CN110785373B - 微流控芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种微流控芯片，其能够抑制分支流路之间的污染(Contamination)，具有相对简单的流路结构，可以推进小型化。本发明提供微流控芯片(1)，其是具有输送流体的流路结构(3)的微流控芯片(1)，流路结构(3)具有：主流路(4)，其具有流入口(5)和流出口(6)；多个分支流路(11)～(13)，其与主流路(4)相连接，与主流路(4)连接的一侧是流入端，与流入端相对侧的端部是流出端；副分支流路(14)，其在多个分支流路(11)～(13)内在至少一对彼此相邻的分支流路(11)和(12)之间与主流路(4)相连接，其中，副分支流路(14)的与主流路(4)相连接的一侧是流入端。

Description

微流控芯片
技术领域
本发明涉及具有输送流体的流路结构的微流控芯片。
背景技术
目前，已知各种微流控芯片。例如，在下述专利文献1中记载的基因检查用微反应器中，从主流路分支出的多个分支流路中分别设置有多个反应槽。这里，为了防止污染(Contamination)，独立地构成有每个样品的试剂输送系统部件和控制检测部件。通过在各反应槽的上游侧和下游侧使用防回流阀，可以抑制反应槽之间的污染。
此外，在下述专利文献2中，公开了通过使用气体发生阀，防止流体的移动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-217818号公报
专利文献2：日本特开2008-253261号公报
发明内容
发明所解决的技术问题
如专利文献1和专利文献2中所述，在设置有多个反应槽的微流控芯片中，为了防止反应槽之间的污染，每个反应槽必须使用防回流阀和气体发生阀。因此，存在控制这种输送的阀的数量增加、结构变得复杂这样的问题。此外，微流控芯片的小型化也是困难的。
本发明的目的是提供一种微流控芯片，其能够减少用于输送控制的阀等的数量，能够简化流路结构，并且有效地实现小型化。
解决问题的技术手段
本发明的微流控芯片是具有输送流体的流路结构的微流控芯片，所述流路结构具有：主流路，其具有流体流入的流入口和流体流出的流出口；多个分支流路，其与所述主流路相连接，与所述主流路连接的一侧是流入端，与所述流入端相对侧的端部是流出端；副分支流路，其在所述多个分支流路内在至少一对彼此相邻的分支流路之间与所述主流路相连接，其中，所述副分支流路的与所述主流路相连接的一侧是流入端。在本发明的微流控芯片中，优选所述副分支流路不具有流出端。
在本发明的微流控芯片中，优选在两个以上的分支流路的流入端共用的主流路的内壁面上，开口有所述副分支流路的流入端。在这种情况下，能够更有效地抑制分支流路之间的污染。
在本发明的微流控芯片的另一个特定方案中，开口有所述分支流路和所述副分支流路的内壁是位于与所述分支流路延伸的方向垂直的方向上的内壁。在本发明的微流控芯片的进一步特定方案中，所述主流路的横截面是矩形。
在本发明的微流控芯片的另一个特定方案中，在相邻分支流路之间的所有位置处，设置有所述副分支流路。在这种情况下，能够有效地抑制所有相邻分支流路之间的污染。
在本发明的微流控芯片的另一个特定方案中，在所述副分支流路中设置有流路截面积大于所述副分支流路的与所述主流路相连接的流入端处的流路截面积的部分。在这种情况下，能够将流体可靠地导入副分支流路。此外，被导入至副分支流路的流体不易泄漏到副分支流路之外。因此，能够更可靠地抑制污染。
在本发明的微流控芯片的另一个特定方案中，其还具备与所述多个分支流路的所述流出端侧相连接的连接流路，其中，该连接流路与所述主流路相连接。
在本发明的微流控芯片的另一个特定方案中，在所述主流路的流入端和所述流出端，设置有能够封停流体的移动的封停部。
发明效果
在本发明的微流控芯片中，不需要各分支流路的用于输送控制的阀等，因此能够减少阀等的数量，并且能够实现流路结构的简化。此外，可以促进微流控芯片的小型化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的微流控芯片的立体图。
图2是用于说明本发明的第一实施方式的微流控芯片中的流路结构的示意性平面图。
图3是表示在本发明的第一实施方式的微流控芯片的流路结构中，多个分支流路被流体填充的状态的示意性平面图。
图4是用于说明本发明的第一实施方式的微流控芯片的流路结构中的主流路和副分支流路的局部剖视放大截面图。
图5是用于说明本发明的第二实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图6是用于说明本发明的第三实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图7是用于说明本发明的第四实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图8是用于说明本发明的第五实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图9是用于说明本发明的第六实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图10是用于说明本发明的第七实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图11是表示本发明的第八实施方式的微流控芯片的流路结构的示意性平面图。
图12是表示本发明的第九实施方式的微流控芯片的立体图。
图13是用于说明以使得主流路在铅直方向上的方式使用本发明的第九实施方式的微流控芯片的方法的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图说明本发明的具体实施方式，从而阐明本发明。
图1是表示本发明的第一实施方式的微流控芯片的立体图，图2是表示其流路结构的示意性平面图。
微流控芯片1具有矩形板状的芯片主体2。芯片主体2由叠层多个层而形成的叠层体构成。构成该多个层的材料由合成树脂、玻璃等适当的材料构成。
在芯片主体2中设置有由图1中的虚线表示的流路结构3。如图2所示，该流路结构3是输送流体的部分，流路结构3具有主流路4。在主流路4的一端处设置有流入口5，另一端处设置有流出口6。在该流入口5侧设置有阀7，在流出口6侧设置有阀8。
阀9设置在主流路4中相对于与后述的分支流路13相连接的部分的下游侧。即，在连接有分支流路13的部分与设置有阀8的部分之间，设置有阀9。
需要说明的是，所述阀7、8以及9构成能够封停主流路4的封停部。但是，也可以使用能够通过外部的操作等打开和关闭主流路4的其他封停部件代替阀7、8以及9。
主流路4与多个分支流路11～13的一端相连接。分支流路11～13设置为进行PCR反应的反应槽。在分支流路11～13的与连接到主流路4的一侧相对侧的端部处，设置有截面积比分支流路11～13小的流路阻力部16～18。所述分支流路11～13的一端是流入端，开口在主流路4上。分支流路11～13的另一端是流出端，与所述流路阻力部16～18相连接。
流路阻力部16～18的下游端与连接流路19相连接。连接流路19在阀9的下游侧与主流路4相连接。
在相邻的分支流路11和12之间，主流路4与副分支流路14相连接。在相邻的分支流路12和13之间，主流路4也与副分支流路15相连接。副分支流路14和15具有与主流路4相连接的流入端，副分支流路14和15没有气体的流出口。此外，副分支流路14和15的流入端开口在主流路4上。
设置副分支流路14以防止分支流路11和12之间的样品、试剂的污染。设置副分支流路15以抑制相邻分支流路12和13之间的污染。
在所述微流控芯片1中，输送作为液体样品或液体试剂的流体。更具体而言，作为打开了阀7、8以及9的状态，将流体从流入口5输送到主流路4。如图3所示，被输送的流体填充到分支流路11、12以及13中。在这种情况下，以低于流路阻力部16～18的输送压力进行输送。因此，没有流体被输送到流路阻力部16～18。
进一步，从流入口5侧导入气体，主流路4中的流体从流出口6流出。接着，关闭阀7和阀9。在这种状态下，主流路4中没有流体存在。仅在分支流路11～13中填充有流体。
需要说明的是，在阀9为关闭状态的情况下，阀8也可以为关闭状态。
如上所述，流体被封停在分支流路11、12以及13中。
在PCR反应期间，重复进行将RNA等与试剂一起混合而得到的流体加热到预定温度的工序。由此，使RNA等经聚合酶而聚合，使用光学检测手段等检测出链延长而得的核酸。在这种情况下，如上所述地重复加热在分支流路11、12以及13中作为反应液的流体。当加热流体时，其发生膨胀，存在从分支流路11～13侧移动到主流路4侧的倾向。因此，在分支流路11中的流体与分支流路12中的流体之间有时发生污染。
然而，在微流控芯片1中，副分支流路14设置在相邻的分支流路11和12之间。因此，即使存在通过加热而膨胀、向主流路4侧移动的流体，也会进入副分支流路14，而不会到达另一侧的分支流路12或分支流路11。因此，不易发生相邻的分支流路11和12之间的流体之间的污染。由于副分支流路15也设置在相邻的分支流路12和13之间，因此也同样地能够抑制污染。
图4是与沿着图2的A-A线的部分相对应的部分剖视放大截面图。该截面是主流路4的横截面。主流路4具有内壁面4a～4d。在本发明中，优选在多个分支流路11～13的流入端共用的内壁面4a上，开口有副分支流路14和15的流入端。
副分支流路14和15优选连接到与分支流路11～13相连接的主流路4的相同的内壁上。虽然没有特别限定，但是在本实施方式中，主流路4具有矩形的横截面形状。因此，具有四个内壁4a～4d。其中，内壁4a与副分支流路14相连接。此外，如虚线所示，分支流路11也与所述内壁4a相连接。如上所述，在相同的内壁4a上开口有分支流路11～13的流入端和副分支流路14和15的流入端的情况下，从分支流路11～13通过热膨胀而浸入主流路4的流体，容易沿着内壁4a进入副分支流路14。由此，能够更有效地抑制所述污染。但是，可以在主流路4的不同内壁上开口有分支流路11～13的流入端和副分支流路14和15的流入端。在本实施方式中，副分支流路14从主流路4的内壁4a向相对于主流路4远离的方向上延伸，即，在分支流路11、分支流路12延伸的方向上延伸。然而，也可以使用图4中以虚线表示的副分支流路14A。副分支流路14A与内壁4a连接，并且从主流路4的内壁4a向下方延伸。在这种情况下，也是朝向多个分支流路11～13的流入端共用的主流路4的内壁面4a而开口有副分支流路14A。
此外，如副分支流路14A那样，副分支流路的延伸方向不限于分支流路11～13延伸的方向，可以是主流路4的深度方向。
此外，在本实施方式中，主流路4从与长期流路11相连接的部分朝向与分支流路3相连接的部分而直线状地延伸。然而，在本发明中，主流路可以在分支流路之间具有曲线状的形状的部分。因此，副分支流路的流入端可以开口在该曲线状部分上。
虽然没有特别限定，但是在本实施方式中，主流路4的内壁4a位于与分支流路11、12以及13延伸的方向垂直的方向上。因此，能够更有效地抑制相邻的分支流路11和12之间、相邻的分支流路12和13之间的污染。
需要说明的是，在微流控芯片1中，在相邻的一对分支流路11和12与一对分支流路12和13之间均设置有副分支流路14和15。但是，不一定必须在多个相邻的一对分支流路之间的所有位置处设置有副分支流路。副分支流路设置在至少一对分支流路之间即可。优选如在本实施方式中所示，优选在相邻的一对分支流路之间的所有位置处设置有副分支流路14和15。
优选在副分支流路14和15中设置有流路截面积大于副分支流路14和15的与主流路4相连接的流入端处的流路截面积的部分。因此，在本实施方式中，如图2所示，副分支流路的最大流路截面积部分设置在与连接到主流路4的部分不同的位置。
由此，优选副分支流路14和15设置有流路截面积大于流入端处的流路截面积的部分。由此，能够更可靠地将通过加热膨胀而浸入的流体导入副分支流路14中。此外，导入到副分支流路14中的流体不易泄漏到副分支流路4外。
需要说明的是，副分支流路的流路截面积较大的部分可以通过扩大副分支流路的横截面中的宽度方向尺寸和深度方向尺寸中的至少一者而构成。
需要说明的是，在微流控芯片1的情况下，是指微细的流路，就所述流路的流路结构的截面形状和尺寸而言，当输送流体时会产生微观效应。在这样的流路结构中，流体受到强烈的表面张力的影响，显示出与流过正常的大尺寸的流路的流体不同的举动。
就输送流体的流路的横截面形状和尺寸而言，只要产生所述微观效应，就没有特别限定。因此，主流路4、分支流路11、12、13以及副分支流路14、15的横截面可以是矩形，也可以是圆形，也可以是椭圆形等。此外，例如，在使流体流过输送流体的流路时，在使用泵或重力的情况下，从进一步减小流路阻力的观点出发，流路的横截面形状为大致长方形(包含正方形)的情况下，较小一方的边的尺寸优选为20μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上。此外，从进一步使微流控芯片1小型化的观点出发，优选为5mm以下，更优选为1mm以下，进一步优选为500μm以下。
此外，在输送流体的流路的横截面形状为大致圆形的情况下，直径(在椭圆形的情况下为短径)优选为20μm以上，更优选为50μm以上，进一步优选为100μm以上。从进一步使微流控芯片1小型化的观点出发，直径(在椭圆的情况下为短径)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，在使流体流过输送流体的流路时，更有效地利用毛细管现象时，流路的横截面形状为大致长方形(包含正方形)的情况下，较小一方的边的尺寸优选为5μm以上，更优选为10μm以上，进一步优选为20μm以上。此外，较小一方的边的尺寸优选为200μm以下，更优选为100μm以下。
随着副分支流路14和15的体积增大，而能够抑制污染。然而，为了抑制副分支流路14和15中的结露导致的流体的减少，副分支流路的体积优选为5μL以下。
此外，所述副分支流路中的流入端侧的流路截面积优选为约0.01mm2～2.0mm2。在这种情况下，能够使浸入主流路4侧的流体更可靠地导入副分支流路14和15中。
此外，分支流路11的开口在主流路4上的部分与分支流路12的开口在主流路4上的部分之间的距离，即相邻的分支流路11和12之间的开口在主流路4上的部分之间的距离优选为10.0mm以下。在这种情况下，能够实现微流控芯片1的小型化。
然而，从分支流路11和12的与主流路4相连接的流入端到副分支流路14与主流路4相连接的流入端的距离优选小于5.0mm。在这种情况下，能够使通过加热膨胀而浸入主流路4的流体被可靠地导入副分支流路14。
此外，流体与流路结构3的壁面之间的接触角优选为20°以上且120°以下。在该范围内时，能够如上所述地将流体可靠地导入分支流路11～13而进行PCR反应等，并且能够如上所述有效地抑制污染。
需要说明的是，本发明中的主流路和副分支流路的形状和配置形态没有特别限定。将参考图5～图10对第二～第七实施方式的微流控芯片中的流路结构进行说明。
在图5所示的第二实施方式中，流路结构21，在平面形状中除了使用矩形的副分支流路22和23之外，与图2所示的流路结构3具有大致相同的构成。
此外，在图6所示的第三实施方式的微流控芯片中的流路结构24中，除了设置有平面形状为三角形状的副分支流路25和26之外，具有与流路结构3相同的构成。此外，在图7所示的第四实施方式的微流控芯片的流路结构27中，设置有比分支流路11～13更细长的矩形的副分支流路28和29。由此，如副分支流路22、23、25、26、28、29所示，副分支流路的平面形状没有特别限定。
此外，在图8所示的第五实施方式的微流控芯片的流路结构31中，副分支流路22的长度＞副分支流路23的长度。此外，在图9所示的第六实施方式的微流控芯片的流路结构32中，分支流路11的长度＞分支流路12的长度＞分支流路13的长度且副分支流路径22的长度＞副分支流路23的长度。如流路结构31和32所示，多个分支流路的长度可以不同，多个副分支流路的长度可以不同。
此外，如图10所示的第七实施方式的微流控芯片的流路结构41所示，可以在主流路4的设置有多个分支流路11和12的部分的上游侧或下游侧设置副分支流路42和43。即，副分支流路42和副分支流路43可以设置在除了相邻的分支流路11和12间之外的部分。
此外，在图2中设置有连接流路19，但是也可以如图11所示的第八实施方式的流路结构51那样，不设置连接流路19，而在第1～第3分支流路11～13的下游侧设置阀52～54。即，可以打开所述阀52～54，使反应后的流体不返回到主流路4而从另一流路排出。
可以如图12所示的第九实施方式那样，使包含所述多个分支流路11～13的平面在垂直于铅直方向的方向上、即图12所示的方向上，而配置、使用微流控芯片1。或者，可以如图13所示那样，以使包含配置有多个分支流路11～13的面的平面在铅直方向上的方式进行配置而使用微流控芯片1。
此外，作为本发明的微流控芯片中的流体，不限于所述PCR反应中使用的样品、反应液，而可以广泛用于伴随有流体的加热的各种分析方法等中。
符号说明
1···微流控芯片
2···芯片主体
3···流路结构
4···主流路
4a～4d···内壁
5···流入口
6···流出口
7～9···阀
11～13···分支流路
14、15···副分支流路
16～18···流路阻力部
19···连接流路
21、24、27、31、32、41、51···流路结构
22、23、25、26、28、29、42、43···副分支流路
52～54···阀

Claims (7)

1.一种微流控芯片，其是具有输送流体的流路结构的微流控芯片，
所述流路结构具有：主流路，其具有流体流入的流入口和流体流出的流出口；
多个分支流路，其与所述主流路相连接，与所述主流路连接的一侧是流入端，与所述流入端相对侧的端部是流出端；
副分支流路，其在所述多个分支流路内在至少一对彼此相邻的分支流路之间与所述主流路相连接，
其中，所述副分支流路的与所述主流路相连接的一侧是流入端，
所述微流控芯片还具有与所述多个分支流路的所述流出端侧相连接的连接流路，该连接流路中与所述分支流路连接的部分的下游侧与所述主流路相连接，
所述副分支流路不具有流出端。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，
在两个以上的分支流路的流入端共用的主流路的内壁面上，开口有所述副分支流路的流入端。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其中，
所述主流路的开口有所述分支流路和所述副分支流路的内壁是位于与所述分支流路延伸的方向垂直的方向上的内壁。
4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其中，
所述主流路的横截面是矩形。
5.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其中，
在相邻分支流路之间的所有位置处，设置有所述副分支流路。
6.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其中，
在所述副分支流路中设置有流路截面积大于所述副分支流路的与所述主流路相连接的流入端处的流路截面积的部分。
7.根据权利要求1或2所述的微流控芯片，其中，
在所述主流路的流入端和所述流出端，设置有能够封停流体的移动的封停部。
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