JP2005121472A - Micro fluid device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小流路に微量な流体試料を流し、流体中の特定物質を検出するマイクロ流体装置に関する。 The present invention relates to a microfluidic device that allows a small amount of fluid sample to flow through a microchannel and detects a specific substance in the fluid.
現在、マイクロ化学分析システム(μTAS)に代表されるマイクロ流体装置が注目されている。マイクロ流体装置では、マイクロ流体装置内の流路を通る流体試料中の微量な特定物質を検出するために、高精度なマイクロセンシング技術が必要とされている。従来のマイクロセンシング技術としては、たとえば特許文献1に記載されているように、微細領域での高感度測定が可能でシステム自体が微小であることから、カンチレバーセンサーをマイクロ流体装置内の流路を通る流体試料中の特定物質を検出する手段として使用しているものがある。図6は、特許文献1に記載されているマイクロ流体装置の流路とカンチレバーセンサーの関係を示した図であり、カンチレバーセンサー601は、カンチレバー支持部602、カンチレバー支持部602に支持された検出用カンチレバー603と参照用カンチレバー604で構成されている。605はマイクロ流体装置の流路、606は流体試料の流れ方向を示す矢印である。このカンチレバーセンサー601においては、流路脇にカンチレバー支持部602が固定され、前記支持部602には流路605を通る流体試料の流れ方向606に対して、カンチレバーの長さ方向が垂直になるように検出用カンチレバー603と参照用カンチレバー604が支持されている。検出用カンチレバー603の一方の面は、流体試料中の特定物質が吸着するように化学修飾されており、特定物質の化学吸着によって検出用カンチレバー603がたわむ。ことのき、検出用カンチレバー603は温度など化学吸着以外の要因によってもたわむため、化学修飾されていない参照用カンチレバー604とのたわみ量の差を測定することで、化学吸着のみによる検出用カンチレバー603のたわみ量を測定し、流体試料中の特定物質を検出することができる。
しかしながら、特許文献1記載のマイクロ流体装置では、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するカンチレバーセンサーにおいて、カンチレバー支持部を流路脇に固定し、カンチレバーの長さ方向が流体の流れ方向に対して垂直になるよう検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが前記支持部に支持されている。このような構成とした場合、カンチレバーが流体試料から力を受ける領域が大きくなり、変形や振動を生じやすくなってしまう。 However, in the microfluidic device described in Patent Document 1, in the cantilever sensor that detects a specific substance in a fluid sample passing through the flow path, the cantilever support is fixed to the side of the flow path, and the length direction of the cantilever is the fluid flow direction. The detection cantilever and the reference cantilever are supported by the support portion so as to be perpendicular to each other. In such a configuration, the area where the cantilever receives a force from the fluid sample increases, and deformation and vibration are likely to occur.
そこで本発明は、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するためのカンチレバーが、流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができるマイクロ流体装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a microfluidic device that can reduce the force that a cantilever for detecting a specific substance in a fluid sample passing through a flow path receives from the fluid sample and prevent the cantilever from being deformed or vibrated. Is an issue.
以上のような課題を解決するため、本発明におけるマイクロ流体装置では、マイクロ流体装置の流路内を通る流体試料の流れ方向に対してカンチレバーの長さ方向が平行になるよう、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーを配置した。このような配置にすることで、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができる。 In order to solve the above problems, in the microfluidic device according to the present invention, the detection cantilever and the detection cantilever are arranged so that the length direction of the cantilever is parallel to the flow direction of the fluid sample passing through the flow path of the microfluidic device. A reference cantilever was placed. With such an arrangement, the force that the detection cantilever and the reference cantilever receive from the fluid sample can be reduced, and deformation or vibration of the cantilever can be prevented.
また、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーの自由端の方向を、カンチレバー支持部を挟んで反対方向に支持すると、カンチレバー支持部の幅を流路の幅方向に対して小さくすることができる。 If the direction of the free end of the detection cantilever and the reference cantilever is supported in the opposite direction across the cantilever support, the width of the cantilever support can be reduced relative to the width direction of the flow path.
さらにカンチレバー支持部の厚さを、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーの厚さよりも厚くすることで、カンチレバー支持部が流路を通る流体試料から受ける力によって変形、振動することがなくなる。 Furthermore, by making the thickness of the cantilever support portion thicker than the thickness of the detection cantilever and the reference cantilever, the cantilever support portion is not deformed or vibrated by the force received from the fluid sample passing through the flow path.
本発明のマイクロ流体装置は、マイクロ流体装置の流路を通る流体試料の流れ方向に対してカンチレバーの長さ方向が平行になるよう、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーを配置することで、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができる。したがって本発明のマイクロ流体装置では、流体試料から働く力によってカンチレバーセンサーが外乱を受けず、流体試料中の特定物質との化学反応によってのみ生ずる検出用カンチレバーのたわみを検出の対象とすることができ、測定精度、分解能を向上させることができる。 In the microfluidic device of the present invention, the detection cantilever and the reference cantilever are arranged so that the length direction of the cantilever is parallel to the flow direction of the fluid sample passing through the flow path of the microfluidic device. The force received from the fluid sample by the cantilever and the reference cantilever can be reduced, and deformation or vibration of the cantilever can be prevented. Therefore, in the microfluidic device of the present invention, the cantilever sensor is not disturbed by the force acting from the fluid sample, and the deflection of the detection cantilever that occurs only by a chemical reaction with a specific substance in the fluid sample can be detected. Measurement accuracy and resolution can be improved.
以下、この発明における実施例を、図面を用いて説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this Example.
図1は、本発明の実施例1におけるマイクロ流体装置の流路と、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するカンチレバーセンサーの関係図である。カンチレバーセンサー101は、カンチレバーセンサーの基板102、基板102に固定されたカンチレバー支持部103、カンチレバー支持部103に支持された検出用カンチレバー104と参照用カンチレバー105で構成されている。106はマイクロ流体装置の流路、107は流体試料の流れ方向を示す矢印である。
FIG. 1 is a relationship diagram of a channel of the microfluidic device according to the first embodiment of the present invention and a cantilever sensor that detects a specific substance in a fluid sample passing through the channel. The
図2は、実施例1で使用するカンチレバーセンサー101の斜視図であり、カンチレバー支持部103は、自身と比べて厚い基板102に固定されている。なお、カンチレバー支持部103は、検出用カンチレバー104および参照用カンチレバーよりも厚さを厚くすることにより、強度を高めることが可能となる。
FIG. 2 is a perspective view of the
また、図5は本発明におけるマイクロ流体装置内のマイクロセル501の構成図であって、502は流体試料の入力ポート、503はマイクロバルブ、504は流体試料の出力ポートである。マイクロ流体装置内のマイクロセル501においては、入力ポート502に供給された流体試料が流路106を通り、流体試料の流れ量をマイクロバルブ503によって制御し、カンチレバーセンサー101が流路106を通る流体試料中の特定物質を検出し、測定後の流体試料は出力ポート504から排出される構造となっている。検出用カンチレバー104は流路106を通る流体試料中の特定物質が吸着するように表面に化学修飾がされており、特定物質を吸着することによって検出用カンチレバー104がたわむ。一方、参照用カンチレバー104には化学修飾がされていない。そして検出用カンチレバー104のたわみと参照用カンチレバー105のたわみとの差を測定することで、化学吸着のみによる検出用カンチレバー104のたわみ量を測定することができ、流体試料内の特定物質を検出することができる。
FIG. 5 is a configuration diagram of the
再び図1に基づいて説明をおこなう。基板102は流路106の脇にスペースを設け固定され、基板102に固定されたカンチレバー支持部103があり、カンチレバー支持部103にそれぞれ支持された検出用カンチレバー104と参照用カンチレバー105は長さ方向が、流路106を通る流体試料の流れ方向107と平行となり、かつ支持部103の同じエッジに自由端の方向が一致するよう取付けられている。検出用カンチレバー104と参照用カンチレバー105をこのように配置することで、流路106を通る流体試料から力を受ける領域を小さくすることができ、カンチレバー104、105が変形、振動を生じにくくなり、測定精度、分解能が低下することを防ぐことができる。また、カンチレバー支持部103の厚さを、検出用カンチレバー104と参照用カンチレバー105よりも厚くすることで、カンチレバー支持部103が流路106を通る流体試料から受ける力によって変形、振動することがなく、化学吸着によっても変形しないため、検出用カンチレバー104と参照用カンチレバー105のたわみ測定に影響を与えない。
The description will be given again with reference to FIG. The
図3は、本発明の実施例2におけるカンチレバーセンサー201の構成図であって、カンチレバーセンサー201は流路106に対して図4のように設置される。つまり、実施例1においては、検出用カンチレバー204と参照用カンチレバー205を、支持部203の同じエッジに自由端の方向を揃えて配置したが、実施例2では前記カンチレバー支持部203に支持された検出用カンチレバー204と参照用カンチレバー205が、長さ方向がマイクロ流体装置の流路106を通る流体試料の流れ方向107と平行となり、かつ支持部203をはさんで自由端の方向が反対方向になるよう設置した。このような配置にすることで、カンチレバー支持部203の幅を流路106の幅方向に対して小さくできるため、流路106の断面径を小さくし、流路106を通る流体試料の量を減少させることが可能となる。さらに、検出用カンチレバー204の自由端と固定端を結ぶ直線と、参照用カンチレバー205の自由端と固定端を結ぶ直線は同一直線上にあるため、前記マイクロ流体装置の流路106を通る流体試料の試料成分が分離して層流となったとしても、同一層の同一成分についての特定物質を検出できる。
FIG. 3 is a configuration diagram of the cantilever sensor 201 according to the second embodiment of the present invention. The cantilever sensor 201 is installed with respect to the
なお、実施例1、2において、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーは、少なくとも一本ずつあればよく、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーは、必ずしも同数である必要は無い。また、複数の検出用カンチレバー設置し、各検出用カンチレバーに異なる物質を化学吸着させるようにすることで、流路106を通る流体試料中の複数の物質を検出できるカンチレバーセンサーを有したマイクロ流体装置を形成することができる。
In the first and second embodiments, at least one detection cantilever and one reference cantilever are sufficient, and the number of detection cantilevers and the reference cantilevers are not necessarily the same. Also, a microfluidic device having a cantilever sensor that can detect a plurality of substances in a fluid sample passing through the
101、201、601 カンチレバーセンサー
102 カンチレバーチップ基板
103、203、602 カンチレバー支持部
104、204、603 検出用カンチレバー
105、205、604 参照用カンチレバー
106、605 流路
107、606 流体試料の流れ方向
501 マイクロ流体装置内のマイクロセル
502 流体試料の入力ポート
503 マイクロバルブ
504 流体試料の出力ポート
101, 201, 601
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