JP2008304377A - Sample introducing microdevice - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample introducing microdevice capable of introducing only a necessary amount of a sample in necessary timing. <P>SOLUTION: A fine channel 12a is formed to the inlet side of the pressurizing chamber 1 formed to a substrate 17a, a nozzle-shaped channel 14a having a capillary effect is formed to the outlet side of a pressurizing chamber 1a through a fine channel 13a and the fine channel 18a branched through a branch point 19a is connected to the fine channel 13a. The discharge port 20a connected to the leading end of the fine channel 18a is formed to a lid plate 16a and a piezoelectric element 10a for driving the lid plate 16a as a vibration plate is arranged on the lid plate 16a so as to be positioned above the pressurizing chamber 1a. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は試料導入マイクロデバイスに関し、特に、基板上に形成された微小流路を用いて微小容量の液体の混合、反応、分離、精製、抽出、分析などを行うマイクロポンプ、マイクロミクサ、マイクロリアクタ、μTAS(マイクロトータルアナリシスシステム)などに適用して好適なものである。   The present invention relates to a sample introduction microdevice, and in particular, a micropump, a micromixer, a microreactor, and the like that perform mixing, reaction, separation, purification, extraction, analysis, and the like of a small volume of liquid using a microchannel formed on a substrate. It is suitable for application to μTAS (micro total analysis system) and the like.

近年、マイクロマシニング技術を用いてシリコンやガラス、プラスチックなどの基板上に微小流路(マイクロチャンネル)を形成し、その微小空間を各種の液体の混合、反応、分離、精製、抽出、分析などの場に利用する試みが注目されている。これらの分野に供されるデバイスは、その使用目的に応じて、マイクロポンプ、マイクロミクサ、マイクロリアクタ、μTAS(マイクロトータルアナリシスシステム)などと呼ばれている。
このような分野では、反応流路の等価直径(流路の断面を円に換算したときの直径)が500μmより小さいものが微小流路とされている。そして、このような微小流路のように、流路のスケールが微小化すると、単位体積当たりの表面積が非常に大きくなるという特徴がある。
In recent years, microchannels have been formed on substrates such as silicon, glass, and plastic using micromachining technology, and the microspace has been mixed, reacted, separated, purified, extracted, analyzed, etc. Attempts to use it in the field are drawing attention. Devices used in these fields are called micropumps, micromixers, microreactors, μTAS (micro total analysis system), etc., depending on the purpose of use.
In such a field, one having an equivalent diameter of the reaction channel (diameter when the cross section of the channel is converted into a circle) is smaller than 500 μm is a microchannel. And like such a microchannel, when the scale of the channel is miniaturized, the surface area per unit volume becomes very large.

そして、このような特徴によって、微小流路を流れる液体の温度、圧力、濃度などの勾配が大きくなるため、熱伝導や物質移動拡散などの効率が向上し、反応系での反応時間を短縮させたり、反応速度を向上させたりすることができる。さらに、微小量の反応で適量合成が可能となる上に、高い再現性も得ることができ、薬品や触媒試薬類などの使用量を大幅に低減することが可能となることから、経済的にも有効である。
このような分野に供される試料導入マイクロデバイスの構造に関する従来技術として、以下に示すように、圧電素子を用いたデフューザ型のマイクロポンプの形態を持つ試料導入マイクロデバイスや、インクジェット技術を応用したディスペンサ型の形態を持つ試料導入マイクロデバイスが提案されている。
And because of these features, the gradient of temperature, pressure, concentration, etc. of the liquid flowing through the microchannel increases, improving the efficiency of heat conduction and mass transfer diffusion, and shortening the reaction time in the reaction system. Or the reaction rate can be improved. Furthermore, it is possible to synthesize an appropriate amount with a very small amount of reaction, obtain high reproducibility, and greatly reduce the amount of chemicals and catalyst reagents used. Is also effective.
As shown below, the sample introduction microdevice having the form of a diffuser type micropump using a piezoelectric element and the ink jet technology are applied as conventional techniques related to the structure of the sample introduction microdevice used in such a field. Sample introduction microdevices having a dispenser type have been proposed.

図5(a)は、従来のデフューザ型のマイクロポンプの形態を持つ試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図、図5(b)は、図5(a)の試料導入マイクロデバイスをA−A´線で切断して示す断面図である。
図5において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16eおよび基板17eが設けられ、蓋板16eは基板17e上に固定されている。
ここで、基板17eには、加圧室1eが形成されるとともに、加圧室1eの入口側には、デフューザ2eを有する微小流路4eが形成され、加圧室1eの出口側には、デフューザ3eを有する微小流路5eが形成されている。
FIG. 5A is a plan view showing a schematic configuration of a sample introduction microdevice having the form of a conventional diffuser type micropump, and FIG. 5B shows the sample introduction microdevice of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected and shown by the A 'line.
In FIG. 5, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16e and a substrate 17e, and the cover plate 16e is fixed on the substrate 17e.
Here, a pressurizing chamber 1e is formed on the substrate 17e, a micro flow path 4e having a diffuser 2e is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1e, and on the outlet side of the pressurizing chamber 1e, A microchannel 5e having a diffuser 3e is formed.

また、蓋板16eには、微小流路4eの一端に接続された供給口7eおよび微小流路5eの一端に接続された流出口9eが形成され、蓋板16e上には、蓋板16eを振動板11eとして駆動するための圧電素子10eが加圧室1e上に位置するように配置されている。そして、供給口7eには、液体の供給源6eに接続され、流出口9eには、液体の導入先8eに接続されている。
そして、圧電素子10eを動作させて振動板11eを振動させると、加圧室1eの容積が変化し、加圧室1eが膨張することで流体を吸い込ませ、加圧室1eが収縮することで流体を吐出させるという動作を繰り返すことで送液することができる。また、振動板11eにより生じる流れが流路形状の抵抗差によって変化することを利用して、狭い方から広い方への流れを作り出すことができる。
The lid plate 16e has a supply port 7e connected to one end of the microchannel 4e and an outlet 9e connected to one end of the microchannel 5e. The lid plate 16e is provided with a lid plate 16e on the lid plate 16e. A piezoelectric element 10e for driving as the diaphragm 11e is disposed on the pressurizing chamber 1e. The supply port 7e is connected to a liquid supply source 6e, and the outflow port 9e is connected to a liquid introduction destination 8e.
When the piezoelectric element 10e is operated to vibrate the diaphragm 11e, the volume of the pressurizing chamber 1e changes, and the pressurizing chamber 1e expands to suck in fluid, and the pressurizing chamber 1e contracts. The liquid can be sent by repeating the operation of discharging the fluid. Further, the flow from the narrower side to the wider side can be created by utilizing the fact that the flow generated by the diaphragm 11e changes due to the resistance difference of the flow path shape.

図6(a)は、従来のディスペンサ型の形態を持つ試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図、図6(b)は、図6(a)の試料導入マイクロデバイスをB−B´線で切断して示す断面図である。
図6において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16fおよび基板17fが設けられ、蓋板16fは基板17f上に固定されている。
ここで、基板17fには、加圧室1fが形成されるとともに、加圧室1fの入口側には、微小流路12fが形成されている。また、加圧室1fの出口側には、微小流路13fを介して毛細管効果を持つノズル形状流路14fが形成され、ノズル形状流路14fの先端にはノズル穴15fが設けられ、ノズル穴15fにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。
6A is a plan view showing a schematic configuration of a conventional sample introduction microdevice having a dispenser type configuration, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the sample introduction microdevice of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected and shown by.
In FIG. 6, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16f and a substrate 17f, and the cover plate 16f is fixed on the substrate 17f.
Here, a pressurizing chamber 1f is formed on the substrate 17f, and a micro flow channel 12f is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1f. Further, a nozzle-shaped channel 14f having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 1f via a microchannel 13f, and a nozzle hole 15f is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 14f. The interface between the liquid and the gas is formed at 15f.

また、蓋板16fには、微小流路12fの一端に接続された供給口7fが形成され、蓋板16f上には、蓋板16fを振動板11fとして駆動するための圧電素子10fが加圧室1f上に位置するように配置されている。そして、供給口7fには、液体の供給源6fに接続されている。
そして、圧電素子10fを動作させて振動板11fを振動させると、加圧室1fの容積が変化し、加圧室1fが膨張することで流体を吸い込ませ、加圧室1fが収縮することで流体を吐出させるという動作を繰り返すことで送液することができる。そして、振動板11fの変位により送液された液体は、ノズル形状流路14fの毛細管力を利用してノズル穴15fに供給されながら、ノズル穴15fから微小の液滴状に押し出すことができる。
In addition, a supply port 7f connected to one end of the microchannel 12f is formed in the lid plate 16f, and a piezoelectric element 10f for driving the lid plate 16f as the vibration plate 11f is pressurized on the lid plate 16f. It arrange | positions so that it may be located on the chamber 1f. The supply port 7f is connected to a liquid supply source 6f.
When the piezoelectric element 10f is operated to vibrate the diaphragm 11f, the volume of the pressurizing chamber 1f changes, and the pressurizing chamber 1f expands to draw in fluid, and the pressurizing chamber 1f contracts. The liquid can be sent by repeating the operation of discharging the fluid. Then, the liquid sent by the displacement of the diaphragm 11f can be pushed out from the nozzle hole 15f into a fine droplet while being supplied to the nozzle hole 15f using the capillary force of the nozzle-shaped channel 14f.

また、例えば、特許文献1には、微量の分注量と吐出流量とを確保できるようにするために、ノズル板、通路板、キャビティ板および振動板を積層接合して液体の搬送流路を形成する方法が開示されている。
特開2004−116327号公報
Further, for example, in Patent Document 1, in order to ensure a small amount of dispensing and a discharge flow rate, a nozzle plate, a passage plate, a cavity plate, and a vibration plate are stacked and joined to form a liquid transport channel. A method of forming is disclosed.
JP 2004-116327 A

しかしながら、従来の試料導入マイクロデバイスでは、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料の排出先がない。このため、従来の試料導入マイクロデバイスを分析装置の試料の導入に適用した場合、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給されると、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流の検出器に試料を導入することができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、必要なタイミングで必要な量だけ試料を導入することが可能な試料導入マイクロデバイスを提供することである。
However, in the conventional sample introduction microdevice, there is no discharge destination of the surplus sample introduced into the sample introduction microdevice. Therefore, when the conventional sample introduction microdevice is applied to the introduction of the sample of the analyzer, if the sample is intermittently supplied from the upstream of the sample introduction microdevice, the sample introduction microdevice by the required amount at the necessary timing There was a problem that the sample could not be introduced into the downstream detector.
Therefore, an object of the present invention is to provide a sample introduction microdevice capable of introducing a sample in a necessary amount at a necessary timing.

上述した課題を解決するために、請求項1記載の試料導入マイクロデバイスによれば、液体を供給する第1供給口と、前記第1供給口から供給された液体を輸送するように基板に形成された分岐点を有する第1微小流路と、前記第1微小流路の分岐先の一方に接続され、必要なタイミングで必要な量だけ液体を吐出することが可能な流出口と、前記第1微小流路の分岐先の他方に接続された過剰分の液体を排出する排出口とを備えることを特徴とする。
これにより、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料を排出口から排出させることができ、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することができる。
In order to solve the above-described problem, according to the sample introduction microdevice according to claim 1, the first supply port for supplying the liquid and the substrate formed to transport the liquid supplied from the first supply port are formed. A first microchannel having a branched point, an outlet connected to one of the branch destinations of the first microchannel, and capable of discharging a required amount of liquid at a necessary timing; And a discharge port for discharging an excessive amount of liquid connected to the other branch destination of the one microchannel.
As a result, the excess sample introduced into the sample introduction microdevice can be discharged from the discharge port, and even when the sample is intermittently supplied from upstream of the sample introduction microdevice, it is necessary at the necessary timing. The sample can be introduced downstream of the sample introduction microdevice by an appropriate amount.

また、請求項2記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記排出口に接続された前記分岐先の第1微小流路の流路抵抗は、前記流出口に接続された前記分岐先の第1微小流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする。
これにより、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、試料が流出口側に送液されないようにして、試料を排出口側に送液させることができ、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料を排出口から排出させることができる。
According to the sample introduction microdevice of claim 2, the flow path resistance of the first microchannel of the branch destination connected to the discharge port is the first resistance of the branch destination connected to the outlet. It is characterized by being smaller than the channel resistance of the micro channel.
As a result, even when the sample is intermittently supplied from the upstream side of the sample introduction microdevice, the sample can be sent to the discharge port side so that the sample is not sent to the outflow side. The excess sample introduced into the microdevice can be discharged from the discharge port.

また、請求項3記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記分岐点よりも上流側の前記第1微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第1加圧室と、前記第1加圧室上に配置された第1振動板と、前記第1振動板を振動させる第1圧電素子とを備えることを特徴とする。
これにより、第1圧電素子の駆動を停止することで、試料を排出口側に送液させることが可能となるとともに、第1圧電素子の駆動することで、試料を流出口側に送液させることができ、必要なタイミングで必要な量だけ試料を導入することが可能となる。
According to the sample introduction microdevice according to claim 3, the first additive formed on the substrate so as to be disposed in a part of the first microchannel upstream of the branch point. A pressure chamber, a first diaphragm disposed on the first pressure chamber, and a first piezoelectric element that vibrates the first diaphragm are provided.
Thus, by stopping the driving of the first piezoelectric element, it is possible to send the sample to the discharge port side, and to drive the sample to the outlet side by driving the first piezoelectric element. It is possible to introduce a sample in a necessary amount at a necessary timing.

また、請求項4記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記第1圧電素子を駆動しない場合には、前記第1微小流路の上流から送液される液体が前記排出口から排出され、前記第1圧電素子を駆動する場合には、前記第1微小流路の上流から送液される液体が前記流出口から吐出されることを特徴とする。
これにより、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料を排出口から排出させることができ、試料導入マイクロデバイスの下流側の導入先に必要なタイミングで必要な量だけ試料を導入することが可能となる。
According to the sample introduction microdevice of claim 4, when the first piezoelectric element is not driven, the liquid fed from the upstream of the first microchannel is discharged from the discharge port, When driving the first piezoelectric element, the liquid fed from the upstream side of the first microchannel is discharged from the outlet.
Thereby, even when the sample is intermittently supplied from the upstream of the sample introduction microdevice, the excess sample introduced into the sample introduction microdevice can be discharged from the discharge port. It is possible to introduce the sample in the necessary amount at the necessary timing to the downstream introduction destination.

また、請求項5記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記流出口は、液体と気体との界面が形成されるように構成されたノズル穴であり、前記流出口に接続された前記分岐先の第1微小流路は、前記ノズル穴の接続された毛細管効果を持つノズル形状流路であることを特徴とする。
これにより、第1圧電素子の駆動することで、試料を流出口側に送液させることができ、必要なタイミングで必要な量だけノズル穴から微小の液滴状に試料を押し出すことができる。
Further, according to the sample introduction microdevice according to claim 5, the outlet is a nozzle hole configured to form an interface between a liquid and a gas, and the branch destination connected to the outlet The first microchannel is a nozzle-shaped channel having a capillary effect connected to the nozzle holes.
Thus, by driving the first piezoelectric element, the sample can be fed to the outlet side, and the sample can be pushed out from the nozzle hole in the form of minute droplets at the required amount.

また、請求項6記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記排出口に接続されたバルブをさらに備え、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時に前記バルブを閉じることを特徴とする。
これにより、試料導入マイクロデバイスに過剰分の液体を排出する排出口を設けた場合においても、流出口から試料を吐出させる時に排出口から試料が排出されるのを防止することができる。このため、第1微小流路の上流から送液される試料が排出口から漏れ出すことを防止しつつ、第1微小流路の上流から送液される試料の全量を流出口から吐出させることができ、試料が無駄に使用されるのを防止しつつ、必要なタイミングで必要な量だけ試料を導入することが可能となる。
The sample introduction microdevice according to claim 6 further includes a valve connected to the discharge port, and the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. It is characterized by closing the valve.
Thereby, even when the sample introduction microdevice is provided with a discharge port for discharging the excess liquid, it is possible to prevent the sample from being discharged from the discharge port when the sample is discharged from the outflow port. For this reason, the entire amount of the sample sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet while preventing the sample sent from the upstream of the first microchannel from leaking from the discharge port. Thus, it is possible to introduce a sample in a necessary amount at a necessary timing while preventing the sample from being wasted.

また、請求項7記載の試料導入マイクロデバイスによれば、前記分岐点と前記排出口との間の前記第1微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第2加圧室と、前記第2加圧室上に配置された第2振動板と、前記第2振動板を振動させる第2圧電素子とを備え、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記排出口から排出させる時には前記第2圧電素子を駆動し、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時には前記第2圧電素子を駆動しないことを特徴とする。   In addition, according to the sample introduction microdevice of claim 7, the sample introduction microdevice is formed on the substrate so as to be disposed in a part of the first microchannel between the branch point and the discharge port. A second pressurizing chamber; a second diaphragm disposed on the second pressurizing chamber; and a second piezoelectric element that vibrates the second diaphragm, and is sent from upstream of the first microchannel. The second piezoelectric element is driven when the liquid to be discharged is discharged from the outlet, and the second piezoelectric element is driven when the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. It is characterized by not.

これにより、第2圧電素子を駆動することで、第1微小流路の上流から送液される試料を強制的に排出口に導くことが可能となるとともに、第1圧電素子を駆動することで、第1微小流路の上流から送液される試料を強制的に流出口に導くことが可能となる。このため、第1微小流路の上流から送液される試料が流出口から漏れ出すのを防止しつつ、過剰分の試料を排出口から排出することが可能となり、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することができる。   Thus, by driving the second piezoelectric element, it is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream side of the first microchannel to the outlet, and by driving the first piezoelectric element. The sample sent from the upstream of the first microchannel can be forcibly guided to the outlet. For this reason, it is possible to discharge the excess sample from the discharge port while preventing the sample fed from the upstream of the first microchannel from leaking out from the outlet, and from the upstream of the sample introduction microdevice. Even when the sample is intermittently supplied, the sample can be introduced downstream of the sample introduction microdevice by a necessary amount at a necessary timing.

また、請求項8記載の試料導入マイクロデバイスによれば、液体を供給する第2供給口と、前記第2供給口から供給された液体を輸送するように前記基板に形成され、前記第1微小流路の分岐点と排出口との間に合流点を有する第2微小流路と、前記第2供給口と前記合流点との間の前記第2微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第3加圧室と、前記第3加圧室上に配置された第3振動板と、前記第3振動板を振動させる第3圧電素子とを備え、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記排出口から排出させる時には前記第3圧電素子を駆動し、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時には前記第3圧電素子を駆動しないことを特徴とする。   The sample introduction microdevice according to claim 8 is formed on the substrate so as to transport the liquid supplied from the second supply port for supplying the liquid and the second supply port, and the first micro A second micro-channel having a junction between the branch point of the channel and the discharge port, and a portion of the second micro-channel between the second supply port and the junction. A third pressurizing chamber formed on the substrate as described above, a third diaphragm disposed on the third pressurizing chamber, and a third piezoelectric element that vibrates the third diaphragm, When the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet, the third piezoelectric element is driven, and the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. The third piezoelectric element is not driven when discharging.

これにより、第3圧電素子を駆動することで、第1微小流路の上流から送液される試料を強制的に排出口に導くことが可能となるとともに、第3加圧室の配置位置を第1微小流路の分岐点の下流とする制約をなくすことができる。このため、第1微小流路の上流から送液される試料が流出口から漏れ出すのを防止しつつ、過剰分の試料を排出口から排出することが可能となり、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することが可能となるとともに、第3加圧室の配置位置の選択範囲を広げることが可能となり、多様な形状のデバイス設計に対応することができる。   Thus, by driving the third piezoelectric element, it is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream side of the first microchannel to the discharge port, and to arrange the position of the third pressurizing chamber. The restriction of being downstream of the branch point of the first microchannel can be eliminated. For this reason, it is possible to discharge the excess sample from the discharge port while preventing the sample fed from the upstream of the first microchannel from leaking out from the outlet, and from the upstream of the sample introduction microdevice. Even when the sample is intermittently supplied, it is possible to introduce the sample by the required amount at the required timing downstream of the sample introduction microdevice, and the selection range of the arrangement position of the third pressurizing chamber can be increased. It can be expanded and can be used for device designs of various shapes.

以上説明したように、本発明によれば、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料を排出口から排出させることができ、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することができる。   As described above, according to the present invention, the surplus sample introduced into the sample introduction microdevice can be discharged from the discharge port, and the sample is intermittently supplied from the upstream of the sample introduction microdevice. Even in the case, the sample can be introduced downstream of the sample introduction microdevice by a necessary amount at a necessary timing.

以下、本発明の実施形態に係る試料導入マイクロデバイスについて図面を参照しながら説明する。
図1(a)および図1(b)は、本発明の第1実施形態に係る試料導入マイクロデバイスを層方向に分解して示す平面図、図1(c)は、本発明の第1実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。
図1において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16aおよび基板17aが設けられ、蓋板16aは基板17a上に固定されている。なお、蓋板16aおよび基板17aの材質としては、例えば、シリコン、ガラス、プラスチックまたはステンレス鋼などを用いることができる。
Hereinafter, a sample introduction microdevice according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 (a) and 1 (b) are plan views showing the sample introduction microdevice according to the first embodiment of the present invention exploded in the layer direction, and FIG. 1 (c) is the first embodiment of the present invention. It is a top view which shows schematic structure of the sample introduction | transduction microdevice which concerns on a form.
In FIG. 1, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16a and a substrate 17a, and the cover plate 16a is fixed on the substrate 17a. In addition, as a material of the cover plate 16a and the substrate 17a, for example, silicon, glass, plastic, stainless steel, or the like can be used.

ここで、基板17aには、加圧室1aが形成されるとともに、加圧室1aの入口側には、微小流路12aが形成されている。また、加圧室1aの出口側には、微小流路13aを介して毛細管効果を持つノズル形状流路14aが形成され、ノズル形状流路14aの先端にはノズル穴15aが設けられ、ノズル穴15aにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。また、微小流路13aには、分岐点19aを介して分岐した微小流路18aが接続されている。   Here, a pressurizing chamber 1a is formed on the substrate 17a, and a micro channel 12a is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1a. Further, a nozzle-shaped channel 14a having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 1a via a micro-channel 13a, and a nozzle hole 15a is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 14a. The interface between the liquid and the gas is formed at 15a. In addition, a micro channel 18a branched via a branch point 19a is connected to the micro channel 13a.

なお、加圧室1a、微小流路12a、18aおよびノズル形状流路14aを基板17aに形成する方法としては、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いることができる。
また、蓋板16aには、微小流路12aの一端に接続された供給口7aおよび微小流路18aの先端に接続された排出口20aが形成され、蓋板16a上には、蓋板16aを振動板として駆動するための圧電素子10aが加圧室1a上に位置するように配置されている。
In addition, as a method of forming the pressurizing chamber 1a, the micro flow paths 12a and 18a, and the nozzle-shaped flow path 14a on the substrate 17a, for example, a photolithography technique and an etching technique can be used.
The lid plate 16a has a supply port 7a connected to one end of the microchannel 12a and a discharge port 20a connected to the tip of the microchannel 18a. The lid plate 16a is provided with a lid plate 16a on the lid plate 16a. A piezoelectric element 10a for driving as a vibration plate is disposed on the pressurizing chamber 1a.

ここで、排出口20aは、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出することができ、ノズル穴15aは、必要なタイミングで必要な量だけ試料を吐出することができる。
そして、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出口20aから排出させる時に、ノズル穴15aから試料が漏れ出すのを抑制するために、排出口20aに接続された微小流路18aの流路抵抗は、ノズル穴15aに接続されたノズル形状流路14aの流路抵抗よりも小さいことが好ましい。あるいは、ノズル形状流路14aの表面にフッ素加工などを施すことにより、ノズル形状流路14aの表面に撥水性を持たせるようにしてもよい。
Here, the discharge port 20a can discharge an excessive amount of sample introduced into the sample introduction microdevice, and the nozzle hole 15a can discharge a necessary amount of sample at a necessary timing.
Then, in order to prevent the sample from leaking from the nozzle hole 15a when the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the discharge port 20a, the microchannel 18a connected to the discharge port 20a. The channel resistance is preferably smaller than the channel resistance of the nozzle-shaped channel 14a connected to the nozzle hole 15a. Alternatively, the surface of the nozzle-shaped channel 14a may be provided with water repellency by performing fluorine processing or the like on the surface of the nozzle-shaped channel 14a.

そして、圧電素子10aの動作を停止させた状態で供給口7aから試料を供給すると、微小流路12a→加圧室1a→微小流路13a→微小流路18aという経路で試料が送液され、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料が排出口20aから排出される。
そして、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料が排出口20aから排出されると、供給口7aから試料を供給しながら、圧電素子10aを動作させる。すると、微小流路12a→加圧室1a→微小流路13a→ノズル形状流路14aという経路で試料の一部または全量が送液され、ノズル形状流路14aの毛細管力を利用してノズル穴15aに試料を供給させながら、ノズル穴15aから微小の液滴状に試料を押し出すことができる。
Then, when the sample is supplied from the supply port 7a in a state where the operation of the piezoelectric element 10a is stopped, the sample is fed through the path of the microchannel 12a → the pressurizing chamber 1a → the microchannel 13a → the microchannel 18a, The excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the discharge port 20a.
When the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the discharge port 20a, the piezoelectric element 10a is operated while supplying the sample from the supply port 7a. Then, a part or all of the sample is fed through the path of the microchannel 12a → the pressurizing chamber 1a → the microchannel 13a → the nozzle-shaped channel 14a, and the nozzle hole is utilized by utilizing the capillary force of the nozzle-shaped channel 14a. While supplying the sample to 15a, the sample can be pushed out from the nozzle hole 15a into a fine droplet.

これにより、試料導入マイクロデバイス内に導入された余剰分の試料を排出口20aから排出させることができ、試料導入マイクロデバイスの供給口7aから断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけノズル穴15aを介して試料を導入することができる。
なお、ノズル穴15aから試料を吐出させる時に排出口20aから試料が排出されるのを防止するために、排出口20aにバルブを設けるようにしてもよい。ここで、排出口20aにバルブを設ける方法としては、排出口20aに配管を介してバルブを接続するようにしてもよいし、排出口20aとバルブとを中継する配管を用いることなく、蓋板16aにバルブを搭載し、排出口20aにバルブを直結するようにしてもよい。
Thereby, the surplus sample introduced into the sample introduction microdevice can be discharged from the discharge port 20a, and is necessary even when the sample is intermittently supplied from the supply port 7a of the sample introduction microdevice. It is possible to introduce a sample through the nozzle hole 15a by a necessary amount at the timing.
Note that a valve may be provided at the discharge port 20a in order to prevent the sample from being discharged from the discharge port 20a when the sample is discharged from the nozzle hole 15a. Here, as a method of providing a valve at the discharge port 20a, a valve may be connected to the discharge port 20a via a pipe, or a cover plate may be used without using a pipe that relays the discharge port 20a and the valve. A valve may be mounted on 16a, and the valve may be directly connected to the discharge port 20a.

そして、排出口20aから試料を排出させる時にはバルブを開き、ノズル穴15aから試料を吐出させる時にはバルブを閉じることができる。これにより、試料導入マイクロデバイスに過剰分の液体を排出する排出口20aを設けた場合においても、ノズル穴15aから試料を吐出させる時に排出口20aから試料が排出されるのを防止することができ、供給口7aから供給される試料の全量をノズル穴15aから吐出させることができる。また、排出口20aにバルブを直結することにより、デッドボリュームを低減することができる。   The valve can be opened when the sample is discharged from the discharge port 20a, and the valve can be closed when the sample is discharged from the nozzle hole 15a. This prevents the sample from being discharged from the discharge port 20a when the sample is discharged from the nozzle hole 15a even when the sample introduction microdevice is provided with the discharge port 20a for discharging excess liquid. The entire amount of the sample supplied from the supply port 7a can be discharged from the nozzle hole 15a. Moreover, dead volume can be reduced by connecting a valve | bulb directly to the discharge port 20a.

図2は、本発明の第2実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。
図2において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16bおよび基板17bが設けられ、蓋板16bは基板17b上に固定されている。
ここで、基板17bには、加圧室1bが形成されるとともに、加圧室1bの入口側には、微小流路12bが形成されている。また、加圧室1bの出口側には、微小流路13bを介して毛細管効果を持つノズル形状流路14bが形成され、ノズル形状流路14bの先端にはノズル穴15bが設けられ、ノズル穴15bにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。また、微小流路13bには、分岐点19bを介して分岐したS字状の微小流路18bが接続され、微小流路18bの一部の区間には加圧室21bが形成されている。ここで、微小流路18bにおいて、加圧室21bの入口側にはデフューザ22bが形成され、加圧室21bの出口側にはデフューザ23bが形成されている。
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the sample introduction microdevice according to the second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16b and a substrate 17b, and the cover plate 16b is fixed on the substrate 17b.
Here, a pressurizing chamber 1b is formed on the substrate 17b, and a micro channel 12b is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1b. Further, a nozzle-shaped channel 14b having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 1b via a micro-channel 13b, and a nozzle hole 15b is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 14b. In 15b, an interface between the liquid and the gas is formed. In addition, an S-shaped microchannel 18b branched via a branch point 19b is connected to the microchannel 13b, and a pressurizing chamber 21b is formed in a part of the microchannel 18b. Here, in the microchannel 18b, a diffuser 22b is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 21b, and a diffuser 23b is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 21b.

また、蓋板16bには、微小流路12bの一端に接続された供給口7bおよび微小流路18bの先端に接続された排出口20bが形成され、蓋板16b上には、蓋板16bを振動板として駆動するための圧電素子10bが加圧室1b上に位置するように配置されるとともに、蓋板16bを振動板として駆動するための圧電素子24bが加圧室21b上に位置するように配置されている。   The lid plate 16b is provided with a supply port 7b connected to one end of the microchannel 12b and a discharge port 20b connected to the tip of the microchannel 18b. The lid plate 16b is provided with a lid plate 16b on the lid plate 16b. The piezoelectric element 10b for driving as a vibration plate is disposed so as to be positioned on the pressurizing chamber 1b, and the piezoelectric element 24b for driving the cover plate 16b as a vibrating plate is positioned on the pressurizing chamber 21b. Is arranged.

ここで、排出口20bは、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出することができ、ノズル穴15bは、必要なタイミングで必要な量だけ試料を吐出することができる。
そして、圧電素子10bの動作を停止させるとともに、圧電素子24bを動作させながら、供給口7bから試料を供給すると、微小流路12b→加圧室1b→微小流路13b→微小流路18b→デフューザ22b→加圧室21b→デフューザ23b→微小流路18b→という経路で試料が送液され、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料が排出口20bから排出される。
Here, the discharge port 20b can discharge an excessive amount of sample introduced into the sample introduction microdevice, and the nozzle hole 15b can discharge a necessary amount of sample at a necessary timing.
When the sample is supplied from the supply port 7b while the operation of the piezoelectric element 10b is stopped and the piezoelectric element 24b is operated, the microchannel 12b → the pressurizing chamber 1b → the microchannel 13b → the microchannel 18b → the diffuser. The sample is fed through the path 22b → pressurizing chamber 21b → diffuser 23b → microchannel 18b → excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the discharge port 20b.

そして、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料が排出口20bから排出されると、供給口7bから試料を供給しながら、圧電素子10bを動作させるとともに、圧電素子24bの動作を停止させる。すると、微小流路12b→加圧室1b→微小流路13b→ノズル形状流路14bという経路で試料の一部または全量が送液され、ノズル形状流路14bの毛細管力を利用してノズル穴15bに試料を供給させながら、ノズル穴15bから微小の液滴状に試料を押し出すことができる。   When the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the discharge port 20b, the piezoelectric element 10b is operated while supplying the sample from the supply port 7b, and the operation of the piezoelectric element 24b is stopped. Let Then, a part or all of the sample is fed through the path of the micro flow path 12b → the pressurizing chamber 1b → the micro flow path 13b → the nozzle-shaped flow path 14b, and the nozzle hole is utilized using the capillary force of the nozzle-shaped flow path 14b. While supplying the sample to 15b, the sample can be pushed out into a fine droplet form from the nozzle hole 15b.

これにより、圧電素子24bを駆動することで、微小流路12bの上流から送液される試料を強制的に排出口20bに導くことが可能となるとともに、圧電素子10bを駆動することで、微小流路12bの上流から送液される試料を強制的にノズル穴15bに導くことが可能となる。このため、微小流路12bの上流から送液される試料がノズル穴15bから漏れ出すのを防止しつつ、過剰分の試料を排出口20bから排出することが可能となり、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することができる。   Thus, by driving the piezoelectric element 24b, it is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream side of the microchannel 12b to the discharge port 20b, and by driving the piezoelectric element 10b, It is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream of the flow path 12b to the nozzle hole 15b. For this reason, it is possible to discharge the excess sample from the discharge port 20b while preventing the sample fed from the upstream side of the microchannel 12b from leaking out of the nozzle hole 15b, and upstream of the sample introduction microdevice. Even when the sample is intermittently supplied from, the sample can be introduced downstream of the sample introduction microdevice at a necessary timing.

図3は、本発明の第3実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。
図3において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16cおよび基板17cが設けられ、蓋板16cは基板17c上に固定されている。
ここで、基板17cには、加圧室1cが形成されるとともに、加圧室1cの入口側には、微小流路12cが形成されている。また、加圧室1cの出口側には、微小流路13cを介して毛細管効果を持つノズル形状流路14cが形成され、ノズル形状流路14cの先端にはノズル穴15cが設けられ、ノズル穴15cにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。また、微小流路13cには、分岐点19cを介して分岐したS字状の微小流路18cが接続され、微小流路18cの一部の区間には加圧室21cが形成されるとともに、微小流路18cには毛細管効果を持つノズル形状流路27cが接続されている。そして、ノズル形状流路27cの先端にはノズル穴25cが設けられ、ノズル穴25cにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of a sample introduction microdevice according to a third embodiment of the present invention.
In FIG. 3, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16c and a substrate 17c, and the cover plate 16c is fixed on the substrate 17c.
Here, a pressurizing chamber 1c is formed on the substrate 17c, and a microchannel 12c is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1c. Further, a nozzle-shaped channel 14c having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 1c via a microchannel 13c, and a nozzle hole 15c is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 14c. In 15c, an interface between the liquid and the gas is formed. In addition, an S-shaped microchannel 18c branched via a branch point 19c is connected to the microchannel 13c, and a pressurizing chamber 21c is formed in a part of the microchannel 18c. A nozzle-shaped channel 27c having a capillary effect is connected to the minute channel 18c. And the nozzle hole 25c is provided in the front-end | tip of the nozzle-shaped flow path 27c, and it is comprised so that the interface of a liquid and gas may be formed in the nozzle hole 25c.

また、蓋板16cには、微小流路12cの一端に接続された供給口7cが形成され、蓋板16c上には、蓋板16cを振動板として駆動するための圧電素子10cが加圧室1c上に位置するように配置されるとともに、蓋板16cを振動板として駆動するための圧電素子24cが加圧室21c上に位置するように配置されている。
ここで、ノズル穴25cは、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出することができ、ノズル穴15cは、必要なタイミングで必要な量だけ試料を吐出することができる。
In addition, a supply port 7c connected to one end of the microchannel 12c is formed in the cover plate 16c, and a piezoelectric element 10c for driving the cover plate 16c as a vibration plate is provided on the cover plate 16c as a pressurizing chamber. The piezoelectric element 24c for driving the lid plate 16c as a vibration plate is disposed so as to be positioned on the pressurizing chamber 21c.
Here, the nozzle hole 25c can discharge an excessive amount of sample introduced into the sample introduction microdevice, and the nozzle hole 15c can discharge a necessary amount of sample at a necessary timing.

そして、圧電素子10cの動作を停止させるとともに、圧電素子24cを動作させながら、供給口7cから試料を供給すると、微小流路12c→加圧室1c→微小流路13c→微小流路18c→加圧室21c→ノズル形状流路27cという経路で試料が送液され、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料がノズル形状流路27cの毛細管力を利用してノズル穴25cに供給されながら、ノズル穴25cから排出される。   When the sample is supplied from the supply port 7c while the operation of the piezoelectric element 10c is stopped and the piezoelectric element 24c is operated, the microchannel 12c → the pressurizing chamber 1c → the microchannel 13c → the microchannel 18c → the additional channel. The sample is fed through the path of the pressure chamber 21c → nozzle-shaped channel 27c, and the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is supplied to the nozzle hole 25c using the capillary force of the nozzle-shaped channel 27c. While being discharged from the nozzle hole 25c.

そして、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料がノズル穴25cから排出されると、供給口7cから試料を供給しながら、圧電素子10cを動作させるとともに、圧電素子24cの動作を停止させる。すると、微小流路12c→加圧室1c→微小流路13c→ノズル形状流路14cという経路で試料の一部または全量が送液され、ノズル形状流路14cの毛細管力を利用してノズル穴15cに試料を供給させながら、ノズル穴15cから微小の液滴状に試料を押し出すことができる。   When the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the nozzle hole 25c, the piezoelectric element 10c is operated while supplying the sample from the supply port 7c, and the operation of the piezoelectric element 24c is stopped. Let Then, a part or all of the sample is fed through the path of the microchannel 12c → the pressurizing chamber 1c → the microchannel 13c → the nozzle-shaped channel 14c, and the nozzle hole is utilized by utilizing the capillary force of the nozzle-shaped channel 14c. While supplying the sample to 15c, the sample can be pushed out from the nozzle hole 15c into a fine droplet.

これにより、圧電素子24cを駆動することで、微小流路12cの上流から送液される試料を強制的にノズル穴15cに導くことが可能となるとともに、圧電素子10cを駆動することで、微小流路12cの上流から送液される試料を強制的にノズル穴15cに導くことが可能となる。このため、微小流路12cの上流から送液される試料がノズル穴15cから漏れ出すのを防止しつつ、過剰分の試料をノズル穴25cから排出することが可能となり、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することができる。   Thus, by driving the piezoelectric element 24c, it is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream side of the micro flow path 12c to the nozzle hole 15c, and by driving the piezoelectric element 10c, It is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream of the flow path 12c to the nozzle hole 15c. For this reason, it is possible to discharge the excess sample from the nozzle hole 25c while preventing the sample fed from the upstream of the microchannel 12c from leaking out from the nozzle hole 15c, and upstream of the sample introduction microdevice. Even when the sample is intermittently supplied from, the sample can be introduced downstream of the sample introduction microdevice at a necessary timing.

図4は、本発明の第4実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。
図4において、試料導入マイクロデバイスには、蓋板16dおよび基板17dが設けられ、蓋板16dは基板17d上に固定されている。
ここで、基板17dには、加圧室1dが形成されるとともに、加圧室1dの入口側には、微小流路12dが形成されている。また、加圧室1dの出口側には、微小流路13dを介して毛細管効果を持つノズル形状流路14dが形成され、ノズル形状流路14dの先端にはノズル穴15dが設けられ、ノズル穴15dにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。
FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of a sample introduction microdevice according to a fourth embodiment of the present invention.
In FIG. 4, the sample introduction microdevice is provided with a cover plate 16d and a substrate 17d, and the cover plate 16d is fixed on the substrate 17d.
Here, a pressurizing chamber 1d is formed on the substrate 17d, and a micro channel 12d is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 1d. Further, a nozzle-shaped channel 14d having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 1d via a microchannel 13d, and a nozzle hole 15d is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 14d. In 15d, an interface between the liquid and the gas is formed.

また、基板17dには、加圧室30dが形成されるとともに、加圧室30dの入口側には、微小流路29dが形成されている。また、加圧室30dの出口側には、微小流路31dを介して毛細管効果を持つノズル形状流路32dが形成され、ノズル形状流路32dの先端にはノズル穴33dが設けられ、ノズル穴33dにおいて液体と気体との界面が形成されるように構成されている。
また、微小流路13dには、分岐点19dを介して分岐した微小流路18dが接続され、微小流路18dは、分岐点34dを介してノズル形状流路32dの途中に接続されている。
In addition, a pressurizing chamber 30d is formed on the substrate 17d, and a minute channel 29d is formed on the inlet side of the pressurizing chamber 30d. Further, a nozzle-shaped channel 32d having a capillary effect is formed on the outlet side of the pressurizing chamber 30d via a microchannel 31d, and a nozzle hole 33d is provided at the tip of the nozzle-shaped channel 32d. In 33d, it is comprised so that the interface of a liquid and gas may be formed.
Further, the minute flow path 18d branched via the branch point 19d is connected to the minute flow path 13d, and the minute flow path 18d is connected to the middle of the nozzle-shaped flow path 32d via the branch point 34d.

また、蓋板16dには、微小流路12dの一端に接続された供給口7dおよび微小流路29dの一端に接続された供給口28dが形成され、蓋板16d上には、蓋板16dを振動板として駆動するための圧電素子10dが加圧室1d上に位置するように配置されるとともに、蓋板16dを振動板として駆動するための圧電素子35dが加圧室30d上に位置するように配置されている。
ここで、ノズル穴33dは、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出することができ、ノズル穴15dは、必要なタイミングで必要な量だけ試料を吐出することができる。また、供給口7dは、試料導入マイクロデバイス内に試料を導入するために用いることができ、供給口28dは、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料を排出させるための呼び水となる液体を導入するために用いることができる。
The lid plate 16d has a supply port 7d connected to one end of the microchannel 12d and a supply port 28d connected to one end of the microchannel 29d. The lid plate 16d is placed on the lid plate 16d. The piezoelectric element 10d for driving as a vibration plate is disposed on the pressurizing chamber 1d, and the piezoelectric element 35d for driving the lid plate 16d as a vibration plate is positioned on the pressurizing chamber 30d. Is arranged.
Here, the nozzle hole 33d can discharge an excessive amount of sample introduced into the sample introduction microdevice, and the nozzle hole 15d can discharge a necessary amount of sample at a necessary timing. The supply port 7d can be used to introduce a sample into the sample introduction microdevice, and the supply port 28d serves as a priming water for discharging the excess sample introduced into the sample introduction microdevice. Can be used to introduce liquid.

そして、圧電素子10dの動作を停止させるとともに、圧電素子35dを動作させながら、供給口7dから試料を供給しつつ、供給口28dから呼び水となる液体を供給すると、微小流路12d→加圧室1d→微小流路13d→微小流路18d→加圧室30d→ノズル形状流路32dという経路で試料が送液されるとともに、微小流路29d→加圧室30d→微小流路31d→ノズル形状流路32dという経路で呼び水となる液体が送液され、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料がノズル形状流路32dの毛細管力を利用してノズル穴33dに供給されながら、ノズル穴33dから排出される。   Then, when the operation of the piezoelectric element 10d is stopped and the sample is supplied from the supply port 7d while the piezoelectric element 35d is operated, and the liquid serving as the priming water is supplied from the supply port 28d, the microchannel 12d → the pressurizing chamber The sample is fed through the path 1d → microchannel 13d → microchannel 18d → pressurization chamber 30d → nozzle-shaped channel 32d, and microchannel 29d → pressurization chamber 30d → microchannel 31d → nozzle shape. While a liquid serving as priming water is sent through the channel 32d, the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is supplied to the nozzle hole 33d using the capillary force of the nozzle-shaped channel 32d. It is discharged from the hole 33d.

そして、試料導入マイクロデバイス内に導入された過剰分の試料がノズル穴33dから排出されると、供給口7dから試料を供給しながら、圧電素子10dを動作させるとともに、圧電素子35dの動作を停止させる。すると、微小流路12d→加圧室1d→微小流路13d→ノズル形状流路14dという経路で試料の一部または全量が送液され、ノズル形状流路14dの毛細管力を利用してノズル穴15dに試料を供給させながら、ノズル穴15dから微小の液滴状に試料を押し出すことができる。   When the excess sample introduced into the sample introduction microdevice is discharged from the nozzle hole 33d, the piezoelectric element 10d is operated while supplying the sample from the supply port 7d, and the operation of the piezoelectric element 35d is stopped. Let Then, a part or all of the sample is fed through the path of the microchannel 12d → the pressurizing chamber 1d → the microchannel 13d → the nozzle-shaped channel 14d, and the nozzle hole is utilized by utilizing the capillary force of the nozzle-shaped channel 14d. While supplying the sample to 15d, the sample can be pushed out from the nozzle hole 15d into a fine droplet.

これにより、圧電素子35dを駆動することで、微小流路12dの上流から送液される試料を強制的に排出口に導くことが可能となるとともに、加圧室30dの配置位置を微小流路13dの分岐点19dの下流とする制約をなくすことができる。このため、微小流路12dの上流から送液される試料がノズル穴15dから漏れ出すのを防止しつつ、過剰分の試料をノズル穴33dから排出することが可能となり、試料導入マイクロデバイスの上流から断続的に試料が供給された場合においても、必要なタイミングで必要な量だけ試料導入マイクロデバイスの下流に試料を導入することが可能となるとともに、加圧室30dの配置位置の選択範囲を広げることが可能となり、多様な形状のデバイス設計に対応することができる。   Thus, by driving the piezoelectric element 35d, it is possible to forcibly guide the sample fed from the upstream side of the micro flow channel 12d to the discharge port, and the position of the pressurizing chamber 30d is set to the micro flow channel. The restriction of being downstream of the branch point 19d of 13d can be eliminated. For this reason, it is possible to discharge the excess sample from the nozzle hole 33d while preventing the sample fed from the upstream of the microchannel 12d from leaking out from the nozzle hole 15d, and upstream of the sample introduction microdevice. Even when the sample is intermittently supplied from the sample, it is possible to introduce the sample by the required amount at the required timing downstream of the sample introduction microdevice, and the selection range of the arrangement position of the pressurizing chamber 30d can be set. It can be expanded and can be used for device designs of various shapes.

図1(a)および図1(b)は、本発明の第1実施形態に係る試料導入マイクロデバイスを層方向に分解して示す平面図、図1(c)は、本発明の第1実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。1 (a) and 1 (b) are plan views showing the sample introduction microdevice according to the first embodiment of the present invention exploded in the layer direction, and FIG. 1 (c) is the first embodiment of the present invention. It is a top view which shows schematic structure of the sample introduction | transduction microdevice which concerns on a form. 本発明の第2実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the sample introduction microdevice which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the sample introduction microdevice which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図である。It is a top view which shows schematic structure of the sample introduction microdevice which concerns on 4th Embodiment of this invention. 図5(a)は、従来のデフューザ型のマイクロポンプの形態を持つ試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図、図5(b)は、図5(a)の試料導入マイクロデバイスをA−A´線で切断して示す断面図である。FIG. 5A is a plan view showing a schematic configuration of a sample introduction microdevice having the form of a conventional diffuser type micropump, and FIG. 5B shows the sample introduction microdevice of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected and shown by the A 'line. 図6(a)は、従来のディスペンサ型の形態を持つ試料導入マイクロデバイスの概略構成を示す平面図、図6(b)は、図6(a)の試料導入マイクロデバイスをB−B´線で切断して示す断面図である。6A is a plan view showing a schematic configuration of a conventional sample introduction microdevice having a dispenser type configuration, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the sample introduction microdevice of FIG. It is sectional drawing cut | disconnected and shown by.

符号の説明Explanation of symbols

1a、1b、21b、1c、21c、1d、30d 加圧室
7a、7b、7c、7d、28d 供給口
10a、10b、24b、10c、24c、10d、35d 圧電素子
12a、13a、18a、12b、13b、18b、22b、23b、12c、13c、18c、26c、12d、13d、18d、29d、31d 微小流路
14a、14b、14c、14d、27c、32d ノズル形状流路
15a、15b、15c、15d、25c、33d ノズル穴
16a、16b、16c、16d 蓋板
17a、17b、17c、17d 基板
19a、19b、19c、19d 分岐点
20a、20b 流出口
22b、23b デフューザ
34d 合流点
1a, 1b, 21b, 1c, 21c, 1d, 30d Pressurizing chamber 7a, 7b, 7c, 7d, 28d Supply port 10a, 10b, 24b, 10c, 24c, 10d, 35d Piezoelectric elements 12a, 13a, 18a, 12b, 13b, 18b, 22b, 23b, 12c, 13c, 18c, 26c, 12d, 13d, 18d, 29d, 31d Microchannel 14a, 14b, 14c, 14d, 27c, 32d Nozzle-shaped channel 15a, 15b, 15c, 15d , 25c, 33d Nozzle hole 16a, 16b, 16c, 16d Cover plate 17a, 17b, 17c, 17d Substrate 19a, 19b, 19c, 19d Branch point 20a, 20b Outlet port 22b, 23b Diffuser 34d Junction point

Claims (8)

液体を供給する第1供給口と、
前記第1供給口から供給された液体を輸送するように基板に形成された分岐点を有する第1微小流路と、
前記第1微小流路の分岐先の一方に接続され、必要なタイミングで必要な量だけ液体を吐出することが可能な流出口と、
前記第1微小流路の分岐先の他方に接続された過剰分の液体を排出する排出口とを備えることを特徴とする試料導入マイクロデバイス。
A first supply port for supplying a liquid;
A first microchannel having a branch point formed on the substrate so as to transport the liquid supplied from the first supply port;
An outlet port connected to one of the branch destinations of the first microchannel and capable of discharging a required amount of liquid at a required timing;
A sample introduction microdevice comprising: a discharge port for discharging an excessive amount of liquid connected to the other branch destination of the first microchannel.
前記排出口に接続された前記分岐先の第1微小流路の流路抵抗は、前記流出口に接続された前記分岐先の第1微小流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の試料導入マイクロデバイス。   A flow path resistance of the branching first microchannel connected to the outlet is smaller than a channel resistance of the branching first microchannel connected to the outlet. The sample introduction microdevice according to claim 1. 前記分岐点よりも上流側の前記第1微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第1加圧室と、
前記第1加圧室上に配置された第1振動板と、
前記第1振動板を振動させる第1圧電素子とを備えることを特徴とする請求項1または2記載の試料導入マイクロデバイス。
A first pressurizing chamber formed in the substrate so as to be disposed in a part of the first microchannel upstream of the branch point;
A first diaphragm disposed on the first pressurizing chamber;
The sample introduction microdevice according to claim 1, further comprising a first piezoelectric element that vibrates the first diaphragm.
前記第1圧電素子を駆動しない場合には、前記第1微小流路の上流から送液される液体が前記排出口から排出され、
前記第1圧電素子を駆動する場合には、前記第1微小流路の上流から送液される液体が前記流出口から吐出されることを特徴とする請求項3記載の試料導入マイクロデバイス。
When not driving the first piezoelectric element, the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the discharge port,
4. The sample introduction microdevice according to claim 3, wherein when the first piezoelectric element is driven, a liquid fed from an upstream side of the first microchannel is discharged from the outflow port.
前記流出口は、液体と気体との界面が形成されるように構成されたノズル穴であり、
前記流出口に接続された前記分岐先の第1微小流路は、前記ノズル穴に接続された毛細管効果を持つノズル形状流路であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の試料導入マイクロデバイス。
The outlet is a nozzle hole configured to form an interface between liquid and gas,
5. The branching first microchannel connected to the outlet is a nozzle-shaped channel having a capillary effect connected to the nozzle hole. The sample introduction microdevice as described.
前記排出口に接続されたバルブをさらに備え、前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時に前記バルブを閉じることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項記載の試料導入マイクロデバイス。   6. The valve according to claim 1, further comprising a valve connected to the discharge port, wherein the valve is closed when the liquid fed from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. 2. The sample introduction microdevice according to claim 1. 前記分岐点と前記排出口との間の前記第1微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第2加圧室と、
前記第2加圧室上に配置された第2振動板と、
前記第2振動板を振動させる第2圧電素子とを備え、
前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記排出口から排出させる時には前記第2圧電素子を駆動し、
前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時には前記第2圧電素子を駆動しないことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項記載の試料導入マイクロデバイス。
A second pressurizing chamber formed in the substrate so as to be disposed in a part of the first microchannel between the branch point and the discharge port;
A second diaphragm disposed on the second pressurizing chamber;
A second piezoelectric element that vibrates the second diaphragm,
When the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the discharge port, the second piezoelectric element is driven,
The sample introduction micro of any one of claims 1 to 6, wherein the second piezoelectric element is not driven when the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. device.
液体を供給する第2供給口と、
前記第2供給口から供給された液体を輸送するように前記基板に形成され、前記第1微小流路の分岐点と排出口との間に合流点を有する第2微小流路と、
前記第2供給口と前記合流点との間の前記第2微小流路の一部の区間に配置されるようにして前記基板に形成された第3加圧室と、
前記第3加圧室上に配置された第3振動板と、
前記第3振動板を振動させる第3圧電素子とを備え、
前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記排出口から排出させる時には前記第3圧電素子を駆動し、
前記第1微小流路の上流から送液される液体を前記流出口から吐出させる時には前記第3圧電素子を駆動しないことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項記載の試料導入マイクロデバイス。
A second supply port for supplying a liquid;
A second microchannel formed on the substrate to transport the liquid supplied from the second supply port and having a junction between the branch point and the discharge port of the first microchannel;
A third pressurizing chamber formed in the substrate so as to be disposed in a part of the second microchannel between the second supply port and the junction;
A third diaphragm disposed on the third pressurizing chamber;
A third piezoelectric element that vibrates the third diaphragm,
When the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the discharge port, the third piezoelectric element is driven,
The sample introduction micro of any one of claims 1 to 7, wherein the third piezoelectric element is not driven when the liquid sent from the upstream of the first microchannel is discharged from the outlet. device.
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