【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体は流通させ、液体の流通を阻止する機構に関し、上記の機能を自動的に行う機構に関する。本発明は又、該機構を有するマイクロ流体素子に関する。
気体は流通させるが、液体の流通を遮断する機構は、液体を充填すべき空洞からの液体遮断機構として使用でき、例えば、濾過機構の一次側のガス抜きや、複雑な配管に液体を充填するときのガス抜きに使用できる。
【０００２】
また、マイクロ流体素子は、内部に毛細管状の流路（以下、「毛細管状の流路」を、単に「流路」と称する場合がある）を有し、該流路中で、（生）化学反応、物理化学的処理、検出、定量などを行うものである。該マイクロ流体素子は、微少流体デバイス、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）とも呼ばれるものであり、例えば、微小ケミカルデバイス、即ち、微小な流路、反応槽などの構造が形成された、化学・生化学反応用微小デバイス（マイクロ・リアクター）；膜濾過デバイス、透析デバイス、脱気・吸気デバイス、抽出デバイスなどの化学的・物理化学的処理デバイス；ＤＮＡ分析デバイス、免疫分析デバイス、電気泳動デバイス、クロマトグラフィー、ガス分析デバイス、水質分析デバイスなどとして用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
気体は流通させ、液体の流通を遮断する機構の中で、バルブの開閉や切り替えを行わず、液体を自動的に判別して遮断する機構としては、例えば、疎水性の多孔質体を用いた液体遮断機構が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
しかしながら、該多孔質体は圧力損失が大きいためガス抜きの速度が遅く、該多孔質体の他方の側を減圧するなどの手段を講じない場合や、抜くべき気体の量が多い場合等には、ガス抜きが不完全となりがちであった。また、該多孔質体を空洞の所定位置に正確に形成するには、位置を合わせてパターン露光する精密で高価な露光装置を必要とした。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−０１８２７１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、流通する気体の圧力損失が小さくて流通速度が速く、しかも液体の流通は遮断する機構を提供すること、また、製造が容易で、安価に形成できて、使い捨ての用途にも使用できる、微小な前記機構、及び、それが組み込まれたマイクロ流体素子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、遮断すべき液体に浸漬すると膨潤する素材で形成された弁部材を流路に装着することによって、常態では気体は流通するが、該流路に液体が流入すると、該液体で弁部材が膨潤して体積が増加し、該流路を閉塞して液体の流通を遮断することによって、自動的に作動する液体遮断機構として機能することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、流路に設けた弁部材が、該流路を液体が流れるとき、該液体に接触することで膨潤して前記流路を塞ぎ、液体の流通を阻止することを特徴とする液体遮断機構を提供する。また、本発明は、内部に形成された流路に、請求項１から６のいずれか記載の液体遮断機構を備え、前記流路の下流端が外部に連絡していることを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の液体遮断機構の外形は任意であり、他の配管や装置に接続可能な任意の形状、例えば管状やブロック状であっても良いし、流路を有する装置、例えはマイクロ流体素子や濾過モジュールに組み込まれていても良い。
本液体遮断機構の内部形状は、弁部材が装着され任意の形状の流路であってよいが、該流路の一部が空洞状の弁室とされ、該弁室への流入口、及び、該弁室からの流出口がそれぞれ前記流路の上流部分と下流部分に接続された形状とされていてもよい。以下、説明の簡略化のために、弁部材の装着された流路部分を弁室と見なして説明する。
弁室の断面（以下、「弁室の断面」とは、前記流入口から流出口に至る流線方向に直角な方向の断面をいう。）が、好ましくは１μｍ２〜１ｍｍ２であり、更に好ましくは１０μｍ２〜０．１ｍｍ２である。この寸法の下限以上であれば、製造上の困難も少なく、気体の流通速度が過度に低下することもない。また、この寸法の上限以下であれば、液体遮断機構の耐圧性の低下や、液体の漏洩量が無視し得ないほど増大することもない。
【００１０】
前記弁室の長さ（以下、「弁室の長さ」とは、前記流入口から流出口までの流線方向の寸法を言う。）は任意であるが、好ましくは１μｍ〜３ｃｍであり、更に好ましくは１０μｍ〜１ｃｍである。また、前記弁室の断面積の平方根の１〜１００００倍であることが好ましい。この寸法や寸法比の下限以上であれば、製造上の困難も少なく、液体遮断機構の耐圧性の低下や、液体の漏洩量が無視し得ないほど増大することもない。また、この寸法の上限以下であれば、本液体遮断機構の寸法や体積が無用に増大することもない。
【００１１】
前記弁室の前記断面の形状は任意であり、例えば、矩形、台形、三角形、スリット状、円、半円、楕円など（但し、これらが角を有する形状である場合には、角の丸められた形状を含む）を例示できるが、角の丸められた矩形、楕円、又は円が、製造が容易で、また、液体の遮断が容易であるため好ましい。
【００１２】
前記弁室の長さ方向の形状も任意であり、例えば、流線に直角な方向から見た形状が、幅に対して長さの長い直線状又は曲線状、円、半円、三角形、矩形等であり得る。
前記弁室の流線方向の形状と断面形状の関係も任意であり、三次元形状は、上記断面形状の筒型、上記断面形状の錐、球、半球形、などの形状であり得る。
弁室の断面積は、接続される流路の断面積より大きくても小さくても同じであっても良い。例えば、前記弁室は、その前後の流路となんら異なった構造を有せず、流路の一部が前記弁室となっていても良い。本発明の液体遮断機構が、弁部材が前記弁室の内壁に固着した形状である場合には、前記弁室の断面形状や断面積はその前後の流路を同じであることが製造が容易であり好ましい。本発明の液体遮断機構が、弁部材が前記弁室内に、固着せずに装着されている場合には、前記弁室はその前後の流路より大きな断面積を有していることが、非膨潤状態の弁部材が逸失せず、また膨潤した弁部材が流出することなく確実に前記流出口を閉塞できるため好ましい。
【００１３】
前記流出口の寸法、形状は、本液体遮断機構が、弁部材が前記弁室内に固着している場合には、任意であり、弁室の断面と同じ寸法、形状を有していても良い。そのような寸法、形状であっても、膨潤した弁部材が流失することなく液体を遮断できる。本液体遮断機構が、弁部材が弁室内に固着せずに装填されている場合には、該流出口の寸法、形状は、非膨潤状態の弁部材が逸失しないように、また、膨潤した弁部材が流出しないように、該流出口の断面寸法は、少なくとも一辺は前記弁室の断面寸法より小さく形成することが好ましい。前記弁室の断面寸法より小さく形成する方法の一つとして、流出口に弁部材制止部材などを形成して、流出口を複数の流出口に分けても良い。
【００１４】
本液体遮断機構は流路の任意の場所に形成することが出来るが、例えば本液体遮断機構がマイクロ流体素子に設けられる場合には、該流路の途上から分岐する形状に設けられることが、特にガス抜き機構として有用であり好ましい。前記流出口は、通常は大気に解放することが好ましいが、流通する気体を何らかの処理、例えば反応、洗浄、吸収、貯蔵などを行う場合には、それらを行う機構に接続してもよい。本液体遮断機構がマイクロ流体素子内に形成されたものである場合にも同様であり、マイクロ流体素子の外部に解放されても良いし、マイクロ流体素子が有する他の機構に接続されてもよい。
【００１５】
弁部材は、前記弁室内に、該弁室の断面を閉塞しない形状に、即ち、気体は該弁室を流入口から流出口に流通できる形状に装着される。該弁部材は、弁室に液体が流入すると該液体により膨潤して膨張し、該弁室の断面及び／または流出口を閉塞して、該液体を遮断する寸法、形状のものが装着される。
弁部材は、前記弁室内に固着されていても良い。固着している対象は、任意であり、弁室の内壁の他、弁室内に形成された任意の構造物、例えば柱、杭、限定された範囲を可動なひも状構造物やフィルム構造物、等であってよい。ここで言う弁部材の弁室内への固着は、化学結合、物理的接着、流失しない強度での付着であってよい。弁部材が流線方向に充分長い場合には、例えばファンデルワールス力による付着であっても充分な付着強度となって、流出せずに液体を遮断できる。また、非膨潤状態の弁部材が、遮断すべき流体への溶解度が高い非架橋重合体であるか、又は遮断すべき液体へによる膨潤度が高い架橋重合体である場合には、弁部材は、該液体と接触した表面のみ及び／又は上流側部分のみが膨潤し、付着面は非膨潤状態のままで該液体の流通を遮断できるため、非膨潤状態の弁部材が弁室の内壁に付着できれば、膨潤状態の弁部材が付着できなくてもよい。
弁部材は、また、弁室内に固着されず、弁室内を移動可能であっても良い。この場合、非膨潤状態の弁部材は非固着状態であり、膨潤した弁部材は流路断面を閉塞して不動状態となってもよいし、膨潤した状態でも可動状態であり、流出口を閉塞してもよい。
【００１６】
弁部材は、常態では乾燥状態又は半乾燥状態であり、流路に流通させる液体により膨潤して体積が増加するものであれば任意の素材を使用することが出来る。なお、本発明でいう「膨潤」とは、液体を吸収して膨張することを意味し、架橋重合体だけでなく、非架橋重合体に対しても適用する。
このような弁部材の素材は、遮断すべき液体に浸漬したときに溶解するものであってもゲル化する物であってもよいが、ゲル化する物が好ましく、溶解せずに質量が、気体が通過しうる状態である乾燥又は半乾燥の装着状態の質量を基準として、１．５〜３０００倍変化するものであることが好ましく、２〜１００倍変化するものであることが更に好ましい。変化量が上記範囲の下限以上であることにより、常態では気体の流通に対する圧力損失が小さく、かつ、弁部材が膨潤して前記弁室及び／又は流出口の断面を完全に遮断することが容易となり、また応答速度も充分速くできる。また、上記範囲の上限以下とすることにより、膨潤した弁対の機械的強度や硬度の低下が少なく、該弁部材が破断したり変形したりして流失することが防止でき、液体の流通を遮断する耐圧性を高くでき、膨潤した弁部材を透過して漏洩する液体量を充分に小さくできる。
【００１７】
このような素材としては、液体に溶解する物として、例えば非架橋重合体を挙げることができる。非架橋重合体は、分子量が５万以上であることが好ましく、１０万以上であることが更に好ましい。分子量をこの下限以上とすることによって、溶解して流失する恐れが減少し、使用条件の許容範囲が広くなる。分子量の上限は特に限定することを要しないが、製造の容易さから、１０００万以下が好ましく、１００万以下が更に好ましい。
【００１８】
非架橋重合体の種類は、遮断すべき液体に溶解または膨潤する物を選定できる。しかし、溶解せず膨潤する非架橋重合体は、膨潤率が低い傾向があるため、溶解する物が好ましい。このような非架橋重合体の例としては、例えば、遮断すべき液体が水系液体である場合には、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、多糖類、などを例示できる。遮断すべき液体が有機溶剤である場合には、例えば塩化ビニル、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリカーボネートなどを例示できる。
【００１９】
溶剤に溶解せず、膨潤する弁部材の素材としては、架橋重合体が例示できる。遮断すべき液体が水系液体である場合には、水溶性単量体の架橋重合体であり得る。水溶性単量体の架橋重合体は、任意の方法、例えば、架橋重合性の水溶性単量体の架橋重合体、非架橋重合性の水溶性単量体と架橋重合性単量体の共重合体、水溶性重合体の架橋体などとして得ることが出来る。また、水系液体に対して非膨潤性又は弱膨潤性架橋重合体への水酸基、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基などの親水性官能基導入物であり得る。
【００２０】
架橋性重合の水溶性単量体としては、付加重合の場合には、例えば一分子内に二個以上の重合性エチレン結合を有する多官能単量体や多官能オリゴマーを挙げることができる。このような単量体としては、例えば、メチレンビスアクリルアミド、エチレンビスアクリルアミド、２，２’−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシポリエチレンオキシフェニル）プロパン（ｎ＝９〜３０）、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート（ｎ＝９〜３０）を例示できる。
【００２１】
非架橋重合性の水溶性単量体と、架橋重合性化合物の共重合体としては、アクリル酸を含有する架橋重合体や、アクリルアミド、Ｎ−アルキル（メタ）アクリルアミド等の（Ｎ−置換）（メタ）アクリルアミドを含有する架橋重合体、ポリビニルピロリドンを含有する架橋重合体を挙げることができる。この場合には、共重合性の水溶性単量体と架橋重合性化合物の混合量や種類を選択することで、ゲルの膨潤度を容易に調節することが出来る。架橋重合性化合物の添加量を増すか、或いは官能基数の多い架橋重合性化合物を使用して、架橋密度を上げるほど、前記ゲルの硬度や強度は増すが、膨潤度は減少する。
【００２２】
架橋重合性化合物が架橋重合性単量体である場合、該単量体としては、上記に使用できる架橋性重合の単量体は、上記のような架橋重合性の水溶性単量体であっても良いし、その単独重合ではゲルと成らない、水に対する溶解度の低い架橋重合性単量体であっても良い。そのような水に対する溶解度の低い架橋重合性単量体の例としては、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、２，２’−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシポリエチレンオキシフェニル）プロパン、２，２’−ビス（４−（メタ）アクリロイルオキシポリプロピレンオキシフェニル）プロパン等の二官能単量体、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、トリメチロールエタントリ（メタ）アクリレート、イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート等の三官能単量体、ペンタエリスリトールテトラ（メタ）アクリレート等の四官能単量体、ジペンタエリスリト−ルヘキサアクリレート等の六官能単量体等が挙げられる。
【００２３】
また、架橋重合性化合物として、質量平均分子量が５００〜５００００のオリゴマー（プレポリマーとも言う）を挙げることができ、例えば、エポキシ樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、ポリエーテル樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、ポリブタジエン樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、分子末端にアクリル基又はメタクリル基を有するポリウレタン樹脂等を挙げることができる。もちろんこれらのオリゴマ−同士を混合して用いることもできる。
上記非架橋重合体を架橋する方法は任意であり、例えば、電離放射線照射や架橋剤により架橋させる方法、などにより形成できる。また、架橋重合体が非架橋重合体の架橋物である場合には、架橋すべき非架橋重合体として、本発明の弁部材として使用可能なものとして前記した非架橋重合体を使用できる。遮断すべき液体が非水液体である場合には、前記架橋重合体は、水溶性単量体の代わりに該遮断すべき液体に可溶な単量体を用いることで形成できる。
【００２４】
弁部材の素材は、一度ゲルと成してそれを乾燥した架橋重合体、即ちキセロゲルであることも好ましい。キセロゲルを用いることにより遮断すべき液体と接触したときの膨潤速度が速くなるため好ましい。キセロゲルを製造する乾燥方法は任意である。
前記キセロゲルとなすゲルは、公知の任意の方法によって形成できる。例えば、単量体を溶液中で架橋重合させる方法や、非架橋重合体を溶液状態で架橋させる方法採ることが出来る。使用する単量体や非架橋重合体は上述した物を使用できる。
【００２５】
前記弁室内にキセロゲルを装着する方法は任意である。例えば、（ｉ）前記弁室にゲルを形成する重合性化合物を充填し、加熱やエネルギー線照射によりゲルを形成した後、乾燥する方法、（ｉｉ）前記弁室に、別途形成したゲルを切り出して装着し、乾燥する方法、（ｉｉｉ）前記弁室に、別途形成したキセロゲルを装着する方法、（ｉｖ）上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）の方法を前記弁室の形成途中の段階で、弁室と成る例えば凹状の部分について行い、その後、カバーを固着して該凹状部を弁室となす方法、を挙げることが出来る。
【００２６】
前記弁部材は多孔質体であることも好ましい。多孔質体は、これを膨潤させる液体と接触すると、速やかに膨潤し、該多孔質体の細孔が閉塞して、実質的に液体不透過性となる。弁部材に多孔質体を使用することで、応答速度が増加する。前記多孔質体は多孔質キセロゲルであることが、更に応答速度が速く、好ましい。
【００２７】
多孔質体や多孔質キセロゲルの製造方法は任意であるが、例えば、本発明者等による特開平５−１６０７６号公報に開示されている方法で製造することが出来る。即ち、水溶性単量体、架橋重合性単量体、及び、これらと相溶し、これらの共重合体とは相溶しない化合物［以下、相分離剤と称する］の均一混合溶液（以下、「多孔質体形成溶液」と称する場合がある）を調製し、この多孔質体形成溶液を用いて、上記の通常の水性ゲル形成と同様の方法で、例えばエネルギー線照射により架橋重合体を形成すると共に相分離させて多孔質体となし、細孔中の相分離剤を乾燥などにより除去する方法により製造することが出来る。
【００２８】
相分離剤としては、水溶性単量体と架橋重合性単量体の混合物とは相溶するが、該混合物にエネルギー線を照射することにより生成する架橋重合体を膨潤させず、かつエネルギー線に対して不活性なものであれば特に限定無く用いることが出来る。
相分離剤は、エネルギー線照射により多孔質体を成形した後、洗浄、乾燥、置換等の任意の方法で除去するが、乾燥が好ましい。
【００２９】
本発明のマイクロ流体素子は、本発明になる液体遮断機構を流路の途上に有するマイクロ流体素子である。本マイクロ流体素子は、流路の途上から分岐した流路を有し、該分岐流路は、その途上に設けられた前記液体遮断機構を経て、該マイクロ流体素子の外部に連絡していることが好ましい。このような構造を採ることによりガス抜き機構として使用できる。ガス抜き機構は、例えば、マイクロ流体素子中に形成された膜濾過機構の一次側のガス抜きや、マイクロ流体素子中に形成された流体クロマトグラフィー用カラムや電気泳動カラムに、マイクロ流体素子に注入する試料の一部を導入する為の機構として有用である。
【００３０】
本発明のマイクロ流体素子は、好ましくは、直接又は間接的に接着された二つの部材、即ち部材（Ａ）と部材（Ｂ）との間に毛細管状の流路と前記弁室が形成されたものである。
流路は、例えば、（イ）表面に溝を有する部材（Ａ）の溝を有する面に、他の部材（Ｂ）が接着されて形成されていても良いし、また、例えば、（ロ）部材（Ａ）と部材（Ｂ）の間に、流路となる欠損部を有する層（Ｃ）が挟持されて形成されていても良い。
【００３１】
流路や弁室の形成方法は任意であり、例えば、射出成型、溶剤キャスト法、溶融レプリカ法、切削、エネルギー線硬化性樹脂塗膜のパターニング露光と未硬化部の除去、鋳型重合法、フォトリソグラフィー（エネルギー線リソグラフィーを含む）、湿式エッチング法、乾式エッチング法、レーザーエッチング法、蒸着法、気相重合法、溝となるべき部分を切り抜いたシート状部材と板状部材との接着などの方法を利用できる。
【００３２】
本マイクロ流体素子を形成する部材、例えば部材（Ａ）、部材（Ｂ）、層（Ｃ）の材質は任意であり、ガラス、石英のような結晶、シリコンのような半導体、ステンレススチールのような金属、セラミック、炭素、重合体などであり得る。
【００３３】
本発明の液体遮断機構及びそれが装着されたマイクロ流体素子は、単純な構造で微小な流路のガス抜きや液体の流出防止を行うことができ、流路中の空気を液体に置換するに当たり、特別な操作を行うことなく、自動的に置換することが出来る。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例の範囲に限定されるものではない。なお、以下の実施例において、「部」は、特に断りがない限り「質量部」を表わす。
【００３５】
［エネルギー線照射］
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、チッソ雰囲気中で照射した。紫外線強度は５０ｍｗ／ｃｍ２である。
【００３６】
［エネルギー線硬化性組成物の調製］
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」２０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、東亜合成化学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＝８）アクリレート「Ｍ−１１４」６０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エネルギー線硬化性組成物（ｘ）を調製した。
【００３７】
［ゲル原料溶液の調製］
水溶性単量体として和光純薬株式会社製Ｎ−イソプロピルアクリルアミド１９部、架橋重合性単量体とし和光純薬株式会社製ビスアクリルアミド１部、光重合開始剤として１，２ヒドロキシ−４−ヒドロキシエトキシ−２−メチルプロピオフェノン（チバスペシャリティケミカルズ株式会社製「イルガキュア２９５９」を０．１部、蒸留水を８０部を混合してゲル原料溶液（ｙ）を調製した。
【００３８】
（実施例１）
［部材（Ａ）の作製］
部材［Ａ１］としてアクリル樹脂製の２．５ｃｍ×５ｃｍ×厚さ１ｍｍの平板を基材（１）としてを使用した。
［層（Ｃ）の作製］
基板（１）にバーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物［ｘ］を塗布し、次いで、窒素雰囲気中でフォトマスクを通して、図１に示した流路（３）及び前記弁室（４）となる部分以外の部分に紫外線を３秒間照射して、エネルギー線硬化性組成物［ｘ］を硬化させ、層［Ｃ１］とした。
【００３９】
次いで、５０％エタノール水溶液にて未硬化のエネルギー線硬化性組成物［ｘ］を除去することによって、底面がアクリル樹脂製基材（１）、壁面がエネルギー線硬化性組成物［ｘ］硬化物層（２）［以下、樹脂層（２）と称する］で構成された幅約１０μｍ、深さ約１００μｍの断面が概矩形の、流路（３）となる溝（３）、溝（３）の途上に、直径約３００μｍの平面視概円形の弁室（４）となる凹部（４）を形成した。流路（３）は弁室（４）より図中左方の上流側流路（３−１）と、弁室（４）より図中右方の下流側流路（３−２）に分割されている。
【００４０】
［弁部材の形成と装着］
流路（３）となる溝（３）及び弁室（４）となる網津（４）にゲル原料溶液（ｙ）を盛り上がる程度に配し、氷冷状態で、前記弁室（４）となる凹部（４）に、紫外線を４０秒間照射して、照射部のゲル原料溶液（ｙ）をゲル化させた。部材あ、樹脂層（Ｃ）積層体を５０℃の温水にて、未硬化のゲル原料溶液（ｙ）を洗浄除去した。形成されたゲル（５）は、紫外線照射後の段階では透明であったが、５０℃での水洗時は白色となった。次いで４０℃の熱風乾燥にて、該ゲル（５）を乾燥させた。
【００４１】
［部材（Ｂ）の接着］
ポリプロピレン二軸延伸シート（図示せず）に、バーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物［ｘ］を塗布し、次いで、窒素雰囲気中で紫外線を１秒間照射して、流動性が喪失した半硬化の状態の塗膜とし、この塗膜面を部材［Ａ１］の溝（３）が形成された面に貼り合わせた。
【００４２】
次に、ポリプロピレン二軸延伸シート側から同じ紫外線を更に３０秒間照射して塗膜を完全硬化させることによって、エネルギー線硬化性組成物［ｘ］の硬化物で構成された厚さ約１００μｍのシート状の部材［Ｂ１］（８）を形成すると同時に、部材［Ａ１］（１）の表面に接着し、その間の層［Ｃ１］（２）に毛細管状流路（３）とその途上に形成された前記弁室（４）を形成した。
【００４３】
その後、ポリプロピレン二軸延伸シート（図示せず）を剥離することによって、図１及び図２に示した形状の、内部に流路（３）と弁室（４）が形成されたマイクロ流体素子［Ｄ１］前駆体とした。
【００４４】
マイクロ流体素子［Ｄ１］前駆体の流路（３）の両端部において、部材［Ｂ１］（８）に直径０．５ｍｍのキリ孔を穿つことにより、導入口（１４）と排出口（１５）を形成し、それぞれの上に配管接続用のルアーフィッティング（１６）、（１７）を接着して、図１及び図２に示したマイクロ流体素子［Ｄ１］を作製した。
【００４５】
［流路の開閉試験］
流路（３）および弁室（４）に空気が充満しているマイクロ流体素子［Ｄ１］に、流入部（１４）のルアーフィッティング（１６）に接続したマイクロシリンジ（図示せず）から空気を導入したところ、該空気は、流路（３）及び弁室（４）を流通して、排出口（１５）から排出された。
次いで、蒸留水の入ったマイクロシリンジ（図示せず）を流入部（１４）のルアーフィッティング（１６）に接続して蒸留水を、流路（３）中を毎秒約１ｃｍで進む速度で注入したところ、蒸留水は導入口（１４）から上流側流路（３−１）に入り、流入口（６）から弁室（４）に入って弁部材（５）と接触し、流出口（７方向へ流れて、下流側流路（３−２）に入った。その時点で、弁部材（５）が膨潤して弁室（４）全体に充満して流路（３）を遮断し、蒸留水の流通は遮断されて、流出部（７）からの蒸留水の流出は認められなかった。
【００４６】
なお、ガラス板上にゲル原料溶液（ｙ）を塗布し、上と同じ条件で紫外線を照射してゲルと成し、５０℃の水で洗浄した後、その一部を切り出して５０℃で熱風乾燥して、キセロゲルを得た。それを秤量し、１５℃の凹流水に１０秒間浸漬して、その重さを測ったところ、乾燥状態の約３．５倍であった。また、該キセロゲルを走査型電子顕微鏡で観察したところ、孔径０．１〜１μｍの多数の細孔を有する多孔質体であった。
【００４７】
（実施例２）
［マイクロ流体素子（Ｄ）の作製］
図１及び図２において、弁部材（５）が異なること以外は、実施例１と同様にしてマイクロ流体素子［Ｄ２］を作製した。即ち、弁部材（５）としてポリアクリル酸系の架橋重合体（吸水材）の粒子を弁室（４）の中に投入し、固着せずに装着した。該弁部材（５）は、流入口（６）及び２つの流出口（７）から逸失しない寸法である。
なお、使用したポリアクリル酸系の架橋重合体の蒸留水による質量増加率は約１００であった。
【００４８】
（実施例３）
［マイクロ流体素子（Ｄ）の作製］
弁室（４）の形状及び弁部材（５）が異なること以外は、実施例１と同様にしてマイクロ流体素子［Ｄ３］を作製した。
即ち、図３及び図４に示したように、部材（Ａ）と樹脂層（Ｃ）の積層体に、樹脂層（Ｃ）の欠損部として、導入部（１４）から排出部（１５）まで、流路（３）となる溝（３）同じ断面形状の溝を形成した。即ち、弁室（４）と成る凹部（４）（は幅、深さ共に流路（３）と成る溝（３）と同じ形状であり、流入口（６）及び流出口（７）も流路（３）の断面と同じ形状である。
この溝の下流部分１／２を弁室（４）と成すために、該部分を残して塗装用のマスキングテープで該溝（３）の端を封じ、そこに、弁部材（５）としてポリビニルピロリドン（分子量１００万、和光純薬製）の１０％水溶液を配し、５０℃の熱風で乾燥する走査を３回繰り返して、乾燥したポリビニルピロリドンを弁室（４）となる凹部（溝）（４）の底面に固着させ、これを弁部材（５）とした。
その後、実施例１と同様にしてその他の構造を形成し、マイクロ流体素子合い［Ｄ３］を得た。
【００４９】
［流路の開閉試験］
実施例１と同様の開閉試験を行ったところ、蒸留水は、長い弁室（４）の途中まで得進んだところで流通が遮断された。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の液体遮断機構及びそれが装着されたマイクロ流体素子は、単純な構造で微小な流路のガス抜きや液体の流出防止を行うことができ、流路中の空気を液体に置換するに当たり、特別な操作を行うことなく、自動的に置換することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で作製したマイクロ流体素子を、部材（Ｂ）の表面に垂直な方向から見た平面図模式図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に於ける断面図模式図である。
【図３】実施例２で作製したマイクロ流体素子を、部材（Ｂ）の表面に垂直な方向から見た、弁室付近の部分平面図模式図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線に於ける断面図模式図である。
【符号の説明】
１：部材（Ａ）、基材
２：エネルギー線硬化性組成物（ｘ）硬化物層（ｃ）、［樹脂層（Ｃ）］
３：流路、溝
３−１：上流側流路、（流路）
３−２：下流側流路（流路）
４：弁室、凹部
５：弁部材
６：弁室への流入口
７：弁室からの流出口
８：部材（Ｂ）
１４：流入部
１５：排出部
１６、１７：ルアーフィッティング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanism for flowing a gas and preventing a flow of a liquid, and to a mechanism for automatically performing the above function. The present invention also relates to a microfluidic device having the mechanism.
A mechanism that allows the gas to flow but blocks the flow of the liquid can be used as a liquid blocking mechanism from the cavity to be filled with the liquid, for example, degassing the primary side of the filtration mechanism or filling the complicated piping with the liquid. Can be used for venting at times.
[0002]
Further, the microfluidic device has a capillary flow path (hereinafter, the “capillary flow path” may be simply referred to as “flow path”) inside. It performs chemical reactions, physicochemical treatments, detection, quantification, and the like. The microfluidic device can be a microfluidic device, a microfluidic device, a microfabricated device, a lab-on-a-chip, a lab-on-a-chip, or a micro total analytical system (μ-TAS). ), For example, a microchemical device, that is, a microdevice for a chemical or biochemical reaction (microreactor) in which structures such as microchannels and reaction vessels are formed; a membrane filtration device, a dialysis device , Chemical and physicochemical processing devices such as degassing / inhaling devices and extraction devices; DNA analysis devices, immunoanalysis devices, electrophoresis devices, chromatography, gas analysis devices, water quality analysis devices and the like.
[0003]
[Prior art]
As a mechanism for automatically discriminating and shutting off liquid without opening or closing a valve in a mechanism for flowing gas and shutting off liquid flow, for example, a hydrophobic porous body was used. A liquid shutoff mechanism is disclosed (Patent Document 1).
[0004]
However, when the porous body has a large pressure loss, the speed of degassing is low, and when no means such as depressurizing the other side of the porous body is taken, or when the amount of gas to be vented is large, etc. In addition, degassing tends to be incomplete. In addition, in order to form the porous body at a predetermined position of the cavity accurately, a precise and expensive exposure apparatus for performing pattern exposure at the same position is required.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-018271
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to provide a mechanism in which the pressure loss of flowing gas is small and the flowing speed is high, and furthermore, a mechanism for shutting off the flow of liquid is provided. An object of the present invention is to provide a minute mechanism described above that can be used for disposable applications, and a microfluidic device incorporating the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on a method for solving the above-described problem, and as a result, by mounting a valve member formed of a material that swells when immersed in a liquid to be shut off in a flow path, gas flows in a normal state. When the liquid flows into the flow path, the valve member swells with the liquid and the volume increases, and the flow path functions as a liquid shut-off mechanism that automatically operates by closing the flow path and cutting off the flow of the liquid. And completed the present invention.
[0008]
That is, the present invention is characterized in that the valve member provided in the flow path, when the liquid flows through the flow path, swells by contacting the liquid, closes the flow path, and blocks the flow of the liquid. To provide a liquid shut-off mechanism. According to the present invention, there is provided a microfluidic device comprising: a liquid blocking mechanism according to any one of claims 1 to 6 provided in a flow path formed therein, wherein a downstream end of the flow path is connected to the outside. A fluid device is provided.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The external shape of the liquid blocking mechanism of the present invention is arbitrary, and may be any shape connectable to other pipes or devices, such as a tube or a block, or a device having a flow path, for example, a microfluidic device or the like. It may be incorporated in a filtration module.
The internal shape of the liquid shut-off mechanism may be a flow path of any shape in which a valve member is mounted, and a part of the flow path is a hollow valve chamber, an inflow port to the valve chamber, and The outlet from the valve chamber may be connected to an upstream portion and a downstream portion of the flow path, respectively. Hereinafter, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that the flow path portion where the valve member is mounted is a valve chamber.
The cross section of the valve chamber (hereinafter, “the cross section of the valve chamber” means a cross section in a direction perpendicular to the streamline direction from the inflow port to the outflow port) is preferably 1 μm. 2 ~ 1mm 2 And more preferably 10 μm 2 ~ 0.1mm 2 It is. If the size is equal to or more than the lower limit, there is little difficulty in production, and the flow rate of gas does not excessively decrease. Further, when the dimension is equal to or less than the upper limit, the pressure resistance of the liquid blocking mechanism does not decrease and the amount of leakage of the liquid does not increase so as not to be ignored.
[0010]
The length of the valve chamber (hereinafter, “the length of the valve chamber” means a dimension in a streamline direction from the inflow port to the outflow port) is arbitrary, but is preferably 1 μm to 3 cm, More preferably, it is 10 μm to 1 cm. Further, it is preferably 1 to 10000 times the square root of the sectional area of the valve chamber. If the dimensions and the dimensional ratios are equal to or more than the lower limits, the difficulty in manufacturing is small, and the pressure resistance of the liquid shut-off mechanism does not decrease, and the amount of leakage of the liquid does not increase to a negligible level. In addition, when the size is equal to or less than the upper limit of the size, the size and volume of the liquid blocking mechanism do not increase unnecessarily.
[0011]
The cross-sectional shape of the valve chamber is arbitrary, for example, rectangular, trapezoidal, triangular, slit-shaped, circular, semicircular, elliptical, etc. (However, when these have a shape having a corner, the corner is rounded. However, a rounded rectangle, an ellipse, or a circle with a rounded corner is preferable because it is easy to manufacture and can easily shut off the liquid.
[0012]
The shape in the length direction of the valve chamber is also arbitrary, for example, the shape viewed from the direction perpendicular to the streamline is a straight line or a curve having a long length with respect to the width, a circle, a semicircle, a triangle, a rectangle And so on.
The relationship between the shape of the valve chamber in the streamline direction and the cross-sectional shape is also arbitrary, and the three-dimensional shape may be a cylindrical shape having the cross-sectional shape, a cone having the cross-sectional shape, a sphere, a hemisphere, or the like.
The cross-sectional area of the valve chamber may be larger, smaller, or the same as the cross-sectional area of the connected flow path. For example, the valve chamber does not have any different structure from the front and rear flow paths, and a part of the flow path may be the valve chamber. When the liquid shut-off mechanism of the present invention has a shape in which the valve member is fixed to the inner wall of the valve chamber, the cross-sectional shape and the cross-sectional area of the valve chamber are the same in the front and rear flow paths, which facilitates manufacturing. Is preferable. When the liquid blocking mechanism of the present invention has a valve member mounted in the valve chamber without being fixed, the valve chamber has a larger cross-sectional area than the front and rear flow paths. It is preferable because the swollen valve member is not lost and the outlet can be reliably closed without the swollen valve member flowing out.
[0013]
The size and shape of the outlet are arbitrary when the present liquid shutoff mechanism has a valve member fixed to the valve chamber, and may have the same size and shape as the cross section of the valve chamber. . Even with such a size and shape, the swollen valve member can shut off the liquid without flowing away. When the liquid shut-off mechanism is loaded without the valve member being fixed in the valve chamber, the size and shape of the outlet are determined so that the non-swelled valve member is not lost, and the swollen valve is used. In order to prevent the member from flowing out, it is preferable that at least one side of the cross section of the outlet is smaller than the cross section of the valve chamber. As one method of forming the valve chamber smaller than the cross-sectional dimension, a valve member stopping member or the like may be formed at the outlet, and the outlet may be divided into a plurality of outlets.
[0014]
The present liquid blocking mechanism can be formed at an arbitrary position in the flow path.For example, when the present liquid blocking mechanism is provided in a microfluidic device, it may be provided in a shape that branches off from the middle of the flow path. In particular, it is useful and preferable as a degassing mechanism. The outlet is generally preferably released to the atmosphere, but may be connected to a mechanism for performing some processing, such as reaction, washing, absorption, and storage, of the flowing gas. The same applies to the case where the present liquid blocking mechanism is formed in a microfluidic device, and may be released outside the microfluidic device, or may be connected to another mechanism of the microfluidic device. .
[0015]
The valve member is mounted in the valve chamber in a shape that does not block the cross section of the valve chamber, that is, in a shape in which gas can flow through the valve chamber from the inlet to the outlet. When the liquid flows into the valve chamber, the valve member is swelled and expanded by the liquid, and has a size and shape to block the cross section and / or the outlet of the valve chamber and block the liquid. .
The valve member may be fixed in the valve chamber. The fixed object is arbitrary, other than the inner wall of the valve chamber, any structure formed in the valve chamber, for example, a column, a pile, a string-like structure or a film structure movable in a limited range, And so on. The sticking of the valve member into the valve chamber may be a chemical bond, a physical bond, or a bond with a strength that does not flow away. If the valve member is sufficiently long in the streamline direction, for example, even if it is adhered by Van der Waals force, it will have a sufficient adhesive strength and can shut off the liquid without flowing out. Further, when the valve member in the non-swelling state is a non-crosslinked polymer having high solubility in the fluid to be blocked or a crosslinked polymer having a high degree of swelling in the liquid to be blocked, Since only the surface in contact with the liquid and / or only the upstream portion swells and the flow of the liquid can be blocked while the adhering surface remains in a non-swelling state, the valve member in the non-swelling state adheres to the inner wall of the valve chamber. If possible, the swollen valve member may not be able to adhere.
The valve member may be movable in the valve chamber without being fixed in the valve chamber. In this case, the valve member in the non-swelling state is in a non-fixed state, and the swollen valve member may be in an immobile state by closing the cross section of the flow path, or may be in a movable state even in the swollen state, and close the outlet. May be.
[0016]
The valve member is normally in a dry state or a semi-dry state, and any material can be used as long as the valve member swells and increases in volume with a liquid flowing through the flow path. The term “swelling” as used in the present invention means swelling by absorbing a liquid, and is applied not only to a crosslinked polymer but also to a non-crosslinked polymer.
Such a material for the valve member may be a material that dissolves or gels when immersed in the liquid to be shut off, but a material that gels is preferable, and the mass is not dissolved, Preferably, it changes by 1.5 to 3000 times, more preferably 2 to 100 times, based on the mass of the dry or semi-dry mounted state in which gas can pass. When the change amount is equal to or more than the lower limit of the above range, the pressure loss with respect to the flow of gas is small in a normal state, and the valve member swells and it is easy to completely shut off the cross section of the valve chamber and / or the outlet. And the response speed can be made sufficiently fast. Further, by setting the upper limit or less of the above range, the reduction in mechanical strength and hardness of the swollen valve pair is small, the valve member can be prevented from being broken or deformed and flowing away, and the flow of liquid can be prevented. The pressure resistance for blocking can be increased, and the amount of liquid that leaks through the swollen valve member can be sufficiently reduced.
[0017]
Examples of such a material that can be dissolved in a liquid include a non-crosslinked polymer. The non-crosslinked polymer preferably has a molecular weight of 50,000 or more, more preferably 100,000 or more. When the molecular weight is equal to or more than the lower limit, the risk of dissolution and loss is reduced, and the allowable range of use conditions is widened. The upper limit of the molecular weight is not particularly limited, but is preferably 10,000,000 or less, more preferably 1,000,000 or less, from the viewpoint of ease of production.
[0018]
The type of the non-crosslinked polymer can be selected from those which dissolve or swell in the liquid to be blocked. However, a non-crosslinked polymer that swells without dissolving tends to have a low swelling ratio, and therefore is preferably a dissolving one. Examples of such non-crosslinked polymers include, for example, when the liquid to be blocked is an aqueous liquid, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyvinylpyrrolidone, polysaccharides, and the like. . When the liquid to be cut off is an organic solvent, examples thereof include vinyl chloride, polyacrylate, polysulfone, and polycarbonate.
[0019]
Examples of the material of the valve member that swells without being dissolved in a solvent include a crosslinked polymer. When the liquid to be blocked is an aqueous liquid, it may be a crosslinked polymer of a water-soluble monomer. The cross-linked polymer of the water-soluble monomer can be produced by any method, for example, a cross-linked polymer of a water-soluble monomer that is cross-linkable, It can be obtained as a polymer, a crosslinked product of a water-soluble polymer, or the like. Further, it may be a hydrophilic functional group-introduced product such as a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, or a sulfone group into a non-swellable or weakly swellable crosslinked polymer with respect to an aqueous liquid.
[0020]
Examples of the water-soluble monomer for crosslinking polymerization include, in the case of addition polymerization, a polyfunctional monomer or a polyfunctional oligomer having two or more polymerizable ethylene bonds in one molecule. Examples of such a monomer include methylene bisacrylamide, ethylene bisacrylamide, 2,2′-bis (4- (meth) acryloyloxypolyethyleneoxyphenyl) propane (n = 9 to 30), polyethylene glycol di ( (Meth) acrylate (n = 9 to 30).
[0021]
Examples of the copolymer of the non-crosslinkable polymerizable water-soluble monomer and the crosslinkable polymerizable compound include a crosslinked polymer containing acrylic acid and (N-substituted) (acrylamide, N-alkyl (meth) acrylamide, etc.). Examples thereof include a crosslinked polymer containing (meth) acrylamide and a crosslinked polymer containing polyvinylpyrrolidone. In this case, the swelling degree of the gel can be easily adjusted by selecting the mixing amount and type of the copolymerizable water-soluble monomer and the crosslinkable polymerizable compound. As the amount of the cross-linkable polymerizable compound is increased or the cross-linkable density is increased by using a cross-linkable polymerizable compound having a large number of functional groups, the hardness and strength of the gel increase, but the degree of swelling decreases.
[0022]
When the crosslinkable polymerizable compound is a crosslinkable polymerizable monomer, as the monomer, the crosslinkable polymerizable monomer that can be used as described above is a crosslinkable polymerizable water-soluble monomer as described above. It may be a cross-linkable polymerizable monomer that does not form a gel by homopolymerization and has low solubility in water. Examples of the cross-linkable polymerizable monomer having low solubility in water include neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, Bifunctional monomers such as 2′-bis (4- (meth) acryloyloxypolyethyleneoxyphenyl) propane and 2,2′-bis (4- (meth) acryloyloxypolypropyleneoxyphenyl) propane, and trimethylolpropane tri ( Trifunctional monomers such as meth) acrylate, trimethylolethane tri (meth) acrylate and isocyanurate tri (meth) acrylate; tetrafunctional monomers such as pentaerythritol tetra (meth) acrylate; dipentaerythritol hexa Hexafunctional monomers such as acrylates It is.
[0023]
Examples of the cross-linkable polymerizable compound include oligomers (also referred to as prepolymers) having a mass average molecular weight of 500 to 50,000. For example, (meth) acrylic acid esters of epoxy resins and (meth) acrylic acid of polyether resins Examples thereof include esters, (meth) acrylic acid esters of polybutadiene resins, and polyurethane resins having an acryl group or a methacryl group at a molecular terminal. Of course, these oligomers can be used as a mixture.
The method of crosslinking the non-crosslinked polymer is arbitrary, and can be formed by, for example, irradiation with ionizing radiation or a method of crosslinking with a crosslinking agent. When the cross-linked polymer is a cross-linked product of a non-cross-linked polymer, the above-mentioned non-cross-linked polymer that can be used as the valve member of the present invention can be used as the non-cross-linked polymer to be cross-linked. When the liquid to be blocked is a non-aqueous liquid, the crosslinked polymer can be formed by using a monomer soluble in the liquid to be blocked instead of a water-soluble monomer.
[0024]
It is also preferable that the material of the valve member is a crosslinked polymer that has been formed into a gel once and dried, that is, xerogel. The use of xerogel is preferred because the swelling speed when contacting with the liquid to be blocked is increased. The drying method for producing xerogel is arbitrary.
The gel forming the xerogel can be formed by any known method. For example, a method of crosslinking polymerization of a monomer in a solution or a method of crosslinking a non-crosslinked polymer in a solution state can be employed. As the monomer or non-crosslinked polymer used, those described above can be used.
[0025]
The method of mounting xerogel in the valve chamber is arbitrary. For example, (i) a method in which the valve chamber is filled with a polymerizable compound that forms a gel, a gel is formed by heating or irradiation with energy rays, and then drying is performed. (Ii) A gel separately formed in the valve chamber is cut out. (Iii) a method of attaching a separately formed xerogel to the valve chamber, and (iv) the method of (i) to (iii) above during the formation of the valve chamber. For example, a method in which the process is performed on a concave portion that forms a chamber, and then the cover is fixed to form the concave portion as a valve chamber.
[0026]
It is also preferable that the valve member is a porous body. When the porous body comes into contact with a liquid that swells the porous body, it quickly swells, the pores of the porous body are closed, and the liquid becomes substantially liquid-impermeable. By using a porous body for the valve member, the response speed increases. It is preferable that the porous body is a porous xerogel because the response speed is faster.
[0027]
The method for producing the porous body and the porous xerogel is arbitrary, but for example, the porous body and the porous xerogel can be produced by the method disclosed in JP-A-5-16076 by the present inventors. That is, a water-soluble monomer, a cross-linkable polymerizable monomer, and a homogeneous mixed solution (hereinafter, referred to as a phase separation agent) of a compound that is compatible with these and incompatible with these copolymers (hereinafter, referred to as a phase separation agent) A "porous body forming solution" may be prepared, and a crosslinked polymer is formed using this porous body forming solution in the same manner as in the normal aqueous gel formation described above, for example, by irradiation with energy rays. At the same time, it can be produced by a method in which a porous body is formed by phase separation to remove the phase separating agent in the pores by drying or the like.
[0028]
As a phase separator, a mixture of a water-soluble monomer and a cross-linkable polymerizable monomer is compatible, but does not swell a cross-linked polymer produced by irradiating the mixture with energy rays, and Any substance can be used without particular limitation as long as it is inactive with respect to.
The phase separating agent is removed by an arbitrary method such as washing, drying, or replacement after forming the porous body by irradiation with energy rays, but drying is preferable.
[0029]
The microfluidic device of the present invention is a microfluidic device having the liquid blocking mechanism of the present invention in the middle of a flow path. The microfluidic device has a flow path that branches off from the middle of the flow path, and the branched flow path communicates with the outside of the microfluidic element via the liquid blocking mechanism provided on the way. Is preferred. By adopting such a structure, it can be used as a gas release mechanism. The degassing mechanism is, for example, degassing the primary side of a membrane filtration mechanism formed in the microfluidic device, or injecting the microfluidic device into a fluid chromatography column or an electrophoresis column formed in the microfluidic device. This is useful as a mechanism for introducing a part of the sample to be processed.
[0030]
In the microfluidic device of the present invention, preferably, a capillary channel and the valve chamber are formed between two members directly or indirectly bonded, that is, a member (A) and a member (B). Things.
The flow path may be formed, for example, by bonding another member (B) to the grooved surface of the member (A) having a groove on the surface (A), or, for example, (B) A layer (C) having a deficient portion serving as a flow path may be sandwiched between the member (A) and the member (B).
[0031]
The method of forming the flow path and the valve chamber is arbitrary, for example, injection molding, solvent casting, melt replica method, cutting, patterning exposure of energy ray curable resin coating film and removal of uncured portion, mold polymerization method, photo Lithography (including energy beam lithography), wet etching, dry etching, laser etching, vapor deposition, vapor phase polymerization, and bonding between sheet-like and plate-like members with cut-out portions to become grooves Can be used.
[0032]
The material forming the microfluidic device, for example, the material of the member (A), the member (B), and the layer (C) is arbitrary, and may be glass, crystal such as quartz, semiconductor such as silicon, or stainless steel. It can be a metal, ceramic, carbon, polymer, and the like.
[0033]
The liquid shut-off mechanism of the present invention and the microfluidic device to which the liquid shut-off mechanism is attached can perform degassing of a minute flow path and prevention of outflow of a liquid with a simple structure. It can be replaced automatically without any special operation.
[0034]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the scope of these Examples. In the following examples, "parts" means "parts by mass" unless otherwise specified.
[0035]
[Energy beam irradiation]
Irradiation was performed in a nitrogen atmosphere using a light source unit for a multi-light 200 type exposure apparatus manufactured by USHIO INC. Incorporating a 200 w metal halide lamp. UV intensity is 50mw / cm 2 It is.
[0036]
[Preparation of energy ray-curable composition]
20 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 diacrylate “New Frontier HDDA” 20 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Part, 60 parts of nonylphenoxy polyethylene glycol (n = 8) acrylate “M-114” manufactured by Toa Gosei Chemical Co., Ltd., 5 parts of 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone “Irgacure 184” manufactured by Ciba Geigy as a photopolymerization initiator, and polymerization delay As an agent, 0.1 part of 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. was uniformly mixed to prepare an energy ray-curable composition (x).
[0037]
[Preparation of gel raw material solution]
19 parts of N-isopropylacrylamide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as a water-soluble monomer, 1 part of bisacrylamide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. as a crosslinkable polymerizable monomer, and 1, hydroxy-4-hydroxy as a photopolymerization initiator. Ethoxy-2-methylpropiophenone (0.1 part of "Irgacure 2959" manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) and 80 parts of distilled water were mixed to prepare a gel raw material solution (y).
[0038]
(Example 1)
[Production of member (A)]
A 2.5 mm × 5 cm × 1 mm thick flat plate made of an acrylic resin was used as the substrate (1) as the member [A1].
[Preparation of Layer (C)]
The energy ray-curable composition [x] is applied to the substrate (1) using a bar coater, and then, through a photomask in a nitrogen atmosphere, the flow path (3) shown in FIG. 1 and the valve chamber (4). A portion other than the portion to be formed was irradiated with ultraviolet rays for 3 seconds to cure the energy ray-curable composition [x] to form a layer [C1].
[0039]
Next, the uncured energy ray-curable composition [x] is removed with a 50% aqueous ethanol solution, whereby the bottom surface is made of an acrylic resin base material (1), and the wall face is a cured product of the energy ray-curable composition [x]. A groove (3), a groove (3) which is formed of a layer (2) [hereinafter referred to as a resin layer (2)] and has a width of about 10 μm and a depth of about 100 μm, and which has a substantially rectangular cross section, and which becomes a flow path (3); During the process, a concave portion (4) that becomes a valve chamber (4) having a diameter of about 300 μm and having a substantially circular shape in a plan view was formed. The flow path (3) is divided into an upstream flow path (3-1) on the left side of the valve chamber (4) in the figure and a downstream flow path (3-2) on the right side of the valve chamber (4) in the figure. Have been.
[0040]
[Formation and installation of valve member]
The gel raw material solution (y) is disposed to the extent that the gel raw material solution (y) is raised in the groove (3) serving as the flow path (3) and the Amizu (4) serving as the valve chamber (4). The concave portion (4) was irradiated with ultraviolet rays for 40 seconds to gel the gel raw material solution (y) in the irradiated portion. The uncured gel raw material solution (y) was washed and removed from the resin layer (C) laminate with warm water at 50 ° C. The formed gel (5) was transparent at the stage after ultraviolet irradiation, but turned white when washed with water at 50 ° C. Next, the gel (5) was dried by hot air drying at 40 ° C.
[0041]
[Adhesion of member (B)]
The energy ray-curable composition [x] is applied to a biaxially stretched polypropylene sheet (not shown) using a bar coater, and then irradiated with ultraviolet light for 1 second in a nitrogen atmosphere to obtain a half-flow liquid. The cured coating film was bonded to the surface of the member [A1] on which the groove (3) was formed.
[0042]
Next, by irradiating the same ultraviolet rays from the side of the polypropylene biaxially stretched sheet for another 30 seconds to completely cure the coating film, a sheet having a thickness of about 100 μm constituted by a cured product of the energy ray-curable composition [x] is obtained. At the same time as the formation of the member [B1] (8), it adheres to the surface of the member [A1] (1), and is formed in the layer [C1] (2) therebetween and in the middle of the capillary channel (3). The valve chamber (4) was formed.
[0043]
Thereafter, the polypropylene biaxially-stretched sheet (not shown) is peeled off to form a microfluidic device having a flow path (3) and a valve chamber (4) formed therein as shown in FIGS. D1] It was a precursor.
[0044]
At both ends of the flow path (3) of the microfluidic device [D1] precursor, a drill hole having a diameter of 0.5 mm is formed in the member [B1] (8), so that the inlet (14) and the outlet (15) are formed. Were formed, and luer fittings (16) and (17) for pipe connection were adhered on each of them to produce the microfluidic device [D1] shown in FIGS.
[0045]
[Channel open / close test]
Air is supplied from a micro-syringe (not shown) connected to the luer fitting (16) of the inflow portion (14) to the microfluidic device [D1] in which the flow path (3) and the valve chamber (4) are filled with air. When introduced, the air flowed through the flow path (3) and the valve chamber (4), and was discharged from the discharge port (15).
Next, a microsyringe (not shown) containing distilled water was connected to the luer fitting (16) of the inflow section (14), and distilled water was injected at a rate of approximately 1 cm per second in the flow path (3). However, distilled water enters the upstream channel (3-1) from the inlet (14), enters the valve chamber (4) from the inlet (6), comes into contact with the valve member (5), and comes into contact with the outlet (7). Flow into the downstream flow path (3-2), at which point the valve member (5) swells and fills the entire valve chamber (4) to shut off the flow path (3); The flow of distilled water was shut off, and no outflow of distilled water from the outlet (7) was observed.
[0046]
A gel raw material solution (y) was applied on a glass plate, irradiated with ultraviolet light under the same conditions as above, formed into a gel, washed with 50 ° C water, cut out, and heated at 50 ° C with hot air. After drying, a xerogel was obtained. It was weighed, immersed in 15 ° C. concave running water for 10 seconds, and weighed to find that it was about 3.5 times the dry state. Further, when the xerogel was observed with a scanning electron microscope, it was a porous body having a large number of pores having a pore size of 0.1 to 1 μm.
[0047]
(Example 2)
[Production of microfluidic device (D)]
1 and 2, a microfluidic device [D2] was produced in the same manner as in Example 1 except that the valve member (5) was different. That is, particles of a polyacrylic acid-based crosslinked polymer (water-absorbing material) were introduced into the valve chamber (4) as the valve member (5), and mounted without being fixed. The valve member (5) is dimensioned so as not to be lost from the inlet (6) and the two outlets (7).
The mass increase rate of the used polyacrylic acid-based crosslinked polymer with distilled water was about 100.
[0048]
(Example 3)
[Production of microfluidic device (D)]
A microfluidic device [D3] was produced in the same manner as in Example 1, except that the shape of the valve chamber (4) and the valve member (5) were different.
That is, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the laminate of the member (A) and the resin layer (C), as a defective portion of the resin layer (C), from the introduction part (14) to the discharge part (15) A groove (3) serving as a flow path (3) was formed with the same cross-sectional shape. That is, the recess (4) (which becomes the valve chamber (4)) has the same shape as the groove (3) which becomes the flow path (3) in both width and depth, and the inflow port (6) and the outflow port (7) also It has the same shape as the cross section of the road (3).
In order to form the downstream part 1/2 of the groove as the valve chamber (4), the end of the groove (3) is sealed with a masking tape for coating while leaving the part, and the valve member (5) is used as the valve member (5). A scan in which a 10% aqueous solution of pyrrolidone (molecular weight: 1,000,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is arranged and dried with hot air at 50 ° C. is repeated three times, and the dried polyvinylpyrrolidone is depressed (groove) to become a valve chamber (4) ( This was fixed to the bottom surface of 4) to form a valve member (5).
Thereafter, other structures were formed in the same manner as in Example 1 to obtain a microfluidic device [D3].
[0049]
[Channel open / close test]
When an open / close test similar to that in Example 1 was performed, the flow of distilled water was cut off when the water reached a point in the middle of the long valve chamber (4).
[0050]
【The invention's effect】
The liquid shut-off mechanism of the present invention and the microfluidic device to which the liquid shut-off mechanism is attached can perform degassing of a minute flow path and prevention of outflow of a liquid with a simple structure. It can be replaced automatically without any special operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a microfluidic device manufactured in Example 1, viewed from a direction perpendicular to the surface of a member (B).
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a schematic partial plan view of the vicinity of a valve chamber when the microfluidic device manufactured in Example 2 is viewed from a direction perpendicular to the surface of a member (B).
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[Explanation of symbols]
1: Member (A), base material
2: energy ray-curable composition (x) cured product layer (c), [resin layer (C)]
3: Channel, groove
3-1: Upstream channel, (channel)
3-2: Downstream flow path (flow path)
4: Valve chamber, recess
5: Valve member
6: Inlet to valve room
7: Outlet from valve room
8: Member (B)
14: Inflow section
15: Discharge unit
16, 17: Lure fitting
