JP2015096285A - Micro valve, liquid balancing device, and micro device - Google Patents

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JP2015096285A JP2013237137A JP2013237137A JP2015096285A JP 2015096285 A JP2015096285 A JP 2015096285A JP 2013237137 A JP2013237137 A JP 2013237137A JP 2013237137 A JP2013237137 A JP 2013237137A JP 2015096285 A JP2015096285 A JP 2015096285A
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良教 赤木
Yoshinori Akagi
良教 赤木
山本 一喜
Kazuki Yamamoto
一喜 山本
修一郎 松本
Shuichiro Matsumoto
修一郎 松本
野村 茂
Shigeru Nomura
茂 野村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro valve which enables easy flow control of a minute amount of a liquid and easy manufacturing.SOLUTION: A micro valve 1 is provided between a micro passage 2a and a micro passage 2b. The micro valve 1 comprises: a pair of movable pieces 10, 10; and a gap 17 (an opening/closing part 18) located between the movable pieces 10, 10. The movable pieces 10, 10 respectively have first planes 11, 11 that are inclined walls. When a pressure caused by a fluid is applied from the micro passage 2a to the micro valve 1, the first planes 11, 11 of the movable pieces 10, 10 are pushed to push and spread the gap 17. The action allows the fluid to be transferred to the micro passage 2b side. When the application of the pressure is terminated, the movable pieces 10, 10 return to the original state to close the gap 17.

Description

本発明は、マイクロバルブ、液体秤取デバイス、並びに、マイクロデバイスに関する。本発明は、マイクロ流路を流れる液体の流量制御等に有用なものである。   The present invention relates to a microvalve, a liquid weighing device, and a microdevice. The present invention is useful for controlling the flow rate of a liquid flowing through a microchannel.

微量の液体試料を取り扱うことができるマイクロデバイス(マイクロ流路デバイス、マイクロ流体デバイス)が知られている。例えば、手で容易に取り扱い得る大きさの基板(チップ)内に、液体試料等を搬送するためのマイクロ流路が形成され、必要に応じて、試料の導入部、試薬類の保持部、反応槽等が設けられたマイクロデバイスが知られている(例えば、特許文献1,2)。   Microdevices (microchannel devices, microfluidic devices) that can handle a small amount of liquid sample are known. For example, a microchannel for transporting a liquid sample or the like is formed in a substrate (chip) that can be easily handled by hand. If necessary, the sample introduction part, reagent holding part, reaction A microdevice provided with a tank or the like is known (for example, Patent Documents 1 and 2).

近年、マイクロデバイスを用いた携帯性に優れる分析装置が、医療現場や環境測定の分野で用いられている。このマイクロデバイスには、サンプル溶液の流量調整用の流量調整デバイスが用いられ、希釈、濃縮などを行い、血液や環境分析等を行うことができる。このような流量調整デバイスは、例えば、下記の特許文献3に開示されている。特許文献3に開示されている流量調整デバイスは、温度変化により膨張又は収縮して体積が変化する変形部を有し、当該変形部を変形させることで、マイクロ流路を流れる液体の流量を調整するものである。   In recent years, an analyzer having excellent portability using a micro device has been used in the medical field and the field of environmental measurement. For this microdevice, a flow rate adjusting device for adjusting the flow rate of the sample solution is used, and it is possible to perform dilution, concentration, etc., and to perform blood and environmental analysis. Such a flow rate adjusting device is disclosed in Patent Document 3 below, for example. The flow rate adjusting device disclosed in Patent Document 3 has a deformed portion that expands or contracts due to a temperature change and changes in volume, and deforms the deformed portion to adjust the flow rate of the liquid flowing through the microchannel. To do.

またマイクロデバイスを用いて、一定体積の微量液体を秤取することができる技術が知られている(例えば、特許文献4)。   Moreover, the technique which can weigh a trace volume liquid of a fixed volume using a microdevice is known (for example, patent document 4).

特開2012−132879号公報JP 2012-132879 A 特開2012−215535号公報JP 2012-215535 A 特開2012−31894号公報JP 2012-31894 A 特開2007−279068号公報JP 2007-279068 A

特許文献3に記載されている流量調整デバイスでは、デバイスの開閉に加熱部と冷却部の制御が必要となる。しかし、この構成では、熱の伝送の仕方によってはバルブ開閉に時間差が生じ、液体の流量制御が難しくなる。また、この流量調整デバイスでは、熱変化する材料をマイクロ流路内に配置する必要があり、マイクロ流体デバイス自体の作製も難しくなる。   In the flow rate adjustment device described in Patent Document 3, the heating unit and the cooling unit are required to open and close the device. However, in this configuration, depending on how heat is transmitted, a time difference occurs in the valve opening and closing, making it difficult to control the flow rate of the liquid. Further, in this flow rate adjusting device, it is necessary to arrange a heat-changing material in the microchannel, and it becomes difficult to produce the microfluidic device itself.

上記現状に鑑み、本発明は、液体の流量制御を容易に行うことができるとともに、作製も容易であるマイクロバルブと、当該マイクロバルブを利用した液体秤取デバイス等を提供することを目的とする。   In view of the above-mentioned present situation, an object of the present invention is to provide a microvalve that can easily control the flow rate of a liquid and that can be easily manufactured, a liquid weighing device using the microvalve, and the like. .

上記した課題を解決するための本発明の1つの様相は、マイクロチップに形成されたマイクロ流路に設けられ、その開閉により前記マイクロ流路を流れる液体の流量を制御するマイクロバルブであって、前記マイクロ流路の内壁と一体化していると共に前記マイクロ流路内に張り出した一対の可動片と、前記一対の可動片の間の隙間で構成され、当該隙間の開閉により液体の流量が制御される開閉部とを有し、前記可動片は、マイクロ流路の内壁から前記隙間に至ると共に液体の流れ方向に対して所定の角度を成す傾斜壁を有し、前記傾斜壁同士で挟まれた流路では、液体の流れ方向に沿って流路断面積が漸減しており、前記傾斜壁に対して液体による圧力を付与することにより、前記開閉部が開放して液体が通過可能となり、前記傾斜壁に対して前記圧力を解除することにより前記開閉部が閉塞することを特徴とするマイクロバルブである。   One aspect of the present invention for solving the above problems is a microvalve that is provided in a microchannel formed in a microchip and controls the flow rate of the liquid flowing through the microchannel by opening and closing thereof, It is composed of a pair of movable pieces that are integrated with the inner wall of the microchannel and projecting into the microchannel, and a gap between the pair of movable pieces, and the flow rate of the liquid is controlled by opening and closing the gap. The movable piece has an inclined wall that reaches the gap from the inner wall of the microchannel and forms a predetermined angle with respect to the liquid flow direction, and is sandwiched between the inclined walls. In the flow channel, the cross-sectional area of the flow channel gradually decreases along the flow direction of the liquid, and by applying pressure by the liquid to the inclined wall, the opening and closing part is opened, and the liquid can pass through. On an inclined wall And the switching unit by releasing the pressure is microvalve characterized by obstruction.

本発明は、マイクロチップに形成されたマイクロ流路に設けられるマイクロバルブに関するものである。本発明のマイクロバルブは、マイクロ流路の内壁と一体化した一対の可動片を有しており、当該可動片がマイクロ流路から張り出している。また本発明のマイクロバルブは、当該一対の可動片の間の隙間で構成された開閉部を有しており、当該開閉部によって液体の流量が制御される。さらに本発明のマイクロバルブでは、前記可動片が、マイクロ流路の内壁から前記隙間に至る壁であって、液体の流れ方向に対して所定の角度を成す傾斜壁を有している。そして、傾斜壁に対して液体による圧力を付与することにより、開閉部が開放して液体が通過可能となり、一方、傾斜壁に対して前記圧力を解除することにより開閉部が閉塞する。
本発明のマイクロバルブは液体の圧力によって開閉するものであり、バルブの開閉に加熱や冷却といった操作を必要としない。さらに、バルブの開閉にマイクロ流路の内壁と一体化した可動片を用いているので、マイクロ流路内に別体を設置する必要がなく、マイクロバルブの製作が容易である。
The present invention relates to a microvalve provided in a microchannel formed in a microchip. The microvalve of the present invention has a pair of movable pieces integrated with the inner wall of the microchannel, and the movable pieces protrude from the microchannel. In addition, the microvalve of the present invention has an opening / closing part constituted by a gap between the pair of movable pieces, and the flow rate of the liquid is controlled by the opening / closing part. Furthermore, in the microvalve of the present invention, the movable piece has an inclined wall that extends from the inner wall of the microchannel to the gap and forms a predetermined angle with respect to the liquid flow direction. Then, by applying a pressure by the liquid to the inclined wall, the opening / closing part is opened so that the liquid can pass through. On the other hand, by releasing the pressure on the inclined wall, the opening / closing part is closed.
The microvalve of the present invention opens and closes by the pressure of the liquid, and does not require operations such as heating and cooling to open and close the valve. Furthermore, since a movable piece integrated with the inner wall of the microchannel is used to open and close the valve, it is not necessary to install a separate body in the microchannel, and the microvalve can be easily manufactured.

ここで「マイクロ流路」とは、流路を流れる液体に所謂マイクロ効果が発現する形状寸法に形成されている微細な流路をいう。具体的には、流路を流れる液体が表面張力と毛細管現象の影響を強く受け、通常の寸法の流路を流れる液体とは異なる挙動を示す形状寸法に形成されている微細な流路である。   Here, the “micro flow path” refers to a fine flow path that is formed in a shape and dimension that develops a so-called micro effect in the liquid flowing through the flow path. Specifically, it is a fine channel that is formed in a shape and dimension that exhibits a behavior different from that of a liquid that flows through a normal-sized channel because the liquid flowing through the channel is strongly influenced by surface tension and capillary action. .

好ましくは、前記開閉部が閉塞した状態において、前記傾斜壁と前記マイクロ流路の内壁とが成す角度は、100度以上かつ170度以下である。   Preferably, in a state where the opening / closing part is closed, an angle formed by the inclined wall and the inner wall of the microchannel is not less than 100 degrees and not more than 170 degrees.

かかる構成により、傾斜壁に対して液体による圧力が確実に付与される。   With this configuration, the pressure by the liquid is reliably applied to the inclined wall.

好ましくは、前記可動片は、前記開閉部の出口からマイクロ流路の内壁に至る出口側壁面をさらに有し、出口側壁面に対して液体による圧力を付与しても前記開閉部は開かず、液体が通過できない。   Preferably, the movable piece further includes an outlet side wall surface extending from an outlet of the opening / closing portion to an inner wall of the microchannel, and the opening / closing portion does not open even when a pressure is applied to the outlet side wall surface by the liquid, Liquid cannot pass through.

かかる構成により、一方向のみに液体が通過可能なマイクロバルブが提供される。   Such a configuration provides a microvalve that allows liquid to pass in only one direction.

好ましくは、前記開閉部が閉塞した状態において、前記出口側壁面と前記マイクロ流路の内壁とが成す角度は、90度以下である。   Preferably, in a state where the opening / closing part is closed, an angle formed by the outlet side wall surface and the inner wall of the microchannel is 90 degrees or less.

かかる構成により、液体の逆流がより確実に防止される。   With such a configuration, the backflow of the liquid is more reliably prevented.

好ましくは、前記開閉部は、スリット状である。   Preferably, the opening / closing part has a slit shape.

好ましくは、前記可動片は、可撓性を有する材料で構成されている。   Preferably, the movable piece is made of a flexible material.

かかる構成により、可動片の動作がより容易に行われる。   With this configuration, the movable piece can be operated more easily.

本発明の他の様相は、マイクロチップに設けられ、一定体積の微量液体を量り取るための液体秤取デバイスであって、上記構成のマイクロバルブと、一定体積を有する密閉空間とを有し、前記マイクロバルブを通じて前記密閉空間に液体を導入することにより、一定体積の液体を秤取可能であることを特徴とする液体秤取デバイスである。   Another aspect of the present invention is a liquid weighing device that is provided on a microchip and measures a small volume of liquid, and includes a microvalve having the above-described configuration and a sealed space having a certain volume. A liquid weighing device characterized by being able to weigh a certain volume of liquid by introducing the liquid into the sealed space through the microvalve.

本発明は液体秤取デバイスに係るものである。本発明の液体秤取デバイスは、上記構成のマイクロバルブを有しており、マイクロバルブを通じて一定体積を有する密閉空間に液体を量り取る。かかる構成により、より簡単な構成をもって一定体積の微量液体を秤取することができる。   The present invention relates to a liquid weighing device. The liquid weighing device of the present invention has the microvalve having the above-described configuration, and measures the liquid into a sealed space having a constant volume through the microvalve. With this configuration, it is possible to weigh a small volume of liquid with a simpler configuration.

好ましくは、前記密閉空間はマイクロ流路であり、当該マイクロ流路の両端に前記マイクロバルブが設けられている。   Preferably, the sealed space is a microchannel, and the microvalves are provided at both ends of the microchannel.

本発明の他の様相は、上記構成のマイクロバルブが複数接続された密閉空間を備え、当該密閉空間内に各々のマイクロバルブを通じて液体を導入し、当該密閉空間内で前記液体を混合可能であることを特徴とするマイクロデバイスである。   Another aspect of the present invention includes a sealed space in which a plurality of microvalves having the above-described configuration are connected, and a liquid can be introduced into the sealed space through each microvalve and the liquid can be mixed in the sealed space. This is a microdevice characterized by the above.

本発明のマイクロデバイスは、上記構成のマイクロバルブを利用して、密閉空間内で液体を混合可能なものである。本発明のマイクロデバイスによれば、簡単な操作で微量液体を混合することができる。さらに、マイクロデバイス自体の製作も容易である。   The microdevice of the present invention can mix a liquid in a sealed space using the microvalve having the above-described configuration. According to the microdevice of the present invention, a trace amount liquid can be mixed by a simple operation. Furthermore, it is easy to manufacture the microdevice itself.

好ましくは、前記マイクロチャンバーは平面視において多角形状であり、当該多角形の頂点に前記マイクロバルブが接続されている。   Preferably, the microchamber has a polygonal shape in plan view, and the microvalve is connected to an apex of the polygon.

本発明のマイクロバルブによれば、液体の圧力を利用して開閉できるので、より簡単な操作で微量液体の流量調整等を行うことができる。また、マイクロバルブ自体の製作が容易である。   According to the microvalve of the present invention, since it can be opened and closed using the pressure of the liquid, the flow rate of the trace liquid can be adjusted with a simpler operation. In addition, the microvalve itself can be easily manufactured.

本発明の液体秤取デバイスによれば、マイクロチップ上において、より簡単な構成をもって一定体積の微量液体を秤取することができる。   According to the liquid weighing device of the present invention, it is possible to weigh a small volume of liquid with a simpler configuration on a microchip.

本発明のマイクロデバイスによれば、簡単な操作で微量液体を混合することができる。さらに、マイクロデバイス自体の製作も容易である。   According to the microdevice of the present invention, a trace amount liquid can be mixed by a simple operation. Furthermore, it is easy to manufacture the microdevice itself.

本発明の一実施形態に係るマイクロバルブとマイクロ流路の基本構成を模式的に表す説明図である。It is explanatory drawing which represents typically the basic composition of the microvalve and microchannel which concern on one Embodiment of this invention. (a)はマイクロバルブとマイクロ流路を含むマイクロチップを表す平面図、(b)は(a)において上側のフィルムを取り除いた状態を表す平面図である。(A) is a top view showing the microchip containing a microvalve and a microchannel, (b) is a top view showing the state where the upper film was removed in (a). 図2(a)のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of Fig.2 (a). 図2(a)のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of Fig.2 (a). マイクロバルブの可動片を表す斜視図であり、(a)は一対の可動片、(b)は片方の可動片のみを表す。It is a perspective view showing the movable piece of a microvalve, (a) shows a pair of movable pieces, (b) shows only one movable piece. 可動片における傾斜壁等の角度を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the angle of the inclined wall etc. in a movable piece. 可動片の隙間の開閉状態を表す説明図であり、(a)は圧力を付与した状態、(b)は圧力付与を解除した状態、(c)は逆側から圧力を付与した状態を表す。It is explanatory drawing showing the opening / closing state of the clearance gap between movable pieces, (a) is the state which applied the pressure, (b) is the state which cancelled | released pressure application, (c) represents the state which applied the pressure from the reverse side. (a)〜(c)は、マイクロバルブの使用方法を表す説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing showing the usage method of a microvalve. 本発明の他の実施形態に係るマイクロバルブを表す平面図である。It is a top view showing the microvalve which concerns on other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る液体秤取デバイスの基本構成を模式的に表す説明図である。It is explanatory drawing which represents typically the basic composition of the liquid weighing device which concerns on one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は、図10の液体秤取デバイスの使用方法を表す説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing showing the usage method of the liquid weighing device of FIG. (a)〜(c)は、他の実施形態に係る液体秤取デバイスの使用方法を表す説明図である。(A)-(c) is explanatory drawing showing the usage method of the liquid weighing device which concerns on other embodiment. 本発明の一実施形態に係るマイクロデバイスの構成を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the structure of the microdevice which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係るマイクロデバイスの構成を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the structure of the microdevice which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。ただし、下記の実施形態は単なる例示であり、本発明は下記の実施形態に何ら限定されない。また、各実施形態において参照する図面は、模式的に記載されており、図面に描画された部材等の寸法の比率等は、実際の部材等の寸法の比率等とは異なる場合がある。具体的な部材等の寸法の比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。また、特に断らない限り、下記の説明における上下・左右方向は、図3の姿勢を基準とする。すなわち、フィルム6が上側、フィルム7が下側、マイクロ流路2aが左側、マイクロ流路2bが右側となる姿勢を基準とする。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to the following embodiment. Further, the drawings referred to in each embodiment are schematically described, and the ratio of dimensions of members and the like drawn in the drawings may be different from the ratio of dimensions of actual members and the like. Specific ratios of dimensions of members and the like should be determined in consideration of the following explanation. Unless otherwise specified, the vertical and horizontal directions in the following description are based on the posture shown in FIG. That is, the orientation is such that the film 6 is on the upper side, the film 7 is on the lower side, the microchannel 2a is on the left side, and the microchannel 2b is on the right side.

本発明の一実施形態に係るマイクロバルブ1は、図1に示すように、例えばマイクロチップに形成された2つのマイクロ流路2a,2bの間に設けられ、マイクロ流路2aとマイクロ流路2bとの間を通過する液体の流量を制御するものである。本実施形態では、マイクロバルブ1とマイクロ流路2a,2bは、いずれも積層構造を有する平板状のマイクロチップ3内に設けられている。   As shown in FIG. 1, a microvalve 1 according to an embodiment of the present invention is provided between, for example, two microchannels 2a and 2b formed on a microchip, and the microchannel 2a and the microchannel 2b are provided. The flow rate of the liquid passing between the two is controlled. In this embodiment, both the microvalve 1 and the microchannels 2a and 2b are provided in a flat microchip 3 having a laminated structure.

図2〜図4に示すように、マイクロチップ3は、平板状の基材5の上面と下面にそれぞれフィルム6とフィルム7が設けられた積層構造を有している。そして、マイクロ流路2a,2bは、基材5に形成された細長いスリット状の開口と、当該開口を上下から挟むフィルム6,7とで形成されている。すなわち、マイクロ流路2a,2bは断面が長方形の筒状であり、2つの側面(側壁23)は基材5で構成され、天面と底面はそれぞれフィルム6とフィルム7で構成されている。
マイクロ流路2a,2bにおける液体の流れ方向は、マイクロ流路2a,2bの側壁23a,23bと平行である。
As shown in FIGS. 2 to 4, the microchip 3 has a laminated structure in which a film 6 and a film 7 are provided on an upper surface and a lower surface of a flat substrate 5, respectively. The microchannels 2a and 2b are formed by elongated slit-shaped openings formed in the base material 5 and films 6 and 7 sandwiching the openings from above and below. That is, the microchannels 2a and 2b have a cylindrical shape with a rectangular cross section, the two side surfaces (side walls 23) are formed of the base material 5, and the top and bottom surfaces are formed of the film 6 and the film 7, respectively.
The flow direction of the liquid in the microchannels 2a and 2b is parallel to the side walls 23a and 23b of the microchannels 2a and 2b.

マイクロ流路2a,2bの流路径(内径)は、好ましくは50μm以上かつ3mm以下である。マイクロ流路2a,2bの流路長さは、好ましくは1μm以上かつ1000μm以下である。マイクロ流路2aとマイクロ流路2bとは基本的に同じ構成のものであり、マイクロバルブ1によって、1つのマイクロ流路2がマイクロ流路2aとマイクロ流路2bに区分されているともいえる。   The channel diameters (inner diameters) of the microchannels 2a and 2b are preferably 50 μm or more and 3 mm or less. The channel lengths of the microchannels 2a and 2b are preferably 1 μm or more and 1000 μm or less. The microchannel 2a and the microchannel 2b have basically the same configuration, and it can be said that one microchannel 2 is divided into the microchannel 2a and the microchannel 2b by the microvalve 1.

基材5は可撓性の樹脂で構成されている。当該樹脂の例としては、有機シロキサン化合物等が挙げられる。当該有機シロキサン化合物の例としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリメチル水素シロキサン、等が挙げられる。   The substrate 5 is made of a flexible resin. Examples of the resin include organic siloxane compounds. Examples of the organosiloxane compound include polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylhydrogensiloxane, and the like.

フィルム6,7は基材5の上面と下面にそれぞれ設けられている。フィルム6,7の厚みは、好ましくは5μm以上かつ1mm以下であり、より好ましくは10μm以上かつ500μm以下であり、さらに好ましく20μm以上かつ100μm以下である。
フィルム6,7を構成する材料としては、プラスチック樹脂、シリコン樹脂、ガラス、セラミック、シリコンなどが挙げられる。上記樹脂としては、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレン、ポリエステル・ポリプロピレン・ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリカーボネート、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリジメチルシロキサン等の有機シロキサン化合物、などが挙げられる。
The films 6 and 7 are provided on the upper surface and the lower surface of the substrate 5, respectively. The thickness of the films 6 and 7 is preferably 5 μm or more and 1 mm or less, more preferably 10 μm or more and 500 μm or less, and further preferably 20 μm or more and 100 μm or less.
Examples of the material constituting the films 6 and 7 include plastic resin, silicon resin, glass, ceramic, and silicon. Examples of the resin include polyethylene terephthalate (PET), polyethylene, polyester / polypropylene / nylon, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polycarbonate, ethylene vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-methacrylic acid. Examples thereof include acid copolymers and organic siloxane compounds such as polydimethylsiloxane.

マイクロ流路2aとマイクロ流路2bとの間にマイクロバルブ1が設けられている。図2〜図6に示すように、マイクロバルブ1は、一対の可動片10,10と、可動片10,10の間に形成された隙間17(開閉部18)とで主に構成されている。   A microvalve 1 is provided between the microchannel 2a and the microchannel 2b. As shown in FIGS. 2 to 6, the microvalve 1 is mainly composed of a pair of movable pieces 10, 10 and a gap 17 (opening / closing part 18) formed between the movable pieces 10, 10. .

可動片10は、マイクロ流路2の側壁23からマイクロ流路2の内部に張り出している。可動片10は基材5の一部で構成されており、マイクロ流路2の側壁23と一体化している。
可動片10を平面視すると、その上面20及び下面21は略台形状を成している。可動片10の側面は、第一平面11、第二平面12、及び第三平面15の3つの平面からなる。すなわち可動片10は、その側面の3方を第一平面11、第二平面12、及び第三平面15で囲まれている。
The movable piece 10 projects from the side wall 23 of the microchannel 2 into the microchannel 2. The movable piece 10 is constituted by a part of the substrate 5 and is integrated with the side wall 23 of the microchannel 2.
When the movable piece 10 is viewed in plan, its upper surface 20 and lower surface 21 are substantially trapezoidal. The side surface of the movable piece 10 includes three planes, a first plane 11, a second plane 12, and a third plane 15. That is, the movable piece 10 is surrounded by the first plane 11, the second plane 12, and the third plane 15 on three sides.

第一平面(傾斜壁)11は、マイクロ流路2aの側壁23aに繋がる平面である。第一平面11は側壁23aから隙間17に至る平面(壁)であり、図6に示すように、側壁(内壁)23aに対して90度以上の角度α1を成して傾斜している。そのため、一対の第一平面11,11で挟まれた領域(流路)においては、流れ方向(左から右)に沿って流路断面積が漸減している。また平面視において、一対の第一平面11,11間の距離が漸減するテーパ状を成している。   The first plane (inclined wall) 11 is a plane connected to the side wall 23a of the microchannel 2a. The first plane 11 is a plane (wall) extending from the side wall 23a to the gap 17, and as shown in FIG. 6, is inclined at an angle α1 of 90 degrees or more with respect to the side wall (inner wall) 23a. Therefore, in the region (flow channel) sandwiched between the pair of first planes 11, 11, the flow channel cross-sectional area gradually decreases along the flow direction (from left to right). In plan view, the distance between the pair of first planes 11 and 11 is tapered.

第三平面(出口側壁面)15は、マイクロ流路2bの側壁23bに繋がる平面である。第三平面15は、図6に示すように、側壁(内壁)23bに対して90度(直角)あるいは90度よりもやや小さい角度(鋭角)を成している(角度β1)。そのため、第三平面15,15同士の間には流路は形成されていない。第三平面15,15の部分を平面視すると、側壁23bに対して略垂直の線状、あるいは隙間17の部分で折れ曲がった逆「く」字状となっている。   The third plane (exit side wall surface) 15 is a plane connected to the side wall 23b of the microchannel 2b. As shown in FIG. 6, the third plane 15 forms 90 degrees (right angle) with respect to the side wall (inner wall) 23b or an angle slightly smaller than 90 degrees (acute angle) (angle β1). Therefore, no flow path is formed between the third planes 15 and 15. When the portions of the third planes 15 and 15 are viewed in a plan view, the third planes 15 and 15 are linearly perpendicular to the side wall 23 b, or have an inverted “<” shape that is bent at the gap 17.

第二平面12は、第一平面11と第三平面15とで挟まれた位置にある。第二平面12,12は互いに対向しており、かつ平行である。また第二平面12,12は、側壁23a,23bと平行である。   The second plane 12 is located between the first plane 11 and the third plane 15. The second planes 12 and 12 face each other and are parallel to each other. The second planes 12 and 12 are parallel to the side walls 23a and 23b.

2つの可動片10,10における第二平面12,12の間には、スリット状(直線状)の隙間17(開閉部18)が形成されている。ただし、マイクロバルブ1の閉塞時において、第二平面12,12同士は面接触しており、隙間17は実質的に塞がっている。
隙間17の高さは、可動片10の上下方向の長さ(高さ)と等しい。また、隙間17はマイクロ流路2の底面及び天面に対して垂直である。
隙間17は、例えば、打ち抜き歯やカッター等の刃物で切れ目を入れることにより作製することができる。
本実施形態では、第二平面12,12同士が密着及び離間することにより、隙間17(開閉部18)が開閉し、液体の流量が制御される。
Between the second planes 12 and 12 of the two movable pieces 10 and 10, a slit-like (linear) gap 17 (opening / closing part 18) is formed. However, when the micro valve 1 is closed, the second planes 12 and 12 are in surface contact with each other, and the gap 17 is substantially closed.
The height of the gap 17 is equal to the vertical length (height) of the movable piece 10. Further, the gap 17 is perpendicular to the bottom surface and the top surface of the microchannel 2.
The gap 17 can be produced by, for example, cutting with a cutting tool such as a punching tooth or a cutter.
In the present embodiment, when the second planes 12 and 12 are brought into close contact with each other and separated from each other, the gap 17 (opening / closing part 18) is opened and closed, and the flow rate of the liquid is controlled.

可動片10の上下方向の長さ(高さ)は、マイクロ流路2の上下方向の長さ(深さ)と略等しい。そのため、可動片10の上面20はフィルム6と面接触しており、可動片10の下面21はフィルム7と面接触している。   The vertical length (height) of the movable piece 10 is substantially equal to the vertical length (depth) of the microchannel 2. Therefore, the upper surface 20 of the movable piece 10 is in surface contact with the film 6, and the lower surface 21 of the movable piece 10 is in surface contact with the film 7.

ここで、基材5とフィルム6,7との間の接着は、例えば、接着剤、両面テープ、コロナ/プラズマ処理、等を使用して行うことができる。
ただし、可動片10の上面20とフィルム6とは面接触しているが、両者は接着されていないか、横ずれが許容される程度の弱い接着しかなされていない。そのため、上面20とフィルム6とは面接触しながら横ずれ可能であり、例えば摺動可能である。下面21とフィルム7との間についても同様である。
具体的には、基材5とフィルム6,7との間の上記接着について、接着剤を用いて行うのであれば、上面20とフィルム6との間及び下面21とフィルム7との間には接着剤を塗布しなければよい。両面テープを用いるのであれば、上面20や下面21の形状を打ち抜いた両面テープを使用すればよい。コロナ/プラズマ処理を用いるのであれば、上面20や下面21の部分をマスクで覆えばよい。
Here, adhesion | attachment between the base material 5 and the films 6 and 7 can be performed using an adhesive agent, a double-sided tape, a corona / plasma process, etc., for example.
However, although the upper surface 20 of the movable piece 10 and the film 6 are in surface contact with each other, they are not bonded, or are only weakly bonded to the extent that lateral shift is allowed. Therefore, the upper surface 20 and the film 6 can be laterally displaced while being in surface contact, and can slide, for example. The same applies to the space between the lower surface 21 and the film 7.
Specifically, if the above-mentioned adhesion between the base material 5 and the films 6 and 7 is performed using an adhesive, there is no gap between the upper surface 20 and the film 6 and between the lower surface 21 and the film 7. It is not necessary to apply an adhesive. If a double-sided tape is used, a double-sided tape in which the shapes of the upper surface 20 and the lower surface 21 are punched out may be used. If corona / plasma treatment is used, the upper surface 20 and the lower surface 21 may be covered with a mask.

次に、マイクロバルブ1の動作と液体の流れとの関係について説明する。
上記したように、本実施形態では、可動片10の第一平面11が、側壁23aに対して90度以上の角度α1を成す傾斜壁となっている。別の表現をすると、隙間17を含み液体の流れ方向(左右方向)に沿う平面X(図2のA−A断面に相当)を想定すると、平面Xと第一平面11とが成す角度α2は、90度未満である(図6)。
一方、本実施形態では、可動片10の第三平面15が、側壁23bに対して90度以下の角度β1を成している。別の表現をすると、上記平面Xと第三平面15とが成す角度β2が90度以上である(図6)。
なお本実施形態では、側壁23a,23bと平面Xとは互いに平行である。
Next, the relationship between the operation of the microvalve 1 and the liquid flow will be described.
As described above, in the present embodiment, the first flat surface 11 of the movable piece 10 is an inclined wall that forms an angle α1 of 90 degrees or more with respect to the side wall 23a. In other words, assuming a plane X (corresponding to the AA cross section in FIG. 2) along the liquid flow direction (left-right direction) including the gap 17, the angle α2 formed by the plane X and the first plane 11 is , Less than 90 degrees (FIG. 6).
On the other hand, in the present embodiment, the third flat surface 15 of the movable piece 10 forms an angle β1 of 90 degrees or less with respect to the side wall 23b. In other words, the angle β2 formed by the plane X and the third plane 15 is 90 degrees or more (FIG. 6).
In the present embodiment, the side walls 23a and 23b and the plane X are parallel to each other.

本実施形態では、第一平面11が上記構成の傾斜壁となっているので、液体をマイクロ流路2aからマイクロ流路2bに向けて流すと、傾斜壁たる第一平面11に液体による圧力が付与され、図7(a)に示すように、隙間17が押し広げられる方向に力が働く。これにより可動片10,10が、その根元部22を支点として弾性変形し、第二平面12,12が離間して隙間17(開閉部18)が開く。その結果、マイクロ流路2a内の液体が、隙間17を通じてマイクロ流路2bへ移動することができる。すなわち、マイクロ流路2a側から液体による圧力付与を続けることにより、隙間17(開閉部18)が開いた状態が維持され、液体をマイクロ流路2aからマイクロ流路2b側へ移送することができる。   In the present embodiment, since the first plane 11 is an inclined wall having the above-described configuration, when the liquid is flowed from the microchannel 2a toward the microchannel 2b, the pressure by the liquid is applied to the first plane 11 that is the inclined wall. As shown in FIG. 7A, a force acts in the direction in which the gap 17 is pushed and widened. Thereby, the movable pieces 10 and 10 are elastically deformed with the root portion 22 as a fulcrum, the second planes 12 and 12 are separated from each other, and the gap 17 (opening and closing portion 18) is opened. As a result, the liquid in the microchannel 2a can move to the microchannel 2b through the gap 17. In other words, by continuing to apply pressure with the liquid from the microchannel 2a side, the state where the gap 17 (opening / closing portion 18) is opened is maintained, and the liquid can be transferred from the microchannel 2a to the microchannel 2b side. .

一方、この状態から液体による圧力付与を停止すると、図7(b)に示すように、可動片10,10が元の状態に戻り、第二平面12,12が近接及び密着して隙間17(開閉部18)が閉じる。これにより、液体のマイクロ流路2bへの移送を止めることができる。
すなわち、本実施形態のマイクロバルブ1では、マイクロ流路2a側からの液体による圧力付与を調節することにより、隙間17(開閉部18)を開閉することができる。
On the other hand, when the application of pressure by the liquid is stopped from this state, as shown in FIG. 7B, the movable pieces 10 and 10 return to the original state, and the second planes 12 and 12 come close to and in close contact with each other to form the gap 17 ( The opening / closing part 18) is closed. Thereby, the transfer of the liquid to the microchannel 2b can be stopped.
That is, in the microvalve 1 of the present embodiment, the gap 17 (opening / closing part 18) can be opened and closed by adjusting the pressure application by the liquid from the microchannel 2a side.

なお本実施形態において、第一平面11と側壁23aとが成す角度α1は90度以上であるが、100度以上かつ170度以下であることが好ましく、120度以上160度以下であることがより好ましい。換言すれば、平面Xと第一平面11とが成す角度α2が10度以上かつ80度以下であることが好ましく、20度以上かつ60度以下であることがより好ましい。角度α1が170度以上(角度α2が10度以下)であると、第一平面11の流れ方向(左右方向)の長さが大きくなり、マイクロバルブ1のサイズが必要以上に大きくなってしまう。一方、角度α1が100度以下(角度α2が80度以上)であると、隙間17を押し広げる力が弱くなり、隙間17の開閉が不安定となるおそれがある。   In the present embodiment, the angle α1 formed by the first plane 11 and the side wall 23a is 90 degrees or more, preferably 100 degrees or more and 170 degrees or less, and more preferably 120 degrees or more and 160 degrees or less. preferable. In other words, the angle α2 formed by the plane X and the first plane 11 is preferably 10 degrees or more and 80 degrees or less, and more preferably 20 degrees or more and 60 degrees or less. When the angle α1 is 170 degrees or more (the angle α2 is 10 degrees or less), the length of the first plane 11 in the flow direction (left-right direction) increases, and the size of the microvalve 1 becomes larger than necessary. On the other hand, when the angle α1 is 100 degrees or less (the angle α2 is 80 degrees or more), the force that pushes the gap 17 becomes weak, and the opening and closing of the gap 17 may become unstable.

一方、マイクロ流路2b側に目を移すと、第三平面15は、側壁23bに対して90度(直角)或いは90度より僅かに小さい角度(鋭角)を成している(β1≦90度、β2≧90度)から、マイクロ流路2b側から第三平面15に向けて液体による圧力を付与しても、隙間17(開閉部18)は開かない(図7(c))。逆に、第二平面12,12同士がより近接する方向に力が掛かるので、隙間17(開閉部18)はむしろ積極的に閉じる。   On the other hand, when the eyes are moved to the microchannel 2b side, the third plane 15 forms 90 degrees (right angle) with respect to the side wall 23b or an angle (acute angle) slightly smaller than 90 degrees (β1 ≦ 90 degrees). , Β2 ≧ 90 degrees), the gap 17 (opening / closing portion 18) does not open even when pressure is applied by the liquid from the microchannel 2b side toward the third plane 15 (FIG. 7C). On the contrary, since a force is applied in a direction in which the second planes 12 and 12 are closer to each other, the gap 17 (opening / closing portion 18) is rather positively closed.

このように、本実施形態では、マイクロバルブ1によって液体の流れが一方向に制限され、マイクロバルブ1は逆止弁として機能することができる。   Thus, in the present embodiment, the liquid flow is restricted in one direction by the microvalve 1, and the microvalve 1 can function as a check valve.

なお本実施形態では、第三平面15と側壁23bとがなす角度β1は90度以下であるが、マイクロ流路2bからマイクロ流路2aへの逆流が起こらない範囲であれば、90度を多少上回ってもよい。一方、角度β1の下限(角度β2の上限)は、第一平面11に係る角度α1、α2と干渉しない範囲であれば、特に限定はない。   In the present embodiment, the angle β1 formed by the third plane 15 and the side wall 23b is 90 degrees or less. However, if the backflow from the microchannel 2b to the microchannel 2a does not occur, the angle β1 is slightly increased. May exceed. On the other hand, the lower limit of the angle β1 (upper limit of the angle β2) is not particularly limited as long as it does not interfere with the angles α1 and α2 related to the first plane 11.

マイクロバルブ1の使用方法について、図8を参照しながら説明する。図8においては、移送対象である液体をハッチングで表している。
まず、マイクロ流路2aに液体を導入していき(図8(a))、隙間17の入口まで充填する(図8(b))。これにより、傾斜壁たる第一平面11,11に液体が接触する。
次に、液体に対して圧力を加える。圧力付与は、例えばマイクロ流路2aに接続した外部のポンプを用いて行うことができる。これにより隙間17が広がり、液体がマイクロ流路2b側へ移送される(図8(c))。
所望量の液体を移送できたら、圧力付与を解除する。例えばポンプを停止させるとともに圧を抜く。これにより隙間17が閉塞し、液体の移送が止まる。以上がマイクロバルブ1の基本動作である。
A method of using the microvalve 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the liquid to be transferred is represented by hatching.
First, a liquid is introduced into the microchannel 2a (FIG. 8A) and filled up to the entrance of the gap 17 (FIG. 8B). Thereby, a liquid contacts the 1st planes 11 and 11 which are inclined walls.
Next, pressure is applied to the liquid. The application of pressure can be performed using, for example, an external pump connected to the microchannel 2a. As a result, the gap 17 widens and the liquid is transferred to the microchannel 2b side (FIG. 8C).
When the desired amount of liquid has been transferred, the pressure application is released. For example, the pump is stopped and the pressure is released. As a result, the gap 17 is closed and the liquid transfer stops. The basic operation of the microvalve 1 has been described above.

上記した実施形態では、傾斜壁がマイクロ流路2a側、すなわち流れ方向の上流側のみに設けられ、逆止弁として機能するマイクロバルブ1を例示したが、下流側にも傾斜壁を設けることができる。図9に示すマイクロバルブ25では、可動片26の第三平面27が第一平面11と同様の傾斜壁となっている。マイクロバルブ25によれば、マイクロ流路2a,2b間の双方向について、液体の流量を制御することができる。マイクロバルブ25の他の構成は、マイクロバルブ1の構成と同じである。   In the embodiment described above, the microvalve 1 is illustrated in which the inclined wall is provided only on the microchannel 2a side, that is, the upstream side in the flow direction and functions as a check valve. However, the inclined wall may be provided on the downstream side. it can. In the microvalve 25 shown in FIG. 9, the third plane 27 of the movable piece 26 is an inclined wall similar to the first plane 11. According to the microvalve 25, the flow rate of the liquid can be controlled in both directions between the microchannels 2a and 2b. Other configurations of the microvalve 25 are the same as those of the microvalve 1.

上記した実施形態では、開閉部18を全開及び全閉することにより液体の流量制御を行う例を示したが、開閉部18の開度を連続的又は段階的に変化させてもよい。例えば、付与する圧力を調節することにより、開閉部18の開度を調節することができる。   In the above-described embodiment, an example in which the flow rate of the liquid is controlled by fully opening and closing the opening / closing part 18 has been described, but the opening degree of the opening / closing part 18 may be changed continuously or stepwise. For example, the opening degree of the opening / closing part 18 can be adjusted by adjusting the applied pressure.

次に、本発明の液体秤取デバイスの実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る液体秤取デバイス30はマイクロチップに設けられるものであり、上記構成のマイクロバルブ1と同様のマイクロバルブを2個備えている。図10に示すように、液体秤取デバイス30は、マイクロ流路2a、マイクロバルブ1a、密閉空間32、マイクロバルブ1b、及びマイクロ流路2bがこの順番に直列に連結された構造を有している。すなわちマイクロバルブ1a,1bは、密閉空間32の両端に設けられている。   Next, an embodiment of the liquid weighing device of the present invention will be described. A liquid weighing device 30 according to an embodiment of the present invention is provided on a microchip, and includes two microvalves similar to the microvalve 1 having the above-described configuration. As shown in FIG. 10, the liquid weighing device 30 has a structure in which the micro flow path 2a, the micro valve 1a, the sealed space 32, the micro valve 1b, and the micro flow path 2b are connected in series in this order. Yes. That is, the microvalves 1 a and 1 b are provided at both ends of the sealed space 32.

密閉空間32は、一定体積を有する空間である。本実施形態では、密閉空間32はマイクロ流路2a,2bと同様の細長い筒状である。なお密閉空間32は、マイクロ流路以外、例えば所謂マイクロチャンバーのような形状であってもよい。   The sealed space 32 is a space having a constant volume. In the present embodiment, the sealed space 32 has an elongated cylindrical shape similar to the microchannels 2a and 2b. The sealed space 32 may have a shape other than the microchannel, for example, a so-called microchamber.

液体秤取デバイス30を用いて一定体積の液体を量り取る(秤取する)手順について説明する。図11(a)〜(c)においては、液体をハッチングで表している。
まずマイクロ流路2aに秤取対象となる液体を導入する。導入量は、密閉空間32の体積以上とする(図11(a))。
次に、マイクロ流路2aに隣接するマイクロバルブ1aを開放し、密閉空間32に液体を移送する。具体的には、マイクロバルブ1aに液体による圧力を付与し、隙間17を開放する。これにより、隙間17を通じて液体が密閉空間32に導入される。密閉空間32が液体で完全に満たされるまで、液体の移送を続ける(図11(b))。
A procedure for measuring (weighing) a fixed volume of liquid using the liquid weighing device 30 will be described. In FIGS. 11A to 11C, the liquid is indicated by hatching.
First, a liquid to be weighed is introduced into the microchannel 2a. The amount of introduction is equal to or greater than the volume of the sealed space 32 (FIG. 11A).
Next, the microvalve 1 a adjacent to the microchannel 2 a is opened, and the liquid is transferred to the sealed space 32. More specifically, a liquid pressure is applied to the microvalve 1a to open the gap 17. Thereby, the liquid is introduced into the sealed space 32 through the gap 17. The liquid transfer is continued until the sealed space 32 is completely filled with the liquid (FIG. 11B).

密閉空間32が液体で完全に満たされたら、マイクロバルブ1aを閉じる。具体的には、液体に対する圧力付与を解除する。これにより、一定体積の液体が密閉空間32に量り取られる。   When the sealed space 32 is completely filled with the liquid, the microvalve 1a is closed. Specifically, the application of pressure to the liquid is released. As a result, a fixed volume of liquid is weighed into the sealed space 32.

次に、マイクロ流路2bに隣接するマイクロバルブ1bを開放し、マイクロ流路2bに液体を移送する。具体的には、密閉空間32内の液体に圧力を加え、マイクロバルブ1bの隙間17を開放する。これにより、隙間17を通じて液体がマイクロ流路2bに導入され、一定体積の液体がマイクロ流路2bに回収される(図11(c))。このようにして、液体秤取デバイス30を用いて一定体積の液体を量り取ることができる。   Next, the microvalve 1b adjacent to the microchannel 2b is opened, and the liquid is transferred to the microchannel 2b. Specifically, pressure is applied to the liquid in the sealed space 32 to open the gap 17 of the microvalve 1b. Thereby, the liquid is introduced into the micro flow path 2b through the gap 17, and a fixed volume of liquid is collected in the micro flow path 2b (FIG. 11C). In this way, a fixed volume of liquid can be weighed using the liquid weighing device 30.

なお、密閉空間32内の液体に圧力を加える方法としては、適宜のポンプを密閉空間32に接続し、これを作動させることが挙げられる。このとき、マイクロバルブ1は逆止弁として機能するから、液体がマイクロ流路2a側に逆流することはない。上記ポンプとしては特に限定されず、ダイヤグラム式のポンプ、電気浸透流式のポンプ、光や熱分解でガスを発生するポンプ、過酸化水素と過マンガン酸ナトリウムによる酸素の発生を利用した化学反応によるポンプ、などを採用することができる。   In addition, as a method of applying pressure to the liquid in the sealed space 32, an appropriate pump may be connected to the sealed space 32 and operated. At this time, since the microvalve 1 functions as a check valve, the liquid does not flow back to the microchannel 2a side. The above-mentioned pump is not particularly limited, but it is based on a chemical reaction using a diagram type pump, an electroosmotic flow type pump, a pump that generates gas by light or thermal decomposition, or generation of oxygen by hydrogen peroxide and sodium permanganate. A pump, etc. can be employed.

マイクロ流路2aに液体を導入し、圧力を付与する態様として、図12に示すような構成も可能である。図12に示す構成では、マイクロ流路2aの上流側に、マイクロ流路2aと直交する別のマイクロ流路37が設けられている。そして、マイクロ流路37から分岐するようにマイクロ流路2aの上流側が接続されている。
図12に示す実施形態では、まず、マイクロ流路37に液体を流し、マイクロ流路37の側面から分岐させてマイクロ流路2aに液体を導入する(図12(a))。マイクロバルブ1aの隙間17の入口まで液体を導入できたら、マイクロ流路37に空気を流して、マイクロ流路2a内の液体に圧力を付与する。これにより、マイクロバルブ1aが開放し、液体が密閉空間32に移送される。これにより、一定体積の液体が秤取される。その後の手順は、図11と同様である。
A configuration as shown in FIG. 12 is also possible as a mode in which a liquid is introduced into the micro flow path 2a to apply pressure. In the configuration shown in FIG. 12, another micro channel 37 orthogonal to the micro channel 2a is provided on the upstream side of the micro channel 2a. The upstream side of the microchannel 2 a is connected so as to branch from the microchannel 37.
In the embodiment shown in FIG. 12, first, a liquid is caused to flow through the microchannel 37, branched from the side surface of the microchannel 37, and introduced into the microchannel 2a (FIG. 12A). When the liquid can be introduced to the entrance of the gap 17 of the microvalve 1a, air is passed through the microchannel 37 to apply pressure to the liquid in the microchannel 2a. Thereby, the microvalve 1a is opened, and the liquid is transferred to the sealed space 32. Thereby, a constant volume of liquid is weighed. The subsequent procedure is the same as in FIG.

上記構成の複数のマイクロバルブと少なくとも1つの密閉空間を利用して、微量液体を混合するためのマイクロデバイスを構築することができる。以下、液体混合用のマイクロデバイスの実施形態について説明する。   A micro device for mixing a small amount of liquid can be constructed by using the plurality of micro valves configured as described above and at least one sealed space. Hereinafter, an embodiment of a microdevice for liquid mixing will be described.

図13に示すマイクロデバイス40は、5個のマイクロバルブ41a〜41eと、6個のマイクロ流路42a〜42fとで構成されている。マイクロバルブ41a〜41eは、上記したマイクロバルブ1と同じ構成のものである。マイクロ流路42a〜42fは、上記したマイクロ流路2a,2bと同じ構成のものである。   A micro device 40 shown in FIG. 13 includes five micro valves 41a to 41e and six micro channels 42a to 42f. The microvalves 41a to 41e have the same configuration as the microvalve 1 described above. The microchannels 42a to 42f have the same configuration as the microchannels 2a and 2b described above.

本実施形態では、マイクロ流路42bとマイクロ流路42dは、液体混合用の密閉空間として機能する。
マイクロ流路(密閉空間)42bには、マイクロ流路42aとマイクロ流路42cが、それぞれマイクロバルブ41aとマイクロバルブ41cを介して接続されている。マイクロバルブ41aに関して、液体は、マイクロ流路42aからマイクロ流路42bに向かってのみ移送可能である。マイクロバルブ41cに関して、液体は、マイクロ流路42cからマイクロ流路42bに向かってのみ移送可能である。
In the present embodiment, the micro flow path 42b and the micro flow path 42d function as a sealed space for liquid mixing.
A micro flow path 42a and a micro flow path 42c are connected to the micro flow path (sealed space) 42b via a micro valve 41a and a micro valve 41c, respectively. With respect to the microvalve 41a, the liquid can be transferred only from the microchannel 42a toward the microchannel 42b. With respect to the microvalve 41c, liquid can be transferred only from the microchannel 42c toward the microchannel 42b.

マイクロ流路(密閉空間)42dには、マイクロ流路42bとマイクロ流路42eが、それぞれマイクロバルブ41bとマイクロバルブ41eを介して接続されている。マイクロバルブ41bに関して、液体は、マイクロ流路42bからマイクロ流路42dに向かってのみ移送可能である。マイクロバルブ41eに関して、液体は、マイクロ流路42eからマイクロ流路42dに向かってのみ移送可能である。   A micro channel 42b and a micro channel 42e are connected to the micro channel (sealed space) 42d via a micro valve 41b and a micro valve 41e, respectively. With respect to the microvalve 41b, the liquid can be transferred only from the microchannel 42b toward the microchannel 42d. With respect to the microvalve 41e, liquid can be transferred only from the microchannel 42e toward the microchannel 42d.

マイクロ流路42dとマイクロ流路42fは、マイクロバルブ41dを介して接続されている。液体は、マイクロ流路2dからマイクロ流路42fに向かってのみ移送可能である。   The micro flow path 42d and the micro flow path 42f are connected via a micro valve 41d. The liquid can be transferred only from the micro flow path 2d toward the micro flow path 42f.

マイクロデバイス40では、マイクロ流路(密閉空間)42bに、マイクロ流路42aとマイクロ流路42cから液体を導入し、混合することができる。例えば、マイクロ流路42a,42cから一定の体積比で各液体を導入し、所望の混合比で液体を混合することができる。導入する液体の体積比(混合比)は、例えば、マイクロバルブ41a,41cからの流入速度の比率を変えることにより、調整することができる。   In the micro device 40, liquid can be introduced into the micro channel (sealed space) 42b from the micro channel 42a and the micro channel 42c and mixed. For example, each liquid can be introduced from the microchannels 42a and 42c at a constant volume ratio, and the liquid can be mixed at a desired mixing ratio. The volume ratio (mixing ratio) of the liquid to be introduced can be adjusted, for example, by changing the ratio of the inflow speed from the microvalves 41a and 41c.

同様にして、マイクロデバイス40では、マイクロ流路(密閉空間)42dに、マイクロ流路42bとマイクロ流路42eから液体を導入し、混合することができる。混合された液体は、マイクロ流路42fから回収可能である。   Similarly, in the microdevice 40, liquid can be introduced into the microchannel (sealed space) 42d from the microchannel 42b and the microchannel 42e and mixed. The mixed liquid can be collected from the micro flow path 42f.

図14に示すマイクロデバイス50は、5種類の液体を混合可能なものである。マイクロデバイス50は、平面視が星形の十角形(凹多角形)である密閉空間55を有する。そして、5個のマイクロ流路52a〜52eが、マイクロバルブ51a〜51eを介して放射状に密閉空間55に接続されている、接続位置は、内側に突出した5個の頂点(内角が180度以上の頂点)である。マイクロバルブ51a〜51eは、上記したマイクロバルブ1と同じ構成のものである。マイクロバルブ51a〜51eの接続方向は、液体が、マイクロ流路52a〜52eから密閉空間55に向かってのみ移動できる方向である。マイクロ流路52a〜52eは、一定の体積を有する。   The microdevice 50 shown in FIG. 14 can mix five types of liquids. The microdevice 50 has a sealed space 55 that is a star-shaped decagon (concave polygon) in plan view. The five micro flow paths 52a to 52e are radially connected to the sealed space 55 via the micro valves 51a to 51e. The connection positions are the five apexes projecting inward (the inner angle is 180 degrees or more). ). The microvalves 51a to 51e have the same configuration as the microvalve 1 described above. The connection direction of the microvalves 51 a to 51 e is a direction in which the liquid can move only from the microchannels 52 a to 52 e toward the sealed space 55. The microchannels 52a to 52e have a constant volume.

また、5個のマイクロ流路52f〜52jが、放射状に密閉空間55に接続されている、接続位置は、外側に突出した5個の頂点(内角が180度未満の頂点)である。   Further, the five micro flow paths 52f to 52j are radially connected to the sealed space 55, and the connection positions are five vertices protruding outward (vertices having an inner angle of less than 180 degrees).

また、マイクロ流路52a〜52eには、マイクロバルブ61a〜61eを介して別のマイクロ流路62a〜62eが接続されている。マイクロバルブ61a〜61eも、上記したマイクロバルブ1と同じ構成のものである。マイクロバルブ61a〜61eの接続方向は、液体が、マイクロ流路62a〜62eからマイクロ流路52a〜52eに向かってのみ移動できる方向である。   Further, other micro flow paths 62a to 62e are connected to the micro flow paths 52a to 52e via micro valves 61a to 61e. The microvalves 61a to 61e have the same configuration as the microvalve 1 described above. The connection direction of the microvalves 61a to 61e is a direction in which the liquid can move only from the microchannels 62a to 62e toward the microchannels 52a to 52e.

さらに、マイクロ流路52f〜52jには、マイクロバルブ61f〜61jを介して別のマイクロ流路62f〜62jが接続されている。マイクロバルブ61f〜61jも、上記したマイクロバルブ1と同じ構成のものである。マイクロバルブ61f〜61jの接続方向は、液体が、マイクロ流路52f〜52jからマイクロ流路62f〜62jに向かってのみ移動できる方向である。   Furthermore, another micro flow path 62f to 62j is connected to the micro flow paths 52f to 52j via micro valves 61f to 61j. The microvalves 61f to 61j have the same configuration as the microvalve 1 described above. The connection direction of the microvalves 61f to 61j is a direction in which the liquid can move only from the microchannels 52f to 52j toward the microchannels 62f to 62j.

マイクロデバイス50を用いて液体を混合する場合は、まず、マイクロバルブ61a〜61eを介して、マイクロ流路62a〜62eからマイクロ流路52a〜52eに液体を導入して満たす。これにより、一定体積の5種類の液体が秤取される。次に、マイクロバルブ51a〜51eを順番に開放し、各液体を密閉空間55に導入する。これにより、密閉空間55で液体が混合される。   When mixing the liquid using the micro device 50, first, the liquid is introduced from the micro flow paths 62a to 62e to the micro flow paths 52a to 52e via the micro valves 61a to 61e to be filled. Thereby, five kinds of liquids having a constant volume are weighed. Next, the microvalves 51 a to 51 e are sequentially opened to introduce each liquid into the sealed space 55. Thereby, the liquid is mixed in the sealed space 55.

次に、密閉空間55に空気を送り込み、マイクロ流路52f〜52jに混合液体を移送する。さらに、マイクロバルブ61f〜61jを介して、混合液体をマイクロ流路62f〜62jに移送する。これにより、混合液体をマイクロ流路62f〜62jに回収できる。   Next, air is sent into the sealed space 55, and the mixed liquid is transferred to the microchannels 52f to 52j. Further, the mixed liquid is transferred to the micro flow paths 62f to 62j via the micro valves 61f to 61j. Thereby, liquid mixture can be collect | recovered to microchannel 62f-62j.

本発明の対象となる液体としては、水、油、生化学的緩衝液、血液、リンパ液、尿、土壌抽出水、水耕水、等の液体が挙げられる。またマイクロ流路は微小な流路であることから、マイクロ流路内において、上記液体は、例えば液滴であってもよい。   Examples of the liquid subject to the present invention include water, oil, biochemical buffer, blood, lymph, urine, soil extract water, hydroponic water, and the like. Further, since the microchannel is a minute channel, the liquid may be, for example, a droplet in the microchannel.

図12に示す構成からなる液体秤取デバイス30を作製し、液体を流す実験を行った。
基材5は、ソフトリソグラフィーにより、シリコン樹脂(東レダウコーニング製、SILPOT 184)で作製した。マイクロ流路2a,2b及び密閉空間32のサイズは、幅0.5mm、深さ0.5mmとした。可動片10の第一平面(傾斜壁)11の角度α2は20度とした。第三平面15の角度β2は90度とした。
隙間17は、刀歯(幅0.2mm長さ10mm)で加工して作製した。
基材5を上下から挟むフィルム6,7として、シリコン樹脂(東レダウコーニング製、SILPOT 184)を用いた。
基材5とフィルム6,7との接着は、それぞれ基材5の表面にプラズマ処理を行った後、貼り合わせることにより行った。
液体として、リン酸緩衝液を用いた。
A liquid weighing device 30 having the configuration shown in FIG. 12 was produced, and an experiment for flowing a liquid was performed.
The base material 5 was made of silicon resin (manufactured by Toray Dow Corning, SILPOT 184) by soft lithography. The microchannels 2a and 2b and the sealed space 32 are 0.5 mm wide and 0.5 mm deep. The angle α2 of the first plane (inclined wall) 11 of the movable piece 10 was 20 degrees. The angle β2 of the third plane 15 was 90 degrees.
The gap 17 was produced by processing with a sword (width 0.2 mm, length 10 mm).
Silicone resin (SILPOT 184, manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was used as the films 6 and 7 that sandwich the substrate 5 from above and below.
The adhesion between the substrate 5 and the films 6 and 7 was performed by performing a plasma treatment on the surface of the substrate 5 and then bonding them together.
A phosphate buffer solution was used as the liquid.

上記した手順により、液体をマイクロ流路37からマイクロ流路2aに導入した。さらに、空気を送り込んでマイクロバルブ1aを開放し、密閉空間32に液体を移送した。密閉空間32を液体で満たした後、マイクロバルブ1bを開放してマイクロ流路2bに液体を移送した。これにより、一定体積の液体をマイクロ流路2bに回収することができた。   The liquid was introduced from the microchannel 37 into the microchannel 2a by the procedure described above. Furthermore, air was sent in to open the microvalve 1a, and the liquid was transferred to the sealed space 32. After the sealed space 32 was filled with the liquid, the microvalve 1b was opened and the liquid was transferred to the microchannel 2b. As a result, a constant volume of liquid could be recovered in the microchannel 2b.

1 マイクロバルブ
2,2a,2b マイクロ流路
3 マイクロチップ
5 基材
6 フィルム
7 フィルム
10 可動片
11 第一平面(傾斜壁)
15 第三平面(出口側壁面)
17 隙間
18 開閉部
23,23a,23b 側壁(内壁)
25 マイクロバルブ
26 可動片
27 第三平面(傾斜壁)
30 液体秤取デバイス
32 密閉空間
40 マイクロデバイス
41a〜41e マイクロバルブ
42a〜42f マイクロ流路
50 マイクロデバイス
51a〜51j マイクロバルブ
52a〜52j マイクロ流路
55 密閉空間
61a〜61j マイクロバルブ
62a〜62j マイクロ流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro valve 2, 2a, 2b Micro flow path 3 Microchip 5 Base material 6 Film 7 Film 10 Movable piece 11 1st plane (inclined wall)
15 Third plane (exit side wall surface)
17 Clearance 18 Opening / closing part 23, 23a, 23b Side wall (inner wall)
25 Micro valve 26 Movable piece 27 Third plane (inclined wall)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Liquid weighing device 32 Sealed space 40 Micro device 41a-41e Micro valve 42a-42f Micro flow path 50 Micro device 51a-51j Micro valve 52a-52j Micro flow path 55 Sealed space 61a-61j Micro valve 62a-62j Micro flow path

Claims (10)

マイクロチップに形成されたマイクロ流路に設けられ、その開閉により前記マイクロ流路を流れる液体の流量を制御するマイクロバルブであって、
前記マイクロ流路の内壁と一体化していると共に前記マイクロ流路内に張り出した一対の可動片と、
前記一対の可動片の間の隙間で構成され、当該隙間の開閉により液体の流量が制御される開閉部とを有し、
前記可動片は、マイクロ流路の内壁から前記隙間に至ると共に液体の流れ方向に対して所定の角度を成す傾斜壁を有し、
前記傾斜壁同士で挟まれた流路では、液体の流れ方向に沿って流路断面積が漸減しており、
前記傾斜壁に対して液体による圧力を付与することにより、前記開閉部が開放して液体が通過可能となり、前記傾斜壁に対して前記圧力を解除することにより前記開閉部が閉塞することを特徴とするマイクロバルブ。
A microvalve that is provided in a microchannel formed in a microchip and controls the flow rate of the liquid flowing through the microchannel by opening and closing thereof,
A pair of movable pieces integrated with the inner wall of the microchannel and projecting into the microchannel;
An opening / closing portion configured by a gap between the pair of movable pieces, the flow rate of the liquid being controlled by opening / closing the gap;
The movable piece has an inclined wall that reaches the gap from the inner wall of the microchannel and forms a predetermined angle with respect to the liquid flow direction,
In the flow path sandwiched between the inclined walls, the cross-sectional area of the flow path gradually decreases along the flow direction of the liquid,
By applying a pressure by the liquid to the inclined wall, the opening / closing part is opened to allow liquid to pass through, and by releasing the pressure to the inclined wall, the opening / closing part is closed. A micro valve.
前記開閉部が閉塞した状態において、前記傾斜壁と前記マイクロ流路の内壁とが成す角度は、100度以上かつ170度以下であることを特徴とする請求項2に記載のマイクロバルブ。   3. The microvalve according to claim 2, wherein an angle formed between the inclined wall and the inner wall of the microchannel is 100 degrees or more and 170 degrees or less in a state where the opening / closing portion is closed. 前記可動片は、前記開閉部の出口からマイクロ流路の内壁に至る出口側壁面をさらに有し、出口側壁面に対して液体による圧力を付与しても前記開閉部は開かず、液体が通過できないことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロバルブ。   The movable piece further has an outlet side wall surface from the outlet of the opening / closing portion to the inner wall of the microchannel, and the opening / closing portion does not open even when a pressure is applied to the outlet side wall surface by the liquid, and the liquid passes through. The microvalve according to claim 1 or 2, wherein the microvalve cannot be used. 前記開閉部が閉塞した状態において、前記出口側壁面と前記マイクロ流路の内壁とが成す角度は、90度以下であることを特徴とする請求項3に記載のマイクロバルブ。   4. The microvalve according to claim 3, wherein an angle formed by the outlet side wall surface and the inner wall of the microchannel is 90 degrees or less in a state where the opening / closing portion is closed. 前記開閉部は、スリット状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロバルブ。   The micro valve according to any one of claims 1 to 4, wherein the opening / closing part has a slit shape. 前記可動片は、可撓性を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロバルブ。   The microvalve according to any one of claims 1 to 5, wherein the movable piece is made of a flexible material. マイクロチップに設けられ、一定体積の微量液体を量り取るための液体秤取デバイスであって、
請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロバルブと、一定体積を有する密閉空間とを有し、
前記マイクロバルブを通じて前記密閉空間に液体を導入することにより、一定体積の液体を秤取可能であることを特徴とする液体秤取デバイス。
A liquid weighing device provided on a microchip for weighing a small volume of liquid,
The microvalve according to any one of claims 1 to 6 and a sealed space having a constant volume,
A liquid weighing device capable of weighing a fixed volume of liquid by introducing the liquid into the sealed space through the microvalve.
前記密閉空間はマイクロ流路であり、当該マイクロ流路の両端に前記マイクロバルブが設けられていることを特徴とする請求項7に記載の液体秤取デバイス。   The liquid weighing device according to claim 7, wherein the sealed space is a microchannel, and the microvalves are provided at both ends of the microchannel. 請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロバルブが複数接続された密閉空間を備え、当該密閉空間内に各々のマイクロバルブを通じて液体を導入し、当該密閉空間内で前記液体を混合可能であることを特徴とするマイクロデバイス。   A sealed space to which a plurality of the microvalves according to any one of claims 1 to 6 are connected is provided, and liquid can be introduced into the sealed space through each microvalve, and the liquid can be mixed in the sealed space. A micro device characterized by that. 前記密閉空間は平面視において多角形状であり、当該多角形の頂点に前記マイクロバルブが接続されていることを特徴とする請求項9に記載のマイクロデバイス。   The microdevice according to claim 9, wherein the sealed space has a polygonal shape in plan view, and the microvalve is connected to an apex of the polygon.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000266759A (en) * 1999-03-17 2000-09-29 Hitachi Ltd Chemical analyzer and chemical analysis system
JP2004516949A (en) * 2001-01-08 2004-06-10 プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ Valves and pumps for microfluidic systems and methods for making microfluidic systems
JP2010107211A (en) * 2008-10-28 2010-05-13 Fujikura Kasei Co Ltd Liquid flow path device
EP2662138A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-13 Roche Diagniostics GmbH Microfluidic dispenser, cartridge and analysis system for analyzing a biological sample

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000266759A (en) * 1999-03-17 2000-09-29 Hitachi Ltd Chemical analyzer and chemical analysis system
JP2004516949A (en) * 2001-01-08 2004-06-10 プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ Valves and pumps for microfluidic systems and methods for making microfluidic systems
JP2010107211A (en) * 2008-10-28 2010-05-13 Fujikura Kasei Co Ltd Liquid flow path device
EP2662138A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-13 Roche Diagniostics GmbH Microfluidic dispenser, cartridge and analysis system for analyzing a biological sample

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