JP2017096673A - マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】大型化することなく流路内で流体を撹拌可能なマイクロチップを提供する。
【解決手段】流体が流通する流路１１０と、流路１１０において流体を撹拌する流体処理部１１１と、磁性を有する材料で形成された機能部１３２が埋設され、流体処理部１１１に設けられている機能部材１３０と、機能部材１３０が流体処理部１１１から流出するのを防止する流出防止部１２０と、を有するマイクロチップ。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロチップに関する。

微細加工技術を利用して基板に微細な流路を形成し、流路を流れる流体の分析・検査等を行うマイクロ分析チップ、マイクロ検査チップ、μＴＡＳ（Micro Total Analysis Systems）等といったマイクロチップが実用化されている。

このようなマイクロチップにおいて、例えば流路を流通する流体を混合撹拌するために、三次元的な曲線を中心軸とする撹拌流路を有するマイクロチップが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１９８３２４号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、流路を長くする必要がありマイクロチップの大型化を招いてしまう可能性がある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、大型化することなく流路内で流体を撹拌可能なマイクロチップを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るマイクロチップによれば、流体が流通する流路と、前記流路において前記流体を撹拌する流体処理部と、磁性を有する材料で形成された機能部が埋設され、前記流体処理部に設けられている機能部材と、前記機能部材が前記流体処理部から流出するのを防止する流出防止部と、を有する。

本発明の実施形態によれば、大型化することなく流路内で流体を撹拌可能なマイクロチップが提供される。

実施形態におけるマイクロチップを例示する図である。 実施例１におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例１におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例２におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例３におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例４におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例５におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例６におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例７におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例８におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例９におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 実施例１０におけるマイクロチップの流体処理部を例示する図である。 図１２のＡ−Ａ断面概略図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

図１は、実施形態におけるマイクロチップ１００を例示する図である。なお、以下に示す図面において、Ｘ方向はマイクロチップ１００の長手方向、Ｙ方向はマイクロチップ１００の短手方向、Ｚ方向はマイクロチップ１００の厚さ（高さ）方向である。

図１に示されるように、マイクロチップ１００は、第１導入口１０１、第２導入口１０２、導出口１０３、流路１１０を有する。マイクロチップ１００は、例えば、それぞれ導入口や流路等が形成されている複数の平板状部材が積層されることで形成される。マイクロチップ１００を構成する平板状部材は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＤＭＳとガラスとの複合材料、樹脂等からなり、エッチングやモールディング等によって導入口や流路等が形成されている。

第１導入口１０１は、図１においてマイクロチップ１００の上面側に開口を有する円形の有底孔である。第１導入口１０１には、第１流体が供給される。第２導入口１０２は、図１においてマイクロチップ１００の上面側に開口を有する円形の有底孔であり、第１導入口１０１から離間する位置に形成されている。第２導入口１０２には、例えば第１流体との間で化学反応を起こす第２流体が供給される。

導出口１０３は、図１においてマイクロチップ１００の上面側に開口を有する円形の有底孔であり、第１導入口１０１及び第２導入口１０２から離間する位置に形成されている。導出口１０３は、マイクロチップ１００の内部に形成されている流路１１０によって、第１導入口１０１及び第２導入口１０２と連通している。導出口１０３は、第１導入口１０１及び第２導入口１０２に供給されて流路１１０を通過した流体が排出される。

流路１１０は、第１導入口１０１、第２導入口１０２、及び導出口１０３に連通するように、マイクロチップ１００の内部に形成されている。流路１１０は、第１導入口１０１に通じる第１経路１１３、第２導入口１０２に通じる第２経路１１４、第１経路１１３と第２経路１１４とが合流して導出口１０３に通じる第３経路１１５を有する。また、流路１１０は、図１には不図示の流体処理部を有する。流体処理部は、第１導入口１０１に導入された第１流体と第２導入口１０２に導入された第２流体とを混合・撹拌する。流体処理部の構成については後述する。

本実施形態に係るマイクロチップ１００は、上記した構成を有し、例えば第１導入口１０１及び第２導入口１０２にそれぞれ異なる流体が供給される。マイクロチップ１００に供給された２つの流体は、例えば流路１１０の流体処理部において混合・撹拌されて化学反応を起こした後に導出口１０３に排出され、検査・分析等が行われる。

なお、マイクロチップ１００における導入口や導出口の数や形状、流路の構成等は、本実施形態において例示される構成に限られるものではない。例えば、マイクロチップ１００には、導入口が１つ又は３つ以上形成されてもよく、導出口が２つ以上形成されてもよい。また、流路１１０には、流体を混合・撹拌する流体処理部以外に、希釈部、フィルタ部等が形成されてもよい。また、マイクロチップ１００の材料及び製造方法は、導入口や導出口を形成可能であれば、上記した例に限られるものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。また、図３は、実施例１におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示する側面概略図である。図２及び図３に示される白抜き矢印は、流路１１０における流体の流通方向である。

図２及び図３に示されるように、流路１１０の流体処理部１１１には、軸部材１２０、機能部材１３０が設けられている。なお、軸部材１２０及び機能部材１３０を含む流体処理部１１１は、流路１１０の何処に設けられてもよく、流路１１０の複数箇所に設けられてもよい。

軸部材１２０は、流出防止部の一例であり、流体処理部１１１の内壁面から突出するように形成されている。本実施例における軸部材１２０は、図３に示されるように、上端が流体処理部１１１の天井面に、下端が流体処理部１１１の底面に結合されている。なお、軸部材１２０は、マイクロチップ１００の流路１１０と一体成形されてもよく、別部品として形成されて流路１１０の流体処理部１１１に取り付けられてもよい。

機能部材１３０は、中空部１３１を有する円筒状に形成され、磁性を有する材料で形成された機能部１３２が埋設されている。機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通され、軸部材１２０を中心に回転可能に設けられている。機能部材１３０は、中空部１３１に流出防止部としての軸部材１２０が挿通されることで、流体処理部１１１からの流出が防止されている。

機能部材１３０は、例えばＰＤＭＳ、ＰＤＭＳとガラスとの複合材料、樹脂等であって、流路１１０を流通する流体に溶解することがない材料で形成される。機能部１３２は、例えばフェライト、ネオジウム等の磁性を有する材料で形成され、機能部材１３０に埋設されている。機能部１３２は、機能部材１３０に覆われて流路１１０を流通する流体に接触しないため、流体に溶解することなくその機能が発現される。なお、機能部１３２の形状、機能部材１３０に設けられる位置等は、本実施例において例示される構成に限られるものではない。

上記した構成において、機能部１３２を引き寄せる磁石を外部から流体処理部１１１に近づけて軸部材１２０の軸方向を中心に回転させると、機能部材１３０が、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。

例えば、流体処理部１１１が図１に示される第３経路１１５に設けられている場合には、機能部材１３０を回転させることで、第３経路１１５を流れる第１流体と第２流体とを撹拌し、第１流体と第２流体との反応を促進させることができる。また、流路１１０の長大化を招くことなく流体を撹拌できるため、マイクロチップ１００が大型化することがない。

なお、流路１１０の内壁面、軸部材１２０、機能部材１３０は、例えばテフロン（登録商標）、フッ素等によって被覆されていることが好ましい。各部材間での摩擦力が低減され、流体処理部１１１において機能部材１３０が円滑に回転できるようになる。

（実施例２）
図４は、実施例２におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

実施例２における機能部材１３０は、ＸＹ断面が角丸長方形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。また、機能部材１３０は、磁性を有する材料で形成されている機能部１３２が埋設されている。

実施例２における機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通されるように流体処理部に設けられ、軸部材１２０を中心に回転可能になっている。機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。

なお、機能部材１３０は、流体処理部１１１を流通する流体を撹拌可能であれば、上記した実施例とは異なる形状であってもよく、例えばＸＹ断面が楕円形や多角形等に形成されてもよい。

（実施例３）
図５は、実施例３におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

実施例３における機能部材１３０は、ＸＹ断面の外形が円形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。機能部材１３０は、磁性を有する材料で形成されている機能部１３２が埋設されている。また、機能部材１３０は、外周面から半径方向外側に向かって突出する複数の突出部１３３が形成されている。

突出部１３３は、機能部材１３０の外周面から突出してＺ方向に延伸するリブ状に形成され、機能部材１３０の周方向において等間隔に形成されている。なお、突出部１３３の形状、形成位置、数等の構成は、図５に例示される構成に限られるものではない。また、図４に示される実施例２における機能部材１３０の外周面に突出部が形成されてもよい。

実施例３における機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通されるように流体処理部に設けられ、軸部材１２０を中心に回転可能になっている。機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。実施例３における機能部材１３０は、外周面に形成されている突出部１３３によって流体の撹拌性能が向上する。

（実施例４）
図６は、実施例４におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

実施例４における機能部材１３０は、ＸＹ断面の外形が円形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。機能部材１３０は、磁性を有する材料で形成されている機能部１３２が２箇所に埋設されている。

実施例４における機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通されるように流体処理部に設けられ、軸部材１２０を中心に回転可能になっている。機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。

機能部材１３０は、機能部１３２が複数箇所に設けられることで回転力が向上し、例えば粘性が高い流体を撹拌することが可能になる。なお、機能部１３２の埋設位置は、図６に例示される位置に限定されるものではない。また、機能部材１３０には、機能部１３２が３箇所以上設けられてもよい。機能部材１３０は、機能部１３２の数が多いほど撹拌性能が向上する。

（実施例５）
図７は、実施例５におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

実施例５における機能部材１３０は、ＸＹ断面の外形が角丸長方形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。また、機能部材１３０は、磁性を有する材料で形成されている機能部１３２が２箇所に埋設されている。機能部材１３０は、ＸＹ断面の長手方向において中央部に中空部１３１が形成され、両端部にそれぞれ機能部１３２が埋設されている。

実施例５における機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通されるように流体処理部に設けられ、軸部材１２０を中心に回転可能になっている。機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。

機能部材１３０は、機能部１３２が複数箇所に設けられることで回転力が向上し、例えば粘性が高い流体を撹拌することが可能になる。なお、機能部１３２の埋設位置は、図６に例示される位置に限定されるものではない。また、機能部材１３０には、機能部１３２が３箇所以上の複数箇所に設けられてもよい。機能部材１３０は、機能部１３２の数が多いほど撹拌性能が向上する。

（実施例６）
図８は、実施例６におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

実施例６におけるマイクロチップ１００には、流体処理部として撹拌室１１２が設けられている。撹拌室１１２は、流路１１０の途中に設けられ、流路１１０の幅より大きい直径を有する円柱状に形成されている。撹拌室１１２には、軸部材１２０、機能部材１３０が設けられている。

軸部材１２０は、Ｚ方向に延伸して両端が撹拌室１１２の内壁面に連結し、撹拌室１１２の内部を貫通するように設けられている。機能部材１３０は、実施例１と同様に、ＸＹ断面の外形円形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。また、機能部材１３０は、磁性を有する材料で形成されている機能部１３２が埋設されている。

実施例６における機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通されるように撹拌室１１２に設けられ、軸部材１２０を中心に回転可能になっている。機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、軸部材１２０を中心に回転して流体処理部１１１を流通する流体を撹拌する。

撹拌室１１２において機能部材１３０が回転して流路１１０を流通する流体を撹拌することで、流体の撹拌効率が向上する。なお、機能部材１３０の形状、機能部１３２の数や埋設位置等は、図８に例示される構成に限られない。機能部材１３０は、例えば、上記した実施例２と同様の形状であってもよく、実施例３と同様に外周面に突出部１３３が形成されてもよい。また、機能部材１３０は、機能部１３２が複数箇所に設けられてもよい。

（実施例７）
図９は、実施例７におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示する側面概略図である。

実施例７における流体処理部１１１には、軸部材１２０、４つの機能部材１３０が設けられている。軸部材１２０は、Ｚ方向に延伸して両端部がそれぞれ流体処理部１１１の内壁面に連結されている。各機能部材１３０は、ＸＹ断面の外形が円形の柱状部材であり、中空部に軸部材１２０が挿通されて軸部材１２０を中心に回転可能に設けられている。

流体処理部１１１に設けられている４つの機能部材１３０は、埋設されている機能部１３２の数が異なっている。図９に示されるように、最上部の機能部材１３０には１つの機能部１３２が埋設され、上から２番目の機能部材１３０には２つの機能部１３２が埋設されている。また、上から３番目の機能部材１３０には１つの機能部１３２が埋設され、最下部の機能部材１３０には２つの機能部１３２が埋設されている。

このように、機能部１３２の数が隣り合う機能部材１３０で互いに異なることで、外部から磁石を近づけて回転させた場合に、隣り合う機能部材１３０同士で回転速度等に差異が生じ、流体の撹拌効率が向上する。

本実施例では、隣り合う機能部材１３０で機能部１３２の数が異なるが、機能部１３２の大きさや埋設位置等が異なる構成であってもよい。なお、１つの軸部材１２０に設けられる機能部材１３０の数は、本実施例において例示される数に限られるものではなく、２つ以上の複数であってもよい。機能部材１３０の形状は、円筒形に限られるものではなく、実施例２と同様にＸＹ断面が角丸長方形の筒状であってもよく、実施例３と同様に外周面に突出部が形成されてもよい。

（実施例８）
図１０は、実施例８におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示するＸＹ断面概略図である。

図１０に示されるように、実施例８における流体処理部１１１は、マイクロチップ１００の流路１１０において第１経路１１３と第２経路１１４とが合流して第３経路１１５に通じる部分に形成されている。流体処理部１１１には、軸部材１２０、機能部材１３０が設けられている。

軸部材１２０は、Ｚ方向に延伸して両端部がそれぞれ流体処理部１１１の内壁面に連結されている。機能部材１３０は、ＸＹ断面の外形が角丸長方形でＺ方向に延伸する柱状の部材であり、Ｚ方向に貫通するように中空部１３１が形成されている。機能部材１３０は、中空部１３１に軸部材１２０が挿通され、軸部材１２０を中心に回転可能に設けられている。

機能部材１３０は、機能部１３２を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転すると、図１０において示される矢印方向の何れかの方向に回転し、第１経路１１３又は第２経路１１４を封止できる。

例えば、第２導入口１０２から供給された第２流体を第３経路１１５に流通させたい場合には、図１０において実線で示されるように、第１経路１１３を封止するように機能部材１３０を回転させる。また、第１導入口１０１から供給された第１流体を第３経路１１５に流通させたい場合には、図１０において破線で示されるように、第２経路１１４を封止するように機能部材１３０を回転させる。このように、機能部材１３０を回転させて第１経路１１３又は第２経路１１４を封止することで、第１経路１１３を流れる第１流体又は第２経路１１４を流れる第２流体を第３経路１１５に導くことができる。

また、例えば、図１０に示される第１経路１１３の封止位置と、第２経路１１４の封止位置との間に位置するように機能部材１３０を回転させることもできる。このように機能部材１３０を回転させることで、第１流体及び第２流体の流入量を変えて任意の比率で混合して第３経路１１５に導くことが可能になる。

なお、機能部材１３０の形状、機能部１３２の数や埋設位置等は、本実施例において例示される構成に限られるものではない。また、実施例１０における流体処理部１１１は、流路１１０において３つ以上の経路が１つの経路に合流する部分に設けられてもよい。

（実施例９）
図１１は、実施例９におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示する上面概略図である。

図１１に示されるように、流体処理部１１１には、複数の機能部材１４０が設けられている。各機能部材１４０は、球状に形成され、磁性を有する材料で形成された機能部１４１を内包している。

各機能部材１４０は、機能部１４１を引き寄せる磁石がマイクロチップ１００の外部から流体処理部１１１に近付いて回転等すると、流体処理部１１１において変位して流路１１０を流れる流体を撹拌する。

流体処理部１１１の下流側（図１１における右側）には、Ｘ方向の幅が機能部材１４０の外径未満の狭幅経路１１６が形成されている。狭幅経路１１６は、流出防止部の一例であり、機能部材１４０が流体に流されて流体処理部１１１の下流側に流出するのを防止する。

なお、機能部材１４０の流出を防止する流出防止部としては、機能部材１４０を堰き止めることが可能であれば、本実施例において例示される狭幅経路１１６に限られるものではない。例えば、流出防止部として、間隔が機能部材１４０の外径未満に形成された柵状の構造物が流体処理部１１１の下流側に設けられてもよい。

（実施例１０）
図１２は、実施例１０におけるマイクロチップ１００の流体処理部を例示する上面概略図である。また、図１３は、図１２のＡ−Ａ断面概略図である。

図１２に示されるように、マイクロチップ１００には、流体処理部として、流路１１０から分岐して矢印方向に流体が流通する複数の流体処理室１１７が設けられている。各流体処理室１１７は、マイクロチップ１００の内部に形成されている円柱状の空間であり、流路１１０に連通している。

また、マイクロチップ１００には、図１３に示されるように、流体処理室１１７の底面側（図１３における下側）に機能部１５０が埋設されている。なお、機能部１５０は、全ての流体処理室１１７に設けられなくてもよい。

機能部１５０は、例えば黒鉛、カーボンナノチューブ等の光を吸収する材料や、鉄など渦電流の発生する磁性体等のマイクロ波を吸収する材料等、電磁波吸収性を有する材料で形成されている。機能部１５０は、流体処理室１１７に流体が流通している状態で光やマイクロ波が照射されて発熱し、流体処理室１１７を通過する流体を加熱する。

なお、実施例１から実施例９において、例えばフェライト微粒子混合ウレタンフォーム等の磁性及び光やマイクロ波等の電磁波吸収性を有する材料を用いて機能部を形成することで、流体処理部１１１において流体を混合・撹拌すると同時に加熱することも可能になる。

以上、実施形態に係るマイクロチップについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。なお、上記した実施形態における各部の寸法は、例示した値に限定されるものではない。

１００ マイクロチップ
１１０ 流路
１１１ 流体処理部
１１２ 撹拌室（流体処理部）
１１７ 流体処理室
１１３ 第１経路
１１４ 第２経路
１１５ 第３経路
１１６ 狭幅経路（流出防止部）
１２０ 軸部材（流出防止部）
１３０，１４０ 機能部材
１３１ 中空部
１３２，１４１，１５０ 機能部

Claims (8)

1. 流体が流通する流路と、
   前記流路において前記流体を混合又は撹拌する流体処理部と、
   磁性を有する材料で形成された機能部が埋設され、前記流体処理部に設けられている機能部材と、
   前記機能部材が前記流体処理部から流出するのを防止する流出防止部と、を有する
   ことを特徴とするマイクロチップ。
2. 前記流出防止部は、前記流体処理部の内壁面から突出する軸部材であり、
   前記機能部材は、筒状に形成されて前記軸部材を環囲し、前記軸部材を中心に回転可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記軸部材に前記機能部材が複数設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記機能部材は、外周面から突出する複数の突出部を有する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロチップ。
5. 前記流体処理部は、前記流路において複数の経路が合流する部分に形成され、
   前記機能部材は、前記軸部材を中心に回転して前記各経路からの前記流体の流入量を変更可能に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロチップ。
6. 前記機能部材は、球状に形成されて前記流体処理部に設けられ、
   前記流出防止部は、前記流体処理部の下流側に設けられ、前記流路において幅が前記機能部材の外径未満に形成された狭幅経路である
   ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
7. 前記機能部は、電磁波吸収性を有する材料で形成されている
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のマイクロチップ。
8. 流体が流通する流路と、
   前記流路において前記流体を加熱する流体処理部と、
   電磁波吸収性を有する材料で形成され、前記流体処理部の周囲に埋設されている機能部と、を有する
   ことを特徴とするマイクロチップ。

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