CN112673090A - 微流控芯片及微流控器件 - Google Patents

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University of Tokyo NUC
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Abstract

微流控芯片插入于沿水平方向延伸的插槽，作为微流控器件使用。微流控芯片包括：上表面；下表面，位于上表面的相反侧；流体的流路，配置于上表面与下表面之间；和两个连通孔，与流路相通并在上表面开口。

Description

微流控芯片及微流控器件
技术领域
本发明涉及微流控芯片及微流控器件。
背景技术
微流体器件是为了进行流体的分析或合成而具有供液体流过的微小的流路的器件。作为构成微流控器件的微流控芯片的一种，开发模仿动物的内脏器官或组织而在流路中培养细胞的organ-on-a-chip(非专利文献1)。
Organ-on-a-chip例如在药物研发领域中，被用于动物实验的替代实验。动物实验虽然在评价药物的作用和副作用的方面有用，但是从爱护动物的观点来看是不被希望的。另外，即使能够进行动物实验来评价药物对某种动物的影响，但是该评价也不一定适用于其他种类的动物。例如，对于对老鼠投用药物的试验而言，无法充分地把握药物对人的作用和副作用。为了调查某种动物用的药物的影响，希望使用培养来自该动物细胞的organ-on-a-chip。
现有技术文献
专利文献
非专利文献1：Julia Rogal,et al.,"Integration concepts for multi-organc hips:how to maintain flexibility？！",Future Science OA,2017,[online]、[平成30年9月10日检索]、因特网(URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5481865/)
发明内容
发明所要解决的技术问题
包含Organ-on-a-chip的微流控芯片与另一构件(例如，插入有微流控芯片的保持架、重叠于微流控芯片的板或者培养有另一种类细胞的微流控芯片)结合来作为微流控器件使用。希望能够简单地制造这样的微流控器件。
对此，本发明提供一种能够简单地制造微流控器件的微流控芯片和具有该微流控芯片的微流控器件。
用于解决技术问题的方案
本发明的一种方式的微流控芯片是插入于沿水平方向延伸的插槽的微流控芯片，所述微流控芯片包括：上表面；下表面，位于所述上表面的相反侧；流体的流路，配置于所述上表面与所述下表面之间；和两个连通孔，与所述流路相通，并在所述上表面开口。
在该方式中，能够将微流控芯片沿着水平方向插入于插槽，并能够通过具有插槽的构件和微流控芯片简单地制造微流控器件。例如，为了使用organ-on-a-chip评价人的药物代谢，优选培养多个不同种类的细胞。在一片芯片培养多种细胞的况下，如果就算一种细胞培养失败，也会失去器件整体的功能。根据本发明的一个例，在各自分开的微流控芯片上分别培养种类不同的细胞，并仅选择培养成功了的微流控芯片，将这些微流控芯片装配于具有多个插槽的构件，由此能够将这些微流控芯片相互简单地连结。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的微流控器件的俯视图。
图2是示出分解了图1的微流控器件的各元件的俯视图。
图3是示出图1的微流控器件的连接流路芯片的俯视图。
图4是图3的连接流路芯片的IV-IV线向视剖视图。
图5是示出图1的微流控器件的微流控芯片的俯视图。
图6是图1的微流控器件的VI-VI线向视剖视图。
图7是示出图5的微流控芯片的流路板的后视图。
图8是示出与实施方式不同的微流控器件的侧面剖视图。
图9是图7的微流控芯片的IX-IX线向视放大剖面图。
图10是示出微流控芯片的流路板的一部分的放大后视图。
图11是示出微流控芯片的元件的配置的立体图。
图12是示出实施方式的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图13是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图14是示出实施方式的其他的变形例的微流控芯片的流路板的一部分的放大后视图。
图15是示出实施方式的其他的变形例的微流控芯片的流路板的一部分的放大后视图。
图16是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图17是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图18是示出实施方式中的要将微流控芯片插入于保持架的插槽之前的阶段的侧面剖视图。
图19是示出实施方式中的微流控芯片插入于保持架的插槽的最初阶段的侧面剖视图。
图20是示出图19的接下来的阶段的侧面剖视图。
图21是示出图20的接下来的阶段的侧面剖视图。
图22是示出图21的接下来的阶段的侧面剖视图。
图23是示出图22的接下来的阶段的侧面剖视图。
图24是示出比较例中的微流控芯片插入于保持架的插槽的最初阶段的侧面剖视图。
图25是示出图24之后的阶段的侧面剖视图。
图26是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图27是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的侧面剖视图。
图28是示出实施方式的其他的变形例的微流控器件的俯视图。
具体实施方式
以下，一边参照附图一边说明本发明的实施方式。在附图中，比例尺不一定准确地表示实施方式的产品，有时也会夸张地表示一部分的尺寸。
实施方式的微流控器件是organ-on-a-chip器件。如图1所示，微流控器件包括保持架1、保持于保持架1的多个(在本实施方式中为两个)微流控芯片2和保持于保持架1且连接微流控芯片2的连接流路芯片3。
各微流控芯片2是矩形的板。如图1和图2所示，保持架1为大致矩形的板，并具有供多个微流控芯片2沿着水平方向插入的、在水平方向上延伸的多个插槽4。另外，在保持架1的上部形成有供矩形的长条的连接流路芯片3嵌入的矩形的长条的开口部5。
如图3和图4所示，在连接流路芯片3的两端部形成有两个孔28，在连接流路芯片3的中央部形成有连接孔28的连接流路30。连接流路30沿着连接流路芯片3的长边方向延伸。两个孔28不贯穿通过连接流路芯片3，而是在连接流路芯片3的一面开口。
连接流路芯片3由透明的弹性体、例如以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主要成分的硅酮橡胶或者丙烯酸橡胶形成。制造连接流路芯片3的方法没有限定，例如可以通过3D打印来制造连接流路芯片3。具体而言，在形成孔28和连接流路30的支承材料(芯子)的周围，例如使用光造型法，利用紫外线固化型的PDMS形成连接流路芯片3的外形之后，利用碱溶液溶解去除支承材料，由此能够使孔28与连接流路30打通。但是，也可以通过对使用利用光刻或者3D打印形成了的模具所形成的部件进行接合来制造连接流路芯片3。
如图5和图6所示，各微流控芯片2具有：平板6，矩形的具有均匀的厚度；和流路板8，其为重叠于平板6的、矩形的具有均匀的厚度的平板。平板6具有平坦的上表面6a和平坦且与上表面6a平行的下表面6b。流路板8具有平坦的上表面8a和平坦且与上表面8a平行的下表面8b。平板6和流路板8水平地配置，流路板8配置于平板6的上方。平板6的上表面6a与流路板8的下表面8b接合。因此，流路板8的上表面8a是微流控芯片2的上表面，平板6的下表面6b是微流控芯片2的下表面。
平板6例如由玻璃或者丙烯酸树脂这样的透明材料形成。流路板8由透明的弹性体、例如以PDMS为主要成分的硅酮橡胶或者丙烯酸橡胶形成。平板6的厚度例如为1mm，流路板8的厚度例如为2mm，微流控芯片2整体的厚度例如为3mm。
如图1所示，平板6具有比流路板8大的长度，在微流控芯片2插入于插槽4的情况下，流路板8整体和平板6的一部分配置于插槽4的内部，而平板6的端部露出。
如图5和图7所示，在流路板8的下表面8b形成有成为液体的流路的凹部。凹部具有培养腔室凹部14h和分别与培养腔室凹部14h的两端相通的通路凹部16h、18h。在流路板8形成有与通路凹部16h相通的连通孔10和与通路凹部18h相通的连通孔12，且连通孔10、12在上表面8a开口。
平板6与流路板8接合，并覆盖凹部，从而与流路板8协同划定流路。在本实施方式中，流路具有培养有动物(包含人)的细胞的培养腔室14、介于连通孔10与培养腔室14之间的通路16和介于连通孔12与培养腔室14之间的通路18。通路16和通路18具有比培养腔室14小的宽度。通路16和通路18相互具有相同的宽度和长度。
培养腔室14是沿着直线延伸的长条的空间，通路16、18沿着相同的直线延伸。具有培养腔室14和通路16、18的流路由于从一个连通孔朝向另一个连通孔呈直线状地延伸(不弯折或者弯曲)，所以流路的结构简单。但是，培养腔室14和通路16、18也可以弯折或者弯曲。在本实施方式中，在各微流控芯片2中，连结配置于流路两端的两个连通孔10、12的线段相对于微流控芯片2插入于插槽4的插入方向倾斜，培养腔室14和通路16、18沿着该线段呈直线状地延伸。但是，连结两个连通孔10、12的线段也可以沿着插入方向延伸。
如此，微流控芯片2具有：流体的流路，配置于上表面8a与下表面6b之间；和两个连通孔10、12，与流路相通且在上表面8a开口。
如图6所示，保持架1具有层叠着的上壁20、中壁22和下壁24。插槽4的顶面是上壁20的下表面，插槽4的底面是下壁24的上表面。当微流控芯片2插入于插槽4时，上壁20与多个微流控芯片2的流路板8的上表面8a相对，下壁24与多个微流控芯片2的平板6的下表面6b相对。中壁22配置于上壁20与下壁24之间，且划定插槽4的侧部。
上壁20、中壁22和下壁24相互固定。这些固定例如可如图1所示使用多个卡定件25。各卡定件25例如可以包括插入于贯穿通过上壁20、中壁22和下壁24的贯穿通过孔25A(参照图2)的螺钉和与螺钉螺合的螺母。或者，各卡定件25也可以是夹紧机构。或者，上壁20、中壁22和下壁24也可以一体形成。或者，上壁20、中壁22和下壁24也可以使用粘结剂、化学反应或热反应进行接合。
上壁20、中壁22和下壁24例如利用不透明的树脂材料形成，但是也可以利用透明的材料形成。
如图1、图2和图6所示，在上壁20形成有多个孔26。多个孔26贯穿通过上壁20，作为液体的入口或出口、或者被液体推压而流动的空气的出口使用。
另外，在上壁20形成有开口部5。开口部5贯穿通过上壁20，在开口部5嵌入固定有连接流路芯片3。形成于嵌入到开口部5的连接流路芯片3的多个孔28在插槽4内开口。虽未图示，但是也可以使用将连接流路芯片3固定于开口部5的卡定件。
连接流路芯片3可认为是保持架1的一部分。即，保持架1可认为包括具有上壁20和连接流路芯片3的上壁构造19、中壁22和下壁24。插槽4的顶面是上壁构造19的下表面，插槽4的底面是下壁24的上表面。
进一步，在上壁20形成有多个观察窗29。观察窗29贯穿通过上壁20。在微流控芯片2插入于插槽4之后，各观察窗29与微流控芯片2的培养腔室14重叠。通过观察窗29，能够观察培养腔室14内的细胞。关于细胞观察，例如可以使用显微镜。为了提升用于细胞观察的亮度，也可以在下壁24形成贯穿通过卡定件25的采光窗。在本实施方式中，虽然上壁20由不透明的材料形成，但是即使在上壁20由透明的材料形成的情况下，为了良好地进行基于显微镜的细胞观察，也优选形成有贯穿通过上壁20的观察窗29。
在上壁20的下表面形成有多个槽32、34。槽32、34沿着插槽4的长边方向(微流控芯片2插入于插槽4的插入方向)呈直线状地延伸。如图1和图2所示，在槽32的延长线上存在孔26，在槽34的延长线上存在孔28。在微流控芯片2插入于插槽4之际，各微流控芯片2的连通孔10一边与槽32重叠一边在插槽4内移动，各微流控芯片2的连通孔12一边与槽34重叠一边在插槽4内移动。在延长线上存在配置于插槽4的深部侧的孔28的槽34跨越观察窗29地进行延伸。
在微流控芯片2插入于插槽4之后，上壁构造19的形成于上壁20的多个孔26分别配置为与多个微流控芯片2的流路板8的连通孔10大致同轴，且分别与连通孔10相通，上壁构造19的形成于连接流路芯片3的多个孔28分别配置为与微流控芯片2的流路板8的连通孔12大致同轴，且分别与连通孔12相通。
如图1所示，两个孔28利用连接流路30连接。连接流路30水平延伸地跨越两个插槽4。经由连接流路30，能够将液体从一个微流控芯片2的流路移送到另一个微流控芯片2的流路。
在开口有连通孔10、12的流路板8的上表面8a配置有由弹性体形成的多个环状密封件36、38。在本实施方式中，环状密封件36、38为O型环，但是也可以是例如D型环那样的具有其他剖面形状的环。环状密封件36、38的材料例如为硅酮橡胶，也可以是其他的弹性体。在本实施方式中，环状密封件36、38具有相同大小，但是也可以具有不同的大小。
如图6所示，在本实施方式中，在流路板8的上表面8a形成有供环状密封件36、38嵌入的凹槽，通过向各凹槽嵌入环状密封件36或38从而使环状密封件36、38固定于上表面8a。环状密封件36、38也可以与上表面8a接合。作为接合的方法，例如可以是基于粘结剂的粘结，也可以通过照射氧等离子体或者在真空下照射紫外线使构件表面活性化而化学性结合两个构件。
环状密封件36配置为与形成于流路板8的连通孔10大致同轴，并且包围连通孔10，环状密封件38配置为形成于流路板8的连通孔12大致同轴，并且包围连通孔12。环状密封件36的一部分与通路16重叠，环状密封件38的一部分与通路18重叠。
在微流控芯片2插入于插槽4之后，环状密封件36配置为与形成于上壁20的孔26大致同轴，并且包围孔26，环状密封件38配置为与形成于连接流路芯片3的孔28大致同轴，并且包围孔28。因此，环状密封件36包围形成于上壁20的孔26和形成于流路板8的连通孔10，环状密封件38包围形成于连接流路芯片3的孔28和形成于流路板8的连通孔12。
在微流控芯片2插入于插槽4之际，微流控芯片2的平板6的下表面6b在保持架1的下壁24滑动，固定于流路板8的上表面8a的环状密封件36、38在保持架1的上壁20滑动。在微流控芯片2插入于插槽4之后，下壁24继续与多个微流控芯片2的平板6面接触。在微流控芯片2插入于插槽4之后，保持架1的上壁20和连接流路芯片3与多个微流控芯片2的流路板8的上表面8a相对，并朝向流路板8继续压缩环状密封件36、38。
如此，环状密封件36或38使用为包围形成于上壁20或连接流路芯片3的孔26或28和形成于流路板8的连通孔10或12，并被压缩，由此能够对从孔26或28流到连通孔10或12的液体、或者从连通孔10或12流到孔26或28的液体进行密封。
伴随着环状密封件36、38被压缩，流路板8从环状密封件36、38受到反作用力。因此，如图8所示，在通路16、18内什么都没有的情况下，流路板8产生弹性变形，可能会闭塞通路16、18。图8示出伴随着基于从环状密封件36受到的力而引起的流路板8的弹性变形，在通路16产生闭塞部16A的状态。虽未图示，但是与通路18同样，伴随着基于从环状密封件38受到的力而引起的流路板8的弹性变形，可能会产生闭塞部。
对此，在本实施方式中，如图9～图11所示，在通路16的内部中的、与环状密封件36重叠的位置固定有支承构造物40，该支承构造物40确保通路16高度以免通路16发生闭塞。另外，在通路18的内部中的、与环状密封件38重叠的位置固定有支承构造物42，该支承构造物42确保通路18高度以免通路18闭塞。图9～图11虽然示出设于通路16内的支承构造物40，但是在图9～图11中，可以将通路16、通路凹部16h、支承构造物40、连通孔10和孔26改称为通路18、通路凹部18h、支承构造物42、连通孔12和孔28。
支承构造物40、42是长条的大致长方体的突起，并形成于流路板8。支承构造物40配置于构成通路16的长条的通路凹部16h的宽度方向的中央，并沿着通路凹部16h的长边方向的延伸。支承构造物42也配置于构成通路18的长条的通路凹部18h的宽度方向的中央，并沿着通路凹部18h的长边方向延伸。
通路凹部16h、18h的深度D(培养腔室凹部14h的深度)例如为0.1mm，支承构造物40、42的高度可以与深度D相同。
支承构造物40、42的宽度w相对于通路凹部16h、18h的宽度W的比w/W虽然没有限定，但是例如希望为0.2～0.5。若w/W过大，则阻碍通路16、18中的液体的流动，压力损失大。例如，通路凹部16h、18h的宽度W可以为1mm，支承构造物40、42的宽度w可以为0.4mm。在这样的情况下，比w/W为0.4。
伴随着环状密封件36、38被压缩，流路板8虽然从环状密封件36、38受到反作用力，但是固定于通路16、18的内部中的、与环状密封件36、38重叠的位置的支承构造物40、42确保通路16、18的高度以免通路16、18闭塞。在本实施方式中，通过两个环状密封件36、38在两个部位处进行密封，通过两个支承构造物40、42防止在这两个部位处的流路的闭塞。
在通路凹部16h、18h具有支承构造物40、42的流路板8例如能够通过软光刻来制造。例如，也可以通过在基板上形成突起来制造成型流路板8的模具。或者，也可以利用3D打印来制造成型流路板8的模具。或者，也可以用3D打印来制造流路板8自身。在这些情况下，通路凹部16h、18h内的支承构造物40、42作为流路板8的一部分与流路板8一体地制造。但是，也可以使用粘结剂、化学反应或热反应将支承构造物40、42接合于形成有通路凹部16h、18h的流路板8。
可以使用粘结剂、化学反应或热反应将流路板8接合于平板6。例如，在流路板8由以PDMS为主要成分的硅酮橡胶形成，且平板6由玻璃形成的情况下，可以通过硅氧烷键将流路板8接合于平板6。
在实施方式中，支承构造物40、42的高度可以与通路凹部16h、18h的深度相同。但是，如图12所示，支承构造物40的高度也可以比通路凹部16h的深度小，支承构造物42的高度也可以比通路凹部18h的深度小。
在实施方式中，支承构造物40、42形成于流路板8。但是，如图13所示，也可以使朝向通路凹部16h突出的支承构造物43形成或固定于平板6，也可以使朝向通路凹部18h突出的支承构造物形成或固定于平板6。虽未图示，但是也可以在流路板8和平板6这两者形成或固定支承构造物。
在实施方式中，在通路16配置有一个支承构造物40，在通路18也配置有一个支承构造物42。但是，如图14所示，也可以在通路16配置有多个支承构造物40，也可以在通路18配置有多个支承构造物42。在通路凹部16h、18h配置有多个直线状的支承构造物40、42的情况下，支承构造物40、42的宽度w相对于通路凹部16h、18h的宽度W的比w/W没有限定，但是为了使通路16、18中的液体的流动顺畅，例如希望为0.2/n～0.5/n。n是配置于一个通路凹部的直线状的支承构造物的数量。例如，通路凹部16h、18h的宽度W可以为1mm，支承构造物40、42的宽度w可以为0.2mm。在这样的情况下，n·w/W为0.4。
另外，支承构造物40、42的形状不限定于实施方式的形状。例如，如图15所示，也可以将圆柱状的支承构造物44配置于通路16、18。在图15中，支承构造物44排列成三列，两列在通路的长边方向上对齐，中央的一列与另外两列错开。在通路凹部16h、18h配置有多个圆柱状的支承构造物44的情况下，支承构造物44的直径D相对于通路凹部16h、18h的宽度W的比D/W没有限定，但是为了使通路16、18中的液体的流动顺畅,例如希望为0.2/n～0.5/n。n是在配置于一个通路凹部的支承构造物44的长边方向上对齐的列数，在图15的例中为2。例如，通路凹部16h、18h的宽度W可以为1mm，支承构造物40、42的直径D可以为0.2mm。在这样的情况下，n·D/W为0.4。
在实施方式中，环状密封件36、38是与流路板8分开的环，固定于流路板8的外表面(上表面)。但是，如图16所示，环状密封件46也可以作为流路板8的一部分由与流路板8相同的材料形成为包围连通孔10，环状密封件也可以作为流路板8的一部分由与流路板8相同的材料形成为包围连通孔12。也就是说，环状密封件46也可以是从流路板8突出的凸块或唇。在这样的情况下，优选例如通过软光刻将环状密封件作为流路板8的局部与流路板8一体地制造。
或者，如图17所示，环状密封件48也可以由与流路板8不同的材料形成为包围连通孔10，环状密封件也可以由与流路板8不同的材料形成为包围连通孔12。在这样的情况下，也可以使用粘结剂、化学反应或热反应将环状密封件接合于流路板8的外表面(上表面)。
接下来，说明实施方式的organ-on-a-chip器件的微流控器件的使用例。在organ-on-a-chip器件中，一个微流控芯片2模仿动物的一个内脏器官(例如肝脏)，另一个微流控芯片2模仿该动物的另一个内脏器官(例如肺)。例如，在一个微流控芯片2的培养腔室14配备有包含来自肝脏的细胞和药剂(例如抗癌剂)，在另一个微流控芯片2的培养腔室14配备有包含来自肺的细胞。在前者的培养腔室14中，作为药剂的反应来自肝脏的细胞生成一些物质。经过充分的时间后，将在前者的培养腔室14生成的物质移送至后者的培养腔室14，能够使用上述观察窗29观察该物质对来自肺的细胞带来的作用或副作用。
在本实施方式中，在微流控芯片2的流路(培养腔室14和通路16、18)与连通孔10、12充满培养液(包含细胞或细胞和药剂)之后，一边抑制气泡混入培养液一边容易将微流控芯片2沿着水平方向插入于插槽4。图18是示出要将微流控芯片2插入于保持架的插槽4之前的阶段的侧面剖视图。如图18所示，在微流控芯片2插入于插槽4之前，不仅在流路和连通孔10、12，还在包围连通孔10、12的环状密封件36、38储存培养液50。培养液50的上表面在表面张力的作用下隆起。图18示出包围连通孔12的环状密封件38内的培养液50的上表面隆起的状态，包围连通孔10的环状密封件36内的培养液50的上表面也同样隆起。在储存于微流控芯片2的培养液50的量少的情况下，在微流控芯片2插入于插槽4之际，气泡可能混入培养液50内。动物的细胞若暴露在空气中，则成长受阻碍或者死灭，因此优选培养液50内的细胞不触碰气泡。在本实施方式中，通过使用环状密封件36、38储存多量的培养液50，从而在微流控芯片2插入于插槽4之际能够抑制气泡混入培养液50。
在微流控芯片2插入于插槽4之前，连接流路芯片3固定于保持架1的开口部5。因此，保持架1对于各微流控芯片2具有分别与两个连通孔10、12相通的两个孔26、28。之后，如图2的箭头所示，微流控芯片2朝向插槽4的深部且沿着水平方向移动。在微流控芯片2插入于插槽4之后，各连通孔10或12与保持架1的一个所期望的孔26或28相通。在微流控芯片2插入于插槽4之际，若配置于插槽4的深部侧的连通孔12一边移动一边通过非所期望的孔26，则气泡可能混入培养液50。假设在连结连通孔10、12的线段以及连结孔26、28的线段沿着微流控芯片2的插入方向延伸的情况下，会发生这种情况。
但是，在本实施方式中，连结两个连通孔10、12的线段相对于插入方向倾斜，且连结保持架1的两个孔26、28的线段也同样地相对于插入方向倾斜，因此在微流控芯片2插入于插槽4之际，配置于插槽4的深部侧的连通孔12不会通过非所期望的孔，从而能够抑制气泡混入培养液50。连结连通孔10、12的线段相对于插入方向的倾斜角度没有限定，例如为15°～35°。
另外，在保持架1的上壁20的下表面形成有沿着插槽4的插入方向延伸的多个槽32、34。在微流控芯片2插入于插槽4之际，各微流控芯片2的连通孔10一边与槽32重叠一边在插槽4内移动并最终到达至所期望的孔26，各微流控芯片2的连通孔12一边与槽34重叠一边在插槽4内移动并最终到达至所期望的孔28(参照图19)。在微流控芯片2插入于插槽4之际，在连通孔10、12和环状密封件36、38充满且隆起的培养液50与上壁构造19的下表面接触的情况下，因为培养液50一边从下表面持续受到剪切力一边在插槽4内移动，所以一部分的培养液50从环状密封件36、38持续溢出，并在连通孔10、12到达至所期望的孔26、28时，连通孔10、12内的培养液50的量大幅减少，气泡可能混入培养液50内。在本实施方式中，连通孔10、12一边与形成于上壁构造19的下表面的槽32、34重叠一边在插槽4内移动，由此能够使培养液50与上壁构造19的下表面接触的时间为最小限度，并抑制气泡混入培养液50。
槽32的宽度优选比在环状密封件36储存的培养液50的直径大。另外，槽32的宽度优选比环状密封件36的外形大，以免在微流控芯片2的移动期间，从上壁构造19的下表面对环状密封件36赋予冲击。槽34的宽度优选比在环状密封件38储存的培养液50的直径大。另外，槽34的宽度优选比环状密封件38的外形大，以免在微流控芯片2的移动期间，从上壁构造19的下表面对环状密封件38赋予冲击。
如图1所示，槽32与孔26分开，槽34与孔28分开。这是为了使上壁构造19的下表面遍及周向对配置于孔26、28的周围的环状密封件36、38施加均匀的力。
参照图19～图23，对在微流控芯片2插入于插槽4的期间的、配置于插槽4的深部侧的连通孔12和环状密封件38储存的培养液50的状态进行说明。如图19所示，在微流控芯片2插入于插槽4的最初阶段，隆起的培养液50的上表面因为槽34而不与上壁20的下表面接触。接下来，如图20所示，连通孔12和环状密封件38到达观察窗29。观察窗29贯穿通过上壁20，因此在连通孔12和环状密封件38通过观察窗29时，在连通孔12和环状密封件38充满的培养液50因观察窗29而不与上壁20的下表面相对。接下来，如图21所示，连通孔12和环状密封件38通过观察窗29的边缘部，再次与上壁20的下表面相对，但是因为槽34横跨观察窗29地延伸，因此隆起的培养液50的上表面仍然不与上壁20的下表面接触。这样，在图19～图21所示的阶段中，培养液50的上表面持续远离上壁构造19的下表面。
接下来，如图22所示，连通孔12和环状密封件38到达至连接流路芯片3。此时，因连接流路芯片3的下端缘，在连通孔12和环状密封件38储存的培养液50受到剪切力，从而培养液50的一部分从环状密封件38溢出，但是紧接在这之后，被连接流路芯片3的下表面覆盖，混入气泡的可能性小。接下来，如图23所示，连通孔12和环状密封件38到达至所期望的孔28。
保持架1的上壁构造19包括固定于保持架1的连接流路芯片3，连接流路30和孔28形成于连接流路30。从图23可显而易见，在连接流路30和孔28填充培养液50(例如不含细胞也不含药剂的培养液)之后，可将连接流路芯片3固定于保持架1。优选在微流控芯片2插入于插槽4之前，将在连接流路30和孔28填充有培养液50的连接流路芯片3固定于保持架1。在界面张力的作用下，培养液50不从连接流路芯片3流下。之后，一边使微流控芯片2水平移动一边如图23所示，使充满于连通孔12和环状密封件38的培养液50与充满于连接流路芯片3的连接流路30和孔28的培养液50连接。相反，在微流控芯片2插入于插槽4之后，在将连接流路芯片3固定于保持架1的情况下，在使连接流路芯片3向下方移动之际，气泡可能混入培养液50内。
假设在上壁20的下表面不形成有槽34的情况下，如图24(与图19对应的)所示，在微流控芯片2插入于插槽4的最初阶段，隆起的培养液50的上表面通过上壁20的下端缘，在连通孔12和环状密封件38储存的培养液50受到剪切力，从而培养液50的一部分从环状密封件38溢出。之后，因为培养液50一边从下表面持续受到剪切力一边在插槽4内移动，所以培养液50的一部分从环状密封件38持续溢出。进一步，如图25(与图21对应的)所示，在连通孔12和环状密封件38通过观察窗29时，在连通孔12和环状密封件38充满的培养液50因观察窗29暂时触碰空气，并再次通过上壁20的下端缘，在连通孔12和环状密封件38储存的培养液50受到剪切力，从而培养液50的一部分从环状密封件38溢出。如此，在上壁20的下表面不形成有槽34的情况下，培养液50大幅减少，气泡可能混入培养液50。
对此，在实施方式中，通过使槽34横跨观察窗29地延伸，在连通孔12和环状密封件38储存的培养液50通过观察窗29时，能够抑制培养液50的量减少而混入气泡。
在该organ-on-a-chip器件的使用中，在将在一个微流控芯片2(例如模仿肝脏的微流控芯片)的培养腔室14生成的物质移送至另一个微流控芯片2(例如模仿肺的微流控芯片)的培养腔室14的情况下，向与前者的微流控芯片2的连通孔10相通的贯穿通过孔26注入新的培养液。关于注入新的培养液，可利用注射器(例如注射泵)。通过向贯穿通过孔26和连通孔10注入新的培养液，从而包含在模仿肝脏的培养腔室14生成了的物质在内的培养液50被新的培养液推压而流向连通孔12和孔28，进一步通过连接流路30，经由另一孔28和连通孔12流入到模仿肺的培养腔室14。位于模仿肺的培养腔室14的培养液50中的多余的量从与该培养腔室14相通的连通孔10和贯穿通过孔26被排出。上述被压缩的环状密封件36、38能够密封液体。另外，在将培养液50填充至连接流路30和孔28之后，通过将培养液50从一个微流控芯片2的流路移送至另一个微流控芯片2的流路，能够抑制空气混入培养液50内。
其他变形例
以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是上述说明并不限定本发明，在本发明的技术范围中，可考虑包含结构要素的删除、追加、置换在内的各种变形例。
例如，在实施方式中，保持架1的上壁构造19除了上壁20，还包括固定于保持架1的连接流路芯片3，连接流路30和孔28形成于连接流路30。但是，也可以除掉连接流路芯片3。在图26所示的变形例中，上壁构造19仅具有上壁20，在上壁20形成有连接流路30和孔28。在该变形例中，孔28是贯穿通过孔，在微流控芯片2插入于插槽4之前，培养液50从上壁20的上方通过贯穿通过孔28填充至连接流路30和孔28。在界面张力的作用下，培养液50不从孔28流下。之后，一边水平移动微流控芯片2一边使在连通孔12和环状密封件38充满的培养液50与在连接流路30和孔28充满的培养液50连接。在将培养液50从微流控芯片2移送至另一个微流控芯片2之际，孔28的上部被塞子或者闭塞板(未图示)闭塞以免培养液50从在上方开口的孔28流出。
在图27所示的变形例中，上壁构造19仅具有上壁20，在上壁20形成有连接流路30和孔28。在该变形例中，孔28在上壁20的下表面开口。在下壁24形成有贯穿通过孔24a，向贯穿通过孔24a插入注射器52。在微流控芯片2插入于插槽4之前，通过注射器52向连接流路30和和孔28填充培养液50。即使基于注射器52形成的压力被解除，在界面张力的作用下，培养液50也不从孔28流下。之后，从微流控器件取下注射器52，并且一边水平移动微流控芯片2一边使在连通孔12和环状密封件38充满的培养液50与在连接流路30和孔28充满的培养液50连接。
在实施方式和变形例中，连接流路30和孔28形成于同一部件(连接流路芯片3或上壁20)。但是，也可以在与形成有孔28的构件不同的构件形成连接流路30，并接合这些构件。
在实施方式中，在保持架1插入有两个微流控芯片2。但是，也可以在保持架1插入有三个以上的微流控芯片2。图28示出具有三个微流控芯片2的微流控器件。在该变形例中，在保持架1的上部形成有长条的开口部55，在开口部55嵌入有横跨在三个微流控芯片2上的连接流路芯片53。连接流路芯片53具有分别与三个微流控芯片2的连通孔12相通的三个孔28和与三个孔28相通的连接流路30。因此，在该变形例中，例如能够将培养液从中央的微流控芯片2(模仿一个内脏器官)移送至另外两个微流控芯片2(模仿另外两个内脏器官)。
实施方式的微流控器件是organ-on-a-chip器件。但是，本发明也可以适用于其他的微流控器件、例如用于分析动物的体液或其他液体的其他器件。
在实施方式中，多个微流控芯片2沿着水平方向插入于保持架1的多个插槽4，从而构成微流控器件。但是，也可以是一个微流控芯片2沿着水平方向插入于保持架1的一个插槽4，从而构成微流控器件。
在实施方式中，在保持架1的上壁构造19形成有槽32、34。但是，槽32、34不是必不可少的。
在实施方式中，在各微流控芯片2的上部设有环状密封件，在流路内配置有支承构造物。但是，支承构造物不是必不可少的。另外，环状密封件也不是必不可少的。特别是在保持架1的上壁构造19形成有槽32、34的情况下，可以认为即使没有环状密封件，在微流控芯片2插入于插槽4之际，充满于连通孔10、12的液体的减少量也少。
上述变形例在只要在不矛盾的情况下也可以进行组合。
本发明的方式也可以记载于下述带编号的条目中。
条目1.一种微流控芯片，插入于沿水平方向延伸的插槽，其特征在于，包括：
上表面；
下表面，位于所述上表面的相反侧；
流体的流路，配置于所述上表面与所述下表面之间；和
两个连通孔，与所述流路相通，并在所述上表面开口。
在该方式中，能够将微流控芯片沿着水平方向插入于插槽，并能够通过具有插槽的构件和微流控芯片简单地制造微流控器件。
条目2.根据条目1所述的微流控芯片，其特征在于，连结所述两个连通孔的线段相对于微流控芯片插入于所述插槽的插入方向倾斜。
在这样的情况下，在液体充满于流路和连通孔之后，一边抑制气泡混入液体一边容易将微流控芯片插入于插槽。具有插槽的构件具有分别与两个连通孔相通的两个孔。在微流控芯片插入于插槽之后，各连通孔与具有插槽的构件的一个所期望的孔相通。例如，在配备于流路的液体是动物细胞的培养液的情况下，希望液体尽量不与空气接触。在不应与空气接触的液体充满于流路和连通孔的情况下，在微流控芯片插入于插槽之际，若插槽的深部侧的连通孔一边移动一边通过不期望的孔，则液体可能混入气泡。但是，连结两个连通孔的线段相对于插入方向倾斜，且连结具有插槽的构件的两个孔的线段也相对于插入方向倾斜，因此在微流控芯片插入于插槽之际，配置于插槽的深部侧的连通孔不通过不期望的孔，从而能够抑制气泡混入液体。
条目3.根据条目2所述的微流控芯片，其特征在于，
所述两个连通孔配置于所述流路的两端，
所述流路沿着连结所述两个连通孔的线段呈直线状地延伸。
在这样的情况下，流路从一个连通孔朝向另一个连通孔延伸，因此流路的结构单纯。
条目4.根据条目1至3中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，
所述微流控芯片还包括由弹性体形成的两个环状密封件，所述两个环状密封件固定于所述上表面或者形成于所述上表面，并且分别包围所述连通孔。
在这样的情况下，在微流控芯片插入于插槽之后，环状密封件一边在具有插槽的构件与上表面之间被压缩一边连接连通孔和具有插槽的构件的孔。在微流控芯片插入于插槽之前，不仅在流路和连通孔还在包围连通孔的环状密封件也储存液体，由此在微流控芯片插入于插槽之际，能够抑制气泡混入液体。另外，环状密封件由于被压缩，从而能够对从孔流向连通孔的液体或者从连通孔流向孔的液体进行密封。
条目5.根据条目4所述的微流控芯片，其特征在于，
所述微流控芯片还包括至少两个支承构造物，所述支承构造物固定于所述流路的内部中的、重叠于所述环状密封件的位置，确保所述流路的高度以免所述流路闭塞。
在这样的情况下，伴随着环状密封件被压缩，微流控芯片虽然从环状密封件受到反作用力，但是固定于流路的内部中的、重叠于环状密封件的位置的支承构造物确保流路的高度以免流路闭塞。
条目6.一种微流控器件，其特征在于，包括：
条目1所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通。
在这样的情况下，能够沿着水平方向将微流控芯片插入于插槽，并且能够通过保持架和微流控芯片简单地制造微流控器件。
条目7.一种微流控器件，其特征在于，包括：
条目2或3所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通，
连结与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通的两个所述孔的线段相对于所述微流控芯片插入于所述插槽的插入方向倾斜。
在这样的情况下，能够将微流控芯片沿着水平方向插入于插槽，并且能够通过保持架和微流控芯片简单地制造微流控器件。连结微流控芯片的两个连通孔的线段相对于插入方向倾斜，且连结保持架的两个孔的线段也相对于插入方向倾斜，因此在微流控芯片插入于插槽之际，配置于插槽的深部侧的连通孔不通过非所期望的孔，从而能够抑制气泡混入液体。
条目8.一种微流控器件，其特征在于，包括：
条目4或5所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对，并将所述环状密封件朝向所述上表面压缩；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通。
在这样的情况下，能够将在上部设有环状密封件的微流控芯片沿着水平方向插入于插槽，并且能够通过保持架和微流控芯片简单地制造微流控器件。在微流控芯片插入于插槽之后，环状密封件一边在保持架的上壁构造与微流控芯片的上表面之间被压缩一边连接连通孔和保持架的孔。在微流控芯片插入于插槽之前，不仅在流路和连通孔还在包围连通孔的环状密封件也储存液体，由此在微流控芯片插入于插槽之际，能够抑制气泡混入液体。另外，环状密封件由于被压缩，从而能够对从孔流向连通孔的液体或者从连通孔流向孔的液体进行密封。
条目9.根据条目6至8中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，
在所述保持架的所述上壁构造的下表面形成有至少两个槽，所述槽沿着所述微流控芯片插入于所述插槽的插入方向呈直线状地延伸，在所述槽的延长线上分别存在所述两个孔。
在这样的情况下，在微流控芯片插入于插槽之际，微流控芯片的两个连通孔一边分别与形成于上壁构造的下表面的两个槽重叠一边在插槽内移动，并最终到达至所期望的孔。因此，在流路和连通孔充满液体之后，一边抑制气泡混入液体一边容易将微流控芯片插入于插槽。在微流控芯片插入于插槽之际，在充满于连通孔的液体与上壁构造的下表面接触的情况下，液体一边从下表面持续受到剪切力一边在插槽内移动，因此在连通孔到达至所期望的孔时，连通孔内的液体的量减少，气泡可能混入液体内。连通孔一边与形成于上壁构造的下表面的槽重叠一边在插槽内移动，由此能够使液体与上壁构造的下表面接触的时间为最小限度，并抑制气泡混入液体。
条目10.根据条目9所述的微流控芯片，其特征在于，
在所述保持架的所述上壁构造形成有贯穿通过所述上壁构造的至少一个观察窗，
在延长线上存在配置于所述插槽的深部侧的所述孔的、所述槽跨着所述观察窗地延伸。
在这样的情况下，通过贯穿通过上壁构造的观察窗，能够观察微流控芯片的流路内的液体。观察窗由于贯穿通过上壁构造，所以在伴随着微流控芯片插入于插槽而微流控芯片的连通孔通过观察窗时，在配置于插槽的深部侧的连通孔充满的液体的上方的固体物体暂时不与上壁构造的下表面相对，之后，与上壁构造的下表面再次相对。在上壁构造的下表面没有槽的情况下，在充满于连通孔的液体与上壁构造的下表面再次相对时，液体从上壁构造的下表面受到大的剪切力，而连通孔内的液体的量大幅减少，并且气泡可能混入液体内。通过槽横跨观察窗地延伸，能够在充满于连通孔的液体通过观察窗时，抑制连通孔内的液体的量减少而混入气泡。
条目11.根据条目6至10中任一项所述的微流控器件，其特征在于，
所述微流控器件包括多个所述微流控芯片，
所述保持架具有：
多个插槽，供多个所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
多个孔，与多个所述微流控芯片的多个连通孔相通；和
连接流路，形成于所述上壁构造，并且将配置于所述插槽的深部侧的多个所述孔连接起来。
在这样的情况下，经由设于保持架的上壁构造的连接流路，能够将液体从一个微流控芯片的流路移送至另一个微流控芯片的流路。
条目12.根据权利要求11所述的微流控器件，其特征在于，
所述上壁构造包括固定于所述保持架的连接流路芯片，所述连接流路形成于所述连接流路芯片。
在这样的情况下，在将液体填充至连接流路之后，能够将连接流路芯片固定于保持架。在微流控器件的使用中，在将液体填充至连接流路之后，通过将液体从一个微流控芯片的流路移送至另一个微流控芯片的流路，能够抑制空气混入液体内。
附图标记说明
1 保持架
2 微流控芯片
3 连接流路芯片
4 插槽
5 开口部
6 平板
6a 上表面
6b 下表面
8 流路板
8a 上表面
8b 下表面
10、12 连通孔
14 培养腔室
16、18 通路
19 上壁构造
20 上壁
22 中壁
24 下壁
26、28 孔
29 观察窗
30 连接流路
32、34 槽
36、38、46、48 环状密封件
40、42 支承构造物
50 培养液。

Claims (12)

1.一种微流控芯片，插入于沿水平方向延伸的插槽，其特征在于，包括：
上表面；
下表面，位于所述上表面的相反侧；
流体的流路，配置于所述上表面与所述下表面之间；和
两个连通孔，与所述流路相通，并在所述上表面开口。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，
连结所述两个连通孔的线段相对于微流控芯片插入于所述插槽的插入方向倾斜。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，
所述两个连通孔配置于所述流路的两端，
所述流路沿着连结所述两个连通孔的线段呈直线状地延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，
所述微流控芯片还包括由弹性体形成的两个环状密封件，该两个环状密封件固定于所述上表面或者形成于所述上表面，并且分别包围所述连通孔。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，
所述微流控芯片还包括至少两个支承构造物，该支承构造物固定于所述流路的内部中的、与所述环状密封件重叠的位置，确保所述流路的高度以免所述流路闭塞。
6.一种微流控器件，其特征在于，包括：
权利要求1所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通。
7.一种微流控器件，其特征在于，包括：
权利要求2或3所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通，
连结与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通的两个所述孔的线段相对于所述微流控芯片插入于所述插槽的插入方向倾斜。
8.一种微流控器件，其特征在于，包括：
权利要求4或5所述的至少一个所述微流控芯片；和
对所述微流控芯片进行保持的保持架，
所述保持架具有：
至少一个插槽，供所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
上壁构造，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该上壁构造与所述微流控芯片的所述上表面相对，并将所述环状密封件朝向所述上表面压缩；
下壁，当所述微流控芯片插入于所述插槽时，该下壁与所述微流控芯片的所述下表面面接触；和
两个孔，形成于所述上壁构造，并且当所述微流控芯片插入于所述插槽时，分别与所述微流控芯片的所述两个连通孔相通。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，
在所述保持架的所述上壁构造的下表面形成有至少两个槽，该槽沿着所述微流控芯片插入于所述插槽的插入方向呈直线状地延伸，在所述槽的延长线上分别存在所述两个孔。
10.根据权利要求9所述的微流控芯片，其特征在于，
在所述保持架的所述上壁构造形成有贯穿通过所述上壁构造的至少一个观察窗，
在延长线上存在配置于所述插槽的深部侧的所述孔的所述槽跨着所述观察窗延伸。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的微流控器件，其特征在于，
所述微流控器件包括多个所述微流控芯片，
所述保持架具有：
多个插槽，供多个所述微流控芯片插入且沿水平方向延伸；
多个孔，与多个所述微流控芯片的多个连通孔相通；和
连接流路，形成于所述上壁构造，并且将配置于所述插槽的深部侧的多个所述孔连接起来。
12.根据权利要求11所述的微流控器件，其特征在于，
所述上壁构造包括固定于所述保持架的连接流路芯片，所述连接流路形成于所述连接流路芯片。
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