とされ、流路に対する磁性流体の位置に応じて、流路内での被制御流体の流量を制御することができるようにされたマイクロ流体デバイスを提供する。
本発明のマイクロ流体デバイスの構成材料は任意であり、例えばガラス、結晶材料（水晶等）、金属材料（ステンレススチール等）、半導体材料（シリコン）、セラミック、炭素、有機重合体ポリジメチルシロキサン等のように、無機元素を含有するものであってもよい。
本発明では、マイクロ流体デバイス内の磁性流体に磁界を作用させてその位置を調整するため、少なくとも磁性流体が配置される部分のマイクロ流体デバイスは、磁化率の小さい素材、例えば常磁性体、反磁性体、または比透磁率が１０００以下の強磁性体で形成されていることが好ましく、特に、常磁性体または反磁性体である材料で形成されていることがさらに好ましい。
本発明のマイクロ流体デバイスの形状は任意であり、用途、目的に応じた形状とすることができる。例えば、塊状、板状、シート状（フィルム状、リボン状、ベルト状を含む）、繊維状（中空繊維状）等であり得るし、これらの複合構造、例えば、流路の一部が中空糸状であり、磁性流体が導入される流路が形成された部分が板状である構造などであり得る。
マイクロ流体デバイスが微小ケミカルデバイスである場合には、板状またはシート状であることが好ましい。
【００２８】
本発明のマイクロ流体デバイスに形成された流路は、凹部を有する部材とその表面に密着されたカバーによって形成されたもの、あるいは少なくとも２つの部材に挟まれた層の欠損部で形成されたものであることが好ましい。
本発明のマイクロ流体デバイスは、内部に磁性流体が装填されている構成とするのが好ましい。本発明のマイクロ流体デバイスに用いる磁性流体としては、上述の流量制御方法で示したものと同様のものが使用できる。
なお、本発明のマイクロ流体デバイスでは、デバイス内の流路は分岐していなくてもよい。
【００２９】
本発明の流量制御装置は、被制御流体が流れる流路を有し、流路内に磁性流体が導入可能とされたマイクロ流体デバイスにおける被制御流体の流量を制御する装置であって、（１）マイクロ流体デバイスを保持する保持手段、（２）保持手段に保持されたマイクロ流体デバイスの磁性流体に作用する磁界を発生する磁界発生手段、（３）磁界の調節によって、流路に対する磁性流体の位置を調整可能とされた磁界調節手段とを有する。
【００３０】
保持手段は、磁界発生手段（磁石）により発生する磁界によって、マイクロ流体デバイス内の磁性流体を所定の位置まで移動させることができるように、マイクロ流体デバイスを保持するものであれば任意である。
保持手段は、磁界発生手段（磁石）に対するマイクロ流体デバイスの位置を、再現性良く定めることができるものであることが好ましい。
保持手段は、マイクロ流体デバイスを、この保持手段における特定の位置に固定するものであってもよいし、マイクロ流体デバイスの位置を調整できるものであってもよい。
保持手段は、デバイスを固定する固定機構と、デバイスの位置を調整する位置決め機構とを備えたものとし、１回の操作でマイクロ流体素子を保持できるように構成するのが好ましい。
【００３１】
磁界発生手段としては、磁性流体に対し磁界を作用させることができるものであればよく、永久磁石、電磁石などの磁石を使用できる。特に、永久磁石の使用が好ましい。
磁石の種類、形状、寸法、位置などは、これにより発生する磁界によってマイクロ流体デバイス内の磁性流体の位置調整ができるものであれば任意である。磁石の、マイクロ流体デバイスに対向する部分の面積は１×１０^−１１ｍ^２〜１×１０^−３ｍ^２であることが好ましく、１×１０^−６ｍ^２〜１×１０^−４ｍ^２であることがさらに好ましい。
本発明でいう磁界発生手段としては、マイクロ流体デバイス内の流路内の磁性流体を移動させることができるものをいい、例えばモーター用の永久磁石や電磁石のように、磁界を発生させるものであっても、該磁界によりマイクロ流体デバイス内の磁性流体を移動させることができないものは含まない。
磁界発生手段として用いられる磁石は単数であっても複数であっても良い。磁石が複数である場合には、複数の磁石が、異なる磁性流体をそれぞれ位置調整（固定または移動）するものであってもよいし、１つの磁性流体を位置調整（固定または移動）するものであってもよい。
２つの磁石を、マイクロ流体デバイスの表側および裏側に配置し、これら２つの磁石によってマイクロ流体デバイス内の１つの磁性流体を位置調整（固定または移動）することもできる。
【００３２】
磁界調節手段は、磁界の方向および／または強さを調整することができるものが好ましい。
例えば、磁石の移動機構；マイクロ流体デバイスの移動機構；磁石とマイクロ流体デバイスとの間の磁力線の遮蔽状態を変化させる機構；磁石とマイクロ流体デバイスとの間の磁力線のショートパス機構の駆動機構であり得る。
磁石が電磁石の場合には、複数の電磁石のうち所定のものに選択的に電流を供給する機構；複数の電磁石のうち所定のものに供給する電流を変化させる機構などであり得る。
これらの中でも特に、永久磁石を移動させる機構；複数の電磁石のうち所定のものに選択的に電流を供給する機構；複数の電磁石のうち所定のものに供給する電流を変化させる機構が好ましい。
複数の電磁石のうち所定のものに選択的に電流を供給する機構、または複数の電磁石のうち所定のものに供給する電流を変化させる機構は、電磁石や保持手段から分離され、筐体に納められたものであっても良い。
【００３３】
磁界調節手段は、コンピューター制御等により、シーケンス制御やフィードバック制御によって磁界を調節できるものであって良い。
【００３４】
本発明の流量制御装置は、マイクロ流体デバイスの使用目的に応じて、その他の機構、例えば、温度調節機構、光学的その他の検出機構、試料注入機構、バルブ機構、洗浄機構、等を有していても良い。
【００３５】
本発明の流量制御装置は、例えば、マイクロリアクター、ピー・シー・アール（ＰＣＲ；ポリメラーゼ連鎖反応）装置などの反応装置；膜濾過装置、透析装置、電気透析装置、気体分離装置、気体溶解装置、抽出装置などの、化学分析の前処理装置；遺伝子分析装置、免疫分析装置、ガス分析装置、水質分析装置などの化学または生化学分析装置；ＤＮＡチップや免疫チップなどのマイクロアレイ製造用スポッタ等に好ましく用いることができる。
【００３６】
図５は、本発明の流量制御装置の一例を示すものである。
ここに示す流量制御装置は、マイクロ流体デバイス２０を保持する保持手段２１と、デバイス２０内の磁性流体に作用する磁界を発生する永久磁石２２（磁界発生手段）と、磁界の調節によって磁性流体の位置を調整する磁界調節手段２３とを備えている。
保持手段２１は、デバイス２０を固定する固定機構２５と、デバイス２０の高さ位置を調整する位置決め機構２６とを備えている。
固定機構２５は、デバイス２０を載置する載置台２７と、デバイス２０を載置台２７に対し押さえつけるバネである押付機構２８とを備えている。
位置決め機構２６は、固定機構２５を昇降させることができるようになっている。
【００３７】
磁界調節手段２３は、永久磁石２２を昇降させる昇降機構２９と、永久磁石２２を、図５（ｂ）における左右方向に移動させる第１移動機構３０と、永久磁石２２を、図５（ｂ）における紙面手前側および奥側に移動させる第２移動機構３１とを備えている。
磁界調節手段２３は、昇降機構２９、移動機構３０、３１によって永久磁石２２を所定の位置に配置することによって、デバイス２０内の磁性流体に作用する磁界の方向および／または強さを調整し、磁性流体の位置を調整することができるようになっている。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例における「部」は「重量部」である。
【００３９】
［エネルギー線照射装置］
２５０Ｗの超高圧水銀ランプが組み込まれたウシオ電機株式会社製のマルチライト２５０型露光装置用光源ユニットを用いた。紫外線強度は、記載の無い限り５０ｍＷ／ｃｍ^２である。
【００４０】
［粘度測定方法］
山一電機（株）製のＶＭ−１００Ａ型振動式粘度計を用い、室温（２４±２℃）にて測定した。
【００４１】
［製造例１］
〔エネルギー線硬化性組成物（ｉ）の調製〕
活性エネルギー線架橋重合性化合物として、平均分子量約２０００の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー（大日本インキ化学工業株式会社製の「ユニディックＶ−４２６３」）を６０部、及び１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（第一工業製薬株式会社製の「ニューフロンティアＨＤＤＡ」）を２０部、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート（第一工業製薬株式会社製の「Ｎ−１７７Ｅ」；両親媒性の単量体）を２０部、及び光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製の「イルガキュア１８４」）５部を均一に混合して組成物（ｉ）を調製した。
【００４２】
〔エネルギー線硬化性組成物（ｉｉ）の調製〕
活性エネルギー線架橋重合性化合物として、平均分子量約２０００の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー（大日本インキ化学工業株式会社製の「ユニディックＶ−４２６３」）を６０部、及び１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（第一工業製薬株式会社製の「ニューフロンティアＨＤＤＡ」）を２０部、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート（第一工業製薬株式会社製の「Ｎ−１７７Ｅ」；両親媒性の単量体）を２０部、光重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製の「イルガキュア１８４」）を５部、及び重合遅延剤として２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（和光純薬工業株式会社製）０．５部を均一に混合して組成物（ｉｉ）を調製した。
【００４３】
〔マイクロ流体デバイスの作製〕
基材１としてポリアクリレート（三菱レイヨン社製の「アクリライトＬ　０００番」）製の板材を用い、これにバーコーターを用いて組成物（ｉ）を塗布し（厚さ１２７μｍ）、５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中で３秒間照射して、組成物（ｉ）を半硬化させて塗膜２（樹脂層２）を得た。
【００４４】
この半硬化状態の塗膜２の上に、バーコーターを用いて組成物（ｉｉ）を塗布し（厚さ１２７μｍ）、フォトマスクを使用して、図１に示された流路４、６および磁性流体格納部５となる部分以外の部分に、５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気で３秒間照射して、照射部分の組成物（ｉｉ）を半硬化させた後、エタノールにて未照射部分の未硬化の組成物（ｉｉ）を洗浄除去し、図１に示す流路４、６および格納部５となる溝状の樹脂欠損部（幅２００μｍ、深さ１４０μｍ）が形成された塗膜３（樹脂層３）を形成し、部材Ａを得た。
【００４５】
一時的な支持体（図示せず）として５ｃｍ×５ｃｍ×３０μｍのポリプロピレン製のフィルム（二村化学工業社製の「二軸延伸ポリプロピレンフィルム「太閤」ＦＯＲ　３０番」）を使用し、この上にバーコーターを用いて組成物（ｉ）を塗布して塗膜７（樹脂層７）を形成し（厚さ１２７μｍ）、５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中にてフォトマスク無しで３秒間照射し、塗膜７を半硬化させ、部材Ｂとした。
次いで、半硬化状態の塗膜７を部材Ａの塗膜３と密着させて、紫外線を更に３０秒間照射することによって、塗膜３の上に塗膜７及び一時的な支持体を接着し、塗膜３の欠損部を毛細管状の流路４、６および格納部５（流路５）とした。
流路４、６は、互いに垂直な方向に形成され、分岐部１３において互いに接続されている。格納部５は、流路６に対し平行な方向に形成されており、分岐部１３において流路４、６に接続されている。
【００４６】
〔接続口の形成〕
接着後の部材Ｂの塗膜７から支持体を剥離し、それにより露出する塗膜７上に組成物（ｉ）を塗布して塗膜８（樹脂層８）を形成し、さらにその上に前述の基材１と同じポリアクリレート製（三菱レイヨン社製の「アクリライトＬ　０００番」）の５ｃｍ×５ｃｍ×１ｍｍの板材９を重ね合わせ、５０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を窒素雰囲気中にてフォトマスク無しで４０秒間照射することによって、アクリレート製の板材９と塗膜８から成る部材Ｃを塗膜７上に積層形成した。
次いで、流路４、６および格納部５の端部に相当する位置の塗膜７、８、９に、直径３ｍｍのドリルを用いて、それぞれ被制御流体導入口１０、被制御流体流出口１２、磁性流体導入口１１を形成し、これらに内径３ｍｍ、高さ５ｍｍのポリ塩化ビニル管を接着して、マイクロ流体デバイス１４を得た。
【００４７】
［実施例１］
製造例１で得られたマイクロ流体デバイス１４の磁性流体導入口１１から約５μｌ（５×１０^−９ｍ^３）の磁性流体Ｍ（リティルマネジメント社、粘度４００ｍＰａ・ｓ）を流路５に導入した。
図１（ｂ）に示すように、先端部が直径３ｍｍの円形とされた円錐台状のポールピースを装着した直径６ｍｍ、長さ３０ｍｍの永久磁石１５（アルニコ磁石）をデバイス１４下面に近接させた。
図２に示すように、永久磁石１５を分岐部１３に近い位置に配置することによって、磁性流体Ｍを、先端部が分岐部１３に至るまで移動させた。
メチレンブルーで着色した２０μｌ（２×１０^−８ｍ^３）の蒸留水（着色水）を、導入口１０から約１．１ｋＰａの圧力で流路４に導入すると、着色水は流路４から分岐部１３を経て流路６に流れ、流出口１２から流出した。
【００４８】
永久磁石１５を流路６に向けて（図中右方向に）移動させると、永久磁石１５の動きに伴って磁性流体Ｍも流路６に向けて移動した。
図３に示すように、磁性流体の先端部が流路６に近づいた状態では、磁性流体Ｍによって着色水が流れにくくなり、その流量が低下した。
図４に示すように、永久磁石１５をさらに流路６に向けて移動させると、磁性流体Ｍが流路６を閉塞し、着色水の流れは遮断された。この際、磁性流体Ｍと着色水は混合しなかった。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の流量制御方法は、流路に対する磁性流体の位置を磁界により調整することによって、流路内での被制御流体の流量を制御するので、微小な流路を有するマイクロ流体デバイスにおいて、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。このため、多数並列処理が容易となる。
また、従来の流量制御方法に比べ、バルブやこれを駆動するための配管などの複雑な機構が不要となるため、サイズの小さいマイクロ流体デバイスや、強度に劣るマイクロ流体デバイスにも適用可能である。
【００５０】
本発明のマイクロ流体デバイスは、被制御流体が流れる流路を有し、流路内に磁性流体を導入可能とされ、流路に対する磁性流体の位置に応じて、流路内での被制御流体の流量を制御することができるようにされているので、流路が微小である場合でも、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。
このため、デバイスの小型化が可能である。また強度を高める必要がないため、デバイスの構造を簡略化し、製造コスト低減を図ることができる。
【００５１】
本発明の流量制御装置は、マイクロ流体デバイスを保持する保持手段と、磁性流体に作用する磁界を発生する磁界発生手段と、磁界の調節によって磁性流体の位置を調整する磁界調節手段とを有するので、マイクロ流体デバイス内の磁性流体の位置を、簡単な操作で正確に調整することができる。
従って、微小な流路を有するマイクロ流体デバイスにおいて、容易かつ精度の高い流量制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ流体デバイスの一例を示すものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示すマイクロ流体デバイスにおいて、流量制御を行う方法を説明する説明図である。
【図３】図１に示すマイクロ流体デバイスにおいて、流量制御を行う方法を説明する説明図である。
【図４】図１に示すマイクロ流体デバイスにおいて、流量制御を行う方法を説明する説明図である。
【図５】本発明の流量制御装置の一例を示すものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
４、６・・・流路、５・・・磁性流体格納部、１４、２０・・・マイクロ流体デバイス、２１・・・保持手段、２２・・・永久磁石（磁界発生手段）、２３・・・磁界調節手段、Ｍ・・・磁性流体

Claims

毛細管状流路を流れる被制御流体の流量を、該流路内に導入可能な磁性流体を用いて制御する方法であって、
毛細管状流路に対する磁性流体の位置を、該磁性流体に作用する磁界により調整することによって、該流路内での被制御流体の流量を制御することを特徴とする流量制御方法。
毛細管状流路に接続された磁性流体格納部を用い、磁性流体格納部から毛細管状流路への磁性流体導入量を、前記磁界により調整することによって、該流路内での被制御流体の流量を制御することを特徴とする請求項１記載の流量制御方法。
毛細管状流路の断面積が５×１０^−１２ｍ^２〜５×１０^−６ｍ^２であることを特徴とする請求項１記載の流量制御方法。
毛細管状流路が、マイクロ流体デバイス内に形成されていることを特徴とする請求項１記載の流量制御方法。
磁界が永久磁石により与えられるものであることを特徴とする請求項１記載の流量制御方法。
被制御流体が流れる毛細管状流路を有し、該流路内に磁性流体を導入可能とされ、該流路に対する磁性流体の位置に応じて、該流路内での被制御流体の流量を制御することができるように構成されていることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
被制御流体が流れる毛細管状流路を有し、該流路内に磁性流体が導入可能とされたマイクロ流体デバイスにおける被制御流体の流量を制御する装置であって、マイクロ流体デバイスを保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたマイクロ流体デバイスの磁性流体に作用する磁界を発生する磁界発生手段と、
該磁界を調節することによって、毛細管状流路に対する磁性流体の位置を調整可能とされた磁界調節手段とを有することを特徴とするマイクロ流体デバイスの流量制御装置。