JP2006053064A - Micro-fluid chip and its manufacturing method - Google Patents

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挙秀 間口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro-fluid chip capable of feeding or collecting an extremely small amount of a liquid without requiring a special pump or valve. <P>SOLUTION: The micro-fluid chip comprising at least a four-layered structure composed of an opposite surface substrate, a first substrate, a membrane and a second substrate. The first substrate has at least one air passage and the first and second through-holes arranged at both ends of the air passage on the joint surface of the opposite surface substrate. The membrane is constituted so as not only to hermetically close the opening parts of the respective through-holes of the first substrate but also to hold the air passage and the respective through-holes to a vacuum state to form first and second depressed parts depressed in the respective through-holes to respectively correspond to the respective through-holes. The second substrate has at least one microchannel on the joint surface side of the membrane and a port opened toward the atmosphere communicating with the microchannel is arranged at one end of the microchannel while the other end of the microchannel is arranged on the upper surface of the second depressed part 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は遺伝子解析などの化学/生化学分析などに広く使用されるマイクロ流体制御機構付マイクロ流体チップに関する。更に詳細には、本発明は極微量の試料を定量採取することができる流体制御機構を有するマイクロ流体チップに関する。   The present invention relates to a microfluidic chip with a microfluidic control mechanism widely used for chemical / biochemical analysis such as gene analysis. More specifically, the present invention relates to a microfluidic chip having a fluid control mechanism capable of collecting a trace amount of sample quantitatively.

最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ(μTAS)又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内にマイクロチャネルや反応容器及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び/又は分析など各種の操作を行うように構成されたマイクロデバイスが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル、ポート及び反応容器などの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロ流体チップ」又は単に「マイクロチップ」と呼ばれる。マイクロ流体チップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。   Microstructures such as microchannels, reaction vessels, and ports have been built into the substrate as is known recently under the name of Microscale Total Analysis Systems (μTAS) or Lab-on-Chip (Lab-on-Chip). A microdevice configured to perform various operations such as chemical reaction, synthesis, purification, extraction, generation and / or analysis of a substance within the microstructure has been proposed and partially put into practical use. Structures manufactured for this purpose and having a microstructure such as microchannels, ports and reaction vessels in the substrate are collectively referred to as “microfluidic chips” or simply “microchips”. Microfluidic chips can be used in a wide range of applications such as chemical industry and environmental measurement as well as chemical, biochemical, pharmaceutical, medical, and veterinary fields such as genetic analysis, clinical diagnosis, and drug screening. Compared with the same type of equipment of the common size, the microchip is (1) significantly less sample and reagent usage, (2) shorter analysis time, (3) higher sensitivity, (4) carried on-site, It can be analyzed in the field and (5) can be disposable.

従来のマイクロ流体チップ100は、例えば、図12A及びBに示されるように、第1の基板101に少なくとも1本のマイクロチャネル102が形成されており、このマイクロチャネル102の少なくとも一端には入出力ポート103,104が形成されており、基板101の下面側に対面基板105が接着されている。この対面基板105の存在により、ポート103,104及びマイクロチャネル102の底部が封止される。入出力ポート103,104の主な用途は、(a)試薬や検体サンプルの注入(分注)、(b)廃液や生成物の取り出し、(c)気体圧力の供給(主に、送液のための正圧や負圧の印加)、(d)大気開放(送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放)及び(e)密閉(液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため)などである。   In the conventional microfluidic chip 100, for example, as shown in FIGS. 12A and 12B, at least one microchannel 102 is formed on a first substrate 101, and an input / output is provided on at least one end of the microchannel 102. Ports 103 and 104 are formed, and a facing substrate 105 is bonded to the lower surface side of the substrate 101. Due to the presence of the facing substrate 105, the ports 103 and 104 and the bottom of the microchannel 102 are sealed. The main uses of the input / output ports 103 and 104 are (a) injection of reagents and specimen samples (dispensing), (b) removal of waste liquid and products, and (c) supply of gas pressure (mainly for liquid feeding (D) Release to the atmosphere (dispersion of internal pressure generated during liquid delivery, release of gas generated by reaction) and (e) Sealing (preventing liquid evaporation and deliberately reducing internal pressure) For the purpose of generating).

マイクロ流体チップ100を実際に使用する場合に問題となるのは、分析のために必要な試料を一定量秤取することである。このため、このようなマイクロ流体チップには連続的な液体の流れや、微小液滴の移送を制御する目的で、マイクロチャネルの途中にマイクロポンプ及び/又はマイクロバルブが配設されることがある。このようなマイクロポンプ及び/又はマイクロバルブは例えば、特許文献1及び特許文献2に記載されている。   A problem in actual use of the microfluidic chip 100 is that a certain amount of sample necessary for analysis is weighed. For this reason, in such a microfluidic chip, a micropump and / or a microvalve may be arranged in the middle of the microchannel for the purpose of controlling the flow of a continuous liquid and the transfer of microdroplets. . Such micropumps and / or microvalves are described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.

特許文献1の図1に記載されているマイクロバルブは、太い第1の導管と、この第1の導管より細径に形成されると共に、一方の端部が第1の導管と連通するように連接された複数本の細管と、この細管より大径に形成されると共に、細管の他方の端部と連通するように連接された第2の導管を有し、細管の内壁面は疎水性に形成されていることからなる。このマイクロバルブによれば、第1の導管内に液体を導入した際に、この液体を境界とした第1の導管側の圧力と第2の導管側の圧力との圧力差に応じて第1の導管内の液体に位置を任意に制御することができる。しかし、特許文献1のマイクロバルブでは、複数本の細管を形成するのが非常に困難であるばかりか、圧力差が大きすぎると細管が破損される危険性がある。また、この細管部分だけを特異的に疎水性にする処理も非常に困難である。更に、特許文献1のマイクロバルブの細管は、ポンプを使用しなければ圧力差を発生させることができない。   The microvalve described in FIG. 1 of Patent Document 1 has a thick first conduit and a diameter smaller than that of the first conduit, and one end communicates with the first conduit. A plurality of connected thin tubes and a second conduit formed so as to be larger in diameter than the thin tube and connected to the other end of the thin tube, and the inner wall of the thin tube is made hydrophobic. It consists of being formed. According to the microvalve, when the liquid is introduced into the first conduit, the first pressure is determined according to the pressure difference between the pressure on the first conduit side and the pressure on the second conduit side with the liquid as a boundary. The position of the liquid in the conduit can be arbitrarily controlled. However, in the microvalve disclosed in Patent Document 1, it is very difficult to form a plurality of capillaries, and there is a risk that the capillaries will be damaged if the pressure difference is too large. In addition, it is very difficult to make only the thin tube portion specifically hydrophobic. Furthermore, the microvalve of the microvalve in Patent Document 1 cannot generate a pressure difference unless a pump is used.

特許文献2の図3に記載されているマイクロバルブは、2つのポリジメチルシロキサン(PDMS)マイクロ流路チップと1枚のメンブレンからなり、バルブ領域において変位するメンブレンが弁座に離着して作動流体通路を開閉する弁機構を有する。更に、このマイクロバルブでは、バルブ領域において駆動流体の圧力が作用する圧力室を有する駆動流体通路が前記メンブレンに接着して形成されており、圧力室に駆動流体の圧力を給排することによってメンブレンを変位させて弁座と離着させて一方弁として開閉するように構成されている。しかし、特許文献2に記載されているマイクロバルブは、便座に離着するメンブランが圧力室に向かって片方向に変位するだけなので、バルブ開時のメンブランと弁座との隙間が不十分であり、流体の流動性が低く脈流が発生する原因となっていた。また、駆動流体の圧力はガラスパイプを介して真空ポンプから供給されるので、装置全体が複雑かつ高価となる。   The microvalve described in FIG. 3 of Patent Document 2 is composed of two polydimethylsiloxane (PDMS) micro-channel chips and one membrane, and the membrane that moves in the valve region operates by attaching and detaching to the valve seat. A valve mechanism for opening and closing the fluid passage; Further, in this microvalve, a driving fluid passage having a pressure chamber in which the pressure of the driving fluid acts in the valve region is formed by bonding to the membrane, and the membrane is obtained by supplying and discharging the pressure of the driving fluid to and from the pressure chamber. Is configured to be opened and closed as a one-way valve by detaching it from the valve seat. However, in the microvalve described in Patent Document 2, since the membrane attached to and detached from the toilet seat is only displaced in one direction toward the pressure chamber, the gap between the membrane and the valve seat when the valve is opened is insufficient. The fluidity of the fluid is low, causing pulsating flow. Further, since the pressure of the driving fluid is supplied from the vacuum pump through the glass pipe, the entire apparatus becomes complicated and expensive.

特開2000−27813号公報JP 2000-27813 A 特許第3418727号明細書Japanese Patent No. 3418727

従って、本発明の目的は特別なポンプやバルブを必要とせずに、極微量の液体を送液又は秤取することができるマイクロ流体チップを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a microfluidic chip capable of feeding or weighing a very small amount of liquid without requiring a special pump or valve.

前記課題を解決するための請求項1の手段は、対面基板と、第1の基板と、薄膜と、第2の基板との4層構造からなり、
前記第1の基板は、前記対面基板接合面側に、少なくとも1本の空気通路と、この通路の両端に配設された第1の貫通孔と第2の貫通孔とを有し、
前記薄膜は前記第1の基板の各貫通孔の開口部を密閉すると共に、前記空気通路及び各貫通孔内が真空状態に保たれることにより、前記各貫通孔内に凹陥してそれぞれ対応する第1の凹陥部及び第2の凹陥部を形成しており、
前記第2の基板は、前記薄膜接合面側に少なくとも1本の微細流路を有し、該微細流路の一端には、この微細流路に連通する大気に向かって開放したポートが配設されており、該微細流路の他端は、前記第2の凹陥部の上面に配置されていることを特徴とするマイクロ流体チップである。
The means of claim 1 for solving the problem comprises a four-layer structure of a facing substrate, a first substrate, a thin film, and a second substrate,
The first substrate has at least one air passage on the facing substrate bonding surface side, and a first through hole and a second through hole disposed at both ends of the passage,
The thin film seals the opening of each through-hole of the first substrate, and the air passage and each through-hole are kept in a vacuum state, thereby being recessed into each through-hole. Forming a first recess and a second recess,
The second substrate has at least one fine channel on the thin film bonding surface side, and a port opened toward the atmosphere communicating with the fine channel is disposed at one end of the fine channel. The microfluidic chip is characterized in that the other end of the fine channel is disposed on the upper surface of the second recessed portion.

前記のような構成を採用することにより、第1の凹陥部の外部から針などを穿刺して“真空破り”すると、空気通路及び各貫通孔内が大気圧に戻るときに、凹陥していた薄膜が復元し、その際急激な圧力変化が生じるので、この圧力変化を利用することにより、従来のポンプと同じ作用を発揮させることができる。   By adopting the above-described configuration, when a needle or the like is punctured from the outside of the first recessed portion and "vacuum breaks", the air passage and each through hole are recessed when the pressure returns to atmospheric pressure. Since the thin film is restored and a sudden pressure change occurs at that time, the same effect as that of a conventional pump can be exhibited by utilizing this pressure change.

前記課題を解決するための請求項2の手段は、請求項1記載のマイクロ流体チップにおいて、前記対面基板がガラスからなり、前記第1の基板、薄膜及び第2の基板が何れも、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなることを特徴とするマイクロ流体チップである。   According to a second aspect of the present invention for solving the above problem, in the microfluidic chip according to the first aspect, the facing substrate is made of glass, and the first substrate, the thin film, and the second substrate are all polydimethyl. A microfluidic chip comprising siloxane (PDMS).

請求項2のマイクロ流体チップによれば、対面基板がガラスであると、第1のPDMS基板と自己吸着又は恒久接着することができ、また、PDMS薄膜と各PDMS基板同士も自己吸着又は恒久接着することができるので、高度な封止性が容易に実現できる。   According to the microfluidic chip of claim 2, when the facing substrate is made of glass, it can be self-adsorbed or permanently bonded to the first PDMS substrate, and the PDMS thin film and each PDMS substrate are also self-adsorbed or permanently bonded. Therefore, high sealing performance can be easily realized.

前記課題を解決するための請求項3の手段は、請求項1記載のマイクロ流体チップにおいて、前記少なくとも1本の微細流路に対して、少なくとも1本の微細流路が直交していることを特徴とするマイクロ流体チップである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the microfluidic chip according to the first aspect, wherein at least one microchannel is orthogonal to the at least one microchannel. It is the microfluidic chip characterized.

請求項3のマイクロ流体チップによれば、一方の微細流路内に液体試料を注入した後、この微細流路に直交する他方の微細流路を前記のように“真空破り”することにより、微細流路の交差点部分の容積に相当する容量の液体試料を秤取することができる。   According to the microfluidic chip of claim 3, after injecting the liquid sample into one of the microchannels, the other microchannel orthogonal to the microchannels is “breaking the vacuum” as described above, A liquid sample having a volume corresponding to the volume of the intersection portion of the fine channel can be weighed.

前記課題を解決するための請求項4の手段は、マイクロ流体チップの製造方法であって、(1)一方の面に空気通路と、この空気通路の一方の端部に第1の貫通孔と他方の端部に第2の貫通孔を有する第1の基板を、前記空気通路形成面側を対面基板に接合するステップと、
(2)前記第1の基板の上面に薄膜を被せて前記第1の基板の前記第1及び第2の貫通孔を封止するステップと、
(3)前記対面基板、第1の基板及び薄膜との3層構造物を真空槽内に入れ、減圧下で第1の基板の封止された空気通路及び各貫通孔内の空気を排気し、前記第1の貫通孔及び第2の貫通孔に対応する位置にそれぞれ第1の凹陥部及び第2の凹陥部を形成するステップと、
(4)一方の面に微細流路を有し、該微細流路の一方の端部には、大気に向かって開放したポートが配設されている第2の基板を、前記微細流路の他端が前記第2の凹陥部の上面に配置されるように、前記薄膜上に接合させるステップを有することを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a microfluidic chip manufacturing method comprising: (1) an air passage on one surface and a first through hole on one end of the air passage; Bonding the first substrate having the second through hole at the other end to the facing substrate on the air passage forming surface side;
(2) covering the first and second through holes of the first substrate by covering the upper surface of the first substrate with a thin film;
(3) The three-layer structure of the facing substrate, the first substrate and the thin film is placed in a vacuum chamber, and the air passage sealed in the first substrate and the air in each through hole are exhausted under reduced pressure. Forming a first recessed portion and a second recessed portion at positions corresponding to the first through hole and the second through hole, respectively.
(4) A second substrate having a fine channel on one surface and having a port opened toward the atmosphere at one end of the fine channel is connected to the fine channel. A method of manufacturing a microfluidic chip, comprising a step of bonding on the thin film so that the other end is disposed on an upper surface of the second recessed portion.

第1の基板及び/又は薄膜が気体透過性の素材から形成されていれば、密閉された空気通路及び各貫通孔内の空気を排気することができ、これにより、貫通孔部分に凹陥部を形成することができ、露出された凹陥部に針を突き刺して“真空破り”することにより、空気通路及び各貫通孔内が大気圧に戻るときに、凹陥していた薄膜が復元し、その際急激な圧力変化が生じるので、この圧力変化を利用することにより、従来のポンプと同じ作用を発揮させることができる。   If the first substrate and / or the thin film is formed of a gas permeable material, the air in the sealed air passage and each through hole can be exhausted, whereby a recess is formed in the through hole portion. By forming a needle into the exposed concave part and “breaking the vacuum”, when the air passage and each through hole return to the atmospheric pressure, the concave thin film is restored. Since an abrupt pressure change occurs, the same action as a conventional pump can be exhibited by utilizing this pressure change.

前記課題を解決するための請求項5の手段は、請求項4記載のマイクロ流体チップの製造方法において、前記対面基板がガラスからなり、前記第1の基板、薄膜及び第2の基板が何れも、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなることを特徴とするマイクロ流体チップである。   According to a fifth aspect of the present invention for solving the above problem, in the method of manufacturing a microfluidic chip according to the fourth aspect, the facing substrate is made of glass, and the first substrate, the thin film, and the second substrate are all included. A microfluidic chip comprising polydimethylsiloxane (PDMS).

請求項5のマイクロ流体チップの製造方法において、第1の基板及び/又は薄膜がPDMS製であると、PDMSは気体透過性があるので、真空吸引することにより空気通路及び貫通孔内の空気を排気することができ、その結果、凹陥部を形成することができる。また、対面基板がガラスであると、第1のPDMS基板と自己吸着又は恒久接着することができ、また、PDMS薄膜と各PDMS基板同士も自己吸着又は恒久接着することができるので、高度な封止性が容易に実現できる。   6. The method of manufacturing a microfluidic chip according to claim 5, wherein when the first substrate and / or thin film is made of PDMS, PDMS is gas permeable, so that the air in the air passage and the through hole is removed by vacuum suction. Exhaust can be performed, and as a result, a recess can be formed. Further, when the facing substrate is made of glass, it can be self-adsorbed or permanently adhered to the first PDMS substrate, and the PDMS thin film and each PDMS substrate can be self-adsorbed or permanently adhered to each other. It can be easily achieved.

本発明のマイクロ流体チップによれば、減圧状態の凹陥部を設け、この凹陥部に外部から針を突き刺して“真空破り”することにより鋭敏な圧力変化を生じさせ、これによりポンプ作用を起こさせることができる。その結果、従来のような機械的又は電気的なマイクロポンプやバルブなどのような煩雑な機能を必要とせずに、簡単な送液及び/又は微量液体秤取が可能となる。   According to the microfluidic chip of the present invention, a concave portion in a reduced pressure state is provided, and a sharp pressure change is generated by piercing a needle from the outside to “break the vacuum”, thereby causing a pumping action. be able to. As a result, it is possible to perform simple liquid feeding and / or micro liquid weighing without requiring complicated functions such as conventional mechanical or electrical micropumps and valves.

以下、図面を参照しながら本発明のマイクロ流体チップの好ましい実施態様について具体的に例証する。図1Aは本発明のマイクロ流体チップの一例の概要平面図であり、図1Bは、図1AにおけるB−B線に沿った概要断面図である。図2は、図1Bに示されるマイクロ流体チップ1の使用状態を示す概要断面図である。図3は、図1Bに示されるマイクロ流体チップの製造方法の一例を説明する工程図である。図4は、本発明のマイクロ流体チップの別の例の概要平面図である。図5A及び図5Bは、図4に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。図6は、本発明のマイクロ流体チップの更に別の例の概要平面図である。図7A及び図7Bは、図6に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。図8は、本発明のマイクロ流体チップの更に他の例の概要平面図である。図9A及び図9Bは、図8に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。   Hereinafter, preferred embodiments of the microfluidic chip of the present invention will be specifically illustrated with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic plan view of an example of the microfluidic chip of the present invention, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line BB in FIG. 1A. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of the microfluidic chip 1 shown in FIG. 1B. FIG. 3 is a process diagram for explaining an example of a manufacturing method of the microfluidic chip shown in FIG. 1B. FIG. 4 is a schematic plan view of another example of the microfluidic chip of the present invention. 5A and 5B are conceptual plan views showing an example of how to use the microfluidic chip shown in FIG. FIG. 6 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. 7A and 7B are conceptual plan views showing an example of a method of using the microfluidic chip shown in FIG. FIG. 8 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. 9A and 9B are conceptual plan views showing an example of how to use the microfluidic chip shown in FIG.

図1A及び図1Bに示されるように、本発明のマイクロ流体チップ1は、対面基板3の上面に、第1のPDMS基板5が貼着されており、PDMS薄膜7を介して第2のPDMS基板9が積層されている。第1のPDMS基板5には、第1の貫通孔11と第2の貫通孔13が配設されており、これら貫通孔は空気通路15によりそれぞれ連通されている。各貫通孔と空気通路内は真空又は減圧状態に維持されているため、上部に貼着されているPDMS薄膜7は、貫通孔部分で内部に引き込まれるように凹陥し、第1の凹陥部17と第2の凹陥部19を形成している。第2の凹陥部19には送液すべき液体試料21が載置されている。PDMSは疎水性なので毛細管現象は起きないので、第2の凹陥部19内に収容されていた液体試料21は微細流路23内には流れ出ることなく、第2の凹陥部19内にそのまま留まる。この第2の凹陥部19を覆うように第2のPDMS基板9が積層されている。第2のPDMS基板9には、微細流路23と、大気に向かって開口したポート25が配設されている。微細流路23の一端はポート25に連通している。微細流路23の他端は、第2の凹陥部19を覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された拡大部27を有する。拡大部27の大きさは第2の凹陥部19より小さくてもよい。拡大部27を設けることの利点は、第2のPDMS基板9の位置決めが容易になることである。しかし、微細流路23の他端に拡大部27を設けることは本発明の必須要件ではない。微細流路23の通常の幅及び高さを有する他端を第2の凹陥部19の上面に配置させるだけでも本発明の作用効果を十分に達成することができる。拡大部27が第2の凹陥部19より小さい場合又は拡大部27を設けない場合、圧力変化が一層シャープになるという利点がある。   As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, the microfluidic chip 1 of the present invention has a first PDMS substrate 5 attached to the upper surface of a facing substrate 3, and a second PDMS through a PDMS thin film 7. A substrate 9 is laminated. The first PDMS substrate 5 is provided with a first through hole 11 and a second through hole 13, and these through holes are communicated with each other by an air passage 15. Since each through-hole and the inside of the air passage are maintained in a vacuum or a reduced pressure state, the PDMS thin film 7 attached to the upper portion is recessed so as to be drawn inside at the through-hole portion, and the first recessed portion 17 And a second recessed portion 19 is formed. A liquid sample 21 to be fed is placed in the second recess 19. Since PDMS is hydrophobic, the capillary phenomenon does not occur. Therefore, the liquid sample 21 accommodated in the second recessed portion 19 does not flow into the fine channel 23 but remains in the second recessed portion 19 as it is. A second PDMS substrate 9 is laminated so as to cover the second recessed portion 19. The second PDMS substrate 9 is provided with a fine flow path 23 and a port 25 opening toward the atmosphere. One end of the fine channel 23 communicates with the port 25. The other end of the microchannel 23 has an enlarged portion 27 whose diameter is increased so as to have an area necessary and sufficient to cover the second recessed portion 19. The size of the enlarged portion 27 may be smaller than that of the second recessed portion 19. An advantage of providing the enlarged portion 27 is that positioning of the second PDMS substrate 9 is facilitated. However, providing the enlarged portion 27 at the other end of the fine channel 23 is not an essential requirement of the present invention. Even if the other end having the normal width and height of the fine channel 23 is disposed on the upper surface of the second recessed portion 19, the effect of the present invention can be sufficiently achieved. When the enlarged portion 27 is smaller than the second recessed portion 19 or when the enlarged portion 27 is not provided, there is an advantage that the pressure change becomes sharper.

図2は、図1Bに示されたマイクロ流体チップ1の使用状態を示す概要断面図である。第1の凹陥部17の外部から針等を突き刺すことにより、各貫通孔及び空気通路内の真空を解除すると、PDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第2の凹陥部19内に収容されていた液体試料21は微細流路23内に加圧送液される。このような“真空破り”によれば、圧力変化がシャープになり、特別なポンプを使用しなくても液体を送液することができる。微細流路23内の液体試料21はポート25から取り出すこともできるが、後記するように別の微細流路を経て他のポートから取り出すこともできる。微細流路の他端に拡大部27を設けず、通常の幅及び高さのままの他端を第2の凹陥部19の上面に配置して“真空破り”した場合、圧力変化が一層シャープになるという利点が得られる。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a usage state of the microfluidic chip 1 shown in FIG. 1B. When the vacuum in each through hole and air passage is released by piercing a needle or the like from the outside of the first recessed portion 17, the PDMS thin film 7 returns to the original flat state. At that time, the liquid sample 21 accommodated in the second recessed portion 19 is pressurized and fed into the fine channel 23. According to such “vacuum breaking”, the pressure change becomes sharp, and the liquid can be fed without using a special pump. Although the liquid sample 21 in the microchannel 23 can be taken out from the port 25, it can be taken out from another port through another microchannel as will be described later. When the other end of the fine channel is not provided with the enlarged portion 27 and the other end of the normal width and height is arranged on the upper surface of the second recessed portion 19 and "vacuum breaks", the pressure change becomes sharper. The advantage of becoming.

次に、図3を参照しながら、図1に示されるマイクロ流体チップの製造方法を説明する。図3(A)に示されるように、対面基板3に第1のPDMS基板5を貼着させた部材を準備する。第1のPDMS基板5には空気通路15と第1の貫通孔11及び第2の貫通孔13が形成されている。これら空気通路は常用の光リソグラフィー法により形成することができ、光リソグラフィー法自体は当業者に公知であり、特に説明する必要はないであろう。また、各貫通孔は機械的な穴開け又は穿孔手段により形成することができる。各貫通孔の内径は同一であることもできるし、あるいは異なっていてもよい。例えば、第1の貫通孔11の内径よりも第2の貫通孔13の内径を大きくすることができる。特に、第2の貫通孔13の内径は後で載置される液体試料21の容量などを考慮して適宜決定することができる。例えば、数百μm〜数mm程度である。また、空気通路15の幅及び高さは適宜選択することができる。一例として、数μm〜数百μm程度である。第1のPDMS基板5の厚さは数百μm〜数mm程度であり、対面基板3の厚さも数百μm〜数mm程度である。対面基板3の素材はガラス、プラスチックなど、第1のPDMS基板5と密着することができる素材であれば全て使用することができる。しかし、対面基板3の素材としては、PDMSと恒久接着できるガラスが好ましい。   Next, a manufacturing method of the microfluidic chip shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, a member in which the first PDMS substrate 5 is attached to the facing substrate 3 is prepared. An air passage 15, a first through hole 11, and a second through hole 13 are formed in the first PDMS substrate 5. These air passages can be formed by a conventional photolithographic method, and the photolithographic method itself is known to those skilled in the art and need not be described in particular. Each through hole can be formed by mechanical drilling or punching means. The inner diameter of each through-hole can be the same or different. For example, the inner diameter of the second through hole 13 can be made larger than the inner diameter of the first through hole 11. In particular, the inner diameter of the second through hole 13 can be appropriately determined in consideration of the volume of the liquid sample 21 to be placed later. For example, it is about several hundred μm to several mm. The width and height of the air passage 15 can be selected as appropriate. As an example, it is about several μm to several hundred μm. The thickness of the first PDMS substrate 5 is about several hundred μm to several mm, and the thickness of the facing substrate 3 is also about several hundred μm to several mm. Any material can be used as the material of the facing substrate 3 as long as the material can be in close contact with the first PDMS substrate 5 such as glass or plastic. However, the material of the facing substrate 3 is preferably glass that can be permanently bonded to PDMS.

次いで、図3(B)に示されるように、第1のPDMS基板5の上面にPDMS薄膜7を貼着する。PDMS同士は恒久接着するという性質がある。恒久接着とは、酸素プラズマなどの雰囲気下で表面改質することにより、接着剤無しでPDMS同士を相互に接着することができる性質のことであり、PDMS同士間で優れた接着性又は密着性を発揮させることができる。PDMS薄膜7の膜厚は数μm〜数十μm程度である。余り薄すぎると、後記の真空吸引工程で破損する危険性があるので好ましくない。一方、余り厚すぎると、真空吸引の妨げとなるばかりか、“真空破り”をしたときの反発力が弱く、圧力変化がシャープにならないという欠点がある。しかし、薄膜7は、柔軟性、伸縮性、疎水性、気体透過性などの特性を有するものであれば、PDMS以外の素材であることもできる。   Next, as shown in FIG. 3B, a PDMS thin film 7 is attached to the upper surface of the first PDMS substrate 5. PDMS has the property of being permanently bonded. Permanent adhesion is a property that allows PDMSs to adhere to each other without an adhesive by surface modification under an atmosphere such as oxygen plasma, and excellent adhesion or adhesion between PDMSs. Can be demonstrated. The film thickness of the PDMS thin film 7 is about several μm to several tens of μm. If it is too thin, there is a risk of breakage in the vacuum suction process described later, which is not preferable. On the other hand, if it is too thick, it not only hinders vacuum suction, but also has the disadvantage that the repulsive force when “breaking the vacuum” is weak and the pressure change does not become sharp. However, the thin film 7 can be a material other than PDMS as long as it has characteristics such as flexibility, stretchability, hydrophobicity, and gas permeability.

その後、前記(B)ステップで得られた部材を真空槽30内に配置し、真空吸引し、真空槽30内を減圧状態にする。図3(C−1)に示されるように、減圧雰囲気中に曝されるため、PDMS薄膜7は最初は膨張する。しかし、PDMSは極僅かであるが気体透過性があるので、貫通孔11及び13と空気通路15の密閉空間内の空気はPDMS薄膜7を通して除去される。その後、真空槽30内を真空解除することによって、PDMS薄膜7が凹み、貫通孔11及び13と空気通路15の密閉空間内が減圧状態となる。その結果、図3(C−2)に示されるように、PDMS薄膜7は貫通孔11及び13内に吸い込まれ、第1の凹陥部17と第2の凹陥部19がそれぞれ形成される。真空排気時間を調整することにより凹陥部の容積を変化させることができる。凹陥部の最大容積は貫通孔の容積と略同一となる時点である。   Thereafter, the member obtained in the step (B) is placed in the vacuum chamber 30 and vacuumed to bring the vacuum chamber 30 into a reduced pressure state. As shown in FIG. 3 (C-1), the PDMS thin film 7 initially expands because it is exposed to a reduced-pressure atmosphere. However, since PDMS is very slight but has gas permeability, air in the sealed space between the through holes 11 and 13 and the air passage 15 is removed through the PDMS thin film 7. Thereafter, by releasing the vacuum in the vacuum chamber 30, the PDMS thin film 7 is recessed, and the inside of the sealed space between the through holes 11 and 13 and the air passage 15 is in a reduced pressure state. As a result, as shown in FIG. 3 (C-2), the PDMS thin film 7 is sucked into the through holes 11 and 13, and a first concave portion 17 and a second concave portion 19 are formed. The volume of the recess can be changed by adjusting the evacuation time. The maximum volume of the recessed portion is the time when the volume of the through hole is substantially the same.

次いで、真空槽30から、凹陥部の形成された部材を取り出す。取り出した後、第2の凹陥部19内に所定容量の液体試料21を注入し、図3(D)に示されるような部材を形成する。液体試料21の注入容量は後の工程で積重される第2のPDMS基板9の微細流路23及びポート25の容積を勘案して決定することが好ましい。   Next, the member in which the recessed portion is formed is taken out from the vacuum chamber 30. After removal, a predetermined volume of the liquid sample 21 is injected into the second recessed portion 19 to form a member as shown in FIG. The injection volume of the liquid sample 21 is preferably determined in consideration of the volume of the fine flow path 23 and the port 25 of the second PDMS substrate 9 stacked in a later process.

その後、図3(E)に示されるように、第2の凹陥部19を覆うように第2のPDMS基板9を積層させる。斯くして、図1に示される本発明のマイクロ流体チップ1が得られる。第1のPDMS基板5と同様に、第2のPDMS基板9もPDMS薄膜7と恒久接着することができる。第2のPDMS基板9の微細流路23及びポート25は、第1のPDMS基板5の空気通路15及び貫通孔11,13と同様な光リソグラフィー法により形成することができる。第2のPDMS基板9の厚さは数百μm〜数mm程度である。第2のPDMS基板9の微細流路23の幅及び高さは数十μm〜数百μm程度であり、ポート25の内径は数百μm〜数mm程度である。微細流路23及びポート25のサイズは第2の凹陥部19に注入される液体試料21の容量を考慮して決定することができる。第2の基板9はPDMS以外の他のプラスチック又はガラス、セラミックなどから形成することもできる。   Thereafter, as shown in FIG. 3E, the second PDMS substrate 9 is laminated so as to cover the second recessed portion 19. Thus, the microfluidic chip 1 of the present invention shown in FIG. 1 is obtained. Similar to the first PDMS substrate 5, the second PDMS substrate 9 can also be permanently bonded to the PDMS thin film 7. The fine flow path 23 and the port 25 of the second PDMS substrate 9 can be formed by the same photolithography method as the air passage 15 and the through holes 11 and 13 of the first PDMS substrate 5. The thickness of the second PDMS substrate 9 is about several hundred μm to several mm. The width and height of the fine channel 23 of the second PDMS substrate 9 are about several tens of μm to several hundreds of μm, and the inner diameter of the port 25 is about several hundreds of μm to several mm. The sizes of the microchannel 23 and the port 25 can be determined in consideration of the volume of the liquid sample 21 injected into the second recessed portion 19. The second substrate 9 can also be formed from plastic other than PDMS, glass, ceramic, or the like.

図4は、本発明のマイクロ流体チップの別の例の概要平面図である。図4に示されるマイクロ流体チップ1Aでは、微細流路が2本直交するように配設され、微細流路の交差点部分の容積に相当する容積の液体試料を定量採取することができる。
図4のマイクロ流体チップ1Aは、基本的に図1Bに示された4層構造と同様な断面構造を有する。マイクロ流体チップ1Aは、具体的には、空気通路15Aで連通された第1の凹陥部17Aと第2の凹陥部19Aを有し、かつ、第1の微細流路23Aを有し、第1の微細流路23Aの一端には大気に向かって開口した第1のポート25Aが配設され、第1の微細流路23Aの他端は、第2の凹陥部19Aを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第1の拡大部27Aが配設されている。第2の凹陥部19Aには送液すべき液体試料21が載置されている。更に、空気通路15Bで連通された第3の凹陥部17Bと第4の凹陥部19Bを有し、かつ、第2の微細流路23Bを有し、第2の微細流路23Bの一端には大気に向かって開口した第2のポート25Bが配設され、第2の微細流路23Bの他端は、第4の凹陥部19Bを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第2の拡大部27Bが配設されている。しかし、第4の凹陥部19B内には何も注入されていないブランクのままである。第1の微細流路23Aと第2の微細流路25Bとは同一平面内で直角に交差しており、交差点32で相互に連通している。
FIG. 4 is a schematic plan view of another example of the microfluidic chip of the present invention. In the microfluidic chip 1A shown in FIG. 4, two microchannels are arranged so as to be orthogonal to each other, and a liquid sample having a volume corresponding to the volume of the intersection of the microchannels can be collected quantitatively.
The microfluidic chip 1A shown in FIG. 4 basically has a cross-sectional structure similar to the four-layer structure shown in FIG. 1B. Specifically, the microfluidic chip 1A has a first concave portion 17A and a second concave portion 19A communicated by an air passage 15A, a first microchannel 23A, A first port 25A that opens to the atmosphere is disposed at one end of the microchannel 23A, and the other end of the first microchannel 23A is necessary and sufficient to cover the second recessed portion 19A. A first enlarged portion 27A having a large diameter is disposed. A liquid sample 21 to be fed is placed in the second recessed portion 19A. Furthermore, it has the 3rd recessed part 17B and the 4th recessed part 19B which were connected by the air path 15B, and also has the 2nd fine flow path 23B, and one end of the 2nd fine flow path 23B has A second port 25B that opens to the atmosphere is provided, and the other end of the second microchannel 23B is expanded to have an area sufficient to cover the fourth recessed portion 19B. A second enlarged portion 27B is provided. However, it remains a blank where nothing is injected into the fourth recess 19B. The first microchannel 23A and the second microchannel 25B intersect at a right angle in the same plane and communicate with each other at an intersection 32.

図5A及び図5Bは、図4に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。図5Aにおいて、第1の凹陥部17Aの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第1の凹陥部17A及び第2の凹陥部19Aに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第1の拡大部27A内の圧力が急激に高まり、第2の凹陥部19A内に収容されていた液体試料21は第1の微細流路23A内に加圧送液される。次いで、図5Bにおいて、第3の凹陥部17Bの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第3の凹陥部17B及び第4の凹陥部19Bに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第2の拡大部27B内の圧力が急激に高まり、圧力は第2のポート25Bに向かって伝播するので、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32部分の液体試料21が、第2の微細流路23Bを介して第2のポート25Bに加圧送液される。斯くして、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32部分の容積に対応する極微量容量の液体試料21を正確に秤取し、第2のポート25Bから取り出すことができる。   5A and 5B are conceptual plan views showing an example of how to use the microfluidic chip shown in FIG. In FIG. 5A, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the first concave portion 17A, the PDMS thin film 7 corresponding to the first concave portion 17A and the second concave portion 19A is flat. Return to state. At that time, the pressure in the first enlarged portion 27A rapidly increases, and the liquid sample 21 accommodated in the second recessed portion 19A is pressurized and fed into the first fine channel 23A. Next, in FIG. 5B, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the third recessed portion 17B, the PDMS thin film 7 corresponding to the third recessed portion 17B and the fourth recessed portion 19B becomes the original. Return to the flat state. At that time, since the pressure in the second enlarged portion 27B rapidly increases and the pressure propagates toward the second port 25B, the intersection 32 between the first microchannel 23A and the second microchannel 23B. A portion of the liquid sample 21 is pressurized and fed to the second port 25B via the second fine channel 23B. Thus, the very small volume of the liquid sample 21 corresponding to the volume of the intersection 32 portion between the first microchannel 23A and the second microchannel 23B is accurately weighed and taken out from the second port 25B. be able to.

図6は、本発明のマイクロ流体チップの更に別の例の概要平面図である。図6に示されるマイクロ流体チップ1Bでは、第1の微細流路に対して複数本の微細流路が直交するように配設されている。その結果、交差点部分も複数個形成されるため、微細流路の各交差点部分の容積に相当する容積の液体試料を複数個定量採取することができる。
図6のマイクロ流体チップ1Bは、基本的に図1Bに示された4層構造と同様な断面構造を有する。マイクロ流体チップ1Bは、具体的には、空気通路15Aで連通された第1の凹陥部17Aと第2の凹陥部19Aを有し、かつ、第1の微細流路23Aを有し、第1の微細流路23Aの一端には大気に向かって開口した第1のポート25Aが配設され、第1の微細流路23Aの他端は、第2の凹陥部19Aを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第1の拡大部27Aが配設されている。第2の凹陥部19Aには送液すべき液体試料21が載置されている。更に、空気通路15Bで連通された第3の凹陥部17Bと第4の凹陥部19Bを有し、かつ、第2の微細流路23Bを有し、第2の微細流路23Bの一端には大気に向かって開口した第2のポート25Bが配設され、第2の微細流路23Bの他端は、第4の凹陥部19Bを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第2の拡大部27Bが配設されている。しかし、第4の凹陥部19B内には何も注入されていないブランクのままである。第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとは同一平面内で直角に交差しており、交差点32−1で相互に連通している。15B〜27Bの各部材と並列に、15C〜27Cの各部材が配列されている。即ち、空気通路15Cで連通された第5の凹陥部17Cと第6の凹陥部19Cを有し、かつ、第3の微細流路23Cを有し、第3の微細流路23Cの一端には大気に向かって開口した第3のポート25Cが配設され、第3の微細流路23Cの他端は、第6の凹陥部19Cを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第3の拡大部27Cが配設されている。しかし、第6の凹陥部19C内には何も注入されていないブランクのままである。第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとは同一平面内で直角に交差しており、交差点32−2で相互に連通している。
FIG. 6 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. In the microfluidic chip 1 </ b> B shown in FIG. 6, a plurality of microchannels are arranged so as to be orthogonal to the first microchannel. As a result, a plurality of intersection portions are also formed, so that a plurality of liquid samples having a volume corresponding to the volume of each intersection portion of the fine channel can be quantitatively collected.
The microfluidic chip 1B shown in FIG. 6 basically has a cross-sectional structure similar to the four-layer structure shown in FIG. 1B. Specifically, the microfluidic chip 1B includes a first concave portion 17A and a second concave portion 19A communicated by an air passage 15A, a first microchannel 23A, A first port 25A that opens to the atmosphere is disposed at one end of the microchannel 23A, and the other end of the first microchannel 23A is necessary and sufficient to cover the second recessed portion 19A. A first enlarged portion 27A having a large diameter is disposed. A liquid sample 21 to be fed is placed in the second recessed portion 19A. Furthermore, it has the 3rd recessed part 17B and the 4th recessed part 19B which were connected by the air path 15B, and also has the 2nd fine flow path 23B, and one end of the 2nd fine flow path 23B has A second port 25B that opens to the atmosphere is provided, and the other end of the second microchannel 23B is expanded to have an area sufficient to cover the fourth recessed portion 19B. A second enlarged portion 27B is provided. However, it remains a blank where nothing is injected into the fourth recess 19B. The first microchannel 23A and the second microchannel 23B intersect at a right angle in the same plane and communicate with each other at an intersection 32-1. Each member of 15C to 27C is arranged in parallel with each member of 15B to 27B. That is, it has the 5th recessed part 17C and the 6th recessed part 19C which were connected by 15 C of air passages, and also has the 3rd fine flow path 23C, and the end of the 3rd fine flow path 23C has A third port 25C that is open to the atmosphere is disposed, and the other end of the third microchannel 23C is expanded to have an area sufficient to cover the sixth recessed portion 19C. A third enlarged portion 27C is provided. However, it remains a blank where nothing is injected into the sixth recessed portion 19C. The first microchannel 23A and the third microchannel 23C intersect at a right angle in the same plane and communicate with each other at an intersection 32-2.

図5A及び図5Bに関連して説明した態様と同様に、図7Aにおいて、第1の凹陥部17Aの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第1の凹陥部17A及び第2の凹陥部19Aに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第1の拡大部27A内の圧力が急激に高まり、第2の凹陥部19A内に収容されていた液体試料21は第1の微細流路23A内に加圧送液される。次いで、図7Bにおいて、第3の凹陥部17B及び第5の凹陥部17Cの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第3の凹陥部17B及び第4の凹陥部19Bと第5の凹陥部17C及び第6の凹陥部19Cに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第2の拡大部27B及び第3の拡大部27C内の圧力が急激に高まり、圧力は第2のポート25B及び第3のポート25Cに向かって伝播するので、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32−1部分及び第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとの交差点32−2部分の液体試料21が、第2の微細流路23B及び第3の微細流路23Cを介して第2のポート25B及び第3のポート25Cに加圧送液される。斯くして、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32−1部分及び第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとの交差点32−2部分の容積に対応する極微量容量の液体試料21を正確に秤取し、第2のポート25B及び第3のポート25Cから取り出すことができる。液体試料を供給する微細流路23Aに対して直交する試料採取用の微細流路23B〜23Cの本数を増やすことにより更に多くの試料を個別的に定量秤取することができる。   Similar to the embodiment described with reference to FIGS. 5A and 5B, in FIG. 7A, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the first recess 17A, the first recess 17A and the second recess The portion of the PDMS thin film 7 corresponding to the recessed portion 19A returns to the original flat state. At that time, the pressure in the first enlarged portion 27A rapidly increases, and the liquid sample 21 accommodated in the second recessed portion 19A is pressurized and fed into the first fine channel 23A. Next, in FIG. 7B, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the third concave portion 17B and the fifth concave portion 17C, the third concave portion 17B, the fourth concave portion 19B, and the fifth concave portion 17B The portions of the PDMS thin film 7 corresponding to the recessed portions 17C and the sixth recessed portion 19C return to the original flat state. At that time, the pressure in the second enlarged portion 27B and the third enlarged portion 27C increases rapidly, and the pressure propagates toward the second port 25B and the third port 25C. The liquid sample 21 at the intersection 32-1 portion of 23A and the second microchannel 23B and at the intersection 32-2 portion of the first microchannel 23A and the third microchannel 23C is the second microstream. The liquid is pressurized and fed to the second port 25B and the third port 25C through the path 23B and the third fine flow path 23C. Thus, at the intersection 32-1 portion between the first microchannel 23A and the second microchannel 23B and at the intersection 32-2 portion between the first microchannel 23A and the third microchannel 23C. A very small volume of the liquid sample 21 corresponding to the volume can be accurately weighed and taken out from the second port 25B and the third port 25C. By increasing the number of sampling microchannels 23B to 23C perpendicular to the microchannel 23A for supplying the liquid sample, a larger number of samples can be individually weighed.

図8は、本発明のマイクロ流体チップの更に他の例の概要平面図である。図8に示されるマイクロ流体チップ1Cでは、液体試料供給用の第1の微細流路及び第2の微細流路に対して複数本の液体試料秤取用の微細流路が直交するように配設されている。その結果、交差点部分も複数個形成されるため、微細流路の各交差点部分の容積に相当する容積の液体試料を混合状態で複数個定量採取することができる。
図8のマイクロ流体チップ1Cは、基本的に図1Bに示された4層構造と同様な断面構造を有する。マイクロ流体チップ1Cは、具体的には、空気通路15Aで連通された第1の凹陥部17Aと第2の凹陥部19Aを有し、かつ、第1の微細流路23Aを有し、第1の微細流路23Aの一端には大気に向かって開口した第1のポート25Aが配設され、第1の微細流路23Aの他端は、第2の凹陥部19Aを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第1の拡大部27Aが配設されている。第2の凹陥部19Aには送液すべき第1の液体試料21Aが載置されている。更に、空気通路15Aと平行に、空気通路15Bで連通された第3の凹陥部17Bと第4の凹陥部19Bを有し、かつ、第2の微細流路23Bを有し、第2の微細流路23Bの一端には大気に向かって開口した第2のポート25Bが配設され、第2の微細流路23Bの他端は、第4の凹陥部19Bを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第2の拡大部27Bが配設されている。第4の凹陥部19Bには送液すべき第2の液体試料21Bが載置されている。第1の微細流路23A及び第2の微細流路23Bと直交するように、第3の微細流路23C及び第4の微細流路23Dが配設されている。即ち、第3の微細流路23Cは第1の微細流路23Aと交差点32−1Aで交差し、第2の微細流路23Bと交差点32−1Bで交差する。同様に、第4の微細流路23Dは第1の微細流路23Aと交差点32−2Aで交差し、第2の微細流路23Bと交差点32−2Bで交差する。第3の微細流路23Cの一端には大気に向かって開口した第3のポート25Cが配設され、他端には、第3の拡大部27Cが配設されている。第3の拡大部27Cの下部にはこの拡大部の径よりも小さな径の第6の凹陥部19Cが存在し、この第6の凹陥部19Cは第3の空気通路15Cにより連通される第5の凹陥部17Cが配設されている。同様に、第4の微細流路23Dの一端には大気に向かって開口した第4のポート25Dが配設され、他端には、第4の拡大部27Dが配設されている。第4の拡大部27Dの下部にはこの拡大部の径よりも小さな径の第8の凹陥部19Dが存在し、この第8の凹陥部19Dは第4の空気通路15Dにより連通される第7の凹陥部17Dが配設されている。第6の凹陥部19C及び第8の凹陥部19D内には何も注入されていないブランクのままである。
FIG. 8 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. In the microfluidic chip 1C shown in FIG. 8, a plurality of liquid sample weighing microchannels are arranged orthogonal to the first microchannel and the second microchannel for supplying a liquid sample. It is installed. As a result, a plurality of intersection portions are also formed, so that a plurality of liquid samples having a volume corresponding to the volume of each intersection portion of the fine channel can be quantitatively collected in a mixed state.
The microfluidic chip 1C in FIG. 8 basically has a cross-sectional structure similar to the four-layer structure shown in FIG. 1B. Specifically, the microfluidic chip 1C includes a first concave portion 17A and a second concave portion 19A communicated by an air passage 15A, a first microchannel 23A, and a first microchannel 23A. A first port 25A that opens to the atmosphere is disposed at one end of the microchannel 23A, and the other end of the first microchannel 23A is necessary and sufficient to cover the second recessed portion 19A. A first enlarged portion 27A having a large diameter is disposed. A first liquid sample 21A to be fed is placed in the second recessed portion 19A. Further, in parallel with the air passage 15A, the third concave portion 17B and the fourth concave portion 19B communicated by the air passage 15B, the second fine flow path 23B, and the second fine passage 23B are provided. A second port 25B opened toward the atmosphere is disposed at one end of the flow path 23B, and the other end of the second fine flow path 23B has an area necessary and sufficient to cover the fourth recessed portion 19B. A second enlarged portion 27 </ b> B that is enlarged to have a diameter is disposed. A second liquid sample 21B to be fed is placed in the fourth recess 19B. A third microchannel 23C and a fourth microchannel 23D are disposed so as to be orthogonal to the first microchannel 23A and the second microchannel 23B. That is, the third microchannel 23C intersects the first microchannel 23A at the intersection 32-1A, and intersects the second microchannel 23B at the intersection 32-1B. Similarly, the fourth microchannel 23D intersects the first microchannel 23A at the intersection 32-2A and intersects the second microchannel 23B at the intersection 32-2B. A third port 25C that opens to the atmosphere is disposed at one end of the third fine channel 23C, and a third enlarged portion 27C is disposed at the other end. A sixth recessed portion 19C having a diameter smaller than the diameter of the expanded portion is present below the third expanded portion 27C, and the sixth recessed portion 19C communicates with the third air passage 15C. The recessed portion 17C is disposed. Similarly, a fourth port 25D that opens toward the atmosphere is disposed at one end of the fourth microchannel 23D, and a fourth enlarged portion 27D is disposed at the other end. An eighth recessed portion 19D having a diameter smaller than the diameter of the expanded portion is present below the fourth expanded portion 27D, and the eighth recessed portion 19D is in communication with the fourth air passage 15D. The recessed portion 17D is disposed. In the sixth recessed portion 19C and the eighth recessed portion 19D, nothing is injected into the blank.

図5A及び図5Bに関連して説明した態様と同様に、図9Aにおいて、第1の凹陥部17Aの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第1の凹陥部17A及び第2の凹陥部19Aに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第1の拡大部27A内の圧力が急激に高まり、第2の凹陥部19A内に収容されていた第1の液体試料21Aは第1の微細流路23A内に加圧送液される。同様に、第3の凹陥部17Bの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第3の凹陥部17B及び第4の凹陥部19Bに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第2の拡大部27B内の圧力が急激に高まり、第4の凹陥部19B内に収容されていた第2の液体試料21Bは第2の微細流路23B内に加圧送液される。次いで、図9Bにおいて、第5の凹陥部17Cの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第5の凹陥部17C及び第6の凹陥部19Cに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第3の拡大部27C内の圧力が急激に高まり、圧力は第3のポート25Cに向かって伝播するので、第1の微細流路23Aとの交差点32−1A部分の第1の液体試料21Aと、第2の微細流路23Bとの交差点32−1B部分の第2の液体試料21Bが、第3の微細流路23Cを介して第3のポート25Cに混合状態で加圧送液される。斯くして、第1の微細流路23Aの交差点32−1A部分と第2の微細流路23Bの交差点32−1B部分の容積に対応する極微量容量の第1の液体試料21Aと第2の液体試料21Bを正確に秤取し、均一に混合された状態で第3のポート25Cから取り出すことができる。第7の凹陥部17Dに対しても前記と同様に穿刺処理すると、前記と同様に、第1の微細流路23Aの交差点32−2A部分と第2の微細流路23Bの交差点32−2B部分の容積に対応する極微量容量の第1の液体試料21Aと第2の液体試料21Bを正確に秤取し、均一に混合された状態で第4のポート25Dから取り出すことができる。   Similar to the embodiment described with reference to FIGS. 5A and 5B, in FIG. 9A, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the first recess 17A, the first recess 17A and the second recess The portion of the PDMS thin film 7 corresponding to the recessed portion 19A returns to the original flat state. At that time, the pressure in the first enlarged portion 27A rapidly increases, and the first liquid sample 21A accommodated in the second recessed portion 19A is pressurized and fed into the first microchannel 23A. . Similarly, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the third concave portion 17B, the PDMS thin film 7 corresponding to the third concave portion 17B and the fourth concave portion 19B is in an original flat state. Return to. At that time, the pressure in the second enlarged portion 27B rapidly increases, and the second liquid sample 21B accommodated in the fourth recessed portion 19B is pressurized and fed into the second microchannel 23B. . Next, in FIG. 9B, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the fifth concave portion 17C, the PDMS thin film 7 corresponding to the fifth concave portion 17C and the sixth concave portion 19C becomes the original. Return to the flat state. At this time, since the pressure in the third enlarged portion 27C rapidly increases and the pressure propagates toward the third port 25C, the first liquid at the intersection 32-1A portion with the first fine channel 23A. The second liquid sample 21B at the intersection 32-1B between the sample 21A and the second microchannel 23B is pressurized and fed to the third port 25C in a mixed state via the third microchannel 23C. The Thus, the first liquid sample 21A and the second liquid sample having a very small volume corresponding to the volumes of the intersection 32-1A portion of the first microchannel 23A and the intersection 32-1B portion of the second microchannel 23B. The liquid sample 21B can be accurately weighed and taken out from the third port 25C in a uniformly mixed state. When the puncturing process is performed on the seventh recessed portion 17D in the same manner as described above, the intersection 32-2A portion of the first microchannel 23A and the intersection 32-2B portion of the second microchannel 23B are similarly performed. The first liquid sample 21A and the second liquid sample 21B having a very small volume corresponding to the volume of the liquid can be accurately weighed and taken out from the fourth port 25D in a uniformly mixed state.

図10は、本発明のマイクロ流体チップの更に他の例の概要平面図である。図10に示されるマイクロ流体チップ1Dでは、第1の微細流路の両端に大気に向かって開放したポートが形成されているので、一方のポートから他方のポートに向かって液体試料を注入することにより第1の微細流路内に液体試料を満たすことができる。更に、この第1の微細流路に対して複数本の微細流路が直交するように配設されている。その結果、交差点部分も複数個形成されるため、微細流路の各交差点部分の容積に相当する容積の液体試料を複数個定量採取することができる。
図10のマイクロ流体チップ1Dは、基本的に図1Bに示された4層構造と同様な断面構造を有する。マイクロ流体チップ1Dは、具体的には、大気に向かって開放した第1のポート25Aと第5のポート25Eが各端部に配設された第1の微細流路23Aを有する。更に、空気通路15Bで連通された第3の凹陥部17Bと第4の凹陥部19Bを有し、かつ、第2の微細流路23Bを有し、第2の微細流路23Bの一端には大気に向かって開口した第2のポート25Bが配設され、第2の微細流路23Bの他端は、第4の凹陥部19Bを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第2の拡大部27Bが配設されている。しかし、第4の凹陥部19B内には何も注入されていないブランクのままである。第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとは同一平面内で直角に交差しており、交差点32−1で相互に連通している。15B〜27Bの各部材と並列に、15C〜27Cの各部材が配列されている。即ち、空気通路15Cで連通された第5の凹陥部17Cと第6の凹陥部19Cを有し、かつ、第3の微細流路23Cを有し、第3の微細流路23Cの一端には大気に向かって開口した第3のポート25Cが配設され、第3の微細流路23Cの他端は、第6の凹陥部19Cを覆い尽くすのに必要十分な面積を有するように拡径された第3の拡大部27Cが配設されている。しかし、第6の凹陥部19C内には何も注入されていないブランクのままである。第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとは同一平面内で直角に交差しており、交差点32−2で相互に連通している。
FIG. 10 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. In the microfluidic chip 1D shown in FIG. 10, since the ports opened toward the atmosphere are formed at both ends of the first fine channel, the liquid sample is injected from one port toward the other port. Thus, the liquid sample can be filled in the first fine channel. Further, a plurality of fine channels are arranged so as to be orthogonal to the first fine channel. As a result, a plurality of intersection portions are also formed, so that a plurality of liquid samples having a volume corresponding to the volume of each intersection portion of the fine channel can be quantitatively collected.
The microfluidic chip 1D shown in FIG. 10 basically has a cross-sectional structure similar to the four-layer structure shown in FIG. 1B. Specifically, the microfluidic chip 1D has a first microchannel 23A in which a first port 25A and a fifth port 25E that are open toward the atmosphere are disposed at each end. Furthermore, it has the 3rd recessed part 17B and the 4th recessed part 19B which were connected by the air path 15B, and also has the 2nd fine flow path 23B, and one end of the 2nd fine flow path 23B has A second port 25B that opens to the atmosphere is provided, and the other end of the second microchannel 23B is expanded to have an area sufficient to cover the fourth recessed portion 19B. A second enlarged portion 27B is provided. However, it remains a blank where nothing is injected into the fourth recess 19B. The first microchannel 23A and the second microchannel 23B intersect at a right angle in the same plane and communicate with each other at an intersection 32-1. Each member of 15C to 27C is arranged in parallel with each member of 15B to 27B. That is, it has the 5th recessed part 17C and the 6th recessed part 19C which were connected by 15 C of air passages, and also has the 3rd fine flow path 23C, and the end of the 3rd fine flow path 23C has A third port 25C that is open to the atmosphere is disposed, and the other end of the third microchannel 23C is expanded to have an area sufficient to cover the sixth recessed portion 19C. A third enlarged portion 27C is provided. However, it remains a blank where nothing is injected into the sixth recessed portion 19C. The first microchannel 23A and the third microchannel 23C intersect at a right angle in the same plane and communicate with each other at an intersection 32-2.

図11Aにおいて、第1のポート25Aから第5のポート25Eに向けて液体試料21を注入することにより第1の微細流路23A内に液体試料21を満たすことができる。液体試料21の注入は例えば、第1のポート25Aにチューブ(図示されていない)を接続し、チューブの他端にシリンジ(図示されていない)を接続し、このシリンジから液体試料21を送液することにより行うことができる。この実施態様のマイクロ流体チップでは、図4、図6又は図8などに示された実施態様のマイクロ流体チップに比べて、液体試料21の供給が容易になるという利点がある。   In FIG. 11A, the liquid sample 21 can be filled in the first microchannel 23A by injecting the liquid sample 21 from the first port 25A toward the fifth port 25E. For example, the liquid sample 21 is injected by connecting a tube (not shown) to the first port 25A, connecting a syringe (not shown) to the other end of the tube, and feeding the liquid sample 21 from this syringe. This can be done. The microfluidic chip of this embodiment has an advantage that the liquid sample 21 can be easily supplied as compared with the microfluidic chip of the embodiment shown in FIG. 4, FIG. 6, or FIG.

次いで、図11Bにおいて、第3の凹陥部17B及び第5の凹陥部17Cの外部から針等を突き刺すことにより真空を解除すると、第3の凹陥部17B及び第4の凹陥部19Bと第5の凹陥部17C及び第6の凹陥部19Cに対応する部分のPDMS薄膜7は元のフラットな状態に戻る。その際、第2の拡大部27B及び第3の拡大部27C内の圧力が急激に高まり、圧力は第2のポート25B及び第3のポート25Cに向かって伝播するので、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32−1部分及び第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとの交差点32−2部分の液体試料21が、第2の微細流路23B及び第3の微細流路23Cを介して第2のポート25B及び第3のポート25Cに加圧送液される。斯くして、第1の微細流路23Aと第2の微細流路23Bとの交差点32−1部分及び第1の微細流路23Aと第3の微細流路23Cとの交差点32−2部分の容積に対応する極微量容量の液体試料21を正確に秤取し、第2のポート25B及び第3のポート25Cから取り出すことができる。液体試料を供給する微細流路23Aに対して直交する試料採取用の微細流路23B〜23Cの本数を増やすことにより更に多くの試料を個別的に定量秤取することができる。   Next, in FIG. 11B, when the vacuum is released by piercing a needle or the like from the outside of the third concave portion 17B and the fifth concave portion 17C, the third concave portion 17B, the fourth concave portion 19B, and the fifth concave portion 17B The portions of the PDMS thin film 7 corresponding to the recessed portions 17C and the sixth recessed portion 19C return to the original flat state. At that time, the pressure in the second enlarged portion 27B and the third enlarged portion 27C increases rapidly, and the pressure propagates toward the second port 25B and the third port 25C. The liquid sample 21 at the intersection 32-1 portion of 23A and the second microchannel 23B and at the intersection 32-2 portion of the first microchannel 23A and the third microchannel 23C is the second microstream. The liquid is pressurized and fed to the second port 25B and the third port 25C through the path 23B and the third fine flow path 23C. Thus, at the intersection 32-1 portion between the first microchannel 23A and the second microchannel 23B and at the intersection 32-2 portion between the first microchannel 23A and the third microchannel 23C. A very small volume of the liquid sample 21 corresponding to the volume can be accurately weighed and taken out from the second port 25B and the third port 25C. By increasing the number of sampling microchannels 23B to 23C perpendicular to the microchannel 23A for supplying the liquid sample, a larger number of samples can be individually weighed.

液体試料を供給するための、両端にオープンポートを有する微細流路は1本に限らず、2本以上配設することもできる。この場合、図8の実施態様のマイクロ流体チップと同様に、複数種類の液体試料を定量混合して秤取することができる。   The number of fine flow paths having open ports at both ends for supplying a liquid sample is not limited to one, and two or more fine flow paths can be provided. In this case, similarly to the microfluidic chip of the embodiment of FIG. 8, a plurality of types of liquid samples can be quantitatively mixed and weighed.

本発明の四層構造のマイクロ流体デバイスを作製した。対面基板3には厚さ1mmの白ガラスを使用し、第1のPDMS基板5には厚さ2mmのシリコーンゴムを使用し、PDMS薄膜7には、厚さ40μmのシリコーンゴムを使用し、第2のPDMS基板9には厚さ2mmのシリコーンゴムを使用した。第1のPDMS基板5に配設されている空気通路15の幅は200μm、深さは100μm、長さは20mmであり、第1の貫通孔11及び第2の貫通孔13の内径はそれぞれφ4mmであった。第2のPDMS基板9に配設されている微細流路23の幅は200μm、深さは200μm、長さは20mmであり、微細流路23の一端に設けられている拡大部27の直径はφ2mmであり、微細流路23の他端に設けられているポート25の内径はφ2mmであった。
空気通路15の形成において、ウエハに厚膜レジストをフォトリソグラフィー法によりパターニング(露光、現像)することで、シリコーンゴムモールド用鋳型として使用した。シリコーンゴムモールド前に、鋳型に離型膜として20nmのCHF膜を形成させた後、シリコーンゴムをモールドし、脱気した。その後、100℃で4時間加温することでシリコーンゴムを重合させた。その後、鋳型から引き剥がし、空気通路5を有する第1のPDMS基板5を形成し、次いで、この第1のPDMS基板5を白ガラスからなる対面基板3に恒久接着させ、その後、第1のPDMS基板5に第1の貫通孔11及び第2の貫通孔13を機械的に穿設した。その後、予め形成しておいたPDMS薄膜7を第1のPDMS基板5の上面に自己吸着させた。
次いで、前記のようにして得られた三層構造物を真空槽内に収容し、真空槽を密閉した後、真空ポンプにより真空槽内の空気を排気し、真空槽内の圧力を0.1MPaにまで減圧し、この圧力を20分間維持した。その結果、第1の貫通孔11及び第2の貫通孔13の位置にそれぞれ対応する第1の凹陥部17及び第2の凹陥部19が形成された。その後、真空槽内の圧力を大気圧にまで戻した後、凹陥部が形成された三層構造物を真空槽から取り出した。
第2の凹陥部19内に、液体試料21として着色インクを5μL注入した後、拡大部27で第2の凹陥部19を覆うように、第2のPDMS基板9をPDMS薄膜7の上面に自己吸着させた。第2のPDMS基板9における微細流路23、拡大部27及びポート25の形成は、第1のPDMS基板5における空気通路15及び貫通孔11,13の形成方法と同様な方法により行った。
前記のようにして得られた四層構造のマイクロ流体チップ1において、第1の凹陥部17の外面側から針を突き刺し、真空を破った。すると、PDMS薄膜7が復元し、第1の凹陥部17及び第2の凹陥部19が消失してフラットになると共に、第2の凹陥部19内の着色インク21が微細流路23を介してポート25にまで送液された。
A four-layer microfluidic device of the present invention was fabricated. The facing substrate 3 is made of white glass having a thickness of 1 mm, the first PDMS substrate 5 is made of silicone rubber having a thickness of 2 mm, the PDMS thin film 7 is made of silicone rubber having a thickness of 40 μm, 2 PDMS substrate 9 was made of silicone rubber having a thickness of 2 mm. The air passage 15 disposed in the first PDMS substrate 5 has a width of 200 μm, a depth of 100 μm, and a length of 20 mm. The inner diameter of each of the first through hole 11 and the second through hole 13 is φ4 mm. Met. The microchannel 23 disposed on the second PDMS substrate 9 has a width of 200 μm, a depth of 200 μm, and a length of 20 mm. The diameter of the enlarged portion 27 provided at one end of the microchannel 23 is The inner diameter of the port 25 provided at the other end of the fine channel 23 was φ2 mm.
In forming the air passage 15, a thick film resist was patterned on the wafer by photolithography (exposure and development), and used as a mold for a silicone rubber mold. Before forming the silicone rubber mold, a 20 nm CHF 3 film was formed on the mold as a release film, and then the silicone rubber was molded and deaerated. Thereafter, the silicone rubber was polymerized by heating at 100 ° C. for 4 hours. Thereafter, the first PDMS substrate 5 having the air passage 5 is formed by peeling off from the mold, and then the first PDMS substrate 5 is permanently bonded to the facing substrate 3 made of white glass, and then the first PDMS A first through hole 11 and a second through hole 13 were mechanically drilled in the substrate 5. Thereafter, the PDMS thin film 7 formed in advance was self-adsorbed on the upper surface of the first PDMS substrate 5.
Next, the three-layer structure obtained as described above is accommodated in a vacuum chamber, and after the vacuum chamber is sealed, the air in the vacuum chamber is exhausted by a vacuum pump, and the pressure in the vacuum chamber is 0.1 MPa. And the pressure was maintained for 20 minutes. As a result, the first concave portion 17 and the second concave portion 19 corresponding to the positions of the first through hole 11 and the second through hole 13 were formed. Then, after returning the pressure in a vacuum chamber to atmospheric pressure, the three-layer structure in which the recessed part was formed was picked out from the vacuum chamber.
After injecting 5 μL of colored ink as the liquid sample 21 into the second recessed portion 19, the second PDMS substrate 9 is placed on the upper surface of the PDMS thin film 7 so that the enlarged portion 27 covers the second recessed portion 19. Adsorbed. Formation of the fine flow path 23, the enlarged portion 27, and the port 25 in the second PDMS substrate 9 was performed by the same method as the formation method of the air passage 15 and the through holes 11 and 13 in the first PDMS substrate 5.
In the microfluidic chip 1 having the four-layer structure obtained as described above, a needle was pierced from the outer surface side of the first recessed portion 17 to break the vacuum. Then, the PDMS thin film 7 is restored, the first concave portion 17 and the second concave portion 19 disappear and become flat, and the colored ink 21 in the second concave portion 19 passes through the fine channel 23. The solution was sent to port 25.

以上、本発明の好ましい実施態様について説明してきたが、本発明は図示された実施態様のみに限定されない。例えば、本発明の真空凹陥部の真空破りによる送液機構はマイクロ流体チップだけでなく、様々な分野における微量流体制御機構においても同等に使用することもできる。   Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to only the illustrated embodiments. For example, the liquid feeding mechanism by vacuum breakage of the vacuum recess of the present invention can be used not only in a microfluidic chip but also in a microfluidic control mechanism in various fields.

本発明のマイクロ流体チップの一例の概要平面図である。It is a general | schematic top view of an example of the microfluidic chip | tip of this invention. 図1AにおけるB−B線に沿った概要断面図である。It is a schematic sectional drawing in alignment with the BB line in FIG. 1A. 図1Bに示されるマイクロ流体チップ1の使用状態を示す概要断面図である。1B is a schematic cross-sectional view showing a usage state of the microfluidic chip 1 shown in FIG. 1B. FIG. 図1Bに示されるマイクロ流体チップの製造方法の一例を説明する工程図である。It is process drawing explaining an example of the manufacturing method of the microfluidic chip | tip shown by FIG. 1B. 本発明のマイクロ流体チップの別の例の概要平面図である。It is a general | schematic top view of another example of the microfluidic chip | tip of this invention. 図4に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 5 is a conceptual plan view illustrating an example of a method for using the microfluidic chip illustrated in FIG. 4. 図4に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 5 is a conceptual plan view illustrating an example of a method for using the microfluidic chip illustrated in FIG. 4. 本発明のマイクロ流体チップの更に別の例の概要平面図である。It is a general | schematic top view of another example of the microfluidic chip | tip of this invention. 図6に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 7 is a conceptual plan view showing an example of how to use the microfluidic chip shown in FIG. 6. 図6に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 7 is a conceptual plan view showing an example of how to use the microfluidic chip shown in FIG. 6. 本発明のマイクロ流体チップの更に他の例の概要平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. 図8に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 9 is a conceptual plan view illustrating an example of a method for using the microfluidic chip illustrated in FIG. 8. 図8に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。FIG. 9 is a conceptual plan view illustrating an example of a method for using the microfluidic chip illustrated in FIG. 8. 本発明のマイクロ流体チップの更に他の例の概要平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view of still another example of the microfluidic chip of the present invention. 図10に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。It is a conceptual top view which shows an example of the usage method of the microfluidic chip | tip shown by FIG. 図10に示されたマイクロ流体チップの使用方法の一例を示す概念的平面図である。It is a conceptual top view which shows an example of the usage method of the microfluidic chip | tip shown by FIG. (A)は従来のマイクロ流体チップの一例の概要平面図であり、(B)は(A)におけるB−B線に沿った概要断面図である。(A) is an outline top view of an example of the conventional microfluidic chip, and (B) is an outline sectional view which met a BB line in (A).

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B,1C,1D 本発明のマイクロ流体チップ
3 対面基板
5 第1のPDMS基板
7 PDMS薄膜
9 第2のPDMS基板
11 第1の貫通孔
13 第2の貫通孔
15 空気通路
15A 第1の空気通路
15B 第2の空気通路
15C 第3の空気通路
15D 第4の空気通路
17,17A 第1の凹陥部
19,19A 第2の凹陥部
17B 第3の凹陥部
17C 第5の凹陥部
17D 第7の凹陥部
19B 第4の凹陥部
19C 第6の凹陥部
19D 第8の凹陥部
21,21A,21B 液体試料
23 微細流路
23A 第1の微細流路
23B 第2の微細流路
23C 第3の微細流路
23D 第4の微細流路
25A 第1のポート
25B 第2のポート
25C 第3のポート
25D 第4のポート
25E 第5のポート
27 拡大部
27A 第1の拡大部
27B 第2の拡大部
27C 第3の拡大部
27D 第4の拡大部
30 真空槽
32,32−1,32−2,32−1A,32−1B,32−2A,32−2B 流路交差点
1, 1A, 1B, 1C, 1D Microfluidic chip of the present invention 3 Face-to-face substrate 5 First PDMS substrate 7 PDMS thin film 9 Second PDMS substrate 11 First through hole 13 Second through hole 15 Air passage 15A First 1 air passage 15B 2nd air passage 15C 3rd air passage 15D 4th air passage 17, 17A 1st recessed part 19, 19A 2nd recessed part 17B 3rd recessed part 17C 5th recessed part 17D 7th recessed part 19B 4th recessed part 19C 6th recessed part 19D 8th recessed part 21,21A, 21B Liquid sample 23 Microchannel 23A 1st microchannel 23B 2nd microchannel 23C 3rd microchannel 23D 4th microchannel 25A 1st port 25B 2nd port 25C 3rd port 25D 4th port 25E 5th port 27 Enlarged part 27A 1st enlarged part 27B 2 of the enlarged portion 27C third enlarged portion 27D fourth enlarged portions 30 vacuum tank 32,32-1,32-2,32-1A, 32-1B, 32-2A, 32-2B passage intersection

Claims (5)

対面基板と、第1の基板と、薄膜と、第2の基板との少なくとも4層構造からなり、
前記第1の基板は、前記対面基板接合面側に、少なくとも1本の空気通路と、この通路の両端に配設された第1の貫通孔と第2の貫通孔とを有し、
前記薄膜は前記第1の基板の各貫通孔の開口部を密閉すると共に、前記空気通路及び各貫通孔内が真空状態に保たれることにより、前記各貫通孔内に凹陥してそれぞれ対応する第1の凹陥部及び第2の凹陥部を形成しており、
前記第2の基板は、前記薄膜接合面側に少なくとも1本の微細流路を有し、該微細流路の一端には、この微細流路に連通する大気に向かって開放したポートが配設されており、該微細流路の他端は、前記第2の凹陥部の上面に配置されていることを特徴とするマイクロ流体チップ。
Consists of at least a four-layer structure of a facing substrate, a first substrate, a thin film, and a second substrate,
The first substrate has at least one air passage on the facing substrate bonding surface side, and a first through hole and a second through hole disposed at both ends of the passage,
The thin film seals the opening of each through-hole of the first substrate, and the air passage and each through-hole are kept in a vacuum state, thereby being recessed into each through-hole. Forming a first recess and a second recess,
The second substrate has at least one fine channel on the thin film bonding surface side, and a port opened toward the atmosphere communicating with the fine channel is disposed at one end of the fine channel. The microfluidic chip is characterized in that the other end of the fine channel is disposed on the upper surface of the second recessed portion.
前記対面基板がガラスからなり、前記第1の基板、薄膜及び第2の基板が何れも、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなることを特徴とする請求項1記載のマイクロ流体チップ。 2. The microfluidic chip according to claim 1, wherein the facing substrate is made of glass, and the first substrate, the thin film, and the second substrate are all made of polydimethylsiloxane (PDMS). 前記少なくとも1本の微細流路に対して、少なくとも1本の微細流路が直交していることを特徴とする請求項1記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 1, wherein at least one microchannel is orthogonal to the at least one microchannel. マイクロ流体チップの製造方法であって、
(1)一方の面に空気通路と、この空気通路の一方の端部に第1の貫通孔と他方の端部に第2の貫通孔を有する第1の基板を、前記空気通路形成面側を対面基板に接合するステップと、
(2)前記第1の基板の上面に薄膜を被せて前記第1の基板の前記第1及び第2の貫通孔を封止するステップと、
(3)前記対面基板、第1の基板及び薄膜との3層構造物を真空槽内に入れ、減圧下で第1の基板の封止された空気通路及び各貫通孔内の空気を排気し、前記第1の貫通孔及び第2の貫通孔に対応する位置にそれぞれ第1の凹陥部及び第2の凹陥部を形成するステップと、
(4)一方の面に微細流路を有し、該微細流路の一方の端部には、大気に向かって開放したポートが配設されている第2の基板を、前記微細流路の他端が前記第2の凹陥部の上面に配置されるように、前記薄膜上に接合させるステップを有することを特徴とするマイクロ流体チップの製造方法。
A method of manufacturing a microfluidic chip, comprising:
(1) An air passage on one surface, a first substrate having a first through hole at one end of the air passage and a second through hole at the other end, the air passage forming surface side Bonding to the facing substrate;
(2) covering the first and second through holes of the first substrate by covering the upper surface of the first substrate with a thin film;
(3) The three-layer structure of the facing substrate, the first substrate and the thin film is placed in a vacuum chamber, and the air passage sealed in the first substrate and the air in each through hole are exhausted under reduced pressure. Forming a first recessed portion and a second recessed portion at positions corresponding to the first through hole and the second through hole, respectively.
(4) A second substrate having a fine channel on one surface and having a port opened toward the atmosphere at one end of the fine channel is connected to the fine channel. A method of manufacturing a microfluidic chip, comprising a step of bonding on the thin film so that the other end is disposed on an upper surface of the second recessed portion.
前記対面基板がガラスからなり、前記第1の基板、薄膜及び第2の基板が何れも、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなることを特徴とする請求項4記載のマイクロ流体チップの製造方法。 5. The method of manufacturing a microfluidic chip according to claim 4, wherein the facing substrate is made of glass, and the first substrate, the thin film, and the second substrate are all made of polydimethylsiloxane (PDMS).
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