JP4223918B2 - マイクロ流体装置 - Google Patents

Description

本発明は、微小流路に微量な流体試料を流し、流体中の特定物質を検出するマイクロ流体装置に関する。

現在、マイクロ化学分析システム（μTAS）に代表されるマイクロ流体装置が注目されている。マイクロ流体装置では、マイクロ流体装置内の流路を通る流体試料中の微量な特定物質を検出するために、高精度なマイクロセンシング技術が必要とされている。従来のマイクロセンシング技術としては、たとえば特許文献１に記載されているように、微細領域での高感度測定が可能でシステム自体が微小であることから、カンチレバーセンサーをマイクロ流体装置内の流路を通る流体試料中の特定物質を検出する手段として使用しているものがある。図６は、特許文献１に記載されているマイクロ流体装置の流路とカンチレバーセンサーの関係を示した図であり、カンチレバーセンサー６０１は、カンチレバー支持部６０２、カンチレバー支持部６０２に支持された検出用カンチレバー６０３と参照用カンチレバー６０４で構成されている。６０５はマイクロ流体装置の流路、６０６は流体試料の流れ方向を示す矢印である。このカンチレバーセンサー６０１においては、流路脇にカンチレバー支持部６０２が固定され、前記支持部６０２には流路６０５を通る流体試料の流れ方向６０６に対して、カンチレバーの長さ方向が垂直になるように検出用カンチレバー６０３と参照用カンチレバー６０４が支持されている。検出用カンチレバー６０３の一方の面は、流体試料中の特定物質が吸着するように化学修飾されており、特定物質の化学吸着によって検出用カンチレバー６０３がたわむ。ことのき、検出用カンチレバー６０３は温度など化学吸着以外の要因によってもたわむため、化学修飾されていない参照用カンチレバー６０４とのたわみ量の差を測定することで、化学吸着のみによる検出用カンチレバー６０３のたわみ量を測定し、流体試料中の特定物質を検出することができる。
国際公開第０１／３３２２６号パンフレット 図６

しかしながら、特許文献1記載のマイクロ流体装置では、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するカンチレバーセンサーにおいて、カンチレバー支持部を流路脇に固定し、カンチレバーの長さ方向が流体の流れ方向に対して垂直になるよう検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが前記支持部に支持されている。このような構成とした場合、カンチレバーが流体試料から力を受ける領域が大きくなり、変形や振動を生じやすくなってしまう。

そこで本発明は、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するためのカンチレバーが、流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができるマイクロ流体装置を提供することを課題とする。

以上のような課題を解決するため、本発明におけるマイクロ流体装置では、マイクロ流体装置の流路内を通る流体試料の流れ方向に対してカンチレバーの長さ方向が平行になるよう、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーを配置した。このような配置にすることで、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができる。

また、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーの自由端の方向を、カンチレバー支持部を挟んで反対方向に支持すると、カンチレバー支持部の幅を流路の幅方向に対して小さくすることができる。

さらにカンチレバー支持部の厚さを、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーの厚さよりも厚くすることで、カンチレバー支持部が流路を通る流体試料から受ける力によって変形、振動することがなくなる。

本発明のマイクロ流体装置は、マイクロ流体装置の流路を通る流体試料の流れ方向に対してカンチレバーの長さ方向が平行になるよう、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーを配置することで、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーが流体試料から受ける力を減少させ、カンチレバーの変形や振動などを防ぐことができる。したがって本発明のマイクロ流体装置では、流体試料から働く力によってカンチレバーセンサーが外乱を受けず、流体試料中の特定物質との化学反応によってのみ生ずる検出用カンチレバーのたわみを検出の対象とすることができ、測定精度、分解能を向上させることができる。

以下、この発明における実施例を、図面を用いて説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例1におけるマイクロ流体装置の流路と、流路を通る流体試料中の特定物質を検出するカンチレバーセンサーの関係図である。カンチレバーセンサー１０１は、カンチレバーセンサーの基板１０２、基板1０２に固定されたカンチレバー支持部1０３、カンチレバー支持部1０３に支持された検出用カンチレバー１０４と参照用カンチレバー１０５で構成されている。１０６はマイクロ流体装置の流路、1０７は流体試料の流れ方向を示す矢印である。

図２は、実施例１で使用するカンチレバーセンサー１０１の斜視図であり、カンチレバー支持部１０３は、自身と比べて厚い基板１０２に固定されている。なお、カンチレバー支持部１０３は、検出用カンチレバー１０４および参照用カンチレバーよりも厚さを厚くすることにより、強度を高めることが可能となる。

また、図５は本発明におけるマイクロ流体装置内のマイクロセル５０１の構成図であって、５０２は流体試料の入力ポート、５０３はマイクロバルブ、５０４は流体試料の出力ポートである。マイクロ流体装置内のマイクロセル５０１においては、入力ポート５０２に供給された流体試料が流路１０６を通り、流体試料の流れ量をマイクロバルブ５０３によって制御し、カンチレバーセンサー１０１が流路１０６を通る流体試料中の特定物質を検出し、測定後の流体試料は出力ポート５０４から排出される構造となっている。検出用カンチレバー１０４は流路１０６を通る流体試料中の特定物質が吸着するように表面に化学修飾がされており、特定物質を吸着することによって検出用カンチレバー１０４がたわむ。一方、参照用カンチレバー１０４には化学修飾がされていない。そして検出用カンチレバー１０４のたわみと参照用カンチレバー１０５のたわみとの差を測定することで、化学吸着のみによる検出用カンチレバー１０４のたわみ量を測定することができ、流体試料内の特定物質を検出することができる。

再び図１に基づいて説明をおこなう。基板１０２は流路１０６の脇にスペースを設け固定され、基板１０２に固定されたカンチレバー支持部１０３があり、カンチレバー支持部１０３にそれぞれ支持された検出用カンチレバー１０４と参照用カンチレバー１０５は長さ方向が、流路１０６を通る流体試料の流れ方向１０７と平行となり、かつ支持部１０３の同じエッジに自由端の方向が一致するよう取付けられている。検出用カンチレバー１０４と参照用カンチレバー１０５をこのように配置することで、流路１０６を通る流体試料から力を受ける領域を小さくすることができ、カンチレバー１０４、１０５が変形、振動を生じにくくなり、測定精度、分解能が低下することを防ぐことができる。また、カンチレバー支持部１０３の厚さを、検出用カンチレバー１０４と参照用カンチレバー１０５よりも厚くすることで、カンチレバー支持部１０３が流路１０６を通る流体試料から受ける力によって変形、振動することがなく、化学吸着によっても変形しないため、検出用カンチレバー１０４と参照用カンチレバー１０５のたわみ測定に影響を与えない。

図３は、本発明の実施例２におけるカンチレバーセンサー２０１の構成図であって、カンチレバーセンサー２０１は流路１０６に対して図４のように設置される。つまり、実施例1においては、検出用カンチレバー２０４と参照用カンチレバー２０５を、支持部２０３の同じエッジに自由端の方向を揃えて配置したが、実施例２では前記カンチレバー支持部２０３に支持された検出用カンチレバー２０４と参照用カンチレバー２０５が、長さ方向がマイクロ流体装置の流路１０６を通る流体試料の流れ方向１０７と平行となり、かつ支持部２０３をはさんで自由端の方向が反対方向になるよう設置した。このような配置にすることで、カンチレバー支持部２０３の幅を流路１０６の幅方向に対して小さくできるため、流路１０６の断面径を小さくし、流路１０６を通る流体試料の量を減少させることが可能となる。さらに、検出用カンチレバー２０４の自由端と固定端を結ぶ直線と、参照用カンチレバー２０５の自由端と固定端を結ぶ直線は同一直線上にあるため、前記マイクロ流体装置の流路１０６を通る流体試料の試料成分が分離して層流となったとしても、同一層の同一成分についての特定物質を検出できる。

なお、実施例１、２において、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーは、少なくとも一本ずつあればよく、検出用カンチレバーと参照用カンチレバーは、必ずしも同数である必要は無い。また、複数の検出用カンチレバー設置し、各検出用カンチレバーに異なる物質を化学吸着させるようにすることで、流路１０６を通る流体試料中の複数の物質を検出できるカンチレバーセンサーを有したマイクロ流体装置を形成することができる。

本発明の実施例１におけるマイクロ流体装置の流路とカンチレバーセンサーの関係図 本発明の実施例１におけるカンチレバーセンサーの構成図 本発明の実施例２におけるカンチレバーセンサーの構成図 本発明の実施例２におけるマイクロ流体装置の流路とカンチレバーセンサーの関係図 本発明の実施例１におけるマイクロ流体装置内のマイクロセルの構成図 従来技術におけるカンチレバーセンサーの概略図

符号の説明

１０１、２０１、６０１ カンチレバーセンサー
１０２ カンチレバーチップ基板
１０３、２０３、６０２ カンチレバー支持部
１０４、２０４、６０３ 検出用カンチレバー
１０５、２０５、６０４ 参照用カンチレバー
１０６、６０５ 流路
１０７、６０６ 流体試料の流れ方向
５０１ マイクロ流体装置内のマイクロセル
５０２ 流体試料の入力ポート
５０３ マイクロバルブ
５０４ 流体試料の出力ポート

Claims (5)

1. 流体試料が通る流路を備えた基板と、前記基板に備えられた検出器からなり、該検出器により流体試料中の特定物質を検出するマイクロ流体装置であって、前記検出器は複数のカンチレバーと該複数のカンチレバーを支持するカンチレバー支持部とを備え、該複数のカンチレバーは該カンチレバーの長さ方向がマイクロ流体装置の流路を通る流体試料の流れ方向に対して平行となるように備えられており、
   前記複数のカンチレバーは、少なくとも１本の検出用カンチレバーと、少なくとも１本の参照用カンチレバーとを備えており、
   前記複数のカンチレバーのうちの一のカンチレバーの自由端方向は、他のカンチレバーの自由端方向に対して反対方向であることを特徴とするマイクロ流体装置。
2. 前記一のカンチレバーは、前記他のカンチレバーの自由端と固定端とを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体装置。
3. 流体試料が通る流路を備えた基板と、前記基板に備えられた検出器からなり、該検出器により流体試料中の特定物質を検出するマイクロ流体装置であって、前記検出器は複数のカンチレバーと該複数のカンチレバーを支持するカンチレバー支持部とを備え、該複数のカンチレバーは該カンチレバーの長さ方向がマイクロ流体装置の流路を通る流体試料の流れ方向に対して平行となるように備えられており、
   前記複数のカンチレバーは、少なくとも１本の検出用カンチレバーと、少なくとも１本の参照用カンチレバーとを備えており、
   前記検出用カンチレバーの自由端方向は、前記参照用カンチレバーの自由端方向に対して反対方向に支持されたカンチレバーセンサーを備えることを特徴とするマイクロ流体装置。
4. 前記検出用カンチレバーは、前記参照用カンチレバーの自由端と固定端とを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ流体装置。
5. 前記カンチレバー支持部の厚さが、前記検出用カンチレバーと前記参照用カンチレバーの厚さよりも厚いことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のマイクロ流体装置。

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