JP2005199231A - Liquid sending apparatus and driving method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a highly integrated system for sending a very small amount of a liquid, which has a simple structure, in which electric power is seldom consumed and the liquid can be sent smoothly even when a flow passage is made minute. <P>SOLUTION: The liquid sending apparatus 11 is provided with a substrate 2 being a first substrate having a flow passage surface 3, a glass substrate 1 being a second substrate on which a working electrode 4 is formed at the position opposed to the flow passage surface 3 and a reference electrode 7. A predetermined distance is kept between the flow passage surface 3 and the working electrode 4. A fluid is placed between the substrate 2 and the glass substrate 1. The placed fluid is moved in a flow passage space 15 between the flow passage surface 3 and the working electrode 4 by producing a potential difference between the reference electrode 7 and the working electrode 4 in a state in which the reference electrode 7 is brought into contact with at least a part of the working electrode 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、化学、生物学、医学、物質工学、電気化学工学、半導体工学、エレクトロニクス、微小化学分析、ナノテクノロジー等の研究分野で用いられる、微量な流体を制御して送液する装置及びその駆動方法に関する。   The present invention relates to an apparatus for controlling and feeding a small amount of fluid used in research fields such as chemistry, biology, medicine, material engineering, electrochemical engineering, semiconductor engineering, electronics, microchemical analysis, and nanotechnology, and the like The present invention relates to a driving method.

近年、チップ上で化学反応を進行させ分析を行う微小化学分析システム(μTAS)、あるいは、ガラス等の小さな基板に微細な溝やくぼみを刻んだチップに、化学反応、細胞培養、分離検出等のラボプロセス(実験室での工程)を集積化させたラボ・オン・チップ(実験室チップ、Lab on a Chip)の研究が、活発に行われている。これは、上述のように、従来の分析システムあるいは化学実験室を、手のひらに乗る程度まで微小化しようとするものである。   In recent years, chemical reactions, cell culture, separation detection, etc. have been performed on a microchemical analysis system (μTAS) that performs chemical reactions on a chip, or a chip that has a small groove or indentation on a small substrate such as glass. Research on a lab-on-a-chip (lab on a chip) that integrates a lab process (lab process) is being actively conducted. As described above, this intends to miniaturize a conventional analysis system or chemical laboratory to the extent that it can be put on a palm.

分析システム等を微小化することにより、(1)サンプル、試薬量の微量化、(2)応答の高速化、(3)ハイスル−プット化、などの効果が実現される。これら微小化された分析システム(以下、微小システムという)の用途はさまざまであるが、このような微小システム上では、微量な流体を制御して送液することが必要となる。特に、すべての要素が集積化された送液装置の実現が期待される。   By miniaturizing the analysis system and the like, effects such as (1) a small amount of sample and reagent, (2) faster response, and (3) high throughput can be realized. The applications of these miniaturized analysis systems (hereinafter referred to as microsystems) are various, but on such microsystems, it is necessary to control and send a small amount of fluid. In particular, it is expected to realize a liquid delivery device in which all elements are integrated.

微量な流体を制御して送液する装置として、機械的なマイクロポンプ、マイクロバルブの研究が既に1980年代より進められている。しかし、これらを集積化した高度な送液装置の構築はこれまでほとんど成功していない。これは、構造的に高度な集積化が難しいところに原因があるものと思われる。このため、微小な流路中に微小な流体(例えば溶液等)を導入し送液したい場合には、市販のマイクロシリンジポンプを利用している場合が多い。もちろん、基礎研究等、目的によってはこれで十分な場合もあるであろうが、マイクロシリンジポンプを用いると携帯性が損なわれてしまう。また、マイクロシリンジポンプは非常に高価である。   Mechanical micropumps and microvalves have already been studied since the 1980s as devices for controlling and feeding a small amount of fluid. However, the construction of an advanced liquid delivery device in which these are integrated has been hardly successful so far. This seems to be due to the fact that it is difficult to achieve a high degree of structural integration. For this reason, when it is desired to introduce a minute fluid (for example, a solution) into a minute flow path and send it, a commercially available micro syringe pump is often used. Of course, this may be sufficient depending on the purpose such as basic research, but if a microsyringe pump is used, portability is impaired. Also, the micro syringe pump is very expensive.

そこで、比較的複雑な微小流路中を送液する手段としては、電気浸透流を利用する送液機構がある。電気浸透流は、ガラス管等に接した溶液が高電圧下で示す移動現象であり、例えばDNAなどを測定対象としたキャピラリー電気泳動を用いた分析で、通常発生する。なお、キャピラリー電気泳動は、主に石英ガラス中に形成された微小流路末端に形成されたDNA等の粒子の入った溶液の液溜めに電極を挿入し、数百Vから数千Vの高電圧を印加して微小流路中の溶液を移動させる現象である。電気浸透流を利用した送液機構(以下、電気浸透流ポンプという)は構造的に極めて単純で、複雑な流路ネットワーク中での送液も容易である。   Therefore, as a means for feeding liquid in a relatively complicated microchannel, there is a liquid feeding mechanism that uses electroosmotic flow. The electroosmotic flow is a movement phenomenon that a solution in contact with a glass tube or the like exhibits under a high voltage, and is usually generated by analysis using capillary electrophoresis using DNA or the like as a measurement target. Capillary electrophoresis is performed by inserting an electrode into a solution reservoir containing DNA or other particles formed at the end of a microfluidic channel formed in quartz glass. This is a phenomenon in which a voltage is applied to move the solution in the microchannel. A liquid feeding mechanism using electroosmotic flow (hereinafter referred to as an electroosmotic pump) is structurally very simple and can be easily fed through a complicated flow channel network.

ところで、電気浸透流に関連して、例えば下記の特許文献1には、電気泳動を抑え、電気浸透流によりキャピラリーに資料を注入するキャピラリー電気泳動装置の資料注入装置が開示されている(特許文献1参照)。
特開平5−142198号公報(第1頁、第1図)
By the way, regarding the electroosmotic flow, for example, Patent Document 1 below discloses a material injection device of a capillary electrophoresis apparatus that suppresses electrophoresis and injects a material into a capillary by electroosmotic flow (Patent Document). 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-142198 (first page, FIG. 1)

しかしながら、従来型のマイクロポンプ、マイクロバルブにおいては、駆動電圧や消費電力が大きくなってしまう問題を有する。具体的には、例えば駆動電圧も少ないものでも数十Vで、それに伴い消費電力も問題になっていた。さらに、流路が微小化すればするほど、界面張力等の影響が大きくなり流路中を流れる流体の抵抗が増大する。このため、特にマイクロポンプ、マイクロバルブのような従来型の機械的ポンプを用いる場合には、送液が困難になるという問題があった。また、電気浸透流ポンプにおいても、同様に、高電圧が必要であるため問題となるとともに、消費電力も無視できないほど大きくなってしまう。   However, conventional micropumps and microvalves have a problem that drive voltage and power consumption increase. Specifically, for example, even if the drive voltage is low, it is several tens of volts, and accordingly, power consumption has become a problem. Furthermore, the smaller the channel is, the greater the influence of interfacial tension and the like, and the resistance of the fluid flowing in the channel increases. For this reason, there is a problem that liquid feeding becomes difficult particularly when a conventional mechanical pump such as a micropump or a microvalve is used. Similarly, the electroosmotic pump also has a problem because a high voltage is required, and the power consumption becomes too large to be ignored.

本発明は、上記問題を解決するものであり、簡単な構造を有し、ほとんど電力を消費せず、流路が微小化してもスムーズな送液を行うことができる微小送液システムの高度集積化を実現することを課題とするものである。   The present invention solves the above-mentioned problems, and has a highly integrated micro liquid feeding system that has a simple structure, consumes almost no power, and can perform smooth liquid feeding even if the flow path is miniaturized. It is an object to realize the system.

本発明は上記課題を解決するために、流路面を有する第1の基板と、前記流路面に対向する位置に作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention comprises a first substrate having a flow path surface, a second substrate having a working electrode formed at a position facing the flow path surface, and a reference electrode, A liquid delivery device disposed at a predetermined distance between a flow path surface and the working electrode, wherein a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate; and In the state where the fluid is in contact with the reference electrode and at least a part of the working electrode, a potential difference is generated between the reference electrode and the working electrode, so that the fluid flows between the flow path surface and the working electrode. The liquid feeding device is characterized in that it moves in the channel space between the two.

また本発明は、流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、前記流路面に対向する位置に作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置を提供する。   The present invention also includes a first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed, a second substrate on which a working electrode is formed at a position facing the channel surface, and a reference electrode. A liquid delivery device disposed at a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode, wherein a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate; and In the state where the fluid is in contact with the reference electrode and at least a part of the working electrode, a potential difference is generated between the reference electrode and the working electrode, so that the fluid flows between the flow path surface and the working electrode. Provided is a liquid feeding device that moves in a flow path space between electrodes.

また本発明は、流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、参照電極と、前記流路面に対向する位置に作用電極と、が形成された第2の基板と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置を提供する。   The present invention also includes a first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed, a reference electrode, and a second substrate on which a working electrode is formed at a position facing the channel surface. The liquid delivery device is disposed with a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode, and a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate, And in the state which made this fluid contact the said reference electrode and at least one part of the said working electrode, an electric potential difference is produced between the said reference electrode and the said working electrode, The said fluid and the said flow-path surface Provided is a liquid feeding device which moves in a flow path space between the working electrode.

また本発明は、流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、参照電極と、対極と、前記流路面に対向する位置に作用電極と、が形成された第2の基板と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記対極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置を提供する。   The present invention also provides a first substrate on which a flow path portion having a flow path surface is formed, a reference electrode, a counter electrode, and a second electrode on which a working electrode is formed at a position facing the flow path surface. , And is a liquid feeding device that is disposed with a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode, and fluid is passed between the first substrate and the second substrate. Placing the fluid in contact with the reference electrode, the counter electrode, and at least a part of the working electrode, thereby creating a potential difference between the reference electrode and the working electrode, Provided is a liquid feeding device, wherein a fluid moves in a flow path space between the flow path surface and the working electrode.

前記第1の基板には、前記流体を溜める液溜め部が形成されることが好ましい。   It is preferable that a liquid reservoir for storing the fluid is formed on the first substrate.

前記参照電極は、銀から成る電極基板と、該電極基板上に形成された塩化銀から成る膜層と、から形成されることが好ましい。   The reference electrode is preferably formed of an electrode substrate made of silver and a film layer made of silver chloride formed on the electrode substrate.

前記作用電極は、金、カーボン、又はビスマスから成ることが好ましい。   The working electrode is preferably made of gold, carbon, or bismuth.

前記作用電極は、複数の作用電極要素から構成され、該作用電極要素夫々の間には所定の間隙が設けられていることが好ましい。   The working electrode is preferably composed of a plurality of working electrode elements, and a predetermined gap is provided between the working electrode elements.

前記第2の基板上において、少なくとも前記流路面に対向する位置の周辺部は、疎水性の膜層が形成されていることが好ましい。   On the second substrate, it is preferable that a hydrophobic film layer is formed at least in a peripheral portion at a position facing the flow path surface.

前記第1の基板は、疎水性の樹脂材料から成ることが好ましい。   The first substrate is preferably made of a hydrophobic resin material.

前記流体中の陽イオンの吸着により界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内に前記作用電極の電位が設定されることが好ましい。   It is preferable that the potential of the working electrode is set within a range of potential that causes a change in interfacial tension due to adsorption of cations in the fluid.

前記第2の基板には、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動する流体を混合させるための混合電極が設けられることが好ましい。   The second substrate is preferably provided with a mixing electrode for mixing a fluid that moves in a flow path space between the flow path surface and the working electrode.

前記第2の基板には、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動する流体、又は前記混合電極で混合した流体を検出するセンサが設けられることが好ましい。   Preferably, the second substrate is provided with a sensor that detects a fluid that moves in a channel space between the channel surface and the working electrode or a fluid mixed by the mixed electrode.

また本発明は、流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、前記流路面に対向する位置に、作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置を準備し、流体を、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体を、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動させる送液装置の駆動方法であって、前記流体中の陽イオンの吸着により界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内に前記作用電極の電位を設定することを特徴とする送液装置の駆動方法を提供する。   The present invention also includes a first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed, a second substrate on which a working electrode is formed at a position facing the channel surface, and a reference electrode. Preparing a liquid feeding device arranged at a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode, and arranging a fluid between the first substrate and the second substrate; And in the state which made this fluid contact the said reference electrode and at least one part of the said working electrode, by making a potential difference between the said reference electrode and the said working electrode, the said fluid is made into the said flow-path surface A liquid-feeding device for moving a flow path space between the working electrode and the working electrode, wherein the potential of the working electrode is within a potential range in which a change in interfacial tension is caused by adsorption of cations in the fluid. The method for driving the liquid delivery device is provided.

また本発明は、流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、前記流路面に対向する位置に、1又は複数の作用電極要素から構成された作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置を準備し、流体を、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体を、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動させる送液装置の駆動方法であって、前記流体のメニスカスが存在している前記作用電極要素にのみ電圧を印加することを特徴とする送液装置の駆動方法を提供する。   Further, the present invention provides a first substrate in which a channel portion having a channel surface is formed, and a second substrate in which a working electrode composed of one or a plurality of working electrode elements is formed at a position facing the channel surface. And a reference electrode, and a liquid delivery device is provided that is disposed at a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode, and a fluid is supplied to the first substrate and the reference electrode. A potential difference is generated between the reference electrode and the working electrode in a state of being disposed between the second substrate and the fluid being in contact with the reference electrode and at least a part of the working electrode. The liquid feeding device driving method for moving the fluid in the flow path space between the flow path surface and the working electrode, and is applied only to the working electrode element in which the meniscus of the fluid exists. Provided is a method for driving a liquid delivery device characterized by applying a voltage. .

以上の構成から成る本発明に係る送液装置及び送液装置の駆動方法によると、簡単な構造を有し、ほとんど電力を消費せず、流路が微小化してもスムーズな送液を行うことができる微小送液システムの高度集積化を実現することができる。   According to the liquid feeding device and the liquid feeding device driving method according to the present invention having the above-described configuration, it has a simple structure, consumes little power, and performs smooth liquid feeding even if the flow path is miniaturized. Highly integrated micro liquid feeding system capable of

(原理)
本発明の課題を解決するための有効な手段の一つとしては、従来のマイクロポンプ、マイクロバルブで用いられていたような送液の構造や機能をできるかぎり単純化させることである。なお、前記した電気浸透流ポンプのように電気化学的原理を用いれば、これらの送液の構造・機能を単純化させるという問題の解決方法として有利である。
(principle)
One effective means for solving the problems of the present invention is to simplify as much as possible the structure and function of liquid feeding used in conventional micropumps and microvalves. In addition, if an electrochemical principle is used like the above-mentioned electroosmotic flow pump, it is advantageous as a solution method of the problem of simplifying the structure and function of these liquid feeding.

微小化した流路を流れる流体の抵抗の発生源の一つに、界面張力が考えられる。しかし、本発明者らは、逆にこの界面張力を送液の駆動力として利用すれば、非常に効率的な送液機構が実現できるものと考えた。ところで、電極と流体(特には電解液)界面との界面張力は、電極電位により制御することができる(この制御する方式を、エレクトロウエッティングという)。   Interfacial tension can be considered as one of the sources of resistance of the fluid flowing through the miniaturized flow path. However, the inventors of the present invention conceived that if this interfacial tension is used as a driving force for liquid feeding, a very efficient liquid feeding mechanism can be realized. By the way, the interfacial tension between the electrode and the fluid (particularly electrolyte) interface can be controlled by the electrode potential (this control method is called electrowetting).

さらに、上記エレクロトウェッティングに基づく送液の原理について説明する。図1は、送液の原理を示す模式的な図である。図1には、基板34上に、液滴31がのせられている状態の側断面図が示されている。液滴31は、例えば電解液である。基板34は、例えば金から成る金属基板34a上に、例えばポリマーから成る膜層34bが設けられて成る。   Further, the principle of liquid feeding based on the above electrowetting will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the principle of liquid feeding. FIG. 1 is a side sectional view showing a state in which the droplet 31 is placed on the substrate 34. The droplet 31 is, for example, an electrolytic solution. The substrate 34 is formed by providing a film layer 34b made of, for example, a polymer on a metal substrate 34a made of, for example, gold.

図1の場合、液滴31がのせられて接触している基板34は、作用電極(作用極、駆動用電極)と呼ばれ、液滴31が接触しているもう一方の電極は参照電極(参照極、基準電極)33と呼ばれる。基板34上に液滴31がのせられ、かつ、参照電極33に液滴31が接触した状態において、基板34、即ち作用電極に電圧を印加することにより、作用電極と参照電極33との間に電位差を生じさせる。図1(a)は、電圧を印加する前の状態であり、図1(b)は、電圧を印加している状態である。   In the case of FIG. 1, the substrate 34 on which the droplet 31 is placed and in contact is called a working electrode (working electrode, driving electrode), and the other electrode in contact with the droplet 31 is a reference electrode ( Reference electrode, reference electrode) 33. In a state where the droplet 31 is placed on the substrate 34 and the droplet 31 is in contact with the reference electrode 33, a voltage is applied to the substrate 34, that is, the working electrode, so that the working electrode and the reference electrode 33 are interposed. Create a potential difference. FIG. 1A shows a state before the voltage is applied, and FIG. 1B shows a state where the voltage is applied.

図1(a)(b)に示されるように、電圧を印加する前における液滴31の基板34に対する接触角θ(図1(a)参照)よりも、電圧を印加した状態における液滴31の基板34に対する接触角θ’(図1(b)参照)の方が小さくなる。つまり、電圧を印加すると、基板(作用電極)34上は濡れやすくなる。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the droplet 31 in a state in which a voltage is applied is more than the contact angle θ (see FIG. 1A) of the droplet 31 with respect to the substrate 34 before the voltage is applied. The contact angle θ ′ with respect to the substrate 34 (see FIG. 1B) becomes smaller. That is, when a voltage is applied, the substrate (working electrode) 34 is easily wetted.

これは、次のような原理によると考えられる。図1(b)に示されるように、矢印33aは気体と固体との間に生じる界面張力であり、矢印33bは気体と液体との間に生じる界面張力、矢印33cは固体と液体との間に生じる界面張力である。基板(作用電極)34の電位を変化させると、固体である基板34と、液体である液滴31との間の(基板34―液滴31界面の)界面張力(矢印33c)が低下する。言い換えれば、液滴31により基板34が濡れやすい状態となる。そして、気体と固体との間の界面張力(矢印33a)により、液滴34は基板34上を進み、送液されることになる。電圧の印加をやめて電位を元に戻すと送液は止まる。   This is considered to be due to the following principle. As shown in FIG. 1B, the arrow 33a is the interfacial tension generated between the gas and the solid, the arrow 33b is the interfacial tension generated between the gas and the liquid, and the arrow 33c is between the solid and the liquid. It is the interfacial tension that occurs. When the potential of the substrate (working electrode) 34 is changed, the interfacial tension (arrow 33c) between the solid substrate 34 and the liquid droplet 31 (at the interface between the substrate 34 and the droplet 31) decreases. In other words, the substrate 34 is easily wetted by the droplets 31. Then, due to the interfacial tension between the gas and the solid (arrow 33a), the droplet 34 travels on the substrate 34 and is fed. When the voltage application is stopped and the potential is returned to the original state, liquid feeding stops.

なお、基板34と液滴31との間の(基板34−液滴31界面の)界面張力(矢印33c)に影響を及ぼしているのは、液滴31中のイオンの基板34表面への吸着である。より負の電位に変化させると陽イオンの吸着が、より正の電位に変化させると陰イオンの吸着が支配的になる。   Note that the interfacial tension (arrow 33c) between the substrate 34 and the droplet 31 (at the interface between the substrate 34 and the droplet 31) affects the adsorption of ions in the droplet 31 to the surface of the substrate 34. It is. When it is changed to a more negative potential, adsorption of the cation becomes dominant, and when it is changed to a more positive potential, adsorption of the anion becomes dominant.

このエレクトロウェッティングの方式では原理的にほとんど電力を消費しない。本発明者らは、このエレクトロウエッティングの原理に基づき、スムーズに送液ができる新しい送液装置(機構)を発明した。   In principle, this electrowetting method consumes little power. Based on this electrowetting principle, the present inventors have invented a new liquid delivery device (mechanism) that can deliver liquid smoothly.

エレクトロウエッティングにより送液を行う本発明の送液装置では、以下のような工夫を行っている。
(1)送液のための駆動力を発生させる電極、即ち、作用電極(作用極、駆動用電極)を送液する流体の流路部に沿って細長く形成する。このように形成することで、送液装置(駆動回路)の構造を従来技術の駆動回路に比べて単純にすることができる。つまり、従来の駆動回路では、例えば四辺形状等に形成された各作用電極がいくつも順に並べられて構成されており、各作用電極の電位を順次切り替えることにより、液滴を移動させていた。このため、従来の駆動回路は複雑な構成となっていた。本発明の送液装置(駆動回路)の構造は、このような従来の複雑な駆動回路の構造と比べて大きく異なり、単純化できる利点を有する。
(2)従来は、微小(微量)な流体を送液する場合、通常、連続した流体ではなく、液滴を移動させている。そして、液滴を移動させるために、このような液滴の進行方向前方と後方の2つのメニスカス(管等の中に入れた液滴の表面が作る湾曲した面)を利用している。一方、本発明の送液装置では、液滴(送液すべき流体)の導入口付近に十分に液滴(送液すべき流体)を溜めることとし、液滴(送液すべき流体)後方のメニスカスの影響がでないようにし、液滴(送液すべき流体)前方のメニスカスのみを利用する。
(3)後述する本発明の各実施例に係る送液装置では、基板に凸状の流路部を形成し、この流路部の上面を流路面とする。そして、この流路面上に沿って送液すべき流体を移動させる構造にしている。
In the liquid feeding device of the present invention for feeding liquid by electrowetting, the following devices are devised.
(1) An electrode that generates a driving force for liquid feeding, that is, a working electrode (working electrode, driving electrode) is formed to be elongated along the flow path portion of the fluid to be fed. By forming in this way, the structure of the liquid delivery device (drive circuit) can be simplified as compared with the drive circuit of the prior art. That is, in the conventional driving circuit, each working electrode formed in, for example, a quadrilateral shape is arranged in order, and the droplet is moved by sequentially switching the potential of each working electrode. For this reason, the conventional drive circuit has a complicated configuration. The structure of the liquid delivery device (drive circuit) of the present invention is greatly different from the structure of such a conventional complicated drive circuit, and has the advantage that it can be simplified.
(2) Conventionally, when a minute (trace amount) fluid is sent, droplets are usually moved instead of a continuous fluid. In order to move the droplet, two meniscuses (curved surfaces formed by the surface of the droplet placed in a tube or the like) at the front and rear in the traveling direction of the droplet are used. On the other hand, in the liquid feeding device of the present invention, the liquid droplet (fluid to be fed) is sufficiently stored near the inlet of the liquid droplet (fluid to be fed), and behind the liquid droplet (fluid to be fed). Therefore, only the meniscus in front of the droplet (fluid to be fed) is used.
(3) In the liquid feeding device according to each embodiment of the present invention to be described later, a convex channel portion is formed on the substrate, and the upper surface of the channel portion is defined as a channel surface. And it is set as the structure which moves the fluid which should be sent along this flow-path surface.

本発明に係る送液装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the liquid delivery device according to the present invention will be described with reference to the drawings based on the embodiments.

図2は、本発明の実施例1に係る送液装置11の分解斜視図である。また、図3(a)(b)は、送液装置11を、図2のX―X’で切断した側断面図であり、図3(c)は、送液装置11を、図2のY−Y’で切断した場合において流路部13近傍を示す模式的な断面図である。図3においては、送液される流体14が送液装置11内に配置されている状態が示されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view of the liquid delivery device 11 according to the first embodiment of the present invention. 3 (a) and 3 (b) are side cross-sectional views of the liquid delivery device 11 cut along XX 'in FIG. 2, and FIG. 3 (c) shows the liquid delivery device 11 in FIG. It is typical sectional drawing which shows the flow-path part 13 vicinity when cut | disconnecting by YY '. FIG. 3 shows a state in which the fluid 14 to be fed is arranged in the liquid feeding device 11.

送液装置11は、電極が形成された第2の基板であるガラス基板1と、流路部13が形成された第1の基板である基板2とを具備する。ガラス基板1上の電極として、作用電極4、対極5、及び参照電極7の他、電気的接触端子であるコンタクトパッド6が形成されている。   The liquid delivery device 11 includes a glass substrate 1 that is a second substrate on which electrodes are formed, and a substrate 2 that is a first substrate on which flow paths 13 are formed. In addition to the working electrode 4, the counter electrode 5, and the reference electrode 7, a contact pad 6 that is an electrical contact terminal is formed as an electrode on the glass substrate 1.

基板2において、流路部13は凸状に形成されており、流路面3を有する。具体的には、凸状に形成された流路部13の上面が流路面3(3a、3b、3c)となっている。本実施例では、流路部13はY字形状に形成されており、従って、流路面3もY字形状に形成されている。つまり、流路面3は、1本の細長い流路面3aが途中から二股の細長い流路面3b、3cに分岐するY字形状に形成されている。   In the substrate 2, the channel portion 13 is formed in a convex shape and has a channel surface 3. Specifically, the upper surface of the channel portion 13 formed in a convex shape is the channel surface 3 (3a, 3b, 3c). In the present embodiment, the flow path portion 13 is formed in a Y shape, and therefore the flow path surface 3 is also formed in a Y shape. That is, the channel surface 3 is formed in a Y-shape in which one elongated channel surface 3a branches into a bifurcated elongated channel surface 3b, 3c from the middle.

従来から考えられている流路の概念では、基板に凹状の流路部を形成し、この凹状に形成された流路部の底面を流路面とする構成が通常用いられているが、本実施例では従来の概念とは全く異なり、逆に、基板2に凸状の流路部13を形成し、この凸状の流路部13上面が流路面3となる構成である。   In the conventional concept of the channel, a configuration in which a concave channel portion is formed on a substrate and the bottom surface of the channel portion formed in the concave shape is used as a channel surface is usually used. The example is completely different from the conventional concept, and conversely, a convex flow path portion 13 is formed on the substrate 2, and the upper surface of the convex flow path portion 13 becomes the flow path surface 3.

また、基板2には、凹状の液溜め部(リザーバー)10が形成されている。液溜め部10は、流路面3aを有する流路部13の端部3dに隣接して形成されている。液溜め部10は、流路面3に沿って送液すべき流体(溶液、液滴、サンプル)14を、溜めておくためのものである。液溜め部10は、流路部13の端部3dに隣接して形成されているので、液溜め部10に送液すべき流体14が溜められた状態では、流路部13の端部3dが液溜め部10に溜められた流体14と接触した状態となる。なお、液溜め部10には、流体14を導入するための導入口8(図2に図示せず、図3(a)(b)参照)が形成されている。   In addition, a concave liquid reservoir (reservoir) 10 is formed on the substrate 2. The liquid reservoir 10 is formed adjacent to the end 3d of the flow path 13 having the flow path surface 3a. The liquid reservoir 10 is for storing a fluid (solution, droplet, sample) 14 to be sent along the flow path surface 3. Since the liquid reservoir 10 is formed adjacent to the end portion 3d of the flow path portion 13, the end portion 3d of the flow path portion 13 is stored in a state where the fluid 14 to be fed is stored in the liquid reservoir portion 10. Is in contact with the fluid 14 stored in the liquid reservoir 10. The liquid reservoir 10 is formed with an inlet 8 (not shown in FIG. 2; see FIGS. 3A and 3B) for introducing the fluid 14.

基板2は、疎水性の樹脂材料から成り、シリコーンゴム、アクリル、PET(ポリエチレンテレフタレート)等の材料が考えられる。本実施例では、基板2は、PDMS(ポリジメチルシロキサン)で形成されている(基板2をPDMS基板ともいう)。このような樹脂材料で基板2を形成することにより、疎水性という性質に加えて、加工が簡単である利点を有する。   The substrate 2 is made of a hydrophobic resin material, and materials such as silicone rubber, acrylic, and PET (polyethylene terephthalate) are conceivable. In this embodiment, the substrate 2 is formed of PDMS (polydimethylsiloxane) (the substrate 2 is also referred to as a PDMS substrate). By forming the substrate 2 with such a resin material, in addition to the property of hydrophobicity, there is an advantage that the processing is simple.

流路部13や液溜め部10が形成された基板2の面2aが、矢印gで示されるようにひっくり返され、電極が形成されたガラス基板1の面1aと対向される。こうして送液装置11が組み立てられ完成される。   The surface 2a of the substrate 2 on which the flow path portion 13 and the liquid reservoir portion 10 are formed is turned over as indicated by an arrow g, and is opposed to the surface 1a of the glass substrate 1 on which the electrodes are formed. Thus, the liquid feeding device 11 is assembled and completed.

一方、ガラス基板1上には、作用電極4と対極5と参照電極7とが形成され、3電極方式(3電極系)が採用されている。3電極方式は、作用電極4と参照電極7との間に電位差を印加しつつ、作用電極4と対極5との間に流れる電流を測定する方式である。作用電極4は、電圧を印加する電極であり、送液のための駆動力を発生させる電極である。参照電極7は、電位の基準となる電極である。3電極方式を採用することにより参照電極7に電流が流れないようにして、電位の基準となる参照電極7の電位が電流等の影響を受けてずれないようにされるので、作用電極4と参照電極7との間に正確に電位差を印加することができる。   On the other hand, the working electrode 4, the counter electrode 5, and the reference electrode 7 are formed on the glass substrate 1, and a three-electrode system (three-electrode system) is adopted. The three-electrode method is a method of measuring a current flowing between the working electrode 4 and the counter electrode 5 while applying a potential difference between the working electrode 4 and the reference electrode 7. The working electrode 4 is an electrode for applying a voltage, and is an electrode for generating a driving force for liquid feeding. The reference electrode 7 is an electrode serving as a potential reference. By adopting the three-electrode method, the current does not flow through the reference electrode 7 so that the potential of the reference electrode 7 serving as a potential reference is not shifted due to the influence of the current or the like. A potential difference can be accurately applied to the reference electrode 7.

なお、本実施例では3電極方式を採用したが、対極5を有しない(対極5と参照電極7とが一体化した)、作用電極4及び参照電極7のみの2電極方式(2電極系)を採用しても良い。   In the present embodiment, the three-electrode system is adopted, but the counter electrode 5 is not provided (the counter electrode 5 and the reference electrode 7 are integrated), and the working electrode 4 and the reference electrode 7 only (two-electrode system). May be adopted.

作用電極4及び対極5は、例えば金で形成されている。なお、作用電極4及び対極5は、金の他、カーボン又はビスマスで形成しても良い。特に、作用電極4は金、カーボン、又はビスマスで形成されることが望ましい。作用電極4に電圧を印加したとき、水素等が発生せず、劣化しにくいからである。参照電極7は、銀から成る電極基板と、この電極基板上に形成された塩化銀から成る膜層と、(以下、銀/塩化銀、又は、Ag/AgClという)から形成される。このように、参照電極7は、銀/塩化銀で形成されることが望ましい。参照電極7を銀/塩化銀で形成することにより、電流を流しても参照電極7の電位があまり変化しないという利点がある。   The working electrode 4 and the counter electrode 5 are made of gold, for example. The working electrode 4 and the counter electrode 5 may be made of carbon or bismuth in addition to gold. In particular, the working electrode 4 is preferably formed of gold, carbon, or bismuth. This is because when a voltage is applied to the working electrode 4, hydrogen or the like is not generated and is not easily deteriorated. The reference electrode 7 is formed of an electrode substrate made of silver, a film layer made of silver chloride formed on the electrode substrate, and (hereinafter referred to as silver / silver chloride or Ag / AgCl). Thus, the reference electrode 7 is preferably formed of silver / silver chloride. By forming the reference electrode 7 with silver / silver chloride, there is an advantage that the potential of the reference electrode 7 does not change much even when a current is passed.

なお、参照電極7の形成方法については、銀の電極基板(チップ)を1M(モル/リットル)のKCl溶液中に浸漬し、適当な対極(例えば白金板)との間に一定電流を流せば良い。これにより、銀/塩化銀で形成される参照電極7が完成する。   The reference electrode 7 can be formed by immersing a silver electrode substrate (chip) in a 1 M (mol / liter) KCl solution and passing a constant current between it and an appropriate counter electrode (for example, a platinum plate). good. Thereby, the reference electrode 7 formed of silver / silver chloride is completed.

作用電極4は、ガラス基板1上において、基板2の流路面3と対向する位置に形成されている。つまり、ガラス基板1上において、基板2に形成されたY字形状の流路面3と対向する位置に、作用電極4が流路面3に沿って略Y字形状に形成されている。さらに具体的には、作用電極4は、複数の作用電極要素4a、4b、4cから構成されている。作用電極要素4a、4b、4c夫々の間には、所定の間隙9が設けられ、1本の細長い作用電極要素4aと夫々間隙9を介して二股に分かれて配置される2本の細長い作用電極要素4b、4cとにより、略Y字形状となるように形成されている。ガラス基板1上において、作用電極要素4a、4b、4c夫々の間に設けられた間隙9は、親水性にされている。   The working electrode 4 is formed on the glass substrate 1 at a position facing the flow path surface 3 of the substrate 2. That is, on the glass substrate 1, the working electrode 4 is formed in a substantially Y shape along the flow path surface 3 at a position facing the Y-shaped flow path surface 3 formed on the substrate 2. More specifically, the working electrode 4 is composed of a plurality of working electrode elements 4a, 4b, 4c. A predetermined gap 9 is provided between each of the working electrode elements 4a, 4b, and 4c, and two elongated working electrodes that are arranged in a bifurcated manner with one elongated working electrode element 4a and each gap 9 interposed therebetween. The elements 4b and 4c are formed in a substantially Y shape. On the glass substrate 1, the gap 9 provided between the working electrode elements 4a, 4b, 4c is made hydrophilic.

作用電極4が作用電極要素4a、4b、4cから構成されるのは、各作用電極要素4a、4b、4cに、個別に電位を印加する(設定する)ことにより、各作用電極要素4a、4b、4c上に沿った任意の方向へ流体を送液することができるようにするためである。   The working electrode 4 is composed of the working electrode elements 4a, 4b, 4c by applying (setting) a potential to each working electrode element 4a, 4b, 4c individually. This is because the fluid can be sent in any direction along 4c.

さらに、ガラス基板1において、少なくとも流路面3に対向する位置の周辺部は、疎水性の膜層が形成されている。本実施例では、ガラス基板1において、液溜め部10と対向する位置20を除き、作用電極4(4a、4b、4c)及び間隙9を取り囲む周辺部18(後述する図4(c)斜線部参照)には、疎水性の膜層が形成されている。ガラス基板1上において、作用電極4上に沿って移動する流体14が、作用電極14や間隙9以外の外部へ流出することを有効に防ぐためである。   Further, in the glass substrate 1, a hydrophobic film layer is formed at least in the peripheral portion at a position facing the flow path surface 3. In the present embodiment, in the glass substrate 1, except for the position 20 facing the liquid reservoir 10, the peripheral portion 18 surrounding the working electrode 4 (4 a, 4 b, 4 c) and the gap 9 (the hatched portion in FIG. 4C described later). Reference) is formed with a hydrophobic film layer. This is to effectively prevent the fluid 14 moving along the working electrode 4 on the glass substrate 1 from flowing outside the working electrode 14 and the gap 9.

参照電極7及び対極5は、図3(a)(b)に示されるように、基板2に形成された液溜め部10がガラス基板1と対向する、ガラス基板1上の位置に形成されている。したがって、参照電極7及び対極5は、流体(溶液、液滴、サンプル)14を導入する導入口8付近に位置することとなる。これにより、導入口8から導入された流体14が液溜め部10に溜められたときに、流体14が参照電極7と対極5とに接触される状態になる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the reference electrode 7 and the counter electrode 5 are formed at positions on the glass substrate 1 where the liquid reservoir portion 10 formed on the substrate 2 faces the glass substrate 1. Yes. Therefore, the reference electrode 7 and the counter electrode 5 are located in the vicinity of the introduction port 8 through which the fluid (solution, droplet, sample) 14 is introduced. As a result, when the fluid 14 introduced from the introduction port 8 is stored in the liquid reservoir 10, the fluid 14 comes into contact with the reference electrode 7 and the counter electrode 5.

上述のように本実施例では、作用電極4が略Y字状に形成されて、参照電極7や対極5よりも大きく形成される変則的な構成とされている。この点、作用電極、参照電極、及び対極を同じ大きさに形成する従来からの通常の3電極方式の構成とは異なる。   As described above, in this embodiment, the working electrode 4 is formed in a substantially Y shape, and has an irregular configuration in which the working electrode 4 is formed larger than the reference electrode 7 and the counter electrode 5. In this respect, the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode are different from a conventional three-electrode system configuration in which the same size is formed.

なお、本実施例では、作用電極4は、複数の作用電極要素4a、4b、4cから構成され、略Y字形状に形成されているが、略Y字形状に限られず、複数の作用電極要素によりさまざまな形状に形成することができる。   In this embodiment, the working electrode 4 is composed of a plurality of working electrode elements 4a, 4b, and 4c and is formed in a substantially Y shape. However, the working electrode 4 is not limited to a substantially Y shape, and a plurality of working electrode elements. Can be formed into various shapes.

また、本実施例では、参照電極7及び対極5は、夫々2本づつ形成されている(図2参照)が、夫々の1本は予備用である。また、本実施例では参照電極7や対極5をガラス基板1上に形成しているが、液溜め部10に溜められた送液されるべき流体14が接触できれば、参照電極7や対極5は、必ずしもガラス基板1上に形成されなくてもよく、例えば、基板2、又は、ガラス基板1及び基板2以外の外部に形成することも考えられる。   In this embodiment, two reference electrodes 7 and two counter electrodes 5 are formed (see FIG. 2), but one of each is a spare. Further, in this embodiment, the reference electrode 7 and the counter electrode 5 are formed on the glass substrate 1. However, if the fluid 14 to be fed stored in the liquid reservoir 10 can contact the reference electrode 7 and the counter electrode 5, However, it may not necessarily be formed on the glass substrate 1. For example, it may be formed on the substrate 2 or outside the glass substrate 1 and the substrate 2.

本発明の本実施例に係る送液装置11では、上述のような構成の作用電極4等が形成された基板2と、流路部13等が形成された基板2とが、夫々別々に作製される。そして、既に述べたように、作用電極4等が形成されたガラス基板1の面1aと、流路部13等が形成された基板2の面2aとを対向させて、組み立てられ完成される。このとき、送液装置11では、図3に示されるように、流路面3と作用電極4との間が所定の間隔hを保って配置される。   In the liquid delivery device 11 according to the present embodiment of the present invention, the substrate 2 on which the working electrode 4 and the like having the above-described configuration are formed and the substrate 2 on which the flow path portion 13 and the like are formed are separately manufactured. Is done. As described above, the surface 1a of the glass substrate 1 on which the working electrode 4 and the like are formed and the surface 2a of the substrate 2 on which the flow path portion 13 and the like are opposed are assembled and completed. At this time, in the liquid delivery apparatus 11, as shown in FIG. 3, the flow path surface 3 and the working electrode 4 are arranged with a predetermined interval h.

流路面3と作用電極4との間を所定の間隔hだけ保つようにするため、図3(c)で示されるように、基板2とガラス基板1との間に例えばスペーサー16が挿入されて送液装置11が組み立てられる。スペーサー16は、例えばシリコーンゴム等の樹脂材料から成る。スペーサー16により、所定の間隔hを調節することができる。本実施例では、所定の間隔hは、例えば0.05mmである。   In order to maintain a predetermined distance h between the flow path surface 3 and the working electrode 4, for example, a spacer 16 is inserted between the substrate 2 and the glass substrate 1 as shown in FIG. The liquid feeding device 11 is assembled. The spacer 16 is made of a resin material such as silicone rubber. The predetermined interval h can be adjusted by the spacer 16. In the present embodiment, the predetermined interval h is, for example, 0.05 mm.

このようにして、流路面3と作用電極4との間には、所定の間隔hを有する流路空間15が形成される。そして、液溜め部10に溜められた流体14が、流路面3及び作用電極4上に沿って、この流路空間15を流路として移動し送液されることとなる。そして、流路面3と作用電極4との間の所定の間隔hが、流体14が移動し送液される流路の高さ(流路高、流路間隔)となる。   In this way, a flow path space 15 having a predetermined interval h is formed between the flow path surface 3 and the working electrode 4. Then, the fluid 14 stored in the liquid reservoir 10 moves along the flow path surface 3 and the working electrode 4 using the flow path space 15 as a flow path and is fed. The predetermined distance h between the flow path surface 3 and the working electrode 4 is the height of the flow path (flow path height, flow path interval) through which the fluid 14 moves and is sent.

なお、本実施例では、所定の間隔hを保つためにスペーサー16を挿入することとしているが、スペーサー16を挿入する代わりに、流路面3とガラス基板1上の作用電極4との間が所定の間隔hを保たれるような形状となるように、基板2を加工することにしてもよい。   In this embodiment, the spacer 16 is inserted in order to maintain a predetermined distance h. Instead of inserting the spacer 16, a predetermined distance is provided between the flow path surface 3 and the working electrode 4 on the glass substrate 1. The substrate 2 may be processed so as to have a shape that maintains the distance h.

(作用)
次に、本実施例に係る送液装置11の作用(駆動方法)について説明する。送液装置11において、基板2に設けられた導入口8から送液させるべき流体14を導入する。本実施例では、流体14として例えばKCl溶液が使用される。導入された流体14は、基板2とガラス基板1との間、具体的には、基板2に形成された液溜め部10とガラス基板1との間に配置される。このとき、液溜め部10に留められている流体14は、ガラス基板1上の対極5、参照電極7、及び作用電極4の少なくとも一部、例えば作用電極4の端部4dに接触された状態であり、かつ、基板2上の流路面3の端部3dに接触された状態である(図3(a)参照)。
(Function)
Next, the operation (driving method) of the liquid delivery device 11 according to the present embodiment will be described. In the liquid feeding device 11, a fluid 14 to be fed is introduced from an introduction port 8 provided in the substrate 2. In this embodiment, for example, a KCl solution is used as the fluid 14. The introduced fluid 14 is disposed between the substrate 2 and the glass substrate 1, specifically, between the liquid reservoir 10 formed on the substrate 2 and the glass substrate 1. At this time, the fluid 14 retained in the liquid reservoir 10 is in contact with at least a part of the counter electrode 5, the reference electrode 7, and the working electrode 4 on the glass substrate 1, for example, the end 4 d of the working electrode 4. And is in contact with the end 3d of the flow path surface 3 on the substrate 2 (see FIG. 3A).

この状態で、作用電極4に電圧を印加することにより、参照電極7と作用電極4との間に電位差を生じさせる。作用電極4の電位は、流体14中のイオンの吸着、より望ましくは、陽イオンの吸着により界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内に設定される。界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲は、送液装置11の所定の間隔h、ガラス基板1や基板2の材料及び疎水性の度合い、流路面3及び作用電極4の表面状態等により異なる。   In this state, a potential difference is generated between the reference electrode 7 and the working electrode 4 by applying a voltage to the working electrode 4. The potential of the working electrode 4 is set within a range of potentials at which changes in the interfacial tension are caused by adsorption of ions in the fluid 14, more preferably by adsorption of cations. The range of the potential that causes the change in the interfacial tension varies depending on the predetermined interval h of the liquid delivery device 11, the material of the glass substrate 1 and the substrate 2, the degree of hydrophobicity, the surface state of the flow path surface 3 and the working electrode 4.

作用電極4の電位を、界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内の例えば負の適切な値に変化させる。すると、流体14は流路面3及び作用電極4(より詳しくは作用電極4a)上に沿って流路空間15中を移動する(進む)。このようにして流体14が送液される(図3(b)参照)。   The potential of the working electrode 4 is changed to, for example, an appropriate negative value within the range of potential at which the change in interfacial tension is caused. Then, the fluid 14 moves (advances) in the flow path space 15 along the flow path surface 3 and the working electrode 4 (more specifically, the working electrode 4a). In this way, the fluid 14 is fed (see FIG. 3B).

図3(c)の送液装置11の断面図には、流路面3と作用電極4とで挟まれる流路空間15中に流体14が送液されている状態が示されている。送液されている流体14が占めている流路空間15の奥(紙面手前から見て奥)には、液溜め部10に溜められている流体14が見えている。   The cross-sectional view of the liquid delivery device 11 in FIG. 3C shows a state in which the fluid 14 is fed into the flow path space 15 sandwiched between the flow path surface 3 and the working electrode 4. The fluid 14 stored in the liquid reservoir 10 is visible in the back of the flow path space 15 occupied by the fluid 14 being fed (back as viewed from the front of the paper).

作用電極4に電圧を印加するのをやめると、即ち、作用電極4の電位を元に戻すと送液は止まる。   When the application of voltage to the working electrode 4 is stopped, that is, when the potential of the working electrode 4 is restored, the liquid feeding stops.

上記のように流体14が送液されるのは、既に述べたように、作用電極4に電圧を印加すると、作用電極4と流体14との間(作用電極4−流体14界面)の界面張力が低下し、流体14は作用電極4上で濡れやすくなることによる。   As described above, the fluid 14 is fed as described above when the voltage is applied to the working electrode 4 and the interfacial tension between the working electrode 4 and the fluid 14 (working electrode 4-fluid 14 interface). This is because the fluid 14 is easily wetted on the working electrode 4.

流体14と作用電極4を始めとする電極との間(流体14−電極界面)の界面張力に影響を及ぼしているのは、イオンの電極表面への吸着である。作用電極4をより負の電位に変化させる場合は、電極表面への陽イオンの吸着が、作用電極4をより正の電位に変化させる場合は、電極表面への陰イオンの吸着が支配的になる。   It is the adsorption of ions on the electrode surface that affects the interfacial tension between the fluid 14 and the electrode including the working electrode 4 (fluid 14-electrode interface). When the working electrode 4 is changed to a more negative potential, adsorption of cations on the electrode surface is dominant, and when the working electrode 4 is changed to a more positive potential, adsorption of anions on the electrode surface is dominant. Become.

前者の場合、即ち、作用電極4をより負の電位に変化させて電極表面に陽イオンが吸着する場合には、イオンの種類により作用電極4と流体14界面での界面張力に大きな影響はでない。参照電極7等を含む電極に影響はでない(イオンの種類により依存しない)。   In the former case, that is, when the working electrode 4 is changed to a more negative potential and the cation is adsorbed on the electrode surface, the interface tension at the interface between the working electrode 4 and the fluid 14 is not greatly affected by the type of ions. . The electrodes including the reference electrode 7 and the like are not affected (does not depend on the type of ions).

一方、後者の場合、即ち、作用電極4をより正の電位に変化させて電極表面に陰イオンが吸着する場合には、イオンの種類により作用電極4と流体14界面での界面張力に大きな影響が出る。したがって、再現性良く送液を行うためには、作用電極4に負の電圧(電位)を印加するのが好ましい。   On the other hand, in the latter case, that is, when the working electrode 4 is changed to a more positive potential and an anion is adsorbed on the electrode surface, the interfacial tension at the interface between the working electrode 4 and the fluid 14 is greatly affected by the type of ions. coming out. Therefore, it is preferable to apply a negative voltage (potential) to the working electrode 4 in order to perform liquid feeding with high reproducibility.

本発明の実施例に係る送液装置11を用いてさらなる作用(駆動方法)について説明する。送液装置11において、流路面3と参照電極4とに挟まれた流路空間15を作用電極4上に沿って送液させる流体14を、以下のように駆動制御する。図5は、送液装置11において、流体14が送液される様子を示す作用電極4の一部が拡大された図である。   A further operation (driving method) will be described using the liquid delivery device 11 according to the embodiment of the present invention. In the liquid feeding device 11, the fluid 14 that feeds the flow path space 15 sandwiched between the flow path surface 3 and the reference electrode 4 along the working electrode 4 is driven and controlled as follows. FIG. 5 is an enlarged view of a part of the working electrode 4 showing how the fluid 14 is fed in the liquid feeding device 11.

作用電極4は、作用電極要素4a、4b、4cから構成されている。本発明の駆動方法では、流体14のメニスカス14aが存在している作用電極要素4a、4b、4cにのみ電圧(電位)を印加する。具体的には、既に上述したように、作用電極4、さらに具体的には作用電極要素4aに電位を印加すると、液溜め部10(図2、図3参照)から作用電極要素4a上に沿って流体14が移動する(図5(a)参照)。移動した流体14が進んだ位置までが図5に点線で示されている。そして、点線で示される流体14の先端部には流体14のメニスカス14aが存在している。   The working electrode 4 is composed of working electrode elements 4a, 4b and 4c. In the driving method of the present invention, a voltage (potential) is applied only to the working electrode elements 4a, 4b, and 4c where the meniscus 14a of the fluid 14 is present. Specifically, as already described above, when a potential is applied to the working electrode 4, more specifically, the working electrode element 4a, the liquid reservoir 10 (see FIGS. 2 and 3) extends along the working electrode element 4a. Thus, the fluid 14 moves (see FIG. 5A). The position up to which the fluid 14 has moved is shown by a dotted line in FIG. And the meniscus 14a of the fluid 14 exists in the front-end | tip part of the fluid 14 shown with a dotted line.

その後、作用電極要素4aの末端部4a’近傍で、流体14の移動は止まる。このとき、間隙9は親水性であるため、流体14は間隙9にしみ出し、間隙9を介して二股に分かれて配置された作用電極要素4b、4cの端部4b’、4c’に流体14のメニスカス14aが接触した状態となって止まる(流体14のメニスカス14aが端部4b’、4c’にかかった状態となる)(図5(b)参照)。   Thereafter, the movement of the fluid 14 stops in the vicinity of the end portion 4a 'of the working electrode element 4a. At this time, since the gap 9 is hydrophilic, the fluid 14 oozes out into the gap 9, and the fluid 14 flows into the end portions 4 b ′ and 4 c ′ of the working electrode elements 4 b and 4 c that are arranged in a bifurcated manner through the gap 9. The meniscus 14a of the fluid 14 comes into contact and stops (the meniscus 14a of the fluid 14 is applied to the end portions 4b ′ and 4c ′) (see FIG. 5B).

次に、作用電極要素4bには電圧(電位)を印加せず、作用電極要素4cだけに例えば−0.9Vの電圧(電位)を印加する。すると、流体14のメニスカス14aは作用電極要素4cの方向に移動し、流体14が作用電極要素4c上に沿って進む(図5(c)参照))。   Next, no voltage (potential) is applied to the working electrode element 4b, and a voltage (potential) of −0.9 V, for example, is applied only to the working electrode element 4c. Then, the meniscus 14a of the fluid 14 moves in the direction of the working electrode element 4c, and the fluid 14 travels along the working electrode element 4c (see FIG. 5C)).

同様にして、作用電極要素4bにも電圧(電位)を印加すれば、作用電極要素4bの方向にも流体14のメニスカス14aを移動させることができ、流体14を作用電極要素4c上に沿って進ませることができる。つまり、各作用電極4a、4b、4cに、個別に電位を設定することで、各作用電極要素4a、4b、4cに沿った任意の方向へ流体14を送液することが可能である。上記のようにして、流体14のメニスカス14aが存在している作用電極要素4a、4b、4cにのみ電圧(電位)を印加することにより、流体14の送液方向についても駆動制御を行うことができる。   Similarly, if a voltage (potential) is also applied to the working electrode element 4b, the meniscus 14a of the fluid 14 can be moved in the direction of the working electrode element 4b, and the fluid 14 is moved along the working electrode element 4c. Can advance. That is, it is possible to send the fluid 14 in any direction along each working electrode element 4a, 4b, 4c by individually setting the potential to each working electrode 4a, 4b, 4c. As described above, by applying a voltage (potential) only to the working electrode elements 4a, 4b, and 4c where the meniscus 14a of the fluid 14 is present, drive control can be performed also in the liquid feeding direction of the fluid 14. it can.

ガラス基板1上に形成された作用電極4と、基板2に凸状に形成された流路部13の流路面3との間の流路空間15を、流路面3及び作用電極4上に沿って流体14が移動する。このような送液装置11の構成により、以下の効果が生じる。   A flow path space 15 between the working electrode 4 formed on the glass substrate 1 and the flow path surface 3 of the flow path portion 13 formed in a convex shape on the substrate 2 is provided along the flow path surface 3 and the working electrode 4. As a result, the fluid 14 moves. Such a configuration of the liquid delivery device 11 has the following effects.

流路空間15は、上下方向を流路面3と作用電極4とで挟まれるのみで、側方は開放されている、つまり、側方は空気層になっている。このような流路空間15を流体14が移動する場合、流体14は、表面張力により流体14自身の表面で側方の壁(境界)を形成し、上下方向の流路面3と作用電極4とに沿って、流路空間15を移動する。したがって、このような構成の送液装置11では、送液に伴う流体14の側方における抵抗(送液抵抗)が生じない、即ち、側方における送液抵抗を無くすことができる。   The flow path space 15 is only sandwiched between the flow path surface 3 and the working electrode 4 in the vertical direction, and the side is open, that is, the side is an air layer. When the fluid 14 moves in such a channel space 15, the fluid 14 forms a side wall (boundary) on the surface of the fluid 14 itself by surface tension, and the channel surface 3 and the working electrode 4 in the vertical direction Along the flow path space 15. Therefore, in the liquid feeding device 11 having such a configuration, resistance (liquid feeding resistance) on the side of the fluid 14 accompanying liquid feeding does not occur, that is, the liquid feeding resistance on the side can be eliminated.

流路空間15の上下方向のみ、つまり、流路面3と作用電極4とのみで流体4の送液制御(駆動制御)を行うことができる。   Liquid supply control (drive control) of the fluid 4 can be performed only in the vertical direction of the flow path space 15, that is, only by the flow path surface 3 and the working electrode 4.

送液中の流路空間15に配置された流体14は、ガラス基板1の周辺部18(図4(c)参照)が疎水性の被膜で形成されている作用電極4及び間隙9と、凸状の流路部13が有する流路面3とで挟まれる状態となる。このため、流体14は、作用電極4上、言い換えれば、流路面3と作用電極4(及び間隙9)と流路空間15とで形成される流路に閉じこめられたような状態を保つことができ、流路以外の側方に広がらない。   The fluid 14 disposed in the flow path space 15 during liquid feeding includes a working electrode 4 and a gap 9 in which a peripheral portion 18 (see FIG. 4C) of the glass substrate 1 is formed of a hydrophobic film, It will be in the state pinched | interposed with the flow-path surface 3 which the flow-shaped flow-path part 13 has. For this reason, the fluid 14 can be kept in a state of being confined in the flow path formed by the flow path surface 3, the working electrode 4 (and the gap 9), and the flow path space 15 on the working electrode 4. It does not spread to the side other than the flow path.

次に、本発明の実施例に係る送液装置11の製造方法について説明する。以下では、1チップ分の送液装置11の製造方法について説明するが、実際には1枚の基板上に多数の送液装置11が一括して製造されることを理解されたい。   Next, the manufacturing method of the liquid delivery apparatus 11 which concerns on the Example of this invention is demonstrated. Hereinafter, a manufacturing method of the liquid feeding device 11 for one chip will be described. However, it should be understood that a large number of the liquid feeding devices 11 are actually manufactured on a single substrate.

まず、本実施例のガラス基板1に作用電極4等の電極が形成される。図4は、ガラス基板1の形成工程を示す模式的な図である。初めに、ガラス基板を、例えばNHOHとHと純水との混合液中で洗浄し、加熱した純水中でリンス(すすぎ)した後、取り出し乾燥させる。洗浄したガラス基板をスパッタ装置に装着し、クロム層、金層の順に金属薄膜層を形成する。 First, an electrode such as the working electrode 4 is formed on the glass substrate 1 of the present embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a process of forming the glass substrate 1. First, the glass substrate is washed in, for example, a mixed solution of NH 4 OH, H 2 O 2 and pure water, rinsed (rinsed) in heated pure water, and then taken out and dried. The cleaned glass substrate is mounted on a sputtering apparatus, and a metal thin film layer is formed in the order of a chromium layer and a gold layer.

金属薄膜層を形成したガラス基板に例えばポジ型フォトレジストをスピンコーティング(塗布)する。その後、プリベークを行う(フォトレジストを硬化させるために焼く)。   For example, a positive photoresist is spin-coated (coated) on the glass substrate on which the metal thin film layer is formed. Thereafter, pre-baking is performed (baking to cure the photoresist).

フォトレジストが硬化したガラス基板にフォトマスクを通し、マスクアライナーで紫外線を照射することにより露光する。その後、現像により紫外線が照射された箇所のフォトレジストが除去されることにより、フォトレジストで被覆されたレジストパターンが形成される。レジストパターンが形成されたガラス基板は、ポストベークされる(焼く)。   A photomask is passed through a glass substrate on which the photoresist is cured, and exposure is performed by irradiating ultraviolet rays with a mask aligner. Thereafter, the photoresist at the portion irradiated with ultraviolet rays is removed by development, whereby a resist pattern coated with the photoresist is formed. The glass substrate on which the resist pattern is formed is post-baked (baked).

ガラス基板のクロム層及び金層のドライエッチングをスパッタ装置で行い、フォトレジストで被覆されていない箇所のこれらの金属層(クロム層、金層)を除去する。これにより、土台となる電極(金属電極)のパターン(金パターン)がガラス基板上に形成される(図4(a)参照)。   Dry etching of the chromium layer and the gold layer of the glass substrate is performed with a sputtering apparatus, and these metal layers (chromium layer, gold layer) in portions not covered with the photoresist are removed. Thereby, the pattern (gold pattern) of the electrode (metal electrode) used as a base is formed on a glass substrate (refer Fig.4 (a)).

電極のパターンが形成されたガラス基板をアセトン中に浸漬し、フォトレジストを剥離させる。フォトレジストが剥離されたガラス基板に、ポジ型フォトレジストをスピンコーティングし、その後、プリベークを行う。   The glass substrate on which the electrode pattern is formed is immersed in acetone, and the photoresist is peeled off. A positive photoresist is spin-coated on the glass substrate from which the photoresist has been peeled off, and then prebaked.

フォトレジストが硬化したガラス基板にフォトマスクを通し、同様に、マスクアライナーで露光する。露光されたガラス基板をトルエン中に浸漬後、直ちに取り出して窒素ガスで乾燥させる。その後、ポストベークを行う。ポストベークされたガラス基板を専用現像液中で現像する。   A photomask is passed through a glass substrate on which the photoresist has been cured, and similarly, exposure is performed with a mask aligner. The exposed glass substrate is immersed in toluene and immediately taken out and dried with nitrogen gas. Thereafter, post-baking is performed. The post-baked glass substrate is developed in a dedicated developer.

その後、スパッタ装置により、ガラス基板上に銀層を形成する(堆積させる)。銀層を形成したガラス基板について、アセトン中でフォトレジスト層を剥離し、清浄なアセトン中で洗浄した。これにより、ガラス基板上の参照電極7を形成する箇所のみに銀パターンが形成される(図4(b)参照)。   Thereafter, a silver layer is formed (deposited) on the glass substrate by a sputtering apparatus. About the glass substrate in which the silver layer was formed, the photoresist layer was peeled in acetone and it wash | cleaned in clean acetone. Thereby, a silver pattern is formed only in the location which forms the reference electrode 7 on a glass substrate (refer FIG.4 (b)).

金パターンと銀パターンとを形成したガラス基板上に、ネガ型フォトレジストをスピンコーティングした後、プリベークを行う。   A negative photoresist is spin-coated on a glass substrate on which a gold pattern and a silver pattern are formed, and then prebaked.

ネガ型フォトレジストが塗布されたガラス基板にフォトマスクを通し、紫外線を照射することにより、流路面3に対向する位置の周辺部、例えば、液溜め部10に対向する位置20以外で、かつ、作用電極4(4a、4b、4c)及び間隙9の周辺部が紫外線で露光される。紫外線が照射された箇所のフォトレジストが残る。   By passing a photomask through a glass substrate coated with a negative photoresist and irradiating with ultraviolet rays, the peripheral portion of the position facing the flow path surface 3, for example, other than the position 20 facing the liquid reservoir 10, and The periphery of the working electrode 4 (4a, 4b, 4c) and the gap 9 is exposed to ultraviolet rays. Photoresist remains where the ultraviolet rays are irradiated.

その後、ガラス基板について専用の現像液、リンス液を用いて現像・リンスを行った結果、液溜め部10に対向する位置20以外で、かつ、作用電極4(4a、4b、4c)及び間隙9の周辺部に、疎水性の被膜であるネガ型フォトレジスト層18が形成される(図4(c)参照)。   After that, as a result of developing and rinsing the glass substrate using a dedicated developer and a rinsing solution, the working electrode 4 (4a, 4b, 4c) and the gap 9 are located at positions other than the position 20 facing the liquid reservoir 10. A negative photoresist layer 18 that is a hydrophobic film is formed on the periphery of the substrate (see FIG. 4C).

ネガ型フォトレジスト層18が形成されたガラス基板について、ポジ型フォトレジストを保護膜としてガラス基板全面にスピンコートし、ベーキングする。その後、ダイシングソーにてこのガラス基板を1チップずつに切断する。その後、エタノールで洗浄し、チップ上の汚れを十分洗い落とし、自然乾燥させる。こうして本実施例のガラス基板1が完成される。   The glass substrate on which the negative photoresist layer 18 is formed is spin-coated on the entire surface of the glass substrate using a positive photoresist as a protective film and baked. Thereafter, the glass substrate is cut into chips by a dicing saw. Thereafter, it is washed with ethanol, and the dirt on the chip is thoroughly washed out and dried naturally. Thus, the glass substrate 1 of this example is completed.

次に、本実施例の基板2に流路部13や流路面3等が形成される工程について説明する。基板に厚膜フォトレジストをスピンコーティング(塗布)した後、プリベークを行う。形成された基板のフォトレジスト上に、フォトマスクを通して紫外線を照射する。これにより、流路面3が形成される部分に紫外線が照射される。   Next, a process for forming the flow path portion 13 and the flow path surface 3 on the substrate 2 of the present embodiment will be described. A thick film photoresist is spin-coated (coated) on the substrate and then pre-baked. Ultraviolet rays are irradiated through a photomask on the photoresist of the formed substrate. Thereby, an ultraviolet-ray is irradiated to the part in which the flow-path surface 3 is formed.

露光された厚膜フォトレジストを専用の現像液、リンス液で現像し、リンスを行う。こうして、流路面3が形成される部分のレジストが取り除かれることにより型が作製される。   The exposed thick film photoresist is developed with a dedicated developer and a rinse solution, and rinsed. In this way, the resist is removed from the portion where the flow path surface 3 is formed, whereby a mold is manufactured.

作製された型の上に、PDMS前駆体溶液を流し込む。PDMSが硬化したら、型からこのPDMSを分離する。これにより、流路部13及び流路面3が形成された基板(PDMS基板、PDMS構造体)2が完成される。   The PDMS precursor solution is poured onto the mold that has been made. When the PDMS is cured, the PDMS is separated from the mold. Thereby, the board | substrate (PDMS board | substrate, PDMS structure) 2 in which the flow-path part 13 and the flow-path surface 3 were formed is completed.

次に、完成したガラス基板1の電極が形成されている面1aと、基板2の流路面3が形成された面2aとが、対向する(向かい合わせになる)ように組み立てる。この際、作用電極4と流路面3とが所定の間隔hとなるように、スペーサ16を置いて調節する。以上のようにして、送液装置11が組み立てられ完成される。   Next, the surface 1a on which the electrode of the completed glass substrate 1 is formed and the surface 2a on which the flow path surface 3 of the substrate 2 is formed are assembled so as to face each other (facing each other). At this time, the spacer 16 is placed and adjusted so that the working electrode 4 and the flow path surface 3 have a predetermined distance h. As described above, the liquid feeding device 11 is assembled and completed.

図6は、本発明の実施例1に係る送液装置11を用いて流体14を送液する場合の、送液速度の電位依存性を示すグラフである。横軸に銀/塩化銀(Ag/AgCl)から成る参照電極7に対する電位(グラフ中に、E(V)vs.Ag/AgClと記載)を、縦軸に送液の速度、より正確には、1秒あたりの流体14の移動距離(μm)を示す。なお、流体14として、1モル/リットル(1M)のKCl溶液を用いている。図6に示されるように、−0.7V以下の電位で、流体14の移動について識別可能な変化が認められた。   FIG. 6 is a graph showing the potential dependence of the liquid feeding speed when the fluid 14 is fed using the liquid feeding apparatus 11 according to the first embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the potential (referred to as E (V) vs. Ag / AgCl in the graph) with respect to the reference electrode 7 made of silver / silver chloride (Ag / AgCl), and the vertical axis represents the speed of liquid feeding. The moving distance (μm) of the fluid 14 per second is shown. As the fluid 14, a 1 mol / liter (1M) KCl solution is used. As shown in FIG. 6, an identifiable change in the movement of the fluid 14 was observed at a potential of −0.7 V or less.

図7には、流体14の送液速度の、流路の高さに対する依存性を示す。横軸に流路の高さ(流路高、流路間隔、所定の間隔h)(μm)を、縦軸に流体14の送液速度(μm/秒)を示す。本発明の実施例1に係る送液装置11の流路、つまり、基板2の流路面3とガラス基板1の作用電極4とで挟まれた所定の間隔hを、狭めるほど送液速度が大きくなることがわかる。言い換えれば、この送液装置11では、微小化が進めば進むほど有利になる。   FIG. 7 shows the dependency of the liquid feeding speed of the fluid 14 on the height of the flow path. The horizontal axis indicates the height of the flow path (flow path height, flow path interval, predetermined interval h) (μm), and the vertical axis indicates the liquid 14 feeding speed (μm / second). The liquid feeding speed increases as the predetermined distance h between the flow path of the liquid feeding apparatus 11 according to the first embodiment of the present invention, that is, the flow path surface 3 of the substrate 2 and the working electrode 4 of the glass substrate 1 is narrowed. I understand that In other words, the liquid delivery device 11 becomes more advantageous as the miniaturization proceeds.

また、図8には、流体14の送液の時間経過と電流及び消費電力の依存性を示す。横軸に流体14の送液の時間(秒、s)、紙面右側の縦軸に電流値(μA)、紙面左側の縦軸に消費電力(μW)を示す。図8のグラフ中、電流値はC1、C2の線で、消費電力値はP1、P2の線で示されている。図8に示されるように、本発明の実施例1に係る送液装置11では、作用電極要素4a、4b、4cから構成される作用電極4と流体14との接触面積が、流体14の移動とともに増加するため、電流値は1つの作用電極要素(4a、4b、又は4c)上を移動している間、次第に増加する。そして、1つの作用電極要素から次の作用電極要素に流体14のメニスカス14aが移動して、電圧が印加される作用電極要素を切り替えた状態が、C1の線(P1の線)からC2の線(P2の線)へと変化した状態に対応している。   In addition, FIG. 8 shows the time passage of the fluid 14 and the dependence of current and power consumption. The horizontal axis indicates the time (seconds, s) for feeding the fluid 14, the vertical axis on the right side of the paper indicates the current value (μA), and the vertical axis on the left side of the paper indicates the power consumption (μW). In the graph of FIG. 8, current values are indicated by lines C1 and C2, and power consumption values are indicated by lines P1 and P2. As shown in FIG. 8, in the liquid delivery device 11 according to the first embodiment of the present invention, the contact area between the working electrode 4 composed of the working electrode elements 4a, 4b, and 4c and the fluid 14 is the movement of the fluid 14. As it increases with time, the current value gradually increases while moving on one working electrode element (4a, 4b or 4c). The state in which the meniscus 14a of the fluid 14 is moved from one working electrode element to the next working electrode element and the working electrode element to which the voltage is applied is switched from the C1 line (P1 line) to the C2 line. This corresponds to the state changed to (P2 line).

流体14の駆動力を発生させているのは流体14のメニスカス14a部分であるため、流路となる作用電極4が複数本(個)の作用電極要素4a、4b、4cから構成されている場合には、複数の作用電極要素4a、4b、4cのうち、流体14のメニスカス14aが存在している作用電極要素のみに電位(電圧)を印加しておけば良い。   Since the driving force of the fluid 14 is generated in the meniscus 14a portion of the fluid 14, the working electrode 4 serving as a flow path is composed of a plurality (pieces) of working electrode elements 4a, 4b, and 4c. For example, a potential (voltage) may be applied only to the working electrode element in which the meniscus 14a of the fluid 14 is present among the plurality of working electrode elements 4a, 4b, and 4c.

また、図8に示されるように、発生する電流値は数十μA程度であり、また、消費電力値も数十μW程度である。これらの電流値や消費電力値は、従来のマイクロポンプ等を用いる場合に比べて非常に小さい。電流値の発生源は酸素の還元等に伴うファラデー(Faraday)電流であり、流路の高さ(流路高、流路間隔、所定の間隔h)を調節して駆動電位を下げることにより、低消費電力化を実現することができる。   Further, as shown in FIG. 8, the generated current value is about several tens of μA, and the power consumption value is about several tens of μW. These current values and power consumption values are very small compared to the case of using a conventional micropump or the like. The source of the current value is a Faraday current associated with the reduction of oxygen, etc., and by adjusting the height of the flow path (flow path height, flow path interval, predetermined interval h) to lower the drive potential, Low power consumption can be realized.

本発明の実施例2に係る送液装置61は、実施例1の送液装置11の構成と類似し、実施例1の送液装置11と同一の構成要素については図示及び説明を省略する。図9(a)は、本発明の実施例2に係る送液装置61の流路近傍(具体的には、作用電極の一部)を示す模式的な部分拡大図である。   The liquid feeding device 61 according to the second embodiment of the present invention is similar to the configuration of the liquid feeding device 11 according to the first embodiment, and illustration and description of the same components as those of the liquid feeding device 11 according to the first embodiment are omitted. FIG. 9A is a schematic partially enlarged view showing the vicinity of the flow path (specifically, part of the working electrode) of the liquid delivery device 61 according to the second embodiment of the present invention.

実施例2に係る送液装置61が実施例1の送液装置11と異なる特徴の一つは、流路を構成する作用電極50、51と流路面(図9に図示せず)との間の流路空間を移動する流体を、混合させるための混合電極52が設けられていることである。   One of the features of the liquid feeding device 61 according to the second embodiment which is different from the liquid feeding device 11 of the first embodiment is that between the working electrodes 50 and 51 constituting the flow path and the flow path surface (not shown in FIG. 9). The mixing electrode 52 for mixing the fluid moving through the flow path space is provided.

送液装置61では、ガラス基板1(図2、図3参照)上に、複数の作用電極要素から構成される作用電極50、51が夫々形成されている。各作用電極50、51には夫々、流体を溜め置く液溜め部10が隣接している他、参照電極7や対極5(いずれも図2参照)が、実施例1と同様に形成されている。本実施例の送液装置61において、各作用電極50、51上に沿って、流路面と作用電極50、51とで挟まれる流路空間15(流路)に流体を送液するしくみや駆動方法は、実施例1の送液装置11と同様である。   In the liquid feeding device 61, working electrodes 50 and 51 each including a plurality of working electrode elements are formed on the glass substrate 1 (see FIGS. 2 and 3). Each working electrode 50, 51 is adjacent to a liquid reservoir 10 for storing fluid, and a reference electrode 7 and a counter electrode 5 (both see FIG. 2) are formed in the same manner as in the first embodiment. . In the liquid feeding device 61 of the present embodiment, the mechanism and drive for feeding fluid along the respective working electrodes 50 and 51 to the flow passage space 15 (flow passage) sandwiched between the flow passage surface and the working electrodes 50 and 51. The method is the same as that of the liquid delivery device 11 of the first embodiment.

図9(a)には、作用電極50を構成する複数の作用電極要素のうちの1つの作用電極要素50aと、作用電極51を構成する複数の作用電極要素のうちの1つの作用電極要素51aとが図示されている。夫々平行に伸びる作用電極要素50aと作用電極要素51aとの間には、各作用電極要素50a、51aに沿って細長く平行に伸びる長方形状の混合電極52が形成されている。   In FIG. 9A, one working electrode element 50a among the plurality of working electrode elements constituting the working electrode 50 and one working electrode element 51a among the plurality of working electrode elements constituting the working electrode 51 are shown. Are shown. Between the working electrode element 50a and the working electrode element 51a that extend in parallel, a rectangular mixed electrode 52 that is elongated in parallel along the respective working electrode elements 50a and 51a is formed.

混合電極52は、作用電極50、51と同様に、電圧を印加して流体を送液させる駆動電極としての役割を有し、例えば作用電極50、51と同様の材料から成る。このような混合電極52は、実施例1の図4に示したガラス基板1に用いるフォトマスクのパターンを変更するだけで、実施例1で説明したのと同様にして、容易に形成することができる。   Similar to the working electrodes 50 and 51, the mixed electrode 52 has a role as a driving electrode that applies a voltage and sends a fluid, and is made of the same material as the working electrodes 50 and 51, for example. Such a mixed electrode 52 can be easily formed in the same manner as described in the first embodiment only by changing the pattern of the photomask used for the glass substrate 1 shown in FIG. 4 of the first embodiment. it can.

送液装置61では、複数の流体を夫々の作用電極50、51上に沿って送液し、各流体を混合電極52上に送液することにより、混合電極52上でこれらの各流体を混合させる。より具体的には、作用電極50上を送液された流体は、矢印50gで示される方向から作用電極要素50a上に送液される。また、作用電極51上を送液された他の種類の流体が、矢印51gで示される方向から作用電極要素51a上に送液される。   In the liquid feeding device 61, a plurality of fluids are fed along the respective working electrodes 50, 51, and each fluid is fed onto the mixing electrode 52, thereby mixing these fluids on the mixing electrode 52. Let More specifically, the fluid fed on the working electrode 50 is fed onto the working electrode element 50a from the direction indicated by the arrow 50g. In addition, another type of fluid fed on the working electrode 51 is fed onto the working electrode element 51a from the direction indicated by the arrow 51g.

混合電極52と各作用電極要素50a、51aとの間には、夫々所定の間隙59が設けられている。所定の間隙59は、流路の高さh(流路を移動する流体の厚み)の例えば10%程度である。このような所定の間隙59を設けることにより、各作用電極要素50a、51a上を送液されている流体が、作用電極要素50a、51aの周辺部50a’、51a’から染み出し、混合電極52の両周辺部52aにかかり、有効に流体の混合を行うことが可能である。なお、所定の間隙59は親水性にされている。   A predetermined gap 59 is provided between the mixing electrode 52 and each working electrode element 50a, 51a. The predetermined gap 59 is, for example, about 10% of the height h of the flow path (the thickness of the fluid moving through the flow path). By providing such a predetermined gap 59, the fluid fed on the working electrode elements 50a and 51a oozes out from the peripheral portions 50a ′ and 51a ′ of the working electrode elements 50a and 51a, and the mixed electrode 52 It is possible to effectively mix the fluid over both the peripheral portions 52a. The predetermined gap 59 is made hydrophilic.

混合電極52上に流体を送液して混合させるために、各作用電極50、51用に、夫々の液溜め部10近傍に設けられた、夫々の参照電極7と対極5とを用いることができる。参照電極7と対極5とは、各作用電極50、51上に沿って流体を送液するために用いられているが、混合電極52上で流体を混合させる際に、混合電極52用に切り替えて用いられる。または、混合電極52の近傍に、別途、混合電極52用の参照電極と対極とを形成することにしてもよい。または、作用電極要素50a、51aを、混合電極52上で流体を送液する際の対極として使用することもできる。   In order to feed and mix the fluid on the mixing electrode 52, the respective reference electrodes 7 and the counter electrode 5 provided in the vicinity of the respective liquid reservoirs 10 are used for the working electrodes 50 and 51, respectively. it can. The reference electrode 7 and the counter electrode 5 are used to send a fluid along the working electrodes 50 and 51, but are switched to the mixed electrode 52 when the fluid is mixed on the mixed electrode 52. Used. Alternatively, a reference electrode and a counter electrode for the mixed electrode 52 may be separately formed in the vicinity of the mixed electrode 52. Alternatively, the working electrode elements 50 a and 51 a can be used as a counter electrode when a fluid is fed on the mixed electrode 52.

(作用)
次に、実施例2の作用について説明する。図10は、実施例2に係る送液装置61において、流体が混合する様子を示す、混合電極52付近の模式的な部分拡大図である。まず、送液装置61が駆動制御されて、作用電極要素50a、51a上を夫々、2種類の異なる流体53、54が、混合電極52付近まで送液される(図10(a))。
(Function)
Next, the operation of the second embodiment will be described. FIG. 10 is a schematic partial enlarged view of the vicinity of the mixing electrode 52 showing how the fluid is mixed in the liquid delivery device 61 according to the second embodiment. First, the liquid feeding device 61 is driven and controlled, and two different types of fluids 53 and 54 are fed to the vicinity of the mixed electrode 52 on the working electrode elements 50a and 51a, respectively (FIG. 10A).

送液されてきた流体53、54は、作用電極要素50a、51aの周辺部50a’、51a’からわずかに染み出し、混合電極52の両周辺部52aにかかる(図10(b))。   The fed fluids 53 and 54 are slightly exuded from the peripheral portions 50a 'and 51a' of the working electrode elements 50a and 51a, and are applied to both peripheral portions 52a of the mixed electrode 52 (FIG. 10B).

この状態で、混合電極52に電位(電圧)を印加すると、作用電極要素50a、51aから染み出した流体53、54は、混合電極52上を濡れ広がり、混ざり合う。図10(c)には、混ざり合った流体(液体)55が示されている。流体53、54の混合に要する時間は、流路の幅、つまり、本実施例の場合、作用電極要素50a、51a間の幅wにより変わる。例えば作用電極要素50a、51a間の幅wが0.5mm程度で、その幅wに作用電極要素50a、51a及び混合電極52の3つの電極が形成されている場合には、流体53、54の混合に要する時間は数秒程度である。   When a potential (voltage) is applied to the mixed electrode 52 in this state, the fluids 53 and 54 that have exuded from the working electrode elements 50a and 51a spread and mix on the mixed electrode 52. FIG. 10C shows a mixed fluid (liquid) 55. The time required for mixing the fluids 53 and 54 varies depending on the width of the flow path, that is, the width w between the working electrode elements 50a and 51a in this embodiment. For example, when the width w between the working electrode elements 50a and 51a is about 0.5 mm and the three electrodes of the working electrode elements 50a and 51a and the mixed electrode 52 are formed in the width w, the fluid 53 and 54 The time required for mixing is about several seconds.

(変形例)
図9(b)は、実施例2の送液装置61の変形例に係る送液装置71の流路近傍を示す模式的な部分拡大図である。図9(b)には、送液装置71において、作用電極70を構成する複数の作用電極要素のうちの1つの作用電極要素70aと、作用電極71を構成する複数の作用電極要素のうちの1つの作用電極要素71aとが図示されている。実施例2と同様に、平行に形成された細長い作用電極要素70a、71aの間に、所定の間隙79を介して混合電極72が形成されている。
(Modification)
FIG. 9B is a schematic partial enlarged view showing the vicinity of the flow path of the liquid feeding device 71 according to a modification of the liquid feeding device 61 of the second embodiment. In FIG. 9B, in the liquid feeding device 71, one working electrode element 70a among the plurality of working electrode elements constituting the working electrode 70 and the plurality of working electrode elements constituting the working electrode 71 are shown. One working electrode element 71a is shown. As in the second embodiment, a mixing electrode 72 is formed between the elongated working electrode elements 70a and 71a formed in parallel with a predetermined gap 79 interposed therebetween.

図9に示す変形例では、混合電極72側に位置する各作用電極要素70a、71aの周辺部70a’71a’には、規則的に並ぶ複数の凹状部70bが形成されている。そして、混合電極72の両周辺部72aには、作用電極要素70a、71aの周辺部70a’71a’に形成された凹状部70bに対応して、規則的に並ぶ複数の凸状部72bが形成されている。要するに、作用電極要素70a、71aの凹状部70bと、混合電極72の凸状部72bとが、所定の間隙79を介して櫛型に入り組んだ形状になっている。   In the modification shown in FIG. 9, a plurality of concave portions 70b arranged regularly are formed in the peripheral portions 70a'71a 'of the working electrode elements 70a, 71a located on the mixed electrode 72 side. A plurality of convex portions 72b regularly arranged corresponding to the concave portions 70b formed in the peripheral portions 70a'71a 'of the working electrode elements 70a and 71a are formed on both peripheral portions 72a of the mixed electrode 72. Has been. In short, the concave portions 70b of the working electrode elements 70a and 71a and the convex portions 72b of the mixed electrode 72 are formed in a comb shape with a predetermined gap 79 therebetween.

このような形状の作用電極要素70a、71aと混合電極72とを有する送液装置71を用いることにより、一層スムーズに流体の混合を行うことができる。   By using the liquid feeding device 71 having the working electrode elements 70a and 71a having such a shape and the mixing electrode 72, fluid can be mixed more smoothly.

本発明の実施例3に係る送液装置91は、実施例1の送液装置11の構成と類似し、実施例1の送液装置11と同一の構成要素については図示及び説明を省略する。図11は、本発明の実施例3に係る送液装置91の流路近傍(具体的には、作用電極の一部)を示す模式的な部分拡大図である。   The liquid feeding device 91 according to the third embodiment of the present invention is similar to the configuration of the liquid feeding device 11 according to the first embodiment, and illustration and description of the same components as those of the liquid feeding device 11 according to the first embodiment are omitted. FIG. 11 is a schematic partial enlarged view showing the vicinity of the flow path (specifically, part of the working electrode) of the liquid delivery device 91 according to the third embodiment of the present invention.

送液装置91では、ガラス基板1(図2、図3参照)上に、複数の作用電極要素から構成される作用電極が形成されている。作用電極には流体を溜め置く液溜め部10が隣接している他、参照電極7や対極5(いずれも図2参照)が、実施例1と同様に形成されている。本実施例の送液装置91において、作用電極上に沿って、流路面3と作用電極とで挟まれる流路空間15に流体を送液するしくみや駆動方法は、実施例1の送液装置11と同様である。   In the liquid delivery device 91, a working electrode composed of a plurality of working electrode elements is formed on the glass substrate 1 (see FIGS. 2 and 3). The working electrode is adjacent to a liquid reservoir 10 for storing a fluid, and a reference electrode 7 and a counter electrode 5 (both see FIG. 2) are formed in the same manner as in the first embodiment. In the liquid feeding device 91 of the present embodiment, the mechanism and the driving method for feeding fluid to the flow path space 15 sandwiched between the flow path surface 3 and the working electrode along the working electrode are the liquid feeding device of the first embodiment. 11 is the same.

図11には、作用電極を構成する複数の作用電極要素のうちの1つの作用電極要素80aが図示されている。   FIG. 11 shows one working electrode element 80a among a plurality of working electrode elements constituting the working electrode.

実施例3に係る送液装置91が実施例1の送液装置11と異なる特徴の一つは、流路を構成する作用電極要素80aと流路面(図11に図示せず)との間の流路空間を移動する流体を検出するセンサ84が、作用電極要素80a近傍に設けられていることである。具体的には、本実施例では、センサ84は、検出用作用電極81と検出用参照電極82とを具備し、検出用作用電極81と検出用参照電極82とは、作用電極要素80aに形成された凹状部80b、80cに夫々配置されている(図11(c)(d)参照)。   One of the features of the liquid feeding device 91 according to the third embodiment that is different from the liquid feeding device 11 of the first embodiment is that between the working electrode element 80a constituting the flow path and the flow path surface (not shown in FIG. 11). The sensor 84 for detecting the fluid moving in the flow path space is provided in the vicinity of the working electrode element 80a. Specifically, in this embodiment, the sensor 84 includes a detection working electrode 81 and a detection reference electrode 82, and the detection working electrode 81 and the detection reference electrode 82 are formed on the working electrode element 80a. The concave portions 80b and 80c are disposed respectively (see FIGS. 11C and 11D).

センサ84は、送液された単一の流体や、送液された複数種類の流体が混合されて生じる生成物を、分析するため等に用いられる。本実施例では、作用電極要素80a近傍にセンサ84を設けることにより、送液された単一の流体を分析(検出)することができる。   The sensor 84 is used to analyze a single fluid that has been fed or a product that is generated by mixing a plurality of fluids that have been fed. In the present embodiment, by providing the sensor 84 in the vicinity of the working electrode element 80a, it is possible to analyze (detect) a single fluid that has been fed.

例えば、流体の濃度を測定したい場合、センサ84として電気化学センサが適している。さらなる具体例として、流体のpHのようなイオン濃度を測定したいのであれば、センサ84としてイオン電極を用いればよい。つまり、検出用作用電極81として、pH電極(センシング用作用電極)を用いる。なお、本実施例では、検出用作用電極81に、例えばイリジウム酸化膜を使用している。   For example, an electrochemical sensor is suitable as the sensor 84 when measuring the concentration of fluid. As a further specific example, if it is desired to measure an ion concentration such as pH of a fluid, an ion electrode may be used as the sensor 84. That is, a pH electrode (sensing working electrode) is used as the working electrode 81 for detection. In the present embodiment, for example, an iridium oxide film is used for the detection working electrode 81.

イリジウム薄膜の形成については、実施例1の送液装置11の製造方法で説明した銀パターンの形成と同様にして、形成することができる。そして、イリジウム薄膜パターン61上に酸化膜を形成する。酸化膜の形成については、電極基板(チップ)を過塩素酸リチウム水溶液中に浸漬し、イリジウム薄膜電位を繰り返し掃引することにより形成することができる。このようにして、本実施例の検出用作用電極81が完成する。   About formation of an iridium thin film, it can form similarly to formation of the silver pattern demonstrated with the manufacturing method of the liquid feeding apparatus 11 of Example 1. FIG. Then, an oxide film is formed on the iridium thin film pattern 61. The oxide film can be formed by immersing the electrode substrate (chip) in an aqueous lithium perchlorate solution and repeatedly sweeping the iridium thin film potential. In this way, the detection working electrode 81 of this embodiment is completed.

検出用作用電極81に対して、電位の基準となる検出用参照電極82が、作用電極要素80a近傍に、別途設けられる。(図11(c)参照)。検出用参照電極82についても、実施例1の送液装置11の製造方法で説明した参照電極7となる銀パターンの形成と同様にして、形成することができる。   For the detection working electrode 81, a detection reference electrode 82 serving as a potential reference is separately provided in the vicinity of the working electrode element 80a. (Refer FIG.11 (c)). The reference electrode for detection 82 can also be formed in the same manner as the formation of the silver pattern to be the reference electrode 7 described in the method for manufacturing the liquid delivery device 11 of Example 1.

流路を構成する作用電極要素80aの周辺部には、実施例1と同様に、疎水性の絶縁膜層83(斜線部)が形成されている。絶縁膜層83は、実施例1と同様にして、例えばネガ型フォトレジストを用いて形成することができる(図11(d)参照)。   A hydrophobic insulating film layer 83 (shaded portion) is formed around the working electrode element 80a constituting the flow path, as in the first embodiment. The insulating film layer 83 can be formed by using, for example, a negative photoresist as in the first embodiment (see FIG. 11D).

送液される流体が常に一定量のイオンを含むのであれば、検出用参照電極82に対する検出用作用電極81の電位を測定することにより、流体のpHを測定することができる。電位の測定には高入力抵抗の電圧計を使用する。検出用作用電極81の電位は、pHに対して直線的に変化するため、適当な標準液を用いて較正をすれば、流体のpHを検出用作用電極81の電位から知ることができる。   If the fluid to be fed always contains a certain amount of ions, the pH of the fluid can be measured by measuring the potential of the detection working electrode 81 with respect to the detection reference electrode 82. Use a voltmeter with high input resistance to measure the potential. Since the potential of the detection working electrode 81 changes linearly with respect to pH, the pH of the fluid can be known from the potential of the detection working electrode 81 if calibration is performed using an appropriate standard solution.

本実施例では、センサ84を用いてpHのセンシングを行う場合について述べた。一方、検出用作用電極81として、例えば微小イオン電極を形成すれば、各種イオンの測定を行うことができるセンサとなる。さらに、形成された微小イオン電極上に、検出できるイオンを生成する酵素を固定することにより、バイオセンサとなる。つまり、センサにより、固定された酵素(検出できるイオンを生成する酵素)の作用を受ける生体関連物質を測定することもできる。   In the present embodiment, the case where pH sensing is performed using the sensor 84 has been described. On the other hand, if a minute ion electrode is formed as the detection working electrode 81, for example, a sensor capable of measuring various ions can be obtained. Furthermore, by immobilizing an enzyme that generates detectable ions on the formed micro ion electrode, a biosensor is obtained. That is, it is possible to measure a biological substance subjected to the action of a fixed enzyme (an enzyme that generates detectable ions) by the sensor.

また、本実施例では、検出用作用電極81の電位を測定することにより、イオンを測定する場合について述べた。一方、電極反応を利用して電流値の変化によりセンシングするタイプのセンサを、同様にして形成することができる。この場合、検出用作用電極81、検出用参照電極82に加えて、対極が使用される。   In the present embodiment, the case where ions are measured by measuring the potential of the detection working electrode 81 has been described. On the other hand, a sensor of the type that senses by a change in current value using an electrode reaction can be formed in the same manner. In this case, a counter electrode is used in addition to the detection working electrode 81 and the detection reference electrode 82.

電極反応を利用して電流値の変化によりセンシングする場合、検出用作用電極81、検出用参照電極82は、例えば白金、銀/塩化銀で夫々形成できる。対極は、作用電極要素80a近傍に、別途形成してもよいし、作用電極要素80aから離れて別途形成することもできる。または、流体の検出時に流体を送液するために用いた作用電極要素80a(図2、図3参照)を使用していない場合には、この作用電極要素80aを対極として用いることもできる。   In the case of sensing by changing the current value using an electrode reaction, the detection working electrode 81 and the detection reference electrode 82 can be formed of, for example, platinum and silver / silver chloride, respectively. The counter electrode may be separately formed in the vicinity of the working electrode element 80a, or may be separately formed apart from the working electrode element 80a. Alternatively, when the working electrode element 80a (see FIGS. 2 and 3) used to send the fluid when detecting the fluid is not used, the working electrode element 80a can be used as a counter electrode.

電極反応を利用して電流値の変化によりセンシングする場合、検出用参照電極82に対して一定の電位を印加し、電極反応に伴って発生した電流値を検出する。検出用作用電極81上で酸化還元しうる電極活物質は、この電流値の検出により測定することができる。また、この検出用作用電極81上に、過酸化水素等の電極活物質を生成しうる酵素を固定すれば、この酵素の作用を受ける生体関連物質を測定するバイオセンサとすることもできる。   When sensing based on a change in current value using an electrode reaction, a constant potential is applied to the detection reference electrode 82 to detect a current value generated along with the electrode reaction. An electrode active material that can be oxidized and reduced on the detection working electrode 81 can be measured by detecting this current value. In addition, if an enzyme capable of generating an electrode active material such as hydrogen peroxide is fixed on the detection working electrode 81, a biosensor for measuring a biological substance subjected to the action of the enzyme can be obtained.

なお、本実施例では、本発明のセンサ84を、作用電極要素80a近傍に設けたが、実施例2で述べたような混合電極52、72(図9参照)近傍に設けることしてもよい。この場合には、センサ84により、複数種類の流体が混合電極52、72で混合されて生じる生成物を分析(検出)することができる。   In this embodiment, the sensor 84 of the present invention is provided in the vicinity of the working electrode element 80a. However, it may be provided in the vicinity of the mixed electrodes 52 and 72 (see FIG. 9) as described in the second embodiment. In this case, the sensor 84 can analyze (detect) a product produced by mixing a plurality of types of fluids at the mixing electrodes 52 and 72.

本発明によれば、作用電極に電位を印加することにより、流体の界面張力を利用して、容易に流体の移動を制御し、スムーズに送液させることができる。このため、従来の機械的なマイクロポンプ、マイクロバルブを用いて送液する場合に必要であった、流体の逆流を防止するための逆止弁(チェックバルブ)も不要となり、従来の複雑であった送液装置の構造を簡単化することができる。   According to the present invention, by applying a potential to the working electrode, it is possible to easily control the movement of the fluid using the interfacial tension of the fluid and to smoothly feed the fluid. This eliminates the need for a check valve (check valve) to prevent the backflow of fluid, which was necessary when liquid was fed using a conventional mechanical micropump or microvalve, and was complicated in the past. In addition, the structure of the liquid delivery device can be simplified.

なお、本発明の上記各実施例では、第2の基板であるガラス基板1に形成された作用電極と、第1の基板である基板2に形成された凸状の流路部が有する流路面とで挟まれる流路空間を、流体が送液される流路として用いた。一方、第1の基板において流路部が必ずしも凸状に形成される場合に限られない。例えば第1の基板上の平面を流路面とする構成にすることも可能である。この場合、平面状の流路面を有する第1の基板と、流路面に対向する位置に作用電極が形成された第2の基板とで、送液装置が構成される。また、流路部を凹状に形成しその底面を流路面とする第1の基板と、作用電極が形成された第2の基板とで、送液装置を構成することも考えられる。   In each of the above embodiments of the present invention, the working electrode formed on the glass substrate 1 serving as the second substrate and the flow channel surface included in the convex flow channel formed on the substrate 2 serving as the first substrate. The channel space sandwiched between the two is used as a channel through which fluid is fed. On the other hand, the flow path portion is not necessarily formed in a convex shape in the first substrate. For example, a plane on the first substrate may be used as the flow path surface. In this case, a liquid feeding device is configured by the first substrate having a planar flow path surface and the second substrate having the working electrode formed at a position facing the flow path surface. It is also conceivable that the liquid feeding device is constituted by a first substrate having a channel portion formed in a concave shape and having a bottom surface as a channel surface, and a second substrate on which a working electrode is formed.

以上、本発明に係る送液装置の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は特にこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることはいうまでもない。   The best mode of the liquid delivery device according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not particularly limited to such embodiments, and the scope of the technical matters described in the claims. It goes without saying that there are various embodiments within.

本発明の活用例として、対象物を局所に注入する等の医学、生物学の基礎研究、DNA、タンパク質等の微小分析システムや、細胞培養・分離検出等の実験室を微小化して集積化させた実験室チップや、センサ、マイクロリアクター等が挙げられる。   Examples of the use of the present invention include miniaturization and integration of laboratories for medical and basic research such as local injection of objects, microanalysis systems such as DNA and proteins, and cell culture / separation detection. Laboratory chips, sensors, microreactors and the like.

送液の原理を示す模式的な図である。It is a schematic diagram which shows the principle of liquid feeding. 本発明の実施例1に係る送液装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the liquid feeding apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 図3(a)(b)は、実施例1に係る送液装置を図2のX―X’で切断した側断面図であり、図3(c)は、実施例1に係る送液装置を図2のY−Y’で切断した場合において流路部近傍を示す模式的な断面図である。FIGS. 3A and 3B are side cross-sectional views of the liquid feeding device according to the first embodiment cut along XX ′ in FIG. 2, and FIG. 3C is the liquid feeding device according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the vicinity of a flow path portion when cut along a line YY ′ in FIG. 2. 本発明の実施例1に係る送液装置のガラス基板の形成工程を示す模式的な図である。It is a typical figure which shows the formation process of the glass substrate of the liquid feeding apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る送液装置において、流体が送液される様子を示す作用電極の一部が拡大された図である。In the liquid feeding apparatus which concerns on Example 1 of this invention, it is the figure which expanded a part of working electrode which shows a mode that a fluid is sent. 本発明の実施例1に係る送液装置を用いて流体を送液する場合の、送液速度の電位依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the electric potential dependence of the liquid feeding speed at the time of liquid feeding using the liquid feeding apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 流体の送液速度の、流路の高さに対する依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the dependence with respect to the height of a flow path of the liquid feeding speed. 流体の送液の時間経過と電流及び消費電力の依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the dependence of the passage of time of fluid feeding, current, and power consumption. 図9(a)は、本発明の実施例2に係る送液装置の流路近傍を示す模式的な部分拡大図であり、図9(b)は、実施例2の送液装置の変形例に係る送液装置の流路近傍を示す模式的な部分拡大図である。FIG. 9A is a schematic partial enlarged view showing the vicinity of the flow path of the liquid feeding device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a modified example of the liquid feeding device of the second embodiment. It is a typical fragmentary enlarged view which shows the flow path vicinity of the liquid feeding apparatus which concerns on this. 実施例2に係る送液装置において、流体が混合する様子を示す、混合電極付近の模式的な部分拡大図である。In the liquid delivery apparatus which concerns on Example 2, it is a typical fragmentary enlarged view of a mixing electrode vicinity which shows a mode that a fluid mixes. 本発明の実施例3に係る送液装置の流路近傍を示す模式的な部分拡大図である。It is a typical partial enlarged view which shows the flow path vicinity of the liquid feeding apparatus which concerns on Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガラス基板
1a、2a 面
2、34 基板
3、3a、3b、3c 流路面
3d、4d、4b’、4c’ 端部
4、50、51 作用電極
4a、4b、4c、50a、51a,70a,71a、80a 作用電極要素
4a’ 末端部
5 対極
6 コンタクトパッド
7、33 参照電極
8 導入口
9、59、79 間隙
10 液溜め部(リザーバー)
11、61、71、91 送液装置
13 流路部
14、53、54 流体
14a メニスカス
15 流路空間
16 スペーサー
31 液滴
33a、33b、33c 矢印
52、72 混合電極
50g、51g 矢印
50a’、51a’、70a’、71a’ 周辺部
70b、80b、80c 凹状部
72a 両周辺部
72b 凸状部
81 検出用作用電極
82 検出用参照電極
83 絶縁膜層
84 センサ
1 glass substrate 1a, 2a surface 2, 34 substrate 3, 3a, 3b, 3c flow path surface 3d, 4d, 4b ′, 4c ′ end 4, 50, 51 working electrode 4a, 4b, 4c, 50a, 51a, 70a, 71a, 80a Working electrode element 4a 'Terminal 5 Counter electrode 6 Contact pad 7, 33 Reference electrode 8 Inlet 9, 59, 79 Gap 10 Liquid reservoir (reservoir)
11, 61, 71, 91 Liquid feeding device 13 Channel portion 14, 53, 54 Fluid 14a Meniscus 15 Channel space 16 Spacer 31 Droplet 33a, 33b, 33c Arrow 52, 72 Mixed electrode 50g, 51g Arrow 50a ', 51a ', 70a', 71a 'Peripheral portions 70b, 80b, 80c Concave portions 72a Both peripheral portions 72b Convex portions 81 Detection working electrode 82 Detection reference electrode 83 Insulating film layer 84 Sensor

Claims (15)

流路面を有する第1の基板と、
前記流路面に対向する位置に作用電極が形成された第2の基板と、
参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、
流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置。
A first substrate having a flow path surface;
A second substrate having a working electrode formed at a position facing the flow path surface;
A liquid-feeding device provided with a reference electrode, and being arranged with a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode,
In a state where a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate and the fluid is in contact with at least part of the reference electrode and the working electrode, A liquid feeding device, wherein the fluid moves in a channel space between the channel surface and the working electrode by generating a potential difference with the working electrode.
流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、
前記流路面に対向する位置に作用電極が形成された第2の基板と、
参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、
流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置。
A first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed;
A second substrate having a working electrode formed at a position facing the flow path surface;
A liquid-feeding device provided with a reference electrode, and being arranged with a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode,
In a state where a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate and the fluid is in contact with at least part of the reference electrode and the working electrode, A liquid feeding device, wherein the fluid moves in a channel space between the channel surface and the working electrode by generating a potential difference with the working electrode.
流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、
参照電極と、前記流路面に対向する位置に作用電極と、が形成された第2の基板と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、
流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置。
A first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed;
A second substrate having a reference electrode and a working electrode formed at a position opposite to the flow path surface, and the flow path surface and the working electrode are arranged at a predetermined distance. A liquid delivery device comprising:
In a state where a fluid is disposed between the first substrate and the second substrate and the fluid is in contact with at least part of the reference electrode and the working electrode, A liquid feeding device, wherein the fluid moves in a channel space between the channel surface and the working electrode by generating a potential difference with the working electrode.
流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、
参照電極と、対極と、前記流路面に対向する位置に作用電極と、が形成された第2の基板と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置であって、
流体を前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記対極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体が前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動することを特徴とする送液装置。
A first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed;
A second substrate having a reference electrode, a counter electrode, and a working electrode formed at a position facing the flow path surface, and maintaining a predetermined distance between the flow path surface and the working electrode. A liquid delivery device arranged,
The fluid is disposed between the first substrate and the second substrate, and the fluid is in contact with the reference electrode, the counter electrode, and at least a part of the working electrode. A liquid feeding apparatus, wherein the fluid moves in a flow path space between the flow path surface and the working electrode by generating a potential difference between the electrode and the working electrode.
前記第1の基板には、前記流体を溜める液溜め部が形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の送液装置。   5. The liquid feeding device according to claim 1, wherein a liquid reservoir for storing the fluid is formed on the first substrate. 6. 前記参照電極は、銀から成る電極基板と、該電極基板上に形成された塩化銀から成る膜層と、から形成されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の送液装置。   6. The liquid feeding device according to claim 1, wherein the reference electrode is formed of an electrode substrate made of silver and a film layer made of silver chloride formed on the electrode substrate. apparatus. 前記作用電極は、金、カーボン、又はビスマスから成ることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 1, wherein the working electrode is made of gold, carbon, or bismuth. 前記作用電極は、複数の作用電極要素から構成され、該作用電極要素夫々の間には所定の間隙が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 1, wherein the working electrode includes a plurality of working electrode elements, and a predetermined gap is provided between the working electrode elements. . 前記第2の基板上において、少なくとも前記流路面に対向する位置の周辺部は、疎水性の膜層が形成されていることを特徴とする請求項2から8のいずれかに記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 2, wherein a hydrophobic film layer is formed on at least a peripheral portion of the second substrate facing the flow path surface. . 前記第1の基板は、疎水性の樹脂材料から成ることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の送液装置。   The liquid feeding device according to claim 1, wherein the first substrate is made of a hydrophobic resin material. 前記流体中の陽イオンの吸着により界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内に前記作用電極の電位が設定されることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の送液装置。   11. The liquid feeding device according to claim 1, wherein the potential of the working electrode is set within a potential range in which a change in interfacial tension is caused by adsorption of cations in the fluid. 前記第2の基板には、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動する流体を混合させるための混合電極が設けられることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の送液装置。   The mixing electrode for mixing the fluid which moves the flow path space between the flow path surface and the working electrode is provided on the second substrate. Liquid feeding apparatus of description. 前記第2の基板には、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動する流体、又は前記混合電極で混合した流体を検出するセンサが設けられることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の送液装置。   The sensor for detecting a fluid that moves in a flow path space between the flow path surface and the working electrode or a fluid mixed by the mixed electrode is provided on the second substrate. To 12. The liquid delivery device according to any one of 12 to 12. 流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、
前記流路面に対向する位置に、作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置を準備し、
流体を、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体を、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動させる送液装置の駆動方法であって、
前記流体中の陽イオンの吸着により界面張力の変化が引き起こされる電位の範囲内に前記作用電極の電位を設定することを特徴とする送液装置の駆動方法。
A first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed;
A second substrate on which a working electrode is formed and a reference electrode are provided at a position facing the flow channel surface, and the flow channel surface and the working electrode are arranged with a predetermined distance therebetween. Prepare the liquid delivery device,
A fluid is disposed between the first substrate and the second substrate, and the fluid is in contact with at least part of the reference electrode and the working electrode; A liquid-feeding device driving method for causing the fluid to move in a flow path space between the flow path surface and the working electrode by generating a potential difference with the working electrode,
A method for driving a liquid feeding device, wherein the potential of the working electrode is set within a potential range in which a change in interfacial tension is caused by adsorption of cations in the fluid.
流路面を有する流路部が形成された第1の基板と、
前記流路面に対向する位置に、1又は複数の作用電極要素から構成された作用電極が形成された第2の基板と、参照電極と、を具備し、前記流路面と前記作用電極との間は所定の距離を保って配置されている送液装置を準備し、
流体を、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置し、かつ、該流体を、前記参照電極と前記作用電極の少なくとも一部とに接触させた状態で、前記参照電極と前記作用電極との間に電位差を生じさせることにより、前記流体を、前記流路面と前記作用電極との間の流路空間を移動させる送液装置の駆動方法であって、
前記流体のメニスカスが存在している前記作用電極要素にのみ電圧を印加することを特徴とする送液装置の駆動方法。
A first substrate on which a channel portion having a channel surface is formed;
A second substrate on which a working electrode composed of one or a plurality of working electrode elements is formed at a position facing the flow path surface; and a reference electrode; between the flow path surface and the working electrode Prepare a liquid delivery device arranged at a predetermined distance,
A fluid is disposed between the first substrate and the second substrate, and the fluid is in contact with at least part of the reference electrode and the working electrode; A liquid-feeding device driving method for causing the fluid to move in a flow path space between the flow path surface and the working electrode by generating a potential difference with the working electrode,
A method for driving a liquid feeding device, wherein a voltage is applied only to the working electrode element in which the meniscus of the fluid exists.
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