JP4533685B2

JP4533685B2 - マイクロ流体装置

Info

Publication number: JP4533685B2
Application number: JP2004195886A
Authority: JP
Inventors: 浩一柴田; 正隆新荻
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: JP2006015254A

Description

本発明は、微小流路に微量な流体試料を流し、流体試料中の特定物質を測定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生化学的な分析や反応を微小領域で行うことで、従来型の手法と比較して測定対象となる物質の測定量を少なくし、分析処理時間を大幅に短縮することを可能にしている。また、マイクロ流体装置を医療分野に応用することで、患者から採取する血液などのサンプル量、検査コストを軽減し、検査結果を迅速に提示することができる。

上記のようなマイクロ流体装置の一例として特許文献１に示す従来技術を説明する。図７は、従来技術のマイクロ流体装置７０１の概略図である。マイクロ流体装置７０１は、流体試料を装置内に供給する入力ポート７０２、流体試料が流れる微小流路７０３、流体試料の流れを制御するバルブ７０４、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部７０５、反応後の流体試料を排出する出力ポート７０６、流体試料を送液するマイクロポンプ７０７からなる。

また、入力ポート７０２、もしくは出力ポート７０７は、マイクロポンプ機構７０７と一体化しており、外部装置を用いず送液することを可能にしている。上記マイクロ流体装置７０１では図８に示すように、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌａｎｅ）のような自己接着性、通気性を有した弾性部材８０１にμｍオーダーの微小な溝形状（入力ポート８０２、流体試料が流れる微小流路８０３、流体試料の流れを制御するバルブ８０４、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部８０５、反応後の流体試料を排出する出力ポート８０６）を加工し、ガラス基板８０７と貼り合わせることで微小流路７０３を形成している。

流体試料は入力ポート７０２から必要量が微小流路７０３内に送り込まれ、微小流路７０３中をマイクロポンプが送液している。このときのセンシング部７０５の断面Ａ−Ａ’における流体試料の流れの速度分布を示したものが図９である。断面Ａ−Ａ’における流体試料の速度は微小流路７０３側壁との粘性抵抗の影響から図９に示すように流路中央部では流れが速く、側壁に近づくほど流れが遅くなっている。

このように、センシング部７０５の断面Ａ−Ａ’では流体試料の流れる速度が場所によって大きく異なっているために、センシング部７０５に供給される流体試料中の特定物質の量が場所によって大きく変化してしまう。この結果、センシング部７０５上での特定物質供給量の違いから検出速度の低下が発生することになる。
特開２００４−１０８２８５号公報

そこで本発明においては、微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置において、センシング部を流れる流体試料の微小流路断面での速度分布のむらを小さくすることを目的とする。

上記のような課題を解決するため、本発明では、微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置内のセンシング部において、流れる流体試料の速度分布むらを解消する速度分布むら解消手段、具体的には前記流体試料が流れる経路中の一部または全部に、前記流体試料の流れに対して抵抗を与えるような凸形状の仕切り部材、即ち、障害物を配置して、微小流路断面方向における流体試料流れの速度分布むらを小さくするように構成した。

微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置内に流体試料の流れに対して抵抗を与えるような速度分布むら解消手段を設け、微小流路断面方向における流体試料流れの速度分布むらを小さくするように構成したため、流体試料中の特定物質供給量の場所による違いを小さくすることができる。したがって、本発明のマイクロ流体装置では流体試料中の特定物質の検出速度を向上させることができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置１０１の概略図である。１０２は流体試料を装置内に送り込む入力ポート、１０３は流体試料が流れる微小流路、１０４は流体試料の流れを制御するバルブ、１０５は流体試料中の特定物質を検出するセンシング部、１０６はセンシングが終了した流体試料を廃液する出力ポート、１０７は流体試料を送液するポンプである。流体試料は入力ポート１０２から必要量が微小流路１０３内に送り込まれ、微小流路１０３中を負圧で送液している。

図２はセンシング部１０５の断面Ａ-Ａ‘の概略図である。２０１は流路形成部材、２０２は１０３においてセンシング部１０５に正対して設けた仕切り部材であり、凸形状に形成されている。この凸形状部材の先端部はセンシング部１０５内に配置したセンサに近接している。

図３は、センシング部１０５の斜視図である。センシング部１０５が位置する微小流路１０３において、センシング部１０５に正対して設けられた凸形状部材は流体試料の流れ方向に沿って並列した複数の平板から構成されている。平板間の距離はＡ−Ａ’断面の中心付近で小さく流路抵抗が高くなっており、側壁付近ほど大きく流路抵抗が小さくなっている。入力ポート１０２から送り込まれた流体試料は、微小流路１０３を通過した後、センシング部１０５に到達する。さらに、センシング部１０５に流入した流体試料は各平板間に分散して流れていく。なお、配置された仕切り部材２０２を構成する平板の相互の距離、及び数量については、センシング部の大きさ、流体試料の流速等を考慮して決定すればよい。

図４は、センシング部１０５の断面Ａ−Ａ’における流体試料の流れの速度分布である。流路抵抗が大きいＡ−Ａ’断面の中心付近では流速が小さくなり、流路抵抗が小さい側壁付近では流速が落ちにくいため、Ａ−Ａ’断面全体をみると流速のむらが小さくなっている。

図５は、センシング部１０５において特定物質の反応エネルギーを検出した結果であり、検出時間と信号強度の関係を表す。横軸５０１は検出時間、縦軸５０２は信号強度、破線５０３は本実施例におけるセンシング部１０５の信号、破線５０４は従来技術における場合のセンシング部１０５の信号、横軸５０２上の点５０５は流体試料がセンシング部１０５に到達した時間である。従来技術のセンシング部１０５では、流速分布のむらが大きいため検出速度が小さいが、一方、本実施例のように凸形状部材を設けた場合、センシング部１０５では流速分布のむらが小さい分、特定物質の供給量が増え検出速度が大きくなっている。したがって、本実施例のようなセンシング部１０５では流体試料中の特定物質の検出速度を向上させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における微小流路中で生化学的な分析や反応を行うマイクロ流体装置１０１の概略構成は、図１に示すように、流体試料を装置内に送り込む入力ポート１０２、流体試料が流れる微小流路１０３、流体試料の流れを制御するバルブ１０４、流体試料中の特定物質を検出するセンシング部１０５、センシングが終了した流体試料を廃液する出力ポート１０６、流体試料を送液するポンプ１０７からなり、前述した実施の形態１におけるマイクロ流体装置とはセンシング部１０５内に設けた仕切り部材の形状が相違する点で異なるものである。

図６はこのセンシング部１０５の斜視図である。２０１は流路形成部材、２０２はセンシング部１０５の微小流路１０３において、センシング部１０５内に配置したセンサに正対して設けた仕切り部材である。センシング部１０５が位置する微小流路１０３において、センシング部１０５内に配置したセンサに正対して設けられた仕切り部材は、凸形状の部材からなり、流体試料の流れ方向と垂直に並列した複数の平板から構成され、図６に示すように２つの櫛歯を互いに組み合わしたような形状で凸形状の部材が配置されている。平板の一方の端はセンシング部１０５の微小流路１０３の側壁と接しており、側壁と接する端の向きが交互に変わることで、流体試料の流れはセンシング部１０５上でミアンダ状に流れることとなる。

また、凸形状部材はセンシング部１０５に近接している。入力ポート１０２から送り込まれた流体試料は、微小流路１０３を通過した後センシング部１０５に到達する。センシング部１０５上では正対して形成された平板間に沿って流体試料の流れはミアンダ状の流れとなる。したがって微小流路１０３から流れてきた流体試料はセンシング部１０５上に満遍なく行き渡ることができる。

本発明のマイクロ流体装置の概略図である。本発明の実施形態１に係るセンシング部の断面図である。本発明の実施形態１に係るセンシング部の斜視図である。本発明のセンシング部の流体試料の速度分布を説明する説明図である。本発明のマイクロ流体装置の検出時間と反応信号強度の関係を説明する説明図である。本発明の実施形態２に係るセンシング部の斜視図である。従来のマイクロ流体装置概略図である。従来のマイクロ流体装置の作製方法を説明する説明図である。従来のマイクロ流体装置のセンシング部における流体試料の速度分布を説明する説明図である。

符号の説明

１０１、７０１マイクロ流体装置
１０２、７０２、８０２入力ポート
１０３、７０３、８０３微小流路
１０４、７０４、８０４バルブ
１０５、７０５、８０５センシング部
１０６、７０６、８０６出力ポート
１０７、７０７マイクロポンプ
２０１微小流路形成部材
２０２仕切り部材（凸形状部材）
５０１検出時間
５０２信号強度
５０３実施の形態１、２におけるセンシング部１０５の信号
５０４従来のセンシング部１０５の信号
５０５流体試料がセンシング部１０５に到達した時間
８０１ＰＤＭＳ
８０７ガラス基板

Claims

微小流路と、
前記微小流路に接続され、流体試料中の特定物質を検出するセンサを有するセンシング部を備え、前記流体試料の生化学的な分析や反応を測定するマイクロ流体装置において、
前記センシング部は、更に、流れる前記流体試料の速度分布むらを解消する速度分布むら解消手段として、前記センサに近接し前記流体試料の流れ方向に沿って並列して複数の仕切り部材を有し、
前記複数の仕切り部材は、互いの距離が前記センシング部の幅方向の中心付近で小さく、側壁に近づくほど大きくなるように配置されることを特徴とするマイクロ流体装置。
微小流路と、
前記微小流路に接続され、流体試料中の特定物質を検出するセンサを有するセンシング部を備え、前記流体試料の生化学的な分析や反応を測定するマイクロ流体装置において、
前記センシング部は、更に、流れる前記流体試料の速度分布むらを解消する速度分布むら解消手段として、前記センサに近接し前記流体試料の流れ方向と垂直に並列した複数の仕切り部材を有し、
前記仕切り部材を、前記流体試料が前記センシング部内でミアンダ状に流れるように、千鳥状に配置されていることを特徴とする、前記流体試料の生化学的な分析や反応を測定するマイクロ流体装置。
前記仕切り部材は、前記センサに近接して設けられた凸形状の部材からなることを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載のマイクロ流体装置。
前記凸形状の部材は、平板からな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。