JP2013117424A - 流体取扱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体貯留部を有する液体取扱装置であって、液体貯留部内の液体の加熱効率に優れ、かつ液体貯留部の容量を大きくすることができる液体取扱装置を提供すること。
【解決手段】流体取扱装置１０は、液体貯留部３１を構成する第１貫通孔２１が形成された基板１１と、基板１１の一方の面に接合され、第１貫通孔２１を閉塞する第１フィルム１２と、基板１１の他方の面に接合され、第１貫通孔２１を閉塞する第２フィルム１３と、を有する。基板１１は、第１貫通孔２１内に位置し、第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持する支持部２６と、第１貫通孔２１の内面と支持部２６とを連接する連接部２７と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料の分析や処理などに用いられる流体取扱装置に関する。

近年、生化学や分析化学などの化学分野または医学分野において、タンパク質や核酸（例えばＤＮＡ）などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、マイクロ分析システムが使用されている。

マイクロ分析システムの一例として、流路およびチャンバーを有するマイクロ流路チップを用いて、チャンバー内の液体を混合したり、加熱したりするシステムがある。たとえば、このシステムを用いて液体を混合して加熱する場合は、流路を介してチャンバーに液体を流入させて混合し、外部からチャンバー内の液体を加熱する。

このようなチャンバーを有するマイクロ流路チップとして、特許文献１には、流路となる溝およびチャンバーとなる有底の凹部が形成された基板と、前記溝および凹部の開口部を覆う樹脂フィルムと、から構成されたマイクロ流路チップが開示されている。このマイクロ流路チップでは、基板に形成された凹部の底部（基板の薄くなっている部分）が、チャンバーの底板となり、凹部の開口部を覆う樹脂フィルムが、チャンバーの天板となる。また、凹部の底面上には、樹脂フィルムを支える内部支持構造体（ピラー）が設置されている。内部支持構造体は、凹部の開口部を覆う樹脂フィルムが撓まないように、チャンバー内において樹脂フィルムを支持している。

特許文献１に記載のマイクロ流路チップは、溝、凹部および内部支持構造体を有する基板を作製した後、得られた基板の一方の面に樹脂フィルムを接合することで製造される。

特表２０１０−５２８６７６号公報

特許文献１に記載のマイクロ流路チップを用いて液体を加熱したい場合、チャンバー内に液体を導入した後、チャンバーの天板（樹脂フィルム）および底板（基板の薄くなっている部分）を介して外部からチャンバー内の液体を加熱することが考えられる。この場合、加熱効率を向上させるためには、チャンバーの天板および底板の厚みを薄くすることが好ましい。しかしながら、チャンバーの底板の厚みを樹脂フィルムと同程度まで薄くしてしまうと、チャンバーの底板の強度が低下し、内部支持構造体を支持することができなくなってしまう。また、基板を射出成形によって作製する際、チャンバーの底板部分に樹脂が充填し難くなり、内部支持構造体の形成も困難になる。

一方、チャンバーの底面上に内部支持構造体を設置しない場合、凹部の開口部を覆う樹脂フィルムの撓みを防止することができず、チャンバーの容量の精度が顕著に低下してしまう。このため、チャンバーの底面上に内部支持構造体を設置しない場合は、樹脂フィルムの撓みが問題とならない程度まで凹部の径を小さくしなければならず、チャンバーの容量を大きくすることができない。

このように、従来の液体取扱装置（マイクロ流路チップ）では、液体貯留部（チャンバー）内の液体の加熱効率の向上と、チャンバー容量の確保とを両立することができなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液体貯留部を有する液体取扱装置であって、液体貯留部内の液体の加熱効率に優れ、かつ液体貯留部の容量を大きくすることができる液体取扱装置を提供することを目的とする。

本発明の流体取扱装置は、液体貯留部を構成する貫通孔が形成された基板と、前記基板の一方の面に接合され、前記貫通孔の一方の開口部を閉塞する第１フィルムと、前記基板の他方の面に接合され、前記貫通孔の他方の開口部を閉塞する第２フィルムと、を有し、前記基板は、前記貫通孔内に位置し、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムを支持する支持部と、前記貫通孔の内面と前記支持部とを連接する連接部と、を含む構成を採る。

本発明によれば、液体貯留部内の液体の加熱効率に優れ、かつ液体貯留部の容量を確保することができる液体取扱装置を提供することができる。

図１Ａは、実施の形態１のマイクロチップの平面図である。図１Ｂは、実施の形態１のマイクロチップの底面図である。 図２Ａは、基板の平面図である。図２Ｂは、基板の底面図である。 図３Ａは、図１Ａに示されるマイクロチップのＡ−Ａ線の断面図である。図３Ｂは、図１Ａに示されるマイクロチップのＢ−Ｂ線の断面図である。 図４Ａは、実施の形態２のマイクロチップの平面図である。図４Ｂは、実施の形態２のマイクロチップの底面図である。 図５Ａは、基板の平面図である。図５Ｂは、基板の底面図である。 図６Ａは、図４Ａに示されるマイクロチップのＡ−Ａ線の断面図である。図６Ｂは、図４Ａに示されるマイクロチップのＢ−Ｂ線の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の流体取扱装置の代表例として「マイクロチップ」について説明する。このマイクロチップを使用することで、液体貯留部内に貯留した液体（試薬や液体試料など）を効率的に加熱することができる。

（実施の形態１）
［マイクロチップの構成］
図１〜図３は、実施の形態１のマイクロチップの構成を示す図である。図１Ａは、マイクロチップの平面図であり、図１Ｂは、マイクロチップの底面図である。図２Ａは、基板の平面図であり、図２Ｂは、基板の底面図である。図３Ａは、図１Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図３Ｂは、Ｂ−Ｂ線の断面図である。

図１および図３に示されるように、マイクロチップ１０は、液体を貯留する液体貯留部３１を有する板状のデバイスである。マイクロチップ１０は、基板１１、第１フィルム１２および第２フィルム１３を有する。

基板１１は、透明な略矩形の樹脂基板である。図２に示されるように、基板１１は、第１貫通孔２１、第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４、第２接続溝２５、支持部２６、連接部２７および基板本体２８を有する。第１貫通孔２１、第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４および第２接続溝２５は、基板本体２８に形成されている。第１貫通孔２１は、第１フィルム１２および第２フィルム１３により両方の開口部が閉塞されることで、液体貯留部３１となる（図３Ａおよび図３Ｂ参照）。第２貫通孔２２および第３貫通孔２３は、第１フィルム１２により一方の開口部が閉塞されることで、それぞれ有底の第１導入部３２および第２導入部３３となる（図３Ｂ参照）。第１接続溝２４は、第１フィルム１２により開口部が閉塞されることで、液体貯留部３１と第１導入部３２を接続する第１接続路３４となる。同様に、第２接続溝２５は、第１フィルム１２により開口部が閉塞されることで、液体貯留部３１と第２導入部３３を接続する第２接続路３５となる（図３Ｂ参照）。本実施の形態のマイクロチップ１０は、基板１１が、支持部２６および連接部２７を有することを一つの特徴とする。そこで、支持部２６および連接部２７については、別途詳細に説明する。

基板１１（基板本体２８）の厚さは、特に限定されないが、例えば１〜１０ｍｍである。第１貫通孔２１の形状および大きさは、液体貯留部３１内に貯留する液体の容量に応じて適宜設計することができる。第２貫通孔２２および第３貫通孔２３の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。また、第２貫通孔２２および第３貫通孔２３の直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度である。

基板１１を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から用途に応じて適宜選択することができる。基板１１を構成する樹脂の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトンなどが含まれる。基板の色は、透明に限定されず、用途や目的によって着色されていてもよい。

第１フィルム１２は、基板１１の一方の面に接合された、透明な略矩形の樹脂フィルムである。第１フィルム１２は、第１貫通孔２１、第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４および第２接続溝２５の開口部を閉塞するように、基板１１に接合されている（図１Ａ参照）。

たとえば、第１フィルム１２は、熱圧着により基板１１に接合されている。第１フィルム１２の厚さは、特に限定されないが、例えば０．１〜０．２ｍｍ程度である。第１フィルム１２の厚みが０．１ｍｍ未満の場合、液体貯留部３１の天板または底板として要求される強度を十分に確保することができないおそれがある。一方、第１フィルム１２の厚みが０．２ｍｍ超の場合、外部から第１フィルム１２を介して液体貯留部３１内の液体を加熱するときに、加熱効率が低下してしまうおそれがある。

第１フィルム１２を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から用途に応じて適宜選択することができる。第１フィルム１２を構成する樹脂の例は、基板１１を構成する樹脂の例と同じである。基板１１と第１フィルム１２との密着性を向上させる観点からは、第１フィルム１２を構成する樹脂は、基板１１を構成する樹脂と同一であることが好ましい。

第２フィルム１３は、基板１１の他方の面（第１フィルム１２が接合されていない面）に接合された、透明な略矩形の樹脂フィルムである。第２フィルム１３は、第１貫通孔２１の開口部のみを閉塞するように、基板１１に接合されている（図１Ｂ参照）。すなわち、第２貫通孔２２および第３貫通孔２３の開口部は、第２フィルム１３により閉塞されない。

たとえば、第２フィルム１３は、第１フィルム１２と同様に、熱圧着により基板１１に接合されている。第２フィルム１３の厚さは、特に限定されない。第２フィルム１３の厚さは、例えば０．１〜０．２ｍｍ程度である。

第２フィルム１３を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から用途に応じて適宜選択することができる。第２フィルム１３を構成する樹脂の例は、基板１１および第１フィルム１２を構成する樹脂の例と同じである。第２フィルム１３を構成する樹脂は、基板１１と第２フィルム１３との密着性を向上させる観点から、基板１１を構成する樹脂と同一であることが好ましい。なお、第１フィルム１２および第２フィルム１３と、基板１１との接合方法は、熱圧着に限定されず、接着剤や両面テープを用いて接合してもよい。

前述の通り、本実施の形態のマイクロチップ１０は、基板１１が、支持部２６および連接部２７を有することを一つの特徴とする。図２および図３に示されるように、支持部２６および連接部２７は、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）内に位置する。支持部２６および連接部２７は、基板本体２８と一体として成形される。

支持部２６は、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）内に位置し、第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持する（図３Ａ参照）。支持部２６の形状は、第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持することができれば、特に限定されない。支持部２６の形状の例には、角柱形状や円柱形状などが含まれる。支持部２６の厚みは、基板１１（基板本体２８）の厚みと同じである。支持部２６の一方の面は、第１フィルム１２に当接して接合される。また、支持部２６の他方の面は、第２フィルム１３に当接して接合される。すなわち、支持部２６は、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）の内側から第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持する。これにより、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）の径が大きい場合であっても、第１フィルム１２および第２フィルム１３の撓みを適切に防止することができる。

連接部２７は、第１貫通孔２１の内面および支持部２６を連接する。連接部２７の形状は、第１貫通孔２１の内部および支持部２６を連接することができれば、特に限定されないが、成型しやすい形状であることが好ましい。また、連接部２７の形状は、液体貯留部３１の必要容量や、液体貯留部３１内の液体の動きなども考慮して設定されることが好ましい。連接部２７の一端は、第１貫通孔２１の内面（基板本体２８）に接続されており、他端は、支持部２６に接続されている。また、連接部２７は、第２フィルム１３に当接して接合される。これにより、連接部２７は、支持部２６を支持すると共に、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）の内側から第２フィルム１３を支持することもできる（図３Ａ参照）。なお、連接部２７は、第１フィルム１２に当接して接合され、第１フィルム１２を支持してもよい。

［マイクロチップの使用方法］
本実施の形態のマイクロチップ１０の使用方法は、特に限定されないが、例えば以下の手順により液体を加熱することができる。

まず、第１導入部３２から、第１接続路３４を通して液体貯留部３１内に液体（例えば、試薬や液体試料など）を導入する。このとき、第２導入部３３および第２接続路３５は、液体貯留部３１内の空気を外部に排出する空気孔として機能する。本実施の形態のマイクロチップ１０では、支持部２６により第１フィルム１２および第２フィルム１３が支持されているため、第１フィルム１２および第２フィルム１３が撓むことなく、液体貯留部３１の容量は適切に確保されている。

次いで、別途用意した加熱装置の加熱面（２面）を、液体貯留部３１の天板および底板として機能する第１フィルム１２および第２フィルム１３にそれぞれ当接させる。この状態で、加熱装置の加熱面の温度を上昇させて、第１フィルム１２および第２フィルム１３を通して液体貯留部３１内の液体を加熱する。本実施の形態のマイクロチップ１０では、液体貯留部３１の天板および底板が、非常に薄い樹脂フィルムにより構成されているため、液体貯留部３１内の液体を効率的に加熱することができる。

加熱後の液体は、第２接続路３５を通して第２導入部３３から取り出される。このとき、第１導入部３２および第１接続路３４は、液体貯留部３１内に外部から空気を供給する空気孔として機能する。

［マイクロチップの製造方法］
本実施の形態のマイクロチップ１０の製造方法は、特に限定されないが、例えば以下の手順により本実施の形態のマイクロチップ１０を製造することができる。

まず、第１貫通孔２１、第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４および第２接続溝２５、支持部２６および連接部２７を有する基板１１を射出成形により作製する（図２参照）。支持部２６は、連接部２７を介して基板本体２８と一体として成形される。

次いで、基板１１の一方の面（第１接続溝２４および第２接続溝２５が開口している面）に、第１フィルム１２を熱圧着により接合する。このとき、支持部２６の一方の端面が第１フィルム１２と接合される。このため、第１貫通孔２１の一方の開口部を覆う第１フィルム１２が撓むことはほとんどない。

同様に、基板１１の他方の面に、第２フィルム１３を熱圧着により接合する。このとき、支持部２６の他方の端面および連接部２７が第２フィルム１３と接合される。このため、第１貫通孔２１の他方の開口部を覆う第２フィルム１３が撓むことはほとんどない。

以上の手順により、基板１１の第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４および第２接続溝２５の開口部が第１フィルム１２により閉塞され、第１導入部３２、第２導入部３３、第１接続路３４および第２接続路３５が形成される。また、基板１１の第１貫通孔２１の２つの開口部が第１フィルム１２および第２フィルム１３によりそれぞれ閉塞され、液体貯留部３１が形成される。

［効果］
以上のように、実施の形態１のマイクロチップ１０では、支持部２６が基板本体２８と一体として形成されるため、液体貯留部３１の天板または底板となる第１フィルム１２または第２フィルム１３が支持部２６を支持する必要がない。このため、実施の形態１のマイクロチップ１０では、液体貯留部３１の天板または底板となる第１フィルム１２または第２フィルム１３の厚みを薄くすることができる。このように、実施の形態１のマイクロチップ１０は、液体貯留部３１の天板および底板の厚みが薄いため、液体貯留部３１内の液体を外部から効率よく加熱することができる。支持部２６が基板本体２８と一体に成形できるため、製造費用を削減することもできる。

また、実施の形態１のマイクロチップ１０では、基板本体２８と一体として形成された支持部２６が、液体貯留部３１の天板および底板となる第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持するため、液体貯留部３１の容量を適切に確保することができる。

また、実施の形態１のマイクロチップ１０の基板１１は、射出成形により容易に製造することができる。また、第１フィルム１２および第２フィルム１３は、市販のフィルムをそのまま使うことができる。したがって、実施の形態１のマイクロチップ１０は、低コストで製造することができる。

（実施の形態２）
［マイクロチップの構成］
図４〜図６は、実施の形態２のマイクロチップの構成を示す図である。図４Ａは、マイクロチップの平面図であり、図４Ｂは、マイクロチップの底面図である。図５Ａは、基板の平面図であり、図５Ｂは、基板の底面図である。図６Ａは、図４Ａに示されるＡ−Ａ線の断面図であり、図６Ｂは、Ｂ−Ｂ線の断面図である。

図４および図６に示されるように、実施の形態２のマイクロチップ５０は、支持部５１および連接部５２の形状が実施の形態１のマイクロチップ１０と異なる。そこで、実施の形態１のマイクロチップ１０と同じ構成要素については同一の符番を付し、説明を省略する。

図４および図６に示されるように、マイクロチップ５０は、基板１１、第１フィルム１２および第２フィルム１３を有する。また、図５に示されるように、基板１１は、第１貫通孔２１、第２貫通孔２２、第３貫通孔２３、第１接続溝２４、第２接続溝２５、支持部５１、連接部５２および基板本体５３を有する。

支持部５１は、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）内に位置し、第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持する（図６Ａ参照）。実施の形態２のマイクロチップ５０では、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）内に、支持部５１が３つ配置されている。支持部５１の厚みは、基板１１（基板本体５３）の厚みと同じである。支持部５１の一方の面は、第１フィルム１２に当接して接合される。また、支持部５１の他方の面は、第２フィルム１３に当接して接合される。すなわち、支持部５１は、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）の内側から第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持する。これにより、液体貯留部３１（第１貫通孔２１）の径が大きい場合であっても、第１フィルム１２および第２フィルム１３の撓みを適切に防止することができる。

連接部５２は、第１貫通孔２１の内面および支持部５１を連接する。実施の形態２のマイクロチップ５０では、連接部５２は、第１貫通孔２１の内面から第１貫通孔２１の内側に張り出すように、壁状に形成されている。連接部５２の幅は、支持部５１の幅と同じである。連接部５２の一端は、第１貫通孔２１の内面（基板本体５３）に接続されており、他端は、支持部５１に接続されている。基板１１は、液体貯留部３１の容積に占める支持部５１および連接部５２の体積が小さく（液体貯留部内３１の空隙部体積＞支持部５１および連接部５２の体積）なるように形成されている。また、連接部５２の厚みは、基板１１と同じであり、連接部５２は、第１フィルム１２および第２フィルム１３に当接して接合される。したがって、連接部５２は、支持部５１を支持すると共に、第１貫通孔２１の内側から第１フィルム１２および第２フィルム１３を支持することもできる（図６Ａ参照）。

［マイクロチップの使用方法および製造方法］
実施の形態２のマイクロチップ５０は、実施の形態１のマイクロチップ１０と同様の手順で使用することができる。また、実施の形態２のマイクロチップ５０は、実施の形態１のマイクロチップ１０と同様の手順で製造することができる。

［効果］
実施の形態２のマイクロチップ５０は、実施の形態１のマイクロチップ１０と同様の効果を有する。また、支持部５１だけでなく連接部５２も第１フィルム１２および第２フィルム１３の両方を支持しているため、実施の形態２のマイクロチップ５０は、第１フィルム１２および第２フィルム１３の撓みをより確実に防止することができる。また、実施の形態２のマイクロチップ５０では、第１導入部３２から第２導入部３３に向けて（または第２導入部３３から第１導入部３２に向けて）、液体貯留部３１内に液体を一方向に導入することができるため、液体貯留部３１内に気泡を残すことなく効率よく液体を導入することができる。

（変形例）
なお、支持部２６，５１の数および位置は、上記各実施の形態で示した例に限定されない。支持部２６，５１の数および位置は、液体貯留部３１の大きさや形状などに応じて、第１フィルム１２および第２フィルム１３を撓みなく支持できるように適宜設定される。

本発明のマイクロチップは、例えば、科学分野や医学分野などにおいて使用されるマイクロチップまたはマイクロ流路チップとして有用である。

１０、５０ マイクロチップ
１１ 基板
１２ 第１フィルム
１３ 第２フィルム
２１ 第１貫通孔
２２ 第２貫通孔
２３ 第３貫通孔
２４ 第１接続溝
２５ 第２接続溝
２６、５１ 支持部
２７、５２ 連接部
２８、５３ 基板本体
３１ 液体貯留部
３２ 第１導入部
３３ 第２導入部
３４ 第１接続路
３５ 第２接続路

Claims (3)

1. 液体貯留部を構成する貫通孔が形成された基板と、
   前記基板の一方の面に接合され、前記貫通孔の一方の開口部を閉塞する第１フィルムと、
   前記基板の他方の面に接合され、前記貫通孔の他方の開口部を閉塞する第２フィルムと、を有し、
   前記基板は、前記貫通孔内に位置し、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムを支持する支持部と、前記貫通孔の内面と前記支持部とを連接する連接部と、を含む、
   流体取扱装置。
2. 前記連接部は、前記第１フィルムに接合される、請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記連接部は、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムに接合される、請求項１に記載の流体取扱装置。

Images