專利名稱：微型反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在微型流體器件系統(tǒng)中所使用的微型反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前，微型反應(yīng)器、化學(xué)芯片、生物芯片、Lab-on-a-chip(芯片實(shí)驗(yàn)室)、納米芯片等，使用非常少量的溶液來進(jìn)行反應(yīng)、分離、分析的技術(shù)極為盛行。特別是為了同時(shí)進(jìn)行多種生化反應(yīng)，提出了利用微型反應(yīng)器的技術(shù)(參照特開平10-337173號(hào)公報(bào))。該微型反應(yīng)器用于微觀領(lǐng)域的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、藥品的開發(fā)、人工臟器開發(fā)、基因·DNA分析工具、微流體工程學(xué)的基礎(chǔ)分析工具等。
使用了微型反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)由于例如裝置整體小，對(duì)裝置整體即使在熱效率極高、需要進(jìn)行溫度控制的反應(yīng)也使用微型反應(yīng)器的話，有可以易于進(jìn)行溫度控制的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)需要進(jìn)行精密的溫度控制的反應(yīng)或需要急速地加熱或冷卻的反應(yīng)也能夠容易進(jìn)行。此外，微型反應(yīng)器在微小空間中進(jìn)行反應(yīng)，例如，在有機(jī)溶媒和水的液·液界面、液體和器壁的固·液界面，由于任一場(chǎng)合與液體的體積相比，界面的面積的比例非常大，所以分子移動(dòng)速度快，能夠有效地進(jìn)行不均勻的反應(yīng)。
并且，微型反應(yīng)器其反應(yīng)器(反應(yīng)槽)的容積微小，能夠抑制反應(yīng)所用的樣品(反應(yīng)試劑或試樣等)的量和成本，通過使反應(yīng)尺度小至生成物的分析能力的界限，能夠減小對(duì)環(huán)境的影響。
以上那種微型反應(yīng)器通過用超聲波、熱、壓力、以及化學(xué)處理把形成通道(流路)和反應(yīng)器(反應(yīng)槽)的基材與另外做成的形成溶液的注入口和送出口等的基材粘接起來，做成主要的外觀形狀。此時(shí)，上述基材的材質(zhì)通常由氧化硅、石英玻璃、硼硅酸玻璃或陶瓷等的無機(jī)物、或者聚碳酸酯、聚丙烯酰胺凝膠等塑料、硅橡膠或硅素樹脂等有機(jī)物形成。
此外，上述基材通過干法刻蝕或濕法刻蝕等化學(xué)處理、或者激光、原子束、離子束等能量束處理形成微小的通道(流路)或反應(yīng)器(反應(yīng)槽)。此外，微型反應(yīng)器為塑料時(shí)，也可以在形成相當(dāng)于流路的凸部的模具中流入溶化的樹脂，使用注射成型法來制作。
通道(流路)寬度因用途而不同，通常為40～500μm左右。并且，有時(shí)設(shè)計(jì)通道(流路)寬度為2～40μm左右的微小流路。還有，通道(流路)深度通常為0.6～500μm。
如上所述，微型反應(yīng)器由于通道(流路)或反應(yīng)器(反應(yīng)槽)的容積微小，從而要求與通常的反應(yīng)容器不同的分子的處理。因此，在原有的微型反應(yīng)器中，主要通過微泵、電泳等輸液方法向通道(流路)或反應(yīng)器(反應(yīng)槽)輸送樣品，但對(duì)于具有微小且復(fù)雜的通道(流路)的微型反應(yīng)器來說，上述輸液方法的正確且迅速的流量控制和排出量的增減是困難的。
特別是，在使用原有的微泵時(shí)，驅(qū)動(dòng)部和腔室部是分開的泵結(jié)構(gòu)，由于泵結(jié)構(gòu)體自身的剛性不高，所以，假如泵的共振頻率不足夠高的話，驅(qū)動(dòng)時(shí)易于發(fā)生晃動(dòng)，進(jìn)行精密控制(例如，輸送或振動(dòng)(統(tǒng)稱為驅(qū)動(dòng))流路內(nèi)的液體或固體)時(shí)，輸送的話不能高速驅(qū)動(dòng)，振動(dòng)的話不能以高頻率驅(qū)動(dòng)。此外，把多個(gè)輸液機(jī)構(gòu)集成化到微型反應(yīng)器上時(shí)，由于一個(gè)個(gè)安裝輸液機(jī)構(gòu)，從而會(huì)有不僅集成率不能提高，而且生產(chǎn)性也差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上原有技術(shù)的問題而提出來的，其目的在于提供，把向通道(流路)內(nèi)的吐出力優(yōu)良、并且能夠瞬時(shí)地以高的精度控制輸液的多個(gè)微泵集成在一起，同時(shí)，分別制造一體形成有集成了的微泵的微泵單元和主要具備通道(流路)、反應(yīng)器(反應(yīng)槽)、注入口以及送出口的反應(yīng)器單元后，通過粘貼在一起，生產(chǎn)性以及通用性良好的微型反應(yīng)器。
即，根據(jù)本發(fā)明，提供一種微型反應(yīng)器，其使具備由微型通道組成的流路、與該流路連接的反應(yīng)器、把樣品輸送到該流路或與其連接的反應(yīng)器內(nèi)的注入口、從該反應(yīng)器回收反應(yīng)后的樣品的送出口的第1基板，以該注入口以及/或者該送出口對(duì)應(yīng)的方式，與一體形成有至少一個(gè)以上微泵的第2基板粘貼在一起而一體化，其特征在于，該微泵具備在內(nèi)表面具有由陶瓷形成的腔室的基體、在該基體的外表面上具備利用薄膜形成法形成的電極以及壓電/電致伸縮層的壓電/電致伸縮工作部、通過由該壓電/電致伸縮工作部在該腔室內(nèi)產(chǎn)生的壓力輸送或接收該腔室內(nèi)的樣品的至少2個(gè)以上的連接口。
此時(shí)，在本發(fā)明中，第1基板較好是具備預(yù)先規(guī)格化注入口以及/或者送出口的可配置位置。此外，在本發(fā)明中，第2基板可以具備比第1基板的注入口以及/或者送出口的數(shù)目更多的微泵，也可以具備至少連接有2個(gè)以上的微泵的微泵。并且，在本發(fā)明中，第2基板最好粘貼在第1基板的整個(gè)面或部分地粘貼。在此，第1基板和第2基板的粘貼界面部的厚度較好是0.1μm～10μm。另外，在本發(fā)明中，第1基板的材質(zhì)是塑料，并且第2基板的材質(zhì)較好是陶瓷。此外，第1基板以及第2基板的材質(zhì)也可以是陶瓷。


圖1是表示本發(fā)明的微型反應(yīng)器的一個(gè)例子的正視圖。
圖2是圖1的A-A截面圖。
圖3是表示本發(fā)明使用的第2基板的一個(gè)例子的主要部分放大截面圖。
圖4(a)是本發(fā)明使用的微泵單元的一個(gè)例子的正視圖。
圖4(b)是圖4(a)的A-A截面圖。
圖5(a)是本發(fā)明使用的微泵單元的其它例子的正視圖。
圖5(b)是圖5(a)的A-A截面圖。
圖5(c)是圖5(a)的B-B截面圖。
圖6是表示本發(fā)明使用的微泵的一個(gè)例子的縱截面說明圖。
圖7(a)是本發(fā)明的微泵的示意截面圖。
圖7(b)是原有的微泵的示意截面圖。
圖8是表示本發(fā)明使用的第2基板的其它例子的主要部分放大截面圖。
圖9是表示本發(fā)明的微型反應(yīng)器的正視圖。
圖10是圖9的A-A截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的微型反應(yīng)器是使具備由微型通道組成的流路、與流路連接的反應(yīng)器、把樣品輸送到流路或與其連接的反應(yīng)器內(nèi)的注入口、從反應(yīng)器回收反應(yīng)后的樣品的送出口的第1基板以注入口以及/或者送出口對(duì)應(yīng)的方式與一體形成有至少一個(gè)以上微泵的第2基板粘貼在一起而一體化，微泵具備在內(nèi)表面具有由陶瓷形成的腔室的基體、在基體的外表面上具備利用薄膜形成法形成的電極以及壓電/電致伸縮層的壓電/電致伸縮工作部、通過由壓電/電致伸縮工作部在腔室內(nèi)產(chǎn)生的壓力輸送或接收腔室內(nèi)的樣品的至少2個(gè)以上的連接口。
此時(shí)，本發(fā)明的微型反應(yīng)器的主要特征是采用陶瓷一體型泵作為形成于第2基板(微泵單元)的微泵。這樣，不需要一個(gè)一個(gè)組裝泵之類精密組裝，能夠?qū)μ沾苫宀捎媚z帶成型、模具沖裁，壓電/電致伸縮體可采用印刷、濺射制膜工藝，不僅可一次在基板上形成多個(gè)泵，還可適用于大量生產(chǎn)。
此外，本發(fā)明的微型反應(yīng)器的主要特征是采用塑料作為第1基板(反應(yīng)器單元)。這樣，本發(fā)明中使用的第1基板(反應(yīng)器單元)由于DNA等親水性的活體物質(zhì)不吸附在流路(通道)或反應(yīng)槽(反應(yīng)器)的表面，從而適合于處理，并且不會(huì)阻塞流路(通道)及妨礙樣品的流動(dòng)，也適合于大量生產(chǎn)。
并且，本發(fā)明的微型反應(yīng)器的主要特征是，通過組合大量生產(chǎn)的第1基板(反應(yīng)器單元)以及第2基板(微泵單元)，能夠?qū)?yīng)多品種少量的最終制品。此時(shí)，由于第1基板(反應(yīng)器單元)是具備預(yù)先規(guī)格化了注入口以及/或者送出口的可配置位置的基板，此外，第2基板(微泵單元)是預(yù)先具備比第1基板的注入口以及/或者送出口的數(shù)目更多的微泵的基板，所以，即使各基板個(gè)別設(shè)計(jì)(反應(yīng)系統(tǒng)變更等)有變更也能夠容易對(duì)處。
從上可知，本發(fā)明的微型反應(yīng)器能夠把向通道(流路)寬度為2～500μm(尤其是2～40μm)的通道(流路)內(nèi)的排出力優(yōu)良、并且能夠瞬時(shí)地以精密的精度控制輸送液的多個(gè)微泵集成起來，同時(shí)，分別制造一體形成有集成化了的微泵的微泵單元和主要具備有通道(流路)、反應(yīng)器(反應(yīng)槽)、注入口以及送出口的反應(yīng)器單元后，通過粘貼，生產(chǎn)性以及通用性都優(yōu)良。
以下，基于附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的微型反應(yīng)器的一個(gè)例子的正視圖。圖2是圖1的A-A截面圖。本發(fā)明的微型反應(yīng)器如圖1以及圖2所示，是使一體形成有至少1個(gè)以上的微泵10的第2基板(微型反應(yīng)器單元14)30與具備由微型通道組成的流路5、9、與流路5連接的反應(yīng)器6、把樣品輸送到流路5、7或與之連接的反應(yīng)器6內(nèi)的注入口8、從反應(yīng)器6回收反應(yīng)后的樣品的送出口9的第1基板2以注入口8以及/或者送出口9對(duì)應(yīng)起來的方式粘貼起來使之一體化。另外，在上述微型反應(yīng)器單元14上分別配置有向微泵10供給樣品的貯槽40、42和從反應(yīng)器6收放樣品的收放槽44。
本發(fā)明中使用的第1基板(反應(yīng)器單元)如圖2所示，具備在基體的長(zhǎng)方向排成一列而形成的由微型通道組成的2個(gè)流路、與該流路5連接的反應(yīng)器6、輸送樣品的2個(gè)注入口8、從反應(yīng)器6回收反應(yīng)后的樣品的1個(gè)送出口9。各注入口設(shè)在流路5的各端部，通過流路5與反應(yīng)器6連接。此時(shí)，本發(fā)明中使用的第1基板較好是具備預(yù)先規(guī)格化了注入口以及/或者送出口的可能配置位置。另外，所謂注入口以及/或者送出口的可能配置位置是指例如預(yù)先劃分出所定的范圍。
并且，在決定了注入口以及/或者送出口的配置時(shí)，為了容易進(jìn)行以下作業(yè)，較好是進(jìn)一步標(biāo)記好與該劃分對(duì)應(yīng)的位置。另外，第1基板的材質(zhì)較好是由塑料形成。這是因?yàn)樵谑褂盟芰?例如沒進(jìn)行表面處理的樹脂)作為第1基板的材質(zhì)時(shí)，多數(shù)情況下其表面是疏水性的，適宜于DNA等親水性的活體物質(zhì)不吸附在表面的處理。
本發(fā)明使用的第1基板并沒有特別限定，但較好是由PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)形成。
此外，第1基板除了氧化鋯之外也可由氧化硅、玻璃、氧化鋁等陶瓷形成。這種情況下，把所得到的流路或反應(yīng)器內(nèi)表面改變成疏水性是重要的。這是因?yàn)橐话阒涝谔沾傻谋砻娼?jīng)常得到OH基作為末端基，親水性高，在處理DNA等活體物質(zhì)時(shí)，上述活體物質(zhì)為親水性，因化學(xué)親和力而易于吸附在陶瓷表面，在微細(xì)流路內(nèi)的吸附的影響因流路孔徑小而相對(duì)較大，不僅妨礙流動(dòng)，在極端的情況下還會(huì)堵塞流路。
其次，對(duì)本發(fā)明中使用的第1基板(反應(yīng)器單元[被移動(dòng)流體移動(dòng)器件])的流路(槽)的形成方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
(1)基板材料為陶瓷時(shí)，可對(duì)陶瓷片進(jìn)行沖裁加工形成狹縫，夾住該陶瓷片通過層積陶瓷片并使之一體化來形成流路。
(2)基板材料為玻璃或硅時(shí)，可通過各向同性刻蝕或各向異性刻蝕來形成流路。
(3)也可通過對(duì)基板進(jìn)行激光加工來形成流路。
(4)也可對(duì)基板進(jìn)行使用了立銑刀的機(jī)械加工(machining)，形成構(gòu)成流路的一部分的槽。
(5)也可對(duì)基板進(jìn)行噴砂，形成構(gòu)成流路的一部分的槽。
(6)也可使具有凹凸的模具處于高溫，通過把該高溫的模具按壓到基板的表面上(即，熱端突起(ホツトエンドボス))來形成構(gòu)成流路的一部分的槽。
(7)也可通過精密注射成型在基板上形成流路。
但是，使用上述(4)機(jī)械加工或(5)噴砂來形成槽的話，有時(shí)會(huì)在槽的拐角部產(chǎn)生被稱作微裂紋的加工損傷，裂紋以該微裂紋為起點(diǎn)發(fā)展，因該裂紋而使基體(基材)損壞。此外，有時(shí)在基材內(nèi)會(huì)產(chǎn)生剩余應(yīng)力。
對(duì)此，希望采用以下對(duì)策。
(抑制裂紋的方法)(1)對(duì)基板進(jìn)行脫層處理(熱處理、退火處理)，封閉表面產(chǎn)生的微裂紋(使之消除)，同時(shí)，釋放剩余應(yīng)力。
(2)在上述槽的表面形成涂層，利用涂層覆蓋裂紋而使之封閉。更具體地說，在流動(dòng)性高的紫外線硬化型丙烯樹脂上，對(duì)基體使用浸漬等在槽的表面形成涂層，在硬化丙烯樹脂前以空氣或旋轉(zhuǎn)栓涂層，填埋微裂紋，除去剩余的丙烯樹脂。
通過對(duì)該涂層照射紫外線使涂層硬化，丙烯樹脂浸透到裂紋中，形成光滑的槽表面。此外，在本發(fā)明中使用的第1基板也可以使用熱膨脹系數(shù)比基板的熱膨脹系數(shù)更小的材料對(duì)槽的表面進(jìn)行涂層。這樣，由于在槽表面施加壓縮應(yīng)力，從而能夠阻止裂紋的發(fā)展。并且，在本發(fā)明中使用的第1基板也可以使用濺射法作為表面覆蓋方法涂上特氟隆(注冊(cè)商標(biāo))。這樣，也可以利用特氟隆(注冊(cè)商標(biāo))覆蓋層使被移動(dòng)體的移動(dòng)速度高速化。
其次，在本發(fā)明中使用的第2基板例如如圖1以及圖2所示，采用一體形成有多個(gè)微泵10的微泵單元14。這樣，在本發(fā)明中使用的第2基板可對(duì)應(yīng)第1基板的注入口以及/或者送出口一起安裝。
此外，在本發(fā)明中使用的微泵單元中的微泵的形狀以及配置并不特別限定，例如，可如圖4(a)(b)所示，縱橫地排列圓形的微泵10，或如圖5(a)(b)(c)所示，縱橫地排列略橢圓形的微泵10。即，本發(fā)明中使用的微泵單元可容易地根據(jù)微泵的性能和設(shè)計(jì)改變微泵的形狀和配置，同時(shí)，容易集成多個(gè)微泵。
并且，在本發(fā)明中使用的微泵單元也可以具備比第1基板的注入口以及/或者送出口的數(shù)目更多的微泵，也可具備連接有至少2個(gè)以上微泵的微泵。這樣，在本發(fā)明中使用的第2基板(微泵單元)即使第1基板的注入口以及/或者送出口的配置因設(shè)計(jì)變更而改變，也能夠容易處理，同時(shí)，還可自由地調(diào)整微泵的排出量(例如，通過使用支撐單元(后述)，連接形成于微泵單元的已有的微泵)。
在此，在本發(fā)明中使用的微泵如圖6所示具備在內(nèi)表面具有由陶瓷形成的腔室48的基體68、在基體12的外表面(振動(dòng)部66)上具備利用成膜法形成的電極75、77以及壓電/電致伸縮層73的壓電/電致伸縮工作部78、通過利用壓電/電致伸縮工作部78在腔室48內(nèi)產(chǎn)生的壓力輸送腔室48內(nèi)的樣品的至少2個(gè)以上的連接口18。
其次，本發(fā)明的微型反應(yīng)器較好是第2基板與第1基板的整個(gè)面(參照?qǐng)D1)或部分地(未圖示)粘貼并一體化。特別是，通過使第2基板的大小為微泵10設(shè)置所需的最小限的大小，由于不會(huì)妨礙從第1基板(反應(yīng)器單元)的化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)和光化學(xué)反應(yīng)，從而較好。此外，本發(fā)明的微型反應(yīng)器也可適當(dāng)?shù)卦诘?基板上設(shè)置不妨礙光學(xué)檢測(cè)的通孔。
在本發(fā)明中使用的第2基板較好是在第1基板的注入口以及/或者送出口的可配置位置的一部分或全部預(yù)先配備微泵，或者，較好是配備比第1基板的注入口以及/或者送出口的數(shù)目更多的微泵。這是因?yàn)橥ㄟ^通道(流路)或反應(yīng)器(反應(yīng)槽)的圖形的設(shè)計(jì)變更，能夠靈活地應(yīng)對(duì)注入口或送出口的設(shè)置場(chǎng)所的變更，同時(shí)，可靈活地應(yīng)對(duì)多品種的第1基板(反應(yīng)器單元)。
在此，在本發(fā)明中使用的微泵，例如如圖7(a)所示，在連接微泵單元12和支撐單元20的情況下，連接部只受到相當(dāng)于連接口18的截面積×壓力的力，從而能夠大幅降低在驅(qū)動(dòng)微泵10時(shí)產(chǎn)生的基板12、20相互的剝離力，可把構(gòu)成基板12、20之間的界面部的接合材料(例如，粘接劑)限制在所需的最小限，能夠更加可靠地使基板12、20一體化。
另一方面，原有的微泵，例如，如圖7(b)所示，在連接微泵單元12和支撐單元20的情況下，連接部成為被腔室48直接覆蓋的形態(tài)。因此，在驅(qū)動(dòng)了微泵10時(shí)，腔室48內(nèi)部壓力增加，該壓力由于傳遞到腔室48的截面積(與支撐單元20的接觸部)全體，從而施加在連接部的剝離力非常大，由于對(duì)基板之間的連接部施加很大的強(qiáng)度，從而需要增大連接部的面積，從而有不僅難以使基板之間一體化，還不能得到充分的耐久性的問題。
此外，在本發(fā)明中使用的微泵由于是陶瓷一體結(jié)構(gòu)，所以剛性高，即使在產(chǎn)生很大的排出力的情況下，不僅耐久性優(yōu)良，還不會(huì)損失壓力，能夠輸送樣品。因此，在本發(fā)明中使用的微泵例如在把樣品流過具有2μm～40μm的微小流路寬度的通道時(shí)，由于施加必要的排出力，從而能夠適于使用。
并且，本發(fā)明中使用的微泵，通過壓電/電致伸縮體根據(jù)電壓信號(hào)瞬時(shí)地變形，使泵內(nèi)容積瞬時(shí)變化，由于能夠產(chǎn)生排出力，從而能夠高精度地同時(shí)控制可輸送液體的多個(gè)微泵。
另外，在本發(fā)明中使用的微泵也能夠適用于以下所示的用途。
(1)DNA微陣列的雜交本發(fā)明的微泵通過用于DNA微陣列的雜交反應(yīng)促進(jìn)，能夠在微通道內(nèi)攪拌DNA微陣列的雜交溶液，從而可以大幅縮短雜交時(shí)間。
在此，本發(fā)明的微泵由于是剛性的陶瓷一體型泵，所以泵可以高速驅(qū)動(dòng)(振動(dòng))。這樣，本發(fā)明的微泵由于在微通道內(nèi)產(chǎn)生高速的水流，可促進(jìn)水相的攪拌，從而即使微小的攪拌，可解消僅以通常的分子擴(kuò)散不能達(dá)到的分子的局域化，同時(shí)，由于能夠減小微通道的內(nèi)部容積，從而具有以少量即可完成雜交溶液的優(yōu)點(diǎn)。
此外，本發(fā)明的微泵由于還可以向進(jìn)行雜交的微通道內(nèi)噴射溶液，從而利用高速的水流還可促進(jìn)雜交反應(yīng)。
根據(jù)以上說明，本發(fā)明的微泵通過應(yīng)用于DNA微陣列，可通過反應(yīng)促進(jìn)提高雜交效率，增加熒光強(qiáng)度，降低成本，提高數(shù)據(jù)的可靠性。
(2)液體的色譜法(高速液體色譜法[HPLC])本發(fā)明的微泵利用在芯片上形成的微通道，可以用作微量成分分析的微量HPCL用的泵。另外，本發(fā)明的微泵設(shè)置在可輸送恒定流的(高壓的)輸液泵和微通道之間。
在此，本發(fā)明的微泵由于是剛性高的陶瓷一體型泵，通過改變施加壓電/電致伸縮體(壓電/電致伸縮工作部)的電壓脈沖信號(hào)的頻率，可對(duì)輸液流施加增加了振動(dòng)的調(diào)制。還有，在本發(fā)明中，壓電/電致伸縮體是薄膜型的話，在制造成本和集成度等之點(diǎn)上特別好，但當(dāng)然并不限定于此。特別是，在用于利用了雜交反應(yīng)的DNA微陣列，或者應(yīng)用于液體色譜法時(shí)，也可應(yīng)用薄膜形態(tài)以外的方式。
在此，考慮到利用了雜交反應(yīng)的用途或應(yīng)用于液體色譜法的情況，還可具備壓電/電致伸縮工作部以外的部件。即，在該場(chǎng)合，第1基板具備微通道組成的流路、與該流路連接的反應(yīng)器、把樣品輸送到該流路或與其連接的反應(yīng)器內(nèi)的注入口、從該反應(yīng)器回收反應(yīng)后的樣品的送出口，以使該注入口以及/或者該送出口對(duì)應(yīng)的方式使至少一體形成有一個(gè)以上微泵的第2基板與該第1基板粘貼在一起而一體化，該微泵也可具有在內(nèi)表面具有陶瓷組成的腔室和在該基體的外表面上具備壓力施加機(jī)構(gòu)、以利用該壓力施加機(jī)構(gòu)在該腔室內(nèi)產(chǎn)生的壓力輸送該腔室內(nèi)的該樣品的至少2個(gè)以上的連接口。在此，所謂壓力施加機(jī)構(gòu)是例如壓電/電致伸縮體，雖然薄膜型的壓電/電致伸縮層的話更好，但并不限定于此，例如，也可以是具有多層結(jié)構(gòu)的塊狀壓電/電致伸縮體，利用靜電力或磁力、氣體的加熱產(chǎn)生的熱膨脹的都可。
例如，被分析物質(zhì)是高分子時(shí)，通過使用本發(fā)明的微泵，根據(jù)施加的振動(dòng)數(shù)，發(fā)生共振現(xiàn)象，由于在柱管內(nèi)流動(dòng)的高分子的速度隨高分子的物理形狀而變化，所以柱管內(nèi)的吸附脫離速度被調(diào)制，原來，分子結(jié)構(gòu)只有微小差別而不能分離的高分子的分離變得可能。此外，通過使用本發(fā)明的微泵，例如，被分析物是高分子時(shí)，通過對(duì)輸液流體施加調(diào)制，由于能夠利用高分子的結(jié)構(gòu)使在微通道內(nèi)前進(jìn)的速度差產(chǎn)生差別，所以利用該速度差也可精密分離高分子。
還有，所謂高速液體色譜法(HPLC)，是利用固定相或移動(dòng)相的相互作用的差別相互分離混合物中的成分的色譜方法中，使用填充了微小粒徑的固定相的柱管，以高壓輸送移動(dòng)相的液體色譜法，是分離度高、分析時(shí)間短的方法。
接下來，基于圖6詳細(xì)說明微泵單元的制作方法。首先，通過依次層積分別由陶瓷原料制作的(配置有連接口18的)基板層、(配置有腔室48的)隔離層、(構(gòu)成振動(dòng)部66的)薄板層，并使之一體化，制作在所定位置形成有腔室48和連接口18的基體68。
還有，在本發(fā)明中使用的微泵單元的材質(zhì)并不特別限定，較好是以所定的化合物，結(jié)晶相為部分穩(wěn)定甚至完全穩(wěn)定的氧化鋯為主要成分。在此，所謂用語[主要成份]是指在材料中作為發(fā)揮所需功能以及/或者作用的成分的起作用的成分。這樣，微泵單元在薄的板厚也能有利地確保機(jī)械強(qiáng)度以及韌性，同時(shí)，以相對(duì)低的作動(dòng)電壓得到大的變位，并且可得到快速響應(yīng)速度和大的產(chǎn)生力。
還有，所謂[部分穩(wěn)定甚至完全穩(wěn)定的氧化鋯]包括在施加熱或應(yīng)力等時(shí)部分地或完全不發(fā)生結(jié)晶變化的使結(jié)晶層部分地或完全地穩(wěn)定了的氧化鋯。
作為該穩(wěn)定氧化鋯的化合物，有氧化釔、氧化鈰、氧化鎂、氧化鈣，通過以單體或組合有至少其中一種化合物來添加、含有，使氧化鋯部分或完全地穩(wěn)定。并且，作為各化合物的添加含有量，較好是對(duì)于氧化釔是2mol％～7mol％，對(duì)于氧化鈰是5mol％～12mol％，對(duì)于氧化鎂、氧化鈣是5mol％～12mol％，其中，特別把氧化釔用作部分穩(wěn)定劑較好，在該場(chǎng)合，希望是2mol％～7mol％，更好是2mol％～4mol％。
在這種范圍添加而含有的氧化釔，其主要的結(jié)晶相是立方相或主要是立方相和正交相的混晶部分穩(wěn)定化，使基板具有優(yōu)良的特性。此外，為了使該正交相穩(wěn)定地存在，得到大的基板強(qiáng)度，基板的平均結(jié)晶顆粒半徑變得重要。即，作為平均顆粒半徑，較好是0.05μm～2μm，更好是1μm或其以下。
然后，在這種基體68的(振動(dòng)部66)外表面上，利用眾所周知的各種成膜法，如絲網(wǎng)印刷、噴涂、浸漬、涂抹等厚膜形成方法，離子束、濺射、真空蒸發(fā)、離子電鍍法、CVD、電鍍等薄膜形成方法來形成所定的電極膜(上下電極)75、77以及壓電/電致伸縮層79。還有，這些膜的形成可以在基體68的燒結(jié)前進(jìn)行，或者在燒結(jié)后進(jìn)行。
此外，這樣在第2基板(基板68)上成膜的各膜(電極膜75、77以及壓電/電致伸縮層79)根據(jù)需要進(jìn)行熱處理，該熱處理，可以各膜每形成一次膜就進(jìn)行，或者也可以在全部的膜形成后同時(shí)進(jìn)行。并且，為了提高電極膜75、77之間的絕緣可靠性，也可以根據(jù)需要在相鄰的壓電/電致伸縮層79、79之間形成絕緣樹脂膜。
此外，作為構(gòu)成該壓電/電致伸縮工作部的電極膜75、77的材料，假如是可耐熱處理溫度以及燒結(jié)溫度左右的高溫氧化氣氛的導(dǎo)體的話，沒有特別的限制，例如可以是金屬單體，也可以是合金，或者是絕緣性陶瓷和玻璃等，金屬和合金的混合物，或者導(dǎo)電性陶瓷，都可以。更好的是，使用以鉑金、鈀、銠等高熔點(diǎn)貴金屬類，或銀-鈀、銀-鉑金、鉑金-鈀等合金為主要成分的電極材料。
此外，作為構(gòu)成壓電/電致伸縮工作部的壓電/電致伸縮層79的材料，假如是表現(xiàn)出壓電或電致伸縮效應(yīng)等電場(chǎng)誘導(dǎo)伸縮的材料的話，可以采用任何材料，可以是結(jié)晶材料，也可以是非結(jié)晶材料，或者半導(dǎo)體材料，電介質(zhì)陶瓷材料或鐵電體陶瓷材料，都可以，并且，可以是需要分極處理的材料，或不需要分極處理的材料。
并且，作為本發(fā)明中使用的壓電/電致伸縮材料，較好是使用以鋯鈦酸鉛(PZT)為主要成分的材料，以鎂鈮酸鉛(PMN)為主要成分的材料，以鎳鈮酸鉛(PNN)為主要成分的材料，以錳鈮酸鉛為主要成分的材料，以銻錫酸鉛為主要成分的材料，以鋅鈮酸鉛為主要成分的材料，以鈦酸鉛為主要成分的材料，或者進(jìn)一步使用它們的復(fù)合材料。
此外，在這種壓電/電致伸縮材料中也可以含有以鑭、鋇、鈮、鋅、鈰、鈣、鉻、鈷、鍶、銻、鐵、釔、鉭、鎢、鎳、錳等的氧化物或它們的其它化合物作為添加物的材料，例如如成為PLZT系那樣，在以上述PZT系為主要成分的材料中適當(dāng)添加上述所定的添加物，都可以。
還有，由如上形成的電極膜75、77和壓電/電致伸縮膜(層)78構(gòu)成的壓電/電致伸縮工作部的厚度一般在100μm以下，此外，作為電極膜75、77的厚度，一般在20μm以下，較好是在5μm以下，并且，作為壓電/電致伸縮膜79的厚度，為了在低電壓得到大的變位等，較好是在50μm以下，更好是在3μm以上40μm以下。此外，該壓電/電致伸縮元件78，由于利用成膜法形成，利用成膜過程的優(yōu)點(diǎn)，在基體68上隔開細(xì)微的間隔不用粘接劑等就能夠同時(shí)且容易地形成多個(gè)。
如前所述，本發(fā)明的微型反應(yīng)器，例如，如圖2所示，能夠通過使另外制作的第2基板30粘貼在第1基板2上而一體化來得到。
此時(shí)，本發(fā)明的微型反應(yīng)器，例如，如圖8所示，作為第2基板32，還可使用包含以下例舉的部件的至少一個(gè)部件的基板，即，具備微泵單元12、分別調(diào)整各微泵10的出口形狀的噴嘴孔29、使樣品流過(供給以及/或者排出)各微泵10的流路27、28的支撐單元20。更詳細(xì)地說，支撐單元(輔助基板)20，如圖8所示，使讓樣品流(供給以及/或者排出)到配置在微泵單元12上的微泵10中的流路17與流路27連通。
其次，通過在流路27-腔室48之間以及腔室48-流路28之間，在支撐單元20相對(duì)于微泵單元12重合的面敞開，并且位于腔室48的正下方來分別配置連通孔，能夠使[流通孔16-流路17-流路27-腔室48-流路28-噴嘴孔29]連通。
還有，在本發(fā)明中使用的支撐單元20的材質(zhì)并沒有特別限定，但較好是使用與微泵單元12或反應(yīng)器單元(第1基板)相同的材質(zhì)。這樣，在本發(fā)明中使用的支撐單元20能夠順利地進(jìn)行腔室48內(nèi)的樣品的流通，同時(shí)，由于向反應(yīng)器單元2的輸液口成為噴嘴口29，從而能夠加壓使樣品噴出。
此外，本發(fā)明中使用的支撐單元20具有不替換微泵單元12的樣式，通過僅變更支撐單元20，能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)反應(yīng)器單元的設(shè)計(jì)變更的優(yōu)點(diǎn)。還有，在本發(fā)明中使用的支撐單元，例如，如圖8所示，在想防止樣品向微泵10的倒流時(shí)，較好是在其內(nèi)部設(shè)置逆止閥21。
此外，在本發(fā)明中使用的第2基板，例如，如圖3所示，對(duì)微泵單元添加了支撐單元的功能，但能夠小型化，同時(shí)，操作性也優(yōu)良(參照?qǐng)D2)。
并且，本發(fā)明的微型反應(yīng)器能夠用以下所示的方法把第1基板和第2基板粘貼起來一體化。
(1)使粘接片介于第1基板和第2基板之間，利用該粘接片把它們粘接起來。
此時(shí)，在(1)的方法中，代替粘接片，也可以利用絲網(wǎng)印刷法使粘接劑形成于粘接面上。此外，在(1)的方法中，粘接后，為了強(qiáng)化粘接層，也可以流入紫外線硬化型丙烯樹脂。
(2)在第1基板和第2基板之間設(shè)置隔離層等形成一定的間隙后，從側(cè)面流入丙烯樹脂，用該丙烯樹脂使之粘接。
此時(shí)，粘接面大的情況下，較好是在基板上開通孔，使剩余在粘接部的空氣排出到粘接部的外部。此外，在(2)的方法中，較好是根據(jù)粘接面積、材料調(diào)整丙烯樹脂的粘性。并且，在(2)的方法中，較好是選用最適于使丙烯樹脂硬化的紫外線硬化功率。這是因?yàn)楣β蔬^小的話，硬化時(shí)間過長(zhǎng)，功率過大的話，會(huì)發(fā)生急劇的硬化反應(yīng)，裂紋會(huì)進(jìn)入粘接部。
還有，在(2)的方法中，也可以利用絲網(wǎng)印刷法形成用于丙烯流入的間隙。
還有，作為可使用的粘接劑，可選擇乙烯系、丙烯系、聚酰胺系、苯酚系、苯間二酚系、尿素系、三聚酰胺系、聚酯系、環(huán)氧樹脂系、呋喃系、聚氨酯系、氧化硅系、橡膠系、聚酰亞胺系、聚烯系中的任何一種。但是，選擇對(duì)所使用的樣品具有耐久性的粘接劑。
此外，粘接劑的樣式，從量產(chǎn)性的觀點(diǎn)出發(fā)，可利用噴灑涂抹、或可絲網(wǎng)印刷的高粘性膠型、或可沖裁加工的片型是優(yōu)良的，更希望是加熱時(shí)間短的熱溶化粘接型、或室溫硬化粘接型。并且，作為高粘性的膠型，能夠使用在原來的粘接劑中混入了填充物來提高粘性的類型。
根據(jù)以上之點(diǎn)特別是對(duì)樣品(水系)的耐久性的觀點(diǎn)，特別適合于使用可絲網(wǎng)印刷的彈性環(huán)氧樹脂粘接劑或硅系粘接劑，或可沖裁加工的片狀熱溶化型聚烯系粘接劑或聚酯系粘接劑等。還有，也可以把這些各種粘接劑在粘接面的一部分和其他部分分別使用。
并且，本發(fā)明的微型反應(yīng)器，第1基板(反應(yīng)器單元)和第2基板(微泵單元)的粘接界面部的厚度較好是0.1～10μm。這是因?yàn)?，粘接層的厚度不?.1μm時(shí)，基板自身的彎曲、表面粗細(xì)不能夠被吸收，變薄時(shí)，基板之間接觸，具有粘接層事實(shí)上不存在的可能性，因此粘接強(qiáng)度實(shí)質(zhì)上變?nèi)酢?br> 另一方面，粘接層的厚度超過10μm時(shí)，陶瓷的剛性變大，粘接層柔軟，厚度變厚的話，壓力被吸收。還有，從一般的粘接的觀點(diǎn)來說，希望(基板為理想的平面時(shí)的)粘接層薄。因此，使用粘接層時(shí)，盡可能薄(小)，必須避免從粘接層的破損。
以下，基于實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例)如圖1所示，基于本發(fā)明的制造方法制造使用了形成有12個(gè)單位反應(yīng)器的第2基板30的長(zhǎng)20mm×寬15mm×厚3mm的微型反應(yīng)器。
在此，所謂單位反應(yīng)器，是如圖2所示，具有3個(gè)陶瓷一體型的微泵10，各泵通過流路5、7(流路寬度50μm)與1個(gè)反應(yīng)器6連接，進(jìn)行樣品的供給和回收。
其次，對(duì)所得到的微型反應(yīng)器的基本性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
(比較例)如圖9所示，用已有的制造方法制造了形成有1個(gè)單位反應(yīng)器的長(zhǎng)10mm×寬30mm×厚3mm的微型反應(yīng)器。
在此，所謂單位反應(yīng)器，是如圖10所示，具有3個(gè)隔膜泵50，各泵通過流路5、7(流路寬度50μm)與1個(gè)反應(yīng)器6連接，進(jìn)行樣品的供給和回收。
其次，對(duì)所得到的微型反應(yīng)器的基本性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
(考察)在實(shí)施例中，如圖1所示，與比較例(參照?qǐng)D9)比較，單位面積的微泵10、即單位反應(yīng)器的集成度非常高，不僅價(jià)格性能比優(yōu)越，根據(jù)反應(yīng)器單元2的設(shè)計(jì)，通過適當(dāng)?shù)剡B接或分離微泵10，可容易地制作各種反應(yīng)系的微型反應(yīng)器。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上所述，本發(fā)明的微型反應(yīng)器，能夠集成向通道(流路)內(nèi)的排出力優(yōu)良并且可瞬時(shí)地以精密的精度控制輸送液的多個(gè)微泵，同時(shí)，分別制造一體形成有集成化的微泵的微泵單元和主要具備通道(流路)、反應(yīng)器(反應(yīng)槽)、注入口以及送出口的反應(yīng)器單元，通過粘貼，生產(chǎn)性以及通用性優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種微型反應(yīng)器，在具備由微型通道組成的流路、與該流路連接的反應(yīng)器、把樣品送入該流路或與該流路連接的反應(yīng)器內(nèi)的注入口、從該反應(yīng)器回收反應(yīng)后的樣品的送出口的第1基板上，以該注入口以及/或者該送出口對(duì)應(yīng)的方式，粘貼一體形成有至少一個(gè)以上微泵的第2基板而使其一體化，其特征在于，該微泵具備在內(nèi)表面具有由陶瓷形成的腔室的基體、在該基體的外表面上具備利用薄膜形成法形成的電極以及壓電/電致伸縮層的壓電/電致伸縮工作部、通過由該壓電/電致伸縮工作部在該腔室內(nèi)產(chǎn)生的壓力輸送該腔室內(nèi)的該樣品的至少2個(gè)以上的連接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第1基板預(yù)先配備有規(guī)格化注入口以及/或者送出口的可配置位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第2基板具備比第1基板的注入口以及/或者送出口的數(shù)目更多的微泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第2基板具備與至少2個(gè)以上微泵連接的微泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第2基板與第1基板的整個(gè)面或部分地粘貼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第1基板與第2基板的粘貼界面部的厚度為0.1～10μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第1基板的材質(zhì)是塑料，并且第2基板的材質(zhì)是陶瓷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型反應(yīng)器，其特征在于第1基板以及第2基板的材質(zhì)是陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及在微型流體器件系統(tǒng)中所使用的微型反應(yīng)器。該微型反應(yīng)器由具備微型通道組成的流路、與該流路連接的反應(yīng)器、把樣品輸送到該流路或與其連接的反應(yīng)器內(nèi)的注入口、從該反應(yīng)器回收反應(yīng)后的樣品的送出口的第1基板，和該注入口以及/或者該送出口對(duì)應(yīng)、形成有至少一個(gè)以上微泵的第2基板構(gòu)成，該微泵具備在內(nèi)表面具有由陶瓷形成的腔室的基體、在該基體的外表面上形成的電極以及壓電/電致伸縮層、至少2個(gè)以上的連接口，并且，第1基板和第2基板以該注入口以及/或者該送出口對(duì)應(yīng)的方式粘貼在一起而一體化成形。
文檔編號(hào)B01L3/02GK1822897SQ20048001985
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者別所裕樹, 武內(nèi)幸久 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社