JP3947794B2 - マイクロポンプ、及び、マイクロポンプを備える流体移送デバイス - Google Patents

Description

本発明は、マイクロデバイス上で微量な試料を用いて化学分析や化学反応を行う際に、微量な試料の流れを制御するために用いられるマイクロポンプ、及び、そのマイクロポンプを用いた流体移送デバイスに関する。

近年、化学分析に必要な試料の前処理、試薬との反応、後処理、分離分析、検出などの一連の単位操作を、流路によりつながれた１枚の基板上の微小素子により連続的に行うマイクロデバイスの開発が積極的に行われている。このマイクロデバイスは装置の小型化のみならず、試薬の節約や廃液の削減、分析の高速化、低価格化、ディスポーザブル化、マイクロセンサや信号処理回路の集積化などに適するため、オンサイト分析、環境モニタリング、ベッドサイド診断などの新しい技術として期待されている。

マイクロデバイス上に形成された流路に移送流体を流す流体駆動装置としては、電気浸透流ポンプ，ピエゾアクチュエータポンプ，ぜん動運動ポンプ，逆止弁ポンプなどが用いられており、これらはマイクロポンプと呼ばれている。

たとえば、下記非特許文献１には、ぜん動運動ポンプの一例が開示されている。図７（ａ）は非特許文献１のぜん動運動ポンプの流路や通気路の位置を説明する説明図であり、（ｂ）はその断面により動作を説明する説明図である。このぜん動運動ポンプは、下層に流路１が形成され、上層に流路１に交差するように上流から順に三つの通気路２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成され、流路１と通気路２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの間には弾性体が介在する構成となっている。各通気路に気体を送り圧力を上げることにより弾性体を押し下げ、各通気路の箇所において流路１を遮断可能となっている。上流の通気路２０ａと下流の通気路２０ｃが弁の機能を果たし、中流の通気路２０ｂがダイアフラムの機能を果たす。移送流体の移送に際しては、次の操作を行う。１．上流の通気路２０ａの空圧を上げて流路を遮断し、中流及び下流の通気路２０ｂ，２０ｃの空圧を下げて流路１を開放する。２．中流の通気路２０ｂの空圧を上げて流路１を押し下げ、体積変化分だけの移送流体を移送する。３．下流の通気路２０ｃの空圧を上げて流路を押し下げ、体積変化分だけの移送流体を移送する。４．上流及び中流の通気路２０ａ，２０ｂの空圧を下げて流路を開放し、移送流体の流入を促す。
ＦＬＥＸＩＢＬＥ ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＭＩＣＲＯＦＬＵＤＩＣＳ，Ｇｅｏｒｇｅ Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ ａｎｄ Ａｂｒａｈａｍ Ｄ．Ｓｔｒｏｏｃｋ，ＪＵＮＥ ２００１，ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＯＤＡＹ，Ｐ４２−Ｐ４７

下記特許文献１には、電気浸透流ポンプの一例が開示されている。図８は、特許文献１の電気浸透流ポンプを示す図である。この電気浸透流ポンプは、二つの送液槽３０に入れられた溶液中に各々電極３１を浸漬させ、電気浸透流によりキャピラリー管３２内の流体を移送するというものである。
特開２００３−２７９５３６

下記特許文献２には、逆止弁ポンプの一例が開示されている。図９は、非特許文献３の逆止弁ポンプを示す図である。この逆止弁ポンプは、メサ４０とダイアフラム４１を有し、アクチュエータ４２によってダイアフラム４１を可動させて逆止弁を開閉させるものである。ダイアフラム４１を押し下げると流体が導入口から流入して機密空間に溜まり、押し上げると流体が導出口から流出する。
特開平１１−２５７２３３

下記特許文献３には、アクチュエータポンプの一例が開示されている。図１０は、特許文献３のアクチュエータポンプを示す図である。このアクチュエータポンプは、複数のアクチュエータ５０が流路を挟んで対向配置されている。対応配置されたアクチュエータを伸張させることにより流路を遮断し、収縮させることにより流路を開放可能となっている。流体の移送に際しては、上流側から下流側に向かって順にアクチュエータを収縮・伸張させて流路を開放・遮断することにより、流路を顫動運動させて移送流体の移送を行う。
特開２００４−３１６４４５号

かかるマイクロポンプに要求される性能条件としては次のものが挙げられる。１．定量移送が可能。２．移送流体の滞留量が小さい。３．移送力が大きい。４．小型化が可能である。５．製造が容易である。６．操作が容易である。しかしながら、上記従来の各種マイクロポンプには各々に欠点があり、いずれのマイクロポンプも上記性能条件の総てを満たすものではない。

上記ぜん動運動ポンプは、逆止弁としての機能を果たす上流と下流の二つの通気路と、ダイアフラムとしての機能を果たす中流の通気路の、三つの通気路２０ａ，２０ｂ，２０ｃの空圧をタイミング良く制御する必要があるため、操作が煩雑である。また、三つの通気路を形成する必要があり、小型化にも適さない。また、下流側の通気路２０ｃが開閉するときに、出口側の下流の移送流体が移動するため、移送流体の不要な排出や引き込み等が起こり、問題になることがある。

上記電気浸透流ポンプは、駆動に高電圧を必要とする。また、電気浸透流による移送流体の移動であるため、定量移送が困難であり、移送力も小さい。

上記逆止弁ポンプは構造が複雑であるため製造が困難で、小型化にも不適である。また、上記逆止弁ポンプはメサ４０の周りに隙間を有する構造である。この隙間には上流側や下流側から移送流体が流入し、その量も不安定であるため、移送量に影響を及ぼす。また、隙間に流入した移送流体は移送されることなく滞留し、経時的変化を起こすなどの問題が生じる場合がある。

上記アクチュエータポンプは、複数のアクチュエータ５０を精度良く配置する複雑な構成であり、製造が困難で、小型化にも不向きである。また、駆動に際しては、複数のアクチュエータ５０の動作を制御する必要があり操作が煩雑である。

そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、１．流体の定量移送が可能であり、２．製造が容易であり、３．移送流体が滞留しにくく、４．移送力が大きく、５．小型化が可能であり、６．操作が容易であり、これら総ての性能条件を満たすことが可能なマイクロポンプ、及び、このマイクロポンプを利用した流体移送デバイスを提案することを目的とする。

すなわち、本発明のマイクロポンプは、流路と、当該流路の上流側及び下流側に設けられる一対の弁とを備え、前記上流側の弁は、第１の隔膜により当該流路と仕切られる第１の空間と、当該第１の隔膜の引き上げ及び押し下げを制御する制御手段と、当該第１の隔膜の離接により当該流路を開閉する流路内壁面の第１の突起とを備え、当該第１の空間は当該突起よりも下流側に及んでおり、
当該下流側の弁は、第２の隔膜により当該流路と仕切られる第２の空間と、当該第２の隔膜の離接により当該流路を開閉する流路内壁面の第２の突起とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、下流側の弁が第２の隔膜と第２の突起とを接触させて流路を閉塞した状態のまま、上流側の弁が制御手段により第１の隔膜を第１の空間の側に引き上げて流路を広げると、第１の隔膜と第１の突起が離れて上流側の弁が開き、流路の減圧により第２の隔膜が引き下げられ下流側の弁が開きにくくなり、広げられた流路空間に移送流体が上流側から流入する。つぎに、上流側の弁が制御手段により第１の隔膜を流路側に押し下げると、第１の隔膜と第１の突起とが接触して移送流路を閉塞するとともに、流路が狭窄されて流路体積が変化する。第１の隔膜には制御手段により押し下げる力が働いているため、上流側の弁は下流側の弁に比較して開きにくく、下流側の弁は上流側の弁に比べて開きやすい状態となる。体積変化分の移送流体は、下流側の第２の隔膜を第２の空間側に押し上げ、下流側の第２の隔膜と第２の突起との間に生じた隙間から移送流体が押し出される。体積変化分の移送流体の押し出しが終了すると、下流側の第２の隔膜の変形が戻って第２の突起に接触し、流路が閉塞される。上流側の弁の第１の隔膜を引き上げ・押し下げる１サイクルの制御のみで、体積変化分の定量の移送流体を移送することができる。移送流体が滞留するスペースもなく、滞留した移送流体による問題も生じない。多数の通気路やアクチュエータ等も不要であり、簡単な構成で実現可能である。体積変化分の移送流体が隔膜により強制的に押し出されるため、電気浸透流ポンプ等と比較して移送力も大きい。従来のぜん動運動ポンプのような下流側の弁の動作による移送流体の不要な排出や引き込みも起こらない。

前記上流側の弁の制御手段は、前記第１の空間に連通して第１の空間への駆動流体の供給と排出を行う供給排出路であることが好ましい。これによれば、供給排出路からの減圧により第１の空間から駆動流体を排出すると第１の隔膜が引き上げられ、供給排出路からの加圧により駆動流体を供給すると隔膜が押し下げられる。したがって、供給排出路からの減圧・加圧による第１の空間への駆動流体の供給と排出という簡単な制御により、移送流体の移送が可能となる。また、第１の隔膜の制御が供給排出路を設ける簡単な構成で実現できる。

前記上流側の弁の第１の空間は、上流側が幅狭であり、下流側が幅広であることが好ましい。これによれば、第１の隔膜の元の平坦な状態に戻ろうとする力が幅狭の部分では幅広の部分よりもより強いため、第１の隔膜が引き上げられた状態から押し下げたときに、上流側から下流側に向かって序々に押し下げられ、上流側の弁を閉じる。これにより移送流体を確実に移送方向に移送することができる。

前記下流側の弁の第２の空間は、上流側が幅広であり、下流側が幅狭であることが好ましい。これによれば、第２の隔膜を移送流体の圧力により押し上げると、幅広側が押し上げやすく、幅狭側が押し上げにくいため、上流側から下流側に向かって序々に押し上げられやすくなっており、移送流体を確実に移送方向に移送することができる。また、第２の隔膜が押し上げられた状態から元の平坦な状態に引き下げると、幅狭側が引き下げられやすく、幅広側が引き下げられにくいため、下流側から上流側に序々に引き下げられ、下流側の弁を閉じる際に移送流体が余分に移送されるのを防止することができる。

前記下流側の弁には、第２の空間に連通して第２の空間内の流体の供給と排出が可能な供給排出路が設けられていることが好ましい。これによれば、移送流体が下流側の弁の第２の隔膜を押し上げると、第２の空間内の流体が供給排出路を通って排出される。この排出により第２の隔膜の押し上げに必要な圧力を軽減でき、下流側の弁による下流方向への移送流体の移送が円滑に行われる。さらに、この供給排出路を減圧する減圧機構を設けることが好ましい。この減圧により強制的に下流側の弁を開くことができ、上流側の弁の減圧と組み合わせれば流路をスルー状態（全開の状態）にできる。

二枚の基板が重ね合わせられ、一方の基板の対向面には前記流路となる凹部と前記両突起が設けられており、他方の基板の対向面には前記両空間となる凹部が設けられており、両基板の間には前記隔膜となる薄膜が配されていることが好ましい。これによれば、流路となる凹部が形成された基板と、空間となる凹部が形成された基板とを、凹部が形成された面を対向させて両基板を重ね合わせ、その間に薄膜を配するという簡単な構成とすることができる。

本発明の流体移送デバイスは、本流路と、当該本流路から分岐するように設けられる一つ以上の分岐路とを備え、各分岐路には前記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマイクロポンプが接続されることを特徴とする。

この発明によれば、本流路に第１の流体を流しながら、マイクロポンプにより移送流体として第２の流体を移送すると、第２の流体は分岐路から本流路に排出される。これにより、本流路に流れる第１の流体を第２の流体で分離したり、第１の流体に第２の流体を混合することができる。また、本流路に第１の流体を流しながら、マイクロポンプを吸入動作させると、第１の流体を分取することができる。

本発明のマイクロポンプによれば、上流の第１の隔膜の引き上げと押し下げの制御により、流路が狭窄されて常に体積変化分の流体が移送されるため、簡単な制御での定量移送が可能である。従来のように複雑な構造の逆止弁等も不要であり、構成が簡単で、小型化にも適する。移送流体が滞留するスペースもなく、滞留移送流体による成分変化等の問題も生じない。第１の隔膜の引き上げと押し下げの１サイクルの操作で１回の排出が可能であり、従来のぜん動運動ポンプのように不要な排出が起こることもない。第１の弁は隔膜の変形により強制的に移送流体を排出するため、移送力も大きい。とくに、基板間に薄膜を挟んで二枚の基板の張り合わることにより製造可能であり、容易に製造することができる。

また、本発明の流体移送デバイスによれば、本流路に流れる流体とポンプにより供給する流体とを異ならせることにより、本流路を流れる流体をマイクロポンプからの流体により確実に分割したり、一定量の流体を混合したりできる。また、本流路に流れる流体をマイクロポンプにより吸入すれば、一定量の流体を分取することも可能である。いずれも本発明のマイクロポンプと本流路とを結合するだけであるため構成が簡単であり、製造が容易で且つ小型化にも適する。

以下、本発明に係るマイクロポンプＰ及びそのマイクロポンプを利用した流体移送デバイスＤについて詳細に説明する。

図１（ａ）はマイクロポンプＰの流路や空間を説明する説明図であり、（ｂ）は本発明のマイクロポンプＰの断面図である。なお、説明の便宜上、（ｂ）断面図には供給排出路４，５が基板の厚み方向に示されているが、本来は（ａ）に記載のように、基板面に沿って設けられている。マイクロポンプＰは、二枚の基板Ｌ１，Ｌ３の間に弾性を有する薄膜Ｌ２が配された三層構造となっており、薄膜Ｌ２と基板Ｌ１の間に流路１が形成され、流路１の途中に上流側の弁Ｂ１と下流側の弁Ｂ２の一対の弁が形成されている。

図２（ａ）は、一方の基板Ｌ１の上面図である。一方の基板Ｌ１の上面（他方の基板Ｌ３との対向面）には、流路１となる三つの凹部１ａ，１ｂ，１ｃが流れ方向に直線状に並べられ、互いに間隔をあけて形成されている。上流側となる凹部１ａと下流側となる凹部１ｃは一定幅と一定深さの溝である。凹部１ａと凹部１ｃとの間に形成される凹部１ｂは他の凹部１ａ，１ｃと同一深さ及び同一幅であっても良いが、図４に示すように、幅広になっていることが好ましい。凹部１ａ，１ｂの下流側の端部は先端が尖形となっている。凹部１ａ，１ｂ，１ｃの間の部分が、流路１の内壁面から突出する第１の突起２ａ及び第２の突起２ｂとなる。

図２（ｂ）は、他方の基板Ｌ３の上面図である。他方の基板Ｌ３の上面（対向面）には、上流側の弁Ｂ１の第１の空間３ａとなる凹部と、下流側の弁Ｂ２の第２の空間３ｂとなる凹部とが形成されている。第１の空間３ａとなる凹部は、流路１となる凹部１ａ，１ｂ，１ｃよりも幅広であり、流路１に沿って細長く、下流側が幅広であり、上流側が序々に幅狭（尖形）となっている。上流側の弁Ｂ１の第１の空間３ａとなる凹部に連通するように、駆動流体の供給排出路４となる凹部が形成されている。下流側の弁Ｂ２の第２の空間３ｂとなる凹部は、上流側の弁Ｂ１の第１の空間３ａと同一幅及び同一高さであり、上流側が幅広であり下流側に向かって序々に幅狭となっている。本実施の形態では、一の頂点が流路に重ねられ、その頂点と対向する辺が流路に略直交するような略三角形状に形成されているが、略三角形状に限るものではない。下流側の弁Ｂ２の第２の空間３ｂとなる凹部に連通するように、第２の空間３ｂ内の流体の排出と供給を行う供給排出路５となる凹部が形成されている。なお、第２の空間３ｂに連通する供給排出路５は備えなくとも良いが、備えることにより、流路１をスルー状態にすることができるなどの付加的な効果が得られる。

マイクロポンプＰは、両基板Ｌ１，Ｌ３を凹部が形成された面を対向させ、間に弾性を有する薄膜Ｌ２を配置して重ね合わせた三層構造となっている。図１（ａ）に示すように、一方の基板Ｌ１の凹部と薄膜Ｌ２とにより流路１が形成され、流路１の途中には上流側の弁Ｂ１と下流側の弁Ｂ２の一対の弁が形成される。

上流側の弁Ｂ１は、上流側において流路１の一部を広げるように設けられた第１の空間３ａと、第１の空間３ａと流路１とを仕切る第１の隔膜６ａと、第１の空間３ａに駆動流体の供給と排出を行う供給排出路４と、第１の隔膜３ａの離接により流路１を開閉する流路内壁面の第１の突起２ａとを備える。第１の空間３ａと供給排出路４は、他方の基板Ｌ３に設けられた凹部により形成されている。第１の空間３ａは流路１よりも幅広であり、上流側が序々に幅狭(尖形)になっている。第１の空間３ａの上流側端部は第１の突起２ａよりも上流側におよび、下流側端部は突起２ａよりも下流側に及んでおり、下流側端部は第２の空間３ｂに近接している。第１の隔膜６ａは中間層として配される薄膜Ｌ２により形成されている。突起２ａは一方の基板Ｌ１に設けられた流路１となる凹部１ａと凹部１ｂの間の部分により形成される凸部分であり、流路１の深さと同じ高さを有し、先端が第１の隔膜６ａと当接している。

下流側の弁Ｂ２は、下流側において流路１の一部を広げるように設けられた第２の空間３ｂと、第２の空間３ｂと流路１とを仕切る第２の隔膜２ｂと、第２の隔膜３ｂの離接により流路１を開閉する流路内壁面の第２の突起２ｂとを備える。さらに、第２の空間３ｂに連通して第２の空間３ｂ内の流体の供給と排出を行う供給排出路５が設けられていることが好ましい。第２の空間３ｂと供給排出路５は、他方の基板Ｌ３に設けられる凹部により形成されている。第２の空間３ｂは流路１よりも幅広であり、上流側が幅広で下流側が序々に幅狭(三角形)になっている。第２の空間３ｂの上流側端部は突起２ｂよりも上流側に及び、下流側端部は突起２ｂよりも下流側に及んでいる。第２の隔膜６ｂは中間層として配される薄膜Ｌ２により形成されている。第２の突起２ｂは一方の基板Ｌ１に設けられた流路１となる凹部１ｂと凹部１ｃの間の部分により形成される凸部であり、流路１の深さと同じ高さを有し、先端が隔膜６ｂに当接している。

つぎに、マイクロポンプＰの動作説明を行う。移送流体として水、駆動流体として空気を用いた場合を説明する。図３は、マイクロポンプＰの動作を説明する説明図である。上流側の弁の供給排出路４は、吸気と排気により加圧減圧を行う手段（図示せず）が連結されて使用される。図３（ａ）に、上流側の供給排出路４からの減圧及び加圧を行っていない初期状態を示す。上流側及び下流側の弁Ｂ１，Ｂ２は突起２ａ，２ｂと隔膜６ａ，６ｂとが各々接触して閉じた状態であり、各弁Ｂ１，Ｂ２により流路１が閉塞されている。

流体を移送する場合は、図３（ｂ）に示すように、上流側の供給排出路４から駆動流体を吸引して減圧操作を行う。第１の空間３ａ内から駆動流体が排出され、第１の隔膜６ａが第１の空間３ａ側に引き上げられる。第１の隔膜６ａと第１の突起２ａが離れて上流側の弁Ｂ１が開き、流路１の減圧により第２の隔膜６ｂが引き下げられ下流側の弁Ｂ２が開きにくくなり、広げられた流路空間に移送流体が上流側から流入する。

つぎに、図３（ｃ）に示すように、上流側の供給排出路４から駆動流体を供給して加圧を行う。第１の空間３ａ内に駆動流体が供給され、第１の隔膜６ａが流路１側に押し下げられる。第１の突起２ａと第１の隔膜６ａとが接触して上流側の弁Ｂ１が閉じるとともに、流路１が狭窄されて流路１の体積が変化する。第１の隔膜６ａには供給排出路４からの加圧により押し下げる力が働いているため、上流側の弁Ｂ１は下流側の弁Ｂ２に比較して開きにくく、下流側の弁Ｂ２は上流側の弁Ｂ１に比べて開きやすくなっている。そして、体積変化分の移送流体が下流側の弁Ｂ２の第２の隔膜６ｂを押し上げ、第２の突起２ｂと第２の隔膜６ｂとの間に隙間を形成しながら下流方向に移送される。移送流体が体積変化分だけ押し出されると、下流側の第２の隔膜６ｂに対する押し上げが解除され、第２の隔膜６ｂがフラットに戻って突起２ｂに接触し、下流側の弁Ｂ２が閉じる。

このマイクロポンプＰによれば、上流側の弁Ｂ１の第１の隔膜６ａの引き上げ・押し下げの制御だけで、流路１内の移送流体を移送することができる。引き上げ・押し下げの１サイクルによる移送量は、常に第１の隔膜６ａの変形による体積変化分であり、定量移送が可能である。体積変化分の移送流体が第１の隔膜６ａにより強制的に押し出されるため、電気浸透流ポンプ等と比較して移送力も大きい。従来のぜん動運動ポンプのような下流側の弁の動作による移送流体の不要な排出や引き込みも起こらない。

ここで、上流側の弁Ｂ１の第１の空間３ａは、本実施の形態のように、上流側が幅狭であり、下流側が幅広とすることが望ましい。第１の隔膜６ａの元の平坦な状態に戻ろうとする力が幅狭の部分では幅広の部分よりもより強いため、第１の隔膜６ａが引き上げられた状態（図３（ｂ））から押し下げたとき（図３（ｃ））に、上流側から下流側に向かって序々に押し下げられ、上流側の弁を閉じる。これにより、移送流体を上流から下流へ移送することができる。

また、下流側の弁Ｂ２の第２の空間３ｂは、本実施の形態のように、上流側が幅広であり、下流側が幅狭であることが望ましい。第２の隔膜６ｂを移送流体の圧力により押し上げると（図３（ｃ））、幅広側が押し上げやすく、幅狭側が押し上げにくいため、上流側から下流側に向かって序々に押し上げられやすくなっており、移送流体を確実に移送方向に移送することができる。また、第２の隔膜６ｂが押し上げられた状態（図３（ｃ））から元の平坦な状態に引き下げると（図３（ａ）（ｂ））、幅狭側が引き下げられやすく、幅広側が引き下げられにくいため、下流側から上流側に序々に引き下げられ、下流側の弁を閉じる際に移送流体が余分に移送されるのを防止することができる。

下流側の弁Ｂ２に連通して供給排出路５を設けることが好ましく、これにより、移送流体が下流側の弁Ｂ２の第２の隔膜６ｂを押し上げると、第２の空間３ｂ内の流体が供給排出路５を通って排出される。この排出により第２の隔膜６ｂの押し上げに必要な圧力を軽減でき、下流側の弁Ｂ２による下流方向への移送流体の移送が円滑に行われる。さらに、この供給排出路５を減圧する減圧機構を設けることが好ましい。この減圧により強制的に下流側の弁Ｂ２を開くことができ、上流側の弁Ｂ１の減圧と組み合わせればポンプ部をスルーの状態にできる。

また、移送流体が長期間滞留すると、滞留した移送流体が成分変化をおこしたり、滞留する移送流体の移動により移送量が不安定となるといった問題が生じるが、マイクロポンプＰによれば、隔膜６ａ，６ｂは、流路側に押し下げられると、基板Ｌ１の対向面（流路１を除く）に隙間なく密着し、移送流体が滞留するスペースもなく、滞留した移送流体による問題が生じることもない。凹部を形成した基板と薄膜とを重ねる簡単な構成であり、小型化及び低コスト化が可能である。

なお、移送流体や駆動流体は上記水や空気に限らず、他の流体であっても良い。また、移送流体は、流体に細胞などの固体が混合されたものであっても良い。また、本実施の形態では、制御手段として、上流側の弁Ｂ１の第１の空間３ａに駆動流体を供給・排気する供給排気路４を例に説明したが、第１の隔膜２ａを引き上げ・押し下げる制御が行えるものであればよく、これに限るものではない。たとえば、第１の空間３ａを閉塞空間とし、加熱により体積が膨張する気体や液体を封入し、加熱温度や時間により第１の隔膜３ａの引き上げ・押し下げを制御しても良い。

第１の空間３ａと流路１の重なった部分の体積（第１の隔膜６ａの引き上げと押し下げによる流路１の体積変化分の量）が一サイクルあたりの吐出量となるため、望みの吐出量に合わせて、流路１の体積や第１の空間３ａの体積を増減することにより、吐出量が調整可能である。たとえば、上記流路１は一定幅であるが、第１の突起２ａと第２の突起２ｂの間を他の部分よりも幅広に形成しても良い。図４は、他の例を示す図である。流路１は、第１の突起２ａと第２の突起２ｂとの間において、第１の空間３ａと重なる領域が幅広となっている。その幅は第１の空間３ａと同じである。中央央付近を幅広とすることにより、吐出量を増加させ、上流側の弁Ｂ１による流体の押し出しの圧力を大きくし、下流側の弁Ｂ２の第２の隔膜の押し上げによる流体の通過を円滑にすることができる。流路１の幅のほか、流路１や空間の深さにより体積を増減させても良い。また、両空間３ａは、上記のような三角形や五角形などの幅広・幅狭に加工された形状が好ましいが、四角形状や他の形状でも良い。

つぎに、マイクロポンプＰの製造方法について説明する。図５は、マイクロポンプＰの製造工程を説明する説明図である。一方の基板Ｌ１は次のように製造する。（Ｌ１−ａ）Ｓｉウエハーに有機感光剤（化薬マイクロケム社製ＳＵ−８）を所定の厚さでスピンコートし、（Ｌ１−ｂ）光リソグラフィーにて流路１となる凹部１ａ，１ｂ，１ｃを転写する。その後に、（Ｌ１−ｃ）流路１が転写されたＳｉウエハー上に熱硬化性樹脂(ＰＤＭＳ：Ｐｏｌｙｄｉｍｅｄｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を塗布して型取りを行い、（Ｌ１−ｄ）型取りした熱硬化性樹脂を加熱して硬化させて基板Ｌ１とする。

他方側の基板Ｌ１は次のように製造する。（Ｌ３−ａ）Ｓｉウエハーに有機感光剤（ＳＵ−８）を所定の厚さでスピンコートし、（Ｌ３−ｂ）光リソグラフィーにて空間３ａ，３ｂと供給排出路４，５となる凹部を転写する。その後に、（Ｌ３−ｃ）空間３ａ，３ｂとなる凹部が転写されたＳｉウエハー上に熱硬化樹脂(ＰＤＭＳ）を塗布して型取りを行い、（Ｌ３−ｄ）型取りした熱硬化性樹脂を加熱して硬化させて基板Ｌ３とする。

（Ｌ２−ａ）隔膜６ａ，６ｂとなる薄膜Ｌ２は次のように製造する。まず、シャーレに熱硬化性樹脂（ＰＤＭＳ）を入れてスピンコートし、(Ｌ２−ｂ)加熱して硬化させ薄膜Ｌ２とする。

こうして製造した一方の基板Ｌ１と他方の基板Ｌ３とを、各々凹部を形成した面が対向するようにし、流路１となる凹部と空間３ａ，３ｂとなる凹部とを位置合わせし、両基板Ｌ１，Ｌ３の間に薄膜Ｌ２配して、各々を接着する。接着は酸素プラズマ処理により行う。凹部を形成した二枚の基板Ｌ１，Ｌ３と一枚の薄膜Ｌ２を接着する簡単な工程により、マイクロポンプＰを製造することができる。

つぎに、マイクロポンプＰを用いた流体移送デバイスＤについて説明する。図６は、流体移送デバイスＤを説明する説明図である。流体移送デバイスＤは、サンプル入りの流体が流される本流路１０と、本流路１０から分岐するように設けられる複数（本実施の形態では三つ）の分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとを備え、各分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃの途中にはマイクロポンプＰａ，Ｐｂ，Ｐｃが接続されている。この送液デバイスは、各分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃと本流路１０との分岐点において各々異なる機能を有する。

分岐路１１ａと本流路１０との分岐点においては、本流路１０に流れるサンプル入りの水をマイクロポンプＰから排出されるオイルで分割する機能を有する。分岐路１１ａの分岐点よりも上流側に設けられたサンプル検出器１２ａがサンプルを検出すると、マイクロポンプＰａが本流路１０に定量のオイルを排出する。サンプルが検出されるたびに、本流路１０に定量のオイルが排出されてサンプルとサンプルの間にオイルが注入され、サンプルごとに水が分割される。マイクロポンプＰａは大きな移送力で常に一定量のオイルを排出可能であるため、サンプル入りの水をサンプルごとに確実に分割することができる。

分岐路１１ｂと本流路１０との分岐点においては、本流路１０に流れるサンプル入りの水にマイクロポンプＰｂから排出される試薬入りの水を混合する機能を有する。分岐路１１ｂの分岐点よりも上流側に設けられた水検出器１２ｂが水を検出するとマイクロポンプＰｂが本流路１０に向かって試薬入りの水を移送する。水が検出されるたびに、マイクロポンプＰｂにより本流路１０に試薬入りの水が移送され、分割された水ごとに一定量の試薬入りの水を確実に混合することができる。

分岐路１１ｃと本流路１０との分岐点においてはマイクロポンプＰｃの吸引により本流路に流れるサンプル入りの水からサンプルを分取する機能を備える。分岐路１１ｃの分岐点よりも上流側に設けられたサンプル検出器１２ｃがサンプルを検出するとマイクロポンプＰｃが本流路１０から本流路１０に向かって減圧する。サンプルが検出されるたびに、マイクロポンプＰｃにより本流路１０中のサンプルを分取することができる。

この流体移送デバイスＤを製造するときは、上記マイクロポンプＰの一方の基板Ｌ１の対向面に、本流路１０と各分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃとなる凹部と、分岐路１１ａ，１１ｂ，１１ｃの途中にマイクロポンプＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの流路となる凹部を形成し、本流路１０の分岐路１１ａの分岐点よりも上流側に本流路１０に近接してサンプル検出器１２ａを埋め込み、分岐路１１ｂの分岐点よりも上流側に本流路１０に近接して水検出器１２ｂを埋め込む。他方の基板Ｌ３にはマイクロポンプＰａ，Ｐｂ，Ｐｃの空間や供給排出路となる凹部を形成し、互いに凹部が形成された面を対向させて位置合わせし、両基板Ｌ１，Ｌ３の間に隔膜となる薄膜Ｌ２を配して接着する。簡単な構成で分割や混合や分取などの様々な機能を有する流体移送デバイスを製造することができ、小型化及び低コスト化が可能である。

（ａ）は本実施の形態のマイクロポンプの流路や供給排出路を説明する説明図であり、（ｂ）はそのマイクロポンプの断面図である。 （ａ）は一方の基板の上面図であり、（ｂ）は他方の基板の上面図である。 上記実施の形態のマイクロポンプの動作を説明する説明図である。 他の例のマイクロポンプの流路や供給排出路を説明する説明図である。 上記実施の形態のマイクロポンプの製造工程を説明する説明図である。 上記実施の形態のマイクロポンプを備える流体移送デバイスを示す概略図である。 従来のぜん動運動ポンプを説明する説明図である。 従来の電気浸透流ポンプを示す図である。 従来の逆止弁ポンプを示す図である。 従来のアクチュエータポンプを示す図である。

符号の説明

Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ マイクロポンプ
Ｌ１，Ｌ３ 基板
Ｌ２ 薄膜
Ｂ１ 上流側の弁
Ｂ２ 下流側の弁
１ 流路
２ａ 上流側の弁の第１の突起
２ｂ 下流側の弁の第２の突起
３ａ 上流側の弁の第１の空間
３ｂ 下流側の弁の第２の空間
４ 上流側の弁の供給排出路
５ 下流側の弁の供給排出路
６ａ 上流側の弁の第１の隔膜
６ｂ 下流側の弁の第２の隔膜
Ｄ 流体移送デバイス
１０ 本流路
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 分岐路

Claims (7)

1. 流路と、当該流路の上流側及び下流側に設けられる一対の弁とを備え、
   前記上流側の弁は、第１の隔膜により当該流路と仕切られる第１の空間と、当該第１の隔膜の上げ下げを制御する制御手段と、当該第１の隔膜の離接により当該流路を開閉する流路内壁面の第１の突起とを備え、当該第１の空間は当該突起よりも下流側に及んでおり、
   前記下流側の弁は、第２の隔膜により当該流路と仕切られる第２の空間と、前記第２の隔膜の離接により当該流路を開閉する流路内壁面の第２の突起とを備え、
   前記流路は流入口が前記上流側の弁よりも上流側に、流出口が前記下流側の弁よりも下流側に設けられており、
   前記第２の隔膜と前記第２の突起とを接触させて流路を閉塞状態としたまま、前記制御手段により第１の隔膜を第１の空間の側に上げると、前記第１の隔膜と前記第１の突起が離れて上流側の弁が開き、広げられた流路空間に移送流体が上流側から流入し、
   つぎに、前記制御手段により第１の隔膜を流路側に下げると、前記第１の隔膜と前記第１の突起とが接触して流路を閉塞するとともに、移送流体によって前記第２の隔膜が前記第２の空間側に押し上げられ、前記第２の隔膜と前記第２の突起との間に生じた隙間から移送流体が押し出されることを特徴とするマイクロポンプ。
2. 前記上流側の弁の制御手段は、前記第１の空間に連通して第１の空間への駆動流体の供給と排出を行う供給排出路であることを特徴とする請求項１記載のマイクロポンプ。
3. 前記上流側の弁の第１の空間は、上流側が幅狭であり、下流側が幅広であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイクロポンプ。
4. 前記下流側の弁の第２の空間は、上流側が幅広であり、下流側が幅狭であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
5. 前記下流側の弁には、前記第２の空間に連通して第２の空間内の流体の供給と排出が可能な供給排出路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
6. 二枚の基板が重ね合わせられ、一方の基板の対向面には前記流路となる凹部と前記両突起が設けられており、他方の基板の対向面には前記両空間となる凹部が設けられており、両基板の間には前記隔膜となる薄膜が配されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のマイクロポンプ。
7. 本流路と、当該本流路から分岐するように設けられる一つ以上の分岐路とを備え、各分岐路には前記請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のマイクロポンプが接続されることを特徴とする流体移送デバイス。

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