JP5042147B2 - 流体取扱装置 - Google Patents

Description

この発明は、インテグレーテッド・ケミストリと呼ばれる技術分野で使用される流体取扱装置に関するものである。

近年、ガラスやプラスチックのマイクロチップ（流体取扱装置）の内部に数１０μｍから２００μｍ程度の微細溝（凹部）を作り、その微細溝を液体の流路や反応槽，分離精製検出槽として使用して、マイクロチップに複雑な化学システムを集積するインテグレーテッド・ケミストリと呼ばれる技術が知られている。このインテグレーテッド・ケミストリによれば、様々な試験に使用される微細溝が形成されたマイクロチップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐ）を分析化学に限定して使用する場合にはμ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼称し、また、マイクロチップを反応だけに限定して使用する場合にはマイクロリアクターと呼称するようになっている。このインテグレーテッド・ケミストリは、分析等の各種試験を行う場合、空間が小さいので拡散分子の輸送時間が短くてすみ、また、液相の熱容量が極めて小さい等の優れた利点を有しているため、ミクロ空間を分析や化学合成等に利用しようとする技術分野において注目を集めている。なお、ここでいう試験とは、分析，測定，合成，分解，混合，分子輸送，溶媒抽出，固相抽出，相分離，相合流，分子補捉，培養，加熱，冷却等の操作・手段を単一又は複合させて行うものである。

このようなインテグレーテッド・ケミストリにおいて、例えば、生化学の分野における試験において使用されるキャピラリ電気泳動チップは、ガラスやプラスチックのマイクロチップの内部に１０μｍ〜２００μｍ程度の微細な溝又は円形の凹部等を形成し、この微細溝又は凹部を液体の流路や反応槽等として使用し、核酸やタンパク質等の生体物質やその他の低分子物質といった極微量物質を分離同定するために使用されるものであり、取り扱う物質の体積がナノリットルからピコリットルの微小なものであるから、微細溝を精度良く形成することが求められる。

また、このようなマイクロチップは、分析や測定等に使用する液体を外部環境に飛散・漏洩させることがないようにして微細溝内に導入する必要があるため、その表面側に液体導入用のポートが固定されるようになっている。

この液体導入用のポートをマイクロチップに固定する方法としては、超音波溶着や振動溶着があるが、これらはいずれも接合し合う材料を局所的ではあるが溶融させることになり、例えば、数十μｍ角程度の断面の微細溝が変形する虞があり、しかも特殊な設備を必要としてコスト高になるため、採用することができない。

また、液体導入用のポートをマイクロチップに固定する方法としては、レーザー溶着することも考えられるが、特殊な設備が必要になり、生産コストの高騰を招くという問題を有している。

また、液体導入用のポートをマイクロチップに固定する方法としては、接着剤によって接着固定する方法（特許文献１参照）を適用することが考えられる。この接着剤でポートをマイクロチップに固定する方法によれば、超音波溶着，振動溶着及びレーザー溶着のような問題を生じることがない。
特表２００８−５１８２２５号公報

しかしながら、液体導入用のポートとマイクロチップとを接着剤で接着固定する態様によれば、ポートとマイクロチップとの接着部に位置する接着剤が分析や測定等に用いられる液体と接触し、その液体中に接着剤が一部溶け込んで、液体の分析や測定等に誤差を生じる虞があった。

そこで、本発明は、ポート接着用の接着剤によって分析や測定等に誤差を生じることがない流体取扱装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る流体取扱装置は、プラスチック製のプレートの裏面に液体の流路と成り得る凹部を形成し、前記プレートの表面側と前記凹部とを連通する液体案内路を前記プレートに形成し、前記プレートの表面側に前記液体案内路を取り囲むリング状溝を形成するようになっている。そして、前記リング状溝に、前記プレートと同一のプラスチック材料で形成された筒状のポートの下端部を係合するようになっている。また、前記リング状溝の溝底と前記ポートの下面との間に溶剤型接着剤を毛細管現象で浸透させ、前記ポートの下面と前記リング状溝の溝底とを接着固定するようになっている。また、前記プレートの裏面側に蓋部材を接着して、前記凹部の前記裏面側の開口部及び前記液体案内路の前記裏面側の開口部を塞いである。

請求項２の発明に係る流体取扱装置は、請求項１の発明の構成に加えて、前記リング状溝の一部に径方向外方側へ張り出す接着剤滴下部を形成し、前記接着剤滴下部に前記溶剤型接着剤を滴下することにより、前記溶剤型接着剤を前記リング状溝に案内するようになっている。

請求項３の発明に係る流体取扱装置は、請求項１の発明の構成に加えて、前記ポートの下端部外表面側と前記リング状溝との係合部に接着剤滴下部を形成し、前記接着剤滴下部に前記溶剤型接着剤を滴下することにより、前記溶剤型接着剤を前記リング状溝に案内するようになっている。

本発明によれば、溶剤型接着剤が毛細管現象によってポートの下面とリング状溝の溝底との間に浸透すると、溶剤型接着剤がポートの下面とリング状溝の溝底の表面を溶かして一体化した後に大気中に揮発する。そして、溶剤型接着剤がポートの下面とリング状溝の溝底との接着部に殆ど残留することがない。その結果、本発明によれば、ポートから導入された試料に接着剤が溶け込むようなことがなく、試料に溶け込んだ接着剤に起因する分析又は測定等の誤差を生じることがない。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳述する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置１を示す図である。なお、図１（ａ）は、流体取扱装置１の平面図である。また、図１（ｂ）は、流体取扱装置１の正面図である。また、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す流体取扱装置１の正面側断面図である。

この図１に示すように、流体取扱装置１は、プレート２と、このプレート２の裏面側（図１（ｂ）の下面側）に接着された蓋部材３と、プレート２の表面側（図１（ｂ）の上面側）に接着されたポート４，４とを備えている。

この図１に示す流体取扱装置１のうちのプレート２は、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又はシクロオレフィンコポリマーで射出成形されたプラスチックプレートであり、その詳細形状を図２に示してある。なお、図２（ａ）は、プレート２の平面図である。また、図２（ｂ）は、プレート２の正面図である。また、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すプレート２の正面側断面図である。

図２に示すように、プレート２は、平面形状が矩形形状であり、プレート２を構成する薄板状のプレート本体５の裏面５ｂ側に微細溝（凹部）６が形成されている。このプレート本体５の裏面５ｂ側に形成された微細溝６は、プレート本体５の幅方向中央部に位置し、長手方向に沿って細長く直線状に１筋形成されたものであり、図２（ａ）の幅方向に沿って切断した断面形状がほぼ正方形（一辺の長さが５０〜１００μｍの正方形）であり、全長が数センチメートルの長さに形成されている。そして、微細溝６の長手方向両端部には、プレート本体５を表裏に貫通する液体案内路７，７がそれぞれ形成されている。この液体案内路７は、図２（ａ）に示すように、平面形状が円形の丸穴であり、微細溝６をプレート本体５の表面５ａ側に連通している（図２（ｃ）参照）。

また、図２に示すように、プレート本体５の表面５ａ側には、円筒状のポート４を係合するためのリング状溝８，８が液体案内路７，７と同心円上に位置するように形成されている。このリング状溝８は、液体案内路７が開口するプレート本体５の表面５ａに、液体案内路７と間隔をあけて且つ液体案内路７の外側に同心円上に位置するように円筒状の内側突起１０を立設し、この内側突起１０の外側を取り囲むように間隔をあけて位置するほぼ円筒状の外側突起１１を立設することにより形成されている。そして、外側突起１１は、微細溝７が延びる方向と反対の方向側に位置する一部分を、平面視が略矩形形状となるように径方向外方側へ張り出させて、接着剤滴下部１２を形成するようになっている。ここで、内側突起１０及び外側突起１１の突起高さは、同一高さ（例えば、プレート本体５の板厚が１．５ｍｍの場合に、内側突起１０及び外側突起１１の突起高さは０．５ｍｍ）に形成されている。また、リング状溝８の溝底８ａは、プレート本体５の表面５ａと同一平面上に位置している。その結果、プレート本体５の表面５ａ側を形作る金型の製作が容易になる。

図３は、ポート４を示す図である。この図３に示すように、ポート４は、円筒状に形成されており、その肉厚（外径寸法と内径寸法との差）がリング状溝８の溝幅（外側突起１１の内径と内側突起１０の外径との差）よりも僅かに小さくなるように形成され、その下端部がリング状溝８に係合され、その下面が溶剤型接着剤（アクリサンデー株式会社製のアクリサンデー接着剤（商品名）。なお、「アクリサンデー」は、登録商標）によってリング状溝８の溝底８ａに接着されるようになっている（図１参照）。ここで、ポート４は、プレート２と同一材料で押し出し成形された円筒状部材を所定寸法に切断してなるものであり、端面４ａが梨地面状の面状態である（例えば、無作為に抽出したサンプル（ポート４）の端面４ａの表面粗さがＲｙ２μｍの梨地面である）。

図４は、蓋部材３を示す図である。この蓋部材３は、プレート２と同一の材料で形成された薄板状のプラスチックプレート又はプラスチックフィルムであり、平面形状がプレート２と同一の矩形形状となるように形成されている。そして、この蓋部材３は、プレート本体５の裏面５ｂ側に接着されることにより、微細溝６及び液体案内路７，７の開口部を塞ぎ、一方のポート４から導入された液体を他方のポート４側へ向けて流動させることが可能な液体の流路１３を形成する（図１（ｂ）、図１（ｃ）参照）。なお、蓋部材３は、ポート４をプレート本体５に接着する際に使用した溶剤型接着剤を使用し、毛細管現象によって蓋部材３とプレート本体５との間に浸透した溶剤型接着剤によってプレート本体５の裏面５ｂに接着される。

図５は、ポート４とプレート２との接着状態を説明する図である。なお、図５（ａ）は、プレート２のリング状溝８にポート４を係合した状態を示す断面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ部を拡大して示す図である。また、図５（ｃ）は、ポート４とリング状溝８の溝底８ａとの接着後の状態を示す図であり、接着部の拡大断面図である。

この図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、プレート２のリング状溝８内にポート４を係合すると、ポート４の下側の端面（下面）４ａがリング状溝８の溝底８ａに当接した状態となる。しかし、ポート４の下面４ａは、梨地面状の表面状態であって微小な凹凸が多数形成されており、リング状溝８の溝底８ａとの間に微小な隙間が形成されている。この状態において、接着剤滴下部１２に溶剤型接着剤が滴下されると、溶剤型接着剤がリング状溝８へ向けて案内され、その溶剤型接着剤が毛細管現象によってポート４の下面４ａとリング状溝８の溝底８ａとの間に浸透し、溶剤型接着剤がポート４の下面４ａとリング状溝８の溝底８ａの表面を溶かして一体化した後に大気中に揮発する（図５（ｃ）参照）。その結果、溶剤型接着剤は、ポート４の下面４ａとリング状溝８の溝底８ａとの接着部に殆ど残留することがない。

以上のようにして形成された流体取扱装置１は、例えば、一方のポート４から液体案内路７を介して微細溝６内に電気泳動用緩衝液や分子ふるい用ポリマ等の分離用媒体を充填し、他方のポート４から液体案内路７を介して微細溝６の一端に試料を導入した後、微細溝６の両端に高電圧を印加して、試料を微細溝６内で移動させ、その電荷や分子量の差などにより特定物質を分離し、これをＵＶ吸収や蛍光などにより検出するために使用される。

以上のような本実施形態に係る流体取扱装置１によれば、ポート４とプレート２との接着部に接着剤が殆ど残留しないため、ポート４から導入された試料に接着剤が溶け込むようなことがなく、試料に溶け込んだ接着剤に起因する分析又は測定等の誤差を生じることがない。

［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係る流体取扱装置１を示す図である。本実施形態に係る流体取扱装置１は、外側突起１１を円筒状に形成し、ポート４の外表面側を部分的に凹ませて接着剤滴下部１４を形成し、その接着剤滴下部１４を微細溝６が延びる方向と反対の方向側に配置してある。このポート４に形成した接着剤滴下部１４は、ポート４の外表面の母線方向に沿ってポート４の上面から下面まで連続して形成されており、滴下された溶剤型接着剤をリング状溝８の溝底８ａに案内するようになっている。そして、接着剤滴下部１４によってリング状溝８の溝底８ａに案内された溶剤型接着剤は、ポート４の下面４ａとリング状溝８の溝底８ａとの間の微小隙間内に毛細管現象で浸透し、ポート４の下面４ａとリンク状溝８の溝底８ａとを溶かして一体化した後に大気中に揮発する（図５（ｃ）参照）。その結果、溶剤型接着剤は、ポート４の下面４ａとリング状溝８の溝底８ａとの接着部に殆ど残留することがない。

このような本実施形態は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図６において、接着剤滴下部１４は、ポート４の一方の端面（上面）４ａから他方の端面（下面）４ａまでポート４の外表面の母線に沿って形成されているが、これに限定されるものではなく、ポート４の下面４ａ側で且つポート４の外表面側に、ポート４の下面４ａに向かうにしたがって外径寸法を漸減するテーパ部を形成し、ポート４の下端部外表面側とリング状溝８との係合部に接着剤滴下部を形成するようにしてもよい。

また、上記第１実施形態及び第２実施形態は、内側突起１０及び外側突起１１をプレート本体５の表面５ａから突出させ、内側突起１０と外側突起１１との間にリング状溝８を形成するようになっているが、これに限られず、プレート５の表面５ａからリング状に溝を彫り込んで、その溝をリング状溝としてもよい。この場合、リング状溝の溝底は、プレート本体５表面５ａよりも裏面側へ向かって引っ込んだ位置にある。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置の平面図である。図１（ｂ）は、同流体取扱装置の正面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して示す流体取扱装置の正面側断面図である。 図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置のプレートの平面図である。図２（ｂ）は、同プレートの正面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すプレートの正面側断面図である。 図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置のポートの平面図である。図３（ｂ）は、同ポートの正面図である。 図４（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置の蓋部材の平面図である。図４（ｂ）は、同蓋部材の正面図である。 図５（ａ）は、プレートのリング状溝にポートを係合した状態を示す断面図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ部を拡大して示す図である。また、図５（ｃ）は、ポートの下面とリング状溝の溝底との接着後の状態を示す図であり、接着部の拡大断面図である。 図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る流体取扱装置の平面図である。図６（ｂ）は、同流体取扱装置の正面図である。図６（ｃ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す流体取扱装置の正面側断面図である。

符号の説明

１……流体取扱装置、２……プレート、３……蓋部材、４……ポート、４ａ……端面（下面）、６……微細溝（凹部）、７……液体案内路、８……リング状溝、８ａ……溝底、１２……接着剤滴下部、１３……液体の流路、１４……接着剤滴下部

Claims (3)

1. プラスチック製のプレートの裏面に液体の流路と成り得る凹部を形成し、
   前記プレートの表面側と前記凹部とを連通する液体案内路を前記プレートに形成し、
   前記プレートの表面側に前記液体案内路を取り囲むリング状溝を形成し、
   前記リング状溝に、前記プレートと同一のプラスチック材料で形成された筒状のポートの下端部を係合し、
   前記リング状溝の溝底と前記ポートの下面との間に溶剤型接着剤を毛細管現象で浸透させ、前記ポートの下面と前記リング状溝の溝底とを接着固定し、
   前記プレートの裏面側に蓋部材を接着して、前記凹部の前記裏面側の開口部及び前記液体案内路の前記裏面側の開口部を塞いだ、
   ことを特徴とする流体取扱装置。
2. 前記リング状溝の一部に径方向外方側へ張り出す接着剤滴下部を形成し、前記接着剤滴下部に前記溶剤型接着剤を滴下することにより、前記溶剤型接着剤を前記リング状溝に案内する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記ポートの下端部外表面側と前記リング状溝との係合部に接着剤滴下部を形成し、前記接着剤滴下部に前記溶剤型接着剤を滴下することにより、前記溶剤型接着剤を前記リング状溝に案内する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の流体取扱装置。

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