JP3735719B2 - バルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット - Google Patents

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  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の流体開口を備え内部にマイクロ流路を形成して各種化学反応試験を行うチップを着脱することができ、そのチップに対して複数の流体管路を接続・離脱自在とし、且つその流体管路に設けたバルブにより任意の流体管路からチップに対して流体を供給し、排出することができるようにしたバルブ付きマクロ流路チップ用ソケットに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の各種化学反応装置、化学分析装置、バイオ分析・処理装置においては、微量の試料や試薬等を反応させるため、マイクロメータオーダーの流路と反応部を形成したチップを用いることが多くなっている。このマイクロ流路チップにおいては、例えば図8に示すように、内部に流体の混合を行うことができる反応室51を備え、図示の例においては同図(b)のように、この反応室51に対してマイクロ流路チップ50の表面52側に開口する第1ポート53、第2ポート54、第3ポート55を連通し、第1ポート53から導入する第1流体56と第2ポート54から導入する第2流体57とを反応室51で混合して化学反応を生起させ、その流体を第3ポート55から外部に排出している。
【0003】
このマイクロ流路チップ50においては、図8(b)に示すように、酸化珪素等の素材からなる第1基板58に対して、その裏面側に開口するように前記反応室51及び各ポートをエッチング等により形成し、その裏面側に表面が平坦な第2基板59を貼り付けることによって前記反応室51及び各ポートを閉じている。
【0004】
このようなマイクロ流路チップ50に対して実際に流体を導入し、排出するに際しては、例えば前記図9(a)に斜視図で示す前記のようなマイクロ流路チップ50に対して、同図(b)に示すように、例えば第1ポート53に対して第1流体導管60を接着剤61等で連結固定し、同様に第2ポート54に対しては第2流体導管62を接着剤63等で、また第3流体導管55に対しては第3流体導管64を接着剤65等で連結固定している。
【0005】
このようなマイクロ流路チップとしては前記のような最も単純な2ポートからの流体を混合して1ポートから排出するチップの他、例えば図10(a)に示すように、第1ポート71、第2ポート72、第3ポート73から各々流体を導入することができるようにし、これらの流体を反応室75で混合し、第4ポート74から反応後の流体を排出するようなマイクロ流路チップ76を用いることもある。
【0006】
上記マイクロ流路チップは更に種々の態様でポートを形成し、各種の流体の混合を行い、その排出も複数のポートから行うことができるようにすることも可能である。また、複雑な化学反応を連続して行わせるため、このようなマイクロ流路チップを複数接続し、例えば図9(b)に示すような第3流体導管64から排出した流体を次のマイクロ流路チップの流体導入管路に接続し、そのチップ内で他の流体と混合して排出する等の流路構成を採用することもできる。
【0007】
このように、マイクロ流路チップの1つの反応室に対して多くに流体を導入するため、導入する流体の種類の数だけポートを形成する必要があり、このマイクロ流路チップ76では例えば図9(b)に示すよう、全体として8個のポートを形成可能とし、このうちの任意の位置のポートを使用して流体導管を接続して使用することができる。
【0008】
なお、上記のようなマイクロ流路を形成したチップを用いることは、例えば特許文献1に記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−74724号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマイクロ流路チップは現在は広範な分野で利用されるようになっているが、これを製造するに際しては、前記のように極めて微細なマイクロ流路が所定の状態で形成されているか否かを試験する必要がある。従来このようなときには、製造されるマイクロ流路チップの内の任意のものをサンプルで取り出し、そのサンプルのマイクロ流路チップに対して例えば前記図9(b)に示すように各ポートに流体導管を接続し、実際に各流体導管に流体を導入及び排出して、所定の流路が形成されているか否かの試験を行うこととなる。
【0011】
しかしながら、前記のように各ポートに対して流体導管を接続するに際しては、接着剤等によって気密に接続する必要があるため、このような試験を行った後のマイクロ流路チップを再生するためにはその接着剤等を剥がす必要があるため、実際上はこのような試験後のマイクロ流路チップは再度使用することができない。
【0012】
そのため、全品チェックを行うことができないばかりでなく、高価なマイクロ流体チップを廃棄する必要があり、多くの無駄を生じることととなる。また、前記のようにポートに対して流体導管を各々接続する必要があり、作業性が低下するという問題もある。
【0013】
したがって本発明は、マイクロ流体チップを容易に試験を行うことができ、またその試験に際しマイクロ流路チップに対して損傷を与えることなく試験を行うことができ、それにより試験後のマイクロ流路チップを使用することが可能となり、且つ製造されたチップの全品チェックも可能となるようにしたバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケットを提供することを主たる目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケットは、表面に複数の流体ポートを有し内部に流路を形成したマイクロ流路チップを嵌合する凹部を備えたチップ固定部材と、前記チップ固定部材に嵌合した前記マイクロ流路チップの表面に対してヒンジにより揺動自在に支持した導管接続部材と、前記導管接続部材に保持され、先端開口が前記マイクロ流路チップの流体ポートに対向する位置に配置した複数の可撓性の流体導管を固定する導管固定部材とを備え、前記導管接続部材には前記流体導管を開閉する複数のバルブを設け、前記バルブは導管接続部材に螺合するねじであり、ねじ直下に配置した前記流体導管をねじの回転で押し潰すことにより閉鎖するものである。
【0015】
また、前記導管接続部材には前記チップ固定部材に係合する係合部材を設けたものであり、また、前記チップ固定部材の凹部には、マイクロ流路チップ嵌入時にマイクロ流路に設けたリード線に接続する端子を設けたものであり、また、前記導管接続部材には前記流体導管に対応する複数の溝を備え、該溝に流体導管を配置した状態で前記導管固定部材を導管接続部材に保持する導管固定部材保持具を備えたものであり、また、前記ねじの回転で前記溝内に配置した流体導管を押し潰すことにより流体導管を閉鎖するようにしたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に沿って説明する。図1には本発明によるバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット1の全体構成の断面図を示しており、(a)は導管接続部材2をチップ固定部材3からヒンジ部を中心に上方に解放している状態を示し、(b)は導管接続部材2をチップ固定部材3に対して閉じている状態を示している。また、図2及び図3にはチップ固定部材3及びこれに装着されるマイクロ流路チップ4を示し、図4〜図7には導管接続部材2とこれに装着される導管固定部材5、更にこの導管固定部材5を導管接続部材2に対して保持する導管固定部材保持具6を示している。
【0017】
チップ固定部材3の表面7には図2(b)に示すようにチップソケット部8を備え、例えば前記図8及び図9に示したような構成のマイクロ流路チップ4を嵌合することができるようにしている。図示の例においては、このチップソケット部8はチップソケット部8の四周方向において、上方に突出する複数の爪部10を備えてチップソケット部8の四方を囲んでおり、これらの爪部10で形成される空間に図2(a)に示すようなマイクロ流路チップ4を嵌合している。
【0018】
図2及び図3に示す例においては、チップソケット部8の四周の各々における複数の爪部10の間及びその側部に複数のコネクタ端子11を配置しており、これらのコネクタ端子11の先端部を爪部10の下部においてチップソケット部8内に突出させて突出部9を形成しており、それによりこのチップソケット部8にマイクロ流路チップ4を嵌合するとき、その底部が前記突出部9上に載置され、チップソケット部8内に収納することができるようにしている。また、コネクタ端子11の他端部は図3(b)に示すように、チップ固定部材3の裏面側に突出しており、任意のコネクタ端子に対して外部から電力を供給するようにしている。
【0019】
なお、ここで用いられるマイクロ流路チップ4は、例えば図1に断面図で示すように、マイクロ流路12が形成された第1基板13と、この裏側に貼り付けられる第2基板14から構成され、第2基板14の裏面には凹部15を形成し、この凹部15に圧電振動子16を取り付けており、この圧電振動子16に通電して振動させることにより、マイクロ流路チップ4内に形成された優待流路の一部としての反応室17内の混合流体が充分に混合できるようにしている。
【0020】
圧電振動子16のリード線18は、第2基板14の下面に延在し、それにより、このマイクロ流路チップ4を前記のようにチップソケット部8に収納し、その底部をコネクタ端子11の突出部9に載置するとき、その突出部9が前記圧電振動子16の底面に延在しているリード線18と接続することができ、それにより圧電振動子16に対して外部から電力を供給することができるようにしている。
【0021】
チップ固定部材3はその側面にヒンジ支持部20を図中上方に突出して設けており、後述する導管接続部材2のヒンジ支持部30とピン21により回動自在に支持している。またチップ固定部材3におけるこのヒンジ支持部20に対向する側面には、図中右方向に突出した表面19と平行に係止突起22を備えている。
【0022】
導管接続部材2は、図4に示すように中心部に開口24を形成しており、その開口24には、図1に示す組立状態においてチップ固定部材3の表面に対向する面である内側面25側に拡径段部39を形成している。また、内側面25には図中8本の溝26を形成しており、そのうち4本は図示実施例においては略四角形の導管接続部材2の対角線方向に形成し、他の4本は図中左右の側面方向に各々2本ずつ平行に形成している。
【0023】
図中8個の溝26には図4(a)に示すようにねじ穴27が各々開口しており、個のねじ穴27を備えており、このねじ穴27には、図4(b)に示すように各々ねじバルブ28を螺合している。また、前記溝26が形成されない図中上下の両側面に沿って嵌合溝29を形成しており、この部分に後述する導管固定部材保持具6の係止爪37が嵌合することができるようになっている。
【0024】
導管接続部材2の図4中左方向の側面には2個のヒンジ支持部30が突出しており、両ヒンジ支持部30の中間部には前記チップ固定部材3のヒンジ支持部20が嵌合する空間となっている。また、2個のヒンジ支持部30には各々ストッパ31を突出しており、図1(a)に示すようにチップ固定部材3から導管接続部材2を解放し、更に略垂直方向まで解放するときにこのストッパ31がチップ固定部材3の側面に当接してそれ以上解放しないようにすると共に、その状態を保持することができるようにしている。
【0025】
導管接続部材2の図4中右側の側面にも2個のヒンジ支持部32を備えており、両ヒンジ支持部32の間には揺動爪33をピン34によりヒンジ支持部32で揺動自在に支持している。また、ピン34にはねじりバネ35が巻かれており、図1に示すように、このねじりバネ35によって揺動爪33を図1中時計回り方向に付勢している。それにより、図1(a)に示す状態から同図(b)に示すように導管接続部材2をチップ固定部材3に対して閉じるとき、揺動爪33がチップ固定部材3の係止突起22に弾性的に係合し、両部材が一体化するようになっている。
【0026】
導管固定部材保持具6は図5(a)及び図6(a)に示すように、導管接続部材2の嵌合溝29に嵌合する係止爪37を両側に突出しており、その中心部には開口38を形成し、図6(a)に示されるようにその裏面には四角形の凹部40を形成している。
【0027】
また、導管固定部材5は図5(b)及び図6(b)に示すように、四角形の基板41に円形の基台42を突出し、この基台42から四角形の導管支持部43を突出すると共に、図示実施例においては8本の可撓性の流体導管44をこれらの部材を貫通して設けている。この流体導管44の先端部45は導管支持部43からわずかに突出しており、例えば図1(b)に示すように導管接続部材2がチップ固定部材3に対して閉じているとき、この先端部45がチップ固定部材3に支持されたマイクロ流路チップ4のポートに嵌入し、また、ポートが存在しない部分の前記先端部45は、マイクロ流路チップ4の表面に対してその弾性によって変形しながら押しつけられるようになっている。
【0028】
導管固定部材5に設けられる流体導管44は、その先端部45が前記図10(b)に示すような、このマイクロ流路チップの各種の使用態様によって存在しうる全てのポートの位置に対応して予め固定している。
【0029】
導管固定部材5の円形の基台42は導管固定部材保持具6の開口38に嵌合可能となっており、この嵌合時には導管固定部材5の四角形の基板41が、導管固定部材5の凹部40に嵌合する。導管固定部材保持具6に対して導管固定部材5が嵌合した状態は図5(c)に示されている。
【0030】
上記のように導管固定部材5と導管固定部材保持具6とを組み合わせつつ、図6に示すように導管固定部材保持具6の係止爪37を、導管接続部材2の嵌合溝29に嵌合して組み付ける際、導管固定部材5から延びる流体導管44の可透性を利用して導管接続部材2の溝26内に嵌入するように曲げる。図6(b)に示す流体導管44の状態は、流体導管の自由状態から前記のように溝26に入るように曲げた状態を示しており、これらの流体導管は図示のように何ら拘束のない状態では、その弾性力によって元の自由状態に戻ることとなる。このような溝26を形成し、この溝内に流体導管を嵌入することによって、流体導管を安定して保持することができるようにしている。
【0031】
図7(a)のように導管固定部材5を導管固定部材保持具6に嵌合し、導管固定部材保持具6を同図(b)に示す導管接続部材2に対して係止爪37と係止溝29の弾性係合によって同図(c)に示すようにこれらは一体化する。
【0032】
このようにして組み立てられた状態の断面図が図1に示されており、その使用に際しては、同図(a)に示すように導管接続部材2をチップ固定部材3から解放している状態で、前記図2に示すようにチップソケット部8にマイクロ流路チップ4を嵌合し、次いで導管接続部材2を図1(a)の状態から同図(b)に示す状態にチップ固定部材3に対して閉じると、図中下方に突出している流体導管44の先端部45が、マイクロ流路チップ4のポートが存在する部分では同図(b)の図中左側のポートに示すようにそのポート内に密封状態で嵌合し、また、ポートが存在しない部分では図中右側の流体導管44に示すようにマイクロ流路チップ4の表面に弾性変形しながら押しつけられる。
【0033】
このとき、導管接続部材2の揺動爪33がチップ固定部材3の係止突起22に係合しており、導管接続部材2とチップ固定部材3とが一体化している。この状態では、流体導管44が全て導管接続部材2の溝26に入っており、チップソケット部8に嵌合した試験を行うチップ4のポートに対応している流体導管44以外の流体導管44に対しては、ねじバルブ28を回転して図1の図中右側の流体導管44に示すようにその先端で流体導管44を流体導管固定部材保持具6の裏面に対して押しつけ、その流路を閉鎖する。
【0034】
なお、図1においてはねじバルブ28の先端によって直接流体導管44を押しつける例を示したが、例えばねじバルブ28に押圧用球体を設け、その球体によって流体導管44を押しつけることもでき、その他適宜のガイド部材を用いて流体導管を押しつけて閉鎖するようにしても良い。
【0035】
このように全てがセットされた状態で、バルブが解放されている流体導管44に流体を供給することにより、マイクロ流体チップ4内の流れの状態を検査することができる。また、必要に応じてマイクロ流路チップ4の裏面に設けた圧電振動子16に対して通電し、振動状態を検査することもできる。検査の終了後は、導管接続部材2の揺動爪33をねじりバネ35の付勢力に抗して揺動し、その係止状態を解放し、次いで導管接続部材2をピン21を中心に再び図1(a)に示すようにチップ固定部材3から解放する。この状態で、チップソケット部8のマイクロ流体チップを次のものと交換し、以下同様の作動を繰り返して検査を行う。その際に、チップソケット部8に嵌合するマイクロ流路チップのポートの配置に対応してねじバルブ28を解放し、或いは閉鎖する。
【0036】
上記実施例においては、本発明者が実際に製造した装置の例を示したものであるが、本発明はこれ以外に種々の態様で実施することができ、例えばチップ固定部材3と導管接続部材2の相対的な移動に際しては、ヒンジによる移動以外に、互いに平行に移動する機構を用いることもでき、またバルブとしてねじバルブを用いる以外に、電磁バルブ等、公知の種々のバルブを使用することもできる。また、前記実施例においてはチップ固定部材にリード線を設けた例を示したが、圧電振動子を用いないマイクロ流路チップの時には必ずしもリード線を設ける必要はない。更に流体導管固定部材を流体導管接続部材に固定するときには、上記実施例のように導管固定部材保持具を用いることなく種々の固定手段で固定することも可能であり、また、流体導管を溝に嵌入することなく、適宜の導管ガイド部材があるば良く、更に流体導管を開閉するバルブは必ずしも溝内の流体導管に対して作用させる必要はない。また、上記実施例においてはマイクロ流路チップのポートに凹部54を設け、この凹部54に流体導管44の先端部45を嵌合した例を示したが、この凹部は必ずしも必要が無く、場合によっては逆に凸部とし、その凸部に先端部45を外嵌するように構成しても良い。
【0037】
また、このような装置はマイクロ流路チップの試験のために使用する以外に、各種のマイクロ流路チップを使用する実験等において、実際にこのマイクロ流路チップ内で化学反応を行わせることも可能である。その際には、例えば1つのマイクロ流路チップに例えば前記10に示すようなこのチップに形成可能な全てのポートを予め形成しておき、このマイクロ流路チップを前記チップソケット部に嵌合し、化学反応に必要な流路以外の流体管路をバルブにより閉じ、解放している流体管路を利用して所定の流体を導入し、所望の化学反応を行わせることもでで、単一の汎用マイクロ流路チップを用いて、所望の化学反応のために使用することもできる。
【0038】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、マイクロ流体チップの試験を容易に行うことができ、またその試験に際しマイクロ流路チップに接着剤で流体導管を接続する等によって流体導管に損傷を与えることなく試験を行うことができる。また、このように試験によってチップに損傷を与えることがないので試験後のマイクロ流路チップをそのまま使用することが可能となり、それにより製造されたチップの全品チェックも可能となるようにしたバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケットとすることができる。また、導管接続部材にバルブを設けているので、予め複数流路のマイクロ流路チップに対応可能なように全ての流体導管を固定しておき、マイクロ流路チップに合わせて任意の導管のみを連通させるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例の断面図であり、(a)は導管接続部材の解放状態の断面図であり、(b)は閉鎖状態の断面図である。
【図2】本発明のチップ固定部材とそれに収納されるマイクロ流路チップの斜視図であり、(a)はマイクロ流路チップの一実施例の拡大斜視図であり、(b)はマイクロ流路チップを収納する前の状態を示すチップ固定部材の斜視図であり、(c)はマイクロ流路チップを収納後のチップ固定部材の斜視図である。
【図3】チップ固定部材の表側、及び裏側の斜視図である。
【図4】流路接続部材の表側、及び裏側の斜視図である。
【図5】導管固定部材と導管固定部材保持具の関係を示す斜視図であり、(a)は導管固定部材を導管固定部材保持具単独の斜視図であり、(b)は導管固定部材単独の斜視図であり、(c)は導管固定部材と導管固定部材保持具を結合した状態を示す斜視図である。
【図6】導管固定部材を導管固定部材保持具により流路接続部材に取り付ける前の相互の関係を示す斜視図であり、(a)は取り付け前の導管固定部材保持具の斜視図、(b)は取り付け前の導管固定部材の斜視図であり、(c)は取り付け前の流路接続部材の斜視図である。
【図7】導管固定部材を導管固定部材保持具に取り付けて流路接続部材に取り付ける前の関係を示す斜視図であり、(a)は導管固定部材を導管固定部材保持具に取り付けた状態の斜視図であり、(b)は導管固定部材保持具を取り付ける前の導管固定部材の斜視図であり、(c)は導管固定部材を保持した導管固定部材保持具を導管固定部材に取り付けた状態の斜視図である。
【図8】従来のマイクロ流路チップの例を示し、(a)はその平面図、(b)は(a)のA−A部分の断面図である。
【図9】従来のマイクロ流路チップに流体導管を取り付ける例を示し、(a)はマイクロ流路チップのみの斜視図、(b)は流体導管を取り付けた状態の斜視図である。
【図10】従来のマイクロ流路チップの他の例を示し、(a)はその斜視図、(b)は更に他の例の斜視図である。
【符号の説明】
1 マイクロ流路チップ用ソケット
2 導管接続部材
3 チップ固定部材
4 マイクロ流路チップ
5 導管固定部材
6 導管固定部材保持具
7 表面
8 チップソケット部
9 突出部
10 爪部
11 コネクタ端子
12 マイクロ流路
13 第1基板
14 第2基板
15 凹部
16 圧電振動子
17 反応室
18 リード線
19 表面
20 ヒンジ支持部
21 ピン
22 係止突起
24 開口
25 内側面
26 拡径段部
27 ねじ穴
28 ねじバルブ
29 嵌合溝
30 ヒンジ支持部
31 ストッパ
32 ヒンジ支持部
33 揺動爪
34 ピン
35 ねじりバネ
37 係止爪
38 開口
40 凹部
41 基板
42 基台
43 導管支持部
44 流体導管
45 先端部

Claims (5)

  1. 表面に複数の流体ポートを有し内部に流路を形成したマイクロ流路チップを嵌合する凹部を備えたチップ固定部材と、
    前記チップ固定部材に嵌合した前記マイクロ流路チップの表面に対してヒンジにより揺動自在に支持した導管接続部材と、
    前記導管接続部材に保持され、先端開口が前記マイクロ流路チップの流体ポートに対向する位置に配置した複数の可撓性の流体導管を固定する導管固定部材とを備え、
    前記導管接続部材には前記流体導管を開閉する複数のバルブを設け、
    前記バルブは導管接続部材に螺合するねじであり、ねじ直下に配置した前記流体導管をねじの回転で押し潰すことにより閉鎖することを特徴とするバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット。
  2. 前記導管接続部材には前記チップ固定部材に係合する係合部材を設けたことを特徴とする請求項記載のバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット。
  3. 前記チップ固定部材の凹部には、マイクロ流路チップ嵌入時にマイクロ流路に設けたリード線に接続する端子を設けたことを特徴とする請求項1記載のバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット。
  4. 前記導管接続部材には前記流体導管に対応する複数の溝を備え、該溝に流体導管を配置した状態で前記導管固定部材を導管接続部材に保持する導管固定部材保持具を備えたことを特徴とする請求項1記載のバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット。
  5. 前記ねじの回転で前記溝内に配置した流体導管を押し潰すことにより流体導管を閉鎖することを特徴とする請求項記載のバルブ付きマイクロ流路チップ用ソケット。
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