JP2011163939A

JP2011163939A - マイクロ流路デバイス

Info

Publication number: JP2011163939A
Application number: JP2010027253A
Authority: JP
Inventors: Susumu Saito; 晋齋藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】本発明の目的は、マイクロ流路デバイスの流路内へ気泡の混入を防ぐことが可能となるマイクロ流路デバイスを提供することである。
【解決手段】本発明のマイクロ流路デバイスは、マイクロ流路デバイスの流路内への液体の供給部にあって、脱気装置として、筒状若しくは箱状の液体貯留部からなり、本体への液体導入路に液体を導入する導入管と、下部に液体を導出する導出管とを有する液体導入部を持ち、導入管を通す液体中に混在する気泡を捕捉し、導入部よりも下流のマイクロデバイス流路内に該気泡が流入することを防ぐことを特徴とする。

【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流路デバイスに用いる脱気装置に関する。

最近はマイクロリアクターやマイクロアナリシスシステムと呼ばれる微細加工技術を利用した化学反応や分離システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロ流路を持つマイクロ流路チップ上で行う核酸、タンパク質、糖鎖などの分析や合成、微量化学物質の迅速分析、医薬品・薬物のハイスループットスクリーニングへの応用が期待されている。このようなシステムのマイクロ化の利点としては、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。また、体積に対する表面積の比率が向上することにより、熱移動・物質移動の高速化が実現でき、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制が期待される。

マイクロ流路内の基板上で保持した細胞の化学反応を観察あるいは測定する試みは、操作の簡便化・自動化による分析時間の短縮などのメリットをもたらすと期待され、近年盛んに行われてきている。マイクロチップを利用したシステムの利点としては、サンプルや試薬の使用量あるいは廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられている。実際にこのような利点を活かし、流路壁面に細胞を付着させたマイクロチップを用いて細胞の機能や応答を評価する研究もなされている。（例えば、非特許文献１及び非特許文献２、特許文献１参照。）

特開２００３−２９４７４１号公報

Analytical Chemistry 2005:77,p.2125-2131 Analytical Chemistry 2005:77,p.667-672

しかしながら、従来のマイクロ流路デバイスでは、流路に試料溶液を導入する管を接合する場合や、試料溶液の交換中に試料液を入口から離してしまった場合に、入口付近の表面張力の影響による気泡が混入する可能性があり、混入する気泡が流路内の細胞に対し物理的な刺激を与え、細胞と基板との接着や、細胞間の接着を破壊する問題点が発生する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、マイクロ流路デバイスの流路内へ気泡の混入を防ぐことが可能となるマイクロ流路デバイスを提供することである。

このような目的は、下記（１）〜（６）の本発明により達成される。
（１）内部にマイクロ流路が形成された基板と、前記マイクロ流路に連通して液体を供給する供給部とを有するデバイス本体と、前記デバイス本体の供給部の上流側に脱気装置が設置されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
（２）前記脱気装置は、液状体を外部から導入する導入部と、外部から導入した液状体を貯留する貯留部と、貯留している液状体をマイクロ流路に導出する導出部とを有するものである（１）に記載のマイクロ流路デバイス。
（３）前記貯留部は、下流側に向けて横断面積が漸減するものである（２）に記載のマイクロ流路デバイス。
（４）前記貯留部は、円筒状であり、導出部側に向かって径が縮径する縮径部を有しているものである（２）または（３）に記載のマイクロ流路デバイス。
（５）前記貯留部は、気液分離室として機能するものである（２）ないし（４）のいずれかに記載のマイクロ流路デバイス。
（６）前記導入部は、液体を滴下する導入管を有し、該導入管の先端が、前記貯留部に貯留される液体の液面より高くなっているものである（２）ないし（５）いずれかに記載のマイクロ流路デバイス。

本発明によれば、流路内への気泡の混入を防ぐことが可能となるマイクロ流路デバイスを提供することができる。また、上述したようなマイクロ流路デバイスを用いることで気泡の混入を防ぐ分析装置を提供することができる。

マイクロ流路デバイスに取り付けた脱気装置の垂直方向断面図

以下、本発明のマイクロ流路デバイスの脱気装置について説明する。
本発明のマイクロ流路デバイスは、マイクロ流路デバイスの流路内への液体の供給部にあって、筒状若しくは箱状の液体貯留部からなり、液体貯留部への液体導入路に液体を導入する導入管と、下部に液体を導出する導出管とを有する液体導入部を持ち、導入管を通す液体中に混在する気泡を捕捉し、導出部よりも下流のマイクロデバイス流路内に該気泡が流入することを防ぐことを特徴とする脱気装置に関するものである。
また、本発明の分析装置は、上記に記載のマイクロ流路デバイスを備えることを特徴とする。

（脱気装置）
まず、本発明の脱気装置について、好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、脱気装置の断面図である。本発明の脱気装置は、液体を溜める液体貯留部からなり、上部には液体貯留部を蓋する栓と、液体を導入する導入管とからなる内外連通する流体の導入部を有し、また、底部には筒状部とマイクロ流路とを連通し液体をマイクロ流路デバイスに供給する導出管を有する。前記、液体貯留部と、導出部、マイクロ流路デバイスは、個々にパーツを作製し組み合わせても、また、一体的に成形しても良い。

(液体貯留部)
図１に示すように、脱気装置には、液体を溜めることのできる液体貯留部が形成されている。液体貯留部の直径は、特に限定されないが、直径３〜８mmが好ましく、特に４〜６mmが好ましい。また、ウェル形状の深さは、特に限定されないが、３〜１０mmが好ましく、特に６〜８mmが好ましい。これにより、気泡除去を行う際に必要な液体を十分に溜めることができる。さらに液体を交換する際に、短時間で液体貯留部内の液体を交換することができる。

液体貯留部の下部は、導出部側に向かって径が縮径する縮径部が設けられ導出管につながっている。この縮径部の角度は３０〜６０°の範囲が好ましく、特に４０〜５０°の範囲が好ましい。これにより、液体を交換する際に、残留する液体が液体貯留部に滞留することなく交換することができる。

液体貯留部の厚みは、特には限定されないが、０．７５ｍｍ〜２ｍｍが好ましく、特に１ｍｍ〜１．５mmが好ましい。これにより、プラスチック射出成形によって容易に成形を行うことができる。

このような液体貯留部を構成する樹脂としては、例えばポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィン等が挙げられる。これらの中でも、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィン、ポリスチレンが好ましい。これにより、金型成形における転写性（金型の形状の樹脂基板への反映され易さ）、離型性等の成形性および透明性に優れる。液体貯留部が透明性に優れると、液の流れを可視化することができる。

(導入管)
図１に示すように、前記筒状部の上部に液体を導入するための導入管を有している。この導入管により、脱気装置へ試料溶液、緩衝液の導入を行うことができる。この導入管の形状としては、例えば円形状や矩形状が挙げられるが、これに限定されない。この導入管に、分注装置、ポンプ、溶液タンクと連結する送液チューブやパイプを接続し、その送液チューブやパイプを介して、試料溶液、緩衝液に導入する。なお、導入管は液体用コネクターを用いることができる。

導入管の大きさは、液体貯留部の直径より十分に小さい範囲が好ましく、例えば直径０．５ｍｍ〜２ｍｍの円形状が好ましく、特に直径１ｍｍ〜１．５ｍｍの円形状が好ましい。また、導入管の外形形状は、ハンドリング、分析しやすい形状であればどのような形状であってもよい。例えば、L字コネクタ形状、I字コネクタ形状などが挙げられる。これにより、筒状体への溶液を導入することが容易となる。

(栓)
図１に示すように、脱気装置は、前記液体貯留部の上部に導入管を固定し、筒状体を密閉可能な栓を有している。栓は、導入管を貫通することのできる形状であって、その材質から容易に変形することができる。本実施形態では、異なる径の円柱を２段組み合わせたもので、断面形状が凸形状であり、その中心に導入管を貫通する孔を有している。また、上面から液体貯留部に挿入される下面に向かって縮径する円錐台形状のものを上下逆にした形状の栓も使用することができる。

このような栓を構成する材質としては、例えばシリコンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレン系ゴム、ポリエチレンテレフタレート系ゴム、ウレタンゴムの内のいずれかの単体、若しくはこれら二種以上の複合材料を用いることができる。これらの中でも、シリコンゴムが好ましい。これにより、導入管を栓に嵌め込み液体導入部を構成し、さらに液体貯留部に栓を嵌めることにより、液体貯留部内部を密閉することができる。

(導出管)
図１に示すように、前記液体貯留部の下部から導出管がつながっており、マイクロ流路デバイス内のマイクロ流路に連結されている。この導出管により、マイクロ流路へ試料溶液、緩衝液、細胞の導入を行うことができる。この導出管の形状としては、例えば円形状や矩形状が挙げられるが、これに限定されない。

導出管の大きさは、液体貯留部の直径より十分に小さい範囲が好ましく、例えば直径０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの円形状が好ましく、特に直径０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの円形状が好ましい。これにより、残留する液体が液体貯留部内に滞留することなく交換することができる。

（一体成形）
このような脱気装置の導出管、液体貯留部、さらにマイクロ流路は、例えば射出成形やプレス成形等の方法で作製することができる。特に、量産性の観点から射出成形で作製することが好ましい。具体的な射出成形の条件は、使用する樹脂によって異なるが、例えば射出シリンダー温度１２０〜３００℃、金型温度４０〜１２０℃、射出速度５０〜１５０ｍｍ／秒、保圧４０〜１００ＭＰａの条件で安定に射出成形を行うことができる。

本発明に係るマイクロ流路デバイスについて説明した。以下、気泡除去方法について説明する。

マイクロ流路デバイスへ必要な溶液を脱気装置へ分注し、マイクロ流路を通じた反対側より吸引することにより、分注した溶液をマイクロ流路内に満たす。さらに液体を脱気装置に分注し、液体貯留部の半部まで満たし、縮径部とマイクロ流路内には溶液が満たされた状態となる。

液が満たされた液体貯留部に栓を嵌めこみ、さらに栓にあけられた孔へ導入管を挿入し、接続する。さらに導入管に、予め必要な溶液に満たした送液チューブを接続し、このチューブの反対側の末端には、溶液タンクに接続されている。

前記の操作の結果、マイクロ流路は液体導入部を介して溶液タンクに連結することができた。このとき、マイクロ流路の反対側より吸引することにより、マイクロ流路内の流体を流すことができ、溶液導入部のウェル形状部内が陰圧となり、送液チューブを通じて溶液タンク内の溶液を順次流し続けることができる。

マイクロ流路に流す溶液を変更する際には、外部の溶液タンクに接続する送液チューブを流したい別の溶液タンクに移動することにより、変更することができる。この際に、送液チューブの外部溶液タンク側の末端より気泡が混入する場合があるが、前期溶液導入部の構造により、マイクロ流路デバイスの流路内への気泡が混入することを避けることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（マイクロ流路チップ用部品の製造）
射出成形機でポリオレフィン樹脂（日本ゼオン社製）による樹脂材料を用いて、射出成形及び切削加工によって図１に示す構造の液体導入部及びマイクロ流路デバイス構造を作製した。各部寸法を表1に示す。栓はテドラーバッグ用シリコン栓(サンプラテック)に穴加工を施した。導入管はＬ字チューブコネクタ(アズワン管直径φ１．５ｍｍ)を用いた。

表1 脱気装置各部の寸法

マイクロ流路デバイスへ必要な溶液を、ウェルへ分注し、マイクロ流路を通じた反対側より吸引することにより、分注した溶液をマイクロ流路内に満たす。さらに液体を液体貯留部内に分注し、ウェルの半部まで満たす。この状態で、ウェルとマイクロ流路内には溶液が満たされた状態となる。

このとき導入管が接続された栓を液体貯留部に嵌め込むことにより、ウェル形状を密閉する。さらに導入管に溶液を導入するための送液チューブを接続する。このチューブの反対側の末端には、溶液タンクに接続されている。

マイクロ流路の反対側より吸引することにより、マイクロ流路内の流体を流すことができ、溶液導入部内が陰圧となり、送液チューブを通じて溶液タンク内の溶液を順次流し続けることができる。

マイクロ流路に流す溶液を変更する際には、溶液タンクに接続する送液チューブを流したい溶液タンクに接続することにより、変更することができる。この際に、溶液タンク側の送液チューブ末端より気泡が混入する場合があるが、前期溶液導入部の構造により、マイクロ流路デバイスの流路内への気泡が混入することを避けることができた。

１マイクロ流路デバイス
２マイクロ流路
３脱気装置
４液体導入部
５液体貯留部
６導入管
７栓
８導出管
９送液チューブ

本発明を利用することにより、簡単でかつ安価にマイクロ流路内への気泡の購入を防ぐことが可能となるマイクロ流路デバイスを提供することができる。また、本発明のマイクロ流路チップは、微小空間を用いた分析等に使用されるラボ・オン・ア・チップ（Ｌａｂ―ｏｎ―ａ―ｃｈｉｐ）等に使用できる。

Claims

内部にマイクロ流路が形成された基板と、前記マイクロ流路に連通して液体を供給する供給部とを有するデバイス本体と、
前記デバイス本体の供給部の上流側に脱気装置が設置されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
前記脱気装置は、液状体を外部から導入する導入部と、外部から導入した液状体を貯留する貯留部と、貯留している液状体をマイクロ流路に導出する導出部とを有するものである請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。
前記貯留部は、下流側に向けて横断面積が漸減するものである請求項２に記載のマイクロ流路デバイス。
前記貯留部は、円筒状であり、導出部側に向かって径が縮径する縮径部を有しているものである請求項２または３に記載のマイクロ流路デバイス。
前記貯留部は、気液分離室として機能するものである請求項２ないし４のいずれかに記載のマイクロ流路デバイス。
前記導入部は、液体を滴下する導入管を有し、該導入管の先端が、前記貯留部に貯留される液体の液面より高くなっているものである請求項２ないし５いずれかに記載のマイクロ流路デバイス。