JP4743487B2 - Apparatus and method for controlling fluid flow in a microchip - Google Patents

Apparatus and method for controlling fluid flow in a microchip Download PDF

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Description

本発明は、マイクロチップ内の微小流路での流体の流れ状態を制御するマイクロチップにおける流体流れ制御装置及び方法に関する。   The present invention relates to a fluid flow control apparatus and method in a microchip for controlling a fluid flow state in a microchannel in the microchip.

近年、μ−TAS(Micro Total Analysis Systems)やLOC(Lab-on-a-chip)と称される、マイクロチップを用いた分析が注目されている。マイクロチップとは、図8に示すように、ガラスや樹脂からなるベースプレート801に微細加工技術を利用して微小な溝(チャネル)802を形成し、そのベースプレート801にカバープレート803を貼り合わせて微小流路804を構成したものである。この種のマイクロチップを用いた分析では、試薬・サンプル等の試料や廃液の微量化、反応の高速化や高精度化等が期待され、例えばDNAやRNAといった遺伝子断片の鎖長解析等への適用が可能である。   In recent years, analysis using a microchip, which is called μ-TAS (Micro Total Analysis Systems) or LOC (Lab-on-a-chip), has attracted attention. As shown in FIG. 8, the microchip is formed by forming minute grooves (channels) 802 on a base plate 801 made of glass or resin by using a fine processing technique, and attaching a cover plate 803 to the base plate 801. A flow path 804 is configured. In analysis using this type of microchip, it is expected to reduce the amount of reagents and wastes such as reagents and samples, increase the reaction speed, and increase the accuracy. For example, analysis of chain lengths of gene fragments such as DNA and RNA Applicable.

ところで、マイクロチップを用いて分析を行うに際しては、微小流路804での流体の流れ状態を制御することが重要な課題の一つとされる。   By the way, when performing analysis using a microchip, controlling the flow state of the fluid in the microchannel 804 is one of the important issues.

例えば、マイクロチップの外部に電磁弁等のバルブを設置し、そのバルブをマイクロチップ内の微小流路804に接続して、微小流路804での流体の流れ状態を制御することが行われている。   For example, an electromagnetic valve or the like is installed outside the microchip, and the valve is connected to the microchannel 804 in the microchip to control the fluid flow state in the microchannel 804. Yes.

また、特許文献1等には、マイクロチップ上にモータを設置するとともに、マイクロチップに穴を形成し、その穴から微小流路に弁体を内挿するバルブ機構を構成して、微小流路の断面積を可変とすることが開示されている。   Further, in Patent Document 1 and the like, a motor is installed on a microchip, a hole is formed in the microchip, and a valve mechanism for inserting a valve body into the microchannel from the hole is configured. It is disclosed that the cross-sectional area is variable.

特開2005−851号公報JP 2005-851 A

しかしながら、マイクロチップ内への試料の導入や廃液の排出のためのバルブ以外に、微小流路804での流体の流れ状態を制御する目的でマイクロチップの外部にバルブを設置する場合、マイクロチップにバルブを接続するための配管が増えて、全体として大型化するだけでなく、試料や廃液の微量化、反応の高速化や高精度化等の妨げになってしまう。また、微小流路804には、バッファ液とともに固形試料(例えばマイクロビーズや細胞等の生体試料)を流通させることもあり、その場合、バルブの内部に固形試料が混入して、バルブの耐久性が損なわれやすくなってしまう。   However, when a valve is installed outside the microchip for the purpose of controlling the flow state of the fluid in the microchannel 804 other than the valve for introducing the sample into the microchip or discharging the waste liquid, The number of pipes for connecting the valves increases, which not only increases the overall size, but also hinders the miniaturization of samples and waste liquids, the speeding up of the reaction, and the increase in accuracy. In addition, a solid sample (for example, a biological sample such as microbeads or cells) may be circulated through the microchannel 804 together with the buffer solution. In this case, the solid sample is mixed inside the valve, and the durability of the valve Will be easily damaged.

一方、特許文献1等にあるようにマイクロチップ自体にバルブを設ける場合、マイクロチップそのものへの加工等が必要となり、コストが高くなって、量産に適さなくなってしまう。   On the other hand, when the valve is provided on the microchip itself as disclosed in Patent Document 1 or the like, it is necessary to process the microchip itself, which increases the cost and is not suitable for mass production.

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、マイクロチップに接続するバルブを最低限必要な数とするとともに、マイクロチップそのものへの加工を不要にして、簡素な構成でマイクロチップ内の微小流路での流体の流れ状態を制御できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and the minimum number of valves to be connected to the microchip and the need for processing into the microchip itself are eliminated, and the microchip has a simple configuration. It is an object of the present invention to be able to control the flow state of fluid in an inner microchannel.

本発明によるマイクロチップにおける流体流れ制御装置は、微小な溝が形成されたベースプレートにカバープレートを貼り合わせて微小流路を構成するとともに、前記ベースプレート及び前記カバープレートのうち少なくともいずれか一方を弾性材料としたマイクロチップにおける流体流れ制御装置であって、前記微小流路として、サンプル供給口とサンプル取出口とをつなぐ第1の流路と、前記第1の流路に往路及び復路が接続して反応場を構成する第2の流路とが少なくとも構成されており、前記第2の流路のうち前記反応場まで延びる前記往路及び前記復路と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル供給口側に位置する流路部分と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル取出口側に位置する流路部分とが平行に並んでおり、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートの一部を押圧し、前記微小流路の断面積を変化させて、当該微小流路での流体の流れ状態を制御する押圧部材が、前記往路及び前記復路からなる流路部分、前記サンプル供給口側に位置する流路部分、及び前記サンプル取出口側に位置する流路部分にそれぞれ配設され、一つの駆動源により複数のカムを回転させ、前記各カムの回転により前記各押圧部材をそれぞれのタイミングで進退させて、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートに押圧したり、離したりする点に特徴を有する。
本発明によるマイクロチップにおける流体流れ制御方法は、微小な溝が形成されたベースプレートにカバープレートを貼り合わせて微小流路を構成するとともに、前記ベースプレート及び前記カバープレートのうち少なくともいずれか一方を弾性材料としたマイクロチップにおける流体流れ制御方法であって、前記微小流路として、サンプル供給口とサンプル取出口とをつなぐ第1の流路と、前記第1の流路に往路及び復路が接続して反応場を構成する第2の流路とが少なくとも構成されており、前記第2の流路のうち前記反応場まで延びる前記往路及び前記復路と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル供給口側に位置する流路部分と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル取出口側に位置する流路部分とが平行に並んでおり、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートの一部を押圧し、前記微小流路の断面積を変化させて、当該微小流路での流体の流れ状態を制御する押圧部材が、前記往路及び前記復路からなる流路部分、前記サンプル供給口側に位置する流路部分、及び前記サンプル取出口側に位置する流路部分にそれぞれ配設され、一つの駆動源により複数のカムを回転させ、前記各カムの回転により前記各押圧部材をそれぞれのタイミングで進退させて、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートに押圧したり、離したりする点に特徴を有する。
The fluid flow control device in the microchip according to the present invention forms a micro flow path by bonding a cover plate to a base plate in which a micro groove is formed, and at least one of the base plate and the cover plate is made of an elastic material. A microfluidic fluid flow control apparatus comprising: a first flow path connecting a sample supply port and a sample outlet as the micro flow path; and a forward path and a return path connected to the first flow path. A second flow path that constitutes a reaction field is configured, and the forward path and the return path that extend to the reaction field in the second flow path, and the second path in the first flow path. A flow path portion located closer to the sample supply port than the forward path and the return path of the flow path, and the forward path of the second flow path and the forward path of the first flow path The flow path portion located on the sample outlet side of the path is aligned in parallel, pressing a part of the base plate or the cover plate made of the elastic member, and changing the cross-sectional area of the micro flow path, A pressing member that controls the flow state of the fluid in the microchannel includes a channel portion that includes the forward path and the return path, a channel portion that is positioned on the sample supply port side, and a flow that is positioned on the sample outlet side. A plurality of cams are rotated by a single driving source, and each pressing member is advanced and retracted at each timing by the rotation of each cam, and pressed against the base plate or cover plate made of the elastic member. It has a feature in that it is released or released.
The method for controlling fluid flow in a microchip according to the present invention includes a cover plate bonded to a base plate on which a minute groove is formed to form a minute flow path, and at least one of the base plate and the cover plate is made of an elastic material. A microfluidic fluid flow control method comprising: a first flow path connecting a sample supply port and a sample outlet as the micro flow path; and a forward path and a return path connected to the first flow path. A second flow path that constitutes a reaction field is configured, and the forward path and the return path that extend to the reaction field in the second flow path, and the second path in the first flow path. A flow path portion located closer to the sample supply port than the forward path and the return path of the flow path, and the forward path of the second flow path and the forward path of the first flow path The flow path portion located on the sample outlet side of the path is aligned in parallel, pressing a part of the base plate or the cover plate made of the elastic member, and changing the cross-sectional area of the micro flow path, A pressing member that controls the flow state of the fluid in the microchannel includes a channel portion that includes the forward path and the return path, a channel portion that is positioned on the sample supply port side, and a flow that is positioned on the sample outlet side. A plurality of cams are rotated by a single driving source, and each pressing member is advanced and retracted at each timing by the rotation of each cam, and pressed against the base plate or cover plate made of the elastic member. It has a feature in that it is released or released.

本発明によれば、弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートの一部を押圧部材により押圧し、前記微小流路の断面積を変化させて、当該微小流路での流体の流れ状態を制御するようにしたので、マイクロチップに接続するバルブを最低限必要な数とするとともに、マイクロチップそのものへの加工を不要にして、簡素な構成でマイクロチップ内の微小流路での流体の流れ状態を制御することができる。   According to the present invention, a part of the base plate or cover plate made of an elastic member is pressed by the pressing member, and the cross-sectional area of the microchannel is changed to control the fluid flow state in the microchannel. As a result, the number of valves connected to the microchip is the minimum required, and the processing of the microchip itself is not required, and the fluid flow state in the microchannel in the microchip is controlled with a simple configuration. can do.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は、本発明の特徴を最もよく表わす図であり、マイクロチップ1とピン2との関係を示す。本実施形態のマイクロチップ1は、図1(a)に示すように、PDMS(ポリジメチルシロキサン)等の弾性材料からなるベースプレート3に微小な溝(チャネル)4を形成し(深さ200μm程度、幅400μm程度までの大きさ)、そのベースプレート3にガラスからなるカバープレート5を貼り合わせて微小流路6を構成したものである。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 best represents the features of the present invention and shows the relationship between the microchip 1 and the pins 2. As shown in FIG. 1A, the microchip 1 of the present embodiment is formed by forming minute grooves (channels) 4 in a base plate 3 made of an elastic material such as PDMS (polydimethylsiloxane) (depth is about 200 μm, A size of up to about 400 μm in width) is formed by adhering a cover plate 5 made of glass to the base plate 3 to form a micro flow path 6.

そして、図1(b)に示すように、弾性材料からなるベースプレート3の一部、具体的には微小流路6上の部位をピン2の先端で押圧し、その部位を微小流路6側に弾性変形させて、微小流路6の断面積を変化させることにより、微小流路6での流体の流れ状態を制御する。このことから明らかなように、本発明でいう弾性材料とは、一部を押圧したときに、その部位を微小流路側に弾性変形させて微小流路の断面積を変化させることができる程度の弾性を有する材料を意味する。   Then, as shown in FIG. 1B, a part of the base plate 3 made of an elastic material, specifically, a portion on the microchannel 6 is pressed by the tip of the pin 2, and the portion is pressed on the microchannel 6 side. The fluid flow state in the microchannel 6 is controlled by changing the cross-sectional area of the microchannel 6 by elastic deformation. As is clear from this, the elastic material referred to in the present invention is such that when a part is pressed, the cross-sectional area of the microchannel can be changed by elastically deforming the portion to the microchannel side. It means a material having elasticity.

以下、本実施形態のマイクロチップにおける流体流れ制御装置及び方法について詳細に説明する。図2に示すように、マイクロチップ1の適所には、ベースプレート3を貫通するポート7、8、9、10が形成されている。そして、マイクロチップ1内には、ポート7、8間をつなぐとともに中間位置で反応場6dを構成する微小流路6と、反応場6dよりポート7側にて微小流路6をポート9につなぐ微小流路11と、反応場6dよりポート8側にて微小流路6をポート10につなぐ微小流路12とが構成されている。   Hereinafter, the fluid flow control device and method in the microchip of this embodiment will be described in detail. As shown in FIG. 2, ports 7, 8, 9, 10 penetrating the base plate 3 are formed at appropriate positions of the microchip 1. In the microchip 1, the micro flow path 6 that connects the ports 7 and 8 and forms the reaction field 6d at the intermediate position, and the micro flow path 6 is connected to the port 9 on the port 7 side from the reaction field 6d. A microchannel 11 and a microchannel 12 that connects the microchannel 6 to the port 10 on the port 8 side from the reaction field 6d are configured.

図2に示す例では、ポート7をサンプル供給口、ポート8をサンプル取出口とする。   In the example shown in FIG. 2, port 7 is a sample supply port, and port 8 is a sample outlet.

また、ポート9を外部配管13を介して三方弁14に接続する。三方弁14は、ポート9、バッファ15、三方弁19をつなぐ形で配設されたものであり、接続口14aがポート9に、接続口14bがバッファ15に、接続口14cが三方弁19に接続する。   Further, the port 9 is connected to the three-way valve 14 via the external pipe 13. The three-way valve 14 is arranged to connect the port 9, the buffer 15, and the three-way valve 19. The connection port 14 a is connected to the port 9, the connection port 14 b is connected to the buffer 15, and the connection port 14 c is connected to the three-way valve 19. Connecting.

また、ポート10を外部配管16を介して三方弁17に接続する。三方弁17は、ポート10、バッファ18、三方弁19をつなぐ形で配設されたものであり、接続口17aがポート10に、接続口17bがバッファ18に、接続口17cが三方弁19に接続する。   Further, the port 10 is connected to the three-way valve 17 via the external pipe 16. The three-way valve 17 is arranged to connect the port 10, the buffer 18, and the three-way valve 19. The connection port 17 a is connected to the port 10, the connection port 17 b is connected to the buffer 18, and the connection port 17 c is connected to the three-way valve 19. Connecting.

三方弁19は、三方弁14、三方弁17、シリンジポンプ20をつなぐ形で配設されたものであり、接続口19aがシリンジポンプ20に、接続口19bが三方弁17に、接続口19cが三方弁14に接続する。   The three-way valve 19 is arranged to connect the three-way valve 14, the three-way valve 17, and the syringe pump 20. The connection port 19 a is connected to the syringe pump 20, the connection port 19 b is connected to the three-way valve 17, and the connection port 19 c is connected. Connect to three-way valve 14.

このようにしたマイクロチップ1では、微小流路6のうち反応場6dまで延びる流路部分(往路及び復路)6aと、微小流路6のうち微小流路11との接続位置より上流側(サンプル供給口であるポート7側)の流路部分6bと、微小流路6のうち微小流路12との接続位置より下流側(サンプル取出口であるポート8側)の流路部分6cとが平行に並ぶ箇所ができる。そして、その箇所において、流路部分(往路及び復路)6aでの流体の流れ状態と、流路部分6bでの流体の流れ状態と、流路部分6cでの流体の流れ状態とを、それぞれ図1で説明した原理により制御することにしている。   In the microchip 1 configured as described above, the flow channel portion (forward path and return path) 6a extending to the reaction field 6d in the micro flow channel 6 and the connection position between the micro flow channel 6 and the micro flow channel 11 (sample) The flow path portion 6b on the side of the port 7 which is the supply port and the flow path portion 6c on the downstream side (port 8 side which is the sample outlet) of the micro flow path 6 from the connection position with the micro flow path 12 are parallel. There is a place to line up. At that location, the flow state of the fluid in the flow path portion (forward path and return path) 6a, the flow state of the fluid in the flow path portion 6b, and the flow state of the fluid in the flow path portion 6c are respectively shown. The control is based on the principle described in 1.

図3〜5に、マイクロチップにおける流体流れ制御装置の構成例を示す。図3〜5に示すように、ケーシング102に取り付けられたモータ101の出力軸101aと、ケーシング102により回転可能に支持されたカムシャフト103とがカップリング104を介して同軸上に連結する。   3 to 5 show configuration examples of the fluid flow control device in the microchip. As shown in FIGS. 3 to 5, the output shaft 101 a of the motor 101 attached to the casing 102 and the camshaft 103 rotatably supported by the casing 102 are coaxially connected via a coupling 104.

カムシャフト103には、3つのカム105a〜105cが所定の間隔をあけて連設される。詳しくは後述するが、カム105aの形状は、流路部分(往路及び復路)6aでの流体の流れを所定のタイミングで止めたり(閉状態)、許容したり(開状態)するように設計されている。また、カム105bの形状は、流路部分6bでの流体の流れを所定のタイミングで止めたり(閉状態)、許容したり(開状態)するように設計されている。また、カム105cの形状は、流路部分6cでの流体の流れを所定のタイミングで止めたり(閉状態)、許容したり(開状態)するように設計されている。   Three cams 105a to 105c are connected to the camshaft 103 at a predetermined interval. As will be described in detail later, the shape of the cam 105a is designed to stop (closed) or allow (open) the fluid flow in the flow path portion (forward path and return path) 6a at a predetermined timing. ing. The shape of the cam 105b is designed to stop (closed state) or allow (open state) the fluid flow in the flow path portion 6b at a predetermined timing. The shape of the cam 105c is designed to stop (closed state) or allow (open state) the flow of fluid in the flow path portion 6c at a predetermined timing.

カム105a〜105bの下方には、図5に示すように上下一対の板バネ106u、106lがそれぞれ配置される。上下一対の板バネ106u、106lは、それらの一端が支持されるとともに、それらの他端がちょうど各カム105a〜105cの下方に位置し、その位置で板バネ106u、106l間にスペーサ107が設けられている。   A pair of upper and lower leaf springs 106u and 106l are arranged below the cams 105a to 105b as shown in FIG. One end of the pair of upper and lower leaf springs 106u and 106l is supported, and the other end thereof is located just below each of the cams 105a to 105c, and a spacer 107 is provided between the leaf springs 106u and 106l at that position. It has been.

また、ケーシング102内には3本のシャフト108が収容される。これらシャフト108の上端は下側の板バネ106lを貫通してスペーサ107にそれぞれ連結し、下端にはピン2a〜2cがそれぞれ連結する。各ピン2a〜2cは、ケーシング102の下部に形成されたガイド穴を介して進退可能となっている。   Further, three shafts 108 are accommodated in the casing 102. The upper ends of the shafts 108 are connected to the spacers 107 through the lower leaf springs 106l, and the pins 2a to 2c are connected to the lower ends. Each pin 2 a to 2 c can be advanced and retracted through a guide hole formed in the lower part of the casing 102.

ピン2a〜2cの先端部分には一対の傾斜面が形成されており、先端面が細長い矩形状となっている。すなわち、細長い矩形状をなす先端面がマイクロチップ1のベースプレート3に押圧されることになるが、その場合に、矩形状をなす先端面の長手方向が流路部分6a〜6cの幅方向に一致するようになっている。本実施形態では、流路部分6a用のピン2aが2本分の微小流路(往路及び復路)での流体流れを制御するので、その両側のピン2b、2cに比べて先端が幅広に加工されている。   A pair of inclined surfaces is formed at the tip portions of the pins 2a to 2c, and the tip surfaces are elongated and rectangular. That is, the tip surface having a long and narrow rectangular shape is pressed against the base plate 3 of the microchip 1. In this case, the longitudinal direction of the tip surface having the rectangular shape coincides with the width direction of the flow path portions 6a to 6c. It is supposed to be. In this embodiment, the pin 2a for the flow path portion 6a controls the fluid flow in two micro flow paths (forward path and return path), so that the tip is processed wider than the pins 2b and 2c on both sides. Has been.

なお、本実施形態では、ピン2a〜2cの先端面が細長い矩形状となる例を説明したが、例えば図1に示すようにピン2の先端をテーパ状に加工し、先端面が小径の円状となるようにしてもよい。   In the present embodiment, the example in which the tip surfaces of the pins 2a to 2c are elongated rectangular has been described. For example, as shown in FIG. 1, the tip of the pin 2 is processed into a tapered shape, and the tip surface has a small diameter circle. You may make it become a shape.

このようにしたマイクロチップにおける流体流れ制御装置では、モータ101が駆動してカムシャフト103が回転すると、カムシャフト103とともにカム105a〜105cが回転する。カム105a〜105cの回転に伴って各カム105a〜105cの円弧面R(図3(b)を参照)が上側の板バネ106uに接触すると、板バネ106u、106lが弾性変形して、シャフト108さらにはピン2a〜2cが下方に移動する。これによりピン2a〜2cの先端がマイクロチップ1のベースプレート3を押圧し、その部位を弾性変形させて、流路部分6a〜6cの断面積を略ゼロにすることにより、微小流路6の流路部分6a〜6cでの流体の流れが止められる(閉状態)。   In the fluid flow control device in such a microchip, when the motor 101 is driven and the camshaft 103 is rotated, the cams 105 a to 105 c are rotated together with the camshaft 103. When the circular arc surface R (see FIG. 3B) of each of the cams 105a to 105c comes into contact with the upper leaf spring 106u as the cams 105a to 105c rotate, the leaf springs 106u and 106l are elastically deformed, and the shaft 108 Furthermore, the pins 2a to 2c move downward. As a result, the tips of the pins 2a to 2c press the base plate 3 of the microchip 1 and elastically deform the portions thereof, so that the cross-sectional areas of the flow path portions 6a to 6c become substantially zero, so The flow of fluid in the path portions 6a to 6c is stopped (closed state).

そして、カム105a〜105cの回転に伴って各カム105a〜105cの円弧面R以外の面が上側の板バネ106uから離れたときには、板バネ106u、106lが弾性復帰して、シャフト108さらにはピン2a〜2cが上方に移動する。これによりピン2a〜2cの先端がマイクロチップ1のベースプレート3から離れ、その部位が弾性復帰して、流路部分6a〜6cの断面積を元の断面積に戻すことにより、微小流路6の流路部分6a〜6cでの流体の流れが許容される(開状態)。   When the cams 105a to 105c rotate and the surfaces other than the arcuate surface R of the cams 105a to 105c move away from the upper leaf spring 106u, the leaf springs 106u and 106l are elastically restored, and the shaft 108 and the pin 2a to 2c move upward. As a result, the tips of the pins 2a to 2c are separated from the base plate 3 of the microchip 1, and the portion thereof is elastically restored to return the cross-sectional area of the flow path portions 6a to 6c to the original cross-sectional area. The flow of fluid in the flow path portions 6a to 6c is allowed (open state).

次に、図6、7A〜7Eを参照して、本実施形態における流体の流れ状態の制御について説明する。   Next, control of the fluid flow state in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、カム105a〜105cを図3に示す原点位置とし、流路部分6a〜6cをいずれも開状態とする(ステップS101)。   First, the cams 105a to 105c are set to the origin positions shown in FIG. 3, and the flow path portions 6a to 6c are all opened (step S101).

その状態で、シリンジポンプ20内へバッファ15からバッファ液を導入する(ステップS102)。すなわち、図7Aに示すように、三方弁14において接続口14aを閉じるとともに接続口14b、14cを開き、また、三方弁17において接続口17a〜17cすべてを閉じ、また、三方弁19において接続口19bを閉じるとともに接続口19a、19cを開き、シリンジポンプ20で吸引を行う。これにより、図中矢印で示すように、シリンジポンプ20内へバッファ15からバッファ液を導入することができる。なお、バッファ液は、サンプルがシリンジポンプ20等に直接触れることがないようにするためのキャリア用の液体として使用されるものである。   In this state, the buffer solution is introduced from the buffer 15 into the syringe pump 20 (step S102). That is, as shown in FIG. 7A, the connection port 14a is closed and the connection ports 14b and 14c are opened in the three-way valve 14, the connection ports 17a to 17c are all closed in the three-way valve 17, and the connection port is connected in the three-way valve 19. 19 b is closed and the connection ports 19 a and 19 c are opened, and suction is performed by the syringe pump 20. Thereby, the buffer solution can be introduced from the buffer 15 into the syringe pump 20 as indicated by an arrow in the figure. The buffer solution is used as a carrier liquid for preventing the sample from directly touching the syringe pump 20 or the like.

次に、カム105a〜105cを図4に示す60度回転位置とし、流路部分6aを開状態、流路部分6b、6cを閉状態とする(ステップS103)。   Next, the cams 105a to 105c are set to the 60-degree rotation position shown in FIG. 4, and the flow path portion 6a is opened and the flow path portions 6b and 6c are closed (step S103).

その状態で、マイクロチップ1内へバッファ液を充填する(ステップS104)。すなわち、図7Bに示すように、三方弁14において接続口14bを閉じるとともに接続口14a、14cを開き、また、三方弁17において接続口17cを閉じるとともに接続口17a、17bを開き、また、三方弁19において接続口19bを閉じるとともに接続口19a、19cを開き、シリンダポンプ20内のバッファ液を吐出する。これにより、図中矢印で示すように、マイクロチップ1内へバッファ液を充填することができる。   In this state, the buffer solution is filled into the microchip 1 (step S104). That is, as shown in FIG. 7B, the three-way valve 14 closes the connection port 14b and opens the connection ports 14a and 14c, and the three-way valve 17 closes the connection port 17c and opens the connection ports 17a and 17b. In the valve 19, the connection port 19b is closed and the connection ports 19a and 19c are opened, and the buffer liquid in the cylinder pump 20 is discharged. Thereby, as shown by the arrow in the figure, the buffer solution can be filled into the microchip 1.

次に、図示は省略するが、カム105a〜105cを120度回転位置とし、流路部分6a、6bを開状態、流路部分6cを閉状態とする(ステップS105)。   Next, although illustration is omitted, the cams 105a to 105c are set to a 120-degree rotation position, the flow path portions 6a and 6b are opened, and the flow path portion 6c is closed (step S105).

その状態で、マイクロチップ1内へサンプルを吸引する(ステップS106)。すなわち、図7Cに示すように、三方弁14において接続口14a〜14cすべてを閉じ、また、三方弁17において接続口17bを閉じるとともに接続口17a、17cを開き、また、三方弁19において接続口19cを閉じるとともに接続口19a、19bを開き、シリンジポンプ20で吸引を行う。これにより、図中矢印で示すように、サンプル供給口であるポート7からマイクロチップ1内へサンプルを吸引することができる。   In this state, a sample is sucked into the microchip 1 (step S106). That is, as shown in FIG. 7C, all the connection ports 14a to 14c are closed in the three-way valve 14, the connection port 17b is closed and the connection ports 17a and 17c are opened in the three-way valve 17, and the connection ports 17a and 17c are opened. 19 c is closed and the connection ports 19 a and 19 b are opened, and suction is performed by the syringe pump 20. Thereby, as shown by the arrow in the figure, the sample can be sucked into the microchip 1 from the port 7 which is the sample supply port.

次に、図示は省略するが、カム105a〜105cを180度回転位置とし、流路部分6aを開状態とする(ステップS107)。この場合は、流路部分6b、6cが開状態であっても、閉状態であってもよい。   Next, although illustration is omitted, the cams 105a to 105c are set to the 180-degree rotation position, and the flow path portion 6a is opened (step S107). In this case, the flow path portions 6b and 6c may be open or closed.

その状態で、反応場6dでの反応が開始される(ステップS108)。この場合、図7Dに示すように、三方弁14において接続口14a〜14cすべてを閉じ、また、三方弁17において接続口17a〜17cすべてを閉じ、また、三方弁19において接続口19a〜19cすべてを閉じておく。   In this state, the reaction in the reaction field 6d is started (step S108). In this case, as shown in FIG. 7D, all the connection ports 14a to 14c are closed in the three-way valve 14, all the connection ports 17a to 17c are closed in the three-way valve 17, and all the connection ports 19a to 19c in the three-way valve 19. Keep closed.

次に、所定の時間が経過して反応が終了した後(ステップS109)、図示は省略するが、カム105a〜105cを240度回転位置とし、流路部分6a、6cを開状態、流路部分6bを閉状態とする(ステップS110)。   Next, after a predetermined time has passed and the reaction is completed (step S109), although not shown, the cams 105a to 105c are set to a 240-degree rotation position, the flow path portions 6a and 6c are opened, and the flow path portion 6b is closed (step S110).

その状態で、マイクロチップ1内から反応後のサンプルを取り出す(ステップS111)。すなわち、図7Eに示すように、三方弁14において接続口14bを閉じるとともに接続口14a、14cを開き、また、三方弁17において接続口17a〜17cすべてを閉じ、また、三方弁19において接続口19bを閉じるとともに接続口19a、19cを開き、シリンジポンプ20で吐出を行う。これにより、図中矢印で示すように、マイクロチップ1内からサンプル排出口であるポート8を介して反応後のサンプルを取り出すことができる。   In this state, the sample after reaction is taken out from the microchip 1 (step S111). That is, as shown in FIG. 7E, the connection port 14 b is closed and the connection ports 14 a and 14 c are opened in the three-way valve 14, all the connection ports 17 a to 17 c are closed in the three-way valve 17, and the connection port is connected in the three-way valve 19. 19b is closed and the connection ports 19a and 19c are opened, and the syringe pump 20 discharges. Thereby, as shown by the arrow in the figure, the sample after reaction can be taken out from the inside of the microchip 1 through the port 8 which is the sample discharge port.

以上述べたように、弾性部材からなるベースプレート3の微小流路6上の部位をピン2a〜2cにより押圧し、各流路部分6a〜6cの断面積を変化させて、各流路部分6a〜6cでの流体の流れ状態を制御することができる。これにより、マイクロチップに接続するバルブを最低限必要な数とするとともに、マイクロチップそのものへの加工を不要にして、簡素な構成でマイクロチップ内の微小流路での流体の流れ状態を制御することができる。   As described above, the portions of the base plate 3 made of an elastic member on the micro flow path 6 are pressed by the pins 2a to 2c, and the cross-sectional areas of the flow path portions 6a to 6c are changed to thereby change the flow path portions 6a to 6c. The fluid flow state at 6c can be controlled. This minimizes the number of valves connected to the microchip and eliminates the need for processing the microchip itself, thereby controlling the fluid flow state in the microchannel in the microchip with a simple configuration. be able to.

なお、上記実施形態では、微小流路6での流体の流れ状態の制御として、微小流路6の断面積を略ゼロとして閉状態とするか、全開放として開状態とする開閉バルブの機能を持たせるようにした例を説明したが、単に開閉を行うだけでなく、ピン2の押圧の程度を変えることにより微小流路6の断面積をより細かく変化させるようにして、流量や流速を調整するバルブの機能を持たせることも可能である。   In the above embodiment, as a control of the fluid flow state in the microchannel 6, the function of the open / close valve that opens the microchannel 6 with the cross-sectional area of the microchannel 6 set to substantially zero or the fully open state is set. The example in which the flow path is provided has been explained, but the flow rate and the flow rate are adjusted by changing the degree of pressing of the pin 2 to change the cross-sectional area of the micro flow path 6 more finely than simply opening and closing. It is also possible to give the function of a valve to perform.

以上、本発明を実施形態とともに説明したが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態で説明したマイクロチップ1は一例に過ぎず、ベースプレート3及びカバープレート5のうち少なくともいずれか一方を弾性材料としたものであれば、その材質や微小流路の配置等はどのようなものであってもかまわない。この場合に、上記実施形態ではベースプレート3を押圧するようにしたが、カバープレート5が弾性材料からなるものであれば、カバープレート5を押圧するようにしてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated with embodiment, this invention is not limited only to embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention. For example, the microchip 1 described in the above embodiment is merely an example, and as long as at least one of the base plate 3 and the cover plate 5 is made of an elastic material, how is the material, the arrangement of the microchannels, and the like? It doesn't matter if it's something. In this case, the base plate 3 is pressed in the above embodiment, but the cover plate 5 may be pressed if the cover plate 5 is made of an elastic material.

マイクロチップとピンとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a microchip and a pin. 本実施形態でのマイクロチップを示す平面図である。It is a top view which shows the microchip in this embodiment. マイクロチップにおける流体流れ制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the fluid flow control apparatus in a microchip. マイクロチップにおける流体流れ制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the fluid flow control apparatus in a microchip. マイクロチップにおける流体流れ制御装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the fluid flow control apparatus in a microchip. 本実施形態における流体の流れ状態の制御について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating control of the flow state of the fluid in this embodiment. 本実施形態における流体の流れ状態の制御の一手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one procedure of control of the flow state of the fluid in this embodiment. 本実施形態における流体の流れ状態の制御の一手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one procedure of control of the flow state of the fluid in this embodiment. 本実施形態における流体の流れ状態の制御の一手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one procedure of control of the flow state of the fluid in this embodiment. 本実施形態における流体の流れ状態の制御の一手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one procedure of control of the flow state of the fluid in this embodiment. 本実施形態における流体の流れ状態の制御の一手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating one procedure of control of the flow state of the fluid in this embodiment. マイクロチップの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a microchip.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロチップ
2、2a〜c ピン
3 ベースプレート
4 溝(チャネル)
5 カバープレート
6 微小流路
101 モータ
102 ケーシング
103 カムシャフト
104 カップリング
105a〜105c カム
106u、106l 板バネ
107 スペーサ
108 シャフト
1 Microchip 2, 2a to c Pin 3 Base plate 4 Groove (channel)
5 Cover plate 6 Micro flow path 101 Motor 102 Casing 103 Camshaft 104 Coupling 105a-105c Cam 106u, 106l Leaf spring 107 Spacer 108 Shaft

Claims (3)

微小な溝が形成されたベースプレートにカバープレートを貼り合わせて微小流路を構成するとともに、前記ベースプレート及び前記カバープレートのうち少なくともいずれか一方を弾性材料としたマイクロチップにおける流体流れ制御装置であって、
前記微小流路として、サンプル供給口とサンプル取出口とをつなぐ第1の流路と、前記第1の流路に往路及び復路が接続して反応場を構成する第2の流路とが少なくとも構成されており、前記第2の流路のうち前記反応場まで延びる前記往路及び前記復路と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル供給口側に位置する流路部分と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル取出口側に位置する流路部分とが平行に並んでおり、
前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートの一部を押圧し、前記微小流路の断面積を変化させて、当該微小流路での流体の流れ状態を制御する押圧部材が、前記往路及び前記復路からなる流路部分、前記サンプル供給口側に位置する流路部分、及び前記サンプル取出口側に位置する流路部分にそれぞれ配設され、
一つの駆動源により複数のカムを回転させ、前記各カムの回転により前記各押圧部材をそれぞれのタイミングで進退させて、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートに押圧したり、離したりすることを特徴とするマイクロチップにおける流体流れ制御装置。
A fluid flow control device in a microchip, in which a cover plate is bonded to a base plate in which a minute groove is formed to form a minute flow path, and at least one of the base plate and the cover plate is made of an elastic material. ,
As the microchannel, at least a first channel that connects a sample supply port and a sample outlet, and a second channel that forms a reaction field by connecting an outward path and a return path to the first channel The forward supply and the return path extending to the reaction field in the second flow path, and the sample supply from the forward path and the return path of the second flow path in the first flow path. The flow path portion located on the mouth side and the flow path portion located on the sample outlet side of the second flow path of the first flow path from the first flow path are arranged in parallel. ,
A pressing member that presses a part of a base plate or a cover plate made of the elastic member and changes a cross-sectional area of the micro flow path to control a fluid flow state in the micro flow path includes the forward path and the return path Each of the flow path part, the flow path part located on the sample supply port side, and the flow path part located on the sample outlet side ,
A plurality of cams are rotated by a single driving source, and the respective pressing members are advanced and retracted at the respective timings by the rotation of the respective cams, so that the base plate or the cover plate made of the elastic member is pressed or released. A fluid flow control device in a microchip.
前記押圧部材はピンであり、前記ピンの先端で前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートを押圧することを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップにおける流体流れ制御装置。   2. The fluid flow control device in a microchip according to claim 1, wherein the pressing member is a pin, and a base plate or a cover plate made of the elastic member is pressed by a tip of the pin. 微小な溝が形成されたベースプレートにカバープレートを貼り合わせて微小流路を構成するとともに、前記ベースプレート及び前記カバープレートのうち少なくともいずれか一方を弾性材料としたマイクロチップにおける流体流れ制御方法であって、
前記微小流路として、サンプル供給口とサンプル取出口とをつなぐ第1の流路と、前記第1の流路に往路及び復路が接続して反応場を構成する第2の流路とが少なくとも構成されており、前記第2の流路のうち前記反応場まで延びる前記往路及び前記復路と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル供給口側に位置する流路部分と、前記第1の流路のうち前記第2の流路の前記往路及び前記復路よりも前記サンプル取出口側に位置する流路部分とが平行に並んでおり、
前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートの一部を押圧し、前記微小流路の断面積を変化させて、当該微小流路での流体の流れ状態を制御する押圧部材が、前記往路及び前記復路からなる流路部分、前記サンプル供給口側に位置する流路部分、及び前記サンプル取出口側に位置する流路部分にそれぞれ配設され、
一つの駆動源により複数のカムを回転させ、前記各カムの回転により前記各押圧部材をそれぞれのタイミングで進退させて、前記弾性部材からなるベースプレート或いはカバープレートに押圧したり、離したりすることを特徴とするマイクロチップにおける流体流れ制御方法。
A fluid flow control method in a microchip in which a cover plate is bonded to a base plate in which a minute groove is formed to form a minute flow path, and at least one of the base plate and the cover plate is made of an elastic material. ,
As the microchannel, at least a first channel that connects a sample supply port and a sample outlet, and a second channel that forms a reaction field by connecting an outward path and a return path to the first channel The forward supply and the return path extending to the reaction field in the second flow path, and the sample supply from the forward path and the return path of the second flow path in the first flow path. The flow path portion located on the mouth side and the flow path portion located on the sample outlet side of the second flow path of the first flow path from the first flow path are arranged in parallel. ,
A pressing member that presses a part of a base plate or a cover plate made of the elastic member and changes a cross-sectional area of the micro flow path to control a fluid flow state in the micro flow path includes the forward path and the return path Each of the flow path part, the flow path part located on the sample supply port side, and the flow path part located on the sample outlet side ,
A plurality of cams are rotated by a single driving source, and the respective pressing members are advanced and retracted at the respective timings by the rotation of the respective cams, so that the base plate or the cover plate made of the elastic member is pressed or released. A fluid flow control method in a microchip characterized by
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