CN110622007A - 微流体器件 - Google Patents

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CN110622007A CN201880031701.8A CN201880031701A CN110622007A CN 110622007 A CN110622007 A CN 110622007A CN 201880031701 A CN201880031701 A CN 201880031701A CN 110622007 A CN110622007 A CN 110622007A
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Abstract

本发明提供一种微流体器件，其能够可靠地进行流体到分支流路中的称取和预定量的流体到多个分支流路中的分注。本发明涉及微流体器件(11)，其中，微流路(11)具有主流路(12)和分支流路(15)～(17)，主流路(12)具有第一流路扩大部(12d)，分支流路(15)～(17)具有第二流路扩大部(15c)～(17c)，就下述式(1)中所示的T值而言，作为所述分支流路的T值的TB值与作为所述主流路的T值的TE值之差(TB‑TE)为5以上，T＝{1/(x2·R)}·(θ/90) 式(1)。需要说明的是，在式(1)中，x是第一、第二流路扩大部的起点处的流路宽度，R是第一、第二流路扩大部中的曲面状部分的曲率半径。θ表示以第一、第二流路扩大部的起点以及流路扩大部的终点为端部且曲率半径为R的圆弧所对应的中心角。

Description

微流体器件
技术领域
本发明涉及一种具有合成树脂的注塑成型体的微流体器件。
背景技术
已经提出有各种微流体器件用于生化分析等中。就输送流体并使其在预定的部分停止而言，在微流路中设置送液阻力不同的部分是必要的。在下述的专利文献1中，公开了一种设置了快速扩大微流路的流路截面的流路扩大部的结构。认为通过流路扩大部中的送液阻力的增大，能够使流体停止。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2002-527250号公报
发明内容
发明所解决的技术问题
在上述微流体器件中，广泛使用合成树脂的注塑成型体以实现小型化和低成本化。就制造这种合成树脂的注塑成型体而言，使流路内表面在所述流路扩大部的流路快速变化的拐点处呈曲面状是必要的。否则，难以从成型模具中取出注塑成型体。
然而，在上述拐点附近是曲面的情况下，根据曲面部的曲率半径，流体的流动容易度产生差异。因此，例如，在主流路中设置有流路扩大部，分支流路中设置有流路扩大部的情况下，流体有时不能可靠地被称取到分支流路侧。即，存在流体从作为称取部的分支流路流向下游侧的风险。
此外，即使在流体被分注到多个分支流路中的情况下，也存在不能将流体可靠地分注到各分支流路中的风险。
本发明的目的是提供一种微流体器件，其能够可靠地进行流体到分支流路中的称取和流体到多个分支流路中的分注。
解决问题的技术手段
本发明的微流体器件具有包含合成树脂的注塑成型体，并且设置有微流路，其中，所述微流路具备主流路和分支流路，所述主流路具有分支部和设置在所述分支部下游侧并且增加流路阻力的第一流路扩大部，所述分支流路连接到所述主流路的所述分支部，并且具有设置在所述分支部下游侧并增加流路阻力的第二流路扩大部，流路内表面在所述第一、第二流路扩大部处呈曲面状，当将所述第一、第二流路扩大部的起点处的流路宽度设为x，将对曲面状的所述流路内表面进行俯视观察时的曲率半径设为R，并且将以所述第一、第二流路扩大部的起点以及所述第一、第二流路扩大部的终点为端部且曲率半径为R的圆弧所对应的中心角设为θ时，就下述式(1)中所示的T值而言，作为所述分支流路的T值的TB值与作为所述主流路的T值的TE值之差满足TB-TE≥5，
T＝{1/(x2·R)}·(θ/90) 式(1)。
在本发明的微流体器件的特定方案中，设置有多个所述分支部，多个分支流路以一对一的方式分别与多个所述分支部连接，并且，就所述各分支流路而言，其满足TB-TE≥19。在这种情况下，能够可靠地将流体分注到多个分支流路中。
在本发明的微流体器件的另一个特定方案中，所述微流体器件还具备将多个所述分支流路的所述第二流路扩大部彼此进行连接的连接流路。
在本发明的微流体器件的另一个特定方案中，所述微流体器件还具备与所述第一流路扩大部连接的废液部。
在本发明的微流体器件的另一个特定方案中，在所述分支流路上还设置有狭窄部，其与所述第二流路扩大部的上游侧相连并且其流路窄于所述第二流路扩大部和所述分支流路的其余部分。
在本发明的微流体器件的另一个特定方案中，所述微流体器件还具备设置在所述主流路的上游侧的送液机构。
发明效果
根据本发明的微流体器件，在具有注塑成型体的微流体器件中，可以在分支流路中可靠地称取预定量的流体，并且可以将预定量的流体可靠地分注到多个分支流路中。
附图说明
[图1]图1是表示本发明的一个实施方式的微流体器件的外观的立体图。
[图2]图2是用于说明本发明的一个实施方式的微流体器件的微流路的示意性平面图。
[图3]图3是用于说明流路宽度x、曲率半径R以及角度θ的示意性平面图。
[图4]图4是表示扩大流路截面的方向的示意性截面图。
[图5]图5是用于说明角度θ＝120°的情况下的流路扩大部中的曲面状部分的示意性平面图。
[图6]图6是用于说明角度θ＝60°的情况下的流路扩大部中的曲面状部分的示意性平面图。
具体实施方式
在下文中，将通过参照附图对本发明的具体实施方式进行说明来阐明本发明。
图1是表示本发明的一个实施方式的微流体器件的外观的立体图。微流体器件1具有由合成树脂的注塑成型体制成的基板2。基板2上叠层有盖板3，在基板2的下表面上叠层有底板4。盖板3和底板4包含弹性体或无机合成树脂。在基板2中设置有微流路。
需要说明的是，微流路是指在输送液体(微液体)时产生微观效果的微细的流路。
在这样的微流路中，液体受到强烈的表面张力的影响，显示与在通常的尺寸的流路中流动的液体不同的行为。
微流路的横截面形状和尺寸不受特别限定，只要产生上述微观效果即可。例如，当使流体流过微流路时，在使用泵或重力的情况下，从降低流路阻力的观点出发，微流路的横截面形状为大致矩形(包括正方形)时，较小的边的尺寸优选为20μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上。从微流体器件的小型化的观点出发，上述较小的边的尺寸优选为5mm以下，更优选为1mm以下，进一步优选为500μm以下。此外，在微流路的横截面形状为大致圆形的情况下，直径(在椭圆的情况下为短直径)优选为20μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上。从微流体器件的小型化的观点出发，直径(在椭圆的情况下为短直径)优选为5mm以下，更优选为1mm以下，进一步优选为500μm以下。
另一方面，例如，当使流体流过微流路时，在有效地使用毛细管现象的情况下，在微流路的横截面形状为大致矩形(包括正方形)的情况下，较小的边的尺寸优选为5μm以上，更优选为10μm以上，进一步优选为20μm以上，并且优选为200μm以下，更优选为100μm以下。
如图2所示，微流路11具有主流路12。作为送液机构的微型泵13设置在主流路12的上游侧。
主流路12设置有多个分支部12a～12c。此外，第一流路扩大部12d设置在设置有分支部12a～12c的部分的下游侧。第一流路扩大部12d是主流路12的流路截面快速扩大的部分。通过该第一流路扩大部12d，决定主流路12输送的流体的送液阻力。
第一流路扩大部12d连接有废液部14。
所述分支部12a～12c分别连接有分支流路15～17。分支流路15～17具有连接到分支部12a～12c的分支流路主体部15a～17a。分支后流路狭窄部15b～17b连接到分支流路主体部15a～17a的下游侧端部。分支后流路狭窄部15b～17b的下游侧端部连接有第二流路扩大部15c～17c。第二流路扩大部15c、16c、17c的下游侧端部连接到连接流路18。此外，设置旁路流路19以连接第一流路扩大部分12d和连接流路18。
上述分支后流路狭窄部15b、16b、17b的流路截面的尺寸窄于第二流路扩大部15c、16c、17c和作为分支流路15、16、17的其余部分的分支流路主体部15a、16a、17a的流路截面。此外，第二流路扩大部15c、16c、17c是流路截面快速扩大的部分，从而分别给各分支流路15、16、17中的流体提供送液阻力。
就该实施方式的特征而言，就下述式(1)中所示的T值而言，TB-TE设定为5以上，更优选为19以上。需要说明的是，TB值是分支流路15、16、17的第二流路扩大部15c、16c、17c中的T值，TE值是主流路12的第一流路扩大部12d中的T值。
T＝{1/(x2·R)}·(θ/90) 式(1)
将参照图3对上述T值进行说明。作为一个代表性示例，图3是将分支流路15的分支后流路狭窄部15b和第二流路扩大部15c连接的部分扩大表示的示意性平面图。这里，式(1)中的流路宽度x是指第二流路扩大部15c的起点15c1处的流路宽度(单位：μm)。
在第二流路扩大部15c中，流路截面逐渐增大。这里，由于使用由注塑成型体制成的基板2，因此为了进行注塑成型，流路的内壁像该第二流路扩大部15c那样呈曲面状是必要的。在该第二流路扩大部15c中，在俯视观察曲面状部分的情况下，曲率半径是R(单位：μm)。并且，θ(°)是以第二流路扩大部15c的起点15c1和终点15c2为端部且上述半径R的圆弧Ra所对应的中心角。因此，在图3中，θ是90°。
需要说明的是，在流路扩大部中，当进行俯视观察时，在第二流路扩大部15c中流路截面逐渐增大，流路截面在图4中箭头A和B所示的垂直方向上逐渐增大，并且在箭头C和D所示的左右方向上也逐渐增大。
需要说明的是，在图3中，角度θ是90°。图5和图6分别是表示在θ＝120°和60°的情况下第二流路扩大部15c的曲面状部分的示意性平面图。如图5所示，半径R的圆弧Ra以起点15c1和终点15c2作为端部。并且，在图5中，与该圆弧Ra所对应的中心角θ是120°。此外，在图6中，与该圆弧Ra所对应的中心角θ是60°。
在微流体器件1中，在微流路11中将上述TB-TE设定为5以上，更优选设为19以上，从而能够在分支流路15、16、17中称取预定量的流体，或者能够将预定量的流体可靠地分注到分支流路15、16、17中。这将基于以下的实验例进行说明。
(实验例1～16)
制备微流体器件1，其中将盖板3和底板4叠层在作为包含环烯烃聚合物的注塑成型体的基板2上。在该微流体器件1中设置了各种尺寸的具有两个分支流路15、16的微流路11。下述表1表示用作第一、第二流路扩大部12d、15c或16c的流路扩大部的设计参数。表1的T1～T36表示各流路扩大部的编号。
作为实验例1～16，如下述表2所示，制作各微流体器件1，将第二流路扩大部和第一流路扩大部制成由T编号表示的尺寸。表2中一起显示了TB值和TE值。
[表1]
T编号 ×(μm) R(μm) θ(°) T
T1 1 0.2 60 3.333333333
T2 1 0.2 90 5
T3 1 0.2 120 6.666666667
T4 1 0.4 60 1.666666667
T5 1 0.4 90 2.5
T6 1 0.4 120 3.333333333
T7 1 0.6 60 1.111111111
T8 1 0.6 90 1.666666667
T9 1 0.6 120 2.222222222
T10 0.7 0.2 60 6.802721088
T11 0.7 0.2 90 10.20408163
T12 0.7 0.2 120 13.60544218
T13 0.7 0.4 60 3.401360544
T14 0.7 0.4 90 5.102040816
T15 0.7 0.4 120 6.802721088
T16 0.7 0.6 60 2.267573696
T17 0.7 0.6 90 3.401360544
T18 0.7 0.6 120 4.535147392
T19 0.5 0.2 60 13.33333333
T20 0.5 0.2 90 20
T21 0.5 0.2 120 26.66666667
T22 0.5 0.4 60 6.666666667
T23 0.5 0.4 90 10
T24 0.5 0.4 120 13.33333333
T25 0.5 0.6 60 4.444444444
T26 0.5 0.6 90 6.666666667
T27 0.5 0.6 120 8.888888889
T28 0.2 0.2 60 83.33333333
T29 0.2 0.2 90 125
T30 0.2 0.2 120 166.6666667
T31 0.2 0.4 60 41.66666667
T32 0.2 0.4 90 62.5
T33 0.2 0.4 120 83.33333333
T34 0.2 0.6 60 27.77777778
T35 0.2 0.6 90 41.66666667
T36 0.2 0.6 120 55.55555556
[表2]
如表2所示，例如，在实验例1中，因为具有T29的流路扩大部分，因此支流路的TB值为125。另一方面，因为具有T11的流路扩大部，因此实验例1中的TE值为10.2。因此，TB-TE为114.8。
如上所述，制作了具有不同的TB-TE的实施例1～16的微流体器件1。
在上述微流体器件1中，使用微型泵13输送接触角为90°的水溶液。在能够将预定量的流体分注到两个分支流路15、16中的情况下，在下述表3中作为分注时的结果给出○。在不能将预定量的流体可靠地分注到多个分支流路15、16中的情况下给出×。
[表3]
从表3可以明显发现，如果TB-TE为19以上，则能够可靠地将流体分注到分支流路15、16中。
(实验例17～32)
接下来，以与上述相同的方式制作具有一个上述分支流路的微流体器件。即，除了仅有一条分支流路15连接到主流路上而没有分支流路16之外，以与上述实验例1～16中相同的方式制作微流体器件1。就该分支流路的TB而言，分别以与实验例1～16中相同的方式制作实验例17～32的微流体器件1。并且，以与实验例1～16中相同的方式输送接触角为90°的水溶液以确认是否可靠地称取5μL量的流体到一个分支流路中。在可靠地进行该称取的情况下，在下表4中给出○，并且在未可靠地进行称取的情况下给出×。
[表4]
从表4可以明显发现，如果TB-TE为5以上，则能够可靠地称取预定量的流体到一个分支流路中。
需要说明的是，可以使用的流体没有特别限定，已经确认只要是接触角为70°～130°的范围的流体，就能够以与上述实验例1～32中相同的方式根据本发明而可靠地称取流体或将流体分注。
符号说明
1···微流体器件
2···基板
3···盖板
4···底板
11···微流路
12···主流路
12a～12c···分支部
12d···第一流路扩大部
13···微型泵
14···废液部
15～17···分支流路
15a～17a···分支流路主体部
15b～17b···分支后流路狭窄部
15c～17c···第二流路扩大部
15c1···起点
15c2···终点
18···连接流路
19···旁路流路

Claims (6)

1.一种微流体器件，其具有包含合成树脂的注塑成型体，并且设置有微流路，其中，
所述微流路具备主流路和分支流路，所述主流路具有分支部和设置在所述分支部下游侧并且增加流路阻力的第一流路扩大部，所述分支流路连接到所述主流路的所述分支部，并且具有设置在所述分支部下游侧并增加流路阻力的第二流路扩大部，
流路内表面在所述第一、第二流路扩大部处呈曲面状，当将所述第一、第二流路扩大部的起点处的流路宽度设为x，将对曲面状的所述流路内表面进行俯视观察时的曲率半径设为R，并且将以所述第一、第二流路扩大部的起点以及所述第一、第二流路扩大部的终点为端部且曲率半径为R的圆弧所对应的中心角设为θ时，就下述式(1)中所示的T值而言，作为所述分支流路的T值的TB值与作为所述主流路的T值的TE值之差满足TB-TE≥5，
T＝{1/(x2·R)}·(θ/90)式(1)。
2.根据权利要求1所述的微流体器件，其中，
设置有多个所述分支部，多个分支流路以一对一的方式分别与多个所述分支部连接，并且，就所述各分支流路而言，其满足TB-TE≥19。
3.根据权利要求2所述的微流体器件，其还具备将多个所述分支流路的所述第二流路扩大部彼此进行连接的连接流路。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的微流体器件，其还具备与所述第一流路扩大部连接的废液部。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的微流体器件，其中，
在所述分支流路上还设置有狭窄部，其与所述第二流路扩大部的上游侧相连并且其流路窄于所述第二流路扩大部和所述分支流路的其余部分。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的微流体器件，其还具备设置在所述主流路的上游侧的送液机构。
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