DE112005000445T5

DE112005000445T5 - Mikrochemisches System

Info

Publication number: DE112005000445T5
Application number: DE112005000445T
Authority: DE
Inventors: Takashi Fukuzawa; Jun Yamaguchi; Kenji Uchiyama; Akihiko Hattori
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2007-02-01
Also published as: WO2005084793A1; GB2426217A; GB0616875D0; JP2005246203A; US20060289309A1

Abstract

Mikrochemisches System, umfassend einen Mikrochip mit einem Kanal darin, wobei das mikrochemische System dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Kanal einen Hauptkanal, durch den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie geführt wird, einen Nebenkanal, in den ein Fluid gefüllt wird, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, in dem der Nebenkanal mit dem Hauptkanal verbunden ist, wobei eine Wand des Hauptkanals eine größere Hydrophilie aufweist als jeweils eine Wand des Nebenkanals und eine Wand des Verbindungsabschnittes, und
das mikrochemische System Bewegungsmittel zum Bewegen des Fluids zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikrochemisches System und insbesondere ein mikrochemisches System, das den Fluß einer Probenlösung in einem Hauptkanal steuert.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Um die Schnelligkeit von chemischen Reaktionen zu erhöhen oder Reaktionen mit sehr kleinen Mengen an Chemikalien, Vor-Ort-Analyse oder dergleichen durchzuführen, hat die Integrationstechnologie zum Durchführen von chemischen Reaktionen in sehr kleinen Räumen bisher Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und die Forschung ist in der gesamten Welt mit Schwung durchgeführt worden.
Sogenannte mikrochemische Systeme zum Durchführen von Mischen, Reaktion, Trennung, Extraktion, Detektion oder dergleichen an einer Probenlösung in einem sehr dünnen Kanal sind ein Beispiel für solch eine Integrationstechnologie für chemische Reaktionen. Beispiele für Reaktionen, die in solch einem mikrochemischen System durchgeführt werden, sind Diazotierungsreaktionen, Nitrierungsreaktionen und Antigen-Antikörper-Reaktionen. Beispiele für Extraktion/Trennung sind die Lösemittelextraktion, elektrophoretische Trennung und Säulentrennung. Ein mikrochemisches Systems kann benutzt werden, um nur eine Funktion bereitzustellen, beispielsweise nur zur Trennung, oder es kann benutzt werden, um eine Kombination von Funktionen bereitzustellen.
Als ein Beispiel für ein mikrochemisches System – von den obigen Funktionen – nur zur Trennung ist eine Elektrophore sevorrichtung zum Analysieren extrem kleiner Mengen von Proteinen, Nukleinsäuren oder dergleichen vorgeschlagen worden (siehe z.B. die japanische Patent-Auslegeschrift (Kokai) Nr. H8-178 897). Diese Elektrophoresevorrichtung weist einen mikrochemischen Systemchip (im folgenden lediglich als ein „Mikrochip" bezeichnet) auf, der zwei Glassubstrate umfaßt, die miteinander verbunden sind. Da dieser Chip plattenförmig ist, ist es weniger wahrscheinlich, daß ein Bruch erfolgt, als in dem Fall eines Glaskapillarröhrchens mit einem runden oder rechteckigen Querschnitt, und folglich ist die Handhabung einfacher.
Außerdem sind als sogenannte Mikroventile zum Steuern des Flusses einer Probenlösung in einem Kanal in solch einem Mikrochip solche offenbart worden, die Strukturen wie die folgenden aufweisen.
Beispielsweise ist in einem ersten Stand der Technik ein Mikroschrittmotor mit einer Mikronadel, die an einer Spitze davon befestigt ist, als ein Mikroventil offenbart (siehe z.B. Keisuke Morishima et al., „Development of Micro Needle-Head Slide Valve Unit for Microfluidic Devices", 7^th International Conference on Miniaturized Chemical and Biochemical Analysis Systems (μ-TAS 2003)).
Dieses Mikroventil ist derart gestaltet, daß der Mikroschrittmotor 80 so angetrieben wird, daß er die Mikronadel 81 hebt/senkt (9A). Ein Kanal 83 in einem Mikrochip 82 wird durch Bewegen der Mikronadel 81 nach unten geschlossen (9B) und durch Bewegen der Mikronadel 81 nach oben geöffnet (9C).
Außerdem ist beispielsweise in einem zweiten Stand der Technik ein mikrooptisches Schaltventil, das die Fließrichtung einer Probenlösung in Kanälen in einem Mikrochip lediglich durch Ein-/Ausschalten der Bestrahlung mit Licht steuert, als ein Mikroventil offenbart (siehe z.B. Hidenori Nagai et al., „Development of a Micro Optical Switching Valve", Summary of Presentations at the 8^th Meeting on Chemistry and Micro-Nano Systems, P40, Presentation P2-03).
Dieses Mikroventil umfaßt Kanäle und einen He-Cd-Laser, wobei die Kanäle aus PDMS hergestellt sind, weist eine T-förmige Rinne auf und wird gebildet, indem es mit einem Quarzsubstrat, das mit Titanoxid beschichtet ist, verbunden wird.
Wie in 10 dargestellt, wird von dem He-Cd-Laser (nicht dargestellt) UV-Licht von der Seite einer Titanoxidwand 91 aus nur auf einen Kanal 92 von den gebildeten Kanälen gestrahlt, in den wünschenswerterweise eine Probenlösung fließen soll, die von einem Kanal 90 aus eingespeist wird, wodurch die Wand des Kanals 92 superhydrophil gemacht wird, derart, daß die Probenlösung, die unter Benutzung einer Spritzenpumpe oder dergleichen eingespeist wird, nur in den Kanal 92 fließt, der superhydrophil gemacht wurde, d.h. Steuerung wird durchgeführt, derart, daß die Probenlösung nicht in einen Kanal 93 fließt, der nicht mit UV-Licht bestrahlt wurde.
Ferner ist in einem dritten Stand der Technik ein Verfahren zum Steuern der Fließgeschwindigkeit eines Fluids offenbart, das durch einen Kanal in einem Mikrochip fließt, in dem eine Wand, die unter Benutzung des gleichen Verfahrens wie in dem zweiten Stand der Technik superhydrophil gemacht wird, über einen sehr kleinen Bereich gebildet ist (siehe z.B. die japanische Patent-Auslegeschrift (Kokai) Nr. 2002-214 243).
Bei diesem Verfahren wird das Kennzeichen einer Flüssigkristalltafel, daß die Durchlässigkeit für UV-Licht gering ist, wenn Schwarz angezeigt wird, und daß sie im entgegengesetzten Fall groß ist, wenn Weiß angezeigt wird, benutzt. Spezifisch wird eine Flüssigkristalltafel 101 auf einen Kanal 102 in einem Mikrochip 100 aufgebracht, und die Anzeige der Flüssigkristalltafel 101 wird in einem Abschnitt 103 davon, der einem Abschnitt des Kanals 102 entspricht, auf Weiß gestellt, wo die Hydrophilie zu vergrößern gewünscht wird, und die Anzeige in dem restlichen Abschnitt 104 der Flüssigkristalltafel 101 wird auf Schwarz gestellt. In diesem Zustand strahlt eine UV-Bestrahlungsvorrichtung 105 durch die Flüssigkristalltafel 101 auf den Kanal 102, so daß von dem Kanal 102 nur der Abschnitt, der mit UV-Licht bestrahlt wird, das durch den Abschnitt 103 der Flüssigkristalltafel 101 hindurchgelassen wird, hydrophil gemacht wird, wodurch der Fluß einer Probe 106 durch den Kanal 102 gesteuert wird (siehe 11).
Wenn bei dem Mikroventil des ersten Standes der Technik die Position der Mikronadel unter Benutzung des Mikroschrittmotors gesteuert wird, besteht jedoch das Risiko, daß der sehr dünne Kanal in dem Mikrochip beschädigt wird. Ferner ist die Struktur kompliziert und folglich eine weitere Verringerung der Größe schwierig, und außerdem wird ein Mikrokanal insbesondere zum Anwenden/Verringern von Druck, der zum Betreiben des Ventils erforderlich ist, peripher benötigt, und folglich besteht ein Problem, daß diese Technik nicht zum Erzielen hoher Integration geeignet ist.
Indes besteht bei dem Mikroventil des zweiten Standes der Technik ein Problem, daß in dem Fall, in dem die Probenlösung bereits durch einen Kanal in dem Mikrochip fließt, der Fluß der Probenlösung nicht angehalten werden kann.
Außerdem ist bei dem Mikroventil des dritten Standes der Technik eine weitere Verringerung der Größe schwierig, weil eine Flüssigkristalltafel benutzt und außerdem zum Betreiben der Flüssigkristalltafel eine elektrische Schaltung peripher benötigt wird, und folglich besteht ein Problem, daß diese Technik zum Erzielen hoher Integration nicht geeignet ist. Ferner besteht auch ein Problem, daß eine Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, nicht angehalten werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mikrochemisches System bereitzustellen, das fähig ist, den Fluß einer Probenlösung zu steuern, die durch einen Kanal in einem Mikrochip fließt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein mikrochemisches System bereitgestellt, das einen Mikrochip mit einem Kanal darin umfaßt, wobei das mikrochemische System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal einen Hauptkanal, durch den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie geführt wird, einen Nebenkanal, in den ein Fluid gefüllt wird, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, in dem der Nebenkanal mit dem Hauptkanal verbunden ist, wobei eine Wand des Hauptkanals eine größere Hydrophilie aufweist als jeweils eine Wand des Nebenkanals und eine Wand des Verbindungsabschnittes und das mikrochemische System Bewegungsmittel zum Bewegen des Fluids zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt aufweist.
Unter dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung steuert vorzugsweise das Bewegungsmittel die Bewegung des Fluids durch Ausdehnen und Zusammenziehen des Fluids.
Alternativ steuert vorzugsweise das Bewegungsmittel die Bewegung des Fluids durch Pumpen des Fluids.
Ferner werden vorzugsweise jeweils die Wand des Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes einer Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein mikrochemisches System bereitgestellt, das einen Mikrochip mit einem Kanal darin umfaßt, wobei das mikrochemische System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal einen Hauptkanal, durch den ein Fluid geführt wird, einen Nebenkanal, in den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie gefüllt wird, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, in dem der Nebenkanal mit dem Hauptkanal verbunden ist, wobei eine Wand des Nebenkanals und eine Wand des Verbindungsabschnittes jeweils eine größere Hydrophilie als eine Wand des Hauptkanals aufweisen und das mikrochemische System Bewegungsmittel zum Bewegen der Flüssigkeit zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt aufweist.
Unter dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bewegt vorzugsweise das Bewegungsmittel die Flüssigkeit durch Pumpen der Flüssigkeit.
Ferner werden vorzugsweise jeweils die Wand des Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes einer Behandlung zur hydrophilen Modifizierung unterworfen.
In dem Fall des mikrochemischen Systems gemäß dem ersten Gesichtspunkt weist vorzugsweise die Flüssigkeit keine Kompatibilität mit dem Fluid auf.
Ferner ist vorzugsweise eine Querschnittfläche des Nebenkanals kleiner als eine Querschnittfläche des Hauptkanals.
Außerdem weist das mikrochemische System vorzugsweise in dem Nebenkanal einen Vorratsbehälterabschnitt auf, der eine größere Querschnittfläche als die Querschnittfläche des Nebenkanals aufweist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines mikrochemischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2A bis 2D sind Ansichten, die zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für einen Mikrochip nützlich sind, der in 1 dargestellt ist;
3A bis 3C sind Ansichten, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus in dem mikrochemischen System nützlich sind, das in 1 dargestellt ist;
4A und 4B sind Ansichten, die zum Erläutern des Mikroventilmechanismus in dem mikrochemischen System nützlich sind, das in 1, nachfolgend in 3A bis 3C, dargestellt ist;
5 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur einer Variante der ersten Ausführungsform darstellt;
6A bis 6C sind Ansichten, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus in einem mikrochemischen System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich sind;
7A und 7B sind Schnittansichten, welche die Struktur von Varianten eines Nebenkanals, der in 1 dargestellt ist, schematisch darstellen;
8 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur einer anderen Variante des Nebenkanals, der in 1 dargestellt ist, schematisch darstellt;
9A bis 9C sind Ansichten, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus gemäß dem ersten Stand der Technik nützlich sind, wobei 9A eine Längsschnittansicht längs eines Kanals ist und 9B und 9C Querschnittansichten über den Kanal sind;
10 ist eine Ansicht, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus gemäß dem zweiten Stand der Technik nützlich ist; und
11 ist eine Ansicht, die zum Erläutern eines Verfahrens zum Steuern der Fließgeschwindigkeit eines Fluids, das durch einen Kanal in einem Mikrochip gemäß dem dritten Stand der Technik fließt, nützlich ist.
BESTE WEISE ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Struktur eines mikrochemischen Systems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Wie in 1 dargestellt, umfaßt das mikrochemische System 1 einen Mikrochip 7 mit einem T-förmigen Kanal darin, der einen Hauptkanal 2 mit einer Breite von 100 μm und einer Tiefe von 50 μm, einen Nebenkanal 3 mit einer Breite von 50 μm und einer Tiefe von 25 μm und einen Verbindungsabschnitt 4, der Teil des Hauptkanals 2 ist und einen Abschnitt bildet, in dem der Hauptkanal 2 und der Nebenkanal 3 verbunden sind, und Flächenheizvorrichtungen 8 und 9 umfaßt, die in solch einer Position installiert sind, daß sie in der Lage sind, das Innere des Nebenkanals 3 zu erwärmen. Außerdem ist der Mikrochip 7 mit Durchgangslöchern 21a, 21b und 21c, die in 2B und 2D dargestellt sind, die unten beschrieben sind, zum Einspeisen/Auslassen einer Probenlösung oder dergleichen an Enden des Hauptkanals 2 und des Nebenkanals 3 verbunden; jedoch sind diese Durchgangslöcher 21a, 21b und 21c in 1 ausgespart.
Der Mikrochip 7 ist aus Glas hergestellt. Jedes beliebige Glas, wie z.B. ein Kalknatronglas, ein Aluminiumborosilikatglas, ein Aluminiumsilikatglas, ein alkalifreies Glas oder ein Quarzglas, kann benutzt werden, jedoch wird vorzugsweise ein Quarzglas benutzt, welches die höchste Hydrophilie aufweist.
2A bis 2D sind Ansichten, die zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens für den Mikrochip nützlich sind, der in 1 dargestellt ist.
Zuerst wird eine Rinne 20, die zu Kanälen wird, die den Hauptkanal 2 und den Nebenkanal 3 bilden, entweder auf einmal oder andernfalls in einzelnen Sektionen in einer Wand eines plattenförmigen Substrates 6 unter Benutzung eines Fluor-Ätzverfahrens gebildet (2A), und die Durchgangslöcher 21a, 21b und 21c zum Einspeisen/Auslassen einer Probenlösung oder dergleichen in/aus den Kanälen in dem Mikrochip 7 werden durch locherzeugendes Bearbeiten unter Benutzung eines Bohrers in einem plattenförmigen Substrat 5 gebildet (2B).
Ein Maskierungsmittel wird auf die Abschnitte 22 einer Wand der Rinne 20, die in dem plattenförmigen Substrat 6 gebildet ist und zu dem Hauptkanal 2 wird, der in 1 dargestellt ist, aufgetragen, und dann wird ein organisches Siloxan, wie z.B. Polydimethylsiloxan (PDMS), auf der gesamten Wand der Rinne 20 aufgetragen, und es wird erwärmt, um die Polymerisierung zu bewirken, und dann wird das aufgetragene Maskierungsmittel entfernt. Demzufolge wird an einem Abschnitt 23 der Wand der Rinne 20, welcher zu dem Nebenkanal 3 und dem Verbindungsabschnitt 4 wird, die in 1 (2C) dargestellt sind, eine Behandlung zur hydrophoben Modifizierung durchgeführt. Alternativ kann für die Behandlung zur hydrophoben Modifizierung eine fluorierte Organosilanverbindung, wie z.B. ein Perfluoralkylsilan, benutzt werden. Während der Kontaktwinkel von Wasser in den Abschnitten 22 nicht mehr als 20° beträgt, wird als ein Ergebnis der Behandlung der Kontaktwinkel von Wasser in den Abschnitten 23 nicht weniger als 70° betragen, was anzeigt, daß die Hydrophilie des letztgenannten Abschnittes verringert ist, d.h. seine Hydrophobie ist erhöht.
Abschließend wird das plattenförmige Substrat 5, das die darin gebildeten Durchgangslöcher 21a, 21b und 21c aufweist, aufgeklebt, um so die Rinne 20 in dem plattenförmigen Substrat 6 abzudecken und somit den Mikrochip 7 (2D) herzustellen.
3A bis 3C und 4A und 4B sind Ansichten, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus in dem mikrochemischen System nützlich sind, das in 1 dargestellt ist.
In einem Zustand, in dem Wasser durch das Durchgangsloch 21a in den Hauptkanal 2 eingespeist wird und das eingespeiste Wasser durch das Durchgangsloch 21b aus dem Hauptkanal 2 (3A) ausgelassen wird, wird Luft aus dem Durchgangsloch 21c eingespeist, um den Nebenkanal 3 (3B) zu füllen.
Dann wird der Nebenkanal 3 unter Benutzung der Flächenheizvorrichtungen 8 und 9 erwärmt, somit das Volumen der Luft in dem Nebenkanal 3 ausgedehnt, derart, daß Luft bis zu dem Verbindungsabschnitt 4 eingeführt wird (3C). Demzufolge entsteht in dem Hauptkanal 2 eine Gas-Flüssigkeit-Grenzfläche, und es entsteht ein Druck Pgm, der bewirkt, daß das Wasser in dem Hauptkanal 2 an einer Grenze zwischen dem Abschnitt 23, welcher der Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen wurde, und dem Abschnitt 22 mit großer Hydrophilie bleibt, der in 2C dargestellt ist. Dieser Druck wirkt als ein Mikroventil, indem er den Fluß des Wassers anhält, das durch den Hauptkanal 2 geflossen ist.
Dieses Phänomen entsteht aufgrund der sogenannten Grenzflächenspannung, wodurch eine hydrophile Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, mit einer großen Benetzungsfähigkeit den Kontakt mit der Grenzfläche im Abschnitt 22 mit großer Hydrophilie vergrößert und andererseits den Kontakt mit der Grenzfläche im Abschnitt 23 mit großer Hydrophobie verringert.
Beachte jedoch, daß in dem Fall, in dem der Druck Pl des Wassers, das durch den Hauptkanal 2 fließt, größer als der obige Druck Pgm ist, der Fluß des Wassers, das durch den Hauptkanal 2 fließt, nicht angehalten werden kann. Wenn das Wasser durch das Durchgangsloch 21a in den Hauptkanal 2 eingespeist wird, muß der Druck daher so gesteuert werden, daß er einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt.
Nachdem das Erwärmen durch die Flächenheizvorrichtungen 8 und 9, die in 1 dargestellt sind, beendet ist, wird danach die thermisch ausgedehnte Luft abgekühlt, so daß sich deren Volumen zusammenzieht und ein Druck Pgg entsteht, der die Luft in den Nebenkanal 3 zurückführt (4A). Wenn der Druck Pgg größer wird als der Druck Pgm, der bewirkt, daß das Wasser an der Gas-Flüssigkeit-Grenzfläche bleibt, kehrt die Luft in den Nebenkanal 3 zurück, und folglich beginnt das Wasser in dem Hauptkanal 2 wieder zu fließen (4B).
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Querschnittfläche des Nebenkanals 3 vorzugsweise kleiner als die Querschnittfläche des Hauptkanals 2. Der Grund dafür ist, daß es dann einfach wird, den Wert des Druckes Pgg zu steuern.
Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform das Fluid, das in den Hauptkanal 2 eingespeist wird, Wasser, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sofern die Flüssigkeit große Hydrophilie aufweist, wie z.B. Alkohole.
Indes ist in der vorliegenden Ausführungsform das Fluid, das in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, Luft, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sofern dieses Fluid keine Kompatibilität mit dem Fluid aufweist, das durch den Hauptkanal 2 fließt, sondern ein anderes Gas oder eine Flüssigkeit kann stattdessen benutzt werden. Wenn das Fluid, das in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, in den Verbindungsabschnitt 4 bewegt wurde, kann demzufolge verhindert werden, daß sich das Fluid in dem Hauptkanal 2 in dem Verbindungsabschnitt 4 löst.
In dem Fall, in dem eine Flüssigkeit in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, sind Beispiele für solch eine Flüssigkeit hydrophobe organische Lösemittel, insbesondere Benzol, Toluol und Kerosin. In diesem Fall ist, anders als bei Luft, die Volumenänderung der Flüssigkeit beim Erwärmen nicht groß, und folglich wird anstatt der Flächenheizvorrichtungen 8 und 9 vorzugsweise ein Blasebalg 40 an einem Ende des Nebenkanals 3 installiert und, nachdem das organische Lösemittel in den Verbindungsabschnitt 4 eingeführt wurde, das organische Lösemittel durch Pumpen unter Benutzung des Blasebalges 40 in den Nebenkanal 3 zurückgeführt (siehe 5).
Ein mikrochemisches System gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Ein Mikrochip, der in dem mikrochemischen System gemäß der zweiten Ausführungsform benutzt wird, unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß der Mikrochip aus einem Acrylharz anstatt aus Glas hergestellt ist und daß der Nebenkanal und der Verbindungsabschnitt, der in einem Teil des Hauptkanals vorgesehen ist (d.h. der Abschnitt 23 in 2C), einer Behandlung zur hydrophilen Modifizierung anstatt einer Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen werden. Davon abgesehen weist der Mikrochip grundsätzlich die gleiche Struktur wie der Mikrochip auf, der in dem mikrochemischen System gemäß der ersten Ausführungsform (1 bis 5) benutzt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Behandlung zur hydrophilen Modifizierung, die an dem Abschnitt 23 durchgeführt wird, durchgeführt, indem zuerst der Abschnitt 23 mittels Maskenabscheidung unter Benutzung eines Kathodenzerstäubungsverfahrens oder dergleichen mit einem Titanoxid-Dünnfilm beschichtet und dann mit UV-Licht bestrahlt wird.
Außerdem beträgt der Kontaktwinkel von Wasser auf dem Acrylharz im Allgemeinen etwa 50°, und folglich kann zur Erhöhung der Hydrophobie in den Abschnitten 22 des Mikrochips 7 die Behandlung zur hydrophoben Modifizierung wie bei der ersten Ausführungsform (2C) durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Mikrochip 7 aus einem Acrylharz hergestellt, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sofern das Material hydrophob ist. Beispielsweise kann stattdessen ein beliebiges von Polyethylen, Polypropylen, einem Polycarbonat oder dergleichen benutzt werden.
6A bis 6C sind Ansichten, die zum Erläutern eines Mikroventilmechanismus in dem mikrochemischen System gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
In einem Zustand, in dem Benzol durch das Durchgangsloch 21a in den Hauptkanal 2 eingespeist wird und das Benzol durch das Durchgangsloch 21b aus dem Hauptkanal 2 (6A) ausgelassen wird, wird Wasser durch das Durchgangsloch 21c eingespeist, um so den Nebenkanal 3 und den Verbindungsabschnitt 4 (6B) zu füllen.
Ein Druck Pgm, der bewirkt, daß die Wasser-Benzol-Grenzfläche an der Grenze zwischen dem Abschnitt 23 und dem Abschnitt 22 bleibt, entsteht wie in der ersten Ausführungsform und wirkt als ein Mikroventil, das den Fluß des Benzols, das durch den Hauptkanal 2 floß, anhält.
Danach, wenn das Wasser in dem Verbindungsabschnitt 4 unter Benutzung des Blasebalges 40 (6C) in den Nebenkanal 3 entlassen wird, beginnt das Benzol in dem Hauptkanal 2 wieder zu fließen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Flüssigkeit, die in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, Wasser, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sofern die Flüssigkeit große Hydrophilie aufweist, wie z.B. Alkohole.
Indes ist in der vorliegenden Ausführungsform das Fluid, das in den Hauptkanal 2 eingespeist wird, Benzol, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sofern dieses Fluid keine Kompatibilität mit der Flüssigkeit aufweist, die durch den Nebenkanal 3 fließt, sondern ein anderes Fluid kann benutzt werden. Wenn die Flüssigkeit, die in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, in den Verbindungsabschnitt 4 bewegt wurde, kann demzufolge verhindert werden, daß sich das Fluid in dem Hauptkanal 2 in dem Verbindungsabschnitt 4 löst.
In dem Fall, in dem eine andere Flüssigkeit in den Hauptkanal 2 eingespeist wird, sind Beispiele dafür hydrophobe organische Lösemittel, insbesondere Toluol und Kerosin. Wenn die Flüssigkeit, die in den Nebenkanal 3 eingespeist wird, in den Verbindungsabschnitt 4 bewegt wurde, kann demzufolge verhindert werden, daß sich das Fluid in dem Hauptkanal 2 in dem Verbindungsabschnitt 4 löst.
In dem oben beschriebenen Mikrochip 7 ist der Nebenkanal 3 aus einem einzelnen Kanal gebildet, jedoch kann der Nebenkanal 3 stattdessen ein verzweigter Kanal mit Verbindungsöffnungen auf der Anströmseite und der Abströmseite in dem Verbindungsabschnitt 4 sein, wie in 7A dargestellt, oder er kann einen Fluideinspeisekanal 71, durch den das Fluid in den Verbindungsabschnitt 4 eingespeist wird, und einen Fluidauslaßkanal 72 umfassen, durch den das Fluid, das in den Verbindungsabschnitt 4 eingespeist wird, aus dem Verbindungsabschnitt 4 ausgelassen wird, wie in 7B dargestellt.
Ferner kann zwischen dem Nebenkanal 3 und dem Durchgangsloch 21c ein Vorratsbehälterabschnitt (nicht dargestellt) mit einer größeren Querschnittfläche als die Querschnittfläche des Nebenkanals 3 vorhanden sein. Demzufolge kann die Steuerung der Bewegung des Fluids, das durch den Nebenkanal 3 fließt (Luft in der ersten Ausführungsform, Wasser in der zweiten Ausführungsform usw.), zuverlässig durchgeführt werden.
Wie in 8 dargestellt, kann außerdem ein Abschnitt 32 des Nebenkanals 3 auf der Seite des Verbindungsabschnitts 4 so hergestellt werden, daß er eine hydrophile Wand wie der Hauptkanal 2 aufweist, wobei der restliche Abschnitt 31 des Nebenkanals 3 so hergestellt wird, daß er eine hydrophobe Wand aufweist. Wenn Gas (Luft usw.), das als ein Ventil gewirkt hat, welches das Fluid in dem Hauptkanal 2 anhält, in den Nebenkanal 3 zurückgeführt wird, um so das Ventil in einen offenen Zustand zu versetzen, versucht demzufolge die Gas-Flüssigkeit-Grenzfläche in dem Nebenkanal 3 an der Grenzfläche zwischen dem Abschnitt 31 und dem Abschnitt 32 zu bleiben, wodurch die Steuerung der Bewegung des Fluids, das durch den Nebenkanal 3 fließt, zuverlässiger durchgeführt werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung weist die Wand eines Hauptkanals in einem Mikrochip, durch den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie geführt wird, eine größere Hydrophilie auf als jeweils die Wand eines Nebenkanals und die Wand eines Verbindungsabschnittes und wird ein Fluid zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt bewegt. Demzufolge wirkt die Oberflächenspannung, die an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit mit großer Hydrophilie und dem Fluid entsteht, als ein Mikroventil, das den Fluß der Flüssigkeit, die durch den Hauptkanal floß, anhält. Der Fluß einer Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, kann so gesteuert werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Fluids durch Ausdehnen und Zusammenziehen des Fluids gesteuert. Demzufolge kann der Fluß der Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, zuverlässig gesteuert werden und außerdem eine hohe Integration für das mikrochemische System erreicht werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Fluids durch Pumpen des Fluids gesteuert. Demzufolge kann der Fluß der Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, zuverlässig gesteuert werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung werden jeweils die Wand eines Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes einer Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen. Demzufolge kann das mikrochemische System einfach und zuverlässig hergestellt werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung weisen die Wand eines Nebenkanals, in den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie gefüllt wird, und die Wand eines Verbindungsabschnittes jeweils eine größere Hydrophilie auf als die Wand eines Hauptkanals und wird die Flüssigkeit, die in den Nebenkanal eingespeist wird, zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt bewegt. Demzufolge wirkt die Oberflächenspannung, die an der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit mit großer Hydrophilie und dem Fluid entsteht, als ein Mikroventil, das den Fluß eines Fluids, das durch den Nebenkanal floß, anhält. Der Fluß einer Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, kann so gesteuert werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung wird die Flüssigkeit mit großer Hydrophilie in dem Nebenkanal durch Pumpen der Flüssigkeit bewegt. Demzufolge kann der Fluß der Probenlösung, die durch den Kanal in dem Mikrochip fließt, zuverlässig gesteuert werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung werden jeweils die Wand des Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes einer Behandlung zur hydrophilen Modifizierung unterworfen. Demzufolge kann das mikrochemische System einfach und zuverlässig hergestellt werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung weist die Flüssigkeit mit großer Hydrophilie keine Kompatibilität mit dem Fluid auf. Demzufolge erfolgen kein Lösen und Mischen der Flüssigkeit und des Fluids miteinander in dem Verbindungsabschnitt, und folglich kann der Fluß in dem Hauptkanal zuverlässig angehalten werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung ist die Querschnittfläche des Nebenkanals kleiner als die Querschnittfläche des Hauptkanals. Demzufolge kann der Druck des Fluids oder dergleichen, das in den Nebenkanal eingefüllt wird, in einfacher Weise gesteuert werden.
Gemäß einem mikrochemischen System der vorliegenden Erfindung befindet sich in dem Nebenkanal ein Vorratsbehälterabschnitt mit einer Querschnittfläche, die größer ist als die Querschnittfläche des Nebenkanals. Demzufolge kann die Bewegung des Fluids, das durch den Nebenkanal fließt, beispielsweise die Flüssigkeit mit großer Hydrophilie, zuverlässig gesteuert werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein mikrochemisches System ist offenbart, das fähig ist, den Fluß einer Probenlösung zu steuern, die durch einen Kanal in einem Mikrochip fließt. In dem mikrochemischen System 1 weist ein Mikrochip 7 einen T-förmigen Kanal 4 darin auf, der einen Hauptkanal 2, einen Nebenkanal 3 und einen Verbindungsabschnitt, in dem der Hauptkanal 2 und der Nebenkanal 3 miteinander verbunden sind, umfaßt. Flächenheizvorrichtungen 8 und 9 sind in solch einer Position angeordnet, daß sie fähig sind, das Innere des Nebenkanals 3 zu erwärmen. Der Nebenkanal 3 und der Verbindungsabschnitt 4 werden einer Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen. Wasser wird in den Hauptkanal 2 eingespeist, und Luft wird in den Nebenkanal 3 eingespeist.

Claims

Mikrochemisches System, umfassend einen Mikrochip mit einem Kanal darin, wobei das mikrochemische System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal einen Hauptkanal, durch den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie geführt wird, einen Nebenkanal, in den ein Fluid gefüllt wird, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, in dem der Nebenkanal mit dem Hauptkanal verbunden ist, wobei eine Wand des Hauptkanals eine größere Hydrophilie aufweist als jeweils eine Wand des Nebenkanals und eine Wand des Verbindungsabschnittes, und das mikrochemische System Bewegungsmittel zum Bewegen des Fluids zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt aufweist.
Mikrochemisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsmittel die Bewegung des Fluids durch Ausdehnen und Zusammenziehen des Fluids steuert.
Mikrochemisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsmittel die Bewegung des Fluids durch Pumpen des Fluids steuert.
Mikrochemisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes jeweils einer Behandlung zur hydrophoben Modifizierung unterworfen sind.
Mikrochemisches System, umfassend einen Mikrochip mit einem Kanal darin, wobei das mikrochemische System dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kanal einen Hauptkanal, durch den ein Fluid geführt wird, einen Nebenkanal, in den eine Flüssigkeit mit großer Hydrophilie gefüllt wird, und einen Verbindungsabschnitt umfaßt, in dem der Nebenkanal mit dem Hauptkanal verbunden ist, wobei eine Wand des Nebenkanals und eine Wand des Verbindungsabschnittes jeweils eine größere Hydrophilie aufweisen als eine Wand des Hauptkanals, und das mikrochemische System Bewegungsmittel zum Bewegen der Flüssigkeit zwischen dem Nebenkanal und dem Verbindungsabschnitt aufweist.
Mikrochemisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsmittel die Flüssigkeit durch Pumpen der Flüssigkeit bewegt.
Mikrochemisches System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Nebenkanals und die Wand des Verbindungsabschnittes jeweils einer Behandlung zur hydrophilen Modifizierung unterworfen sind.
Mikrochemisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit keine Kompatibilität mit dem Fluid aufweist.
Mikrochemisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Querschnittfläche des Nebenkanals kleiner ist als eine Querschnittfläche des Hauptkanals.
Mikrochemisches System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es in dem Nebenkanal einen Vorratsbehälterabschnitt mit einer Querschnittfläche aufweist, die größer als die Querschnittfläche des Nebenkanals ist.