JP2010185558A - Joint component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジョイント部品、特に、微少量の液体を送るための微細流路を備えた二つのマイクロ流体デバイスのそれぞれの流路を接続するためのジョイント部品に関する。 The present invention relates to a joint component, and more particularly to a joint component for connecting the respective flow paths of two microfluidic devices having a fine flow path for sending a small amount of liquid.
近年、バイオ検査や化学分析、創薬などの分野においては、マイクロ流体システムが少量の試薬や検体を用いて検査作業が可能である点で注目されている。マイクロ流体システムとは、シリコンやガラスなどの材料に微細流路を形成し、電鋳により型取りを行い、図9に示すマイクロチップ(検査用チップ)30を成形機で成形加工する。このマイクロチップ30の凹所31,32に予め検体や試薬を挿入し、マイクロポンプ10で駆動液を毎秒700ナノリットルという微量でマイクロチップ30に取り込むことで、試薬と検体を送液しつつマイクロチップ30の流路33内で混合して反応させ、センサで計測するシステムである。従来、広いスペースの実験室で行っていた反応検査を、50×70mm程度のマイクロチップ30上で行うことができる。
In recent years, in fields such as biotesting, chemical analysis, and drug discovery, microfluidic systems have attracted attention because they can perform testing using a small amount of reagents and specimens. In the microfluidic system, a fine flow path is formed in a material such as silicon or glass, the mold is formed by electroforming, and the microchip (inspection chip) 30 shown in FIG. 9 is formed by a molding machine. Samples and reagents are inserted in the
従来、マイクロポンプ10とマイクロチップ30を接続するのに、図10に示すように、それぞれの吐出口13及び流入口34に装着しやすいように弾性材からなるジョイント部品40を用いていた。マイクロチップ30では、検体と試薬が混合される比率が反応に重要な役割を果たす。この混合比率は、マイクロポンプ10から送液されるタイミングによって決定される。しかし、弾性材からなるジョイント部品40であると、送液タイミングの初期にジョイント部品40が圧力で膨らむことにより送液が遅延する不具合を生じ、想定した比率で検体と試薬が混合されず反応が起こらないあるいは不十分であるという問題点を生じていた。
Conventionally, to connect the
一方、従来では、強度の大きい材料からなるジョイント部品をマイクロポンプの吐出口やマイクロチップの流入口に接着剤で固定することも行われていた。しかし、接着剤を用いると、長時間での接着強度の維持、繰返し使用に対する信頼性に問題を有していた。またジョイント部品を流れる流体に接着剤が溶解するおそれを有していた。 On the other hand, conventionally, joint parts made of a material having high strength have been fixed to the discharge port of the micropump or the inlet of the microchip with an adhesive. However, when an adhesive is used, there are problems in maintaining adhesive strength over a long period of time and reliability for repeated use. Further, the adhesive may be dissolved in the fluid flowing through the joint component.
そこで、特許文献1には、高耐腐食性に優れたジョイント構造、その製造方法及びそれを用いたマイクロ流体装置が記載されている。このジョイント構造は、マイクロ流体デバイスの開孔口と外部チューブとを接続するものであって、流体の流れる内筒部分は弾性体からなり、その周囲に配設される強度材が、ねじ機構でマイクロ流体デバイスに固着される。このように固着されると、内筒部分の弾性体は狭圧される状態となる。しかし、このジョイント構造ではねじ機構を用いているため、装着、解除に手間がかかる。
Therefore,
そこで、本発明の目的は、簡単な構成からなり、必要な強度を有して送液の遅延などを生じることがなく、かつ、装着、解除が容易なジョイント部品を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a joint component that has a simple structure, has a required strength, does not cause a delay in liquid feeding, and is easy to mount and release.
以上の目的を達成するため、本発明の一形態であるジョイント部品は、
第1及び第2のマイクロ流体デバイスのそれぞれの流路を接続するための略筒状をなすジョイント部品において、
流体に接触する内筒部分が強度を有する部材で構成され、外筒部分であって少なくとも前記流路に接続される部分が弾性部材で構成されていること、
を特徴とする。
In order to achieve the above object, a joint component according to one aspect of the present invention is:
In a joint part having a substantially cylindrical shape for connecting the respective flow paths of the first and second microfluidic devices,
The inner cylinder part in contact with the fluid is composed of a member having strength, and the outer cylinder part and at least the part connected to the flow path is composed of an elastic member;
It is characterized by.
本発明によれば、内筒部分と外筒部分という簡単な構成からなり、流体に接触する内筒部分が強度部材で構成されているため、流体の脈動によって膨張や収縮を生じることがなく、精度のよい送液が可能となる。また、外筒部分は弾性部材で構成されているため、マイクロ流体デバイスの流路に容易に嵌め込むことができ、装着、解除が容易である。 According to the present invention, the inner cylinder part and the outer cylinder part have a simple configuration, and the inner cylinder part that is in contact with the fluid is composed of a strength member, so that expansion and contraction are not caused by the pulsation of the fluid, Accurate liquid feeding becomes possible. Moreover, since the outer cylinder part is comprised with the elastic member, it can be easily engage | inserted in the flow path of a microfluidic device, and attachment and cancellation | release are easy.
以下、本発明に係るジョイント部品の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the joint component according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(第1実施例、図1及び図2参照)
図1に本発明の第1実施例であるジョイント部品1Aを示し、図2にジョイント部品1Aを用いて接続したマイクロ流体デバイス(マイクロポンプ10とマイクロチップ30)を示す。マイクロポンプ10及びマイクロチップ30は図9及び図10に示した従来のものと同じ構成を有している。
(Refer to the first embodiment, FIGS. 1 and 2)
FIG. 1 shows a joint component 1A according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a microfluidic device (
マイクロチップ30の構成について若干補足すると、シリコン基板35の一面に凹所32などを含む微細流路33を形成し、該流路33はガラス基板36で覆われている。マイクロポンプ10は導入部12から導入された駆動液を圧電素子29によって駆動して吐出口13から毎秒700ナノリットル程度を一定の周期で吐出する。なお、マイクロポンプ10の動作原理に関しては図7及び図8を参照して以下に説明する。
If the configuration of the
ジョイント部品1Aは、マイクロポンプ10の吐出口13とマイクロチップ30の流入口34との間を接続するものであり、駆動液に接触する内筒部分2が強度を有する部材(例えば、ヤング率3900MPaのPEEK樹脂)で構成され、外筒部分5が弾性部材(例えば、ヤング率4MPaのシリコンゴム)で構成されている。内筒部分2の上下部は外筒部分5から露出して外筒部分5と同じ径のフランジ部3a,3bを有している。外筒部分5は上下部に外方に突出する二つのフランジ部6a,6bを有している。
The joint component 1A connects between the
以上の構成からなるジョイント部品1Aは、下部をマイクロポンプ10の吐出口13に圧入し、上部をマイクロチップ30の流入口34に圧入することにより装着される。マイクロポンプ10から送液される駆動液は吐出口13からジョイント部品1Aの内筒部分2を流れてマイクロチップ30の流入口34から流路33に供給される。
The
このようなジョイント部品1Aにあっては、駆動液に接触する内筒部分2が強度部材で構成されているため、駆動液の脈動によって膨張や収縮を生じることがなく、精度のよい送液が可能となる。また、外筒部分5は弾性部材で構成されているため、吐出口13及び流入口34に容易に嵌め込むことができ、装着、解除が容易である。さらに、弾性部材で構成された外筒部分5は吐出口13や流入口34に密着するため、液漏れを防止することができる。
In such a joint component 1A, since the
また、外筒部分5に形成したフランジ部6a,6bは装着時の位置決め機能を有している。さらに、外筒部分5よりも内筒部分2のほうが長い寸法を有しているので、駆動液が接触する流路の全長にわたって剛性を保持することができる。
Moreover, the
なお、外筒部分5のヤング率は0.6〜4MPaが好ましく、内筒部分2のヤング率は30MPa以上であることが好ましい。
In addition, the Young's modulus of the
(第2実施例、図3及び図4参照)
図3に本発明の第2実施例であるジョイント部品1Bを示し、図4にジョイント部品1Bを用いて接続したマイクロ流体デバイス(マイクロポンプ10とマイクロチップ30)を示す。このジョイント部品1Bにおいて、内筒部分2は前記第1実施例と同じ構成を有し、外筒部分5には大径の膨出部7が形成されている。
(Refer to the second embodiment, FIGS. 3 and 4)
FIG. 3 shows a
ジョイント部品1Bの使用方法は前記第1実施例と同様であり、その作用効果も第1実施例と同様である。装着時の位置決めは、外筒部分5に形成した膨出部7によって行われる。
The method of using the
(第3実施例、図5及び図6参照)
図5に本発明の第3実施例であるジョイント部品1Cを示し、図6にジョイント部品1Cを用いて接続したマイクロ流体デバイス(マイクロポンプ10とマイクロチップ30)を示す。このジョイント部品1Cにおいて、内筒部分2は単純な筒形であり、外筒部分5には上下部にテーパ部8a,8bが形成されている。
(Refer to the third embodiment, FIGS. 5 and 6)
FIG. 5 shows a joint component 1C according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a microfluidic device (
このジョイント部品1Cは外筒部分5に形成したテーパ部8a,8bをマイクロポンプ10の吐出口13及びマイクロチップ30の流入口34に圧入することにより装着される。それゆえ、吐出口13及び流入口34にはテーパ部8a,8bに対応したテーパ部が形成されている。本第3実施例での作用効果は前記第1実施例と同様である。特に、本第3実施例では、外筒部分5と内筒部分2を接着しないでおくと、いずれかが腐食や破損した場合であっても、新たな外筒部分5又は内筒部分2と交換することができる。
The joint component 1C is mounted by press-fitting the tapered portions 8a and 8b formed in the
(マイクロポンプの基本構成と動作原理、図7及び図8参照)
ここで、マイクロポンプ10の基本構成とその動作原理について図7及び図8を参照して説明する。
(Refer to Fig.7 and Fig.8)
Here, the basic configuration of the
マイクロポンプ10は、ガラスなどからなる基板11とシリコンなどからなる基板20とを接合して構成されている。基板20にはエッチングによってチャンバ21、絞り流路22,23が形成されている。絞り流路22は絞り流路23よりも流路長が短い。チャンバ21の裏面にはアクチュエータとしての圧電素子29が貼り付けられており、チャンバ21を構成する薄膜部分がダイヤフラムとして機能する。
The
具体的な寸法の一例を示すと、基板20の厚さは200μm、チャンバ21を構成する薄膜ダイヤフラムの厚さは30μm、絞り流路22,23の隙間は25μmである。
As an example of specific dimensions, the thickness of the
このマイクロポンプ10は、概念的には、チャンバ21の両端部にそれぞれ流路抵抗が差圧に応じて変化する絞り流路22,23を有し、絞り流路22の流路抵抗の変化の割合は絞り流路23の流路抵抗の変化の割合よりも大きく、圧電素子29によってチャンバ21内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも短い第1のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路22から絞り流路23に向かって送液する(順方向送液、図7参照)。また、圧電素子29によってチャンバ21内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも長い第2のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路23から絞り流路22に向かって送液する(逆方向送液、図8参照)。
Conceptually, the
具体的には、図7は順方向の送液状態(第1のパターン)を示し、(A)に示す波形の電圧を圧電素子29に印加することにより、チャンバ21内の液体を速く加圧すると、絞り流路22では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体はチャンバ21から絞り流路23を通じて排出される。そして、チャンバ21内の液体を遅く減圧することにより、流路抵抗が小さい絞り流路22を通じて液体がチャンバ21内に導入される。
Specifically, FIG. 7 shows a forward liquid supply state (first pattern), and the liquid in the
図8は逆方向の送液状態(第2のパターン)を示し、(A)に示す波形の電圧を圧電素子29に印加することにより、チャンバ21内の液体を遅く加圧すると、流路抵抗が小さい絞り流路22を通じて液体がチャンバ21から排出される。そして、チャンバ21内の液体を速く減圧することにより、絞り流路22では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体は絞り流路23を通じてチャンバ21内に導入される。
FIG. 8 shows the liquid feeding state in the reverse direction (second pattern). When the voltage in the waveform shown in FIG. 8A is applied to the
(他の実施例)
なお、本発明に係るジョイント部品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ことは勿論である。
(Other examples)
It should be noted that the joint component according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified within the scope of the gist thereof.
特に、ジョイント部品によって接続されるマイクロ流体デバイスはマイクロポンプとマイクロチップに限定するものではなく、例えば、マイクロチップどうしを接続するものであってもよい。また、マイクロポンプは、必ずしも圧電素子を駆動源とするものである必要はなく、その細部の構造や形状は任意である。 In particular, the microfluidic device connected by the joint component is not limited to the micropump and the microchip, and for example, the microfluidic device may connect the microchips. In addition, the micropump does not necessarily have to be driven by a piezoelectric element, and the detailed structure and shape are arbitrary.
以上のように、本発明は、二つのマイクロ流体デバイスのジョイント部品に有用であり、特に、必要な強度を有して送液の遅延などを生じることなく、かつ、装着,解除が容易な点で優れている。 As described above, the present invention is useful for joint parts of two microfluidic devices. In particular, the present invention has a necessary strength, does not cause a delay in liquid feeding, and is easy to mount and release. Is excellent.
1A,1B,1C…ジョイント部品
2…内筒部分
5…外筒部分
10…マイクロポンプ
13…吐出口
30…マイクロチップ
34…流入口
DESCRIPTION OF
Claims (4)
流体に接触する内筒部分が強度を有する部材で構成され、外筒部分であって少なくとも前記流路に接続される部分が弾性部材で構成されていること、
を特徴とするジョイント部品。 In a joint part having a substantially cylindrical shape for connecting the respective flow paths of the first and second microfluidic devices,
The inner cylinder part in contact with the fluid is composed of a member having strength, and the outer cylinder part and at least the part connected to the flow path is composed of an elastic member;
Joint parts characterized by
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