JP2009229208A - マイクロチップ - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で精密な定量送液を実現できるマイクロチップを得る。
【解決手段】ベース材に形成した微細流路を流れる液体の流量を検出する流量検出回路40と、加熱抵抗37によって微細流路を流れる液体の温度を変化させて送液量を一定にする定流量制御回路45とを備えたマイクロチップ。液温参照抵抗35、流量検出抵抗36及び加熱抵抗37は、微細流路を覆うフィルム上に設けられている。
【選択図】図4
【解決手段】ベース材に形成した微細流路を流れる液体の流量を検出する流量検出回路40と、加熱抵抗37によって微細流路を流れる液体の温度を変化させて送液量を一定にする定流量制御回路45とを備えたマイクロチップ。液温参照抵抗35、流量検出抵抗36及び加熱抵抗37は、微細流路を覆うフィルム上に設けられている。
【選択図】図4
Description
本発明は、マイクロチップ、特に、遺伝子検査システムや微少量での化学分析・合成システムなどで使用されるマイクロチップに関する。
一般に、遺伝子検査システムにおいて、検体と試薬などを混合して遺伝子を検出するために使用されるマイクロチップは、微細な流路が形成され、かつ、微量な検体と試薬との化学反応を取り扱うため、それらの流路を流れる液体の流量を厳密に管理する必要がある。
従来、マイクロチップに試薬や検体などの液体を送液する手段としては、特許文献1に記載されている圧電素子を駆動源とするマイクロポンプや、注射器式のポンプ、バイモルフを駆動源とするポンプなど様々な方式が知られている。これらのポンプでの送液は脈動するという特性を有し、液体の精密な流量を確保することが極めて困難であった。特許文献1に記載のマイクロポンプは、比較的精密な送液が可能であるが、微細流体内の空気量や流路抵抗のばらつきなどにより、厳密には一定量での送液が困難である。また、液体の到達位置により流路抵抗が分布定数回路的に増加し、次第に流量が低下するという問題点も有している。
液体の流量調整には、特許文献2に記載されているように、弁を用いて、流量センサとモータによって流量フィードバック制御を行うことが一般的である。しかし、微細流路が形成されているマイクロチップでは、このような弁を用いたフィードバック制御を使用することはできない。
特許第3629405号公報
特開平6−50444号公報
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で精密な定量送液を実現できるマイクロチップを提供することにある。
以上の目的を達成するため、本発明に係るマイクロチップは、
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
微細流路を流れる液体の流量は、概ね液体の温度に応じて変化する。即ち、温度が上昇するに伴って流路抵抗が低下して流量が増加する。本発明に係るマイクロチップによれば、微細流路を流れる液体の流量を流量測定手段によって測定し、流量測定手段からの出力が一定になるように液体温度変更手段の出力を変化させるため、微細流路を流れる液体の流量を一定に保つことができる。
本発明に係るマイクロチップにおいて、流量測定手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出するものであってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出するものであることが好ましい。
また、液体温度変更手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることが好ましい。
以下、本発明に係るマイクロチップの実施例について、添付図面を参照して説明する。
(マイクロチップの全体構成)
図1は、本発明の一実施例であるマイクロチップ10の平面図であり、液体の入口部21及び出口部22の間に微細流路23(幅約200μm、深さ約100μm)が形成されており、該微細流路23の途中には、検体を入れる検体部24、第1〜第4の試薬を入れる試薬部25a〜25d、検体と試薬の混合部26、遺伝子の増幅部27、遺伝子の検出部28が、それぞれ凹部として形成されている。
図1は、本発明の一実施例であるマイクロチップ10の平面図であり、液体の入口部21及び出口部22の間に微細流路23(幅約200μm、深さ約100μm)が形成されており、該微細流路23の途中には、検体を入れる検体部24、第1〜第4の試薬を入れる試薬部25a〜25d、検体と試薬の混合部26、遺伝子の増幅部27、遺伝子の検出部28が、それぞれ凹部として形成されている。
このマイクロチップ10は、図2(B)に示すように、ポリプロピレンなどからなるベース材11に微細流路23及び前記各種凹部を形成し、ベース材11はポリイミドなどからなるカバー材12にて全体的に覆われている。また、入口部21は図示しない送液ポンプの吐出口が接続され、脱気純水に防腐処理などを施した液体(駆動液)が送り込まれる。送液ポンプとしては、特許文献1に記載されたマイクロポンプを好適に使用することができる。
送液ポンプにより入口部21に供給された液体は、微細流路23を流れ、検体部24で検体を取り込むとともに試薬部25a〜25dで試薬を取り込む。検体と試薬とは混合部26で混合され、遺伝子は増幅部27で増幅され、検出部28で検出される。その後、液体は出口部22から排出される。
(流量測定手段及び液体温度変更手段)
前記入口部21に近接した微細流路23には、流量測定領域31及び液体温度変更領域32が設けられている。この領域31,32は、図2(A),(B)に示すように、ポリイミドなどからなるフィルム13にて覆われ、該フィルム13上には液温参照抵抗35、流量検出抵抗36、加熱抵抗37が形成されている。また、液体温度変更領域32に対応する微細流路23はより狭い流路部分23aとされている。
前記入口部21に近接した微細流路23には、流量測定領域31及び液体温度変更領域32が設けられている。この領域31,32は、図2(A),(B)に示すように、ポリイミドなどからなるフィルム13にて覆われ、該フィルム13上には液温参照抵抗35、流量検出抵抗36、加熱抵抗37が形成されている。また、液体温度変更領域32に対応する微細流路23はより狭い流路部分23aとされている。
詳しくは、図3に示すように、ポリイミドフィルム13上に、液温参照抵抗35として白金抵抗体からなる電極パターン、流量検出抵抗36として白金抵抗体からなる電極パターン及び加熱抵抗37として白金抵抗体からなる電極パターンが、それぞれ、スパッタ法などでミアンダ状に微細に形成され、かつ、接続用電極35a,35b,36a,36b,37a,37bを備えている。
図4に示すように、液温参照抵抗35と流量検出抵抗36とはコンパレータ41の入力部に接続され、流量検出回路40を構成している。この流量検出回路40は、さらに、接地された抵抗42,43を備え、コンパレータ41の出力は抵抗35,36に帰還されている。液温参照抵抗35は約10〜20kΩ、流量検出抵抗36は約100〜200Ωである。
加熱抵抗37はコンパレータ46と基準電圧V2を発生する電源47とで定流量制御回路45を構成している。前記流量検出回路40の出力と電源47はコンパレータ46の入力部に接続され、加熱抵抗37はコンパレータ46の出力部に接続されている。
ところで、微細流路23を流れる液体の温度と流路抵抗とは、図5に示す関係にあり、液体の温度が高くなると流路抵抗は低くなり、逆に、液体の温度が低くなると流路抵抗は高くなる。
コンパレータ41は流量測定領域31を流れる液体の流速に応じた電圧V1を出力し、この流量検出電圧V1と基準電圧V2とがコンパレータ46で比較され、加熱抵抗37への供給電圧が変化する。詳しくは、流量が基準流量よりも少ない場合(V1<V2)、コンパレータ46の出力が大きくなって加熱抵抗37が所定量発熱し、液体温度変更領域32において液体の温度を高める。この結果、流量が増加する。一方、流量が基準流量よりも多い場合は(V1>V2)、コンパレータ46の出力が小さくなって加熱抵抗37の発熱が停止される。この結果、流量が低下する。即ち、定流量制御回路45は流量検出電圧V1と基準電圧V2とが等しくなるように作動し、これにて微細流路23を流れる液体の流量が一定に保たれることになる。
(他の実施例)
なお、本発明に係るマイクロチップは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
なお、本発明に係るマイクロチップは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
特に、ベース材11に形成された微細流路23、検体部24や試薬部25a〜25dなどの凹部の位置、形状は任意であり、また、送液手段としてのポンプは種々のものを用いることができる。また、流量測定手段は白金抵抗体以外の感熱抵抗体であってもよい。さらに、液体温度変更手段は白金抵抗体以外のヒータであってもよく、あるいは、ペルチェ素子などの吸熱体であってもよい。
10…マイクロチップ
23…微細流路
31…流量測定領域
32…液体温度変更領域
35…液温参照抵抗
36…流量検出抵抗
37…加熱抵抗
40…流量検出回路
45…定流量制御回路
23…微細流路
31…流量測定領域
32…液体温度変更領域
35…液温参照抵抗
36…流量検出抵抗
37…加熱抵抗
40…流量検出回路
45…定流量制御回路
Claims (5)
- 液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロチップ。 - 前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップ。
- 前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップ。
- 前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマイクロチップ。
- 前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマイクロチップ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008074268A JP2009229208A (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | マイクロチップ |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2008074268A JP2009229208A (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | マイクロチップ |
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JP2009229208A true JP2009229208A (ja) | 2009-10-08 |
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ID=41244787
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JP2008074268A Pending JP2009229208A (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | マイクロチップ |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112649106A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-13 | 西安翔腾微电子科技有限公司 | 一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法 |
-
2008
- 2008-03-21 JP JP2008074268A patent/JP2009229208A/ja active Pending
Cited By (2)
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CN112649106A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-13 | 西安翔腾微电子科技有限公司 | 一种新型的单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法 |
CN112649106B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-08-04 | 西安翔腾微电子科技有限公司 | 一种单芯片化铂电阻信号调理电路及调理方法 |
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