JP2008151595A - 流動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】流路基板の流路内に導入された液体の乾燥を防止する。
【解決手段】流動装置は、流路23及び駆動用電極(膜状電極14)を形成した流路基板1と、流路基板1に駆動電圧を印加する電圧印加装置4と、流路基板1及び電圧印加装置4を電気的に接続するコネクタ41と、ペルチェ素子31と、ペルチェ素子31を制御するペルチェコントローラ32と、を備えて構成される。流路基板1は、ペルチェ素子31の吸熱面に載置され、設定温度以下に流路基板1を冷却される。これにより、液体の蒸発が防止され、長時間の作業等も可能になる。
【選択図】図1

Description

本発明は電気浸透流又は電気流動により液体を駆動する流動装置に関するものである。
近年、細胞、DNA(deoxyribonucleic acid)やRNA(ribonucleic acid)などの生化学的な分析において、数百μm以下の幅の微細な流路を形成した流路基板が用いられることがある(特許文献1参照)。この流路基板では、流路の延在方向両端部に電極が形成されており、両電極に駆動電圧を印加することで、流路に導入した試料溶液中のDNAや細胞などを電気浸透流又は電気泳動によって移動させ、当該DNAや細胞などの混合や分離などの操作を行うことができる。
特開2004−286449号公報
しかしながら、流路基板は微細でかつ表面に沿って延在させているため、環境条件により、例えば、顕微鏡の照明に長時間照らされる場合や、高温・乾燥時などには、流路内に導入した液体が蒸発し、必要な液量を下回ってしまう場合があった。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は流路内の液体の乾燥を防ぐことにある。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1による流動装置は、表面に沿って延びる溝状の流路、及び、前記流路に導入される液体を電気浸透流又は電気泳動により駆動するための駆動用電極を形成した流路基板と、前記駆動用電極に電圧を印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置及び前記流路基板を電気的に接続するコネクタと、前記流路基板を冷却する冷却手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明の請求項2による流動装置は、請求項1において、前記冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする。
本発明の請求項3による流動装置は、請求項2において、前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路基板の底面と接するように配置されることを特徴とする。
本発明の請求項4による流動装置は、請求項2又は3において、前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第2の冷却手段を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、流路基板が冷却されるので、流路内の液体の蒸発が抑えられ、長時間の作業等が可能である。
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は本実施形態の流動装置の機能ブロック図、図2は流動装置の外観を示す図((a)は正面図、(b)は平面図、(c)は側面図である。)、図3は本実施形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図、図4は本実施形態で用いる流路基板を示す図、図5は図4のI−I線断面図である。
(全体構成)
本実施形態の流動装置は、図2に示すように、L字板状の基台5に支持板33bが水平に取り付けられており、この支持板33bの上面側に平板状のペルチェ素子31が固定され、そのペルチェ素子31の上面に密着させるようにして流路基板1が載置されている。また、支持板33b上にはコネクタ41が取り付けられており、流路基板1はこのコネクタ41の接続口に挿入されている。このコネクタ41は、反対側の接続口41bにて図2に示す電圧印加装置本体42と接続可能になっており、流路基板1と電圧印加装置本体42とを電気的に接続する。また、支持板33bの下方には水冷器本体33aが取り付けられている。以下、上記各構成要素について、詳細に説明する。
(流路基板について)
流路基板1は、平面に沿って流路23を形成したものであり、電圧を印加することで当該流路23に導入された試料溶液が流動可能に構成されている。具体的には、本実施形態の流路基板1は、図4(b)に示すように、1対の膜状電極14,14及び感光性樹脂層12をガラス製の支持体11に順に積層して形成されている。
支持体11は、膜状電極14や感光性樹脂層12を支持する支持体である。本実施形態では、支持体11として、長さ20mm、幅10mm、厚さ1mmの市販の板状の硼珪酸ガラス(商品名:パイレックス(登録商標))を用いている。
膜状電極14は、電圧印加装置本体42から供給される駆動電圧を流路23に印加するものであり、図4(a)では、互いに分離して1対形成されている。駆動電圧は、後述するが、流路23に導入される試料溶液を駆動する電場を形成するために印加される。なお、図4(a)には、分かりやすくするために、膜状電極14の形成領域をハッチングで示している。このうち、破線のハッチングは感光性樹脂層12の下部に形成されている部分を示し、実線のハッチングは膜状電極14が露出している部分を示す。本実施形態では、レジスト等により支持体11にマスクパターンを形成した後、スパッタリングによりTiを下地として表面をPtの反応保護膜で覆った二層構造の膜状電極14を形成している。このように、Tiを下地とすることで支持体11との密着性を向上させることができ、Ptで覆うことで、試料溶液にさらされた際の電極反応を抑制できる。この膜状電極14が本発明の駆動用電極に相当する。
感光性樹脂層12は、感光性樹脂を光反応させることで形成されたものであり、支持体11表面に所定の2次元パターンが所定の厚みをもって形成されている。この感光性樹脂層12の形成部分と未形成部分との間の厚みの差によって、流路基板1表面に、試料溶液を収容する凹部(後述する)2が形成される。本実施形態では、化薬マイクロケム社製のネガ型フォトレジスト(商品名:SU−8)を支持体11にスピンコータで塗布し、パターンマスクを介して紫外光を露光し、現像液で未硬化部分を溶解、除去することで、厚さ25μmの感光性樹脂層12を形成している。
次に、図4に示す流路基板1の凹部2の構成について説明する。
図4(a)では、凹部2は、横方向に延びる流路23と、流路23の両端部にそれぞれ接続する平面視略四角状の溶液槽21,21と、からなる。
流路23は、感光性樹脂層12で形成された1対の側壁23a,23aが、流路方向中央付近で流路幅が最も狭くなるように、始端から終端に至るまで平面視円弧状に湾曲形成されている。この例では、最も狭くなった部分の流路幅を10μmとし、流路深さは感光性樹脂層12の厚さと同じ25μmとなっている。
溶液槽21,21は、試料溶液を投入又は回収するために用いられる。これら溶液槽21,21の形成領域には、1対の膜状電極14,14が夫々形成され、表面に露出しており、溶液槽21,21の底面を夫々構成している。
以上のような構成の流路基板1に試料溶液を導入し、駆動電圧を印加すると、例えば、一方の膜状電極14を正極、他方を負極として直流電圧を印加した場合、試料溶液に正極側から負極側に向かって電気浸透流が発生し、これに伴って試料溶液中の物質(例えば、細胞)も流路23を移動する。このとき、流路幅よりも大きな物質は、流路23の途中で側壁23a,23aに挟み込まれて進行を停止するため、これを顕微鏡で観察したり、又は、その物質が細胞であれば外部から高周波電圧(例えば、0.1〜1MHz)を印加することで破砕したりすることができるようになっている。なお、駆動電圧は、直流電圧(例えば、30V)でも交流電圧でもよい。
(その他の構成要素について)
図2に戻り、ペルチェ素子31は、ペルチェ効果によって吸熱又は放熱する熱電変換素子であり、本実施形態では図3に示すような構成で、表面及び裏面のいずれか一方が吸熱面となり、他方の面が放熱面となるペルチェ素子を用いる。図3はペルチェ素子31の一部を示したものであり、そのペルチェ素子31は、一対の基板31a,31aの間に、複数のP型熱電半導体31p及びN型熱電半導体31nを配置し、これらを基板31aに積層される銅電極31cで交互に直列接続したものである。図3に示すようにN型熱電半導体31nからP型熱電半導体31pに向かって電流を流すと、紙面上側に向く面が吸熱面となって、紙面下側に向く面が放熱面となる。一方、逆方向に電流を流すと、紙面上側に向く面が放熱面となり、紙面下側に向く面が吸熱面となる。流動装置では、上記のように、ペルチェ素子31を流路基板1に密着させ、流路基板1の温度を調整する。
また、ペルチェ素子31の上面側には温度センサ34が貼着されており、流路基板1との接触面の温度が検出可能になっている。温度センサ34は、例えば温度に応じて抵抗が変化するサーミスタを用いる。なお、使用する温度センサの種類はこれに限定されない。
また、ペルチェ素子31は、1対の導線31b,31bを介して図1に示すペルチェコントローラ32に電気的に接続されており、このペルチェコントローラ32からの駆動電流を受けて目的の温度に調整される。ペルチェコントローラ32は、温度センサ34の検出信号が入力されるようになっており、これに基づき流路基板1を目的の温度にするための駆動電流の大きさを算出し、当該大きさに調整した駆動電流を出力する。このペルチェ素子31が本発明の冷却手段に相当する。
水冷器33は、金属製の支持板33bと、支持板33bの下面側に取り付けられた水冷器本体33aと、からなる。水冷器本体33aは、金属製のブロック内部に冷却液の通路が設けられており、流入口33cから導入された冷却液が当該冷却液通路を通って流出口33dから排出されるようになっている。この冷却液は、水道から直接引き込んでもよいし、さらにポンプやラジエータなどを備えた2次冷却装置を設け、当該2次冷却装置で冷却した冷却液を循環させてもよい。この水冷器33が本発明の第2の冷却手段に相当する。
以上のような構成の流動装置を使用するときには、流路基板1をコネクタ41に装着し、電圧印加装置4を電源オンにし、駆動電圧を印加して凹部2に導入した試料溶液を駆動する。これと共に、ペルチェコントローラ32も電源オンにする。ペルチェコントローラ32はペルチェ素子31の吸熱面が予め設定した温度を上回っていることを検出すると、ペルチェ素子31を駆動し、流路基板1を冷却する。これにより、流路基板1が予め設定した温度以下に保たれるので、試料溶液の蒸発が抑えられる。このため、作業に長時間を要する場合などに、作業の途中で試料溶液が干上がったりすることなく、ある程度の溶液量を維持して作業をすることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、流路基板1を冷却するための手段は、ペルチェ素子31に限らず、例えば、流路基板1にヒートシンクを接触するように配置し、このヒートシンクに向かってファンから送風することで、冷却させてもよい。但し、空冷時には流路基板1に風が当たらないようにしないと、試料溶液がかえって乾燥しやすくなるおそれがある。この点、ペルチェ素子31を用いることが好ましい。また、ペルチェ素子31を用いると、高精度な冷却が可能であるので、温度感受性の高い生体高分子を取り扱う場合にも限られた温度範囲に保つことができ、また装置を小型化でき、静穏かつ無振動で動作可能であるので好適である。
また、図2の流動装置は、流路基板1を1枚だけ載せる構成となっているが、コネクタ41を複数設け、複数の流路基板1が同時に載置できる構成としてもよい。この場合、ペルチェ素子31を複数設け、流路基板1毎に冷却してもよいし、単一のペルチェ素子31に複数の流路基板1を載置してもよい。ペルチェ素子31を複数設け、ペルチェ素子31毎にコントロール可能にすれば、各流路基板1を高精度に冷却できる。
また、ペルチェ素子31と流路基板1の密着性を高めるべく、流路基板1を下方に押さえつける機構をコネクタ41に設けてもよいし、シリコングリースを塗布してもよい。
また、流路基板1も上記構成に限定されない。例えば、流路23が複数並設されるものや、細胞を破砕する以外の作用を果たす部分を設けたものでもよい。また、上記実施形態では、温度センサ34をペルチェ素子31側に設けているが、流路基板1の下面に設けてもよいし、流路基板1の凹部2に一体形成させてもよい。さらに、流路基板1とペルチェ素子31を1チップに一体的に形成させてもよい。
本実施形態の流動装置の機能ブロック図である。 流動装置の外観を示す図((a)は正面図、(b)は平面図、(c)は側面図である。)である。 本実施形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。 (a)は本実施形態で用いる流路基板の平面図、(b)は流路基板の積層構成を示す図である。 図4のI−I線断面図である。
符号の説明
1 流路基板
11 支持体
12 感光性樹脂層
14 膜状電極
2 凹部
21 溶液槽
23a 側壁
23 流路
31 ペルチェ素子
31a,31a基板
31a 基板
31b 導線
31c 銅電極
31n N型熱電半導体
31p P型熱電半導体
32 ペルチェコントローラ
33 水冷器
33a 水冷器本体
33b 支持板
33c 流入口
33d 流出口
34 温度センサ
4 電圧印加装置
41 コネクタ
41b 接続口
42 電圧印加装置本体
5 基台

Claims (4)

  1. 表面に沿って延びる溝状の流路、及び、前記流路に導入される液体を電気浸透流又は電気泳動により駆動するための駆動用電極を形成した流路基板と、
    前記駆動用電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
    前記電圧印加装置及び前記流路基板を電気的に接続するコネクタと、
    前記流路基板を冷却する冷却手段と、
    を備えたことを特徴とする流動装置。
  2. 前記冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項1に記載の流動装置。
  3. 前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路基板の底面と接するように配置されることを特徴とする請求項2に記載の流動装置。
  4. 前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第2の冷却手段を設けたことを特徴とする請求項2又は3に記載の流動装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018198234A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 株式会社島津製作所 送液装置及び流体クロマトグラフ
WO2020032028A1 (ja) * 2018-08-08 2020-02-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 計測装置および計測システム

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018198234A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 株式会社島津製作所 送液装置及び流体クロマトグラフ
JPWO2018198234A1 (ja) * 2017-04-26 2019-11-07 株式会社島津製作所 送液装置及び流体クロマトグラフ
CN110494747A (zh) * 2017-04-26 2019-11-22 株式会社岛津制作所 送液装置以及流体色谱仪
EP3633366A4 (en) * 2017-04-26 2020-10-28 Shimadzu Corporation LIQUID SUPPLY DEVICE AND LIQUID CHROMATOGRAPH
US11098702B2 (en) 2017-04-26 2021-08-24 Shimadzu Corporation Liquid delivery device and fluid chromatograph
CN110494747B (zh) * 2017-04-26 2021-12-28 株式会社岛津制作所 送液装置以及流体色谱仪
WO2020032028A1 (ja) * 2018-08-08 2020-02-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 計測装置および計測システム

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