JP2004340758A - Micro-fine flow passage, and micro chemical chip containing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、微細流路およびこれを含むマイクロ化学チップならびにこれらの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光学的な分析のための幅100μm、深さ50μm程度の微細な溝や、直径数百μmの窪み等を含む流路を一辺が数十mmのガラス基板上に集積したマイクロ化学チップは、フロー状態で微量な化学物質の反応や合成および抽出を行なったり、様々な長さに切断されたDNA断片を分離したりするために用いられている。DNA分析に用いられるものは、DNAチップと称される。
【0003】
このマイクロ化学チップを用いた分析は、ガラス基板上に設けられた上述した溝を電気泳動等により流れる流体あるいは窪みに蓄積された化学物質を分析対象とし、これら微小な溝あるいは窪みに紫外光や赤外光を照射して、その部分からの反射光、透過光を光学素子を通して分析部に導くことにより行われる。
【0004】
このような用途に用いられる微細流路は、開口断面の代表寸法が数十μm〜数百μmの微細配管となっている。
【0005】
図1にDMA断片の分離等に用いられる微細直管流路(キャピラリ)電気泳動装置としてのマイクロ化学チップの一例を示す。また、図2は微細流路2の断面図、図3はマイクロ化学チップの外観図である。
【0006】
透明絶縁基板1上には十字形に交差する直線状の2本の微細流路である定量用流路2および検出用流路3が凹設され、これらの微細流路2,3はその上に封入用透明絶縁板4を重ねて接着剤等で密着固定することにより封止されている。この封入用透明絶縁板4にはサンプルを注入・抽出するための開口部5が微細流路に対応して設けられている。また封入用透明絶縁基板4には各微細流路の両端部に電極が設けられている。さらに、微細流路の内部にはナノメートルスケールの網目構造を持つゲルが封入されている。
【0007】
ここで、流路では後述するように光学的な分析が行われるため、透明絶縁基板としては光学特性に優れた石英を使用することが多い。そして、流路は、通常はエッチング加工で溝を掘ることにより形成しているため、図2の断面図に示すように、略半円状の断面形状を有している(非特許文献1参照)。
【0008】
また、図3は完成したマイクロ化学チップ10の外観および内部状態を示す透視図であって、微細流路に対する注入口および電極6が形成された例を示している。
【0009】
次に、このようなマイクロ化学チップの使用法につき説明する。微細流路の両端に設けられた電極の一方を接地電位とし、他方に正の所定電圧を印加すると、マイナスに帯電しているサンプル(DNA等)がプラス電極側に移動する電気泳動現象が起こる。この例では、サンプルは緩衝液と共に定量用流路の接地側からプラス電極側に流され、交差点でこの部分の容積に相当する量だけ蓄積され、続いて検出用流路をプラス側に向かって流れる。この時、DNAはその長さによって帯電量が異なり、また封止されたゲルの網目構造との相互作用も異なるため、長さが短いものほど速く進む。したがって、DNAの長さにより流路上の位置が異なることにより分離を行うことが可能となる。
【0010】
このようにして分離されたDNAは紫外線吸収を利用し、あるいはDNAに蛍光修飾させてその光量測定を行うことにより観測することができる。
【0011】
図4は、マイクロ化学チップの機能をまとめた模式図である。この図には、二つの薬品A、Bを混合させて流路上で反応させたり、流路上で分離を行ったり、流路上の物質を光透過により検出することが可能であることを示している。
【0012】
【非特許文献】
「マイクロマシニング技術を用いた石英製電気泳動チップの作製とその基本特性評価」中西博昭他、島津評論vol.56 No.1−2, 1999.8
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、透明基板材料としての石英は非常にエッチングされにくい物質であるため、加工がきわめて困難であり、エッチングレートは条件によっては1分間に1μm以下の少量となってしまい、量産は困難であった。また、DNA等を抽入する挿入口も一般的には平面的な基板部材に開口部とコネクタを取り付ける方式が採用されており、このような構造も加工性と量産性を妨げている。
【0014】
また、これらの微細流路による生成物を電子的に計測するため、機能性薄膜やチップ状のシリコン回路などの計測補助手段をこの微細流路近傍に配設する場合があるが、従来は、これらの計測手段とこれに付随する要素や部品を、流路の上面あるいは下面に配設するのが一般的で、微小流路の周囲部位が最適かつ効率的に使用されているとは言い難かった。
【0015】
さらに、微細流路の使用法として、単に計測を行うのみでなく微細流路周囲の物理環境を調整する場合がある。例えば、微細流路周囲の温度を上昇させるためのヒータ、あるいは温度下降させるための冷媒管を微細流路に隣接して設ける場合があるが、これらの物理環境調整機器も従来は流路の上下にしか配設されていない。
【0016】
また、微細流路をプレス成形で造る場合(特願昭2002−89495b号参照)、金型としてしては流路のネガとなる凸状部分を有することが必要となるが、これを作るためには広い面積にわたって機械的あるいはエッチングにより削り込まねばならない。プレス成形では金型の表面が素材に正確に転写されるので、精度を確保するにはかなりの時間をかけて加工を行う必要がある。
【0017】
本発明は加工性と量産性に優れ、計測補助手段や物理環境調整機器を周囲に配置することのできる微細流路およびこれを有するマイクロ化学チップを提供することを目的とするものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施形態によれば、第1および第2の平面部材が対向配置され、これらの対向面に設けられた突起状の流路壁により形成された微細流路が提供される。
【0019】
本発明の実施形態によれば、一表面に微細流路幅を隔てて対をなす壁部材が凸状に形成された第1の平面部材と、少なくとも前記壁部材の頂部と接するように取り付けられた第2の平面部材とを備え、前記第1の平面部材表面と、前記壁部材と前記第2の平面部材で囲まれる閉空間により形成された微細流路が提供される。
【0020】
本発明の実施形態によれば、微細流路の一方の側壁を構成する第1の壁部材が凸状に形成された第1の平面部材と、前記微細流路の他方の側壁を構成する第2の壁部材が凸状に形成された第2の平面部材とを備え、前記第1の平面部材表面と前記第2の平面部材とを、前記第1の壁部材と前記第2の壁部材とが前記微細流路幅をなすように対向配置することにより形成された微細流路が提供される。
【0021】
本発明の実施形態によれば、一表面に微細流路幅を隔てて対をなす壁部材が凸状に形成された第1の平面部材と、少なくとも前記壁部材の頂部と接するように取り付けられた第2の平面部材とを備え、前記第1の平面部材表面と、前記壁部材と前記第2の平面部材で囲まれる閉空間により形成され、化学物質の反応あるいは分離を行う複数の微細流路と、前記複数の微細流路の端部に設けられたウェルと、前記微細流路の途中に設けられた、分析のための光学素子と、を備えたマイクロ化学チップが提供される。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のいくつかを図面を参照しながら説明する。
【0023】
図5は本発明に係る微細流路の第一の実施形態を示す断面図であり、マイクロ化学チップに使用される。
【0024】
平面基板101上には断面が略台形あるいは略三角形状の壁部材101a、101bが流路幅分離隔して凸設されており、これら壁部材の上には第2の平面基板102が載せられ、これにより閉じた空間が流路103を形成している。この第2の平面基板102と壁材101a、101bとの間には接着層105が介在し、これらの部材を締結している。
【0025】
壁材101a、101bの流路103よりも外側の空間104a、104bは接着強度が十分ならば中空のままで良く、ここに流路内の観測要素部品や環境調整部品を装着することができる。また、接着強度が十分でない場合には、熱硬化性樹脂などの充填剤を注入して硬化させることができる。
【0026】
なお、流路は概略紙面手前から奥に向かっているものとし、流路の両端部には電極および注入口/取出口(図示せず)が設けられている。本微細流路は基本的に流れの方向に開口される構造なので、素材に応じた接合手段や連接手段により流路の延長や、異なる機能の流路との組み合わせが容易にできる。
【0027】
図6は本発明に係る微細流路の第2の実施形態を示す断面図であり、流路の方向や電極および注入口/取出口(図示せず)の位置については全く同様の構成となっていてる。
【0028】
この実施の形態では、略台形あるいは略三角形状の壁部材111aを有する第1の平面基板111と、略台形あるいは略三角形状の壁部材112aを有する第1の平面基板112とを互いに反転した状態で対向させ、これにより形成された閉空間113を微細流路として用いるものである。第1の実施の形態と同様に、壁部材とそれに接する平面基板間には接着層115が介在して締結を行っている。
【0029】
この実施の形態でも壁材111a、112aの流路103よりも外側の空間114a、114bは接着強度に応じ、中空のままでも、熱硬化性樹脂やガラスなどの充填剤を注入して硬化させても良い。
【0030】
この実施の形態で特徴的なのは、部品点数を減少できることと、微細流路の幅を自由に調整できることである。すなわち、2つの壁部材111aと111bとの距離は自在に調整できるため、用途に応じた微細流路幅を選択できる。なお、壁部材は直線状の形状とは限らず、図7に示す曲線状の壁部材を有する平面基板121、122、図8に示すジグザグ状の壁部材を有する平面基板131、132等種々の形状のものを採用することができる。
【0031】
図9は第3の実施の形態を説明するもので、断面三角形状の壁部材が2つ平行に配置された平面基板141と142を互いに反転して組み合わせたものである。この場合、対向する平面基板の壁部材の角度を壁全体が接触するような角度とし、この接触面に接着剤143を塗布して固着するようにしている。この実施の形態では壁部材の角度は水平に対して60°の角度をなしており、この結果、接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、強度的な確保が可能となっている。
【0032】
図10は上述した壁部材を有する平面基板を成形により作製する方法を示す模式図である。ここでは上金型301と下金型302との間に石英材料303を挟んでブレスを行っている様子を示している。
【0033】
このようにマイクロ化学チップ等の微細流路では耐薬品性や光学特性の点から石英が用いられる。しかし、石英の場合、真空・高温での加工環境を要求されるため、金属性の金型の適用は難しく、ガラス状カーボンが好適な材料として使用されることが多い。しかしながら、この素材は加工が困難であり、現状では溝をの掘る加工をかろうじて行える程度である。本願発明では、各平面基板はこの溝加工された金型を用いて凸状の壁部材を有する平面基板を得ている。したがって、金型素材を大面積平面で研削やエッチングをする必要がないので、量産が可能であり、製造コストを下げることができる。例えば、石英に深さ100μm程度の溝を形成する場合、これまでは数時間の加工時間を要していたが、本発明の構成によれば数分で微細流路の形成が終了する。
【0034】
なお、壁部材の形状を工夫すれば、第一及び第二の実施の形態のいずれでも交差流路を形成することができる。また、注入部分、取り出し部分のウェルも平面基板の追加加工を行うことにより容易に形成することができる。
【0035】
以下、微細流路の近傍の空間に種々の機能を持たせた実施の形態を説明する。
【0036】
前述した本発明の実施形態にかかる微細流路は、流れ方向以外の方向は薄肉状の壁で囲まれた構成となっているため、そこに種々の部材、部品、素子等を配置することが可能になる。例えば、流路内の状況を観測するセンサや、熱や電磁気など物理的な環境を変化させる要素部品を配設することができる。また、光学的な取り扱いをする場合、壁材の一部を光学部品状に成形して利用される。さらに、シリコン部材上に構築されたセンサ等を用いる場合には、この部材自体が流路を構成する壁面に利用される。
【0037】
流路の連結や試薬サンプルの抽入は、本発明の微細流路の構造上、流れの断面方向に関連する部材等が装着される。
【0038】
以下、代表的なものを詳述する。
【0039】
図11は微細流路の壁部材を反射光学系に利用した実施の形態を示す断面図である。
【0040】
この実施の形態では、平面基板151の微細流路153を構成する壁部材151a、151bの表面に反射膜154a、154bを形成し、上部基板152上にはLED等の発光部155とPD等の受光部156を平面部材の屈折率を配慮して配設し、微細流路を横切るような光路157を構築した。
【0041】
このような構成により、微細流路流体の速度計測や分光計測が可能となる。
【0042】
図12は図11と同様に、微細流路の壁部材を反射光学系に利用した実施の形態を示す断面図である。この実施の形態では発光部165と受光部166を平面基板161の下部に配置している点が異なる。すなわち、壁部材161a、161bの内部反射と屈折を利用して光路を構築している点に特徴がある。
【0043】
図13は壁部材の外側の領域を有効に使用した実施の形態を示しており、壁部材171a、171b面に直接発光部173および受光部174を配設したものである。このような発光部173および受光部174を配設するには、壁部材表面に直接成膜処理を施しても良く、また、上下平面基板間の空間に後から組み立てても良い。この空間内に後に充填される材料175が発光部173、受光部174に対するモールド材としても兼用される。
【0044】
図14は平面部材の一方をシリコン基板とした実施の形態を示す断面図である。すなわち、第1の平面基板181はこれまでの各実施の形態の場合と同様の構成を有しているが、その上に重ねられる第2の平面基板182はシリコン基板となっている。このシリコン基板182の上には各種センサデバイスや処理用の電子回路をこの上に直接形成することが可能となる。図14に示した例では発光部183と受光部184をシリコン基板182上に形成している。
【0045】
また、この実施の形態では流路底面に反射膜185を設け、発光部183から発光された光が流路を通って底面の反射膜185で反射して受光部184に達する光路を形成している。また、壁部材の頂角θをシリコン結晶をエッチングする際に特異的に規定される角度より狭く設定することにより、位置決めの容易性も達成できる。
【0046】
なお、シリコン以外の材料を平面基板として用いることもできるが、その場合には、素材に応じて位置決め用の溝加工や頂角θの設定をすれば良い。
【0047】
以上は光学デバイスを例に示したが、温度デバイスや、電磁気的なデバイスであっても、特性に応じた成膜を流路近傍の領域に形成することができる。以下、そのような実施の形態について説明する。
【0048】
図15は微細流路内の温度制御を行うことを可能とした実施の形態を説明する断面図である。
【0049】
この実施の形態では、第1の平面基板191に設けられた壁部材191a、101bの内壁に、第2の平面基板192に設けられた壁部材192a、192bの外壁が嵌り合う寸法関係になっており、これらの組み合わせで流路が形成されている。
【0050】
一方、第1の平面基板191の下面には冷却源194が、第2の平面基板192の上面には加熱源193が設けられている。これらの加熱・冷却源は必要に応じて流路に沿って配設される。加熱源としては通常のヒータ、ホットエアなど、冷却源として水冷パイプなど各種のものを使用することができるが、適正な寸法に形成したレーザや赤外線を用いると加熱時のみその熱源の寸法に応じた領域で温度を上昇させることができる。図中の矢印は加熱源からの熱の移動を示す。また、同様に冷却源としてペルチェ素子、ヒートシンクやファンを用いることにより、加熱停止時に冷却源によって温度を下降させることができる。
【0051】
また、流路直上の第2の平面基板上には、温度計測手段195が取り付けられ、図示されない制御機器を用いて温度制御を行うことが可能となる。
【0052】
図16も、加熱冷却を行うようにしてなる実施の形態を示しており、第1の平面基板201と、その上に第2の平面基板が搭載されている点ではこれまでの例と同じであるが、これらを貫通するように、微細流路近傍に加熱管203と冷却管204を設けた点が異なる。
【0053】
また、流路直上の第2の平面基板202上に温度制御要素が設けられており、その計測結果に基いてこれらの管に熱媒体を供給し、あるいは冷媒を供給することにより、流路領域の温度を制御することができる。
【0054】
これらの熱源と冷却源、並びに温度計測手段および微細流路の形状は、目的に応じて任意に組み合わせることが可能である。また、温度制御範囲も任意に選択することができる。なお、図16に示すような構成で、温度だけでなく電磁気や光学的な線源を利用する場合も同様な配設手法が可能である。
【0055】
図17は、さらに別の実施の形態を示す断面図である。上述した各実施の形態では平面基板はガラス板等の緻密な材料であったが、この実施の形態では、断面が略三角形の流路が並設されるように溝が形成された第1の平面基板211の上部に取り付けられるのは多孔質の基板212である。そしてこの多孔質基板212の上には機能性物質膜213が形成されている。この機能性物質膜は選択的なものである。また、第1の平面基板212の下面には熱源215がもうけられている。
【0056】
このような流路では、流路内に多孔質部材の孔径より小さい物質が存在する場合、この物質は選択的に透過して参照番号214で示されるように外部に流出する。この結果、流路内外で圧力差が生じ、この圧力差は流路内の通過物質を圧力源で加圧し、あるいは熱源215で加熱して流路内物質に熱エネルギーを付与することにより増大される。また、レーザ照射や物質の反応エネルギーを利用することもできる。
【0057】
多孔質基板の表面、或いは孔の内部に付加される機能性物質としては物質の選択性を高める機能を有する膜等が使用される。これは、一般に多孔質基板における物質の透過は、温度が高い方が良好であるが、流路側および封止側基板の熱膨張係数を近づけておくために、例えば流路側基板に石英を使用する時、封止側には高珪酸成分ガラスを用い、機能性物質としてRhやシリカゾルを焼結したものを用いれば、水素を選択的にさせる事が可能となる。
【0058】
以上の各実施の形態では、基板は略平面であり、壁状部材はその断面が三角形あるいは台形等の矩形としてあるが、加工が可能であればこれに限るものではない。例えば基板には起伏があっても良いし、形勢される微細流路は同一の深さや高さである必要はない。
【0059】
【発明の効果】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、微細流路は、プレス成形された部品を組み立てる事で構築されるため、金型加工が容易で量産性に優れる。
【0060】
また、微細流路は流路を構成する壁部材の外方に多くの空隙があるため、この空隙に種々の機能部品等を配置でき、有用性を高めることができる。
【0061】
さらに、微細流路をそれぞれ壁部材となる凸状部分を有する2つの平面基板を対向配置することにより形成するものでは、従来不可能であった、流路幅の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のマイクロ化学チップの構成を説明する斜視図である。
【図2】従来のマイクロ化学チップにおいて使用される溝を説明する断面図。
【図3】マイクロ化学チップ完成品の外観を示す斜視図。
【図4】マイクロ化学チップの機能の説明図である。
【図5】本発明の実施の形態による微細流路の形成を示す断面図である。
【図6】−本発明の他の実施の形態による微細流路の形成を示す断面図である。
【図7】曲線状に形成された微細量路を示す説明図である。
【図8】屈曲状に形成された微細量路を示す説明図である。
【図9】壁部材の側面に接着層を設け流路を形成した実施の形態を示す断面図である。
【図10】微細流路を構成する壁部材を含む基板を金型で成形する様子を示す断面図である。
【図11】微細流路の壁部材を反射光学系に利用した実施の形態を示す断面図である。
【図12】平面基板に発光部と受光部を設けた実施の形態を示す断面図である。
【図13】壁部材に発光部と受光部を設けた実施の形態を示す断面図である。
【図14】平面部材の一方をシリコン基板とした実施の形態を示す断面図である。
【図15】微細流路内の温度制御を行うために加熱源を設けた実施の形態を説明する断面図である。
【図16】微細流の近傍に加熱・冷却管を配設した実施の形態を示す断面図である。
【図17】多孔質部材を含む実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
111、112、121、122、131、132、141、142、151、181、182、191、211 平面基板
111a、112a、151a、151b、161a、161b、171a、171b、191a、192b 壁部材
115 接着層
301 上金型
302 下金型
153 微細流路
154a、154b、185 反射膜
152 上部基板
155、165、173、183、184 発光部
156、166、174 受光部
193 加熱源
194 冷却源
212 多孔質の基板
213 機能性物質膜[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a microchannel, a microchemical chip including the microchannel, and a method for manufacturing the microchannel.
[0002]
[Prior art]
A microchemical chip in which a flow path including a fine groove having a width of about 100 μm and a depth of about 50 μm for optical analysis and a depression having a diameter of several hundred μm is integrated on a glass substrate having a side of several tens mm is used for flow analysis. It is used for reacting, synthesizing, and extracting trace amounts of chemical substances in the state, and for separating DNA fragments cut into various lengths. What is used for DNA analysis is called a DNA chip.
[0003]
In the analysis using this microchemical chip, a fluid flowing through the above-mentioned groove provided on the glass substrate by electrophoresis or the like and a chemical substance accumulated in the depression are analyzed, and ultraviolet light or the like is applied to these minute grooves or depressions. This is performed by irradiating infrared light and guiding reflected light and transmitted light from the portion to the analysis section through an optical element.
[0004]
The microchannel used for such an application is a micropipe having a typical dimension of an opening cross section of several tens μm to several hundred μm.
[0005]
FIG. 1 shows an example of a microchemical chip as a fine straight channel (capillary) electrophoresis apparatus used for separating DMA fragments and the like. FIG. 2 is a cross-sectional view of the
[0006]
On the transparent insulating substrate 1, there are recessed a
[0007]
Here, since optical analysis is performed in the flow path as described later, quartz having excellent optical characteristics is often used as the transparent insulating substrate. And since a flow path is usually formed by digging a groove by etching, it has a substantially semicircular cross-sectional shape as shown in the cross-sectional view of FIG. ).
[0008]
FIG. 3 is a perspective view showing an appearance and an internal state of the completed
[0009]
Next, how to use such a microchemical chip will be described. When one of the electrodes provided at both ends of the fine channel is set to the ground potential and a predetermined positive voltage is applied to the other, an electrophoresis phenomenon occurs in which a negatively charged sample (such as DNA) moves to the positive electrode side. . In this example, the sample flows along with the buffer from the ground side of the flow path for quantification to the positive electrode side, accumulates in an amount corresponding to the volume of this portion at the intersection, and then moves the flow path for detection toward the positive side. Flows. At this time, since the amount of charge of the DNA varies depending on its length, and the interaction with the network structure of the sealed gel also differs, the shorter the length, the faster the DNA. Therefore, it is possible to perform separation by different positions on the flow channel depending on the length of the DNA.
[0010]
The DNA separated in this manner can be observed by utilizing ultraviolet absorption, or by subjecting DNA to fluorescent modification and measuring the amount of light.
[0011]
FIG. 4 is a schematic diagram summarizing the functions of the microchemical chip. This figure shows that two chemicals A and B can be mixed and reacted on the flow channel, separated on the flow channel, and the substance on the flow channel can be detected by light transmission. .
[0012]
[Non-patent literature]
"Preparation of quartz electrophoresis chip using micromachining technology and evaluation of its basic characteristics" Hiroaki Nakanishi et al., Shimadzu review, vol. 56 No. 1-2, 19999.8
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, since quartz as a transparent substrate material is a substance that is very difficult to be etched, processing is extremely difficult, and the etching rate is as small as 1 μm or less per minute depending on conditions, and mass production is difficult. . In addition, a method of attaching an opening and a connector to a flat substrate member is also generally employed for an insertion port for extracting DNA or the like, and such a structure also hinders workability and mass productivity.
[0014]
In addition, in order to electronically measure the products generated by these fine channels, auxiliary measuring means such as a functional thin film or a chip-shaped silicon circuit may be provided near the fine channels. Generally, these measuring means and their associated elements and components are arranged on the upper surface or lower surface of the flow channel, and it is difficult to say that the peripheral portion of the micro flow channel is used optimally and efficiently. Was.
[0015]
Further, as a method of using the fine flow path, there is a case where the physical environment around the fine flow path is adjusted in addition to the simple measurement. For example, a heater for increasing the temperature around the fine flow path or a refrigerant pipe for lowering the temperature may be provided adjacent to the fine flow path. It is only installed in
[0016]
Also, when a fine channel is formed by press molding (see Japanese Patent Application No. 2002-89495b), it is necessary for a mold to have a convex portion which becomes a negative of the channel. Must be mechanically or etched away over a large area. In press molding, since the surface of a mold is accurately transferred to a material, it is necessary to perform processing for a considerable time to ensure accuracy.
[0017]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fine flow path which is excellent in workability and mass productivity, and in which a measurement auxiliary means and a physical environment adjusting device can be arranged around the micro flow path, and a microchemical chip having the same.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
According to the embodiment of the present invention, there is provided a fine channel formed by the first and second planar members facing each other and formed by the protruding channel walls provided on the facing surfaces.
[0019]
According to the embodiment of the present invention, a pair of wall members formed on one surface with a fine channel width therebetween is attached to the first flat member formed in a convex shape, and at least a top portion of the wall member. And a fine flow path formed by a closed space surrounded by the surface of the first planar member, the wall member, and the second planar member.
[0020]
According to the embodiment of the present invention, the first wall member forming one side wall of the fine channel is formed in a convex shape, and the first flat member forming the other side wall of the fine channel is formed. A second planar member having a second wall member formed in a convex shape, wherein the first planar member surface and the second planar member are separated from each other by the first wall member and the second wall member. Are arranged facing each other so as to form the fine channel width, thereby providing a fine channel.
[0021]
According to the embodiment of the present invention, a pair of wall members formed on one surface with a fine channel width therebetween is attached to the first flat member formed in a convex shape, and at least a top portion of the wall member. A plurality of micro-flows formed by a closed space surrounded by the surface of the first planar member, the wall member and the second planar member, and reacting or separating a chemical substance. A microchemical chip comprising a channel, a well provided at an end of the plurality of microchannels, and an optical element for analysis provided in the middle of the microchannels is provided.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the fine channel according to the present invention, which is used for a microchemical chip.
[0024]
On the
[0025]
The
[0026]
In addition, the flow path is assumed to extend from the near side to the back of the drawing, and electrodes and an inlet / outlet (not shown) are provided at both ends of the flow path. Since the present fine channel basically has a structure that is opened in the flow direction, it is possible to easily extend the channel and combine it with a channel having a different function by a joining means or a connecting means according to the material.
[0027]
FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of the fine flow channel according to the present invention, and the configuration of the flow channel and the positions of the electrodes and the inlet / outlet (not shown) are completely the same. I'm
[0028]
In this embodiment, the first
[0029]
Also in this embodiment, the
[0030]
The features of this embodiment are that the number of components can be reduced and that the width of the fine channel can be freely adjusted. That is, since the distance between the two
[0031]
FIG. 9 illustrates a third embodiment, in which
[0032]
FIG. 10 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a flat substrate having the above-described wall member by molding. Here, a state in which a breath is performed with a
[0033]
As described above, quartz is used in a microchannel such as a microchemical chip in terms of chemical resistance and optical characteristics. However, in the case of quartz, since a processing environment at a high temperature in a vacuum is required, it is difficult to apply a metallic mold, and glassy carbon is often used as a suitable material. However, this material is difficult to process, and at present, it is barely possible to dig a groove. In the present invention, each flat substrate is obtained by using the grooved die to obtain a flat substrate having a convex wall member. Therefore, since there is no need to grind or etch the mold material on a large area plane, mass production is possible and manufacturing costs can be reduced. For example, when a groove having a depth of about 100 μm is formed in quartz, a processing time of several hours has been required until now, but according to the configuration of the present invention, formation of the fine channel is completed in a few minutes.
[0034]
In addition, if the shape of the wall member is devised, the cross flow path can be formed in any of the first and second embodiments. Also, the wells at the injection portion and the extraction portion can be easily formed by performing additional processing on the flat substrate.
[0035]
Hereinafter, an embodiment in which various functions are provided in a space near a fine channel will be described.
[0036]
Since the microchannel according to the embodiment of the present invention described above is configured to be surrounded by a thin wall in a direction other than the flow direction, various members, components, elements, and the like can be arranged there. Will be possible. For example, it is possible to dispose a sensor for observing the state in the flow path, or an element component for changing a physical environment such as heat or electromagnetic. In the case of optical handling, a part of the wall material is formed into an optical component and used. Further, when a sensor or the like constructed on a silicon member is used, the member itself is used for a wall surface constituting a flow path.
[0037]
For the connection of the flow channels and the extraction of the reagent sample, members related to the cross-sectional direction of the flow are attached due to the structure of the fine flow channel of the present invention.
[0038]
Hereinafter, typical ones will be described in detail.
[0039]
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the wall member of the fine channel is used for a reflection optical system.
[0040]
In this embodiment, the
[0041]
With such a configuration, velocity measurement and spectroscopic measurement of the microchannel fluid can be performed.
[0042]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an embodiment in which the wall member of the fine flow path is used for a reflection optical system, similarly to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the
[0043]
FIG. 13 shows an embodiment in which the area outside the wall member is effectively used, in which a
[0044]
FIG. 14 is a sectional view showing an embodiment in which one of the flat members is a silicon substrate. That is, the first
[0045]
Further, in this embodiment, a
[0046]
In addition, a material other than silicon can be used as the flat substrate, but in that case, a groove for positioning and an apex angle θ may be set according to the material.
[0047]
Although an optical device has been described as an example, a temperature device or an electromagnetic device can form a film according to characteristics in a region near the flow path. Hereinafter, such an embodiment will be described.
[0048]
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which the temperature control in the fine channel can be performed.
[0049]
In this embodiment, the dimensional relationship is such that the inner walls of the
[0050]
On the other hand, a
[0051]
In addition, a temperature measuring unit 195 is mounted on the second flat substrate immediately above the flow path, so that temperature control can be performed using a control device (not shown).
[0052]
FIG. 16 also shows an embodiment in which heating and cooling are performed, which is the same as the previous examples in that a first
[0053]
In addition, a temperature control element is provided on the second
[0054]
These heat sources and cooling sources, as well as the shapes of the temperature measuring means and the fine channel, can be arbitrarily combined according to the purpose. Further, the temperature control range can be arbitrarily selected. Note that, with the configuration as shown in FIG. 16, a similar arrangement method can be used when not only the temperature but also an electromagnetic or optical radiation source is used.
[0055]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing still another embodiment. In each of the above-described embodiments, the flat substrate is a dense material such as a glass plate. In this embodiment, the first substrate in which the grooves are formed so that the flow paths each having a substantially triangular cross section are arranged side by side. Mounted on top of the
[0056]
In such a flow path, when a substance smaller than the pore diameter of the porous member is present in the flow path, this substance selectively permeates and flows out as indicated by
[0057]
As the functional substance added to the surface of the porous substrate or the inside of the pore, a film or the like having a function of increasing the selectivity of the substance is used. This is because, generally, the higher the temperature, the better the permeation of the substance in the porous substrate, but in order to keep the thermal expansion coefficients of the flow path side and the sealing side substrate close, for example, use quartz for the flow path side substrate At this time, if a high silicate glass is used on the sealing side and a material obtained by sintering Rh or silica sol as the functional substance is used, hydrogen can be selectively made.
[0058]
In each of the above embodiments, the substrate is substantially flat, and the wall member has a rectangular cross section such as a triangle or a trapezoid. However, the present invention is not limited to this as long as processing is possible. For example, the substrate may have undulations, and the formed fine channels need not be of the same depth or height.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the fine flow path is constructed by assembling press-formed parts, die processing is easy and excellent in mass productivity.
[0060]
Further, since the fine flow path has many voids outside the wall member constituting the flow path, various functional components and the like can be arranged in these voids, and the usefulness can be enhanced.
[0061]
Further, in the case where the fine flow channel is formed by arranging two flat substrates each having a convex portion serving as a wall member facing each other, it is possible to adjust the width of the flow channel, which was impossible in the related art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of a conventional microchemical chip.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a groove used in a conventional microchemical chip.
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of a finished microchemical chip.
FIG. 4 is an explanatory diagram of functions of a microchemical chip.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating formation of a fine channel according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the formation of a fine channel according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a fine path formed in a curved shape.
FIG. 8 is an explanatory view showing a fine quantity path formed in a bent shape.
FIG. 9 is a sectional view showing an embodiment in which an adhesive layer is provided on a side surface of a wall member to form a flow channel.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which a substrate including a wall member forming a fine flow channel is molded by a mold.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a wall member of a fine channel is used for a reflection optical system.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which a light emitting unit and a light receiving unit are provided on a flat substrate.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a light emitting unit and a light receiving unit are provided on a wall member.
FIG. 14 is a sectional view showing an embodiment in which one of the planar members is a silicon substrate.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an embodiment in which a heating source is provided in order to control the temperature in the fine channel.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a heating / cooling pipe is provided near a fine flow.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing an embodiment including a porous member.
[Explanation of symbols]
111, 112, 121, 122, 131, 132, 141, 142, 151, 181, 182, 191, 211
Claims (24)
少なくとも前記壁部材の頂部と接するように取り付けられた第2の平面部材とを備え、
前記第1の平面部材表面と、前記壁部材と前記第2の平面部材で囲まれる閉空間により形成された微細流路。A first planar member in which a pair of wall members is formed in a convex shape on one surface with a fine channel width therebetween,
A second planar member attached so as to be in contact with at least the top of the wall member,
A fine channel formed by a closed space surrounded by the surface of the first planar member, the wall member, and the second planar member.
前記微細流路の他方の側壁を構成する第2の壁部材が凸状に形成された第2の平面部材とを備え、
前記第1の平面部材表面と前記第2の平面部材とを、前記第1の壁部材と前記第2の壁部材とが前記微細流路幅をなすように対向配置することにより形成された微細流路。A first plane member in which a first wall member forming one side wall of the fine channel is formed in a convex shape;
A second wall member forming the other side wall of the fine flow path, and a second flat member formed in a convex shape;
The minute plane formed by arranging the surface of the first plane member and the second plane member to face each other so that the first wall member and the second wall member form the fine flow path width. Channel.
少なくとも前記壁部材の頂部と接するように取り付けられた第2の平面部材とを備え、
前記第1の平面部材表面と、前記壁部材と前記第2の平面部材で囲まれる閉空間により形成され、化学物質の反応あるいは分離を行う複数の微細流路と、
前記複数の微細流路の端部に設けられたウェルと、
前記微細流路の途中に設けられた、分析のための光学素子と、を備えたマイクロ化学チップ。A first planar member in which a pair of wall members is formed in a convex shape on one surface with a fine channel width therebetween,
A second planar member attached so as to be in contact with at least the top of the wall member,
A plurality of microchannels formed by a closed space surrounded by the first plane member surface, the wall member and the second plane member, and reacting or separating a chemical substance;
A well provided at an end of the plurality of fine channels,
A microchemical chip comprising: an optical element for analysis, provided in the middle of the fine channel.
前記複数の微細流路の端部に設けられたウェルと、
前記微細流路の途中に設けられた分析のための光学素子と、を備えたマイクロ化学チップ。A fine channel formed by first and second planar members opposed to each other and formed by projecting channel walls provided on these opposed surfaces;
A well provided at an end of the plurality of fine channels,
A microchemical chip comprising: an optical element for analysis provided in the middle of the fine channel.
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