WO2004102203A1

WO2004102203A1 - 超音波プラットフォーム型マイクロチップ及びアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法

Info

Publication number: WO2004102203A1
Application number: PCT/JP2004/006813
Authority: WO
Inventors: Miyuki Murakami
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2005-11-16
Also published as: US20060078473A1; WO2004102203A8

Abstract

本発明は、基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップが構成されているマイクロ化学分析システムに於いて、アレイ状の超音波トランスデューサを有するトランスデューサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラットフォームを具備している。そして、前記フロー型マイクロチップは、前記共通プラットフォーム上に構成されている。

Description

超音波ブラッ卜フォ—ム型マイク口チップ及びァレイ状超立曰波トランスデューサの駆動方法

技術分野

本発明は、基板上に微細な流路を有してなるフ口一型マィクロチップに関するもので明あるより詳細にはアレイ状超音波卜ランスァサを有する h ランステューサ層と信号制田

御回路層とから成る共通プラッ h フォーム上に目的に応じ書

た流路が形成されたフロー型マィクロチップが構成されたのであり、任意の超,音波トランスデューサを信号制御するとにより流体に対して各種機能を成ー9 る、超曰波プラッ卜フォーム型マイクロチップ及び該チップに於ける超音波卜ランスデュ―サの駆動方法に関するものである。

背景技術

近年 M E M S ( M i c r o E 1 e c t r o M e c h a n i c a 1 S y s t e m s ) 技術の応用展開分野としてパィォ境、 I T分野が注目されている。その具体的な展開として、僅か数 1 0 m m角のガラスゃシリコンの基板上にマイク πマシニング技術を用いて化学分析や化学合成に必要な機能を集積し、化学分析、合成システムそののの小型化を図る研究が世界中で精力的に取組まれている，

この研究分野は、 Ύ A S ( M i c r o T o t a 1 A n a 1 y s i s S y s t e rn s ) と称されており、従来の実験室で使用する分析装置と比較して、以下のような多くの特長を有している。すなわち、分析時間の高速化が可能、分析装置の小型化や可搬化が可能消費する溶媒や B式料の低減が可能、分析コストの低減が可能といつた特長であり、八イスループットで安価な分析を医療や環境測定の現場で実現する新しい技術として期待されている。特に、化学反応のための流路ゃポンプ等に加え T A S のチ、リプにセンサゃ電子回路を集積化したシステムへ発展させるとにより、最も小さなものでもテーブル卜ップサィズであつた化学システムを、手のひらに乗るサイズへと小型化するとが期•ί されている。

従来提案されている H T A Sチヅプの多 <は、チップ上で流体を流しながら攪拌、混合反応、分取等を行うフロー型マイクロチップである。例えば流路に高電圧勾配を生じさせて流体を移動させて、前処理分離を行うと共に生体物質の非接触伝導度計測を 1 枚の基板で行うマィク Πキャピラリ電気泳動チップが、 M i c r o T o t a 1 A η a 1 y s i s S y s t e m s 2 0 0 2第 4 9 1 頁〜第 4 9 3 頁 S p a r a t i o n a n d d e t e c t i o η o f o r g a n i c s c i d s i n a C E m i c r o c h i p w i t h c o n t a c t 1 e s s f o u r — e l e c t r o d e c o n d u c t i v i t y d e t e c t i o n」により知られている o キヤピラリ電泳動チップ上には微小流路のみが形成されているため、チップ自体の構造及び作製が簡単である o

また、マイクロチップパィルァプ型化学反応システムに関しては、例えば特開 2 0 0 2 ― 2 9 2 2 7 5号公報に、反応原料液導入部と反応用生成液排出部と、しれらに連通する反応域としてのマイクロチャネルを備えたマイク口チップが所定枚数で禾貝層一体化された構成の化学反応システムが開示されている o このシステムの各チ Vプ上にはマイクロチャネル (微小流路 ) のみが形成されており、化学反応場として分子拡散距離が短く比界面積が大さい等のメ U ッ卜を利用して、錯形反応、溶媒抽出、免疫反応、酵素反応、イオン対抽出反応等、様々な反応を効率的に行えるように流路又 5Τされている。この化学反応システムでは、チップを並列に積層一体化することで、高効率で大量有機口成を可能としている ο

更に、化学集積回路及びその製造方法に関して、特開 2 0

0 1 - 1 5 8 0 0 0号公報には、光形法を利用して 1 つのチップ内に 1口 J一機能、同一機構から成る部 ΡΡを複数配置してなる単一機能チップを形成し、異なる単一機能を持つチップ同士を複数層に組み合わせて構成される、化学反応回路が開示されている o しの公報には、 1 のマイクロチップに必要な全ての機能を盛り込む単目的型化学 I Cが、汎用性、即応性、機能拡張性の点で問題があるのに対し、この光造形法

T A S は多品種少量生産や個別生産に向いており、製造時間とコス卜の占、、で優れている、としてい o

具体的な一例として、第 1 層チップが外部と流体の入出力

3ネク夕群を有する「コネクタチュ ―ブ」、第 2 層チップが

Γバルブチ Vプ」、第 3 層チップが Γ U ァク夕チップ」、第

4層が「濃縮チップ」である、 4つのチップが積層 Wロロ' d:れ、

1 つの目的を達成できる化学集積回路が記載されている。に、マイクロシステムに於ける流れの制御方法に関しては、特開 2 0 0 2 — 1 6 3 0 2 2号公報に、マイク Πシステムの微小流路を流れる流体に刺激でゾルーゲル転移する物質を添加し、微小流路上の所望の箇所に刺激を与え、流体をゲル化させて流れを制御するマイク Πシステムが開示されているれによれば、マイクロチップ上に複雑なバルブ構造を用いることなく、マイクロシステムに於ける流体の流れを停止したり、流量や流速を調整することが可能となる ,

したような技術のキヤピラ U電気泳動チップの ¾八口ナップ上で行うことができる R.心、分析の項目が、非常に限られてしまう。また、流路中に间圧勾配を発生させる電極が、外部から流路に挿入されて直接流体に接するので極近傍で電気化学反応が起こりやすい、生化学物質が変質しやすい等の課題を有している。

また、前記特開 2 0 0 2 — 2 9 2 2 7 5号公報に記載されたようなマイクロチップパイルァップ型化学反応システムに於けるマイクロチップの場合、マイクロチャネル (微小流路）のみで各種反応及び抽出を行う構成となっている。そのため利用する流体や目的に応じて、マイクロチヤネル設計

(幅深さ、長さ等）を細かく変更しなければならない。加えてこのようなマイクロチップパィルアップ型化学反応システムに於けるマイクロチップ（流路）の場合、外付けの流体の搬送機構（ポンプ）が必要であつたり、流体の定量分取を行うことができない等の課題を有している。

方、前記特開 2 0 0 1 — 1 5 8 0 0 0 号公報に載されたよな化学集積回路の場合、各種マイクロチップは光形法で成形されるため、パルブ、コネク夕等の各部品だけでな

< 、流路についても半導体プロセスほど微細に製作するとが困難であ Ό 、液層微小空間に代表される分子拡散距離、比界面積、熱容量などの様々なメリットが低減してしまう o また、特定の微細回路を大里生産でさるシリコンプロセスと比較した場 O 、光造形法はェ程に時間を要するので、 1 チップあたのス卜は高くならざるをえない。

そして、刖 B己特開 2 0 0 2 - 1 6 3 0 2 2 号公 ¾に p 載されたうな流体のゾル一ゲル転移を利用したマィクロシステムでは、ゾル一ゲル転移をする物質、一に商分子化合物 ) を流体に添加するため、流体の組成が少なからず変化してしまうとから、 R )心、抽出、分析の結果に影響を及ぼしてしまうのであつた。

発明の a示

したがて本発明の目的は、流体組成を変えず、液層微小空間に代表される様々なメ V ッ卜を損なわずに、汎用性、即応性、機能拡張性を持ちながらも製造時間が短 <安いコスで製造可能な超音波プラッ卜フォ —ム型マイク Πチップ及びァレィ状超音波卜ランスデュ一サの駆動方法を提供するとである

本発明の第 1 の特徴は、

マィク Π化学分析システムに用いられるフロ型マイク Π チップであつて、基板上に流体が流れる微細な流路を有して成るフ D 型マイクロチップに於いて、アレイ状超音波卜ランスデューサを有するランス丁ュサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラヅ卜フォムを具備し、

刖 PBフロー型マィク Πチップは、言' J記共通プラッ卜フ才一ム上に構成されているしとを特徴とする。

本発明の第 2 の特徴は、

基板上に微細な流路を有して成るフロー型マィク Πチップの下に構成されたァレィ状超音波トランスデュサの駆動方法であつて、

刖記流路の入口から該流路の出口に向かつてゝ刖記流路内の音圧が大きくなるう選択的に前記超音波卜ランス丁ュサに所望の駆動信号を入力することを特徴とする ,

図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の第 1 の実施の形態を示すので、本発明に係る超音波ブラッ卜フオーム型マイクロ化学分析システムの基本構成を示す断面図である。

図 2 は、図 1 に於けるトランスデューサ層の平面図でめる図 3 は、超音波ブラットフオーム型マイク Π化学分析システムの一形態であり、ランスデューサ層上に透明なフ Π 型マイク口チップを積層した平面図である。

図 4 は、図 3 の超音波プラットフオーム型マィク口化学分析システムの断面図であ

図 5 は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である「ポンプ J の作用を説明する図であ

図 6 は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である「ポンプ J の作用を説明する図である。

図 Ί は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である「ポンプ J の作用を説明するもので、マイクロチップ流路の直下に流路に沿つて超音波トランスデューサが配置された例を示した図である

図 8 は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である「ポンプ J の作用を説明するもので、マイクロチップ流路の直下に流路に沿つて超音波トランスデューサが配置された例を示した図である

図 9 は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である「ポンプ J の作用を説明するもので、表面波を発生させる超音波卜ランス丁ューサを用いた場合の例を示した図である。

図 1 0 は、第 1 の実施の形態の第 1 の機能である Γポンプ」の作用を説明するもので、表面波を発生させる ¾a 曰波ランスデューサを用いた場合の他の例を示した図である，図 1 1 は、第 1 の実施の形態の第 2 の機能である Γバルブ」の作用について説明する図である。

図 1 2 は、第 1 の実施の形態の第 2 の機能である Γパルブ J の作用について説明する図である。

図 1 3 は、第 1 の実施の形態の第 2 の機能である Γバルブ」の作用について説明する図である。

図 1 4 は、第 1 の実施の形態の第 2 の機能である Γパルブ」の作用について説明するもので、他の構成例を不した図である

図 1 5 は、第 1 の実施の形態の第 2 の機能である Γパルブ」の作用について説明するもので、図 1 4 の構成例を説明する図である。

図 1 6 は、第 1 の実施の形態の第 3 の機能である「温度計」の作用を説明する図である。

図 1 7 は、第 1 の実施の形態の第 3 の機能である「温度計」の作用を説明するもので、トーンバ一スト波の変化状態を示した図である。

図 1 8 は、第 1 の実施の形態の第 3 の機能である「温度計」の作用を説明する図である。

図 1 9 は、第 1 の実施の形態の第 3 の機能である「温度計」の作用を説明するもので、流速の特性を示した特性図である。

図 2 0 は、第 1 の実施の形態の第 4 の機能である「ミキサ J の作用について説明する図であ

図 2 1 は、第 1 の実施の形態の他の例であって、フ才卜ダィォ一 Fによる光吸収計の作用について説明する図である < 図 2 2 は、第 1 の実施の形態の他の例であって、フ才卜ダィォド、による光吸収計の作用について説明する図である ' 図 2 3 は、第 1 の実施の形態の更に他の構成例を示した図である

図 2 4 は、第 1 の実施の形態の更に他の構成例を説明するので、温度の特性を示した図で ·© 。

図 2 5 は、 1 の実施の形態の変形例を示した断面図であス

図 2 6 は、 1 の実施の形態の別の変形例を示した断面図でめ

図 2 7 は、第 1 の実施の形態の更に別の変形例を示した断面図でめ。

図 2 8 は、本発明の超音波プラットフオーム型マイク Π化学分析システムに係る第 2 の実施の形態を示した図である , 図 2 9 は、本発明の超音波プラットフオーム型マイク Π化学分析システムに係る第 3 の実施の形態を示した図である , 図 3 0 は、第 3 の実施の形態による超音波プラットフォ一ム型マイク口化学分析システムの構成例を示した図である , 発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する本発明に係る超音波プラットフオーム型マイクロチップに於いて、流体は超音波によって計測制御されるものである音波には、 1 )膜または板があっても、音響整合されていれば超音波がその膜または板を透過できる、 2 ) 周波数を高ぐすることで小さな音響パワーでも音の非線形性に伴う現象を誘起できる、等の特徴がある。

以下、図面を参照して、本発明に係る超音波プラットフ才一ム型マイクロチップを用いた、超音波プラットフォーム型マィク口化学分析システムの実施の形態を詳細に説明する , 図 1 は本発明の第 1 の実施の形態を示すもので、本発明に係る超音波プラッ卜フォーム型マイクロ化学分析システムの基本構成を示す断面図、図 2 は図 1 に於けるトランスデュサ層の平面図である。図 3 は超音波プラットフォーム型ィク口化学分析システムの一形態であり、トランスデューサ 0 上に透明なフ Π マイク πチップを禾貝層した平面図である更に、図 4 は、の超音波プラッ卜フォ —ム型マイク口化学分析システムの断面図である

図 1 及び図 2 に於いて、本発明の第 1 の実施の形態は次のように構成されてい

図 1 に示される基本的な超曰波プラ V トフォーム型マイク口化学分析システム 1 0 は、信号制御回路層 1 2 と卜ランス丁ューサ層 1 4 とを有する 1 枚の共通プラッ卜フオーム 1 6 と、該共通プラッフォ ―ム 1 6上に構成された透明なフロ一型マィク Pチ V プ 1 8 とを有して構成されてい。

口

刖制御回路層 1 2 は、その内部に複数個の処理回路

2 0 を有している前記卜ランスデュサ層 1 4 は、図 2 に示 sれるよな、流体の流れる方向に沿つて配置されたァレィ状の複数の超曰波卜ランス τュ一サ 2 2 を有している。超音波卜ランス了ュ一サ 2 2 は、入力された電圧を振動（超音波）に変換する、または入力された振動を電圧に変換することができるそして、 HIJ記卜ランスデューサ層 1 4 は、ァレィ状の超立

曰波卜ランスデュ ~サ 2 2 が信号制御回路層内の処理回路 2 0 と配線 2 で接続されるしとによって、導通が確保されているこれにより、本システム 1 0 は、所定の超音波卜ランス丁ュ一サに対して駆動、センシグ等の信号制御が可能な構成となている。尚、刖 sd共通プラッ卜フォーム 1

6 は、半導体プ Πセスにより構成するとも可能である。刖記フ Π 一型マィク πチップ 1 8 は、樹脂またはガラス等により構成されるそして、しのフロ型マイク口チップ 1 1

8 の内部には、目的に応じた流路 2 8 が形成されている o しの流路 2 8 は、共通ブラッフォームとは別に、樹脂基板に作製された後に共通ブラッ卜フォーム上に固定される，

図 3及び図 4 は、第 1 の実施の形態に於ける超音波プラットフオーム型マイク口化学分析システムの一形態を示した図である。これは、流体温度をモニタしなが、ら、 2 つの試薬と

1 つのサンプルを疋、攪拌混合した後に、所定の波長の光吸収を測定する化子分析システムである。

本形態では、超立

曰波プラットフオーム型マイクロ化学分析システムの基本構成に加えて、共通プラットフオーム 1 6 の信号制御回路層 1 2 の一部にフォトディテクタ 3 2 を有して構成される。この共通、S —フ7°ラヅ卜フォーム 1 6 は、シリコン基板に半導体プロセスで形成される。

また、前記共通プラッ卜フオーム 1 6 内の信号制御回路層

1 2 上には、トランスデュ一サ層 1 4 として、二次元アレイ状に配置された複数の静電容量型超音波卜ランスデュ一サ

( C a p a c i t i V e M 1 c r o m a c n i n e d U

1 t r a s o n i c T r a n s d u c e r s ： c M U T ) が、同一基板上に形成された構成となっている □

、

刖記信号制御回路層 1 2 内には、複数個の処理回路 2 0 フォトディテクタ 3 2 が配されている。前記卜ランスデュサ層 1 4 内には、複数のアレイ状の超音波卜ランスァュ一

2 2 を有している。前記トランスデューサ 2 2 は、配線 2 によつて処理回路 2 0 と接続されている。

また、トランスデューサ層 1 4内で、フォ卜丁ィテク夕 2

2部分の上部には、貫通孔 1 4 aが形成されている卜フンスデユーザ層 1 4は、配線 2 4 によって信号制御回路層 1 2 と導通が確保されており、所定の c M U Tを信号制御するとができる構成となっている。

更に、マイクロチップ側は、卜ランスデューサ層 1 4上に、例えばシリコンの陽極化成によるポ一ラス化したポーラスシ

U コンで構成された音響整合層 3 4が設けられているそして、この音響整合層 3 4上に、流路層 3 6 及び流路 3 8 が形成されている。更に、前記流路層 3 6及び流路 3 8上には、力バ — 4 0 が設けられている。

図 3 に示されるように、本形態の超音波プラッ卜フ才一ム型マイク口化学分析システム 3 0 に於いて、マイク口チップ内の流路 3 8 は、トランスデューサ層 1 4 の任意の超立

曰波卜ランスデューサ 2 2 が、流体に対して超音波を照射し流体の流れる方向に音圧強度の分布を生じさせることで、次の 4つの機能を達成することができる位置に構成されている ,

第 1 の機能は流体を流路に沿って動かす「ボンプ」であり、第 2 の機能は流体の流量をコントロールする「バルブ J であるまた、第 3 の機能は流体温度を検出する「温 /又口 J であり、第 4 の機能は異なる種類の流体を攪拌混合する Γミキサ」である。これら 4つの機能は、全て卜ランスァュ一サ層

1 4 に於ける任意の超音波トランスデューサ 2 2 に選択的に所望の駆動信号を入力することで達成される。

例えば、図 3 に示される超音波プラットフォーム型マイク口化学分析システム 3 0 に於いて、流路 3 8 の上流側には、 3 試薬入口用の 1 試薬用インレッ卜 (流路入口 ) 4 2 a及び第用ィンレツ卜 4 2 b と、サンプル入 □用のサンプル用インレッ卜 4 4 とが設けられている。一方、の流路 3 8 の下流側には、 1 つのァゥ卜レッ卜 (流路出 □ ) 4 6 が設けられている。

そして、ァレィ状に配置された立

曰波トランス了ュ —サ 2

2 のうち、刖記流路 3 8 に沿つて、前述した第 1 の機能としてのポンプ用卜ランスデューサ 2 2 aが配置されている。た、流路 3 8 の略中央部分には、第 4 の機能としての混合用ランステュサ 2 2 dが配置されている。

更に、流路 3 8 の分岐部位の各上流側と、？比合用卜ランステユーザ 2 2 dの下流側には、第 2 の機能としてのパルブ用ランス了ュサ 2 2 bが、それぞれ配置されている。そして、流路 3 8 の分岐部位の下流側と、混合用卜ランス： Γ ュ一サ 2 2 dの上流側及び下流側と、ァゥ卜レツ卜 4 6 の上流側には、第 3 の機能としての温度計用卜ランスァュ ―サ 2 2 c が、それぞれ配置されている

尚、ァゥ卜レッ卜の上流側で流路 3 8 の下方には、フォ卜ティテク夕 3 2 が設けられている o

台

次に、本発明の第 1 の実施の形目、の作用について 3兌明する先ず、図 5 及び図 6 参照して、第 1 の機能である「ボンプ」の作用を説明する。

尚、ここでは、説明を簡単にするため、超音波プラットフオーム型マイクロ化学分析システムは、図 5 に示されるように、インレツト 4 4 とアウトレツ卜 4 6 とを有する流路 3 8 4 の両外側に沿って、それぞれ n個の超音波トランスデューサ 5 0 ！ , 5 0₂ 、 ···、 5 0 _n ¾ l 5 2 ₂ , 5 2₂ 、 ···、 5 2 _η が配置された構成とする。

マイクロチップ下部に於いて流路 3 8の両外側に沿って、それぞれ η個配置された超音波トランスデューサ 5 0 1 、 5 02 、 …、 5 0 _η 及び 5 2 丄、 5 2₂ 、 …、 5 2 _n が、各々所定の信号で同時に駆動される。このとき、各超音波卜ランスデューサ 5 0 、 5 0₂ 、 ···、 5 0 _η 及び 5 2 ι 、 5 22 、 …、 5 2 _η に供給される信号は、各々の放射音圧が、インレット 4 4付近のトランスデューサ 5 0 i ( 5 2 丄くトランスデューサ 5 0₂ ( 5 2 ₂ ) <…ぐァゥ卜レッ卜 4 6 付近のトランスデューサ 5 0 _n ( 5 2 _n ) の順番に、駆動電圧が大きくなるように設定される。各超音波トランスデュ一サ S O i 5 0₂ 、 ···、 5 0 _η 及び 5 2 i 、 5 22 、 …、 5 2 _n は、駆動信号に応じて振動し、流体の流れる方向と異なる方向に超音波を放射する。

図 6 に示されるように、各超音波トランスデューサから放射された超音波は、その非線形性により、音源から離れる方向に音響流（直進流）を発生させる。このとき、隣接する卜ランスデューザの音圧強度のバランスの偏り（分布）により、音響流は音圧の高い方向へ曲げられる。そのため、巨視的には、インレツト 4 4からァゥトレット 4 6 に向かう流れ場が形成される。

すなわち、マイクロチップ下部に於いて、流路の両外側に沿って n個配置された超音波トランスデューサにより、前記のように少なくとも 1 つの超音波送波手段に与えられる電圧が、残余の超音波搬送手段に与えられる電圧と異なるようにする。または、少なくとも 1 つの前記超音波送波手段付近の音圧強度は、残余の超音波送波手段付近の音圧強度と異なるようにすることで、流体を流路に沿って動かす「ポンプ」機能を達成することができる。

また、このような「ポンプ」機能は、図 7 に示されるように、マイクロチップ流路 3 8 の直下に、流路 3 8 に沿って n 個配置された超音波卜ランスデューサ 5 4 ι 、 5 4 ₂ 、 5 4 _n でも達成可能である。

更に、流路に沿って n個配置された超音波卜ランスデューサが、各々所定の信号で同時に駆動される。このとき、図 8 に示されるように、各超音波トランスデューサ 5 4 ι 、 5

4 ₂ 、 … 、 5 4 _n に対して、各々の放射音圧が、インレツト 4 4 付近のトランスデューサ 5 4 i < トランスデューサ

5 4 2 <…くアウトレツト 4 6 付近のトランスデューサ 5 4 _n の順番に、音波放射時刻をずらして、駆動信号が供給される。

各トランスデューザから放射された超音波により、音源から離れる方向に音響流（直進流）が発生するが、隣接するトランスデューザの音波発生時間をずらすことにより、時間的に流路中に形成される音場が変化する。そのため、音響流は各時刻での音圧の高い方向へ曲げられ、時間平均的に、インレツト 4 4からアウトレツ卜 4 6 に向かう流れ場を形成することができる。すなわち、時間制御によっても、「ポンプ」 6 機能を達成することができる。

また、 S A Wのような、表面波を発生させる超音波トランスデューサを用いた場合であっても、図 9及び図 1 0 に示されるように、インレット 4 4付近のトランスデューサ 5 4 ι < トランスデューサ 5 4 2 く… <ァゥトレット 4 6 付近のトランスデューサ 5 4 _n の順番に、ある時刻に於ける振動振幅が大きくなるべく駆動信号を設定すれば、「ポンプ」機能を達成できる。

次に、図 1 1 乃至図 1 3 を参照して、第 2 の機能である「バルブ」の作用について説明する。

図 1 1 に示されるように、フロー型マイクロチップの流路

6 0 が分岐する部位に於いて、分岐流路の入口近傍下にそれぞれ配置された超音波トランスデューサを所定の信号で別個に駆動する。このとき、駆動信号として、周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動電圧に設定された連続波を印加する。超音波トランスデュ ―サから放射された超音波は、周波数が流路寸法よりも十分短い波長の連続波であるため、図 1 2 に示されるように、立

曰響放射面と対向する流路壁との間で、超音波の非線形性による曰響流を双方向から発生させる。これと同時に、高放射立

曰圧となつているため、この部位が流体移動の障壁となる。

例えば、図 1 2 に示されるトランスデューサ 6 6 2 が刖記のように駆動されれば、インレット 6 2 からの流体移動が、卜ランステュー -サ 6 6 ₂ で阻害できる。このため、口果として、図 1 3 に示されるように、インレット 6 2 力 ^らァゥ 7 レツト 6 4 a にのみ流体を流す切り替えバルブとするとができる。また、一本の流路直下に配置された超波卜ランスデューサを短波長、高放射音圧で駆動することでォン、ォフバルブとすることが可能である。

尚、駆動電圧値の設定により、放射音圧を変化させることで流量調整を行えるバルブとすることもできる ,

更に、図 1 4 に示されるように、 2 つのインレッ 6 2 a 及び 6 2 b と、 1 つのアウトレット 6 4 を有する流路 6 0 の場合にも適用可能である。すなわち、 2 つのィンレッ卜 6 2 a及び 6 2 bからの流体が、メイン流路 6 0 で C3流するマイクロチップの場合、各バルブ用トランスデュ '一サ 6 6 1 及び 6 6 2 が交互に所定時間駆動されることで図 1 5 に示されるように、それぞれの流体を定量することができ .る < 以上のように、流路直下に配置された超音波卜ランス了ューサにより、音圧強度の分布を局所的に生じさせ分布が生じる部分に於いて流体の流れに対する抵抗を生じさせることができる。これにより、流体のオン、オフ切り替え流直調整、定量等を行うことができる「バルブ」機能を達成することができる。

前記の第 1 または第 2 の機能を達成するマイク Πチップに於いて、トランスデューサは流体の流れる方向に所望の音圧強度の分布を生じさせることが可能であれば、流路上部、下部、左右、流路の片側、両側に配置してもよくその配置及び数は限定されない。

次に、図 1 6 乃至図 1 9 を参照して、第 3 の機能である 8

「温度計」の作用を説明する。

この場合、 1 つのインレツト 7 2及び 1 つのアウトレット 7 4 を有する流路 7 0 の直下で、インレツト 7 2 の近傍に超音波送波手段としての送波用の超音波トランスデューサ 7 6 1 が、そしてアウトレット 7 4 の近傍に超音波受波手段としての受波用の超音波トランスデューサ 7 6 2 が配置されている。

図 1 6 に示されるフロ一型マイクロチップの流路 7 0 のィンレツト 7 2 側下部に設けられた送波用超音波トランスデューサ 7 6 i が、トーンバースト波駆動される。図 1 7 に示されるように、送波されたトーンバースト波は、減衰されながらインレツト 7 2 力、らアウトレツト 7 4側へ送られ、所定距離 Lだけ離間されて配置された受波用超音波トランスデュ —サで検知され、受波用超音波トランスデューサは超音波を受波したことが判別できる出力信号を出力する。

図 1 8 に示されるように、送波用超音波トランスデューサ 7 6 1 での送波から受波用超音波トランスデューサ 7 6 2 による音波検知までの時間差を△ T とすると、一般に次式が成立する。

U + c ( t ) = L / A T - ( 1 ) ここで、 Uは流体の流速、 c は温度 t の関数で与えられる流体の音速である。

すなわち、距離 L、流速 U及び流体の温度と音速の関係を示す関数 c ( t ) が既知であれば、前記（ 1 ) 式により得られる音速値 c が、関数 c ( t ) に入力されることにより、温 9 度 t が： ί旦られる。したがつて、流路下に所定距離で配置された 2つの超音波トランスデューサを用いて、前記の処理を信号処理回路層で行うことにより、流体の温度を計測する「温度計 J 機能を達成することができる。

尚、刖記流速 Uに代えて流量（ Q ) としても、同様の結果を得るとができる。

次に、図 2 0 を参照して、第 4 の機能である「ミキサ」の作用にいて説明する。

例えば、 2 つのインレツ h 8 2 a及び 8 2 b と 1 つのァゥ卜レッ卜 8 4 を有する流路 8 0 に於いて、マイクロチップの流路上に、流路幅よりも大さい収液セル 8 6 が設けられているそして、この収液セル 8 6 の下に二次元マトリクス状のの超音波トランスデュサ 8 8 _{( 1} , ）、 8 8 _{( 1} ， ₂ )、

、 8 8 ( 1 , n )、、 8 8 (m ， 1 )、、 8 8 _(m ， _n )が配置されている。更に、この二次元マトリクス状の複数の超音波ランスデューサ 8 8 ( 1 ， 1 )〜 8 8 _{( m} ， _n )の下流側にはゝ後述する光吸収計用のパルプ用トランスデューサ 9 0 が配置されている。

いま、前記収液セル下の次元マトリクス状に配置された複数の音波トランスデュ ~サに対して、不規則な順序で所定の駆動信号が供給される前述した「ポンプ」機能でも説明したように、各超音波卜ランスデューザから放射された超音波は、その非線形性により音源から離れる方向に音響流

(直進流 ) が発生されるが、隣接するトランスデューサの音圧強度のバランスにより、音響流は音圧の高い方向へ曲げられる。そのため、各トランス丁ュ一ザが不規則な順序で駆されることにより、音圧強度の分布を時間的に変化させるそして、分布が変化する部分で各時刻に於いてそれぞれ異なる複雑な流れ場、例えば 2 つのインレツ卜 8 2 a , 8 2 b から導入される複数の異なる物性または状態の流体同士の界面と交わる方向の流れ、または各流体に互いに逆向きの方向の流れが生じている流れ場を形成することができる。したがつて、二次マトリクス状に配置された超音波トランスデュ一サを最適に駆動することにより、収液セル内の液体を攪拌合する「キサ」を達成するとができる

尚、図 2 0 に示されるように「ミキサ」機能よりも下流に「バルブ J 機能を付加するとで、収液セル内に攪拌したい流体を保持した状態で攪拌混口させることができる。

尚刖の第 1 の実施の形能では、より複雑な流れが生成できる収液セル中で攪拌を行つたが、流路中で攪拌を行つて良い。また音圧強度の分布を時間的に変化させることが可能であれば超音波卜ランスァユーザの配置は、二次元卜リクス上に限定されない。また、必ずしも不規則な順序で動かす必要はなく、少なくとも 1 つの前記超音波送波手段付近の音圧強度と、残余の超音波送波手段付近の音圧強度を時間に応じて変化させることで複雑な流れを生成しても良い。

ところで本第 1 の実施の形 m、では、更に、「ミキサ」機能の下流側に光吸収計が構成されている。以下、これについて、図 2 1 及び図 2 2 を参照して、フォトダイオードによる光吸収計の作用について説明する。 2 図 2 1 には示されていないが、フロ型マィク Πチプ路の上方に離れて設置された光源からマィクチヅプ流路

8 0 に向けて所定の光が照射される。するとマィク口チ V プ流路 8 0 を透過した光は、信号制御回路層 1 2 に又けられたフオトディテクタ 3 2 によって検出される

フオトディテクタ 3 2 で検出された光の所定波長については、その光強度が入力光と比較されるとにより所定波長での吸収率を信号制御回路層 1 2 に於いて得るとがでぎる以上の第 1 の実施の形態は、流体温度をモ夕しながら 2 つの試薬と 1 つのサンプルを定量、攪拌合するという流体制御の工程を全て共通プラットフォムの卜ランステュサ層に於ける任意の超音波トランスデューサの組合せのみで達成し、光吸収測定も共通プラットフォームの信号処理層を利用した化学分析システムにより実現している。

超立

曰波プラッ卜フ才ム型マイク Π化学分析システムは、共通プラッ卜フ才ムとマイクロチップにいて、各々シリコンプ口セス、樹脂加ェで別途作製するとができる。そのため本システムは液層微小空間に代表される様々なメリッ卜を損なわずにマィクロチップに要求される汎用性、即応性機能拡張性を持ちながらも規格化された共通プラッ卜フォムをシリンプ口セスで製造できるので、製造時間が短 < πス卜を安ぐすることがでさる。また、本実施の形能では、流体組成を変える必要もない

更に、本システムはマイクロチップ上に複雑な流体制御 m表 (例えばパルブ等 ) を構成する必なく、しかもマイク □チップの目的に応じて共通プラッ卜フォムの超音波卜ランスデュザの信号制御により照射される走口音波の周波数または振幅或いは照射時刻または照射時間の制御を最適に行うだけで流体制御に必要な機能を達成するとができる。

の第 1 の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形変更が可能である。

例えばマイクロチップ上の流路は、目的に応じて適宜変更することが可能である。また、流体制御要素は、本実施形態で示された 4つに限定されることなく、更に多く達成されても、逆に 1 枚の共通プラットフオームに 1 要素であっても構わない

m記第 1 または第 2 の機能を達成するマイク口チップに於いて、卜ランスデューサは流体の流れる方向に所望の音圧強度の分布を生じさせることが可能であれば、流路上部、下部左右、流路の片側、両側に配置してもよく。流路直下ゃ両外側に限定されない。

半導体プ口セスで形成される信号制御回路は C M O S , バイポーラ、フォトダイオード、バイ C M〇 S等であってもよい。

更に、 dtfcヽ通プラッ卜フォームのトランスデュ —サ層と信号制御回路層は、別々に製作後、導通を確保して接合、接着等で組み立てても構わない。

また、本システムは、図 3 に示される温度計用トランスデユーサ 2 2 c を、図 2 3 に示されるように、流速計用トランスァユーサ 2 2 e に置き換えた構成とすることもできる。詳細には、音速 C が温度 t の関数で与えられる流体の曰であることを利用して、距離 L 、流体の種類及び温度 t が既知であれば、図 2 4 に示されるように、その f皿曰度に於ける音速 C ( t ) が得られるため、記 ( 1 ) 式から、流速 Uが得られる。したがつて、流路下に所定距離で配置された 2 つの超立

曰波トランスデュ一サを用いて、前記の処理を信号処理回路層で行うことにより、流体の流速を計測する「流速計」機能を達成することができる。

尚、送波から受波（音波検知）までの時間差、入力された動信号と受波手段からの出力信号との時間差以外に、出力信号の周波数、駆動（入力）信号と出力信号との周波数の差、または超音波の強度に応じた入力または出力信号の強度、駆動信号と出力信号との強度差等を計測するよに構成してもよい例えば、受波した超音波に ' i じた 1§ を計測し、それに基づいて入力信号を制御する制御系を構成することで、所望の立

曰圧分布になるように容易に制御することが可能であるので、より正確な流体の制御が可能となる。

/^口立

曰波送波手段と超音波受波手段とを兼ねる超音波送受波手段として、刖の超音波トランスデューサを用いてもよい。更に、時刻や目的、一に応じて超音波送波手段としての機能と /^口曰波受波手段としての機能を切り換え可能なように構成してもよい。

尚、超音波卜ランスデューサは、 c M U Tに限らず、噴射堆積法、ゾル一ゲル合成法、水熱合成法、スパッ夕法、印刷法で作製される圧電厚膜、圧電薄膜であつても良く、バルク状の圧電材を研したものであつても良い ,

更に、図 2 5 に示されるように、卜ランスァュ ' ~サ層 1 4 が直接フ Π 型マィク口チップ 1 8 aの流路 2 8 に接した構成でも構わない

また、図 2 6 に示されるように h ランスァュ ' - ~サ層 1 4 とフ口一型マィク Πチップ 1 8 a の流路 2 8 の間は音響整八された材立

質 ( 曰響整口層 3 4 ) で構成されても良い立曰管整 α層 3 4 はシ Πンの陽極化成によるポラス化したポラスシリンであるか、フロー型マィク Πチップ自体が音整合層となり曰

守る樹脂で構成されるか或いはフ Π 型マィクロチップ 1 8 a をせ通プラッ卜フ才ム 1 6 に固定する接着剤が音響 m 口層を兼用していても良い

加えて、図 2 7 に示されるように、ランス丁ュサ層 1

4 とフロー型マィク Πチップ 1 8 の流路 2 8 の間に音響レンズ 9 4が設けられていても良いしのようにゝ曰響レンズ

9 4が構成されるしとで、所定の U滅で立

曰波の非線形性効果を強めるしとができる

次に、本発明の立

曰波プラッ卜フォム型マィク Π化学分析システムに係る第 2 の実施の形能について図 2 8 を参照して説明する

しの第 2実施の形に於ける共通プラッ卜フォム及びフ

Π 型マイク Πチップの基本構成は、前述した第 1 の実施の形ヒの超音波プラッ卜フオーム型マイク Π化学分析システムと同じであるが 1口 J種の流体計測制御要 ftポ毎に分けられた共通プラッ卜フォムを任息に複数組み合わせて目的を達成する構成となっている。

図 2 8 に於いて、第 1 の共通プラットフオーム 1 1 0 aは、試薬用インレット 4 2 を有する複数個の流路 1 0 0 と、これら流路 1 0 0 に対応するポンプ用トランスデューサ 2 2 a と、流速計用トランスデューサ 2 2 e とを有して構成されている。同様に、第 2 の共通プラットフォーム 1 1 O b は、サンプル用インレット 4 4 を有する複数個の流路 1 0 2 と、これら流路 1 0 2 に対応するポンプ用トランスデューサ 2 2 a と、流速計用トランスデューサ 2 2 e とを有して構成されている。

そして、第 3 の共通プラットフォーム 1 1 2 〜 1 1 2 ₅ は、前記第 1 の共通プラットフォーム 1 1 0 a用のインレツ卜と第 2 の共通プラットフオーム 1 1 0 b用のインレツト及び 1 つのアウトレット 4 6 を有する流路 1 0 4 と、バルブ用トランスデューサ 2 2 b と、混合用（ミキサ用）トランスデユーサ 2 2 d と、フォトディテクタ 3 2 とを、それぞれ有して構成されている。

第 3 の共通プラットフォーム 1 1 2 i 〜 1 1 2 ₅ は、前記第 1 及び第 2 の共通プラットフオーム 1 1 0 a及び 1 1 0 b の流路 1 0 0 及び 1 0 2 の数に対応した個数が用意される。例えば、本マイクロチップは、図 2 8 に示されるように、前記流路 1 0 0 及び 1 0 2 の数がそれぞれ 5個であれば、それぞれの流路用に 2個のインレツトを有する流路 1 0 4 を有した第 3 の共通プラットフォーム 1 1 2 i 〜 1 1 2 ₅ が 5 個組み合わされる。

本第 2 の実施の形態では、「ポンプ」機能と「流速計」機能 B Γミキサ」機能、「バルブ」機能が搭載されている。れらの各種機能は、前述した第 1 の実施の形態と同じ作用効果をもたらすものであ o

本第 2 の実施の形態は、同じ工程で多虽の流体を処理したい場口に有効であり、具体的には化学成ブラン卜等に応用可能である。

尚この第 2 の実施の形態の各構成は当然各種の変形変更が可能である。

例えば、マイクロチップ上の流路は的に応じて適宜変更するとが可能である。また、流体制御要素は本第 2 の実施の形 B で示された 4つに限定されることなぐ、更に多く達成されるものであってもよい。

次に、本発明に係る第 3 の実施の形もの「粘度計」機能について、図 2 9 を参照して説明する。

第 3実施の形態に於ける共通フラッ hフォム及びフ口型マィクロチップの基本構成は刖述した第 1 の実施の形 He. の超波ブラッ卜フ才ーム型マイクロ化学分析システムとじであるが、流体制御要素として超音波粘度計が構成されているとが異なってい •o

この第 3 の実施の形態の超音波粘度計は、フ Π 型マイク口チヅプの流路 1 0 0 と平行に、振動する K m 波 (厚みすベり型または S A W型）卜ランスデュ一サ 1 0 6 と、図 2 9 には示されないが、超音波トランスデュサを共振回路の要素とする共振回路と、共振回路の周波数変化から流体の粘度を検出する信号制御回路とから構成されている , 次にの 3 の実施の形態の作用について説明する ,

S A Wのように、表面波を発生する超音波デバイスを流体に接触させて振動させると、その粘性に応じた負荷が超音波卜ランス Tュサにかかるため、見かけ上の共振周波数が低下する方超音波デバイスは、等価回路的に、直流抵抗成分、ィル成分、キャパシタンス成分を有しているこのため、 Π ン了ンサ等他の電気的要素と組み合わせることによ

Όて共振回路を構成することができる

これによつて共振回路の出力をモ二夕することにより、音波卜ランス丁ユーザの共振周波数の低下をリアルタィムに取得するとができる。

本第 3 の実施の形態では、共振回路を共通プラッ卜フォムの信号制御回路層の回路（例えば図 1 1 の処理回路 2 0 ) とするため波プラッ卜フォーム型マイクロ化学分析システムの流体制御要素として、「粘度計」機能を達成することが可能でめる

図 3 0 はの第 3 の実施の形態による超音波プラッ卜フ才ム型マィク Π化学分析システムの構成例を示した図であ図 3 0 に於いて、第 1 の共通プラッ卜フォーム 1 1 4 a は

B式薬用ィンレッ卜 4 2 を有する流路 1 0 0 と、この流路 1 0

0 に対応するポンプ用トランスデューサ 2 2 a と、流速計用 h ランス丁ュサ 2 2 e と、粘度計用卜ランスデュ —サ 2 2 f とを有して構成されている。同様に、第 2 の共通ブラッ卜フォム 1 1 4 bは、サンプル用インレツ卜 4 4 を有する流路 1 0 2 と、の流路 1 0 2 に対応するポンプ用トランス丁ュ ―サ 2 2 a と、流速計用卜ランスデュサ 2 2 e と、粘度計用卜ランスデュ —サ 2 2 f とを有して構成されている。

そして、第 3 の共通プラッ卜フォーム 1 1 6 は、刖記第 1 の i zt通プラッ卜フオーム 1 1 4 a用のィンレットと第 2 の ϋ 通プラッ卜フォム 1 1 4 b用のインレッ、及び 1 つのァゥ卜レッ卜 4 6 を有する流路 1 0 4 と、パルブ用トランスァュサ 2 2 b と、混合用（ミキサ用）卜ランスデューサ 2 2 d と、フォ卜ディテク夕 3 2 とを有して構成されている。

尚の第 3 の実施の形態の各構成は、当然、各種の変形変更が可能である

次に、本発明の超音波ブラヅ卜フォム型マイクロ化学分析システムに係る第 4 の実施の形態にいて、図 1 を参照して兑明する

第 4 の実施の形態の基本構成は、刖述した第 1 の実施の形もの dm

m 曰波ブラッ卜フォーム型マイク Π化学分析システムとじであるが、せ通プラッ卜フオームの卜ランスデューサ層と信号制御回路層を各々別個の基板上に製作し、各層の導通を確保した状態で接着または接合により組み立てられた構成となつている

の構成は、ランステュサ層の加ェ度を上げるために必要な高温処理に信号制御回路が対応でさない場合に有効である例えば一般的に C M 0 S 回路の高温耐性は約 2 0

0 c程度であるが、超音波卜ランスデュサの微細加工精度を向上する際に、それ以上の向温が要求される場合があるその場合、卜ランスデューサ層と信号制御回路層を各々別個の基板上に製作すれば、信号制御回路に損傷を与えることな

< 、卜ランスデューサを微細に作成する等、トランスデュサ層の基板の特性を向上させることができる。

一

尚、刖記の具体的な実施の形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる

( 1 ) 流体が流れる流路と、

、

刖記流路内の流体に該流体の流れる方向と異なる方向に曰波を照射し、前記流体の流れる方向に音圧強度の分^を生じさせる超音波送波手段と、

を具備することを特徴とする流路デバイス。

( 2 ) 流体が流れる流路と、

ヽ ·■

刖記流路内の流体に超音波を照射し、前記流体の流れる方向に音圧強度の分布を生じさせるように、該方向に沿つて配置された複数の超音波送波手段と、

を具備することを特徴とする流路デバイス。

( 3 ) 流体が流れる流路と、

、

記流路内の流体に該流体の流れる方向と異なる方向に曰波を照射するように配置された超音波送波手段と . 、

を具備し、

、

記流体の流れる方向に於ける前記超音波の音圧強度の分布を生じさせることで前記流体を制御することを特徵とする流体制御衣鼠

、

( 4 ) 刖記音圧強度の分布を局所的に生じさせることで前記分布が生じる部分に於いて前記流体の流れに対する抵抗を生じさせることを特徴とする前記（ 3 ) に記の流体制御

¾置

( 5 ) 前記照射される超音波の周波数または振幅或いは照射時刻または照射時間を制御することで所望の刖 SLi 一

強度の分布を生じさせることを特徵とする刖記 ( 3 ) D の流体制御装置。

( 6 ) 前記照射される超音波の周波数または振幅或いは照射時刻または照射時間を制御することで所望の刖記音圧強度の分布を生じさせることを特徴とする前記 ( 4 ) に記載の流体制御装置。

( 7 ) 前記超音波送波手段は、入力された動信号に応じて超音波を送波する超音波送波手段であ

前記超音波送波手段から所定距離離間して配置され wi 送波された超音波を受波し出力信号に変換する /^口波受波手段を更に具備することを特徴とする前記 ( 3 ) に記載の流体制御装 m.

( 8 ) 前記超音波受波手段は、超音波を受波したことを判別可能な出力信号を出力することを特徴とする前記 ( 7 ) に記載の流体制御装置。

( 9 ) 前記超音波受波手段は、受波した波の強度に応じた出力信号を出力することを特徴とする m記 ( 7 ) に記載の流体制御装置。

( 1 0 ) 前記超音波受波手段が超音波送波手段を兼ねることを特徴とする前記（ 7 ) に記載の流体制御装置。

( 1 1 ) 前記超音波受波手段は、電気的な信号と超音波 3 とを相互変換する超音波卜ランスデューサであり、

前記超音波ランスァュサが共振回路の一部を構成し該共振回路の振周波数の変化を検出することが可能であることを特徴とする刖己 3 ) に記載の流体制御装置

( 1 2 ) 流体が流れる流路と、

刖記流路内の流体に超音波を照射し、前記流体の流れる方向に沿つて配置された複数の超音波送波手段と、

を具備し

刖目己流体の流れる方向に於ける前記超音波の音圧強度の分布を生じさせることで前記流体を制御することを特徴とする流体制御装置

( 1 3 ) 前記音圧強度の分布を局所的に生じさせるとで、前記分が生じる部分に於いて前記流体の流れに対する抵抗を生じさせることを特徴とする前記（ 1 2 ) に記載の流体制御装置

( 1 4 ) 少なくとも 1 つの前記超音波送波手段付近の圧強度は、残余の超音波送波手段付近の音圧強度と異なるとを特徴とする刖記 ( 1 2 ) に記載の流体制御装置,

( 1 5 ) 記音圧強度の分布を時間的に変化させるとで、前記分布が変化する部分に於いて前記流体を攪拌するとを特徴とする m記 ( 1 2 ) に記載の流体制御装置,

( 1 6 ) 前記流体は、複数の異なる物性若しくは状の流体から成り

己音圧強度の分布を生じさせ、少なくとも 1 つの流体に刖 B3複数の流体の界面と交わる方向の流れを生じさせるとで、前記複数の流体を攪拌することを特徴とする前記（ 1 2 ) に記載の流体制御装置。

( 1 7 ) 前記照射される超音波の周波または振幅或は照射時刻または照射時間を制御するとで所望の刖記圧強度の分布を生じさせることを特徴とする刖記 ( 1 2 ) 記載の流体制御装置。

( 1 8 ) 前記照射される超音波の周波数または振幅或いは照射時刻または照射時間を制御することで所望の刖記圧強度の分布を生じさせることを特徴とする m記 ( 1 3 ) 乃至（ 1 6 ) の何れか 1 に記載の流体制御 ιβ. 0

( 1 9 ) 少なくとも 1 つの前記超音波送波手段に与えられる電圧が、残余の超音波送波手段に与られる圧と異なることを特徴とする前記（ 1 2 ) に記載の流体制御：装.

( 2 0 ) 前記超音波送波手段は、入力された駆動信に応じて超音波を送波する超音波送波手段であり、

刖 ή超音波送波手段から所定距離離間して配置され刖 m 送波された超音波を受波し出力信号に変換する超波受波手段を更に具備することを特徴とする刖 ( 1 2 ) に記載の流体制御

( 2 1 ) 前記超音波受波手段は、超波を受波したことを判別可能な出力信号を出力することを特徵とする記 ( 2

0 ) に記載の流体制御装置。

( 2 2 ) 前記超音波受波手段は、受波した超波の強度に応じた出力信号を出力することを特徴とする前記 ( 2 0 ) に記載の流体制御装置。 ( 2 3 ) 記超波受波手段が超音波送波手段をねる

、

とを特徴とする刖記 ( 2 0 ) に記載の流体制御装置,

( 2 4 ) 刖記超波受波手段は、電気的な信号と波とを相互変換する波卜ランスデューサであり、

m記超音波卜ランス丁ュ一ザが共振回路の一部を構成し該 dtt振回路のせ /ヽ振周波数の変化を検出することが可能であるとを特徴とする m求項 1 2 に記載の流体制御装置。

産業上の利用可能性

本発明によれば流体組成を変えず、液層微小空間に代表される様々なメを損なわずに、汎用性、即応性機能拡張性を持ちながらも製造時間が短く安いコス卜で製造可能な超音波ブラッ卜フォ一ム型マイクロチップ及びァレィ状超波卜ランス丁ュ一サの駆動方法が得られる。

Claims

請求の範囲

1 . マイク口化学分析システムに用レ ^られるフ口一型マイク πチップであって、基板上に流体が流れる微細な流路を有して成るフロー型マイクロチップに於いて、

ァレィ状超音波トランスデューサを有する卜ランスデューサ層と、信号制御回路層と、から成る共通プラッ卜フォームを具備し、

一、

刖 ΒΒフ口一型マイクロチップは、前記共通ブラ V 卜フォーム上に構成されていることを特徴とする超音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

2 . 刖記共通プラットフオームの刖記卜ランスデューサ層と号制御回路層は、半導体プロセスによ Ό 1 枚の基板に作製されていることを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ

3 . 前記共通プラッ卜フォームの m記卜ランスデューサ層と号制御回路層は、各々別個の基板上に作成された後、各層の導通を確保した状態で接着若しくは接口により組み立てられることを特徴とする請求項 1 に記載の /^口音波ブラッ卜フォ一ム型マイクロチップ。

4 . 前記制御回路層は半導体プロセスで作製された電気回路層で構成されることを特徴とする請求項 2 に記載の超音波ブラッ卜フォーム型マイクロチップ

5 . 記超音波トランスデューサは、静電容型マイク口超音波トランスデューサで構成されることを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

6 .WBE■ 記超音波卜ランスデューサは、噴射堆積法で作製した卜ランス丁ュサで構成されることを特徴とする請求項

1 に記載の音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

7 . 刖記超音波卜ランスデューサは、ゾルゲル法で作製した卜ランス了ュサで構成されることを特徴とする請求項

1 に記載の音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

8 . 前記超音波卜ランスデューサは、水熱合成法で作製した卜ランス丁ュサで構成されることを特徴とする請求項

1 に記載の音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

9 . 刖記超音波卜ランスデューサは、スパッ夕法で作製した卜ランス丁ュサで構成されることを特徴とする請求項

1 に記載の /^口音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

1 0 • 刖波卜ランスデューサは、印刷法で作製した卜ランス了ュ ~サで構成されることを特徴とする請求項 1 に BD載の /^口波プラッ卜フオーム型マイク口チップ。

1 1 • 刖記卜ランスデュ一サ層は、直接フロー型マイクロチップの流路に接して構成されることを特徴とする請求項

1 に記載の超音波プラッ卜フォーム型マイクロチップ。

1 2 • 刖記共通プラッ卜フォームと刖記フロー型マイク

Πチップの流路の間に郷

暨整合層が形成されることを特徴と求項 1 に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。

1 3 • 刖 U 響合層は、シリコンの陽極化成によるポラス化したポーラスシリコンで構成されることを特徴とする請求項 1 2 に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。

1 4 . 前記フ Π一型マィクロチップは、それ自体が音響整合層となり得る樹脂で構成されることを特徴とする請求項

1 2 に記載の超音波ブラ V フォーム型マイクロチップ。

1 5 . 目己フ Π —型マィクロチップは、その内部の流体に接する部位の音響整合層に音響レンズが設けられていることを特徴とする請求項 1 2 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ

1 6 . 刖記フ口一型マィクロチップの流路に沿って配置された複数の超音波卜ランスデューサに対して前記流路の入口から該流路の出 □に向かて放射音圧が大きくなるべく駆

、

動信号を供給するしとで、刖記流路の入口から前記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする請求項

1 に記載の超音波プラッ卜フオーム型マイクロチップ。

1 7 . 前記フ Π一型マィクロチップの前記流路に沿つて配置された複数の超音波卜ランスデューサに対して前記流路の入口から該流路の出口に向かって音波放射時刻をずらして駆動信号を供給することで、前記流路の入口から前記流路の出口に向かう流体の流れを発生させることを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラヅフォーム型マイクロチップ。

1 8 . 前記フ Π一型マィクロチップの前記流路の直下に配置された超音波 hランス丁ユーザに対して、駆動信号の周波数が流路寸法よりも十分短い波長で、且つ高放射音圧となるような駆動信号を供給することで、所定の流路中の流量を制御することを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフォーム型マイクロチップ。

1 9 . 前記フロー型マイクロチップ内に前記流路の幅よりも大きい収液セルを有し、該収液セルの下部に二次元マトリクス状に配置された複数の超音波トランスデューザに対して不規則な順序で駆動信号を供給することで、前記収液セル内の液体を攪拌混合することを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 0 . 前記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、

該送波用超音波トランスデューサから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューサと、

前記送波用超音波トランスデューザから送波されたトーンバースト波が前記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで流速を得る超音波流速計と、を更に具備することを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 1 . 前記フロー型マイクロチップの流路入口側に設けられた送波用超音波トランスデューサと、

該送波用超音波トランスデューザから流路出口側へ所定距離離れて配置された受波用超音波トランスデューザと、

前記送波用超音波トランスデューザから送波されたトーンバースト波が前記受波用超音波トランスデューサで検知されるまでの時間を計測することで温度を得る超音波温度計と、を更に具備することを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 2 . 前記超音波トランスデューザがフロー型マイクロチップの流路と平行に振動する超音波トランスデューサであつて、

前記超音波トランスデューザが共振回路の一部を構成し、該共振回路の共振周波数変化から流体の粘度を検出することを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイク口チップ。

2 3 . 前記フロー型マイクロチップは透明な材質から構成され、

前記信号制御回路層は、その一部にフォトディテクタを有し、

前記トランスデューサ層は、前記フォトディテクタの上方に貫通孔を有し、

前記フォトディテクタが上方に設けられたフロ一型マイク口チップ流路の上面から照射された光について測光を行うことを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 4 . 前記共通プラットフォームは、 1 枚の基板上に複数の流体計測制御要素を有して成ることを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 5 . 前記共通プラットフオームは、流体計測制御要素毎に分けられて任意に組み合わせて構成されることを特徴とする請求項 1 に記載の超音波プラットフオーム型マイクロチップ。

2 6 . 基板上に微細な流路を有して成るフロー型マイク πチップの下に構成されたアレイ状超曰波卜ランス了ュサの駆動方法であつて、

刖記流路の入口から該流路の出 Pに向かて刖記流路内の曰圧が大さ < なるよう選択的に刖記超立

曰波ランス了ュサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするァレィ状超立

曰波卜ランステユーザの駆動方法

2 7 . 基板上に微細な流路を有して成るフ Π ―型マイク口チップの下に構成されたアレイ状超曰波卜ランス丁ュ ' ~~サの駆動方法であつて、

BIJ記超音波卜ランスデューサの立

曰波放射時刻をずらすとで、刖記流路の入口から該流路の出 □に向かて立

曰圧が大さ < なるように、選択的に前記超曰波ランス丁ュサに所の駆動信号を入力することを特徴とするァレィ状超音波卜ランスァュサの駆動方法。

2 8 . 基板上に微細な流路を有して成るフ D 型マイク

Πチップの下に構成されたアレイ状超立

曰波ランス了ュ―サの駆動方法であつて、

記流路の入口から該流路の出 □の間で局所的に音圧が大さくなるように選択的に前記超立

曰波卜ランス了ュサに所望の駆動信号を入力することを特徴とするァレィ状超音波卜ランスァュサの駆動方法。

2 9 . 基板上に微細な流路を有して成るフ Π 型マイク

Dチップの下に構成されたアレイ状超立

曰波卜ランス丁ュ ' "~サの駆動方法であつて、

刖記流路中に複数の異なる物性若し < は状の流体が存在し、前記複数の流体の界面と交わる方向に流れが発生するように、選択的に前記超音波トランスデューザに所望の駆動信号を入力することを特徴とするアレイ状超音波トランスデューサの駆動方法。