CN102740977A - 微芯片和微芯片制造方法 - Google Patents

微芯片和微芯片制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102740977A
CN102740977A CN2011800084285A CN201180008428A CN102740977A CN 102740977 A CN102740977 A CN 102740977A CN 2011800084285 A CN2011800084285 A CN 2011800084285A CN 201180008428 A CN201180008428 A CN 201180008428A CN 102740977 A CN102740977 A CN 102740977A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample solution
basalis
microchip
fluid
underlying structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011800084285A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102740977B (zh
Inventor
渡边英俊
濑川雄司
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN102740977A publication Critical patent/CN102740977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102740977B publication Critical patent/CN102740977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/50273—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means or forces applied to move the fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/141—Preventing contamination, tampering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B01L2300/044—Connecting closures to device or container pierceable, e.g. films, membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0887—Laminated structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0487—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics
    • B01L2400/049—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure fluid pressure, pneumatics vacuum

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

本申请提出了一种微芯片。该微芯片（A）包括基底结构，该基底结构包括被配置为容纳样本溶液的流体通道（2），其中，在样本溶液注入流体通道之前，流体通道保持在比大气压低的压力下。

Description

微芯片和微芯片制造方法
技术领域
本申请要求于2010年2月10日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2010-028241的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
本申请涉及微芯片和微芯片的制造方法。更具体地，本申请涉及用于化学或生物分析被引入设置在微芯片的基底上设置的区域内的物质的微芯片。
背景技术
近年来，通过在半导体工业中应用微细加工技术，已发展了在由硅或玻璃制成的基底上形成的用于执行化学和生物分析的具有井和流道的微芯片（例如，参见专利文献1）。在实际医药领域中，这些微芯片已开始被用于（例如）液相色谱的电化学探测器或小型电化学传感器。
使用这种微芯片的分析系统被称为微全分析系统（micro-Total-Analysis System，micro-TAS）、实验室芯片、生物芯片等，并且作为能使化学和生物分析加速、提高效率并且整合，或者减小分析装备的尺寸的技术而引起了关注。
由于micro-TAS能分析少量的样本，或其中使用的微芯片会是抛弃性的，所以期望将其应用于具体处理微量的珍贵样本或许多测试体的生物分析。
micro-TAS的应用的实例是光电检测器，其将物质引入微芯片上所设置的多个区域内并且对该物质进行光学检测。光电检测器的实例包括其中多种物质在微芯片的流道中被电泳分离并且对所分离的每种物质进行光学检测的电泳装置，以及其中多个物质在微芯片的井中进行反应并且对生成物进行光学检测的反应装置（例如，实时PCR装置）。
在micro-TAS中，由于使用痕量样本，所以将样本溶液引入井或槽道内很困难，样本溶液的引入可能由于井和类似物内空气的存留而受到抑制，而且引入样本会花费较长的时间。另外，当引入样本溶液时，在井和类似物内可能产生气隙。因此，引入井内的样本溶液的量发生变化，从而导致分析的精确度或分析效率降低。当样本被加热时（例如，在PCR中），井中残余的气隙扩张，这将抑制反应或降低分析的精确度。
为了在micro-TAS中更容易地引入样本溶液，例如，专利文献2公开了“包括用于引入样本的至少一个样本引入部，用于存储样本的多个存储部，以及连接至存储部分的多个排气部，其中两个以上排气部与具有一个开放端的一个开发通道进行连通”。在该基底上，排气部连接至每个存储部，因此当样本溶液被从样本引入部引入到存储部时，留存在存储部的空气从排气部排出，结果样本溶液可以被顺畅地注入存储部。
引用列表
专利文献
[专利文献1]日本专利申请公开号2004-219199
[专利文献2]日本专利申请公开号2009-284769
发明内容
如上面所陈述的，对于已知的micro-TAS，样本溶液很难被引入井或流道内，引入的样本溶液可能由于存留在井等构造中的空气而被抑制，并样本引入时间很长。此外，当引入样本溶液时，在井和类似物中可能产生气隙。由于这些原因，造成在分析的精确度和效率方面的问题。
这就期望提供一种能够在短时间内容易地引入样本溶液并获得高精度分析结果的微芯片。
在实施方式中提出了一种微芯片。这种微芯片包括基底结构，该基底结构包括被配置为容纳样本溶液的流体通道，其中，在样本溶液被注入流体通道之前，流体通道保持在比大气压低的压力下。
在实施方式中，流体通道被配置为分析样本溶液。
在实施方式中，基底结构包括至少一个包含弹性材料的基底层。
在该实施方式中，弹性材料包括选自由以下组成的组中的至少一种成分：包含聚二甲基硅氧烷的硅弹性体、丙烯酸脂弹性体、聚氨酯弹性体、含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶。
在该实施方式中，基底结构包括至少一个自密封基底层，该自密封基底层被配置允许在注入样本液体之后基底结构自密封。
在该实施方式中，基底结构包含至少一个不透气基底层。
在该实施方式中，不透气基底层包含塑料材料、金属以及陶瓷中的任一种。
在该实施方式中，流体通道包括至少一个注入点；至少一个流体井；以及至少一个流体流道。
在该实施方式中，至少一个的注入点被配置用于向基底结构中刺穿注入样本溶液；其中，至少一个流体井被配置为容纳样本溶液或其反应产物；以及，其中至少一个流体流道被配置为允许样本溶液在与至少一个注入点和至少一个流体井的流体连通中流动。
在另一实施方式中，提出了一种微芯片的制造方法。该方法包括形成包括流体通道的基底结构，流体通道被配置为容纳样本溶液，其中，在样本溶液被注入流体通道之前，流体通道保持在比大气压低的压力下。
在该实施方式中，流体通道被配置为分析样本溶液。
在该实施方式中，基底结构包括至少一个包含弹性材料的基底层。
在该实施方式中，弹性材料包括选自由以下组成的组中的至少一种成分：包含聚二甲基硅氧烷的硅弹性体、丙烯酸脂弹性体、聚氨酯弹性体、含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶。
在该实施方式中，基底层结构包括至少一个自密封基底层，该自密封基底层被配置允许在注入样本液体之后基底层结构自密封。
在该实施方式中，基底结构包括至少一个不透气基底层。
在该实施方式中，不透气基底层包含塑料材料、金属以及陶瓷中的任一种。
在该实施方式中，流体通道包括至少一个注入点；至少一个流体井；以及至少一个流体流道。
在该实施方式中，至少一个注入点被配置为用于向基底结构中刺穿注入样本溶液；其中至少一个流体井被配置为容纳样本溶液或其反应产物；以及，其中至少一个的流体流道被配置为允许样本溶液在与至少一个注入点和至少一个流体井的流体连通中流动。
根据实施方式，提供了一种能够在短时间内容易地引入样本溶液并获得高精度分析结果的微芯片。
这里描述的其他的特点和优势，将在随后的具体实施方式和附图中变得更明显。
附图说明
[图1]图1为根据第一实施方式的微芯片的上表面示意图。
[图2]图2为微芯片A的截面示意图（图1中的P-P截面）。
[图3]图3为微芯片A的截面示意图（图1中的Q-Q截面）。
[图4]图4为说明将样本溶液引入微芯片A的方法的图示，是与图1中Q-Q截面对应的截面示意图。
[图5]图5为根据第二实施方式的微芯片B的上表面示意图。
[图6]图6为微芯片B的截面示意图（图5中的Q-Q截面）
[图7]图7为根据第三实施方式的微芯片C的截面示意图。
[图8]图8为示出将样本溶液引入微芯片C的方法的截面示意图。
[图9]图9为示出针N的尖端的结构的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本申请的实施方式。
1．根据第一实施方式的微芯片A
（1-1）微芯片A的结构和形成方法
（1-2）样本溶液到微芯片A的引入
2．根据第二实施方式的微芯片B
（2-1）微芯片B的结构
（2-2）样本溶液到微芯片B的引入
3．根据第三实施方式的微芯片C
（3-1）微芯片C的结构和形成方法
（3-2）样本溶液到微芯片C的引入
1．根据第一实施方式的微芯片
（1-1）微芯片A的结构和形成方法。
图1中示出了根据第一实施方式的微芯片的上表面的示意图，图2和图3示出了其截面示意图。图2对应于图1中的P-P截面，图3对应于图1中的Q-Q截面。
在微芯片A上设置有：注入点（注入区）1，用于从外部刺穿注入（puncture-injecting）样本溶液；多个井4，每个井均为用于分析样本溶液中包含的物质或物质的反应产物的场所；主流道2，在一端与注入点1连通；支流道3，从主流道2上分出的支流。主流道2的另一端形成为末端点（末端区）5，支流道3从主流道2与注入点1的连通部和与末端点5的连通部之间的主流道2分支，并连接井4。
微芯片A具有如下结构：其上形成有注入点1、主流道2、支流道3、井4和末端点5的基底层a1与基底层a2层压。在微芯片A中，基底层a1与基底层a2在低于大气压的压力下被层压，从而使注入点1、主流道2、支流道3、井4和末端点5被空气紧密地密封住，使得其内部压力小于大气压（比如1/100atm）。更理想的情况是在真空状态下执行基底层a1和基底层a2的层压，结果这些层被空气紧密地密封使得注入点1等的内部处于真空状态。
尽管基底层a1和基底层a2的材料可为玻璃或者各种塑料（聚丙烯、聚碳酸酯、环烯烃聚合物以及聚二甲基硅氧烷），理想的情况是基底层a1和a2中的至少一层由弹性材料制成。弹性材料可包括诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）的硅弹性体，也可以是丙烯酸脂弹性体，聚氨酯弹性体，含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶等等。当基底层a1和a2中的至少一层由弹性材料形成时，如下面所说明的，可赋予微芯片A自密闭属性。
当对引入井4的物质进行光学分析时，理想的情况是选择具有透光性、自发荧光量小和由于小的波长散射产生微小光学误差的材料作为基底层a1和a2的材料。
注入点1、主流道2、分流道3、井4以及末端点5可以通过例如湿蚀刻或干蚀刻玻璃基底层，或对塑料基底层进行纳米级微印刷、注塑或切削处理形成在基底层a1中。注入点1等可以形成在基底层a2上，或其部分可形成在基底层a1上、剩余部分形成在基底层a2上。
基底层a1可通过诸如热熔接合、利用粘合剂接合、阳极接合、利用压敏黏合片接合、等离子体活化接合或超声波接合的已知方法与基底层a2层压。
（1-2）样本溶液到微芯片A的引入
下面，还参照图4，将说明样本溶液引入到微芯片A的方法。图4为与图1中Q-Q截面对应的微芯片A的截面示意图。
如图4A所示，通过用针N将样本溶液刺穿注入到注入点1，样本溶液被引入到微芯片A内。图中，箭头F1示出针N的刺穿方向。基底层a1被针N从基底层a1的表面刺穿，以使针的尖端部分可以进入注入点1的内部空间。
从外部引入注入点1的样本溶液在主流道2中被朝着末端点5输送（请参见图4中的箭头f），并且样本溶液被顺序引入到从设置在溶液输送方向上游的支流道3和井4开始的支流道3和井4内部（亦参见图1）。
这时，因为微芯片A中注入点1、主流道2、分流道3、井4以及末端点5的内部压力被设定为小于大气压，被引入注入点1的样本溶液由于负压在被吸入时被输送到末端点5，结果样本溶液能够在短时间内被顺畅地引入到微芯片A的井4内。
进一步地，当注入点1、主流道2、支流道3、井4以及末端点5的内部处于真空状态时，因为井4内部没有空气，样本溶液的引入不会被空气所抑制，或者在井4内部不产生气隙。
在如图4B所示，引入样本溶液之后，针N被拔出，基底层a1的刺穿部被密封。
这时，当基底层a1是由诸如PDMS的弹性材料形成，在针N被拔出后，刺穿部可通过基底层a1的弹性变形而产生的回复力被自动密封。在实施方式中，刺穿部通过基底层的弹性变形而自动密封的属性被称为基底层的“自密封属性”。
为了更进一步的增强基底层a1的自密封属性，理想的情况是在刺穿部从基底层a1的表面到注入点1的内部空间的表面的厚度（参见图4的参考标号d）根据基底层a1的材料和针N的直径设置在适当的范围内。当微芯片A在分析过程中被加热时，确定厚度d使得不因由加热引起的内部压力增加而丧失自密封属性。
为了保证基底层a1由于弹性变形而产生的自密封属性，理想的情况是使用具有较小直径的针N，只要保证样本溶液能够被注入即可。更具体地，理想的情况是使用外部尖端直径约0.2mm的用作胰岛素注射针的无痛针。为了容易地注入样本溶液，其尖端被切削的微量吸移管的通用芯片（chip）可以连接到无痛针的基部。当样本溶液被注入到芯片的尖端部分，无痛针被刺穿到注入点1内时，注入到连接无痛针的芯片尖端部的样本溶液由于微芯片A内负压的作用被吸入到注入点1内。
当具有于0.2mm外部尖端直径的无痛针被用作针N时，期望由PDMS制成的基底层a1的厚度d为0.5mm以上，而当被加热时则期望在0.7mm以上。
在本实施方式中，其上以等间距在三个竖直列和三个水平行中设置有9个井4的微芯片被作为实例进行说明，但井的数量和设置位置可以是随意的，井4的形状也并不限于图中所示的圆柱形。用来将被引入注入点1的样本溶液输送到井4的主流道2和支流道3的设置位置不限于图中所示的实施方式。另外，在该实施方式中，对基底层a1由弹性材料形成以及用针N从基底层a1的表面刺穿的情况进行了说明。不过，针N也可以被用于从基底层a2的表面刺穿。在这种情况下，基底层a2可由弹性材料形成，从而赋予其自密封属性。
2．根据第二实施方式的微芯片
（2-1）微芯片B的结构
图5示出根据第二实施方式的微芯片的上表面的示意图，图6示出其截面示意图。图6对应于图5中的Q-Q截面。图5中的P-P截面与根据第一实施方式的微芯片A的P-P截面一样（见图2），因此在此省略对其的说明。
在微芯片B上设置有：注入点（注入区）1，用于从外部刺穿注入样本溶液；多个井4，每个井均为用于分析样本溶液中包含的物质或物质的反应产物的场所；主流道2，在一端与注入点1连通；支流道3，从主流道2上分支。主流道2的另一端形成为真空槽（末端区）5l，并且支流道3从主流道2与注入点1的连通部和与真空槽5l的连通部之间的主流道2分支，且与井4连接。
微芯片B与微芯片A的不同之处在于与主流道2的一端连通的微芯片B和A的末端区分别形成为真空槽5l和末端点5。微芯片B中真空槽5l的内部容积比井4的内部容积大。另一方面，微芯片A中末端点5的内部容积并无具体限制，可以是任意的。
微芯片B具有如下结构：其上形成有注入点1、主流道2、支流道3、井4以及真空槽5l的基底层b1与基底层b2层压。在微芯片B中，基底层b1与基底层b2在低于大气压的压力下被层压，从而使注入点1、主流道2、支流道3、井4和真空槽5l被空气紧密地密封住，使得其内部压力小于大气压（例如，1/100atm）。更理想的情况是在真空的条件下执行基底层b1与基底层b2的层压，结果这些层被空气紧密地密封使得注入点1等的内部处于真空状态。
在这种情况下，由于其内部容积越大，与井4、主流道2或支流道3内的压力相比，负压越大，或在真空槽5l中存储真空。
基底层b1和b2的材料以及注入点1等形成到基底层中的方法可与微芯片A中的相同。
（2-2）微芯片B中样本溶液的引入
接下来，还参照图4，将说明样本溶液被引入微芯片B的方法。图4为与微芯片A的图1中Q-Q截面对应的截面示意图。
如图4A所示，通过用针N将样本液体刺穿注入到注入点1，样本溶液被引入到微芯片B内。图中，箭头F1示出针N的刺穿方向。用针N从基底层b1的表面刺穿基底层b1，使得其末端部分可以到达注入点1的内部空间。
从外部引入到注入点1的样本溶液在主流道2内被朝着真空槽5l输送，样本溶液被顺序引入到从设置在溶液输送方向上游的支流道3和井4开始的支流道3和井4的内部。（亦见图1）
这时，因为微芯片B中注入点1、主流道2、分流道3、井4的内部压力被设定为小于大气压，被引入注入点1的样本溶液由于负压而在被吸入时被输送。
进一步地，在微芯片B中，与井4相比具有更大的内部容积并存储更大负压或真空的真空槽5l被配置为主流道2的末端区域。因此样本溶液可通过以较大的负压被吸入而被输送（参见图6中的箭头f）。
因此，根据微芯片B，样本溶液可以在比微芯片A更短的时间内被更顺畅地引入井4等的内部。
如图5所示，当主流道2和真空槽5l的连通部呈放射状支流时，真空槽5中的负压或真空可有效地作用于样本溶液。
此外，当注入点1、主流道2、支流道3、井4以及真空槽51的内部为真空时，由于井4等内部没有空气，样本溶液的引入将不受空气的抑制，或者在井4等内部不会产生气隙。
如图4B所示，在引入样本溶液之后，针N被拔出，基底层b1的刺穿部分被密封。这时，当基底层b1由诸如PDMS的弹性材料形成时，在拔出针N后，刺穿部通过基底层b1的弹性变形而产生的回复力能够被自动密封。
在本实施方式中，其上以等间距在三个竖直列和三个水平行中设置有9个井的微芯片被作为实例进行说明，但井的数量和设置位置可以是随意的，井4的形状也并不限于图中所示的圆柱形。用来井被引入注入点1的样本溶液输送到井4的主流道2和支流道3的设置位置不限于图中所示的实施方式。另外，在该实施方式中，对基底层b1由弹性材料形成以及用针N从基底层b1表面刺穿的情况进行了说明。不过，针N也可以被用于从基底层b2的表面刺穿。在这种情况下，基底层b2可由弹性材料形成，从而赋予其自密封属性。
3．根据第三实施方式的微芯片
（3-1）微芯片C的结构和形成方法
图7和图8示出了根据第三实施方式的微芯片的截面示意图。
在微芯片C上设置有：注入点（注入区）1，用于从外部刺穿注入样本溶液；多个井4，每个井均为用于分析包含在样本溶液中的物质或物质的反应产物的场所；以及主流道2，在一端与注入点1连通。微芯片C还包括支流道3和末端点（末端区）5，尽管在图中没有示出，但其具有与微芯片A相同的结构。
微芯片C具有如下结构：其上形成有注入点1、主流道2、支流道3、井4以及末端点5的基底层c2与基底层c1和基底层c3层压。在微芯片C中，其上形成有注入点1等的基底层c2与基底层c3在比大气压低的压力下层压，结果注入点1、，主流道2、支流道3、井4以及末端点5被空气紧密地密封住，使得其内部压力小于大气压（例如，1/100atm）。在更理想的情况是在真空状态下执行基底层c2和c3的层压，结果这些层被空气紧密地密封使得注入点1等的内部为真空。
基底层c1至c3的层压可以通过诸如：热熔接合、利用粘合剂的接合、阳极接合、压敏黏合片接合、等离子体活化接合或超声波接合的已知方法层压。
基底层c2的材料为诸如聚二甲基硅氧烷（PDMS）的硅弹性体，和诸如丙烯酸脂弹性体，聚氨酯弹性体，含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶这样具有弹性和自密封属性的材料。注入点1、主流道2、支流道3、井4以及末端点5可通过诸如纳米微印、注模或切刻处理形成在基底层c2上。
PDMS是柔性（flexible）的，可弹性变形，但具有透气性。因此在由PDMS制成的基底层中，当被引入到井中的样本溶液被加热时，蒸发的样本溶液可渗透通过基底层。由于蒸发引起的样本溶液的挥发（液体流失）会降低分析的精度，并导致气隙浸染进井内。
为了防止这种现象，微芯片C具有三层结构，其中，具有自密闭属性的基底层c2与具有不透气性的基底层c1和c3层压。
玻璃、塑料、金属和陶瓷可以用作具有不透气性基底层c1和c3的材料。
塑料可以包括：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA：丙烯酸脂树脂），聚碳酸酯（PC），聚苯乙烯（PS），聚丙烯（PP），聚乙烯（PE），聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），二甘醇双烯丙烯碳酸酯，SAN树脂（苯乙烯丙烯腈共聚物），MS树脂（MMA-苯乙烯共聚物），聚(4-甲基戊烯-1)（TPX），聚烯烃，硅氧烷甲基丙烯酸酯（SiMA）单体-MMA共聚物，含氟SiMA单体共聚物，大单体硅（A）-甲基丙烯酸七氟丁酯（HFBuMA）-MMA三元共聚物，双取代聚乙炔聚合物等等。
金属可包括铝、铜、不锈钢（SUS）、硅、钛、钨等等。
陶瓷可包括氧化铝（Al2O3）、氮化铝（AlN）、碳化硅（SiC）、氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）、石英等等。
当对引入井4的物质进行光学分析时，理想的情况是选择具有透光性、自发荧光量小和由于微小的波长散射产生微小的光学误差的材料作为基底层c1至c3的材料。
（3-2）微芯片C上样本溶液的引入
如图8A所示，通过用针N将样本溶液刺穿注入到注入点1，样本溶液被引入到微芯片C内。图中，箭头F1示出了针N的刺穿方向。
在基底层c1上，配置了用于从外部向注入点1内刺穿注入样本溶液的刺穿孔11。针N被插入刺穿孔11，以从基底层c2的表面刺穿基底层c2，使得其尖端部分可以达到注入点1的内部空间。
这时，如图9所示，当针N的尖端被处理成平面时，在针N达到注入点1的内部空间并接触基底层c3的表面时，针N可以被稳定地定位。针N的尖端可以通过例如切除无痛针的尖端部分（参见图9中的参考标号t）而提供平面来处理。
从外部注入注入点1的样本溶液在主流道2中被朝向末端点5输送（请参见图8A中的箭头f），样本溶液被顺序引入到从溶液的输送方向上游设置的支流道3和井4开始的支流道3和井4的内部。
这时，因为微芯片C中的注入点1、主流道2、分流道3、井4和末端点5的内部压力被设定为小于大气压，引入注入点1的样本溶液由于负压在被吸入时被输送到末端点5，结果样本溶液能够在短时间内流畅地被引入到微芯片C中的井4等内。进一步地，当注入点1、主流道2、支流道3、井4和末端点5的内部处于真空状态时，由于井4等内部没有空气，样本溶液的引入不会被空气所抑制，或在井4等内部不生成气隙。
如图8B所示，在引入样本溶液之后，针N被拔出，基底层c2的刺穿部分被密封。
这时，当基底层c2由诸如PDMS的具有自密封属性的材料形成时，在针N被拔出之后，刺穿部由于基底层c2的弹性变形而产生的回复力能够自动密封。
为了更进一步增强基底层c2的自密封属性，理想的情况是在刺穿部从基底层c2表面到注入点1的内部空间的表面的厚度（参见图8B中的参考标号d）可根据基底层c2的材料和针N的直径被设定在适当的范围内。当在分析过程中微芯片C被加热时，确定厚度d使得不因由加热引起的内部压力增加而丧失自密封属性。
在以上描述的每个实施方式中，已经对形成在微芯片5上的称为井4（在井4中分析样本溶液中包含的物质或物质的反应产物）的区域进行了说明，，但该区域可具有诸如流道的任意形状。
通过根据每个实施方式的微芯片，样本溶液均可以在短时间内容易地被引入，并且可以获得高精度的分析结果。因此，根据任何一个实施方式的微芯片均可期望被用于其中多种物质在微芯片的流道中被电泳分离并且对所分离的每种物质进行光学检测的电泳装置，其中多个物质在微芯片的井中进行反应并且对生成物进行光学检测的反应装置（例如，实时PCR装置）等。
应该理解的是对于这里描述的当前优选实施方式的改变和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。可以在不背离精神和范围、不减小其预期优势的前提下进行这样的改变和修改。因此，这样的改变和修改应被所附的权利要求所覆盖。

Claims (18)

1.一种微芯片，包括基底结构，所述基底结构包括被配置为容纳样本溶液的流体通道，其中，在所述样本溶液被注入到所述流体通道之前，所述流体通道保持在比大气压低的压力下。
2.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述流体通道被配置为分析所述样本溶液。
3.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述基底结构包括至少一个包括弹性材料的基底层。
4.根据权利要求3所述的微芯片，其中，所述弹性材料包括选自由以下组成的组中的至少一种成分：包含聚二甲基硅氧烷的硅弹性体、丙烯酸脂弹性体、聚氨酯弹性体、含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶。
5.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述基底结构包括至少一个自密封基底层，所述自密封基底层被配置为允许在注入所述样本溶液之后所述基底结构自密封。
6.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述基底结构包括至少一个不透气基底层。
7.根据权利要求6所述的微芯片，其中，所述不透气基底层包含塑料材料、金属以及陶瓷中的任一种。
8.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述流体通道包括至少一个注入点；至少一个流体井；以及至少一个流体流道。
9.根据权利要求8所述的微芯片，其中，所述至少一个注入点被配置用于向所述基底结构中刺穿注入所述样本溶液；其中，所述至少一个流体井被配置为容纳所述样本溶液或其反应产物；以及，其中所述至少一个流体流道被配置为允许所述样本溶液在与所述至少一个的注入点和至少一个的流体井的流体连通中流动。
10.一种微芯片的制造方法，所述方法包括形成包括流体通道的基底结构，所述流体通道被配置为容纳样本溶液，其中，在所述样本溶液被注入到所述流体通道之前，所述流体通道保持比大气压低的压力下。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体通道被配置为分析所述样本溶液。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基底结构包括至少一个包含弹性材料的基底层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述弹性材料包括选自由以下组成的组中的至少一种成分：包含聚二甲基硅氧烷的硅弹性体、丙烯酸脂弹性体、聚氨酯弹性体、含氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧树脂弹性体和天然橡胶。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基底结构包括至少一个自密封基底层，所述自密封基底层被配置为允许在注入所述样本液体之后所述基底结构自密封。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基底结构包括至少一个不透气基底层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述不透气基底层包含塑料材料、金属以及陶瓷中的任一种。
17.根据权利要求10所述的方法，其中，所述流体通道包括至少一个注入点；至少一个流体井；以及至少一个流体流道。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个注入点被配置用于向所述基底结构中刺穿注入所述样本溶液；其中，所述至少一个流体井被配置为容纳所述样本溶液或其反应产物；以及，其中所述至少一个流体流道被配置为允许所述样本溶液在与所述至少一个注入点和所述至少一个流体井的流体连通中流动。
CN201180008428.5A 2010-02-10 2011-02-01 微芯片和微芯片制造方法 Active CN102740977B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-028241 2010-02-10
JP2010028241A JP5218443B2 (ja) 2010-02-10 2010-02-10 マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
PCT/JP2011/000535 WO2011099246A1 (en) 2010-02-10 2011-02-01 Microchip and method of producing microchip

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102740977A true CN102740977A (zh) 2012-10-17
CN102740977B CN102740977B (zh) 2016-05-04

Family

ID=43902965

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180008428.5A Active CN102740977B (zh) 2010-02-10 2011-02-01 微芯片和微芯片制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US9132424B2 (zh)
EP (1) EP2533902B1 (zh)
JP (1) JP5218443B2 (zh)
CN (1) CN102740977B (zh)
SG (1) SG182707A1 (zh)
WO (1) WO2011099246A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104949789A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 中国科学院理化技术研究所 一种微流道压力传感器
CN105715865A (zh) * 2016-03-24 2016-06-29 中国科学院理化技术研究所 电磁微阀装置
CN109844111A (zh) * 2016-12-13 2019-06-04 荣研化学株式会社 微芯片

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5218443B2 (ja) * 2010-02-10 2013-06-26 ソニー株式会社 マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
JP2013130396A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Sony Corp マイクロチップ
JP6197263B2 (ja) 2012-02-06 2017-09-20 ソニー株式会社 マイクロチップ
US20150139866A1 (en) * 2012-05-24 2015-05-21 Sony Corporation Microchip
WO2014010299A1 (ja) 2012-07-09 2014-01-16 ソニー株式会社 マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
GB201418897D0 (en) * 2014-10-23 2014-12-10 Univ Hull Methods and apparatus for the analysis of compounds
GB201418893D0 (en) 2014-10-23 2014-12-10 Univ Hull Monolithic body
GB201418899D0 (en) 2014-10-23 2014-12-10 Univ Hull System for radiopharmaceutical production
JP6466774B2 (ja) * 2015-04-30 2019-02-06 栄研化学株式会社 マイクロチップ
JP6394651B2 (ja) * 2016-07-15 2018-09-26 ウシオ電機株式会社 基板の貼り合わせ方法およびマイクロチップの製造方法
JP2017203776A (ja) * 2017-06-21 2017-11-16 ソニー株式会社 マイクロチップ
JP7167434B2 (ja) 2017-12-13 2022-11-09 株式会社ニコン 流体デバイス、リザーバー供給システムおよび流路供給システム
USD878622S1 (en) * 2018-04-07 2020-03-17 Precision Nanosystems Inc. Microfluidic chip
JP6658857B2 (ja) * 2018-12-27 2020-03-04 ソニー株式会社 マイクロチップ
WO2020183938A1 (ja) * 2019-03-08 2020-09-17 株式会社フコク マイクロ流路チップ
CN111013676A (zh) * 2019-12-17 2020-04-17 江苏圣极基因科技有限公司 一种液滴制备方法及微流控芯片

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030049659A1 (en) * 2001-05-29 2003-03-13 Lapidus Stanley N. Devices and methods for isolating samples into subsamples for analysis
CN1675536A (zh) * 2002-08-02 2005-09-28 日本电气株式会社 微芯片、制造微芯片的方法、以及检测成分的方法
EP1707267A1 (en) * 2005-03-30 2006-10-04 F. Hoffman-la Roche AG Device having a self sealing fluid port
EP1867733A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-19 Hitachi Software Engineering Co., Ltd. Biological material preparation chip and preparation chip system and method for DNA extraction from biological materials

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4912517B2 (ja) * 1996-04-03 2012-04-11 アプライド バイオシステムズ リミテッド ライアビリティー カンパニー 複数の分析物の検出のためのデバイスおよび方法
AU2002253781A1 (en) * 2000-11-06 2002-07-24 Nanostream Inc. Microfluidic flow control devices
US6521188B1 (en) * 2000-11-22 2003-02-18 Industrial Technology Research Institute Microfluidic actuator
US6802342B2 (en) * 2001-04-06 2004-10-12 Fluidigm Corporation Microfabricated fluidic circuit elements and applications
US20040132166A1 (en) * 2001-04-10 2004-07-08 Bioprocessors Corp. Determination and/or control of reactor environmental conditions
US20030040119A1 (en) * 2001-04-11 2003-02-27 The Regents Of The University Of Michigan Separation devices and methods for separating particles
US20020187564A1 (en) * 2001-06-08 2002-12-12 Caliper Technologies Corp. Microfluidic library analysis
EP1439910A2 (en) * 2001-07-26 2004-07-28 Motorola, Inc. System and methods for mixing within a microfluidic device
US20030138969A1 (en) * 2002-01-24 2003-07-24 Jakobsen Mogens Havsteen Closed substrate platforms suitable for analysis of biomolecules
GB0128350D0 (en) 2001-11-27 2002-01-16 Lab901 Ltd Non-rigid apparatus for microfluidic applications
JP2004150891A (ja) * 2002-10-29 2004-05-27 Starlite Co Ltd 化学マイクロデバイス
JP2004219199A (ja) 2003-01-14 2004-08-05 Teruo Fujii 化学マイクロデバイス
JP4399766B2 (ja) * 2003-07-04 2010-01-20 横河電機株式会社 化学反応用カートリッジ
US7111501B2 (en) * 2003-10-03 2006-09-26 Agilent Technologies, Inc. Devices and methods for separating constituents
JP2006029485A (ja) 2004-07-20 2006-02-02 Pentax Corp マイクロバルブ及び該バルブを有するマイクロ流体デバイス
JP2006053064A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Pentax Corp マイクロ流体チップ及びその製造方法
JP4694945B2 (ja) 2005-01-26 2011-06-08 セイコーインスツル株式会社 反応器、マイクロリアクタチップ、及びマイクロリアクタシステム、並びに反応器の製造方法
JP2006246777A (ja) * 2005-03-10 2006-09-21 Canon Inc 生化学反応用カートリッジおよび生化学反応カートリッジ内での溶液の移動方法
US20070014695A1 (en) * 2005-04-26 2007-01-18 Applera Corporation Systems and Methods for Multiple Analyte Detection
JP2009042103A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Sony Corp 基板、これを用いた反応処理装置並びに反応制御方法
US8192360B2 (en) * 2007-09-25 2012-06-05 Pacesetter, Inc. Implantable body fluid analyzer
JP5215712B2 (ja) 2008-04-08 2013-06-19 日立アロカメディカル株式会社 マイクロチップ
JP2009284769A (ja) 2008-05-27 2009-12-10 Sony Corp マイクロ基板
JP5071282B2 (ja) 2008-07-15 2012-11-14 ソニー株式会社 ビット選択回路
JP5218443B2 (ja) * 2010-02-10 2013-06-26 ソニー株式会社 マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030049659A1 (en) * 2001-05-29 2003-03-13 Lapidus Stanley N. Devices and methods for isolating samples into subsamples for analysis
CN1675536A (zh) * 2002-08-02 2005-09-28 日本电气株式会社 微芯片、制造微芯片的方法、以及检测成分的方法
EP1707267A1 (en) * 2005-03-30 2006-10-04 F. Hoffman-la Roche AG Device having a self sealing fluid port
EP1867733A1 (en) * 2006-06-16 2007-12-19 Hitachi Software Engineering Co., Ltd. Biological material preparation chip and preparation chip system and method for DNA extraction from biological materials

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104949789A (zh) * 2014-03-26 2015-09-30 中国科学院理化技术研究所 一种微流道压力传感器
CN104949789B (zh) * 2014-03-26 2017-10-31 中国科学院理化技术研究所 一种微流道压力传感器
CN105715865A (zh) * 2016-03-24 2016-06-29 中国科学院理化技术研究所 电磁微阀装置
CN105715865B (zh) * 2016-03-24 2018-04-27 中国科学院理化技术研究所 电磁微阀装置
CN109844111A (zh) * 2016-12-13 2019-06-04 荣研化学株式会社 微芯片

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011099246A1 (en) 2011-08-18
JP2011163984A (ja) 2011-08-25
EP2533902B1 (en) 2019-04-03
JP5218443B2 (ja) 2013-06-26
US9132424B2 (en) 2015-09-15
US20160001287A1 (en) 2016-01-07
US20120301372A1 (en) 2012-11-29
CN102740977B (zh) 2016-05-04
US9597683B2 (en) 2017-03-21
EP2533902A1 (en) 2012-12-19
SG182707A1 (en) 2012-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102740977A (zh) 微芯片和微芯片制造方法
US9435765B2 (en) Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
US8314488B2 (en) Sample liquid supply container, sample liquid supply container set, and microchip set
US9375696B2 (en) Microarray processing apparatus, well plate for microarray processing apparatus, microarray holder, and microarray washing method
US20140193810A1 (en) Liquid injection jig set
US8691163B2 (en) Sample solution introduction kit and sample solution injector
JP2011163984A5 (zh)
CN109746059B (zh) 微液滴生成系统
CN102527452A (zh) 微型芯片
US20130153424A1 (en) Microchip
JP5708683B2 (ja) マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
EP3388841B1 (en) Microchip and method for manufacturing the same
CN112934277B (zh) 一种微流体芯片快速低耗样充样方法
EP2943278B1 (en) Cartridge and system for manipulating samples in liquid droplets
JP5182099B2 (ja) マイクロチップ、およびマイクロチップ検査システム
WO2011138635A1 (en) Capillary electrophoresis chips
US20190255524A1 (en) Transfer arrays for simultaneously transferring multiple aliquots of fluid
CN210886049U (zh) 数字pcr成像法检测中应用的微液滴取样装置以及其系统
US20140134077A1 (en) Sample liquid injection tool and sample liquid heat treatment apparatus
CN104226384B (zh) 液体导流装置
EP3153853A1 (en) Plastic microchip
US11566727B2 (en) Fluid handling device and manufacturing method of fluid handling device
JP2010014437A (ja) 流体取扱装置
KR101551644B1 (ko) 연속 유동식 혈액 분리 구조를 갖는 바이오칩
Adamski et al. On-chip gel electrophoresis of DNA in inkjet 3D printed lab-on-a-chip

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant