JP2006015254A - Micro fluid device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小流路に微量な流体試料を流し、流体試料中の特定物質を測定するマイクロ流体装置に関する。 The present invention relates to a microfluidic device that allows a small amount of fluid sample to flow through a microchannel and measures a specific substance in the fluid sample.
現在、マイクロ化学分析システム(μTAS)に代表されるマイクロ流体装置が注目されている。マイクロ流体装置では生化学的な分析や反応を微小領域で行うことで、従来型の手法と比較して測定対象となる物質の測定量を少なくし、分析処理時間を大幅に短縮することを可能にしている。また、マイクロ流体装置を医療分野に応用することで、患者から採取する血液などのサンプル量、検査コストを軽減し、検査結果を迅速に提示することができる。 At present, a microfluidic device represented by a microchemical analysis system (μTAS) is attracting attention. Microfluidic devices perform biochemical analysis and reactions in a very small area, reducing the amount of substances to be measured compared to conventional methods and greatly shortening analysis processing time. I have to. In addition, by applying the microfluidic device to the medical field, the amount of sample such as blood collected from a patient and the test cost can be reduced, and the test result can be presented quickly.
上記のようなマイクロ流体装置の一例として特許文献1に示す従来技術を説明する。図7は、従来技術のマイクロ流体装置701の概略図である。マイクロ流体装置701は、流体試料を装置内に供給する入力ポート702、流体試料が流れる微小流路703、流体試料の流れを制御するバルブ704、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部705、反応後の流体試料を排出する出力ポート706、流体試料を送液するマイクロポンプ707からなる。
As an example of the microfluidic device as described above, the prior art disclosed in Patent Document 1 will be described. FIG. 7 is a schematic diagram of a prior art
また、入力ポート702、もしくは出力ポート707は、マイクロポンプ機構707と一体化しており、外部装置を用いず送液することを可能にしている。上記マイクロ流体装置701では図8に示すように、PDMS(Polydimethylsilane)のような自己接着性、通気性を有した弾性部材801にμmオーダーの微小な溝形状(入力ポート802、流体試料が流れる微小流路803、流体試料の流れを制御するバルブ804、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部805、反応後の流体試料を排出する出力ポート806)を加工し、ガラス基板807と貼り合わせることで微小流路703を形成している。
In addition, the
流体試料は入力ポート702から必要量が微小流路703内に送り込まれ、微小流路703中をマイクロポンプが送液している。このときのセンシング部705の断面A−A’における流体試料の流れの速度分布を示したものが図9である。断面A−A’における流体試料の速度は微小流路703側壁との粘性抵抗の影響から図9に示すように流路中央部では流れが速く、側壁に近づくほど流れが遅くなっている。
A necessary amount of the fluid sample is fed into the
このように、センシング部705の断面A−A’では流体試料の流れる速度が場所によって大きく異なっているために、センシング部705に供給される流体試料中の特定物質の量が場所によって大きく変化してしまう。この結果、センシング部705上での特定物質供給量の違いから検出速度の低下が発生することになる。
そこで本発明においては、微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置において、センシング部を流れる流体試料の微小流路断面での速度分布のむらを小さくすることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce unevenness of velocity distribution in a cross section of a microfluidic sample of a fluid sample flowing through a sensing unit in a microfluidic device that performs biochemical analysis and reaction in the microchannel.
上記のような課題を解決するため、本発明では、微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置内のセンシング部において、流れる流体試料の速度分布むらを解消する速度分布むら解消手段、具体的には前記流体試料が流れる経路中の一部または全部に、前記流体試料の流れに対して抵抗を与えるような凸形状の仕切り部材、即ち、障害物を配置して、微小流路断面方向における流体試料流れの速度分布むらを小さくするように構成した。 In order to solve the above-described problems, in the present invention, in the sensing unit in the microfluidic device that performs biochemical analysis and reaction in the microchannel, the velocity distribution variation that eliminates the velocity distribution variation of the flowing fluid sample. Disposing means, specifically, a convex partition member that gives resistance to the flow of the fluid sample, that is, an obstacle, is arranged in part or all of the path through which the fluid sample flows, so that a minute The velocity distribution unevenness of the fluid sample flow in the channel cross-sectional direction is reduced.
微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置内に流体試料の流れに対して抵抗を与えるような速度分布むら解消手段を設け、微小流路断面方向における流体試料流れの速度分布むらを小さくするように構成したため、流体試料中の特定物質供給量の場所による違いを小さくすることができる。したがって、本発明のマイクロ流体装置では流体試料中の特定物質の検出速度を向上させることができる。 In the microfluidic device that performs biochemical analysis and reaction in the microchannel, a means for eliminating uneven velocity distribution that provides resistance to the flow of the fluid sample is provided, and the velocity of the fluid sample flow in the cross section of the microchannel Since the distribution unevenness is configured to be small, the difference depending on the location of the specific substance supply amount in the fluid sample can be reduced. Therefore, in the microfluidic device of the present invention, the detection speed of the specific substance in the fluid sample can be improved.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置101の概略図である。102は流体試料を装置内に送り込む入力ポート、103は流体試料が流れる微小流路、104は流体試料の流れを制御するバルブ、105は流体試料中の特定物質を検出するセンシング部、106はセンシングが終了した流体試料を廃液する出力ポート、107は流体試料を送液するポンプである。流体試料は入力ポート102から必要量が微小流路103内に送り込まれ、微小流路103中を負圧で送液している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a
図2はセンシング部105の断面A-A‘の概略図である。201は流路形成部材、202は103においてセンシング部105に正対して設けた仕切り部材であり、凸形状に形成されている。この凸形状部材の先端部はセンシング部105内に配置したセンサに近接している。
FIG. 2 is a schematic diagram of a cross section A-A ′ of the
図3は、センシング部105の斜視図である。センシング部105が位置する微小流路103において、センシング部105に正対して設けられた凸形状部材は流体試料の流れ方向に沿って並列した複数の平板から構成されている。平板間の距離はA−A’断面の中心付近で小さく流路抵抗が高くなっており、側壁付近ほど大きく流路抵抗が小さくなっている。入力ポート102から送り込まれた流体試料は、微小流路103を通過した後、センシング部105に到達する。さらに、センシング部105に流入した流体試料は各平板間に分散して流れていく。なお、配置された仕切り部材202を構成する平板の相互の距離、及び数量については、センシング部の大きさ、流体試料の流速等を考慮して決定すればよい。
FIG. 3 is a perspective view of the
図4は、センシング部105の断面A−A’における流体試料の流れの速度分布である。流路抵抗が大きいA−A’断面の中心付近では流速が小さくなり、流路抵抗が小さい側壁付近では流速が落ちにくいため、A−A’断面全体をみると流速のむらが小さくなっている。
FIG. 4 is a velocity distribution of the flow of the fluid sample in the cross section A-A ′ of the
図5は、センシング部105において特定物質の反応エネルギーを検出した結果であり、検出時間と信号強度の関係を表す。横軸501は検出時間、縦軸502は信号強度、破線503は本実施例におけるセンシング部105の信号、破線504は従来技術における場合のセンシング部105の信号、横軸502上の点505は流体試料がセンシング部105に到達した時間である。従来技術のセンシング部105では、流速分布のむらが大きいため検出速度が小さいが、一方、本実施例のように凸形状部材を設けた場合、センシング部105では流速分布のむらが小さい分、特定物質の供給量が増え検出速度が大きくなっている。したがって、本実施例のようなセンシング部105では流体試料中の特定物質の検出速度を向上させることができる。
FIG. 5 shows the result of detecting the reaction energy of the specific substance in the
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2における微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置101の概略構成は、図1に示すように、流体試料を装置内に送り込む入力ポート102、流体試料が流れる微小流路103、流体試料の流れを制御するバルブ104、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部105、センシングが終了した流体試料を廃液する出力ポート106、流体試料を送液するポンプ107からなり、前述した実施の形態1におけるマイクロ流体装置とはセンシング部105内に設けた仕切り部材の形状が相違する点で異なるものである。
(Embodiment 2)
As shown in FIG. 1, the schematic configuration of a
図6はこのセンシング部105の斜視図である。201は流路形成部材、202はセンシング部105の微小流路103において、センシング部105内に配置したセンサに正対して設けた仕切り部材である。センシング部105が位置する微小流路103において、センシング部105内に配置したセンサに正対して設けられた仕切り部材は、凸形状の部材からなり、流体試料の流れ方向と垂直に並列した複数の平板から構成され、図6に示すように2つの櫛歯を互いに組み合わしたような形状で凸形状の部材が配置されている。平板の一方の端はセンシング部105の微小流路103の側壁と接しており、側壁と接する端の向きが交互に変わることで、流体試料の流れはセンシング部105上でミアンダ状に流れることとなる。
FIG. 6 is a perspective view of the
また、凸形状部材はセンシング部105に近接している。入力ポート102から送り込まれた流体試料は、微小流路103を通過した後センシング部105に到達する。センシング部105上では正対して形成された平板間に沿って流体試料の流れはミアンダ状の流れとなる。したがって微小流路103から流れてきた流体試料はセンシング部105上に満遍なく行き渡ることができる。
The convex member is close to the
図5は、センシング部105において特定物質の反応エネルギーを検出した結果であり、検出時間と信号強度の関係を表す。横軸501は検出時間、縦軸502は信号強度、破線503は本実施例におけるセンシング部105の信号、破線504は従来技術における場合のセンシング部105の信号、横軸502上の点505は流体試料がセンシング部105に到達した時間である。従来技術のセンシング部105では、流速分布のむらが大きいため検出速度が小さいが、一方、本実施例のように凸形状部材を設けた場合、センシング部105では流速分布のむらが小さい分、特定物質の供給量が増え検出速度が大きくなっている。したがって、本実施例のようなセンシング部105では流体試料中の特定物質の検出速度を向上させることができる。
FIG. 5 shows the result of detecting the reaction energy of the specific substance in the
101、701 マイクロ流体装置
102、702、802 入力ポート
103、703、803 微小流路
104、704、804 バルブ
105、705、805 センシング部
106、706、806 出力ポート
107、707 マイクロポンプ
201 微小流路形成部材
202 仕切り部材(凸形状部材)
501 検出時間
502 信号強度
503 実施の形態1、2におけるセンシング部105の信号
504 従来のセンシング部105の信号
505 流体試料がセンシング部105に到達した時間
801 PDMS
807 ガラス基板
101, 701
501
807 glass substrate
Claims (7)
前記センシング部は、更に、流れる前記流体試料の速度分布むらを解消する速度分布むら解消手段を有することを特徴とするマイクロ流体装置。 In a microfluidic device comprising a sensing unit having a sensor for detecting a specific substance in a fluid sample, and measuring a biochemical analysis and reaction of the fluid sample,
The microfluidic device according to claim 1, wherein the sensing unit further includes speed distribution unevenness eliminating means for canceling the speed distribution unevenness of the flowing fluid sample.
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