JP2014134476A - マイクロ流路デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】反応室内に導入した試料を下方に誘導し、試料の混合を確実に行うことのできるマイクロ流路デバイスを提供する。
【解決手段】本発明のマイクロ流路デバイスは、第１の液体流入口及び第２の液体流入口が形成された側壁を有する液体貯留部と、第１の液体流入口に接続される第１の液体流入路と、第２の液体流入口に接続される第２の液体流入路とを備える。第１の液体流入路及び第２の液体流入路は、第１の液体流入口及び第２の液体流入口との接続部分を含む領域において、それぞれの底面が鉛直下方に向かって傾斜するように形成されている。これにより、反応室内に導入した試料を下方に誘導することにより、試料の混合を確実に行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ流路デバイスに関する。

近年、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化学反応システムや分析システムの微小化の研究が盛んに行われている。システムの微小化の利点として、微量の検体量で試験が可能となること、廃液の排出量が軽減されることなどが挙げられる。また、省スペースで持ち運びが可能であり、かつ、安価なシステムを構築することができる。

このようなシステムは、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。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るため、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。

ここで微小なシステムでは重力の影響に比べて表面張力の影響が大きく働く。このため化学反応や分析を行うためにシステム内に試料を導入したときに、試料が表面張力により反応室の天井に付着してしまい試料の十分な混合等が困難であるという課題があった。

このような課題を解決するため特許文献１に開示されるようなシステムが提案されている。このシステムは試料の導入口の上部をせり出させることにより試料の下方への移動を促すものである。

国際公開第２００９／０７５０１６号パンフレット

しかしながら特許文献１に記載の発明では積極的に試料を下方へと誘導する仕組みは存在しない。このため特許文献１に記載の発明でも表面張力による試料の天井への移動を防止することは容易ではない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、反応室内に導入した試料を下方に誘導し、試料の混合を確実に行うことのできるマイクロ流路デバイスを提供するものである。

このような目的は、下記（１）〜（４）に記載の本発明により達成される。
（１）第１の液体流入口及び第２の液体流入口が形成された側壁を有する液体貯留部と、前記第１の液体流入口に接続される第１の液体流入路と、前記第２の液体流入口に接続される第２の液体流入路とを備え、
前記第１の液体流入路及び前記第２の液体流入路は、前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口との接続部分を含む領域において、それぞれの底面が鉛直下方に向かって傾斜するように形成されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
（２）前記側壁のうち前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口の少なくとも一方の直下の部分には、前記第１の液体流入路又は前記第２の液体流入路と連通する流路溝が形成されている（１）に記載のマイクロ流路デバイス。
（３）前記第１の液体流入口は、前記第２の液体流入口よりも前記側面の鉛直上方に形成されている（１）又は（２）のいずれか一項に記載のマイクロ流路デバイス。
（４）前記液体貯留部の側壁には、液体流出口が更に形成され、
前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口はいずれも、前記液体流出口よりも鉛直下方に形成されている（１）乃至（３）のいずれか一項に記載のマイクロ流路デバイス。

本発明によれば、反応室内に導入した試料を下方に誘導することにより、試料の混合を確実に行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスの図２に対応する断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明のマイクロ流路デバイスの第１実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の上面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。なお、図１では基板の内部構造の一部を破線で表している。

図１に示すように、本実施形態のマイクロ流路デバイス１は液体貯留部２と、液体貯留部に試料を供給する第１の液体流入路３及び第２の液体流入路４とを備える。

液体貯留部２はマイクロ流路デバイス１に導入する試料を反応させ、混合し、又は、分析する等種々の用途に用いられる。本実施形態では液体貯留部２は円柱状の空間を画定している。具体的には液体貯留部２は円形の底部２１及び底部２１の周囲から立設する側壁２２、そして天井部２３とを有する。なお、液体貯留部２の形状は円柱状に限られず多角柱状や不定形状であってもよい。ただし、液体貯留部２が円柱状であると試料が均一に混合されるなど実験条件を制御しやすいため好ましい。

液体貯留部２の代表的な寸法例について説明する。本実施形態では底部２１及び天井部２３は半径１．０〜１０．０ｍｍ程度である。また、側壁２２は高さ１．０〜５．０ｍｍ程度である。すなわち、液体貯留部２は容積が１．０〜５００ｍｍ^３程度となるように形成される。なお、液体貯留部２の形状を本実施形態と異ならせる場合でも側壁の高さと容積は上記と同程度とすることが好ましい。

第１の液体流入路３及び第２の液体流入路４は液体貯留部２に外部から試料を供給する。本実施形態では第１の液体流入路３と第２の液体流入路４は同様の構成となっているため以下では第１の液体流入路３についてのみ説明する。

第１の液体流入路３は、第１の液体流入口３１及び第１の液体供給口３２により両端が開口している。すなわち、第１の液体流入路３は、液体貯留部２の側壁２２に開口する第１の液体流入口３１と、マイクロ流路デバイス１の上面に開口する第１の液体供給口３２とを結ぶ流路である。

本実施形態では第１の液体流入路３はＬ字状に屈曲した導管である。具体的には、第１の液体流入路３はマイクロ流路デバイス１の上面に開口した第１の液体供給口３２から鉛直下方に伸び、途中で略９０度屈曲して第１の液体流入口３１により液体貯留部２に連通している。本実施形態の第１の液体流入路３は横断面が円形をなしている。なお、第１の液体流入路３の横断面は円形に限られず多角形等いかなる形状としてもよい。ただし、横断面は円形のように角がない形状とすると流路の途中に液溜まりを生じることを効果的に防止できるため好ましい。

本実施形態では第１の液体流入路３のうち、第１の液体流入口３１との接続部分を含む領域において底面が鉛直下方に向かって傾斜するように形成されている。すなわち第１の液体流入路３の一部には傾斜部３３が形成されている。具体的には図２に示すように、第１の液体流入路３の一部がスロープ状になっている。このように形成すると液体流入路３に導入された試料は液体流入口３１の近傍において傾斜部３３に沿って鉛直下方へと誘導される。したがって、表面張力により試料が天井部２３に付着してしまうことを効果的に防止できる。

第１の液体流入路３の代表的な寸法例について説明する。本実施形態では第１の液体流入口３１、第１の液体供給口３２及び第１の液体流入路３の横断面は全て同じ大きさであり、その半径は０．０５〜１．００ｍｍ程度である。第１の液体流入路３は鉛直部分の長さが１．０〜４．０ｍｍ程度、水平部分の長さが１．０〜２０．０ｍｍ程度である。また、傾斜部３３は水平面に対して１５〜６０度程度傾斜している。

液体排出路５は液体貯留部２で反応させ、混合させ、又は分析した試料を回収・排出する。本実施形態の液体排出部５は前述した第１の液体流入路３と同様の構成である。すなわち、液体排出路５は、液体貯留部２の側壁２２に開口する液体流出口５１と、マイクロ流路デバイス１の上面に開口する液体排出口５２とを結ぶ流路である。

本実施形態では液体排出路５はＬ字状に屈曲した導管である。具体的には、液体排出路５はマイクロ流路デバイス１の上面に開口した液体排出口５２から鉛直下方に伸び、途中で略９０度屈曲して液体流出口５１により液体貯留部２に連通している。本実施形態の液体排出路５は横断面が円形をなしている。なお、液体排出路５の横断面は円形に限られず多角形等いかなる形状としてもよい。ただし、横断面は円形のように角がない形状とすると流路の途中に液溜まりを生じることを効果的に防止できるため好ましい。

本実施形態では、図２に示すように液体流出口５１は第１の液体流入口３１及び第２の液体流入口４１よりも鉛直上方に形成されている。このようにすると液体貯留部２の容積を十分に活用することができる。ここで鉛直上方に形成されるとは側面視において液体流出口５１の全体が第１の液体流入口３１及び第２の液体流入口４１よりも上方に形成されている場合のみならず、側面視で一部重なり合っていても総体として上方に形成されている場合も含む。

以上のように本実施形態に係るマイクロ流路デバイス１によれば、導入された試料が傾斜部３３により下方へと誘導され液体貯留部２に流入する。このため表面張力によって試料が天井部２３に付着することを効果的に防止でき、試料を液体貯留部２に確実に導入することができる。

マイクロ流路デバイス１の材料としては、熱可塑性樹脂を用いることができ、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）などのポリオレフィン、ポリスチレン（ＰＳ）などのポリビニル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのポリアクリル、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）やシクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などを用いることができる。特に、成形性や成形した基板の硬度、耐薬液性の点からＣＯＰや、ＣＯＣを用いることが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態について説明する。
以下では、第２実施形態について説明するが、第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。

図３は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ流路デバイス１の図２に対応する断面図である。
第２実施形態では、第１の液体流入路３及び第２の液体流入路４の構成が異なる以外は第１実施形態と同様である。

図３に示すように本実施形態では第１の液体流入路３は傾斜部３３に加えて流路溝３４が形成されている。具体的には流路溝３４は第１の液体流入口３１の下端から鉛直下方に向けて側面２２に形成された溝である。本実施形態の流路溝３４は横断面が半円形をなしている。また、本実施形態の流路溝３４は側壁２２に一条形成されている。

なお、流路溝３４の横断面形状は半円形に限らず四角形などいかなる形状としてもよい。ただし、横断面は円形のように角がない形状とすると流路の途中に液溜まりを生じることを効果的に防止できるため好ましい。また、流路溝３４と底部２１との境界部は滑らかに接続されていると液溜まりが生じにくいため好ましい。

流路溝３４を設けると第１の液体流入路３に導入された試薬は毛管現象によって鉛直下方へと導かれる。したがって、導入した試料が天井部２３に付着することを効果的に防止することができる。なお、流路溝３４を複数設けると鉛直下方への試料の誘導がより促進されるため好ましい。

流路溝３４の代表的な寸法例について説明する。本実施形態では流路溝３４は幅０．０５〜２．０ｍｍ程度、深さ０．０５〜１．０ｍｍ程度である。また流路溝３４の本数は１〜５本程度であると毛管現象により効果的に試料を鉛直下方に誘導できるため好ましい。

また、本実施形態では第１の液体流入口３１は第２の液体流入口よりも側壁２２の鉛直上方に形成されている。このように２つの流入口の高さを異ならせると流入口間でのショートカット（一方の流入口から他方の流入口への試料の移動）を効果的に防止できるため好ましい。ここで鉛直上方に形成されるとは側面視において第１の液体流入口３１の全体が第２の液体流入口４１よりも上方に形成されている場合のみならず、側面視で一部重なり合っていても総体として上方に形成されている場合も含む。

１ マイクロ流路デバイス
２ 液体貯留部
２１ 底部
２２ 側壁
２３ 天井部
３ 第１の液体流入路
３１ 第１の液体流入口
３２ 第１の液体供給口
３３ 傾斜部
３４ 流路溝
４ 第２の液体流入路
４１ 第２の液体流入口
４２ 第２の液体供給口
５ 液体排出路
５１ 液体流出口
５２ 液体排出口

Claims (4)

1. 第１の液体流入口及び第２の液体流入口が形成された側壁を有する液体貯留部と、前記第１の液体流入口に接続される第１の液体流入路と、前記第２の液体流入口に接続される第２の液体流入路とを備え、
   前記第１の液体流入路及び前記第２の液体流入路は、前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口との接続部分を含む領域において、それぞれの底面が鉛直下方に向かって傾斜するように形成されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
2. 前記側壁のうち前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口の少なくとも一方の直下の部分には、前記第１の液体流入路又は前記第２の液体流入路と連通する流路溝が形成されている請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。
3. 前記第１の液体流入口は、前記第２の液体流入口よりも前記側面の鉛直上方に形成されている請求項１又は２に記載のマイクロ流路デバイス。
4. 前記液体貯留部の側壁には、液体流出口が更に形成され、
   前記第１の液体流入口及び前記第２の液体流入口はいずれも、前記液体流出口よりも鉛直下方に形成されている請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマイクロ流路デバイス。