【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な逆止弁に関し、更に詳しくは、弁体としてゲルを用いた逆止弁に関する。特に、マイクロ流体素子で使用される逆止弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微少な逆止弁を有するマイクロ流体素子として、柔軟なフィルムから切り出した舌状の弁体を、流路の開口部を塞ぐ位置にその一端に於いて貼り付けて逆止弁を構成したマイクロ流体素子が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、マイクロ流体素子が有する微小な流路の開口部に微小な弁体をその一端において貼り付けることは相当に困難であり、一辺０．５ｍｍ以下の逆止弁を工業的に製造することは非常に困難であった。
【０００３】
上記の困難を回避する逆止弁の製造方法として、硬化して柔軟な重合体を形成するエネルギー線硬化性組成物を使用して、フォトリソグラフィーにより弁体を形成すると同時に所定の位置に貼り付ける方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この製造方法は舌状の弁体を形成する樹脂層を設ける必要があることから、単に流路のみを形成する場合に比べてマイクロ流体素子を構成する層の数が多くなり、製造の工数が増す上、極微少な逆止弁を形成する場合には、弁体と流路の精密な位置あわせが必要であり、位置をあわせて張り合わせるための精密で高価な張り合わせ装置を必要とした。
【０００４】
また、微小な逆止弁の他の構造として、通常の寸法の各種逆止弁の寸法を小さくした構造、例えば、案内枠を有する剛体球と、該剛体球で塞がれる孔から成る逆止弁の構造、が考えられるが、これらの構造はいずれも複雑であり、上記の方法にも増して精密な加工装置と工数を必要とした。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８８０９８号公報
【特許文献２】
特開２００２−８６３９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、構造が単純で精密な位置あわせを必要とせず製造が容易な微小な逆止弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討した結果、弁体としてゲルを使用し、これを流路途上に設けられた弁室に装着することによって、少ない工程で容易に逆止弁を形成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、流入口と流出口とを有する弁室を有し、該弁室内にゲルで形成された弁体が配設されていることを特徴とする逆止弁を提供する。また、本発明は、逆止弁と、外部からの圧迫により容積が変化するポンプ室を備えてなることを特徴とするポンプ機構を有するマイクロ流体素子を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明の逆止弁は、部材中に空洞状の弁室（弁体の作動空間）を有し、該弁室には、該弁室への流入口と、該弁室からの流出口が設けられており、該弁室内に前記流入口を塞ぐ大きさのゲルで形成された弁体が装着されている。前記流入口の開口面積は、前記弁室の横断面積（本明細書に於いては、「横断面」とは、流線に直角な方向の断面を言い、その断面積を「横断面積」と言う。）より小さく、該弁体は、前記流入口の前記弁室への開口面積より大きく、前記流入口を閉塞できる大きさである。また、該弁体は、前記弁室の横断面を閉塞しないか、或いは、常態では閉塞していても、該弁室を通過する流体によって変形させられることによって、該流体の流通を遮断しない寸法である。
【００１０】
前記流入口及び前記流出口には、毛細管状の流路（以下、「毛細管状の流路」を、単に「流路」と称する場合がある）がそれぞれ接続されている。該流路の他端は、前記部材の外部に開口していてもよいし、接続配管に連絡していてもよいし、本発明の逆止弁の用途目的に応じて、任意の機構に接続されていてもよい。
【００１１】
この流路に流体を流し、前記弁室の前記流入口側から前記流出口側に向かって流体を通過させる際には、前記弁体は前記流入口も前記流出口も前記弁室の横断面も閉塞せず、流体は前記弁室を通過可能であるが、前記流出口側から前記流入口側に向かって流体を通過させようとすると、前記弁体が前記流入口を塞ぐことによって、該流体は前記弁室を通過しない構造を採っている。
【００１２】
前記弁体の装着形態に関する第一実施例は、前記弁体が前記弁室の内壁に固着されていて、該固着位置が前記流入口に近く、前記流入口は閉塞可能であるが、流出口からは遠いために閉塞できない位置としたものである。或いは、前記固着姿勢が、前記流入口を閉塞可能であるが前記流出口は閉塞不可能である姿勢としたものである。本第一の実施態様に於いては、弁体となるゲルは、内壁に固着されているため、弁室から流出することはない。
【００１３】
前記弁体の装着形態に関する第二実施例は、前記流出口が複数個形成されており、前記弁体は前記弁室の内壁に非固着状態で装着されている。前記弁体は前記流入口も前記いずれの流出口も通過できない寸法であり、かつ、全ての前記流出口を同時に完全には閉塞できない寸法である。逆に、前記流出口は、前記弁体によって、同時に完全には閉塞できない位置と寸法で弁室に開口している。
【００１４】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１及び図２は、本発明の逆止弁の第一実施例を示したもので、図１は平面模式図、図２は図１中のＡ−Ａ線を含む要部断面図である。
【００１５】
図２に示すように、本実施例の逆止弁は、平板状の支持体（基板）１上に、第一樹脂層２、及び第二樹脂層（最上層）１１が順に積層され、これらが一体化されて概略構成されており、全体の外形は、例えば、２．５ｃｍ×７．５ｃｍ×厚み約１．２ｍｍの図１に示されたような板状であるが、形状や寸法はこれに限定されず任意であり、この他に、例えば、柔軟なフィルム状（シート状、リボン状などを含む。以下同様）、棒状、チューブ状、塊状、その他複雑な形状の成型物などであり得る。しかし、他のマイクロ流体素子との一体化しやすさ及び成形しやすさの面から、フィルム状、板状、又はチューブ状であることが好ましい。
【００１６】
支持体１としては、好ましくはポリスチレン板等の透明樹脂製平板が用いられるが、その素材は任意であり、例えば、その他の重合体、ガラス、ステンレススチールなどの金属、水晶などの結晶、炭素、セラミックなどが使用できる。
【００１７】
第一樹脂層２及び第二樹脂層１１の素材としては、例えば紫外線等のエネルギー線の照射によって硬化するエネルギー線硬化性組成物（ｘ）の硬化物が好適に用いられる。第一樹脂層２及び第二樹脂層１１の各層を構成する素材は互いに異なっていてもよいし、同じ素材で構成されてもよい。用途目的により選択できる。第一樹脂層２及び第二樹脂層１１の素材についても任意であり、上記の他に、感光性ガラスや、前記支持体１の場合と同様のものが使用出来る。前記支持体１と同様の素材を使用する場合には、公知のフォトリソグラフィーなどの方法によって後述の欠損部を形成できる。
【００１８】
第一樹脂層２には、層の表面から裏面に貫通する、平面視で細線状の欠損部が形成されている。欠損部の一部は毛細管状の流路３（後述の第一流路３−１、第二流路３−２、及び第三実施例で説明する第三流路３−３、第四流路３−４を併せて流路３とする）となり、また一部は空洞状の弁室４となる。すなわち、図１図等に示すように、第一流路３−１となる直線状欠損部３−１’、該直線状欠損部３−１’の末端が一頂点に接続された三角形の弁室４となる欠損部４’、該弁室４の前記頂点に対向する底辺の中央部に接続された第二流路３−２となる直線状欠損部３−２’が形成されている。この第一樹脂層２が、支持体１の上面と第二樹脂層１１の下面で挟まれた状態で、前記欠損部３−１’は第一流路３−１となり、前記欠損部４’は同様にして弁室４に、前記欠損部３−２’は第二流路３−２となるようにされている。第二樹脂層１１が支持体１に積層して固着されると、前記層を貫通する欠損部は、積層部材表面の凹状の欠損部となる。
【００１９】
第二樹脂層１１には、層の表面から裏面に貫通する孔１２，１３が形成されている。孔１２は、第一樹脂層２の第一流路３−１の上流端に連通している。孔１３は、第一樹脂層２の第二流路３−２の下流端に連通している。
【００２０】
第二樹脂層１１の孔１２の上には、配管接続用のルアーフィッティング１６ｃが接着されて第一流路３−１の上流端に連通した注入部１４が形成されている。同様に、孔１３の上に配管接続用のルアーフィッティング１７が接着されて第二流路３−２の下流端に連通した排出部１９が形成されている。
【００２１】
第一樹脂層２及び第二樹脂層１１の厚さは、本第一実施例では約１００μｍとされているが、これに限定されず任意であり、好ましくは３〜１０００μｍ、さらに好ましくは、１０〜５００μｍ程度の厚さに形成される。第一樹脂層の厚みは、流路３及び弁室４の高さとなる。
また、第一流路３−１及び第二流路３−２の幅は、本第一実施例では約１００μｍとされているが、これに限定されずに任意であり、好ましくは、１〜２０００μｍ、さらに好ましくは３〜５００μｍである。
流路の高さと幅を上記上限以下とすることによって、微小デバイスとしての利点を生かすことが出来る上、逆止方向の耐圧の低下や液体の漏洩量の増加を防ぐことができ、流路の高さや幅を上記下限より大とすることによって、製造の困難さを免れる。上記、第一流路３−１と第二流路３−２の幅は互いに異なっていて良いし、また、それぞれ一定幅である必要はない。
【００２２】
弁室４は、例えば平面視で一辺が約５００μｍの正三角形に成形されており、該弁室４には、その一つの頂点に第一流路３−１の下流端が接続されており、該第一流路の断面寸法と同じ寸法、即ち幅１００μｍ、高さ１００μｍの流入口６と成っている。また、前記流入口６が設けられた頂点に対する底辺の中央部には、第二流路３−２の上流端が接続されていて、該第二流路３−２の断面寸法と同じ寸法、即ち幅１００μｍ、高さ１００μｍの流出口７と成っている。
【００２３】
しかしながら、これらの寸法、形状に限定されるものではなく、弁室４の幅、長さ、高さは、それぞれ好ましくは１０〜２０００μｍ、さらに好ましくは３０〜５００μｍである。上記範囲の上限以下にするとすることにより、死容積が過度に増加すること無く、微小デバイスとしての利点が発揮できる。寸法を上記下限以上とすることによって、製造の困難さを免れる。前記弁室の各寸法は、それぞれ、流路３の各寸法の好ましくは１〜２００倍、さらに好ましくは、３〜３０倍である。この範囲にすることによって、死容積と流路抵抗や耐圧とのバランスが良好となる。
【００２４】
弁室４の形状は、ゲルで形成された弁体５が作動することが出来れば任意であるが、該弁室４の横断面積が、流入口６付近において、流入口６から下流方向に増加する形状であることが、逆流の阻止が確実に行えるため好ましい。
弁室４の形状は、本第一実施例のように、高さが均一で、しかも第一流路３−１及び第二流路３−２と同じ高さであることが、構造が単純となり、生産性が高く好ましい。この時、該弁室４の横断面積が、流入口６付近において、流入口６から下流方向に増加する形状であること、即ち、平面視で流入口６を頂点とするテーパー状や半円状などの凹状に形成されていることが、逆流を確実に遮断できるため好ましい。前記弁室４の横断面積が、流入口６付近において、流入口６から下流方向に増加する形状であることによって、流入口６の高さが弁室４の高さと同じであっても、逆流方向に圧力が掛かったとき、弁室４の両側壁によって側方から圧迫されたゲル状の弁体５が弁室４の天井と底面を圧迫して、天井や底面からの漏洩を確実に遮断することができる。
【００２５】
前記弁室４内の前記流入口６に接する位置に、例えば一辺が約３００μｍ、高さ１００μｍの三角形の弁体５が、底面のみにおいて前記弁室４に固着して装着されている。即ち、該弁体５は、常態において、前記流入口６に接して前記流入口６を塞いでおり、また、上面は弁室４の天井に、側面は弁室４の壁面にそれぞれ非接着で接触している。好ましい弁体の形状は、ゲルの硬度に依存し、ゲルの硬度が低いほど、厚みを大とすることが好ましいが、一般的には、厚さ（弁体が装着された状態で、流入口に直角な方向の寸法）が幅（前記厚さに直角な方向の平均寸法）の０．２〜３０倍であることが好ましく、０．３〜５倍であることがさらに好ましい。この下限以上とすることで、逆流方向の耐圧を充分な値とすることが出来、この上限以下とすることで、逆止弁が無駄に大きくなることもない。
【００２６】
弁体５となるゲルは、例えば（メタ）アクリロイル基などの活性エネルギー線で重合する化合物を含有する水溶性モノマーの水溶液であるゲル形成原料組成物（ｙ）を前記弁室４となる凹状部４’に充填し、紫外線のパターン照射によって必要部分のみをゲルと成し、非ゲル化部分を洗浄除去して弁体５を成形し、その後、非固着とする両側面を、微小なノミ状の刃で押し切って非固着とした後、第二樹脂層１１を天井部分に、該弁体５部分を除いて接着する方法により装着できる。該弁体５部分を除いて接着する方法は、例えば本発明者による前記特許文献２に記載されている方法、即ち、エネルギー線硬化性組成物（ｘ）で形成された前記第二樹脂層を前記第一樹脂層に積層固着する際、前記弁室４となる凹状の欠損部４’に相対する前記第二樹脂層部分のみを完全硬化させ、他の部分を半硬化させた状態で積層し、エネルギー線を再照射して全体を完全硬化させると同時に固着する方法により製造できる。
【００２７】
上記の構成により、注入部１４から供給された液体が、孔１２、第一流路３−１を経て、流入口６から弁体５を変形させて弁室４に入り、流出口７から第二流路３−２、孔１３を経て、排出部１５から排出される。逆に、排出部１５から注入部１４方向に液体を流そうとすると、弁体５が流入口６を塞ぐため、流体は弁室４を通過することができず、そのため、前記流路３には流体が流れない。
【００２８】
上記の３層から成る構成の代わりに、支持体１と第一樹脂層２を一体化して、表面に溝を有する部材として形成しても良い。このような構造は、周知の射出成形、プレス成形、フォトリソグラフィー、マイクロ光造形法により形成できる。
【００２９】
また、前記流入口６、流出口７のいずれか又は両者を弁室４の底面又は天井に形成する場合には、それらの構造に応じた任意の構造、例えば、前記支持体１と弁室４が形成された第一樹脂層２との間に、第一流路３−１が形成された層と、該第一流路３−１に連絡する孔状の流入口６が形成された層が積層された構造を採ることが出来る。
【００３０】
さらに、上記の構成の代わりに、支持体１、第一樹脂層２、第二樹脂層１１、最上層１２の全てが一体化された構造を、公知のマイクロ光造形法にて一挙に形成することも出来る。
【００３１】
弁体５は、前記流入口６は閉塞可能であるが流出口７は閉塞できない位置において、前記弁室４の一部に固着して装着されていれば、形状や固着位置や固着対象は任意である。例えば、前記弁体５は、前記弁室４の横断面を塞ぐ寸法であっても、順方向（流入口６から流出口７に向かう方向）に流すべく駆動される流体によって変形し、該流体が流れる間隙が出来ればよい。また、弁体５の固着位置は、流体を順方向に流す場合に弁体５が変形しても流出口７に届かない位置の他、流出口７を塞ぐほど弁体５が変形できない位置であってもよい。弁体５の固着対象は弁室４の壁、底、又は天井の他、弁室４内に設けられた柱などであっても良い。
【００３２】
弁体５を構成するゲルの種類は任意であり、本逆止弁に流す流体に応じて設計できる。ゲルは水性ゲルであっても非水ゲルであっても良い。逆止弁に流す液体とゲルの膨潤媒の関係は任意であり、例えば、水性液体を流す場合に非水ゲルを使用することも、その逆も可能である。しかし、弁体となるゲルの膨潤媒である液体を、本逆止弁に流す液体の溶媒と同じ液体にすることが、汚染防止やゲル寸法の安定性の面から好ましい。流す流体が気体である場合には、不揮発性液体を膨潤媒とすることが好ましい。
【００３３】
ゲル材料も任意であるが、柔軟性と強度の面から有機重合体が好ましい。有機重合体は、その濃度と架橋度の制御によって、広範囲の力学特性のゲルを作製することが出来る。弁体の寸法、必要な耐圧、膨潤媒の種類等によって、好適なものを選択できる。なかでも、本第一実施例のように、弁室４の一部に固着した弁体を形成する場合には、その場重合（ｉｎ−ｓｉｔｕ重合）可能なゲル材料が好ましく、中でも、エネルギー線硬化性化合物、特に紫外線硬化性化合物が好ましい。ここで言うエネルギー線硬化性化合物や紫外線硬化性化合物は、重合開始剤の存在下でのみ重合するものも含む。
【００３４】
弁体をゲルで形成することにより、バルクの素材に比べて柔軟性が高く、変形量の大きな弁体を形成できる為、弁体の自己変形によるシール性が高く、弁室４の寸法の製作誤差や弁体が当接する部分の荒れの許容量が飛躍的に高く成る。特に一辺の長さが１ｍｍ以下であるような微細な逆止弁の場合には、高い生産性を維持しながら、弁体とその当接面の精度を上げることが困難であるため、本発明は特に効果を発揮する。
【００３５】
以上のようにして形成したマイクロ流体素子に、マイクロシリンジ（図示略）を前記注入部１４に接続し、前記着色水を注入すると、水は第一流路３−１を通って弁室４に至り、前記流入口６から前記ゲル状の弁体５を変形させて弁室４に入り、前記流出口７から流出し、第二流路３−２を通って前記排出部１５から流出した。
【００３６】
次いで、前記マイクロシリンジを注入部１４から外して前記排出部１５に接続し、前記着色水を注入しようとしたが、流入口６が弁体５によって塞がれて、着色水は流入口６から流出できず、前記注入部からは着色水は流出しなかった。
【００３７】
次に、第二実施例として、図３、４に示した逆止弁について述べる。図３は弁室４付近を示した部分平面図、図４は図３中のＡ−Ａ線を含む部分断面図である。なお、本第二実施例に於いて、前記第一実施例と同じ構造に関しては、前記第一実施例と同じ符号を付け、説明を省略する場合がある。
【００３８】
本発明の第二実施例は、前記第一実施例と比較して、弁室４の寸法形状と、弁体５が弁室４中に非固着状態で装着されている点が異なる。弁室４は、平面視で幅５００μｍ、長さ１ｍｍの変形六角形に形成されており、前記六角形の一頂点に流入口６が開口していること、及び、前記六角形の弁室４の中央部に長径３００μｍ、短径約１５０μｍの楕円状の柱が形成されていて、幅方向に於ける該円柱の両側の各幅約１００μｍの空隙が２つの流出口７となっており、そこから下流部分が前記第二流路３−２となっていること、が前記第一実施例と異なる。
【００３９】
また、弁体５として、直径約２５０μｍの概略扁平球形の塊状のゲルが非固着状態で前記弁室４内に装着されている。弁室４の高さは前述のように１００μｍであるが、ゲル状の弁体５は天井と底面で圧迫変形されて装着されており、弁体５は底と天井に接触している。
流路や接続部などの、その他の構造については、第一実施例と同様である。
【００４０】
本第二実施例に於ける前記流入口６及び前記流出口７は、一般的には、弁体５を通過させない寸法であって、かつ、流入口６は弁体５によって完全には閉塞できない形状であれば任意である。例えば、流出口７は、前記弁体５が完全には閉塞できないない長穴状に形成されているか、若しくは複数形成されていて前記弁体５がその全ての流出口７を同時には閉塞しない位置関係で設けられる。前記複数の流出口７は、分岐した第一流路３−１が異なる弁室４の位置に接続された形状であっても良いし、弁室内に、柱、杭、邪魔板などの邪魔構造を設けて、実質的に複数の流入口６を形成しても良い。
【００４１】
以上のようにして形成した逆止弁に、先ず、前記排出部にマイクロシリンジを接続して、該マイクロシリンジからメチレンブルーで着色した水を注入したところ、注入速度が極遅い場合には、弁体５は移動せず、着色水は第一流路３−１に入り込んだが、注入速度を上げると弁体５は弁室４内で移動して流入口６を塞ぎ、水の流通は遮断された。
次いで、前記マイクロシリンジを排出部から外して前記注入部に接続し、前記着色水を注入すると、弁体５は変形し、弁室４の側壁面との間に間隙が生じ、水は弁室４を通過して前記排出部１５から流出した。
さらに、前記マイクロシリンジを注入部から外して再び前記排出部に接続し、前記着色水を極遅い流速で注入しようとしたが、今回は、弁体５は流入口６を塞いでいて、前記注入部からは着色水は流出しなかった。
【００４２】
さらに、前記マイクロシリンジを排出部から外して前記注入部に接続し、前記着色水を高い流速で注入すると、弁体５は弁室内を移動し、一方の流出口７を塞いだが、他方を同時に塞ぐことは出来ず、水は前記弁室４を通過して前記排出部から流出した。
【００４３】
次に、第三実施例として、図５、６に、本発明の第一実施例の逆止弁を二つ用いたマイクロ・ダイヤフラム・ポンプ機構を有するマイクロ流体素子について述べる。図５は平面模式図、図６は図５中のＡ−Ａ線を含む断面模式図である。
このマイクロ・ダイヤフラム・ポンプ機構は、前記注入部と前記排出部の間の流路に、前記第一実施例の逆止弁が２個直列に同方向に向けて形成され、該２個の逆止弁の間の流路にポンプ室となる空洞を有し、該空洞に相対する第３樹脂層部がダイヤフラムと成されている。
【００４４】
図５中あるいは図６中に示す符号１、２、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７はそれぞれ、基板、第一樹脂層、第二樹脂層、孔、孔、注入部、排出部、ルアーフィッティング、ルアーフィッティングを示しており、これら部材については第一実施例のところで述べたものと同じものであるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４５】
また、図５中あるいは図６中に示す符号３−１、３−２、３−３、３−４、４−１、４−２、５−１、５−２はそれぞれ、第一流路（流路）、第二流路（流路）、第三流路（流路）、第四流路（流路）、第一弁室（弁室）、第二弁室（弁室）、第一弁体（弁体）、第二弁体（弁体）を示している。
本実施例における第一流路３−１ａおよび第三流路３−３は、前述した第一実施例の第一流路３−１に相当するものであり、第二流路３−２ａおよび第四流路３−４は、前述した第一実施例の第二流路３−２に相当するものである。
また、第一弁室４−１および第二弁室４−２は、前述した第一実施例の弁室４に相当するものであり、第一弁体５−１および第二弁体５−２は、前述した第一実施例の弁体５に相当するものである。
よって、これら部材についても第一実施例のところで述べているので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４６】
本実施例では、一方の逆止弁と他方の逆止弁との間に、ポンプ室（空洞）２１、およびダイヤフラム２２が設けられている。
このポンプ室（空洞）２１、およびダイヤフラム２２は、上記２つの逆止弁と共にマイクロ・ダイヤフラム・ポンプ機構を構成している。
ポンプ室２１は第二流路３−２ａと第三流路３−３との間の、第一樹脂層２に形成された空間部であり、第二流路３−２ａおよび第三流路３−３の流路幅よりも幅広に形成されたものである。このポンプ室２１の平面視形状は、たとえば図５に示すような長円形（あるいは楕円形または円形）を有している。また、ポンプ室２１は第一樹脂層２を貫通して形成されたものであるため、図６に示すように、第一弁室４−１および第二弁室４−２と同じ高さを有している。
【００４７】
ポンプ室２１の上方、すなわち基板１と反対の側には、弾性を有するダイヤフラム２２が設けられているとともに、このダイヤフラム２２のさらに上方には、アクチュエーター２３が設けられている。上記のポンプ室２１、ダイヤフラム２２、及び、２つの逆止弁とでマイクロ流体流体デバイスにマイクロ・ダイヤフラム・ポンプ機構が構成される。該マイクロ・ダイヤフラム・ポンプ機構は、マイクロ流体素子外に設けられた、又は、マイクロ流体素子と一体化されたアクチュエーターとを合わせて、ポンプとしての機能を発揮する。上記アクチュエーターによりダイヤフラム２２を駆動する代わりに、他のダイヤフラム駆動方法を用いてもよい。そのようなダイヤフラム駆動方法としては、例えば上記ダイヤフラム２２のポンプ室２１と反対の側に設けられた駆動用圧力室への気体や液体の間欠的圧入や間欠的吸引による方法、ダイヤフラム２２に固定された磁石や強磁性体とそれを磁力により往復運動させる方法などあり得る。
【００４８】
この構成により、マイクロ流体素子外部から、例えば先端が半球形のアクチュエーター２３で前記ダイヤフラム２２を繰り返し圧迫すると、ダイヤフラム２２を圧迫した際には、ポンプ室２１から、第二弁室４−２方向に流体が押し出され、ダイヤフラム２２の圧迫を解除してダイヤフラム２２が元の位置に復帰する際には、第一弁室４−１からポンプ室２１に流体が流入する。これを繰り返すことによって、注入部１４から流体は吸引され、排出部１５から流体が排出される。
【００４９】
本第三実施例に見られるように、本発明の逆止弁が有する流路は、本逆止弁がマイクロ流体素子に組み込まれている場合には、該マイクロ流体デバイス内の他の機構、例えば、ダイヤフラムポンプやピストンポンプなど、容積が変化するポンプ室室に接続されていても良い。
【００５０】
以下、本発明の実施例において、逆止弁の形成に使用した装置や材料について詳細に説明する。なお、以下の実施例において、数量の単位を表す「部」は、特に断りがない限り「質量部」を表わす。
【００５１】
［エネルギー線照射装置］
２００ｗメタルハライドランプが組み込まれた、ウシオ電機株式会社製のマルチライト２００型露光装置用光源ユニットを用いた。紫外線強度は５０ｍｗ／ｃｍ２である。
【００５２】
［紫外線硬化性組成物（ｘ）の調製］
活性エネルギー線重合性化合物として、大日本インキ化学工業株式会社製の平均分子量約２０００の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー「ユニディックＶ−４２６３」６０部、第一工業製薬株式会社製１，６−ヘキサンジオールジアクリレート「ニューフロンティアＨＤＤＡ」２０部、及び、第一工業製薬株式会社製ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート「Ｎ−１７７Ｅ」２０部、光重合開始剤としてチバガイギー社製１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュア１８４」５部、及び、重合遅延剤として関東化学株式会社製２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン０．１部を均一に混合して組成物（ｘ）を調製した。
なお、この組成物（ｘ）の塗膜を紫外線硬化させて作製した厚さ１００μｍのフィルムは、ヤング率５８０ＭＰａ、破断伸度７．２％を示した。
【００５３】
［ゲルを形成原料組成物（ｙ）の調製］
活性エネルギー線重合性化合物として和光純薬社製アクリルアミド１０部及びＮ，Ｎ−ジメチルビスアクリルアミド０．１５部、光重合開始剤として「イルガキュア１８４」２部、及び、蒸留水９０部を均一に混合して、ゲルを形成原料組成物（ｙ）を調製した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の逆止弁は、弁体をゲルで形成することにより、弁体の自己変形によるシール性が高く、弁室４の寸法の製作誤差や弁体が当接する部分の荒れの許容量が飛躍的に高く成る。特に微細な逆止弁の場合には、高い生産性を維持しながら、弁体やその当接面の精度を上げることが困難と成るため、本発明は特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例にかかる逆止弁を有するマイクロ流体素子の子の平面模式図である。
【図２】図１に示すマイクロ流体素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。
【図３】本発明の第二実施例にかかるマイクロ流体素子の弁室４付近の要部平面模式図である。
【図４】図３に示すマイクロ流体素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。
【図５】本発明の第三実施例にかかるマイクロ流体素子の平面模式図である。
【図６】図５に示すマイクロ流体素子のＡ−Ａ線要部断面模式図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 第一樹脂層
３−１ 第一流路（流路）
３−１ａ 第一流路（流路）
３−２ 第二流路（流路）
３−２ａ 第二流路（流路）
３−３ 第三流路（流路）
３−４ 第四流路（流路）
４ 弁室
４−１ 第一弁室（弁室）
４−２ 第二弁室（弁室）
５ 弁体（ゲル）
５−１ 第一弁体（弁体）
５−２ 第二弁体（弁体）
６ 流入口
７ 流出口
８ 柱
１１ 第二樹脂層
１２、１３ 孔
１４ 注入部
１５ 排出部
１６、１７ ルアーフィッティング
２１ ポンプ室（空洞）
２２ ダイヤフラム
２３ アクチュエーター[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute check valve, and more particularly, to a check valve using gel as a valve body. In particular, it relates to a check valve used in a microfluidic device.
[0002]
[Prior art]
As a microfluidic device with a minute check valve, a tongue-shaped valve element cut out of a flexible film is attached at one end to a position to close the opening of the flow path to form a check valve An element has been disclosed (for example, see Patent Document 1). However, it is quite difficult to attach a minute valve body to the opening of the minute flow path of the microfluidic element at one end, and it is not possible to industrially manufacture a check valve having a side of 0.5 mm or less. It was very difficult.
[0003]
As a method of manufacturing a check valve that avoids the above difficulties, using an energy ray-curable composition that cures to form a flexible polymer, a valve body is formed by photolithography, and simultaneously attached to a predetermined position. A method is disclosed (for example, see Patent Document 2). However, this manufacturing method requires the provision of a resin layer that forms a tongue-shaped valve body, so that the number of layers constituting the microfluidic device is increased as compared with a case where only a flow path is simply formed. In addition to the increase in man-hours, when forming a very small check valve, precise positioning of the valve element and the flow path was required, and a precise and expensive bonding device for bonding the positions was required. .
[0004]
Further, as another structure of the minute check valve, a structure in which the size of various check valves having a normal size is reduced, for example, a check made of a rigid ball having a guide frame and a hole closed by the rigid ball. Although the structure of the valve is conceivable, each of these structures is complicated and requires more precise processing equipment and man-hours than the above method.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-88098 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-86399
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a minute check valve which has a simple structure, does not require precise alignment, and is easy to manufacture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have intensively studied a method for solving the above-mentioned problem, and as a result, using a gel as a valve body and mounting it in a valve chamber provided on the way of the flow path, the check can be easily performed in a small number of steps. The inventors have found that a valve can be formed, and have completed the present invention.
[0008]
That is, the present invention provides a check valve having a valve chamber having an inflow port and an outflow port, and a valve body formed of gel is disposed in the valve chamber. Further, the present invention provides a microfluidic device having a pump mechanism, comprising a check valve and a pump chamber whose volume is changed by external pressure.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The check valve of the present invention has a hollow valve chamber (operating space of a valve body) in a member, and the valve chamber has an inlet to the valve chamber and an outlet from the valve chamber. The valve chamber is provided with a valve body formed of gel having a size to close the inlet. The opening area of the inflow port is defined as the cross-sectional area of the valve chamber (in the present specification, the “cross-section” refers to a cross-section in a direction perpendicular to the streamline, and the cross-sectional area is referred to as “cross-section area”. The valve body is larger than the opening area of the inflow port to the valve chamber, and is large enough to close the inflow port. In addition, the valve body does not block the cross section of the valve chamber, or does not block the flow of the fluid by being deformed by the fluid passing through the valve chamber even if it is normally closed. It is.
[0010]
Capillary channels (hereinafter, “capillary channels” may be simply referred to as “channels”) are connected to the inlet and the outlet, respectively. The other end of the flow path may be open to the outside of the member, may be connected to a connection pipe, or connected to an arbitrary mechanism according to the purpose of use of the check valve of the present invention. It may be.
[0011]
When a fluid is caused to flow through the flow path and the fluid passes from the inflow side to the outflow side of the valve chamber, the valve body has a cross section of the inflow port and the outflow port of the valve chamber. Also, the fluid can pass through the valve chamber without closing, but when trying to pass the fluid from the outflow side toward the inflow side, the valve plugs the inflow port by closing the inflow port. The fluid does not pass through the valve chamber.
[0012]
In the first embodiment relating to the mounting form of the valve element, the valve element is fixed to the inner wall of the valve chamber, and the fixing position is close to the inflow port, and the inflow port can be closed, but the outflow port is closed. It is a position that cannot be closed because it is far from the place. Alternatively, the fixing posture is such that the inflow port can be closed, but the outflow port cannot be closed. In the first embodiment, the gel serving as the valve body is fixed to the inner wall and does not flow out of the valve chamber.
[0013]
In a second embodiment relating to the mounting mode of the valve element, a plurality of the outlets are formed, and the valve element is mounted on the inner wall of the valve chamber in a non-fixed state. The valve body has a size that cannot pass through the inflow port or any of the outflow ports, and a size that cannot completely close all the outflow ports at the same time. Conversely, the outlet opens into the valve chamber at a location and size that cannot be completely closed at the same time by the valve body.
[0014]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
1 and 2 show a first embodiment of a check valve according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part including line AA in FIG. .
[0015]
As shown in FIG. 2, the check valve of the present embodiment has a first resin layer 2 and a second resin layer (top layer) 11 sequentially laminated on a flat support (substrate) 1. Is integrated and has a schematic configuration. The overall outer shape is, for example, a plate shape as shown in FIG. 1 having a size of 2.5 cm × 7.5 cm × about 1.2 mm in thickness. The present invention is not limited to this, and is arbitrary. In addition, for example, a flexible film (including a sheet, a ribbon, and the like; the same applies hereinafter), a rod, a tube, a block, and a molded article having a complicated shape. obtain. However, from the viewpoint of easy integration with other microfluidic devices and ease of molding, it is preferable to be in the form of a film, a plate, or a tube.
[0016]
As the support 1, a transparent resin flat plate such as a polystyrene plate is preferably used, and the material is arbitrary. For example, other polymers, glass, metals such as stainless steel, crystals such as quartz, carbon, Ceramic or the like can be used.
[0017]
As a material of the first resin layer 2 and the second resin layer 11, for example, a cured product of the energy ray-curable composition (x) which is cured by irradiation of energy rays such as ultraviolet rays is suitably used. The material forming each layer of the first resin layer 2 and the second resin layer 11 may be different from each other, or may be formed of the same material. It can be selected according to the purpose of use. The materials of the first resin layer 2 and the second resin layer 11 are also arbitrary. In addition to the above, photosensitive glass and the same materials as those of the support 1 can be used. When the same material as the support 1 is used, a later-described defective portion can be formed by a known method such as photolithography.
[0018]
In the first resin layer 2, a fine line-shaped defective portion in a plan view penetrating from the surface of the layer to the back surface is formed. Part of the defective portion is a capillary channel 3 (a first channel 3-1 and a second channel 3-2 described later, a third channel 3-3 described in the third embodiment, and a fourth channel 3). 3-4 together to form a flow path 3), and a part thereof becomes a hollow valve chamber 4. That is, as shown in FIG. 1 and the like, a triangular valve chamber having a linear defect 3-1 ′ serving as the first flow path 3-1 and an end of the linear defect 3-1 ′ connected to one vertex. 4 is formed, and a linear defect 3-2 'is formed as a second flow path 3-2 connected to the center of the bottom of the valve chamber 4 facing the apex. In a state where the first resin layer 2 is sandwiched between the upper surface of the support 1 and the lower surface of the second resin layer 11, the defective portion 3-1 'becomes the first flow path 3-1 and the defective portion 4' Similarly, in the valve chamber 4, the missing portion 3-2 ′ serves as a second flow path 3-2. When the second resin layer 11 is laminated and fixed to the support 1, the defective portion penetrating the layer becomes a concave defective portion on the surface of the laminated member.
[0019]
Holes 12 and 13 are formed in the second resin layer 11 so as to penetrate from the front surface to the rear surface of the layer. The hole 12 communicates with the upstream end of the first flow path 3-1 of the first resin layer 2. The hole 13 communicates with the downstream end of the second flow path 3-2 of the first resin layer 2.
[0020]
On the hole 12 of the second resin layer 11, a luer fitting 16c for pipe connection is adhered to form an injection portion 14 communicating with the upstream end of the first flow path 3-1. Similarly, a luer fitting 17 for connecting a pipe is bonded onto the hole 13 to form a discharge portion 19 communicating with the downstream end of the second flow path 3-2.
[0021]
The thickness of the first resin layer 2 and the second resin layer 11 is about 100 μm in the first embodiment, but is not limited thereto, and is arbitrary, preferably 3 to 1000 μm, more preferably 10 μm. It is formed to a thickness of about 500 μm. The thickness of the first resin layer is the height of the flow path 3 and the valve chamber 4.
In addition, the width of the first flow path 3-1 and the second flow path 3-2 is about 100 μm in the first embodiment, but is not limited thereto, and is arbitrary, preferably 1 to 2000 μm. And more preferably 3 to 500 μm.
By setting the height and width of the flow path to the above upper limits or less, the advantage as a micro device can be utilized, and a decrease in the pressure resistance in the non-return direction and an increase in the amount of liquid leakage can be prevented. By setting the height and width to be larger than the above lower limits, difficulty in manufacturing can be avoided. The widths of the first flow path 3-1 and the second flow path 3-2 may be different from each other, and need not be constant widths.
[0022]
The valve chamber 4 is formed into, for example, an equilateral triangle having a side of about 500 μm in plan view, and the downstream end of the first flow path 3-1 is connected to one apex of the valve chamber 4. The inlet 6 has the same size as the cross-sectional dimension of the first flow path, that is, a width of 100 μm and a height of 100 μm. The upstream end of the second flow path 3-2 is connected to the center of the bottom with respect to the vertex where the inflow port 6 is provided, and has the same cross-sectional dimension as the second flow path 3-2. That is, the outlet 7 has a width of 100 μm and a height of 100 μm.
[0023]
However, it is not limited to these dimensions and shapes, and the width, length, and height of the valve chamber 4 are preferably 10 to 2000 μm, and more preferably 30 to 500 μm. By setting the amount to be equal to or less than the upper limit of the above range, an advantage as a micro device can be exhibited without excessively increasing the dead volume. By setting the dimension to be equal to or larger than the lower limit, difficulty in manufacturing can be avoided. Each dimension of the valve chamber is preferably 1 to 200 times, more preferably 3 to 30 times, each dimension of the flow path 3. By setting this range, the balance between the dead volume, the flow path resistance, and the pressure resistance is improved.
[0024]
The shape of the valve chamber 4 is arbitrary as long as the valve body 5 formed of gel can operate, but the cross-sectional area of the valve chamber 4 increases in the downstream direction from the inlet 6 near the inlet 6. It is preferable that the shape is such that backflow can be reliably prevented.
The shape of the valve chamber 4 is uniform, as in the first embodiment, and the height is the same as the first flow path 3-1 and the second flow path 3-2. High productivity is preferred. At this time, the cross-sectional area of the valve chamber 4 is shaped so as to increase in the downstream direction from the inflow port 6 in the vicinity of the inflow port 6, that is, a tapered shape or a semicircular shape having the inflow port 6 as an apex in plan view. Such a concave shape is preferable because the backflow can be reliably blocked. Since the cross-sectional area of the valve chamber 4 increases in the downstream direction from the inlet 6 near the inlet 6, even if the height of the inlet 6 is the same as the height of the valve chamber 4, the reverse flow When pressure is applied in the direction, the gel-like valve body 5 squeezed from both sides by the side walls of the valve chamber 4 squeezes the ceiling and the bottom of the valve chamber 4 to reliably block leakage from the ceiling and the bottom. can do.
[0025]
At a position in contact with the inflow port 6 in the valve chamber 4, for example, a triangular valve element 5 having a side of about 300 μm and a height of 100 μm is fixedly attached to the valve chamber 4 only on the bottom surface. That is, the valve element 5 is in contact with the inflow port 6 and closes the inflow port 6 in a normal state, and the upper surface is not bonded to the ceiling of the valve chamber 4 and the side surface is not bonded to the wall surface of the valve chamber 4. In contact. The preferred shape of the valve element depends on the hardness of the gel, and it is preferable that the lower the gel hardness, the larger the thickness. However, in general, the thickness (when the valve element is mounted, the inlet Is preferably 0.2 to 30 times, more preferably 0.3 to 5 times the width (average dimension in the direction perpendicular to the thickness). By setting the lower limit or more, the pressure resistance in the reverse flow direction can be set to a sufficient value, and by setting the upper limit or less, the check valve does not become unnecessarily large.
[0026]
The gel that becomes the valve body 5 is formed, for example, by mixing the gel-forming raw material composition (y), which is an aqueous solution of a water-soluble monomer containing a compound that is polymerized by an active energy ray such as a (meth) acryloyl group, with the concave portion that becomes the valve chamber 4. 4 ′, and only a necessary portion is formed into a gel by irradiating an ultraviolet pattern. The non-gelled portion is removed by washing to form the valve body 5. Then, the second resin layer 11 can be attached to the ceiling portion by a method except that the valve body 5 is removed and the second resin layer 11 is adhered to the ceiling portion. The method of bonding except for the valve body 5 is, for example, the method described in Patent Document 2 by the present inventors, that is, the method of bonding the second resin layer formed of the energy ray-curable composition (x). When laminating and fixing to the first resin layer, only the second resin layer portion corresponding to the concave defect portion 4 'serving as the valve chamber 4 is completely cured, and the other portions are laminated in a semi-cured state. It can be manufactured by a method in which the whole is completely cured by re-irradiating with an energy ray and simultaneously fixed.
[0027]
With the above-described configuration, the liquid supplied from the injection part 14 deforms the valve body 5 from the inlet 6 through the hole 12 and the first flow path 3-1 and enters the valve chamber 4, and the second liquid from the outlet 7. The gas is discharged from the discharge unit 15 through the flow path 3-2 and the hole 13. Conversely, when trying to flow the liquid from the discharge part 15 to the injection part 14, the fluid cannot pass through the valve chamber 4 because the valve element 5 blocks the inflow port 6. Does not allow fluid to flow.
[0028]
Instead of the above three-layer structure, the support 1 and the first resin layer 2 may be integrated to form a member having a groove on the surface. Such a structure can be formed by well-known injection molding, press molding, photolithography, or micro stereolithography.
[0029]
When one or both of the inflow port 6 and the outflow port 7 are formed on the bottom surface or the ceiling of the valve chamber 4, an arbitrary structure corresponding to the structure, for example, the support 1 and the valve chamber 4 may be used. A layer in which the first flow path 3-1 is formed and a layer in which the hole-shaped inflow port 6 communicating with the first flow path 3-1 are formed are stacked between the first resin layer 2 in which is formed. Structure can be adopted.
[0030]
Further, instead of the above-described configuration, a structure in which the support 1, the first resin layer 2, the second resin layer 11, and the uppermost layer 12 are all integrated is formed at once by a known micro stereolithography method. You can do it.
[0031]
The valve element 5 can be of any shape, position and position if it is fixedly attached to a part of the valve chamber 4 at a position where the inlet 6 can be closed but the outlet 7 cannot be closed. It is. For example, the valve element 5 is deformed by a fluid driven to flow in a forward direction (a direction from the inflow port 6 to the outflow port 7) even if the valve element 5 is sized to close the cross section of the valve chamber 4, and It is only necessary to form a gap through which the air flows. The position where the valve body 5 is fixed is not only a position where the valve body 5 does not reach the outlet 7 even if the valve body 5 is deformed when the fluid flows in the forward direction, and a position where the valve body 5 cannot be deformed enough to close the outlet 7. There may be. The target to which the valve element 5 is fixed may be a wall, a bottom, or a ceiling of the valve chamber 4, or a column provided in the valve chamber 4.
[0032]
The type of the gel constituting the valve body 5 is arbitrary, and can be designed according to the fluid flowing through the check valve. The gel may be an aqueous gel or a non-aqueous gel. The relationship between the liquid flowing through the check valve and the swelling medium of the gel is arbitrary. For example, when flowing an aqueous liquid, a non-aqueous gel can be used, and vice versa. However, it is preferable to make the liquid which is the swelling medium of the gel which becomes the valve body the same as the solvent of the liquid flowing through the check valve, from the viewpoint of prevention of contamination and stability of the gel dimensions. When the flowing fluid is a gas, it is preferable to use a non-volatile liquid as a swelling medium.
[0033]
The gel material is also optional, but an organic polymer is preferred in terms of flexibility and strength. By controlling the concentration and the degree of crosslinking of the organic polymer, a gel having a wide range of mechanical properties can be produced. A suitable one can be selected depending on the dimensions of the valve body, the required pressure resistance, the type of the swelling medium, and the like. In particular, when a valve element fixed to a part of the valve chamber 4 is formed as in the first embodiment, a gel material capable of in-situ polymerization is preferable. Curable compounds, especially UV-curable compounds, are preferred. The energy ray-curable compound and the ultraviolet ray-curable compound referred to herein include those that polymerize only in the presence of a polymerization initiator.
[0034]
Since the valve body is formed of gel, the valve body has high flexibility and a large deformation amount as compared with a bulk material, so that the valve body has high sealing performance due to self-deformation, and the size of the valve chamber 4 is manufactured. The permissible amount of the error and the roughness of the portion where the valve body contacts is dramatically increased. In particular, in the case of a fine check valve having a side length of 1 mm or less, it is difficult to increase the accuracy of the valve element and its contact surface while maintaining high productivity. Is particularly effective.
[0035]
When a micro-syringe (not shown) is connected to the injection section 14 and the colored water is injected into the micro-fluidic device formed as described above, the water reaches the valve chamber 4 through the first flow path 3-1. The gel-like valve body 5 was deformed from the inflow port 6, entered the valve chamber 4, flowed out of the outflow port 7, and flowed out of the discharge section 15 through the second flow path 3-2.
[0036]
Next, the microsyringe was removed from the injection part 14 and connected to the discharge part 15 to try to inject the colored water. However, the inflow port 6 was closed by the valve body 5 and the colored water was discharged from the inflow port 6. No colored water was allowed to flow out of the injection part.
[0037]
Next, as a second embodiment, the check valve shown in FIGS. 3 is a partial plan view showing the vicinity of the valve chamber 4, and FIG. 4 is a partial cross-sectional view including a line AA in FIG. In the second embodiment, the same structures as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof may be omitted.
[0038]
The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in that the dimensions and shape of the valve chamber 4 and that the valve element 5 is mounted in the valve chamber 4 in a non-fixed state. The valve chamber 4 is formed in a deformed hexagon having a width of 500 μm and a length of 1 mm in a plan view, and an inflow port 6 is opened at one vertex of the hexagon, and the hexagonal valve chamber 4 is formed. An elliptical column having a major axis of 300 μm and a minor axis of about 150 μm is formed at the center of the column, and two gaps with a width of about 100 μm on both sides of the cylinder in the width direction form two outflow ports 7. The second embodiment is different from the first embodiment in that a portion downstream from the first passage is the second flow path 3-2.
[0039]
As the valve element 5, a substantially flat spherical bulk gel having a diameter of about 250 μm is mounted in the valve chamber 4 in a non-fixed state. Although the height of the valve chamber 4 is 100 μm as described above, the gel-shaped valve element 5 is mounted by being pressed and deformed on the ceiling and the bottom surface, and the valve element 5 is in contact with the bottom and the ceiling.
Other structures, such as a flow path and a connection part, are the same as in the first embodiment.
[0040]
In general, the inflow port 6 and the outflow port 7 in the second embodiment have dimensions not allowing passage of the valve element 5, and the inflow port 6 cannot be completely closed by the valve element 5. Any shape is acceptable. For example, the outlet 7 is formed in a long hole shape in which the valve body 5 cannot be completely closed, or a position where the valve body 5 is formed so that the valve body 5 does not close all the outlets 7 at the same time. Provided in a relationship. The plurality of outflow ports 7 may have a shape in which the branched first flow path 3-1 is connected to a different position of the valve chamber 4 or a baffle structure such as a pillar, a pile, or a baffle plate in the valve chamber. A plurality of inlets 6 may be substantially formed.
[0041]
To the check valve formed as described above, first, a microsyringe was connected to the discharge portion, and methylene blue-colored water was injected from the microsyringe. 5 did not move, and the colored water entered the first flow path 3-1. However, when the injection speed was increased, the valve element 5 moved in the valve chamber 4 to close the inflow port 6, and the flow of water was shut off.
Next, the micro syringe is removed from the discharge part, connected to the injection part, and when the coloring water is injected, the valve body 5 is deformed, and a gap is formed between the valve body 5 and the side wall surface of the valve chamber 4. 4 and flowed out of the discharge section 15.
Further, the microsyringe was removed from the injection part, connected to the discharge part again, and the colored water was tried to be injected at a very low flow rate. However, this time, the valve 5 closed the inflow port 6 and the injection was performed. No colored water flowed out from the part.
[0042]
Further, when the microsyringe is disconnected from the discharge part and connected to the injection part, and the coloring water is injected at a high flow rate, the valve element 5 moves in the valve chamber and closes one of the outlets 7 while simultaneously closing the other. Water could not be blocked and water flowed out of the outlet through the valve chamber 4.
[0043]
Next, as a third embodiment, a microfluidic device having a micro-diaphragm pump mechanism using two check valves according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic plan view, and FIG. 6 is a schematic sectional view including line AA in FIG.
This micro-diaphragm pump mechanism has two check valves of the first embodiment formed in series in the flow path between the injection part and the discharge part in the same direction. A cavity serving as a pump chamber is provided in a flow path between the stop valves, and a third resin layer portion facing the cavity is formed as a diaphragm.
[0044]
Reference numerals 1, 2, 11, 12, 13, 14, 15, 16, and 17 shown in FIG. 5 or FIG. 6 indicate a substrate, a first resin layer, a second resin layer, a hole, a hole, an injection portion, and a discharge, respectively. 5 shows a part, a luer fitting, and a luer fitting. Since these members are the same as those described in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
[0045]
Further, reference numerals 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 4-1 4-2, 5-1 and 5-2 shown in FIG. 5 or FIG. Flow path), second flow path (flow path), third flow path (flow path), fourth flow path (flow path), first valve chamber (valve chamber), second valve chamber (valve chamber), One valve element (valve element) and a second valve element (valve element) are shown.
The first flow path 3-1a and the third flow path 3-3 in this embodiment correspond to the first flow path 3-1 in the first embodiment described above, and the second flow path 3-2a and the fourth flow path 3-3. The channel 3-4 corresponds to the second channel 3-2 of the first embodiment described above.
Further, the first valve chamber 4-1 and the second valve chamber 4-2 correspond to the valve chamber 4 of the first embodiment described above, and the first valve body 5-1 and the second valve body 5- Reference numeral 2 corresponds to the valve element 5 of the first embodiment described above.
Therefore, these members are also described in the first embodiment, and the detailed description thereof is omitted here.
[0046]
In this embodiment, a pump chamber (cavity) 21 and a diaphragm 22 are provided between one check valve and the other check valve.
The pump chamber (cavity) 21 and the diaphragm 22 constitute a micro-diaphragm pump mechanism together with the two check valves.
The pump chamber 21 is a space formed in the first resin layer 2 between the second flow path 3-2a and the third flow path 3-3, and includes a second flow path 3-2a and a third flow path. It is formed wider than the flow path width of 3-3. The plan view shape of the pump chamber 21 has, for example, an elliptical shape (or an elliptical shape or a circular shape) as shown in FIG. Further, since the pump chamber 21 is formed so as to penetrate the first resin layer 2, as shown in FIG. 6, the pump chamber 21 has the same height as the first valve chamber 4-1 and the second valve chamber 4-2. Have.
[0047]
Above the pump chamber 21, that is, on the side opposite to the substrate 1, an elastic diaphragm 22 is provided, and further above the diaphragm 22, an actuator 23 is provided. The above-described pump chamber 21, the diaphragm 22, and the two check valves constitute a micro-diaphragm pump mechanism in the microfluidic fluid device. The micro-diaphragm pump mechanism exhibits a function as a pump in combination with an actuator provided outside the microfluidic device or integrated with the microfluidic device. Instead of driving the diaphragm 22 by the actuator, another diaphragm driving method may be used. As such a diaphragm driving method, for example, a method by intermittent press-fitting or intermittent suction of gas or liquid into a driving pressure chamber provided on a side opposite to the pump chamber 21 of the diaphragm 22, or a method of fixing the diaphragm 22 to the diaphragm 22. There may be a magnet or ferromagnetic material and a method of reciprocating it by magnetic force.
[0048]
With this configuration, when the diaphragm 22 is repeatedly pressed from outside the microfluidic device by, for example, an actuator 23 having a hemispherical tip, when the diaphragm 22 is pressed, the diaphragm 22 is pressed from the pump chamber 21 toward the second valve chamber 4-2. When the fluid is pushed out and the pressure of the diaphragm 22 is released and the diaphragm 22 returns to the original position, the fluid flows into the pump chamber 21 from the first valve chamber 4-1. By repeating this, the fluid is sucked from the injection part 14 and the fluid is discharged from the discharge part 15.
[0049]
As can be seen in the third embodiment, the flow path of the check valve of the present invention, when the check valve is incorporated in a microfluidic device, other mechanisms in the microfluidic device, For example, it may be connected to a pump chamber whose volume changes, such as a diaphragm pump or a piston pump.
[0050]
Hereinafter, devices and materials used for forming the check valve in the embodiments of the present invention will be described in detail. In the following examples, “parts” representing units of quantity represent “parts by mass” unless otherwise specified.
[0051]
[Energy beam irradiation device]
A light source unit for a multi-light 200 type exposure apparatus manufactured by USHIO INC. Incorporating a 200w metal halide lamp was used. UV intensity is 50mw / cm 2 It is.
[0052]
[Preparation of UV-curable composition (x)]
As an active energy ray polymerizable compound, 60 parts of a trifunctional urethane acrylate oligomer “Unidick V-4263” having an average molecular weight of about 2000 manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., and 1,6-hexanediol manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 20 parts of diacrylate "New Frontier HDDA", 20 parts of nonylphenoxy polyethylene glycol (n = 17) acrylate "N-177E" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., and 1-hydroxycyclohexylphenyl manufactured by Ciba Geigy as a photopolymerization initiator. A composition (x) was prepared by uniformly mixing 5 parts of a ketone “Irgacure 184” and 0.1 part of 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. as a polymerization retarder. .
In addition, the 100-micrometer-thick film produced by ultraviolet-curing the coating film of this composition (x) showed a Young's modulus of 580 MPa and an elongation at break of 7.2%.
[0053]
[Preparation of gel-forming raw material composition (y)]
10 parts of acrylamide and 0.15 part of N, N-dimethylbisacrylamide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as an active energy ray polymerizable compound, 2 parts of "Irgacure 184" as a photopolymerization initiator, and 90 parts of distilled water are uniformly mixed. Thus, a raw material composition (y) for forming a gel was prepared.
[0054]
【The invention's effect】
The check valve of the present invention has a high sealing performance due to the self-deformation of the valve body by forming the valve body from gel, and the manufacturing tolerance of the dimensions of the valve chamber 4 and the allowable amount of roughness of the portion where the valve body abuts are reduced. It will be dramatically higher. In particular, in the case of a fine check valve, it is difficult to increase the accuracy of the valve body and its abutting surface while maintaining high productivity, so the present invention is particularly effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a child of a microfluidic device having a check valve according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a main part taken along line AA of the microfluidic device shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view of a main part near a valve chamber 4 of a microfluidic device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a main part taken along line AA of the microfluidic device shown in FIG.
FIG. 5 is a schematic plan view of a microfluidic device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a main part taken along line AA of the microfluidic device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 First resin layer
3-1 First flow path (flow path)
3-1a First flow path (flow path)
3-2 Second flow path (flow path)
3-2a Second flow path (flow path)
3-3 Third channel (channel)
3-4 Fourth flow path (flow path)
4 Valve room
4-1 First valve room (valve room)
4-2 Second valve chamber (valve chamber)
5 Valve body (gel)
5-1 First valve body (valve body)
5-2 Second valve body (valve body)
6 Inlet
7 Outlet
8 pillars
11 Second resin layer
12, 13 holes
14 Injection unit
15 Discharge unit
16, 17 Lure fitting
21 pump room (hollow)
22 Diaphragm
23 Actuator
