JP2015211931A - Method and apparatus for producing microdroplet using microfluidic chip - Google Patents

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Masahiko Hashimoto
雅彦 橋本
洋成 田中
Yohei Tanaka
洋成 田中
惟愛 中村
Ichika Nakamura
惟愛 中村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and efficiently produce microdroplets at a low cost.SOLUTION: A microfluidic chip is prepared (S1) which comprises a chip body formed of a synthetic resin capable of occluding gas and a substrate bonded to the chip body in a state of being airtightly sealed, in which the chip body is provided with first to third liquid reservoirs, and first to third microchannels respectively extending from the first to third liquid reservoirs and connected at one point. After the third liquid reservoir is covered with a lid, the microfluidic chip is deaerated (S2). The deaerated microfluidic chip is placed under the atmospheric pressure, and then a liquid serving as a continuous phase is poured into the first reservoir and a liquid serving as a dispersion phase is poured into the second liquid reservoir (S3). The liquid serving as a continuous phase and the liquid serving as a dispersion phase are made to flow to the third liquid reservoir from the first and second liquid reservoirs respectively to form an emulsion in the third microchannel to collect the emulsion in the third liquid reservoir (S4, S5).

Description

本発明は、マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法およびマイクロ流体チップを用いた微小液滴製造装置に関するものである。   The present invention relates to a method for producing microdroplets using a microfluidic chip and a microdroplet producing apparatus using a microfluidic chip.

近年のマイクロフルイディクスを利用したナノテクノロジーの発達に伴って、バイオテクノロジーや薬品製造等の分野では、微小液滴(エマルジョン)が、極微小反応容器やマイクロカプセルの形成材等として広く用いられている。   With the development of nanotechnology using microfluidics in recent years, microdroplets (emulsions) are widely used as materials for forming micro reaction containers and microcapsules in fields such as biotechnology and drug manufacturing. Yes.

この微小液滴は、例えば、マイクロ流体チップを用いて製造される(例えば、特許文献1、2および非特許文献1参照)。
この微小液滴の製造法によれば、マイクロ流体チップは、通常、ガラスやシリコン等から形成された板状を有し、連続相となる液体を貯留する第1の液溜、および分散相となる液体を貯留する第2の液溜、および微小液滴(エマルジョン)を貯留する第3の液溜をそれぞれ少なくとも1つ備え、さらに、その表面または内部に、それぞれ第1〜第3の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第1〜第3のマイクロ流路を備えている。
The micro droplets are manufactured using, for example, a microfluidic chip (see, for example, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1).
According to this method for producing microdroplets, the microfluidic chip usually has a plate shape made of glass, silicon, or the like, and includes a first liquid reservoir for storing a liquid serving as a continuous phase, and a dispersed phase. At least one second liquid reservoir for storing a liquid to be stored and a third liquid reservoir for storing microdroplets (emulsions), and the first to third liquid reservoirs on the surface or inside thereof, respectively. The first to third microchannels are connected to each other at a single point extending from the bottom.

また、この微小液滴の製造法によれば、シリンジポンプその他のマイクロポンプが準備され、このマイクロポンプによって、マイクロ流体チップの第1の液溜に連続相となる液体が送液される一方、第2の液溜には分散相となる液体が送液される。   In addition, according to this method for producing microdroplets, a syringe pump and other micropumps are prepared, and by this micropump, a liquid that is a continuous phase is sent to the first liquid reservoir of the microfluidic chip, A liquid serving as a dispersed phase is sent to the second liquid reservoir.

マイクロポンプによる送液によって、第1および第2の液溜からそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体が第1および第2のマイクロ流路を通じて第3の液溜に向けて流される。その際に、第3のマイクロ流路内にエマルジョンが形成され、第3の液溜には、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに捕集される。   By the liquid feeding by the micropump, the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase flow from the first and second liquid reservoirs toward the third liquid reservoir through the first and second microchannels, respectively. At that time, an emulsion is formed in the third microchannel, and in the third liquid reservoir, the fine liquid droplets serving as the dispersed phase are collected together with the liquid serving as the continuous phase.

しかしながら、この従来法によれば、連続相となる液体および分散相となる液体のそれぞれの送液のためにシリンジポンプ等の高価な送液手段を使用しなければならず、しかもシリンジポンプ等による送液流量の調節が難しく、さらには、分散相となる液体のデッドボリュームが相当量発生し、そのため、微小液滴の製造の効率が悪く、また製造コストが高くつくという問題があった。   However, according to this conventional method, it is necessary to use an expensive liquid feeding means such as a syringe pump for feeding each of the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase. It is difficult to adjust the flow rate of the liquid, and a considerable amount of dead volume of the liquid that becomes the dispersed phase is generated. Therefore, there is a problem that the production efficiency of the microdroplet is low and the production cost is high.

特開2004−358386号公報JP 2004-358386 A 国際公開第2012/008497号パンフレットInternational Publication No. 2012/008497 Pamphlet

Deniz Pekin 他 「Quantitative and sensitive detection of rare mutations using droplet-based microfluidics」Lab Chip、The Royal Society of Chemistry、2011年、第11巻、P.2156-2166Deniz Pekin et al. `` Quantitative and sensitive detection of rare mutations using droplet-based microfluidics '' Lab Chip, The Royal Society of Chemistry, 2011, Vol. 11, P.2156-2166

したがって、本発明の課題は、微小液滴を、低コストで簡単に、かつ効率的に製造できるようにすることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to enable easy and efficient production of microdroplets at low cost.

上記課題を解決するため、本発明は、マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法であって、(1)ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体に、第1〜第3の液溜と、それぞれ前記第1〜第3の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第1〜第3のマイクロ流路とが設けられたマイクロ流体チップを準備し、(2)前記マイクロ流体チップの前記第3の液溜に蓋を被せた後、前記マイクロ流体チップを所定時間、減圧下に置くことによって前記マイクロ流体チップを脱気し、(3)脱気した前記マイクロ流体チップを前記第3の液溜に前記蓋を被せたままで大気圧下に置き、前記第1の液溜に連続相となる液体を注入する一方、前記第2の液溜に分散相となる液体を注入し、前記合成樹脂のガス吸蔵作用を利用して、前記第1および第2の液溜からそれぞれ前記連続相となる液体および前記分散相となる液体を前記第1および第2のマイクロ流路を通じて前記第3の液溜に向けて流し、前記第3のマイクロ流路内にエマルジョンを形成し、前記第3の液溜に、前記分散相となる液体の微小液滴を前記連続相となる液体とともに捕集することを特徴とする方法を構成したものである。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a method for producing microdroplets using a microfluidic chip, (1) a plate-shaped chip body formed from a synthetic resin capable of occluding gas, A synthetic resin of the same type as the synthetic resin or another type of synthetic resin or glass, and a substrate bonded in an airtight manner to one surface of the chip body, First, a microfluidic chip provided with first to third liquid reservoirs and first to third microchannels connected to each other at one point from the bottom of each of the first to third liquid reservoirs is prepared. 2) After covering the third reservoir of the microfluidic chip, the microfluidic chip was degassed by placing the microfluidic chip under reduced pressure for a predetermined time, and (3) the degassed Front of microfluidic chip The third liquid reservoir is placed under atmospheric pressure with the lid on, and a liquid that is a continuous phase is injected into the first liquid reservoir, while a liquid that is a dispersed phase is injected into the second liquid reservoir. Using the gas occlusion action of the synthetic resin, the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase from the first and second liquid reservoirs through the first and second microchannels, respectively. Flow toward the third liquid reservoir, form an emulsion in the third microchannel, and in the third liquid reservoir, the liquid droplets that become the dispersed phase together with the liquid that becomes the continuous phase The method is characterized by collecting.

上記構成において、好ましくは、前記第1〜第3のマイクロ流路のそれぞれが、前記連結する点の手前から前記連結する点まで先細り状にのびている。この場合、前記第1〜第3のマイクロ流路のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する前記液溜から前記連結する点の手前までのびる幅広の部分と、前記幅広の部分の先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分と、前記テーパー部分の先端から前記連結する点までのびる狭小な部分とからなっていることが好ましい。   In the above configuration, preferably, each of the first to third microchannels tapers from a point before the connecting point to the connecting point. In this case, each of the first to third microchannels has the same depth over its entire length, and a wide portion extending from the liquid reservoir concerned to the point before the connection point, and the wide It is preferable that the taper portion has a taper portion that is gradually narrowed and connected to the tip of this portion, and a narrow portion that extends from the tip of the taper portion to the connecting point.

また、上記構成において、好ましくは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には各1つの前記第1〜第3の液溜が設けられ、前記第1〜第3のマイクロ流路が、前記第1および第2のマイクロ流路のうちの一方と前記第3のマイクロ流路が一直線となり、前記第1および第2のマイクロ流路のうちの他方が前記第3のマクロ流路および前記第1および第2のマイクロ流路のうちの一方に対して直交する配置で、前記一点で互いにT字状に連結しており、あるいは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には各1つの前記第1〜第3の液溜が設けられ、前記第1の液溜から一対の前記第1のマイクロ流路がのび、前記第1のマイクロ流路の組と、前記第2および第3のマイクロ流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結しており、あるいは、前記マイクロ流体チップのチップ本体には、2つの前記第1の液溜と、各1つの前記第2および第3の液溜が設けられ、前記2つの第1の液溜からそれぞれのびる2本の前記第2のマイクロ流路の組と、前記第2および第3の流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結している。   In the above configuration, preferably, the chip body of the microfluidic chip is provided with each one of the first to third liquid reservoirs, and the first to third microchannels are the first and third liquid channels. One of the second microchannels and the third microchannel are aligned, and the other of the first and second microchannels is the third macrochannel and the first and second microchannels. The microfluidic chips are connected to each other in a T shape in an arrangement perpendicular to one of the two microchannels. Alternatively, each of the microfluidic chip has a first to third chip body. A pair of the first microchannels extending from the first reservoir, the first microchannel set, and the second and third microchannel sets. Are connected to each other in a cross shape at the one point, or The chip body of the microfluidic chip is provided with the two first liquid reservoirs and the second and third liquid reservoirs, each of which has two lines extending from the two first liquid reservoirs. The set of the second microchannels and the set of the second and third channels are connected to each other in a cross shape at the one point.

また好ましくは、前記第3の液溜の容積が、前記第1および第2の液溜を足し合わせた容積よりも大きくなっている。
また、前記ガスを吸蔵し得る合成樹脂は、ポリジメチルシロキサン(PDMS)であることが好ましく、また、前記第3の液溜に対する前記蓋がガラス板であることが好ましい。
Preferably, the volume of the third liquid reservoir is larger than the total volume of the first and second liquid reservoirs.
The synthetic resin capable of occluding the gas is preferably polydimethylsiloxane (PDMS), and the lid for the third liquid reservoir is preferably a glass plate.

上記課題を解決するため、また、本発明は、チャンバと、一端が前記チャンバに接続された排気管と、前記排気管の他端に接続され、前記チャンバから排気を行うためのポンプと、前記排気管の途中に設けられた第1のバルブと、前記排気管における前記第1のバルブの上流側に分岐接続されたリーク管と、前記リーク管の途中に設けられた第2のバルブと、前記チャンバ内に配置されたマイクロ流体チップと、を備え、前記マイクロ流体チップは、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体には、第1〜第3の液溜と、それぞれ前記第1〜第3の液溜からのび一点で互いに連結する第1〜第3のマイクロ流路とが設けられており、さらに、前記マイクロ流体チップの前記第3の液溜を封閉し得る蓋と、前記チャンバの外部に配置された、連続相となる液体を供給する第1の液体供給源と、前記チャンバの外部に配置された、分散相となる液体を供給する第2の液体供給源と、前記第1の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第1の液溜に前記連続相となる液体を供給するための第1の液体供給管と、前記第2の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第2の液溜に前記分散相となる液体を供給するための第2の液体供給管と、を備えたものであることを特徴とするマイクロ流体チップを用いた微小液滴の製造装置を構成したものである。   In order to solve the above problems, the present invention also includes a chamber, an exhaust pipe having one end connected to the chamber, a pump connected to the other end of the exhaust pipe, and exhausting from the chamber, A first valve provided in the middle of the exhaust pipe, a leak pipe branched and connected to the upstream side of the first valve in the exhaust pipe, a second valve provided in the middle of the leak pipe, A microfluidic chip disposed in the chamber, the microfluidic chip comprising a plate-like chip body formed of a synthetic resin capable of occluding gas, and a synthetic resin of the same type as the synthetic resin or another A substrate formed of a synthetic resin or glass of the above type and bonded in a state of being hermetically sealed to one surface of the chip body, the chip body includes first to third liquid reservoirs, Before each A first to a third microchannel connected to each other at a single point from the first to the third reservoir, and a lid capable of sealing the third reservoir of the microfluidic chip; A first liquid supply source arranged outside the chamber for supplying a liquid as a continuous phase, and a second liquid supply source arranged outside the chamber for supplying a liquid as a dispersed phase. A first liquid supply pipe for supplying the liquid as the continuous phase from the first liquid supply source to the first liquid reservoir of the microfluidic chip; and the micro from the second liquid supply source. A second liquid supply pipe for supplying the liquid serving as the dispersed phase to the second liquid reservoir of the fluid chip, and a microdroplet using a microfluidic chip This constitutes a manufacturing apparatus.

本発明によれば、マイクロ流体チップのチップ本体を、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成したので、チップ本体の第3の液溜に蓋を被せた後、マイクロ流体チップを減圧下に置いて脱気し、脱気したマイクロ流体チップを第3の液溜に蓋を被せたまま大気圧下に置くと、チップ本体が再び空気を吸蔵し始めることで、第3の液溜内が一定時間減圧状態に維持される。   According to the present invention, since the chip body of the microfluidic chip is formed of a synthetic resin capable of occluding gas, after the third liquid reservoir of the chip body is covered, the microfluidic chip is placed under reduced pressure. When the degassed and degassed microfluidic chip is placed under atmospheric pressure with the third liquid reservoir covered, the chip body begins to occlude air again, so that the third liquid reservoir remains in the third liquid reservoir for a certain period of time. Maintained under reduced pressure.

このとき、チップ本体の第1および第2の液溜にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すると、これらの液体は、自律的に、第1および第2のマイクロ流路、さらに第3のマイクロ流路を通じて第3の液溜に向けて流れる。その間に、第3のマイクロ流路内にエマルジョンが形成され、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに第3の液溜に自動的に捕集される。   At this time, when the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase are injected into the first and second liquid reservoirs of the chip body, respectively, these liquids autonomously become the first and second microchannels, Furthermore, it flows toward the third liquid reservoir through the third microchannel. In the meantime, an emulsion is formed in the third microchannel, and the liquid droplets that become the dispersed phase are automatically collected together with the liquid that becomes the continuous phase in the third liquid reservoir.

こうして、本発明によれば、連続相となる液体および分散相となる液体をそれぞれ第1および第2の液溜から第3の液溜に向けて送液するためのシリンジポンプ等のマイクロポンプが不要となる。また、第1および第2の液溜にそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すれば、それぞれの液体が自律的に第3の液溜に向かって流れるので、各液体の送液流量を制御する必要もない。
さらに、第3の液溜の容積に基づいて計算された、分散相となる液体の必要量を第2の液溜に注入することで、分散相となる液体のデッドボリュームも発生しない。
その結果、微小液滴の製造を低コストで簡単かつ効率的に行うことができる。
Thus, according to the present invention, there is provided a micropump such as a syringe pump for feeding the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase from the first and second liquid reservoirs toward the third liquid reservoir, respectively. It becomes unnecessary. In addition, if a liquid that is a continuous phase and a liquid that is a dispersed phase are injected into the first and second liquid reservoirs, the respective liquids autonomously flow toward the third liquid reservoir. There is no need to control the liquid flow rate.
Furthermore, by injecting into the second liquid reservoir the required amount of liquid that becomes the dispersed phase calculated based on the volume of the third liquid reservoir, the dead volume of the liquid that becomes the dispersed phase does not occur.
As a result, the production of microdroplets can be performed easily and efficiently at a low cost.

本発明によるマイクロ流体チップを利用した微小液滴の製造方法のフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram of a method for producing microdroplets using a microfluidic chip according to the present invention. 本発明による方法において使用されるマイクロ流体チップの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the microfluidic chip | tip used in the method by this invention. 図2のマイクロ流体チップの液溜およびマイクロ流路の配置を示す図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)の一部を拡大した図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the liquid reservoir and microchannel of the microfluidic chip of FIG. 2, (A) is a top view, (B) is the figure which expanded a part of (A). 図1のステップS2以後の過程を説明する模式図であり、マイクロ流体チップの第1の液溜から、第1のマイクロ流路および第3のマイクロ流路を経て第3の液溜に至る部分の側断面を示した図である。It is a schematic diagram explaining the process after step S2 of FIG. 1, and is a part from the first liquid reservoir of the microfluidic chip to the third liquid reservoir through the first microchannel and the third microchannel. FIG. 実験において、脱気する前のマイクロ流体チップの状態を映した写真である。It is the photograph which reflected the state of the microfluidic chip before deaeration in experiment. 実験において、脱気後、マイクロ流体チップの第1および第2の液溜に液体を注入する状態を映した写真である。In an experiment, it is the photograph which reflected the state which inject | pours a liquid into the 1st and 2nd liquid reservoir of a microfluidic chip after deaeration. 実験において、第3のマイクロ流路内に形成されたエマルジョンが第3の液溜に捕集される状態を映した写真である。It is the photograph which reflected the state in which the emulsion formed in the 3rd microchannel was collected by the 3rd liquid reservoir in experiment. 1時間脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time change of the production speed and the total number of production | generation of a microdroplet at the time of using the microfluidic chip | tip after deaeration for 1 hour. 1.5時間脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time change of the production | generation speed | rate and the total number of production | generation of a microdroplet at the time of using the microfluidic chip after deaeration for 1.5 hours. 一昼夜脱気した後のマイクロ流体チップを用いた場合の、微小液滴の生成速度および生成総数の時間変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time change of the production speed and the total number of production | generation of a microdroplet at the time of using the microfluidic chip after deaeration all day and night. 本発明による微小液滴製造装置の一例の概略構成を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows schematic structure of an example of the micro droplet manufacturing apparatus by this invention.

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図1は、本発明によるマイクロ流体チップを利用した微小液滴の製造方法のフロー図である。
図1を参照して、本発明によれば、まず、マイクロ流体チップが準備される(図1のS1)。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flow diagram of a method for producing microdroplets using a microfluidic chip according to the present invention.
Referring to FIG. 1, according to the present invention, a microfluidic chip is first prepared (S1 in FIG. 1).

図2は、本発明による微小液滴の製造方法において使用されるマイクロ流体チップの一例を示した斜視図であり、図3は、図2のマイクロ流体チップの液溜およびマイクロ流路の配置を示す図であり、(A)は平面図であり、(B)は(A)の一部を拡大した図である。
図2および図3を参照して、マイクロ流体チップは、ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された一定厚の板状のチップ本体1を有している。この実施例では、チップ本体1を形成する合成樹脂としてポリジメチルシロキサン(PDMS)が用いられる。
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a microfluidic chip used in the method for producing microdroplets according to the present invention, and FIG. 3 shows the arrangement of the liquid reservoirs and microchannels of the microfluidic chip of FIG. (A) is a plan view, and (B) is an enlarged view of part of (A).
Referring to FIGS. 2 and 3, the microfluidic chip has a plate-shaped chip body 1 having a constant thickness formed from a synthetic resin capable of occluding gas. In this embodiment, polydimethylsiloxane (PDMS) is used as a synthetic resin for forming the chip body 1.

チップ本体1には、その一面側から他面側に貫通する3つの円柱状の穴2〜4が設けられている。この場合、3つの穴2〜4の径は、第1の穴2の容積と第2の穴3の容積を足し合わせたものが、第3の穴4の容積よりも小さくなるような大きさに設定されている。   The chip body 1 is provided with three cylindrical holes 2 to 4 penetrating from the one surface side to the other surface side. In this case, the diameters of the three holes 2 to 4 are such that the sum of the volume of the first hole 2 and the volume of the second hole 3 is smaller than the volume of the third hole 4. Is set to

また、チップ本体1の一面には、第1の穴2の開口縁に接続する第1の微細な溝5と、第2の穴3の開口縁に接続する第2の微細な溝6と、第3の穴4の開口縁に接続する第3の微細な溝7が設けられ、第1〜第3の溝5〜7は互いに一点Pで連結している。   Further, on one surface of the chip body 1, a first fine groove 5 connected to the opening edge of the first hole 2, a second fine groove 6 connected to the opening edge of the second hole 3, and A third fine groove 7 connected to the opening edge of the third hole 4 is provided, and the first to third grooves 5 to 7 are connected to each other at one point P.

第1〜第3の溝5〜7は、それぞれ、連結点Pの手前から当該連結点Pに向かって先細り状に形成されている。
この実施例では、第1〜第3の溝5〜7のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する穴2〜4から連結点Pの手前までのびる幅広の部分5a〜7aと、幅広の部分5a〜7aの先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分5b〜7bと、テーパー部分5b〜7bの先端から連結点Pまでのびる狭小な部分5c〜7cとからなっている。
The first to third grooves 5 to 7 are each tapered from the front of the connection point P toward the connection point P.
In this embodiment, each of the first to third grooves 5 to 7 has the same depth over its entire length, and the wide portions 5a to 5a extending from the related holes 2 to 4 and before the connection point P. 7a, tapered portions 5b to 7b that are gradually narrowed and connected to the tips of the wide portions 5a to 7a, and narrow portions 5c to 7c that extend from the tips of the tapered portions 5b to 7b to the connecting point P. .

さらに、連結点Pにおいて、第1〜第3の溝5〜7が、第1および第2の溝5、6のうちの一方(この実施例では、第2の溝6)と第3の溝7が一直線となり、第1および第2の溝5、6のうちの他方(この実施例では、第1の溝5)が、第1および第2の溝5、6のうちの一方(この実施例では、第2の溝6)および第3の溝7に対して直交する配置で、互いにT字状に連結している。   Further, at the connection point P, the first to third grooves 5 to 7 are one of the first and second grooves 5 and 6 (in this embodiment, the second groove 6) and the third groove. 7 is a straight line, and the other of the first and second grooves 5, 6 (in this embodiment, the first groove 5) is one of the first and second grooves 5, 6 (this implementation). In the example, the second groove 6) and the third groove 7 are orthogonally connected to each other and are connected in a T shape.

そして、チップ本体1の第1〜第3の溝5〜7が設けられた面には、ガラスから形成された基板8が、気密シールされた状態で接合されている。この場合、チップ本体1を形成するPDMSの強い自己吸着性により、チップ本体1と基板8を互いに接触させるだけで、両者を気密シールした状態で接合することができる。
なお、基板8の形成材料はガラスに限定されず、基板8は、チップ本体1を形成する合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂から形成されていてもよい。
And the board | substrate 8 formed from glass is joined to the surface in which the 1st-3rd groove | channels 5-7 of the chip | tip body 1 were provided in the state airtightly sealed. In this case, due to the strong self-adsorption property of the PDMS that forms the chip body 1, the chip body 1 and the substrate 8 can be joined in an airtight sealed state simply by bringing them into contact with each other.
In addition, the forming material of the board | substrate 8 is not limited to glass, The board | substrate 8 may be formed from the synthetic resin of the same kind as the synthetic resin which forms the chip body 1, or another kind of synthetic resin.

このチップ本体1と基板8との接合によって、チップ本体1の第1〜第3の穴2〜4のそれぞれの一端開口が封閉されて、マイクロ流体チップの第1〜第3の液溜m〜mが形成され、また、チップ本体1の第1〜第3の溝5〜7のそれぞれの、チップ本体1の面上に形成された開口部が封閉されて、マイクロ流体チップの第1〜第3のマイクロ流路n〜nが形成される。
マイクロ流体チップは、基板8が下になる配置で使用される。
By joining the chip body 1 and the substrate 8, one end openings of the first to third holes 2 to 4 of the chip body 1 are sealed, and the first to third liquid reservoirs m 1 of the microfluidic chip are sealed. ~m 3 is formed, also, of each of the first to third groove 5-7 of the chip body 1, an opening portion formed on the surface of the chip body 1 is being closed sealed, first microfluidic chip to third microchannel n 1 ~n 3 is formed.
The microfluidic chip is used in an arrangement with the substrate 8 down.

なお、マイクロ流体チップの構成は、上述のものに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。
例えば、上述の実施例では、マイクロ流体チップに第1〜第3の液溜m〜mを1組だけ設けているが、マイクロ流体チップに第1〜第3の液溜m〜mの組を複数組設けてもよい。
また、上述の実施例では、第1〜第3のマイクロ流路n〜nが互いにT字状に連結しているが、第1の液溜mからのびる第1のマイクロ流路nを一対設け、連結点Pにおいて、第1のマイクロ流路nの組と、第2および第3のマイクロ流路n、nの組を互いに十字状に連結してもよい。
The configuration of the microfluidic chip is not limited to that described above, and various modifications are possible.
For example, in the above embodiment, is provided with the first to third liquid reservoir m 1 ~m 3 only one pair to the microfluidic chip, the first to third liquid reservoir m 1 ~m microfluidic chip A plurality of sets of 3 may be provided.
In the above-described embodiment, the first to third microchannels n 1 to n 3 are connected to each other in a T shape, but the first microchannel n extending from the first liquid reservoir m 1 is used. A pair of 1 may be provided, and at the connection point P, the set of the first microchannel n 1 and the set of the second and third microchannels n 2 and n 3 may be connected to each other in a cross shape.

また、例えば、チップ本体1に、2つの第1の液溜mと、各1つの第2および第3の液溜m、mを設けるとともに、2つの第1の液溜からそれぞれのびる2本の第1のマイクロ流路nの組と、第2および第3の流路n、nの組を一点で互いに十字状に連結してもよい。 Further, for example, the chip body 1 is provided with two first liquid reservoirs m 1 and one second and third liquid reservoirs m 2 and m 3 , respectively, and extends from the two first liquid reservoirs. A set of two first microchannels n 1 and a set of second and third channels n 2 and n 3 may be connected to each other in a cross shape at one point.

本発明によれば、次に、第3の液溜mに蓋が被せられた後、マイクロ流体チップが減圧下に置かれて、脱気される(図1のS2)。この実施例では、蓋はガラス板からなっている。この場合、チップ本体1を形成するPDMSは強い自己吸着性を有しているので、チップ本体1の上から第3の液溜mの開口面を覆うようにガラス板を置くだけで、ガラス板とチップ本体1とが吸着して第3の液溜mの上端開口を気密シールした状態で封閉することができる。 According to the present invention, then, after the lid is placed over the third liquid reservoir m 3, the microfluidic chip is placed under reduced pressure, is degassed (S2 in FIG. 1). In this embodiment, the lid is made of a glass plate. In this case, since the PDMS to form a chip body 1 has a strong self-adsorptive, simply by placing a glass plate so as to cover the opening of the third liquid reservoir m 3 from the top of the chip body 1, a glass The plate and the chip body 1 can be adsorbed and sealed in a state where the upper end opening of the third liquid reservoir m3 is hermetically sealed.

このマイクロ流体チップを脱気する際の圧力値および減圧下に置いておく時間は、特に限定されず、これらのパラメータは、後述する、チップ本体1の空気の再吸蔵作用による自律的な微小液滴の製造が適切に行われるように設定される。   The pressure value at the time of degassing the microfluidic chip and the time for which the microfluidic chip is kept under reduced pressure are not particularly limited, and these parameters are autonomous microfluids by the air re-occlusion action of the chip body 1 described later. It is set so that the production of the drops is performed appropriately.

次いで、脱気されたマイクロ流体チップが、第3の液溜mに蓋が被せられたまま大気圧下に置かれ、第1の液溜mに連続相となる液体が注入される一方、第2の液溜mに分散相となる液体が注入される(図1のS3)。 Next, the degassed microfluidic chip is placed under atmospheric pressure with the third liquid reservoir m 3 covered with a lid, and a liquid that is a continuous phase is injected into the first liquid reservoir m 1. Then, a liquid to be a dispersed phase is injected into the second liquid reservoir m 2 (S3 in FIG. 1).

この場合、脱気されたマイクロ流体チップが第3の液溜mに蓋が被せられたまま大気圧下に置かれると、チップ本体1が再び空気を吸蔵し始め、それによって、第3の液溜m内が一定時間減圧状態に維持される。
このとき、チップ本体1の第1および第2の液溜m、mにそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体が注入されると、これらの液体は、自律的に、第1および第2のマイクロ流路n、n、さらに第3のマイクロ流路nを通じて第3の液溜mに向けて流れる。その間に、第3のマイクロ流路n内にエマルジョンが形成され、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体とともに第3の液溜mに自動的に捕集される(図1のS4、S5)
In this case, when the degassed microfluidic chip is placed under the atmospheric pressure with the third liquid reservoir m 3 covered with the lid, the chip body 1 begins to occlude air again, thereby the reservoir m 3 is maintained constant time reduced pressure.
At this time, when a liquid that is a continuous phase and a liquid that is a dispersed phase are injected into the first and second liquid reservoirs m 1 and m 2 of the chip body 1, these liquids are autonomously first and a second microchannel n 1, n 2, flows toward the further third microchannel n 3 through the third liquid reservoir m 3 of. In the meantime, an emulsion is formed in the third microchannel n 3 , and the liquid microdroplets that become the dispersed phase are automatically collected in the third liquid reservoir m 3 together with the liquid that becomes the continuous phase ( (S4, S5 in FIG. 1)

以下に、図1のステップS2以後の過程をより詳細に説明する。
図4は、図1のステップS2以後の過程を説明する模式図であり、マイクロ流体チップの第1の液溜mから、第1のマイクロ流路nおよび第3のマイクロ流路nを経て第3の液溜mに至る部分の側断面を示した図である。
そして、図4Aは、マイクロ流体チップが減圧下に置かれた状態を示し、図4Bは、脱気されたマイクロ流体チップが大気圧下に置かれた状態を示し、図4Cは、第1の液溜mに連続相となる液体が注入された状態を示し、図4Dは、第3のマイクロ流路n内にエマルジョンが形成され、第3の液溜mに分散相となる液体の微小液滴が捕集されている状態を示している。
Hereinafter, the process after step S2 in FIG. 1 will be described in more detail.
Figure 4 is a schematic view for explaining the step S2 after the process of FIG. 1, the first reservoir m 1 of the microfluidic chip, the first microchannel n 1 and the third microchannel n 3 FIG. 5 is a diagram showing a side cross section of a portion that reaches the third liquid reservoir m 3 through the above.
4A shows a state where the microfluidic chip is placed under reduced pressure, FIG. 4B shows a state where the degassed microfluidic chip is placed under atmospheric pressure, and FIG. FIG. 4D shows a state in which a liquid that becomes a continuous phase is injected into the liquid reservoir m 1 , and FIG. 4D shows a liquid in which an emulsion is formed in the third microchannel n 3 and becomes a dispersed phase in the third liquid reservoir m 3. This shows a state in which the micro droplets are collected.

図4Aに示すように、マイクロ液体チップが減圧下に置かれると、チップ本体1に吸蔵された空気が外部に放出されると同時に、第1の液溜m、第1のマイクロ流路n、第3のマイクロ流路nおよび第3の液溜mのそれぞれの内部からも空気が外部に放出される。 As shown in FIG. 4A, when the micro liquid chip is placed under reduced pressure, the air stored in the chip body 1 is released to the outside, and at the same time, the first liquid reservoir m 1 , the first micro flow path n 1 , air is also released to the outside from the inside of each of the third microchannel n 3 and the third liquid reservoir m 3 .

次いで、図4Bに示すように、脱気されたマイクロ流体チップが第3の液溜mに蓋9が被せられたまま大気圧下に置かれると、第1の液溜mから第3の液溜mに向かって空気が流入するが、この空気は、チップ本体1による空気の再吸蔵作用によって、第1および第3の液溜m、mおよびマイクロ流路n、nの壁面から吸収される。
このとき、図4Cに示すように、第1の液溜mに連続相となる液体uが注入されると、液体uは、自律的に、減圧状態にある第1および第3のマイクロ流路n、nを通って、第3の液溜mに向けて流れる。
Then, as shown in FIG. 4B, when a degassed microfluidic chip lid 9 is placed under the atmospheric pressure while placed over the third liquid reservoir m 3, the first third of reservoir m 1 The air flows toward the liquid reservoir m 3 , and this air is re-occluded by the chip body 1, and the air is re-occluded by the first and third liquid reservoirs m 1 and m 3 and the micro flow channels n 1 and n 3. 3 is absorbed from the wall surface.
At this time, as shown in FIG. 4C, the liquid u as a continuous phase in the first liquid reservoir m 1 is injected, the liquid u autonomously, the first and third micro flow in a reduced pressure state It flows toward the third liquid reservoir m 3 through the paths n 1 and n 3 .

この間に、図4Dに示すように、第3のマイクロ流路n内にエマルジョンwが形成され、第3の液溜mに、分散相となる液体の微小液滴が連続相となる液体uとともに捕集される。このエマルジョン生成過程は、第3の液溜m内に残された空間が減圧状態に維持される間持続する。 During this time, as shown in FIG. 4D, the emulsion w is formed in the third microchannel n 3, the third liquid reservoir m 3, the liquid fine droplets of liquid as a disperse phase is a continuous phase Collected with u. This emulsion generation process continues while the space left in the third liquid reservoir m3 is maintained in a reduced pressure state.

こうして、本発明によれば、連続相となる液体および分散相となる液体をそれぞれ第1および第2の液溜m、mから第3の液溜mに向けて送液するためのシリンジポンプ等のマイクロポンプが不要となる。また、第1および第2の液溜m、mにそれぞれ連続相となる液体および分散相となる液体を注入すれば、それらは自律的に第3の液溜mに向かって流れるので、各液体の送液流量を制御する必要もない。
また、第3の液溜mの容積に基づいて計算された、分散相となる液体の必要量を第2の液溜mに注入することで、分散相となる液体のデッドボリュームも発生しない。
それによって、微小液滴の製造を低コストで簡単かつ効率的に行うことができる。
Thus, according to the present invention, the liquid for the continuous phase and the liquid for the dispersed phase are fed from the first and second liquid reservoirs m 1 and m 2 to the third liquid reservoir m 3 , respectively. A micro pump such as a syringe pump becomes unnecessary. In addition, if a liquid that is a continuous phase and a liquid that is a dispersed phase are injected into the first and second liquid reservoirs m 1 and m 2 , respectively, they flow autonomously toward the third liquid reservoir m 3 . There is no need to control the flow rate of each liquid.
It was also calculated based on the third volume of the liquid reservoir m 3, the required amount of liquid as a disperse phase by injecting the second in liquid reservoir m 2, even dead volume of liquid as a disperse phase generator do not do.
As a result, the production of microdroplets can be performed easily and efficiently at low cost.

次に、本発明の効果を確認すべく、実験を行ってその結果を評価した。
実験においては、マイクロ流体チップとして、図2および図3に示したものと同様の構成のものを作成した。マイクロ流体チップの各部の寸法は次のとおりである。
・チップ本体1:縦50mm×横70mm×厚さ4mm
・基板8:縦52mm×横76mm×厚さ1mm
・第1の液溜mの径:d=6mm
・第2の液溜mの径:d=4mm
・第3の液溜mの径:d=8mm
・チップ本体横方向の、第1の液溜mの中心および点P間の距離:L=7mm
・チップ本体横方向の、第2の液溜mの中心および点P間の距離:L=7mm
・チップ本体縦方向の、第2の液溜m(第1の液溜m)の中心および点P間の距離L=7.5mm
・チップ本体縦方向の、第3の液溜mの中心および点P間の距離L+L=7.5mm
・チップ本体縦方向の、第3の液溜mの中心および第3のマイクロ流路nとの接続点間の距離:L=1mm
・第1〜第3のマイクロ流路n〜nの深さ:50μm
・第1〜第3のマイクロ流路n〜nの幅広の部分5a、6a、7aのそれぞれの幅:d=250μm
・第1〜第3のマイクロ流路n〜nのテーパー部分5b、6b、7bのそれぞれの長さ:d=300μm
・第1〜第3のマイクロ流路n〜nの狭小な部分5c、6c、7cのそれぞれの幅:d=50μm
・第1のマイクロ流路n1の狭小な部分5cの長さd=0.2mm
・第2のマイクロ流路n2の狭小な部分6cの長さd=0.2mm
・第3のマイクロ流路n3の狭小な部分7cの長さd=2mm
なお、この実験では、マイクロ流体チップは、第1〜第3の液溜m〜mの組を4組備えているが、そのうちの1組のみを使用した。
Next, in order to confirm the effect of the present invention, an experiment was conducted and the result was evaluated.
In the experiment, a microfluidic chip having the same configuration as that shown in FIGS. 2 and 3 was prepared. The dimensions of each part of the microfluidic chip are as follows.
・ Chip body 1: 50 mm long x 70 mm wide x 4 mm thick
-Substrate 8: 52 mm long x 76 mm wide x 1 mm thick
-Diameter of the first liquid reservoir m 1 : d 1 = 6 mm
- a second diameter of the liquid reservoir m 2: d 2 = 4 mm
- third of the diameter of the reservoir m 3: d 3 = 8mm
The distance between the center of the first liquid reservoir m 1 and the point P in the lateral direction of the chip body: L 1 = 7 mm
The distance between the center of the second liquid reservoir m 2 and the point P in the lateral direction of the chip body: L 2 = 7 mm
The distance L 3 = 7.5 mm between the center of the second liquid reservoir m 2 (first liquid reservoir m 1 ) and the point P in the longitudinal direction of the chip body
-Distance L 4 + L 5 = 7.5 mm between the center of the third liquid reservoir m 3 and the point P in the longitudinal direction of the chip body
- of the chip body longitudinal direction, the distance between the third connection point between the center and the third microchannel n 3 of the reservoir m 3 of: L 5 = 1 mm
-Depth of the first to third microchannels n 1 to n 3 : 50 μm
- first to third microchannel n 1 ~n 3 of the wide portion 5a, 6a, 7a of the respective widths: d 4 = 250 [mu] m
- length of each of the first to third microchannel n 1 ~n 3 of the tapered portion 5b, 6b, 7b: d 5 = 300μm
- first to third microchannel n 1 ~n third narrow portion 5c, 6c, 7c of the respective widths: d 6 = 50 [mu] m
The length d 7 of the narrow portion 5c of the first microchannel n1 = 0.2 mm
The length d 8 of the narrow portion 6c of the second microchannel n2 = 0.2 mm
The length d 9 = 2 mm of the narrow part 7c of the third microchannel n3
In this experiment, the microfluidic chip includes four sets of the first to third liquid reservoirs m 1 to m 3 , but only one of them is used.

このマイクロ流体チップを、図5に示すように、第3の液溜mにカバーガラス(蓋)を被せた状態で、ポンプ内蔵真空デシケータ内に収容し、ポンプを作動させてデシケータ内を減圧し、デシケータ内が所定の圧力値に達した時点でポンプを停止させて、1時間デシケータ内を減圧状態に維持した。 As shown in FIG. 5, the microfluidic chip is housed in a pump built-in vacuum desiccator with the third liquid reservoir m 3 covered with a cover glass (lid), and the pump is operated to decompress the desiccator. Then, when the inside of the desiccator reached a predetermined pressure value, the pump was stopped and the inside of the desiccator was maintained in a reduced pressure state for 1 hour.

その後、マイクロ流体チップを、第3の液溜mにカバーガラスを被せたままで、デシケータから取り出して大気圧下に置くとすぐに、図6に示すように、第1の液溜mに、連続相となる液体として、2%(vol/vol)のABIL EM90および0.05%(vol/vol)のTriton X−100(いずれも界面活性剤)を含んだミネラルオイル液を60μL注入し、第2の液溜mに、PCR反応液(ポリメラーゼ連鎖反応液)を20μL注入した。 Thereafter, as soon as the microfluidic chip is taken out from the desiccator and placed under atmospheric pressure with the cover glass covered on the third liquid reservoir m 3 , the microfluidic chip is placed in the first liquid reservoir m 1 as shown in FIG. 60 μL of mineral oil solution containing 2% (vol / vol) ABIL EM90 and 0.05% (vol / vol) Triton X-100 (both are surfactants) was injected as a liquid to be a continuous phase. 20 μL of the PCR reaction solution (polymerase chain reaction solution) was injected into the second reservoir m 2 .

約3.5分経過後、第3のマイクロ流路n内にエマルジョンが形成され、図7に示すように、第3の液溜mに、PCR反応液の微小液滴がミネラルオイル液とともに捕集された。
このとき、ミネラルオイル液とPCR反応液とが点Pで交差した時点を基準として、PCRの微小液滴の生成速度の時間変化を測定した。さらに、得られた生成速度を積分することによって、微小液滴の生成総数の時間変化を算出した。
結果を図8のグラフに示す。図8のグラフ中、曲線Xは微小液滴の生成総数を表し、曲線Yは微小液滴の生成速度を表している。
After about 3.5 minutes, an emulsion is formed in the third micro flow path n 3 , and as shown in FIG. 7, microdroplets of the PCR reaction liquid are added to the mineral oil liquid in the third liquid reservoir m 3. It was collected with.
At this time, the time change of the production speed of the micro droplets of PCR was measured with reference to the time point when the mineral oil solution and the PCR reaction solution crossed at the point P. Furthermore, the time change of the total number of generated microdroplets was calculated by integrating the obtained generation speed.
The results are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 8, curve X represents the total number of microdroplets generated, and curve Y represents the microdroplet generation speed.

同じマイクロ流体チップを使用し、それぞれ脱気時間を1.5時間および一昼夜として、それぞれの場合について、前と同様に、微小液滴の生成速度の時間変化を測定するとともに、微小液滴の生成総数の時間変化を算出した。
脱気時間を1.5時間とした場合の結果を図9のグラフに示し、脱気時間を一昼夜とした場合の結果を図10のグラフに示す。
Using the same microfluidic chip, with each degassing time of 1.5 hours and day and night, in each case, as before, measure the time variation of the microdroplet production rate and produce the microdroplet The total time change was calculated.
The results when the deaeration time is 1.5 hours are shown in the graph of FIG. 9, and the results when the deaeration time is all day and night are shown in the graph of FIG.

図8〜図10のグラフから、減圧時の圧力が同じ場合、脱気時間が長いほど、微小液滴の生成速度が大きくなり、より短時間で大量の微小液滴を生成することができることがわかった。
また、上記3つの異なる実験のそれぞれにおいて、生成される微小液滴の粒径の時間変化を測定したが、いずれの場合も、微小液滴の粒径は、時間によらずほぼ一定(約90μm)であった。
From the graphs of FIGS. 8 to 10, when the pressure during decompression is the same, the longer the deaeration time, the higher the generation rate of the microdroplets, and it is possible to generate a large number of microdroplets in a shorter time. all right.
In each of the above three different experiments, the time change of the particle size of the generated microdroplet was measured. In any case, the particle size of the microdroplet was almost constant regardless of time (about 90 μm). )Met.

図11は、本発明による微小液滴製造装置の一例の概略構成を示す側断面図である。
図11に示すように、本発明の微小液滴製造装置は、チャンバ10と、一端がチャンバ10に接続された排気管11と、排気管11の他端に接続され、チャンバ10から排気を行うためのポンプ12と、排気管11の途中に設けられた第1のバルブ13と、排気管11における第1のバルブ13の上流側に分岐接続されたリーク管14と、リーク管14の途中に設けられた第2のバルブ15を備えている。
FIG. 11 is a side sectional view showing a schematic configuration of an example of a micro droplet manufacturing apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 11, the micro droplet manufacturing apparatus of the present invention exhausts from the chamber 10, the exhaust pipe 11 having one end connected to the chamber 10, and the other end of the exhaust pipe 11. Pump 12, a first valve 13 provided in the middle of the exhaust pipe 11, a leak pipe 14 branched and connected upstream of the first valve 13 in the exhaust pipe 11, and in the middle of the leak pipe 14 A second valve 15 is provided.

チャンバ10は、この実施例では、両端が閉じられた円筒形状を有し、チャンバ本体10aと、上蓋10bとに分離可能になっている。この場合、チャンバ本体10aの上端開口が上蓋10bによって閉じられたとき、上蓋10bの環状の下端面が、Oリング10cを介してチャンバ本体10aの環状の上端面に接触するようになっている。   In this embodiment, the chamber 10 has a cylindrical shape with both ends closed, and is separable into a chamber main body 10a and an upper lid 10b. In this case, when the upper end opening of the chamber body 10a is closed by the upper lid 10b, the annular lower end surface of the upper lid 10b comes into contact with the annular upper end surface of the chamber body 10a via the O-ring 10c.

微小液滴製造装置は、また、チャンバ10内に配置されたマイクロ流体チップ16を備えている。
マイクロ流体チップ16は、第1〜第3の液溜m〜mの組を複数組有している点を除いて、図2および図3に示したものと同様の構成を有している。
また、図示はしないが、微小液滴製造装置は、マイクロ流体チップ16の第3の液溜mを封閉し得る蓋を備えている。
The microdroplet production apparatus also includes a microfluidic chip 16 disposed in the chamber 10.
The microfluidic chip 16 has the same configuration as that shown in FIGS. 2 and 3 except that the microfluidic chip 16 has a plurality of sets of the first to third liquid reservoirs m 1 to m 3 . Yes.
Although not shown, the micro droplet manufacturing apparatus includes a lid that can seal the third liquid reservoir m 3 of the microfluidic chip 16.

さらに、微小液滴製造装置は、チャンバ10の外部に配置された、連続相となる液体を供給する第1の液体供給源17と、チャンバ10の外部に配置された、分散相となる液体を供給する第2の液体供給源18と、第1の液体供給源17からマイクロ流体チップ16の第1の液溜mに連続相となる液体を供給するための第1の液体供給管19と、第2の液体供給源18からマイクロ流体チップ16の第2の液溜mに分散相となる液体を供給するための第2の液体供給管20を備えている。 Further, the microdroplet manufacturing apparatus includes a first liquid supply source 17 that supplies liquid that becomes a continuous phase, which is arranged outside the chamber 10, and a liquid which becomes a dispersed phase, which is arranged outside the chamber 10. A second liquid supply source 18 for supplying, and a first liquid supply pipe 19 for supplying a liquid as a continuous phase from the first liquid supply source 17 to the first liquid reservoir m 1 of the microfluidic chip 16. , A second liquid supply pipe 20 is provided for supplying a liquid as a dispersed phase from the second liquid supply source 18 to the second liquid reservoir m 2 of the microfluidic chip 16.

この装置によれば、まず、マイクロ流体チップ16の各第3の液溜mに蓋が被せられた後、チャンバ10の上蓋10bが閉じられ、第1のバルブ13が開放される一方、第2のバルブ15が閉じられ、ポンプ12が作動せしめられて、チャンバ10内の空気が排気される。そして、チャンバ10内が一定の減圧状態となった時点で第1のバルブが閉じられるとともにポンプ12が停止せしめられ、マイクロ流体チップ16の脱気がなされる。 According to this apparatus, first, the lid is placed over the respective third reservoir m 3 of the microfluidic chip 16, closed upper lid 10b of the chamber 10, while the first valve 13 is opened, the The second valve 15 is closed and the pump 12 is activated, and the air in the chamber 10 is exhausted. Then, when the inside of the chamber 10 is in a certain reduced pressure state, the first valve is closed and the pump 12 is stopped, and the microfluidic chip 16 is deaerated.

一定時間経過後、第2のバルブ15が開放されてチャンバ10内に再び空気が取り込まれ、チャンバ10内がほぼ大気圧に等しくなった時点で、第1の液体供給源17から連続相となる液体が、第1の液体供給管19を通じてマイクロ流体チップ16の第1の液溜mに注入され、同時に、第2の液体供給源18から分散相となる液体が、第2の液体供給管20を通じてマイクロ流体チップ16の第2の液溜mに注入される。
そして、マイクロ流体チップ16における自律的な微小液滴の製造過程が終了した時点で、上蓋10bが取り外されるとともに、第3の液溜mから蓋が取り外され、生成された微小液滴が外部に取り出される。
After a certain period of time, the second valve 15 is opened and air is taken into the chamber 10 again. When the inside of the chamber 10 becomes substantially equal to the atmospheric pressure, the first liquid supply source 17 becomes a continuous phase. The liquid is injected into the first liquid reservoir m 1 of the microfluidic chip 16 through the first liquid supply pipe 19, and at the same time, the liquid that becomes the dispersed phase from the second liquid supply source 18 is supplied to the second liquid supply pipe 19. 20 is injected into the second liquid reservoir m 2 of the microfluidic chip 16.
Then, when the autonomous production process of fine droplets in a microfluidic chip 16 is completed, with the top cover 10b is removed, the third reservoir m 3 lid is removed from the generated microdroplets external To be taken out.

1 チップ本体
2 第1の穴
3 第2の穴
4 第3の穴
5 第1の溝
6 第2の溝
7 第3の溝
8 基板
9 蓋
10 チャンバ
10a チャンバ本体
10b 上蓋
10c Oリング
11 排気管
12 ポンプ
13 第1のバルブ
14 リーク管
15 第2のバルブ
16 マイクロ流体チップ
17 第1の液体供給源
18 第2の液体供給源
19 第1の液体供給管
20 第2の液体供給管
第1の液溜
第2の液溜
第3の液溜
第1のマイクロ流路
第2のマイクロ流路
第3のマイクロ流路
u 連続相となる液体
w エマルジョン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chip body 2 1st hole 3 2nd hole 4 3rd hole 5 1st groove | channel 6 2nd groove | channel 7 3rd groove | channel 8 Substrate 9 Lid 10 Chamber 10a Chamber body 10b Upper lid 10c O-ring 11 Exhaust pipe 12 pump 13 first valve 14 leak pipe 15 second valve 16 microfluidic chip 17 first liquid supply source 18 second liquid supply source 19 first liquid supply pipe 20 second liquid supply pipe m 1 first 1 liquid reservoir m 2 second liquid reservoir m 3 third liquid reservoir n 1 first micro flow channel n 2 second micro flow channel n 3 third micro flow channel u liquid w emulsion to be a continuous phase

Claims (10)

マイクロ流体チップを用いて微小液滴を製造する方法であって、
(1)ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、前記チップ本体に、第1〜第3の液溜と、それぞれ前記第1〜第3の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第1〜第3のマイクロ流路とが設けられたマイクロ流体チップを準備し、
(2)前記マイクロ流体チップの前記第3の液溜に蓋を被せた後、前記マイクロ流体チップを所定時間、減圧下に置くことによって前記マイクロ流体チップを脱気し、
(3)脱気した前記マイクロ流体チップを前記第3の液溜に前記蓋を被せたままで大気圧下に置き、前記第1の液溜に連続相となる液体を注入する一方、前記第2の液溜に分散相となる液体を注入し、前記合成樹脂のガス吸蔵作用を利用して、前記第1および第2の液溜からそれぞれ前記連続相となる液体および前記分散相となる液体を前記第1および第2のマイクロ流路を通じて前記第3の液溜に向けて流し、前記第3のマイクロ流路内にエマルジョンを形成し、前記第3の液溜に、前記分散相となる液体の微小液滴を前記連続相となる液体とともに捕集することを特徴とする方法。
A method of producing microdroplets using a microfluidic chip,
(1) A plate-like chip body formed of a synthetic resin capable of occluding gas, and one surface of the chip body formed of the same type of synthetic resin as the synthetic resin or another type of synthetic resin or glass And a substrate bonded in a hermetically sealed state, and are connected to the chip body at a single point extending from the bottom of the first to third liquid reservoirs, respectively. Preparing a microfluidic chip provided with first to third microchannels;
(2) After covering the third liquid reservoir of the microfluidic chip, degassing the microfluidic chip by placing the microfluidic chip under reduced pressure for a predetermined time;
(3) The degassed microfluidic chip is placed under the atmospheric pressure while the third liquid reservoir is covered with the lid, and the second liquid is injected into the first liquid reservoir while the second phase is injected. The liquid that becomes the dispersed phase is injected into the liquid reservoir, and the liquid that becomes the continuous phase and the liquid that becomes the dispersed phase from the first and second liquid reservoirs, respectively, using the gas occlusion action of the synthetic resin. A liquid that flows toward the third liquid reservoir through the first and second microchannels, forms an emulsion in the third microchannel, and becomes a liquid that becomes the dispersed phase in the third reservoir. And collecting the microdroplets together with the liquid as the continuous phase.
前記第1〜第3のマイクロ流路のそれぞれが、前記連結する点の手前から前記連結する点まで先細り状にのびていることを特徴とする請求項1に記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein each of the first to third microchannels tapers from a point before the connecting point to the connecting point. 前記第1〜第3のマイクロ流路のそれぞれが、その全長にわたって同じ深さを有し、かつ、関係する前記液溜から前記連結する点の手前までのびる幅広の部分と、前記幅広の部分の先端に接続した次第に幅が狭くなるテーパー部分と、前記テーパー部分の先端から前記連結する点までのびる狭小な部分とからなっていることを特徴とする請求項2に記載の方法。   Each of the first to third micro-channels has the same depth over its entire length, and a wide part extending from the liquid reservoir concerned to the point before the connection point, and the wide part The method according to claim 2, comprising a tapered portion that is gradually narrowed and connected to the tip, and a narrow portion that extends from the tip of the tapered portion to the connecting point. 前記マイクロ流体チップのチップ本体には各1つの前記第1〜第3の液溜が設けられ、前記第1〜第3のマイクロ流路が、前記第1および第2のマイクロ流路のうちの一方と前記第3のマイクロ流路が一直線となり、前記第1および第2のマイクロ流路のうちの他方が前記第3のマクロ流路および前記第1および第2のマイクロ流路のうちの一方に対して直交する配置で、前記一点で互いにT字状に連結していることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の方法。   The chip body of the microfluidic chip is provided with each one of the first to third liquid reservoirs, and the first to third microchannels are the first and second microchannels. One and the third microchannel are in a straight line, and the other of the first and second microchannels is one of the third macrochannel and the first and second microchannels. 4. The method according to claim 1, wherein the points are connected to each other in a T shape in an arrangement orthogonal to each other. 5. 前記マイクロ流体チップのチップ本体には各1つの前記第1〜第3の液溜が設けられ、前記第1の液溜から一対の前記第1のマイクロ流路がのび、前記第1のマイクロ流路の組と、前記第2および第3のマイクロ流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結していることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の方法。   The chip body of the microfluidic chip is provided with each one of the first to third liquid reservoirs, a pair of the first microchannels extends from the first liquid reservoir, and the first microflow The method according to any one of claims 1 to 3, wherein a set of paths and the set of second and third microchannels are connected to each other at the one point in a cross shape. 前記マイクロ流体チップのチップ本体には、2つの前記第1の液溜と、各1つの前記第2および第3の液溜が設けられ、前記2つの第1の液溜からそれぞれのびる2本の前記第2のマイクロ流路の組と、前記第2および第3の流路の組とが前記一点で互いに十字状に連結していることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の方法。   The chip body of the microfluidic chip is provided with the two first liquid reservoirs and the second and third liquid reservoirs, each of which has two lines extending from the two first liquid reservoirs. The set of said 2nd micro flow path and the set of said 2nd and 3rd flow paths are mutually connected in the shape of a cross at the said one point. The method described in 1. 前記第3の液溜の容積が、前記第1および第2の液溜を足し合わせた容積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a volume of the third liquid reservoir is larger than a volume obtained by adding the first and second liquid reservoirs. 前記ガスを吸蔵し得る合成樹脂がポリジメチルシロキサン(PDMS)であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the synthetic resin capable of occluding the gas is polydimethylsiloxane (PDMS). 前記第3の液溜に対する前記蓋がガラス板であることを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれかに記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the lid for the third liquid reservoir is a glass plate. チャンバと、
一端が前記チャンバに接続された排気管と、
前記排気管の他端に接続され、前記チャンバから排気を行うためのポンプと、
前記排気管の途中に設けられた第1のバルブと、
前記排気管における前記第1のバルブの上流側に分岐接続されたリーク管と、
前記リーク管の途中に設けられた第2のバルブと、
前記チャンバ内に配置されたマイクロ流体チップと、を備え、
前記マイクロ流体チップは、
ガスを吸蔵し得る合成樹脂から形成された板状のチップ本体と、
前記合成樹脂と同じ種類の合成樹脂または別の種類の合成樹脂またはガラスから形成され、前記チップ本体の一方の面に気密シールされた状態で接合された基板とを有し、
前記チップ本体には、第1〜第3の液溜と、それぞれ前記第1〜第3の液溜の底部からのび一点で互いに連結する第1〜第3のマイクロ流路とが設けられており、さらに、
前記マイクロ流体チップの前記第3の液溜を封閉し得る蓋と、
前記チャンバの外部に配置された、連続相となる液体を供給する第1の液体供給源と、
前記チャンバの外部に配置された、分散相となる液体を供給する第2の液体供給源と、
前記第1の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第1の液溜に前記連続相となる液体を供給するための第1の液体供給管と、
前記第2の液体供給源から前記マイクロ流体チップの前記第2の液溜に前記分散相となる液体を供給するための第2の液体供給管と、を備えたものであることを特徴とする微小液滴製造装置。
A chamber;
An exhaust pipe having one end connected to the chamber;
A pump connected to the other end of the exhaust pipe for exhausting from the chamber;
A first valve provided in the middle of the exhaust pipe;
A leak pipe branched and connected upstream of the first valve in the exhaust pipe;
A second valve provided in the middle of the leak pipe;
A microfluidic chip disposed in the chamber,
The microfluidic chip is:
A plate-like chip body formed from a synthetic resin capable of storing gas;
The synthetic resin is formed of the same type of synthetic resin or another type of synthetic resin or glass, and has a substrate bonded in an airtight manner to one surface of the chip body,
The chip body is provided with first to third liquid reservoirs and first to third microchannels connected to each other at a single point from the bottom of the first to third liquid reservoirs, respectively. ,further,
A lid capable of sealing the third liquid reservoir of the microfluidic chip;
A first liquid supply source disposed outside the chamber for supplying a liquid to be a continuous phase;
A second liquid supply source arranged outside the chamber for supplying a liquid to be a dispersed phase;
A first liquid supply pipe for supplying a liquid as the continuous phase from the first liquid supply source to the first liquid reservoir of the microfluidic chip;
And a second liquid supply pipe for supplying the liquid serving as the dispersed phase from the second liquid supply source to the second liquid reservoir of the microfluidic chip. Micro droplet production equipment.
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