JP2009103624A - Microchannel substrate, and liquid controller arranged therewith - Google Patents

Microchannel substrate, and liquid controller arranged therewith Download PDF

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学治 橋本
Motohiro Furuki
基裕 古木
Kenji Sugawara
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchannel substrate capable of quickly and precisely controlling liquid, and to provide a liquid controller arranged therewith. <P>SOLUTION: The substrate 3 includes an area 33 capable of introducing the liquid, and a heat accumulation part 34 heat-accumulated by irradiation of a laser beam L<SB>1</SB>as a heat source and capable of heating the liquid is formed pattern-likely based on an intensity distribution of the laser beam L<SB>1</SB>in the heat accumulation part 34, on a face faced to the liquid in the area 33, in the substrate 3. A constitutive unit 341 constituting the pattern of the heat accumulation part may be formed to make an area or a volume thereof inverse-proportional to the intensity distribution of the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロ流路基板及びこれを配設した液体制御装置に関する。より詳しくは、レーザー光の照射によって加熱可能な蓄熱部をパターン状に形成したマイクロ流路基板等に関する。   The present invention relates to a microchannel substrate and a liquid control apparatus provided with the same. More specifically, the present invention relates to a microchannel substrate or the like in which a heat storage section that can be heated by laser light irradiation is formed in a pattern.

近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うための反応領域や流路を設けたマイクロチップが開発されてきている。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサーなどに利用され始めている。   In recent years, microchips having reaction regions and flow paths for performing chemical and biological analysis on a silicon or glass substrate have been developed by applying microfabrication technology in the semiconductor industry. These microchips are beginning to be used in, for example, electrochemical detectors for liquid chromatography and small electrochemical sensors in the medical field.

このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−TAS(micro-total-analysis system)やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化、あるいは、分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。   Such an analysis system using a microchip is called a micro-total analysis system (μ-TAS), a lab-on-chip, a biochip, etc., and has high speed and high efficiency in chemical and biological analysis. As a technology that enables downsizing, integration, or downsizing of analyzers, it is attracting attention.

μ−TASは、少量の試料で分析が可能なことから、貴重な微量試料を扱う際に特に有用であるが、一方で、試料が少量であるがために、反応領域内の温度制御や流路内の液流制御等をいかにして高精度に行うかという基本的な課題を有している。   Since μ-TAS can be analyzed with a small amount of sample, it is particularly useful when dealing with precious trace samples. On the other hand, because of the small amount of sample, temperature control and flow in the reaction region can be performed. There is a basic problem of how to control the liquid flow in the channel with high accuracy.

この課題に関連する技術として、特許文献1には、分析用具(マイクロチップ)に保持された液成分を、光源からの光エネルギーを利用して加熱し、温度調整を行う方法が開示されている(当該文献請求項1参照)。また、この際、液成分に近接して設けられた昇温領域(蓄熱部)に光エネルギーを供給し、この昇温領域から移動する熱エネルギーにより、液成分の昇温を行う方法が記載されている(当該文献請求項3参照)。   As a technique related to this problem, Patent Document 1 discloses a method for adjusting a temperature by heating a liquid component held in an analysis tool (microchip) using light energy from a light source. (Refer to claim 1 of the document). In this case, a method is described in which light energy is supplied to a temperature rising region (heat storage section) provided close to the liquid component, and the liquid component is heated by the thermal energy moving from the temperature rising region. (Refer to claim 3 of the document).

また、特許文献2には、マイクロチャネルチップの微小流路内での目的とする化学反応に関与する各種条件、例えば、反応領域の温度条件及び試薬溶液の濃度や流量等を好適に調整できるマイクロチップ反応制御システムが開示されている。このマイクロチップ反応制御システムでは、微小反応流路にレーザー光を照射することにより反応領域の温度調整を行うことができる(当該文献請求項16参照)。また、レーザー光を複数の領域に照射することで、各反応領域の温度を独立に調整することも可能である(当該文献請求項16及び請求項20参照)。   Further, in Patent Document 2, various conditions relating to a target chemical reaction in a microchannel of a microchannel chip, for example, a temperature condition of a reaction region, a concentration and a flow rate of a reagent solution, and the like can be suitably adjusted. A chip reaction control system is disclosed. In this microchip reaction control system, the temperature of the reaction region can be adjusted by irradiating a laser beam to the minute reaction channel (see claim 16 of the document). Moreover, it is also possible to adjust the temperature of each reaction area | region independently by irradiating a laser beam to a several area | region (refer the said Claims 16 and 20).

さらに、特許文献3には、可動光ビームによって発生される泡により、マイクロチャネルシステムにおいて液体を処理するための装置及び方法が開示されている。この装置等は、マイクロチャネルの表面部分に光ビームを照射して、マイクロチャネル内の液体に作用する蒸気泡を形成し(当該文献請求項1参照)、この蒸気泡によってポンプ機能、バルブ機能及びミキサ機能を得るものである。また、マイクロチャネルの表面部分には、吸光物質(蓄熱部)を備えていてもよい旨が記載されている(当該文献請求項9参照)。   Further, Patent Document 3 discloses an apparatus and method for treating a liquid in a microchannel system with bubbles generated by a movable light beam. This apparatus or the like irradiates the surface portion of the microchannel with a light beam to form a vapor bubble that acts on the liquid in the microchannel (see claim 1 of the document), and the vapor bubble causes a pump function, a valve function, and The mixer function is obtained. Further, it is described that a light absorbing material (heat storage part) may be provided on the surface portion of the microchannel (see claim 9 of the document).

国際公開2003−093835号International Publication No. 2003-093835 特開2006−145516号公報JP 2006-145516 A 特表2005−538287号公報JP-T-2005-538287

上記特許文献1〜3に開示される技術等によれば、レーザー光を用いることで、マイクロチップ上に配設された反応領域や流路において、液体の加熱やミキシング、ポンピング等の制御を行うことができる。また、レーザー光により流路内に気泡を発生させ、バルブ機能を得ることも可能である。   According to the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above, by using a laser beam, control of liquid heating, mixing, pumping, and the like is performed in a reaction region or a channel disposed on a microchip. be able to. Further, it is possible to obtain a valve function by generating bubbles in the flow path by laser light.

さらに、反応領域や流路に蓄熱部を設け(特許文献1及び特許文献3参照)、この蓄熱部に対しレーザー光を照射し、光エネルギーを効率的に熱へ転換させることにより、加熱やミキシング、ポンピング等の液体制御を高速に行うことが可能である。   Furthermore, a heat storage part is provided in the reaction region and the flow path (see Patent Document 1 and Patent Document 3), and laser light is irradiated to the heat storage part to efficiently convert light energy into heat, thereby heating and mixing. Liquid control such as pumping can be performed at high speed.

本発明は、このようなレーザー光と蓄熱部による液体制御において、さらに高速、かつ、高精度な制御を可能にする基板及びこれを配設した液体制御装置を提供することを主な目的とする。   The main object of the present invention is to provide a substrate that enables higher-speed and higher-precision control in liquid control using such laser light and a heat storage unit, and a liquid control device provided with the substrate. .

上記課題解決のため、本発明は、液体を導入可能な領域が設けられた基板であって、前記領域の前記液体に臨む面に、熱源としてのレーザー光の照射によって蓄熱され、前記液体を加熱し得る蓄熱部が、該蓄熱部におけるレーザー光の強度分布に基づいてパターン状に形成されていることを特徴とする基板を提供する。
前記蓄熱部のパターンを構成する構成単位は、その面積又は体積と前記レーザー光の強度分布とが反比例するように形成することができる。
本発明に係る基板において、前記蓄熱部は、前記液体の加熱によって、該液体中に気泡を発生させるものとすることができる。
また、前記領域を、液体を導入可能な導入流路と、該導入流路に連通する複数の分岐流路と、から構成し、前記蓄熱部を前記分岐流路に形成することができる。
この場合、前記蓄熱部によって前記導入流路内の液体中に発生させた気泡によって、前記導入流路と前記分岐流路との分岐部における前記液体の送流方向を制御し得るように構成される。
In order to solve the above problems, the present invention provides a substrate provided with a region into which a liquid can be introduced, the surface of the region facing the liquid being stored by irradiation with laser light as a heat source, and heating the liquid The heat storage part which can be formed is formed in pattern shape based on the intensity distribution of the laser beam in this heat storage part, The board | substrate characterized by the above-mentioned is provided.
The structural unit constituting the pattern of the heat storage unit can be formed such that its area or volume and the intensity distribution of the laser beam are inversely proportional.
In the substrate according to the present invention, the heat storage section may generate bubbles in the liquid by heating the liquid.
In addition, the region may be configured by an introduction flow channel capable of introducing a liquid and a plurality of branch flow channels communicating with the introduction flow channel, and the heat storage section may be formed in the branch flow channel.
In this case, the liquid flow direction in the branch portion between the introduction channel and the branch channel can be controlled by the bubbles generated in the liquid in the introduction channel by the heat storage unit. The

また、本発明は、併せて、液体を導入可能な領域が設けられた基板であって、前記領域の前記液体に臨む面に、熱源としてのレーザー光の照射によって蓄熱され、前記液体を加熱し得る蓄熱部が、該蓄熱部におけるレーザー光の強度分布に基づいてパターン状に形成された基板と、前記蓄熱部に対し前記レーザー光を照射するレーザー照射部と、を備える液体制御装置をも提供する。   In addition, the present invention is also a substrate provided with a region into which a liquid can be introduced, wherein the surface of the region facing the liquid is stored by irradiation with laser light as a heat source to heat the liquid. A liquid control device is also provided, in which the heat storage unit to be obtained includes a substrate formed in a pattern based on the intensity distribution of laser light in the heat storage unit, and a laser irradiation unit that irradiates the heat storage unit with the laser light To do.

本発明において、「液体」という用語は広義に解釈されるべきであり、均質な液体、懸濁液、すなわち、微粒子または微小細胞等の粒状物質を含む液体、小さい気泡を含む液体、水性液、有機液体、二相系及び疎水性の液体及び親水性の液体を含み得るものとする。   In the present invention, the term “liquid” should be interpreted in a broad sense: a homogeneous liquid, a suspension, ie a liquid containing particulate matter such as microparticles or microcells, a liquid containing small bubbles, an aqueous liquid, Organic liquids, two-phase systems and hydrophobic liquids and hydrophilic liquids may be included.

本発明により、高速、かつ、高精度な液体制御が可能な基板及びこれを配設した液体制御装置が提供される。   According to the present invention, a substrate capable of high-speed and high-precision liquid control and a liquid control apparatus provided with the substrate are provided.

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.

図1は、液体を導入可能な領域が設けられた本発明に係る基板の第一実施形態を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a substrate according to the present invention provided with a region into which a liquid can be introduced.

図1(A)は、液体を導入可能な領域(以下、「反応領域」ともいう)のひとつを含む、基板の断面側方図である。また、(B)は、同じ反応領域を含む、基板の簡略上面図である。   FIG. 1A is a cross-sectional side view of a substrate including one of regions into which liquid can be introduced (hereinafter also referred to as “reaction region”). (B) is a simplified top view of the substrate including the same reaction region.

図1中、符号1で示す基板は、反応領域13が形成された基板本体11と、反応領域13を閉蓋する基板蓋12とから構成されている。図中、反応領域13の中央を符号Pにより示した。   In FIG. 1, the substrate denoted by reference numeral 1 includes a substrate body 11 in which a reaction region 13 is formed and a substrate lid 12 that closes the reaction region 13. In the figure, the center of the reaction region 13 is indicated by symbol P.

反応領域13には、化学的及び生物学的分析のための液体試料が導入される。液体試料(以下、単に「液体」という)には、均質な液体、懸濁液、すなわち、微小粒子を含む液体、小さい気泡を含む液体、水性液、有機液体、二相系及び疎水性の液体及び親水性の液体などが、特に限定されず用いられる。また、微小粒子には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などの微小粒子が広く含まれる。   In the reaction area 13, a liquid sample for chemical and biological analysis is introduced. Liquid samples (hereinafter simply referred to as “liquids”) include homogeneous liquids, suspensions, ie liquids containing microparticles, liquids containing small bubbles, aqueous liquids, organic liquids, two-phase systems and hydrophobic liquids. In addition, hydrophilic liquids and the like are not particularly limited and are used. In addition, the microparticles include a wide range of microparticles such as bio-related microparticles such as cells, microorganisms, and liposomes, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles.

反応領域13の液体に臨む面、より具体的に本図では底面には、符号L1で示すレーザー光が照射される蓄熱部14(図中、斜線部)が設けられている。これにより、基板1では、レーザー光L1の光エネルギーを蓄熱部14において熱に転換させ、この熱を利用して、反応領域13内の液体制御を行うことが可能である。 Surface facing the liquid in the reaction region 13, the bottom surface is more specifically this figure (in the figure, the hatched portion) thermal storage unit 14 to the laser beam indicated by reference numeral L 1 is irradiated are provided. Thus, in the substrate 1, to convert the light energy of the laser light L 1 to the heat in the heat storage unit 14, by utilizing this heat, it is possible to perform liquid control of the reaction area 13.

このため、レーザー光L1には、高精度かつ高速な温度制御を可能にするため、高精度な出力制御と高い応答性を備える半導体レーザー(LD)、発光ダイオード(LED)等の直接変換素子が好適に採用される。さらに、単一波長性(可干渉性)に優れ、微小な領域に対して集光が可能な半導体レーザー(LD)を用いることで、蓄熱層14を構成する各構成単位(後述)に正確にレーザーを照射することが可能となる。また、ダイオードチップ内に共振機を備える半導体レーザー(LD)を用いることで、発光ダイオード(LED)に比べ高い出力を得ることが可能となり、レーザー光の照射時間をより短くして高速な温度制御を実現することができる。 Therefore, direct conversion elements such as semiconductor lasers (LD) and light-emitting diodes (LEDs) with high-precision output control and high responsiveness are available for the laser light L 1 to enable high-precision and high-speed temperature control. Is preferably employed. Furthermore, by using a semiconductor laser (LD) that is excellent in single wavelength (coherence) and can focus on a minute region, each structural unit constituting the heat storage layer 14 (described later) can be accurately used. Laser irradiation can be performed. Also, by using a semiconductor laser (LD) with a resonator in the diode chip, it is possible to obtain a higher output than a light-emitting diode (LED), and the laser light irradiation time is shortened and high-speed temperature control is possible. Can be realized.

また、蓄熱部14は、レーザー光L1に対する吸光性に優れ、融点が高い素材によって形成されることが望ましい。蓄熱部14の素材としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これらをベースとする合金、例えば、ステンレス、炭素鋼、黄銅、白銅、アルミニウム合金、さらにはアルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、炭化珪素をはじめとするセラミックスを用いることができる。そして、これらの素材を塗布、噴霧、溶着またはスポットすることにより、蓄熱部14を形成する。また、蓄熱部14は、反応領域13表面の微細構造として基板1と一体的に形成することもできる。この場合、上記の吸光性素材を、基板1の材料となるガラスや各種プラスチック(PP、PC、COP、PDMS)に添加した上、ナノインプリント又は成形によって蓄熱部14を形成する。 In addition, it is desirable that the heat storage unit 14 is formed of a material that is excellent in light absorption with respect to the laser light L 1 and has a high melting point. Examples of the material of the heat storage unit 14 include metals such as iron, nickel, cobalt, chromium, aluminum, copper, zinc, and tin, and alloys based on these metals, such as stainless steel, carbon steel, brass, white copper, and aluminum alloys. Furthermore, ceramics including alumina, zirconia, titania, silicon nitride, silicon carbide can be used. And the thermal storage part 14 is formed by apply | coating, spraying, welding, or spotting these raw materials. Moreover, the heat storage part 14 can also be formed integrally with the substrate 1 as a fine structure on the surface of the reaction region 13. In this case, the light-absorbing material is added to glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS) as the material of the substrate 1, and the heat storage unit 14 is formed by nanoimprinting or molding.

レーザー光L1を蓄熱部14に透過させるため、基板Aの基板蓋12は、レーザー光L1を透過可能な素材によって形成する。基板蓋12の材質としては、例えば、レーザー光L1の波長に対し光透過性を有するガラスやプラスチックが採用される。なお、図では、レーザー光L1を基板上方から照射する場合を示したが、レーザー光L1を基板下方から照射することも当然に可能である。この場合、基板本体11に同様の光透過性を付与することが必要となる。 In order to transmit the laser beam L 1 to the heat storage unit 14, the substrate lid 12 of the substrate A is formed of a material that can transmit the laser beam L 1 . The material of the substrate cover 12, for example, glass or plastic is employed having optical transparency to the wavelength of the laser beam L 1. In the drawing, the laser light L 1 is irradiated from above the substrate, but it is naturally possible to irradiate the laser light L 1 from below the substrate. In this case, it is necessary to provide the substrate body 11 with the same light transmittance.

具体的には、基板1(基板本体11及び基板蓋12)は、ガラスや各種プラスチック(PP,PC,COP、PDMS)であってレーザー光Lを透過可能であり、測定レーザー光Lに対して波長分散が少なく光学誤差の少ない材質を用いて形成される。 Specifically, the substrate 1 (substrate body 11 and the substrate lid 12) is glass and various plastics (PP, PC, COP, PDMS) a is permeable to laser light L 1, the measuring laser light L 1 On the other hand, it is formed using a material with little chromatic dispersion and little optical error.

基板1の材質をガラスとする場合には、ウェットエッチングやドライエッチングによって反応領域13を転写する。また、プラスチック製とする場合には、ナノインプリントや成型によって基板上に反応領域13を形成する。また、基板蓋12は、基板本体11と同じ材質を用いたカバーシールとすることができる。   When the material of the substrate 1 is glass, the reaction region 13 is transferred by wet etching or dry etching. In the case of plastic, the reaction region 13 is formed on the substrate by nanoimprinting or molding. The substrate lid 12 can be a cover seal using the same material as the substrate body 11.

なお、蓄熱部14を設ける面は、図に示した反応領域1の底面に限定されず、反応領域13の液体に臨む面であれば、側面側や底面側であってよい。さらに、基板1(基板本体11及び基板蓋12)がレーザー光L1を透過可能である場合には、これらの面の表面に限定されず、レーザー光L1が到達可能であり、蓄熱部14からの熱が液体に伝達可能な限りにおいて、反応領域13の上面側や側面側、底面側の内層に蓄熱部14を構成することも可能である。 The surface on which the heat storage unit 14 is provided is not limited to the bottom surface of the reaction region 1 shown in the drawing, and may be the side surface or the bottom surface side as long as it faces the liquid in the reaction region 13. Further, when the substrate 1 (substrate body 11 and the substrate lid 12) is permeable to laser light L 1 is not limited to the surface of these surfaces, the laser beam L 1 is reachable, the heat storage unit 14 As long as the heat from the heat can be transferred to the liquid, it is possible to configure the heat storage section 14 in the inner layer on the upper surface side, side surface side, or bottom surface side of the reaction region 13.

図1(C)には、レーザー光L1の、蓄熱部14照射面におけるビーム強度の分布を示す。通常、レーザー光のビーム強度は、光軸の中心で最も大きく、中心から外側では徐々小さくなる。従って、レーザー光L1の蓄熱部14照射面におけるビーム強度は、図1(C)に示すように、反応領域13の中央Pで最大となり、反応領域13の周辺部では次第に減少する。 FIG. 1C shows the distribution of the beam intensity of the laser light L 1 on the irradiation surface of the heat storage unit 14. Normally, the beam intensity of laser light is the highest at the center of the optical axis and gradually decreases from the center to the outside. Therefore, the beam intensity of the laser light L 1 on the surface of the heat storage section 14 is maximized at the center P of the reaction region 13 and gradually decreases in the peripheral portion of the reaction region 13 as shown in FIG.

基板1は、このレーザー光L1の強度分布に基づいて、蓄熱部14をパターン状に形成したことを特徴とするものである。 Substrate 1, based on the intensity distribution of the laser light L 1, is characterized in that the formation of the heat accumulating portion 14 in a pattern.

すなわち、図1(A)に示すように、蓄熱部14は、大きさの異なる複数の構成単位141によって形成されており、この構成単位141の大きさは反応領域13の中央Pから周辺方向に徐々に大きくなるように構成されている。   That is, as shown in FIG. 1 (A), the heat storage unit 14 is formed by a plurality of structural units 141 having different sizes, and the size of the structural unit 141 extends from the center P of the reaction region 13 to the peripheral direction. It is configured to gradually increase.

図1(B)の簡略上面図では、この構成単位141の大きさ(面積)が、反応領域13の中央Pから周辺方向に徐々に大きくなっていることが示されている。図は、模式図であり、反応領域13に比べ、各構成単位141を相対的に大きく示している。また、基板蓋12を省略して示した。   The simplified top view of FIG. 1B shows that the size (area) of the structural unit 141 gradually increases from the center P of the reaction region 13 toward the peripheral direction. The figure is a schematic diagram and shows each structural unit 141 relatively larger than the reaction region 13. Further, the substrate lid 12 is omitted.

このように、基板1では、照射されるレーザー光L1のビーム強度が大きい反応領域13中央P近傍では、蓄熱部13の構成単位141の大きさ(面積)が小さく、逆に、照射されるレーザー光L1のビーム強度が小さい反応領域13の周辺部では、構成単位141の大きさ(面積)が大きく形成されている。これは、蓄熱層14の構成単位の大きさ(面積)が、レーザー光L1のビーム強度分布に反比例しているとみることができる。 As described above, in the substrate 1, the size (area) of the structural unit 141 of the heat storage unit 13 is small in the vicinity of the center P of the reaction region 13 where the beam intensity of the laser beam L 1 to be irradiated is large. in the peripheral portion of the laser light L 1 of the beam intensity is low reaction zone 13, the size of the constituent unit 141 (area) is larger. This is the size of the constituent unit of the heat storage layer 14 (area), it can be seen to be inversely proportional to the beam intensity distribution of the laser light L 1.

図2及び図3には、レーザー光L1の強度分布に基づく、蓄熱部14の形成パターンに関し、他の具定例を示す。図2は反応領域13を含む、基板Aの簡略上面図であり、図3は断面側方図である。 2 and 3 show other specific examples regarding the formation pattern of the heat storage section 14 based on the intensity distribution of the laser light L 1 . FIG. 2 is a simplified top view of the substrate A including the reaction region 13, and FIG. 3 is a cross-sectional side view.

図2では、蓄熱部14の構成単位141を上面視円形とし、この円形とした構成単位の大きさ(面積)を、反応領域13の中央Pから周辺方向に徐々に大きくなるように構成した。   In FIG. 2, the structural unit 141 of the heat storage unit 14 is circular when viewed from above, and the size (area) of the circular structural unit is configured to gradually increase from the center P of the reaction region 13 to the peripheral direction.

また、図3では、構成単位141の体積を変化せることによって、その大きさ(体積)を、反応領域13の中央Pから周辺方向に徐々に大きくなるように構成した。すなわち、照射されるレーザー光L1のビーム強度が大きい反応領域13中央P近傍では、高さhを低く、逆に、照射されるレーザー光L1のビーム強度が小さい反応領域13の周辺部では、高さhを高く形成した。これにより、構成単位141の面積を大きくした場合と同様の効果を得ることが可能である。 In FIG. 3, the size (volume) is configured to gradually increase from the center P of the reaction region 13 to the peripheral direction by changing the volume of the structural unit 141. That is, in the vicinity of the center P of the reaction region 13 where the beam intensity of the irradiated laser beam L 1 is large, the height h is low, and conversely, in the periphery of the reaction region 13 where the beam intensity of the irradiated laser beam L 1 is small. The height h was formed high. Thereby, it is possible to obtain the same effect as when the area of the structural unit 141 is increased.

構成単位141の高さhは、スパッタによる製膜時の膜厚や、ナノインプリント又は成形時の型(マスター)を変化させることで調整することが可能であり、これにより構成単位141の蓄熱量を任意に設定することができる。   The height h of the structural unit 141 can be adjusted by changing the film thickness at the time of film formation by sputtering, or the mold (master) at the time of nanoimprinting or molding, whereby the heat storage amount of the structural unit 141 can be adjusted. It can be set arbitrarily.

図4は、基板1を用いた液体の加熱制御を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the heating control of the liquid using the substrate 1.

上記のように、基板1において、蓄熱層14は、その大きさ(面積又は体積)がレーザー光L1のビーム強度分布に反比例する複数の構成単位141によって形成されている。そして、レーザー光L1の照射によって、各構成単位141において吸収される光エネルギーは、その面積又は体積に依存する。 As described above, in the substrate 1, the heat storage layer 14 is formed of a plurality of structural units 141 whose size (area or volume) is inversely proportional to the beam intensity distribution of the laser light L 1 . Then, by the irradiation of the laser light L 1, light energy absorbed in each of the structural units 141, dependent on the area or volume.

従って、基板1では、各構成単位141が吸収する光エネルギーを等しくすることが可能であり、各構成単位141から等しい熱量を発生させることができる(図4中、矢印H参照)。   Accordingly, in the substrate 1, the light energy absorbed by each structural unit 141 can be made equal, and an equal amount of heat can be generated from each structural unit 141 (see arrow H in FIG. 4).

これによって、基板1では、反応流域13内の液体を、局所的な温度ムラを生じさせることなく、均一に加熱することができ、反応領域13で行なわれる所定の化学及び生化学反応を安定して再現性高く進行させることが可能となる。   As a result, the substrate 1 can uniformly heat the liquid in the reaction flow region 13 without causing local temperature unevenness, and can stabilize predetermined chemical and biochemical reactions performed in the reaction region 13. It is possible to proceed with high reproducibility.

また、液体を均一に加熱することで、反応領域13内における液体の対流を抑制することもできる。対流の抑制は、例えば、比重の異なる物質間での化学反応やタンパク質の結晶化などの、ステーブルな(安定した)プロセスが必要とされる化学反応制御に有効と考えられる。   Moreover, the convection of the liquid in the reaction region 13 can be suppressed by heating the liquid uniformly. Suppression of convection is considered to be effective for chemical reaction control that requires a stable (stable) process such as a chemical reaction between substances having different specific gravities and protein crystallization.

図5は、基板1を用いた液体制御の他の具体例を説明する図である。   FIG. 5 is a diagram for explaining another specific example of liquid control using the substrate 1.

図5では、レーザー光L1の照射によって蓄熱部14から生じる熱により、反応領域13内の液体を加熱、気化させて、液体中に気泡を発生させる場合を示した。 FIG. 5 shows a case where the liquid in the reaction region 13 is heated and vaporized by heat generated from the heat storage unit 14 by the irradiation of the laser light L 1 to generate bubbles in the liquid.

基板1において、蓄熱層14は、複数の構成単位141によって形成されており、蓄熱層14に対してレーザー光L1を照射すると、各構成単位141に接する液体が加熱、気化されて気泡Bが発生する。 In the substrate 1, the heat storage layer 14 is formed by a plurality of structural units 141, and when the heat storage layer 14 is irradiated with the laser light L 1 , the liquid in contact with each structural unit 141 is heated and vaporized to generate bubbles B. appear.

この際、各構成単位141の大きさ(面積又は体積)をレーザー光L1のビーム強度分布に反比例するよう形成したことで、上述の通り、各構成単位141からは等しい熱量が発生する。これにより、基板1では、各構成単位141において均一な大きさの気泡Bを発生させることが可能である。 At this time, the size (area or volume) of each structural unit 141 is formed so as to be inversely proportional to the beam intensity distribution of the laser light L 1 , so that the same amount of heat is generated from each structural unit 141 as described above. Thereby, in the substrate 1, it is possible to generate bubbles B having a uniform size in each constituent unit 141.

構成単位141の大きさを、その面積によって変化させてパターン形成する場合には、各構成単位141で発生する気泡Bが接触、融合することを回避するため、隣接する構成単位141間の中心間距離を一定とすることが望ましい。すなわち、図1(B)及び図2に示したように、レーザー光L1のビーム強度が大きい反応領域13中央P近傍では小さい構成単位141を、ビーム強度が小さい反応領域13の周辺部では大きな構成単位141を、それぞれ中心間距離が一定となるように配置する。結果として、蓄熱部14は、その上面視において、中央P近傍では構成単位141が疎に(隙間が広く)、周辺部では構成単位141が密に(隙間が狭く)配列された状態となる。 When pattern formation is performed by changing the size of the structural unit 141 according to the area, in order to avoid the bubbles B generated in each structural unit 141 from contacting and fusing, the distance between the centers of the adjacent structural units 141 is reduced. It is desirable to keep the distance constant. That is, as shown in FIGS. 1B and 2, a small structural unit 141 is located near the center P of the reaction region 13 where the beam intensity of the laser light L 1 is large, and a large unit is formed around the reaction region 13 where the beam intensity is small. The structural units 141 are arranged so that the distance between the centers is constant. As a result, the heat storage unit 14 is in a state in which the structural units 141 are sparsely arranged (wide gaps) in the vicinity of the center P and the structural units 141 are densely arranged (narrow gaps) in the peripheral portion in the top view.

また、構成単位141の大きさを、その高さを変化させてパターン形成する場合には、発生する熱を各構成単位141の先端(上面)に集中させるようにすることで、図5に示すように、各構成単位141の先端に気泡Bを発生させることができる。   Further, in the case of pattern formation by changing the size of the structural unit 141 and changing the height thereof, the generated heat is concentrated on the tip (upper surface) of each structural unit 141 as shown in FIG. As described above, the bubble B can be generated at the tip of each constituent unit 141.

このような液体中における気泡発生は、反応領域13内での液体のミキシング(混合)や、後述する流路内における液体の送流制御のために行われるものであり、特に後述するように、流路内で微小粒子の分取を行うための送流制御に好適に用いることができる。   Such bubble generation in the liquid is performed for the mixing (mixing) of the liquid in the reaction region 13 and the flow control of the liquid in the flow path, which will be described later. It can be suitably used for flow control for separating fine particles in a flow path.

これまで、蓄熱部14の構成単位の大きさ(面積又は体積)を、レーザー光L1のビーム強度分布に反比例させて形成させる場合について説明したが、逆に、レーザー光L1のビーム強度分布に正比例させた大きさで、構成単位141を形成することも当然に可能である。 Up to now, the case where the size (area or volume) of the structural unit of the heat storage unit 14 is formed in inverse proportion to the beam intensity distribution of the laser beam L 1 has been described, but conversely, the beam intensity distribution of the laser beam L 1. It is naturally possible to form the structural unit 141 with a size that is in direct proportion to.

図6には、液体を導入可能な領域が設けられた本発明に係る基板の第二実施形態を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the substrate according to the present invention in which a region into which a liquid can be introduced is provided.

図6中、符号2で示す基板は、照射されるレーザー光L1のビーム強度が大きい反応領域23中央P近傍では、蓄熱部24の構成単位241の大きさ(面積)が大きく、逆に、照射されるレーザー光L1のビーム強度が小さい反応領域23の周辺部では、小さく形成されている。すなわち、構成単位241の大きさ(面積)は、レーザー光L1のビーム強度分布に正比例するように形成されている。 In the substrate indicated by reference numeral 2 in FIG. 6, the size (area) of the structural unit 241 of the heat storage section 24 is large in the vicinity of the center P of the reaction region 23 where the beam intensity of the irradiated laser light L 1 is large. the peripheral portion of the laser light L 1 of the beam intensity is low reaction area 23 to be irradiated is formed smaller. That is, the size (area) of the structural unit 241 is formed to be directly proportional to the beam intensity distribution of the laser light L 1 .

なお、図6では、構成単位241の面積を、反応領域23の中央Pから周辺方向に徐々に小さくなるように構成した場合を示したが、図3において説明したように、構成単位241の体積を変化せることによって、その大きさを変化させてもよい。   6 illustrates the case where the area of the structural unit 241 is configured to gradually decrease from the center P of the reaction region 23 toward the peripheral direction, but as described in FIG. 3, the volume of the structural unit 241 is illustrated. You may change the magnitude | size by changing.

図7は、基板2を用いた液体の加熱制御を説明する図である。   FIG. 7 is a diagram for explaining the heating control of the liquid using the substrate 2.

上記のように、レーザー光L1の照射によって、蓄熱部24の各構成単位241において吸収される光エネルギーは、その面積又は体積に依存する。基板2では、各構成単位241の大きさ(面積又は体積)を、レーザー光L1のビーム強度分布に正比例させて形成しているため、構成単位141の大きさが大きく、かつ、照射されるレーザー光L1のビーム強度が強い反応領域23中央P近傍では、より大きな熱量を発生させることができる。逆に、構成単位241の大きさが小さく、かつ、ビーム強度も弱い反応領域23の周辺部では、より小さな熱量を発生させることとなる(図中、矢印H参照)。 As described above, the light energy absorbed in each structural unit 241 of the heat storage unit 24 by irradiation with the laser light L 1 depends on its area or volume. In the substrate 2, the size of the respective structural units 241 (area or volume), since the formed by direct proportion to the beam intensity distribution of the laser light L 1, larger size of the constituent units 141, and is irradiated A larger amount of heat can be generated in the vicinity of the center P of the reaction region 23 where the beam intensity of the laser beam L 1 is strong. On the contrary, a smaller amount of heat is generated in the periphery of the reaction region 23 where the size of the structural unit 241 is small and the beam intensity is weak (see arrow H in the figure).

これにより、反応流域23周辺部に比べて中央部の液体をより高温で加熱して、液体中に激しい対流(図中、矢印C参照)を引き起こすことができる。そして、この対流によって液体を効果的に攪拌して、反応領域23で行なわれる所定の化学及び生化学反応の反応効率を高め、迅速に進行させることが可能となる。   Thereby, compared with the periphery of the reaction flow area 23, the liquid in the center can be heated at a higher temperature to cause intense convection (see arrow C in the figure) in the liquid. Then, the liquid is effectively stirred by this convection, so that the reaction efficiency of a predetermined chemical and biochemical reaction performed in the reaction region 23 can be increased and advanced rapidly.

図8は、液体を導入可能な領域が設けられた本発明に係る基板の第三実施形態を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing a third embodiment of a substrate according to the present invention in which a region into which a liquid can be introduced is provided.

図8中、符号3で示す基板には、液体を導入可能な導入流路35に連通されて複数の反応領域33が配設されている。液体は、サンプル注入口36から導入流路35へ導入され、さらに各反応領域33内へ送液される。反応領域33の収容容積を超えて送液された液体、及び、反応領域33内で所定の反応を行った後の液体は、排出流路37,37へ導出され、さらにサンプル排出口38,38から基板A外へ排出される。図では、このサンプル注入口36、導入流路35、複数の反応領域33、排出流路37,37及びサンプル排出口38,38とからなる流路を基板上に2つ配設した場合を示したが、配設される流路の数は2以上とすることができる。   In FIG. 8, a plurality of reaction regions 33 are arranged on a substrate denoted by reference numeral 3 so as to communicate with an introduction flow path 35 through which a liquid can be introduced. The liquid is introduced from the sample inlet 36 into the introduction flow path 35 and further fed into each reaction region 33. The liquid fed beyond the capacity of the reaction region 33 and the liquid after a predetermined reaction is performed in the reaction region 33 are led to the discharge channels 37 and 37, and the sample discharge ports 38 and 38 are further discharged. To the outside of the substrate A. In the figure, a case is shown in which two flow paths comprising the sample injection port 36, the introduction flow channel 35, the plurality of reaction regions 33, the discharge flow channels 37, 37, and the sample discharge ports 38, 38 are disposed on the substrate. However, the number of flow paths arranged can be two or more.

この基板3においては、走査手段Dによって基板3上の走査線S(図中、点線矢印参照)を走査されるレーザー光L1により、各反応領域33内に導入された液体を独立に制御することができる。走査線3は、反応領域33を列ごとに順次レーザー光L1を照射し得るように設計されている。 In this substrate 3, the liquid introduced into each reaction region 33 is independently controlled by the laser light L 1 scanned by the scanning means D on the scanning line S (see the dotted arrow in the figure) on the substrate 3. be able to. The scanning line 3 is designed so that the reaction region 33 can be sequentially irradiated with the laser light L 1 for each column.

図9(A)は、図8においてレーザー光L1が照射される反応領域33を含む、基板3のR-R断面を示す断面側方図である。また、(B)は、同じ反応領域33を含む、基板3の簡略上面図である。図9(A)中符号Sは、レーザー光L1の走査線を示す(図8参照)。なお、図9(B)では、基板蓋32を省略して示した。 FIG. 9 (A) comprises a reaction zone 33 where the laser beam L 1 is irradiated 8 is a sectional side view showing the RR cross-section of the substrate 3. (B) is a simplified top view of the substrate 3 including the same reaction region 33. Reference symbol S in FIG. 9A indicates a scanning line of the laser light L 1 (see FIG. 8). In FIG. 9B, the substrate lid 32 is omitted.

基板3は、図1において説明したと同様に、反応領域33等が形成された基板本体31と、反応領域33を閉蓋する基板蓋32とから構成されている。なお、基板3(基板本体31及び基板蓋32)の材質、形成方法等は先に説明した通りである。   As described in FIG. 1, the substrate 3 includes a substrate body 31 in which the reaction region 33 and the like are formed, and a substrate lid 32 that closes the reaction region 33. The material, formation method, and the like of the substrate 3 (substrate body 31 and substrate lid 32) are as described above.

各反応領域33の液体に臨む面(ここでは底面)には、レーザー光L1が照射される蓄熱部34がパターン状に形成されている。蓄熱部34の形成面及び素材等については先に説明したのと同様である。 A heat storage section 34 irradiated with the laser light L 1 is formed in a pattern on the surface (here, the bottom surface) facing each liquid in each reaction region 33. The formation surface and material of the heat storage section 34 are the same as described above.

図9(C)には、走査線Sに直行する断面(図8中R-R断面、図9(A)に対応)の蓄熱部34照射面におけるレーザー光L1のビーム強度の分布を示す。図に示すように、レーザー光L1のビーム強度は、レーザー光L1の中心が位置する走査線S上で最も大きく、走査線Sから外れるに従い徐々に小さくなる。 FIG. 9C shows a distribution of the beam intensity of the laser light L 1 on the irradiation surface of the heat storage section 34 in a cross section perpendicular to the scanning line S (an RR cross section in FIG. 8, corresponding to FIG. 9A). As shown, the beam intensity of the laser beam L 1 is the largest on the scanning line S center of the laser beam L 1 is positioned gradually becomes smaller as departing from the scan line S.

このレーザー光L1を、図9(B)に示すように、反応領域33底面に設けられた蓄熱層34に照射すると、蓄熱層34に付与される光エネルギーは、蓄熱部34の走査線Sに近い位置ほど大きく、遠い部位ほど小さくなる。 As shown in FIG. 9B, when the heat storage layer 34 provided on the bottom surface of the reaction region 33 is irradiated with the laser light L 1 , the light energy applied to the heat storage layer 34 is changed to the scanning line S of the heat storage unit 34. The closer to the position, the larger, and the farther the position, the smaller.

そこで、基板3においては、蓄熱部34を形成する構成単位341の大きさを、レーザー光L1の走査方向Sに従って形成した。 Therefore, in the substrate 3, the size of the constituent units 341 to form the heat storage section 34, formed in accordance with the scanning direction S of the laser beam L 1.

すなわち、図9(A)及び(B)に示すように、蓄熱部34の構成単位341の大きさを、レーザー光L1の走査線S近傍から周辺方向に徐々に大きくなるように構成した。これは、照射されるレーザー光L1のビーム強度が大きい走査線S近傍の構成単位341においては、その大きさ(面積)を小さく、逆に、照射されるレーザー光L1のビーム強度が小さい走査線Sから遠い構成単位においては、大きさ(面積)を大きくし、構成単位341の大きさ(面積)を、レーザー光L1の走査方向におけるビーム強度分布に反比例するかたちで形成するものである。 That is, as shown in FIGS. 9A and 9B, the size of the structural unit 341 of the heat storage section 34 is configured to gradually increase from the vicinity of the scanning line S of the laser light L 1 in the peripheral direction. This is because the size (area) is small in the structural unit 341 in the vicinity of the scanning line S where the beam intensity of the irradiated laser beam L 1 is large, and conversely, the beam intensity of the irradiated laser beam L 1 is small. In the structural unit far from the scanning line S, the size (area) is increased, and the size (area) of the structural unit 341 is formed in inverse proportion to the beam intensity distribution in the scanning direction of the laser light L 1. is there.

また、各構成単位341は中心間距離が一定となるように配置されており、蓄熱部34は上面視において走査線S近傍では構成単位341が疎に(隙間が広く)、周辺部では構成単位341が密に(隙間が狭く)配列された状態とされている(図10も参照)。   In addition, each structural unit 341 is arranged so that the distance between the centers is constant, and in the heat storage section 34, the structural unit 341 is sparse in the vicinity of the scanning line S in the top view (the gap is wide), and the structural unit is disposed in the peripheral portion. 341 is densely arranged (the gap is narrow) (see also FIG. 10).

図10及び図11には、レーザー光L1の走査方向における強度分布に基づく、蓄熱部34の形成パターンに関し、他の具定例を示す。図10は反応領域33を含む、基板3の簡略上面図であり、図11は断面側方図である。 10 and 11, based on the intensity distribution in the scanning direction of the laser beam L 1, relates to the formation pattern of the heat storage unit 34, showing the other ingredients regular. 10 is a simplified top view of the substrate 3 including the reaction region 33, and FIG. 11 is a cross-sectional side view.

図10では、蓄熱部34の構成単位341を上面視円形とし、この円形とした構成単位341の大きさ(面積)を、レーザー光L1の走査線Sから周辺方向に徐々に大きくなるように構成した例を示す。 In FIG. 10, the structural unit 341 of the heat storage section 34 is circular when viewed from above, and the size (area) of the circular structural unit 341 is gradually increased from the scanning line S of the laser light L 1 in the peripheral direction. A configured example is shown.

また、図11では、蓄熱部34の構成単位341の体積を変化せることによって、その大きさ(体積)が、レーザー光L1の走査線Sから周辺方向に徐々に大きくなるように構成した。すなわち、照射されるレーザー光L1のビーム強度が大きいレーザー光L1の走査線S近傍の構成単位341では高さを低く、逆に、照射されるレーザー光L1のビーム強度が小さい走査線Sから遠い構成単位341では高さを高く形成した。 In FIG. 11, the volume (volume) is gradually increased from the scanning line S of the laser light L 1 to the peripheral direction by changing the volume of the structural unit 341 of the heat storage section 34. In other words, the structural unit 341 in the vicinity of the scanning line S of the laser beam L 1 having a high beam intensity of the irradiated laser beam L 1 has a low height, and conversely, the scanning line having a low beam intensity of the irradiated laser beam L 1. In the structural unit 341 far from S, the height is high.

このように蓄熱部34を構成することにより、レーザー光L1を走査して、複数の反応領域33内の液体制御を個別におこなう場合においても、図4において説明したのと同様に、各構成単位341が吸収する光エネルギーを等しくして、各構成単位341から等しい熱量を発生させることが可能となる。 By configuring the heat storage unit 34 in this manner, each of the components can be similarly configured as described with reference to FIG. 4 even when the laser light L 1 is scanned and the liquid control in the plurality of reaction regions 33 is performed individually. The light energy absorbed by the unit 341 can be made equal to generate the same amount of heat from each structural unit 341.

これにより、反応流域33内の液体を、局所的な温度ムラを生じさせることなく、均一に加熱することでき、反応領域33で行なわれる所定の化学及び生化学反応を安定して再現性高く進行させることが可能となる。また、液体を均一に加熱することで、反応領域33内における液体の対流を抑制することもできる。   As a result, the liquid in the reaction flow region 33 can be heated uniformly without causing local temperature unevenness, and predetermined chemistry and biochemical reactions performed in the reaction region 33 can proceed stably and with high reproducibility. It becomes possible to make it. Moreover, the liquid convection in the reaction region 33 can be suppressed by heating the liquid uniformly.

さらに、図5において説明したように、レーザー光L1の照射によって蓄熱部34から生じる熱により、反応領域33内の液体を加熱、気化させて、気泡を発生させる場合において、各構成単位341に均一な大きさの気泡を発生させることが可能となる。 Furthermore, as described in FIG. 5, in the case where the liquid in the reaction region 33 is heated and vaporized by the heat generated from the heat storage unit 34 by the irradiation of the laser light L 1 to generate bubbles, It becomes possible to generate bubbles of uniform size.

また、蓄熱部34の構成単位の大きさ(面積又は体積)を、図6で説明したように、レーザー光L1の走査方向におけるビーム強度分布に正比例させて形成することも当然に可能である。これにより、図7に示したように、レーザー光L1の走査線Sから遠い部位に比べて、走査線S近傍の液体をより高温で加熱して、液体中に激しい対流を引き起こすことができ、この対流によって液体を効果的に攪拌して、反応領域33で行なわれる所定の化学及び生化学反応の反応効率を高め、迅速に進行させることが可能となる。 Further, as described with reference to FIG. 6, the size (area or volume) of the structural unit of the heat storage unit 34 can be formed in direct proportion to the beam intensity distribution in the scanning direction of the laser light L 1. . As a result, as shown in FIG. 7, the liquid in the vicinity of the scanning line S can be heated at a higher temperature than that of the portion far from the scanning line S of the laser light L 1 , thereby causing intense convection in the liquid. By this convection, the liquid can be effectively stirred to increase the reaction efficiency of predetermined chemical and biochemical reactions performed in the reaction region 33 and to proceed quickly.

ここで、説明した基板3は、特に、以下に説明する液体中における気泡発生により流路内の送流制御を行い、液体中に分散された微小粒子の分取を行うための液流制御装置に好適に採用されるものである。   Here, the substrate 3 described here is a liquid flow control device for performing flow control in the flow path by the generation of bubbles in the liquid described below and for sorting the fine particles dispersed in the liquid. It is preferably used for the above.

図12は、本発明に係る液流制御装置4の構成を説明する模式図である。ここでは、液流制御装置4として、特に、上記の微小粒子分取のために構成された装置を示す。   FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the configuration of the liquid flow control device 4 according to the present invention. Here, as the liquid flow control device 4, a device configured especially for the above-described fine particle sorting is shown.

液流制御装置4は、基板a上に配設された微小粒子の分散溶媒を導入可能な流路Aと、熱源としてのレーザー光L1(図中、白矢印参照)を放射するレーザー光源41と、微小粒子の光学測定のためのレーザー光L2(図中、黒矢印参照)を放射するレーザー光源42と、レーザー光L及びレーザー光L2を流路Aに対して走査する走査部43と、レーザー光L及びレーザー光L2を流路Aの所定位置に集光するための対物レンズ44を備えている。図中、符号411及び421は、それぞれレーザー光源1及びレーザー光源2からのレーザー光L及びレーザー光L2を平行光線にするためのコリメータレンズである。 The liquid flow control device 4 includes a flow path A capable of introducing a fine particle dispersion solvent disposed on a substrate a, and a laser light source 41 that emits laser light L 1 (see white arrow in the figure) as a heat source. And a laser light source 42 that emits laser light L 2 (see the black arrow in the figure) for optical measurement of microparticles, and a scanning unit that scans the laser light L 1 and laser light L 2 with respect to the channel A 43, an objective lens 44 for condensing the laser beam L 1 and the laser light L 2 at a predetermined position of the flow path a. In the figure, reference numerals 411 and 421 denote collimator lenses for making the laser light L 1 and the laser light L 2 from the laser light source 1 and the laser light source 2 into parallel rays, respectively.

また、液流制御装置4は、レーザー光L2(以下、「測定レーザー光L2」という)の照射により、流路A内の微小粒子から発生する検出対象光R(図中、斜線矢印参照)を検出するための光検出器45を備えている。流路A内の微小粒子から発生する検出対象光Rは、対物レンズ44により集光され、走査部43を透過して、光検出部45に導光される。 Further, the liquid flow control device 4 detects the detection target light R (refer to the hatched arrow in the figure) generated from the fine particles in the flow path A by irradiation with the laser light L 2 (hereinafter referred to as “measurement laser light L 2 ”). ) Is detected. The detection target light R generated from the fine particles in the flow path A is collected by the objective lens 44, passes through the scanning unit 43, and is guided to the light detection unit 45.

さらに、液流制御装置4は、光検出部45から出力されるデータを解析する解析手段46と、解析手段46からの解析結果の出力を受け、レーザー光源41から放射されるレーザー光L1のレーザーパワーを制御する光変調部47を備えている。 Further, the liquid flow control device 4 receives the analysis unit 46 that analyzes the data output from the light detection unit 45 and the output of the analysis result from the analysis unit 46, and the laser light L 1 emitted from the laser light source 41. An optical modulator 47 for controlling the laser power is provided.

基板aの材質、形成方法等は先に説明した通りである。     The material, the formation method, and the like of the substrate a are as described above.

レーザー光L1は、走査部43により基板a上の所定の位置を走査され、流路Aの走査線(図中、点線矢印S2参照)に対応する位置において、流路A内に導入された分散溶媒中に気泡を発生させる。以下、レーザー光L1については、「気泡発生レーザー光L1」というものとする。 The laser beam L 1 is scanned at a predetermined position on the substrate a by the scanning unit 43 and is introduced into the flow path A at a position corresponding to the scanning line of the flow path A (see the dotted arrow S 2 in the figure). Air bubbles are generated in the dispersed solvent. Hereinafter, the laser light L 1 is referred to as “bubble generating laser light L 1 ”.

同様に、測定レーザー光L2は、走査部43により基板a上の所定の位置を走査され、流路Aの走査線(図中、点線矢印S2参照)に対応する位置において、流路A内に導入された微小粒子に照射される。 Similarly, the measurement laser light L 2 is scanned at a predetermined position on the substrate a by the scanning unit 43, and the flow path A is at a position corresponding to the scanning line of the flow path A (see the dotted arrow S 2 in the figure). The fine particles introduced into the inside are irradiated.

気泡発生レーザー光L1には、高精度かつ高速な温度制御を可能にするため、高精度な出力制御と高い応答性を備える半導体レーザー(LD)、発光ダイオード(LED)等の直接変換素子が好適に採用される。さらに、流路A内の所定位置に正確に気泡を発生させるため、単一波長性(可干渉性)に優れ、微小な領域に対して集光が可能な半導体レーザー(LD)を用いることが望ましい。ダイオードチップ内に共振機を備える半導体レーザー(LD)を用いることで、発光ダイオード(LED)に比べ高い出力を得ることが可能となり、レーザー光の照射時間をより短くして高速な温度制御を実現することができる。 In order to enable high-precision and high-speed temperature control, the bubble-generating laser beam L 1 has direct conversion elements such as semiconductor lasers (LD) and light-emitting diodes (LEDs) with high-precision output control and high responsiveness. Preferably employed. Furthermore, in order to generate bubbles accurately at a predetermined position in the flow path A, a semiconductor laser (LD) that has excellent single wavelength characteristics (coherence) and can focus on a minute area should be used. desirable. By using a semiconductor laser (LD) with a resonator in the diode chip, it is possible to obtain a higher output than a light emitting diode (LED), and the laser light irradiation time is shortened and high-speed temperature control is realized. can do.

また、測定レーザー光L2には、分取の対象とする微小粒子や分取の目的に応じて、レーザー光源41を、アルゴンやヘリウム等のガスレーザーや半導体レーザー(LD)、発光ダイオード(LED)等公知の光源から適宜選択して用いることにより、種々の波長のレーザー光を選択して使用することができる。 The measurement laser beam L 2 includes a laser light source 41, a gas laser such as argon or helium, a semiconductor laser (LD), or a light emitting diode (LED) according to the minute particles to be sorted and the purpose of sorting. By appropriately selecting from known light sources such as), laser beams of various wavelengths can be selected and used.

走査部43は、レーザー光源41及びレーザー光源42から発せられる気泡発生レーザー光L1及び測定レーザー光L2の光路上にポリゴンミラーやガルバノミラー、音響光学素子、電気光学素子等として配置される。図12では、走査部43をダイクロイックミラーとして構成し、気泡発生レーザー光L及び測定レーザー光L2が一体に走査できるよう構成されている。 The scanning unit 43 is arranged as a polygon mirror, a galvanometer mirror, an acoustooptic device, an electrooptic device, or the like on the optical path of the bubble generation laser beam L 1 and the measurement laser beam L 2 emitted from the laser light source 41 and the laser light source 42. In Figure 12, it constitutes a scanning unit 43 as a dichroic mirror, the bubble generating laser light L 1 and the measurement laser beam L 2 is configured to be scanned together.

走査部43による気泡発生レーザー光L及び測定レーザー光L2の走査は、一定周期で行われる。例えば、上記のダイクロイックミラーを高速回転させることにより、30,000rpm程度での走査が可能である。 Scanning of the bubble generating laser light L 1 and the measurement laser beam L 2 by the scanning unit 43 is performed in a constant cycle. For example, scanning at about 30,000 rpm is possible by rotating the dichroic mirror at a high speed.

気泡発生レーザー光L及び測定レーザー光L2の照射は、各レーザー光が各流路に対して垂直に照射され、流路Aの走査線S1及び走査線S2に対応する位置(レーザー光の結像面)においてレーザー光のスポット幅が一定となるようなテレセントリック光学系により行うことが望ましい。 The bubble generation laser beam L 1 and the measurement laser beam L 2 are irradiated with each laser beam perpendicularly to each channel, and the positions corresponding to the scanning lines S 1 and S 2 in the channel A (laser) It is desirable to use a telecentric optical system in which the spot width of the laser beam is constant on the light imaging plane.

測定レーザー光L2の照射によって、流路Aの走査線S2に対応する位置に導入されている微小粒子から発生する検出対象光Rは、光検出器45によって検出される。図12では、光検出器45としてマルチチャンネルフォトマルチプライヤーチューブ(PMT)を用いて、検出対象光Rを分光器48によりグレーティングした後、波長ごとに検出できるよう構成した。 By irradiation of the measurement laser beam L 2, the detection target light R generated from fine particles which has been introduced at a position corresponding to the scanning line S 2 of the flow path A is detected by the photodetector 45. In FIG. 12, a multi-channel photomultiplier tube (PMT) is used as the photodetector 45, and the detection target light R is grating by the spectroscope 48 and can be detected for each wavelength.

検出対象光Rは、測定対象微小粒子の大きさを測定する前方散乱光や、構造を測定する側方散乱光、蛍光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光などであってよい。また蛍光は、コヒーレントな蛍光であっても、インコヒーレントな蛍光であってもよい。   The detection target light R may be forward scattered light for measuring the size of the measurement target microparticles, side scattered light for measuring the structure, scattered light such as fluorescence, Rayleigh scattering, and Mie scattering. The fluorescence may be coherent fluorescence or incoherent fluorescence.

光検出部45は、検出された各波長の光を増幅して電気信号へと変換し、解析手段46へ出力する。解析手段46は、光検出部45から入力される電気信号に基づいて、微小粒子の光学特性を解析し、微小粒子を分取するか否かについての解析結果を光変調部47へ出力する。そして、光変調部47は、解析手段46からの解析結果の出力を受け、レーザー光源41から放射される気泡発生レーザー光L1のレーザーパワーを制御して、流路Aの走査線S1に対応する位置において、流路A内に導入された分散溶媒中に気泡を発生させる。 The light detection unit 45 amplifies the detected light of each wavelength, converts it into an electrical signal, and outputs it to the analysis means 46. The analysis unit 46 analyzes the optical characteristics of the microparticles based on the electrical signal input from the light detection unit 45 and outputs an analysis result as to whether or not to sort the microparticles to the light modulation unit 47. Then, the light modulator 47 receives the output of the analysis result from the analysis means 46, controls the laser power of the bubble generation laser light L 1 emitted from the laser light source 41, and applies it to the scanning line S 1 of the flow path A. At the corresponding position, bubbles are generated in the dispersion solvent introduced into the flow path A.

以下、この気泡発生レーザー光L1によって分散溶媒中に気泡を発生させた気泡により液流の制御を行い、微小粒子の分取する方法について説明する。 Hereinafter, a method for separating the fine particles by controlling the liquid flow using the bubbles generated in the dispersion solvent by the bubble generation laser light L 1 will be described.

図13は、液流制御装置4における液流制御方法及び微小粒子分取方法を説明する図である。   FIG. 13 is a diagram for explaining a liquid flow control method and a fine particle sorting method in the liquid flow control device 4.

図13は、図12中基板aに配設された流路Aの一つを模式的に拡大して示している。なお、図12では、基板a上に5本の流路Aを配設した場合を示したが、基板a上に配設される流路Aの数は特に限定されず、1以上の流路Aを適宜配設することができる。   FIG. 13 schematically shows one of the flow paths A disposed on the substrate a in FIG. FIG. 12 shows the case where five channels A are provided on the substrate a, but the number of channels A provided on the substrate a is not particularly limited, and one or more channels are provided. A can be appropriately disposed.

図13に示すように、流路Aは、微小粒子の分散溶媒が導入される導入流路A1と、この導入流路A1に連通する分岐流路A2及び分岐流路A3とを含んでいる。以下、この導入流路A1と分岐流路A2及び分岐流路A3の連通部を「流路分岐部」というものとする。 As shown in FIG. 13, the flow path A includes an introduction flow path A 1 into which a fine particle dispersion solvent is introduced, and a branch flow path A 2 and a branch flow path A 3 communicating with the introduction flow path A 1. Contains. Hereinafter, the communication part of the introduction flow path A 1 , the branch flow path A 2, and the branch flow path A 3 is referred to as a “flow path branch part”.

分岐流路A2及び分岐流路A3の一端には、微小粒子をプールするためのサンプル貯留部Ap2及びサンプル貯留部Ap3が設けられている。 At one end of the branch channel A 2 and the branch channel A 3, it is provided a sample reservoir Ap 2 and the sample reservoir Ap 3 for pooling microparticles.

さらに、流路Aは、微小粒子の分散溶媒を導入流路A1に導入するためのサンプル流路As1と、溶媒層流(シース流)を導入流路A1に導入するためのシース流路As2,As2とを備えている。サンプル流路As1から導入される微小粒子の分散溶媒は、2つのシース流路As2から導入される溶媒層流によって流路内の中央部に位置づけられた層流として導入流路A1に導入される。この際、微小粒子は、図に示すように、層流中に一定距離間隔で配列される。 Furthermore, the flow path A includes a sample flow path As 1 for introducing a fine particle dispersion solvent into the introduction flow path A 1 and a sheath flow for introducing a solvent laminar flow (sheath flow) into the introduction flow path A 1. Roads As 2 and As 2 are provided. The dispersion solvent of the microparticles introduced from the sample channel As 1 is introduced into the introduction channel A 1 as a laminar flow positioned in the center of the channel by the solvent laminar flow introduced from the two sheath channels As 2. be introduced. At this time, as shown in the figure, the fine particles are arranged at a constant distance in the laminar flow.

導入流路A1に一定距離間隔で配列された微小粒子は、図12中符号S2で示した測定レーザー光L2の走査線に対応する位置において、図13に示すように、測定レーザー光L2を照射される。図中、測定レーザー光L2が照射される微小粒子を、符号Tで示した。 As shown in FIG. 13, the fine particles arranged in the introduction flow path A 1 at a constant distance interval are measured laser light at a position corresponding to the scanning line of the measurement laser light L 2 indicated by reference numeral S 2 in FIG. the L 2 is irradiated. In the figure, the fine particles irradiated with the measurement laser light L 2 are indicated by the symbol T.

この測定レーザー光L2の照射によって、微小粒子Tから生じる測定対象光Rは、上述のように、光検出器45(図12参照)により検出され、電気信号へと変換された後、解析手段46へ出力される。そして、光変調部47は、解析手段46から出力される微小粒子Tを分取するか否かについての判定結果を受け、微小粒子Tを分取するべき場合には、レーザー光源41から放射される気泡発生レーザー光L1のレーザーパワーを制御して、分岐流路A2又は分岐流路A3の走査線S1に対応する位置(図中、符合b参照)において、分散溶媒中に気泡を発生させる。本図では、分岐流路A2に気泡を発生させた場合を示した。 As described above, the measurement target light R generated from the fine particles T by the irradiation of the measurement laser light L 2 is detected by the photodetector 45 (see FIG. 12) and converted into an electrical signal, and then the analysis means. 46 is output. The light modulation unit 47 receives the determination result as to whether or not the fine particles T output from the analyzing means 46 are to be sorted, and is emitted from the laser light source 41 when the fine particles T are to be sorted. In the position corresponding to the scanning line S 1 of the branch channel A 2 or the branch channel A 3 (see symbol b in the figure), the bubble power is generated in the dispersion solvent by controlling the laser power of the bubble generating laser beam L 1 . Is generated. In the figure, showing a case where bubbles are generated branch channel A 2.

液流制御装置4は、この気泡の発生によって分岐流路A2又は分岐流路A3に生じる流れ抵抗の増大に基づいて、流路分岐部における分散溶媒の送流方向を制御して、微量粒子Tの送流方向を制御し、微小粒子Tを分岐流路A2又は分岐流路A3のいずれかに選択的に導入し、サンプル貯留部Ap2又はサンプル貯留部Ap3のいずれかに貯留する。 The liquid flow control device 4 controls the flow direction of the dispersion solvent in the flow path branching portion based on the increase in flow resistance generated in the branch flow path A 2 or the branch flow path A 3 due to the generation of the bubbles, The flow direction of the particles T is controlled, and the microparticles T are selectively introduced into either the branch channel A 2 or the branch channel A 3 , and either the sample reservoir Ap 2 or the sample reservoir Ap 3 Store.

以下、図14及び図15に基づいて、気泡発生レーザー光L1により発生させた気泡により流路分岐部における分散溶媒の送流方向を制御する方法について、具体的に説明する。 Hereinafter, a method for controlling the flow direction of the dispersed solvent in the flow path branching section by using the bubbles generated by the bubble generation laser light L 1 will be specifically described with reference to FIGS.

図14は、解析手段46により微小粒子Tを分取すべきでないと判定された場合の流路分岐部における送流方向を示す図(上面図)である。   FIG. 14 is a diagram (top view) showing the flow direction in the flow path branching portion when it is determined by the analyzing means 46 that the fine particles T should not be sorted.

流路Aにおいて、導入流路A1内に導入された分散溶媒は、通常(分取を行わない)状態では、導入流路A1に対し直線上に連通する分岐流路A2へ送流される(図中、矢印F2参照)よう構成されている。 In the passage A, the dispersion solvent has been introduced into the introduction channel A 1 is normally (no fractionation) in the state, flows sent to introduction channel A 1 into the branch flow path A 2 which communicates on a straight line (in the figure, an arrow F 2 reference) are being configured.

従って、解析手段46により微小粒子Tを分取すべきでないと判定された場合には、気泡発生レーザー光L1によって、分岐流路A2及び分岐流路A3の走査線S1に対応する位置のいずれにも気泡を発生させないことにより、分散溶媒を分岐流路A2へ送流し、微小粒子Tをサンプル貯留部Ap2内に貯留する。 Therefore, when it is determined by the analyzing means 46 that the fine particles T should not be sorted, the bubble generation laser light L 1 corresponds to the scanning line S 1 of the branch channel A 2 and the branch channel A 3. By not generating bubbles in any of the positions, the dispersion solvent is sent to the branch flow path A 2 and the fine particles T are stored in the sample storage part Ap 2 .

図15には、解析手段46により微小粒子Tを分取すべきと判定された場合の流路分岐部における送流方向を示した。   FIG. 15 shows the flow direction in the flow path branching portion when the analyzing means 46 determines that the fine particles T should be sorted.

解析手段46により微小粒子Tを分取すべきと判定された場合には、気泡発生レーザー光L1によって、分岐流路A2の走査線S1に対応する位置(図中、符号bで示す範囲、以下「気泡発生範囲b」という)の分散溶媒中に気泡を発生させる。この気泡の発生によって、分岐流路A2内に圧力損失が発生し、分岐流路A2の流れ抵抗が増大することで、分岐流路A2の流れが一時的に滞留することとなり、導入流路A1から送流される分散溶媒は、分岐流路A3へ流れるようになる(図中、矢印F3参照)。これにより、微小粒子Tを含む分散溶媒を分岐流路A3に導入し、微小粒子Tをサンプル貯留部Ap3内に分取することが可能となる。 When it is determined by the analyzing means 46 that the fine particles T should be sorted, the position corresponding to the scanning line S 1 of the branch flow path A 2 (shown by the symbol b in the figure) is generated by the bubble generation laser light L 1 . Bubbles are generated in the dispersion solvent in the range, hereinafter referred to as “bubble generation range b”. The generation of the bubble, the pressure loss occurs in the branch channel A 2, that the flow resistance branch channel A 2 is increased, it becomes possible to flow the branch channel A 2 stagnates temporarily introduced The dispersion solvent sent from the channel A 1 flows to the branch channel A 3 (see arrow F 3 in the figure). Thus, by introducing a dispersion solvent containing fine particles T in the branch channel A 3, it is possible to retrieve the fine particles T in the sample reservoir Ap 3 min.

図16及び図17には、図15中走査線S1における分岐流路A2を含む基板aの断面図(A)と簡略上面図(B)、及び、U-U断面における気泡発生範囲b近傍の拡大断面図(C)を示す。図中符号S1は、気泡発生レーザー光L1の走査線を示す。 16 and 17 are a cross-sectional view (A) and a simplified top view (B) of the substrate a including the branch flow path A 2 in the scanning line S 1 in FIG. 15, and the vicinity of the bubble generation range b in the UU cross section. An enlarged sectional view (C) is shown. Reference sign S 1 in the figure indicates a scanning line of the bubble generation laser light L 1 .

図16に示すように、分岐流路A2の気泡発生範囲bには、その分散液体に臨む面(ここでは底面)に、気泡発生レーザー光L1が照射される蓄熱部a4を、その走査線S1に従ってパターン状に形成している。なお、蓄熱部a4の形成面及び素材等については先に説明したのと同様である。 As shown in FIG. 16, in the bubble generation range b of the branch channel A 2 , a heat storage part a 4 that is irradiated with the bubble generation laser light L 1 on the surface facing the dispersion liquid (here, the bottom surface) It is formed in a pattern in accordance with the scan lines S 1. Incidentally, the same as described above for forming surface and the material, etc. of the heat storage section a 4.

すなわち、蓄熱部a4の構成単位a41の大きさを、照射される気泡発生レーザー光L1のビーム強度が大きい走査線S1近傍の構成単位a41においては、その大きさ(面積)を小さく、逆に、ビーム強度が小さい走査線S1から遠い構成単位a41においては、大きさ(面積)を大きくし、構成単位a41の大きさ(面積)を、気泡発生レーザー光L1の走査線S1におけるビーム強度分布に反比例するかたちで形成している。 That is, the size of the structural units a 41 of the heat storage unit a 4, the bubble-generating laser beam L scanning lines S 1 constituent unit a 41 near the beam intensity is large 1 to be irradiated, the size (area) On the contrary, in the structural unit a 41 that is far from the scanning line S 1 where the beam intensity is small, the size (area) is increased, and the size (area) of the structural unit a 41 is set to the bubble generation laser light L 1 . It is formed in inverse proportion to the beam intensity distribution in the scanning line S 1 .

このように蓄熱部a4を構成することで、図9において説明したのと同様に、気泡発生レーザー光L1を走査して蓄熱部a4に照射した際に、蓄熱部a4を構成する各構成単位a41に等しい光エネルギーを付与し、等しい熱量を発生させることが可能となる。 By thus configuring the heat storage unit a 4, in the same manner as described in FIG. 9, when irradiated in the thermal storage unit a 4 scans the bubble-generating laser light L 1, which constitutes the heat storage unit a 4 It is possible to apply equal light energy to each structural unit a 41 and generate an equal amount of heat.

これにより、図17に示すように、各構成単位a41に接する分散溶媒を均一に加熱、気化させて、均一な大きさの気泡Bを多数発生させることが可能となる。この気泡により、分岐流路A2内に圧力損失が生じ、分岐流路A2の流れ抵抗を増大することで、上述の送流方向の制御が可能となる。 As a result, as shown in FIG. 17, it is possible to uniformly heat and vaporize the dispersion solvent in contact with each structural unit a 41 to generate a large number of bubbles B of uniform size. This bubble, the pressure loss in the branch flow path A within 2 occurs, by increasing the flow resistance branch channel A 2, it is possible to control the flow sending direction of the above.

ここで、再度図15に基づいて、気泡発生レーザー光L1によって気泡Bを発生させるタイミングについて説明する。 Here, based on FIG. 15 again, the timing at which the bubble B is generated by the bubble generation laser light L 1 will be described.

気泡発生レーザー光L1による気泡Bの発生は、走査線S2上を走査される測定レーザー光L2を照射された微小粒子Tが、流路分岐部に送流された時点において、適切なタイミングで行われる。この気泡発生レーザー光L1の照射タイミングの制御は、光変調部47(図12参照)による気泡発生レーザー光L1のレーザーパワーの制御によって実現される。 The generation of the bubble B by the bubble generation laser beam L 1 is appropriate when the microparticle T irradiated with the measurement laser beam L 2 scanned on the scanning line S 2 is sent to the flow path branching portion. It is done at the timing. The control of the irradiation timing of the bubble generating laser light L 1 is realized by controlling the laser power of the bubble generating laser light L 1 by the light modulating section 47 (see FIG. 12).

先に説明したように、流体制御装置4において、気泡発生レーザー光L及び測定レーザー光L2の走査は、走査部43(図12参照)により一体に行われるものである。そして、この走査は、極めて短い周期(例えば、30,000rpm)で行われるため、気泡発生レーザー光L1及び測定レーザー光L2は、走査線S2上において測定レーザー光L2を照射された微小粒子Tが流路分岐部に到達するまでの間に、それぞれ走査線S1及び走査線S2上を複数回走査されることとなる。光変調部47は、この気泡発生レーザー光L1が複数回走査される間の適切なタイミングにおいて、気泡発生レーザー光L1のレーザーパワーを上昇もしくはオフからオンに切換えることにより、分岐流路A2内の分散溶媒中に気泡Bを発生させ、微小粒子Tを分岐流路A3に導入する。 As previously described, the fluid control apparatus 4, the scanning of the bubble generating laser light L 1 and the measurement laser beam L 2 is intended to be performed together by the scanning unit 43 (see FIG. 12). Since this scanning is performed at an extremely short period (for example, 30,000 rpm), the bubble generation laser light L 1 and the measurement laser light L 2 are minutely irradiated with the measurement laser light L 2 on the scanning line S 2. The scanning line S 1 and the scanning line S 2 are each scanned a plurality of times before the particle T reaches the flow path branching portion. The light modulation unit 47 increases or switches the laser power of the bubble generation laser light L 1 from off to on at an appropriate timing while the bubble generation laser light L 1 is scanned a plurality of times. bubbles are generated B in the dispersion solvent in the 2, introducing the fine particles T in the branch channel a 3.

気泡の消失後は、分岐流路A2の流れ抵抗が減少し、分岐流路A2の流れの滞留が解消されるため、微小粒子の分散溶媒は、図14で説明したように、導入流路A1から分岐流路A2へ送流されるようになる(図14中、矢印F2参照)。これにより、導入流路A1内に一定間隔で配列された次の微小粒子が、測定レーザー光L1の走査線S1上に送流され、同様の手順により、分取が行われることとなる。 After the disappearance of the bubble, the flow resistance branch channel A 2 is reduced, because the retention of the flow branch channel A 2 is eliminated, dispersion solvent for the microparticles, as described in FIG. 14, the introducing flow It is sent from the path A 1 to the branch flow path A 2 (see arrow F 2 in FIG. 14). As a result, the next microparticles arranged at regular intervals in the introduction flow path A 1 are sent onto the scanning line S 1 of the measurement laser light L 1 and fractionation is performed by the same procedure. Become.

この際、分岐流路A2の分散溶媒中に発生させた気泡Bが、あまりに長時間にわたって維持されると、本来分岐流路A3に導入されるべきでない微小粒子までもがサンプル貯留部Ap3内に分取されてしまう可能性がある。 At this time, if the bubbles B generated in the dispersion solvent in the branch flow path A 2 are maintained for an excessively long time, even the microparticles that should not be introduced into the branch flow path A 3 are likely to be introduced into the sample reservoir Ap. There is a possibility that it will be sorted into 3 .

これは、気泡発生レーザー光L1の照射によって分散溶媒を気化させる際に、分散溶媒を過度に加熱することによって、大型の気泡が発生した場合に生じ易い。溶媒と空気では、熱伝達係数が空気の方が低く、大型の気泡では内部の熱が分散され難く、消失し難いためである。 This is because, when vaporizing the dispersion solvent by irradiation of the bubble generating laser light L 1, by heating unduly dispersion solvent, tends to occur when a bubble large occurs. This is because the heat transfer coefficient of the solvent and air is lower in air, and the internal heat is difficult to disperse and disappear in a large bubble.

従って、導入流路A1内に一定間隔で配列され送流されてくる微小粒子を高精度に分取するためには、気泡Bを適切な大きさとし、一の微小粒子を分岐流路A3に導入するために必要かつ十分な時間、分岐流路A2内の流れを滞留させることが必要となる。 Therefore, in order to sort out the fine particles arranged and sent at regular intervals in the introduction flow path A 1 with high accuracy, the bubble B is appropriately sized and one fine particle is divided into the branch flow path A 3. necessary and sufficient time for introduction into, it is necessary to stay the flow branch channel a 2.

このため、液流制御装置4では、上述の通り、分岐流路の気泡発生範囲bに形成する蓄熱部a4を、気泡発生レーザーL1の走査線S1におけるビーム強度分布に基づいて大きさを変化させた複数の構成単位a41により構成した。これにより、気泡発生範囲bに均一な大きさの気泡を多数発生させることが可能とされている。 Therefore, the liquid flow control device 4, as described above, the heat storage unit a 4 to form a bubble generation range b of the branch flow path, the size based on the beam intensity distribution in the scan lines S 1 of the bubble generating laser L 1 is It is composed of a plurality of structural units a 41 that are changed. Thereby, it is possible to generate a large number of bubbles having a uniform size in the bubble generation range b.

さらに、隣接する構成単位a41間の中心間距離を一定とし、各構成単位a41で発生する気泡Bが接触、融合することがないように構成している。各構成単位a41は等しい熱量を発生させ、均一な大きさの気泡Bを発生させるが、この場合においても、隣接する構成単位a41間で発生した気泡Bが融合すると、気泡Bが大型化してしまう可能性がある。各構成単位a41間の中心間距離を一定とし、各構成単位a41から発生する気泡Bが一定の間隔で配列されるようにしたことで、気泡Bの接触を防止して大型化を回避することが可能となる。 Further, the center distance between the structural units a 41 adjacent constant, bubbles B generated by each of the structural units a 41 contact, are configured so as not to fuse. Each structural unit a 41 generates an equal amount of heat and generates bubbles B of uniform size, but in this case as well, if the bubbles B generated between adjacent structural units a 41 merge, the bubbles B become larger. There is a possibility that. The center-to-center distance between the structural units a 41 is constant, and the bubbles B generated from the structural units a 41 are arranged at regular intervals, thereby preventing the bubbles B from contacting and increasing the size. It becomes possible to do.

このように、液流制御装置4では、気泡体積に対して溶媒との接触面積が大きいために廃熱性が良く、短時間で消失し得る小型の気泡を、多数形成させて分岐流路内の流れ抵抗を増大させることで、大型の気泡を単独で発生させる従来方法に比べ、流路分岐部における送流方向の制御をより柔軟に、高精度かつ高速に行うことが可能とされている。   As described above, in the liquid flow control device 4, since the contact area with the solvent is large with respect to the bubble volume, the waste heat property is good, and a large number of small bubbles that can disappear in a short time are formed. By increasing the flow resistance, it is possible to control the flow direction in the flow path branching section more flexibly, with high accuracy and at high speed, compared to the conventional method of generating large bubbles alone.

比較のため、図18には、従来技術に従い、蓄熱部a4を単一の連続した領域として構成した場合に発生する気泡Bを例示する。 For comparison, FIG. 18 illustrates a bubble B generated when the heat storage unit a 4 is configured as a single continuous region in accordance with the prior art.

なお、図13〜図15では、分岐流路を2つとして、微小粒子をその光学特性に応じて2つのポピュレーションに分別する場合を例に説明したが、二以上の分岐流路を設ける場合も当然に可能である。   In addition, in FIG. 13 to FIG. 15, the case where two branch channels are provided and the fine particles are separated into two populations according to the optical characteristics has been described as an example. However, when two or more branch channels are provided Is of course possible.

参考のため、図19には、3つの分岐流路を設けた流路Aを示す。   For reference, FIG. 19 shows a channel A provided with three branch channels.

図19に示す流路Aは、導入流路A1に連通する分岐流路として、分岐流路A2及び分岐流路A3に加え、分岐流路A4を備えている。そして、分岐流路A4の一端には、微小粒子をプールするためのサンプル貯留部Ap4が設けられている。 A channel A shown in FIG. 19 includes a branch channel A 4 as a branch channel communicating with the introduction channel A 1 in addition to the branch channel A 2 and the branch channel A 3 . Then, the one end of the branch channel A 4, the sample storage portion Ap 4 for pooling the fine particles are provided.

図19に示す流路Aにおいて、導入流路A1内に導入された微小粒子は、通常(分取を行わない)状態では、導入流路A1に対し直線上に連通する分岐流路A2へ送流される(図中、矢印F2参照)よう構成されている。 In the flow channel A shown in FIG. 19, the fine particles introduced into the introduction flow channel A 1 are in a straight line with respect to the introduction flow channel A 1 in a normal state (without sorting). (in the figure, an arrow F 2 references) feeding into 2 flows are configured.

従って、解析手段46により微小粒子Tを分取すべきでないと判定された場合には、気泡発生レーザー光L1によって、分岐流路A2、分岐流路A3及び分岐流路A4の走査線S1に対応する位置のいずれにも気泡を発生させないことにより、微小粒子Tは分岐流路A2へ導入され(矢印F2参照)、サンプル貯留部Ap2内に貯留される。 Accordingly, when it is determined by the analyzing means 46 that the fine particles T should not be sorted, the branch channel A 2 , the branch channel A 3, and the branch channel A 4 are scanned by the bubble generation laser light L 1 . by at any position corresponding to line S 1 is not generated bubbles, (see arrow F 2) fine particles T is introduced into the branch channel a 2, it is stored into the sample reservoir Ap 2.

これに対して、解析手段46により微小粒子Tを分取すべきと判定された場合には、気泡発生レーザー光L1によって、図18に示すように、分岐流路A2及び分岐流路A3の走査線S1に対応する位置(気泡発生範囲b)に気泡Bを発生させれば、微小粒子Tを分岐流路A4に導入し、サンプル貯留部Ap4内に分取することが可能となる(図中矢印F4参照)。 On the other hand, when it is determined by the analysis means 46 that the fine particles T should be sorted, the branch flow path A 2 and the branch flow path A are generated by the bubble generation laser light L 1 as shown in FIG. If the bubble B is generated at the position corresponding to the scanning line S 1 of 3 (bubble generation range b), the fine particles T can be introduced into the branch channel A 4 and sorted into the sample storage part Ap 4 . It can become (see the arrow in the figure F 4).

また、分岐流路A2及び分岐流路A4の(気泡発生範囲b)に気泡Bを発生させれば、微小粒子Tを分岐流路A3に導入し、サンプル貯留部Ap3内に分取することも可能である。 In addition, if bubbles B are generated in (the bubble generation range b) of the branch channel A 2 and the branch channel A 4 , the microparticles T are introduced into the branch channel A 3 and separated into the sample reservoir Ap 3 . It is also possible to take.

流体制御装置4によれば、短時間に消失する小型の気泡を多数発生させることで、このように3つ以上のポピュレーションに微小粒子を分別する場合においても、柔軟かつ高速に送流方向の制御を行うことが可能であり、高精度の分取を行うことができる。   According to the fluid control device 4, by generating a large number of small bubbles that disappear in a short time, even when fine particles are separated into three or more populations in this way, the flow direction can be flexibly and rapidly increased. Control can be performed, and high-precision sorting can be performed.

さらに図13〜図15及び図19では、流路Aの1つを模式的に拡大して説明したが、図12で説明した通り、基板a上には複数の流路Aが設けられ、気泡発生レーザー光L1及び測定レーザー光L2は、走査部43によって走査線S1及び走査線S2上を走査されることによって、全ての流路Aにおいて同時に上述したような微小粒子の光学測定と分取を行うものである。 Furthermore, in FIG. 13 to FIG. 15 and FIG. 19, one of the flow paths A is schematically enlarged and described. However, as described with reference to FIG. generating laser light L 1 and the measurement laser beam L 2, by being scanned on the scanning line S 1 and the scanning line S 2 by the scanning unit 43, an optical measurement of fine particles as described above at the same time in all of the flow paths a And sort.

本発明に係る基板は、化学的及び生物学的分析を行うためマイクロチップとして好適に用いられ、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサーなどに利用可能である。   The substrate according to the present invention is suitably used as a microchip for performing chemical and biological analyses, and can be used for, for example, an electrochemical detector for liquid chromatography or a small electrochemical sensor in a medical field. .

本発明に係る基板の第一実施形態を示す図である。It is a figure showing a first embodiment of a substrate concerning the present invention. 蓄熱部14の形成パターン例を示す図である。It is a figure which shows the example of a formation pattern of the thermal storage part. 蓄熱部14の形成パターン例を示す図である。It is a figure which shows the example of a formation pattern of the thermal storage part. 基板1を用いた液体制御を説明する図である。It is a figure explaining the liquid control using the board | substrate 1. FIG. 基板1を用いた液体制御を説明する図である。It is a figure explaining the liquid control using the board | substrate 1. FIG. 本発明に係る基板の第二実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd embodiment of the board | substrate which concerns on this invention. 基板2を用いた液体制御を説明する図である。It is a figure explaining the liquid control using the board | substrate 2. FIG. 本発明に係る基板の第三実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd embodiment of the board | substrate which concerns on this invention. 基板3の構成を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a substrate 3. 蓄熱部34の形成パターン例を示す図である。It is a figure which shows the example of a formation pattern of the thermal storage part. 蓄熱部34の形成パターン例を示す図である。It is a figure which shows the example of a formation pattern of the thermal storage part. 本発明に係る液流制御装置4の構成を説明する図である。It is a figure explaining the composition of liquid flow control device 4 concerning the present invention. 液流制御装置4における液流制御方法及び微小粒子分取方法を説明する図である。It is a figure explaining the liquid flow control method and the fine particle fractionation method in the liquid flow control apparatus. 解析手段46により微小粒子Tを分取すべきでないと判定された場合の流路分岐部における送流方向を示す図である。It is a figure which shows the flow direction in the flow-path branching part when it determines with the analysis means 46 not to fractionate the microparticle T. FIG. 解析手段46により微小粒子Tを分取すべきと判定された場合の流路分岐部における送流方向を示す図である。It is a figure which shows the flow direction in a flow-path branch part, when it determines with the analysis means 46 having to fractionate the microparticles T. 基板aの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the board | substrate a. 基板aを用いた液体制御を説明する図である。It is a figure explaining the liquid control using the board | substrate a. 従来技術による液体制御を説明する図(参考図)である。It is a figure (reference drawing) explaining the liquid control by a prior art. 3つの分岐流路を設けた流路Aにおける送流制御方法を説明する図である。It is a figure explaining the flow control method in the flow path A which provided three branch flow paths.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,a 基板
11,21,31 基板本体
12,22,32 基板蓋
13,23,33 反応領域
14,24,34 蓄熱部
141,241,341 構成単位
35, 導入流路
36 サンプル注入口
37 排出流路
38 サンプル排出口
4 流体制御装置
41,42 レーザー光源
411,412 コリメータレンズ
43 走査部
44 対物レンズ
45 光検出部
46 解析手段
47 光変調部
48 分光器
A 流路
A1 導入流路
A2,A3,A4 分岐流路
Ap2,Ap3,Ap4 サンプル貯留部
B 気泡
L1 レーザー光(気泡発生レーザー光)
L2 レーザー光(測定レーザー光)
R 検出対象光
T 微小粒子
1, 2, 3, a Substrate 11, 21, 31 Substrate body 12, 22, 32 Substrate lid 13, 23, 33 Reaction region 14, 24, 34 Heat storage unit 141, 241, 341 Structural unit 35, Introducing flow path 36 Sample Injection port 37 Discharge flow path 38 Sample discharge port 4 Fluid control devices 41 and 42 Laser light sources 411 and 412 Collimator lens 43 Scan unit 44 Objective lens 45 Light detection unit 46 Analyzing means 47 Light modulation unit 48 Spectrometer
A flow path
A 1 Introduction channel
A 2 , A 3 , A 4 branch flow path
Ap 2 , Ap 3 , Ap 4 sample reservoir
B bubbles
L 1 laser light (bubble generation laser light)
L 2 laser light (measurement laser light)
R Light to be detected
T fine particles

Claims (6)

液体を導入可能な領域が設けられた基板であって、
前記領域の前記液体に臨む面に、熱源としてのレーザー光の照射によって蓄熱され、前記液体を加熱し得る蓄熱部が、該蓄熱部におけるレーザー光の強度分布に基づいてパターン状に形成されていることを特徴とする基板。
A substrate provided with a region into which a liquid can be introduced,
The surface of the region facing the liquid is stored in a pattern based on the intensity distribution of the laser light in the heat storage unit, which stores heat by irradiation with laser light as a heat source and can heat the liquid. A substrate characterized by that.
前記蓄熱部のパターンを構成する構成単位が、その面積又は体積と前記レーザー光の強度分布とが反比例するように形成されていることを特徴とする請求項1記載の基板。   2. The substrate according to claim 1, wherein the structural unit constituting the pattern of the heat storage part is formed so that an area or volume thereof and an intensity distribution of the laser light are in inverse proportion. 前記蓄熱部は、前記液体の加熱によって該液体中に気泡を発生させることを特徴とする請求項2記載の基板。   The substrate according to claim 2, wherein the heat storage unit generates bubbles in the liquid by heating the liquid. 前記領域は、液体を導入可能な導入流路と、該導入流路に連通する複数の分岐流路と、からなり、
前記蓄熱部は前記分岐流路に形成されていることを特徴とする請求項3記載の基板。
The region comprises an introduction channel capable of introducing a liquid and a plurality of branch channels communicating with the introduction channel,
The substrate according to claim 3, wherein the heat storage unit is formed in the branch flow path.
前記蓄熱部によって前記分岐流路内の液体中に発生させた気泡によって、前記導入流路と前記分岐流路との分岐部における前記液体の送流方向を制御し得ることを特徴とする請求項4記載の基板。   The flow direction of the liquid in a branch portion between the introduction channel and the branch channel can be controlled by bubbles generated in the liquid in the branch channel by the heat storage unit. 4. The substrate according to 4. 液体を導入可能な領域が設けられた基板であって、前記領域の前記液体に臨む面に、熱源としてのレーザー光の照射によって蓄熱され、前記液体を加熱し得る蓄熱部が、該蓄熱部におけるレーザー光の強度分布に基づいてパターン状に形成された基板と、
前記蓄熱部に対し前記レーザー光を照射するレーザー照射部と、を備える液体制御装置。
A substrate provided with a region into which a liquid can be introduced, and a heat storage unit that stores heat by irradiating a laser beam as a heat source on a surface facing the liquid in the region and can heat the liquid, A substrate formed in a pattern based on the intensity distribution of the laser beam;
And a laser irradiation unit that irradiates the heat storage unit with the laser light.
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