JP2017111029A - Micro channel device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ流路デバイスに関する。 The present invention relates to a microchannel device.
半導体技術や微細加工技術を応用し、サンプルの分離システムや検出システムなどを小型のチップ上に集積したLab−on−a−chip(ラボ・オン・ア・チップ)等のマイクロ流路デバイス(マイクロ流体デバイスともいう。)に係る技術について、種々の報告がなされている。 Applying semiconductor technology and microfabrication technology, micro-channel devices such as Lab-on-a-chip (lab-on-a-chip) in which sample separation systems and detection systems are integrated on a small chip Various reports have been made on techniques related to fluid devices.
たとえば、特許文献1には、液体試料の逆流や脈流が発生することを抑制すべく、試料供給部と、液体試料を分析する分析部と、分析部を通過した液体試料を収容する廃液部と、流路とを備えたデバイスにおいて、分析部の下流側に設けたポンプの吸引力によって液体試料を試料供給部から廃液部に向けて安定的に送液するよう構成されたマイクロ流体デバイスが記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses that a sample supply unit, an analysis unit that analyzes a liquid sample, and a waste liquid unit that stores the liquid sample that has passed through the analysis unit, in order to suppress the backflow or pulsation of the liquid sample. A microfluidic device configured to stably feed a liquid sample from the sample supply unit toward the waste liquid unit by a suction force of a pump provided downstream of the analysis unit. Have been described.
しかし、近年、マイクロ流路デバイスの小型化および高機能化について要求される技術水準は、ますます高くなってきている。こうした事情に鑑みて、かかるマイクロ流路デバイスの使用環境についても、多様化が進んでいる。そのため、特許文献1等に記載されている従来技術は、ポンプなどの吸引機構を十分に使用できない環境下において、安定的に送液することが困難である場合があった。 However, in recent years, the technical level required for miniaturization and higher functionality of microchannel devices has been increasing. In view of such circumstances, the use environment of such microchannel devices is also diversifying. For this reason, in the conventional technique described in Patent Document 1 and the like, it may be difficult to stably feed liquid in an environment where a suction mechanism such as a pump cannot be sufficiently used.
そこで、本発明は、逆流や脈流が発生することを抑制しつつ、安定的な送液を実現するとともに、液体試料を自発的に流動させることが可能なマイクロ流路デバイスを提供する。 Therefore, the present invention provides a microchannel device capable of realizing a stable liquid feeding and allowing a liquid sample to flow spontaneously while suppressing the occurrence of backflow or pulsating flow.
本発明によれば、樹脂組成物により形成され、かつ一方の面に2種以上の流体をそれぞれ供給するための複数の流路が設けられた樹脂基板と、
前記樹脂基板における前記溝が設けられている側の面に接合された樹脂フィルムと、
を備えたマイクロ流路デバイスであって、
前記樹脂基板に設けられた前記複数の流路が、1の前記流体を供給するための第1の流路と、前記1の流体とは異なる他の前記流体を供給するための第2の流路とを含み、
前記第1の流路と前記第2の流路とが、前記第1の流路および前記第2の流路のそれぞれに設けられている供給孔よりも下流側の位置において、互いに交差する交差部を形成しており、
前記交差部における前記第1の流路の側壁形状が、前記流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、前記第1の流路の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状であり、
前記側壁形状が前記テーパー形状となっている領域をテーパー領域とした時、前記テーパー領域における前記第1の流路の最上流側の流路幅をH1とし、前記テーパー領域における前記第1の流路の最下流側の流路幅をH2としたとき、H2/H1の値が1.3以上1.6以下である、マイクロ流路デバイスが提供される。
According to the present invention, a resin substrate formed of a resin composition and provided with a plurality of flow paths for supplying two or more fluids to one surface,
A resin film bonded to a surface of the resin substrate on which the groove is provided;
A microchannel device comprising:
The plurality of flow paths provided in the resin substrate include a first flow path for supplying one fluid and a second flow for supplying another fluid different from the first fluid. Including roads,
The first channel and the second channel intersect each other at positions downstream of the supply holes provided in each of the first channel and the second channel. Forming part,
The side wall shape of the first flow path at the intersecting portion is a tapered shape spreading from the upstream side to the downstream side of the first flow path when viewed from a direction perpendicular to the fluid flow direction. And
When the region in which the side wall shape is the tapered shape is a tapered region, the flow channel width on the most upstream side of the first flow channel in the tapered region is H1, and the first flow in the tapered region is Provided is a microchannel device having a value of H2 / H1 of 1.3 or more and 1.6 or less, where H2 is the channel width on the most downstream side of the path.
本発明によれば、逆流や脈流が発生することを抑制しつつ、安定的な送液を実現するとともに、液体試料を自発的に流動させることが可能なマイクロ流路デバイスを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a microchannel device capable of realizing stable liquid feeding and allowing a liquid sample to flow spontaneously while suppressing the occurrence of backflow or pulsating flow.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
図1は、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100を、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見た図である。なお、図1に示すマイクロ流路デバイス100は、2種の流体試料を供給することを前提に2つの流路を備えたものであるが、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は2種以上の流体を供給可能なものであり、このような態様に対応すべく2以上の流路を備えたものであってもよい。
図1に示すように、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は、樹脂組成物により形成され、かつ一方の面に2種以上の流体をそれぞれ供給するための複数の流路が設けられた樹脂基板と、樹脂基板における溝が設けられている側の面に接合された樹脂フィルムと、を備えたものである。そして、かかるマイクロ流路デバイス100は、樹脂基板に設けられた複数の流路が、1の流体を供給するための第1の流路20と、上記1の流体とは異なる他の流体を供給するための第2の流路40とを含み、第1の流路20と第2の流路40とが、第1の流路20および第2の流路40のそれぞれに設けられている供給孔10および30よりも下流側の位置において、互いに交差する交差部50を形成している。
FIG. 1 is a view of the
As shown in FIG. 1, the
図2は、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100に形成された交差部50近傍領域を流体の流動方向に向かって垂直な方向から見た拡大図である。
図2に示すように、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は、交差部50における第1の流路20の側壁形状が、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第1の流路20の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状である。さらに、かかるマイクロ流路デバイス100は、側壁形状がテーパー形状となっている領域をテーパー領域80とした時、テーパー領域80における第1の流路20の最上流側の流路幅をH1とし、テーパー領域80における第1の流路20の最下流側の流路幅をH2としたとき、H2/H1の値が1.3以上1.6以下となる構成を採用している。こうすることで、逆流や脈流が発生することを抑制しつつ、安定的な送液を実現するとともに、液体試料を自発的に流動させることが可能なマイクロ流路デバイス100を実現することが可能である。なお、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100において、各種流体の推進力は、重力に起因したものである。
FIG. 2 is an enlarged view of a region near the
As shown in FIG. 2, when the
従来のマイクロ流路デバイスにおいても、たとえば、特許文献1のように、逆流や脈流が発生することを抑制しつつ、安定的な送液を実現する技術は報告されている。しかし、従来のマイクロ流路デバイスにおいては、最下流側からポンプなどの吸引機構を利用して安定的な送液を実現する場合がほとんどであった。 Also in the conventional microchannel device, for example, as in Patent Document 1, a technique for realizing stable liquid feeding while suppressing the occurrence of backflow and pulsating flow has been reported. However, in the conventional microchannel device, in most cases, stable liquid feeding is realized using a suction mechanism such as a pump from the most downstream side.
しかし、近年、マイクロ流路デバイスの小型化および高機能化について要求される技術水準は、ますます高くなってきている。こうした事情に鑑みて、かかるマイクロ流路デバイスの使用環境についても、多様化が進んでいる。そのため、ポンプなどの吸引機構を利用することなく、流体の自発的な流動により安定的な送液を可能とするマイクロ流路デバイスの実現が求められている傾向にある。 However, in recent years, the technical level required for miniaturization and higher functionality of microchannel devices has been increasing. In view of such circumstances, the use environment of such microchannel devices is also diversifying. Therefore, there is a tendency to realize a micro-channel device that enables stable liquid feeding by spontaneous flow of fluid without using a suction mechanism such as a pump.
そこで、本発明者は、流体の自発的な流動により安定的な送液を可能とするマイクロ流路デバイス100を実現すべく、鋭意検討した。その結果、以下の2つの条件をともに満たす構成を採用することが、設計指針として有効であることを見出した。
第1の条件は、交差部50における第1の流路20の側壁形状が、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第1の流路20の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状となるよう制御することである。こうすることで、交差部50における第1の流路20内を流動する流体と、第2の流路40内を流動する流体との接触面積を増大させることが可能であるため、両者を混合させる際に逆流が発生することを抑制することができる。また、上述したように、交差部50における第1の流路20の側壁形状が、第1の流路20の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状となるよう制御することで、第1の流路20の側壁を構成する部材に対する流体の濡れ性に起因した表面張力が増大することを抑制することも可能である。
第2の条件は、側壁形状がテーパー形状となっている領域をテーパー領域80とした時、テーパー領域80における第1の流路20の最上流側の流路幅をH1とし、テーパー領域80における第1の流路20の最下流側の流路幅をH2としたとき、H2/H1の値が1.3以上1.6以下となる構成を採用することである。こうすることで、交差部50において第1の流路20内を流動する流体と、第2の流路40内を流動する流体とが接触して混合される前段階において、第1の流路20内を流動する上記流体の送液速度を低減させることができる。そのため、上記交差部50において、第1の流路20内を流動する流体が、第2の流路40内を流動する流体の内部に巻き込まれるように、両流体を混合することが可能となり、結果として乱流が発生することを抑制することができる。
Therefore, the present inventor has intensively studied to realize a
The first condition is that when the shape of the side wall of the
The second condition is that when the region where the side wall shape is tapered is the
そして、本実施形態において、上記H2/H1の値は、1.3以上1.6以下であるが、好ましくは、1.35以上1.55以下であり、さらに好ましくは、1.4以上1.55以下であり、最も好ましくは、1.48以上1.52以下である。こうすることで、交差部50に侵入する第1の流路20内を流動する流体の送液速度を効果的に低減させることが可能となるため、より一層安定的な送液が可能となる。
In the present embodiment, the H2 / H1 value is 1.3 or more and 1.6 or less, preferably 1.35 or more and 1.55 or less, and more preferably 1.4 or more and 1 or less. .55 or less, and most preferably 1.48 or more and 1.52 or less. By doing so, it is possible to effectively reduce the liquid feeding speed of the fluid flowing in the
ここで、交差部50における第1の流路20の側壁形状と、第2の流路40の側壁形状とを、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見て、上記テーパー領域80における第1の流路20の最下流側の流路幅をH2とし、交差部50における第2の流路40の最上流側の流路幅をH3とした時、H3<H2となるように、両者を制御することが好ましい。こうすることで、交差部50に侵入する第1の流路20内を流動する流体の送液速度と、第2の流路40内を流動する流体の送液速度とを制御することができる。具体的には、第2の流路40内を流動する流体の送液速度が、第1の流路20内を流動する流体の送液速度と比べて大きくなるように制御することができる。そのため、結果として、第2の流路40内を流動する流体に対する、第1の流路20内を流動する流体の巻き込み効率を向上させることが可能となる。
Here, when the side wall shape of the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100に備わる交差部50において、第1の流路20と、第2の流路40とが形成する交差角は、当該マイクロ流路デバイス100に要求されている基本特性を保持しつつ、流体の自発的な流動により安定的な送液を可能とする観点から、好ましくは、85°以上95°以下であり、さらに好ましくは、87°以上93°以下である。なお、上記交差角とは、第1の流路20と、第2の流路40とが形成する角の内、角度が小さい側を指す。
Further, in the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100におけるテーパー領域80を形成する第1の流路20の側壁形状は、当該第1の流路20の上流側から下流側にかけて、第1の流路20の流路幅の中心点から外方に向かって凸の曲線を描いた形状であることが好ましい。こうすることで、第1の流路20内を流動する流体が交差部50に侵入する前に、当該流体に対流が発生することを抑制することができる。これにより、結果として、より一層安定的な送液を行うことが可能となる。
In addition, the side wall shape of the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100において、上記テーパー領域80における第1の流路20の最上流側の流路幅H1は、交差部50に侵入する第1の流路20内を流動する流体と、第2の流路40内を流動する流体の送液速度のバランスを制御する観点から、好ましくは、20μm以上500μm以下であり、さらに好ましくは、30μm以上250μm以下である。
In the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100において、上記テーパー領域80における第1の流路20の最下流側の流路幅H2は、第2の流路40内を流動する流体に対する、第1の流路20内を流動する流体の巻き込み効率を向上させる観点から、好ましくは、26μm以上850μm以下であり、さらに好ましくは、40μm以上400μm以下である。
Further, in the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100において、交差部50における第2の流路40の最上流側の流路幅H3は、第2の流路40内を流動する流体に対する、第1の流路20内を流動する流体の巻き込み効率を向上させる観点から、好ましくは、20μm以上200μm以下であり、さらに好ましくは、30μm以上100μm以下である。
In the
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100において、樹脂基板に設けられた複数の流路(第1の流路20および第2の流路40)の表面、すなわち、樹脂基板に設けられた溝を覆う樹脂フィルムの表面の水に対する接触角は、好ましくは、20°以上80°以下であり、さらに好ましくは、25°以上60°以下である。こうすることで、流路内に気泡が残留してしまうことや、流体が接触する流路の側壁部材の親水性(濡れ性)により、流体と上記側壁部材との間に発生する表面張力が増大することを効果的に抑制することができる。そのため、結果として、スムーズな試料の送液が可能になる。
In the
以下、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100の構成について、その詳細を説明する。
Hereinafter, the details of the configuration of the
まず、マイクロ流路デバイス100は、たとえば微細な流路、反応層、電気誘導カラム、膜分離機構などの構造が形成された構造体であり、化学、生化学等に広く利用される微細反応デバイス(マイクロリアクター);集積型DNA分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイス等の微小分析デバイス;質量スペクトルや液体クロマトグラフィーなどの分析試料調整用微小デバイス;抽出、膜分離、透析などの物理化学的処理デバイス等の用途で使用される。このようなデバイスを用いる利点としては、(1)化学反応や抗原抗体反応で使用するサンプルや試薬の使用量、排気量を低減できること、(2)プロセスに必要な動力の低減ができること、(3)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、その結果、反応や分離の精密な制御、高速・高効率化、副反応の抑制ができること、(4)同一基板上で多くのサンプルを同時に取り扱うことができること、(5)サンプリングから検出までを同一基板上で実施できること、(6)省スペースで持ち運び可能な安価なシステムが実現できること等が挙げられる。これらの利点を更に促進すべく、より微細な構造を形成することが求められている。一方、流体の流れや動きは流路構造に強く依存することから、所望の微細構造を高い精度で形成することが重要となっている。
First, the
また、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は、流路の一部に生理活性物質を固定化することができる。かかる生理活性物質としては、核酸、タンパク質、糖鎖、糖タンパク等が挙げられるが検出対象物の特性により適宜、最適な生理活性物質を選択することができる。また、同一チャネル上に複数の生理活性物質を固定化してもよく、同じマイクロ流路デバイス100に違うマイクロチャネルを作製し別々に生理活性物質を固定しても良い。生理活性物質をマイクロ流路デバイス100のマイクロチャネル表面に固定化するためにプラスチック表面に表面改質、例えば官能基の導入、機能材料の固定化、親水性の付与、および疎水性の付与等を実施したりすることも可能である。
Moreover, the
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は、複数の流路が設けられた樹脂基板と、樹脂基板における溝が設けられている側の面に接合された樹脂フィルムと、を備えたものである。そして、かかる樹脂基板に設けられた各流路(第1の流路20および第2の流路40)の最上流部には、分析試料である流体を供給するための供給孔10および30がそれぞれ設けられている。また、かかる樹脂基板に設けられた各流路(第1の流路20および第2の流路40)の最下流部には、分析試料である流体を回収するための排出孔70が設けられている。
The
上記樹脂基板は、樹脂組成物により形成されている。かかる樹脂組成物としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタアクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、テトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等の樹脂材料を含むものを使用することができる。中でも、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマーおよびポリエチレンテレフタレートからなる群より選択されるいずれか1種以上の熱硬化性樹脂を含むものが好適である。特に、成形性や成形した樹脂基板の硬度、耐薬液性の観点から、シクロオレフィンポリマーまたはシクロオレフィンコポリマーを含むものが好ましい。また、上述した樹脂組成物は、必要に応じて、本発明の目的を損なわない範囲であれば、顔料、染料、酸化防止剤、難燃剤等の添加物をさらに含んでいてもよい。 The resin substrate is formed of a resin composition. Such resin compositions include high density polyethylene, low density polyethylene, polypropylene, polystyrene, various cyclic polyolefins, polymethyl methacrylate, polynorbornene, polyphenylene oxide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polycarbonate, polymethylpentene, cycloolefin copolymer. , Cycloolefin polymers, polyamides, polyimides, polyesters, semi-cured phenol resins, semi-cured epoxy resins, tetrafluoroethylene, polyvinylidene chloride, polyvinyl chloride, and other resin materials can be used. Among them, those containing one or more thermosetting resins selected from the group consisting of polycarbonate, polymethylpentene, polystyrene, polymethyl methacrylate, cycloolefin copolymer, cycloolefin polymer, and polyethylene terephthalate are preferable. In particular, those containing a cycloolefin polymer or a cycloolefin copolymer are preferred from the viewpoints of moldability, hardness of the molded resin substrate, and chemical resistance. Moreover, the resin composition mentioned above may further contain additives such as pigments, dyes, antioxidants, flame retardants and the like as long as they do not impair the object of the present invention.
上記樹脂基板の外形形状は、分析手法や分析装置に適した形状であれば、どのような形状であってもよいが、たとえば、正方形状、矩形状、円形状などの形状とすることができる。また、その大きさは、ハンドリング性や分析容易性の観点から、好ましくは、10mm×10mm以上200mm×200mm以下であり、より好ましくは、10mm×10mm以上100mm×100mm以下である。 The outer shape of the resin substrate may be any shape as long as it is suitable for an analysis method or an analysis apparatus, but may be a square shape, a rectangular shape, a circular shape, or the like, for example. . Further, the size is preferably 10 mm × 10 mm or more and 200 mm × 200 mm or less, more preferably 10 mm × 10 mm or more and 100 mm × 100 mm or less, from the viewpoint of handling properties and ease of analysis.
そして、樹脂基板の表面には、流体を供給して流動させるための溝が形成されている。この溝の断面形状は、どのような形状であってもよいが、流体を効率よく送液する観点から、半円形状であることが好ましい。 And the groove | channel for supplying a fluid and making it flow is formed in the surface of the resin substrate. The cross-sectional shape of the groove may be any shape, but is preferably a semicircular shape from the viewpoint of efficiently feeding fluid.
次に、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス100は、上述したように、上記樹脂基板における溝が設けられている側の面に接合された樹脂フィルムを備えている。かかる樹脂フィルムは、当該樹脂フィルムと樹脂基板との密着性を良好なものとする観点から、上記樹脂基板を形成する樹脂組成物と同じ材料で形成したものであることが好ましい。そのため、樹脂フィルムを形成する材料としては、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタアクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、半硬化状態のフェノール樹脂、半硬化状態のエポキシ樹脂、テトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等の樹脂を含む樹脂組成物を使用することができる。中でも、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、シクロオレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマーおよびポリエチレンテレフタレートからなる群より選択されるいずれか1種以上の熱硬化性樹脂を含むものが好適である。特に、成形性や成形した樹脂基板の硬度、耐薬液性の観点から、シクロオレフィンポリマーまたはシクロオレフィンコポリマーを含むものが好ましい。また、上述した樹脂組成物は、必要に応じて、本発明の目的を損なわない範囲であれば、顔料、染料、酸化防止剤、難燃剤等の添加物をさらに含んでいてもよい。
Next, as described above, the
また、樹脂フィルムの厚さは、好ましくは、0.01mm以上1mm以下であり、さらに好ましくは、0.02mm以上0.8mm以下である。樹脂フィルムの厚さを上記上限値以下とすることで、光透過性や熱伝導性を良好なものに保持することができる。一方、樹脂フィルムの厚さを上記下限値以上とすることで、本マイクロ流路デバイス100に分析試料である流体を供給した際に、かかる流体により当該樹脂フィルムが腐食されることを抑制することができる。また、樹脂基板に対して樹脂フィルムを貼り合わせる際に、当該樹脂フィルムにシワが発生することを抑制し、流路の表面を十分に密閉することが可能となる。
Further, the thickness of the resin film is preferably 0.01 mm or more and 1 mm or less, and more preferably 0.02 mm or more and 0.8 mm or less. By setting the thickness of the resin film to be equal to or less than the above upper limit value, it is possible to keep light transmittance and heat conductivity favorable. On the other hand, by setting the thickness of the resin film to be equal to or more than the above lower limit value, when the fluid as the analysis sample is supplied to the
ここで、本実施形態にかかるマイクロ流路デバイス100に備わる樹脂基板に設けられた複数の表面、すなわち、樹脂基板に設けられた溝を覆う樹脂フィルムの表面は、親水化処理や官能基の形成処理等の表面処理が施されていることが好ましい。こうすることで、流体が接触する流路の側壁部材の親水性が向上するため、流体と上記側壁部材との間に発生する表面張力が増大することを効果的に抑制することができる。そのため、結果として、スムーズな試料の送液が可能になる。また、上述した表面処理の1つとして、含酸素官能基を導入する処理が挙げられ、その具体例としては、プラズマ処理、コロナ放電処理、エキシマレーザー処理、フレーム処理および親水性ポリマーによる表面コート処理等が挙げられる。中でも、安定的な送液を実現する観点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、または親水性ポリマーによる表面コート処理が好ましい。また、上述した含酸素官能基としては、アルデヒド基やケトン基などのカルボニル基、カルボキシル基、水酸基、エーテル基、パーオキサイト基、エポキシ基などの極性を有した官能基群が挙げられる。
Here, a plurality of surfaces provided on the resin substrate provided in the
また、本実施形態にかかるマイクロ流路デバイス100には、流体の送液特性を向上させたり、分析試料の反応特性などを向上させる観点から、膜、バルブ、センサー、モーター、ミキサー、ギア、クラッチ、マイクロレンズ、電気回路等を装備させたり、複数本のマイクロチャネルを同一基板上に加工することにより複合化して用いてもよい。
In addition, the
次に、本実施形態のマイクロ流路デバイス100の製造方法について説明する。
Next, the manufacturing method of the
本実施形態にマイクロ流路デバイス100の製造方法は、従来の製造方法とは異なるものであって、少なくとも、射出成形における射出速度、射出樹脂温度及び金型温度等の条件に係る各種因子を高度に制御する必要がある。すなわち、上述した各種因子を高度に制御することによって、初めて、以下の2つの条件をともに満たすマイクロ流路デバイス100を得ることができる。ただし、必要に応じて、得られた射出成型品に対して、切削加工を施してもよい。
第1の条件は、交差部50における第1の流路20の側壁形状が、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第1の流路20の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状となるよう制御することである。
第2の条件は、側壁形状がテーパー形状となっている領域をテーパー領域80とした時、テーパー領域80における第1の流路20の最上流側の流路幅をH1とし、テーパー領域80における第1の流路20の最下流側の流路幅をH2としたとき、H2/H1の値が1.3以上1.6以下となる構成を採用することである。
The manufacturing method of the
The first condition is that when the shape of the side wall of the
The second condition is that when the region where the side wall shape is tapered is the tapered
ただし、本実施形態におけるマイクロ流路デバイス100は、上述したように、射出成形における射出速度、射出樹脂温度及び金型温度等の条件に係る各種因子を高度に制御することを前提に、以下に説明する手順で作製することができる。
まず、射出成形法またはトランスファー成形法により、表面に溝が形成された樹脂基板を作製する。次いで、樹脂基板の溝が形成されている側の面を覆うように、樹脂フィルムを貼り合わせる。樹脂フィルムの貼り合わせ手法としては、接着剤を用いる手法、熱圧着法、超音波接合法等が挙げられるが、流路の形状安定性を保持する観点から、熱圧着法が好ましい。こうすることで、所望のマイクロ流路デバイス100を作製することができる。
However, as described above, the
First, a resin substrate having a groove formed on the surface is produced by an injection molding method or a transfer molding method. Next, the resin film is bonded so as to cover the surface of the resin substrate on which the groove is formed. Examples of the bonding method of the resin film include a method using an adhesive, a thermocompression bonding method, an ultrasonic bonding method, and the like, but a thermocompression bonding method is preferable from the viewpoint of maintaining the shape stability of the flow path. In this way, a desired
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above are also employable.
以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to these.
<マイクロ流路用溝付き基板の作製>
ポリオレフィン樹脂(日本ゼオン社製)を樹脂材料として用い、金型温度60℃、溶融樹脂温度220℃、射出速度100mm/sec、射出圧力700barの製造条件により作成した元基板を、切削加工により加工し、図1に示す構造の各実施例および比較例に係るマイクロ流路用溝付き基板をそれぞれ作製した。得られた基板に設けられた流路溝の深さは、いずれも、0.050mmであった。
<Production of substrate with groove for microchannel>
Using a polyolefin resin (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) as a resin material, an original substrate created under the manufacturing conditions of a mold temperature of 60 ° C., a molten resin temperature of 220 ° C., an injection speed of 100 mm / sec, and an injection pressure of 700 bar is processed by cutting Then, the substrate with groove for microchannel according to each example and comparative example having the structure shown in FIG. The depth of the channel groove provided on the obtained substrate was 0.050 mm in all cases.
<マイクロ流路デバイスの作製>
上述した方法により得られた各実施例および比較例に係るマイクロ流路用溝付き基板において流路溝が設けられている側の面に対し、ポリオレフィン樹脂(日本ゼオン社製)を射出成形して得られた樹脂フィルムを積層し、ヒーターを用いて加熱圧着して接合することにより、各実施例および比較例に係るマイクロ流路デバイスを作製した。
<Production of microchannel device>
A polyolefin resin (manufactured by Zeon Corporation) is injection-molded on the surface on which the flow channel is provided in the substrate with groove for micro flow channel according to each example and comparative example obtained by the above-described method. The obtained resin films were laminated, and bonded by thermocompression bonding using a heater, thereby producing microchannel devices according to Examples and Comparative Examples.
得られた各マイクロ流路デバイスにおいて、第1の流路と、第2の流路とが形成する交差角は、いずれも、90°であった。また、各実施例および比較例に係るマイクロ流路デバイスに設けられた交差部における第1の流路の側壁形状は、いずれも、流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第1の流路の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状であり、かつ第1の流路の上流側から下流側にかけて、第1の流路の流路幅の中心点から外方に向かって凸の曲線を描いた形状であった。 In each of the obtained microchannel devices, the intersection angle formed by the first channel and the second channel was 90 °. In addition, the side wall shape of the first channel at the intersection provided in the microchannel device according to each of the examples and the comparative examples is the first when viewed from the direction perpendicular to the fluid flow direction. A taper shape spreading from the upstream side of the first channel toward the downstream side, and outward from the center point of the channel width of the first channel from the upstream side to the downstream side of the first channel. It was a shape with a convex curve.
実施例及び比較例で得られたマイクロ流路デバイスを用いて、以下の評価を行った。結果を表1に示す。また、下記表1には、実施例及び比較例で得られたマイクロ流路デバイスに形成されたテーパー領域における第1の流路の最上流側の流路幅H1と、第1の流路の最下流側の流路幅H2の値も、評価結果と共に示す。 The following evaluation was performed using the microchannel device obtained in Examples and Comparative Examples. The results are shown in Table 1. Table 1 below shows the channel width H1 on the most upstream side of the first channel in the tapered region formed in the microchannel device obtained in the example and the comparative example, and the first channel The value of the channel width H2 on the most downstream side is also shown together with the evaluation result.
<評価項目>
・流動性:実施例及び比較例で得られたマイクロ流路デバイスに形成された第1の流路に対し、100μLの試料溶液を導入し、かかる流路内を流動する液体の挙動を、以下の基準に従って観察評価した。
◎:導入した試験溶液が第1の流路から交差部に侵入し始めた時から、導入した全ての試験溶液が全て上記交差部内に侵入し終わるまでの時間が、10秒以内であり、かつかかる試験溶液が第2の流路内に均一に拡散する。
○:導入した試験溶液が第1の流路から交差部に侵入し始めた時から、導入した全ての試験溶液が全て上記交差部内に侵入し終わるまでの時間が、20秒以内であり、かつかかる試験溶液が第2の流路内に均一に拡散する。
△:導入した試験溶液が第1の流路から交差部に侵入するものの、かかる試験溶液が第2の流路内に均一に拡散しない。
×:導入した試験溶液の流動が第1の流路から交差部に侵入する際に止まる。
<Evaluation items>
Fluidity: 100 μL of sample solution is introduced into the first channel formed in the microchannel device obtained in Examples and Comparative Examples, and the behavior of the liquid flowing in the channel is as follows: Observational evaluation was performed according to the criteria.
A: The time from when the introduced test solution starts to enter the intersection from the first flow path to when all the introduced test solutions completely enter the intersection is within 10 seconds, and Such test solution diffuses uniformly into the second flow path.
○: The time from when the introduced test solution starts to enter the intersection from the first flow path to when all the introduced test solutions completely enter the intersection is within 20 seconds, and Such test solution diffuses uniformly into the second flow path.
(Triangle | delta): Although the introduce | transduced test solution penetrate | invades into a cross | intersection part from a 1st flow path, this test solution does not spread | diffuse uniformly in a 2nd flow path.
X: Stops when the flow of the introduced test solution enters the intersection from the first flow path.
・分離性:実施例及び比較例で得られたマイクロ流路デバイスに形成された第1の流路および第2の流路内を同じ流体で充填し、かつ第2の流路の最上流側に設けられた供給孔を密閉した状態で、第1の流路の最上流側に設けられた供給孔から上記異なる他の流体を導入する。次いで、排出孔から各流路に導入された流体を吸引する。このとき、マイクロ流路デバイスに形成された交差部において、上記他の流体が第1の流路から第2の流路へ入り込む深さを、以下の基準で評価した。
◎:マイクロ流路デバイスを流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第2の流路へ入り込み深さが、1μm以下である。
○:マイクロ流路デバイスを流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第2の流路へ入り込み深さが、5μm以下である。
△:マイクロ流路デバイスを流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第2の流路へ入り込み深さが、10μm以下である。
×:マイクロ流路デバイスを流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、第2の流路へ入り込み深さが、10μmより大きい。
Separability: The first channel and the second channel formed in the microchannel device obtained in the example and the comparative example are filled with the same fluid, and the most upstream side of the second channel In the state where the supply hole provided in the airtight state is sealed, the different fluid is introduced from the supply hole provided on the most upstream side of the first flow path. Next, the fluid introduced into each channel from the discharge hole is sucked. At this time, the depth at which the other fluid enters the second channel from the first channel at the intersection formed in the microchannel device was evaluated according to the following criteria.
A: When the microchannel device is viewed from a direction perpendicular to the fluid flow direction, the depth of entry into the second channel is 1 μm or less.
○: When the microchannel device is viewed from the direction perpendicular to the fluid flow direction, the depth of entry into the second channel is 5 μm or less.
(Triangle | delta): When seeing a microchannel device from the direction perpendicular | vertical toward the flow direction of a fluid, it penetrates into a 2nd channel and the depth is 10 micrometers or less.
X: When the microchannel device is viewed from the direction perpendicular to the fluid flow direction, the depth of entry into the second channel is greater than 10 μm.
10 供給孔
20 第1の流路
30 供給孔
40 第2の流路
50 交差部
70 排出孔
80 テーパー領域
100 マイクロ流路デバイス
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記樹脂基板における前記溝が設けられている側の面に接合された樹脂フィルムと、
を備えたマイクロ流路デバイスであって、
前記樹脂基板に設けられた前記複数の流路が、1の前記流体を供給するための第1の流路と、前記1の流体とは異なる他の前記流体を供給するための第2の流路とを含み、
前記第1の流路と前記第2の流路とが、前記第1の流路および前記第2の流路のそれぞれに設けられている供給孔よりも下流側の位置において、互いに交差する交差部を形成しており、
前記交差部における前記第1の流路の側壁形状が、前記流体の流動方向に向かって垂直な方向から見たとき、前記第1の流路の上流側から下流側に向かって広がったテーパー形状であり、
前記側壁形状が前記テーパー形状となっている領域をテーパー領域とした時、前記テーパー領域における前記第1の流路の最上流側の流路幅をH1とし、前記テーパー領域における前記第1の流路の最下流側の流路幅をH2としたとき、H2/H1の値が1.3以上1.6以下である、マイクロ流路デバイス。 A resin substrate formed of a resin composition and provided with a plurality of flow paths for supplying two or more fluids to one surface;
A resin film bonded to a surface of the resin substrate on which the groove is provided;
A microchannel device comprising:
The plurality of flow paths provided in the resin substrate include a first flow path for supplying one fluid and a second flow for supplying another fluid different from the first fluid. Including roads,
The first channel and the second channel intersect each other at positions downstream of the supply holes provided in each of the first channel and the second channel. Forming part,
The side wall shape of the first flow path at the intersecting portion is a tapered shape spreading from the upstream side to the downstream side of the first flow path when viewed from a direction perpendicular to the fluid flow direction. And
When the region in which the side wall shape is the tapered shape is a tapered region, the flow channel width on the most upstream side of the first flow channel in the tapered region is H1, and the first flow in the tapered region is A microchannel device in which the value of H2 / H1 is 1.3 or more and 1.6 or less, where H2 is the channel width on the most downstream side of the channel.
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