JP2003220322A - Liquid mixing mechanism - Google Patents

Liquid mixing mechanism

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JP2003220322A
JP2003220322A JP2002023445A JP2002023445A JP2003220322A JP 2003220322 A JP2003220322 A JP 2003220322A JP 2002023445 A JP2002023445 A JP 2002023445A JP 2002023445 A JP2002023445 A JP 2002023445A JP 2003220322 A JP2003220322 A JP 2003220322A
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泰久 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid mixing mechanism capable of efficiently conducting diffusing and mixing in a micro-region. <P>SOLUTION: The mechanism has micro first and second flow channels 31a and 31b which are crossed at a cross section 37 or joined at a joint section 38. A first liquid which flows through the first flow channel 31a and a second liquid which flows through the second flow channel 31b are crossed at the cross section 37 or joined at the joint section 38 then mixed. At least one side of the first and second liquids is sent to the cross section 37 or the joint section 38 while being pulsated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、液体混合機構に関
し、詳しくは、微量の液体を混合する液体混合機構に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid mixing mechanism, and more particularly to a liquid mixing mechanism for mixing a small amount of liquid.

【0002】[0002]

【従来の技術】μ−TAS(μ−Total Anal
ysis System)は、従来使われてきた器具で
あるフラスコや試験管に比べて格段に小さいサイズであ
る。そのため、用いる試薬、検体の量やコスト、廃棄を
抑えることができ、微小量の合成や検出が可能となる点
が、特徴の一つとして注目されている。μ−TASは、
臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ
(DNAチップ)、衛生分析チップ、化学・生化学合成チ
ップ等に適用することができる。
2. Description of the Related Art μ-TAS (μ-Total Anal)
The ysis System) is much smaller than the conventionally used instruments such as flasks and test tubes. Therefore, it is noted that one of the features is that the amounts and costs of reagents and specimens to be used and disposal can be suppressed, and minute amounts can be synthesized and detected. μ-TAS is
Clinical analysis chip, environmental analysis chip, gene analysis chip
(DNA chip), hygiene analysis chip, chemical / biochemical synthesis chip, etc.

【0003】例えば、特表2000−512541号公
報には、約10μm〜約100μmの流路を有する抽出
装置が開示されている。
For example, Japanese Patent Publication No. 2000-512541 discloses an extraction device having a flow passage of about 10 μm to about 100 μm.

【0004】また、「マイクロリアクター技術の現状と
展望」(社団法人近畿化学協会ロボット合成研究会監
修)には、“LIQUID−SHEET BREAKU
P IN MICROMIXERS”が開示されてい
る。このシステムでは、同一平面上に液体とガスを互い
に逆方向から流し、合流させて真上に取り出すように構
成されている。
[0004] In addition, "LIQUID-SHEET BREAKU" in "Current status and prospect of microreactor technology" (supervised by Kinki Chemical Society Robot Synthesis Research Group)
P IN MICROMIXERS "is disclosed. In this system, a liquid and a gas are made to flow in opposite directions to each other on the same plane, and they are merged and taken out directly above.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】チャンネルがマイクロ
スケールである微小な流路の世界においては、寸法及び
流速のいずれも小さく、レイノルズ数は200以下であ
る。例えば、マイクロ流路で用いられる平均的な200
μm幅の流路に流速2mm/sで水を流した場合、レイ
ノルズ数は0.4となる。よって、微小な流路(例え
ば、水では流路幅が約500μm以下)の世界では、従
来の反応装置のような乱流支配ではなく、層流支配の世
界である。
In the world of minute flow channels having microscale channels, both the size and the flow velocity are small and the Reynolds number is 200 or less. For example, the average 200 used in microchannels
When water is flown through a channel having a width of μm at a flow rate of 2 mm / s, the Reynolds number is 0.4. Therefore, in the world of minute flow paths (for example, in water, the flow path width is about 500 μm or less), the world of laminar flow control is not the turbulent flow control of the conventional reactor.

【0006】マイクロスケールの空間では、比界面積が
大きいため、層流が接触する界面での拡散混合に有利で
ある。混合に要する時間は、2液の接する界面の断面積
と液層の厚さに依存する。
The microscale space has a large specific interfacial area, which is advantageous for diffusive mixing at the interface where laminar flow contacts. The time required for mixing depends on the cross-sectional area of the interface between the two liquids and the thickness of the liquid layer.

【0007】拡散理論に従うと、混合に要する時間
(T)は、流路幅をW、拡散係数をDとすると、W
Dに比例するので、流路幅を小さくすればするほど、混
合(拡散)時間は速くなる。また、拡散係数Dは、次式で
与えられる。 D=Kb×T/6×π×μ×r ………(1) (ただし、T:液温、μ:粘度、r:粒子半径、Kb:
ボルツマン定数)
According to the diffusion theory, the time (T) required for the mixing is W 2 / W where W is the channel width and D is the diffusion coefficient.
Since it is proportional to D, the smaller the flow channel width, the faster the mixing (diffusion) time. The diffusion coefficient D is given by the following equation. D = Kb × T / 6 × π × μ × r (1) (where T: liquid temperature, μ: viscosity, r: particle radius, Kb:
(Boltzmann constant)

【0008】例えば、粒径10nm(0.01μm)の
粒子を用いた場合の流路幅(チャンネル幅)と比界面積
(S/V)及び拡散時間(t)との関係は、図1に示し
たようになる。なお、Sは界面積、Vは体積である。
For example, the relationship between the flow channel width (channel width), the specific interfacial area (S / V) and the diffusion time (t) when particles having a particle diameter of 10 nm (0.01 μm) are used is shown in FIG. It becomes as shown. In addition, S is a boundary area and V is a volume.

【0009】つまり、マイクロスケール空間では、機械
的攪拌などを用いなくても、分子輸送、反応、分離が、
分子・粒子の自発的挙動だけで速やかに行われる。
That is, in the microscale space, molecular transport, reaction and separation can be carried out without using mechanical stirring.
It is performed promptly only by the spontaneous behavior of molecules and particles.

【0010】最近、流路幅方向に拡散させるタイプの研
究が発表されているが、流路幅がせいぜい200μm程
度までは、比較的簡単に作成でき、ポンプを組み合わせ
た場合でも、流路抵抗の上昇が問題になるレベルではな
い。しかしながら、用途によっては、200μmレベル
の流路幅で自発的拡散による混合を行った場合、時間が
かかりすぎるという問題がある。
Recently, research on a type of diffusing in the width direction of the flow channel has been announced. However, the flow channel width of up to about 200 μm can be produced relatively easily, and even if a pump is combined, the flow channel resistance is reduced. Rise is not a problem level. However, depending on the application, there is a problem that it takes too much time when mixing is performed by spontaneous diffusion with a channel width of 200 μm level.

【0011】例えば、代表的な例として、マイクロ流路
内で血漿を拡散させることにより血液凝固検査を行う場
合が挙げられる。
For example, as a typical example, there is a case where a blood coagulation test is performed by diffusing plasma in a microchannel.

【0012】血漿は、血球を除いた成分で、全て100
nm以下の粒子と考え、粘度も平均的な2cpsと仮定
する。混合させる試薬は、約45nm以下と考える。血
漿中の凝固に関係するフェブリノーゲンは、約45nm
分子であり、拡散係数は、D=5×10−8cm/秒
となり、100μm移動するための拡散時間は2000
秒と計算される。25μmの移動では、拡散時間は12
5秒となる。
[0012] Plasma is a component excluding blood cells, all 100
It is assumed that the particles are nm or less, and the viscosity is also assumed to be 2 cps on average. The reagent to be mixed is considered to be about 45 nm or less. The febrinogen associated with coagulation in plasma is approximately 45 nm.
It is a molecule, the diffusion coefficient is D = 5 × 10 −8 cm 2 / sec, and the diffusion time for moving 100 μm is 2000.
Calculated as seconds. With a movement of 25 μm, the diffusion time is 12
It will be 5 seconds.

【0013】しかし、実際は、血漿の中に多くのタンパ
ク質、分子が含まれ、相互に作用し合い、血漿と混合さ
せたい試薬の種類(溶媒、濃度)により、拡散の推進力
になる濃度差(モル分率)、相互拡散係数等を補正し算
出する必要がある。また、検体によっては粘度が高い場
合もあり、例えば粘度が20cpsとすると、上記結果
の10倍も拡散時間がかかってしまう。
However, in reality, many proteins and molecules are contained in plasma, interact with each other, and depending on the type (solvent, concentration) of the reagent to be mixed with plasma, the difference in concentration (promoting diffusion) ( It is necessary to calculate by correcting the mole fraction), the mutual diffusion coefficient, etc. Moreover, the viscosity may be high depending on the sample. For example, if the viscosity is 20 cps, the diffusion time will be 10 times as long as the above result.

【0014】凝固検査の結果は、試薬と混合させ固まる
までの時間を、0.1秒の分解能で計る必要があるが、
上記計算結果のように混合に2000秒かかってしまう
と、幅方向に2000秒分の粘度勾配をもった状態で検
出される。検出の観点からは、難題である。
As for the result of the coagulation test, it is necessary to measure the time until it is mixed with the reagent and solidified, with a resolution of 0.1 second.
If the mixing takes 2000 seconds as in the above calculation result, it is detected with a viscosity gradient of 2000 seconds in the width direction. From a detection perspective, it's a challenge.

【0015】また、最大の問題は、凝固の終了が短時
間、例えば10秒以内で済む検査の場合、微小な流路内
で拡散がほとんど進んでいないうちに、2液の界面で凝
固が起こり、それがバリアとなって拡散が進行しなくな
る。このように瞬間的に混合させる必要がある血液凝固
検査の場合は、幅100μmレベルの流路においては、
検査が成り立たない。また、血液凝固以外であっても、
極短時間の混合は、一般的に多くの分野で要求されてお
り、用途は多い。
Further, the biggest problem is that in the case of an inspection in which the coagulation is completed within a short time, for example, within 10 seconds, the coagulation occurs at the interface between the two liquids while the diffusion hardly progresses in the minute flow path. , It becomes a barrier and the diffusion does not proceed. In the case of a blood coagulation test that needs to be mixed instantaneously in this way, in the flow path with a width of 100 μm,
The inspection doesn't work. Also, other than blood coagulation,
Mixing for a very short time is generally required in many fields and has many uses.

【0016】しかし、拡散時間を効率的に速くしようと
流路幅を極端に小さくしてしまうと、流路抵抗が極端に
大きくなり、送液の制御ができないばかりか、送液のた
めに非常に大きな圧力が必要となり、送液機構が大型化
してしまい、トータルなマイクロシステムにはならな
い。また、流路幅が極端に小さいということは、流体量
が極端に少なく、検出限界が下がり、さらに高感度な検
出機構が必要となり、現在の検出方法ではアプリケーシ
ョンが限られる。
However, if the width of the flow path is made extremely small in order to efficiently increase the diffusion time, the resistance of the flow path becomes extremely large, and it is not possible to control the liquid transfer, and it is extremely necessary for the liquid transfer. Since a large pressure is required, the liquid feeding mechanism becomes large, and a total micro system cannot be obtained. In addition, the extremely small width of the flow path means that the amount of fluid is extremely small, the detection limit is lowered, and a highly sensitive detection mechanism is required, and the current detection method has limited applications.

【0017】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、微小領域で効率よく拡散混合を行うことが
できる液体混合機構を提供することである。
Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a liquid mixing mechanism capable of efficiently diffusing and mixing in a minute region.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術的課
題を解決するために、以下の構成の液体混合機構を提供
する。
In order to solve the above technical problems, the present invention provides a liquid mixing mechanism having the following constitution.

【0019】液体混合機構は、交差部又は合流部で交差
又は合流する微小な第1及び第2の流路を備え、上記第
1の流路を流れる第1の液体と上記第2の流路を流れる
第2の液体とが上記交差部又は合流部で交差又は合流し
て混合するタイプのものである。上記第1及び第2の液
体の少なくとも一方は、上記交差部又は合流部に、脈動
しながら送液される。
The liquid mixing mechanism comprises minute first and second flow paths that intersect or merge at an intersection or a confluence, and the first liquid and the second flow channel that flow through the first flow channel. The second liquid flowing through the above-mentioned liquid is of a type that intersects or merges at the intersection or the junction to mix. At least one of the first and second liquids is sent to the intersecting portion or the merging portion while pulsating.

【0020】上記構成において、脈動する第1及び第2
の液体の少なくとも一方は、間欠的に交差部又は合流部
に供給される。これにより、交差部又は合流部およびそ
れより下流側で、第1の液体の塊と第2の液体の塊とが
交互に並び、隣接する第1の液体の塊と第2の液体の塊
との間で拡散混合が生じるようにすることができる。
In the above configuration, the pulsating first and second
At least one of the liquids is intermittently supplied to the intersection or the confluence. As a result, the first liquid mass and the second liquid mass are alternately arranged at the intersecting portion or the merging portion and the downstream side thereof, and the first liquid mass and the second liquid mass are adjacent to each other. There may be diffusive mixing between.

【0021】上記構成によれば、適宜な脈動によって、
隣接する第1の液体の塊と第2の液体の塊との界面直角
方向の距離を小さくし、第1及び第2の液体を短時間で
均一に混合することができる。
According to the above construction, by appropriate pulsation,
The distance in the direction perpendicular to the interface between the adjacent first liquid mass and the second liquid mass can be reduced, and the first and second liquids can be uniformly mixed in a short time.

【0022】したがって、微小領域で効率よく拡散混合
を行うことができる。
Therefore, the diffusive mixing can be efficiently performed in the minute area.

【0023】好ましくは、上記交差部又は合流部の流路
直角方向の断面積が、その前後の流路の流路直角方向の
断面積よりも小さい。
Preferably, the cross-sectional area of the intersecting portion or the merging portion in the direction perpendicular to the flow passage is smaller than the cross-sectional area of the flow passages before and after the intersecting portion in the direction perpendicular to the flow passage.

【0024】上記構成によれば、交差部又は合流部の断
面積が小さいので、隣接する第1及び第2の液体の塊の
界面直角方向の距離を小さくして、混合時間を短くする
ことができる。交差部又は合流部の断面積のみを部分的
に小さくすることで、断面減少による流路抵抗の増大を
できるだけ小さくすることができる。さらに、交差部又
は合流部の下流側の流路で断面が大きくなることによ
り、液体の塊が例えば傘状に広がり、第1及び第2の液
層が薄くなり、第1及び第2の液体の塊の界面直角方向
の距離が小さくなり、より短時間で混合させることも可
能である。
According to the above construction, the cross-sectional area of the intersecting portion or the merging portion is small, so that the distance between the adjacent first and second liquid masses in the direction perpendicular to the interface can be reduced to shorten the mixing time. it can. By partially reducing only the cross-sectional area of the intersecting portion or the merging portion, it is possible to minimize the increase of the flow path resistance due to the reduction of the cross-section. Further, since the cross-section becomes larger in the flow path on the downstream side of the intersection or the confluence, the liquid mass spreads, for example, in an umbrella shape, the first and second liquid layers become thin, and the first and second liquids The distance in the direction perpendicular to the interface of the lumps becomes smaller, and it is possible to mix them in a shorter time.

【0025】好ましくは、上記第1及び第2の液体の少
なくとも一方は、1回あたり、上記交差部又は合流部の
容積の1/5倍以上で、その前後の流路幅に対して十分
小さくなる量を脈動する。
Preferably, at least one of the first and second liquids is at least ⅕ times the volume of the intersecting portion or the merging portion per one time, and is sufficiently smaller than the flow channel width before and after that. Pulsates.

【0026】上記構成において、脈動1回当たりの流量
は、交差部又は上記合流部の容積とオーダー的に同程度
である。上記構成によれば、交差部又は合流部におい
て、交差部又は合流部の容積と同程度の第1及び第2の
液体の塊を形成し、効率よく混合することができる。
In the above structure, the flow rate per pulsation is approximately the same as the volume of the intersection or the confluence. According to the above configuration, at the intersecting portion or the merging portion, the first and second liquid masses having the same volume as the volume of the intersecting portion or the merging portion can be formed and efficiently mixed.

【0027】好ましくは、上記第1及び第2の液体は、
上記交差部又は合流部において、略逆位相で交差又は合
流する。
Preferably, the first and second liquids are
At the intersecting portion or the merging portion, the intersecting portions or the merging portions have substantially opposite phases.

【0028】上記構成によれば、交差部又は合流部にお
いて、第1の液体の塊と第2の液体の塊とを交互に形成
し、第1及び第2の液体を、効率よく混合することがで
きる。
According to the above construction, the first liquid mass and the second liquid mass are alternately formed at the intersecting portion or the merging portion, and the first and second liquids are efficiently mixed. You can

【0029】好ましくは、上記第1及び第2の液体のい
ずれか一方が脈動し、他方が整流で、上記交差部又は合
流部に送液される。
Preferably, one of the first and second liquids is pulsated and the other is rectified and fed to the intersecting portion or the joining portion.

【0030】上記構成によれば、第1及び第2の液体の
一方のみを脈動させればよく、他方とのタイミング調整
が不要となるので、簡単な制御で混合することができ
る。
According to the above structure, only one of the first and second liquids needs to be pulsed, and the timing adjustment with the other liquid is not required, so that the liquids can be mixed by simple control.

【0031】好ましくは、上記第1及び第2の流路が、
交差した後に合流する。
Preferably, the first and second flow paths are
Merge after crossing.

【0032】上記構成において、第1及び第2の流路
は、交差部で一旦交差し、交差部より下流側はそれぞれ
分離し、再び合流部で合流する。第1及び第2の流路の
交差部と合流部との間では、ともに、第1及び第2の液
体が混在した状態となる。これを合流部で合流させるこ
とで、第1及び第2の液体をより均一に混合することが
できる。
In the above structure, the first and second flow paths once intersect at the intersection, the downstream sides of the intersection are separated, and the first and second flow paths join again at the junction. Between the intersection of the first and second flow paths and the confluence, both the first and second liquids are mixed. The first and second liquids can be mixed more uniformly by merging them in the merging section.

【0033】好ましくは、上記第1及び第2の流路の少
なくとも一方の上記交差部又は合流部より上流側に、マ
イクロポンプを備える。
Preferably, a micropump is provided on the upstream side of the intersecting portion or the joining portion of at least one of the first and second flow paths.

【0034】上記構成によれば、マイクロポンプにより
液体に脈動を与えながら送液することができる。マイク
ロポンプを用いれば、全体の構成を簡単にし、小型化す
ることが容易である。例えば、液体混合機構をマイクロ
チップ内に構成した場合に、好適である。
According to the above construction, the liquid can be sent while pulsating the liquid by the micropump. If a micropump is used, the whole structure can be simplified and the size can be easily reduced. For example, it is suitable when the liquid mixing mechanism is configured in the microchip.

【0035】好ましくは、上記第1及び第2の流路の少
なくとも一方の上記交差部又は合流部より上流側に、ダ
イアフラムを備える。
Preferably, a diaphragm is provided on the upstream side of the intersecting portion or the joining portion of at least one of the first and second flow paths.

【0036】上記構成によれば、適宜な手段で送液した
状態でダイアフラムを駆動することにより、送液に脈動
を与えることができる。ダイアフラムは、脈動を与える
だけであるため負荷容量が小さく、構成が簡単で、小型
化が容易である。例えば、液体混合機構をマイクロチッ
プ内に構成した場合に、好適である。
According to the above construction, the pulsation can be given to the liquid supply by driving the diaphragm while the liquid is supplied by the appropriate means. Since the diaphragm only gives pulsation, it has a small load capacity, has a simple structure, and can be easily miniaturized. For example, it is suitable when the liquid mixing mechanism is configured in the microchip.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
液体混合機構について、図2〜図15を参照しながら説
明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A liquid mixing mechanism according to each embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0038】まず、第1実施形態の液体混合機構30に
ついて、図2〜図5を参照しながら説明する。
First, the liquid mixing mechanism 30 of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

【0039】図2の構成図に示したように、液体混合機
構30は、大略、第1及び第2の流路31a,31bが
交差部37でX字状に交差し、それより下流側の部分3
6が合流部38でY字状に合流し、その下流側に合流流
路31xが接続するようになっている。
As shown in the configuration diagram of FIG. 2, in the liquid mixing mechanism 30, the first and second flow passages 31a and 31b generally intersect at an intersection 37 in an X-shape, and the downstream side thereof. Part 3
6 joins in a Y shape at the joining portion 38, and the joining passage 31x is connected to the downstream side thereof.

【0040】第1及び第2の流路31a,31bは、そ
れぞれの端部に、検体や試薬などの液体を導入するため
の液体導入口32a,32bが設けられている。また、
液体導入口32a,32bと交差部37との間には、そ
れぞれ、マイクロポンプ34a,34bが設けられてい
る。交差部37及び合流部38の幅は、その前後の流路
31a,31b,31xの幅よりも小さく、交差部37
及び合流部38近傍の流路直角方向の断面は、その前後
の流路31a,31b,31xの流路直角方向の断面よ
りも狭く絞られている。
The first and second flow paths 31a and 31b are provided at their ends with liquid introduction ports 32a and 32b for introducing a liquid such as a sample or a reagent. Also,
Micro pumps 34a and 34b are provided between the liquid introduction ports 32a and 32b and the intersection 37, respectively. The width of the intersection portion 37 and the confluence portion 38 is smaller than the width of the flow channels 31a, 31b, 31x before and after the intersection portion 37 and the confluence portion 37.
The cross section in the direction perpendicular to the flow path in the vicinity of the merging portion 38 is narrower than the cross sections in the direction perpendicular to the flow path of the flow paths 31a, 31b, 31x before and after the flow path.

【0041】マイクロポンプ34a,34bには、例え
ば図3及び図4の断面図に示したように、ディフューザ
ー型ポンプを用いる。マイクロポンプ34a,34b
は、ポンプ室35bに対向する振動板320に、セラミ
ック圧電材料であるPZT[Pb(Zr,Ti)O3]3
5sが貼り付けられている。PZT35sは、駆動部3
40により駆動電圧が印加されるとポンプ室35b側に
湾曲し、ポンプ室35bの容積が変動するようになって
いる。このとき、前後のディフューザー35a,35c
の流路インピーダンスの差により、液体が送液される。
As the micropumps 34a and 34b, for example, diffuser type pumps are used as shown in the sectional views of FIGS. Micro pumps 34a, 34b
PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ] 3, which is a ceramic piezoelectric material, is attached to the vibration plate 320 facing the pump chamber 35b.
5s is attached. The PZT35s has a drive unit 3
When a drive voltage is applied by 40, it is curved toward the pump chamber 35b, and the volume of the pump chamber 35b is changed. At this time, the front and rear diffusers 35a, 35c
The liquid is sent due to the difference in the flow path impedance.

【0042】下流側のディフューザー35cは、ポンプ
室35bの圧力変化が急激であっても緩やかであって
も、液体が層流状態で流れるので、流路インピーダンス
の変化が相対的に小さい。
In the diffuser 35c on the downstream side, even if the pressure change in the pump chamber 35b is rapid or gradual, since the liquid flows in a laminar flow state, the change in the flow path impedance is relatively small.

【0043】これに対し、上流側のディフューザー35
aは、流路インピーダンスの変化が相対的に大きい。す
なわち、上流側のディフューザー35aは、ポンプ室3
5bの圧力変化が急激な場合には、乱流が発生するため
に、流路インピーダンスが下流側のディフューザー35
cよりも大きくなる。一方、ポンプ室35bの圧力変化
が緩やかな場合には、乱流が発生しないので、流路イン
ピーダンスは下流側のディフューザー35cよりも小さ
くなる。
On the other hand, the diffuser 35 on the upstream side
In a, the change in the flow path impedance is relatively large. That is, the diffuser 35a on the upstream side is connected to the pump chamber 3
When the pressure change in 5b is rapid, turbulent flow occurs, so that the diffuser 35 having the flow path impedance on the downstream side is generated.
It becomes larger than c. On the other hand, when the pressure change in the pump chamber 35b is gentle, turbulent flow does not occur, so the flow path impedance becomes smaller than that of the diffuser 35c on the downstream side.

【0044】例えば、急激な立上がりと緩やかな立ち下
がりを繰り返す鋸歯状の駆動電圧をPZT35sに印加
した場合、電圧の急激な変化により、ポンプ室35bの
容積が急激に小さくなり、図3において矢印364で示
すように、下流側のディフューザー35cから液体が吐
出する。次に、電圧の緩やかな変化により、ポンプ室3
5bの容積はゆっくりと元に戻り、図3において矢印3
62で示すように、上流側のディフューザー35aから
ポンプ室35b内に液体が吸い込まれる。このとき、下
流側のディフューザー35cからも、多少はポンプ室3
5b内に液体が吸い戻される。この繰り返しにより、液
体は全体として前方に送り出される。
For example, when a sawtooth drive voltage that repeats a sharp rise and a gentle fall is applied to the PZT 35s, the volume of the pump chamber 35b sharply decreases due to the abrupt change of the voltage, and an arrow 364 in FIG. As shown by, the liquid is ejected from the diffuser 35c on the downstream side. Next, due to the gradual change in voltage, the pump chamber 3
The volume of 5b slowly returns to its original position, and in FIG.
As indicated by 62, the liquid is sucked into the pump chamber 35b from the diffuser 35a on the upstream side. At this time, the diffuser 35c on the downstream side is also slightly affected by the pump chamber 3
The liquid is sucked back into 5b. By repeating this, the liquid is sent forward as a whole.

【0045】液体混合機構30を用いて混合する場合、
液体導入口32a,32bに第1及び第2の液体、例え
ば液状の検体と試薬をそれぞれ供給し、マイクロポンプ
34a,34bを駆動することにより、第1及び第2の
液体を合流流路31xに向けて交互に送液する。
When mixing is performed using the liquid mixing mechanism 30,
By supplying the first and second liquids, for example, a liquid sample and a reagent to the liquid inlets 32a and 32b, respectively, and driving the micropumps 34a and 34b, the first and second liquids are introduced into the confluent channel 31x. Alternately send the liquid toward.

【0046】例えば図5に示したように、マイクロポン
プ34a,34b(「ポンプ1」、「ポンプ2」と表
示)を逆位相で周期的に駆動し、第1及び第2の液体
に、脈動の振幅Wを交互に与える。これにより、第1及
び第2の液体は、大略交互に交差部37に流れ込み、第
1及び第2の流路31a,31bの交差部37より下流
側36には、第1及び第2の液体の塊が流路進行方向に
交互に並んだ状態となる。このとき、第1及び第2の液
体の塊(液層)間で自発的拡散が起こる。
For example, as shown in FIG. 5, the micropumps 34a and 34b (indicated as "pump 1" and "pump 2") are cyclically driven in antiphase to pulsate the first and second liquids. The amplitude W of is alternately given. As a result, the first and second liquids flow into the intersecting portion 37 approximately alternately, and the first and second liquids are located on the downstream side 36 of the intersecting portion 37 of the first and second flow channels 31a and 31b. The lumps of are arranged alternately in the flow direction. At this time, spontaneous diffusion occurs between the first and second liquid masses (liquid layers).

【0047】下流側36の液体は、合流部38で再び合
流する。そして、合流部38では、第1流路31a側の
液体の塊と、第2流路側31bの液体の塊とが交互に並
んだ状態となり、同様に自発的拡散が起こる。
The liquids on the downstream side 36 join again at the joining portion 38. Then, in the merging portion 38, the liquid mass on the first flow path 31a side and the liquid mass on the second flow path side 31b are alternately arranged, and spontaneous diffusion similarly occurs.

【0048】そして、合流部38を流れていた液体が合
流流路31xに入ると、合流流路31xの流路直角方向
の断面積は合流部38の流路直角方向の断面積よりも大
きいので、液の塊は大略傘状に広がり、液層が薄くな
る。
When the liquid flowing in the merging portion 38 enters the merging passage 31x, the cross-sectional area of the merging passage 31x in the direction perpendicular to the passage is larger than that of the merging portion 38 in the direction perpendicular to the passage. , The lump of liquid spreads almost like an umbrella, and the liquid layer becomes thin.

【0049】以上のようにして、第1及び第2の液体の
液層を薄くし、粒子の移動距離を短くし、極めて短時間
で第1及び第2の液体を均一に混合することができる。
As described above, the liquid layers of the first and second liquids can be thinned, the moving distance of the particles can be shortened, and the first and second liquids can be uniformly mixed in an extremely short time. .

【0050】第1実施形態では、それぞれの流路31
a,31bにマイクロポンプ32a,32bが必要であ
り、かつ、それらの脈動の位相差を考慮して駆動する必
要があるが、以下の第2及び第3実施形態によれば、よ
り簡便な手法で混合することができる。
In the first embodiment, each flow path 31
The micro pumps 32a and 32b are required for a and 31b, and it is necessary to drive the micro pumps in consideration of the phase difference of their pulsations. However, according to the following second and third embodiments, a simpler method can be used. Can be mixed with.

【0051】次に、第2実施形態の液体混合機構40に
ついて、図6の構成図を参照しながら説明する。
Next, the liquid mixing mechanism 40 of the second embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0052】液体混合機構40は、大略、第1実施形態
と同様に構成され、第1及び第2の流路41a,41b
が交差部47でX字状に交差し、それより下流側の部分
46が合流部48でY字状に合流し、合流流路41xに
接続するようになっている。
The liquid mixing mechanism 40 has a structure similar to that of the first embodiment, and has the first and second flow paths 41a and 41b.
Intersect at an intersection 47 in an X-shape, and a portion 46 on the downstream side merges at a junction 48 into a Y-shape and is connected to the merge channel 41x.

【0053】一方、第1実施形態とは異なり、第1の流
路41aにのみ,液体導入口42とマイクロポンプ44
が設けられ、液体導入口42に供給された第1の液体の
送液に脈動を与えて送液できるようになっている。
On the other hand, unlike the first embodiment, the liquid introduction port 42 and the micro pump 44 are provided only in the first flow path 41a.
Is provided so that the first liquid supplied to the liquid introduction port 42 can be supplied with pulsation.

【0054】第2の流路41bには、矢印49で示すよ
うに、第2の液体を一定流量で注入することができるよ
うになっている。例えば、第2の流路41bに、不図示
の外付けのポンプやシリンジを接続したり、変形が可能
なダイアフラムを適宜な手段(例えば、外付けアクチュ
エータによる押し込みや、ダイアフラムに貼り付けた形
状記憶合金の薄板のバイメタル変形)で変形させて押し
込むことによって、一定流量で送液する。
The second liquid can be injected into the second flow path 41b at a constant flow rate as shown by an arrow 49. For example, an external pump or syringe (not shown) is connected to the second channel 41b, or a deformable diaphragm is connected to an appropriate means (for example, pushing by an external actuator, or shape memory in which the diaphragm is attached to the diaphragm). Deformation with a bimetal deformation of an alloy thin plate) and pushing in, the liquid is sent at a constant flow rate.

【0055】液体の混合は、定常的に流れる第2の液体
の流れに、マイクロポンプ44により脈動する第1の液
体を、間欠的に割り込ませることにより行う。すなわ
ち、交差部47において、第1の液体の塊と第2の液体
の塊とが流路進行方向に交互に並んだ状態とし、第1実
施形態と同様に、自発的拡散により混合させる。
Mixing of the liquid is performed by intermittently interrupting the first liquid pulsating by the micropump 44 into the flow of the second liquid which constantly flows. That is, in the crossing portion 47, the first liquid mass and the second liquid mass are arranged alternately in the flow path advancing direction, and are mixed by spontaneous diffusion as in the first embodiment.

【0056】次に、第3実施形態の液体混合機構50に
ついて、図7の構成図を参照しながら説明する。
Next, the liquid mixing mechanism 50 of the third embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0057】液体混合機構50は、大略、第1実施形態
と同様に構成される。すなわち、第1及び第2の流路5
1a,51bは、交差部57でX字状に交差し、それよ
り下流側56が合流部58でY字状に合流し、合流流路
51xに接続するようになっている。第1及び第2の流
路51a,51bの端部には、液体導入口52a,52
bがそれぞれ設けられている。
The liquid mixing mechanism 50 has a structure similar to that of the first embodiment. That is, the first and second flow paths 5
1a and 51b intersect at an intersection 57 in an X shape, and the downstream side 56 merges in a Y shape at a junction 58 and is connected to the merge flow path 51x. At the ends of the first and second flow paths 51a and 51b, liquid introduction ports 52a and 52a are provided.
b are provided respectively.

【0058】一方、第1実施形態と異なり、矢印59で
示すように、合流流路51x側から吸引することによ
り、液体導入口52a,52bに供給された第1及び第
2の液体を送液するようになっている。例えば、合流流
路51xに、不図示のシリンジやポンプを接続して吸引
する。真空吸引や、毛細管力を利用して吸引してもよ
い。
On the other hand, unlike the first embodiment, as shown by an arrow 59, the first and second liquids supplied to the liquid introduction ports 52a and 52b are liquid-sucked by suction from the merging flow path 51x side. It is supposed to do. For example, a syringe or a pump (not shown) is connected to the confluent flow path 51x to suck. The suction may be performed using vacuum suction or capillary force.

【0059】第1流路51aには、ダイアフラム54が
設けられ、適宜な手段で振動させ、送液に脈動を与える
ようになっている。ダイアフラム54は、例えば、ダイ
アフラムに圧電素子を貼り付けて変形させたり、静電吸
引力で変形させたり、外付けの振動機構を取り付けたり
して、送液に脈動を与える。ダイアフラム54は、液体
に推進力を与える必要はなく、脈動を起こすだけでよい
ので、マイクロポンプに比べ、簡単な形状、構成とする
ことができる。
A diaphragm 54 is provided in the first flow path 51a, and is vibrated by an appropriate means to give a pulsation to the liquid supply. The diaphragm 54 gives a pulsation to the liquid feeding by, for example, attaching a piezoelectric element to the diaphragm to deform it, deforming it by electrostatic attraction force, or attaching an external vibration mechanism. Since the diaphragm 54 does not need to give a propulsive force to the liquid and only needs to cause pulsation, it can have a simpler shape and configuration than a micropump.

【0060】なお、ダイアフラム54は、第1及び第2
の流路52a,52bの両方に設けてもよい。この場
合、脈動のタイミングを合わせる制御が必要となるが、
混合の効率は向上するものと考えられる。
The diaphragm 54 includes the first and second diaphragms.
It may be provided in both of the flow paths 52a and 52b. In this case, it is necessary to control the pulsation timing,
It is considered that the efficiency of mixing is improved.

【0061】また、合流流路51x側から吸引する代わ
りに、液体導入口52a,52b側から液体を押し出す
ようにしてもよい。
Further, instead of sucking from the merging flow path 51x side, the liquid may be pushed out from the liquid introducing ports 52a and 52b side.

【0062】次に、第4実施形態の液体混合機構60に
ついて、図8の構成図を参照しながら説明する。
Next, the liquid mixing mechanism 60 of the fourth embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0063】液体混合機構60は、第1実施形態から交
差部37をなくした構成である。すなわち、液導入口6
2a,62b及びマイクロポンプ64a,64bがそれ
ぞれ設けられた第1及び第2の流路61a,61bが、
合流部66でY字状に合流し、合流流路61xに接続す
るようになっている。
The liquid mixing mechanism 60 has a structure in which the intersection 37 is eliminated from the first embodiment. That is, the liquid inlet 6
2a, 62b and the first and second flow paths 61a, 61b provided with the micro pumps 64a, 64b, respectively,
The merging portion 66 merges in a Y shape and is connected to the merging flow path 61x.

【0064】液体混合機構60を用いて混合する場合、
第1実施形態と同様に、液体導入口62a,62bに供
給した第1及び第2の液体をマイクロポンプ64a,6
4bの駆動により、合流部66で合流させる。このと
き、例えば第1及び第2の液体が合流部66に逆位相で
供給されるようにして、第1の液体の塊と第2の液体の
塊とが流路進行方向に交互に並んだ状態とし、自発的拡
散により混合させる。
When mixing using the liquid mixing mechanism 60,
Similarly to the first embodiment, the first and second liquids supplied to the liquid introduction ports 62a and 62b are supplied to the micro pumps 64a and 6a.
The merging portion 66 merges by driving 4b. At this time, for example, the first and second liquids are supplied to the merging portion 66 in opposite phases, so that the first liquid mass and the second liquid mass are alternately arranged in the flow path advancing direction. Allow to mix and mix by spontaneous diffusion.

【0065】液体混合機構60は、再混合の効果を得ら
れないが、形状が単純であるので、加工が容易であり、
気泡が残存するという問題が起きにくい。
Although the liquid mixing mechanism 60 cannot obtain the effect of remixing, it has a simple shape and is easy to process.
The problem of bubbles remaining is unlikely to occur.

【0066】なお、第2及び第3実施形態についても交
差部47,57をなくし、合流部48,58のみで混合
する構成とすることができる。
Also in the second and third embodiments, the intersecting portions 47 and 57 can be eliminated and the mixing can be performed only at the merging portions 48 and 58.

【0067】次に、第5実施形態の液体混合機構70に
ついて、図9の構成図を参照しながら説明する。
Next, the liquid mixing mechanism 70 of the fifth embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0068】液体混合機構70は、第4実施形態を組み
合わせたものであり、第1、第2及び第3の流路71
a,71b,71cが、順次、合流するようになってい
る。すなわち、第1及び第2の流路71a,71bが合
流部76aでY字状に合流し、前合流流路71sに接続
する。前合流流路71sは、合流部76bで第3の流路
71cとY字状に合流し、合流流路71xに接続するよ
うになっている。第1、第2及び第3の流路71a,7
1b,71cの端部には、液導入口72a,72b,7
3c及びマイクロポンプ74a,74b,74cがそれ
ぞれ設けられている。
The liquid mixing mechanism 70 is a combination of the fourth embodiment and has first, second and third flow paths 71.
The a, 71b, and 71c are designed to merge in sequence. That is, the first and second flow paths 71a and 71b join in a Y shape at the joining portion 76a and are connected to the front joining passage 71s. The front merging flow path 71s joins the third flow path 71c in a Y shape at the merging portion 76b and is connected to the merging flow path 71x. First, second and third flow paths 71a, 7
The liquid introduction ports 72a, 72b, 7 are provided at the ends of 1b, 71c.
3c and micro pumps 74a, 74b, 74c are provided respectively.

【0069】次に、第6実施形態の液体混合機構80に
ついて、図10の構成図を参照しながら説明する。
Next, the liquid mixing mechanism 80 of the sixth embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG.

【0070】液体混合機構80は、第1、第2及び第3
の流路81a,81b,81cは、合流部86で一度に
合流し、合流流路81xに接続するようになっている。
第1、第2及び第3の流路81a,81b,81cに
は、それぞれ、液導入口82a,82b,83cとマイ
クロポンプ84a,84b,84cが設けられている。
The liquid mixing mechanism 80 includes the first, second and third liquid mixing mechanisms.
The flow channels 81a, 81b, 81c of the above are merged at one time at the merging portion 86 and are connected to the merged flow channel 81x.
Liquid introduction ports 82a, 82b, 83c and micropumps 84a, 84b, 84c are provided in the first, second and third flow paths 81a, 81b, 81c, respectively.

【0071】液体混合機構80は、液導入口82a,8
2b,83cにそれぞれ供給された第1、第2及び第3
の液体を、マイクロポンプ84a,84b,84cの駆
動により、少しずつ位相をずらして合流部86に送り込
むことにより、第1、第2及び第3の液体の塊を流路進
行方向に並べ、自発的拡散により混合させることができ
る。
The liquid mixing mechanism 80 includes the liquid inlets 82a and 82a.
First, second and third supplied respectively to 2b and 83c
The liquid of (1), (2), and (3) are driven by the micropumps 84a, 84b, and 84c, and the phases of the liquids are gradually shifted to the merging portion 86, thereby arranging the first, second, and third liquid masses in the flow passage advancing direction. It can be mixed by dynamic diffusion.

【0072】なお、平面的に流路を配置した場合、流路
の数が増えると、合流部近傍は過密になる。そこで、流
路がそれぞれ形成された複数枚の基板を積層し、各流路
を貫通穴で連結すれば、より多くの種類の液体を1ヶ所
に送り込んで混合することが可能である。
In the case of arranging the flow passages in a plane, when the number of flow passages increases, the vicinity of the merging portion becomes overcrowded. Therefore, by stacking a plurality of substrates each having a flow channel formed therein and connecting each flow channel with a through hole, it is possible to send more kinds of liquids to one place and mix them.

【0073】次に、液体混合機構をマイクロチップに構
成した例について、図13及び図14を参照しながら説
明する。
Next, an example in which the liquid mixing mechanism is configured as a microchip will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

【0074】図13の斜視図に示したマイクロチップ2
0は、血球分離で得られた血液成分を、マイクロチップ
20上で試薬と混合し反応させることにより、検査を行
うことができる。
The microchip 2 shown in the perspective view of FIG.
For 0, the blood component obtained by blood cell separation can be tested by mixing it with a reagent on the microchip 20 and reacting them.

【0075】マイクロチップ20は、流路21が形成さ
れたシリコン基板20aの上下面に、透明なガラス板2
0bが接合されている。なお、マイクロチップ20は、
樹脂等を用いて形成することもできる。
The microchip 20 has a transparent glass plate 2 on the upper and lower surfaces of the silicon substrate 20a in which the channel 21 is formed.
0b is joined. The microchip 20 is
It can also be formed using a resin or the like.

【0076】マイクロ流路21は、第1流路21aと第
2流路21bとが、交差部21xで交差した後、第3流
路21cと合流するように形成されている。図示してい
ないが、交差部21xや第3流路21cとの合流部の近
傍部分の流路幅は、第1実施形態のように、その前後の
流路の幅よりも狭くしてもよい。
The micro flow channel 21 is formed so that the first flow channel 21a and the second flow channel 21b intersect with each other at the intersection 21x, and then merge with the third flow channel 21c. Although not shown, the flow passage width in the vicinity of the intersection portion 21x and the confluence portion with the third flow passage 21c may be narrower than the width of the flow passages before and after the same as in the first embodiment. .

【0077】第2流路21bには、端部にフィルター受
け部23aが形成され、中間位置にダイアフラム23b
が形成されている。第1流路21aと第2流路21bと
には、交差部21xの近傍に、流路断面が部分的に小さ
くなった撥水バルブ24a,24bがそれぞれ形成され
ている。第3流路21cの端部側には液貯め部23cが
形成されている。
A filter receiving portion 23a is formed at an end of the second flow path 21b, and a diaphragm 23b is provided at an intermediate position.
Are formed. Water-repellent valves 24a and 24b each having a partially reduced flow passage cross section are formed near the intersection 21x in the first flow passage 21a and the second flow passage 21b, respectively. A liquid storage portion 23c is formed on the end side of the third flow path 21c.

【0078】上側のガラス板20bには、第1流路21
aの端部に連通する試薬導入口25aと、フィルター受
け部23aに連通する血液受け25bと、第3流路21
cの端部に連通する吸引穴25cと、第1流路21aと
外部を連通する大気連通口22aと、第2流路21bと
外部とを連通する大気連通口22bとが、設けられてい
る。
The first flow path 21 is formed in the upper glass plate 20b.
reagent inlet 25a communicating with the end of a, blood receiver 25b communicating with filter receiver 23a, and third flow path 21
A suction hole 25c communicating with the end of c, an atmosphere communication port 22a communicating with the first flow path 21a and the outside, and an atmosphere communication port 22b communicating with the second flow path 21b with the outside are provided. .

【0079】試薬導入口25aには、適宜な試薬を導入
する。導入された試薬は、毛細管現象により第1流路2
1aを進行し、先端が撥水バルブ24aに達すると停止
する。
An appropriate reagent is introduced into the reagent introducing port 25a. The introduced reagent is transferred to the first flow path 2 due to the capillary phenomenon.
1a is advanced and stopped when the tip reaches the water repellent valve 24a.

【0080】血液受け25bには血球を分離するための
フィルターが装填される。このフィルターに全血を滴下
すると、フィルターで血球が除去された血液成分が、毛
細管現象により、第1流路21bを進行し、ダイアフラ
ム23bを満たし、先端が撥水バルブ24bに達すると
停止する。
The blood receiver 25b is loaded with a filter for separating blood cells. When whole blood is dropped on this filter, the blood component from which blood cells have been removed by the filter progresses in the first flow path 21b due to the capillary phenomenon, fills the diaphragm 23b, and stops when the tip reaches the water repellent valve 24b.

【0081】撥水バルブ24a,24bで停止している
試薬と血液成分は、大気連通口22a,22bを閉じた
状態で、吸引穴25cから不図示のシリンジ等により適
宜な圧力で吸引することで、第3流路21cに導き、混
合する。このとき、ダイアフラム23bを、適宜周期で
押し込んで、血液成分に脈動を与える。
The reagent and the blood component stopped at the water repellent valves 24a and 24b can be sucked from the suction hole 25c with an appropriate pressure by a syringe or the like while the atmosphere communication ports 22a and 22b are closed. , To the third flow path 21c and mixed. At this time, the diaphragm 23b is pushed in at an appropriate cycle to give pulsation to the blood component.

【0082】そして、第3流路21c内の混合液の変化
を検出する。例えば、不図示の光源(例えば、発光ダイ
オード)で第3流路21cに光を照射し、第3流路21
cを透過した透過光、あるいは第3流路21cからの散
乱光を、不図示の光検出器(例えば、フォトダイオー
ド)で検出する。これにより、生化学的検査や血液凝固
検査などの検査(APTT、PT、複合因子T、フェブ
リノーゲンなど)を行うことができる。
Then, the change in the mixed liquid in the third flow path 21c is detected. For example, a light source (not shown) (for example, a light emitting diode) irradiates the third flow path 21c with light,
The transmitted light transmitted through c or the scattered light from the third flow path 21c is detected by a photodetector (not shown) (for example, a photodiode). Thus, tests such as biochemical tests and blood coagulation tests (APTT, PT, complex factor T, febrinogen, etc.) can be performed.

【0083】例えば、マイクロチップ20の外形寸法は
約20mm×40mm×0.5mmであり、流路21の
幅は200μm、深さは約100μmである。もっと
も、寸法・形状は、これに限るものではない。マイクロ
流路21を、小さくすればするほど、使用する検体、試
薬の量が減り、コスト削減、被検者への負担低減を図る
ことができる。
For example, the external dimensions of the microchip 20 are approximately 20 mm × 40 mm × 0.5 mm, the width of the flow channel 21 is 200 μm, and the depth thereof is approximately 100 μm. However, the size and shape are not limited to this. The smaller the micro-channel 21 is, the smaller the amount of the specimen and the reagent to be used, the cost can be reduced, and the burden on the subject can be reduced.

【0084】次に、マイクロチップ20の製造工程につ
いて、図14を参照しながら説明する。
Next, the manufacturing process of the microchip 20 will be described with reference to FIG.

【0085】図14(a)に示したように、シリコン基
板400を用意する。シリコン基板400には、例えば
厚さ200μmのシリコンウエハーを用いる。
As shown in FIG. 14A, a silicon substrate 400 is prepared. For the silicon substrate 400, for example, a 200 μm thick silicon wafer is used.

【0086】次に、図14(b)に示したように、シリ
コン基板400の上下面に、酸化膜410,412を形
成する。酸化膜410,412は、例えば、それぞれの
厚さが1.0μmとなるように、熱酸化により成膜す
る。
Next, as shown in FIG. 14B, oxide films 410 and 412 are formed on the upper and lower surfaces of the silicon substrate 400. The oxide films 410 and 412 are formed by thermal oxidation so that each of them has a thickness of 1.0 μm.

【0087】次に、図14(c)に示したように、下面
にポリシリコン膜420を成膜する。ポリシリコン膜4
20は、例えば厚さが30μmとなるように、エピタキ
シャルにより成膜する。
Next, as shown in FIG. 14C, a polysilicon film 420 is formed on the lower surface. Polysilicon film 4
The film 20 is formed by epitaxial growth to have a thickness of 30 μm, for example.

【0088】次に、上面にレジストを塗布し、所定のマ
スクパターンを露光し、現像し、酸化膜410をエッチ
ングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再び
レジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。こ
れにより、図14(d)に示したように、酸化膜410
を完全に除去した部分416と、厚さ方向に途中まで除
去した部分414を形成する。レジスト塗布には、例え
ばOFPR800などのレジストを用いスピンコーター
で回転塗布し、レジスト膜の厚さは、例えば1μmとす
る。露光はアライナーにより行い、現像はデベロッパー
により行う。酸化膜のエッチングには、例えばRIEを
用いる。レジストの剥離には、剥離液、例えば硫酸過水
を用いる。
Next, a resist is applied on the upper surface, a predetermined mask pattern is exposed and developed, and the oxide film 410 is etched. Then, after removing the resist on the upper surface, the resist is applied again, and exposure, development and etching are performed. As a result, as shown in FIG. 14D, the oxide film 410
Is removed to form a portion 416 and a portion 414 that is partially removed in the thickness direction. For resist application, for example, a resist such as OFPR800 is used and spin coating is performed with a spin coater, and the thickness of the resist film is, for example, 1 μm. Exposure is performed by an aligner, and development is performed by a developer. For example, RIE is used for etching the oxide film. A stripping solution such as sulfuric acid / hydrogen peroxide is used for stripping the resist.

【0089】次に、上面についてシリコンエッチングを
途中まで行った後に、酸化膜414をエッチングにより
完全に除去し、再びシリコンエッチングを行い、図14
(e)に示したように、シリコン基板400を貫通する
部分404と、途中まで除去された部分402とを形成
する。シリコンエッチングには、例えば、ICP(高周
波誘導結合型プラズマ、Inductively Co
upled Plasma)を用いる。
Next, after the silicon etching is performed halfway on the upper surface, the oxide film 414 is completely removed by etching, and the silicon etching is performed again.
As shown in (e), a portion 404 that penetrates the silicon substrate 400 and a portion 402 that is partially removed are formed. For silicon etching, for example, ICP (high frequency inductively coupled plasma, Inductive Co) is used.
upd Plasma) is used.

【0090】次に、上面の酸化膜410を、例えばBH
Fを用いて完全に除去する。そして、図14(f)に示
したように、シリコン基板400の上面にガラス板43
0を貼り付ける。例えば、900V、400℃で、陽極
接合する。
Next, the oxide film 410 on the upper surface is formed by, for example, BH.
Completely remove with F. Then, as shown in FIG. 14F, the glass plate 43 is formed on the upper surface of the silicon substrate 400.
Paste 0. For example, anodic bonding is performed at 900V and 400 ° C.

【0091】マイクロポンプを備える場合には、図14
(g)に示したように、ポンプ室の振動板の部分にPZ
Tを接着する。
When equipped with a micropump, FIG.
As shown in (g), PZ is attached to the diaphragm of the pump chamber.
Glue T.

【0092】次に、液体の混合のシミュレーション結果
を、図11及び図12にを示す。
Next, the simulation results of liquid mixing are shown in FIGS.

【0093】図12は、合流部のみで混合する場合のシ
ミュレーション結果である。シミュレーションモデル
は、第1の流路100と第2の流路102が、合流部の
細い流路104,106で合流した後、合流流路108
に接続する。細い流路106の幅は20μm、合流流路
108の幅は200μmである。第2流路102には、
第2の液体を、一定圧力500Paで供給する。第1の
流路100には第1の液体130を、2000Pa、5
00HzでON/OFFすることにより、脈動させる。
合流流路108には、バッファー液が予め満たされてい
る。図12(a)〜(h)は、1msごとの流れの様子
を示している。符号122は、バッファー液と第2の液
体との境界である。液体は、細い流路106から合流流
路108に入ると、大略傘状に広がり、薄い第1の液層
132,134,136と第2の液層142,144,
146が流路進行方向に交互に形成される。
FIG. 12 shows a simulation result in the case of mixing only at the merging portion. In the simulation model, the first flow channel 100 and the second flow channel 102 join together at the narrow flow channels 104 and 106 at the merging portion, and then the merge flow channel 108.
Connect to. The narrow channel 106 has a width of 20 μm, and the confluent channel 108 has a width of 200 μm. In the second channel 102,
The second liquid is supplied at a constant pressure of 500 Pa. The first flow path 100 is filled with the first liquid 130 at 2000 Pa, 5
Pulsates by turning on / off at 00 Hz.
The confluent channel 108 is filled with a buffer solution in advance. FIGS. 12A to 12H show the state of the flow every 1 ms. Reference numeral 122 is a boundary between the buffer liquid and the second liquid. When the liquid enters the confluent flow passage 108 from the narrow flow passage 106, it spreads out in a generally umbrella shape, and the thin first liquid layers 132, 134, 136 and the second liquid layers 142, 144,
146 are alternately formed in the flow path advancing direction.

【0094】図11は、交差部と合流部とを用いて混合
する場合のシミュレーション結果を示す。シミュレーシ
ョンモデルは、第1の流路200に接続された細い流路
204と、第2の流路(図示せず)に接続された細い流
路202とが、交差部206で交差した後、口字状に折
れ曲がり、合流部208で合流し、広い合流流路210
に接続する。合流流路210には、バッファー液が予め
満たされている。図11(a)〜(d)は、5msごと
の流れの様子を示している。第1及び第2の液体は、交
差部206、合流部208を通り、合流流路210に流
れ込んだときには、それぞれの液層が薄すぎて、既に混
合している。
FIG. 11 shows a simulation result when mixing is performed using the intersecting portion and the merging portion. The simulation model is such that after the thin channel 204 connected to the first channel 200 and the thin channel 202 connected to the second channel (not shown) intersect at the intersection 206, It is bent in a letter shape and joins at the joining portion 208 to form a wide joining channel 210.
Connect to. The confluence channel 210 is filled with a buffer solution in advance. FIGS. 11A to 11D show the state of the flow every 5 ms. When the first and second liquids pass through the intersecting portion 206 and the merging portion 208 and flow into the merging passage 210, their respective liquid layers are too thin and already mixed.

【0095】以上説明したように、液体混合機構は、少
なくとも2液以上の液体を同時に混合できる。脈動を利
用して混合することにより、流路進行方向に非常に薄い
液体の拡散層を多数形成するので、拡散混合が桁違いに
短時間で終了する。例えば、比較的大きなフェブリノー
ゲンを100μm幅の流路の幅方向で拡散混合させるた
めの時間は、約2000秒と計算される。これが、流路
進行方向の薄い層(2μm)を拡散混合させるための時
間は、約0.8秒と計算される。
As described above, the liquid mixing mechanism can simultaneously mix at least two liquids. By mixing using pulsation, a large number of very thin liquid diffusion layers are formed in the flow path advancing direction, so that diffusion mixing is completed in an order of magnitude in a short time. For example, the time for diffusively mixing a relatively large febrinogen in the width direction of a 100 μm wide channel is calculated to be about 2000 seconds. The time required for diffusing and mixing the thin layer (2 μm) in the flow path advancing direction is calculated to be about 0.8 seconds.

【0096】また、流路進行方向の拡散を使用するので
流路幅を狭める必要がなく、流路抵抗の上昇による送液
の負担が軽減される。すなわち、ポンプの発生圧力を大
きくしたり、高圧に耐えるように構成を大きくする必要
がない。
Further, since diffusion in the direction of flow passage is used, there is no need to narrow the width of the flow passage, and the burden of liquid transfer due to an increase in flow resistance is reduced. That is, it is not necessary to increase the pressure generated by the pump or increase the size of the structure to withstand high pressure.

【0097】また、液体混合機構の構成が比較的簡単で
あり、一つの基板上に平面的に形成でき、部品点数が少
ない。
Further, the structure of the liquid mixing mechanism is relatively simple, it can be formed in a plane on one substrate, and the number of parts is small.

【0098】それぞれの液の送り量を駆動波形によって
制御するので、それぞれの液の送り量を任意に変えるこ
とができ、混合比も任意に設定することができる。ま
た、時間によって混合比率を任意に変えることもでき
る。
Since the feed amount of each liquid is controlled by the drive waveform, the feed amount of each liquid can be arbitrarily changed and the mixing ratio can also be arbitrarily set. Further, the mixing ratio can be arbitrarily changed depending on the time.

【0099】また、マイクロポンプはパルス群を組み合
わせることで駆動してもよい。すなわち、図15(a)
に示すように、ポンプAにはパルス列Paを、ポンプB
にはパルス列Pbを交互に与えて駆動する。この駆動パ
ルス群は電圧のon/offの集合であり、そのパルス
形状、パルス電圧、パルス数によってポンプの動きを制
御する。このような駆動制御をすることによって、液供
給の高精度化・自由度の拡大が可能になる。
The micropump may be driven by combining pulse groups. That is, FIG. 15 (a)
As shown in FIG.
Pulse trains Pb are alternately applied to drive. This drive pulse group is a set of voltage on / off, and the movement of the pump is controlled by its pulse shape, pulse voltage, and pulse number. By performing such drive control, it is possible to increase the accuracy of liquid supply and increase the degree of freedom.

【0100】図15(a)のように、ポンプAとポンプ
Bに同じ形状、電圧、数のパルス群を与えた場合、各ポ
ンプから供給される液は1:1になる。パルスの形状ま
たは電圧または数のいずれかあるいはいくつかを組み合
わせたものを変えることによって、液の混合比率を任意
に制御することができる。
As shown in FIG. 15 (a), when pumps A and B are given the same pulse group of the same shape, voltage and number, the liquid supplied from each pump becomes 1: 1. The mixing ratio of the liquid can be arbitrarily controlled by changing either the pulse shape or the voltage or the number, or a combination of some of them.

【0101】また、図15(b)のように、ポンプAを
パルス列Paで脈動させ、ポンプBを整流ポンプとする
ことで、脈動と整流による2液の混合を実現できる。
Further, as shown in FIG. 15B, by pulsating the pump A with the pulse train Pa and using the pump B as a rectifying pump, mixing of the two liquids by pulsation and rectification can be realized.

【0102】さらには、液の送り量を適宜に制御するこ
とで、交差部又は合流部より下流側に、濃度勾配、pH
勾配等を持った溶液を作ることができる。これにより、
例えば濃度やpH等の条件を変えた化学反応を一度に行
うことができ、効率的である。
Further, by appropriately controlling the feed amount of the liquid, the concentration gradient and the pH can be provided on the downstream side of the intersection or the junction.
It is possible to make a solution with a gradient. This allows
For example, it is efficient because it is possible to carry out chemical reactions with different conditions such as concentration and pH at the same time.

【0103】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments, but can be implemented in various other modes.

【0104】例えば、液体混合機構は、マイクロチップ
に限らず、種々の態様で構成することができる。
For example, the liquid mixing mechanism is not limited to the microchip, but can be configured in various ways.

【0105】なお、上述した具体的実施形態には、以下
の発明が含まれる。 (1) 交差部又は合流部で交差又は合流する微小な第
1及び第2の流路に、それぞれ第1及び第2の液体を流
す第1のステップと、上記交差部又は合流部において、
上記第1の液体と第2の液体を交差又は合流させる第2
のステップとを備え、上記第1のステップにおいて、上
記第1及び第2の液体の少なくとも一方を脈動させるこ
とを特徴とする、液体混合方法。 (2) 上記第2のステップにおいて、上記第1の液体
と第2の液体を交差又は合流させる部分の流路直角方向
の断面積が、その前後の流路の流路直角方向の断面積よ
りも小さいことを特徴とする、上記(1)記載の液体混
合方法。 (3) 上記第1ステップにおいて、上記第1及び第2
の液体の少なくとも一方は、1回あたり、上記交差部又
は合流部の容積の1/5倍以上で、その前後の流路幅に
対して十分小さくなる量を脈動させることを特徴とす
る、上記(1)記載の液体混合方法。 (4) 上記第1ステップにおいて、上記第1及び第2
の液体は、上記交差部又は合流部において、略逆位相で
交差又は合流することを特徴とする、上記(1)記載の
液体混合方法。 (5) 上記第1のステップにおいて、上記第1及び第
2の液体のいずれか一方が脈動し、他方が整流であるこ
とを特徴とする、上記(1)記載の液体混合方法。 (6) 上記第2ステップにおいて、上記第1及び第2
の液体を交差させた後に、再び合流させることを特徴と
する、上記(1)記載の液体混合方法。 (7) 上記第1ステップにおいて、上記第1及び第2
の流路の少なくとも一方の上記交差部又は合流部より上
流側に設けたマイクロポンプにより、上記第1及び第2
の液体の少なくとも一方を脈動させることを特徴とす
る、上記(1)記載の液体混合方法。 (8) 上記第1ステップにおいて、上記第1及び第2
の流路の少なくとも一方の上記交差部又は合流部より上
流側に設けたダイアフラムにより、上記第1及び第2の
液体の少なくとも一方を脈動させることを特徴とする、
上記(1)記載の液体混合方法。
The specific embodiments described above include the following inventions. (1) The first step of flowing the first and second liquids into the minute first and second flow paths intersecting or merging at the intersecting portion or the merging portion, respectively, and in the intersecting portion or the merging portion,
A second liquid which intersects or merges the first liquid and the second liquid
And a step of pulsating at least one of the first and second liquids in the first step. (2) In the second step, the cross-sectional area of the part where the first liquid and the second liquid intersect or merge with each other is greater than the cross-sectional area of the flow path before and after that part in the direction perpendicular to the flow path. The liquid mixing method according to (1) above, characterized in that (3) In the first step, the first and second
At least one of the liquids is ⅕ or more times the volume of the intersecting portion or the merging portion per one time, and pulsates a sufficiently small amount with respect to the flow channel width before and after that. The liquid mixing method according to (1). (4) In the first step, the first and second
2. The liquid mixing method according to (1) above, characterized in that the liquid intersects or merges in substantially the opposite phase at the intersecting portion or the merging portion. (5) In the first step, one of the first and second liquids pulsates, and the other rectifies, the liquid mixing method according to (1). (6) In the second step, the first and second steps
The liquid mixing method according to (1) above, characterized in that the liquids of (1) are crossed and then merged again. (7) In the first step, the first and second steps
The first and second micropumps provided on the upstream side of the intersecting portion or the merging portion of at least one of the flow paths of
The liquid mixing method according to (1) above, characterized in that at least one of the liquids described in 1) is pulsated. (8) In the first step, the first and second steps
At least one of the first and second liquids is pulsated by a diaphragm provided on the upstream side of at least one of the intersecting portion or the merging portion of the flow path of
The liquid mixing method according to (1) above.

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

【図1】 チャンネル幅と拡散時間及び比界面積の関係
を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing the relationship between channel width, diffusion time, and specific boundary area.

【図2】 本発明の第1実施形態に係る液体混合機構の
構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 マイクロポンプの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a micropump.

【図4】 図3の線IV−IVに沿って切断したマイクロポ
ンプの断面図である。
4 is a cross-sectional view of the micropump taken along line IV-IV in FIG.

【図5】 マイクロポンプの駆動流量を示すグラフであ
る。
FIG. 5 is a graph showing a drive flow rate of a micro pump.

【図6】 本発明の第2実施形態に係る液体混合機構の
構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第3実施形態に係る液体混合機構の
構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to a third embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第4実施形態に係る液体混合機構の
構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第5実施形態に係る液体混合機構の
構成図である。
FIG. 9 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第6実施形態に係る液体混合機構
の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a liquid mixing mechanism according to a sixth embodiment of the present invention.

【図11】 液体混合機構の流れのシミュレーション結
果である。
FIG. 11 is a simulation result of the flow of the liquid mixing mechanism.

【図12】 液体混合機構の流れのシミュレーション結
果である。
FIG. 12 is a simulation result of the flow of the liquid mixing mechanism.

【図13】 液体混合機構を含むマイクロチップの斜視
図である。
FIG. 13 is a perspective view of a microchip including a liquid mixing mechanism.

【図14】 マイクロチップの製造工程図である。FIG. 14 is a manufacturing process diagram of a microchip.

【図15】 マイクロポンプの駆動波形図である。FIG. 15 is a drive waveform diagram of the micro pump.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 マイクロチップ 21a 第1の流路 21b 第2の流路 21c 第3の流路(合流部) 21x 交差部 30 液体混合機構 31a 第1の流路 31b 第2の流路 34a,34b マイクロポンプ 37 交差部 38 合流部 40 液体混合機構 41a 第1の流路 41b 第2の流路 44 マイクロポンプ 47 交差部 48 合流部 50 液体混合機構 51a 第1の流路 51b 第2の流路 54 ダイアフラム 57 交差部 58 合流部 60 液体混合機構 61a 第1の流路 61b 第2の流路 64a,64b マイクロポンプ 66 合流部 70 液体混合機構 71a,71b,71c 流路 74a,74b,74c マイクロポンプ 76a,76b 合流部 80 液体混合機構 81a,81b,81c の流路 84a,84b,84c マイクロポンプ 86 合流部 20 microchips 21a First flow path 21b Second flow path 21c Third flow path (merging portion) 21x intersection 30 Liquid mixing mechanism 31a First flow path 31b Second flow path 34a, 34b Micro pump 37 intersection 38 Junction 40 Liquid mixing mechanism 41a First flow path 41b Second flow path 44 micro pump 47 intersection 48 Confluence part 50 Liquid mixing mechanism 51a First flow path 51b Second flow path 54 diaphragm 57 intersection 58 Confluence part 60 Liquid mixing mechanism 61a First flow path 61b Second flow path 64a, 64b Micro pump 66 Confluence section 70 Liquid mixing mechanism 71a, 71b, 71c Flow path 74a, 74b, 74c Micro pump 76a, 76b Confluence part 80 Liquid mixing mechanism 81a, 81b, 81c channels 84a, 84b, 84c Micro pump 86 Confluence part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G035 AB37 AC01 AE13 4G037 AA02 EA01    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 4G035 AB37 AC01 AE13                 4G037 AA02 EA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交差部又は合流部で交差又は合流する微
小な第1及び第2の流路を備え、上記第1の流路を流れ
る第1の液体と上記第2の流路を流れる第2の液体とが
上記交差部又は合流部で交差又は合流して混合する液体
混合機構において、 上記第1及び第2の液体の少なくとも一方が、上記交差
部又は合流部に、脈動しながら送液されることを特徴と
する、液体混合機構。
1. A microfluidic first and second flow path that intersects or merges at an intersecting portion or a merging portion, and a first liquid flowing through the first flow passage and a minute liquid flowing through the second flow passage. In a liquid mixing mechanism in which the second liquid intersects or merges with the intersecting portion or the merging portion to mix, at least one of the first and second liquids is pulsated to the intersecting portion or the merging portion to deliver the liquid. And a liquid mixing mechanism.
【請求項2】 上記交差部又は合流部の流路直角方向の
断面積が、その前後の流路の流路直角方向の断面積より
も小さいことを特徴とする、請求項1記載の液体混合機
構。
2. The liquid mixture according to claim 1, wherein the cross-sectional area of the intersecting portion or the merging portion in the direction perpendicular to the flow passage is smaller than the cross-sectional area of the flow passages before and after the intersecting portion in the direction perpendicular to the flow passage. mechanism.
【請求項3】 上記第1及び第2の液体は、上記交差部
又は合流部において、略逆位相で交差又は合流すること
を特徴とする、請求項1記載の液体混合機構。
3. The liquid mixing mechanism according to claim 1, wherein the first and second liquids intersect or merge in substantially the opposite phase at the intersecting portion or the merging portion.
【請求項4】 上記第1及び第2の流路が、交差した後
に合流することを特徴とする、請求項1記載の液体混合
機構。
4. The liquid mixing mechanism according to claim 1, wherein the first and second flow paths merge after intersecting each other.
【請求項5】 上記第1及び第2の流路の少なくとも一
方の上記交差部又は合流部より上流側に、ダイアフラム
を備えたことを特徴とする、請求項1記載の液体混合機
構。
5. The liquid mixing mechanism according to claim 1, wherein a diaphragm is provided on the upstream side of the intersecting portion or the joining portion of at least one of the first and second flow paths.
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