JP2004354180A - Microchemical chip - Google Patents

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JP2004354180A
JP2004354180A JP2003151508A JP2003151508A JP2004354180A JP 2004354180 A JP2004354180 A JP 2004354180A JP 2003151508 A JP2003151508 A JP 2003151508A JP 2003151508 A JP2003151508 A JP 2003151508A JP 2004354180 A JP2004354180 A JP 2004354180A
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Shin Matsuda
伸 松田
Kuninori Yokomine
国紀 横峯
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchemical chip capable of mixing efficiently a plurality of different fluids to be treated without enlarging the constitution. <P>SOLUTION: This microchemical chip 1 has a substrate 11 wherein a passage 12 for circulating the fluids to be treated and supply parts 13a, 13b for sending the fluids to be treated into the passage 12 respectively. In the chip 1, the plurality of fluids to be treated are sent respectively into the passage 12 from the supply parts 13a, 13b, and the plurality of sent fluids to be treated are joined, and a treatment determined beforehand is applied thereto. In the chip 1, a vibrating element X is arranged on a lid body 21 on the position corresponding to the inside surface of a passage part on the furthermore downstream side in the circulating direction of the fluids to be treated than the position 22 where the passage 12 is connected to the supply parts 13a, 13b. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な流路を流通する流体や試薬などの被処理流体に対して、反応や分析などの予め定める処理を施すことのできるマイクロ化学チップに関し、さらに詳しくは、たとえば血液と試薬を混合して反応させる場合のように、異なる複数の被処理流体を混合させて予め定める処理を施すことができるマイクロ化学チップに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、化学技術やバイオ技術の分野では、試料に対する反応や試料の分析などを微小な領域で行うための研究が行われており、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(Micro Electro Mechanical Systems;略称:MEMS)技術を用いて化学反応や生化学反応、試料の分析などのシステムを小型化したマイクロ化学システムが研究開発されている。
【0003】
マイクロ化学システムにおける反応や分析は、マイクロ流路、マイクロポンプおよびマイクロリアクタなどが形成されたマイクロ化学チップと呼ばれる1つのチップを用いて行われる。たとえば、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る1つの基体に、試料や試薬などの流体を供給するための供給口と、処理後の流体を導出するための採取口とを形成し、この供給口と採取口とを断面積が微小なマイクロ流路で接続し、流路の適当な位置に送液のためのマイクロポンプを配置したマイクロ化学チップが提案されている(特許文献1参照)。また、送液の手段として、マイクロポンプに代えて、電気浸透現象を利用したキャピラリ泳動型のものも提案されている(特許文献2参照)。これらのマイクロ化学チップでは、流路は所定の位置で合流しており、合流部で流体の混合が行われる。
【0004】
マイクロ化学システムでは、従来のシステムに比べ、機器や手法が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができる。また流量の精密な制御が可能であるので、反応や分析を効率的に行うことができる。さらに反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができる。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−214241号公報(第4−5頁,第1図)
【特許文献2】
特開2001−108619号公報(第4−5頁,第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したマイクロ化学チップでは、流路を流れる被処理流体は層流となる。そのため、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流路に流入させて混合させる場合は、流路を流れる間に生じる拡散現象を利用して複数の被処理流体を混合させるようにしている。したがって、複数の被処理流体を充分に混合させるためには、供給部が流路に接続される接続位置よりも下流側の流路を長く形成する必要がある。
【0007】
しかし、被処理流体を充分に混合させるために流路を長く形成すると、マイクロ化学チップが大型化するという問題が生じる。
【0008】
一方、マイクロ化学チップを小型化するために流路を短く形成すると、被処理流体の混合が不充分になるという問題が生じる。また、被処理流体の混合が不充分な状態では、反応等の予め定める処理を施しても、処理が不充分になる可能性が高くなるという問題も生じる。
【0009】
本発明の目的は、構成を大型化することなく、異なる複数の被処理流体を効率よく混合することができるマイクロ化学チップを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路と前記供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されていることを特徴とするマイクロ化学チップである。
【0011】
本発明に従えば、複数の供給部から被処理流体を流入させると、流入された被処理流体は合流されて流路を流通し、予め定める処理が施される。したがって、複数の供給部からそれぞれ異なる複数の被処理流体を流入させれば、流入された複数の被処理流体が合流されて流路を流通し、予め定める処理が施されることになる。複数の供給部と流路との接続は、すべてを流路の同一位置たとえば最上流部に接続させてもよいし、互いに位置をずらして接続させてもよい。
【0012】
本発明では、流路と供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されているので、振動素子からの振動が合流した被処理流体に伝達され、合流した被処理流体内に乱流が発生する。このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。
【0013】
これによって、従来のように拡散のみによって混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、拡散のみによって混合させる場合に比べて、供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を図ることができる。
【0014】
また本発明は、前記基体は、溝部が形成された基体本体と溝部を覆うように配置される被覆部材とを含んで構成され、前記流路は、前記基体本体に形成された溝部を前記被覆部材で覆うことによって形成され、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、前記被覆部材に配置されることを特徴とする。
【0015】
本発明に従えば、供給部と流路とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分、すなわち合流した複数の被処理流体が流れる流路部分の内側表面に対応する位置であって、被覆部材に振動素子が配置されているので、振動素子からの振動が効率よく合流した被処理流体に伝達される。これによって、合流した被処理流体を充分に混合することができる。
【0016】
また本発明は、前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする。
【0017】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の被処理流体は、合流されてから振動素子の振動によって速やかに混合され、予め定める処理が施された後に、採取部から外部に導出される。したがって、たとえば2つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取り出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【0018】
また本発明は、前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、複数の供給部から流路にそれぞれ流入される複数の被処理流体は、合流されてから振動素子の振動によって速やかに混合され、処理部において予め定める処理が施される。したがって、たとえば2つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率よく反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1(a)は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ1の構成を簡略化して示す平面図である。図1(b)は、図1(a)に示すマイクロ化学チップ1の切断面線I−I、II−IIおよびIII−IIIにおける断面構成を示す部分断面図である。なお、図1(b)では、切断面線I−I、II−IIおよびIII−IIIにおける断面構成を並べて示す。
【0021】
マイクロ化学チップ1は、被処理流体を流通させる流路12と、流路12に被処理流体をそれぞれ流入させる2つの供給部13a,13bと、処理部14と、処理後の流体を外部に導出する採取部15とが設けられた基体11を有する。基体11は、一表面に溝部33が形成された基体本体20と被覆部材である蓋体21とを含み、基体本体20の溝部33の形成された表面を蓋体21で覆うことによって流路12が形成されている。
【0022】
このマイクロ化学チップ1では、流路12と供給部13a,13bとが接続される位置22の近傍に振動素子Xが配置されている。本実施形態では、供給部13a,13bと流路12とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、蓋体21に配置されている。
【0023】
図2は、振動素子Xの配置状態を示す断面図である。図2(a)は、振動素子Xとして、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT;組成式:Pb(Zr,Ti)O)などから成る圧電素子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。蓋体21の外側表面には、流路12と供給部13a,13bとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路12部分の内側表面に対向する位置に、凹部21aが形成されている。この凹部21a内に、振動素子Xが配置されている。振動素子Xを駆動するための電力は、蓋体21の外側表面に形成した配線によって供給される。配線と振動素子Xとの接続は、たとえばワイヤボンディングで実現される。
【0024】
振動素子Xからの振動によって、蓋体21における振動素子Xの配置部分が振動し、この振動が流路12を流れる被処理流体に伝達される。これによって、合流した被処理流体内に乱流が発生し、合流した複数の被処理流体を混合することができる。なお、蓋体21に形成した凹部21a内に振動素子Xを配置したことによって、周囲よりも厚みが薄い部分に振動素子Xが配置されることになり、振動素子Xの配置部分をより確実に振動させることができ、合流した被処理流体を効率よく混合することができる。
【0025】
図2(b)は、振動素子Xとして水晶振動子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。蓋体21には、流路12と供給部13a,13bとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面となる位置に、流路12の流通方向(図2(b)紙面に対して垂直方向)に沿った長孔である貫通孔21bが形成されている。振動素子Xは、貫通孔21bを覆うように蓋体21の内側表面に貼り付けられて配置されている。振動素子Xを駆動するための電力は、蓋体21の外側表面から貫通孔21bの内面に沿って形成されて振動素子Xに接続された配線によって供給される。振動素子Xからの振動は、流路12を流れる被処理流体に直接伝達される。
【0026】
図2(c)は、振動素子Xとして超音波振動子を用いた場合の配置状態を示す断面図である。超音波振動子は、コーン(外形が略円錐形状の筒状の部材)CEの大径側端部に取り付けられている。超音波振動子が取り付けられたコーンCEは、その小径側端部が、蓋体21の外側表面であって、流路12と供給部13a,13bとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対向する位置に取り付けられ、これによって超音波振動子は蓋体21に取り付けられる。超音波振動子を駆動するための電力は、蓋体21の外側表面に形成されて超音波振動子に接続された配線によって供給される。超音波振動子からの振動は、コーンCEおよび蓋体21を介して流路21を流れる被処理流体に伝達される。
【0027】
供給部13aは、流路12に接続される供給流路17aと、供給流路17aの端部に設けられる供給口16aと、流路12に接続する位置22よりも被処理流体の流通方向上流側に設けられるマイクロポンプ18aとを含む。同様に、供給部13bは、供給流路17bと、供給口16bと、マイクロポンプ18bとを含む。供給口16a,16bは、外部から供給流路17a,17bに被処理流体を注入することができるように開口されている。また採取部15は、流路12から被処理流体を外部に取り出すことができるように開口で実現されている。
【0028】
基体本体20の内部であって、処理部14の流路12の下方には、ヒータ19が設けられる。処理部14の流路12は、ヒータ19の上方を複数回数通過するようにたとえば葛折り状に屈曲して形成される。基体11の表面には、ヒータ19と外部電源とを接続するための図示しない配線がヒータ19から導出されている。この配線は、ヒータ19よりも電気抵抗値の低い金属材料で形成される。
【0029】
マイクロ化学チップ1では、2つの供給部13a,13bから流路12に2種類の被処理流体をそれぞれ流入させて合流させ、必要に応じて処理部14においてヒータ19を用いて流路12を所定の温度で加熱し、流入された2種類の被処理流体を反応させ、得られた反応生成物を採取部15から導出させる。
【0030】
流路12および供給流路17a,17bの断面積は、供給部13a,13bから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するためには、2.5×10−3mm以上1mm以下であることが好ましい。しかしながら、断面積が2.5×10−3mm〜1mm程度の流路を流通する流体は、一般に層流状態で流れるので、2つの供給流路17a,17bを合流させただけでは、供給部13a,13bから流路12にそれぞれ流入され合流された2種類の被処理流体は、拡散のみによって混合される。したがって、合流された2種類の被処理流体を完全に混合させるためには長い流路を設ける必要があり、マイクロ化学チップの小型化には限界がある。
【0031】
これに対し、本実施形態では、流路12と供給部13a,13bとの接続位置22よりも被処理流体の流通方向下流側に、振動素子Xを配置しているので、複数の被処理流体が合流された後、振動素子Xからの振動を加えることによって、合流した被処理流体内に乱流が発生する。
【0032】
このように合流した被処理流体内に乱流を発生させることによって、複数の被処理流体を混合することができる。これによって、拡散のみによって混合させる場合に比べて、短い流路で複数の被処理流体を充分に混合させることができる。したがって、流路12の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップ1の小型化を成すことができ、マイクロ化学チップ1を用いたマイクロ化学システムの小型化が可能となる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。
【0033】
また本実施形態では、接続位置22と処理部14との間に振動素子Xが配置されているので、合流された被処理流体は、処理部14に達する際には充分に混合されている。したがって、たとえば供給部13aから原料となる化合物を流入させ、供給部13bから試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部14のヒータ19で加熱することによって反応させる場合、化合物と試薬とが充分に混合された状態で加熱することができるので、化合物と試薬とを効率よく反応させ、採取部15から取り出される反応生成物の収率を向上させることができる。
【0034】
基体本体20には、セラミック材料、シリコン、ガラスまたは樹脂などから成るものを用いることができ、これらの中でもセラミック材料から成るものを用いることが好ましい。セラミック材料は、樹脂などに比べ、耐薬品性に優れるので、基体本体20がセラミック材料から成ることによって、耐薬品性に優れ、種々の条件で使用することのできるマイクロ化学チップ1を得ることができる。基体本体11を構成するセラミック材料としては、たとえば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体またはガラスセラミックス焼結体などを用いることができる。
【0035】
蓋体21には、ガラスまたはセラミック材料から成るものを用いることができるが、蓋体21がガラスから成る場合、被処理流体の混合状態や反応状態等を確認できるため好ましい。
【0036】
流路12および供給流路17a,17bの断面積は、前述のように、供給部13a,13bから流入される検体、試薬または洗浄液などを効率よく送液し混合するために、2.5×10−3mm以上1mm以下であることが好ましい。流路12および供給流路17a,17bの断面積が1mmを超えると、送液される検体、試薬または洗浄液の量が多くなり過ぎるので、単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減させるというマイクロ化学チップの効果を充分に得ることができない。また流路12および供給流路17a,17bの断面積が2.5×10−3mm未満であると、マイクロポンプ18a,18bによる圧力の損失が大きくなり、送液に問題が生じる。したがって、流路12および供給流路17a,17bの断面積を2.5×10−3mm以上1mm以下とするのがよい。
【0037】
また、流路12および供給流路17a,17bの幅wは、50〜1000μmであることが好ましく、より好ましくは100〜500μmである。また流路12および供給流路17a,17bの深さdは、50〜1000μmであることが好ましく、より好ましくは100〜500μmであって、上記断面積の範囲となるようにすればよい。そして、流路12および供給流路17a,17bの断面形状が長方形である場合、幅(長辺)と深さ(短辺)の関係は、短辺長/長辺長≧0.4が好ましく、より好ましくは短辺長/長辺長≧0.6である。短辺長/長辺長<0.4では、圧力損失が大きくなり、送液に問題が生じる。
【0038】
マイクロ化学チップ1の外形寸法は、たとえば、幅Aが約40mmであり、奥行きBが約70mmであり、高さCが1〜2mmであるが、これにかかわらず、必要に応じ適切な外形寸法とすればよい。
【0039】
なお、使用後のマイクロ化学チップ1は、供給部13a,13bから洗浄液を流入させて洗浄すれば、再度使用することができる。
【0040】
次に、図1に示すマイクロ化学チップ1の製造方法を説明する。本実施形態では、基体本体20がセラミック材料から成る場合について説明する。図3は、セラミックグリーンシート31,32の加工状態を示す平面図である。図4は、セラミックシート31,32の積層状態を示す断面図である。
【0041】
まず、原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を混合し、必要に応じて可塑剤または分散剤などを添加して泥奬にし、これをドクターブレード法またはカレンダーロール法などによってシート状に成形することによって、セラミックグリーンシート(別称:セラミック生シート)を形成する。原料粉末としては、たとえば、基体本体20が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムなどを用いる。
【0042】
本実施形態では、このようにして形成されるセラミックグリーンシートを2枚用いて基体本体20を形成する。まず、図3(a)に示すように、セラミックグリーンシート31の表面に型を押圧し、溝部33を形成する。このとき、型には、所望の溝部33の形状が転写された形状の型を用いる。
【0043】
また型を押圧する際の押圧力は、セラミックグリーンシートに成形される前の泥漿の粘度に応じて調整される。たとえば、泥漿の粘度が1〜4Pa・sである場合には、2.5〜7MPaの押圧力で押圧する。なお、型の材質は特に制限されるものではなく、金型であっても木型であってもよい。
【0044】
また、図3(b)に示すように、セラミックグリーンシート32の表面に、導電性ペーストをスクリーン印刷法などによって所定の形状に塗布することによって、ヒータ19および外部電源接続用の配線となる配線パターン34を形成する。導電性ペーストは、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、ニッケル、パラジウムまたは金などの金属材料粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤を混合して得られる。なお、ヒータ19となる配線パターン34を形成する導電性ペーストには、焼結後に所定の電気抵抗値になるように、前述の金属材料粉末にセラミック粉末が5〜30重量%添加されたものが用いられる。
【0045】
次に、図4に示すように、ヒータ19となる配線パターン34が形成されたセラミックグリーンシート32の表面に、溝部33の形成されたセラミックグリーンシート31を積層する。積層されたセラミックグリーンシート31,32を温度約1600℃で焼結させる。以上のようにして、流路12となる溝部33が形成された図1に示す基体本体20を形成する。
【0046】
図5は、蓋体21の構成を簡略化して示す平面図である。図5に示すように、たとえばガラスまたはセラミック材料などから成る基板41に、供給口16a,16bおよび採取部15となるべく予め定められる位置には、図3(a)に示すセラミックグリーンシート31の溝部33に連通する貫通孔42a,42b,43を形成する。また、基板41の外側表面には、流路12と供給部13a,13bとが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置に凹部21aを形成し、この凹部21a内に振動素子Xを配置する。さらに、基板41の外側表面には、振動素子Xを駆動するための電力を供給する配線(図示せず)を形成し、この配線と振動素子Xとをたとえばワイヤボンディングで接続する。このようにして蓋体21を得る。
【0047】
基体本体20の溝部33が露出した表面に、蓋体21を接着する。蓋体21と基体本体20とは、たとえば蓋体21がガラスから成る場合には加熱および加圧によって接着され、蓋体21がセラミック材料から成る場合にはガラス接着剤などによって接着される。
【0048】
蓋体21の表面の予め定められる位置に、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT;組成式:Pb(Zr,Ti)O)などの圧電材料44a,44bを貼り付けるとともに、圧電材料44a,44bに電圧を印加するための図示しない配線を形成する。圧電材料44a,44bは、印加された電圧に応じて伸縮することによって供給流路17a,17bの上方の蓋体21を振動させることができるので、圧電材料44a,44bを供給流路17a,17bの上方の蓋体21に貼り付けることによって、送液を行うマイクロポンプ18a,18bを形成することができる。
【0049】
以上のようにして、図1に示す基体11を形成し、マイクロ化学チップ1を得る。このように、流路12と供給部13a,13bとの接続位置22の近傍、具体的には接続位置22よりも被処理流体の流通方向下流側に振動素子Xが配置されたマイクロ化学チップ1を製造することができる。
【0050】
また本実施形態では、型を押圧して溝部33が表面に形成されたセラミックグリーンシート31と、ヒータ19となる配線パターン34が形成されたセラミックグリーンシート32とを積層したものを焼結させることによって基体本体20を形成し、基体本体20の表面の溝部33を蓋体21で覆うことによって、流路12を有する基体11を形成する。したがって、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に流路を形成する際に必要となるエッチング加工のような複雑な加工を行うことなく、簡単な加工を行うだけでマイクロ化学チップ1を製造することができる。
【0051】
以上に述べたように、本実施形態のマイクロ化学チップ1は、2つの供給部13a,13bを有するけれども、これに限定されることなく、3つ以上の供給部を有してもよい。供給部が2つ以上設けられる場合、供給部は、1点で合流するように設けられる必要はなく、流路12の異なる位置に接続されるように設けられてもよい。この場合、流路12と各供給部とが接続される位置の近傍に、振動素子Xをそれぞれ配置することが好ましい。
【0052】
またヒータ19は、1箇所に設けられる構成であるけれども、これに限定されることなく、2箇所以上に設けられてもよい。このように、3つ以上の供給部を設け、ヒータを2箇所以上に設けることによって、複雑な反応を制御することができる。なお、ヒータ19は、加熱しなくても反応が進行するような場合には、設ける必要はない。
【0053】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ1では、採取部15を設け、反応生成物を採取部15から導出させるけれども、採取部15または採取部15よりも被処理流体の流通方向上流側に検出部を設ければ、化学反応や抗原抗体反応、酵素反応などの生化学反応の反応生成物を検出することができる。この場合には、検出部よりも被処理流体の流通方向上流側の流路部分に振動素子Xを配置することが好ましい。
【0054】
また、本実施形態では、送液手段として、マイクロポンプ18a,18bを設ける構成であるけれども、マイクロポンプ18a,18bを設けない構成も可能である。この場合には、供給口16a,16bから被処理流体を注入する際に、マイクロシリンジなどで被処理流体を押込むことによって、被処理流体を供給口16a,16bから採取部15まで送液することができる。また注入する際に、外部に設けられるポンプなどで被処理流体に圧力を加えながら注入することによって送液することもできる。また供給口16a,16bから被処理流体を注入した後に、開口で実現されている採取部15からマイクロシリンジなどで吸引することによって送液することもできる。
【0055】
また、蓋体21は基体本体20に接着されているけれども、これに限定されることなく、基体本体20から取外し可能に取り付けられていてもよい。たとえば、基体本体20と蓋体21との間にシリコーンゴムなどを挟み、マイクロ化学チップ全体に圧力を加えるような構成であってもよい。蓋体21を取り外し可能に構成することによって、マイクロ化学チップの再利用時の洗浄が容易となる。
【0056】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ1の製造方法では、基体本体20は、溝部33が形成されたセラミックグリーンシート31と、ヒータ19となる配線パターン34が形成されたセラミックグリーンシート32との2枚のセラミックグリーンシートから形成されるけれども、これに限定されることなく、3枚以上のセラミックグリーンシートから形成されてもよい。
【0057】
また、本実施形態のマイクロ化学チップ1の製造方法では、基体11は、セラミックグリーンシート31の表面の溝部33を露出させたまま焼結させて基体本体20を形成した後、基体本体20の表面の溝部33を蓋体21で覆うことによって形成されるけれども、これに限定されることなく、セラミックグリーンシート31の表面に、溝部33に連通する蓋体21と同様の貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートをさらに積層して焼結させることによって形成されてもよい。このようにして基体11を形成すれば、基体本体20を形成した後に蓋体21を取り付ける必要がなくなるので、生産性を向上させることができる。また、マイクロポンプ18a,18bを構成する圧電材料44a,44bに前述のPZTのようなセラミック圧電材料を用いる場合には、溝部33に連通する貫通孔が形成されたセラミックグリーンシートの予め定められる位置にセラミック圧電材料を取り付けた後、同時に焼結させることもできる。
【0058】
本発明のマイクロ化学チップは、血液、唾液、尿等の体液中のウイルス、細菌または体液成分の試薬による検査、ウイルス、細菌や薬液と体細胞との生体反応実験、ウイルス、細菌と薬液との反応実験、ウイルス、細菌と他のウイルス、細菌との反応実験、血液鑑定、遺伝子の薬液による分離抽出や分解、溶液中の化学物質の析出等による分離抽出、溶液中の化学物質の分解、複数の薬液の混合等の用途に用いることができ、他の生体反応や化学反応等の目的のために使用することができる。
【0059】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置の近傍に振動素子を配置した合流した被処理流体に振動を加えるようにしたので、拡散のみによって複数の被処理流体を混合させる場合に比べて短い流路であっても、複数の被処理流体を充分に混合させることができる。また、複数の被処理流体が充分に混合された状態で予め定める処理が施されるので、混合が不充分な場合に比べて、予め定める処理を確実に施すことができる。さらに、供給部が流路に接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側の流路の長さを短くすることができるので、マイクロ化学チップの小型化を成すことができる。
【0060】
また本発明によれば、合流した被処理流体が流れる流路部分を構成する被覆部材に振動素子を配置したので、振動素子の振動を効率よく合流した被処理流体に伝達することができ、被処理流体を充分に混合することができる。
【0061】
また本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって、採取部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向上流側に、振動素子が配置されているので、たとえば2つの供給部を有し、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを充分に混合させて反応させた後、得られた化合物を採取部から取り出すことのできる小型のマイクロ化学チップを得ることができる。
【0062】
また本発明によれば、流路と供給部とが接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側であって処理部よりも被処理流体の流通方向上流側に、振動素子が配置されているので、たとえば2つの供給部を設け、一方の供給部から原料となる化合物を流入させ、他方の供給部から試薬を流入させ、化合物と試薬とを合流させて処理部において加熱することによって反応させる場合に、化合物と試薬とを効率よく反応させ、反応生成物の収率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明の実施の一形態であるマイクロ化学チップ1の構成を簡略化して示す平面図であり、図1(b)は、図1(a)に示すマイクロ化学チップ1の切断面線I−I、II−IIおよびIII−IIIにおける断面構成を示す断面図である。
【図2】(a)〜(c)は、振動素子Xの配置状態をそれぞれ示す断面図である。
【図3】(a),(b)は、セラミックグリーンシート31,32の加工状態をそれぞれ示す平面図である。
【図4】セラミックグリーンシート31,32を積層した状態を示す部分断面図である。
【図5】蓋体21の構成を簡略化して示す平面図である。
【符号の説明】
1 マイクロ化学チップ
11 基体
12 流路
13a,13b 供給部
14 処理部
15 採取部
16a,16b 供給口
17a,17b 供給流路
18a,18b マイクロポンプ
19 ヒータ
20 基体本体
21 蓋体
22 接続位置
31,32 セラミックグリーンシート
33 溝部
34 配線パターン
41 基板
42a,42b,43 貫通孔
44a,44b 圧電材料
X 振動素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microchemical chip capable of performing a predetermined process such as a reaction or an analysis on a fluid to be processed such as a fluid or a reagent flowing through a minute flow path. The present invention relates to a microchemical chip that can perform a predetermined process by mixing a plurality of different fluids to be processed, such as in the case of mixing and reacting.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in the field of chemical technology and biotechnology, research for performing a reaction on a sample, analysis of a sample, and the like in a minute area has been performed, and a micro electro mechanical system (abbreviation: MEMS) has been developed. ) Micro chemical systems have been researched and developed using technology to downsize systems for chemical reactions, biochemical reactions, and sample analysis.
[0003]
A reaction or analysis in a microchemical system is performed using one chip called a microchemical chip in which a microchannel, a micropump, a microreactor, and the like are formed. For example, a supply port for supplying a fluid such as a sample or a reagent and a collection port for leading out a fluid after processing are formed on one substrate made of silicon, glass or resin. There has been proposed a microchemical chip in which a mouth is connected to a microchannel having a small cross-sectional area, and a micropump for feeding liquid is disposed at an appropriate position in the channel (see Patent Document 1). In addition, a capillary electrophoresis type using an electroosmosis phenomenon instead of a micropump has been proposed as a liquid sending means (see Patent Document 2). In these microchemical chips, the flow paths merge at a predetermined position, and the fluid is mixed at the junction.
[0004]
In a microchemical system, the equipment and method are miniaturized as compared with the conventional system, so that the reaction surface area per unit volume of the sample can be increased and the reaction time can be greatly reduced. In addition, since the flow rate can be precisely controlled, the reaction and analysis can be performed efficiently. Further, the amounts of samples and reagents required for the reaction and analysis can be reduced.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-214241 (pages 4 to 5, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-108619 (pages 4 to 5, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described microchemical chip, the fluid to be processed flowing in the flow channel has a laminar flow. Therefore, when flowing a plurality of different fluids to be processed into the flow path from the plurality of supply units and mixing them, the plurality of fluids to be processed are mixed using a diffusion phenomenon generated while flowing through the flow path. I have. Therefore, in order to sufficiently mix a plurality of fluids to be processed, it is necessary to form a flow path on the downstream side longer than a connection position where the supply unit is connected to the flow path.
[0007]
However, if a long flow path is formed in order to sufficiently mix the fluid to be processed, there is a problem that the microchemical chip becomes large.
[0008]
On the other hand, if the flow path is formed short in order to reduce the size of the microchemical chip, there arises a problem that mixing of the fluid to be processed becomes insufficient. In addition, in a state where the mixture of the fluids to be processed is insufficient, there is a problem that even if a predetermined process such as a reaction is performed, the possibility that the process becomes insufficient is increased.
[0009]
An object of the present invention is to provide a microchemical chip capable of efficiently mixing a plurality of different fluids to be processed without increasing the size of the configuration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has a substrate formed with a flow path through which a fluid to be processed flows, and a plurality of supply units connected to the flow path and through which a plurality of fluids to be processed flow into the flow path, respectively. A microchemical chip that performs a predetermined process by flowing a plurality of fluids to be processed into the flow path from the supply unit, and merging the plurality of fluids that have flowed in,
A microchemical chip, wherein a vibrating element is arranged near a position where the flow path and the supply unit are connected.
[0011]
According to the present invention, when the fluid to be processed flows in from a plurality of supply units, the fluids to be processed that have flowed in are merged and flow through the flow path, and a predetermined process is performed. Therefore, if a plurality of different fluids to be processed are respectively flowed from the plurality of supply units, the plurality of fluids to be processed are merged and flow through the flow path, and predetermined processing is performed. The connection between the plurality of supply units and the flow path may be all connected to the same position in the flow path, for example, the most upstream part, or may be connected at different positions.
[0012]
In the present invention, since the vibrating element is arranged near the position where the flow path and the supply unit are connected, the vibration from the vibrating element is transmitted to the combined fluid to be processed, and the disturbance is generated in the combined fluid to be processed. Flow occurs. By generating a turbulent flow in the fluids to be merged as described above, a plurality of fluids to be processed can be mixed.
[0013]
Thus, a plurality of fluids to be processed can be sufficiently mixed even if the flow path is shorter than the case where mixing is performed only by diffusion as in the related art. In addition, since the predetermined processing is performed in a state where the plurality of fluids to be processed are sufficiently mixed, the predetermined processing can be performed more reliably than when the mixing is insufficient. Furthermore, compared to the case of mixing only by diffusion, the length of the flow path on the downstream side in the flow direction of the fluid to be treated can be shorter than the position where the supply unit is connected, so that the size of the microchemical chip can be reduced. Can be planned.
[0014]
Further, according to the present invention, the base body includes a base body having a groove formed therein and a covering member arranged to cover the groove, and the flow path covers the groove formed in the base body. Formed by covering with a member,
The vibration element is a position corresponding to the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed than the position where the supply unit is connected, and is arranged on the coating member. I do.
[0015]
According to the present invention, on the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the target fluid from the position where the supply unit and the flow channel are connected, that is, on the inner surface of the flow channel portion where the plurality of target fluids that have joined flow Since the vibrating element is arranged on the covering member at the corresponding position, the vibration from the vibrating element is efficiently transmitted to the fluid to be merged. As a result, the joined fluids to be processed can be sufficiently mixed.
[0016]
Further, in the present invention, the base further includes a sampling unit connected to the flow channel, and for guiding the processed fluid to the outside,
The vibrating element is provided downstream of the position to which the supply unit is connected in the flow direction of the fluid to be processed and upstream of the position to which the sampling unit is connected in the flow direction of the fluid to be processed. ,
A plurality of fluids to be processed are respectively flowed into the flow path from the plurality of supply units, and after a plurality of fluids to be processed are combined and subjected to a predetermined process, the fluid after the processing is collected from the collection unit to the outside. Is derived.
[0017]
According to the present invention, the plurality of fluids to be processed respectively flowing into the flow path from the plurality of supply units are quickly mixed by the vibration of the vibrating element after being merged, and after being subjected to a predetermined process, the sampling unit. Is derived to the outside. Therefore, for example, after having two supply units, a compound serving as a raw material flows in from one supply unit, a reagent flows in from the other supply unit, and the compound and the reagent are sufficiently mixed and reacted. A small microchemical chip from which the obtained compound can be taken out from the collecting section can be obtained.
[0018]
Further, in the present invention, the base performs a predetermined process on the merged target fluid downstream of a position where the supply unit and the flow path are connected to each other in a flow direction of the target fluid. It has a processing unit,
The vibration element is provided downstream of a position where the supply unit is connected in a flow direction of the fluid to be processed and upstream of the processing unit in a flow direction of the fluid to be processed. .
[0019]
According to the present invention, the plurality of fluids to be processed respectively flowing into the flow path from the plurality of supply units are quickly mixed by the vibration of the vibrating element after being merged, and the processing unit performs a predetermined process. Therefore, for example, two supply units are provided, a compound serving as a raw material flows in from one supply unit, a reagent flows in from the other supply unit, and the compound and the reagent are combined and reacted by heating in the processing unit. In this case, since the compound and the reagent can be heated in a sufficiently mixed state, the compound and the reagent can be efficiently reacted, and the yield of the reaction product can be improved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a simplified plan view showing a configuration of a microchemical chip 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a partial cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the microchemical chip 1 shown in FIG. 1A along section lines II, II-II, and III-III. In FIG. 1B, the cross-sectional configurations along the cutting plane lines II, II-II, and III-III are shown side by side.
[0021]
The microchemical chip 1 includes a flow path 12 through which a fluid to be processed flows, two supply units 13a and 13b through which the fluid to be processed flows into the flow path 12, a processing unit 14, and a fluid after processing is led out. And a base unit 11 provided with a sampling unit 15 to be used. The base body 11 includes a base body 20 having a groove 33 formed on one surface and a lid 21 serving as a covering member. The cover 21 covers the surface of the base body 20 where the groove 33 is formed with the lid 21. Is formed.
[0022]
In this microchemical chip 1, the vibrating element X is arranged near a position 22 where the flow path 12 and the supply units 13a and 13b are connected. In the present embodiment, the position corresponding to the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed than the position where the supply units 13a and 13b and the flow path 12 are connected, Are located.
[0023]
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an arrangement state of the vibration element X. FIG. 2A is a cross-sectional view showing an arrangement state when a piezoelectric element made of lead zirconate titanate (PZT; composition formula: Pb (Zr, Ti) O 3 ) or the like is used as the vibration element X. . The outer surface of the lid 21 is provided with a recess at a position facing the inner surface of the flow path 12 near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed from the position where the flow path 12 is connected to the supply units 13a and 13b. 21a are formed. The vibration element X is arranged in the concave portion 21a. Power for driving the vibration element X is supplied by wiring formed on the outer surface of the lid 21. The connection between the wiring and the vibration element X is realized by, for example, wire bonding.
[0024]
Due to the vibration from the vibration element X, the portion of the lid 21 where the vibration element X is disposed vibrates, and this vibration is transmitted to the fluid to be processed flowing through the flow path 12. As a result, a turbulent flow occurs in the merged fluids to be processed, and the merged plural fluids can be mixed. In addition, by disposing the vibration element X in the concave portion 21 a formed in the lid 21, the vibration element X is disposed in a portion having a thickness smaller than that of the periphery, so that the arrangement portion of the vibration element X can be more reliably. It is possible to vibrate, and the fluids to be treated can be efficiently mixed.
[0025]
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating an arrangement state when a crystal resonator is used as the vibration element X. The lid 21 has a flow direction of the flow path 12 at a position on the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed than a position where the flow path 12 and the supply units 13a and 13b are connected. A through-hole 21b, which is a long hole, is formed along the direction perpendicular to the plane of FIG. 2 (b). The vibration element X is attached to the inner surface of the lid 21 so as to cover the through hole 21b. The electric power for driving the vibration element X is supplied from a wire formed from the outer surface of the lid 21 along the inner surface of the through hole 21b and connected to the vibration element X. The vibration from the vibration element X is directly transmitted to the fluid to be processed flowing through the flow path 12.
[0026]
FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating an arrangement state when an ultrasonic transducer is used as the vibration element X. The ultrasonic vibrator is attached to the large-diameter end of a cone (a cylindrical member whose outer shape is substantially conical). The cone CE to which the ultrasonic vibrator is attached has a small-diameter side end on the outer surface of the lid 21 and a position of the fluid to be processed that is smaller than a position where the flow path 12 and the supply units 13a and 13b are connected. The ultrasonic vibrator is attached to the lid 21 at a position facing the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction. Electric power for driving the ultrasonic vibrator is supplied by wiring formed on the outer surface of the lid 21 and connected to the ultrasonic vibrator. The vibration from the ultrasonic transducer is transmitted to the fluid to be processed flowing through the flow path 21 via the cone CE and the lid 21.
[0027]
The supply unit 13a includes a supply flow path 17a connected to the flow path 12, a supply port 16a provided at an end of the supply flow path 17a, and a flow direction upstream of the processing target fluid from a position 22 connected to the flow path 12. And a micro pump 18a provided on the side. Similarly, the supply unit 13b includes a supply channel 17b, a supply port 16b, and a micro pump 18b. The supply ports 16a and 16b are opened so that the fluid to be processed can be injected into the supply flow paths 17a and 17b from outside. The sampling unit 15 is realized by an opening so that the fluid to be treated can be taken out of the flow channel 12 to the outside.
[0028]
A heater 19 is provided inside the base body 20 and below the flow path 12 of the processing unit 14. The flow path 12 of the processing unit 14 is formed, for example, bent in a zigzag shape so as to pass above the heater 19 a plurality of times. On the surface of the base 11, wires (not shown) for connecting the heater 19 and an external power supply are led out from the heater 19. This wiring is formed of a metal material having a lower electric resistance value than the heater 19.
[0029]
In the microchemical chip 1, two types of fluids to be processed flow into the flow channel 12 from the two supply units 13 a and 13 b, respectively, and merge, and the flow channel 12 is predetermined by using the heater 19 in the processing unit 14 as necessary. The two types of fluids to be processed are caused to react with each other, and the obtained reaction product is led out from the sampling unit 15.
[0030]
The cross-sectional area of the flow path 12 and the supply flow paths 17a and 17b is 2.5 × 10 −3 mm in order to efficiently send and mix a specimen, a reagent, a washing liquid, or the like flowing from the supply units 13a and 13b. it is preferably 2 or more 1 mm 2 or less. However, the fluid cross-sectional area flows through the 2.5 × 10 -3 mm 2 ~1mm 2 about the flow path, since generally flows in a laminar flow state, is only allowed to merge two supply passage 17a, the 17b, The two types of fluids to be processed that have flowed into the flow channel 12 from the supply units 13a and 13b and merged are mixed only by diffusion. Therefore, it is necessary to provide a long flow path in order to completely mix the two types of fluids to be combined, and there is a limit to miniaturization of a microchemical chip.
[0031]
On the other hand, in the present embodiment, since the vibration element X is disposed downstream of the connection position 22 between the flow path 12 and the supply units 13a and 13b in the flow direction of the fluid to be processed, a plurality of fluids to be processed are provided. Are joined, vibration from the vibrating element X is applied, thereby generating a turbulent flow in the combined processing target fluid.
[0032]
By generating a turbulent flow in the fluids to be merged as described above, a plurality of fluids to be processed can be mixed. Thereby, compared with the case of mixing only by diffusion, a plurality of fluids to be processed can be sufficiently mixed in a short flow path. Therefore, since the length of the flow channel 12 can be reduced, the size of the microchemical chip 1 can be reduced, and the size of a microchemical system using the microchemical chip 1 can be reduced. In addition, since the predetermined processing is performed in a state where the plurality of fluids to be processed are sufficiently mixed, the predetermined processing can be performed more reliably than when the mixing is insufficient.
[0033]
In the present embodiment, since the vibration element X is disposed between the connection position 22 and the processing unit 14, the combined processing target fluids are sufficiently mixed when reaching the processing unit 14. Therefore, for example, when a compound serving as a raw material flows in from the supply unit 13a, a reagent flows in from the supply unit 13b, and the compound and the reagent are combined and reacted by heating with the heater 19 of the processing unit 14, the compound and the reagent Can be heated in a state in which the compound is sufficiently mixed, the compound and the reagent can be efficiently reacted, and the yield of the reaction product taken out from the collecting section 15 can be improved.
[0034]
The base body 20 can be made of a ceramic material, silicon, glass, resin, or the like, and among these, it is preferable to use a ceramic material. Since the ceramic material is more excellent in chemical resistance than resin or the like, it is possible to obtain the microchemical chip 1 which is excellent in chemical resistance and can be used under various conditions when the base body 20 is made of the ceramic material. it can. As the ceramic material constituting the base body 11, for example, an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a glass ceramic sintered body, or the like can be used.
[0035]
The lid 21 may be made of glass or a ceramic material. However, it is preferable that the lid 21 is made of glass because the mixed state and the reaction state of the fluid to be processed can be confirmed.
[0036]
As described above, the cross-sectional area of the flow path 12 and the supply flow paths 17a and 17b is set to 2.5 × in order to efficiently send and mix the specimen, the reagent, the cleaning liquid, or the like flowing from the supply units 13a and 13b. it is preferably 10 -3 mm 2 or more 1 mm 2 or less. When the cross-sectional area of the flow path 12 and the supply flow paths 17a and 17b exceeds 1 mm 2 , the amount of the sample, the reagent, or the cleaning solution to be sent becomes too large, so that the reaction surface area per unit volume is increased and the reaction time is shortened. The effect of the microchemical chip to greatly reduce the amount cannot be sufficiently obtained. If the cross-sectional area of the flow path 12 and the supply flow paths 17a and 17b is less than 2.5 × 10 −3 mm 2 , the pressure loss due to the micro pumps 18a and 18b becomes large, causing a problem in liquid sending. Thus, the channel 12 and the supply passage 17a, the cross-sectional area of the 17b 2.5 × 10 -3 mm 2 or more 1mm preferably set to 2 or less.
[0037]
Further, the width w of the flow channel 12 and the supply flow channels 17a and 17b is preferably 50 to 1000 μm, and more preferably 100 to 500 μm. Further, the depth d of the flow channel 12 and the supply flow channels 17a and 17b is preferably 50 to 1000 μm, more preferably 100 to 500 μm, and may be in the range of the above-described cross-sectional area. When the cross-sectional shapes of the flow path 12 and the supply flow paths 17a and 17b are rectangular, the relationship between the width (long side) and the depth (short side) is preferably short side length / long side length ≧ 0.4. And more preferably the ratio of short side length / long side length ≧ 0.6. If the length of the short side / length of the long side is less than 0.4, the pressure loss becomes large, and a problem occurs in liquid feeding.
[0038]
The external dimensions of the microchemical chip 1 are, for example, a width A of about 40 mm, a depth B of about 70 mm, and a height C of 1 to 2 mm. And it is sufficient.
[0039]
Note that the used microchemical chip 1 can be reused if it is washed by flowing a washing liquid from the supply units 13a and 13b.
[0040]
Next, a method for manufacturing the microchemical chip 1 shown in FIG. 1 will be described. In the present embodiment, a case where the base body 20 is made of a ceramic material will be described. FIG. 3 is a plan view showing a processing state of the ceramic green sheets 31 and 32. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stacked state of the ceramic sheets 31 and 32.
[0041]
First, an appropriate organic binder and a solvent are mixed with the raw material powder, and a plasticizer or a dispersant is added as necessary to form a powder, which is formed into a sheet by a doctor blade method or a calender roll method. Thus, a ceramic green sheet (also called a ceramic green sheet) is formed. As the raw material powder, for example, when the base body 20 is made of an aluminum oxide sintered body, aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, or the like is used.
[0042]
In the present embodiment, the base body 20 is formed using two ceramic green sheets thus formed. First, as shown in FIG. 3A, a mold is pressed on the surface of the ceramic green sheet 31 to form a groove 33. At this time, a mold having a shape in which a desired shape of the groove 33 is transferred is used.
[0043]
The pressing force when pressing the mold is adjusted according to the viscosity of the slurry before being formed into the ceramic green sheet. For example, when the viscosity of the slurry is 1 to 4 Pa · s, pressing is performed with a pressing force of 2.5 to 7 MPa. The material of the mold is not particularly limited, and may be a mold or a wooden mold.
[0044]
Further, as shown in FIG. 3 (b), a conductive paste is applied to the surface of the ceramic green sheet 32 in a predetermined shape by a screen printing method or the like, so that a wiring serving as a wiring for connecting the heater 19 and an external power supply is formed. A pattern 34 is formed. The conductive paste is obtained by mixing a metal material powder such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, nickel, palladium, or gold, with an appropriate organic binder and a solvent. The conductive paste for forming the wiring pattern 34 serving as the heater 19 is obtained by adding 5 to 30% by weight of ceramic powder to the above-described metal material powder so as to have a predetermined electric resistance after sintering. Used.
[0045]
Next, as shown in FIG. 4, on the surface of the ceramic green sheet 32 on which the wiring pattern 34 to be the heater 19 is formed, the ceramic green sheet 31 having the groove 33 formed thereon is laminated. The laminated ceramic green sheets 31 and 32 are sintered at a temperature of about 1600 ° C. As described above, the base body 20 shown in FIG. 1 in which the groove 33 serving as the flow channel 12 is formed.
[0046]
FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the lid 21 in a simplified manner. As shown in FIG. 5, a groove 41 of the ceramic green sheet 31 shown in FIG. 3A is provided at predetermined positions on the substrate 41 made of, for example, glass or ceramic material so as to be the supply ports 16a and 16b and the sampling unit 15. The through holes 42a, 42b, and 43 communicating with 33 are formed. The outer surface of the substrate 41 has a concave portion 21a at a position corresponding to the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed from the position where the flow path 12 and the supply portions 13a and 13b are connected. Is formed, and the vibrating element X is arranged in the concave portion 21a. Further, a wiring (not shown) for supplying power for driving the vibration element X is formed on the outer surface of the substrate 41, and this wiring and the vibration element X are connected by, for example, wire bonding. Thus, the lid 21 is obtained.
[0047]
The lid 21 is bonded to the surface of the base body 20 where the groove 33 is exposed. For example, when the lid 21 is made of glass, the lid 21 and the base body 20 are bonded by heat and pressure, and when the lid 21 is made of a ceramic material, they are bonded with a glass adhesive or the like.
[0048]
The predetermined is the position of the surface of the lid 21, for example, lead zirconate titanate (PZT; composition formula: Pb (Zr, Ti) O 3) a piezoelectric material 44a, such as, with paste 44b, the piezoelectric material 44a, 44b A wiring (not shown) for applying a voltage to is formed. The piezoelectric materials 44a and 44b can vibrate the lid 21 above the supply flow paths 17a and 17b by expanding and contracting according to the applied voltage, so that the piezoelectric materials 44a and 44b are moved to the supply flow paths 17a and 17b. The micro pumps 18a and 18b for feeding the liquid can be formed by sticking to the lid 21 above the.
[0049]
As described above, the base 11 shown in FIG. 1 is formed, and the microchemical chip 1 is obtained. As described above, the microchemical chip 1 in which the vibrating element X is disposed near the connection position 22 between the flow path 12 and the supply units 13a and 13b, specifically, on the downstream side of the connection position 22 in the flow direction of the fluid to be processed. Can be manufactured.
[0050]
In the present embodiment, the ceramic green sheet 31 in which the groove 33 is formed on the surface by pressing the mold and the ceramic green sheet 32 in which the wiring pattern 34 to be the heater 19 is formed are sintered. The base body 20 having the flow path 12 is formed by forming the base body 20 with the cover 21 so as to cover the groove 33 on the surface of the base body 20. Therefore, the microchemical chip 1 can be manufactured only by performing simple processing without performing complicated processing such as etching processing required when forming a flow path in a substrate made of silicon, glass, or resin. it can.
[0051]
As described above, the microchemical chip 1 of the present embodiment has two supply units 13a and 13b, but is not limited thereto and may have three or more supply units. When two or more supply units are provided, the supply units need not be provided so as to merge at one point, and may be provided so as to be connected to different positions of the flow channel 12. In this case, it is preferable to dispose the vibrating elements X in the vicinity of the position where the flow path 12 and each supply unit are connected.
[0052]
Further, the heater 19 is provided at one place, but is not limited thereto, and may be provided at two or more places. Thus, by providing three or more supply units and providing heaters at two or more locations, a complicated reaction can be controlled. The heater 19 does not need to be provided when the reaction proceeds without heating.
[0053]
Further, in the microchemical chip 1 of the present embodiment, the collection unit 15 is provided, and the reaction product is led out from the collection unit 15. However, the detection unit 15 or the detection unit is provided upstream of the collection unit 15 in the flow direction of the fluid to be treated. Is provided, a reaction product of a biochemical reaction such as a chemical reaction, an antigen-antibody reaction, and an enzymatic reaction can be detected. In this case, it is preferable to dispose the vibrating element X in the flow path portion on the upstream side of the detection unit in the flow direction of the fluid to be processed.
[0054]
Further, in the present embodiment, although the micropumps 18a and 18b are provided as the liquid sending means, a configuration without the micropumps 18a and 18b is also possible. In this case, when the fluid to be treated is injected from the supply ports 16a and 16b, the fluid to be treated is sent from the supply ports 16a and 16b to the collection unit 15 by pushing the fluid to be treated with a microsyringe or the like. be able to. In addition, at the time of injection, the liquid can also be sent by injecting while applying pressure to the fluid to be processed by a pump or the like provided outside. Alternatively, after the fluid to be processed is injected from the supply ports 16a and 16b, the liquid can be sent by suctioning the microfluidic device or the like from the sampling unit 15 realized by the opening.
[0055]
Further, although the lid 21 is adhered to the base body 20, the lid 21 is not limited thereto, and may be detachably attached to the base body 20. For example, a configuration may be employed in which silicone rubber or the like is interposed between the base body 20 and the lid 21 and pressure is applied to the entire microchemical chip. By making the lid 21 detachable, the microchemical chip can be easily cleaned at the time of reuse.
[0056]
In the method of manufacturing the microchemical chip 1 according to the present embodiment, the base body 20 is composed of the ceramic green sheet 31 in which the groove 33 is formed and the ceramic green sheet 32 in which the wiring pattern 34 to be the heater 19 is formed. Although formed from three ceramic green sheets, the present invention is not limited to this, and may be formed from three or more ceramic green sheets.
[0057]
In the method of manufacturing the microchemical chip 1 according to the present embodiment, the base 11 is sintered while exposing the grooves 33 on the surface of the ceramic green sheet 31 to form the base main body 20. Is formed by covering the groove 33 of the ceramic green sheet 31 with the lid 21, but is not limited to this. A ceramic through-hole similar to the lid 21 communicating with the groove 33 is formed on the surface of the ceramic green sheet 31. It may be formed by further laminating and sintering green sheets. When the base 11 is formed in this manner, it is not necessary to attach the lid 21 after the formation of the base body 20, so that productivity can be improved. When a ceramic piezoelectric material such as the above-described PZT is used for the piezoelectric materials 44a and 44b constituting the micropumps 18a and 18b, predetermined positions of the ceramic green sheet in which the through holes communicating with the grooves 33 are formed. After the ceramic piezoelectric material is attached to the substrate, it can be sintered at the same time.
[0058]
The microchemical chip of the present invention can be used for testing of blood, saliva, urine, and other body fluids with reagents for viruses, bacteria or body fluid components, for biological reactions between viruses, bacteria and drug solutions and body cells, and for the reaction between viruses, bacteria and drug solutions. Reaction experiment, reaction experiment between virus and bacteria with other viruses and bacteria, blood test, separation and extraction and decomposition of genes by chemical solution, separation and extraction by precipitation of chemical substances in solution, decomposition of chemical substances in solution, multiple It can be used for purposes such as mixing of chemical solutions, and can be used for purposes such as other biological reactions and chemical reactions.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the vibration is applied to the merged target fluid in which the vibrating element is disposed in the vicinity of the position where the flow path and the supply unit are connected. Even if the flow path is shorter than the case where the fluids are mixed, a plurality of fluids to be processed can be sufficiently mixed. In addition, since the predetermined processing is performed in a state where the plurality of fluids to be processed are sufficiently mixed, the predetermined processing can be performed more reliably than when the mixing is insufficient. Furthermore, since the length of the flow path on the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed can be shorter than the position where the supply unit is connected to the flow path, the microchemical chip can be downsized.
[0060]
Further, according to the present invention, since the vibrating element is arranged on the covering member that constitutes the flow path portion where the merged fluid flows, the vibration of the vibrating element can be efficiently transmitted to the merged fluid to be processed. The processing fluid can be sufficiently mixed.
[0061]
Further, according to the present invention, on the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed from the position where the flow path and the supply unit are connected, and on the upstream side in the flow direction of the fluid to be processed, relative to the position where the sampling unit is connected. Since the vibrating element is arranged, for example, it has two supply units, a compound serving as a raw material flows in from one supply unit, a reagent flows in from the other supply unit, and the compound and the reagent are sufficiently mixed. After the reaction, a small microchemical chip from which the obtained compound can be taken out from the collecting section can be obtained.
[0062]
Further, according to the present invention, the vibration element is disposed on the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed from the position where the flow path and the supply unit are connected and on the upstream side in the flow direction of the fluid to be processed than the processing unit. Therefore, for example, two supply units are provided, a compound serving as a raw material flows in from one supply unit, a reagent flows in from the other supply unit, and the compound and the reagent are combined and heated in the processing unit. In the case of the reaction, the compound and the reagent are efficiently reacted, and the yield of the reaction product can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a simplified plan view showing the configuration of a microchemical chip 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is shown in FIG. 1 (a). FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the microchemical chip 1 taken along section lines II, II-II and III-III.
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views each showing an arrangement state of a vibration element X.
FIGS. 3A and 3B are plan views showing processing states of ceramic green sheets 31 and 32, respectively.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a state in which ceramic green sheets 31 and 32 are stacked.
FIG. 5 is a plan view showing a simplified configuration of a lid 21.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchemical chip 11 Substrate 12 Flow paths 13a and 13b Supply section 14 Processing section 15 Collection sections 16a and 16b Supply ports 17a and 17b Supply flow paths 18a and 18b Micropump 19 Heater 20 Base body 21 Cover 22 Connection positions 31 and 32 Ceramic green sheet 33 Groove 34 Wiring pattern 41 Substrates 42a, 42b, 43 Through holes 44a, 44b Piezoelectric material X Vibration element

Claims (4)

被処理流体を流通させる流路と、該流路に接続され、前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させる複数の供給部とが形成された基体を有し、前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施すマイクロ化学チップであって、
前記流路と前記供給部とが接続される位置の近傍に振動素子が配置されていることを特徴とするマイクロ化学チップ。
A flow path through which the fluid to be processed flows, and a base formed with a plurality of supply units connected to the flow path and each of which allows a plurality of fluids to flow into the flow path, from the plurality of supply units A plurality of fluids to be processed are respectively flowed into the flow path, and a microchemical chip that performs a predetermined process by merging the flowed fluids to be processed,
A microchemical chip, wherein a vibrating element is arranged near a position where the flow path and the supply unit are connected.
前記基体は、溝部が形成された基体本体と溝部を覆うように配置される被覆部材とを含んで構成され、前記流路は、前記基体本体に形成された溝部を前記被覆部材で覆うことによって形成され、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも被処理流体の流通方向下流側近傍の流路部分の内側表面に対応する位置であって、前記被覆部材に配置されることを特徴とする請求項1記載のマイクロ化学チップ。
The base is configured to include a base body having a groove formed therein and a covering member disposed so as to cover the groove, and the flow path is configured by covering the groove formed in the base body with the covering member. Formed,
The vibration element is a position corresponding to the inner surface of the flow path portion near the downstream side in the flow direction of the fluid to be processed than the position where the supply unit is connected, and is arranged on the coating member. The microchemical chip according to claim 1, wherein
前記基体は、前記流路に接続され、処理後の流体を外部に導出する採取部をさらに有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記採取部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられ、
前記複数の供給部から前記流路に複数の被処理流体をそれぞれ流入させ、流入された複数の被処理流体を合流させて予め定める処理を施した後に、前記採取部から処理後の流体を外部に導出することを特徴とする請求項2記載のマイクロ化学チップ。
The base further includes a sampling unit connected to the flow channel and for guiding the processed fluid to the outside,
The vibrating element is provided downstream of the position to which the supply unit is connected in the flow direction of the fluid to be processed and upstream of the position to which the sampling unit is connected in the flow direction of the fluid to be processed. ,
After a plurality of fluids to be flowed into the flow path from the plurality of supply units, respectively, the plurality of fluids to be processed are combined and subjected to a predetermined process. The microchemical chip according to claim 2, wherein the microchemical chip is derived.
前記基体は、前記供給部と前記流路とが接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側に、合流された前記被処理流体に対して予め定める処理を施す処理部を有し、
前記振動素子は、前記供給部が接続される位置よりも前記被処理流体の流通方向下流側であって、前記処理部よりも前記被処理流体の流通方向上流側に設けられることを特徴とする請求項2または3記載のマイクロ化学チップ。
The substrate has a processing unit that performs a predetermined process on the merged fluid to be processed, on a downstream side in a flow direction of the fluid to be processed, from a position where the supply unit and the flow path are connected. ,
The vibration element is provided downstream of a position where the supply unit is connected in a flow direction of the fluid to be processed and upstream of the processing unit in a flow direction of the fluid to be processed. The microchemical chip according to claim 2.
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