JP4922065B2

JP4922065B2 - Microfluidic device

Info

Publication number: JP4922065B2
Application number: JP2007132624A
Authority: JP
Inventors: 一喜山本; 良教赤木
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP2008286668A

Description

本発明は、マイクロ流体を混合する微細流路構造が基板内に形成されたマイクロ流体デバイスに関し、より詳細には、様々な分析に際しての検体や試薬などを混合したり、希釈したりするのに用いられるマイクロ流体デバイスに関する。 The present invention relates to a microfluidic device in which a microchannel structure for mixing microfluids is formed in a substrate. More specifically, the present invention relates to mixing and diluting specimens and reagents for various analyses. The present invention relates to a microfluidic device used.

従来、検体を分析したり、様々な物質を化学反応させるに際し、検体や試薬を希釈することが多い。特に、微量の液体の希釈を行う場合には、マイクロプレート及び分注ピペットを用いた操作方法、あるいは自動液体分注ロボット装置を用いた方法が用いられていた。マイクロプレート及び分注ピペットを用いた操作方法では、操作が煩雑であり、かつ熟練した実験者が必要であった。また、実験室外の屋外や、臨床検査に際してのベッドサイド等において、簡便に検体や試薬を混合することが困難であった。 Conventionally, when analyzing a specimen or chemically reacting various substances, the specimen or reagent is often diluted. In particular, when a small amount of liquid is diluted, an operation method using a microplate and a dispensing pipette, or a method using an automatic liquid dispensing robot apparatus has been used. In the operation method using a microplate and a dispensing pipette, the operation is complicated and a skilled experimenter is required. In addition, it is difficult to easily mix specimens and reagents outside the laboratory or on the bedside during clinical examinations.

他方、自動液体分注ロボット装置を用いた希釈方法では、装置が大型にならざるを得ず、やはり屋外やベッドサイド等において簡便に利用することはできなかった。 On the other hand, in the dilution method using the automatic liquid dispensing robot apparatus, the apparatus has to be large, and it cannot be easily used outdoors or at the bedside.

近年、微量の液体を取り扱う分析デバイスとして、マイクロ流体デバイスが注目されている。マイクロ流体デバイスは、例えば、手で容易に持ち運び、取り扱い得る大きさの基板を有する。この基板内に、検体、試薬、希釈液などを搬送する微細流路構造が形成されている。上記微細流路構造には、試薬収納部、検体供給部、希釈液収納部、反応室及びまたは混合部などが適宜設けられている。 In recent years, microfluidic devices have attracted attention as analytical devices that handle a small amount of liquid. The microfluidic device has, for example, a substrate that is sized to be easily carried and handled by hand. A fine channel structure for conveying a specimen, a reagent, a diluent, and the like is formed in the substrate. The fine channel structure is appropriately provided with a reagent storage unit, a sample supply unit, a diluent storage unit, a reaction chamber, and / or a mixing unit.

上記マイクロ流体デバイスは、通常、平面積が数百ｃｍ²以下の基板を用いて形成されており、基板の厚みは０．５〜１０ｍｍ程度とされている。また、上記微細流路構造における流路の径は、通常、５μｍ〜１ｍｍ程度と非常に細い。ここで流路が平坦である場合には、微細流路の径は平坦流路の断面の狭い方の幅でもって規定される。また、搬送されるマイクロ流体は、空気等により送られ、液滴状のことも多い。 The microfluidic device is usually formed using a substrate having a plane area of several hundred cm ² or less, and the thickness of the substrate is about 0.5 to 10 mm. In addition, the diameter of the flow path in the fine flow path structure is usually very thin, about 5 μm to 1 mm. Here, when the flow path is flat, the diameter of the fine flow path is defined by the narrower width of the cross section of the flat flow path. In addition, the microfluid to be transported is sent by air or the like and is often in the form of droplets.

従って、検体や試薬を上記マイクロ流体デバイス内において希釈する場合、非常に幅の細い微細流路をマイクロ流体が搬送されることになるため、液体が送液される通常の回路とは異なり、マイクロ流体の表面張力や微細流路の壁面の濡れ性などが大きく影響する。また、このような微量のマイクロ流体を定量的に秤取することが難しく、そのため、複雑な回路構成が必要となるという問題があった。 Therefore, when diluting a specimen or reagent in the microfluidic device, the microfluid is transported through a very narrow fine channel. The surface tension of the fluid and the wettability of the wall surface of the fine channel have a great influence. In addition, it is difficult to quantitatively measure such a small amount of microfluidic material, and there is a problem that a complicated circuit configuration is required.

下記の特許文献１には、マイクロ流体デバイスを用い、層流中でタンパク質の結晶を生成させる方法が開示されている。また、下記の非特許文献１には、マイクロ流体デバイス内における温度制御を厳格に行い、それによって、微量の液体から結晶を生成する方法が開示されている。 Patent Document 1 below discloses a method of generating protein crystals in a laminar flow using a microfluidic device. Non-Patent Document 1 described below discloses a method for strictly controlling temperature in a microfluidic device, thereby generating crystals from a small amount of liquid.

しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の各方法では、反応場所が非常に小さく、反応を高精度に制御することが可能とされているが、タンパク質溶液の結晶化部位までの導入方法では、デッドボリュームを小さくすることができないという問題があった。 However, in each method described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, the reaction site is very small and the reaction can be controlled with high accuracy. Then, there was a problem that the dead volume could not be reduced.

上記のような問題を解決し、単純な構成により、簡単な操作のみで微量な液体を秤取し得る微量液体秤取構造が、下記の特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の微量液体秤取構造は、パッシブバルブを使用した微量流体秤取構造である。この微量流体秤取構造は、それぞれ、所定の方向に延長される第１の微細流路及び第２の流路と、第１の微細流路の流路壁に開口する第３の流路と、第２の流路の流路壁に開口して第３の流路の一端と第２の流路とを連結し、第１〜第３の流路よりも細い第４の流路とを有する。第４の流路は、第２の流路及び第３の流路に比べて濡れにくく、あるいは相対的に毛管力が働きにくい性質を有する。そして、第１の微細流路に導入された液体が、第１の微細流路の流路壁に開口している第３の流路の開口部を介して第３の流路内に引き込まれた後、第１の微細流路に残存する上記液体が取り除かれ、第３の流路の容積に応じた体積の液体を秤取することが可能とされている。
米国特許第６４０９８３２号明細書特開２００４−１６３１０４号公報「アナリティカル・ケミストリー（Analytical Chemistry）」（２００２），７４，ｐ．３５０５−３５１２ The following Patent Document 2 discloses a micro liquid weighing structure that can solve the above-described problems and can weigh a small amount of liquid by a simple operation with a simple configuration. The trace liquid weighing structure described in Patent Document 2 is a trace fluid weighing structure using a passive valve. The microfluidic weigh structure includes a first microchannel and a second channel that extend in a predetermined direction, and a third channel that opens to the channel wall of the first microchannel. , Opening the flow path wall of the second flow path, connecting one end of the third flow path and the second flow path, and a fourth flow path that is narrower than the first to third flow paths. Have. The fourth flow path is less likely to get wet than the second flow path and the third flow path, or has a property that the capillary force is relatively difficult to work. Then, the liquid introduced into the first microchannel is drawn into the third channel through the opening of the third channel that opens to the channel wall of the first microchannel. After that, the liquid remaining in the first fine channel is removed, and the volume of the liquid corresponding to the volume of the third channel can be weighed.
US Pat. No. 6,409,832 JP 2004-163104 A “Analytical Chemistry” (2002), 74, p. 3505-3512

しかしながら、特許文献２に記載の微量液体秤取構造を備えたマイクロ流体デバイスにおいて、混合比を１０倍以上に大きくすると、正確で再現性よい混合ができなくなるという欠点があった。さらに、分析や反応に際しては、検体や試薬を１０倍、１００倍及び１０００倍と累進的に高倍率に希釈する必要のある場合がある。 However, in the microfluidic device provided with the trace liquid weighing structure described in Patent Document 2, there is a drawback that accurate and reproducible mixing cannot be performed when the mixing ratio is increased to 10 times or more. Furthermore, in analysis and reaction, it may be necessary to dilute the specimen or reagent progressively at a high magnification of 10 times, 100 times, or 1000 times.

しかしながら、従来、この種のマイクロ流体デバイスでは、複数の混合ユニットを接続してなる複数段構式の微細流路構造として機能させることができなかった。なぜなら、この種のマイクロ流体デバイスでは、非常に小さな流路内を、非常に少ない量のマイクロ流体が液滴のような形態で搬送され、マイクロ流体の表面張力や流路壁面の濡れ性及び毛管現象の影響を利用して秤取合一を行うため、秤取された複数のマイクロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングが同一であることを前提としていたが、複数の混合ユニットの接続においては、第１の混合ユニットの出力を第２の混合ユニットが利用するという制約上、第２の混合ユニット内で秤取された複数のマイクロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングを合わせることができないので、第１第２の混合ユニットを単純に連結しても、第２の混合ユニットが機能しなかったからである。そのため、様々な希釈倍率の混合溶液を含む希釈系列をマイクロ流体デバイス内に同時構成することは非常に困難であった。このような要望を満たすマイクロ流体デバイスは、現在まで開発されていないのが実情であった。 However, conventionally, this type of microfluidic device has not been able to function as a multi-stage fine channel structure in which a plurality of mixing units are connected. This is because in this type of microfluidic device, a very small amount of microfluid is transported in a very small flow path in the form of droplets, and the surface tension of the microfluid, the wettability of the flow path wall surface and the capillary In order to perform weighing and unification using the influence of the phenomenon, it was assumed that the timing at which the weighed multiple microfluids were pushed out from the weighing section to the merge section was the same. In connection, due to the restriction that the output of the first mixing unit is used by the second mixing unit, the timing at which the plurality of microfluids weighed in the second mixing unit are pushed out from the weighing unit to the merging unit This is because the second mixing unit does not function even if the first and second mixing units are simply connected. Therefore, it has been very difficult to simultaneously construct a dilution series including mixed solutions of various dilution ratios in the microfluidic device. Actually, a microfluidic device that satisfies such a demand has not been developed so far.

また、従来の希釈方法としては、希釈対象の溶液に一回に多量のバッファー溶液を添加混合して希釈溶液を調整する方法や溶液を数回に分けて順次希釈していく多段希釈等がある。中でも均一濃度の高希釈倍率溶液を調整するためには、多段階希釈が用いられてきた。このような希釈操作の場合、定量的に溶液を採取・混合することは通常の方法で可能である。これに対して、マイクロ流体デバイス内で高希釈倍率の均一な溶液を調製するためには、マイクロ流体デバイス内で多段希釈方法を実現することが必要であった。このような正確な濃度で多段希釈を行い、最終的に高希釈倍率溶液を得るには、１）希釈対象の溶液とバッファー溶液の正確な秤量、２）希釈対象溶液とバッファー溶液の均一な混合を行う必要があった。 In addition, as a conventional dilution method, there are a method of adding a large amount of buffer solution to the solution to be diluted at once and mixing the solution, a multistage dilution in which the solution is diluted in several steps, etc. . Among them, multi-stage dilution has been used to prepare a highly diluted solution having a uniform concentration. In the case of such a dilution operation, it is possible to collect and mix the solution quantitatively by an ordinary method. On the other hand, in order to prepare a uniform solution having a high dilution ratio in the microfluidic device, it was necessary to realize a multistage dilution method in the microfluidic device. To perform multi-stage dilution at such an accurate concentration and finally obtain a highly diluted solution, 1) Accurate weighing of the solution to be diluted and the buffer solution, 2) Uniform mixing of the solution to be diluted and the buffer solution Had to do.

加えて、特許文献２に記載のような微量流体秤取構造では、複数の微細流路においてマイクロ流体を搬送するために、各微細流路毎にマイクロ流体を搬送する駆動源を接続しなければならなかった。すなわち、１つの微細流路に１つのマイクロポンプ等の駆動源を接続しなければならなかった。そのため、マイクロ流体デバイスの構造が複雑にならざるを得ず、小型化を図ることが困難であった。 In addition, in the microfluidic weigh structure as described in Patent Document 2, in order to transport the microfluid in a plurality of microchannels, a drive source that transports the microfluid must be connected to each microchannel. did not become. That is, one driving source such as one micropump has to be connected to one fine channel. Therefore, the structure of the microfluidic device has to be complicated, and it has been difficult to reduce the size.

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数のマイクロ流体を高精度に秤取し得るだけでなく、該複数のマイクロ流体を混合し、様々な希釈倍率のマイクロ流体を容易にかつ確実に提供することを可能とする微細流路構造が備えられており、しかも構造の簡略化及び小型化を図り得るマイクロ流体デバイスを提供することにある。 The object of the present invention is not only to be able to weigh a plurality of microfluids with high accuracy in view of the above-described current state of the prior art, but also to easily mix microfluids with various dilution ratios by mixing the plurality of microfluids. Another object of the present invention is to provide a microfluidic device that is provided with a fine channel structure that can be reliably provided and that can be simplified and downsized.

本発明に係るマイクロ流体デバイスは、基板と、前記基板内に設けられており、マイクロ流体が搬送される微細流路構造とを備え、微細流路構造がマイクロ流体を混合するための混合ユニットを有しており、前記混合ユニットが、第１〜第３の微細流路と、一定量の第１のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第１の微細流路に接続されており、該一定量の第１のマイクロ流体の体積と等しい容積を有する微細流路からなる第１の秤取部と、一定量の第２のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第３の微細流路に接続されており、前記一定量の第２のマイクロ流体の体積に等しい容積を有する微細流路からなる第２の秤取部とを有し、前記第１の秤取部の他端が前記一定量の第１のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように接続されており、前記第２の秤取部の他端が前記一定量の第２のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように、かつ前記第１の秤取部よりも下流側において前記第２の微細流路に接続されており、前記第２の秤取部から前記第２の微細流路に送り出された前記一定量の第２のマイクロ流体が、前記第１の秤取部から送り出され、第２の微細流路を移動する第１のマイクロ流体の移動に伴って下流側に移動され、前記微細流路構造が、前記混合ユニットとして、第１の混合ユニットと、第１の混合ユニットの下流側に接続されている第２の混合ユニットとを有し、前記第１，第２の混合ユニットが、それぞれ、第１の微細流路の上流側に設けられた第１の入口ポート及び下流側に設けられた第１の出口ポートと、第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートと、下流側に設けられた第２の出口ポートとを有しており、前記第１の混合ユニットの前記第１の出口ポートが、前記第２の混合ユニットの前記第１の入口ポートに接続されており、前記第１の混合ユニットの前記第２の微細流路の下流側の端部が、前記第２の混合ユニットの前記第３の微細流路の上流側に位置する前記第２の入口ポートに接続されていることを特徴とする。 A microfluidic device according to the present invention includes a substrate and a fine channel structure provided in the substrate and carrying the microfluid, and the microchannel structure includes a mixing unit for mixing the microfluids. The mixing unit has one end connected to the first microchannel in order to weigh the first to third microchannels and a certain amount of the first microfluid. A first weigher comprising a micro-channel having a volume equal to the volume of the constant amount of the first microfluid, and one end of the third microfluid for weighing the constant amount of the second microfluid. of which is connected to the micro-channel, and a second weighed portion consisting of a fine flow path having a volume equal to the volume of said quantity of second microfluidic, said first weighed portion The other end supplies the fixed amount of the first microfluid to the second microchannel. So that the other end of the second weighing unit supplies the second microfluid of the constant amount to the second microchannel, and more than the first weighing unit. The fixed amount of the second microfluid that is connected to the second microchannel on the downstream side and sent from the second weighing unit to the second microchannel is the first microfluidic fluid. As the first microfluidic structure is sent out from the weighing unit and moved to the downstream side along with the movement of the first microfluidic moving through the second microchannel, the microchannel structure is the first mixing unit as the mixing unit. And a second mixing unit connected to the downstream side of the first mixing unit, wherein the first and second mixing units are respectively provided on the upstream side of the first fine channel. A first inlet port, a first outlet port provided on the downstream side, and a third fine channel; A second inlet port provided on the upstream side and a second outlet port provided on the downstream side, wherein the first outlet port of the first mixing unit is the second outlet port. The downstream end of the second microchannel of the first mixing unit is connected to the first inlet port of the mixing unit, and the third microflow of the second mixing unit is connected to the downstream end of the second microchannel. characterized in that it is connected to the second inlet port located upstream of the road.

本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、好ましくは、前記第１，第３の微細流路に連ねられた第１，第２のガス導入孔がさらに備えられており、前記第１，第２のガス導入孔から供給されるガスにより前記第１，第２のマイクロ流体が搬送され、前記第２の微細流路には、マイクロ流体を搬送するためのガスを導入する導入孔に連ねられていない。従って、第２の微細流路においてマイクロ流体を駆動するためにガス導入孔を接続せずともよいため、マイクロ流体デバイスにおける微細流路構造の小型化及び高密度化を進め、マイクロ流体デバイスの小型化を図ることができる。 The microfluidic device according to the present invention preferably further includes first and second gas introduction holes connected to the first and third fine flow paths, and the first and second gasses. The first and second microfluids are transported by the gas supplied from the introduction hole, and the second microchannel is not connected to the introduction hole for introducing a gas for transporting the microfluid. Therefore, since it is not necessary to connect the gas introduction hole in order to drive the microfluid in the second microchannel, the miniaturization and the density increase of the microchannel structure in the microfluidic device are promoted, and the microfluidic device is miniaturized. Can be achieved.

本発明に係るマイクロ流体でバイスにおける上記混合ユニットの構造は適宜変形され得るが、本発明のある特定の局面では、前記第１の秤取部の容積が、前記第２の秤取部の容積よりも大きくされている。 Although the structure of the mixing unit in the microfluidic vice according to the present invention can be appropriately modified, in one specific aspect of the present invention, the volume of the first weighing unit is the volume of the second weighing unit. Has been bigger than.

本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、好ましくは、前記第１の混合ユニットの第１の微細流路の下流側に設けられた第１の出口ポートと、前記第２の混合ユニットの第１の入口ポートとの間に接続された遅延流路部をさらに備え、該遅延流路部は、前記第２の混合ユニットにおいて第２の秤取部からマイクロ流体が第２の微細流路に供給されるよりも前記第２の混合ユニットにおいて第１の秤取部から第１のマイクロ流体が第２の微細流路に供給される時点を遅くするように、所定量の第１のマイクロ流体を収納し得る容積を有する。この場合には、遅延流路部により、第２の混合ユニットにおいて、第１の秤取部から第１のマイクロ流体が第２の微細流路に供給されるタイミングが、確実に第２の秤取部からマイクロ流体が供給されるタイミングよりも遅くされる。 In the microfluidic device according to the present invention, preferably, a first outlet port provided on the downstream side of the first fine channel of the first mixing unit, and a first inlet of the second mixing unit A delay channel portion connected to the port, wherein the delay channel portion is supplied with the microfluid from the second weighing unit to the second microchannel in the second mixing unit. In the second mixing unit, a predetermined amount of the first microfluid is stored so as to delay the time when the first microfluid is supplied from the first weighing unit to the second microchannel. Has a volume to obtain. In this case, the delay flow path section ensures that the timing at which the first microfluid is supplied from the first weighing section to the second micro flow path in the second mixing unit is ensured. It is made later than the timing at which the microfluid is supplied from the take section.

本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、前記第１，第２の混合ユニットの下流側に接続された少なくとも１個の混合ユニットをさらに備えられていてもよい。この場合には、第１の混合ユニットの下流側に第３の混合ユニットが配置され、第１のマイクロ流体と第２のマイクロ流体の混合比率がより一層高められた、あるいはより一層低められたマイクロ流体を容易に得ることができる。 The microfluidic device according to the present invention may further include at least one mixing unit connected to the downstream side of the first and second mixing units. In this case, the third mixing unit is arranged downstream of the first mixing unit, and the mixing ratio of the first microfluid and the second microfluid is further increased or further decreased. A microfluid can be easily obtained.

本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、前記微細流路構造が、前記混合ユニットとして、前記第１の混合ユニットの下流側に接続された第３の混合ユニットをさらに有していてもよい。この場合、好ましくは、前記第３の混合ユニットが、前記第１の微細流路の上流側に設けられた第１の入口ポートと、下流側に設けられた第１の出口ポートと、第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートと、下流側に位置している第２の出口ポートとを有し、前記第１の混合ユニットの前記第２の出口ポートが、前記第３の混合ユニットの前記第２の入口ポートに接続されている。In the microfluidic device according to the present invention, the fine channel structure may further include a third mixing unit connected to the downstream side of the first mixing unit as the mixing unit. In this case, it is preferable that the third mixing unit includes a first inlet port provided on the upstream side of the first fine channel, a first outlet port provided on the downstream side, and a third A second inlet port provided on the upstream side of the fine flow path and a second outlet port located on the downstream side, and the second outlet port of the first mixing unit comprises: Connected to the second inlet port of the third mixing unit.

本発明に係るマイクロ流体デバイスによれば、第１の秤取部の他端が一定量の第１のマイクロ流体を第２の微細流路に接続するように接続されており、かつ第２の秤取部の他端が一定量の第２のマイクロ流体を第１の秤取部よりも下流側において第２の微細流路に供給するように接続されているので、第２の微細流路に第２のマイクロ流体を供給した後に、第１の秤取部から一定量の第１のマイクロ流体を第２の微細流路に供給することにより、第２の微細流路において、第１のマイクロ流体を移動させることにより、第１，第２のマイクロ流体を第２の微細流路において搬送することができる。よって、第２の微細流路において、第１，第２のマイクロ流体を搬送し、かつ混合することにより、第１，第２の秤取部の容積に応じた混合割合の混合マイクロ流体を容易に得ることができる。 According to the microfluidic device of the present invention, the other end of the first weighing unit is connected to connect a certain amount of the first microfluid to the second microchannel, and the second Since the other end of the weighing unit is connected so as to supply a predetermined amount of the second microfluid to the second fine channel downstream of the first weighing unit, the second fine channel After the second microfluid is supplied to the second microfluidic channel, a predetermined amount of the first microfluidic fluid is supplied from the first weighing unit to the second microfluidic channel. By moving the microfluidic, the first and second microfluids can be transported in the second microchannel. Therefore, in the second microchannel, the first and second microfluids are transported and mixed to easily mix the mixed microfluids according to the volumes of the first and second weighing units. Can get to.

また、第２の微細流路において、第１，第２の秤取部が接続されている部分よりも上流側に、第２の微細流路内をマイクロ流体を搬送するためのガスを供給するガス導入孔を連ねなくともよい。言い換えれば、第２の微細流路においてマイクロ流体駆動源としてのガスを供給するためのガス導入孔を必要としない。よって、マイクロ流体デバイスの微細流路構造の簡略化及び高密度化を図ることができるとともに、微細流路構造の小型化、ひいてはマイクロ流体デバイス全体の小型化を進めることが可能となる。 In the second microchannel, gas for transporting the microfluid in the second microchannel is supplied to the upstream side of the portion to which the first and second weighing units are connected. It is not necessary to connect the gas introduction holes. In other words, there is no need for a gas introduction hole for supplying gas as a microfluidic drive source in the second microchannel. Therefore, it is possible to simplify and increase the density of the micro-channel structure of the microfluidic device, and it is possible to reduce the size of the micro-channel structure and hence the size of the entire microfluidic device.

以下、図面を参照しつつ本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を示す模式的平面図であり、図２は、本実施形態のマイクロ流体デバイスの一部を模式的に示す正面断面図である。 FIG. 1 is a schematic plan view showing a microchannel structure of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front cross-sectional view schematically showing a part of the microfluidic device of the present embodiment. FIG.

図２に示すように、マイクロ流体デバイス１は、基板２を有する。基板２は、透明なベースプレート３と、中間プレート４〜６と、トッププレート７とを積層した構造を有する。ベースプレート３内には、ガス発生室８が設けられている。ガス発生室８は、ベースプレート３の上面に開口しており、かつガス発生室８内には、光の照射により、あるいは加熱によりガスを発生する応答性ガス発生部材９が収納されている。上記ガス発生室８に応答性ガス発生部材９を収納することにより、マイクロ流体を駆動する駆動源としてのマイクロポンプ装置が形成されている。応答性ガス発生部材としては、ガス発生量の制御のしやすさから、光の照射によりガスを発生する光応答ガス発生部材が好適に用いられる。 As shown in FIG. 2, the microfluidic device 1 has a substrate 2. The substrate 2 has a structure in which a transparent base plate 3, intermediate plates 4 to 6, and a top plate 7 are stacked. A gas generation chamber 8 is provided in the base plate 3. The gas generation chamber 8 is opened on the upper surface of the base plate 3, and a responsive gas generation member 9 that generates gas by light irradiation or heating is accommodated in the gas generation chamber 8. By accommodating the responsive gas generating member 9 in the gas generating chamber 8, a micro pump device as a driving source for driving the micro fluid is formed. As the responsive gas generating member, a photoresponsive gas generating member that generates gas by light irradiation is preferably used because of easy control of the amount of gas generated.

ベースプレート３が透明性を有するため、基板２の下面側から光を照射することにより、光応答性ガス発生部材９からガスを発生させることができる。このガスは、後述する微細流路においてマイクロ流体を駆動する圧力源となる。 Since the base plate 3 has transparency, gas can be generated from the photoresponsive gas generating member 9 by irradiating light from the lower surface side of the substrate 2. This gas serves as a pressure source for driving the microfluidic in a microchannel described later.

上記光応答性ガス発生部材９については、特に限定されず、光を照射された際に、ガスを発生させる適宜の光応答性組成物を用いることができる。このような光応答性組成物としては、例えば、バインダー樹脂と、光の照射により分解してガスを発生させる気体発生剤とを含む組成物が好適に用いられる。このような気体発生剤としては、例えば、アジド化合物やアゾ化合物、ポリオキシアルキレン樹脂、光酸発生剤と炭酸水素ナトリウムの配合物などを挙げることができる。 The photoresponsive gas generating member 9 is not particularly limited, and an appropriate photoresponsive composition that generates gas when irradiated with light can be used. As such a photoresponsive composition, for example, a composition containing a binder resin and a gas generating agent that decomposes by light irradiation to generate gas is suitably used. Examples of such a gas generating agent include an azide compound, an azo compound, a polyoxyalkylene resin, a mixture of a photoacid generator and sodium hydrogen carbonate, and the like.

中間プレート４には、ガスを吐出するための吐出孔４ａが形成されている。吐出孔４ａは、中間プレート４の下面から上面に貫通しており、その下方開口がガス発生室８に臨んでいる。 The intermediate plate 4 is formed with discharge holes 4a for discharging gas. The discharge hole 4 a penetrates from the lower surface to the upper surface of the intermediate plate 4, and its lower opening faces the gas generation chamber 8.

中間プレート５には、中間プレート５を貫通する開口部５ａが設けられている。この開口部５ａは、微細流路構造の微細流路の一部を構成している。また、中間プレート６には、開口部５ａに開いた貫通孔６ａが形成されている。貫通孔６ａの上方開口は、トッププレート７の下面に形成された微細流路７ａに開いている。この微細流路７ａは、前述した開口部５ａ及び貫通孔６ａとともに、微細流路構造を形成している。 The intermediate plate 5 is provided with an opening 5 a penetrating the intermediate plate 5. The opening 5a constitutes a part of a fine channel having a fine channel structure. Further, the intermediate plate 6 is formed with a through hole 6a opened in the opening 5a. The upper opening of the through hole 6 a is open to a fine channel 7 a formed on the lower surface of the top plate 7. The fine flow path 7a forms a fine flow path structure together with the opening 5a and the through hole 6a described above.

上記中間プレート４〜６及びトッププレート７は、適宜の合成樹脂シートもしくは合成樹脂からなる。 The intermediate plates 4 to 6 and the top plate 7 are made of an appropriate synthetic resin sheet or synthetic resin.

図２は、上記マイクロ流体デバイス１において、マイクロ流体を駆動するためのガス圧を発生するマイクロポンプ装置が構成されている部分と、微細流路構造の一部とを略図的に示している。マイクロ流体デバイスの微細流路については、前述した特許文献３などに開示されている。 FIG. 2 schematically shows a part of the microfluidic device 1 in which a micropump device for generating a gas pressure for driving the microfluid is configured and a part of the fine channel structure. The fine flow path of the microfluidic device is disclosed in Patent Document 3 described above.

一般に、マイクロ流体デバイス１は、前述したように、手で携帯し得る大きさとされ、平面積が数百ｃｍ²以下、好ましくは１００ｃｍ²以下の小さな基板２を用いて構成されている。また、基板２の厚みは、０．５〜１０ｍｍ程度とされている。そして、基板２内には、上記マイクロ流体を搬送するための駆動部分だけでなく、検体や希釈液としてのマイクロ流体を搬送する様々な微細流路が形成されている。このような微細流路構造は、通常、検体や希釈液を供給する供給部、これらを混合する混合部、これらを反応させる反応部等を含んでいる。上記供給部、混合部及び反応部等は、基板２内において、ある程度の体積を有する空間として形成されており、細い微細流路、例えば微細流路７ａなどに連ねられている。 In general, as described above, the microfluidic device 1 has a size that can be carried by hand, and is configured using a small substrate 2 having a plane area of several hundred cm ² or less, preferably 100 cm ² or less. The thickness of the substrate 2 is about 0.5 to 10 mm. In the substrate 2, not only the driving portion for transporting the microfluid but also various fine channels for transporting the microfluid as the specimen and the diluent are formed. Such a fine channel structure usually includes a supply section for supplying a specimen and a diluent, a mixing section for mixing them, a reaction section for reacting them, and the like. The supply unit, the mixing unit, the reaction unit, and the like are formed as a space having a certain volume in the substrate 2, and are connected to a thin fine channel, for example, a fine channel 7a.

本実施形態のマイクロ流体デバイス１の特徴は、図１に模式的平面図で示す微細流路構造１０が基板２内に形成されていることにある。微細流路構造１０は、マイクロ流体を混合するための混合ユニットＵを有している。一点鎖線で囲まれた部分に相当する混合ユニットＵは、第１〜第３の微細流路１１〜１３を有する。第１の微細流路１１の一端には、ガス導入孔１４が連ねられている。第１の微細流路１１の他端には、第１のマイクロ流体供給孔１５が連ねられている。第１のマイクロ流体供給孔１５は、基板１の外部に開口しており、第１のマイクロ流体を基板１の微細流路構造１０に供給する部分である。 A feature of the microfluidic device 1 of the present embodiment is that a fine channel structure 10 shown in a schematic plan view in FIG. The microchannel structure 10 has a mixing unit U for mixing microfluids. The mixing unit U corresponding to the portion surrounded by the alternate long and short dash line has first to third fine channels 11 to 13. A gas introduction hole 14 is connected to one end of the first fine channel 11. A first microfluid supply hole 15 is connected to the other end of the first microchannel 11. The first microfluid supply hole 15 is open to the outside of the substrate 1 and is a portion that supplies the first microfluid to the fine channel structure 10 of the substrate 1.

上記ガス導入孔１４は、前述したマイクロポンプ装置などのガス発生駆動源に接続されており、かつ適宜開閉し得るように構成されている。 The gas introduction hole 14 is connected to a gas generation drive source such as the above-described micropump device, and is configured to be able to open and close as appropriate.

第２の微細流路１２では、矢印方向にマイクロ流体が流れる。第２の微細流路１２内においては、上流側部分が合流部１２ａを形成しており、下流側部分が混合部１２ｂを構成しており、混合部１２ｂの下流側が、排出部１２ｃを構成している。 In the second microchannel 12, the microfluid flows in the direction of the arrow. In the second microchannel 12, the upstream portion forms a merging portion 12a, the downstream portion constitutes a mixing portion 12b, and the downstream side of the mixing portion 12b constitutes a discharge portion 12c. ing.

他方、第１の微細流路１１には、第１の秤取部１６の一端が接続されている。第１の秤取部１６は、微細流路からなり、その容積は採取されるべき第１のマイクロ流体の体積と等しくされている。第１の秤取部１６の他端は、秤取部１６よりも径の小さな接続微細流路１７を介して、第２の微細流路１２の上流側端部近傍に開いた第１のマイクロ流体吐出孔１８に接続されている。上記マイクロ流体吐出孔１８は、合流部１２ａに臨んでいる。 On the other hand, one end of the first weighing unit 16 is connected to the first fine channel 11. The first weighing unit 16 is composed of a fine channel, and its volume is equal to the volume of the first microfluid to be collected. The other end of the first weighing unit 16 is opened in the vicinity of the upstream end of the second microchannel 12 through the connection microchannel 17 having a smaller diameter than the weighing unit 16. It is connected to the fluid discharge hole 18. The microfluidic discharge hole 18 faces the merging portion 12a.

他方、第３の微細流路１３の一方端には、ガス導入孔１９が連ねられており、他方端に第２のマイクロ流体供給孔２０が接続されている。 On the other hand, a gas introduction hole 19 is connected to one end of the third microchannel 13, and a second microfluid supply hole 20 is connected to the other end.

また、第３の微細流路１３には、第２の秤取部２１の一端が接続されている。第２の秤取部２１は、微細流路からなり、その容積は第２のマイクロ流体を秤取すべき体積に等しくされている。第２の秤取部２１の他端は、接続微細流路２２を介して第２の微細流路１２に接続されている。接続微細流路２２は、第２の秤取部２１よりも小さな径を有し、合流部１２ａに開口しているマイクロ流体吐出孔２３に至っている。 In addition, one end of the second weighing unit 21 is connected to the third fine channel 13. The second weighing unit 21 is composed of a fine channel, and its volume is equal to the volume in which the second microfluid is to be weighed. The other end of the second weighing unit 21 is connected to the second microchannel 12 via the connection microchannel 22. The connection fine channel 22 has a smaller diameter than the second weighing unit 21 and reaches the microfluidic discharge hole 23 opened to the junction 12a.

なお、図１に示す実施形態では、第１のマイクロ流体供給孔１５は、秤取部１６を挟んでガス導入孔１４と反対側に設けられていたが、マイクロ流体供給孔１５は、第１の秤取部１６よりも上流側すなわちガス導入孔１４側に位置していてもよい。その場合には、秤取部１６よりも下流側に第１の微細流路１１が延ばされることになる。その場合、第１の微細流路１１の下流側端部には、適宜の量の開閉装置を接続してもよく、あるいは第１のマイクロ流体の排出孔に連ねてもよい。同様に、第３の微細流路１３においても、第２のマイクロ流体を供給するマイクロ流体供給孔２０は、第２の秤取部２１よりも上流側に位置していてもよい。その場合には、第３の微細流路１３の下流側端部、すなわち第２の秤取部２１よりも下流側の端部に、流路開閉装置が接続されてもよく、あるいは下流側の端部がマイクロ流体排出孔に連ねられていてもよい。その場合には、上記マイクロ流体排出孔が第１，第３の微細流路１１，１３のそれぞれ出口ポートとなり、第１，第２の秤取部１６，２１を挟んでガス導入孔１４，１９と同じ側に配置されたマイクロ流体供給孔がマイクロ流体の第１，第２の入口ポートをそれぞれ構成することになる。 In the embodiment shown in FIG. 1, the first microfluid supply hole 15 is provided on the opposite side of the gas introduction hole 14 with the weighing unit 16 interposed therebetween. It may be located upstream of the weighing unit 16, that is, on the gas introduction hole 14 side. In that case, the first fine channel 11 is extended downstream of the weighing unit 16. In that case, an appropriate amount of opening / closing device may be connected to the downstream end of the first microchannel 11 or may be connected to the first microfluidic discharge hole. Similarly, in the third microchannel 13, the microfluid supply hole 20 for supplying the second microfluid may be located on the upstream side of the second weighing unit 21. In that case, a flow path opening / closing device may be connected to the downstream end of the third fine flow path 13, that is, the end downstream of the second weighing section 21, or the downstream The end may be connected to the microfluidic discharge hole. In that case, the microfluidic discharge holes serve as outlet ports of the first and third microchannels 11 and 13, respectively, and the gas introduction holes 14 and 19 sandwich the first and second weighing units 16 and 21. The microfluid supply holes arranged on the same side as the first and second fluids constitute the first and second inlet ports of the microfluidic respectively.

なお、本明細書において、入口ポート及び出口ポートの「ポート」とは、マイクロ流体が混合ユニットに供給もしくは排出される部分を示す部分を意味し、必ずしもコネクター等が接続される物理的な部分を意味するものではない。 In this specification, the “port” of the inlet port and the outlet port means a portion indicating a portion where the microfluid is supplied to or discharged from the mixing unit, and is not necessarily a physical portion to which a connector or the like is connected. It doesn't mean.

本実施形態の特徴は、第２の微細流路１２において、第１，第２のマイクロ流体を搬送し、さらに混合されたマイクロ流体を搬送するために、固有の駆動源を必要としないことにある。より具体的には、第１，第３の微細流路１１，１３では、第１，第２のマイクロ流体をそれぞれ搬送するために、上記マイクロポンプ装置などに接続されるガス導入孔１４，１９が連ねられていた。これに対して、第２の微細流路１２には、このようなガス導入孔は連ねられていない。後述する動作説明から明らかなように、第２の微細流路１２内においては、第１の秤取部１６から第２の微細流路１２に吐出されたマイクロ流体の移動に伴って、第１，第２のマイクロ流体及び混合マイクロ流体が搬送されることになる。 A feature of the present embodiment is that, in the second microchannel 12, the first and second microfluids are transported, and further, the mixed microfluids are transported, so that an inherent drive source is not required. is there. More specifically, in the first and third microchannels 11 and 13, gas introduction holes 14 and 19 connected to the micropump device or the like for transporting the first and second microfluids, respectively. Was lined up. On the other hand, such a gas introduction hole is not connected to the second fine channel 12. As is apparent from the description of the operation to be described later, in the second microchannel 12, the first fluid is discharged from the first weighing portion 16 to the second microchannel 12 and the first microfluidic fluid 12 is moved. , The second micro fluid and the mixed micro fluid are transported.

次に、図３〜図５を参照して、第１の微細流路１１から第１の秤取部１６に一定量の第１のマイクロ流体を秤取する動作を説明する。 Next, with reference to FIG. 3 to FIG. 5, an operation of weighing a predetermined amount of the first microfluid from the first fine channel 11 to the first weighing unit 16 will be described.

マイクロ流体供給孔１５からマイクロ流体を注入する。この場合、第１の微細流路１１内は、大気に開放しておく。すなわち、ガス導入孔１４を大気に開放しておけばよい。マイクロ流体供給孔１５からマイクロ流体を注入するに際しては、マイクロシリンジなどを用い、マイクロ流体注入孔１５から圧入すればよい。その結果、図３に示すように、マイクロ流体２４が第１の微細流路１１内に送液され、かつ分岐微細流路からなる第１の秤取部１６を満たす。 Micro fluid is injected from the micro fluid supply hole 15. In this case, the inside of the first fine channel 11 is opened to the atmosphere. That is, the gas introduction hole 14 may be opened to the atmosphere. When injecting the microfluid from the microfluidic supply hole 15, a microsyringe or the like may be used to press-fit from the microfluidic injection hole 15. As a result, as shown in FIG. 3, the microfluid 24 is fed into the first microchannel 11 and fills the first weighing unit 16 composed of the branched microchannel.

本実施形態では、第１の秤取部１６の先端側には、第１の秤取部１１を構成している微細流路よりも径の小さな接続微細流路１７が設けられている。接続微細流路１７の径は非常に細く、従って、マイクロ流体２４は、表面張力のためにその注入圧程度では接続微細流路１７を流れることができず、接続微細流路の入口もしくは出口で停止する。 In the present embodiment, a connecting microchannel 17 having a diameter smaller than that of the microchannel constituting the first weigher 11 is provided on the distal end side of the first weigher 16. The diameter of the connecting microchannel 17 is very thin. Therefore, the microfluid 24 cannot flow through the connecting microchannel 17 at its injection pressure due to the surface tension, but at the inlet or outlet of the connecting microchannel. Stop.

次に、ガス導入孔１４から第１の微細流路１１にガスを供給する。この場合、マイクロ流体供給孔１５は大気に開放しておく。その結果、図４に示すように、第１の秤取部１６内に一定量のマイクロ流体として、第１のマイクロ流体２４が残存することとなる。このように、第１の秤取部１６に、マイクロ流体２４を残存させるために、ガスの供給に際しては、第２の微細流路１２側は閉じておき、大気に開放していないことが望ましい。もっとも、接続微細流路１７が十分に細く、該接続微細流路１７において、毛管反力が働く場合には、第２の微細流路１２側を密閉しておいてもよい。 Next, gas is supplied from the gas introduction hole 14 to the first microchannel 11. In this case, the microfluid supply hole 15 is opened to the atmosphere. As a result, as shown in FIG. 4, the first microfluid 24 remains as a certain amount of microfluid in the first weighing unit 16. As described above, in order to leave the microfluid 24 in the first weighing unit 16, it is desirable that the second fine flow path 12 side be closed and not open to the atmosphere when supplying the gas. . However, when the connection microchannel 17 is sufficiently thin and a capillary reaction force acts in the connection microchannel 17, the second microchannel 12 side may be sealed.

次に、第１の微細流路１１のマイクロ流体供給孔１５側の一部を後述の流路開閉装置のバルブ等により閉じ、その状態で、ガス導入孔１４から第１の微細流路１１にガスを供給する。その結果、第１の秤取部１６に秤取されていた第１のマイクロ流体２４が、図５に示すように、第２の微細流路１２内に吐出される。 Next, a part of the first microchannel 11 on the microfluid supply hole 15 side is closed by a valve or the like of a channel opening / closing device described later, and in this state, the gas introduction hole 14 moves to the first microchannel 11. Supply gas. As a result, the first microfluid 24 weighed by the first weigher 16 is discharged into the second microchannel 12 as shown in FIG.

第１の秤取部１６に秤取されていた第１のマイクロ流体２４の体積は、該第１の秤取部１６の容積と同じであるので、本実施形態によれば、一定量の第１のマイクロ流体２４を第２の微細流路１２内に確実に吐出することができる。 Since the volume of the first microfluid 24 that has been weighed in the first weigher 16 is the same as the volume of the first weigher 16, according to this embodiment, a certain amount of One microfluid 24 can be reliably discharged into the second microchannel 12.

前述した流路開閉装置は、微細流路の一部を開いた状態と閉じた状態とを切り換え得る適宜のバルブにより形成することができる。このようなバルブとしては、電磁弁や圧電素子などの駆動素子に、流路を細くした状態と、流路を開いた状態とで移動し得るストッパーを連結した構造などを用いることができる。 The above-described channel opening / closing device can be formed by an appropriate valve that can switch between a state in which a part of the microchannel is opened and a state in which it is closed. As such a valve, it is possible to use a structure in which a driving element such as an electromagnetic valve or a piezoelectric element is connected with a stopper that can move between a state where the flow path is narrowed and a state where the flow path is opened.

上記のようにして、第１の秤取部１６に一定量の第１のマイクロ流体２４が秤取され、かつ第２の微細流路１２の合流部１２ａに吐出される。 As described above, a certain amount of the first microfluid 24 is weighed in the first weigher 16 and discharged to the junction 12 a of the second microchannel 12.

他方、第３の微細流路１３においても、第１の微細流路１１の場合と同様にして一定量の、ただし第２の秤取部２１の容積に等しい体積の第２のマイクロ流体２５が秤取され、上記と同様にして、図６に示すように合流部１２ａに吐出される。この場合の第２のマイクロ流体２５を第２の秤取部２１に秤取し、かつ第２の微細流路１２の合流部１２ａに吐出する際の駆動源は、ガス導入孔１９から供給されるガスの圧力である。 On the other hand, in the third microchannel 13, as in the case of the first microchannel 11, a fixed amount of the second microfluid 25 having a volume equal to the volume of the second weighing unit 21 is provided. It is weighed and discharged in the same manner as described above to the merging portion 12a as shown in FIG. In this case, the second microfluid 25 is weighed by the second weighing portion 21 and a drive source for discharging the second microfluid 25 to the merging portion 12 a of the second microchannel 12 is supplied from the gas introduction hole 19. Gas pressure.

従って、図６に示すように、第２の微細流路１２の合流部１２ａに、上記第１，第２のマイクロ流体２４，２５が吐出される。 Accordingly, as shown in FIG. 6, the first and second microfluids 24 and 25 are discharged to the merging portion 12 a of the second microchannel 12.

本実施形態では、予め第２の秤取部２１から第２のマイクロ流体２５が先に合流部１２ａに吐出され、次に、図６に示すように、第１の秤取部１６から第１のマイクロ流体２３が吐出される。この場合、吐出口１８が第２の微細流路１２の上流側端部近傍に位置しており、ガス導入孔１４から供給されたガスの圧力により、第１の秤取部１６から第１のマイクロ流体２４が吐出され、かつ合流部１２ａ内に送り出される。その結果、このガス圧により、第１のマイクロ流体２４が第２の微細流路１２において下流側に向かって流れることになる。そのため、第１のマイクロ流体２４と、予め先に吐出されていた第２のマイクロ流体２５とが下流側に移動されつつ、混合部１２ｂにおいて両マイクロ流体２４，２５が混合される。 In the present embodiment, the second microfluid 25 is first discharged from the second weighing unit 21 to the joining unit 12a in advance, and then, as shown in FIG. The microfluid 23 is discharged. In this case, the discharge port 18 is positioned in the vicinity of the upstream end portion of the second microchannel 12, and the first weighing unit 16 supplies the first first gas by the pressure of the gas supplied from the gas introduction hole 14. The microfluid 24 is discharged and sent out into the merging portion 12a. As a result, this gas pressure causes the first microfluid 24 to flow toward the downstream side in the second microchannel 12. Therefore, both the microfluids 24 and 25 are mixed in the mixing unit 12b while the first microfluid 24 and the second microfluid 25 previously ejected in advance are moved downstream.

他方、第２の微細流路１２においては、混合部１２ｂにおいて、一方の側壁が他方の側壁に近づくように傾斜している。従って、混合部１２ｂにおいては、両マイクロ流体２４，２５が十分に攪拌され、混合される。このようにして、均一に混合されたマイクロ流体が、排出部１２ｃから排出される。 On the other hand, in the 2nd micro channel 12, in mixing part 12b, it inclines so that one side wall may approach the other side wall. Therefore, in the mixing part 12b, the microfluids 24 and 25 are sufficiently stirred and mixed. In this way, the uniformly mixed microfluid is discharged from the discharge portion 12c.

よって、本実施形態の微細流路構造１０では、第１，第２の秤取部１６，２１にそれぞれ秤取された一定量の第１，第２のマイクロ流体２４，２５が混合される。よって、第１の秤取部１６の体積と、第２の秤取部２１の体積とを予め設定しておくことにより、第１，第２のマイクロ流体２４，２５を所望の割合で混合することができる。また、相対的に体積の大きな第１の秤取部１６を設けることにより、第１の秤取部１６に供給される第１のマイクロ流体として希釈液を用意すれば、第２の秤取部２１に秤取された一定量の第２のマイクロ流体を所望とする希釈倍率で希釈し、希釈された溶液を排出部１２ｃにおいて得ることができる。 Therefore, in the fine flow path structure 10 of the present embodiment, a fixed amount of the first and second microfluids 24 and 25 weighed in the first and second weighers 16 and 21 are mixed. Therefore, the first and second microfluids 24 and 25 are mixed at a desired ratio by setting the volume of the first weighing unit 16 and the volume of the second weighing unit 21 in advance. be able to. Further, by providing the first weighing unit 16 having a relatively large volume, if a diluent is prepared as the first microfluid supplied to the first weighing unit 16, the second weighing unit A certain amount of the second microfluid weighed in 21 can be diluted at a desired dilution rate, and a diluted solution can be obtained in the discharge part 12c.

加えて、本実施形態では、上記第２の微細流路１２において、第１，第２のマイクロ流体２４，２５及び混合マイクロ流体を搬送するために、第２の微細流路１２にガス導入孔は直接接続されていない。言い換えれば、第１の微細流路１１内を第１のマイクロ流体が搬送される際に用いられる駆動源が第２の微細流路１２において第１，第２のマイクロ流体を搬送するための駆動源として兼用されている。よって、微細流路構造の簡略化及び小型化を図ることが可能となり、ひいてはマイクロ流体デバイス１の小型化を図ることが可能となる。 In addition, in the present embodiment, in order to convey the first and second microfluids 24 and 25 and the mixed microfluid in the second microchannel 12, the gas introduction hole is provided in the second microchannel 12. Are not directly connected. In other words, the driving source used when the first microfluid is transported in the first microchannel 11 is used to transport the first and second microfluids in the second microchannel 12. It is also used as a source. Therefore, it is possible to simplify and miniaturize the fine channel structure, and consequently to miniaturize the microfluidic device 1.

上記実施形態では、微細流路構造１０は、図１に示した１つの混合ユニットを有していたが、以下の第１〜第４の変形例で示すように、本発明において、微細流路構造は複数の混合ユニットを接続した構成を有していてもよい。 In the above embodiment, the fine channel structure 10 has one mixing unit shown in FIG. 1, but as shown in the following first to fourth modifications, in the present invention, the fine channel structure 10 The structure may have a configuration in which a plurality of mixing units are connected.

なお、以下の第１〜第４の変形例では、図１に示した実施形態とは異なり、第１の微細流路１１及び第３の微細流路１３においては、第１，第２のマイクロ流体が供給される側は、第１，第２の秤取部１６，２１を挟んでガス導入孔１４，１９と同じ側とされている。すなわち、図７では、第１，第２の混合ユニット３１，４１が直列に接続されているが、例えば第１の混合ユニット３１において、第１，第３の微細流路１１，１３の一方端にガス導入孔１４，１９が接続されているが、ガス導入孔１４，１９と同じ側に、マイクロ流体が供給される第１，第２の入口ポートＡ，Ｃが設けられている。他方、第１，第３の微細流路１１，１３の他方端は、第１，第２の出口ポートＤ，Ｆとされている。なお、第１，第２の入り口ポートＡ，Ｃ及び第１，第２の出口ポートＤ，Ｆは図７では円の記号で示されているが、これらの円は、破線で示す混合ユニット３１と他の部分とを接続する部分としてのポートの位置を示しているにすぎない。 In the following first to fourth modifications, unlike the embodiment shown in FIG. 1, the first microchannel 11 and the third microchannel 13 have the first and second microchannels. The side to which the fluid is supplied is the same side as the gas introduction holes 14 and 19 with the first and second weighing units 16 and 21 interposed therebetween. That is, in FIG. 7, the first and second mixing units 31 and 41 are connected in series. For example, in the first mixing unit 31, one end of the first and third microchannels 11 and 13. The gas introduction holes 14 and 19 are connected to each other, but on the same side as the gas introduction holes 14 and 19, first and second inlet ports A and C to which a microfluid is supplied are provided. On the other hand, the other ends of the first and third microchannels 11 and 13 are first and second outlet ports D and F, respectively. The first and second inlet ports A and C and the first and second outlet ports D and F are indicated by circle symbols in FIG. 7, but these circles are indicated by the mixing unit 31 indicated by a broken line. It merely shows the position of the port as a part connecting the other part.

図７に示すように、第１の混合ユニット３１においては、第２の微細流路１２の排出部１２ｃが混合マイクロ流体排出ポートＥに連ねられている。 As shown in FIG. 7, in the first mixing unit 31, the discharge portion 12 c of the second fine channel 12 is connected to the mixed microfluid discharge port E.

第２の混合ユニット４１も、第１の混合ユニット３１と同様に、第１〜第３の微細流路１１，１３を有し、第１の混合ユニット３１と同様に構成されている。第１の混合ユニット３１の第１の微細流路１１の第１の出口ポートＤが、第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１の第１の入り口ポートＡに遅延流路部５１を介して接続されている。遅延流路部５１は、第１のマイクロ流体を第１の混合ユニット３１の第１の微細流路１１から第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１に供給するタイミングを遅らせるために、所定量の容積を有するように形成されている。この所定量とは、第１のマイクロ流体の第２の混合ユニット４１の第１の秤取部１６から吐出するタイミングを遅らせる時間期間に応じて定められる。また、第２の混合ユニット４１の第１の出口ポートＤには、流路開閉装置５２が接続されている。流路開閉装置５２は、第１，第２の混合ユニット３１，４１の第１の微細流路１１，１１が接続されている流路を流路開閉装置を流路開閉装置５２側端部で開放した状態、あるいは閉成した状態とで切り換え得るように構成されている。 Similarly to the first mixing unit 31, the second mixing unit 41 includes the first to third fine flow paths 11 and 13 and is configured in the same manner as the first mixing unit 31. The first outlet port D of the first microchannel 11 of the first mixing unit 31 is connected to the first inlet port A of the first microchannel 11 of the second mixing unit 41. Connected through. The delay channel unit 51 is for delaying the timing of supplying the first microfluidic fluid from the first microchannel 11 of the first mixing unit 31 to the first microchannel 11 of the second mixing unit 41. And having a predetermined amount of volume. This predetermined amount is determined in accordance with a time period for delaying the timing of discharging from the first weighing unit 16 of the second mixing unit 41 of the first microfluid. A flow path opening / closing device 52 is connected to the first outlet port D of the second mixing unit 41. The channel opening / closing device 52 is configured such that the channel opening / closing device is connected to the channel opening / closing device 52 side end portion of the first and second mixing units 31, 41. It is configured to be able to switch between an open state and a closed state.

従って、第１のマイクロ流体が、第１の混合ユニット３１の上流側に位置している第１の入口ポートＡから供給され、ガス導入孔１４からのガス圧により第１の微細流路１１を搬送される際に、第１の混合ユニット３１において、第１の秤取部１６に第１のマイクロ流体が秤取される。さらに、第１のマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１を第１の微細流路１１側に向かって流れる。もっとも、第１，第２の混合ユニット３１，４１間に遅延流路部５１が設けられているので、第１のマイクロ流体は、遅延流路部５１を通過する分だけ遅れて、第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１に至り、第１の秤取部１６に秤取される。残りの第１のマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１の第１の出口ポートＤを経て、流路開閉装置５２側に排出されることになる。 Accordingly, the first microfluid is supplied from the first inlet port A located on the upstream side of the first mixing unit 31, and flows through the first microchannel 11 by the gas pressure from the gas introduction hole 14. When transported, the first microfluid is weighed in the first weighing unit 16 in the first mixing unit 31. Furthermore, the first microfluid flows through the second mixing unit 41 toward the first microchannel 11 side. However, since the delay flow path 51 is provided between the first and second mixing units 31 and 41, the first microfluid is delayed by the amount that passes through the delay flow path 51, and the second microfluid It reaches the first fine channel 11 of the mixing unit 41 and is weighed by the first weighing unit 16. The remaining first microfluid is discharged to the flow path opening / closing device 52 side via the first outlet port D of the second mixing unit 41.

他方、第１の混合ユニット３１の第２の微細流路１２の排出部１２ｃに連ねられている排出ポートＥが、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３の上流側に連ねられた第２の入口ポートＣに接続されている。従って、混合されたマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３に供給され、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３から第２の秤取部２１に秤取される。よって、第２の混合ユニット４１では、第１の混合ユニット３１で混合されたマイクロ流体が、さらに第１のマイクロ流体と混合されることになる。 On the other hand, the discharge port E connected to the discharge part 12 c of the second fine channel 12 of the first mixing unit 31 is connected to the upstream side of the third fine channel 13 of the second mixing unit 41. Connected to the second inlet port C. Accordingly, the mixed microfluid is supplied to the third microchannel 13 of the second mixing unit 41, and is supplied from the third microchannel 13 of the second mixing unit 41 to the second weighing unit 21. Weighed. Therefore, in the second mixing unit 41, the microfluid mixed in the first mixing unit 31 is further mixed with the first microfluid.

なお、第１の混合ユニット３１の第３の微細流路１３に連ねられている第２の出口ポートＦは、流路開閉装置５３に連ねられている。同様に、第２の混合ユニット４１では、第３の微細流路１３の下流側端部に設けられた第２の出口ポートＦが、流路開閉装置５４に接続されている。 Note that the second outlet port F connected to the third fine channel 13 of the first mixing unit 31 is connected to the channel opening / closing device 53. Similarly, in the second mixing unit 41, the second outlet port F provided at the downstream end of the third fine channel 13 is connected to the channel opening / closing device 54.

そして、第２の混合ユニット４１の第２の微細流路１２の排出ポートＥから、第１，第２の混合ユニット３１，４１で混合されたマイクロ流体が取り出されることになる。 Then, the microfluid mixed in the first and second mixing units 31 and 41 is taken out from the discharge port E of the second fine channel 12 of the second mixing unit 41.

本変形例のように、本発明においては、第１，第２の混合ユニット３１，４１を直列に接続し、それによって、第１，第２のマイクロ流体をより様々な比率で混合したり、希釈することも可能である。 As in this modification, in the present invention, the first and second mixing units 31 and 41 are connected in series, whereby the first and second microfluids are mixed in various ratios, It is also possible to dilute.

図８に示す第２の変形例では、第１，第２の混合ユニット３１，４１の下流に、さらに第１，第２の混合ユニット３１，４１と同様の構造を有する混合ユニット６１が接続されている。本変形例でも、第１，第２の混合ユニット３１，４２間には、遅延流路部５１が接続されている。なお、図８では、遅延流路部５１はその位置が略図的に示されているが、図７に示した遅延流路部５１と同様の構造を有する。混合ユニット６１は、図７の場合と同様に、第３の微細流路１３の上流側に位置する第２の入口ポートＣが第２の混合ユニット４１の第２の微細流路１２の排出ポートＥに接続されている。また、混合ユニット４１，５１の第１の微細流路１１同士の間には、第１，第２の混合ユニット３１，４１間の構造と同様に、遅延流路部５１が接続されている。このように、３以上の混合ユニットが直列に接続されていてもよい。 In the second modification shown in FIG. 8, a mixing unit 61 having the same structure as that of the first and second mixing units 31 and 41 is further connected downstream of the first and second mixing units 31 and 41. ing. Also in this modification, the delay flow path 51 is connected between the first and second mixing units 31 and 42. In FIG. 8, the position of the delay flow path 51 is schematically shown, but has the same structure as the delay flow path 51 shown in FIG. As in the case of FIG. 7, the mixing unit 61 is configured such that the second inlet port C located on the upstream side of the third fine channel 13 is the discharge port of the second fine channel 12 of the second mixing unit 41. E is connected. In addition, a delay channel portion 51 is connected between the first microchannels 11 of the mixing units 41 and 51, similarly to the structure between the first and second mixing units 31 and 41. Thus, three or more mixing units may be connected in series.

また、図８に示す変形例では、混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路１３の第２の出口ポートＦに収納チャンバー７１がそれぞれ接続されている。この収納チャンバー７１は、第３の微細流路１３から排出されるマイクロ流体を収納する。従って、図８では、各混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路１３の出口ポートＦから取り出されるマイクロ流体を各収納チャンバー７１において、検体として取り出すことができる。特に収納チャンバー７１を透明なセル構造とすることにより、例えば光学的測定方向により、各収納チャンバー７１に収納されているマイクロ流体からなる検体を測定することができる。 Further, in the modification shown in FIG. 8, the storage chamber 71 is connected to the second outlet port F of each third microchannel 13 of the mixing units 31, 41, 61. The storage chamber 71 stores the microfluid discharged from the third microchannel 13. Therefore, in FIG. 8, the micro fluid taken out from the outlet port F of each third microchannel 13 of each mixing unit 31, 41, 61 can be taken out as a specimen in each storage chamber 71. In particular, when the storage chamber 71 has a transparent cell structure, a specimen made of a microfluid stored in each storage chamber 71 can be measured, for example, in the optical measurement direction.

また、第３の混合ユニット６１の第２の微細流路１２の排出ポートＥにも、もう１つの収納チャンバー７１が接続されている。 The other storage chamber 71 is also connected to the discharge port E of the second fine channel 12 of the third mixing unit 61.

なお、図８に示す変形例においても、各流路の下流側端部には、流路開閉装置５２，５３，５４，５５，５６が接続されている。この流路開閉装置５２〜５６は、図７に示した流路開閉装置５２と同様に構成されており、各微細流路の下流側端部を開放状態とすることにより、マイクロ流体の搬送を可能とするために設けられている。 In the modified example shown in FIG. 8, the channel opening / closing devices 52, 53, 54, 55, and 56 are connected to the downstream end of each channel. The channel opening / closing devices 52 to 56 are configured in the same manner as the channel opening / closing device 52 shown in FIG. 7, and the microfluid is transported by opening the downstream end of each microchannel. It is provided to make it possible.

なお、図８に示した変形例では、上記収納チャンバー７１は、混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路の下流側及び混合ユニット６１の第２の微細流路の下流側に接続されていたが、図９に示す変形例のように、各混合ユニット３１，４１，６１の第２の微細流路の排出ポートＡの下流側に収納チャンバー７１を接続し、さらに第１の混合ユニットの第３の微細流路１３の上流側に同様に収納チャンバー７２を接続してもよい。 In the modification shown in FIG. 8, the storage chamber 71 is located downstream of each third microchannel of the mixing units 31, 41, 61 and downstream of the second microchannel of the mixing unit 61. Although connected, the storage chamber 71 is connected to the downstream side of the discharge port A of the second fine channel of each mixing unit 31, 41, 61 as in the modification shown in FIG. Similarly, the storage chamber 72 may be connected to the upstream side of the third fine channel 13 of the mixing unit.

また、図７〜図９に示す微細流路構造では、複数の混合ユニットが直列に接続されていたが、図１０に示すように、直列に接続された混合ユニット３１，４１，６１の側方に、さらに少なくとも１つの第３の混合ユニット９１，９２を接続してもよい。ここでは、第１の混合ユニット３１の第３の微細流路１３の第２の出口ポートＦに、第３の混合ユニット９１の第３の微細流路の第２の入口ポートＣが接続されている。そして、第３の混合ユニット９１には、第３の混合ユニット９２が、混合ユニット３１，４１の接続関係と同様にして接続されている。同様に、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３の端部に連ねられている第２の出口ポートＦに混合ユニット９１，９２が接続されており、混合ユニット６１の第３の微細流路１３の端部に連ねられた第２の出口ポートＦにも、混合ユニット９１，９２が接続されている。さらに、第３の混合ユニット６１の第２の微細流路１２の排出ポートＥに、同様に混合ユニット９１，９２が接続されている。 Further, in the fine channel structure shown in FIGS. 7 to 9, a plurality of mixing units are connected in series, but as shown in FIG. 10, the side of the mixing units 31, 41, 61 connected in series is shown. Furthermore, at least one third mixing unit 91, 92 may be connected. Here, the second inlet port C of the third microchannel of the third mixing unit 91 is connected to the second outlet port F of the third microchannel 13 of the first mixing unit 31. Yes. A third mixing unit 92 is connected to the third mixing unit 91 in the same manner as the connection relationship of the mixing units 31 and 41. Similarly, the mixing units 91 and 92 are connected to the second outlet port F connected to the end of the third fine channel 13 of the second mixing unit 41, and the third unit 61 The mixing units 91 and 92 are also connected to the second outlet port F connected to the end of the microchannel 13. Further, the mixing units 91 and 92 are similarly connected to the discharge port E of the second fine channel 12 of the third mixing unit 61.

従って、図１０に示すように、上記各混合ユニット９１，９２に、図示の収納チャンバー１０１ａ〜１０１ｃ，１０２ａ〜１０２ｃ，１０３ａ〜１０３ｃ，１０４ａ〜１０４ｃを接続しておくことにより、様々な混合倍率または希釈倍率の混合マイクロ流体を各収納チャンバー１０１ａ〜１０４ｃに導くことができる。このように、本発明においては、複数の混合ユニットがマトリックス状に配置されてもよい。 Therefore, as shown in FIG. 10, by connecting the illustrated storage chambers 101a to 101c, 102a to 102c, 103a to 103c, and 104a to 104c to the mixing units 91 and 92, various mixing magnifications or The mixed microfluid having a dilution ratio can be guided to the storage chambers 101a to 104c. Thus, in the present invention, a plurality of mixing units may be arranged in a matrix.

本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を示す模式的平面図。1 is a schematic plan view showing a fine channel structure of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの模式的正面断面図。1 is a schematic front sectional view of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。In the microfluidic device of one Embodiment of this invention, the typical partial notch top view for demonstrating the process of weighing a 1st microfluidic from a 1st microchannel to a 1st weighing part. 本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。In the microfluidic device of one Embodiment of this invention, the typical partial notch top view for demonstrating the process of weighing a 1st microfluidic from a 1st microchannel to a 1st weighing part. 本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。In the microfluidic device of one Embodiment of this invention, the typical partial notch top view for demonstrating the process of weighing a 1st microfluidic from a 1st microchannel to a 1st weighing part. 本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第２の微細流路に、第１，第２の秤取部から第１，第２のマイクロ流体が吐出された状態を示す模式的部分切欠平面図。In the microfluidic device according to the embodiment of the present invention, a schematic partial cutaway plane showing a state in which the first and second microfluids are discharged from the first and second weighing units to the second microchannel. Figure. 本発明のマイクロ流体デバイスの第１の変形例を説明するための模式的平面図。FIG. 6 is a schematic plan view for explaining a first modification of the microfluidic device of the present invention. 本発明のマイクロ流体デバイスの第２の変形例を説明するための模式的平面図。The typical top view for demonstrating the 2nd modification of the microfluidic device of this invention. 本発明のマイクロ流体デバイスの第３の変形例を説明するための模式的平面図。The typical top view for demonstrating the 3rd modification of the microfluidic device of this invention. 本発明のマイクロ流体デバイスの第４の変形例を説明するための模式的平面図。The typical top view for demonstrating the 4th modification of the microfluidic device of this invention.

Explanation of symbols

１…マイクロ流体デバイス
２…基板
３…ベースプレート
４〜６…中間プレート
４ａ…吐出孔
５ａ…開口部
６ａ…貫通孔
７…トッププレート
８…ガス発生室
９…応答性ガス発生部材
１１…第１の微細流路
１２…第２の微細流路
１２ａ…合流部
１２ｂ…混合部
１２ｃ…排出部
１３…第３の微細流路
１４…ガス導入孔
１５…マイクロ流体供給孔
１６…第１の秤取部
１７…接続微細流路
１８…吐出口
１９…ガス導入孔
２０…マイクロ流体供給孔
２１…第２の秤取部
２２…接続微細流路
２３…吐出口
３１…第１の混合ユニット
４１…第２の混合ユニット
５１…遅延流路部
５２〜５６…流路開閉装置
６１…混合ユニット
７１，７２…収納チャンバー
９１，９２…第３の混合ユニット
１０１ａ〜１０１ｃ…収納チャンバー
１０２ａ〜１０２ｃ…収納チャンバー
１０３ａ〜１０３ｃ…収納チャンバー
１０４ａ〜１０４ｃ…収納チャンバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Microfluidic device 2 ... Board | substrate 3 ... Base plate 4-6 ... Intermediate | middle plate 4a ... Discharge hole 5a ... Opening part 6a ... Through-hole 7 ... Top plate 8 ... Gas generating chamber 9 ... Responsive gas generating member 11 ... 1st Fine channel 12 ... Second fine channel 12a ... Merging unit 12b ... Mixing unit 12c ... Discharge unit 13 ... Third fine channel 14 ... Gas introduction hole 15 ... Microfluid supply hole 16 ... First weighing unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Connection fine flow path 18 ... Discharge port 19 ... Gas introduction hole 20 ... Micro fluid supply hole 21 ... 2nd balance part 22 ... Connection fine flow path 23 ... Discharge port 31 ... 1st mixing unit 41 ... 2nd Mixing unit 51 ... Delay channel part 52-56 ... Channel opening / closing device 61 ... Mixing unit 71, 72 ... Storage chamber 91, 92 ... Third mixing unit 101a-101c ... Storage chamber 102a- 102c ... Storage chamber 103a-103c ... Storage chamber 104a-104c ... Storage chamber

Claims

A substrate,
A fine channel structure that is provided in the substrate and transports the microfluid, and the microchannel structure has a mixing unit for mixing the microfluid,
The mixing unit is
First to third fine flow paths;
In order to weigh a certain amount of the first microfluidic, from one of the microchannels having one end connected to the first microchannel and having a volume equal to the volume of the fixed amount of the first microfluidic A first weighing unit,
To weighed quantity of the second microfluidic, one end is connected to the third micro-channel of the micro channel having a volume equal to the volume of said quantity of second microfluidic And a second weighing unit
The other end of the first weighing unit is connected to supply the predetermined amount of the first microfluid to the second microchannel, and the other end of the second weighing unit is A certain amount of the second microfluid is supplied to the second microchannel, and is connected to the second microchannel on the downstream side of the first weighing unit, The fixed amount of the second microfluid sent out from the second weighing unit to the second microchannel is fed from the first weighing unit and moves through the second microchannel. Is moved downstream with the movement of the micro fluid ,
The fine channel structure includes, as the mixing unit, a first mixing unit and a second mixing unit connected to the downstream side of the first mixing unit, and the first and second mixing units The unit was provided on the upstream side of the first inlet port provided on the upstream side of the first microchannel, the first outlet port provided on the downstream side, and the upstream side of the third microchannel, respectively. A second inlet port and a second outlet port provided downstream;
The first outlet port of the first mixing unit is connected to the first inlet port of the second mixing unit, and is downstream of the second fine channel of the first mixing unit. end of the side is, the third feature that it is connected to the second inlet port located upstream of the micro channel of the second mixing unit, a microfluidic device.

The apparatus further comprises first and second gas introduction holes connected to the first and third fine flow paths, and the first and second gas are supplied from the first and second gas introduction holes. The microfluidic device according to claim 1, wherein a microfluidic device is transported, and the second microchannel is not directly connected to an introduction hole for introducing a gas for transporting the microfluidic fluid.

The microfluidic device according to claim 1 or 2, wherein a volume of the first weighing unit is larger than a volume of the second weighing unit.

A delay flow path section connected between a first outlet port provided on the downstream side of the first fine flow path of the first mixing unit and a first inlet port of the second mixing unit. The delay flow path section includes the first flow path in the second mixing unit than the micro fluid is supplied from the second weighing section to the second fine flow path in the second mixing unit. 2. The micro of claim 1 , which has a volume capable of accommodating a predetermined amount of the first microfluidic so as to delay the time when the first microfluid is supplied from the weighing unit to the second microchannel. Fluid device.

The microfluidic device according to claim 4 , further comprising at least one mixing unit connected to the downstream side of the first and second mixing units.

The micro channel structure, as the mixing unit further comprises a third mixing unit of which is connected downstream of the first mixing unit,
The third mixing unit includes a first inlet port provided on the upstream side of the first microchannel, a first outlet port provided on the downstream side, and an upstream of the third microchannel. A second inlet port provided on the side and a second outlet port located on the downstream side, wherein the second outlet port of the first mixing unit is the third mixing unit the microfluidic device of the previous SL is connected to the second inlet port, according to any one of claims 1 to 5.