JP2003287479A

JP2003287479A - バルブ機構

Info

Publication number: JP2003287479A
Application number: JP2002092422A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimoide; 浩治下出; Hiroyuki Fukui; 弘行福井
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP4083452B2

Abstract

(57)【要約】【課題】機構が平易で小型且つ低コストであると共
に、ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析を行う分析
装置に好適なバルブ機構を提供すること。【解決手段】キャピラリ１２に吸水ポリマーＬを収納
した保存槽１３を連結すると共に、その保存槽１３の開
口部をダイアフラム膜１４で覆い、そのダイアフラム膜
１４を押圧することで吸水ポリマーＬを押し出して、前
記キャピラリ１２を塞ぐことができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微量試料の分析や
検出を簡便に行うことができる分析装置に好適なバルブ
機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療診断に必要な測定を患者近傍で行う
ベッドサイド診断用の分析（ＰＯＣ（ｐｏｉｎｔｏｆ
ｃａｒｅ）分析）や、河川や廃棄物中の有害物質の分析
を河川や廃棄物処理場等の現場で行うこと（ＰＯＵ（ｐ
ｏｉｎｔｏｆｕｓｅ）分析）や、食品の調理，収穫，
輸入の各現場における汚染検査等の、分析・計測が必要
とされる現場もしくは現場の近傍で分析・計測を行うこ
と（以下、「ＰＯＣ分析等」と総称する）の重要性が注
目されており、近年、このようなＰＯＣ分析等に適用さ
れる検出法や装置の開発が重要視されつつある。そし
て、このようなＰＯＣ分析等は、簡便に短時間で、且つ
低コストで行われることが要求される。

【０００３】従来、微量分析には、試料をキャピラリガ
スクロマトグラフィー（ＣＧＣ），キャピラリ液体クロ
マトグラフィー（ＣＬＣ）等で分離した後、質量分析計
で定量するＧＣ−ＭＳ装置やＬＣ−ＭＳ装置が広く使用
されてきた。しかしながら、これらの分析装置は質量分
析計が大型であることと操作が煩雑であることから、患
者のベッドサイドや汚染河川，廃棄物処理場近辺等の現
場での測定に使用するのには適していない。さらに、血
液等を試料とする医療診断用途の分析装置は、試料が触
れる部分を使い捨てにすることが望ましい。

【０００４】そこで、これらの問題点を解決するため
に、従来利用されてきた分析装置を小型化し、極微量の
液体試薬を反応させるμＴＡＳ（ｍｉｃｒｏｔｏｔａ
ｌａｎａｌｙｓｉｓｓｙｓｔｅｍ）の技術をＰＯＣ分
析等へ応用する検討が進んできた。μＴＡＳでは、血液
に限らず検体量を微量にするために、１０ｃｍから数ｃ
ｍ角程度以下のガラスやシリコン製のチップの表面に溝
を形成して、その溝中に試薬溶液や検体を流して分離，
反応を行って、微量試料の分析を行っている（特開平２
−２４５６５５号公報、特開平３−２２６６６６号公
報、特開平８−２３３７７８号公報、Ａｎａｌｙｔｉ
ｃａｌＣｈｅｍ．６９，２６２６−２６３０（１９
９７）ＡｃｌａｒａＢｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓなど）。
この技術においては、検体量，検出に必要な試薬量，検
出に用いた消耗品等の廃棄物，廃液の量がいずれも少な
くなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むと
いう利点がある。

【０００５】本願出願人も、特願平１０−１８１５８６
号明細書（「混合分析装置及び混合分析方法」）、特開
２０００−２６７５号公報（「キャピラリ光熱変換分析
装置」）、特開２０００−２６７７号公報、国際公開Ｗ
Ｏ９９／６４８４６号公報（「分析装置」）、特願平１
１−２２７６２４号明細書、国際公開ＷＯ０１／１３１
２７号公報（「分析用カートリッジ及び送液制御装
置」）等のμＴＡＳ関係の発明を出願している。

【０００６】これらの公報又は出願明細書には、チップ
として樹脂製のマイクロチップを用いることや、微量成
分の検出法として熱レンズ検出法を用いることなども記
載されている。熱レンズ検出法は、励起光で液体中の試
料を励起して、いわゆる熱レンズを形成させ、検出光で
その熱レンズの変化を測定する光熱変換検出法であり、
その原理等は以前から知られている（特開昭６０−１７
４９３３号公報、Ａ．Ｃ．Ｂｏｃｃａｒａｅｔ．ａ
ｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３６，１３０，
１９８０、Ｊ．ＬｉｑｕｉｄＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａ
ｐｈｙ１２，２５７５−２５８５（１９８９）、特
開平１０−１４２１７７号公報、特開平４−３６９４６
７号公報、ぶんせきＮｏ．４，２８０−２８４，１９９
７、Ｍ．Ｈａｒａｄａ，ｅｔ．ａｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈ
ｅｍ．Ｖｏｌ．６５，２９３８−２９４０，１９９３、
川西，他日本分析化学会第４４年会講演要旨集，ｐ１
１９，１９９５など）。

【０００７】キャピラリ中の成分を測定する方法として
は、熱レンズ検出法の他に蛍光法や吸光度法等も用いる
ことができるが、蛍光標識物質の導入などの操作をする
ことなく高い感度が実現できるので、熱レンズ検出法が
適している。一方、チップ内の液体を移動させる技術、
すなわち送液方法としては、チップ外の送液ポンプ又は
吸引ポンプを用いて、チップのキャピラリ内の送液を行
う方法が一般的である（例えば、Ｓ．Ｓｈｏｊｉ，ｅ
ｔ．ａｌ．，Ｓｅｎｓｏｒｓ＆ＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ
８，２０５−２０８，１９９４、ぶんせきＮｏ．４，２
８０−２８４，１９９７、Ｍ．Ｈａｒａｄａ，ｅｔ．ａ
ｌ．、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．６５，２９３８−
２９４０，１９９３、川西，他日本分析化学会第４４
年会講演要旨集，ｐ１１９，１９９５等）。

【０００８】しかしながら、この外部ポンプを用いる方
法では、制御の即応性，連続的な変化，耐久性，医療現
場においては重要な静粛性等の点で問題がある。また、
送液ポンプ，吸引ポンプを用いるため装置全体が大型に
なることや、チップと外部ポンプとの接続部分で漏れが
生じるおそれもある。さらに、外部ポンプを用いた装置
等のように外部との液の通過が必要な装置では、チップ
外部に廃液溜，試薬溶液溜，緩衝液溜等を設ける必要が
あり、液の補給，廃棄，清掃など、その液溜のメインテ
ナンスが必要になる。このことは、ＰＯＣ分析等におい
て簡便性を著しく損なうことになる。

【０００９】そのため、最近ではチップ内に組み込み可
能なマイクロポンプの開発が行われている。このマイク
ロポンプとしては、例えばチップ内部に液を押し動かす
ためのダイアフラム膜が組み込まれているものがある。
ダイアフラム膜の動力源としては圧電素子をあげること
ができる。圧電素子は、比較的少量のエネルギーで大き
な力を発生させることが可能である。

【００１０】しかしながら、圧電素子が単一の結晶で構
成されていると、極小さい距離しか液を押し動かすこと
ができない。ストロークを大きくするには通常は複数の
結晶で圧電素子を構成するが、そうすると多くの部品が
必要になり、結局コストがかさんでしまう。また、圧電
素子は小さい電流で駆動するが高い電圧を必要とするた
め、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言え
ない。さらに、伸張係数の異なる材料を積層して圧電素
子を構成する必要があり、しかも積層に際しては正確な
クリアランスが要求されるため、微小サイズ化すること
が難しい。さらに、振動による往復運動を生ずるため、
送液に適した一方向の力に変換するためには、逆止弁機
能を有する複数のバルブを必要としたり、複数のポンプ
に位相差を付ける電気的制御を必要としたりするので、
システム全体が非常に複雑になるという問題があった。
ディフューザーなど整流効果のあるモジュールを流路内
に設置することにより送液を行うことも可能であるが、
その構造上の特性により、高流速でないと整流効果は期
待できない。低流速の場合には流路幅を細くすることに
より高速化することも可能ではあるが、この方法では流
路での圧力損失が大きくなる，チップの製作精度や流量
制御精度を高める必要がある，高コストにつながる等の
理由により、実用的なシステムを組むことが困難になっ
てくる。

【００１１】また一方、チップ内の液体移動を止める技
術、すなわち流路閉止方法としては、ピエゾ素子等を用
いた能動バルブ（例えばＡ．ＶａｎｄｅｎＢｅｒｇ
等、Ｐｒｏｃ．ｏｆ μＴＡＳ’９６，ｐ９（１９９
６）等）やシリコンゴム等を用いた受動バルブ（例えば
Ｒ．Ｚｅｎｇｅｒｌｅ他、Ｐｒｏｃ．ｏｆＡｃｔｕ
ａｔｏｒ’９４，ｐ２５（１９９４）等）といった種
々の構造が考案されている。これらのバルブとダイアフ
ラム膜の駆動部分とを組み合わせて形成されるマイクロ
ポンプは実用に供されつつあるが、製作に必要な手間や
コストを考えると、血液測定などの用途で一般的である
使い捨てには適していない。

【００１２】また、遠心力で送液を行う場合には、流路
幅が途中で細くなり表面張力で閉状態となるバルブや、
ワックスで流路を塞ぐバルブを設けて送液を制御する方
法も知られている（国際公開ＷＯ９８／５３３１１や
国際公開ＷＯ９７／２１０９０等。ＧＡＭＥＲＡＢｉ
ｏｓｃｉｅｎｃｅ社）。表面張力を利用したバルブにあ
っては、試薬溶液に界面活性剤が入っているときには、
容易にバルブが開状態となってしまい調節が難しいとい
う問題があり、ワックスを用いたバルブにあっては、流
路幅が太くなる，ワックスを溶かす加熱機構が必要にな
る，液体中の成分がワックスに吸着する等の問題があ
る。また、これらのバルブを開状態から閉状態にするに
は、大きな困難が伴う。

【００１３】また一方、チップ内の液体のハンドリング
を行う技術、すなわち液体ハンドリング方法としては、
例えばマイクロマシンに代表されるシリコンの微細加工
技術を応用して、シリコン基板の削り込みや、厚塗りタ
イプの感光性樹脂に流路を形成するなどして、ゲートバ
ルブ構造を同一平面上に形成するものや（例えばＶ．Ｓ
ｅｉｄｅｍａｎｎ他、Ｐｒｏｃ．ｏｆＴｒａｎｓｄｕ
ｃｅｒｓ’０１，ｐｐ１６１６−ｐｐ１６１９（２００
１））、シリコン基板を複数枚積層した立体構造として
バルブ構造を組み込んだものがある。これらはＬＳＩに
代表される半導体加工技術に基づいて製作されており、
コストが高いので使い捨て用途には不向きであり、また
シリコンを使用するため光学的検出には適さない。

【００１４】また、磁気粘性流体で流路を閉塞して閉止
バルブとする方法も知られている（Ｈ．Ｈａｒｔｓｈ
ｏｒｎｅ他、Ｐｒｏｃ．ｏｆ μＴＡＳ’９８，ｐｐ
３７９−ｐｐ３８１（１９９８））。この方法ではチッ
プ保管時における外部磁力の存在が問題となる。さら
に、液体の水素イオン指数等に応じて体積が変化するポ
リマーを開閉バルブとして使用する方法も知られている
（Ｒ．Ｈ．Ｌｉｕ他、Ｐｒｏｃ．ｏｆμＴＡＳ’２
０００，ｐｐ４５−ｐｐ４８（２０００））。しかし
ながら、この方法では種々の物質を取り扱わなければな
らないチップには制約が多すぎる。

【００１５】また、液体に触れるだけで体積が大きくな
る吸水ポリマーを閉止バルブとして使用する方法も知ら
れている（例えば、特願平４−３３５）。しかしなが
ら、この方法では、吸水ポリマーが液体に触れたときか
ら閉止効果を発揮してしまうため、液体の流れを制御す
る手段や吸水ポリマーを膨潤させないようにする手段等
を設ける必要がある。

【００１６】さらにまた、吸水ポリマーを閉止バルブと
して使用する場合には、乾燥した吸水ポリマーをチップ
内に保管することになるが、乾燥した吸水ポリマー間で
静電気が発生したり、またチップが樹脂製であるときに
は当該チップと乾燥した吸水ポリマーとの間で静電気に
よる反発が発生し、所定量の吸水ポリマーを保管場所に
収納することは困難である。

【００１７】また、吸水ポリマーを膨潤させるときに
は、吸水ポリマーの保管場所と液体が導入される流路と
の位置関係によっては、液体が吸水ポリマー全体を湿潤
する前に当該液体の導入口をふさいでしまい、膨潤に必
要な液体の供給が絶たれてしまう可能性がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＰＯＣ分
析等を行う機器へ提供するバルブ機構として多くの提案
があるが、多項目，小型，簡便，短時間，低コストとい
う我々の目指す機器の要求全てに適合するものは未だ提
案されていない。具体的には、装置が小型で平易に製造
できるもの、操作が煩雑でなく簡単に測定ができるもの
等の多くの必要条件を満たすことのできるバルブ機構が
求められている。

【００１９】そこで、本発明は、上記のような従来技術
が有する問題点に鑑みて、その機構が平易で小型且つ低
コストであると共に、ＰＯＣ分析等をはじめとする種々
の分析を行う分析装置に好適なバルブ機構を提供するこ
とを課題とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の請求項１に係るバルブ機構は、入れ物に応じて形状
を変えることができる物質を流路内の所定部位に押し出
して、当該流路を塞ぐことを特徴とする。このような構
成であれば、前記物質を流路内に押し出すことによっ
て、当該流路を任意のタイミングで塞ぐことができ、当
該流路内の液体の通過を妨げる閉止バルブとしての機能
を、平易で小型且つ低コストに形成することができる。

【００２１】また、本発明の請求項２に係る発明は、請
求項１に記載のバルブ機構において、前記物質を壁体に
囲まれて形成された保存槽に収納すると共に、当該保存
槽を前記流路から分岐した分岐流路に連結したことを特
徴とする。さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請
求項１又は請求項２に記載のバルブ機構において、前記
物質を壁体に囲まれて形成された保存槽に収納すると共
に、当該壁体の少なくとも一部を前記保存槽の内部に向
かって突出するように変形可能な隔壁で構成し、その隔
壁で前記保存槽の容積を変化させることによって、当該
保存槽内の物質を前記流路内に押し出すことを特徴とす
る。

【００２２】このような構成であれば、外側から隔壁に
押圧力が加えることによって、その隔壁が変形して保存
槽の内部に押し込まれ、この隔壁の変形によって保存槽
の容積が減少することで、その保存槽内の物質を前記容
積変化分だけ流路に押し出すことができ、簡便に低コス
トで作製することができる。さらに、本発明の請求項４
に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載のバルブ機
構において、前記物質は、所定の液体を吸収することで
体積が増加する吸水ポリマーであることを特徴とする。

【００２３】このような構成であれば、乾燥した吸水ポ
リマーを保存槽内に予め収容しておき、使用時に膨潤さ
せて使用することができるので、ＰＯＣ等に求められる
簡便性から見て好ましい。またさらに、本発明の請求項
５に係る発明は、請求項４に記載のバルブ機構におい
て、前記隔壁を、気体は透過し液体は透過しない素材で
構成したことを特徴とする。

【００２４】このような構成であれば、乾燥した吸水ポ
リマーを膨潤させる液体を前記保存槽に充填するときに
は、前記保存槽１３内の空気は液体が充填されるにした
がって隔壁を透過して抜けていくが、液体や吸水ポリマ
ーは透過して抜けていくことはなく、前記保存槽内を吸
水ポリマーで完全に満たされた状態にすることができ
る。

【００２５】さらに、本発明の請求項６に係る発明は、
請求項４又は請求項５に記載のバルブ機構において、乾
燥した前記吸水ポリマーを、所定の補助部材に保持させ
て前記保存槽内に収納したことを特徴とする。このよう
な構成であれば、乾燥した吸水ポリマーを保存槽内に収
容するときに、乾燥した吸水ポリマーと保存槽との間の
静電気による反発力や、乾燥した吸水ポリマー間で生じ
る静電気による反発力による不具合を防止することがで
きる。

【００２６】さらに、本発明の請求項７に係る発明は、
請求項６に記載のバルブ機構において、前記補助部材
は、表面に粘着性を有するシート状部材であることを特
徴とする。また、本発明の請求項８に係る発明は、請求
項１乃至請求項７のいずれかに記載のバルブ機構におい
て、前記流路は一対の平板状部材が貼り合わされて構成
されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一
方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして
貼り合わせることにより前記流路が形成されていること
を特徴とする。

【００２７】以下に、本発明のバルブ機構について、図
面を参照しながら詳細に説明する。〔チップについて〕本発明のバルブ機構を構成するチッ
プ１は、前述のようにキャピラリ１２と当該キャピラリ
１２を閉塞可能な物質が収納される保存槽１３とを備え
ている。そして、これらは板面に溝を備える一対の平板
状部材を貼り合わせることにより形成することが好まし
い。すなわち、図１に示すように、板面に溝１０ａを備
える平板状部材１０の前記溝１０ａを備えた板面１０ｂ
に、例えば樹脂製のカバーシート１１を接着剤，粘着テ
ープ等を介して貼り合わせると、搬送用流路や混合用流
路となるキャピラリ１２を有するチップ１が形成され
る。また、チップ１は加工生産性の点から、貫通溝をも
つ平板を、他の平板２枚で挟んで溝を形成させて３枚構
成とすることも可能である。

【００２８】この溝は、金型による成形やエンボス等の
技術によって形成することができる。溝の形状，寸法に
ついては特に限定されるものではないが、現状の成形技
術の観点からは、流路の幅と深さとの比が０．３〜１０
程度で、且つ、幅，深さはそれぞれ０．５μｍ以上が好
ましく、必要とする試料，試薬の量の観点からは、幅，
深さはそれぞれ５００μｍ以下であることが好ましい。
なお、溝の断面形状は、どのようなものであってもよ
く、例えば四角形や三角形等の多角形、半円形、半楕円
形等であってもよい。また、１つの平板状部材１０上に
何種類かの異なった形状の溝を形成してもよく、溝１０
ａの上面（開放面）の幅は、溝１０ａの下面（底）の幅
と同じであってもよいし広くてもよい。

【００２９】なお、後述する光熱変換法に基づく検出手
段をより簡便に精度よく行うためには、溝の断面形状が
四角形であることが望ましい。この溝１０ａは、小さす
ぎると液体中の微粒子により流れが乱れる原因となり、
大きすぎると平板状部材１０の面積が大きくなるという
問題や、拡散時間の増大という問題を生じる。平板状部
材１０の材質として樹脂を採用する場合は、成形加工性
が良好であることと、光学測定を実施する場合には透明
であることが要求されるので、透明な熱可塑性樹脂を使
用することが好ましい。平板状部材１０の材質としてガ
ラスを採用することも可能であるが、コストを考慮する
と樹脂の方が好ましい。

【００３０】具体的には、ポリスチレン、スチレン−ア
クリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメチ
ルメタクリレート、メチルメタクリレート−スチレン共
重合体等のメタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリス
ルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、
ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロ
ヘキサジエン系重合体などがあげられる。また、これら
の共重合体やブレンド品を用いることも可能である。ま
た、樹脂の材質については本出願人によるＰＣＴ／ＪＰ
９９／０３１５８号明細書（「分析装置」）に詳述され
ている。

【００３１】樹脂製の平板に微細な溝を形成する方法と
しては、切削加工やレーザー等によるエッチング加工、
型内でのモノマーやマクロモノマーのＵＶ硬化や熱硬
化、熱可塑性樹脂の溶融加工や塑性加工等の方法を挙げ
ることができる。また、それらのうち熱可塑性樹脂の溶
融加工や塑性加工によれば、溝を有する平板を大量に且
つ安価に成形加工できるので好ましい。また同様に、金
型を用いた熱可塑性樹脂の射出成形法や圧縮成形法、エ
ンボス成形法等を用いるようにしてもよい。

【００３２】また、カバーシート１１の材料は、前記溝
を有する平板に用いられる材料の中から選ぶことがで
き、同じ材料であってもよいし、異なる材料であっても
よい。厚みは、特に限定されるものではないが、検出の
障害にならないように、０．０５〜数ｍｍ程度が好まし
い。また、平板状部材１０にカバーシート１１を貼り合
わせる方法としては、超音波融着、熱融着、アクリル系
光硬化性接着剤、ホットメルト接着剤やＵＶ接着剤等の
接着剤による接着、粘着剤による粘着、直接又は薄い弾
性シート、両面テープ等を介しての圧接等が挙げられ
る。

【００３３】〔隔壁及びバルブ機構について〕図２の
（ａ）に示すように、保存槽１３は平板状部材１０に設
けられた貫通孔により形成され、その内部には吸水ポリ
マーＬが収納されている。また、保存槽１３には、開口
部を覆うように弾性を有するダイアフラム膜１４が取り
付けられている。ダイアフラム膜１４は柔軟性を有して
いて変形可能であるので、図２の（ｂ）に示すようにチ
ップ１の外側から押圧力を作用させると、ダイアフラム
膜１４が変形して保存槽１３の内部に押し込まれる。

【００３４】そうすると、このダイアフラム膜１４の変
形によって保存槽１３の容積が減少するので、図２の
（ｂ）に矢印で示すように、保存槽１３内の吸水ポリマ
ーＬが前記容積変化分だけ押し出される。これにより保
存槽１３内の吸水ポリマーＬをキャピラリ１２に移動さ
せることができ、キャピラリ１２を塞ぐことができる。
ダイアフラム膜１４は、柔軟性を有していて、小型の機
構で変形可能なシート状のものであれば特に限定される
ものではないが、空気は透過し液体は透過しない（撥水
性によりはじかれてしまう）性質の膜で形成することが
好ましい。ダイアフラム膜１４は通気性を有し且つ耐水
性を有する機能膜になるので、保存槽１３内に乾燥した
吸水ポリマーを収納しておき液体を導入すると、保存槽
１３内の空気は液体が充填されるにしたがって押し出さ
れ、ダイアフラム膜１４を透過して抜けていくが、ダイ
アフラム膜１４の撥水性によって液体や吸水ポリマーＬ
が透過して抜けていくことはないので、保存槽１３内を
吸水ポリマーＬで完全に満たされた状態にすることがで
きる。

【００３５】ダイアフラム膜１４の素材としては様々な
多孔膜が使用可能である。吸水ポリマーＬを膨潤させる
液体は水溶液であるので、疎水性の有機ポリマーや無機
素材からなる平板などに数μｍから１ｍｍ程度の小さな
穴をあけた構造のものでもよい。この場合は、水の表面
張力のために小さな穴に液は入っていかないが、気体は
通ることになる。

【００３６】特に、ＰＴＦＥ（四フッ化エチレン）多孔
膜であれば、ごく一般的に市販されているものでも１０
数気圧程度の耐水圧を持つものは容易に入手でき、十分
な性能を備えているものを容易に構成することが可能で
ある。疎水性の有機ポリマーは、臨界表面張力が２０℃
で約０．０４Ｎ／ｍ以下であることが好ましく、例とし
ては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリ
コン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、
ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポ
リエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリメチルペン
テン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体等があげら
れる。

【００３７】また、耐水圧が大きいほど高い圧力で送液
できるので、耐水圧は大きいほど好ましいが、本発明の
チップに使用できる膜の耐水圧は、発明の実施の形態の
項で後述するような流路構成では０．１ｋｇ／ｃｍ２以
上、好ましくは１．０ｋｇ／ｃｍ２以上、さらに好まし
くは３．０ｋｇ／ｃｍ２以上が好ましい。膜の平均孔径
は０．１μｍから約５μｍのものが使用できるが、孔径
が小さいほど耐水圧が高く透過空気量が僅かであること
を考慮すると、０．１μｍ程度が最も好ましい。膜厚は
１００〜３００μｍのものが好ましい。

【００３８】また、吸水ポリマーＬの材質としてはキャ
ピラリ１２内の液体に溶解しないこと、また吸収した液
体が漏れ出さないことが必要である。吸水ポリマーＬの
溶解や漏れ出しがあると、キャピラリ１２内の液体の組
成に変化を与え、測定値の正確さに影響を与えることと
なる。従来吸水ポリマーは使い捨ておむつや女性の生理
用品などに使用されてきており、代表的なものとして
は、ポリアクリル酸ソーダ等を挙げることができる。ア
クリル酸系以外にもポリビニルアルコール系、デンプン
−アクリル酸グラフト共重合体系、デンプン−アクリロ
ニトリルグラフト共重合体けん化物、アクリルアミド
系、カルボキシメチルセルロース系、イソブチレン−マ
レイン酸共重合体系、酢酸ビニル−アクリル酸エステル
共重合体けん化物、ビニルアルコール−アクリル酸系な
ど各種の吸水性をもつ物質を利用できるが、これらはキ
ャピラリ１２内の液体による溶解等を考慮する必要があ
り、またキャピラリ１２の大きさに応じて適切な移動性
等を持つように弾力性を調整する必要もある。

【００３９】また、乾燥した吸水ポリマーを保存槽Ｖに
収容する方法としては、所定の大きさに切り抜いた両面
テープに当該吸水ポリマーを塗布して保存槽Ｖ内に収容
する方法が好ましい。乾燥した吸水ポリマーＬとチップ
１との間の静電気による反発力や、乾燥した吸水ポリマ
ーＬ間で生じる静電気による反発力による不具合を防止
することができる。

【００４０】なお、キャピラリ１２内に押し出す物質と
しては、吸水ポリマーＬに限定されるものではなく、バ
ルブとして機能しないときには保存槽１３内に留まり、
かつ必要に応じてキャピラリ１２内に移動でき、さらに
キャピラリ１２内においては液体の流れに抗することが
できる位置保持性を持ち、キャピラリ１２内の液体に溶
解しない等の条件を満たすものであればよい。

【００４１】そのような物質としては、例えばイオン濃
度変化、溶媒組成変化、熱・温度変化、光刺激、電気刺
激など特定の刺激に対して反応し、膨潤／収縮するポリ
マーが多数知られている。また、ポリアクリル酸又はポ
リメタクリル酸をポリビニルアルコールで架橋した電解
質ゲルフィルムはＨＣｌ中で収縮、ＮａＯＨ中で膨潤す
ることが知られている。また熱・温度変化による膨潤／
収縮は、ポリビニルメチルエーテルゲル、Ｎ−イソプロ
ピルアクリルアミド−の誘導体ゲル、アクリルアミド／
トリメチル（Ｎ−アクリロイル−３−アミノプロピル）
アンモニウムアイオダイドゲルなどで見られる。これら
についても弾力性や耐溶剤性等に考慮すれば閉止バルブ
として利用可能である。

【００４２】〔バルブ機構について〕このような原理を
利用すれば、図３の模式図に示すようなバルブ機構を有
するチップ１を形成することができる。このチップ１は
キャピラリ１２の一端に連結された液体槽Ｓと、前記キ
ャピラリ１２の他端に連結された廃液槽Ｗと、キャピラ
リ１２から分岐した分岐キャピラリ１５に連結された保
存槽Ｖとを有していて、それらの開口部は前述のダイア
フラム膜１４で覆われている。また、液体槽Ｓにはキャ
ピラリ１２に送液する液体が収容され、保存槽Ｖには吸
水ポリマーＬが収容されており、液体槽Ｓと保存槽Ｖと
には、ダイアフラム膜１４を押圧し変形させて槽内の容
積を変化させる機構（図示せず）、すなわち、液体槽Ｓ
内の液体を送液する機構や、保存槽Ｖ内の吸水ポリマー
Ｌを押し出す機構も備えられている。

【００４３】ダイアフラム膜１４は柔軟性を有していて
変形可能であるので、図４の（ａ）に示すように液体槽
Ｓのダイアフラム膜１４に押圧力を作用させると、ダイ
アフラム膜１４が変形して液体槽Ｓの内部に押し込まれ
る。そうすると、このダイアフラム膜１４の変形によっ
て液体槽Ｓに収容されている液体が押し出され、保存槽
Ｖと廃液槽Ｗとに流れ込み、保存槽Ｖに流れ込んだ液体
で吸水ポリマーＬが膨潤する。そして、膨潤した吸水ポ
リマーＬで保存槽Ｖが満たされた状態になると、液体は
廃液槽Ｗだけに流れ込むようになる。

【００４４】その後、図４（ｂ）に示すように保存槽Ｖ
のダイアフラム膜１４に押圧力を作用させると、ダイア
フラム膜１４が変形して保存槽Ｖの内部に押し込まれ
る。そうすると、このダイアフラム膜１４の変形によっ
て保存槽Ｖに収容されている吸水ポリマーＬが押し出さ
れて、図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１２に押し
込まれ、キャピラリ１２に押し込んだ吸水ポリマーＬで
当該キャピラリ１２が塞がれた状態となり、廃液槽Ｗに
流れ込む液体の流れを阻害する閉止バルブとして機能す
ることとなる。

【００４５】このような閉止バルブとしての機能は、例
えば図５に示すような試料の希釈と試薬反応とを連続し
て行う検出装置に適用することができる。例えば図５に
おいては、まず試料ｓと緩衝液ｂとを混合して希釈試料
ｓｂを生成する希釈用流路と、希釈試料ｓｂに試薬ｘ、
ｙを混合する反応用流路と、希釈試料ｓｂと試薬ｘ、ｙ
の反応結果を検出する検出用流路とからなるものに、前
記希釈用流路と反応用流路とを繋ぐ流路ＳＢに連結する
保存槽Ｖを設け、その保存槽Ｖに吸水ポリマーＬを収納
している。そのため、保存槽Ｖに収容されている吸水ポ
リマーＬを流路ＳＢに押し出して当該流路ＳＢを塞ぐこ
とで、試薬ｘ、ｙ混合時に反応用流路から希釈用流路へ
の液体の逆流を防止することができる。

【００４６】これによって、例えば一般的な生化学測定
のプロセスで必要となる希釈用流路と反応用流路との相
互作用の防止が、簡便なダイアフラム機構とキャピラリ
とを形成することで可能となり、高精度なプロセスを実
現することができるため、ＰＯＣ用途などの小型、廉価
な測定機構に適した構造の基本的要素を実現することが
できる。

【００４７】ちなみに、図６に示すように、吸水ポリマ
ーＬによって流路ＳＢを閉塞する機構がないときには、
それぞれの圧力の関係によっては、試料ｓｂと試薬ｘ、
ｙとの混合液が流路ＳＢを逆流する可能性がある。この
ような状態が発生すると、試料ｓｂと試薬ｘ、ｙとの混
合が適切に行われないので、検出結果の精度が低下する
ことになる。

【００４８】なお、液体槽Ｓの開口部を覆うダイアフラ
ム膜１４は、医療診断における分析では、チップ１内の
液が基本的には水を主成分とすること、製造上の利点が
多いこと、および漏れの恐れがきわめて小さいことから
も、疎水性の膜を用いることが好ましい。特に、ＧＯＴ
／ＧＰＴやコレステロール量などの生化学分析において
は、一般には血漿蛋白の吸着防止などのために、試薬に
界面活性剤を添加することが多いので、その場合はより
疎水性の強い膜が必要となる。

【００４９】またセルロースアセテート膜のようなもの
でも使用できる場合もあるが、界面活性剤が添加された
試薬液の場合は、ＰＴＦＥ，シリコン，ポリエチレン等
の疎水性の強い膜の方が液体の透過を防ぐ耐水圧が大き
いので好ましい。試薬の乾燥固着の工程を考慮すると、
界面活性剤入りの試薬に対して、形状がより安定なＰＴ
ＦＥ膜など、疎水性の高いダイアフラム膜１４がさらに
好ましい。またキャピラリ１２を流れる液体が疎水性の
有機溶媒である場合には、親水性の高い素材からなる平
板などに小さな穴をあけたものを用いるようにしてもよ
い。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明に係るバルブ機構の実施の
形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本
実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明
は本実施形態に限定されるものではない。図７に、吸水
ポリマーによる閉止バルブを備えた、生化学測定用の混
合装置の構成を説明する模式図を示す。この混合装置
は、複数の槽（Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽，Ｃ１槽，Ｃ２
槽）と、それらの槽を連通する複数の流路ａ，ｂ１，ｃ
１，ｃ２とを有するチップ２０を備えている。また、Ｂ
１槽，Ｂ２槽，Ｃ１槽には疎水性のダイアフラム膜２１
が取り付けられ、Ａ槽，Ｃ２槽にはシリンジ接続用のコ
ネクター２２が取り付けられている。

【００５１】ここで、Ａ槽は検体を導入するための液体
槽であり、流路ａの一端に連結されている。また流路ａ
の他端は流路ｂ１，ｂ２に分岐されており、それらの流
路ｂ１，ｂ２の端部にはそれぞれＢ１槽，Ｂ２槽が廃液
槽として連結されている。また、流路ｂ２には流路ｃ
１，ｃ２が連結されており、それらのうち流路ｃ１には
乾燥した吸水ポリマーを収容したＣ１槽が連結され、ま
た流路ｃ２には試薬溶液を導入するためのＣ２槽が連結
されている。

【００５２】また該チップ２０は、貫通孔と溝とを備え
る平板状部材２３にカバーシート２４を貼り合わせるこ
とにより構成されている。平板状部材２３の溝を備えた
板面にカバーシート２４を貼り合わせることによって液
体の流路が形成され、貫通孔によって液体槽が形成され
る。なお、平板状部材２３及びカバーシート２４は、透
明な熱可塑性樹脂で構成されている。

【００５３】このチップ２０の制作方法については、本
出願人がＰＣＴ／ＪＰ９９／０３１５８号明細書に詳述
している。つまり、平板状部材２３はメタクリル樹脂
（旭化成工業製デルペット８０ＮＨ）を射出成形する
ことで成形される。射出成形の方法としては、金型キャ
ビティへの樹脂の充填工程中に炭酸ガスを存在させ、金
型に接する樹脂表面の固化温度を低下させつつ射出成形
する射出成形法（特公平１０−１２８７８３号公報、特
公平１０−５０７１９号公報）を用いる。その際、ガス
としては純度９９％以上の二酸化炭素を使用し、成形機
としては住友重機械工業製ＳＧ５０を使用する。

【００５４】ここで、金型は表面に微細な形状を加工し
たスタンパーで形成する。スタンパーは、次のようにし
て作成することができる。即ち、射出成形によって溝を
形成できるパターンのマスクを、シリコンウェハー上に
５０μｍの厚みでコートしたドライフィルムレジスト
（ＤＦＲ）に乗せて露光し、シリコンウェハー上にＤＦ
Ｒのパターンを形成し、このシリコン／ＤＦＲに対して
ニッケル電鋳を行い、さらに電鋳品の厚みや幅、長さ
を、金型にはまるように微調整（ヤスリで研磨）してス
タンパーを得る。その際、金型表面状態の転写性は、光
学顕微鏡による観察、レーザー顕微鏡による形状測定で
評価する。また、成形品も、光学顕微鏡による観察、切
断断面の溝形状の光学顕微鏡や電子顕微鏡での観察、レ
ーザー顕微鏡による形状測定等で観察する。

【００５５】そして、金型キャビティの表面温度を８０
℃とし、二酸化炭素を１ＭＰａの圧力で満たしてから、
樹脂温度２４０℃のメタクリル樹脂を射出し、シリンダ
内樹脂圧力８０ＭＰａで１０秒間保圧し、さらに２０秒
間冷却して表面に溝を有する平板を成型する。なお、金
型に満たした二酸化炭素は、樹脂充填完了と同時に大気
中に開放する。この成形品に対してドリルで必要サイズ
の貫通孔を設け、十分にバリ取りを施した後、溝が形成
されている側に３００μｍ厚みのメタクリル樹脂シート
をカバーシート２４として、メタアクリレートモノマー
で溶解したアクリル系光硬化性接着剤で貼合わせて、複
数の液体槽と流路とを有するチップ２０を構成する。

【００５６】また、ダイアフラム膜２１が取り付けられ
ているＣ１槽の近傍には、当該ダイアフラム膜２１を変
形させるダイアフラム膜変形機構が設けられており、そ
のダイアフラム膜変形機構は、動力源としての回転モー
タと、ダイアフラム膜２１を押圧するためのプランジャ
ー２５と、ボールネジによりモータの回転動作をプラン
ジャー２５の押圧動作に変えるシリンダ機構とから構成
されている。そして、これをＣ１槽のダイアフラム膜２
１へ押しつけることで吸水ポリマーを押し出すようにな
っている。（実施例１）次に、この混合装置で吸水ポリマーによる
閉止バルブの閉止効果を確認した結果を具体的に説明す
る。

【００５７】まず構成を説明すると、シリンジポンプで
Ａ槽に導入する検体に代えて、直径０．５μｍのポリス
チレンビーズ（大塚電子製）を混入した濃度０．１％の
ＰＢＳを使用し、Ｃ２槽に導入する試薬に代えて濃度４
ｍＭの青いキシレンシアノールを使用した。また、Ｃ１
槽に収容する吸水ポリマーとしては住友精化製のポリア
クリル酸ソーダ（１０ＳＨ−Ｐ、平均粒度は２００μｍ
〜３００μｍ）を使用した。これを直径１．５ｍｍに切
り抜いた両面テープ２６（日東電工製）に塗布すること
で、両面テープ２６の面積の応じた一定量の吸水ポリマ
ーを導入するようにした。このように、乾燥した吸水ポ
リマーを両面テープ２６に塗布してからＣ１槽に収容す
ることで、乾燥した吸水ポリマーとＣ１槽との間の静電
気による反発力や、乾燥した吸水ポリマー間で生じる静
電気による不具合を防止できる。

【００５８】また、ダイアフラム膜２１としては、孔径
がφ０．１μｍである多孔質のＰＴＦＥ膜（ＡＤＶＡＮ
ＴＥＣ社製）を使用し、図８に示すように両面テープ２
７でチップ２０に貼り付けて固定した。また、ここでは
ＰＴＦＥ膜を補強するために、ＰＴＦＥ膜の表面にも両
面テープ２８を貼り付けた。なお、強度に問題なければ
この両面テープ２８は不要である。

【００５９】チップ２０の形状としては、流路ａの幅を
２００μｍとし、流路ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２の幅を１
００μｍとした。また、深さは各流路ａ，ｂ１，ｂ２，
ｃ１，ｃ２とも５０μｍとした。またＣ１槽の直径を２
０００μｍとし、他の槽の直径を１０００μｍとした。
また、ダイアフラム膜変形機構の回転モータとしては、
ステップモータ（ＶＥＸＴＡＭｏｄｅｌＣ７２１４−
９０１５，ＯｒｉｅｎｔａｌＭｏｔｏｒＣｏ，．Ｌｔ
ｄ．）を用いた。ステップモータは、駆動用のドライバ
ー（ＳｔｅｐｐｉｎｇＭｏｔｏｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅ
ｒ，ＭｏｄｅｌＤ７０，ＳｕｒｕｇａＳｅｉｋｉ）に
より、１パルス信号に対して０．０１μｍ押し込むこと
ができるようにした。なお、モータ性能としては１〜１
０Ｎ程度の推力を発生できれば十分であり、またボール
ネジを備えているため、高い精度は必要としない。

【００６０】また、Ｃ１槽にＰＢＳを満たす前に本機構
をセッティングしておき、セッティング動作によって内
部の吸水ポリマーが不用意に移動する事を回避した。な
お、プランジャー直径をＣ１槽の開口部より小さく設計
しておけば、仮に外部プランジャーがＣ１槽の中心位置
からずれてセッティングされた場合にも、変形による送
液量が変動することはなく正確な送液ができる。

【００６１】次に手順を説明すると、まずシリンジポン
プでＡ槽にＰＢＳを２０００μｌ／ｈｒの速度で導入し
た。すると、ＰＢＳはＣ１槽のダイアフラム膜２１から
空気を排出しながら、流路ａ，ｂ２，ｃ１を通ってＣ１
槽を満たし、吸水ポリマーを膨潤してＣ１槽が満たされ
る。このように、Ｃ１槽は気体を透過し液体を透過しな
いダイアフラム膜２１を有するため、Ｃ１槽内の空気は
ＰＢＳが充填されるにしたがってダイアフラム膜２１を
透過して抜けていくが、ＰＢＳや吸水ポリマーは透過し
て抜けていくことはなく、Ｃ１槽内を吸水ポリマーで完
全に満たされた状態にすることができる。

【００６２】また同時に、ＰＢＳはＢ１槽，Ｂ２槽，Ｃ
２槽に流入し、Ｃ２槽が満たされたことが確認されてか
ら、空気が混入しないよう十分注意を払いつつ、Ｃ２槽
のコネクター２２にキシレンシアノールを供給するシリ
ンジポンプを接続した。次に、顕微鏡で吸水ポリマーの
移動状態を確認しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動
させて、Ｃ１槽のダイアフラム膜２１を５μｍ／ｓｅｃ
で押し下げさせ、Ｃ１槽の吸水ポリマーを押し出させ
て、当該吸水ポリマーで流路ｂ２と流路ｃ１との合流点
を塞ぎ、当該ダイアフラム膜２１を５００μｍ押し下げ
た状態で停止させた。このように、外側からダイアフラ
ム膜２１に押圧力を加えることによって、そのダイアフ
ラム膜２１が変形してＣ１槽の内部に押し込まれ、この
変形によってＣ１槽の容積が減少することで、そのＣ１
槽内の吸水ポリマーを前記容積変化分だけ押し出すこと
ができる。

【００６３】そして、この状態でＣ２槽にキシレンシア
ノールを導入したところ、流路ｂ２上にある流路ｃ１の
分岐点と流路ｃ２の分岐点とに挟まれたＰＢＳ内のポリ
スチレンビーズの動きは観測されず、またＣ２槽から導
入されたキシレンシアノールの漏れ込みも観測されなか
った。キシレンシアノールは流路ｂ２をＢ２槽の方向に
のみ流れ、Ａ槽やＢ１槽の方向への流れが発生しておら
ず、この結果から、吸水ポリマーによる閉止バルブに十
分な閉止効果があることが明白となった。

【００６４】また、吸水ポリマーを流路ｂ２内に押し出
すことによって、当該流路ｂ２を任意のタイミングで塞
ぐことができるので、当該流路ｂ２内の液体の通過を妨
げる閉止バルブとしての機能を、平易で小型且つ低コス
トに形成することができる。（実施例２）次に、検出手段として熱レンズ法を用いて
実際に検体の分析を行った結果を説明する。まず図９
に、生化学測定用の分析装置の構成を説明する模式図を
示す。この分析装置は、複数の槽（Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２
槽，Ｖ１槽，Ｖ２槽，Ｗ槽）と、それらの槽を連通する
複数の流路ａ，ｂ１，Ｖ１，ｖ２、ｃとを有するチップ
３０を備えている。また、Ｖ１槽，Ｖ２槽には疎水性の
ダイアフラム膜３１が取り付けられており、Ａ槽，Ｂ１
槽、Ｂ２槽、Ｗ槽にはシリンジ接続用のコネクター３２
が取り付けられている。

【００６５】ここで、Ａ槽はキシレンシアノールを供給
するための液体槽であり、搬送用流路ａの一端に連結さ
れている。またＢ１槽，Ｂ２槽はＰＢＳを供給するため
の液体槽であり、それぞれ搬送用流路ｂ１，ｂ２の一端
に連結されている。そして搬送用流路ａ，ｂ１，ｂ２の
他端は混合用流路ｃに連結されていて、当該混合用流路
ｃの端部には廃液槽であるＷ槽が連結されている。ま
た、搬送用流路ａ、ｂ１、ｂ２を幅１００μｍ、混合用
流路ｃを幅１５０μｍとし、図９に示すように、混合用
流路ｃは合流直後の流れの乱れを抑えるため徐々に流路
幅を狭めて、最終的に一定幅となるようにした。また、
Ａ槽，Ｂ１槽，Ｂ２槽の直径を１０００μｍとし、Ｖ１
槽，Ｖ２槽の直径は２０００μｍとした。

【００６６】また、Ａ槽にキシレンシアノールを供給す
るシリンジと、Ｂ１槽，Ｂ２層にＰＢＳを供給するシリ
ンジとの断面積比を１：２とし、同じポンプで押し出し
て、それぞれの流量を１：２の比率を保つようにした。
なお、液の動きを観察するために、ＰＢＳには０．１％
濃度でφ０．５μｍのポリスチレンビーズ（大塚電子
製）を混入し、キシレンシアノールとして５μＭ濃度の
ものを使用した。

【００６７】さらに、該チップ３０は、前述の混合装置
と同様に、貫通孔と溝とを備える平板状部材にカバーシ
ートを貼り合わせることにより構成されており、またダ
イアフラム膜３１が取り付けられているＶ１槽，Ｖ２槽
の近傍には、当該ダイアフラム膜３１を変形させるダイ
アフラム膜変形機構が設けられている。また、図１０に
示すように、検出装置としてはステージ上での試料の取
扱いの容易さを勘案し倒立型顕微鏡３３（ＩＸ７０、Ｏ
ｌｙｍｐｕｓ製）を使用した。これは別に落射型の顕微
鏡であっても構わない。この顕微鏡３３は、顕微鏡外の
光学系からのレーザー光を導入できるよう改造を加えて
ある。レーザーは、励起用としてはＨｅ−Ｎｅレーザー
（６３３ｎｍ、１０ｍＷ、エドモントサイエンティフィ
ック製）を使用し、検出用のプローブ光としては半導体
レーザー（７８５ｎｍ、５０ｍＷ（ＰＳ０２６−０
０）、フォトテクニカ製）をペルチェ付ＬＤマウント
（ＴＣ−０５、日本科学エンジニアリング製）に組み込
み使用した。ミラー、ビームエクスパンダー等の光学系
はメレスグリオ社製品で統一した。

【００６８】これらのレーザーは使用する試薬、生成す
る反応物の吸収スペクトルに応じて適当な周波数のもの
を利用すればよい。またレーザーはガス、固体、半導体
などの種類を選ばない。励起用のレーザー光はライトチ
ョッパー３４により変調された後、ダイクロイックミラ
ー３５により検出用レーザーと同軸にされ、顕微鏡に導
かれて試料に照射される。測定試料を照射したレーザー
光のうち、励起光のみを選択的にフィルターにより除去
しフォトセンサーに導く。レーザー光受光部分には、取
扱いの簡便性を考えファイバー付きのフォトセンサーア
ンプ（Ｃ６３８６、浜松ホトニクス社製）を使用した。
このフォトセンサーアンプの受光部はピンホールを持つ
カバーで覆われている。フォトセンサー３６及びセンサ
ーアンプからの出力は低雑音プリアンプ（ＬＩ−７５
Ａ、エヌエフ回路ブロック社製）で増幅した後、ロック
インアンプに導かれ信号処理が行われる。

【００６９】本検出装置を用いた検出の手順を説明する
と、まずチップ３０を倒立顕微鏡のステージ上に置く。
対物レンズの焦点合わせは励起用レーザーを使用して、
モニター画面を参照しつつ溝パターンの上面及び下面で
焦点合わせを実施し、それらの中間点をもって溝の中心
位置とする。焦点合わせを実施してから、ＰＢＳとキシ
レンシアノールとを混合し、混合液を検出部分に導く。

【００７０】励起用レーザーはライトチョッパー３４に
より１０９５Ｈｚに変調され、混合用流路ｃにある混合
液を励起し発熱過程を生じさせる。このライトチョッパ
ー３４による変調の周波数はＳＮ比等の影響により変更
することも有りうる。この発熱過程により発生した熱レ
ンズにより検出用レーザーの焦点位置がずれ、それによ
りピンホールを通してフォトセンサー３６の受光量が発
熱量に応じ変化する。測定時、試料の流れは停止させて
も流した状態でも構わないが、本実施例では流している
状態で測定を行う。

【００７１】フォトセンサーで検出された信号はロック
インアンプで処理されるが、ここでは時定数として１秒
を用い、ライトチョッパー３４と同じ周波数１０９５Ｈ
ｚの信号だけを選択して用いる。ロックインアンプの出
力電圧は励起光により励起される混合液の濃度に比例す
るため混合液の定量化が可能である。次に、この分析装
置で吸水ポリマーによる閉止バルブの閉止効果を確認し
た手順を具体的に説明すると、まずシリンジポンプでＷ
槽にＰＢＳを２０００μｌ／ｈｒの速度で導入した。す
ると、ＰＢＳはＶ１槽，Ｖ２槽のダイアフラム膜から空
気を排出しながら、流路ｖ１，ｖ２を通ってｖ１槽，Ｖ
２槽を満たし、吸水ポリマーを膨潤してＶ１槽，Ｖ２槽
が満たされる。また同時に、ＰＢＳはＡ槽，Ｂ１槽，Ｂ
２槽に流入する。

【００７２】そして、各槽が満たされたことが確認され
てから、空気が混入しないよう十分注意を払いつつ、Ａ
槽のコネクターにはキシレンシアノールを供給するシリ
ンジポンプを接続し、Ｂ１槽、Ｂ２槽のコネクターには
ＰＢＳを供給するシリンジポンプを接続して、キシレン
シアノールの流量が０．１５μｌ／ｍｉｎとなるよう
に、またＰＢＳの流量が０．３０μｌ／ｍｉｎとなるよ
うにシリンジポンプを作動させた。このときロックイン
アンプの出力値は１．７ｍＶで安定していた。

【００７３】次に、顕微鏡でポリマーの移動状態を確認
しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動させて、Ｖ１槽
のダイアフラム膜３１を５μｍ／ｓｅｃで押し下げさ
せ、Ｖ１槽の吸水ポリマーを押し出させて当該吸水ポリ
マーで流路ｂ１を塞ぎ、当該ダイアフラム膜３１を４８
０μｍ押し下げた状態で停止させた。この状態でＢ１槽
に接続されたシリンジをポンプよりはずし、さらにシリ
ンジポンプで液を送り続けた。すると、混合用流路ｃ内
にある混合液が搬送用流路ｂ１に逆流することが防止さ
れ、ロックインアンプの出力値は２．８ｍＶで安定して
いた。

【００７４】ちなみに、吸水ポリマーで流路ｂ１を塞ぐ
ことなく、Ｂ１槽に接続されているシリンジをポンプか
ら外すと、混合用流路ｃ内にある混合液が搬送用流路ｂ
１に逆流していく様子が観測された。これはシリンジに
接続されたチューブの拡張等によるものと考えられる。
また、この逆流した混合液は、その後再び混合用流路ｃ
に戻るため、ロックインアンプの出力値は不安定な値を
示し、２．２ｍＶ〜３．２ｍＶ程度の大きな振れが観測
された。

【００７５】次いで同様に、顕微鏡でポリマーの移動の
状態を確認しつつ、ダイアフラム膜変形機構を作動させ
て、Ｖ２槽のダイアフラム膜を５μｍ／ｓｅｃで押し下
げさせ、Ｖ２槽の吸水ポリマーを押し出させて当該吸水
ポリマーで流路ｂ２を塞ぎ、当該ダイアフラム膜を５１
０μｍ押し下げた状態で停止させた。この状態でＢ２槽
に接続されたシリンジをポンプよりはずし、さらにシリ
ンジポンプで液を送り続けた。すると、混合用流路ｃ内
にあるキシレンシアノールが搬送用流路ｂ２に逆流する
ことが防止され、ロックインアンプの出力値は８．５ｍ
Ｖで安定した。

【００７６】ちなみに、吸水ポリマーで搬送用流路ｂ２
を塞ぐことなく、Ｂ２槽に接続されているシリンジをポ
ンプから外すと、混合用流路ｃ内にあるキシレンシアノ
ールが搬送用流路ｂ２に逆流していく様子が観測され
た。これらの結果より、吸水ポリマーが閉止バルブとし
て機能し、微細流路内での液体の不安定な動作を防止し
て、安定した精度良い制御が可能となることが明らかに
なった。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明のバルブ機構は、
ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析を行う分析装置
に好適で、小型且つ低コストである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバルブ機構を有するチップの構成を説
明する断面図である。

【図２】本発明において採用されるダイアフラム機構を
説明する断面図である。

【図３】本発明のバルブ機構を有するチップの流路構成
を説明する模式図である。

【図４】本発明のバルブ機構の動作を説明する模式図で
ある。

【図５】本発明のバルブ機構を有するチップの流路構成
を説明する模式図である。

【図６】バルブ機構を有しないチップの流路構成を説明
する模式図である。

【図７】実施例のバルブ機構を有するチップの流路構成
を説明する模式図である。

【図８】実施例のダイアフラム機構を説明する断面図で
ある。

【図９】実施例のバルブ機構を有するチップの流路構成
を説明する模式図である。

【図１０】実施例の分析装置の全体構成を説明する概念
図である。

【符号の説明】

１，２０，３０はチップ２は平板１０ａは溝１０ｂは板面１０は平板状部材１１はカバーシート１２，２４はキャピラリ１３は保存槽１４，２１，３１はダイアフラム膜１５は分岐キャピラリ２２，３２はコネクター２５はプランジャー２６，２７，２８は両面テープ

フロントページの続きＦターム(参考） 2G052 AA06 AA30 AB22 AC03 AD26 AD46 CA35 DA09 JA01 JA16 2G058 AA01 DA07 EC01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入れ物に応じて形状を変えることができ
る物質を流路内の所定部位に押し出して、当該流路を塞
ぐことを特徴とするバルブ機構。
【請求項２】前記物質を壁体に囲まれて形成された保
存槽に収納すると共に、当該保存槽を前記流路から分岐
した分岐流路に連結したことを特徴とする請求項１に記
載のバルブ機構。
【請求項３】前記物質を壁体に囲まれて形成された保
存槽に収納すると共に、当該壁体の少なくとも一部を前
記保存槽の内部に向かって突出するように変形可能な隔
壁で構成し、その隔壁で前記保存槽の容積を変化させる
ことによって、当該保存槽内の物質を前記流路内に押し
出すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバ
ルブ機構。
【請求項４】前記物質は、所定の液体を吸収すること
で体積が増加する吸水ポリマーであることを特徴とする
請求項２又は請求項３に記載のバルブ機構。
【請求項５】前記隔壁を、気体は透過し液体は透過し
ない素材で構成したことを特徴とする請求項４に記載の
バルブ機構。
【請求項６】乾燥した前記吸水ポリマーを、所定の補
助部材に保持させて前記保存槽内に収納したことを特徴
とする請求項４又は請求項５に記載のバルブ機構。
【請求項７】前記補助部材は、表面に粘着性を有する
シート状部材であることを特徴とする請求項６に記載の
バルブ機構。
【請求項８】前記流路は一対の平板状部材が貼り合わ
されて構成されており、この一対の平板状部材のうち少
なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を
内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれ
かに記載のバルブ機構。