JP4980106B2 - 相転移物質からなる弁及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱エネルギーで溶解することによって、閉鎖されていたチャンネルを開放して、流体が流出できるようにする相転移物質からなる弁とその製造方法に関する。

例えば、血液検査のような生化学反応実験では、試験液である血液を比重の異なる成分ごとに相分離させ、試薬を投与して所望の成分の性状を変化させてみるなど、多くの段階の処理工程を経て所望の結果物を得る。しかし、このような一連の工程を手作業で一段階ずつ処理するとすれば、長時間がかかるだけでなく、次の工程に進むために試験液を移す都度、誤差成分が含まれる可能性が非常に高くなるため、最近では図１に示すような、このような一連の過程を一箇所で、自動的かつ迅速に行えるようにするための生化学反応用チップ１０が多く利用される。

このチップ１０の内部には、試験液１と試薬２とを流すためのチャンネル１３が形成されており、所望の時点において試験液１と試薬２とをチャンネル１３を経て流出させることにより上記の一連の工程を一度に実行する。例えば、相分離された試験液１のうちの上層の液体に試薬２が混合された後、流出口１２から結果物が流出する簡単なシーケンスは次のように実行される。すなわち、試験液１を注入口１１から注入した後に、モータ１４を稼動してチップ１０を回転させると、対象液１が遠心力を受けて相分離される。このとき、相分離が完了する前に試験液１がチャンネル１３に流出してはならないので、相転移物質からなる弁１５ａでチャンネル１３を塞ぎ、相分離が完了した時点で弁１５ａを開放する。このような弁１５ａは、ワックスのような疎水性物質をチャンネル１３内の所定領域に充填して凝固させたものであり、熱エネルギーによってワックスが溶解してチャンネル１３を開放する。したがって、対象駅１の相分離が完了して、上層に所望の成分が集まるのに十分な時間が経過したときに、レーザーダイオード１６で弁１５ａにレーザー光を照射して弁１５ａを溶解する。それにより、チャンネル１３が開放され、試験液１中の上層の液体がチャンネル１３を通って流出する。さらに、試薬２が流出しないようにチャンネル１３を塞いでいた相転移物質からなる弁１５ｂをレーザー照射で溶解すると、試験液１と試薬２とが混合して所望の結果物が生成し、流出口１２から流出する。このような一連の工程は、コントローラ（図示せず）によって自動的に制御されるので、作業者は、試験液１を注入口１１に注入した後に装置を作動させるだけで、自動的に処理工程を進行させて結果物を得ることができるようになる。

一方、このような一連の自動工程が円滑に進められるためには、前記相転移物質からなる弁１５ａ、１５ｂが所望の時点において正確に開放される必要があるが、そのためには、弁１５ａ、１５ｂは、既定の箇所に既定のサイズで正確に凝固していなければならない。すなわち、前述のように、弁１５ａ、１５ｂの開放は、レーザーダイオード１６からレーザー光を照射して熱エネルギーで溶解することによって実行されるが、レーザーダイオード１６から照射されるレーザー光のフォーカシング領域は弁１５ａ、１５ｂのサイズより少し大きくなるように設定され、レーザー光は既定の領域を正確に照射するように自動制御される。したがって、もし、弁１５ａ、１５ｂが既定の領域から外れた位置に凝固しているか、または既定のサイズよりも大きいサイズで凝固している場合には、レーザー光を照射してもチャンネル１３が完全に開放されないという問題がある。

この問題は、ワックスなどをチャンネル１３内の所定領域に注入して弁１５ａ、１５ｂを製造する場合に頻繁に発生する。例えば、図２Ａのように、領域Ｌ内に正確に弁を形成しようとして、注入口１０ａからワックス１５を注入しても、実際には図２Ｂのように（図２Ｃは、図２Ｂの状況を実際に撮影した写真である）、片側に寄った状態で凝固するか、または図２Ｄのように、意図したよりも大きく拡大した領域に亘って凝固する場合が多い。これを解決するためには、ワックス１５注入後、外部からその凝固位置を再調整する操作を付加的に実行しなければならず、弁形成作業が非常に難しくて複雑になるという問題がある。

本発明は、前記問題点を勘案して創出されたものであって、外部からの付加的な操作を別途実行しなくても所望の位置に正確に形成できるように改善された相転移物質からなる弁と、その製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の相転移物質からなる弁は、少なくとも第１及び第２領域を備えているチャンネルと、前記チャンネルの第１領域にのみ充填されて凝固した相転移物質と、それぞれ前記チャンネルの第１領域の両端部分に設けられた、前記チャンネルの第１及び第２領域よりも広い横断面を有する第１及び第２拡張領域と、前記チャンネルを覆うカバーにおける前記両端部分の間に位置し、前記相転移物質を注入するための注入口と、を備え、前記第１拡管領域は、前記チャンネルの第１領域と第２領域との間に形成されていることを特徴とする。

また、前記目的を達成するための相転移物質からなる弁の製造方法は、チャンネルの第１領域の両端部分に第１及び第２拡張領域を形成し、前記第１拡管領域は、前記チャンネルの第１領域と前記チャンネルの第２領域との間に形成され、前記第１及び第２拡管領域は、前記チャンネルの第１及び第２領域の断面積よりも大きい断面積を有するステップと、前記相転移物質を前記チャンネルの第１領域にのみ注入して凝固させるステップと、を含むことを特徴とする。

前記第１及び第２拡張領域は、四角形、Ｖ字形、Ｕ字形、及び蟻溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状のうち、少なくとも１つの水平断面形状を含み、前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする。

本発明の相転移物質からなる弁は、相転移物質が既定の位置に正確に凝固することにより製作されるので、これを採用すれば、弁の開放を所望の時点において正確に行うことが可能になる。

以下、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。

図３、図４Ａ、および図４Ｂは、本発明による相転移物質からなる弁１１０が採用された生化学反応用チップ１００の主要部の斜視断面図、平面図、及び実際の撮影写真をそれぞれ示す図である。

本発明の相転移物質からなる弁１１０は、相転移物質の一つであるワックス１１１をチャンネル１２０内の所望の領域に充填して凝固させた後、必要に応じて熱エネルギーを加えて溶解することによりチャンネル１２０を開放するという従来技術と同様の基本構造を備えている。しかしながら、本発明による相転移物質からなる弁１１０は、ワックス１１１が充填される領域の両端部分に、チャンネル１２０よりも広い横断面を有する拡管領域１３０を形成した点を特徴とする。このように、両端部分に拡管領域１３０を形成する理由は、ワックス１１１が既定の領域からはみ出ないように、正確にその領域内に凝固させるためである。すなわち、ワックス１１１が充填される領域の両端部分に拡管領域１３０を設けると、溶融状態のワックス１１１が注入後にチャンネル１２０内を流動しても、その拡管領域１３０に到達するとそこで停止しそれ以上流動しない。これは、ワックス１１１は、チャンネル１２０の壁面に沿って流動するが、拡管領域１３０に到達すると、チャンネル１２０の横断面の面積が急激に大きくなるため、ワックス１１１の周囲には突然に大きな空間が出現することになるが、この状態になると、溶融状態のワックス１１１の先端が、図４Ａ及び図４Ｂに示すように表面張力によって円形に凝集して流れを停止するためである。したがって、ワックス１１１は、拡管領域１３０によって区画された領域の外端からはみ出すことなく、その領域の内部に充填され、一定時間が経過すると凝固する。これにより、所望の領域内で正確にワックス１１１が凝固して弁１１０が形成されるので、レーザー光を照射してワックス１１１を溶融することにより、正確な弁の開放操作が可能になる。

このような本発明の弁１１０を製造する際には、図３に示すように基板１０１にプレス工程などによって拡管領域１３０を備えたチャンネル１２０を形成し、その上部をカバー１０２で覆った後、注入口１０３から溶融ワックス１１１を注入する。その後、チャンネル１２０内を流れる溶融ワックス１１１は前記拡管領域１３０で停止し、その状態のまま凝固して弁１１０を形成する。

したがって、このように正確な領域に配置された弁１１０を有するチップ１００を用いて実験を行なえば、所望の時点においてレーザー光を照射することで当該弁１１０を正確に溶融してチャンネル１２０を開放することが可能になるので、実験を精密かつ正確に進めることができる。

一方、本実施形態では、拡管領域１３０の水平断面が四角形を含む場合を例示したが、必要に応じて、図５Ａ及び図５Ｄのように水平断面がＵ字形を有する拡管領域１３１、図５Ｂ及び図５Ｅのように水平断面がＶ字形を有する拡管領域１３２、図５Ｃ及び図５Ｆのように水平断面が蟻溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状を有する拡管領域１３３のような多様な形状が採用されうる。図面から分かるように、拡管領域は、チャンネルの両側に左右対称に形成されてもよく、片側にのみ形成されてもよい。

そして、相転移物質としては、ワックス以外にも、ゲル及び熱可塑性樹脂のうち少なくとも一方が選択されうる。

本発明は、生化学反応用チップ関連の技術分野に好適に用いられる。

従来の相転移物質からなる弁が採用された生化学反応用チップを示す図である。 図１に示す弁の製造時に発生する問題点を説明する図である。 図１に示す弁の製造時に発生する問題点を説明する図である。 図１に示す弁の製造時に発生する問題点を説明する図である。 図１に示す弁の製造時に発生する問題点を説明する図である。 本発明による相転移物質からなる弁を示す図である。 図３に示す弁の平面図である。 図３に示す弁の中心部分を撮影した写真である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。 図３に示す弁の変形例を示す図である。

符号の説明

１００ 生化学反応用チップ、
１０１ 基板、
１０２ カバー、
１０３ 注入口、
１１０ 弁、
１１１ ワックス、
１２０ チャンネル、
１３０ 拡管領域、
１３１ 拡管領域、
１３２ 拡管領域、
１３３ 拡管領域。

Claims (6)

1. 少なくとも第１及び第２領域を備えているチャンネルと、
   前記チャンネルの第１領域にのみ充填されて凝固した相転移物質と、
   それぞれ前記チャンネルの第１領域の両端部分に設けられた、前記チャンネルの第１及び第２領域よりも広い横断面を有する第１及び第２拡管領域と、
   前記チャンネルを覆うカバーにおける前記両端部分の間に位置し、前記相転移物質を注入するための注入口と、を備え、
   前記第１拡管領域は、前記チャンネルの第１領域と第２領域との間に形成されていることを特徴とする相転移物質からなる弁。
2. 前記第１及び第２拡管領域の水平断面は、四角形、Ｖ字形、Ｕ字形、及び蟻溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状のうち、少なくとも１つの形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の相転移物質からなる弁。
3. 前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項１または２に記載の相転移物質からなる弁。
4. チャンネルの第１領域の両端部分に第１及び第２拡管領域を形成し、前記第１拡管領域は、前記チャンネルの第１領域と前記チャンネルの第２領域との間に形成され、前記第１及び第２拡管領域は、前記チャンネルの第１及び第２領域の断面積よりも大きい断面積を有するステップと、
   前記相転移物質を前記チャンネルの第１領域にのみ注入して凝固させるステップと、を含むことを特徴とする相転移物質からなる弁の製造方法。
5. 前記第１及び第２拡管領域の水平断面は、四角形、Ｖ字形、Ｕ字形、及び蟻溝（ｄｏｖｅｔａｉｌ）形状のうち、少なくとも１つの形状を含むことを特徴とする請求項４に記載の相転移物質からなる弁の製造方法。
6. 前記相転移物質は、ワックス、ゲル、及び熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくとも１つであることを特徴とする請求項４または５に記載の相転移物質からなる弁の製造方法。