JP5159197B2 - 液体制御装置 - Google Patents
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Description
従来のマイクロ流体デバイスの送液、混合攪拌方法に超音波を用いるものがある(特許文献1)。
特許文献1は超音波トランスデューサ116がマトリックス上に構成されており、送液や混合攪拌のために多くの超音波トランスデューサ116を要する。超音波トランスデューサ116はそれぞれ信号発生器や増幅器を介して発振のための信号が与えられ、超音波トランスデューサ116の数だけ信号発生器や増幅器が必要となる。そうすると、このプラットフォーム型マイクロ化学分析システム100を処理するための装置システムが大型化し、高コストの可能性がある。
超音波振動子は、駆動源となる第一相の圧電素子と、第二相の圧電素子が貼り付けられた構造体を有することが好ましい。
本発明において、試料には、例えば遺伝子検査を行なう場合はDNAを含有した液体サンプルが用いられ、また河川の汚染を調査したい場合は河川から取得した液体サンプルが用いられる。本発明による液体制御装置によって搬送できないほどの極度に粘性が高い液体でない限り、特に用いられる試料に制限はない。
本発明においては、二相の発振信号で液体を送液、混合攪拌、液体中の試料を局在させることができるため、装置全体を小型化し、コストを抑えることが可能となる。また、マイクロ流体デバイスの流路内で液体を送液、混合攪拌、液体中の試料を局在させることができるので、マイクロ流体デバイスの小型化も可能となる。
実施例1
本発明の実施例1を、図1を用いて説明する。
図2において、7aは工程管理部である。工程管理部7aは化学、生化学における処理の各工程を適切な処理で行うようにプログラムされている。この場合の処理とは、例えば試料を注入することや、あらかじめマイクロ流体デバイス1に入れられた試薬と混合させること。さらに特定の試料のみ抽出、精製すること。また、反応や検出を行うこと。あるいは化学構成を行うことがある。7bはモード選択部である。モード選択部7bは工程管理部7aから行う工程の情報に応じて、液体の停止のモードと、送液のモードと、混合攪拌のモードと、局在のモードの四種類のモード選択を行う。そして、発振条件決定部7cは超音波ステータ3の発振条件を決定し、信号発生器4に発振条件情報、すなわち発振停止や進行波、定在波の発振条件の情報を与える。発振条件情報に応じて、信号発生器4は信号を出力し、増幅器5でその信号を増幅して超音波ステータ3を発振あるいは停止させる。
実施例1では、混合攪拌モードは、送液のモードよりも小さな振幅で、すなわち低い電圧で超音波ステータ3を進行波に発振させる方法について説明した。このとき、低い電圧であるものの超音波ステータ3を進行波に発振させるため、わずかでも送液してしまう。実施例2では流路2内にバルブを設ける構成と、制御方法について説明する。
そして、不図示の制御手段によって停止のモードと、送液のモードと、混合攪拌のモードと、反応対象とする試料を抽出、分離するための前段階となる局在のモードの四種類のモード選択を行う。ここでは実施例1と異なる部分のみを説明する。
混合攪拌のモードでは、バルブ8を閉じ、超音波ステータを進行波に発振させる。進行波の向きは任意である。さらに、入力電圧は送液のモードと同じでも良い。送液のモードも混合攪拌のモードも周波数は、保持部7でマイクロ流体デバイス1を保持した状態で共振する周波数であることが好ましい。
以上、ここではマイクロ流体デバイス1内のバルブ8動作について説明した。このように、実施例2によれば、混合攪拌のモードにおいて、バルブ8を閉じるので、送液することなく流路2内での混合攪拌の効率が向上する。
実施例1と実施例2では送液のモードにおいて、送液方向に超音波ステータを進行波に発振させる方法について説明した。この場合、超音波ステータの発振に伴い流路2内の液体は進行波方向に流れるが、実際の流体の振る舞いは、図4のように、進行波方向に流れ、逆に戻り、再び進行波方向に流れるというように、振動的であり、平均化すると、ゆっくり流れる。したがって、実施例3では、図3のバルブ8の開閉制御を積極的に行う。すなわち、試料搬入口側から試料搬出口側へ流れるタイミングと同期してバルブ8をオープンにし、試料搬出口側から試料搬入口側へ流れるタイミングと同期してバルブ8をクローズさせる。さらにわかりやすく説明すると、バルブ8の制御は信号発生器の信号から位相をずらして同期させる。
2 流路
3 超音波ステータ
4 信号発生器
5a,5b 増幅器
6 制御手段
7 保持部
8a,8b バルブ
Claims (12)
- マイクロ流体デバイス内の流路に存在する液体を制御する液体制御装置であって、試料搬入口と試料搬出口と、これらに連通する流路とを有し、該流路を内部に有するマイクロ流体デバイスと、前記マイクロ流体デバイスの液体を停止させる停止の工程と、液体を送液させる送液の工程と、液体を混合攪拌する混合攪拌の工程と、液体内の試料を分離させるための前段階となる局在の工程と、を制御するための情報を発生する制御手段と、前記制御手段からの情報に応じて電圧信号を発生する信号発生部と、前記信号発生部からの電圧信号によって発振する超音波振動子と、前記超音波振動子をマイクロ流体デバイスの流路の一部と対向するように保持する保持部とを有し、前記超音波振動子の発振を保持部を介して流路に存在する液体に伝達して前記各工程を行うものであり、前記送液の工程は、前記マイクロ流体デバイスを保持した状態において該デバイスが共振する周波数を用いることを特徴とする液体制御装置。
- 信号発生部は、電圧と位相、周波数が制御できる二相以上の正弦波を発生する信号発生器と、信号発生器が出力した信号を増幅する増幅器とを有することを特徴とする請求項1記載の液体制御装置。
- 超音波振動子は、駆動源となる第一相の圧電素子と、第二相の圧電素子が貼り付けられた構造体を有することを特徴とする請求項1または2に記載の液体制御装置。
- 制御手段は、工程の情報を出力するようにプログラムされた工程管理部と、工程管理部が出力した工程に基づき、停止モードと、送液モードと、混合攪拌モードと、局在モードを選択するモード選択部と、モード選択部によって選択された各モードに応じて超音波振動子の発振条件を決定する発振条件決定部とを有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の液体制御装置。
- 停止モードは、信号発生部が電圧出力を下げる手段と、保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数から大きく外れた周波数に設定する手段の内、少なくともいずれかの手段を有することを特徴とする請求項4記載の液体制御装置。
- 送液モードは、信号発生部が保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数に設定し、超音波振動子が進行波で発振するように二相の位相を制御する手段を有することを特徴とする請求項4記載の液体制御装置。
- 混合攪拌モードは、信号発生部が保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数に設定し、送液モードでの発振振幅よりも小さくなるように、信号発生部は送液モードよりも小さな電圧に設定する手段と、信号発生部が保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数から外れた周波数に設定する手段との少なくともいずれかの手段を有することを特徴とする請求項4記載の液体制御装置。
- 混合攪拌のモードは、信号発生部が保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数に設定し、信号発生部が進行波の方向を交互に切り替えるように、二相の位相差の符号を切り替える手段を有することを特徴とする請求項4記載の液体制御装置。
- 局在のモードは、信号発生部が保持部でマイクロ流体デバイスを保持した状態の共振周波数に設定し、超音波振動子が定在波で発振するように、信号発生部が出力する二相の正弦波の内、時間位相を同じに設定する手段と、二相の正弦波のいずれかの出力をゼロにする手段との少なくともいずれかの手段を有することを特徴とする請求項4記載の液体制御装置。
- 前記マイクロ流体デバイスの流路の一部にバルブを設け、送液モードではバルブを開き、超音波振動子が進行波で発振するように二相の位相を制御する手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の液体制御装置。
- マイクロ流体デバイスの流路の一部にバルブを設け、混合攪拌モードではバルブを閉じ、超音波振動子が進行波で発振するように二相の位相を制御する手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の液体制御装置。
- マイクロ流体デバイスの流路の一部にバルブを設け、送液モードでは信号発生器信号から位相をずらして同期しながらバルブの開閉制御を行う手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の液体制御装置。
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