JP2004033919A - マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ - Google Patents
マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004033919A JP2004033919A JP2002194627A JP2002194627A JP2004033919A JP 2004033919 A JP2004033919 A JP 2004033919A JP 2002194627 A JP2002194627 A JP 2002194627A JP 2002194627 A JP2002194627 A JP 2002194627A JP 2004033919 A JP2004033919 A JP 2004033919A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control mechanism
- membrane
- microfluidic control
- flow path
- micro flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【課題】全体の装置構成を簡潔化したマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供する。
【解決手段】両端が大気に開放された少なくとも１つ以上の第１のマイクロ流路と、一端を大気に開放するとともに他端を第１のマイクロ流路の途中位置に隣接して配置した少なくとも１つ以上の第２のマイクロ流路と、開閉動作に応じて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とを連通または遮断するバルブとを有し、バルブを閉じて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とが遮断された状態で、第１のマイクロ流路の一端に液体を滴下して毛細管現象により第１のマイクロ流路に液体を注入した後に、バルブを開いて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とが連通する状態にすると、第１のマイクロ流路内の液体が毛細管現象によって第２のマイクロ流路内に流れ込むようにしたものである。
【選択図】 図１
【解決手段】両端が大気に開放された少なくとも１つ以上の第１のマイクロ流路と、一端を大気に開放するとともに他端を第１のマイクロ流路の途中位置に隣接して配置した少なくとも１つ以上の第２のマイクロ流路と、開閉動作に応じて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とを連通または遮断するバルブとを有し、バルブを閉じて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とが遮断された状態で、第１のマイクロ流路の一端に液体を滴下して毛細管現象により第１のマイクロ流路に液体を注入した後に、バルブを開いて第１のマイクロ流路の途中位置と第２のマイクロ流路の他端とが連通する状態にすると、第１のマイクロ流路内の液体が毛細管現象によって第２のマイクロ流路内に流れ込むようにしたものである。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ流体制御機構およびマイクロチップに関し、さらに詳細には、化学実験や生物実験の実験操作に用いるマイクロチップに実施して好適なマイクロ流体制御機構およびマイクロチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロチップを利用して化学や生物実験操作を行うことが提案されており、実際に化学分析や細胞計測などの実験操作をマイクロチップ内で行うことが可能になってきている。
【０００３】
ここで、上記したマイクロチップとは、平板状の基板に微細加工によってマイクロ流路を集積化して形成したものである。
【０００４】
こうしたマイクロチップを用いることにより、試料の節約を図ることができたり、また、実験にかかるスピードを高速化して実験に費やす時間の短縮化を図ることができたり、また、実験操作の自動化を図ることができたりするなどの優れた効果が奏されるものであった。
【０００５】
ところで、実験に用いる試料や試薬などは多くの場合には液体であるが、上記したマイクロチップを用いた実験においては、これら試料や試薬などの液体をマイクロチップに形成されたマイクロ流路の中に導入する必要がある。こうした液体をマイクロ流路の中に導入する手法としては、以下に説明する二種類の手法が一般に用いられている。
【０００６】
（１）第１の手法・・・シリンジポンプを用いる手法
この手法は、マイクロ流路にコネクターを介してチューブを接続し、シリンジポンプを用いて液体をマイクロ流路内に圧送するという手法である（参照文献：Ｍ．Ｔｏｋｅｓｈｉ ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７２（２０００）ｐｐ．１７１１−１７１４）。
【０００７】
（２）第２の手法・・・電気浸透現象を用いる手法
この手法は、マイクロ流路の両端にリザーバーを設け、そこに電極を差し込んで高電圧をかけると、電気浸透現象によりマイクロ流路内に液体が流れ込むという手法である（参照文献：Ｓ．Ｃ．Ｊａｃｏｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７１（１９９９）ｐｐ．４４５５−４４５９）。
【０００８】
しかしながら、上記した第１の手法ならびに第２の手法には、以下に示すような問題点があった。
【０００９】
（１）問題点１
外部装置としてシリンジポンプや高圧電源などを必要とするために、こうした外部装置を含む装置全体の構成が複雑になるとともに高価なものとなってしまっていた。
【００１０】
（２）問題点２
マイクロ流路にチューブを接続したり電極を挿入したりする必要があるため、実際に実験を開始するまでの準備操作に手間がかかり、準備操作までを含めた全体の作業時間に長時間を要することとなっていた。
【００１１】
（３）問題点３
特に、第１の手法に関しては、試料や試薬のほとんどが動力を伝達するために用いられることになり、そのための試料や試薬が浪費されることになって無駄の多いものとなっていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、全体の装置構成を簡潔化したマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１３】
また、本発明の目的とするところは、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１４】
さらに、本発明の目的とするところは、試料や試薬が無駄に使用されることがないようにして試料や試薬が浪費されることを抑制し、試料や試薬の使用量の低減化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のマイクロ流路と当該複数のマイクロ流路間を連通したり遮断したりするためのバルブとを有して構成され、毛細管現象を利用して当該複数のマイクロ流路内に液体を導入するようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明によれば、液体は受動的な毛細管現象のみにより駆動されるので、液体を駆動するための外部からの動力を必要とすることがない。このため、本発明によれば、「従来技術」の項に示した問題点１、問題点２ならびに問題点３が解決されることになり、全体の装置構成の簡潔化を図ることができ、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることができ、試料や試薬の使用量の低減化を図ることができるようになる。
【００１７】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、両端が大気に開放された少なくとも１つ以上の第１のマイクロ流路と、一端を大気に開放するとともに他端を上記第１のマイクロ流路の途中位置に隣接して配置した少なくとも１つ以上の第２のマイクロ流路と、開閉動作に応じて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とを連通または遮断するバルブとを有し、上記バルブを閉じて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とが遮断された状態で、上記第１のマイクロ流路の一端に液体を滴下して毛細管現象により上記第１のマイクロ流路に上記液体を注入した後に、上記バルブを開いて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とが連通する状態にすると、上記第１のマイクロ流路内の上記液体が毛細管現象によって上記第２のマイクロ流路内に流れ込むようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とは、親水性材料よりなるようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とは、親水化処理を施されてなるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記第２のマイクロ流路内において乱流を生じさせる乱流発生手段を有するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記乱流発生手段は、上記第２のマイクロ流路内に形成された凹部または凸部のいずれか一方または双方であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、第１の板状部材と、第２の板状部材と、上記第１の板状部材と上記第２の板状部材との間に配置されて所定の圧力で変位するメンブレンとを有して構成され、上記第１の板状部材には、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路と上記メンブレンが離着する弁座とが形成され、上記第２の板状部材には、上記メンブレンが上記弁座に着座した位置から上記第２の板状部材方向に変位する際に上記メンブレンが位置するメンブレン収容室が形成され、上記メンブレンと上記弁座とにより上記バルブが構成され、上記メンブレンが上記弁座に着座して上記バルブが閉じられたときに、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とが遮断され、上記メンブレンが上記メンブレン収容室側に変位することにより上記メンブレンが上記弁座から離隔して上記バルブが開かれたときに、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とが連通するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項６に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、マイクロチップを構成するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、透明または半透明な合成樹脂製であるようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、ポリジメチルシロキサン製であるようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構を有するマイクロチップである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２８】
まず、図１には本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの概略構成上面説明図が示されており、図２には図１に示すマイクロチップのＩＩ−ＩＩ線による断面図（概略構成縦断面図）が示されており、図３にはメンブレン収容室（後述する。）周辺の拡大概略構成上面説明図が示されており、図４にはバルブを閉じた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図が示されており、図５にはバルブを開けた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図が示されている。
【００２９】
なお、図１、図３および図４には各構成部位の寸法が記入されているが、ここに示された寸法は各構成部位の大きさの一例を示すものであって、本発明は当該記入された寸法の大きさに限定されるものではない。
【００３０】
ここで、マイクロチップ１０は、第１の板状部材としての作動流体チップ１２と、第２の板状部材としての駆動流体チップ１４と、作動流体チップ１２と駆動流体チップ１４との間に配置されて所定の圧力で変位するメンブレン１６とを有して構成されている。
【００３１】
これら作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料は、マイクロチップ１０を用いて実験を行う際の試料や試薬などの液体の種類などに応じて適宜に選択することができる。例えば、作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料としては、透明または半透明な合成樹脂を用いることができ、さらに具体的には、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（以下、「ＰＤＭＳ」と称する。）などのシリコーンゴムを用いることができる。
【００３２】
そして、作動流体チップ１２には、第１のマイクロ流路として、上面から見てＶ字形状に屈曲した一連の導入用流路１８、２０が形成されている。なお、導入用流路１８、２０は、それぞれの途中位置である屈曲部１８ｃ、２０ｃが互いに隣接して対向するようにして配置されている。
【００３３】
ここで、導入用流路１８、２０は、作動流体チップ１２の下面１２ｂ側が開口した溝状に形成されており、その下面１２ｂ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００３４】
また、導入用流路１８の一方の端部１８ａは、作動流体チップ１２の上面１２ａ側に形成された試料や試薬などの液体を導入するためのサンプル用ポート２２ａと連通し、導入用流路１８の他方の端部１８ｂは、導入用流路１８内の空気の排出口となる空気出口２２ｂと連通している。従って、導入用流路１８の両端部１８ａ、１８ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３５】
同様に、導入用流路２０の一方の端部２０ａは、作動流体チップ１２の上面１２ａ側に形成された試料や試薬などの液体を導入するためのサンプル用ポート２４ａと連通し、導入用流路２０の他方の端部２０ｂは、導入用流路２０内の空気の排出口となる空気出口２４ｂと連通している。従って、導入用流路２０の両端部２０ａ、２０ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３６】
さらに、作動流体チップ１２には、第２のマイクロ流路として、上面から見てＩ字形状に延長する一連の混合用流路２６が形成されている。なお、混合用流路２６の一方の端部２６ａは、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃと隣接して配置されている。
【００３７】
ここで、混合用流路２６は、作動流体チップ１２の下面１２ｂ側が開口した溝状に形成されており、その下面１２ｂ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００３８】
また、混合用流路２６の他方の端部２６ｂは、混合用流路２６内の空気の排出口となる空気出口２８ｂと連通している。即ち、混合用流路２６の一方の端部２６ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３９】
一方、駆動流体チップ１４には、上面から見てＩ字形状に延長する一連の駆動流体用流路３０が形成されている。
【００４０】
さらに、駆動流体チップ１４には、この駆動流体用流路３０の一方の端部３０ａに連接して、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃおよび混合用流路２６の端部２６ａが平面投影された際にそれらを含む領域を有するようにして形成されたメンブレン収容室３２が設けられている。
【００４１】
ここで、駆動流体用流路３０は、駆動流体チップ１４の上面１４ａ側が開口した溝状に形成されており、その上面１４ａ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。同様に、メンブレン収容室３２も、駆動流体チップ１４の上面１４ａ側が開口した幅広の溝状に形成されており、その上面１４ａ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００４２】
また、駆動流体用流路３０の他方の端部３０ｂは、駆動流体用流路３０およびメンブレン収容室３２内に駆動流体を供給するための駆動流体用ポート３４と連通している。なお、この実施の形態においては、駆動流体として空気を用いており、駆動流体用ポート３４には、駆動流体用流路３０内の空気圧を制御するためのポンプ（図示せず。）が接続されることになる。
【００４３】
また、メンブレン収容室３２内には、駆動流体用流路３０およびメンブレン収容室３２内が負圧にされて、メンブレン１６がメンブレン収容室３２側に変位する際の変位位置を規制するサポート３６が形成されている。
【００４４】
メンブレン１６は、メンブレン収容室３２側に変位していない状態のときには、作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座している。こうしたメンブレン１６と弁座４０とによりバルブが構成され、メンブレン１６が作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座しているときにはバルブが閉じられており、メンブレン１６がメンブレン収容室３２側に変位して作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０から離隔しているときにはバルブが開けられている。そして、バルブが開くと、導入用流路１８、２０および駆動流体用流路３０が互いに連通する。
【００４５】
以上の構成において、メンブレン１６が作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座しているバルブを閉じた状態において、混合すべき２液をそれぞれサンプル用ポート２２ａ、２４ａに滴下する。サンプル用ポート２２ａ、２４ａに滴下されたこれら２液は、毛細管現象によって自発的に導入用流路１８、２０に吸い込まれる。
【００４６】
次に、ポンプ（図示せず。）を作動させて駆動流体用流路３０内を負圧にして、メンブレン１６をメンブレン収容室３２側に変位させ、作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０から離隔させてバルブを開く。即ち、バルブを開くためには、駆動流体用ポート２８ｂから駆動流体用通路２６を経てメンブレン収容室３２に負圧を供給し、メンブレン収容室３２の上部のメンブレン１をメンブレン収容室３２側（下方向）に変形させる（図４、図５参照）。
【００４７】
上記のような動作によりバルブが開くと、導入用流路１８、２０内の２液は、同時に混合用流路２６に流れ込む。この作用も毛細管現象によるものであり、２液は混合用流路内２６において混合される。
【００４８】
以上の動作を実現するためには、導入用流路１８、２０ならびに混合用流路２６の内壁は液で濡れる、即ち、接触角が９０度未満であることが好ましい。
【００４９】
なお、以下に説明する上記したマイクロチップ１０を用いた本願発明者による実験においては、混合する２液としてエタノール溶液を用いており、溶液を可視化するために、蛍光色素フルオレセインのエタノール溶液を２種類用意した。これらエタノール溶液のそれぞれの濃度は、０．０２ｍｇ／ｍｌと０．２ｍｇ／ｍｌとである。
【００５０】
本願発明者による実験では、これら２液をマイクロチップ１０（図６参照）のサンプル用ポート２２ａ、２４ａにそれぞれ２マイクロリットルずつ滴下した。滴下されたこれら２液は、毛細管現象によって自発的に導入用流路１８、２０に吸い込まれた（図７参照）。
【００５１】
ここで、バルブを開くことにより、これら２液は同時に混合用流路２６に流入した（図８および図９参照）。混合用流路２６に流入した２液は層流をなしており、２液が流れている最中およびバルブを閉めて流れが止まった直後は十分には混合しなかった（図１０参照）。しかし、２液の流れを止めると拡散により徐々に混合し（図１１参照）、数十秒で完全に混合した（図１２参照）。
【００５２】
このような層流による不完全な混合は、分析手法として有用なものと認められている（参照文献：Ａ．Ｈａｔｃｈ ｅｔ ａｌ． Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９（２００１）ｐｐ．４６１−４６５）。
【００５３】
一方、混合用流路２６内において迅速な混合が必要な場合には、混合用流路２６に乱流を生じさせる乱流発生手段を設けることにより乱流を生じさせ、混合用流路２６における混合を促進させることができる（参照文献：Ａ．Ｄ．Ｓｔｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ． Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９５（２００２）ｐｐ．６４７−６５１）。
【００５４】
こうした混合用流路２６に乱流を生じさせる乱流発生手段としては、例えば、混合用流路２６内に形成された凹部または凸部のいずれか一方または双方を用いることができる。
【００５５】
ところで、作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料としてＰＤＭＳを用いる場合には、ＰＤＭＳの表面はそのままの状態では疎水性である。このため、上記した本願発明者による実験においては、液体としてＰＤＭＳ表面との濡れ性がよいエタノール溶液を用いていた。しかしながら、ＰＤＭＳに酸化やコロナ放電などの適当な表面処理を施して表面を親水化したり、あるいは他の適当な親水性材料を用いて作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６を製造することにより、本発明は水溶液も扱うことが可能になるものである。
【００５６】
なお、ＰＤＭＳ表面を親水化するための処理は、具体的には、例えば、「Ａ．Ｐａｐｒａ ｅｔ ａｌ． Ｌａｎｇｍｕｉｒ １７（２００１）ｐｐ．４０９０−４０９５」に示されている。この文献においては、成形したＰＤＭＳに対して次のような処理を行うことにより、ＰＤＭＳの表面の親水化を図っている。
【００５７】
（第１の処理）「酸素分圧：０．３６ｍｂａｒ」、「コイル電力：１４０Ｗ」という条件で、酸素プラズマでＰＤＭＳを１０秒間処理する。
【００５８】
（第２の処理）次に、酸素プラズマで処理したＰＤＭＳを下記のような組成の水溶液に２時間浸す。
【００５９】
組成：ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ｄｉ（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙ）ｓｉｌａｎｅ （分子量３４００） １ｍＭ
濃塩酸 ０．０８％
（第３の処理）最後に、第２の処理を施したＰＤＭＳを２回水洗いし、水で超音波洗浄を２分間行う。
【００６０】
また、流れを可視化するために、蛍光微粒子のエタノール溶液を用いて実験を行った。蛍光微粒子の平均直径は５ミクロン、濃度は２．８×１０７個／ｍＬであり、この実験の結果を図１２に示す。この図１２は、蛍光色素溶液を用いた場合の図９に相当する。
【００６１】
この図１２に示す結果から、混合時の溶液の流れは各サンプル用ポート２２ａ、２４ａから導入用流路１８、２０、さらに合流点たる端部２６ａを経て混合用流路２６に向かっており、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃから端部１８ｂ、２０ｂへ向かう流路には溶液の流れがほとんど無いことが判る。
【００６２】
従って、各サンプル用ポート２２ａ、２４ａから当該サンプル用ポート２２ａ、２４ａから導入された２液の合流点である混合用流路２６の一方の端部２６ａまでの流体抵抗を適切に設計することにより、各液体の混合比を制御することができる。
【００６３】
２液の場合、流体抵抗をＲ１、Ｒ２、流量をＱ１、Ｑ２とすると、
Ｒ１Ｑ１＝Ｒ２Ｑ２
が成立する。
【００６４】
流体抵抗は、例えば、流路の長さによって変えることができる。本発明の対象となる微小寸法では、流体抵抗Ｒは流路長さＬに比例するので、２液の粘度をｖ１、ｖ２とすると、
Ｌ１ｖ１Ｑ１＝Ｌ２ｖ２Ｑ２
が成立する。
【００６５】
次に、本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造方法について説明する。
【００６６】
ここで、本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程の概略は、図１３および図１４に図番順に時系列で示されている。
【００６７】
まず、駆動流体チップ１４は、以下のような型成型技術によって製造される。即ち、所定の高さの駆動流体用流路２６およびメンブレン収容室３２を成形するための反転パターンを形成するために、超厚膜フォトレジスト１００（ＳＵ−８：Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ社製、アメリカ）をシリコン基板１０２の上にスピンコートし、製造者メーカーの指示にしたがって処理する。その後、反転パターンを露光し、現像する。
【００６８】
現像の後に、接着を強化するために、炉中で４分間１５０℃で焼き、それから１〜２時間かけて室温まで徐冷する。型離れをよくするために、シリコン基板１０２は、反応性イオンエンッチング（ＲＩＥ）機械（ＲＩＥ−１０ＮＲ：サムコインターナショナル研究所社製，日本）中で、ＣＨＦ３プラズマにより重合化されたフロロカーボン層を２分間成膜する。その時の条件は、ＣＨＦ３ガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力２０Ｐａ、電力２００ｗである。
【００６９】
さらに、ＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇａｒｄ １８４：Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、ＵＳＡ）の未重合溶液を溶液を、当該溶液を保持する型枠を使用してシリコン基板１０２上に注ぐ（図１３参照）。これに対して６５℃で１時間の第１キュアと、１００℃で１時間の第２キュアとを行う。キュアされたＰＤＭＳチップは、シリコン基板１０２から剥離される。こうして製造されたＰＤＭＳチップに対して、金属パイプを使用してパンチすることにより、駆動流体用ポート２８ｂを形成する。
【００７０】
次に、ＰＤＭＳ製のメンブレン１６を他のシリコン基板１０４上に形成し（図１４参照）、当該メンブレン１６上に駆動流体チップ１４を移転する。
【００７１】
ＰＤＭＳ製のメンブレン１６を他のシリコン基板１０４上に形成する際には、ＣＨＦ３プラズマによって重合されたフロロカーボン層を、前もって上記したプロセスを使用してシリコン基板１０６上に成膜しておく。次に、当該シリコン基板１０６上にＰＤＭＳの未重合溶液を３０秒間、３０００ｒｐｍでスピンコートし、かつ、オーブンで１００℃、１時間のキュアーを施す。その結果として、２５μｍ厚のメンブレン１６が得ることができた。
【００７２】
駆動流体チップ１４とメンブレン１６との間では不可逆的接着を実現するために、駆動流体チップ１４とメンブレン１６との表面は、ＲＩＥ機械中で酸素ガス流量２０ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａおよび電力７０Ｗの条件で、酸素プラズマで１分間処理する。
【００７３】
そして、プラズマチャンバーから駆動流体チップ１４とメンブレン１６とを取り出した後に、直ちに両者の表面を接触させ、オーブン中で１００℃で２時間焼く（図１４参照）。これにより、駆動流体チップ１４とメンブレン１６とは不可逆的に接着されることになり、それらは一緒にメンブレン１６の形状を保ったままシリコン基板１０４から剥離することができる。
【００７４】
次に、作動流体チップ１２を製造することになるが、駆動流体チップ１４と同じ方法で製造することができる。
【００７５】
こうして製造した作動流体チップ１２は、駆動流体チップ１４とメンブレン１６との合成体の表面に単に接触させるだけで可逆的接着される。この際に、ＰＤＭＳは透明であるので、位置合わせはビデオ顕微鏡（ＶＺＭ４５０システム：エドモンド・オプティクス・ジャパン社製、日本）とＸ−Ｙ−Ｚステージを利用し行うことができる。
【００７６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができるものである。
【００７７】
（１）上記した実施の形態においては、第１のマイクロ流路として２本の導入用流路１８、２０を形成したが、第１のマイクロ流路の本数はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第１のマイクロ流路は１本でもよいし、また、３本以上でもよい。
【００７８】
（２）上記した実施の形態においては、第１のマイクロ流路として上面から見てＶ字形状に屈曲した一連の導入用流路１８、２０を形成したが、第１のマイクロ流路の形状はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第１のマイクロ流路の形状は、Ｉ字形状やＷ字形状などの適宜の形状を採用することができる。
【００７９】
（３）上記した実施の形態においては、第２のマイクロ流路として１本の混合用流路２６を形成したが、第２のマイクロ流路の本数はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第２のマイクロ流路は２本以上でもよい。
【００８０】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、全体の装置構成を簡潔化したマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００８２】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００８３】
さらに、本発明は、以上説明したように構成されているので、試料や試薬が無駄に使用されることがないようにして試料や試薬が浪費されることを抑制し、試料や試薬の使用量の低減化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの概略構成上面説明図である。
【図２】図１に示すマイクロチップのＩＩ−ＩＩ線による断面図（概略構成縦断面図）である。
【図３】メンブレン収容室周辺の拡大概略構成上面説明図である。
【図４】バルブを閉じた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図である。
【図５】バルブを開けた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図である。
【図６】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図７】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図８】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図９】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１０】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１１】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１２】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１３】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程を示す概略構成説明図である。
【図１４】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０ マイクロチップ
１２ 作動流体チップ
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１４ 駆動流体チップ
１６ メンブレン
１８、２０ 導入用流路
１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂ 端部
１８ｃ、２０ｃ 屈曲部
２２ａ、２４ａ サンプル用ポート
２２ｂ、２４ｂ、２８ｂ 空気出口
２６ 混合用流路
３０ 駆動流体用流路
３２ メンブレン収容室
３４ 駆動流体用ポート
３６ サポート
４０ 弁座
１００ 超厚膜フォトレジスト
１０２、１０４ シリコン基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ流体制御機構およびマイクロチップに関し、さらに詳細には、化学実験や生物実験の実験操作に用いるマイクロチップに実施して好適なマイクロ流体制御機構およびマイクロチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロチップを利用して化学や生物実験操作を行うことが提案されており、実際に化学分析や細胞計測などの実験操作をマイクロチップ内で行うことが可能になってきている。
【０００３】
ここで、上記したマイクロチップとは、平板状の基板に微細加工によってマイクロ流路を集積化して形成したものである。
【０００４】
こうしたマイクロチップを用いることにより、試料の節約を図ることができたり、また、実験にかかるスピードを高速化して実験に費やす時間の短縮化を図ることができたり、また、実験操作の自動化を図ることができたりするなどの優れた効果が奏されるものであった。
【０００５】
ところで、実験に用いる試料や試薬などは多くの場合には液体であるが、上記したマイクロチップを用いた実験においては、これら試料や試薬などの液体をマイクロチップに形成されたマイクロ流路の中に導入する必要がある。こうした液体をマイクロ流路の中に導入する手法としては、以下に説明する二種類の手法が一般に用いられている。
【０００６】
（１）第１の手法・・・シリンジポンプを用いる手法
この手法は、マイクロ流路にコネクターを介してチューブを接続し、シリンジポンプを用いて液体をマイクロ流路内に圧送するという手法である（参照文献：Ｍ．Ｔｏｋｅｓｈｉ ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７２（２０００）ｐｐ．１７１１−１７１４）。
【０００７】
（２）第２の手法・・・電気浸透現象を用いる手法
この手法は、マイクロ流路の両端にリザーバーを設け、そこに電極を差し込んで高電圧をかけると、電気浸透現象によりマイクロ流路内に液体が流れ込むという手法である（参照文献：Ｓ．Ｃ．Ｊａｃｏｂｓｏｎ ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ７１（１９９９）ｐｐ．４４５５−４４５９）。
【０００８】
しかしながら、上記した第１の手法ならびに第２の手法には、以下に示すような問題点があった。
【０００９】
（１）問題点１
外部装置としてシリンジポンプや高圧電源などを必要とするために、こうした外部装置を含む装置全体の構成が複雑になるとともに高価なものとなってしまっていた。
【００１０】
（２）問題点２
マイクロ流路にチューブを接続したり電極を挿入したりする必要があるため、実際に実験を開始するまでの準備操作に手間がかかり、準備操作までを含めた全体の作業時間に長時間を要することとなっていた。
【００１１】
（３）問題点３
特に、第１の手法に関しては、試料や試薬のほとんどが動力を伝達するために用いられることになり、そのための試料や試薬が浪費されることになって無駄の多いものとなっていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、全体の装置構成を簡潔化したマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１３】
また、本発明の目的とするところは、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１４】
さらに、本発明の目的とするところは、試料や試薬が無駄に使用されることがないようにして試料や試薬が浪費されることを抑制し、試料や試薬の使用量の低減化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数のマイクロ流路と当該複数のマイクロ流路間を連通したり遮断したりするためのバルブとを有して構成され、毛細管現象を利用して当該複数のマイクロ流路内に液体を導入するようにしたものである。
【００１６】
従って、本発明によれば、液体は受動的な毛細管現象のみにより駆動されるので、液体を駆動するための外部からの動力を必要とすることがない。このため、本発明によれば、「従来技術」の項に示した問題点１、問題点２ならびに問題点３が解決されることになり、全体の装置構成の簡潔化を図ることができ、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることができ、試料や試薬の使用量の低減化を図ることができるようになる。
【００１７】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、両端が大気に開放された少なくとも１つ以上の第１のマイクロ流路と、一端を大気に開放するとともに他端を上記第１のマイクロ流路の途中位置に隣接して配置した少なくとも１つ以上の第２のマイクロ流路と、開閉動作に応じて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とを連通または遮断するバルブとを有し、上記バルブを閉じて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とが遮断された状態で、上記第１のマイクロ流路の一端に液体を滴下して毛細管現象により上記第１のマイクロ流路に上記液体を注入した後に、上記バルブを開いて上記第１のマイクロ流路の上記途中位置と上記第２のマイクロ流路の他端とが連通する状態にすると、上記第１のマイクロ流路内の上記液体が毛細管現象によって上記第２のマイクロ流路内に流れ込むようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とは、親水性材料よりなるようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とは、親水化処理を施されてなるようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の発明において、さらに、上記第２のマイクロ流路内において乱流を生じさせる乱流発生手段を有するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記乱流発生手段は、上記第２のマイクロ流路内に形成された凹部または凸部のいずれか一方または双方であるようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の発明において、第１の板状部材と、第２の板状部材と、上記第１の板状部材と上記第２の板状部材との間に配置されて所定の圧力で変位するメンブレンとを有して構成され、上記第１の板状部材には、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路と上記メンブレンが離着する弁座とが形成され、上記第２の板状部材には、上記メンブレンが上記弁座に着座した位置から上記第２の板状部材方向に変位する際に上記メンブレンが位置するメンブレン収容室が形成され、上記メンブレンと上記弁座とにより上記バルブが構成され、上記メンブレンが上記弁座に着座して上記バルブが閉じられたときに、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とが遮断され、上記メンブレンが上記メンブレン収容室側に変位することにより上記メンブレンが上記弁座から離隔して上記バルブが開かれたときに、上記第１のマイクロ流路と上記第２のマイクロ流路とが連通するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明のうち請求項７に記載の発明は、本発明のうち請求項６に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、マイクロチップを構成するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明のうち請求項８に記載の発明は、本発明のうち請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、透明または半透明な合成樹脂製であるようにしたものである。
【００２５】
また、本発明のうち請求項９に記載の発明は、本発明のうち請求項６または請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の板状部材、上記第２の板状部材および上記メンブレンは、ポリジメチルシロキサン製であるようにしたものである。
【００２６】
また、本発明のうち請求項１０に記載の発明は、本発明のうち請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構を有するマイクロチップである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明によるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２８】
まず、図１には本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの概略構成上面説明図が示されており、図２には図１に示すマイクロチップのＩＩ−ＩＩ線による断面図（概略構成縦断面図）が示されており、図３にはメンブレン収容室（後述する。）周辺の拡大概略構成上面説明図が示されており、図４にはバルブを閉じた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図が示されており、図５にはバルブを開けた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図が示されている。
【００２９】
なお、図１、図３および図４には各構成部位の寸法が記入されているが、ここに示された寸法は各構成部位の大きさの一例を示すものであって、本発明は当該記入された寸法の大きさに限定されるものではない。
【００３０】
ここで、マイクロチップ１０は、第１の板状部材としての作動流体チップ１２と、第２の板状部材としての駆動流体チップ１４と、作動流体チップ１２と駆動流体チップ１４との間に配置されて所定の圧力で変位するメンブレン１６とを有して構成されている。
【００３１】
これら作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料は、マイクロチップ１０を用いて実験を行う際の試料や試薬などの液体の種類などに応じて適宜に選択することができる。例えば、作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料としては、透明または半透明な合成樹脂を用いることができ、さらに具体的には、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（以下、「ＰＤＭＳ」と称する。）などのシリコーンゴムを用いることができる。
【００３２】
そして、作動流体チップ１２には、第１のマイクロ流路として、上面から見てＶ字形状に屈曲した一連の導入用流路１８、２０が形成されている。なお、導入用流路１８、２０は、それぞれの途中位置である屈曲部１８ｃ、２０ｃが互いに隣接して対向するようにして配置されている。
【００３３】
ここで、導入用流路１８、２０は、作動流体チップ１２の下面１２ｂ側が開口した溝状に形成されており、その下面１２ｂ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００３４】
また、導入用流路１８の一方の端部１８ａは、作動流体チップ１２の上面１２ａ側に形成された試料や試薬などの液体を導入するためのサンプル用ポート２２ａと連通し、導入用流路１８の他方の端部１８ｂは、導入用流路１８内の空気の排出口となる空気出口２２ｂと連通している。従って、導入用流路１８の両端部１８ａ、１８ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３５】
同様に、導入用流路２０の一方の端部２０ａは、作動流体チップ１２の上面１２ａ側に形成された試料や試薬などの液体を導入するためのサンプル用ポート２４ａと連通し、導入用流路２０の他方の端部２０ｂは、導入用流路２０内の空気の排出口となる空気出口２４ｂと連通している。従って、導入用流路２０の両端部２０ａ、２０ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３６】
さらに、作動流体チップ１２には、第２のマイクロ流路として、上面から見てＩ字形状に延長する一連の混合用流路２６が形成されている。なお、混合用流路２６の一方の端部２６ａは、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃと隣接して配置されている。
【００３７】
ここで、混合用流路２６は、作動流体チップ１２の下面１２ｂ側が開口した溝状に形成されており、その下面１２ｂ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００３８】
また、混合用流路２６の他方の端部２６ｂは、混合用流路２６内の空気の排出口となる空気出口２８ｂと連通している。即ち、混合用流路２６の一方の端部２６ｂは、大気に開放されていることになる。
【００３９】
一方、駆動流体チップ１４には、上面から見てＩ字形状に延長する一連の駆動流体用流路３０が形成されている。
【００４０】
さらに、駆動流体チップ１４には、この駆動流体用流路３０の一方の端部３０ａに連接して、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃおよび混合用流路２６の端部２６ａが平面投影された際にそれらを含む領域を有するようにして形成されたメンブレン収容室３２が設けられている。
【００４１】
ここで、駆動流体用流路３０は、駆動流体チップ１４の上面１４ａ側が開口した溝状に形成されており、その上面１４ａ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。同様に、メンブレン収容室３２も、駆動流体チップ１４の上面１４ａ側が開口した幅広の溝状に形成されており、その上面１４ａ側の開口面はメンブレン１６により遮蔽されている。
【００４２】
また、駆動流体用流路３０の他方の端部３０ｂは、駆動流体用流路３０およびメンブレン収容室３２内に駆動流体を供給するための駆動流体用ポート３４と連通している。なお、この実施の形態においては、駆動流体として空気を用いており、駆動流体用ポート３４には、駆動流体用流路３０内の空気圧を制御するためのポンプ（図示せず。）が接続されることになる。
【００４３】
また、メンブレン収容室３２内には、駆動流体用流路３０およびメンブレン収容室３２内が負圧にされて、メンブレン１６がメンブレン収容室３２側に変位する際の変位位置を規制するサポート３６が形成されている。
【００４４】
メンブレン１６は、メンブレン収容室３２側に変位していない状態のときには、作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座している。こうしたメンブレン１６と弁座４０とによりバルブが構成され、メンブレン１６が作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座しているときにはバルブが閉じられており、メンブレン１６がメンブレン収容室３２側に変位して作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０から離隔しているときにはバルブが開けられている。そして、バルブが開くと、導入用流路１８、２０および駆動流体用流路３０が互いに連通する。
【００４５】
以上の構成において、メンブレン１６が作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０に着座しているバルブを閉じた状態において、混合すべき２液をそれぞれサンプル用ポート２２ａ、２４ａに滴下する。サンプル用ポート２２ａ、２４ａに滴下されたこれら２液は、毛細管現象によって自発的に導入用流路１８、２０に吸い込まれる。
【００４６】
次に、ポンプ（図示せず。）を作動させて駆動流体用流路３０内を負圧にして、メンブレン１６をメンブレン収容室３２側に変位させ、作動流体チップ１２の下面１２ｂに形成された弁座４０から離隔させてバルブを開く。即ち、バルブを開くためには、駆動流体用ポート２８ｂから駆動流体用通路２６を経てメンブレン収容室３２に負圧を供給し、メンブレン収容室３２の上部のメンブレン１をメンブレン収容室３２側（下方向）に変形させる（図４、図５参照）。
【００４７】
上記のような動作によりバルブが開くと、導入用流路１８、２０内の２液は、同時に混合用流路２６に流れ込む。この作用も毛細管現象によるものであり、２液は混合用流路内２６において混合される。
【００４８】
以上の動作を実現するためには、導入用流路１８、２０ならびに混合用流路２６の内壁は液で濡れる、即ち、接触角が９０度未満であることが好ましい。
【００４９】
なお、以下に説明する上記したマイクロチップ１０を用いた本願発明者による実験においては、混合する２液としてエタノール溶液を用いており、溶液を可視化するために、蛍光色素フルオレセインのエタノール溶液を２種類用意した。これらエタノール溶液のそれぞれの濃度は、０．０２ｍｇ／ｍｌと０．２ｍｇ／ｍｌとである。
【００５０】
本願発明者による実験では、これら２液をマイクロチップ１０（図６参照）のサンプル用ポート２２ａ、２４ａにそれぞれ２マイクロリットルずつ滴下した。滴下されたこれら２液は、毛細管現象によって自発的に導入用流路１８、２０に吸い込まれた（図７参照）。
【００５１】
ここで、バルブを開くことにより、これら２液は同時に混合用流路２６に流入した（図８および図９参照）。混合用流路２６に流入した２液は層流をなしており、２液が流れている最中およびバルブを閉めて流れが止まった直後は十分には混合しなかった（図１０参照）。しかし、２液の流れを止めると拡散により徐々に混合し（図１１参照）、数十秒で完全に混合した（図１２参照）。
【００５２】
このような層流による不完全な混合は、分析手法として有用なものと認められている（参照文献：Ａ．Ｈａｔｃｈ ｅｔ ａｌ． Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １９（２００１）ｐｐ．４６１−４６５）。
【００５３】
一方、混合用流路２６内において迅速な混合が必要な場合には、混合用流路２６に乱流を生じさせる乱流発生手段を設けることにより乱流を生じさせ、混合用流路２６における混合を促進させることができる（参照文献：Ａ．Ｄ．Ｓｔｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ． Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９５（２００２）ｐｐ．６４７−６５１）。
【００５４】
こうした混合用流路２６に乱流を生じさせる乱流発生手段としては、例えば、混合用流路２６内に形成された凹部または凸部のいずれか一方または双方を用いることができる。
【００５５】
ところで、作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６の材料としてＰＤＭＳを用いる場合には、ＰＤＭＳの表面はそのままの状態では疎水性である。このため、上記した本願発明者による実験においては、液体としてＰＤＭＳ表面との濡れ性がよいエタノール溶液を用いていた。しかしながら、ＰＤＭＳに酸化やコロナ放電などの適当な表面処理を施して表面を親水化したり、あるいは他の適当な親水性材料を用いて作動流体チップ１２、駆動流体チップ１４およびメンブレン１６を製造することにより、本発明は水溶液も扱うことが可能になるものである。
【００５６】
なお、ＰＤＭＳ表面を親水化するための処理は、具体的には、例えば、「Ａ．Ｐａｐｒａ ｅｔ ａｌ． Ｌａｎｇｍｕｉｒ １７（２００１）ｐｐ．４０９０−４０９５」に示されている。この文献においては、成形したＰＤＭＳに対して次のような処理を行うことにより、ＰＤＭＳの表面の親水化を図っている。
【００５７】
（第１の処理）「酸素分圧：０．３６ｍｂａｒ」、「コイル電力：１４０Ｗ」という条件で、酸素プラズマでＰＤＭＳを１０秒間処理する。
【００５８】
（第２の処理）次に、酸素プラズマで処理したＰＤＭＳを下記のような組成の水溶液に２時間浸す。
【００５９】
組成：ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ）ｄｉ（ｔｒｉｅｔｈｏｘｙ）ｓｉｌａｎｅ （分子量３４００） １ｍＭ
濃塩酸 ０．０８％
（第３の処理）最後に、第２の処理を施したＰＤＭＳを２回水洗いし、水で超音波洗浄を２分間行う。
【００６０】
また、流れを可視化するために、蛍光微粒子のエタノール溶液を用いて実験を行った。蛍光微粒子の平均直径は５ミクロン、濃度は２．８×１０７個／ｍＬであり、この実験の結果を図１２に示す。この図１２は、蛍光色素溶液を用いた場合の図９に相当する。
【００６１】
この図１２に示す結果から、混合時の溶液の流れは各サンプル用ポート２２ａ、２４ａから導入用流路１８、２０、さらに合流点たる端部２６ａを経て混合用流路２６に向かっており、導入用流路１８、２０の屈曲部１８ｃ、２０ｃから端部１８ｂ、２０ｂへ向かう流路には溶液の流れがほとんど無いことが判る。
【００６２】
従って、各サンプル用ポート２２ａ、２４ａから当該サンプル用ポート２２ａ、２４ａから導入された２液の合流点である混合用流路２６の一方の端部２６ａまでの流体抵抗を適切に設計することにより、各液体の混合比を制御することができる。
【００６３】
２液の場合、流体抵抗をＲ１、Ｒ２、流量をＱ１、Ｑ２とすると、
Ｒ１Ｑ１＝Ｒ２Ｑ２
が成立する。
【００６４】
流体抵抗は、例えば、流路の長さによって変えることができる。本発明の対象となる微小寸法では、流体抵抗Ｒは流路長さＬに比例するので、２液の粘度をｖ１、ｖ２とすると、
Ｌ１ｖ１Ｑ１＝Ｌ２ｖ２Ｑ２
が成立する。
【００６５】
次に、本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造方法について説明する。
【００６６】
ここで、本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程の概略は、図１３および図１４に図番順に時系列で示されている。
【００６７】
まず、駆動流体チップ１４は、以下のような型成型技術によって製造される。即ち、所定の高さの駆動流体用流路２６およびメンブレン収容室３２を成形するための反転パターンを形成するために、超厚膜フォトレジスト１００（ＳＵ−８：Ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ社製、アメリカ）をシリコン基板１０２の上にスピンコートし、製造者メーカーの指示にしたがって処理する。その後、反転パターンを露光し、現像する。
【００６８】
現像の後に、接着を強化するために、炉中で４分間１５０℃で焼き、それから１〜２時間かけて室温まで徐冷する。型離れをよくするために、シリコン基板１０２は、反応性イオンエンッチング（ＲＩＥ）機械（ＲＩＥ−１０ＮＲ：サムコインターナショナル研究所社製，日本）中で、ＣＨＦ３プラズマにより重合化されたフロロカーボン層を２分間成膜する。その時の条件は、ＣＨＦ３ガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力２０Ｐａ、電力２００ｗである。
【００６９】
さらに、ＰＤＭＳ（Ｓｙｌｇａｒｄ １８４：Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、ＵＳＡ）の未重合溶液を溶液を、当該溶液を保持する型枠を使用してシリコン基板１０２上に注ぐ（図１３参照）。これに対して６５℃で１時間の第１キュアと、１００℃で１時間の第２キュアとを行う。キュアされたＰＤＭＳチップは、シリコン基板１０２から剥離される。こうして製造されたＰＤＭＳチップに対して、金属パイプを使用してパンチすることにより、駆動流体用ポート２８ｂを形成する。
【００７０】
次に、ＰＤＭＳ製のメンブレン１６を他のシリコン基板１０４上に形成し（図１４参照）、当該メンブレン１６上に駆動流体チップ１４を移転する。
【００７１】
ＰＤＭＳ製のメンブレン１６を他のシリコン基板１０４上に形成する際には、ＣＨＦ３プラズマによって重合されたフロロカーボン層を、前もって上記したプロセスを使用してシリコン基板１０６上に成膜しておく。次に、当該シリコン基板１０６上にＰＤＭＳの未重合溶液を３０秒間、３０００ｒｐｍでスピンコートし、かつ、オーブンで１００℃、１時間のキュアーを施す。その結果として、２５μｍ厚のメンブレン１６が得ることができた。
【００７２】
駆動流体チップ１４とメンブレン１６との間では不可逆的接着を実現するために、駆動流体チップ１４とメンブレン１６との表面は、ＲＩＥ機械中で酸素ガス流量２０ｓｃｃｍ、圧力１０Ｐａおよび電力７０Ｗの条件で、酸素プラズマで１分間処理する。
【００７３】
そして、プラズマチャンバーから駆動流体チップ１４とメンブレン１６とを取り出した後に、直ちに両者の表面を接触させ、オーブン中で１００℃で２時間焼く（図１４参照）。これにより、駆動流体チップ１４とメンブレン１６とは不可逆的に接着されることになり、それらは一緒にメンブレン１６の形状を保ったままシリコン基板１０４から剥離することができる。
【００７４】
次に、作動流体チップ１２を製造することになるが、駆動流体チップ１４と同じ方法で製造することができる。
【００７５】
こうして製造した作動流体チップ１２は、駆動流体チップ１４とメンブレン１６との合成体の表面に単に接触させるだけで可逆的接着される。この際に、ＰＤＭＳは透明であるので、位置合わせはビデオ顕微鏡（ＶＺＭ４５０システム：エドモンド・オプティクス・ジャパン社製、日本）とＸ−Ｙ−Ｚステージを利用し行うことができる。
【００７６】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（４）に示すように変形することができるものである。
【００７７】
（１）上記した実施の形態においては、第１のマイクロ流路として２本の導入用流路１８、２０を形成したが、第１のマイクロ流路の本数はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第１のマイクロ流路は１本でもよいし、また、３本以上でもよい。
【００７８】
（２）上記した実施の形態においては、第１のマイクロ流路として上面から見てＶ字形状に屈曲した一連の導入用流路１８、２０を形成したが、第１のマイクロ流路の形状はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第１のマイクロ流路の形状は、Ｉ字形状やＷ字形状などの適宜の形状を採用することができる。
【００７９】
（３）上記した実施の形態においては、第２のマイクロ流路として１本の混合用流路２６を形成したが、第２のマイクロ流路の本数はこれに限られるものではないことは勿論である。即ち、第２のマイクロ流路は２本以上でもよい。
【００８０】
（４）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（３）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、全体の装置構成を簡潔化したマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００８２】
また、本発明は、以上説明したように構成されているので、実験の準備操作までを含めた全体の作業時間の短縮化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【００８３】
さらに、本発明は、以上説明したように構成されているので、試料や試薬が無駄に使用されることがないようにして試料や試薬が浪費されることを抑制し、試料や試薬の使用量の低減化を図ることのできるマイクロ流体制御機構およびマイクロチップを提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの概略構成上面説明図である。
【図２】図１に示すマイクロチップのＩＩ−ＩＩ線による断面図（概略構成縦断面図）である。
【図３】メンブレン収容室周辺の拡大概略構成上面説明図である。
【図４】バルブを閉じた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図である。
【図５】バルブを開けた状態における図３のＩＶ−ＩＶ線による拡大概略構成断面説明図である。
【図６】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図７】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図８】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図９】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１０】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１１】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１２】本願発明者による実験結果を示す図３に対応する顕微鏡写真である。
【図１３】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程を示す概略構成説明図である。
【図１４】本発明によるマイクロ流体制御機構を実施したマイクロチップの製造過程を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０ マイクロチップ
１２ 作動流体チップ
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１４ 駆動流体チップ
１６ メンブレン
１８、２０ 導入用流路
１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ、２６ａ、２６ｂ、３０ａ、３０ｂ 端部
１８ｃ、２０ｃ 屈曲部
２２ａ、２４ａ サンプル用ポート
２２ｂ、２４ｂ、２８ｂ 空気出口
２６ 混合用流路
３０ 駆動流体用流路
３２ メンブレン収容室
３４ 駆動流体用ポート
３６ サポート
４０ 弁座
１００ 超厚膜フォトレジスト
１０２、１０４ シリコン基板
Claims (10)
- 両端が大気に開放された少なくとも１つ以上の第１のマイクロ流路と、
一端を大気に開放するとともに他端を前記第１のマイクロ流路の途中位置に隣接して配置した少なくとも１つ以上の第２のマイクロ流路と、
開閉動作に応じて前記第１のマイクロ流路の前記途中位置と前記第２のマイクロ流路の他端とを連通または遮断するバルブと
を有し、
前記バルブを閉じて前記第１のマイクロ流路の前記途中位置と前記第２のマイクロ流路の他端とが遮断された状態で、前記第１のマイクロ流路の一端に液体を滴下して毛細管現象により前記第１のマイクロ流路に前記液体を注入した後に、前記バルブを開いて前記第１のマイクロ流路の前記途中位置と前記第２のマイクロ流路の他端とが連通する状態にすると、前記第１のマイクロ流路内の前記液体が毛細管現象によって前記第２のマイクロ流路内に流れ込む
マイクロ流体制御機構。 - 請求項１に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記第１のマイクロ流路と前記第２のマイクロ流路とは、親水性材料よりなる
マイクロ流体制御機構。 - 請求項１に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記第１のマイクロ流路と前記第２のマイクロ流路とは、親水化処理を施されてなる
マイクロ流体制御機構。 - 請求項１、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構において、さらに、
前記第２のマイクロ流路内において乱流を生じさせる乱流発生手段
を有するマイクロ流体制御機構。 - 請求項４に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記乱流発生手段は、前記第２のマイクロ流路内に形成された凹部または凸部のいずれか一方または双方である
マイクロ流体制御機構。 - 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構において、
第１の板状部材と、第２の板状部材と、前記第１の板状部材と前記第２の板状部材との間に配置されて所定の圧力で変位するメンブレンと
を有して構成され、
前記第１の板状部材には、前記第１のマイクロ流路と前記第２のマイクロ流路と前記メンブレンが離着する弁座とが形成され、
前記第２の板状部材には、前記メンブレンが前記弁座に着座した位置から前記第２の板状部材方向に変位する際に前記メンブレンが位置するメンブレン収容室が形成され、
前記メンブレンと前記弁座とにより前記バルブが構成され、
前記メンブレンが前記弁座に着座して前記バルブが閉じられたときに、前記第１のマイクロ流路と前記第２のマイクロ流路とが遮断され、前記メンブレンが前記メンブレン収容室側に変位することにより前記メンブレンが前記弁座から離隔して前記バルブが開かれたときに、前記第１のマイクロ流路と前記第２のマイクロ流路とが連通する
マイクロ流体制御機構。 - 請求項６に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記第１の板状部材、前記第２の板状部材および前記メンブレンは、マイクロチップを構成する
マイクロ流体制御機構。 - 請求項６または請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記第１の板状部材、前記第２の板状部材および前記メンブレンは、透明または半透明な合成樹脂製である
マイクロ流体制御機構。 - 請求項６または請求項７のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構において、
前記第１の板状部材、前記第２の板状部材および前記メンブレンは、ポリジメチルシロキサン製である
マイクロ流体制御機構。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のマイクロ流体制御機構を有するマイクロチップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002194627A JP2004033919A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002194627A JP2004033919A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004033919A true JP2004033919A (ja) | 2004-02-05 |
Family
ID=31703278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002194627A Pending JP2004033919A (ja) | 2002-07-03 | 2002-07-03 | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004033919A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004113491A1 (ja) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Nitto Denko Corporation | 細胞マイクロチップ |
| WO2005084793A1 (ja) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | マイクロ化学システム |
| JP2005274512A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Aida Eng Ltd | 電気泳動用マイクロチップ |
| JP2006212473A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Pentax Corp | マイクロ化学チップ |
| JP2007021478A (ja) * | 2005-06-17 | 2007-02-01 | Enplas Corp | 流体取扱装置 |
| JP2007216086A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混合器の作製方法 |
| JP2008122233A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | マイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システム |
| JP2011030522A (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-17 | Aida Engineering Ltd | マイクロ流体デバイス |
| JP2011127919A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Hamamatsu Photonics Kk | 試料操作素子 |
| JP2012185073A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Hamamatsu Photonics Kk | 試料観測装置及び試料観測方法 |
| WO2013014905A1 (ja) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | 株式会社エンプラス | 流体取扱装置および流体取扱方法 |
| JP2013515240A (ja) * | 2009-12-18 | 2013-05-02 | アボット ポイント オブ ケア インコーポレイテッド | 生物学的液体分析カートリッジ |
| WO2015119290A1 (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | 株式会社エンプラス | 液体取扱装置 |
| US10229768B2 (en) | 2012-09-06 | 2019-03-12 | Hanwha Aerospace Co., Ltd. | Method for manufacturing graphene layer |
-
2002
- 2002-07-03 JP JP2002194627A patent/JP2004033919A/ja active Pending
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004113491A1 (ja) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Nitto Denko Corporation | 細胞マイクロチップ |
| WO2005084793A1 (ja) * | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Nippon Sheet Glass Company, Limited | マイクロ化学システム |
| GB2426217A (en) * | 2004-03-03 | 2006-11-22 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | Micro chemical system |
| JP2005274512A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Aida Eng Ltd | 電気泳動用マイクロチップ |
| JP2006212473A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Pentax Corp | マイクロ化学チップ |
| JP4596428B2 (ja) * | 2005-06-17 | 2010-12-08 | 株式会社エンプラス | 流体取扱装置 |
| JP2007021478A (ja) * | 2005-06-17 | 2007-02-01 | Enplas Corp | 流体取扱装置 |
| JP4696304B2 (ja) * | 2006-02-14 | 2011-06-08 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 混合器の作製方法 |
| JP2007216086A (ja) * | 2006-02-14 | 2007-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 混合器の作製方法 |
| JP2008122233A (ja) * | 2006-11-13 | 2008-05-29 | Konica Minolta Medical & Graphic Inc | マイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システム |
| JP2011030522A (ja) * | 2009-08-04 | 2011-02-17 | Aida Engineering Ltd | マイクロ流体デバイス |
| JP2011127919A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Hamamatsu Photonics Kk | 試料操作素子 |
| JP2013515240A (ja) * | 2009-12-18 | 2013-05-02 | アボット ポイント オブ ケア インコーポレイテッド | 生物学的液体分析カートリッジ |
| JP2012185073A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Hamamatsu Photonics Kk | 試料観測装置及び試料観測方法 |
| WO2013014905A1 (ja) * | 2011-07-25 | 2013-01-31 | 株式会社エンプラス | 流体取扱装置および流体取扱方法 |
| US9261436B2 (en) | 2011-07-25 | 2016-02-16 | Enplas Corporation | Fluid treatment device and method for treating fluid |
| US9463459B2 (en) | 2011-07-25 | 2016-10-11 | Enplas Corporation | Fluid handling device and method of handling fluid |
| US10229768B2 (en) | 2012-09-06 | 2019-03-12 | Hanwha Aerospace Co., Ltd. | Method for manufacturing graphene layer |
| WO2015119290A1 (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | 株式会社エンプラス | 液体取扱装置 |
| JP2015152317A (ja) * | 2014-02-10 | 2015-08-24 | 株式会社エンプラス | 液体取扱装置 |
| EP3106879A4 (en) * | 2014-02-10 | 2017-09-13 | Enplas Corporation | Liquid handling device |
| US10029255B2 (en) | 2014-02-10 | 2018-07-24 | Enplas Corporation | Liquid handling device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6698786B2 (ja) | 試料導入から結果出力までのプロセス化を提供する単一構造バイオチップおよび製造方法 | |
| US6951632B2 (en) | Microfluidic devices for introducing and dispensing fluids from microfluidic systems | |
| Zhang et al. | PMMA/PDMS valves and pumps for disposable microfluidics | |
| JP4566456B2 (ja) | 微量液体制御機構および微量液体制御方法 | |
| JP2004033919A (ja) | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ | |
| US6743636B2 (en) | Microfluid driving device | |
| Elvira et al. | Materials and methods for droplet microfluidic device fabrication | |
| CN112261996B (zh) | 微流体装置及其制造方法和应用 | |
| US20110033338A1 (en) | Microfluidic circuit element comprising microfluidic channel with nano interstices and fabrication method thereof | |
| US20170341075A1 (en) | Methods and Apparatus for Coated Flowcells | |
| US9073054B2 (en) | Fluid-controlling device for microchip and use thereof | |
| JP4410040B2 (ja) | マイクロ流体制御機構およびマイクロチップ | |
| KR100975611B1 (ko) | 세포 주화성 검사용 마이크로 플루이딕 칩 및 제조방법 | |
| JP2006212473A (ja) | マイクロ化学チップ | |
| WO2021115047A1 (zh) | 一种微流控芯片及基于微流控芯片的全血分离方法 | |
| JP4942135B2 (ja) | 送液装置 | |
| KR100826584B1 (ko) | 바이오칩 분석을 위한 유체 채널링 액츄에이터 | |
| Bunge et al. | Symmetric surficial phaseguides: a passive technology to generate wall-less channels by two-dimensional guiding elements | |
| KR101053772B1 (ko) | 마이크로 플루이딕 칩 몰드를 제조하기 위한 성형 모듈, 이를 이용한 마이크로 플루이딕 칩 몰드 제조 방법 및 이에 의해 제조된 마이크로 플루이딕 칩 몰드 | |
| JP3793433B2 (ja) | 流通型微小混合器及び混合装置並びに液体混合方法 | |
| EP1261426A1 (fr) | Procede de mise en oeuvre d'une carte d'analyse | |
| Puttaraksa et al. | Development of a microfluidic design for an automatic lab-on-chip operation | |
| Dimov et al. | Hybrid integrated PDMS microfluidics with a silica capillary | |
| US10471424B2 (en) | Microfluidic circuit element comprising microfluidic channel with nano interstices and fabrication method thereof | |
| Rupp | Multilayer pressure driven microfluidic platform-µFLATLab |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031201 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040316 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050803 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070130 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070612 |