JP2005140511A - 微量流体制御機構及び該機構を有するマイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】 容易に製作でき、空気抜き弁や逆止弁として機能する有用な微量流体制御機構及び該機構を有するマイクロチップを提供する。
【解決手段】 所定の容積を有する圧力室と、該圧力室の内部に延びる第１のマイクロチャネルと、該圧力室の周縁部に連通する第２のマイクロチャネルとを有し、前記圧力室内の第１のマイクロチャネルの周囲が気体透過性の隔壁により仕切られていることを特徴とする微量流体制御機構。
【選択図】 図１

Description

本発明はマイクロチップなどに形成された微細流路（マイクロチャネル）内における流体の移送を制御するための空気抜き弁や逆止弁として機能するマイクロバルブに関する。

最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内に所定の形状の流路を構成するマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うことが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル及びポートなどの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロチップ」と呼ばれる。（マイクロチップはマイクロ流体デバイスと呼ばれることもある。）

マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニング及び環境モニタリングなどの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。

従来のマイクロチップ１００は、例えば、図１３に示されるように、合成樹脂（例えば、ポリジメチルシロキサン又はアクリル樹脂）などの基板１０２に少なくとも１本のマイクロチャネル１０４が形成されており、このマイクロチャネル１０４の少なくとも一端には入出力ポートとなるべきウェル又はポート１０５，１０６が形成されており、基板１０２の下面側に透明又は不透明な素材（例えば、ガラス又は合成樹脂フィルム）からなる対面基板１０８が接着されている。この対面基板１０８の存在により、ウェル１０６及びマイクロチャネル１０４の底部が封止される。マイクロチップの材質や構造及び製造方法は例えば、特許文献１及び特許文献２などに提案されている。

このようなマイクロチップには連続的な流体（例えば、液体又は気体）の流れや、微小な液滴の移送を制御する目的で、マイクロチャネルの途中にマイクロバルブに代表される各種の微量流体制御機構（マイクロ流体制御素子と呼ばれることもある）が配設されることがある。このようなマイクロバルブ又は微量流体制御機構は、空気抜き弁や逆止弁又は開閉弁として機能することができる。

空気抜き弁として機能する微量流体制御機構は例えば、特許文献３に記載されている。特許文献３に記載されている微量流体制御機構は、液体を移動させるべき主流路（マイクロチャネル）に対して疎液性の細管を接続し、細管を通して主流路内に気体を送るか又は主流路内の気体を吸引し、主流路内の気体の圧力を正又は負に変化させることにより液体を押し引きし、目的の液体の移動を達成しようとするものである。特許文献３に記載されている疎液性の細管は、細管内壁が液体をはじく性質を有し、或る程度の圧力を掛けても液体は細管内に入り込まない。そのため、気体の吸引を行うと、液体は細管入口近傍まで移動するが、それ以上移動することなく、その場に留まる。これは一種の空気抜き弁としての機能を果たしているものと見ることも出来る。

しかし、特許文献３の細管による微量流体制御機構は次のような問題点を有する。
(1)微細な細管の成形が困難である。
主流路形状が矩形断面を有するとすると、その幅は約５０μｍから５００μｍ、高さは約１０μｍから１００μｍ程度が一般的である。一方、液体を通さないように形成する細管は、主流路よりずっと小さく、幅、高さ共に数μｍ以下とする必要がある。よって、微細形成の観点からして、主流路の形成に必要とするよりも一層高度で高価な流路成形方法を採用しなければならない。例えば、リソグラフィーを用いて微細成形を行う場合、フィルムマスクでは不可能で、高価なガラスマスクが必要となる。
(2)チャネル高さを一定にできず、マイクロチップ製作が困難である。
一般にマイクロチップは、微細なチャネル（溝）を形成した基板と、平面を持つ基板とを貼り合わせた構造である。マイクロチップ等の微細なチャネルを形成する場合、同一高さのチャネルは形成しやすいが、段差の有るチャネルの製作は一層困難となる。場合により、主流路と細管を別の基板に形成する等の手段を講じる必要がある。その場合、基板製作の手間が倍加し、更に２枚の基板を精度良く貼り合わせる等、マイクロチップ製作が困難となる。
(3)細管部のみを疎液性に形成するのが困難である。
主流路は当然ながら親液性が好ましいが、細管部は疎液性とする必要がある。微細な構造において部分的な親液性／疎液性の作り分けは困難である。
(4)塵埃の詰まりが発生する。
細管を通して吸引した場合、液体に塵埃が混入していると、細管入口に詰まり、細管が機能しなくなる危険がある。主通路では詰まりを発生しないような微細な塵埃でも、細管では問題となってくることがある。
(5)液体中の空気を脱気する、すなわち空気抜きとして使用する場合、細管を多数、並列に接続する必要がある。
細管を通して除去される液体内の気体は、細管入口近傍にあるものだけである。広範囲にわたって液体内の気体を除去するには、その範囲の全てに細管を接続する必要がある。

逆止弁として機能する微量流体制御機構は例えば、非特許文献１の４９４頁〜４９５頁のFig.5に記載されている。非特許文献１に記載された「ディフューザ」型の逆止弁は平面的に構成できるが、弁を閉じる性能が落ちる。すなわち、完全に閉止することができない。また、膜を用いた方式は、立体構造（多層構造）とする必要があり、製作が困難である。更に、片持ち梁型の逆止弁はシリコンを積層させるバルクエッチングにより作製されるが、構造が複雑であり、製作は容易ではない。

特開２００１−１５７８５５号公報 米国特許第５９６５２３７号明細書 特開２０００−２７８１３号公報 J. Cooper et al., "Poly(dimethylsiloxane) as a Material for Fabricating Microfluidic Devices", ACCOUNTS of CHEMICAL RESEARCH, Vol.35, No.7, July 2002, pp.491-499

従って、本発明の目的は、容易に製作でき、空気抜き弁や逆止弁として機能する有用な微量流体制御機構及び該機構を有するマイクロチップを提供することである。

前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明の特徴は、微量流体制御機構において、所定の容積を有する圧力室と、該圧力室の内部に延びる第１のマイクロチャネルと、該圧力室の周縁部に連通する第２のマイクロチャネルとを有し、前記圧力室内の第１のマイクロチャネルの周囲が気体透過性の隔壁により仕切られていることである。

前記課題を解決するための手段として、請求項２に係る発明の特徴は、圧力室が円形であり、隔壁の形状が、延長された直線状、略ヨ字形、略＊字形又は部分的に壁厚が異なる形状であることである。

前記課題を解決するための手段として、請求項３に係る発明の特徴は、前記隔壁がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されていることである。

前記課題を解決するための手段として、請求項４に係る発明の特徴は、第１の基板と、この第１の基板の一方の面に貼り合わされる対面基板とからなるマイクロチップにおいて、前記第１の基板の貼り合わせ面側に前記微量流体制御機構が設けられており、前記第１の基板がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されていることである。

前記課題を解決するための手段として、請求項５に係る発明の特徴は、前記隔壁の下面が下部の対面基板に接着していないことである。

前記課題を解決するための手段として、請求項６に係る発明の特徴は、前記圧力室が矩形であり、該矩形圧力室の周囲が下部の対面基板に対して接着しておらず、かつ、前記隔壁の下面が下部の対面基板に接着していないことである。

前記課題を解決するための手段として、請求項７に係る発明の特徴は、対面基板がガラスであることである。

前記課題を解決するための手段として、請求項８に係る発明の特徴は、微量流体制御機構が空気抜き弁又は逆止弁として機能することである。

前記課題を解決するための手段として、請求項９に係る発明の特徴は、マイクロチップの製造方法において、(1)ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる第１の基板の一方の面に請求項１乃至３の何れかに記載の微量流体制御機構を形成するステップと、
(2)前記第１の基板の微量流体制御機構の所望の箇所にマスクを載置するステップと、
(3)前記マスクの上面から酸素プラズマ又は真空紫外光を照射して前記第１の基板の微量流体制御機構形成面側を表面改質することにより該マスク載置部分を非接着部として形成するステップと、
(4)前記マスクを除去するステップと、
(5)前記第１の基板の微量流体制御機構形成面側に対面基板を貼り合わせるステップとからなることである。

本発明の微量流体制御機構は次のような効果を有する。
(1)液体を移送させる主流路と同程度のスケールの構造であり、主流路とは異なる特殊な微細成形を必要としない。
(2)主流路と同じチャネル高さで形成でき、多層構造などにする必要性が無い。
(3)主流路とそれ以外の隔壁や圧力室は、同一の面性状でよく、部分的に疎液性にする必要性が無い。
(4)主流路に対して微細な部分が無く、塵埃や異物などの詰まりが発生し難い。
(5)空気抜き弁として優れている。すなわち、隔壁近傍の液体からは、どこからでも気泡を除くことができ、また、隔壁を延長することで、気泡を除く範囲を容易に拡張することができる。
(6)逆止弁としても機能する。特に平面的に構成できるので、製作が非常に容易である。

以下、図面を参照しながら本発明の微量流体制御機構の好ましい実施態様について具体的に説明する。

図１は本発明の微量流体制御機構の或る実施態様の概要平面図である。本発明の微量流体制御機構は空気抜き弁又は逆止弁として機能することができるので、“マイクロバルブ”と呼ぶことも出来る。本発明の微量流体制御機構１は第１のマイクロチャネル３と第２のマイクロチャネル５との間に隔壁７を有する。隔壁７の周囲は所定の容積を有する圧力室９が存在する。本発明で重要なことは、隔壁７が気体透過性を有することである。例えば、本発明の微量流体制御機構１をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる基板内に形成すると、隔壁７を通して気体を透過させることができる。圧力室９は正圧又は負圧を隔壁７に掛けたり、隔壁７を透過した気体を第２のマイクロチャネル５に逃がしたりするために存在する。

図２は、図１の微量流体制御機構１が空気抜き弁として機能することを説明する概念説明図である。図１の微量流体制御機構１において、第２のマイクロチャネル５を負圧に吸引すると、第１のマイクロチャネル３内の空気が隔壁７を透過して第２のマイクロチャネル５に流れる。従って、第１のマイクロチャネル３の他端（図示されていない）から液体１１を注入すると、液体１１は隔壁７に接する第１のマイクロチャネル３の終端に向かって流れる。そして、液体１１が第１のマイクロチャネル３の終端に達すると流れは停止する。

一般的に、高分子膜の気体透過性に関しては下記の近似式が成り立つ。
Ｑ＝Ｄ・ΔＰ・Ｓ／Ｌ
｛式中、Ｑは気体透過量（ｍ^３／ｓ）であり、Ｄは比例係数（ｍ^３・ｓ／ｋｇ）であり、ΔＰは膜前後の差圧（Ｐａ）であり、Ｓは膜の表面積であり、Ｌは膜厚（ｍ）である。｝
本発明に当てはめると、隔壁７を透過して流れる気体の流量、すなわち第１の流路３に引き込まれて流れる液体の流量は、隔壁前後の差圧ΔＰと隔壁の面積Ｓに比例し、隔壁の厚さＬに反比例する。本発明者らの実験では、ＰＤＭＳの場合、比例計数Ｄは約２〜３ｘ１０^−１５（ｍ^３・ｓ／ｋｇ）と計測された。これを本発明に当てはめると、隔壁７を透過して流れる気体の流量を増大させるには、(1)隔壁７前後の差圧を大きくする、(2)隔壁７の面積を大きくする、及び(3)隔壁７の厚さを薄くすればよい。

図３は、図１におけるIII-III線に沿った断面図である。微量流体制御機構１はＰＤＭＳ基板１３内に形成されており、ＰＤＭＳ基板１３は、対面基板１５に貼り合わされて、マイクロチップ1０を形成している。ＰＤＭＳ基板１３は前記のように気体透過性を有すると共に、適度な弾力性を有するので特に好ましい。対面基板１５はＰＤＭＳ基板１３に対して機械的な強度を有するものが好ましい。対面基板１５はガラス又はＰＤＭＳなどから構成することができるが、機械的な強度の点でガラスが好ましい。特に、ガラスはＰＤＭＳと接着剤無しで恒久接着（パーマネント・ボンディング）するので対面基板１５として最適である。前記のように、気体透過量を増大させるには、隔壁７の厚さを薄くすればよいのであるが、隔壁７の厚さをあまり薄くし過ぎると、ＰＤＭＳ基板１３のモールディング成形において型から離型する際に、隔壁７が破損する危険性が高まる。ＰＤＭＳ基板１３の離型の際の隔壁７の破損を避けるために、マイクロチャネルの高さをＨとすると、隔壁７の厚さＬは、Ｌ≧１／２Ｈの関係を満たすことが好ましい。例えば、マイクロチャネルの高さＨが３０μｍの場合、隔壁７の厚さＬは１５μｍ以上であることが好ましい。隔壁７の厚さの上限値は１００μｍ程度である。これ以上の厚さになると気体が隔壁７を透過することが困難になる。

図４（Ａ）は本発明の微量流体制御機構の別の実施態様の概要平面図である。図１の微量流体制御機構１では圧力室９が矩形であったが、図４（Ａ）に示された微量流体制御機構１Ａの圧力室９は円形である。第１のマイクロチャネル３の終端は円形圧力室９のほぼ中心付近に位置する。圧力室９が円形の場合、隔壁７への圧力印加が均等になるという利点の他、ＰＤＭＳ基板１３の離型がスムーズになるという利点もある。円形以外の形状、例えば、楕円形、台形、多角形などの様々な形状の圧力室９も使用できる。

図４（Ｂ）は本発明の微量流体制御機構の更に別の実施態様の概要平面図である。この微量流体制御機構１Ｂでは、気体透過量を増大させるために隔壁７を延長させ、その面積を大きくしている。隔壁７の延長部分１７は第１のマイクロチャネル３と並列に延長されている。この隔壁延長部分１７を通して透過される気体を第２のマイクロチャネル５に逃がすために、圧力室９も延長されている。液体内に含まれる気泡など余分な気体を取り除くには、液体が隔壁７に接する必要がある。図４（Ｂ）に示されるように、圧力室９を第１のマイクロチャネル３に沿って必要なだけ延長し、第１のマイクロチャネル３の隔壁７を拡張することにより、広範囲に余分な気体の除去が行える。

図４（Ｃ）は本発明の微量流体制御機構の更に別の実施態様の概要平面図である。この微量流体制御機構１Ｃでは、第１のマイクロチャネル３の終端流路を３本に分割し、それにより隔壁７をヨ字形に成形し、総延長距離を長くしている。前記のように、気体透過量は隔壁７の面積に比例するので、隔壁７の長さにも比例して気体透過量が増加する。図では、前記のような１本のチャネルに対し、ほぼ同じ長さのチャネルを３本有しているので、流量もほぼ３倍になる。言うまでもなく、終端流路を３本よりも多い本数に分割することもできる。

図４（Ｄ）は本発明の微量流体制御機構の更に別の実施態様の概要平面図である。この微量流体制御機構１Ｄでは、圧力室９内で、第１のマイクロチャネル３の終端流路を放射状に分割して多数配置して隔壁７の長さ（すなわち面積）を増加させている。この様に、隔壁７を長くして面積を増大させることにより気体透過量を増加させる場合、チャネル内に内容積の増加を回避するために、チャネルの幅を細く形成するなどの手段を講じることが好ましい。チャネルの幅を細くしないと、液体のデッドボリュームが増大し、不経済となる。

図４（Ｅ）は本発明の微量流体制御機構の更に別の実施態様の概要平面図である。この微量流体制御機構１Ｅでは、隔壁７の厚さを部分的に変化させている。前記のように、気体透過量は隔壁７の厚さに反比例する。従って、隔壁７の厚さを薄く形成する方が気体透過量を増加させることが出来る。一方、隔壁前後の差圧に耐えるためには、或る程度の厚みを要する。そこで、隔壁７を一様に薄くするのではなく、図４（Ｅ）に示すように、厚い部分と薄い部分を交互に設けることにより、気体の透過性が高く、かつ、大きな差圧に耐えられる構造とすることができる。

図３を参照する。ＰＤＭＳ基板１３はガラス基板１５に貼り合わされている。ＰＤＭＳ基板はガラス基板と、接着剤を使用しない恒久接着（パーマネント・ボンディング）を行うことが出来る。従って、隔壁７もガラス基板１５に対してパーマネント・ボンディングしていることとなる。このため、図２に示されるように、液体１１が第１のマイクロチャネル３の終端に達すると流れは停止するが、その後、第２のマイクロチャネル５を正圧に加圧しても、液体を押し戻すことはできない。それは、隔壁７が有する微細な気孔が液体分子により塞がれてしまうためと考えられる。従って、隔壁７がガラス基板１５に対してパーマネント・ボンディングしている場合、本発明の微量流体制御機構１は空気抜き弁としては１回しか使用できない。

恒久接着を行うには、その前処理としてＰＤＭＳ基板１３の接着面を表面改質する必要がある。表面改質の方法としては反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置やプラズマクリーナーと呼ばれる装置により、酸素プラズマ処理を行うのが一般的である。あるいは、近年利用されるようになった真空紫外光（エキシマＵＶ光等）を酸素を含む雰囲気中で照射する方法も提案されている。恒久接着のメカニズム自体は未だ完全に解明されていないが、酸素プラズマ処理等によりＰＤＭＳ表面のＳｉ原子にＯＨ基が形成され、それが接着に寄与していると考えられる。従って、この理論を逆読みすれば、酸素プラズマ処理等がされていないＰＤＭＳ基板面はガラス基板と恒久接着しないこととなる。

そこで、図５に示されるように、ＰＤＭＳ基板１３の非接着部の形状に合わせたマスク部材１９を用意する。例えば、酸素プラズマ処理又はエキシマＵＶ光照射処理を行う前に、ＰＤＭＳ基板１３内に形成された圧力室９内の隔壁７を非接着部とするため、この圧力室９の上部にマスク部材１９を載置する。そして、このマスク部材１９の上部から酸素プラズマ又はエキシマＵＶ光の照射を行う。照射されたＰＤＭＳ部分は表面改質されたことにより恒久接着可能になるのに対して、非照射部分は表面改質されないのでガラス基板と貼り合わせても恒久接着は不可能であり、図６に示されるように、圧力室９内の隔壁７の下面（図中のハッチング部分）は非接着部となる。

隔壁７が非接着部として形成されると、本発明の微量流体制御機構を空気抜き弁及び逆止弁の両方の目的に使用できるようになる。また、隔壁７が非接着部として形成されると、本発明の微量流体制御機構を何度でも空気抜き弁として使用することができる。例えば、図７（Ａ）に示されるように、第１のマイクロチャネル３の他端（閉じていない方）より液体１１を流す場合を想定する。第１のマイクロチャネル３の流路内をほぼ大気圧の状態にし、第２のマイクロチャネル５の他端（圧力室９とは反対方向）より圧力室９が負圧となるように気体（空気）を吸引する。すると、第１のマイクロチャネル３内の気体は、隔壁７とガラス基板１５との接触面や、又はＰＤＭＳ基板１３が有する気体透過性により隔壁７自体を透過して圧力室９に流れ、その結果、液体１１は第１にマイクロチャネル３の終端へと流れる。液体１１が第１のマイクロチャネル３の終端に到達すると、そこで流れは停止する。この時、圧力室９はマイクロチップ１０外部の圧力（大気圧）より負圧になっているので、ＰＤＭＳ基板１３が有する弾性により、隔壁７はガラス基板１５に押し付けられる。すなわち、隔壁７とガラス基板１５との間はシールされ、その接触面を通して液体１１が圧力室９に流れ込むことはない。隔壁７がガラス基板１５側に押し付けられる力は、負圧が強力になればなるほど大きくなり、自ら閉じる弁として機能する。

前記とは逆に、図７（Ｂ）に示されるように、第２のマイクロチャネル５を介して圧力室９に気体を供給し、圧力室９内を正圧にする。すると、圧力室９全体は厚み方向（すなわち、上方）へ向かって膨大する。その結果、隔壁７はガラス基板１５から離れる。その間隙を通して気体は第１のマイクロチャネル３に流れ込み、第１のマイクロチャネル３内の液体１１を押し戻すことができる。すなわち、隔壁７は吸引時に気体を透過する機能を果たすだけでなく、圧力室９内の圧力により隔壁７が上下することで、隔壁７の下を通過する気体や液体を流したり、止めたりすることができる弁として機能する。

本発明の微量流体制御機構は空気抜き弁として優れた特徴を有する。例えば、図８に示すように、第１のマイクロチャネル３内の液体１１が僅かに混入した気体２１により複数の液滴に分断されていたり、あるいは液体内に小さな気泡がある場合、それらの余分な気体を取り除くことができる。すなわち、液体１１が流れてくる時の先頭部分の気泡２１だけでなく、図８における矢線２３で示される範囲のように液体１１が隔壁７近傍に接していさえすれば、その液体１１内の気泡を取り除くことができる。その時、必ずしも気泡自体が隔壁７に接する必要はない。マイクロチャネルでは気泡が自然と隔壁７に吸い寄せられる。また、この空気抜き機能を別の観点で捕らえると、気泡２１で分離されている２個以上の液滴を、その間にある気泡２１を取り除くことにより、合一し混合させることができ、その結果、その場で化学反応などを起こさせ、所望の生成物などを得ることができる。その生成物は、図７（Ｂ）に示すように第１のマイクロチャネル３から押し戻すことによりマイクロチップ外に取り出すことができる。

図９は本発明の微量流体制御機構が逆止弁として動作することを説明する模式図である。第２のマイクロチャネル５側から液体１１をポンプ等で圧送すると、隔壁７による弁は開き、液体１１は第１のマイクロチャネル３内へ流れ込む。その逆に、液体１１を第２のマイクロチャネル５側からポンプ等で吸引すると、隔壁７による弁は閉じて液体１１は流れない。すなわち、逆止弁として動作させることができる。

図９に示されるような圧力室９は容積が比較的大きいので、圧送される液体が圧力室９内に残留し、デッドボリュームが大きくなり不経済となる。この欠点を解決するため、例えば、図１０に示されるように、圧力室９の周辺に非接着部２５（図中の半月状のハッチング部分）を設ける。この圧力室９は図１に示される微量流体制御機構１と同じものである。隔壁７の下面（図中の矩形状のハッチング部分）も非接着部として形成されている。この構造の利点は次の通りである。
(1)逆止弁としての使用時、圧力室９にも液体が流れるため、圧力室９の内容積を減らすことで不用なデッドボリュームを軽減できる。
(2)逆止弁としての使用時、順方向に液体を流すと、圧力室９の一部に液体が流れない場所ができ、残った気体が送液中の液体に時々混合されることがあるが、この気体混入を軽減することができる。
(3)空気抜き弁として使用する時など、圧力室９を負圧に保持すると、隔壁７をガラス基板１５に押し付けるだけでなく、隔壁７や第１のマイクロチャネル３が圧潰される方向に変形する。この変形により第１のマイクロチャネル３の容積が変化し、それが不用なポンピング現象を起こすことがあるが、圧力室９を小さくすることにより隔壁７や第１のマイクロチャネル３の変形が軽減され、ポンピング現象の発生を抑制することができる。

図１１は本発明の微量流体制御機構を有するマイクロチップの一例の概要構成図である。図１１に示されたマイクロチップ１０Ａは液体分注ポート２７に注入された液体より一定量の液体を分取する目的に使用できる。言うまでもなく、その他の目的にも使用できる。先ず、液体分注ポート２７にピペット（図示されていない）等により液体を注入して満たす。次に、開閉弁２９を開き、空圧ポート３１に接続したエアポンプ（図示されていない）により負圧に吸引する。すると、液体分注ポート２７内の液体は開閉弁２９を通り、第１のマイクロチャネル３の途中にある液溜まり３３を満たし、第１のマイクロバルブ３５まで達して流れを停止する。この時、第２のマイクロバルブ３７は逆止弁として働き、第２のマイクロバルブ３７の弁は閉じられた状態となっている。次に、開閉弁２９を閉じ、空圧ポート３１から今度は正圧の空気を送る。すると、第２のマイクロバルブ３７の弁は開き、液溜まり３３の液体は第２のマイクロバルブ３７を通過し、他の流路へと移動する。以上のように、途中のマイクロチャネルの容積を無視すれば、ほぼ液溜まり３３の容積に相当する液量を、液体分注ポート２７に入れられた液体から分取することができる。

以下、実施例により本発明の微量流体制御機構を具体的に例証する。
図１２に示す寸法を有する本発明の微量流体制御機構（マイクロバルブ）を製作した。図１２に示す微量流体制御機構（マイクロバルブ）は厚さ２ｍｍのＰＤＭＳ基板内に特開２００１ー１５７８５５号公報に記載された公知の方法に従って形成した。圧力室９の部分にマスクを施してから、酸素プラズマ放射処理を行いＰＤＭＳ基板を表面改質した。このＰＤＭＳ基板を厚さ１ｍｍのガラス板に貼り合わせた。図示されていないが、第２のマイクロチャネル５の他端には空圧ポート３１（図１１参照）が、また、第１のマイクロチャネル３の他端には液体分注ポート２７（図１１参照）が配設されている。空圧ポート３１にはエアポンプが接続されており、液体分注ポート２７にピペットから水を注入した。
負圧として−５０ＫＰａで第２のマイクロチャネル５から吸引し、第１のマイクロチャネル３に流れ込む水の流速を測定した。結果は、流量として約５ｘ１０^−１３ｍ^３／秒（０．０３μＬ／分）であった。
次に、一旦第１のマイクロチャネルに満たされた水を押し戻すべく、第２のマイクロチャネル５の圧力を徐々に上げたところ、約３ＫＰａで第１のマイクロチャネル３内の水が押し戻された。

本発明の微量流体制御機構はマイクロチップ内で空気抜き弁及び逆止弁として機能することができ、このような微量流体制御機構を有するマイクロチップは極微量分析の分野で広範多岐にわたって使用することができる。また、気体透過性と弾力性を有する素材であればＰＤＭＳの代わりに使用することができる。更に、ガラス以外の素材であって、第１の基板と部分的に恒久接着できる素材は対面基板として使用することができる。

本発明の微量流体制御機構の一例の概要平面図である。 図１の微量流体制御機構が空気抜き弁として機能することを説明する概念説明図である。 図１におけるIII-III線に沿った断面図である。 本発明の微量流体制御機構の別の例の概要平面図である。 本発明の微量流体制御機構の別の例の概要平面図である。 本発明の微量流体制御機構の別の例の概要平面図である。 本発明の微量流体制御機構の別の例の概要平面図である。 本発明の微量流体制御機構の別の例の概要平面図である。 非接着部を形成するための処理方法を説明する概念説明図である。 図５に示された方法により形成された非接着部の模式図である。 図６に示された非接着部の隔壁を有する微量流体制御機構が再使用可能な空気抜き弁として機能することを説明する概念説明図である。 図６に示された非接着部の隔壁を有する微量流体制御機構が再使用可能な空気抜き弁として機能することを説明する概念説明図である。 本発明の微量流体制御機構が空気抜き弁として優れた特徴を有することを説明する概念説明図である。 本発明の微量流体制御機構が逆止弁として機能することを説明する概念説明図である。 本発明の微量流体制御機構の更に別の例の概要平面図である。 本発明の微量流体制御機構を有するマイクロチップの一例の概要平面図である。 実施例１で作製された微量流体制御機構の寸法を示す概要平面図である。 従来のマイクロチップの一例の概要断面図である。

符号の説明

１ 微量流体制御機構
３ 第１のマイクロチャネル
５ 第２のマイクロチャネル
７ 隔壁
９ 圧力室
１０、１０Ａ マイクロチップ
１１ 液体
１３ ＰＤＭＳ基板
１５ ガラス基板
１７ 隔壁延長部
１９ マスク
２１ 気泡
２５ 非接着部
２７ 液体分注ポート
２９ 開閉弁
３１ 空圧ポート
３３ 液溜まり
３５ 第１のマイクロバルブ
３７ 第２のマイクロバルブ

Claims (9)

1. 所定の容積を有する圧力室と、該圧力室の内部に延びる第１のマイクロチャネルと、該圧力室の周縁部に連通する第２のマイクロチャネルとを有し、前記圧力室内の第１のマイクロチャネルの周囲が気体透過性の隔壁により仕切られていることを特徴とする微量流体制御機構。
2. 圧力室が円形であり、隔壁の形状が、延長された直線状、略ヨ字形、略＊字形又は部分的に壁厚が異なる形状であることを特徴とする請求項１に記載の微量流体制御機構。
3. 前記隔壁がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の微量流体制御機構。
4. 第１の基板と、この第１の基板の一方の面に貼り合わされる対面基板とからなるマイクロチップにおいて、前記第１の基板の貼り合わせ面側に請求項１乃至３の何れかに記載の微量流体制御機構が設けられており、前記第１の基板がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されていることを特徴とするマイクロチップ。
5. 前記隔壁の下面が下部の対面基板に接着していないことを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
6. 前記圧力室が矩形であり、該矩形圧力室の周囲が下部の対面基板に対して接着しておらず、かつ、前記隔壁の下面が下部の対面基板に接着していないことを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
7. 前記対面基板がガラスであることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載のマイクロチップ。
8. 前記微量流体制御機構が空気抜き弁又は逆止弁として機能することを特徴とする請求項４乃至７に記載のマイクロチップ。
9. (1)ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる第１の基板の一方の面に請求項１乃至３の何れかに記載の微量流体制御機構を形成するステップと、
   (2)前記第１の基板の微量流体制御機構の所望の箇所にマスクを載置するステップと、
   (3)前記マスクの上面から酸素プラズマ又は真空紫外光を照射して前記第１の基板の微量流体制御機構形成面側を表面改質することにより該マスク載置部分を非接着部として形成するステップと、
   (4)前記マスクを除去するステップと、
   (5)前記第１の基板の微量流体制御機構形成面側に対面基板を貼り合わせるステップとからなることを特徴とするマイクロチップの製造方法。

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