JP2001153876A - Sample introducing device - Google Patents

Sample introducing device

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JP2001153876A
JP2001153876A JP33606599A JP33606599A JP2001153876A JP 2001153876 A JP2001153876 A JP 2001153876A JP 33606599 A JP33606599 A JP 33606599A JP 33606599 A JP33606599 A JP 33606599A JP 2001153876 A JP2001153876 A JP 2001153876A
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JP
Japan
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fluid
valve
substrate
outlet
flow path
Prior art date
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JP33606599A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoya Watanabe
直哉 渡邉
Masayuki Suda
正之 須田
Jun Shinohara
潤 篠原
Kazuyoshi Furuta
一吉 古田
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample introducing device capable of measuring precisely a sample quantity introduced into a medium even when the quantity is a micro- quantity, and capable of compactifying the device. SOLUTION: This sample introducing device is formed by layering a base plate A 301, a base plate B 302, a base plate C 303 and a base plate D 304 to integrate valves and piping using them. An actuator A 316 and an actuator B 317 are sandwiched to be joined between the plate B 302 and the plate C 303 provided with diaphragm structure to drive a sample determination device in a saved space. A fixed amount of the sample of the micro-quantity is introduced when a flow passage A 313 is formed very finely by refining work.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学分析装置にお
いて、一定量の試料を定量する際に、微量な試料を高精
度に定量する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for quantifying a small amount of sample with high accuracy when quantifying a fixed amount of sample in a chemical analyzer.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定サンプル中に含まれる特定成分の量
を測定する方法としては、液体クロマトグラフィーやフ
ローインジェクション分析という手法が一般的に用いら
れている。いずれの場合でも、 (1)連続的に流動している媒体中に一定量のサンプル
を導入する。
2. Description of the Related Art As a method for measuring the amount of a specific component contained in a measurement sample, a method such as liquid chromatography or flow injection analysis is generally used. In either case: (1) A fixed amount of sample is introduced into a continuously flowing medium.

【0003】(2)導入されたサンプルが媒体の移動に
よって分離を行うカラムや反応槽へと移送され、そこで
サンプルの化学的、物理的な処理が行われる。 (3)処理後のサンプル、もしくは処理後に生成した生
成物が、カラムや反応槽の出口に接続された検出器へと
移送される。検出器では出力である電気信号から、もと
もとのサンプル中に含まれていた物質の量を測定するこ
とが可能である。という手順により測定が行われる。
(2) The introduced sample is transferred to a column or a reaction tank for separation by moving the medium, where the sample is chemically and physically processed. (3) The sample after the treatment or the product generated after the treatment is transferred to a column or a detector connected to the outlet of the reaction tank. The detector can measure the amount of the substance contained in the original sample from the output electric signal. The measurement is performed according to the following procedure.

【0004】このような測定方法では、上記の(1)の
過程において、一定量のサンプルを連続的に流動してい
る媒体中に導入するための試料導入装置が必要となる
が、このような装置の例としては、図2に示すような4
つの3方弁(3方弁1:101,3方弁2:102,3
方弁3:103,3方弁4:104)を組み合わせて構
成したものがあり、試料を計量用の配管に導入した後、
4つの3方弁を同時に切り替えることにより、計量用配
管中に満たされたサンプルが媒質中へと導入される。ま
た、図3に示すようにこの機構を一体化した6方弁20
1なども広く一般に用いられてきた。
In such a measuring method, a sample introduction device for introducing a fixed amount of sample into a continuously flowing medium is required in the process (1). As an example of the device, as shown in FIG.
Three-way valves (3-way valve 1: 101, 3-way valve 2: 102,3
The three-way valve 3: 103 and the three-way valve 4: 104) are combined, and after the sample is introduced into the measuring pipe,
By switching the four three-way valves simultaneously, the sample filled in the metering pipe is introduced into the medium. In addition, as shown in FIG.
1 and the like have been widely and generally used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】液体クロマトグラフィ
ーやフローインジェクション分析により、サンプル中に
含まれている特定成分の量を測定する場合、その精度は
媒体中に導入されるサンプルの量の精度に大きく依存す
る。また、場合によっては十分なサンプル量が得られな
いことも想定されるため、媒体中に導入されるサンプル
の量が微量となっても対応できることが望ましい。
When the amount of a specific component contained in a sample is measured by liquid chromatography or flow injection analysis, the accuracy is significantly higher than the accuracy of the amount of the sample introduced into the medium. Dependent. Further, in some cases, it is assumed that a sufficient amount of sample cannot be obtained. Therefore, it is desirable to be able to cope with a small amount of sample introduced into the medium.

【0006】しかし、従来の4つの3方弁を組み合わせ
た試料導入装置の場合、4つの3方弁を配管で相互に接
続するため、配管接続部分での無効体積が大きくなり、
媒体中に導入されるサンプルの精度が低下するという問
題があった。また、計測用配管も内容積が大きく、この
計測用配管の内容積以上のサンプル量が必要となるた
め、1μL以下のサンプルをこのような試料導入装置で
計量することは非常に困難であった。さらに、サンプル
の導入を自動的に実行しようとした場合には、4つの3
方弁を同時に駆動するために4つのアクチュエータが必
要となり、装置の小型化が困難であった。
However, in the case of a conventional sample introduction device in which four three-way valves are combined, the four three-way valves are connected to each other by a pipe, so that the dead volume at the pipe connection becomes large.
There is a problem that the accuracy of the sample introduced into the medium is reduced. In addition, the measurement pipe has a large internal volume, and a sample amount larger than the internal volume of the measurement pipe is required. Therefore, it is very difficult to measure a sample of 1 μL or less with such a sample introduction device. . Furthermore, if the sample introduction is to be performed automatically,
Four actuators were required to simultaneously drive the direction valves, and it was difficult to reduce the size of the device.

【0007】一方、6方弁を使用した試料導入装置の場
合には、配管部分の体積が小さくなるため、サンプル量
はより少なくて済み、計量精度も向上するが、6方弁を
構成する部品は機械加工によって作製していることや、
試料導入装置には外部より6つの配管を接続する必要が
生じるため、装置の小型化が困難であるという問題が依
然として残っていた。
On the other hand, in the case of a sample introduction device using a six-way valve, the volume of the pipe portion is reduced, so that the sample amount is smaller and the measurement accuracy is improved. Is manufactured by machining,
Since it is necessary to connect six pipes from the outside to the sample introduction device, there still remains a problem that it is difficult to reduce the size of the device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の試料導
入装置では以下のような構成とすることにより、上記の
課題を解決する。まず、本発明の試料導入装置は、4枚
の基板を積層した構造をしており、これらで弁や配管を
一体化して形成している。これにより、機械部品を組み
合わせて構成した従来の試料導入装置と比較して、装置
の小型化が可能である。また、基板を加工する際にフォ
トリソグラフィーの技術等の微細加工技術を応用するこ
とにより、配管部分全体の体積を1μL以下とすること
もできる。さらに、配管と弁を一体化して形成すること
で、配管の接続箇所が必要最低限となり、接続部分での
無効体積を小さくすることができる。
Accordingly, the sample introduction device of the present invention has the following structure to solve the above-mentioned problems. First, the sample introduction device of the present invention has a structure in which four substrates are stacked, and these are used to integrally form a valve and a pipe. Thereby, the size of the apparatus can be reduced as compared with a conventional sample introduction apparatus configured by combining mechanical parts. Further, by applying a fine processing technology such as a photolithography technology when processing the substrate, the volume of the entire piping portion can be reduced to 1 μL or less. Furthermore, by integrally forming the pipe and the valve, the number of connecting points of the pipe is minimized, and the ineffective volume at the connecting portion can be reduced.

【0009】また、バルブは、積層された4枚の基板の
内2枚に、その一部を薄くすることで可動部(ダイヤフ
ラム)を設け、そのダイヤフラムをアクチュエータで変
形させることによりバルブとして動作させる。それぞれ
の基板に2カ所、計4つのダイヤフラムを形成するが、
2枚の基板の間にアクチュエータを挟み込み、4つのダ
イヤフラムのうち、2つを同時に1つのアクチュエータ
で駆動する構造とする。このため、4つのバルブを2つ
のアクチュエータで駆動することが可能となり、従来の
試料導入装置よりも必要となるアクチュエータの数を少
なくすることができ、この点からも装置の小型化に有利
である。
The movable part (diaphragm) is provided on two of the four laminated substrates by thinning a part of the substrate, and the valve is operated by deforming the diaphragm with an actuator. . A total of four diaphragms are formed in two places on each substrate,
An actuator is sandwiched between two substrates, and two of the four diaphragms are simultaneously driven by one actuator. For this reason, four valves can be driven by two actuators, and the number of actuators required can be reduced as compared with the conventional sample introduction device. This is also advantageous for miniaturization of the device. .

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 (実施の形態1)本実施の形態では、基板A、および基
板Dとしてガラス基板、ダイヤフラムを形成する基板B
および基板Cとしてシリコン基板を使用する場合の例に
ついて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment Mode 1) In this embodiment mode, a glass substrate is used as a substrate A and a substrate D, and a substrate B is used to form a diaphragm.
An example in which a silicon substrate is used as the substrate C will be described.

【0011】図1は本発明の試料導入装置の構造の一例
を示す断面図、図4は平面図である。基板A301に
は、流体A入口305と流体A出口306が設けられ、
基板B302と接合されることにより、流路A入口30
5と流体A出口306を接続する流路A313が形成さ
れている。基板B302上には、バルブA309とバル
ブB310が形成されており、それぞれ流体A入口30
5と流体A出口306を開閉することが可能である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of the sample introduction device of the present invention, and FIG. 4 is a plan view. The substrate A301 is provided with a fluid A inlet 305 and a fluid A outlet 306,
By being joined to the substrate B302, the flow path A inlet 30
A flow path A 313 connecting the fluid A 5 and the fluid A outlet 306 is formed. On the substrate B302, a valve A309 and a valve B310 are formed, and the fluid A inlet 30
5 and the fluid A outlet 306 can be opened and closed.

【0012】同様に基板D304には、流体B入口30
7と流体B出口308が設けられ、基板C303と接合
されている。基板C303上には、バルブC311およ
びバルブD312が形成されており、それぞれ流体B入
口307と流体B出口308を開閉することが可能であ
る。各バルブは、シリコン基板の一部をエッチングして
形成したダイヤフラムとダイヤフラム上に設置したパッ
キン、および、ダイヤフラムを変形させるためのアクチ
ュエータから構成されており、アクチュエータへ電圧を
印加した際のダイヤフラムの変形によって、パッキンが
流体の出入口を開閉することにより、バルブとして機能
する。
Similarly, a fluid B inlet 30 is provided in the substrate D304.
7 and a fluid B outlet 308 are provided and joined to the substrate C303. A valve C311 and a valve D312 are formed on the substrate C303, and can open and close the fluid B inlet 307 and the fluid B outlet 308, respectively. Each valve is composed of a diaphragm formed by etching a part of the silicon substrate, a packing placed on the diaphragm, and an actuator for deforming the diaphragm, and the deformation of the diaphragm when a voltage is applied to the actuator Thus, the packing functions as a valve by opening and closing the fluid inlet / outlet.

【0013】基板B302および基板C303は、それ
ぞれ2箇所のダイヤフラム位置にアクチュエータA31
6およびアクチュエータB317を、それ以外の部分は
スペーサ318を挟んで互いに接着されており、アクチ
ュエータA316に電圧を印加するとバルブB310と
バルブD312の開閉状態が、同時に切り替わる構造と
なっている。ここに使用するアクチュエータとしては、
ユニモルフ型圧電素子や、積層型圧電素子、静電力アク
チュエータ、形状記憶合金アレイなどが選択可能である
が、これらに限定されるものではない。本実施の形態で
は、アクチュエータA316およびアクチュエータB3
17にユニモルフ型圧電素子を使用しており、この場合
は、印加する電圧の極性により、ダイヤフラムの変位方
向を変化させることが可能である。
The substrate B302 and the substrate C303 are each provided with an actuator A31 at two diaphragm positions.
6 and the actuator B 317 are bonded to each other with a spacer 318 interposed therebetween. When a voltage is applied to the actuator A 316, the open / close state of the valve B 310 and the valve D 312 is simultaneously switched. The actuator used here is
A unimorph type piezoelectric element, a laminated type piezoelectric element, an electrostatic actuator, a shape memory alloy array, and the like can be selected, but are not limited thereto. In the present embodiment, the actuator A316 and the actuator B3
A unimorph type piezoelectric element is used for the element 17, and in this case, the direction of displacement of the diaphragm can be changed depending on the polarity of the applied voltage.

【0014】さらに、流体B入口307と流路A313
を接続する流路B314と、流体B出口308と流路A
313を接続する流路C315が基板B302および基
板C303を貫通して形成されており、バルブC311
およびバルブD312が開状態の場合には、流体B入口
307から流路B314、流路A313、流路C315
を経由して、流体B出口308に至る流路が形成され
る。
Further, the fluid B inlet 307 and the channel A 313
B314 connecting the fluid, the fluid B outlet 308, and the flow path A
A flow path C315 connecting 313 is formed to penetrate the substrate B302 and the substrate C303, and the valve C311
When the valve D312 is in the open state, the fluid B inlet 307 leads to the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315.
, A flow path reaching the fluid B outlet 308 is formed.

【0015】次に、本実施の形態の試料導入装置の動作
について説明する。まず、常態では、アクチュエータA
316およびアクチュエータB317には電圧は印加さ
れておらず、図5(a)に示すように、バルブA309
およびバルブB310は開状態、バルブC311および
バルブD312は閉状態となっている。この場合は、流
体Aが流体A入口305から流路A313を経由して、
流体A出口306へと流れる状態であるが、流体Bは試
料試料導入装置内には入ることができない。
Next, the operation of the sample introduction device of the present embodiment will be described. First, under normal conditions, the actuator A
No voltage is applied to the actuator 316 and the actuator B 317, and as shown in FIG.
The valve B310 is open, and the valve C311 and the valve D312 are closed. In this case, the fluid A flows from the fluid A inlet 305 through the flow path A313,
Although it is in a state of flowing to the fluid A outlet 306, the fluid B cannot enter the sample introduction device.

【0016】試料導入時には、アクチュエータA316
およびアクチュエータB317に電圧を印加し、図5
(b)に示すように、バルブA309およびバルブB3
10は閉状態、バルブC311およびバルブD312は
開状態となる。このとき流体Aの流れが阻害されると同
時に、流体Bは流体B入口307から流路B314、流
路A313,流路C315を経由して、流体B出口30
8から流れるようにする。この状態で、流体Bを、流路
B314、流路A313,流路C315を満たすのに十
分な量を導入する。
At the time of sample introduction, the actuator A316
5 and a voltage is applied to the actuator B317, and FIG.
As shown in (b), valve A309 and valve B3
Reference numeral 10 indicates a closed state, and the valve C311 and the valve D312 will be in an open state. At this time, at the same time as the flow of the fluid A is obstructed, the fluid B flows from the fluid B inlet 307 through the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315 to the fluid B outlet 30.
Start flowing from 8. In this state, a sufficient amount of the fluid B is introduced to fill the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315.

【0017】最後に、アクチュエータA316およびア
クチュエータB317に印加されていた電圧をOFFに
すると、図5(c)に示すように、再びバルブA309
およびバルブB310は開状態、バルブC311および
バルブD312は閉状態となり、流体Aが流体A入口3
05から流路A313を経由して流体A出口306へと
流れるようになる。このとき流路A313内に貯留して
いた流体Bが、流体A出口306から取り出される。す
なわち、流路A313の容積分の流体B(試料)が定量
されて、流体Aの流れの中に導入されたことになる。流
路A313を、シリコンの異方性エッチングなどを利用
して、非常に細かく形成した場合には、極めて微量な試
料であっても、一定量を正確に導入することが可能とな
る。 (実施の形態2)本実施の形態では、基板B302、お
よび基板C303にシリコン基板を用い、基板上にバル
ブダイヤフラムを形成する方法としては図6に示す方法
を利用する場合の、本発明の試料導入装置の製造方法の
一例について説明する。
Finally, when the voltage applied to the actuator A 316 and the actuator B 317 is turned off, the valve A 309 is again turned on as shown in FIG.
And the valve B310 is opened, the valve C311 and the valve D312 are closed, and the fluid A
05 to the fluid A outlet 306 via the flow path A 313. At this time, the fluid B stored in the channel A 313 is taken out from the fluid A outlet 306. That is, the amount of the fluid B (sample) corresponding to the volume of the flow path A 313 is determined and introduced into the flow of the fluid A. When the flow path A313 is formed very finely by using anisotropic etching of silicon or the like, even a very small amount of sample can be introduced accurately. (Embodiment 2) In this embodiment, a silicon substrate is used as the substrate B302 and the substrate C303, and a sample of the present invention is used when a method shown in FIG. 6 is used as a method of forming a valve diaphragm on the substrate. An example of a method for manufacturing the introduction device will be described.

【0018】まず図6に示すシリコン基板601を熱酸
化することによって、厚さ0.3μmの酸化膜602を
形成する。次にフォトリソグラフィ法によって酸化膜を
必要なパターンに加工した後、酸化膜をマスクとしてテ
トラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMA
H)を使用して、シリコン基板601の異方性エッチン
グをおこなう。その後、バッファードフッ酸によって酸
化膜を除去する。
First, a silicon substrate 601 shown in FIG. 6 is thermally oxidized to form an oxide film 602 having a thickness of 0.3 μm. Next, after the oxide film is processed into a necessary pattern by a photolithography method, tetramethylammonium hydroxide (TMA) is used with the oxide film as a mask.
Using H), anisotropic etching of the silicon substrate 601 is performed. After that, the oxide film is removed with buffered hydrofluoric acid.

【0019】次に基板A301と基板B302、および
基板C303と基板D304をそれぞれ接合する。本実
施の形態では、接合手段として陽極接合法を使用し、ガ
ラス材である基板A301をシリコン材である基板B3
02の接合面を密着させ、500℃に加熱した状態で両
者の間に500Vの電圧を印加することにより接合し
た。また、基板C303と基板D304も同様に接合す
ることが可能である。
Next, the substrates A301 and B302, and the substrates C303 and D304 are bonded. In the present embodiment, an anodic bonding method is used as a bonding means, and a substrate A301 made of a glass material is replaced with a substrate B3 made of a silicon material.
02 were brought into close contact with each other and heated to 500 ° C., and a voltage of 500 V was applied between them to perform the bonding. Further, the substrate C303 and the substrate D304 can be similarly bonded.

【0020】次にエポキシ系の接着剤により、基板B3
02,および基板C303の間にアクチュエータを挟み
込んで接合する。張り合わせた基板A301、基板B3
02,および基板C303、基板D304に、それぞれ
流路B314,および流路C315を加工する。この穴
加工にはサンドブラスト加工を使用したが、エキシマレ
ーザ加工や超音波加工などの加工法を使用することも可
能である。
Next, the substrate B3 is coated with an epoxy adhesive.
02 and the substrate C303, and the actuator is sandwiched between them to join them. Substrate A301, Substrate B3
02, the substrate C303, and the substrate D304, the channel B314 and the channel C315 are processed, respectively. Although the sand blast processing is used for the hole processing, it is also possible to use a processing method such as excimer laser processing or ultrasonic processing.

【0021】引き続いて、基板A301の流体A入口3
05からパッキン原料を充填し、その後パッキン原料を
硬化させてパッキンを形成する。パッキン原料としては
シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの弾性体を用い、硬
化させる手段としては、常温で放置する、硬化温度まで
加熱する、紫外線を照射するなどの方法を使用すること
ができる。例えば紫外線硬化樹脂を用いた場合、パッキ
ン原料を充填し、パッキンの形状にあわせたパターンを
有するマスクを用いてパッキン原料を紫外線ランプによ
って硬化させてパッキンを形成し、硬化しなかった部分
は溶剤を用いて除去することが可能である。また、紫外
線レーザ光源とスキャナーミラーを用い、充填をおこな
ったパッキン材料に対して所望の形状に紫外線レーザで
描画することにより、選択的にパッキン原料を硬化させ
ることも可能である。 (実施の形態3)本実施の形態では、基板A、および基
板Dとしてガラス基板、ダイヤフラムを形成する基板B
および基板Cとしてシリコン基板を使用する場合の例に
ついて説明する。
Subsequently, the fluid A inlet 3 of the substrate A301
The packing material is filled from 05, and then the packing material is cured to form a packing. An elastic material such as a silicone resin or an epoxy resin is used as a packing material, and as a means for curing, a method of leaving at room temperature, heating to a curing temperature, or irradiating ultraviolet rays can be used. For example, when using an ultraviolet curable resin, the packing material is filled, the packing material is cured by an ultraviolet lamp using a mask having a pattern according to the shape of the packing, and the packing is formed. It can be removed by using. Further, by using an ultraviolet laser light source and a scanner mirror to draw the filled packing material with an ultraviolet laser in a desired shape, the packing material can be selectively cured. (Embodiment 3) In this embodiment, a glass substrate is used as the substrate A and the substrate D, and a substrate B is used to form a diaphragm.
An example in which a silicon substrate is used as the substrate C will be described.

【0022】図7は本発明の試料導入装置の構造の一例
を示す断面図、図8は平面図である。基板A301に
は、流体A入口305と流体A出口306が設けられ、
基板B302と接合されることにより、流路A入口30
5と流体A出口306を接続する流路A313が形成さ
れている。基板B302上には、バルブA309とバル
ブB310が形成されており、それぞれ流体A入口30
5と流体A出口306を開閉することが可能である。
FIG. 7 is a sectional view showing an example of the structure of the sample introduction device of the present invention, and FIG. 8 is a plan view. The substrate A301 is provided with a fluid A inlet 305 and a fluid A outlet 306,
By being joined to the substrate B302, the flow path A inlet 30
A flow path A 313 connecting the fluid A 5 and the fluid A outlet 306 is formed. On the substrate B302, a valve A309 and a valve B310 are formed, and the fluid A inlet 30
5 and the fluid A outlet 306 can be opened and closed.

【0023】同様に基板D304には、流体B入口30
7と流体B出口308が設けられ、基板C303と接合
されている。基板C303上には、バルブC311およ
びバルブD312が形成されており、それぞれ流体B入
口307と流体B出口308を開閉することが可能であ
る。各バルブは、シリコン基板の一部をエッチングして
形成したダイヤフラムとダイヤフラム上に設置したパッ
キン、および、ダイヤフラムを変形させるためのアクチ
ュエータから構成されており、アクチュエータへ電圧を
印加した際のダイヤフラムの変形によって、パッキンが
流体の出入口を開閉することにより、バルブとして機能
する。各バルブはダイヤフラムの変形によって変位し、
基板A301もしくは基板D304と接触し変形するこ
とによって密着し、耐圧性を得ることが可能である。
Similarly, the fluid D inlet 30 is provided in the substrate D304.
7 and a fluid B outlet 308 are provided and joined to the substrate C303. A valve C311 and a valve D312 are formed on the substrate C303, and can open and close the fluid B inlet 307 and the fluid B outlet 308, respectively. Each valve is composed of a diaphragm formed by etching a part of the silicon substrate, a packing placed on the diaphragm, and an actuator for deforming the diaphragm, and the deformation of the diaphragm when a voltage is applied to the actuator Thus, the packing functions as a valve by opening and closing the fluid inlet / outlet. Each valve is displaced by the deformation of the diaphragm,
By contacting and deforming the substrate A301 or the substrate D304, the substrate A301 or the substrate D304 is brought into close contact with the substrate A301 or the substrate D304, and pressure resistance can be obtained.

【0024】基板B302および基板C303は、それ
ぞれ2箇所のダイヤフラム位置にアクチュエータA31
6およびアクチュエータB317を、それ以外の部分は
スペーサ318を挟んで互いに接着されており、アクチ
ュエータA316に電圧を印加するとバルブB310と
バルブD312の開閉状態が、同時に切り替わる構造と
なっている。ここに使用するアクチュエータとしては、
ユニモルフ型圧電素子や、積層型圧電素子、静電力アク
チュエータ、形状記憶合金アレイなどが選択可能である
が、これらに限定されるものではない。本実施の形態で
は、アクチュエータA316およびアクチュエータB3
17にユニモルフ型圧電素子を使用しており、この場合
は、印加する電圧の極性により、ダイヤフラムの変位方
向を変化させることが可能である。
The substrate B302 and the substrate C303 are each provided with an actuator A31 at two diaphragm positions.
6 and the actuator B 317 are bonded to each other with a spacer 318 interposed therebetween. When a voltage is applied to the actuator A 316, the open / close state of the valve B 310 and the valve D 312 is simultaneously switched. The actuator used here is
A unimorph type piezoelectric element, a laminated type piezoelectric element, an electrostatic actuator, a shape memory alloy array, and the like can be selected, but are not limited thereto. In the present embodiment, the actuator A316 and the actuator B3
A unimorph type piezoelectric element is used for the element 17, and in this case, the direction of displacement of the diaphragm can be changed depending on the polarity of the applied voltage.

【0025】さらに、流体B入口307と流路A313
を接続する流路B314と、流体B出口308と流路A
313を接続する流路C315が基板B302および基
板C303を貫通して形成されており、バルブC311
およびバルブD312が開状態の場合には、流体B入口
307から流路B314、流路A313、流路C315
を経由して、流体B出口308に至る流路が形成され
る。
Further, the fluid B inlet 307 and the flow path A 313
B314 connecting the fluid, the fluid B outlet 308, and the flow path A
A flow path C315 connecting 313 is formed to penetrate the substrate B302 and the substrate C303, and the valve C311
When the valve D312 is in the open state, the fluid B inlet 307 leads to the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315.
, A flow path reaching the fluid B outlet 308 is formed.

【0026】次に、本実施の形態の試料導入装置の動作
について説明する。まず、常態では、アクチュエータA
316およびアクチュエータB317には電圧は印加さ
れておらず、図9(a)に示すように、バルブA309
およびバルブB310は開状態、バルブC311および
バルブD312は閉状態となっている。この場合は、流
体Aが流体A入口305から流路A313を経由して、
流体A出口306へと流れる状態であるが、流体Bは試
料試料導入装置内には入ることができない。
Next, the operation of the sample introduction device of this embodiment will be described. First, under normal conditions, the actuator A
No voltage is applied to the valve A 316 and the actuator B 317, and as shown in FIG.
The valve B310 is open, and the valve C311 and the valve D312 are closed. In this case, the fluid A flows from the fluid A inlet 305 through the flow path A313,
Although it is in a state of flowing to the fluid A outlet 306, the fluid B cannot enter the sample introduction device.

【0027】試料導入時には、アクチュエータA316
およびアクチュエータB317に電圧を印加し、図9
(b)に示すように、バルブA309およびバルブB3
10は閉状態、バルブC311およびバルブD312は
開状態となる。このとき流体Aの流れが阻害されると同
時に、流体Bは流体B入口307から流路B314、流
路A313,流路C315を経由して、流体B出口30
8から流れるようにする。この状態で、流体Bを、流路
B314、流路A313,流路C315を満たすのに十
分な量を導入する。
At the time of sample introduction, the actuator A316
And a voltage is applied to the actuator B317, and FIG.
As shown in (b), valve A309 and valve B3
Reference numeral 10 indicates a closed state, and the valve C311 and the valve D312 will be in an open state. At this time, at the same time as the flow of the fluid A is obstructed, the fluid B flows from the fluid B inlet 307 through the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315 to the fluid B outlet 30.
Start flowing from 8. In this state, a sufficient amount of the fluid B is introduced to fill the flow path B314, the flow path A313, and the flow path C315.

【0028】最後に、アクチュエータA316およびア
クチュエータB317に印加されていた電圧をOFFに
すると、図9(c)に示すように、再びバルブA309
およびバルブB310は開状態、バルブC311および
バルブD312は閉状態となり、流体Aが流体A入口3
05から流路A313を経由して流体A出口306へと
流れるようになる。このとき流路A313内に貯留して
いた流体Bが、流体A出口306から取り出される。す
なわち、流路A313の容積分の流体B(試料)が定量
されて、流体Aの流れの中に導入されたことになる。流
路A313を、シリコンの異方性エッチングなどを利用
して、非常に細かく形成した場合には、極めて微量な試
料であっても、一定量を正確に導入することが可能とな
る。
Finally, when the voltage applied to the actuator A 316 and the actuator B 317 is turned off, as shown in FIG.
And the valve B310 is opened, the valve C311 and the valve D312 are closed, and the fluid A
05 to the fluid A outlet 306 via the flow path A 313. At this time, the fluid B stored in the channel A 313 is taken out from the fluid A outlet 306. That is, the amount of the fluid B (sample) corresponding to the volume of the flow path A 313 is determined and introduced into the flow of the fluid A. When the flow path A313 is formed very finely by using anisotropic etching of silicon or the like, even a very small amount of sample can be introduced accurately.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の試料導入装置によって、次のよ
うな効果が得られる。 1.3方弁を用いた定量方法では、試料を定量するため
に4個の3方弁を4個のアクチュエータで駆動すること
が必要であったが、本発明による試料導入装置では、4
個のバルブダイヤフラムを2個のアクチュエータで駆動
することができるため、従来の試料導入装置よりもアク
チュエータの数を少なくすることが可能となる。
According to the sample introduction device of the present invention, the following effects can be obtained. 1. In the quantification method using a three-way valve, it was necessary to drive four three-way valves with four actuators in order to quantify the sample.
Since two valve diaphragms can be driven by two actuators, the number of actuators can be reduced as compared with the conventional sample introduction device.

【0030】2.シリコンの微細加工技術を利用してい
るため、定量するための管路が細く、装置内の無効体積
を低減することができ、少量のサンプルを精度よく計量
することが可能となる。 3.本発明による試料導入装置では、微細加工技術を利
用して製作することができ、アクチュエータの数も少な
くできるので装置の小型化が図れる。
2. Since the silicon microfabrication technology is used, the conduit for quantification is narrow, the ineffective volume in the apparatus can be reduced, and a small amount of sample can be accurately measured. 3. In the sample introduction device according to the present invention, the device can be manufactured using the fine processing technology and the number of actuators can be reduced, so that the device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1にかかわる試料導入装置
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a sample introduction device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】3方弁を使用した従来の試料導入装置を示す模
式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a conventional sample introduction device using a three-way valve.

【図3】6方弁を使用した従来の試料導入装置を示す模
式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a conventional sample introduction device using a six-way valve.

【図4】本発明の実施の形態1にかかわる試料導入装置
を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a sample introduction device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態1にかかわる試料導入装置
の動作を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an operation of the sample introduction device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態2にかかわるシリコン基板
を示す加工工程図である。
FIG. 6 is a processing step diagram showing a silicon substrate according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態3にかかわる試料導入装置
を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a sample introduction device according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態3にかかわる試料導入装置
を示す平面図である。
FIG. 8 is a plan view showing a sample introduction device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施の形態3にかかわる試料導入装置
の動作を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing an operation of the sample introduction device according to the third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 3方弁1 102 3方弁2 103 3方弁3 104 3方弁4 201 6方弁 301 基板A 302 基板B 303 基板C 304 基板D 305 流体A入口 306 流体A出口 307 流体B入口 308 流体B出口 309 バルブA 310 バルブB 311 バルブC 312 バルブD 313 流路A 314 流路B 315 流路C 316 バルブアクチュエータA 317 バルブアクチュエータB 318 スペーサ 601 シリコン基板 602 シリコン酸化膜 101 Three-way valve 1 102 Three-way valve 2 103 Three-way valve 3 104 Three-way valve 4 201 Six-way valve 301 Substrate A 302 Substrate B 303 Substrate C 304 Substrate D 305 Fluid A inlet 306 Fluid A outlet 307 Fluid B inlet 308 Fluid B outlet 309 Valve A 310 Valve B 311 Valve C 312 Valve D 313 Channel A 314 Channel B 315 Channel C 316 Valve actuator A 317 Valve actuator B 318 Spacer 601 Silicon substrate 602 Silicon oxide film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 潤 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 古田 一吉 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 Fターム(参考) 2G042 HA10 2G058 EB00 EC07 3H067 AA02 AA32 BB02 BB12 CC32 DD05 DD13 DD32 EA24 EC04 EC07 FF01 FF11 GG25 GG26 GG27 GG28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Jun Shinohara 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba City, Chiba Prefecture Inside Seiko Instruments Inc. (72) Inventor Ichikichi Furuta 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba City, Chiba Prefecture F-term (reference) in Seiko Instruments Inc. 2G042 HA10 2G058 EB00 EC07 3H067 AA02 AA32 BB02 BB12 CC32 DD05 DD13 DD32 EA24 EC04 EC07 FF01 FF11 GG25 GG26 GG27 GG28

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一定量の流体Bを定量し、別の流体A中
に注入する試料導入装置において、 流体A入口と、 流体A出口と、 流体B入口と、 流体B出口と、 前記流体A入口近傍に設置したバルブAと、 前記流体A出口近傍に設置したバルブBと、 前記流体B入口近傍に設置したバルブCと、 前記流体B出口近傍に設置したバルブDと、 前記流体A入口と前記流体A出口を接続する流路Aと、 前記流体B入口と前記流体A出口を接続する流路Bと、 前記流路Aと前記流体B出口を接続する流路Cから構成
され、 常態では、前記バルブAと前記バルブBは開き、前記バ
ルブCと前記バルブDは閉じた状態で、前記流体Aが前
記流体A入口から前記流路Aを介して前記流体A出口に
到達するとともに、前記流体Bが前記バルブCで流れを
阻害され、前記流路B内に進入することができず、 試料導入時には、前記バルブAと前記バルブBは閉じ、
前記バルブCと前記バルブDは開いた状態で、前記流体
Bが前記流路B、前記流路A、前記流路Cを経由して、
前記流体B出口に到達することで、前記流路A内に一定
量の流体Bを貯留し、 再び常態に戻すことにより前記流路A内に貯留した流体
Bを前記流体A出口から取り出すことを特徴とする試料
導入装置。
1. A sample introduction device for quantifying a certain amount of fluid B and injecting it into another fluid A, comprising a fluid A inlet, a fluid A outlet, a fluid B inlet, a fluid B outlet, and the fluid A A valve A installed near the inlet, a valve B installed near the fluid A outlet, a valve C installed near the fluid B inlet, a valve D installed near the fluid B outlet, and the fluid A inlet A flow path A connecting the fluid A outlet; a flow path B connecting the fluid B inlet and the fluid A outlet; and a flow path C connecting the flow path A and the fluid B outlet. When the valve A and the valve B are open and the valve C and the valve D are closed, the fluid A reaches the fluid A outlet from the fluid A inlet via the flow path A, and Fluid B is obstructed by valve C Therefore, when the sample is introduced, the valves A and B are closed.
With the valve C and the valve D open, the fluid B passes through the flow path B, the flow path A, and the flow path C,
By arriving at the outlet of the fluid B, a certain amount of the fluid B is stored in the flow channel A, and the fluid B stored in the flow channel A is taken out from the outlet of the fluid A by returning to the normal state again. Characteristic sample introduction device.
【請求項2】 前記試料導入装置は、基板A、基板B、
基板C、基板Dを積層した構造を有し、 前記流体A入口と前記流体A出口は前記基板A上に、前
記流体B入口と前記流体B出口は前記基板D上に形成さ
れ、 前記流路Aは、前記基板Aと前記基板Bの間隙により構
成され、 前記バルブA、前記バルブBは、前記基板Bの一部を他
の部分より薄くして形成したダイヤフラムと前記ダイヤ
フラム上に設置したパッキンから構成され、前記ダイヤ
フラムの変位により、前記基板Aと前記パッキンの接触
/非接触状態を切り替える構造を有し、 かつ、前記バルブAと前記バルブC、および、前記バル
ブBと前記バルブDのダイヤフラムをそれぞれ同一のア
クチュエータにより、同時に駆動する請求項1記載の試
料導入装置。
2. The sample introduction device according to claim 1, wherein the substrate A, the substrate B,
A substrate C and a substrate D are laminated, wherein the fluid A inlet and the fluid A outlet are formed on the substrate A, and the fluid B inlet and the fluid B outlet are formed on the substrate D; A is constituted by a gap between the substrate A and the substrate B. The valve A and the valve B are a diaphragm formed by making a part of the substrate B thinner than other parts, and a packing installed on the diaphragm. And a structure for switching the contact / non-contact state between the substrate A and the packing by the displacement of the diaphragm, and the diaphragm of the valve A and the valve C, and the valve B and the valve D. 2. The sample introduction device according to claim 1, wherein each of the sample introduction devices is simultaneously driven by the same actuator.
【請求項3】 前記基板A及び前記基板Dは、ガラス板
を使用し、前記基板B及び前記基板Cにはシリコン基板
を使用する請求項1記載の試料導入装置。
3. The sample introduction device according to claim 1, wherein the substrates A and D use glass plates, and the substrates B and C use silicon substrates.
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