JP2017096673A - マイクロチップ - Google Patents
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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
【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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015226568A JP2017096673A (ja) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | マイクロチップ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015226568A JP2017096673A (ja) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | マイクロチップ |
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JP2017096673A true JP2017096673A (ja) | 2017-06-01 |
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Family Applications (1)
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JP2015226568A Pending JP2017096673A (ja) | 2015-11-19 | 2015-11-19 | マイクロチップ |
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2015
- 2015-11-19 JP JP2015226568A patent/JP2017096673A/ja active Pending
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