JP4775039B2 - Microfluidic chip - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ流体チップに関し、詳細な一例としては、血液など生物学的流体を分析するために用いられる送液デバイスにおいて、生物学的流体あるいは希釈液、反応生成物溶液などの流体を目的の部位に移送するための微小流路の構成に関する。   The present invention relates to a microfluidic chip, and as a detailed example, in a liquid feeding device used for analyzing a biological fluid such as blood, a biological fluid or a fluid such as a diluent or a reaction product solution is used. The present invention relates to a configuration of a micro flow channel for transferring to the site.

血液など生物学的流体を分析するためのデバイスとして、微量検体で正確かつ簡便に測定、評価するための装置が開発され、このような装置では、マイクロ流体チップと呼ばれる、検体あるいは希釈液、反応生成物溶液などの流体を目的の部位に移送するための流路が形成され、流路に作用する重力、毛細管力あるいは回転させることによる遠心力、ポンプによる加圧、吸引の空気力によって、流路内を流体が流れるようにした検査用チップが用いられている。   As a device for analyzing biological fluids such as blood, devices have been developed to measure and evaluate accurately and simply with a small amount of sample. In such a device, a sample or diluent, a reaction called a microfluidic chip is developed. A flow path for transferring a fluid such as a product solution to a target site is formed, and the flow is generated by gravity acting on the flow path, capillary force or centrifugal force by rotation, pressurization by a pump, and aerodynamic force of suction. An inspection chip is used in which a fluid flows in the passage.

マイクロ流体チップ内の流体の流れを制御する方法の一つとして、サイフォンを含み、前記サイフォンによって、回転装置の回転運動で液体を移送する手段が開示されている。(例えば、特許文献1参照。)この方式では、液体の移送を毛細管力と遠心力によって行うわけであるが、この場合、サイフォンへ呼水を与えるなど、毛細管力を利用することで半径方向内方への液体の輸送も可能である一方、流路内壁には親水性である必要があるため、一般に親水処理が施されている。   As one of the methods for controlling the flow of fluid in the microfluidic chip, a means including a siphon and transferring liquid by the rotational motion of the rotating device by the siphon is disclosed. (For example, refer to Patent Document 1.) In this method, the liquid is transferred by capillary force and centrifugal force. In this case, by using capillary force such as giving exhalation water to the siphon, While the liquid can be transported in the opposite direction, the inner wall of the flow path needs to be hydrophilic, so that hydrophilic treatment is generally performed.

一方で、生産性の良い射出成型が可能なプラスチック製の基材の流路内壁を親水化処理する方法も開示されている。(例えば、特許文献2参照。)
このように、親水化処理を施した流路の毛細管力を利用することにより、遠心力による回転内周側から回転外周側への1方向的な流れ制御のみでなく、回転外周側から回転内周側への流れの制御が可能となっている。
On the other hand, a method of hydrophilizing the inner wall of the flow path of a plastic substrate capable of injection molding with good productivity is also disclosed. (For example, see Patent Document 2.)
In this way, by utilizing the capillary force of the channel subjected to the hydrophilic treatment, not only the unidirectional flow control from the rotation inner periphery side to the rotation outer periphery side by centrifugal force but also the rotation inner side from the rotation outer periphery side. The flow to the circumferential side can be controlled.

さらに特許文献2では、収集室に対して半径方向外方に複数のキュベットが配置されることが開示されている。このように1つの流路が分岐し複数のキュベット(チャンバー)に流体を分流せしめる際には、時として正確に定量化した流体の分流および分配が求められる。この際の定量化は、各チャンバーの上流にある毛細管よりなる流路の容積によって定量化したのち、遠心力を用いて各チャンバーに所望の体積の流体を送液するように構成されている。   Further, Patent Document 2 discloses that a plurality of cuvettes are arranged radially outward with respect to the collection chamber. In this way, when one flow path is branched and fluid is divided into a plurality of cuvettes (chambers), it is sometimes required to accurately divide and distribute the fluid. The quantification at this time is configured so that a desired volume of fluid is sent to each chamber using a centrifugal force after quantification based on the volume of a flow path formed by a capillary tube upstream of each chamber.

図7は、従来の血液検査装置に用いるマイクロ流体チップ101である。マイクロ流体チップ101は、直径100mmのディスク形状である。マイクロ流体チップ101の断面A−Aを図8に示す。マイクロ流体チップ101は例えばポリカーボネートよりなる樹脂製の平面よりなる下側パネル2、平面にチャンバー形状のみを切削加工等により深さ0.5mmに形成した上側パネル3と、毛細管およびチャンバーを形成するための厚み0.1mmのホットメルトシートのスペーサ4を加熱接着することにより形成してあり、例えばステッピングモータ等(図示せず)によって回転中心100を中心に回転可能とされている。   FIG. 7 shows a microfluidic chip 101 used in a conventional blood test apparatus. The microfluidic chip 101 has a disk shape with a diameter of 100 mm. A cross section AA of the microfluidic chip 101 is shown in FIG. The microfluidic chip 101 is formed, for example, to form a lower panel 2 made of a resin-made flat surface made of polycarbonate, an upper panel 3 in which only a chamber shape is formed on the flat surface by cutting or the like, and a capillary and a chamber. The spacer 4 of a hot melt sheet having a thickness of 0.1 mm is formed by heat bonding, and can be rotated around the rotation center 100 by, for example, a stepping motor or the like (not shown).

図7中、第1から第8までの各チャンバー11、12、103、104、105、16、17、18の深さは、上側パネル3の切削深さ0.5mmとスペーサ4の厚み0.1mmを足し合わせた0.6mmであり、第1流路21から第5流路25までの各流路の深さはスペーサ4の厚みの0.1mmである。また、下側パネル2、上側パネル3の表面は親水化処理を施すことで、血漿とのなす接触角が約10度となるようにしている。一方、上側パネル3の切削加工した面は、親水化処理が施されていないため、接触角は約60度である。つまり毛細管内壁の接触角は10度、チャンバー内壁の接触角は下側パネル2よりなる一面は10度であるが、その他の面は60度となっている。   In FIG. 7, the depths of the first to eighth chambers 11, 12, 103, 104, 105, 16, 17, 18 are the cutting depth of the upper panel 3 of 0.5 mm and the thickness of the spacer 4. The depth of each channel from the first channel 21 to the fifth channel 25 is 0.1 mm of the thickness of the spacer 4. Further, the surfaces of the lower panel 2 and the upper panel 3 are subjected to a hydrophilic treatment so that the contact angle with plasma is about 10 degrees. On the other hand, the cut surface of the upper panel 3 is not subjected to a hydrophilic treatment, and thus the contact angle is about 60 degrees. That is, the contact angle of the capillary inner wall is 10 degrees, and the contact angle of the chamber inner wall is 10 degrees on one side of the lower panel 2 but 60 degrees on the other side.

毛細管の断面を図9のように定義した場合、毛細管力は数1にしたがって発生するので、例えば第2〜第5流路の最狭部では、幅1mm、高さ0.1mm、また血漿の表面張力は約0.04N/mであるので、約85μN、断面圧力にして約850N/mの毛細管力が発生する。
When the cross section of the capillary is defined as shown in FIG. 9, the capillary force is generated according to Equation 1, so, for example, in the narrowest part of the second to fifth channels, the width is 1 mm, the height is 0.1 mm, and the plasma Since the surface tension is about 0.04 N / m, a capillary force of about 850 N / m 2 is generated at a cross-sectional pressure of about 85 μN.

Figure 0004775039
Figure 0004775039

@0001
この毛細管力と、回転中心100回りに回転させることによって生じる遠心力によって液体である検体を流動させるように構成してある。
@ 0001
The specimen, which is a liquid, is caused to flow by the capillary force and the centrifugal force generated by rotating around the rotation center 100.

以下液体である検体(血液、血漿)の状態を示す図10から図14の各図を用いて、マイクロ流体チップ101の動作を説明する。   Hereinafter, the operation of the microfluidic chip 101 will be described with reference to FIGS. 10 to 14 showing the state of the liquid specimen (blood, plasma).

まず検体注入口31から例えば検体である血液をスポイト等によって第1チャンバー11に注入すると、図10に示すように、第1チャンバー11につながる毛細管よりなる第1流路21に毛細管現象により検体が流入し、第1流路21と第2チャンバー12との接続場所で血液(図10中、ハッチング部)がとまる。   First, when, for example, blood, which is a sample, is injected into the first chamber 11 from the sample injection port 31 with a dropper or the like, the sample is introduced into the first flow path 21 formed of a capillary connected to the first chamber 11 by capillary action as shown in FIG. The blood flows in and blood (hatched portion in FIG. 10) stops at the connection place between the first flow path 21 and the second chamber 12.

この状態で、回転中心100を軸として例えば4000rpmの回転速度でマイクロ流体チップ101を回転させると、第1チャンバー11にあった検体は、第1流路21を通り第2チャンバー12に移動する。この後マイクロ流体チップ101を4000rpmにて例えば5分間保持することで、図11に示すように血液よりなる検体は、比較的比重の大きい赤血球あるいは白血球等(図11中、細かいハッチング部)が遠心力方向外方に、一方比較的比重の小さい血漿(図11中、粗いハッチング部)は回転中心100側に分離する、いわゆる遠心分離が生じる。   In this state, when the microfluidic chip 101 is rotated with the rotation center 100 as an axis at a rotation speed of, for example, 4000 rpm, the specimen in the first chamber 11 moves to the second chamber 12 through the first flow path 21. Thereafter, by holding the microfluidic chip 101 at 4000 rpm, for example, for 5 minutes, as shown in FIG. 11, the blood sample has a relatively high specific gravity of red blood cells or white blood cells (in FIG. 11, the fine hatched portion) is centrifuged. On the other hand, plasma having a relatively small specific gravity (rough hatched portion in FIG. 11) is separated to the rotation center 100 side, so-called centrifugal separation occurs.

この状態でマイクロ流体チップ101の回転を停止することにより、図12に示すように回転中心100側に分離した血漿のみをサイフォン状に形成された第2流路22に毛細管力によって流入させる。第2流路22が血漿により充填された後に、再びマイクロ流体チップ101を回転させると、各空気孔32から流入する空気によって血漿が分断され、図13に示すがごとく、第3チャンバー103、第4チャンバー104、第5チャンバー105にそれぞれ流入する。このように第2流路22の流路形状によって、第3チャンバー103、第4チャンバー104、第5チャンバー105に所望の量の血漿が分流するようにしてある。第3チャンバー103、第4チャンバー104、第5チャンバー105に流入した血漿はマイクロ流体チップ101内にあらかじめ封入してある試薬41、試薬42、試薬43とそれぞれ混合される。ここで、マイクロ流体チップ101の回転速度を4000rpmと1500rpmの間で加速減速を繰り返し、第3チャンバー103、第4チャンバー104、第5チャンバー105内にて、それぞれ検体である血漿と各試薬41、42、43との混合を促進させる。   By stopping the rotation of the microfluidic chip 101 in this state, only the plasma separated to the rotation center 100 side is caused to flow into the second flow path 22 formed in a siphon shape by capillary force as shown in FIG. When the microfluidic chip 101 is rotated again after the second flow path 22 is filled with plasma, the plasma is divided by the air flowing in from the air holes 32, and as shown in FIG. It flows into the 4th chamber 104 and the 5th chamber 105, respectively. Thus, a desired amount of plasma is diverted to the third chamber 103, the fourth chamber 104, and the fifth chamber 105 depending on the flow path shape of the second flow path 22. The plasma flowing into the third chamber 103, the fourth chamber 104, and the fifth chamber 105 is mixed with the reagent 41, the reagent 42, and the reagent 43 that are sealed in advance in the microfluidic chip 101, respectively. Here, the rotation speed of the microfluidic chip 101 is repeatedly accelerated and decelerated between 4000 rpm and 1500 rpm, and in each of the third chamber 103, the fourth chamber 104, and the fifth chamber 105, the sample plasma and each reagent 41, Promotes mixing with 42 and 43.

その後再びマイクロ流体チップ101の回転を停止することで、毛細管よりなる第3流路23、第4流路24、第5流路25に血漿が流入し、第3流路23、第4流路24、第5流路25が血漿で充填された後、再度マイクロ流体チップ101を回転させることで、最終的に光学的あるいは電気的に検体を分析するための第6チャンバー16、第7チャンバー17、第8チャンバー18へ、それぞれ試薬41、42、43と混合した血漿を輸送することができる(図14)。   Thereafter, the rotation of the microfluidic chip 101 is stopped again, so that plasma flows into the third flow path 23, the fourth flow path 24, and the fifth flow path 25 made of capillary tubes, and the third flow path 23 and the fourth flow path 25 24. After the fifth flow path 25 is filled with plasma, the microfluidic chip 101 is rotated again to finally analyze the sample optically or electrically, the sixth chamber 16 and the seventh chamber 17. The plasma mixed with the reagents 41, 42, and 43 can be transported to the eighth chamber 18, respectively (FIG. 14).

上述のように、マイクロ流体チップ101では毛細管力および遠心力を用いることで血液の注入、遠心分離、血漿の定量化、試薬との混合を経て、分析用チャンバーまで検体を移送するように構成されている。
特表平5−508709号公報 特開2000−46797号公報
As described above, the microfluidic chip 101 is configured to transfer the specimen to the analysis chamber through blood injection, centrifugation, plasma quantification, and mixing with a reagent by using capillary force and centrifugal force. ing.
Japanese National Patent Publication No. 5-508709 JP 2000-46797 A

しかしながら、親水性表面を有するチャンバー内に送液された液体は、回転停止された際には、チャンバーを構成する各壁面との接触角および自己の表面張力によって生じる毛細管力と重力とに支配されて動く。つまり、もはやそこには、回転軸側から外周側に向かう概念的な上流、下流関係がなくなっており、チャンバー内に溜まった液体は、下流側毛細管に流れると共に、同様にチャンバー壁面をつたい上流側に向かっても流れてしまう。くわえて、チャンバーを構成する壁面は、ミクロ的な接触角や表面あらさのばらつきがあるため力の不均衡を生じ、大きく上流側に向かって流れることもある。この場合には、上流側毛細管にも液体が流れ込む、いわゆる逆流を生じてしまう。   However, when the liquid sent into the chamber having a hydrophilic surface is stopped, it is controlled by the capillary force and gravity generated by the contact angle with each wall surface constituting the chamber and its own surface tension. Move. In other words, there is no longer a conceptual upstream / downstream relationship from the rotating shaft side to the outer peripheral side, and the liquid accumulated in the chamber flows into the downstream capillary tube and similarly upstream to the chamber wall surface. It will also flow toward the side. In addition, the wall surface constituting the chamber has a microscopic contact angle and surface roughness variation, which causes a force imbalance and may flow largely upstream. In this case, a so-called back flow occurs in which the liquid flows into the upstream capillary tube.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、回転停止された際にチャンバー内に溜まった液体が上流側毛細管に流れることを防止する機構を提供し、液体を目的の部位へ正確にかつ確実に移送できる液体輸送デバイスを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a mechanism for preventing the liquid accumulated in the chamber from flowing into the upstream capillary tube when the rotation is stopped. It is an object to provide a liquid transport device that can be reliably transferred.

前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロ流体チップは、検査すべき液体が流れるトンネル状の第1の流路と、前記第1の流路が底面で接続された前記液体を充填するための空洞状のチャンバーと、前記チャンバーに蓄えられた液体を排出するための前記チャンバー底面に接続されたトンネル状の第2の流路と、前記チャンバーの内部に前記チャンバーの内壁厚みよりも小さい高さの前記チャンバーの幅方向に連続している突起部を設け、前記突起部によって形成される隙間の断面積は、前記第1の流路の断面積よりも大きくしたことを特徴としたものである。 In order to solve the above-described conventional problems, the microfluidic chip of the present invention is filled with a tunnel-shaped first flow path through which a liquid to be inspected flows and the liquid in which the first flow path is connected at the bottom surface. A hollow chamber for performing the operation, a tunnel-like second flow channel connected to the bottom surface of the chamber for discharging the liquid stored in the chamber, and an inner wall thickness of the chamber within the chamber. Protruding portions that are continuous in the width direction of the chamber having a small height are provided , and the cross-sectional area of the gap formed by the protruding portions is larger than the cross-sectional area of the first flow path. It is a thing.

また、本発明は、前記チャンバーにおける第1の流路の接続部は、前記第2の流路の接続部とは反対の位置にあることを特徴としたものである。   Further, the present invention is characterized in that the connection portion of the first flow path in the chamber is at a position opposite to the connection portion of the second flow path.

加えて、本発明は、前記突起部は、前記チャンバーに前記液体が充填された時に前記液体が存在しない位置に設けられたことを特徴とするものである。   In addition, the present invention is characterized in that the protrusion is provided at a position where the liquid does not exist when the chamber is filled with the liquid.

さらに、本発明は、前記第1と第2の流路と前記チャンバーの内壁は、親水性を持つように表面が加工されていることを特徴としたものである。   Furthermore, the present invention is characterized in that the surfaces of the first and second flow paths and the inner wall of the chamber are processed so as to have hydrophilicity.

本発明のマイクロ流体チップによれば、なんらマイクロ流体チップの生産性を悪化させることなく、確実に送液することが可能となる。   According to the microfluidic chip of the present invention, the liquid can be reliably fed without deteriorating the productivity of the microfluidic chip.

以下に、本発明のマイクロ流体チップの実施の形態を、図面とともに詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the microfluidic chip of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の実施例について図1から図6を用いて説明する。図1は、本実施例における血液検査装置に用いるマイクロ流体チップ1である。本実施例におけるマイクロ流体チップ1では、第3チャンバー13、第4チャンバー14、第5チャンバー15にそれぞれ本発明にかかる突起53、54、55が形成されている。その他の構造は、図7に示した従来のマイクロ流体チップ101と同様であるので詳細な説明は省略する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a microfluidic chip 1 used in the blood test apparatus according to this embodiment. In the microfluidic chip 1 in the present embodiment, projections 53, 54, and 55 according to the present invention are formed in the third chamber 13, the fourth chamber 14, and the fifth chamber 15, respectively. Since the other structure is the same as that of the conventional microfluidic chip 101 shown in FIG. 7, detailed description thereof is omitted.

図2は、第3チャンバー13の拡大図およびその断面図である。第3チャンバー13の上流側に形成されている第2流路22は、幅1mm、高さ0.1mmであり、高さを0.1mmと小さくしていることで毛細管力が作用するようにしている。第3チャンバー13は幅3mm、長さは11mm、高さDは0.6mmで形成している。第3チャンバー13の下流側に形成してある第3流路23は幅1mm、高さ0.1mmであり第2流路22と同様に毛細管力が作用する。   FIG. 2 is an enlarged view of the third chamber 13 and a sectional view thereof. The second flow path 22 formed on the upstream side of the third chamber 13 has a width of 1 mm and a height of 0.1 mm, and the height is reduced to 0.1 mm so that the capillary force acts. ing. The third chamber 13 is formed with a width of 3 mm, a length of 11 mm, and a height D of 0.6 mm. The third flow path 23 formed on the downstream side of the third chamber 13 has a width of 1 mm and a height of 0.1 mm, and a capillary force acts similarly to the second flow path 22.

ここで、第3チャンバー13の本発明にかかる突起53は、幅3mm、高さdは0.5mmであり、この突起によって隙間は第2流路22および第3流路23と同様の0.1mmとなっている。このように第3チャンバー13の一部に突出させ突起53を形成することは、たとえば第2流路22など他の毛細管流路と同様、切削加工により第3チャンバー13の形状を上側パネル3に加工する際に、切削加工を行わないことにより形成可能である。また突起53によって第3チャンバー13のすき間を狭くしているため、第2流路22、第3流路23と同様に毛細管力が発生する。ここで便宜上、突起53よりも上部にある第3チャンバー13の空間をチャンバー上部61、突起53よりも下部にある第3チャンバー13の空間をチャンバー下部62と称する。チャンバー下部62の容積は、第3チャンバー13に第2流路22から流入する液体の体積よりも大きく形成してある。本実施の形態では、チャンバー下部62の容積は、長さ5mmx幅3mmx高さ0.6mmの約9ulである。一方第3チャンバー13に流入する液体の体積は約6μlである。   Here, the protrusion 53 according to the present invention of the third chamber 13 has a width of 3 mm and a height d of 0.5 mm, and this protrusion causes the gap to be the same as that of the second flow path 22 and the third flow path 23. It is 1 mm. Protruding 53 to protrude from a part of the third chamber 13 in this manner is to cut the shape of the third chamber 13 to the upper panel 3 by cutting, like other capillary channels such as the second channel 22. It can be formed by not performing cutting when processing. Further, since the gap of the third chamber 13 is narrowed by the protrusion 53, a capillary force is generated as in the second flow path 22 and the third flow path 23. Here, for convenience, the space of the third chamber 13 above the protrusion 53 is referred to as a chamber upper portion 61, and the space of the third chamber 13 below the protrusion 53 is referred to as a chamber lower portion 62. The volume of the chamber lower part 62 is formed larger than the volume of the liquid flowing into the third chamber 13 from the second flow path 22. In the present embodiment, the volume of the chamber lower portion 62 is about 9 ul, which is 5 mm long × 3 mm wide × 0.6 mm high. On the other hand, the volume of the liquid flowing into the third chamber 13 is about 6 μl.

このようにチャンバー下部62の容積を液体の体積よりも大きくすることで、マイクロ流体チップ1を回転し、第2流路22から第3チャンバー13へ液体を移送した際には、第3チャンバー13に流入したすべての液体がチャンバー下部62に貯留できる。また、突起53によって狭められた第3チャンバー13の隙間断面積は3mmx0.1mm=0.3mm2、一方第2流路22の断面積は1mmx0.1mm=0.1mm2と、第2流路22の断面積よりも大きく形成してあるので、第2流路22から第3チャンバー13に液体を移送する過程において、突起53が、液体がチャンバー下部62へ流入することを阻害しない。   Thus, by making the volume of the chamber lower part 62 larger than the volume of the liquid, when the microfluidic chip 1 is rotated and the liquid is transferred from the second flow path 22 to the third chamber 13, the third chamber 13 All the liquid flowing into the chamber can be stored in the chamber lower part 62. Further, the gap cross-sectional area of the third chamber 13 narrowed by the protrusion 53 is 3 mm × 0.1 mm = 0.3 mm 2, while the cross-sectional area of the second flow path 22 is 1 mm × 0.1 mm = 0.1 mm 2, Since it is formed larger than the cross-sectional area, the protrusion 53 does not prevent the liquid from flowing into the chamber lower part 62 in the process of transferring the liquid from the second flow path 22 to the third chamber 13.

以降、本発明の突起の効果の優位性を明確にするため、突起53を形成した本発明に係る第3チャンバー13と、突起を施していない場合の従来例における第3チャンバー103とを比較しながら突起の効果を説明する。   Hereinafter, in order to clarify the superiority of the effect of the protrusions of the present invention, the third chamber 13 according to the present invention in which the protrusions 53 are formed and the third chamber 103 in the conventional example without the protrusions are compared. The effect of the protrusion will be described.

図3(A)および(B)は、第3流路23に血漿を流入させるため、回転を停止した際の第3チャンバー13および第3チャンバー103内の血漿の様子を示したものである。回転停止状態では遠心力の作用がないため、血漿は第3流路23に流入すると同時に、下側パネル2の親水面で構成された、第3チャンバー13および第3チャンバー103の壁面をつたい、流動する。突起53を形成してある第3チャンバー13では、突起53を形成したことによって毛細管力が発生し、突起53より上流側への血漿の流動が防止され、第2流路22方向へのいわゆる逆流が確実に防止される。一方、従来の第3チャンバー103においては、突起53を形成していないため、血漿は上流方向に向かって流動を続ける。図3(B)のように、理想的には左右対称に近い状態で上流への流動が生じるため、第2流路22への流入という逆流にはいたらない。しかしながら、実際には壁面のミクロ的な状態のばらつきにより、図4(A)あるいは図4(B)に示すように流動することも多分にある。特に図4(B)のようになった際には、第2流路22への血漿の逆流が生じてしまう。   FIGS. 3A and 3B show the state of plasma in the third chamber 13 and the third chamber 103 when rotation is stopped in order to cause plasma to flow into the third flow path 23. Since there is no centrifugal force when the rotation is stopped, the plasma flows into the third flow path 23, and at the same time, the wall of the third chamber 13 and the third chamber 103 formed by the hydrophilic surface of the lower panel 2 is connected. To flow. In the third chamber 13 in which the protrusion 53 is formed, the capillary force is generated by forming the protrusion 53, so that the flow of plasma upstream from the protrusion 53 is prevented, and so-called reverse flow in the direction of the second flow path 22. Is reliably prevented. On the other hand, in the conventional third chamber 103, since the protrusion 53 is not formed, the plasma continues to flow in the upstream direction. As shown in FIG. 3B, ideally, the upstream flow occurs in a state close to left-right symmetry, so that the reverse flow of inflow into the second flow path 22 does not occur. However, in actuality, there are many cases where the fluid flows as shown in FIG. 4A or FIG. 4B due to variations in the microscopic state of the wall surface. In particular, when it becomes like FIG. 4 (B), the backflow of the plasma to the 2nd flow path 22 will arise.

特に本実施の形態のように上流側の第2流路22が分岐を含む場合には、次の回転動作によって、たとえば第3チャンバー103から逆流した血漿と試薬との混合液が第4チャンバー14へ流入してしまい、血漿および試薬の定量化が行えず、検査が不能となるばかりでなく、定量化が不完全な状態で分析が行われ、誤った分析結果に基づいて医療診断がなされてしまうと、最悪の場合、生命にかかわる過ちを犯しかねない。   In particular, when the upstream-side second flow path 22 includes a branch as in the present embodiment, a mixed solution of plasma and reagent that has flowed back from the third chamber 103, for example, by the next rotation operation is the fourth chamber 14. In addition to not being able to quantify plasma and reagents and making testing impossible, analysis is performed with incomplete quantification, and medical diagnosis is made based on incorrect analysis results. In the worst case, you can make life-threatening mistakes.

しかし、本発明における突起53を有する第3チャンバー13では、遠心力で流入した血漿が突起53よりも下流側に形成されているチャンバー下部62に流入し、この状態で回転停止すると、下流側の第3流路23には確実に血漿が流入し、かつ上流側へは突起53によって血漿の流動が妨げられることで逆流を防止できる。   However, in the third chamber 13 having the protrusions 53 according to the present invention, the plasma that has flowed in by centrifugal force flows into the chamber lower part 62 formed on the downstream side of the protrusions 53. The plasma surely flows into the third flow path 23, and the backflow can be prevented by preventing the plasma flow to the upstream side by the protrusion 53.

この状態で再び回転すると第3チャンバー13に流入した血漿と試薬41との混合液は、第3流路23を通り、さらに下流側の第6チャンバー16へと流動する。   When rotating again in this state, the mixed solution of plasma and reagent 41 flowing into the third chamber 13 flows through the third flow path 23 and further flows into the sixth chamber 16 on the downstream side.

このように、本発明に係る突起53を形成した第3チャンバー13では、流入した血漿の逆流を確実に防止することで、第6チャンバー16に定量的に血漿を流動させることができる。   As described above, in the third chamber 13 in which the projection 53 according to the present invention is formed, the plasma can be quantitatively flowed into the sixth chamber 16 by reliably preventing the backflow of the inflowed plasma.

また、チャンバー上部61には空気孔32を設けているのでチャンバー上部61の内圧は確実にマイクロ流体チップ1の置かれている外部圧力と等しくなり、血漿が流動しても、血漿が流出していくチャンバー下部62に比べ圧力が小さくなることはなく圧力差による逆流も確実に防ぐことが可能である。また、図5に示すように、チャンバー下部62に空気孔32を設けてもよい。この場合には、逆流防止機構53が液体で満たされた際にチャンバー上部61、チャンバー下部62双方の圧力を外部圧力と等しくすることができ、空気の圧力差による液体の流動を防止することができる。   In addition, since the air hole 32 is provided in the chamber upper portion 61, the internal pressure of the chamber upper portion 61 is surely equal to the external pressure where the microfluidic chip 1 is placed, and even if the plasma flows, the plasma flows out. The pressure does not become lower than that of the lower chamber 62, and backflow due to a pressure difference can be reliably prevented. Further, as shown in FIG. 5, an air hole 32 may be provided in the chamber lower part 62. In this case, when the backflow prevention mechanism 53 is filled with the liquid, the pressure of both the chamber upper portion 61 and the chamber lower portion 62 can be made equal to the external pressure, and the liquid flow due to the air pressure difference can be prevented. it can.

加えて、本実施の形態において0.5mmで形成した突起53の高さdは、突起を付けたことによる毛細管力によって溶液の逆流を防止できるように、d>0.8D以上であることが望ましい。このように高さdを設定することで、突起53によって5倍以上の毛細管力が発生するようにできる。その際、液体が血液の場合には、血液の約半分を構成する約0.008mmの直径がある赤血球、白血球等が確実に流動できるように0.01mm以上確保することが望ましい。dが0.8D以下のときは、十分な毛管力を発生することができないので本実施例のような効果が生じない。   In addition, the height d of the protrusion 53 formed at 0.5 mm in the present embodiment is d> 0.8 D or more so that the backflow of the solution can be prevented by the capillary force due to the protrusion. desirable. By setting the height d in this way, a capillary force of 5 times or more can be generated by the protrusion 53. At that time, when the liquid is blood, it is desirable to secure 0.01 mm or more so that red blood cells, white blood cells, etc. having a diameter of about 0.008 mm constituting about half of the blood can flow reliably. When d is 0.8 D or less, a sufficient capillary force cannot be generated, and thus the effect as in the present embodiment does not occur.

また、本実施例での毛細管を構成する壁面の接触角は10度であるが、流路幅1mm、流路厚0.1mmでの接触角と毛細管力との関係を示した図6にあるように、接触角が45度以上になると毛細管力の減少が著しいため、親水面の接触角は本実施例のように45度以下で構成することが望ましい。   Further, although the contact angle of the wall surface constituting the capillary tube in this embodiment is 10 degrees, FIG. 6 shows the relationship between the contact angle and the capillary force when the channel width is 1 mm and the channel thickness is 0.1 mm. As described above, when the contact angle is 45 degrees or more, the capillary force is remarkably reduced. Therefore, the contact angle of the hydrophilic surface is desirably 45 degrees or less as in this embodiment.

なお、突起54、突起55をそれぞれ形成している第4チャンバー14および第5チャンバー15でも、突起53を形成した第3チャンバー13と同じの構成であるので、逆流が防止されることは勿論であり、本実施例におけるマイクロ流体チップ1では、逆流により第2流路22に液体が流入することはない。   The fourth chamber 14 and the fifth chamber 15 in which the protrusions 54 and 55 are respectively formed have the same configuration as that of the third chamber 13 in which the protrusions 53 are formed. In the microfluidic chip 1 in the present embodiment, the liquid does not flow into the second flow path 22 due to the back flow.

上述のように、本発明に係る突起を形成した際には、確実に逆流を防止し、定量化が可能なマイクロ流体チップを提供することが可能となる。   As described above, when the protrusion according to the present invention is formed, it is possible to provide a microfluidic chip that reliably prevents backflow and can be quantified.

なお、本実施例では、毛細管内壁の接触角を10度、チャンバー内壁の接触角は一面を10度、他面を60度として形成してあるが、例えば全ての壁面の接触角を親水面とし、すべてのチャンバー内壁の接触角を10度としても、突起53とチャンバー上部61、チャンバー下部62との毛細管力の差によって逆流を防止することは可能である。   In this embodiment, the contact angle of the capillary inner wall is 10 degrees, the contact angle of the chamber inner wall is 10 degrees on one side, and the other surface is 60 degrees. For example, the contact angles of all the wall surfaces are hydrophilic surfaces. Even if the contact angles of all the inner walls of the chamber are set to 10 degrees, it is possible to prevent the backflow by the difference in capillary force between the protrusion 53 and the chamber upper part 61 and the chamber lower part 62.

加えて、本実施例では、血液検査用に用いるマイクロ流体チップ1を用いて本発明の効果を説明したが、本発明の効果は、親水性表面を有するマイクロ流体チップ一般に効果を発揮するものであり、血液検査用のマイクロ流体チップに限定されないことは言うまでもない。   In addition, in the present embodiment, the effect of the present invention has been described using the microfluidic chip 1 used for blood tests. However, the effect of the present invention is generally effective for a microfluidic chip having a hydrophilic surface. Needless to say, it is not limited to a microfluidic chip for blood tests.

本発明にかかるマイクロ流体チップは、マイクロ流路における高精度な流量制御を可能にする構成を有し、生物学的流体の分析において高精度な流量制御を可能とする技術として有用である。   The microfluidic chip according to the present invention has a configuration that enables high-precision flow rate control in a microchannel, and is useful as a technique that enables high-precision flow rate control in biological fluid analysis.

本発明にかかるマイクロ流体チップは、高精度な流量の制御が必要な流路設計に広く適用できる。   The microfluidic chip according to the present invention can be widely applied to flow channel designs that require highly accurate flow rate control.

本発明に係るマイクロ流体チップの図Diagram of microfluidic chip according to the present invention 本発明に係るチャンバーの拡大図Enlarged view of chamber according to the present invention チャンバー内の検体流動を示す図Diagram showing sample flow in chamber チャンバー内の検体流動を示す図Diagram showing sample flow in chamber 本発明に係るチャンバーの拡大図Enlarged view of chamber according to the present invention 毛細管力と接触角の関係を示す図Diagram showing the relationship between capillary force and contact angle 従来のマイクロ流体チップの図Figure of conventional microfluidic chip 従来のマイクロ流体チップの断面図Cross-sectional view of a conventional microfluidic chip 毛細管力を説明するための図Diagram for explaining capillary force 検体流動過程を示す図Diagram showing sample flow process 検体流動過程を示す図Diagram showing sample flow process 検体流動過程を示す図Diagram showing sample flow process 検体流動過程を示す図Diagram showing sample flow process 検体流動過程を示す図Diagram showing sample flow process

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロ流体チップ
2 下側パネル
3 上側パネル
4 スペーサ
11 第1チャンバー
12 第2チャンバー
13 第3チャンバー
14 第4チャンバー
15 第5チャンバー
16 第6チャンバー
17 第7チャンバー
18 第8チャンバー
21 第1流路
22 第2流路
23 第3流路
24 第4流路
25 第5流路
31 検体注入口
32 空気孔
41、42、43 試薬
53、54、55 突起
61 チャンバー上部
62 チャンバー下部
100 回転中心
101 従来のマイクロ流体チップ
103 従来の第3チャンバー
104 従来の第4チャンバー
105 従来の第5チャンバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microfluidic chip 2 Lower panel 3 Upper panel 4 Spacer 11 1st chamber 12 2nd chamber 13 3rd chamber 14 4th chamber 15 5th chamber 16 6th chamber 17 7th chamber 18 8th chamber 21 1st flow path 22 Second channel 23 Third channel 24 Fourth channel 25 Fifth channel 31 Sample inlet 32 Air hole 41, 42, 43 Reagent 53, 54, 55 Protrusion 61 Upper chamber 62 Lower chamber 100 Center of rotation 101 Conventional Microfluidic chip 103 Conventional third chamber 104 Conventional fourth chamber 105 Conventional fifth chamber

Claims (8)

検査すべき液体が流れるトンネル状の第1の流路と、前記第1の流路が底面で接続された前記液体を充填するための空洞状のチャンバーと、前記チャンバーに蓄えられた液体を排出するための前記チャンバー底面に接続されたトンネル状の第2の流路と、前記チャンバーの内部に前記チャンバーの内壁厚みよりも小さい高さの前記チャンバーの幅方向に連続している突起部を設け、前記突起部によって形成される隙間の断面積は、前記第1の流路の断面積よりも大きくしたマイクロ流体チップ。 A tunnel-shaped first flow path through which the liquid to be inspected flows, a hollow chamber for filling the liquid with the first flow path connected at the bottom, and the liquid stored in the chamber is discharged A tunnel-like second flow path connected to the bottom surface of the chamber, and a protrusion continuous in the width direction of the chamber having a height smaller than the inner wall thickness of the chamber is provided inside the chamber. The microfluidic chip in which the cross-sectional area of the gap formed by the protrusion is larger than the cross-sectional area of the first flow path . 前記チャンバーにおける第1の流路の接続部は、前記第2の流路の接続部とは反対の位置にある、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 2. The microfluidic chip according to claim 1, wherein a connection portion of the first flow path in the chamber is located at a position opposite to a connection portion of the second flow path. 前記突起部は、前記チャンバーに前記液体が充填された時に前記液体が存在しない位置に設けられた、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 1, wherein the protrusion is provided at a position where the liquid does not exist when the chamber is filled with the liquid. 前記第1と第2の流路と前記チャンバーの内壁は、親水性を持つように表面が加工されている、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 2. The microfluidic chip according to claim 1, wherein surfaces of the first and second flow paths and the inner wall of the chamber are processed so as to have hydrophilicity. 前記突起部の高さhは、前記チャンバーの内壁厚みDとしたとき、h>0.8Dで表される、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 2. The microfluidic chip according to claim 1, wherein the height h of the protrusion is represented by h> 0.8D, where D is the inner wall thickness D of the chamber. 前記チャンバーには空気孔がある、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip of claim 1, wherein the chamber has air holes. 前記チャンバーには、前突起の一方と他方に空気孔が1つずつある、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 Wherein the chamber, one and the other air hole before Symbol projections is one, the microfluidic chip according to claim 1. 前記チャンバーの底面は接触角が45度以下の親水性である、請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 The microfluidic chip according to claim 1, wherein the bottom surface of the chamber is hydrophilic with a contact angle of 45 degrees or less.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8415140B2 (en) 2007-10-04 2013-04-09 Panasonic Corporation Analysis device, and analysis apparatus and method using the same
JP5273990B2 (en) * 2007-11-14 2013-08-28 パナソニック株式会社 Analytical device, analytical apparatus and analytical method using the same
WO2009060617A1 (en) 2007-11-08 2009-05-14 Panasonic Corporation Analyzing device and analyzing method using same
JP5213432B2 (en) * 2007-12-20 2013-06-19 パナソニック株式会社 Bioanalytical device and blood separation method using the same
JP5137011B2 (en) * 2007-12-26 2013-02-06 ローム株式会社 Microchip
JP5077945B2 (en) * 2007-12-27 2012-11-21 ローム株式会社 Microchip
CA2713532C (en) * 2008-01-28 2016-05-03 Toray Industries, Inc. Separation chip and separation method
JP5490783B2 (en) * 2008-05-09 2014-05-14 アコーニ バイオシステムズ Microarray system
JP4852573B2 (en) * 2008-06-18 2012-01-11 日本電信電話株式会社 Flow cell
JP5376427B2 (en) * 2008-07-17 2013-12-25 パナソニック株式会社 Analytical device
US9046503B2 (en) 2008-07-17 2015-06-02 Panasonic Healthcare Co., Ltd. Analyzing device
JP5408992B2 (en) * 2008-12-24 2014-02-05 パナソニック株式会社 Analytical device and analytical method using this analytical device
JP5361633B2 (en) * 2009-09-24 2013-12-04 パナソニック株式会社 Analytical device
JP5374446B2 (en) * 2010-06-08 2013-12-25 積水化学工業株式会社 Microdroplet weighing structure, microfluidic device, and microdroplet weighing method
JP2012185000A (en) * 2011-03-04 2012-09-27 Toppan Printing Co Ltd Sample analysis chip and sample analysis method using the same
JP2013205282A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Brother Ind Ltd Inspection object holder, inspection device, and inspection method
JP2015105889A (en) * 2013-11-29 2015-06-08 ブラザー工業株式会社 Inspection device, inspection method, and inspection program
CN104155463B (en) * 2014-08-27 2016-01-20 南京大学 The device and method that a kind of microfluidic chip liquid drop produces and measures
CN104155464B (en) * 2014-08-27 2016-05-25 南京发艾博光电科技有限公司 Drop logic control device on a kind of micro-fluidic chip
CN107091936B (en) * 2017-06-14 2018-12-25 绍兴普施康生物科技有限公司 Chemiluminescence immunoassay disc and its working method based on microflow control technique
WO2019082902A1 (en) * 2017-10-23 2019-05-02 国立大学法人山梨大学 Dispensing device, dispensing apparatus and method using same, and inspection apparatus and method
WO2019244888A1 (en) * 2018-06-20 2019-12-26 Phcホールディングス株式会社 Substrate for sample analysis
CN110508335A (en) * 2019-03-27 2019-11-29 广州万孚生物技术股份有限公司 Micro-fluidic chip and vitro detection device containing the micro-fluidic chip
CN110586209A (en) * 2019-08-28 2019-12-20 广州万孚生物技术股份有限公司 Micro-fluidic chip and in-vitro detection device comprising same
CN112756018A (en) * 2019-10-21 2021-05-07 广州万孚生物技术股份有限公司 Micro-fluidic chip and in-vitro detection system
CN113009167B (en) * 2021-02-23 2022-06-24 山东美毅生物技术有限公司 Micro-operation device capable of realizing accurate control of liquid suction and discharge
CN115970773A (en) * 2022-10-19 2023-04-18 南方科技大学 Centrifugal micro-fluidic chip
CN116519871B (en) * 2023-05-06 2024-01-26 西南大学 Centrifugal type micro-titration chip based on quantitative siphon valve and titration method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4426451A (en) * 1981-01-28 1984-01-17 Eastman Kodak Company Multi-zoned reaction vessel having pressure-actuatable control means between zones
JP4074713B2 (en) * 1998-07-29 2008-04-09 財団法人川村理化学研究所 Liquid feeding device and manufacturing method thereof

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