JP2005257408A - Method and apparatus for dispensing very small amount of liquid - Google Patents

Method and apparatus for dispensing very small amount of liquid Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dispenser capable of precisely and quantitatively dispensing a very small amount of a liquid from a liquid lump exceeding a target liquid amount, and provide a dispensing method of a very small amount of the liquid. <P>SOLUTION: In the dispenser 1 for dispensing a very small amount of the liquid equipped with a holding part 3 connected through a narrow flooding part 3a for holding the liquid Lq and a comb tooth electrode 4 for emitting sonic waves to the narrow flooding part 3a from the direction crossing the narrow flooding part 3a, and in the dispensing method of a very small amount of the liquid, the holding part 3 and the comb tooth electrode 4 are provided on a solid substrate 2. In the dispensing method, sonic waves are emitted to the liquid held to the holding part 3 formed on the solid substrate 2 and connected through the narrow flooding part 3a from the direction crossing the narrow flooding part 3a to dispense a very small amount of the liquid Lqm from the liquid by acoustic radiation pressure due to sonic waves. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、大きな体積の液塊から微量の液体を定量分取する微量液体分取装置及び微量液体分取方法に関するものである。   The present invention relates to a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method for quantitatively sorting a trace amount of liquid from a large volume of liquid mass.
従来の生化学マイクロ分析システム(Micro Total Analysis Systems:μTAS)においては、正確な分析を行うため、分析対象である微量の反応液を所望の体積で正確に分取又は分注することが望まれている。このような要望に応じるため、従来から、例えば、パルス駆動される圧電体を利用し、液体表面に集束させた超音波エネルギーによってノズルを介して微量液滴を吐出する装置が提案されている(例えば、特許文献1,非特許文献1参照)。このとき、微量液滴は、波動エネルギーの流れである音波の伝搬を、物体によって遮るときに生じる力であって、物体を音波の伝搬方向に押す力である音響放射圧によって発生する。即ち、液体中を伝搬する音波は、液体が気体と接する気液界面で進行が遮られるため、気液界面が音波によって伝搬方向へ押される。このため、特許文献1や非特許文献1に開示された装置においては、超音波エネルギーを気液界面である液体表面に集束させるようにしておくことで、表面張力以上の非常に強い押圧力を気液界面に局部的に作用させ、連続液体から微量液滴を分離している。   In conventional biochemical micro-analysis systems (Micro Total Analysis Systems: μTAS), in order to perform accurate analysis, it is desirable to accurately sort or dispense a small amount of reaction solution to be analyzed in a desired volume. ing. In order to meet such a demand, conventionally, for example, an apparatus that uses a pulse-driven piezoelectric body and ejects a minute amount of droplets through a nozzle by ultrasonic energy focused on the liquid surface has been proposed ( For example, see Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1). At this time, the minute droplet is generated by an acoustic radiation pressure that is a force generated when the propagation of the sound wave, which is a flow of wave energy, is blocked by the object, and is a force that pushes the object in the propagation direction of the sound wave. That is, since the propagation of the sound wave propagating in the liquid is blocked at the gas-liquid interface where the liquid contacts the gas, the gas-liquid interface is pushed in the propagation direction by the sound wave. For this reason, in the devices disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the ultrasonic energy is focused on the liquid surface, which is the gas-liquid interface, so that a very strong pressing force exceeding the surface tension is applied. A small amount of liquid droplets is separated from the continuous liquid by acting locally on the gas-liquid interface.
ところで、特許文献1に引用されている非特許文献2によれば、エネルギー集束径d、焦点距離L、液体中の音速C、レンズ径D,駆動周波数Fとすると、エネルギー集束径dは次式で決まる。
d=2.44L・C/(D・F)…………(1)
そして、特許文献1には、ノズルから吐出される液滴の径は、エネルギー集束径dに線形比例すると記載されている。
By the way, according to Non-Patent Document 2 cited in Patent Document 1, if the energy focusing diameter d, the focal length L, the speed of sound C in the liquid, the lens diameter D, and the driving frequency F, the energy focusing diameter d is expressed by the following equation. Determined by.
d = 2.44L ・ C / (D ・ F) ………… (1)
Patent Document 1 describes that the diameter of a droplet discharged from a nozzle is linearly proportional to the energy focusing diameter d.
特開2003−121440号公報JP 2003-121440 A
しかしながら、液滴は、径が小さくなると表面張力が支配的になる。このため、ノズルから吐出される液滴の径は、(1)式の関係が必ずしも当てはまらなくなる。例えば、非特許文献1において、(1)式を適用した場合、計算上の液滴径は役1.5μmとなるが、実際の液滴径は最小でも10μm程度であった。このため、従来の装置は、微量な液体を分取する際の精度の点で必ずしも満足すべきものではなかった。   However, the surface tension of the droplet becomes dominant as the diameter decreases. For this reason, the relationship of the formula (1) does not necessarily apply to the diameter of the droplets ejected from the nozzle. For example, in Non-Patent Document 1, when formula (1) is applied, the calculated droplet diameter is 1.5 μm, but the actual droplet diameter is at least about 10 μm. For this reason, the conventional apparatus was not necessarily satisfactory in the point of the precision at the time of fractionating a trace amount liquid.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、目的とする液量を超える液塊から微量の液体を精度良く定量分取することが可能な微量液体分取装置及び微量液体分取方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method capable of accurately and quantitatively sorting a trace amount of liquid from a liquid mass exceeding a target liquid volume The purpose is to provide.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、狭隘部を介して連結され、液体を保持する保持部と、前記狭隘部と交差する方向から前記狭隘部に向けて音波を発生する音波発生手段と、が固体基板の表面に設けられていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, one aspect of the trace liquid dispensing apparatus according to the present invention is connected via a narrow portion, and intersects the narrow portion with a holding portion that holds liquid. Sound wave generating means for generating sound waves from the direction toward the narrow portion is provided on the surface of the solid substrate.
また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る微量液体分取方法の一態様は、固体基板上に形成され、狭隘部を介して連結された保持部に保持された液体を、音波によって分取する微量液体分取方法であって、前記狭隘部と交差する方向から前記狭隘部に向けて音波を出射するステップと、前記音波の音響放射圧によって前記液体から微量液体が分取されるステップと、を含むことを特徴とする。   Further, in order to solve the above-described problems and achieve the object, one aspect of the trace liquid sorting method according to the present invention is held by a holding unit formed on a solid substrate and connected via a narrow portion. A method for separating a small amount of liquid using sound waves, the step of emitting sound waves from the direction intersecting the narrow portion toward the narrow portion, and a minute amount from the liquid by acoustic radiation pressure of the sound waves And the step of dispensing the liquid.
上記態様の微量液体分取装置及び上記態様の微量液体分取方法によれば、目的とする液量を超える液塊のうち、狭隘部に存在する液体から微量液体を分取することから、定量の液体が精度良く分取される。   According to the trace liquid fractionating device of the above aspect and the trace liquid fractionation method of the above aspect, since the trace liquid is fractionated from the liquid present in the narrow part among the liquid mass exceeding the target liquid volume, the quantitative determination is performed. The liquid is dispensed with high accuracy.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記保持部と共に第1の固体基板上に設けられていることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the trace liquid sorting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the sound wave generating means is provided on the first solid substrate together with the holding portion.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段及び前記保持部は、前記固体基板の同一平面上に配置されていることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the sound wave generating means and the holding part are arranged on the same plane of the solid substrate.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記保持部と異なる第2の固体基板上に設けられていることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the sound wave generating means is provided on a second solid substrate different from the holding portion.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記狭隘部と直交する方向から前記狭隘部の液体に向けて音波を発生することを特徴とする。   Further, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the sound wave generating unit generates a sound wave from the direction orthogonal to the narrow portion toward the liquid in the narrow portion. And
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記固体基板と前記液体との音響インピーダンスの差は、前記固体基板と前記固体基板が接する雰囲気との音響インピーダンスの差より小さく、かつ、前記液体と前記液体が接する雰囲気との音響インピーダンスの差より小さいことを特徴とする。   Further, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the difference in acoustic impedance between the solid substrate and the liquid is the acoustic impedance between the solid substrate and the atmosphere in contact with the solid substrate. It is smaller than the difference and smaller than the difference in acoustic impedance between the liquid and the atmosphere in contact with the liquid.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、発生する音波を前記保持部に保持される液滴の狭隘部に選択的に指向することを特徴とする。   Moreover, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the sound wave generation unit selectively directs the generated sound wave to a narrow portion of a droplet held in the holding unit. It is characterized by.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided an aspect of the present invention, wherein the acoustic wave generating means is a surface acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記表面弾性波発生手段は、平面上に直線状の電極が配列された櫛歯電極であることを特徴とする。   Moreover, one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the surface acoustic wave generating means is a comb electrode in which linear electrodes are arranged on a plane. .
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記表面弾性波発生手段は、平面上に曲線状の電極が配列された櫛歯電極であり、前記狭隘部の液体の当該表面弾性波発生手段から離れた縁部に前記表面弾性波を集束させることを特徴とする。   Further, according to one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the surface acoustic wave generating means is a comb electrode in which curved electrodes are arranged on a plane, and the narrow portion The surface acoustic wave is focused on an edge portion of the liquid away from the surface acoustic wave generating means.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板は、前記液体に近い音響インピーダンスを有する物質を介して密着されていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, the first solid substrate and the second solid substrate are in close contact via a substance having an acoustic impedance close to that of the liquid. It is characterized by.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、前記液体に近い音響インピーダンスを有する物質は、前記表面弾性波を音源として、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で変換されて発生する縦波音波の波長を基準として所定の厚さに設定されていることを特徴とする。   In addition, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the sound wave generating unit is a surface acoustic wave generating unit that generates a surface acoustic wave, and has a substance having an acoustic impedance close to that of the liquid. Is set to a predetermined thickness with reference to the wavelength of the longitudinal acoustic wave generated by converting the surface acoustic wave as a sound source at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate. It is characterized by that.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、前記第1の固体基板は、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で前記表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波が透過可能な音響インピーダンス又は前記液体に近い音響インピーダンスを持つ材料で形成されていることを特徴とする。   Further, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the sound wave generating unit is a surface acoustic wave generating unit that generates a surface acoustic wave, and the first solid substrate is It is formed of a material having acoustic impedance that allows transmission of longitudinal acoustic waves generated by converting the surface acoustic waves at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate, or acoustic impedance close to that of the liquid. It is characterized by being.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、前記第1の固体基板は、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で前記表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波の波長を基準として所定厚さに設定されていることを特徴とする。   Further, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the sound wave generating unit is a surface acoustic wave generating unit that generates a surface acoustic wave, and the first solid substrate is The thickness is set to a predetermined thickness with reference to the wavelength of the longitudinal acoustic wave generated by converting the surface acoustic wave at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate. .
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記保持部に液体を保持したときの前記狭隘部における液体の幅は、前記表面弾性波を音源とする縦波音波の波長波長によって決まる所定の値であることを特徴とする。   Further, according to one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the width of the liquid in the narrow portion when the liquid is held in the holding portion is a longitudinal wave using the surface acoustic wave as a sound source. It is a predetermined value determined by the wavelength of the sound wave.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記保持部の表面は、親水性を有し、前記保持部に隣接する部分の表面は、疎水性を有することを特徴とする。   Moreover, in one aspect of the trace liquid sorting apparatus according to the present invention, in the above invention, the surface of the holding portion has hydrophilicity, and the surface of the portion adjacent to the holding portion has hydrophobicity. It is characterized by.
また、本発明に係る微量液体分取装置の一態様は、上記の発明において、前記第1の固体基板は、前記音波発生手段側から前記保持部側に向かって低くなるように傾斜し、かつ、前記液体が前記保持部に保持される傾斜角度に設定されていることを特徴とする。   Moreover, in one aspect of the trace liquid sorting device according to the present invention, in the above invention, the first solid substrate is inclined so as to be lowered from the sound wave generating means side toward the holding unit side, and The tilt angle at which the liquid is held by the holding portion is set.
本発明にかかる微量液体分取装置及び微量液体分取方法は、目的とする液量を超える液塊から微量の液体を精度良く定量分取することができるという効果を奏する。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The trace liquid sorting apparatus and trace liquid sorting method according to the present invention have an effect that a trace amount of liquid can be accurately and accurately sorted from a liquid mass exceeding a target liquid volume.
以下に、本発明にかかる微量液体分取装置及び微量液体分取方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Embodiments of a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
先ず、実施の形態1に係る微量液体分取装置及び微量液体分取方法について説明する。図1は、本発明の微量液体分取装置及び微量液体分取方法に係る実施の形態1を説明するもので、微量液体分取装置の斜視図である。図2−1〜図2−4は、微量液体分取装置における液体を保持する保持部の形状を示す平面図である。図3は、保持部に保持された液体の形状を示す正面図である。図4は、保持部、音波発生手段、分割された微量液体を示す平面図である。
(Embodiment 1)
First, a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method according to Embodiment 1 will be described. FIG. 1 is a perspective view of a trace liquid sorting apparatus for explaining Embodiment 1 according to the trace liquid sorting apparatus and trace liquid sorting method of the present invention. FIGS. 2-1 to 2-4 are plan views showing the shape of a holding part for holding a liquid in the trace liquid sorting apparatus. FIG. 3 is a front view showing the shape of the liquid held in the holding unit. FIG. 4 is a plan view showing the holding unit, the sound wave generating means, and the divided trace liquid.
微量液体分取装置(以下、単に「分取装置」という)1は、図1に示すように、固体基板2の上面に液体の保持部3と、音波発生手段、ここでは表面弾性波を発生するIDT(Inter Digital Transducers)櫛歯電極(以下、単に「櫛歯電極」という)4が設けられている。   As shown in FIG. 1, a trace liquid sorting device (hereinafter simply referred to as “sorting device”) 1 generates a liquid holding unit 3 and a sound wave generating means, here, a surface acoustic wave on the upper surface of a solid substrate 2. IDT (Inter Digital Transducers) comb electrodes (hereinafter simply referred to as “comb electrodes”) 4 are provided.
固体基板2は、櫛歯電極4側から保持部3側に向かって低くなり、かつ、液体が保持部3に保持されるように、角度θ傾斜させて配置されている。固体基板2は、上面に保持部3及び櫛歯電極4が設けられ、保持部3に隣接する部分は疎水化処理されて疎水性を有している。疎水化処理は、固体基板2の表面に櫛歯電極4を形成した後、フッ素樹脂系ポリマーから成る撥水剤をスピンコートしたり、プラズマCVD法による低温コーティングによってアモルファスカーボンの皮膜(DLC)を形成したりすることによって行う。ここで、固体基板2は、例えば半導体製造技術において使用するシリコンやガラスなどの固体基板、またはこれらの固体基板上に金属層や絶縁層を形成したもの、ニオブ酸リチウム結晶、酸化亜鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT: lead zirconate titanate)等の圧電性の固体基板、さらにはこれらの圧電性基板上の一部に石英層や金属層を設けたもの等が使用される。   The solid substrate 2 is arranged so as to be lowered from the comb electrode 4 side toward the holding unit 3 side and inclined at an angle θ so that the liquid is held by the holding unit 3. The solid substrate 2 is provided with a holding portion 3 and a comb-like electrode 4 on the upper surface, and a portion adjacent to the holding portion 3 is subjected to a hydrophobization treatment and has hydrophobicity. Hydrophobization treatment is performed by forming a comb-teeth electrode 4 on the surface of the solid substrate 2 and then spin-coating a water-repellent agent made of a fluororesin polymer, or applying an amorphous carbon film (DLC) by low-temperature coating by plasma CVD. It is done by forming. Here, the solid substrate 2 is, for example, a solid substrate such as silicon or glass used in semiconductor manufacturing technology, or a metal layer or an insulating layer formed on these solid substrates, lithium niobate crystal, zinc oxide, titanic acid. A piezoelectric solid substrate such as lead zirconate titanate (PZT), or a substrate provided with a quartz layer or a metal layer on a part of the piezoelectric substrate is used.
保持部3は、マイクロピペッターやシリンジ分注器等を用いて微量液体を分割取得しようとする液体を載置する部分であり、親水性を有し、図1及び図2−1に示すように、狭隘部3a介して受容部3bが連結されている。保持部3は、親水性を有するのに対し、固体基板2の保持部3に隣接する部分は疎水化処理されている。従って、固体基板2は、液体を保持部3に載置すると、図3に示すように液滴が形成され、狭隘部3aにおける液体の量が少なく、受容部3bが盛り上がった形状に液体が保持される。このため、保持部3に保持された液体は、量が少ない狭隘部3aから微小な液体に容易に分割される。保持部3は、固体基板2の該当部分にガラス系のコーティングをしたり、固体基板2としてシリコン基板を使用したときには、その表面に酸化皮膜等を形成したりすることによって固体基板2の表面に設けられる。   The holding unit 3 is a part on which a liquid to be obtained by dividing and obtaining a trace amount liquid using a micropipetter, a syringe dispenser, etc., has hydrophilicity, and as shown in FIGS. 1 and 2-1. The receiving portion 3b is connected through the narrow portion 3a. The holding unit 3 has hydrophilicity, whereas the portion adjacent to the holding unit 3 of the solid substrate 2 is subjected to a hydrophobic treatment. Therefore, when the liquid is placed on the holding unit 3, the solid substrate 2 forms liquid droplets as shown in FIG. 3, the amount of liquid in the narrow portion 3 a is small, and the liquid is held in a shape in which the receiving unit 3 b is raised. Is done. For this reason, the liquid held in the holding part 3 is easily divided into small liquids from the narrow part 3a having a small amount. The holding unit 3 is formed on the surface of the solid substrate 2 by applying a glass-based coating on the corresponding part of the solid substrate 2 or by forming an oxide film or the like on the surface when a silicon substrate is used as the solid substrate 2. Provided.
ここで、保持部3は、図2−2に示すように、狭隘部3aで受容部3bが点状に連結された形状としてもよい。この場合、保持部3に液体を載置すると、狭隘部3aに存在する液体Lnは、点線で示すように狭隘部3aから僅かにはみ出すが、受容部3bよりも少ないので、微量液体を分割するうえで問題はない。また、保持部3は、図2−3に示すように、狭隘部3aを図2−1に示すものよりも長く形成したり、図2−4に示すように、狭隘部3aに微小保持部3cを形成したりしてもよい。このような構造にすると、保持部3は、狭隘部3aに直交する面における液体の断面積が小さくなり、載置した液体から微量液体が一層容易に分割される。   Here, as shown in FIG. 2-2, the holding part 3 may have a shape in which the receiving part 3b is connected to the narrow part 3a in a dotted shape. In this case, when the liquid is placed on the holding unit 3, the liquid Ln existing in the narrowed portion 3a slightly protrudes from the narrowed portion 3a as shown by the dotted line, but is smaller than the receiving portion 3b, so that the trace amount liquid is divided. There is no problem. Further, as shown in FIG. 2-3, the holding portion 3 is formed so that the narrow portion 3a is longer than that shown in FIG. 2-1, or the narrow portion 3a has a minute holding portion as shown in FIG. 3c may be formed. With such a structure, the holding unit 3 has a small cross-sectional area of the liquid in a plane orthogonal to the narrowed portion 3a, and a trace amount of liquid can be more easily divided from the placed liquid.
櫛歯電極4は、図1に示すように、数μmのピッチで交互に櫛歯状に係合する直線状の電極4a,4bを有し、配線6によって外部の電源7と接続されている。櫛歯電極4は、発生する表面弾性波の進路と交差する位置に狭隘部3aが存在するように、保持部3とオフセットさせて固体基板2の表面に設けられている。即ち、櫛歯電極4は、図4に示すように、平面上に形成される直線状の電極4a,4bが重なり合い、表面弾性波を発生させる有効領域Aeが、狭隘部3aに存在する液体Lnの長さLgと一致するように設けられている。これにより、櫛歯電極4は、表面弾性波を狭隘部3aに選択的に指向して発生するので、図4及び図5に示すように、狭隘部3aから微量液体Lqmが分割される。   As shown in FIG. 1, the comb electrode 4 includes linear electrodes 4 a and 4 b that are alternately engaged in a comb shape at a pitch of several μm, and is connected to an external power source 7 by a wiring 6. . The comb electrode 4 is provided on the surface of the solid substrate 2 so as to be offset from the holding portion 3 so that the narrow portion 3a exists at a position intersecting the path of the generated surface acoustic wave. That is, as shown in FIG. 4, the comb electrode 4 has a liquid Ln in which the linear electrodes 4a and 4b formed on the plane overlap and an effective area Ae for generating surface acoustic waves is present in the narrow portion 3a. It is provided so as to coincide with the length Lg. Thereby, the comb-teeth electrode 4 is generated by selectively directing surface acoustic waves to the narrow portion 3a, so that the trace amount liquid Lqm is divided from the narrow portion 3a as shown in FIGS.
以上のように構成される分取装置1は、例えば数MHz〜数百MHz程度の高周波交流電場を電源7から櫛歯電極4に印加すると、周波数が表面弾性波の速度と櫛歯電極4の電極4a,4b間距離の比に等しい共鳴条件がほぼ満足される場合に、図6に示すように、固体基板2の圧電性領域に表面弾性波Wsが誘起される。表面弾性波Wsは、相互に係合する電極4a,4bの配列方向に沿って櫛歯電極4の両側へ固体基板2の表面を2方向に伝搬する。2方向に伝搬する表面弾性波Wsのうち、保持部3に向かう表面弾性波Wsが、微量液体Lqmを分割するための外力として狭隘部3aに存在する液体Lnに作用する。   In the sorting apparatus 1 configured as described above, for example, when a high-frequency AC electric field of about several MHz to several hundred MHz is applied from the power source 7 to the comb electrode 4, the frequency is determined by the surface acoustic wave velocity and the comb electrode 4. When a resonance condition equal to the ratio of the distances between the electrodes 4a and 4b is substantially satisfied, a surface acoustic wave Ws is induced in the piezoelectric region of the solid substrate 2 as shown in FIG. The surface acoustic wave Ws propagates in two directions on the surface of the solid substrate 2 to both sides of the comb electrode 4 along the arrangement direction of the electrodes 4a and 4b that are engaged with each other. Of the surface acoustic waves Ws propagating in two directions, the surface acoustic wave Ws directed toward the holding unit 3 acts on the liquid Ln present in the narrow portion 3a as an external force for dividing the trace amount liquid Lqm.
ここで、物質中における表面弾性波の伝搬は、物質中の微小粒子が進行方向に一致して振動することにより行われる。ごく限られた時間の中では、振動する微小粒子に密になる部分と疎になる部分ができ、この疎密状態の進行速度が音速であり、音速の関係式は、Cを音速(伝搬速度)、Kを体積弾性率、ρを密度とすると、次式で表される。
C=(K/ρ)1/2……………(2)
Here, the propagation of the surface acoustic wave in the substance is performed when the microparticles in the substance vibrate in the traveling direction. Within a very limited time, there are dense and sparse parts in the vibrating microparticles, and the speed of progress in this sparse state is the speed of sound, and the relational expression of sound speed is C for sound speed (propagation speed). , K is the volume modulus, and ρ is the density,
C = (K / ρ) 1/2 ......... (2)
表面弾性波が伝搬する上で、固体や液体の構成分子が粗密な変化を生じる場合、各々の点の圧力が上下する。この圧力の差(常圧からの圧力変動分)を音圧と呼び、音圧に対する粒子速度の比を音響インピーダンスと呼ぶ。平面波の場合、音響インピーダンスZは、媒質の密度ρと音速Cの積により決定され、次式で与えられる。
Z=ρ・C………………………(3)
When the surface acoustic wave propagates and the constituent molecules of the solid or liquid undergo a rough change, the pressure at each point increases or decreases. This pressure difference (pressure fluctuation from normal pressure) is called sound pressure, and the ratio of particle velocity to sound pressure is called acoustic impedance. In the case of a plane wave, the acoustic impedance Z is determined by the product of the medium density ρ and the sound velocity C, and is given by the following equation.
Z = ρ · C ……………………… (3)
従って、例えば音速と密度が大きいと、音響インピーダンスが大きくなる。音響インピーダンスは、物質中の表面弾性波の伝達効率を左右する物性値であり、前述のように互いに接する二種類の物質間の音響インピーダンスの差が大きいと、一方の物質表面を伝搬していた表面弾性波は他方へは伝搬しない。これに対して、二種類の物質間の音響インピーダンスの差が小さいと、一方の物質表面を伝搬していた表面弾性波は他方へ伝搬する。   Therefore, for example, when the sound speed and density are large, the acoustic impedance increases. The acoustic impedance is a physical property value that determines the transmission efficiency of surface acoustic waves in a substance. As described above, if the difference in acoustic impedance between two kinds of substances in contact with each other is large, the acoustic impedance propagates on the surface of one substance. Surface acoustic waves do not propagate to the other. On the other hand, if the difference in acoustic impedance between the two types of substances is small, the surface acoustic wave that has propagated on the surface of one substance propagates to the other.
従って、固体基板2と固体基板2が界面を接する流体との音響インピーダンスが大きく異なる場合、表面弾性波Wsは固体基板2の表面から約一波長程度の深度領域に閉じ込められたまま伝搬する。これに対して、固体基板2と固体基板2が界面を接する流体との音響インピーダンスが近い場合、表面弾性波Wsは固体基板2から流体側へと漏れ出ていく現象が発生する。分取装置1は、保持部3を除き、固体基板2が界面を接する流体は空気/大気などに代表される雰囲気であり、両者の音響インピーダンスは著しく異なる。このため、表面弾性波Wsは、固体基板2の表面に閉じ込められたまま伝搬する。しかし、保持部3においては、固体基板2が界面を接する流体は液体Lqであり、両者の音響インピーダンスは比較的近いものとなる。このため、表面弾性波Wsは、狭隘部3aにおいて液体Lq側へ漏洩していく。但し、表面弾性波等の横波は、液体Lqのような流体中では伝搬できないため、固体基板2と液体Lqの界面では次式で示されるスネルの法則に則り、横波から縦波へのモード変換が行われる。
Sinθi/Vs=Sinθlt/Vl…(4)
Therefore, when the acoustic impedances of the solid substrate 2 and the fluid in contact with the solid substrate 2 are greatly different, the surface acoustic wave Ws propagates while being confined in the depth region of about one wavelength from the surface of the solid substrate 2. On the other hand, when the acoustic impedance of the solid substrate 2 and the fluid in contact with the solid substrate 2 is close, the surface acoustic wave Ws leaks from the solid substrate 2 to the fluid side. In the sorting apparatus 1, except for the holding unit 3, the fluid with which the solid substrate 2 is in contact with the interface is an atmosphere typified by air / atmosphere, and the acoustic impedances of both are remarkably different. For this reason, the surface acoustic wave Ws propagates while being confined on the surface of the solid substrate 2. However, in the holding part 3, the fluid with which the solid substrate 2 contacts the interface is the liquid Lq, and the acoustic impedances of both are relatively close. For this reason, the surface acoustic wave Ws leaks to the liquid Lq side in the narrow portion 3a. However, since transverse waves such as surface acoustic waves cannot propagate in a fluid such as liquid Lq, mode conversion from transverse waves to longitudinal waves is performed at the interface between solid substrate 2 and liquid Lq according to Snell's law expressed by the following equation. Is done.
Sinθ i / V s = Sinθ lt / V l (4)
ここで、θiは、固体基板2から液体Lqへ入射する界面における表面弾性波の入射角、θltは、液体Lqへ透過/漏洩する縦波の透過角、Vsは固体基板2における表面弾性波の速度、Vlは液体Lqにおける縦波の速度である。 Here, θ i is the incident angle of the surface acoustic wave at the interface incident on the liquid Lq from the solid substrate 2, θ lt is the transmission angle of the longitudinal wave transmitted / leaked into the liquid Lq, and V s is the surface of the solid substrate 2. The velocity of the elastic wave, V l, is the velocity of the longitudinal wave in the liquid Lq.
このように、狭隘部3aにおいては、図6及び図7に示すように、モード変換された縦波音波Wlが液体Ln中へ透過/伝搬していくことになる。このとき、狭隘部3aは、気液界面近傍における液面直下の固体基板2の表面となる。このため、モード変換された縦波音波は、狭隘部3aに存在する液体の気液界面を効率的に変動させることができる。   Thus, in the narrow portion 3a, as shown in FIGS. 6 and 7, the longitudinal wave sound wave Wl whose mode has been converted is transmitted / propagated into the liquid Ln. At this time, the narrow portion 3a becomes the surface of the solid substrate 2 immediately below the liquid level in the vicinity of the gas-liquid interface. For this reason, the mode-converted longitudinal acoustic wave can efficiently change the gas-liquid interface of the liquid existing in the narrow portion 3a.
このとき、例えば、モード変換された縦波音波が数MHz〜数百MHz程度であれば、液体Lqに流れまたは気液界面の変動を発生させることが可能である。また、モード変換された縦波音波が数ミリ秒程度の繰り返しパルスであれば、音響放射圧を液体の揺動や移動のための物理的エネルギーとして利用することが可能である。更に、表面弾性波からモード変換された縦波音波は、図7に点線で示すように、(4)式によって決まる角度θltをもって固体基板2から液体Lq中へ透過/漏洩してゆく。このとき、表面弾性波がレイリー波の場合には、θi=90°となり、透過/漏洩角度は各音速の比(Vl/Vs)で決まる。このため、分取装置1は、固体基板2における表面弾性波の速度を適宜選択することで、所望する方向へ縦波音波を放射し、狭隘部3aに存在する液体から微量液体を分割することができる。 At this time, for example, if the longitudinal wave sound wave subjected to the mode conversion is about several MHz to several hundred MHz, it is possible to cause the liquid Lq to flow or to generate a change in the gas-liquid interface. In addition, if the longitudinal wave wave subjected to mode conversion is a repetitive pulse of about several milliseconds, it is possible to use the acoustic radiation pressure as physical energy for rocking or moving the liquid. Further, as indicated by the dotted line in FIG. 7, the longitudinal wave sound wave which has been mode-converted from the surface acoustic wave is transmitted / leaked from the solid substrate 2 into the liquid Lq with an angle θ lt determined by the equation (4). At this time, when the surface acoustic wave is a Rayleigh wave, θ i = 90 °, and the transmission / leakage angle is determined by the ratio of each sound velocity (V 1 / V s ). For this reason, the fractionation apparatus 1 divides a trace amount liquid from the liquid which exists in the narrow part 3a by radiating a longitudinal wave sound wave in a desired direction by appropriately selecting the velocity of the surface acoustic wave in the solid substrate 2. Can do.
即ち、図3において、保持部3に保持された液体Lqは、狭隘部3aに直交する面における断面積が狭隘部3aでは特異的に小さくなる。このため、分取装置1は、比較的小さい力で液体Lqから微量液体Lqmを液滴として切り離すことができる。ここで、狭隘部3aにおいは、図7に示すように、狭隘部3aに存在する液体Ln中を点線で示すように伝搬する縦波音波Wlによって音響放射圧が発生する。そして、この音響放射圧が、縦波音波の進行方向に沿って微量液体Lqmを切り離す力として液体Lqに作用する。   That is, in FIG. 3, the liquid Lq held in the holding unit 3 has a specifically reduced cross-sectional area in a plane perpendicular to the narrowed part 3 a in the narrowed part 3 a. For this reason, the sorting device 1 can separate the trace amount liquid Lqm from the liquid Lq as a droplet with a relatively small force. Here, in the narrow portion 3a, as shown in FIG. 7, acoustic radiation pressure is generated by the longitudinal wave sound wave W1 propagating in the liquid Ln existing in the narrow portion 3a as indicated by a dotted line. The acoustic radiation pressure acts on the liquid Lq as a force for separating the trace liquid Lqm along the traveling direction of the longitudinal wave sound wave.
このとき、縦波音波の進行方向は、図7において、狭隘部3aに存在する液体Lnの幅W方向であり、固体基板2の表面より液体Lqに漏洩した縦波音波の音響放射圧は、液中への漏洩開始位置から縦波音波の進行方向に沿って暫減する。一般的に、縦波音波は、液体Lqへの漏洩開始位置から約8波長分の距離までは液中へ漏洩するとされる。従って、図4において、狭隘部3aに存在する液体Lqの幅Wは、このような理由から、縦波音波の波長を基準として適切な値に設定することができる。ここで、図4は、液体Lqを保持する保持部3を示しているが、図4は平面図であることから、同時に保持部3に存在する液体Lqの平面的な広がりも示している。   At this time, the traveling direction of the longitudinal wave sound wave is the width W direction of the liquid Ln existing in the narrow portion 3a in FIG. 7, and the acoustic radiation pressure of the longitudinal wave sound wave leaked to the liquid Lq from the surface of the solid substrate 2 is Decrease for a while along the traveling direction of the longitudinal sound wave from the position where leakage starts into the liquid. In general, longitudinal wave sound waves are assumed to leak into the liquid up to a distance of about 8 wavelengths from the leakage start position to the liquid Lq. Therefore, in FIG. 4, the width W of the liquid Lq present in the narrow portion 3a can be set to an appropriate value based on the wavelength of the longitudinal wave sound wave for this reason. Here, FIG. 4 shows the holding unit 3 that holds the liquid Lq, but FIG. 4 is a plan view, and at the same time, also shows a planar spread of the liquid Lq existing in the holding unit 3.
更に、固体基板2は、図1に示すように、角度θ傾斜させることにより、保持部3に対して櫛歯電極4が高い位置に配置され、保持部3を除く表面が疎水性(撥水性)を有している。このため、表面弾性波によって分離された微量液体Lqmは、重力によって固体基板2の表面を容易に流れ落ちる。ここで、固体基板2を傾斜させる角度θは、液体に音響放射圧が作用しない状態において、親水性表面を持つ保持部3の吸着性によって液体が保持され、流れ落ちない角度に設定する。さらに、狭隘部3aの縁部から分割される微量液体Lqmが通過する固体基板2の表面を疎水化処理しておくことによって、分取された微量液体Lqmを固体基板2上での凝着による体積の減少を起こさせずに固体基板2上を搬送することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the solid substrate 2 is disposed at a position where the comb-teeth electrode 4 is higher than the holding portion 3 by tilting the angle θ, and the surface excluding the holding portion 3 is hydrophobic (water repellent). )have. For this reason, the trace liquid Lqm separated by the surface acoustic wave easily flows down the surface of the solid substrate 2 due to gravity. Here, the angle θ for inclining the solid substrate 2 is set to an angle at which the liquid is held by the adsorptivity of the holding unit 3 having a hydrophilic surface and does not flow down in a state where the acoustic radiation pressure does not act on the liquid. Further, the surface of the solid substrate 2 through which the trace liquid Lqm divided from the edge of the narrow portion 3a passes is hydrophobized so that the fractionated trace liquid Lqm is adhered to the solid substrate 2 by adhesion. The solid substrate 2 can be transported without causing a decrease in volume.
分取装置1において、分割される微量液体の体積決定に支配的な要素を整理すると、次のようになる。先ず、微量液体を分割する際の抗力となる凝集力は、液体の粘性或いは表面張力、及び狭隘部3aに存在する液体の立体的な形状及び寸法で決定される。一方、凝集力に抗して微量液体を切り離そうとする力の大きさは、音響放射圧の強度を決定する櫛歯電極4の振動周波数と振幅であり、櫛歯電極4の駆動電圧の印加時間である。櫛歯電極4は、超音波振動子の中では比較的高い、例えば100MHz前後の周波数の超音波を発生する。このとき、高い駆動電圧に対する耐圧を有する櫛歯電極は、圧電素材により形成される超音波振動子よりも小型で、操作対象の液滴の狭隘部付近に効率良く音響放射圧を加えることが可能である。   In the preparative device 1, the elements that are dominant in determining the volume of the minute liquid to be divided are arranged as follows. First, the cohesive force, which is a drag force when dividing a minute amount of liquid, is determined by the viscosity or surface tension of the liquid and the three-dimensional shape and size of the liquid existing in the narrow portion 3a. On the other hand, the magnitude of the force that attempts to separate the minute amount of liquid against the cohesive force is the vibration frequency and amplitude of the comb electrode 4 that determines the intensity of the acoustic radiation pressure, and the driving voltage of the comb electrode 4 is determined. Application time. The comb electrode 4 generates ultrasonic waves having a relatively high frequency, for example, a frequency of around 100 MHz, among ultrasonic transducers. At this time, the comb-tooth electrode having a withstand voltage against a high driving voltage is smaller than an ultrasonic vibrator formed of a piezoelectric material, and can efficiently apply acoustic radiation pressure near the narrow portion of the droplet to be operated. It is.
また、分取装置1は、櫛歯電極4の振幅、即ち、駆動電圧の大きさと印加時間の選択により、液体へ作用する音響放射圧の強度が調整可能であると共に、微量液体の分取体積の調節ができる。更に、分取装置1は、狭隘部3aを拡大した斜視図である図8に示すように、狭隘部3aに存在する液体Lnの立体的な形状及び寸法(例えば、幅W,長さLg或いは狭隘部3aに直交する面における断面積S)の設定によっても、微量液体の分取体積の調節が可能である。   In addition, the sorting device 1 can adjust the intensity of the acoustic radiation pressure acting on the liquid by selecting the amplitude of the comb electrode 4, that is, the magnitude of the driving voltage and the application time, and the dispensing volume of the trace liquid. Can be adjusted. Furthermore, as shown in FIG. 8, which is an enlarged perspective view of the narrow portion 3a, the sorting apparatus 1 has a three-dimensional shape and dimensions (for example, a width W, a length Lg, or the like) of the liquid Ln existing in the narrow portion 3a. The fractional volume of the trace liquid can be adjusted also by setting the cross-sectional area S) in the plane orthogonal to the narrow portion 3a.
分取装置1は、この他の特長として1.例えば、櫛歯電極4に印加する駆動電圧パルスの波形を電子的に制御することで、液体に対する音響放射圧の作用時間を容易に設定可能、2.駆動電圧パルスのソフトウエアでの制御が可能、3.液体を載置する固体基板2の表面に凹凸がないので洗浄が容易、等の利点を有している。   Other features of the sorting apparatus 1 are as follows: 1. For example, by electronically controlling the waveform of the drive voltage pulse applied to the comb electrode 4, the operating time of the acoustic radiation pressure on the liquid can be easily set. 2. The drive voltage pulse can be controlled by software, and 3. The surface of the solid substrate 2 on which the liquid is placed has no unevenness, so that there are advantages such as easy cleaning.
ここで、分取装置1は、図9に示す櫛歯電極5を使用してもよい。櫛歯電極5は、長さL5が、狭隘部3aに存在する液体Lnの長さLgよりも長く、数μmのピッチで交互に櫛歯状に係合する直線状の電極5a,5bを有し、配線6によって外部の図示しない交流電源と接続されている。   Here, the sorting device 1 may use the comb-tooth electrode 5 shown in FIG. The comb electrode 5 has linear electrodes 5a and 5b that are longer in length L5 than the length Lg of the liquid Ln present in the narrow portion 3a and are alternately engaged in a comb shape at a pitch of several μm. The wiring 6 is connected to an external AC power source (not shown).
分取装置1は、櫛歯電極5を使用すると、図9に示すように、長さL5方向に沿った広い範囲に表面弾性波Wsが誘起され、固体基板2の表面を伝搬してゆく。そして、表面弾性波Wsが保持部3に達すると、モード変換された縦波音波が液体へ漏洩し、狭隘部3aに存在する液体から微量液体Lqmを分割する。このとき、狭隘部3aの外側で液体に漏洩した縦波音波は、音響放射圧による音響流Flを液体中に発生させる。音響流Flは、微量液体Lqmが分割される方向と同じ方向の旋廻流になると考えられる。このため、音響流Flは、液体から微量液体Lqmを分割するうえで、補助的機能を発現することが期待できる。なお、本実施の形態では、分取精度が最良となるように、音波を狭隘部3aと直交するように放射しているが、少なくとも音波が狭隘部3aと交差するように放射されていれば分取は可能である。   When the comb electrode 5 is used in the sorting device 1, as shown in FIG. 9, the surface acoustic wave Ws is induced in a wide range along the length L 5 direction and propagates on the surface of the solid substrate 2. When the surface acoustic wave Ws reaches the holding unit 3, the longitudinal wave wave that has undergone mode conversion leaks into the liquid and divides the trace amount liquid Lqm from the liquid present in the narrow portion 3a. At this time, the longitudinal wave sound wave leaked to the liquid outside the narrow portion 3a generates an acoustic flow Fl due to the acoustic radiation pressure in the liquid. The acoustic flow Fl is considered to be a rotating flow in the same direction as the direction in which the trace amount liquid Lqm is divided. For this reason, it can be expected that the acoustic flow Fl exhibits an auxiliary function in dividing the trace liquid Lqm from the liquid. In the present embodiment, the sound wave is radiated so as to be orthogonal to the narrow part 3a so that the sorting accuracy is the best. However, if at least the sound wave is radiated so as to cross the narrow part 3a. Sorting is possible.
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る微量液体分取装置及び微量液体分取方法について説明する。図10は、実施の形態2の分取装置を示す斜視図である。ここで、以下の説明においては、分取装置1と同一の構成部材については同一の複数の符号を付して説明する。
(Embodiment 2)
Next, a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method according to Embodiment 2 will be described. FIG. 10 is a perspective view showing the sorting apparatus according to the second embodiment. Here, in the following description, the same components as those of the sorting apparatus 1 are described with the same reference numerals.
分取装置10は、櫛歯電極4に代えて数μmのピッチで交互に櫛歯状に係合する円弧状の電極11a,11bとした櫛歯電極11を固体基板2上に設けたものである。櫛歯電極11は、電極11a,11bが円弧状をしているために、発生する表面弾性波は、保持部3に保持された液体Lqに関し、狭隘部3aに存在する液体の櫛歯電極11から離れた縁部、即ち、分割された微量液体Lqm側に集束する。このため、分取装置10は、狭隘部3aに存在する液体から微量液体Lqmを、分取装置1よりも効率良く分離させることができる。   The sorting device 10 is provided with a comb-shaped electrode 11 on the solid substrate 2 as arc-shaped electrodes 11a and 11b that are alternately engaged in a comb-tooth shape with a pitch of several μm instead of the comb-tooth electrode 4. is there. Since the comb-shaped electrode 11 has the arcs 11a and 11b, the surface acoustic wave generated is related to the liquid Lq held in the holding unit 3 and the liquid comb-shaped electrode 11 existing in the narrow portion 3a. Focusing on the edge away from the surface, that is, the divided trace liquid Lqm side. For this reason, the sorting device 10 can separate the trace amount liquid Lqm from the liquid present in the narrow portion 3 a more efficiently than the sorting device 1.
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る微量液体分取装置及び微量液体分取方法について説明する。図11は、実施の形態3の分取装置を示す斜視図である。図12は、狭隘部を横断して切断した分取装置の断面図である。
(Embodiment 3)
Next, a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method according to Embodiment 3 will be described. FIG. 11 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the third embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of the sorting device cut across the narrow portion.
分取装置15は、固定基板16の上面の、狭隘部3aと対向する位置に液体の保持部3が設けられ、固定基板17の上面に櫛歯電極4が設けられ、固定基板16,17は音響整合層18を介して密着されている。ここで、固定基板16は、固体基板16,17の接合面で表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波が透過可能な音響インピーダンス又は保持部3に保持される液体に近い音響インピーダンスを持つ材料で形成するか、或いは表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波の波長を基準として所定厚さに設定する。固体基板16,17は、固体基板2と同じ素材で構成され、櫛歯電極4側から保持部3側に向かって低くなり、かつ、液体Lqが保持部3に保持されるように、角度θ傾斜させて配置される。また、音響整合層18は、固体基板16,17間に塗布又は充填することにより、音響インピーダンスを整合させて固体基板16,17間を音響的に結合するもので、保持部3に保持される液体に近い音響インピーダンスを有する物質を使用し、櫛歯電極4が発生する表面弾性波を音源として、固体基板16,17の接合面で変換されて発生する縦波音波の波長を基準として所定の厚さに設定する。音響整合層18は、保持部3に保持して微量液体を分割する液体が、主成分を水とする場合や水に近い音響インピーダンスを持つ液体のときには、水やシリコン系のオイルや合成ゴム、水とグリセリンなどのエマルジョン、或いはエポキシ系樹脂等が使用される。   The sorting device 15 is provided with a liquid holding unit 3 on the upper surface of the fixed substrate 16 at a position facing the narrow portion 3a, a comb electrode 4 on the upper surface of the fixed substrate 17, and the fixed substrates 16 and 17 are The acoustic matching layer 18 is in close contact. Here, the fixed substrate 16 has acoustic impedance that allows transmission of longitudinal acoustic waves generated by converting surface acoustic waves at the joint surfaces of the solid substrates 16 and 17, or acoustic impedance close to the liquid held in the holding unit 3. Or a predetermined thickness with reference to the wavelength of the longitudinal wave generated by the conversion of the surface acoustic wave. The solid substrates 16 and 17 are made of the same material as that of the solid substrate 2 and are lowered from the comb electrode 4 side toward the holding unit 3 side, and the angle θ so that the liquid Lq is held in the holding unit 3. It is arranged at an angle. The acoustic matching layer 18 is applied or filled between the solid substrates 16 and 17 to match the acoustic impedance and acoustically couple the solid substrates 16 and 17. The acoustic matching layer 18 is held by the holding unit 3. A material having an acoustic impedance close to that of a liquid is used, a surface acoustic wave generated by the comb electrode 4 is used as a sound source, and a predetermined wavelength is used with reference to the wavelength of the longitudinal wave sound wave generated by being converted at the joint surface of the solid substrates 16 and 17. Set to thickness. The acoustic matching layer 18 is water, silicon-based oil, synthetic rubber, or the like when the liquid that is held in the holding unit 3 and divides the trace amount liquid is water or the liquid that has an acoustic impedance close to water. An emulsion such as water and glycerin or an epoxy resin is used.
ここで、固体基板17から固体基板16へ伝達される音響エネルギーの減衰は、上述の(2),(3)式より、音響整合層18となる物質の密度や体積弾性率といった物性値と、物質中を伝播する表面弾性波の波長に依存する。伝播する表面弾性波の減衰を抑えようとすると、音響整合層18の厚さは薄い方が望ましく、例えば固体基板16,17の接合面でモード変換されて発生する縦波の波長を基準に適切な値を求めることが可能である。また、固体基板17から固体基板16への音響エネルギーの伝達を効率良く行おうとする場合、両者の音響インピーダンスの差異は少ない方が望ましい。   Here, the attenuation of the acoustic energy transmitted from the solid substrate 17 to the solid substrate 16 is calculated from the above-described equations (2) and (3), and the physical property values such as the density and bulk modulus of the substance that becomes the acoustic matching layer 18; It depends on the wavelength of the surface acoustic wave propagating in the material. In order to suppress the attenuation of the propagated surface acoustic wave, it is desirable that the thickness of the acoustic matching layer 18 is small. For example, the acoustic matching layer 18 is appropriately based on the wavelength of the longitudinal wave generated by mode conversion at the joint surface of the solid substrates 16 and 17. It is possible to obtain a correct value. Moreover, when it is going to transmit acoustic energy from the solid substrate 17 to the solid substrate 16 efficiently, it is desirable that the difference in acoustic impedance between the two is small.
従って、分取装置15は、図12に示すように、固体基板16,17が音響整合層18を介して互いに密着しているため、固定基板17上の櫛歯電極4が発生した表面弾性波Wsは、固定基板16内を通過して保持部3に保持された液体へと到達し、狭隘部3aに存在する液体から微量液体Lqmを分離させる。このとき、櫛歯電極4が発生した表面弾性波は、固体基板16と固体基板17との接合面に存在する音響整合層18に到達する。このため、音響整合層18へ到達した固体弾性波は、横波から縦波、或いは縦波と横波が混在した混在波にモード変換される。これら縦波、或いは混在波のうち、モード変換された縦波音波Wlのみが固体基板16へ漏洩して固体基板16中で反射を繰り返し、暫減しながら進行してゆく。このようにして保持部3に到達した縦波音波Wlは、保持部3上にある液体Lqに漏洩する。一方、音響整合層18において変換された横波音波Wtは、音響整合層18中を伝播しながら暫時縦波音波Wlへ再度変換され固体基板16へ漏洩し、固体基板16中で反射を繰り返し、暫減しながら進行してゆく。   Accordingly, as shown in FIG. 12, the sorting device 15 has the surface acoustic waves generated by the comb electrodes 4 on the fixed substrate 17 because the solid substrates 16 and 17 are in close contact with each other via the acoustic matching layer 18. Ws passes through the fixed substrate 16 and reaches the liquid held in the holding unit 3, and separates the trace amount liquid Lqm from the liquid existing in the narrow portion 3a. At this time, the surface acoustic wave generated by the comb-tooth electrode 4 reaches the acoustic matching layer 18 existing on the joint surface between the solid substrate 16 and the solid substrate 17. For this reason, the solid acoustic wave that has reached the acoustic matching layer 18 is mode-converted from a transverse wave to a longitudinal wave or a mixed wave in which longitudinal and transverse waves are mixed. Of these longitudinal waves or mixed waves, only the mode-converted longitudinal wave sound wave Wl leaks to the solid substrate 16 and repeats reflection in the solid substrate 16, and proceeds while decreasing for a while. The longitudinal sound wave W1 that has reached the holding unit 3 in this manner leaks into the liquid Lq on the holding unit 3. On the other hand, the transverse wave sound wave Wt converted in the acoustic matching layer 18 is converted again into the longitudinal wave sound wave Wl for a while while propagating through the acoustic matching layer 18 and leaks to the solid substrate 16 and is repeatedly reflected in the solid substrate 16 for a while. Progress while decreasing.
このとき、保持部3に保持された液体は、狭隘部3aに直交する面における断面積が狭隘部3aでは特異的に小さく、狭隘部3aに保持される液体Lnは他の部分よりも結合エネルギーが小さい。このため、狭隘部3aに保持された液体は、縦波音波Wlの音響放射圧によって微量液体Lqmが切り離される(図11参照)。   At this time, the liquid held in the holding part 3 has a specifically small cross-sectional area in the narrow part 3a in the plane orthogonal to the narrow part 3a, and the liquid Ln held in the narrow part 3a has a binding energy higher than that of other parts. Is small. For this reason, the trace amount liquid Lqm is separated from the liquid held in the narrow portion 3a by the acoustic radiation pressure of the longitudinal wave sound wave W1 (see FIG. 11).
なお、実施の形態1においては、固体基板2の材料は、表面処理のし易さと圧電性の両方を考慮して選択しなければならなかった。しかしながら、本実施の形態においては、保持部3が設けられる第1の固体基板と、櫛歯電極4が設けられる第2の固体基板とを別基板にしたため、第1の固体基板は表面処理のし易さ、第2の固体基板は櫛歯電極の加工性や圧電性等を目的として材料を選択すればよく、装置を構成する材料の選択の幅が広がるという利点がある。   In the first embodiment, the material of the solid substrate 2 must be selected in consideration of both ease of surface treatment and piezoelectricity. However, in the present embodiment, since the first solid substrate on which the holding unit 3 is provided and the second solid substrate on which the comb electrode 4 is provided are separate substrates, the first solid substrate is subjected to surface treatment. However, the material of the second solid substrate may be selected for the purpose of the processability and piezoelectricity of the comb electrode, and there is an advantage that the range of selection of the material constituting the device is widened.
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係る微量液体分取装置及び微量液体分取方法について説明する。図13は、実施の形態4の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 4)
Next, a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method according to Embodiment 4 will be described. FIG. 13 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the fourth embodiment.
分取装置20は、図13に示すように、固体基板17に設ける櫛歯電極を櫛歯電極4に代えて櫛歯電極11とし、音響整合層18を介して固定基板16,17を密着したものである。従って、分取装置20は、櫛歯電極11の電極11a,11bが円弧状に成形ているために、発生した表面弾性波が保持部3に保持された液体Lqに関し、狭隘部3aに存在する液体の櫛歯電極11から離れた縁部、即ち、分割された微量液体Lqm側に集束する。このため、分取装置20は、櫛歯電極11が発生した表面弾性波を音響整合層18でモード変換し、モード変換された縦波音波Wlを固体基板16から保持部3上にある液体Lqに漏洩することによって、狭隘部3aから微量液体Lqmを分割する。   As shown in FIG. 13, the sorting device 20 replaces the comb-teeth electrode provided on the solid substrate 17 with the comb-teeth electrode 4, and uses the comb-teeth electrode 11 to closely contact the fixed substrates 16 and 17 via the acoustic matching layer 18. Is. Therefore, since the electrodes 11a and 11b of the comb electrode 11 are formed in an arc shape, the sorting device 20 has the generated surface acoustic wave in the narrow portion 3a with respect to the liquid Lq held in the holding portion 3. It converges on the edge away from the comb electrode 11 of the liquid, that is, on the divided minute liquid Lqm side. For this reason, the sorting device 20 mode-converts the surface acoustic wave generated by the comb electrode 11 by the acoustic matching layer 18 and converts the mode-converted longitudinal wave sound wave Wl from the solid substrate 16 to the liquid Lq on the holding unit 3. The trace amount liquid Lqm is divided from the narrow portion 3a by leaking into the narrow portion 3a.
(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図14は、実施の形態5の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 5)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 5 will be described. FIG. 14 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the fifth embodiment.
分取装置25は、図14に示すように、実施の形態2の分取装置10において、基板2に設ける櫛歯電極を櫛歯電極11に代えて櫛歯電極4とし、基板2に微量液体Lqmのガイド溝2aを設けたものである。ガイド溝2aは、保持部3に保持された液体から分割される微量液体の移動を案内する。従って、分取装置25は、分割された微量液体の排出進路が安定する。ここで、実施の形態5の構成は、実施の形態2〜4にも適用することができる。   As shown in FIG. 14, the sorting device 25 is the same as the sorting device 10 according to the second embodiment, except that the comb-tooth electrode provided on the substrate 2 is replaced by the comb-tooth electrode 4 and the comb-tooth electrode 4 is used. An Lqm guide groove 2a is provided. The guide groove 2 a guides the movement of the trace amount liquid divided from the liquid held in the holding unit 3. Therefore, in the sorting device 25, the discharge path of the divided trace liquid is stabilized. Here, the configuration of the fifth embodiment can also be applied to the second to fourth embodiments.
(実施の形態6)
次に、実施の形態6に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図15は、実施の形態6の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 6)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 6 will be described. FIG. 15 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the sixth embodiment.
分取装置30は、図15に示すように、実施の形態2の分取装置10において、固定基板2の表面に、狭隘部3a近傍を起点とし、分割される微量液体を搬出する電極列8を設けたものである。電極列8は、複数の電極8aを有し、隣接する電極の正負を順次切り替えることにより、分割された微量液体に静電気力を作用させて搬出する。このため、分取装置30は、固定基板2を傾斜配置する必要がない。   As shown in FIG. 15, in the sorting apparatus 10 according to the second embodiment, the sorting apparatus 30 has an electrode array 8 for carrying out a small amount of liquid to be divided starting from the vicinity of the narrow portion 3a on the surface of the fixed substrate 2. Is provided. The electrode array 8 has a plurality of electrodes 8a, and sequentially carries out the discharge by applying an electrostatic force to the divided trace liquid by sequentially switching the polarity of the adjacent electrodes. For this reason, the sorting apparatus 30 does not need to place the fixed substrate 2 in an inclined manner.
(実施の形態7)
次に、実施の形態7に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図16は、実施の形態7の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 7)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 7 will be described. FIG. 16 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the seventh embodiment.
分取装置35は、図16に示すように、実施の形態1の分取装置1において、固定基板2の櫛歯電極4を挟む両側に液体Lqを保持する保持部3を設けると共に、狭隘部3a近傍を起点とし、分割される微量液体を搬出する電極列8を設けたものである。従って、分取装置35は、櫛歯電極4を駆動することによって、狭隘部3aに存在する液体から同時に相反する方向へ2個の微量液体Lqmを分割し、分割した微量液体Lqmを各電極列8によって搬出することができる。ここで、実施の形態7の構成は、実施の形態3にも適用することができる。   As shown in FIG. 16, the sorting device 35 is provided with the holding portions 3 that hold the liquid Lq on both sides of the fixed electrode 2 sandwiching the comb electrode 4 in the sorting device 1 of the first embodiment. The electrode array 8 is provided to carry out a small amount of liquid to be divided starting from the vicinity of 3a. Accordingly, the sorting device 35 divides the two trace liquids Lqm from the liquid existing in the narrow portion 3a in the opposite directions simultaneously by driving the comb-teeth electrode 4, and the divided trace liquid Lqm is divided into each electrode array. 8 can be carried out. Here, the configuration of the seventh embodiment can also be applied to the third embodiment.
(実施の形態8)
次に、実施の形態8に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図17は、実施の形態8の分取装置を示す斜視図である。図18−1は、保持壁に設けたスリットの形状を示す図である。図18−2は、保持壁に設けた開口の形状を示す図である。
(Embodiment 8)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 8 will be described. FIG. 17 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the eighth embodiment. FIG. 18A is a diagram illustrating a shape of a slit provided in the holding wall. 18-2 is a figure which shows the shape of the opening provided in the holding wall.
分取装置40は、図17に示すように、実施の形態2の分取装置10において、固定基板2に保持部3を囲む壁2bを設けると共に、壁2bの狭隘部3aに対応する位置にスリット2c(図18−1参照)を形成したものである。分取装置40は、固定基板2にこのような壁2bを設けることによって、保持部3に保持し得る液体の量を増加させることができる。また、壁2bにスリット2cを設けることによって、櫛歯電極11が発生した表面弾性波は、保持部3に保持された液体Lqのスリット2cの部分にのみ指向され、スリット2cの部分にある液体の凝集力に抗して微量液体が分取される。なお、実施の形態8の構成は、実施の形態1,3,4にも適用することができる。   As shown in FIG. 17, in the sorting apparatus 10 according to the second embodiment, the sorting device 40 is provided with a wall 2b surrounding the holding portion 3 on the fixed substrate 2, and at a position corresponding to the narrow portion 3a of the wall 2b. A slit 2c (see FIG. 18-1) is formed. The sorting device 40 can increase the amount of liquid that can be held in the holding unit 3 by providing such a wall 2 b on the fixed substrate 2. Further, by providing the slit 2c on the wall 2b, the surface acoustic wave generated by the comb-tooth electrode 11 is directed only to the slit 2c portion of the liquid Lq held by the holding portion 3, and the liquid in the slit 2c portion. A minute amount of liquid is separated out against the cohesive force of. Note that the configuration of the eighth embodiment can also be applied to the first, third, and fourth embodiments.
ここで、壁2bは、スリット2cに代えて、図18−2に示す開口2dを設けてもよい。このとき、スリット2c又は開口2d部分に存在する液体の凝集力は、液体の粘性或いは表面張力とスリット2c又は開口2d部分の形状や寸法によって決まる。このとき、液体の凝集力を決定する1つの要素となる形状としては、図18−1及び図18−2に示すように、スリット2cの場合には、高さHslと幅Wslであり、開口2dの場合には高さHopと上部のアーチ部分における曲率である。   Here, the wall 2b may be provided with an opening 2d shown in FIG. 18-2 instead of the slit 2c. At this time, the cohesive force of the liquid existing in the slit 2c or the opening 2d portion is determined by the viscosity or surface tension of the liquid and the shape and size of the slit 2c or the opening 2d portion. At this time, as a shape serving as one element for determining the cohesive force of the liquid, as shown in FIGS. 18A and 18B, in the case of the slit 2c, the shape is a height Hsl and a width Wsl. In the case of 2d, it is the height Hop and the curvature at the upper arch portion.
(実施の形態9)
次に、実施の形態9に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図19は、実施の形態9の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 9)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 9 will be described. FIG. 19 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the ninth embodiment.
分取装置45は、図19に示すように、実施の形態3の分取装置15において、固定基板16に肉厚の素材を用い、液体の保持溝16aと保持溝16aに保持された液体から分割される微量液体の移動を案内するガイド溝16bを設けた変形例である。保持溝16aは、液体を保持する保持部3と同一形状であり、狭隘部16cによって受容部16dが連結されている。分取装置45は、保持溝16a設けることで、保持溝16aに保持し得る液体の量を増加させることができ、ガイド溝16bを設けることで、分割された微量液体の排出進路を安定させることができる。ここで、実施の形態9の構成は、実施の形態4にも適用することができる。   As shown in FIG. 19, the sorting device 45 uses a thick material for the fixed substrate 16 in the sorting device 15 of the third embodiment, and uses the liquid holding groove 16a and the liquid held in the holding groove 16a. This is a modified example in which a guide groove 16b for guiding the movement of the minute liquid to be divided is provided. The holding groove 16a has the same shape as the holding portion 3 that holds the liquid, and the receiving portion 16d is connected by the narrow portion 16c. By providing the holding groove 16a, the sorting device 45 can increase the amount of liquid that can be held in the holding groove 16a, and by providing the guide groove 16b, the discharge path of the divided trace liquid can be stabilized. Can do. Here, the configuration of the ninth embodiment can also be applied to the fourth embodiment.
(実施の形態10)
次に、実施の形態10に係る微量液体分取装置及び分取方法について説明する。図20は、実施の形態10の分取装置を示す斜視図である。
(Embodiment 10)
Next, a trace liquid sorting device and a sorting method according to Embodiment 10 will be described. FIG. 20 is a perspective view showing a sorting apparatus according to the tenth embodiment.
分取装置50は、図20に示すように、実施の形態2における分取装置10の固体基板2に上板51を設置するものである。上板51は、保持部3に対応した部分を除去して保持開口51aが形成されると共に、液体から分割された微量液体の移動を案内するガイド溝に対応する部分を除去して通路51bが形成されている。このため、分取装置50は、固体基板2に上板51を被着すると、保持部3に対応した部分に実施の形態9における保持溝とガイド溝が形成され、分取装置45と同じ効果を発揮することができる。ここで、上板51は、例えばシリコーン系のゴム素材であるをポリメチルシロキサン(PDMS)を用いて形成する。このとき、上板51は、PDMSの持つ自己粘着性を利用して固体基板2上に貼り付ける。   As shown in FIG. 20, the sorting device 50 is configured to install an upper plate 51 on the solid substrate 2 of the sorting device 10 in the second embodiment. In the upper plate 51, a portion corresponding to the holding portion 3 is removed to form a holding opening 51a, and a portion corresponding to a guide groove that guides the movement of the trace amount liquid divided from the liquid is removed to form a passage 51b. Is formed. Therefore, when the sorting device 50 attaches the upper plate 51 to the solid substrate 2, the holding groove and the guide groove in the ninth embodiment are formed in the portion corresponding to the holding portion 3, and the same effect as the sorting device 45 is obtained. Can be demonstrated. Here, the upper plate 51 is made of, for example, a silicone rubber material using polymethylsiloxane (PDMS). At this time, the upper plate 51 is pasted on the solid substrate 2 using the self-adhesive property of PDMS.
以上のように、本発明にかかる微量液体分取装置及び微量液体分取方法は、目的とする液量を超える液塊から微量の液体を精度良く定量分取するのに有用であり、特に、分注装置や分析装置に適している。   As described above, the trace liquid sorting apparatus and trace liquid sorting method according to the present invention are useful for accurately and quantitatively sorting a trace amount of liquid from a liquid mass exceeding the target liquid volume, Suitable for dispensing devices and analyzers.
本発明の微量液体分取装置及び微量液体分取方法に係る実施の形態1を説明するもので、微量液体分取装置の斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a trace liquid sorting device for explaining Embodiment 1 according to a trace liquid sorting device and a trace liquid sorting method of the present invention. 微量液体分取装置における液体を保持する保持部の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the holding | maintenance part holding the liquid in a trace amount liquid sorting device. 微量液体分取装置における液体を保持する保持部の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the holding | maintenance part holding the liquid in a trace amount liquid sorting device. 微量液体分取装置における液体を保持する保持部の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the holding | maintenance part holding the liquid in a trace amount liquid sorting device. 微量液体分取装置における液体を保持する保持部の形状を示す平面図である。It is a top view which shows the shape of the holding | maintenance part holding the liquid in a trace amount liquid sorting device. 保持部に保持された液体の形状を示す正面図である。It is a front view which shows the shape of the liquid hold | maintained at the holding | maintenance part. 保持部、音波発生手段、分割された微量液体を示す平面図である。It is a top view which shows a holding | maintenance part, a sound wave generation means, and the divided | segmented trace liquid. 分割された微量液体側から見た保持部の液体を示す正面図である。It is a front view which shows the liquid of the holding | maintenance part seen from the divided | segmented trace liquid side. 櫛歯電極が発生した表面弾性波の伝搬を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the propagation of the surface acoustic wave which the comb-tooth electrode generate | occur | produced. 固定基板における表面弾性波と、狭隘部の液体における縦波音波の伝搬を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the propagation of the surface acoustic wave in a fixed board | substrate, and the longitudinal wave sound wave in the liquid of a narrow part. 狭隘部を拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the narrow part. 微量液体分取装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of a trace amount liquid sorting device. 実施の形態2の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 2. 実施の形態3の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 3. 狭隘部を横断して切断した分取装置の断面図である。It is sectional drawing of the fractionation apparatus cut | disconnected across the narrow part. 実施の形態4の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 4. 実施の形態5の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 5. 実施の形態6の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 6. 実施の形態7の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 7. 実施の形態8の分取装置を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a sorting device according to an eighth embodiment. 保持壁に設けたスリットの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the slit provided in the holding wall. 保持壁に設けた開口の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the opening provided in the holding wall. 実施の形態9の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 9. 実施の形態10の分取装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the fractionation apparatus of Embodiment 10. FIG.
符号の説明Explanation of symbols
1 分取装置
2 固体基板
3 保持部
3a 狭隘部
3b 受容部
3c 微小保持部
4,5 櫛歯電極
6 配線
7 電源
8 電極列
10,15 分取装置
16,17 固体基板
18 音響整合層
20,25 分取装置
30,35 分取装置
40,45 分取装置
50 分取装置
51 上板
Lq,Ln 液体
Lqm 微量液体
Ws 表面弾性波
Wl 縦波音波
Wt 横波音波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sorting device 2 Solid substrate 3 Holding | maintenance part 3a Narrow part 3b Receiving part 3c Micro holding | maintenance part 4,5 Comb electrode 6 Wiring 7 Power supply 8 Electrode row 10,15 Sorting device 16,17 Solid substrate 18 Acoustic matching layer 20, 25 Preparative device 30, 35 Preparative device 40, 45 Preparative device 50 Preparative device 51 Upper plate Lq, Ln Liquid Lqm Trace liquid Ws Surface acoustic wave Wl Longitudinal wave acoustic wave Wt Transverse wave acoustic wave

Claims (18)

  1. 狭隘部を介して連結され、液体を保持する保持部と、
    前記狭隘部と交差する方向から前記狭隘部に向けて音波を発生する音波発生手段と、
    を備え、前記保持部及び前記音波発生手段は、固体基板の表面に設けられていることを特徴とする微量液体分取装置。
    A holding part that is connected via the narrow part and holds the liquid;
    A sound wave generating means for generating a sound wave from the direction intersecting the narrow part toward the narrow part,
    And the holding part and the sound wave generating means are provided on the surface of a solid substrate.
  2. 前記音波発生手段は、前記保持部と共に第1の固体基板上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   2. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein the sound wave generating unit is provided on the first solid substrate together with the holding unit.
  3. 前記音波発生手段及び前記保持部は、前記固体基板の同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の微量液体分取装置。   The trace liquid dispensing apparatus according to claim 2, wherein the sound wave generating unit and the holding unit are arranged on the same plane of the solid substrate.
  4. 前記音波発生手段は、前記保持部と異なる第2の固体基板上に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   2. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein the sound wave generating unit is provided on a second solid substrate different from the holding unit.
  5. 前記音波発生手段は、前記狭隘部と直交する方向から前記狭隘部の液体に向けて音波を発生することを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   2. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein the sound wave generating unit generates a sound wave toward a liquid in the narrow portion from a direction orthogonal to the narrow portion.
  6. 前記固体基板と前記液体との音響インピーダンスの差は、前記固体基板と前記固体基板が接する雰囲気との音響インピーダンスの差より小さく、かつ、前記液体と前記液体が接する雰囲気との音響インピーダンスの差より小さいことを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   The difference in acoustic impedance between the solid substrate and the liquid is smaller than the difference in acoustic impedance between the solid substrate and the atmosphere in contact with the solid substrate, and the difference in acoustic impedance between the liquid and the atmosphere in contact with the liquid. The trace liquid preparatory device according to claim 1, which is small.
  7. 前記音波発生手段は、発生する音波を前記保持部に保持される液滴の狭隘部に選択的に指向することを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   2. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein the sound wave generation unit selectively directs the generated sound wave to a narrow portion of a droplet held by the holding unit.
  8. 前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であることを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   The trace liquid sorting apparatus according to claim 1, wherein the sound wave generating unit is a surface acoustic wave generating unit configured to generate a surface acoustic wave.
  9. 前記表面弾性波発生手段は、平面上に直線状の電極が配列された櫛歯電極であることを特徴とする請求項7に記載の微量液体分取装置。   The trace liquid sorting apparatus according to claim 7, wherein the surface acoustic wave generating means is a comb electrode in which linear electrodes are arranged on a plane.
  10. 前記表面弾性波発生手段は、平面上に曲線状の電極が配列された櫛歯電極であり、前記狭隘部の液体の当該表面弾性波発生手段から離れた縁部に前記表面弾性波を集束させることを特徴とする請求項7に記載の微量液体分取装置。   The surface acoustic wave generating means is a comb-like electrode in which curved electrodes are arranged on a plane, and the surface acoustic wave is focused on an edge portion of the narrow portion liquid away from the surface acoustic wave generating means. The trace amount liquid preparatory device according to claim 7 characterized by things.
  11. 前記第1の固体基板と前記第2の固体基板は、前記液体に近い音響インピーダンスを有する物質を介して密着されていることを特徴とする請求項4に記載の微量液体分取装置。   5. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 4, wherein the first solid substrate and the second solid substrate are in close contact with each other through a substance having an acoustic impedance close to that of the liquid.
  12. 前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、
    前記液体に近い音響インピーダンスを有する物質は、前記表面弾性波を音源として、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で変換されて発生する縦波音波の波長を基準として所定の厚さに設定されていることを特徴とする請求項4に記載の微量液体分取装置。
    The sound wave generating means is a surface acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave,
    The substance having an acoustic impedance close to that of the liquid is based on the wavelength of the longitudinal wave generated by converting the surface acoustic wave as a sound source at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate. The trace liquid preparatory apparatus according to claim 4, wherein the trace liquid is set to a predetermined thickness.
  13. 前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、
    前記第1の固体基板は、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で前記表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波が透過可能な音響インピーダンス又は前記液体に近い音響インピーダンスを持つ材料で形成されていることを特徴とする請求項4に記載の微量液体分取装置。
    The sound wave generating means is a surface acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave,
    The first solid substrate is an acoustic impedance or liquid that can transmit longitudinal acoustic waves generated by converting the surface acoustic waves at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate. The trace liquid preparatory device according to claim 4, wherein the liquid tracer is made of a material having an acoustic impedance close to.
  14. 前記音波発生手段は、表面弾性波を発生する表面弾性波発生手段であり、
    前記第1の固体基板は、前記第1の固体基板と前記第2の固体基板との接合面で前記表面弾性波が変換されることによって生じた縦波音波の波長を基準として所定厚さに設定されていることを特徴とする請求項4に記載の微量液体分取装置。
    The sound wave generating means is a surface acoustic wave generating means for generating a surface acoustic wave,
    The first solid substrate has a predetermined thickness on the basis of the wavelength of the longitudinal sound wave generated by converting the surface acoustic wave at the joint surface between the first solid substrate and the second solid substrate. It is set, The trace liquid preparatory device of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
  15. 前記保持部に液体を保持したときの前記狭隘部における液体の幅は、前記表面弾性波を音源とする縦波音波の波長によって決まる所定の値であることを特徴とする請求項8に記載の微量液体分取装置。   The width of the liquid in the narrow part when the liquid is held in the holding part is a predetermined value determined by a wavelength of a longitudinal wave sound wave using the surface acoustic wave as a sound source. Trace liquid fractionator.
  16. 前記保持部の表面は、親水性を有し、前記保持部に隣接する部分の表面は、疎水性を有することを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   2. The trace liquid dispensing apparatus according to claim 1, wherein a surface of the holding part has hydrophilicity, and a surface of a portion adjacent to the holding part has hydrophobicity.
  17. 前記第1の固体基板は、前記音波発生手段側から前記保持部側に向かって低くなり、かつ、前記液体が前記保持部に保持される角度に傾斜配置されていることを特徴とする請求項1に記載の微量液体分取装置。   The first solid substrate is arranged so as to be lowered from the sound wave generating means side toward the holding portion side and inclined at an angle at which the liquid is held by the holding portion. 2. The trace liquid fractionator according to 1.
  18. 固体基板上に形成され、狭隘部を介して連結された保持部に保持された液体を、音波によって分取する微量液体分取方法であって、
    前記狭隘部と交差する方向から前記狭隘部に向けて音波を出射するステップと、
    前記音波の音響放射圧によって前記液体から微量液体が分取されるステップと、
    を含むことを特徴とする微量液体分取方法。
    A liquid separation method for separating a liquid formed on a solid substrate and held by a holding unit connected via a narrow portion by sound waves,
    Emitting sound waves from the direction intersecting the narrow portion toward the narrow portion;
    Separating a trace amount of liquid from the liquid by acoustic radiation pressure of the acoustic wave;
    A method for fractionating a trace amount of liquid, comprising:
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