JP5383138B2 - Liquid feeding structure with electrowetting valve, microanalysis chip and analyzer using the same - Google Patents

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Description

本発明は、液体の流れを制御することのできる送液構造体に関し、更には微量化学分析を行うマイクロ分析チップ及びマイクロ分析装置に関する。   The present invention relates to a liquid feeding structure capable of controlling the flow of a liquid, and further relates to a microanalysis chip and a microanalyzer for performing a microchemical analysis.

免疫分析法は、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等において、重要な分析・計測方法として知られている。しかし、従来の免疫分析法は、操作が煩雑である上に、分析に一日以上の時間を要するといった問題があった。   The immunoassay is known as an important analysis / measurement method in the medical field, biochemical field, measurement field such as allergen and the like. However, the conventional immunoassay has a problem that the operation is complicated and it takes more than a day for the analysis.

このような中、基板にマイクロオーダーの流路を形成し、このマイクロ流路に抗体等を固定化することにより、分析時間の短縮化や分析操作の簡略化を図るマイクロ分析チップが提案されている。   Under such circumstances, a micro-analysis chip has been proposed that shortens the analysis time and simplifies the analysis operation by forming a micro-order channel on the substrate and immobilizing antibodies or the like in the micro-channel. Yes.

このようなマイクロ分析チップを用いて分析を行う場合、入口からマイクロ分析チップ内に溶液を導入し、該溶液をマイクロ分析チップ内で反応させ、出口からマイクロ分析チップ外に溶液を排出する必要がある。従来、マイクロ分析チップにおける溶液の移送には、ポンプなどの外部動力を用いていたが、ポンプはマイクロ分析チップに比べて大型であるため、装置全体の小型化が図りがたい。   When performing analysis using such a micro analysis chip, it is necessary to introduce a solution into the micro analysis chip from the inlet, cause the solution to react in the micro analysis chip, and discharge the solution from the outlet to the outside of the micro analysis chip. is there. Conventionally, external power such as a pump has been used to transfer the solution in the micro analysis chip. However, since the pump is larger than the micro analysis chip, it is difficult to downsize the entire apparatus.

このため、化学分析装置に微細加工技術を用いてマイクロポンプを組み込む技術が提案されているが(例えば特許文献1)、マイクロポンプの組み込みには複雑で高度な加工技術を必要とする。また、マイクロポンプの容積に加え、ポンプを駆動するための周辺要素の組み込み容積が必要となるので、必ずしも十分なコンパクト化を図り難い。   For this reason, a technique for incorporating a micropump into a chemical analyzer using a microfabrication technique has been proposed (for example, Patent Document 1). However, the incorporation of a micropump requires a complicated and advanced machining technique. Further, in addition to the volume of the micropump, a built-in volume of peripheral elements for driving the pump is required, so that it is not always possible to achieve sufficient compactness.

特開2006−220606号公報JP 2006-220606 A

他方、マイクロポンプを用いない送液方式として、毛細管力を利用した送液方式が知られている。毛細管力を利用した従来のマイクロ流路構造の基本を図24に示す。図24の符号110は主基板、符号111が蓋基板、符号114が流路、符号112が注入孔、符号113が排出孔である。注入孔112に液体を滴下すると、毛細管力によって溶液が流路114を移動し、排出孔113に移動する。よってポンプ等の外力を必要とせずに液体を112側から113側に移動させることができる。この方式はポンプを用いないので、簡便に微小な送液システムを構築することができるが、送液が不確かであるという問題点を抱えている。   On the other hand, a liquid feeding method using a capillary force is known as a liquid feeding method that does not use a micropump. FIG. 24 shows the basics of a conventional microchannel structure using capillary force. In FIG. 24, reference numeral 110 is a main substrate, reference numeral 111 is a lid substrate, reference numeral 114 is a flow path, reference numeral 112 is an injection hole, and reference numeral 113 is a discharge hole. When the liquid is dropped into the injection hole 112, the solution moves through the flow path 114 by the capillary force and moves to the discharge hole 113. Therefore, the liquid can be moved from the 112 side to the 113 side without requiring an external force such as a pump. Since this method does not use a pump, a minute liquid feeding system can be easily constructed, but has a problem that liquid feeding is uncertain.

特許文献2には、微小な送液システムを制御する技術が記載されている。この文献には、毛細管力によって液体を移送するマイクロ分析チップにおいて、液体の移送を制御するために、エレクトロウエッティング技術を用いたバルブ(エレクトロウエッティングバルブ)を用いる方法が提案されている。   Patent Document 2 describes a technique for controlling a minute liquid feeding system. This document proposes a method of using a valve (electrowetting valve) using an electrowetting technique in order to control the liquid transfer in a micro analysis chip that transfers a liquid by capillary force.

特開2005−199231号公報JP 2005-199231 A

上記エレクトロウエッティングバルブの原理を、図16を用いて説明する。液体をチップに導入すると、液体は毛細管力によって流路114を流れ、参照電極131を超えて流れて作用電極132上に達するが、作用電極132の表面には疎水性膜が被覆されており、電圧が印加されていない場合は、液体との接触角が大きくなるように設計されている。更に当該部分の流路幅及び流路高さが、液体の流れを停止させるために、十分に小さく設計されている。このため、当該部分(作用電極部分)の表面張力と流れ抵抗とが相まって、液体は流路を通過することができない。すなわち、電圧印加がOFFのとき、バルブは閉じた状態となる。   The principle of the electrowetting valve will be described with reference to FIG. When the liquid is introduced into the chip, the liquid flows through the flow path 114 by capillary force, flows over the reference electrode 131 and reaches the working electrode 132, but the surface of the working electrode 132 is covered with a hydrophobic film, When no voltage is applied, the contact angle with the liquid is designed to be large. Furthermore, the flow path width and flow path height of the part are designed to be sufficiently small in order to stop the liquid flow. For this reason, the surface tension of the said part (working electrode part) and flow resistance couple | bond together, and a liquid cannot pass a flow path. That is, when voltage application is OFF, the valve is closed.

一方、電圧を印加した場合、参照電極131により液体は負に帯電する。また、作用電極132においては、作用電極132と液体との間で仮想的なキャパシタを形成するようになり、作用電極132に液体が引き寄せられる効果が小さくなる。つまり、見掛け上、作用電極132表面の親水性が強くなる。これにより、液体が当該流路を通過することができるようになる。すなわち、電圧印加ONのとき、バルブは開放された状態となる。   On the other hand, when a voltage is applied, the liquid is negatively charged by the reference electrode 131. In the working electrode 132, a virtual capacitor is formed between the working electrode 132 and the liquid, and the effect of attracting the liquid to the working electrode 132 is reduced. That is, apparently the hydrophilicity of the surface of the working electrode 132 is increased. Thereby, the liquid can pass through the flow path. That is, when voltage application is ON, the valve is opened.

エレクトロウエッティングバルブを用いる場合、液体を確実に停止させるためには、作用電極が設けられた部分の流路の疎水性と親水性とを調整して、電圧印加がOFFのときに確実に液体が停止するように設計する必要がある。他方、液体を流すためには、液体を介した1対の電極(参照電極131と作用電極132)間に電圧を印加して液体を帯電させ参照電極と作用電極との間で仮想キャパシタを形成させる必要があり、このためには、常に両電極に液体が接触している必要がある。両電極に液体が接触していないと、電圧印加の有無により流れを制御できないからである。   When using an electrowetting valve, in order to stop the liquid reliably, the hydrophobicity and hydrophilicity of the flow path in the part where the working electrode is provided are adjusted so that the liquid is reliably supplied when the voltage application is OFF. Need to be designed to stop. On the other hand, in order to flow a liquid, a voltage is applied between a pair of electrodes (reference electrode 131 and working electrode 132) via the liquid to charge the liquid, thereby forming a virtual capacitor between the reference electrode and the working electrode. For this purpose, it is necessary that the liquid is always in contact with both electrodes. This is because if the liquid is not in contact with both electrodes, the flow cannot be controlled by the presence or absence of voltage application.

しかし、毛細管力を利用して液を流す方式において、液の流れを円滑にするために作用電極の親水性を高めると、液の流れを停止させることが困難になる。その一方、液の流れを停止させ易くするために、作用電極の疎水性を高めると、液体が作用電極の手前(作用電極に接触する手前)で停止してしまうため、もはや毛細管力によって液体を前方に進めることができなくなる。   However, in the method of flowing the liquid using the capillary force, if the hydrophilicity of the working electrode is increased in order to make the liquid flow smooth, it becomes difficult to stop the liquid flow. On the other hand, if the hydrophobicity of the working electrode is increased in order to make it easier to stop the flow of the liquid, the liquid stops before the working electrode (before contacting the working electrode). You will not be able to move forward.

それゆえ、駆動装置を備えない送液構造体において、液体の「前進」と「停止」を的確に制御することは容易ではない。   Therefore, it is not easy to accurately control the “advance” and “stop” of the liquid in the liquid feeding structure that does not include the driving device.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、毛細管力を利用して液体を流すマイクロ流路において、液体の「前進」と「停止」とを確実に制御することのできる送液構造体およびこれを利用したマイクロ分析チップならびにマイクロ分析装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reliably perform “advance” and “stop” of a liquid in a micro flow channel that allows the liquid to flow using capillary force. An object of the present invention is to provide a liquid feeding structure that can be controlled, a microanalysis chip and a microanalyzer using the same.

上記課題を解決するための本発明は、作用電極の上流端を確実に液体と接触するために、上流端近傍を親水性とし、且つ上流端近傍より下流側に疎水性部分を設けた点に特徴を有する。その具体的手法としては、
(1)作用電極表面の上流端を親水性とする、
(2)作用電極上流端を含む流路断面において液体に発生する表面張力による圧力が正となるように、流路内壁面における親水材料比率を高める、
(3)作用電極が形成された部分の上流端以外の流路領域に、液体接触面を増やす疎水性構造物を設ける、
という手段を講じている。
The present invention for solving the above problems is that the upstream end of the working electrode is made hydrophilic in order to make sure that the upstream end is in contact with the liquid, and a hydrophobic portion is provided downstream from the vicinity of the upstream end. Has characteristics. As a specific method,
(1) The upstream end of the working electrode surface is hydrophilic.
(2) Increasing the hydrophilic material ratio on the inner wall surface of the flow path so that the pressure due to the surface tension generated in the liquid is positive in the flow path cross section including the upstream end of the working electrode
(3) A hydrophobic structure that increases the liquid contact surface is provided in a flow path region other than the upstream end of the portion where the working electrode is formed.
The measures are taken.

なお、上記(1)〜(3)は適宜組み合わせることができる。   In addition, said (1)-(3) can be combined suitably.

上記(1)に関するエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体にかかる発明を第1の発明、上記(2)に関するエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体にかかる発明を第2の発明、上記(3)に関するエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体にかかる発明を第3の発明とする。また、第1〜第3の発明にかかるエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体を用いたマイクロ分析チップ及び分析装置にかかる発明を、それぞれ第4〜第5の発明として、順次説明する。   The invention relating to the flow path structure with an electrowetting valve relating to the above (1) is the first invention, the invention relating to the flow path structure having an electrowetting valve relating to the above (2) is the second invention, the above (3) The invention relating to the flow path structure with an electrowetting valve is referred to as a third invention. Moreover, the invention concerning the microanalysis chip and the analysis apparatus using the channel structure with an electrowetting valve according to the first to third inventions will be sequentially described as fourth to fifth inventions, respectively.

上記課題を解決するための第1の発明は、流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極の少なくとも一部が疎水性であり、前記作用電極の少なくとも上流側端部近傍が親水性であることを特徴とする。   A first invention for solving the above-mentioned problems is a flow channel structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve for controlling the flow of a liquid in the flow channel is arranged. In a state in which a working electrode formed in a specific area in the path and a reference electrode formed on the upstream side of the specific area where the working electrode is formed and no voltage is applied to both electrodes The working electrode is at least partially hydrophobic, and at least the vicinity of the upstream end of the working electrode is hydrophilic.

毛細管力を利用したマイクロ流路における液体の流れについて説明する。毛細管力による液体を流す力は、流路壁面と液体との接触角(図21参照)に大きく影響される。流路壁面が均一の材料で構成され、流路の流れ方向に垂直な断面形状が円である場合、液体に作用する圧力Pは、気液界面の界面張力をσ、流路壁面の接触角をθ、流路の半径をrとするとき、図23の式1で示される。つまり、cosθが正である場合には、液体は流路内を進むことができ、他方cosθが0又は負である場合には、液体は流路内を進むことができずに停止する。すなわち、毛細管力を利用して液を流すためには、cosθが正(親水性)である材料を用いることが必須となる。   The liquid flow in the microchannel using the capillary force will be described. The force of flowing liquid due to capillary force is greatly affected by the contact angle between the channel wall surface and the liquid (see FIG. 21). When the flow path wall surface is made of a uniform material and the cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the flow path is a circle, the pressure P acting on the liquid is σ, the interface tension of the gas-liquid interface, and the contact angle of the flow path wall Is represented by equation 1 in FIG. That is, when cos θ is positive, the liquid can travel in the flow path, while when cos θ is 0 or negative, the liquid cannot travel through the flow path and stops. That is, in order to flow the liquid using the capillary force, it is essential to use a material whose cos θ is positive (hydrophilic).

流路壁面が疎水性の場合は、cosθが0又は負であり、液体を流さない圧力Pが発生する。よって、親水性と疎水性の両方が存在する壁面においては、毛細管現象が生じる状態と毛細管現象が生じない状態を設計することができる。図22に示すような流路構造の場合、流路高さをh、幅をwとした流路形状において、主基板の接触角θ1、蓋基板の接触角をθ2、気液界面の界面張力をσ、としたとき、流路の上面で働く界面張力をF1、下面で働く界面張力をF2、左右両側面で働く界面張力をF3とするとき、これらはそれぞれ、図23の式2、式3、式4で示される。流路に働く圧力Pは、F1、F2、F3の和を断面積whで割ったものであるので、この場合の流路に働く圧力Pは図23の式5に示す関係となる。   When the channel wall surface is hydrophobic, cos θ is 0 or negative, and a pressure P that does not flow liquid is generated. Therefore, on the wall surface where both hydrophilicity and hydrophobicity exist, it is possible to design a state in which the capillary phenomenon occurs and a state in which the capillary phenomenon does not occur. In the case of the channel structure as shown in FIG. 22, in the channel shape where the channel height is h and the width is w, the contact angle θ1 of the main substrate, the contact angle of the lid substrate is θ2, and the interface tension at the gas-liquid interface Where σ is, the interfacial tension acting on the upper surface of the flow path is F1, the interfacial tension acting on the lower surface is F2, and the interfacial tension acting on both the left and right sides is F3, respectively. 3 and Equation 4 Since the pressure P acting on the flow path is obtained by dividing the sum of F1, F2, and F3 by the cross-sectional area wh, the pressure P acting on the flow path in this case has a relationship represented by Expression 5 in FIG.

圧力Pが正の値になる場合は、毛細管現象が生じ液体が前進し、圧力Pが負の値になる場合は毛細管現象が生じず、液体の動きが停止する。この関係と、作用電極と蓋基板の親水性の程度の差を利用し、作用電極が形成された流路で液体に発生する表面張力による圧力を調整することができる。   When the pressure P becomes a positive value, a capillary phenomenon occurs and the liquid moves forward. When the pressure P becomes a negative value, the capillary action does not occur and the movement of the liquid stops. Using this relationship and the difference in the degree of hydrophilicity between the working electrode and the lid substrate, the pressure due to the surface tension generated in the liquid in the flow path in which the working electrode is formed can be adjusted.

上記では流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形である場合について説明したが、流路形状はこれに限定されるものではなく、円形状、楕円形状、半円状、逆三角形状等であってもよい。流路断面形状が矩形以外の場合であっても、断面の特定の領域ごとの界面張力を求め、構成比率に応じて界面張力を積算して流路全体に働く圧力Pを求めることができる(図23の式5参照)。   In the above, the case where the shape of the cross section of the flow path orthogonal to the flow direction is rectangular has been described, but the flow path shape is not limited to this, and may be a circular shape, an elliptical shape, a semicircular shape, an inverted triangular shape, etc. There may be. Even if the cross-sectional shape of the flow path is other than rectangular, the interfacial tension for each specific region of the cross-section can be obtained, and the pressure P acting on the entire flow path can be obtained by accumulating the interfacial tension according to the composition ratio ( (See Equation 5 in FIG. 23).

この原理から、エレクトロウエッティングバルブにより液体の流れを制御(「前進」・「停止」)するには、電圧をかけない状態において作用電極131が設けられた流路領域における液体に作用する圧力Pを0又は負とし、電圧をかけた状態においては正となるように設計すればよいが(図16参照)、作用電極表面の全体が疎水性であると、作用電極表面に液体が接触することなくその前で停止するおそれがある。   From this principle, in order to control the flow of the liquid by the electrowetting valve (“advance” / “stop”), the pressure P acting on the liquid in the flow channel region where the working electrode 131 is provided in the state where no voltage is applied. May be designed to be 0 or negative and positive when a voltage is applied (see FIG. 16). However, if the entire surface of the working electrode is hydrophobic, the liquid contacts the working electrode surface. There is a risk of stopping before that.

そこで本発明では、作用電極132が、疎水性の高い領域(Pが0又は負の領域)135と、上流端を含む親水性領域(Pが正の領域)134と共に備える構成としてある(図3参照)。   Therefore, in the present invention, the working electrode 132 includes a highly hydrophobic region (P is a 0 or negative region) 135 and a hydrophilic region (P is a positive region) 134 including the upstream end (FIG. 3). reference).

この構成であると、電圧無印加の状態においては、液体が作用電極132の親水性領域(Pが正の領域)134に確実に接触し、更に疎水性の高い領域(Pが0又は負の領域)135の境界付近にまで前進し、疎水性の高い領域の手前又はそれよりも若干進んだところで停止することになる。すなわち、この構成であると、液体の流れが「停止」状態の場合においても作用電極と液体との接触が確保されているので、両電極に電圧を印加すると液体に電圧が印加されてキャパシタ効果が生じる。このキャパシタ効果により電極表面に対する液体の接触角が小さくなり、液体は作用電極上の疎水性領域135上を通過できるようになる。つまり、電圧印加の有無により液体の流れを制御することができる。   In this configuration, in the state where no voltage is applied, the liquid reliably contacts the hydrophilic region (P is a positive region) 134 of the working electrode 132, and the region having higher hydrophobicity (P is 0 or negative). It will advance to the vicinity of the boundary of (region) 135, and will stop before or slightly ahead of the highly hydrophobic region. In other words, with this configuration, the contact between the working electrode and the liquid is ensured even when the flow of the liquid is in the “stopped” state. Therefore, when a voltage is applied to both electrodes, the voltage is applied to the liquid, and the capacitor effect Occurs. This capacitor effect reduces the contact angle of the liquid with the electrode surface and allows the liquid to pass over the hydrophobic region 135 on the working electrode. That is, the flow of the liquid can be controlled by the presence or absence of voltage application.

ここで、親水性とは、比抵抗が18mΩ・cmよりも大きい純水(25℃)を用い、1気圧、25℃で測定した接触角が90°未満である場合をいい、疎水性とは、上記純水の接触角が90°以上である場合をいう。ただし、接触角の流れ方向に作用する成分である余弦(コサイン)は、90°付近で大きく変動する。本発明は毛細管力を利用して液を流す構造体に関するものであるので、上記構成における「親水性」としては、純水に対する接触角が85°以下が好ましく、より好ましくは75°以下、さらに好ましくは60°以下とするのがよい。そして、上記構成における「親水性」を60°以下とした場合には、上記作用電極表面の「疎水性」を65°以上とすることができる。   Here, hydrophilicity refers to a case where the contact angle measured at 1 atm and 25 ° C. is less than 90 ° using pure water (25 ° C.) having a specific resistance greater than 18 mΩ · cm. In this case, the contact angle of the pure water is 90 ° or more. However, the cosine, which is a component acting in the flow direction of the contact angle, varies greatly around 90 °. Since the present invention relates to a structure that allows a liquid to flow using capillary force, the “hydrophilicity” in the above configuration preferably has a contact angle with respect to pure water of 85 ° or less, more preferably 75 ° or less, Preferably it is 60 degrees or less. When the “hydrophilicity” in the above configuration is 60 ° or less, the “hydrophobicity” of the working electrode surface can be 65 ° or more.

ここで、エレクトロウエッティングバルブの電極構成としては、少なくとも1つの参照電極と、少なくとも1つの作用電極と、を有していればよい。よって、参照電極が2つ以上であってもよく、作用電極が2つ以上であってもよい。また、作用電極、参照電極に加えて、参照電極への電流の流れを抑制し、参照電極の電位を安定させるために1つ以上の対向電極を設けてもよい。   Here, the electrode configuration of the electrowetting valve only needs to include at least one reference electrode and at least one working electrode. Therefore, the number of reference electrodes may be two or more, and the number of working electrodes may be two or more. In addition to the working electrode and the reference electrode, one or more counter electrodes may be provided to suppress the flow of current to the reference electrode and stabilize the potential of the reference electrode.

上記本発明構成において、前記流路は、流れ方向に直交する断面視において常に疎水領域と親水領域とが存在する構造とすることができる。   In the above-described configuration of the present invention, the flow path may have a structure in which a hydrophobic region and a hydrophilic region always exist in a cross-sectional view orthogonal to the flow direction.

この構造であると、液体の流れをより確実に制御することができる。ここで、流れ方向に直交する断面視において常に疎水領域と親水領域とが存在する構造とは、流路内が疎水領域と親水領域とで構成されており、電圧が印加された状態においてもこの条件が満たされている構造を意味する。ただし、電圧が印加されると、見掛け上、親水領域が増えることになる。   With this structure, the liquid flow can be controlled more reliably. Here, the structure in which the hydrophobic region and the hydrophilic region always exist in a cross-sectional view orthogonal to the flow direction is that the flow path is composed of the hydrophobic region and the hydrophilic region, and this structure is applied even when a voltage is applied. It means a structure that satisfies the conditions. However, when a voltage is applied, the hydrophilic region is apparently increased.

上記第1の発明構成において、前記エレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体は、少なくとも前記流路用の溝が形成された主基板と、前記参照電極と前記作用電極が形成された蓋基板と、を有し、前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされてなるものである構成とすることができる。   In the first aspect of the invention, the flow channel structure with an electrowetting valve includes at least a main substrate on which the flow channel groove is formed, a lid substrate on which the reference electrode and the working electrode are formed, And the main substrate and the lid substrate are superposed on each other.

上記構成において、前記主基板は、疎水性材料からなり、前記蓋基板は、親水性材料からなる構成とすることができる。   In the above configuration, the main substrate can be made of a hydrophobic material, and the lid substrate can be made of a hydrophilic material.

上記構成において、前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、前記蓋基板はガラスからなる構成とすることができる。   In the above configuration, the main substrate may be made of polydimethylsiloxane, and the lid substrate may be made of glass.

これらの構成であると、第1の発明構造を容易に実現することができる。   With these configurations, the first invention structure can be easily realized.

上記第1の発明構成において、前記作用電極の構成材料が疎水性であり、前記作用電極の上流端近傍表面に親水化処理が施されている、又は前記作用電極の構成材料が親水性であり、前記上流側端近傍表面を除く電極表面に疎水化処理されているとすることができる。   In the configuration of the first invention, the constituent material of the working electrode is hydrophobic, and the surface near the upstream end of the working electrode is subjected to a hydrophilic treatment, or the constituent material of the working electrode is hydrophilic. It can be said that the electrode surface excluding the surface near the upstream end is hydrophobized.

これらの構成によっても、上記第1の発明を容易に実現することができる。   Also with these configurations, the first invention can be easily realized.

なお、作用電極の構成材料が疎水性又は親水性とは、基本的には電極として機能させる導電性材料自体が疎水性又は親水性であることを意味するが、加工上の制約により導電性材料に被膜等が均質に形成される場合には、この被膜等の性質を意味する。   The constituent material of the working electrode is hydrophobic or hydrophilic basically means that the conductive material itself that functions as an electrode is hydrophobic or hydrophilic. When a film or the like is formed homogeneously, it means the properties of this film or the like.

親水化処理の方法としては、親水処理剤処理、プラズマ処理、UV処理、表面粗さの制御からなる群より選択される少なくとも一種を採用することが簡便である。   As a hydrophilic treatment method, it is convenient to employ at least one selected from the group consisting of hydrophilic treatment, plasma treatment, UV treatment, and surface roughness control.

疎水化処理の方法としては、疎水処理剤処理、疎水性膜の形成、表面粗さの制御からなる群より選択される少なくとも一種を採用することが簡便である。特に、導電性材料として金(接触角:60°〜85°)を用い、上流端を除く金の表面を疎水性膜で覆う手段が簡便な方法として例示できる。   As a method for the hydrophobic treatment, it is convenient to employ at least one selected from the group consisting of treatment with a hydrophobic treatment agent, formation of a hydrophobic film, and control of surface roughness. In particular, a simple method may be exemplified by using gold (contact angle: 60 ° to 85 °) as the conductive material and covering the gold surface except the upstream end with a hydrophobic film.

上記課題を解決するための第2の発明は、流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極表面が疎水性であり、前記作用電極の上流端を含む流路の断面において液体に発生する表面張力による圧力が正であり、且つ作用電極が形成された領域の流路には、液体に発生する表面張力による圧力が0又は負である部分が存在することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention for solving the above problem, in the flow path structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve for controlling the flow of the liquid in the flow path is arranged, the electrowetting valve In a state in which a working electrode formed in a specific area in the path and a reference electrode formed on the upstream side of the specific area where the working electrode is formed and no voltage is applied to both electrodes The surface of the working electrode is hydrophobic, the pressure due to the surface tension generated in the liquid in the cross section of the channel including the upstream end of the working electrode is positive, and the channel in the region where the working electrode is formed In addition, there is a portion where the pressure due to the surface tension generated in the liquid is zero or negative.

上記構成では、電圧印加がOFFのときに作用電極表面が疎水性であり、作用電極上流端の流路において液体に発生する表面張力による圧力が正であるため、毛細管現象により疎水性である作用電極の少なくとも上流端が液体と確実に接触するようになる。また、作用電極が形成された領域の流路には、液体に発生する表面張力による圧力が0又は負である部分が存在するため、この領域では確実に液体が停止する。電圧印加がONのときは、上記第1の発明と同様の原理により液体が流れる。   In the above configuration, the surface of the working electrode is hydrophobic when the voltage application is OFF, and the pressure due to the surface tension generated in the liquid in the flow path at the upstream end of the working electrode is positive. At least the upstream end of the electrode comes into reliable contact with the liquid. Further, since there is a portion where the pressure due to the surface tension generated in the liquid is zero or negative in the flow path in the region where the working electrode is formed, the liquid surely stops in this region. When the voltage application is ON, the liquid flows according to the same principle as in the first invention.

上記第2の発明構成において、前記エレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体は、少なくとも前記流路用の溝が形成された主基板と、前記参照電極と前記作用電極が形成された蓋基板と、を有し、前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされてなるものである構成とすることができる。   In the second invention configuration, the flow channel structure with an electrowetting valve includes at least a main substrate on which the flow channel groove is formed, a lid substrate on which the reference electrode and the working electrode are formed, And the main substrate and the lid substrate are superposed on each other.

上記構成において、前記主基板は、疎水性材料からなり、前記蓋基板は、親水性材料からなる構成とすることができる。   In the above configuration, the main substrate can be made of a hydrophobic material, and the lid substrate can be made of a hydrophilic material.

上記構成において、前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、前記蓋基板はガラスからなる構成とすることができる。   In the above configuration, the main substrate may be made of polydimethylsiloxane, and the lid substrate may be made of glass.

これらの構成であると、第2の発明構造を容易に実現することができる。   With these configurations, the second invention structure can be easily realized.

上記構成において、前記作用電極上流端における溝幅が、前記表面張力による圧力が0又は負である部分における溝幅よりも大きい構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The groove width in the said working electrode upstream end can be set as a structure larger than the groove width in the part in which the pressure by the said surface tension is 0 or negative.

上記構成において、前記作用電極上流端における溝高さが、前記表面張力による圧力が0又は負である部分における溝高さよりも小さい構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: The groove height in the said working electrode upstream end can be set as the structure smaller than the groove height in the part in which the pressure by the said surface tension is 0 or negative.

疎水性基板に流路用の溝を設け、電極が形成された親水性基板で蓋をする構成では、図6、図7に示すように、作用電極上流端における溝幅を大きくすると、その分親水性基板に起因する親水領域が大きくなり、作用電極上流端における流路の親水領域比率が高まる。また、図9、図10に示すように、作用電極上流端における溝高さを小さくすると、変動の無い親水性基板に起因する親水領域の比率が高まる。このため、上記構成を採用すると、作用電極上流端の流路において液体に発生する表面張力による圧力を正とし、且つ作用電極が形成された領域の流路には、液体に発生する表面張力による圧力が0又は負である部分が存在するようにする設計が容易となる。   In the configuration in which a channel groove is provided in a hydrophobic substrate and a lid is covered with a hydrophilic substrate on which an electrode is formed, as shown in FIGS. 6 and 7, when the groove width at the upstream end of the working electrode is increased, the corresponding amount is increased. The hydrophilic area resulting from the hydrophilic substrate is increased, and the ratio of the hydrophilic area of the flow path at the upstream end of the working electrode is increased. Further, as shown in FIGS. 9 and 10, when the groove height at the upstream end of the working electrode is reduced, the ratio of the hydrophilic region due to the hydrophilic substrate without fluctuation is increased. Therefore, when the above configuration is adopted, the pressure due to the surface tension generated in the liquid in the flow path at the upstream end of the working electrode is positive, and the flow path in the region where the working electrode is formed has a surface tension generated in the liquid. It is easy to design so that there is a portion where the pressure is zero or negative.

上記課題を解決するための第3の発明は、流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極の少なくとも上流側端部近傍が親水性であり、前記作用電極の上流端以外の領域に、流路の液体接触面を増加させる構疎水性造物が設けられていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention for solving the above problems, in the flow channel structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve for controlling the flow of the liquid in the flow channel is disposed, the electrowetting valve In a state in which a working electrode formed in a specific area in the path and a reference electrode formed on the upstream side of the specific area where the working electrode is formed and no voltage is applied to both electrodes The working electrode is hydrophilic at least in the vicinity of the upstream end portion, and a hydrophobic structure that increases the liquid contact surface of the flow path is provided in a region other than the upstream end of the working electrode. To do.

上記構成では、前記作用電極の少なくとも上流側端部近傍が親水性であり、且つ流路の液体接触面を増加させる疎水性構造物が設けられている領域においては、疎水性構造物により流路断面における疎水材料比率が高まる。これを利用して、電圧印加がOFFのとき、当該疎水性構造物形成領域で液体を停止させることができる。電圧印加がONのときは、上記第1の発明と同様の原理により液体が流れる。   In the above configuration, in the region where at least the vicinity of the upstream end of the working electrode is hydrophilic and the hydrophobic structure that increases the liquid contact surface of the flow path is provided, the flow path is formed by the hydrophobic structure. The hydrophobic material ratio in the cross section increases. By utilizing this, when the voltage application is OFF, the liquid can be stopped in the hydrophobic structure forming region. When the voltage application is ON, the liquid flows according to the same principle as in the first invention.

このような、液体接触面を増加させる疎水性構造物としては、ピラー、穴、溝の少なくとも一種が好適である。   As such a hydrophobic structure that increases the liquid contact surface, at least one of a pillar, a hole, and a groove is suitable.

第3の発明においても、上記第1、第2の発明と同様の基板構成を採用できる。   Also in the third invention, the same substrate configuration as in the first and second inventions can be adopted.

第4の発明は、上記したエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体の何れかを必須要素として備えたマイクロ分析チップである。   A fourth invention is a microanalysis chip provided with any of the above-described channel structures with an electrowetting valve as an essential element.

第5の発明は、上記マイクロ分析チップを必須要素として備えた分析装置である。   A fifth invention is an analyzer equipped with the micro-analysis chip as an essential element.

上記で説明したように、本発明によると、液の流れを確実に開閉できるエレクロロウエッティングバルブ付き流路構造体を実現することができる。本発明流路構造体は、簡素な構造であるのにもかかわらず、高い信頼性を持った送液制御が行うことができる。よって、それを用いたマイクロ分析チップ、分析装置の使い勝手性の向上とコンパクト化に顕著な効果を発揮する。   As described above, according to the present invention, a flow channel structure with an electrochlorowetting valve that can reliably open and close the flow of a liquid can be realized. Although the flow channel structure of the present invention has a simple structure, it is possible to perform liquid feeding control with high reliability. Therefore, the micro-analysis chip and the analysis apparatus using the same are remarkably effective in improving usability and downsizing.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態は、上記第1の発明に関するものである。
本実施の形態にかかる送液構造体を図1〜3に示す。図1(a)は送液構造体の全容を示す図であり、図1(b)は主基板、図1(c)は蓋基板を示す概念図である。図2は、図1の破線140での断面図である。図3は、作用電極近傍の流路を示す平面図である。
(Embodiment 1)
The present embodiment relates to the first invention.
The liquid feeding structure concerning this Embodiment is shown in FIGS. FIG. 1A is a diagram illustrating the entire structure of the liquid feeding structure, FIG. 1B is a conceptual diagram illustrating a main substrate, and FIG. 1C is a conceptual diagram illustrating a lid substrate. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along broken line 140 in FIG. FIG. 3 is a plan view showing a flow path in the vicinity of the working electrode.

図1(a)に示すように、本実施の形態にかかる送液構造体は、主基板111(ポリジメチルシロキサン(PDMS):接触角100°〜120°)と、蓋基板110(ガラス:接触角5°〜30°)とを、重ね合わされた構造である。   As shown to Fig.1 (a), the liquid feeding structure concerning this Embodiment is the main board | substrate 111 (polydimethylsiloxane (PDMS): contact angle 100 degrees-120 degrees), and the lid | cover board | substrate 110 (glass: contact). The angle is 5 ° to 30 °).

主基板111には、液体をチップ内に注入するする注入孔112と、液体をチップ外に排出する排出孔113と、注入孔112と排出孔113とを繋ぐ流路114用の溝と、が形成されている(図1(c)参照)。   The main substrate 111 has an injection hole 112 for injecting liquid into the chip, a discharge hole 113 for discharging the liquid to the outside of the chip, and a groove for the flow path 114 connecting the injection hole 112 and the discharge hole 113. It is formed (see FIG. 1C).

蓋基板110には、エレクトロウエッティングバルブ用の参照電極131と、作用電極132と、各電極を延長する引き出し電極133と、外部接続端子用電極136と、が形成されている。ここで、参照電極131は全部が流路114と交わり(流路幅>参照電極幅)、作用電極132は流路114と一部が交わる(流路幅<作用電極幅)ように配置されている(図1(b)参照)。   On the lid substrate 110, an electrowetting valve reference electrode 131, a working electrode 132, a lead electrode 133 extending each electrode, and an external connection terminal electrode 136 are formed. Here, the entire reference electrode 131 intersects with the channel 114 (channel width> reference electrode width), and the working electrode 132 partially intersects with the channel 114 (channel width <working electrode width). (See FIG. 1B).

図1、2からわかるように、流路114は、流路幅(溝幅)、流路高さ(溝高さ)ともに一定である。   As can be seen from FIGS. 1 and 2, the flow path 114 has a constant flow path width (groove width) and flow path height (groove height).

また、図3に示すように、作用電極表面は、上流端近傍の親水性領域134と、残余の疎水性領域135を有している。   As shown in FIG. 3, the working electrode surface has a hydrophilic region 134 near the upstream end and a remaining hydrophobic region 135.

主基板111の厚みは0.1mm〜10mm程度あり、貫通孔112および貫通孔113の直径は10μm以上の貫通孔でよい。流路幅、流路高さは、本実施の形態ではともに50μmとしている。   The thickness of the main substrate 111 is about 0.1 mm to 10 mm, and the diameters of the through hole 112 and the through hole 113 may be 10 μm or more. The channel width and the channel height are both 50 μm in this embodiment.

また、主基板111として疎水性のPDMS基板を用い、蓋基板110として親水性のガラス基板を用いているが、これに限定されるものではなく、送液構造体の利用用途に応じて適切な素材を選択するのがよい。例えば送液構造体に光学的検出を行う検出部を組み込む場合には、主基板111および蓋基板110の何れか一方または双方の材料として、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。   In addition, a hydrophobic PDMS substrate is used as the main substrate 111, and a hydrophilic glass substrate is used as the lid substrate 110. However, the present invention is not limited to this, and is appropriate depending on the use application of the liquid feeding structure. It is better to select the material. For example, when a detection unit that performs optical detection is incorporated in the liquid feeding structure, a transparent or translucent material that emits little light by excitation light is used as one or both of the main substrate 111 and the lid substrate 110. It is desirable.

このような透明または半透明な材料としては、ガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、フィルム等が挙げられる。なかでも、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂は、透明性、成型性の観点から好ましい。励起光による発光が少ないプラスチック材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレート等が挙げられる。   Examples of such a transparent or translucent material include glass, quartz, thermosetting resin, thermoplastic resin, and film. Of these, silicon resins, acrylic resins, and styrene resins are preferable from the viewpoints of transparency and moldability. Examples of plastic materials that emit less light by excitation light include fluorescence of fluorine-based plastic materials such as fluorinated polymethyl methacrylate in which hydrogen atoms of polymethyl methacrylate are replaced with fluorine atoms, and additives such as catalysts and stabilizers. Examples thereof include polymethyl methacrylate using a member that does not emit.

他方、送液構造体流路内で電気的な制御や電気的な測定を行うためには、蓋基板110及び/または主基板111表面に電極を形成する必要がある。このため、主基板111または蓋基板110の一方または両方が電極形成可能な材料であることが好ましい。電極形成可能な材料としては、生産性、再現性の観点からガラス、石英、シリコン等が好ましい。   On the other hand, it is necessary to form electrodes on the surface of the lid substrate 110 and / or the main substrate 111 in order to perform electrical control and electrical measurement within the liquid delivery structure flow path. For this reason, it is preferable that one or both of the main substrate 111 and the lid substrate 110 be a material capable of forming an electrode. As a material capable of forming an electrode, glass, quartz, silicon and the like are preferable from the viewpoint of productivity and reproducibility.

なお、凹凸のある部分に電極を形成することは難しいので、溝による凹凸のある主基板111ではなく、平坦な蓋基板110に電極を形成することが好ましい。   Note that since it is difficult to form electrodes on the uneven portion, it is preferable to form electrodes on the flat lid substrate 110 instead of the main substrate 111 having uneven portions due to the grooves.

(流路に働く圧力)
流路内壁面に親水性(ガラス基板に起因する内壁面)と疎水性(PDMS基板に起因する内壁面)の両方が存在する本実施の形態において、流路に働く圧力Pは次のように求めることができる。図22に示す流路断面図において、流路高さ161をh、流路幅162をwとし、主基板111の接触角をθ1、蓋基板110の接触角をθ2、気液界面の界面張力をσとしたとき、流路の上面で働く界面張力をF1、下面で働く界面張力をF2、左右面で働く界面張力をF3とするとき、これらはそれぞれ図23に示す式2、式3、式4で求められる。流路に働く圧力Pは、F1、F2、F3の和を断面積whで割ったものであるので、この場合の流路に働く圧力Pは図23の式5で求められる。圧力Pが正の値になる場合は、毛細管現象が生じて液体が進み、圧力Pが0又は負の値になる場合は毛細管現象が生ぜず、液体が停止する。
(Pressure acting on the flow path)
In this embodiment in which both the hydrophilicity (inner wall surface due to the glass substrate) and the hydrophobicity (inner wall surface due to the PDMS substrate) exist on the inner wall surface of the flow path, the pressure P acting on the flow path is as follows: Can be sought. In the channel cross-sectional view shown in FIG. 22, the channel height 161 is h, the channel width 162 is w, the contact angle of the main substrate 111 is θ1, the contact angle of the lid substrate 110 is θ2, and the interfacial tension at the gas-liquid interface. Where σ is the interfacial tension acting on the upper surface of the flow path is F1, the interfacial tension acting on the lower surface is F2, and the interfacial tension acting on the left and right surfaces is F3, these are shown in FIG. It is obtained by Equation 4. Since the pressure P acting on the flow path is obtained by dividing the sum of F1, F2, and F3 by the cross-sectional area wh, the pressure P acting on the flow path in this case is obtained by Expression 5 in FIG. When the pressure P becomes a positive value, a capillary phenomenon occurs and the liquid advances. When the pressure P becomes 0 or a negative value, the capillary phenomenon does not occur and the liquid stops.

上記では流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形である場合について説明しているが、流路断面形状はこれに限定されるものではない。円形状、楕円形状、半円状、逆三角形状等であってもよい。流路断面形状が矩形以外の場合であっても、断面の特定の領域ごとの界面張力を求め、構成比率に応じて界面張力を積算して流路全体に働く圧力Pを求めればよい(図23の式2〜5参照)。   Although the case where the shape of the channel cross section orthogonal to the flow direction is rectangular has been described above, the channel cross sectional shape is not limited to this. A circular shape, an elliptical shape, a semicircular shape, an inverted triangular shape, or the like may be used. Even if the cross-sectional shape of the flow path is other than rectangular, the interfacial tension for each specific region of the cross-section is obtained, and the pressure P acting on the entire flow path is obtained by accumulating the interfacial tension according to the composition ratio (see FIG. 23 formulas 2-5).

(エレクトロウエッティングバルブの動作原理)
図4に本実施の形態にかかる送液構造体の流路における液体の流れを示す。図4(a)は電圧印加OFFの状態、図4(b)は電圧印加ONの状態を示している。
(Operating principle of electrowetting valve)
FIG. 4 shows the flow of liquid in the flow path of the liquid feeding structure according to the present embodiment. 4A shows a state where the voltage application is OFF, and FIG. 4B shows a state where the voltage application is ON.

図3、図4に示すように、作用電極132は、流路内壁面の1面を構成する親水性の蓋基板110の流路部分を覆うように形成されており、作用電極132の上流端近傍以外の領域135の表面は、疎水性膜(テトラフルオロエチレン膜)で被覆されている。よって、作用電極132の疎水性膜が形成された領域135において、流路全内壁面(4面)が疎水性となり、且つ作用電極132が設けられた流路114の溝幅および溝深さはそれぞれ50μmと狭い。よって、電圧印加がOFFの状態においては、液体はエレクトロウエッティングバルブ用作用電極132の領域135を通過することができない。   As shown in FIGS. 3 and 4, the working electrode 132 is formed so as to cover the flow path portion of the hydrophilic lid substrate 110 constituting one surface of the inner wall surface of the flow path, and the upstream end of the working electrode 132. The surface of the region 135 other than the vicinity is covered with a hydrophobic film (tetrafluoroethylene film). Therefore, in the region 135 where the hydrophobic film of the working electrode 132 is formed, the entire inner wall surface (four surfaces) of the flow channel becomes hydrophobic, and the groove width and the groove depth of the flow channel 114 provided with the working electrode 132 are Each is as narrow as 50 μm. Therefore, when the voltage application is OFF, the liquid cannot pass through the region 135 of the electrowetting valve working electrode 132.

他方、作用電極132と参照電極131との間に電圧が印加(0.8V〜1.5V程度)されると、作用電極132上を液体が通過することができるようになる(図4(b)参照)。   On the other hand, when a voltage is applied between the working electrode 132 and the reference electrode 131 (about 0.8 V to 1.5 V), the liquid can pass through the working electrode 132 (FIG. 4B). )reference).

このことを、図4を参照しつつ説明する。注入孔112から注液された液体はエレクトロウエッティングバルブ用参照電極131上に接しながら流路114を流れ、流路114の特定域(液を停止させたい領域)に設けられたエレクトロウエッティングバルブ用作用電極132部分に達する。エレクトロウエッティングバルブ用作用電極132は金(接触角:60°〜85°)で構成されており、且つ作用電極上流端近傍以外の領域135は疎水性膜又は親水性の低い近疎水性膜(接触角:60〜90°)で被覆されている。このため、電圧を印加していない場合は、液体との接触角が60°以上になる。その結果、表面張力により発生する圧力Pが0又はマイナスとなり、液体の流れが停止させられる(図4(a)参照)。すなわち、電圧印加がOFFのとき、バルブは閉じた状態となる。   This will be described with reference to FIG. The liquid injected from the injection hole 112 flows through the flow path 114 while in contact with the electrowetting valve reference electrode 131, and an electrowetting valve provided in a specific area of the flow path 114 (area where the liquid is to be stopped). It reaches the working electrode 132 portion. The electrowetting valve working electrode 132 is made of gold (contact angle: 60 ° to 85 °), and the region 135 other than the vicinity of the upstream end of the working electrode is a hydrophobic membrane or a near-hydrophobic membrane having low hydrophilicity ( The contact angle is 60 to 90 °. Therefore, when no voltage is applied, the contact angle with the liquid is 60 ° or more. As a result, the pressure P generated by the surface tension becomes 0 or minus, and the liquid flow is stopped (see FIG. 4A). That is, when voltage application is OFF, the valve is closed.

他方、引き出し電極133に電圧が印加されると、参照電極131上を通過した液体は負に帯電して、作用電極132と液体の間で仮想的なキャパシタが形成され、液体が作用電極132に引き寄せられる。この結果、液体の作用電極に対する接触角が小さくなる。例えば接触角が40°程度となる。つまり、見掛け上、作用電極表面全体にわたって親水性が強くなり、親水性の影響が大きくなるので、表面張力により発生する圧力(毛細管力)が正となる。これにより、液体が当該領域135を通過することができることになる(図4(b)参照)。すなわち、電圧印加がONのとき、バルブは開放された状態となる。   On the other hand, when a voltage is applied to the extraction electrode 133, the liquid that has passed over the reference electrode 131 is negatively charged, a virtual capacitor is formed between the working electrode 132 and the liquid, and the liquid is applied to the working electrode 132. Gravitate. As a result, the contact angle of the liquid with respect to the working electrode is reduced. For example, the contact angle is about 40 °. That is, apparently, the hydrophilicity is enhanced over the entire surface of the working electrode, and the influence of the hydrophilicity is increased, so that the pressure (capillary force) generated by the surface tension becomes positive. As a result, the liquid can pass through the region 135 (see FIG. 4B). That is, when voltage application is ON, the valve is opened.

このように、エレクトロウエッティングバルブを確実に動作させるためには、電圧印加がOFFのとき、作用電極の少なくとも一部が液体と接触している状態で液体が停止するように設計する必要がある。   Thus, in order to operate the electrowetting valve with certainty, it is necessary to design the liquid to stop when at least part of the working electrode is in contact with the liquid when the voltage application is OFF. .

本実施の形態では、このような条件を満たすため、図3に示すように、作用電極の表面に、上流端近傍の親水性領域134と、残余の疎水性領域135を設けている。すなわち、親水性領域134の接触角をD1、疎水性領域135の接触角をD2としたとき、D1<90°≦D2の関係がある。   In the present embodiment, in order to satisfy such a condition, as shown in FIG. 3, a hydrophilic region 134 near the upstream end and a remaining hydrophobic region 135 are provided on the surface of the working electrode. That is, when the contact angle of the hydrophilic region 134 is D1 and the contact angle of the hydrophobic region 135 is D2, there is a relationship of D1 <90 ° ≦ D2.

上記原理からして、エレクトロウエッティングバルブで液体の流れを的確にON,OFFさせるためには、電圧印加がOFFのときに、親水性部分と疎水性部分の影響が全体として打ち消しあうように調整しておく必要があるので、流路内壁面の少なくとも一部を疎水性、残余を親水性にする必要がある。蓋基板に親水性基板(ガラス基板)を用い、流路用の溝を形成する主基板に疎水性基板(PDMS基板)を用いる場合においては、流路幅を狭くすることにより疎水性の影響を大きくできるので(毛細管力が小さくなる方向に働く)、これと作用電極132表面の接触角の変化をバランスさせることにより、液体の流れを的確に制御できるようにする。そして、電圧印加がOFFの状態において、送液構造体において親水性領域134には毛細管力が働き、疎水性領域135には毛細管力が働かないように、図22の流路断面構造において、図23の式5の変数となる流路高さh(161)、流路幅w(162)を設定する。このためには、好ましくは流路114の流路幅、流路高さを、それぞれ10μm以上300μm以下とし、例えば流路幅、流路高さを、それぞれ100μm以下とする。   Based on the above principle, in order to accurately turn the liquid flow on and off with the electrowetting valve, adjustment is made so that the influence of the hydrophilic part and the hydrophobic part cancel each other when the voltage application is turned off. Therefore, it is necessary to make at least a part of the inner wall surface of the flow path hydrophobic and the rest hydrophilic. When a hydrophilic substrate (glass substrate) is used as the lid substrate and a hydrophobic substrate (PDMS substrate) is used as the main substrate for forming the channel for the channel, the influence of hydrophobicity is reduced by narrowing the channel width. Since it can be increased (works in the direction in which the capillary force decreases), the flow of the liquid can be accurately controlled by balancing the change in the contact angle of the surface of the working electrode 132 with this. In the state where the voltage application is OFF, the capillary structure acts on the hydrophilic region 134 and the capillary region does not act on the hydrophobic region 135 in the liquid feeding structure. The flow path height h (161) and the flow path width w (162), which are the variables of Equation 5 of 23, are set. For this purpose, the channel width and the channel height of the channel 114 are preferably 10 μm or more and 300 μm or less, respectively, for example, the channel width and the channel height are each 100 μm or less.

さらに、作用電極132表面の疎水性膜または親水性の低い近疎水性膜の接触角を適正なものとし、電圧を印加し作用電極132表面の接触角が減少したときに、疎水性壁面の効果より親水性壁面の効果が大きくなるように設計する。疎水性または低い親水性の程度としては、例えば接触角60°〜145°、好ましくは90°〜120°である。   Further, when the contact angle of the hydrophobic film on the surface of the working electrode 132 or the near-hydrophobic film having low hydrophilicity is made appropriate and the contact angle of the surface of the working electrode 132 is decreased by applying a voltage, the effect of the hydrophobic wall surface It is designed to increase the effect of the hydrophilic wall surface. The degree of hydrophobicity or low hydrophilicity is, for example, a contact angle of 60 ° to 145 °, preferably 90 ° to 120 °.

ここで、作用電極132表面に親水性領域134と疎水性領域135とを設ける方法としては、(1)作用電極の構成材料として疎水性材料を用い、且つ領域134を親水性となるように処理する、(2)作用電極の構成材料として親水性材料を用い、且つ領域135を疎水性となるように処理する、という手法を用いることができる。本実施の形態では、作用電極自体に親水性の金(接触角:60°〜85°)を用い、領域135を疎水性となるようにテトラフルオロエチレン(接触角:100°〜120°)膜を形成している(上記(2)を採用)。   Here, as a method of providing the hydrophilic region 134 and the hydrophobic region 135 on the surface of the working electrode 132, (1) a hydrophobic material is used as a constituent material of the working electrode and the region 134 is treated to be hydrophilic. (2) A method of using a hydrophilic material as a constituent material of the working electrode and treating the region 135 to be hydrophobic can be used. In this embodiment, hydrophilic gold (contact angle: 60 ° to 85 °) is used for the working electrode itself, and a tetrafluoroethylene (contact angle: 100 ° to 120 °) film is formed so that the region 135 becomes hydrophobic. (Adopting (2) above).

例えば、上記(1)の方法として、作用電極の構成材料として疎水性の導電性高分子を用いることが好ましい。また、親水化処理として、酸素プラズマ処理やUV処理などを用いることができる。また、界面活性剤や親水性の官能基を持つ試薬を表面に塗布することによっても親水性を高めることができる。また、表面の粗さを制御することによって、親水性を高めることもできる。   For example, as the method (1), it is preferable to use a hydrophobic conductive polymer as a constituent material of the working electrode. Further, oxygen plasma treatment, UV treatment, or the like can be used as the hydrophilic treatment. The hydrophilicity can also be enhanced by applying a surfactant or a reagent having a hydrophilic functional group to the surface. Moreover, hydrophilicity can also be improved by controlling the roughness of the surface.

上記(2)の方法としては、作用電極の構成材料として導電性の金を用いることが好ましい。そして、作用電極の上流端近傍以外の表面に疎水性膜を形成することにより、疎水化処理することができる。具体的には、疎水性の材料を塗布するか、疎水性の官能基を有する膜を表面に形成する。また、表面の粗さを制御することによって疎水性を高めることもできる。   As the method (2), it is preferable to use conductive gold as a constituent material of the working electrode. And it can hydrophobize by forming a hydrophobic film | membrane in surfaces other than the upstream end vicinity of a working electrode. Specifically, a hydrophobic material is applied or a film having a hydrophobic functional group is formed on the surface. Moreover, hydrophobicity can also be improved by controlling the surface roughness.

疎水性膜としては、テトラフルオロエチレン膜や空気中に放置することにより形成される自然酸化膜(接触角:60〜85°の近い疎水性膜)を用いると、膜の厚みを容易に制御できるので好ましい。また、自然酸化膜の場合、上流端近傍領域のみこれを形成しないようにすることは難しいので、全面に膜を形成した後、上流端近傍領域を親水化処理することが好ましい。   As the hydrophobic film, a tetrafluoroethylene film or a natural oxide film (hydrophobic film with a contact angle of 60 to 85 °) formed by being left in the air can be used to easily control the thickness of the film. Therefore, it is preferable. In the case of a natural oxide film, it is difficult not to form only the region near the upstream end. Therefore, it is preferable to hydrophilize the region near the upstream end after the film is formed on the entire surface.

なお、上記では、上流端近傍の親水性領域134と、残余の疎水性領域135と、の2つの領域からなる構成を例示しているが、疎水性領域135の下流側に親水性の領域が形成されていてもよい。   In the above, a configuration including two regions, the hydrophilic region 134 in the vicinity of the upstream end and the remaining hydrophobic region 135 is illustrated, but the hydrophilic region is located downstream of the hydrophobic region 135. It may be formed.

図1に示される送液構造体の流路114の幅と高さは特に限定はしないが、液体の濡れと毛細管力よって液体が浸透していくことが可能な寸法に設定することが好ましい。流路高さは、好ましくは、1μm〜5mm程度に設定し、流路幅は、好ましくは1μm〜5mm程度に設定する。   The width and height of the flow path 114 of the liquid feeding structure shown in FIG. 1 are not particularly limited, but are preferably set to dimensions that allow the liquid to permeate due to liquid wetting and capillary force. The channel height is preferably set to about 1 μm to 5 mm, and the channel width is preferably set to about 1 μm to 5 mm.

この送液構造体は、例えば作用電極の上流側領域を液を混合する領域として用い、作用電極よりも下流側の領域に抗体等を固定化し、この領域で抗原を含む液を流して抗原抗体反応させ、さらに蛍光色素を付けた標識抗体を含む液を流して抗原抗体反応させ、当該領域に励起光を照射してその蛍光の量により抗原の量を測定するというマイクロ分析チップとして利用できる。   This liquid delivery structure uses, for example, an upstream region of the working electrode as a region for mixing the liquid, and an antibody or the like is immobilized in a region downstream of the working electrode, and a liquid containing an antigen is allowed to flow in this region. It can be used as a microanalysis chip in which a liquid containing a labeled antibody to which a fluorescent dye is attached is allowed to react and an antigen-antibody reaction is performed, and the region is irradiated with excitation light and the amount of antigen is measured by the amount of fluorescence.

各流路の内壁面の「親水性」や「疎水性」は、基板材料が親水性の基板又は疎水性の基板を用いることにより容易に実現できるが、本発明でいう親水性や疎水性は基板材料自身の持つ性質に由来するものに限定されない。例えば、疎水性である流路の一部に親水性処理を施すことにより、「流路の内壁面の一部が疎水性」を実現することができる。また、親水性材料からなる基板表面の一部に疎水膜の形成等の疎水処理を施すことにより「流路の内壁面の一部が疎水性」としてもよい。親水化処理としては、例えば酸素プラズマ処理やUV処理などを用いることができる。また、界面活性剤や親水性の官能基を持つ試薬を表面に塗布することによっても親水性を高めてもよい。他方、疎水化処理としては、フッ酸処理や、テトラフルオロエチレン被膜を形成する等の方法がある。   “Hydrophilicity” and “hydrophobicity” of the inner wall surface of each flow path can be easily realized by using a hydrophilic substrate or a hydrophobic substrate as a substrate material. It is not limited to those derived from the properties of the substrate material itself. For example, “part of the inner wall surface of the flow path is hydrophobic” can be realized by applying a hydrophilic treatment to a part of the flow path that is hydrophobic. Further, “a part of the inner wall surface of the flow path may be made hydrophobic” by subjecting a part of the substrate surface made of a hydrophilic material to a hydrophobic treatment such as formation of a hydrophobic film. As the hydrophilization treatment, for example, oxygen plasma treatment or UV treatment can be used. Alternatively, hydrophilicity may be enhanced by applying a surfactant or a reagent having a hydrophilic functional group to the surface. On the other hand, as the hydrophobizing treatment, there are a hydrofluoric acid treatment and a method of forming a tetrafluoroethylene film.

(実施の形態2)
実施の形態2は、上記第2の発明に関するものである。
本実施の形態にかかる送液構造体を、図5に示す。図5(a)は送液構造体の全容を示す図であり、図5(b)は主基板、図5(c)は蓋基板を示す概念図である。
(Embodiment 2)
Embodiment 2 relates to the second invention.
The liquid feeding structure according to the present embodiment is shown in FIG. FIG. 5A is a diagram showing the entire structure of the liquid feeding structure, FIG. 5B is a conceptual diagram showing a main substrate, and FIG. 5C is a conceptual diagram showing a lid substrate.

本実施の形態にかかる送液構造体は、図5(a)に示すように、主基板111(ポリジメチルシロキサン(PDMS):疎水性)と、蓋基板110(ガラス:親水性)とを、重ね合わせてなる構造である。   As shown in FIG. 5A, the liquid feeding structure according to the present embodiment includes a main substrate 111 (polydimethylsiloxane (PDMS): hydrophobic) and a lid substrate 110 (glass: hydrophilic). It is a superposed structure.

実施の形態2は、作用電極132表面に上流端近傍の親水性領域と残余の疎水性領域とを設けずにすべて疎水性とし、その代わりに作用電極132が形成されている領域の流路の幅を上流端と下流側とで変化するようにした(上流端が下流側よりも広い)こと以外は、上記実施の形態1と同様である。よって、基板構成、流路、注入孔等は、上記実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。   In the second embodiment, the surface of the working electrode 132 is made hydrophobic without providing the hydrophilic region near the upstream end and the remaining hydrophobic region, and instead of the channel in the region where the working electrode 132 is formed. Except that the width is changed between the upstream end and the downstream side (the upstream end is wider than the downstream side), it is the same as in the first embodiment. Therefore, the substrate configuration, the flow path, the injection hole, and the like are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

なお、作用電極表面は、疎水性膜で全面が覆われており、作用電極の配置に関しては、上流端では流路幅>作用電極幅であり、下流側では流路幅<作用電極幅としている。   The surface of the working electrode is entirely covered with a hydrophobic film. Regarding the arrangement of the working electrode, the upstream end has a flow path width> the working electrode width, and the downstream side has a flow path width <the working electrode width. .

(エレクトロウエッティングバルブの動作原理)
図6は、本実施の形態にかかる送液構造体の作用電極近傍を示す拡大図である。
(Operating principle of electrowetting valve)
FIG. 6 is an enlarged view showing the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the present embodiment.

作用電極132の上流端において流路幅をw1(142)、下流部分において流路幅をw2(143)、作用電極幅をw3(144)、流路高さをhとする。   The flow path width is w1 (142) at the upstream end of the working electrode 132, the flow path width is w2 (143), the working electrode width is w3 (144), and the flow path height is h at the downstream portion.

このとき、作用電極上流端近傍の流路においては、疎水性基板111の内壁面が圧力に与える影響は(w1+2h)であり、親水性基板110の内壁面が圧力に与える影響は(w1−w3)であり、作用電極132の表面が圧力に与える影響は(w3)である。他方、下流側の流路幅がw2である領域の流路においては、疎水性基板111の内壁面が圧力に与える影響は(w2+2h)であり、作用電極132の表面が圧力に与える影響は(w2)である。このため、作用電極132の上流端において流路に働く圧力P1は、上記3成分を足し合わせた後に、図23の式5を参考にして算出される。作用電極下流側の流路幅がw2である領域の流路に働く圧力P2は、上記2成分を足し合わせた後に、図23の式5を参考にして算出される。   At this time, in the flow path near the upstream end of the working electrode, the influence of the inner wall surface of the hydrophobic substrate 111 on the pressure is (w1 + 2h), and the influence of the inner wall surface of the hydrophilic substrate 110 on the pressure is (w1-w3). And the influence of the surface of the working electrode 132 on the pressure is (w3). On the other hand, in the channel in the region where the downstream channel width is w2, the influence of the inner wall surface of the hydrophobic substrate 111 on the pressure is (w2 + 2h), and the influence of the surface of the working electrode 132 on the pressure is ( w2). Therefore, the pressure P1 acting on the flow path at the upstream end of the working electrode 132 is calculated with reference to Equation 5 in FIG. The pressure P2 acting on the flow path in the region where the flow path width on the downstream side of the working electrode is w2 is calculated with reference to Equation 5 in FIG.

このとき、圧力P1は正となり、圧力P2は0又は負となるように設計すると、電圧印加がOFFのときに作用電極132の表面自体が疎水性であっても、流路に働く圧力P1によって作用電極上流端は確実に液体と接触するようになる。また、圧力P2が0又は負であるため、電圧印加がOFFのときには確実に液体が停止する(バルブが閉じた状態となる)。   At this time, if the pressure P1 is positive and the pressure P2 is designed to be 0 or negative, even if the surface of the working electrode 132 is hydrophobic when the voltage application is OFF, the pressure P1 acting on the flow path The working electrode upstream end reliably comes into contact with the liquid. Further, since the pressure P2 is 0 or negative, the liquid is surely stopped when the voltage application is OFF (the valve is closed).

電圧印加がONのときには、上記実施の形態1で説明したのと同様の原理により、液体が流路幅w2である領域の作用電極上を通過して流れる(バルブが開放された状態となる)。   When the voltage application is ON, the liquid flows through the working electrode in the region having the flow path width w2 according to the same principle as described in the first embodiment (the valve is opened). .

また、図5に示すような流路構造の場合、作用電極の下流端が図中下方向に位置する流路幅が広い部分にまで延在している構成を採用してもよい。この場合、この流路幅が広い部分の流路に働く圧力は、正であってもよい。   In the case of the flow channel structure as shown in FIG. 5, a configuration in which the downstream end of the working electrode extends to a portion where the flow channel width is located in the downward direction in the drawing may be adopted. In this case, the pressure acting on the flow path in the portion where the flow path width is wide may be positive.

(実施の形態2の変形例1)
例えば、図7に示すように、作用電極132近傍の流路幅を急激に変化させる(流路の輪郭線の角度が90°である)構造を採用してもよい。
(Modification 1 of Embodiment 2)
For example, as shown in FIG. 7, a structure in which the flow path width in the vicinity of the working electrode 132 is rapidly changed (the angle of the contour line of the flow path is 90 °) may be employed.

(実施の形態2の変形例2)
主基板が親水性であり、蓋基板が疎水性である構成としてもよい。この場合は、以下のように設計する。
(Modification 2 of Embodiment 2)
The main substrate may be hydrophilic and the lid substrate may be hydrophobic. In this case, the design is as follows.

この構成では、流路幅が小さいほど親水性の影響が大きくなるので、毛細管力が大きくなる。したがって、図8に示すように、液を停止させるためには、作用電極の上流端の流路幅w4(142)を、下流側の流路幅w5(143)よりも小さくする必要がある。なお、この形態においては、説明を簡略化するために、作用電極幅w6(144)を、下流側の流路幅w5よりも大きくしているが、w6≦w5としてもよい。   In this configuration, the smaller the channel width, the greater the influence of hydrophilicity, so the capillary force increases. Therefore, as shown in FIG. 8, in order to stop the liquid, it is necessary to make the flow path width w4 (142) at the upstream end of the working electrode smaller than the flow path width w5 (143) on the downstream side. In this embodiment, in order to simplify the description, the working electrode width w6 (144) is set larger than the downstream flow path width w5, but may be w6 ≦ w5.

この構成では、作用電極上流端近傍の流路においては、親水性基板の内壁面が圧力に与える影響は(w4+2h)であり、作用電極の表面が圧力に与える影響は(w4)である。他方、下流側の流路幅がw2である領域の流路においては、疎水性基板の内壁面が圧力に与える影響は(w5+2h)であり、作用電極の表面が圧力に与える影響はw5である。このため、作用電極上流端において流路に働く圧力P3は、上記2成分を足し合わせた後に、図23の式5を参考にして算出される。作用電極下流側の流路に働く圧力P4は、上記2成分を足し合わせた後に、図23の式5を参考にして算出される。   In this configuration, in the flow path near the upstream end of the working electrode, the influence of the inner wall surface of the hydrophilic substrate on the pressure is (w4 + 2h), and the influence of the surface of the working electrode on the pressure is (w4). On the other hand, in the channel in the region where the downstream channel width is w2, the influence of the inner wall surface of the hydrophobic substrate on the pressure is (w5 + 2h), and the influence of the surface of the working electrode on the pressure is w5. . For this reason, the pressure P3 acting on the flow path at the upstream end of the working electrode is calculated with reference to Equation 5 in FIG. 23 after adding the two components. The pressure P4 acting on the flow channel on the downstream side of the working electrode is calculated with reference to Equation 5 in FIG. 23 after adding the two components.

このとき、圧力P3は正となり、圧力P4は0又は負となるように設計することにより、電圧印加がOFFのときに、作用電極上流端を確実に液体と接触させ、且つ作用電極上で確実に液体を停止させることができる。   At this time, by designing the pressure P3 to be positive and the pressure P4 to be 0 or negative, when the voltage application is OFF, the working electrode upstream end is reliably brought into contact with the liquid, and the pressure on the working electrode is ensured. The liquid can be stopped.

(実施の形態2の変形例3)
図9に示すように、流路高さを変更する構成を採用してもよい。
(Modification 3 of Embodiment 2)
As shown in FIG. 9, a configuration in which the flow path height is changed may be employed.

主基板が疎水性であり、電極132を除く蓋基板が親水性である送液構造体においては、図9に示すように、作用電極132上流端の流路高さをh1(151)、下流部分の流路高さをh2(152)とする。このため、作用電極上流端において流路に働く圧力P5が正の値になるように設定し、下流側において流路に働く圧力P6が0又は負の値になるように設計すればよい。この構成では、h1<h2の関係が成り立つ。   In the liquid feeding structure in which the main substrate is hydrophobic and the lid substrate excluding the electrode 132 is hydrophilic, the flow path height at the upstream end of the working electrode 132 is h1 (151), as shown in FIG. Let the flow path height of the part be h2 (152). Therefore, the pressure P5 acting on the flow path at the upstream end of the working electrode may be set to a positive value, and the pressure P6 acting on the flow path on the downstream side may be designed to be 0 or a negative value. In this configuration, the relationship of h1 <h2 is established.

(実施の形態2の変形例4)
上記変形例3において、図10に示すように、流路高さを段階的に変化させる構造を採用してもよい。
(Modification 4 of Embodiment 2)
In the third modification, as shown in FIG. 10, a structure in which the flow path height is changed stepwise may be adopted.

(実施の形態2の変形例5)
上記変形例3,4において、主基板が親水性、蓋基板が疎水性としてもよい。この場合は以下のように設計する。
(Modification 5 of Embodiment 2)
In the modified examples 3 and 4, the main substrate may be hydrophilic and the lid substrate may be hydrophobic. In this case, the design is as follows.

上記構成では、流路高さが大きいほど親水性の影響が大きくなり、毛細管力が大きくなる。したがって、図11に示すように、作用電極132の上流端の流路高さをh3(151)、下流部分の流路高さをh4(152)とするとき、このh3、h4を用いて作用電極上流端において流路に働く圧力P7、下流側において流路に働く圧力P8を算出し、圧力P7は正、圧力P8は0又は負となるようにする。このとき、h3>h4が成立する。   In the said structure, the influence of hydrophilicity becomes large and the capillary force becomes large, so that flow path height is large. Therefore, as shown in FIG. 11, when the flow path height at the upstream end of the working electrode 132 is h3 (151) and the flow path height at the downstream portion is h4 (152), the action is performed using h3 and h4. The pressure P7 acting on the flow path at the upstream end of the electrode and the pressure P8 acting on the flow path on the downstream side are calculated so that the pressure P7 is positive and the pressure P8 is 0 or negative. At this time, h3> h4 is established.

(実施の形態2の変形例6)
また、流路幅や流路高さを変更せずに、作用電極上流端における流路内壁面を親水化処理及び/又は作用電極下流側における流路内壁面を疎水化処理してもよい。
(Modification 6 of Embodiment 2)
Alternatively, the inner wall surface of the channel at the upstream end of the working electrode may be hydrophilized and / or the inner wall surface of the channel on the downstream side of the working electrode may be hydrophobized without changing the channel width or the channel height.

上記実施の形態2において説明した例(変形例含む)を適宜組み合わせてもよい。   The examples described in the second embodiment (including modifications) may be combined as appropriate.

(実施の形態3)
本実施の形態は、上記第3の発明に関するものである。
図12に、実施の形態3にかかる送液構造体を示す。本実施の形態では、作用電極の下流側(疎水性基板111側)に、液体接触面を増加させる疎水性構造物149を設けている。このため、この疎水性構造物149が設けられた部分の流路では、流路内壁面にさらに疎水性構造物149による影響が加わり、疎水性が高くなる。電圧印加がOFFの時、作用電極上流端において流路に働く圧力が正であり、疎水性構造物149形成領域において流路に働く圧力が0又は負となるようにすれば(図23の式5を応用する)、液体は作用電極132上流端に接し、且つ疎水性構造物149形成領域で停止する。電圧印加がONのときには、液体が疎水性構造物149形成領域を通過して流れる。
(Embodiment 3)
The present embodiment relates to the third invention.
FIG. 12 shows a liquid feeding structure according to the third embodiment. In the present embodiment, a hydrophobic structure 149 that increases the liquid contact surface is provided on the downstream side (hydrophobic substrate 111 side) of the working electrode. For this reason, in the flow path of the portion where the hydrophobic structure 149 is provided, the hydrophobic structure 149 further affects the inner wall surface of the flow path, and the hydrophobicity is increased. When the voltage application is OFF, the pressure acting on the flow path at the upstream end of the working electrode is positive, and the pressure acting on the flow path in the region where the hydrophobic structure 149 is formed becomes 0 or negative (the expression of FIG. 23). 5), the liquid contacts the upstream end of the working electrode 132 and stops at the region where the hydrophobic structure 149 is formed. When the voltage application is ON, the liquid flows through the hydrophobic structure 149 formation region.

疎水性構造物149としては、ピラー、穴、溝などの液体接触面を増加させる構造を任意に採用することができる。この形態においては、液体と接触する分部の面積、構造物内の隙間空間と接触する部分の面積を設計することで、疎水性構造物149が設けられた領域で確実に液体を停止させることができる。   As the hydrophobic structure 149, a structure that increases the liquid contact surface such as a pillar, a hole, and a groove can be arbitrarily adopted. In this embodiment, the liquid is surely stopped in the region where the hydrophobic structure 149 is provided by designing the area of the part in contact with the liquid and the area of the part in contact with the gap space in the structure. Can do.

(実施の形態4)
実施の形態4は、上記実施の形態1に示すエレクトロウエッティングバルブを2つ直列に配置したものである。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, two electrowetting valves shown in the first embodiment are arranged in series.

図13に、実施の形態4にかかる送液構造体を示す。各部の構成や液体を停止させるための設計要件等の説明は省略する。   FIG. 13 shows a liquid feeding structure according to the fourth embodiment. A description of the configuration of each part and design requirements for stopping the liquid will be omitted.

この構成では、流路114で2段階に液を制御することが可能となる。なお、直列に3以上配置してもよい。   In this configuration, the liquid can be controlled in two stages by the flow path 114. Three or more may be arranged in series.

(実施の形態5)
実施の形態5は、上記実施の形態2に示すエレクトロウエッティングバルブを2つ並列に配置したものである。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, two electrowetting valves shown in the second embodiment are arranged in parallel.

図14に、本実施の形態にかかる送液構造体を示す。本実施の形態では、2つの注入孔112a,112bと、注入孔にそれぞれ連続する第2の流路151a,151bと、液溜め流路にそれぞれ連続する、液溜め流路よりも流路幅の狭い第3の流路152a,152bと、2つの第3の流路に連続する第1の流路114と、第1の流路に連続する排出孔113と、を有している。   FIG. 14 shows a liquid feeding structure according to this embodiment. In the present embodiment, the two injection holes 112a and 112b, the second flow paths 151a and 151b that are continuous with the injection holes, and the flow path width that is continuous with the liquid storage flow path than the liquid storage flow path, respectively. Narrow third flow paths 152a and 152b, a first flow path 114 continuous with the two third flow paths, and a discharge hole 113 continuous with the first flow path are provided.

ここで、参照電極131a,131bは、それぞれ第2の流路151a,151b内に形成されており、作用電極132a,132bは、それぞれ第2の流路151a,151bと第3の流路152a,152bとが切り替わる領域に形成されている。基板構成は、上記実施の形態2と同様である。すなわち、作用電極の上流端は流路幅の大きい第2の流路(親水性基板の影響が大きい部分)に位置し、下流側領域は流路幅の小さい第3の流路(親水性基板の影響が小さい部分)に位置する。このため、実施の形態5にかかるエレクトロウエッティングバルブは、上記実施の形態2と同様の効果が得られるものが2つ並列に配置されたものである。   Here, the reference electrodes 131a and 131b are formed in the second flow paths 151a and 151b, respectively, and the working electrodes 132a and 132b are the second flow paths 151a and 151b and the third flow paths 152a and 152a, respectively. It is formed in a region where the switching with 152b is performed. The substrate configuration is the same as that of the second embodiment. That is, the upstream end of the working electrode is positioned in the second flow path (the portion where the influence of the hydrophilic substrate is large) having a large flow path width, and the downstream region is the third flow path (the hydrophilic substrate) having a small flow path width. Is located in the area where the influence of is small. For this reason, two electrowetting valves according to the fifth embodiment are arranged in parallel to obtain the same effect as in the second embodiment.

この構成では、異なる溶液を順次第1の流路に送り込むことが可能となる。なお、並列に3以上配置してもよく、上記実施の形態4の構成と組み合わせて用いてもよい。   In this configuration, different solutions can be sequentially fed into the first flow path. Three or more may be arranged in parallel, or may be used in combination with the configuration of the fourth embodiment.

(実施の形態6)
実施の形態6は本発明送液構造体を利用したマイクロ分析チップに関する。実施の形態3にかかるマイクロ分析チップは、図15に示すように、注入孔112と、流路114a〜eと、排出孔113と、を有している(図15参照)。
(Embodiment 6)
Embodiment 6 relates to a micro-analysis chip using the liquid-feeding structure of the present invention. As shown in FIG. 15, the microanalysis chip according to the third embodiment has an injection hole 112, flow paths 114a to 114e, and a discharge hole 113 (see FIG. 15).

更に、本実施の形態では、流路114bに作用電極が形成され、流路114aに参照電極が形成されている。このため、上記実施の形態2と同様の設計をすることにより、液の流れの制御を行うことができる。また、流路114dには、検出部が設けられている。また、検出部は目的物質を検出できる機能を有する部分であればよい。そして両者ともに特段の制約はないので、図15には反応部及び検出部を図示していない。   Furthermore, in this embodiment, a working electrode is formed in the flow path 114b, and a reference electrode is formed in the flow path 114a. For this reason, the flow of the liquid can be controlled by designing the same as in the second embodiment. The flow path 114d is provided with a detection unit. Moreover, the detection part should just be a part which has the function which can detect a target substance. Since both are not particularly restricted, the reaction unit and the detection unit are not shown in FIG.

また、検出部が幅の狭い流路114dに設けられている。この構造であると、流路114cより幅が狭い流路114dに入った液体は流れを速め、渋滞なく均一に流れるので、検出精度が高まる。また、検出目的物質の素通りが減少するので、この側面からも検出精度が高まる。   Moreover, the detection part is provided in the narrow flow path 114d. With this structure, the liquid that has entered the flow path 114d having a narrower width than the flow path 114c accelerates the flow and flows uniformly without traffic congestion, so that the detection accuracy increases. In addition, since the passage of the detection target substance is reduced, the detection accuracy is also enhanced from this aspect.

なお、検出部における検出方法は、電極を用いて電気量を測定する方法(電気化学的方法)や、外部より光を照射しその反射光や透過光を測定する光学的方法などがあるが、いずれの方式であっても、液の流れが渋滞することがない効果(検出精度や検出再現性の向上効果)が得られる。   In addition, the detection method in the detection unit includes a method of measuring the amount of electricity using an electrode (electrochemical method), an optical method of irradiating light from the outside and measuring reflected light and transmitted light, etc. In any method, the effect of preventing the liquid flow from being jammed (an improvement in detection accuracy and detection reproducibility) can be obtained.

以上から、実施の形態6によると、簡単な構造でもって簡便かつ迅速に目的物質の検出が行え、しかも検出精度に優れたマイクロ分析チップを実現することができる。   As described above, according to the sixth embodiment, it is possible to easily and quickly detect a target substance with a simple structure and realize a microanalysis chip excellent in detection accuracy.

(実施の形態7)
実施の形態7は、参照電極131の電位を安定にするため、対向電極137を設置したこと以外は、上記実施の形態1と同様である(図16参照)。対向電極137を設置することで、電位の基準になる参照電極131への電流の流れを防止することができ、参照電極の電位を安定させることができる。この効果により、より高精度にエレクトロウエットバルブを電気的に駆動することが可能となる。
(Embodiment 7)
The seventh embodiment is the same as the first embodiment except that the counter electrode 137 is provided in order to stabilize the potential of the reference electrode 131 (see FIG. 16). By providing the counter electrode 137, it is possible to prevent a current flow to the reference electrode 131 serving as a potential reference, and to stabilize the potential of the reference electrode. This effect makes it possible to electrically drive the electrowet valve with higher accuracy.

(実施の形態8)
実施の形態8は、実施の形態6にかかるマイクロ分析チップを更に発展させたものである。実施の形態8にかかるマイクロ分析チップの具体的構成の詳細を順次説明する。
(Embodiment 8)
The eighth embodiment is a further development of the microanalysis chip according to the sixth embodiment. Details of a specific configuration of the microanalysis chip according to the eighth embodiment will be sequentially described.

(全体構成)
実施の形態にかかるマイクロ分析チップの全体構成図を、図17に示す。図17に示すように、実施の形態8のマイクロ分析チップは、第1の液体用の第1注入孔2001と、第2の液体用の第2注入孔2002と、これらの注入孔に連続する第1液溜め部2003、第2液溜め部2004と、これらの液溜め部に連続する注入路2005、2006と、ミキサー部2007と、第1隘路2009と、第1の流路2008と、第2隘路2011と、第2の流路2010と、第3隘路2013と、第3の流路2016と、排出孔2014と、を有し、第1の流路2008には、反応部2017が設けられ、第2の流路2010には、検出部2012が設けられている。
(overall structure)
FIG. 17 shows an overall configuration diagram of the microanalysis chip according to the embodiment. As shown in FIG. 17, the microanalysis chip according to the eighth embodiment is continuous with the first injection hole 2001 for the first liquid, the second injection hole 2002 for the second liquid, and these injection holes. The first liquid reservoir 2003, the second liquid reservoir 2004, the injection paths 2005 and 2006 that continue to these liquid reservoirs, the mixer section 2007, the first narrow path 2009, the first flow path 2008, the first The second channel 2011, the second channel 2010, the third channel 2013, the third channel 2016, and the discharge hole 2014 are provided. The first channel 2008 is provided with a reaction unit 2017. In addition, a detection unit 2012 is provided in the second flow path 2010.

それぞれの注入路2005,2006には作用電極が形成され、更に、第1及び第2液溜め部2003,2004には、参照電極が形成されている。すなわち、この実施の形態は、上記実施の形態5を利用したものである。   A working electrode is formed in each of the injection paths 2005 and 2006, and a reference electrode is formed in each of the first and second liquid reservoirs 2003 and 2004. That is, this embodiment uses the fifth embodiment.

さらに、チップの端部に、外部接続端子2015が設けられている。   Further, an external connection terminal 2015 is provided at the end of the chip.

第1注入孔2001から第1の液体が注入されると、第1液溜め部2003に第1の液体が注入される。第2注入孔2002も同様に、第2の液体が注入されると第2液溜め部2004に第2の液体が注入される。   When the first liquid is injected from the first injection hole 2001, the first liquid is injected into the first liquid reservoir 2003. Similarly, when the second liquid is injected into the second injection hole 2002, the second liquid is injected into the second liquid reservoir 2004.

上記作用電極と参照電極とにより、注入された液体のミキサー部2007への流入を停止または開始することができる。ミキサー部2007は第1の液体と第2の液体を混合できる構造としてある。   The working electrode and the reference electrode can stop or start the inflow of the injected liquid into the mixer unit 2007. The mixer unit 2007 has a structure capable of mixing the first liquid and the second liquid.

ミキサー部2007には、第1の流路2008が第1隘路2009を介して接続されている。第1の流路2008に設けられた反応部2017には、溶液に含まれる被検出物質と反応する物質が配置されている。   A first flow path 2008 is connected to the mixer unit 2007 via a first bottleneck 2009. In the reaction section 2017 provided in the first flow path 2008, a substance that reacts with the substance to be detected contained in the solution is disposed.

なお、図17の例では、ミキサー部と反応部は第1隘路2009を介して接続されているが、第1隘路2009を介すことなく直接接続されていてもよい。   In the example of FIG. 17, the mixer section and the reaction section are connected via the first bottleneck 2009, but may be directly connected without passing through the first bottleneck 2009.

第2の流路2010は、第2隘路2011を介して第1の流路2008と接続されており、第2の流路2010には検出部2012が設けられている。検出部は被検出物質を直接または間接的に検出することができるよう構成されている。なお、被検出物質を直接検出できる構成である場合には、第2の流路2010を有さない構成とすることができる。   The second flow path 2010 is connected to the first flow path 2008 via the second narrow path 2011, and the detection section 2012 is provided in the second flow path 2010. The detection unit is configured to detect the substance to be detected directly or indirectly. Note that in the case where the detection target substance can be directly detected, the second flow path 2010 can be omitted.

このマイクロ分析チップは、外部接続端子2015を要しており、当該端子を介して外部電源への接続、電気的制御信号の入力、検出信号の出力などを行えるようになっている。これにより、電源やICなどの制御回路を外付けとすることができるので、その分、チップのコンパクト化を図れる。   This micro analysis chip requires an external connection terminal 2015, and can be connected to an external power source, input an electrical control signal, output a detection signal, and the like via the terminal. As a result, since a control circuit such as a power supply or an IC can be externally attached, the chip can be made compact accordingly.

実施の形態7にかかるマイクロ分析チップについて更に説明する。   The micro analysis chip according to the seventh embodiment will be further described.

〈液体の注入〉
第1の液体用の注入孔2001および第2の液体用の注入孔2002より、それぞれ第1の液体および第2の液体を注入する。これにより、液溜め部2003、2004にそれぞれの液体を注入できる。
<Liquid injection>
The first liquid and the second liquid are injected from the injection hole 2001 for the first liquid and the injection hole 2002 for the second liquid, respectively. Thereby, each liquid can be inject | poured into the liquid reservoir parts 2003 and 2004. FIG.

注入孔2001・2002は、外部(大気)に開放された孔であって毛細管力が働かない程度の大きさ(例えば2mmΦ)としてある。毛細管力が働かない大きさである場合には、注入孔が疎水性であっても液体を円滑に注入することができる。注入孔2001・2002は、毛細管力の働く大きさであってもよいが、この場合には液体を円滑に注入できるように、注入孔に親水性処理を施す等する必要がある。   The injection holes 2001 and 2002 are open to the outside (atmosphere) and have such a size (for example, 2 mmΦ) that capillary force does not work. When the size is such that the capillary force does not work, the liquid can be smoothly injected even if the injection hole is hydrophobic. The injection holes 2001 and 2002 may be of such a size that capillary force works, but in this case, it is necessary to perform a hydrophilic treatment on the injection holes so that the liquid can be injected smoothly.

なお、注入孔に液体を充填したカートリッジを接続する方法で液体を注入させることもできる。この場合にはカートリッジ内の液体が流路系に充分に流れ込むよう、注入孔に空気抜き用の隙間が確保できるようにするか、または別途空気抜き孔を設けるのが好ましい。   The liquid can also be injected by connecting a cartridge filled with liquid into the injection hole. In this case, it is preferable that an air vent clearance is secured in the injection hole or a separate air vent hole is provided so that the liquid in the cartridge can sufficiently flow into the flow path system.

図17の例は、2つの注入孔を有する構造であるが、注入孔は2つに限られず、3つ以上とすることもできる。例えば、第1の液体用の注入孔に被検出物質を含む試料を、第2の液体用の注入孔に試薬を、第3の液体用の注入孔に標準試料を、第4の液体用の注入孔に洗浄液を注入する等とすることができる。   Although the example of FIG. 17 has a structure having two injection holes, the number of injection holes is not limited to two, and may be three or more. For example, a sample containing a substance to be detected in the first liquid injection hole, a reagent in the second liquid injection hole, a standard sample in the third liquid injection hole, and a fourth liquid use For example, a cleaning liquid may be injected into the injection hole.

洗浄液を注入する第4注入孔を設けた構造であると、チップ内を洗浄し繰り返し使用することによって、チップのコストパフォーマンスを高めることができる。なお、検出処理前後に第1の液体用の注入孔等から洗浄液を注入して流路内を洗浄することにより、試料等の汚染を低減することもできる。これにより検出誤差を少なくすることができる。   When the fourth injection hole for injecting the cleaning liquid is provided, the cost performance of the chip can be improved by cleaning the inside of the chip and repeatedly using it. In addition, the contamination of the sample or the like can be reduced by injecting the cleaning liquid from the first liquid injection hole or the like before and after the detection processing to clean the inside of the flow path. Thereby, detection errors can be reduced.

〈ミキサー部〉
ミキサー部は第1の液体と第2の液体を充分混合できるように構成する。例えば、ミキサー部に、第1開閉バルブおよび第2開閉バルブから流入して来た液体が自然混合されるように、マイクロピラー構造設けるのもよい。また、T字型ミキサー、Manzミキサー、3次元蛇行流路を用いたミキサーなどを設けることもできる。
<Mixer section>
The mixer unit is configured to sufficiently mix the first liquid and the second liquid. For example, a micro pillar structure may be provided in the mixer section so that the liquid flowing in from the first opening / closing valve and the second opening / closing valve is naturally mixed. Also, a T-shaped mixer, a Manz mixer, a mixer using a three-dimensional meandering channel, and the like can be provided.

図17の例は2液を混合する場合であるが、3液以上の液体を混合するように構成してもよい。この場合、第3の液体の注入と、流入タイミングを制御するために、他の液溜め部、注入路と同様に電極を形成することが好ましい。   Although the example of FIG. 17 is a case where two liquids are mixed, you may comprise so that three or more liquids may be mixed. In this case, in order to control the injection of the third liquid and the inflow timing, it is preferable to form electrodes similarly to the other liquid reservoirs and injection paths.

〈第1の流路〉
第1の流路2008は、反応を行う反応領域として機能する。第1の流路2008に設けられる反応部2017は第1の流路2008の全部であってもよいし、その一部であってもよい。反応部2017には、例えばサンプル溶液に含まれる被検出物質を特異的に認識し反応する分子が配置される。被検出物質が抗原である場合は、抗体を反応部に固定化するとよい。被検出物質を検出するためには、酵素免疫反応のサンドイッチ法を用いることができ、この場合、抗原を酵素標識抗体(二次抗体)と反応させ、抗原と酵素標識抗体が結合した複合体とする。この複合体を反応部に予め固定化しておき抗体(一次抗体)と反応させる。次に基質を導入し、二次抗体に標識されている酵素と反応させ、反応により生成された電気化学的に活性のある物質を検出部の電極上で電気化学的に検出を行う。反応部では、検出部にて検出できる物質が被検出物質の量に応じて生成される。なお、反応部における検出手段が光学的な手段であってもよい。
<First channel>
The first flow path 2008 functions as a reaction region for performing a reaction. The reaction section 2017 provided in the first flow path 2008 may be the whole of the first flow path 2008 or a part thereof. In the reaction unit 2017, for example, molecules that specifically recognize and react with a target substance contained in the sample solution are arranged. When the substance to be detected is an antigen, the antibody may be immobilized on the reaction part. In order to detect a substance to be detected, a sandwich method of enzyme immune reaction can be used. In this case, an antigen is reacted with an enzyme-labeled antibody (secondary antibody), and a complex in which the antigen and the enzyme-labeled antibody are bound to each other. To do. This complex is immobilized in advance in the reaction part and reacted with an antibody (primary antibody). Next, a substrate is introduced, reacted with an enzyme labeled with the secondary antibody, and an electrochemically active substance generated by the reaction is electrochemically detected on the electrode of the detection unit. In the reaction unit, a substance that can be detected by the detection unit is generated according to the amount of the substance to be detected. The detection means in the reaction unit may be an optical means.

〈外部接続端子〉
外部接続端子2015は、外部よりチップに駆動電源や駆動情報を入力し、また外部に検出結果等を出力するためのものである。この端子の形成に金薄膜を用いると、外部接続端子の形成をエレクトロウエッティングバルブや検出電極などと同様に行うことができるので生産効率がよい。なお、金に代えて、銅や鉄またはアルミニウムなどの他の導電性材料を用いてもよいことは勿論である。
<External connection terminal>
The external connection terminal 2015 is used to input drive power and drive information to the chip from the outside, and to output detection results and the like to the outside. When a gold thin film is used for the formation of the terminal, the external connection terminal can be formed in the same manner as the electrowetting valve and the detection electrode, so that the production efficiency is good. Of course, other conductive materials such as copper, iron or aluminum may be used instead of gold.

〈2層構造体〉
実施の形態8にかかるマイクロ分析チップは第1基板(主基板)2101と第2基板(蓋基板)2102を重ね合わせた2層構造になっている。2層構造の各々の層構造について図18を用いて説明する。
<Two-layer structure>
The micro analysis chip according to the eighth embodiment has a two-layer structure in which a first substrate (main substrate) 2101 and a second substrate (lid substrate) 2102 are overlapped. Each layer structure of the two-layer structure will be described with reference to FIG.

第1基板(主基板)2101は、透明性および加工性が高いものが良く、また液体の移動の制御を行うために疎水性を有するものがよい。このような基板としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなるものがよい。他方、第2基板(蓋基板)は、電極が形成し易い材料が良く、第1基板を疎水性とした場合においては親水性とする必要がある。このような基板として、ガラス、石英、シリコン等からなる基板が好適である。   The first substrate (main substrate) 2101 preferably has high transparency and processability, and preferably has hydrophobicity in order to control the movement of the liquid. Such a substrate is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS). On the other hand, the second substrate (lid substrate) is preferably made of a material that is easy to form an electrode. When the first substrate is hydrophobic, it needs to be hydrophilic. As such a substrate, a substrate made of glass, quartz, silicon or the like is preferable.

第1基板及び/又は第2基板は上記親水性または疎水性の特性を有することに加え、蛍光やUV光を用いて検出目的物質を測定するために、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。このような材質としては、実施の形態1に記載したものや、特開2003−149252号公報で提案される材質を用いることができる。   The first substrate and / or the second substrate have the above hydrophilic or hydrophobic characteristics, and are transparent or translucent with little emission of excitation light in order to measure the target substance using fluorescence or UV light. It is desirable to use the material. As such a material, the material described in Embodiment 1 or the material proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-149252 can be used.

各基板に対し次のような加工を行う。第1基板(主基板)に対しては、上部に第1の液体用の注入孔2001、第2の液体用の注入孔2002、排出孔を上向きに開口する。また、液溜め部2003・2004、注入路2005・2006、ミキサー部2007・第1の流路2008・第1隘路2009・第2の流路2010・第2隘路2011・第3隘路2013、第3の流路2016用の凹状溝を形成する。   The following processing is performed on each substrate. For the first substrate (main substrate), a first liquid injection hole 2001, a second liquid injection hole 2002, and a discharge hole are opened upward. Further, the liquid reservoirs 2003 and 2004, the injection channels 2005 and 2006, the mixer unit 2007, the first channel 2008, the first channel 2009, the second channel 2010, the second channel 2011, the third channel 2013, the third A concave groove for the flow channel 2016 is formed.

第2基板(蓋基板)2102に対しては、その表面に電極2105・電極2106、検出用電極2112を形成し、また第2基板の端部に外部接続端子2015を形成する。更に各電極を外部接続端子2015に接続する引き出し線を形成する。各電極の形成は、公知の方法を用いればよい。   For the second substrate (lid substrate) 2102, an electrode 2105, an electrode 2106, and a detection electrode 2112 are formed on the surface, and an external connection terminal 2015 is formed on the end of the second substrate. Furthermore, a lead line for connecting each electrode to the external connection terminal 2015 is formed. Each electrode may be formed using a known method.

上記のように加工した両基板2101・2102を、加工面を内側にして張り合わせる。これにより実施の形態8にかかるマイクロ分析チップが完成する。   The two substrates 2101 and 2102 processed as described above are bonded to each other with the processed surface inside. Thereby, the micro analysis chip according to the eighth embodiment is completed.

(実施の形態9)
実施の形態9は、携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置に関する。実施の形態8の内容を図19に基づいて説明する。図19は、実施の形態9にかかる携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置の概要を説明するための概念図である。
(Embodiment 9)
Embodiment 9 relates to a portable handheld microanalyzer. The contents of the eighth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a conceptual diagram for explaining the outline of the portable handy-type microanalyzer according to the ninth embodiment.

このハンディ型マイクロ分析装置は、マイクロ分析チップ2302と、このマイクロ分析チップを駆動制御する制御用ハンディ機器2301とで構成されている。マイクロ分析チップ2302は、上記実施の形態8で説明したと同じマイクロ分析チップである。よって、ここではマイクロ分析チップの詳細な説明は省略する。   This handheld microanalyzer is composed of a microanalysis chip 2302 and a control handy device 2301 for driving and controlling the microanalysis chip. The micro analysis chip 2302 is the same micro analysis chip as described in the eighth embodiment. Therefore, detailed description of the micro analysis chip is omitted here.

図19に示すように、制御用ハンディ機器2301の下部には、実施の形態7で説明したと同様なマイクロ分析チップ2302の外部接続端子2015を挿入するチップ接続口2303が設けられており、このチップ接続口の奥には、外部接続端子2015と電気的に接続する外部入出力端子(図示せず)が設けられている。マイクロ分析チップの外部接続端子2015をチップ接続口2303に挿入すると、制御用ハンディ機器2301内の外部入出力端子とマイクロ分析チップ2302の外部接続端子とが電気的に接続される。   As shown in FIG. 19, a chip connection port 2303 into which the external connection terminal 2015 of the micro analysis chip 2302 similar to that described in the seventh embodiment is inserted is provided below the control handy device 2301. An external input / output terminal (not shown) that is electrically connected to the external connection terminal 2015 is provided at the back of the chip connection port. When the external connection terminal 2015 of the micro analysis chip is inserted into the chip connection port 2303, the external input / output terminal in the control handy device 2301 and the external connection terminal of the micro analysis chip 2302 are electrically connected.

制御用ハンディ機器2301には、分析チップの測定結果(被検出物質の量など)を表示することができる表示部2304、および、測定の開始、停止や、測定パラメータを特定するための様々なデータを入力することのできる入力部2305が設けられている。入力部2305としては、例えばタッチパネル構造が採用できる。   The control handy device 2301 has a display unit 2304 that can display the measurement result of the analysis chip (amount of the substance to be detected, etc.), and various data for specifying the measurement parameters. An input unit 2305 is provided. As the input unit 2305, for example, a touch panel structure can be adopted.

更に制御用ハンディ機器2301には、図示しないが、データを処理することのできるCPUや入力情報および出力情報を処理するI/O論理回路などの情報処理システムが組み込まれている。   Further, although not shown, the control handy device 2301 incorporates an information processing system such as a CPU that can process data and an I / O logic circuit that processes input information and output information.

マイクロ分析チップ2302を制御用ハンディ機器2301に接続し、各種データを入力し、測定開始ボタンを押す。これにより、予めマイクロ分析チップに備えられ、且つ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や試料液(被検液)などの溶液が流路内内に順次進入する。これにより各流路内で所定の反応が行われて検出可能物質になり検出部に至り、ここで被検出物質の量に応じた電気信号が発せられる。この電気信号は外部接続端子2015から外部に出力される。   The micro analysis chip 2302 is connected to the control handy device 2301, various data are input, and a measurement start button is pressed. As a result, solutions such as reagent liquids and sample liquids (test liquids) that have been previously provided in the microanalysis chip and that have stopped flowing into the flow path by the open / close valve sequentially enter the flow path. As a result, a predetermined reaction is performed in each flow path to become a detectable substance to reach the detection unit, where an electrical signal corresponding to the amount of the substance to be detected is generated. This electrical signal is output from the external connection terminal 2015 to the outside.

外部接続端子2015から出力された信号は、外部接続端子2015と電気的に接続された制御用ハンディ機器の外部入力端子が受け取り、この信号を制御用ハンディ機器に予め格納されたソフト情報に基づいて分析する。これにより、被検出物質の量または種類などを特定することができる。   The signal output from the external connection terminal 2015 is received by an external input terminal of a control handy device electrically connected to the external connection terminal 2015, and this signal is based on software information stored in advance in the control handy device. analyse. Thereby, the quantity or type of the substance to be detected can be specified.

上記制御用ハンディ機器しては、例えば携帯電話やPDAなどの携帯電子機器を活用することができる。ここでは携帯電話を例に挙げて説明する。例えばコンピュータ機能を備えた携帯電話に、上記したチップ接続口を設け、この携帯電話にマイクロ分析チップから発信されたデータを処理する分析ソフトを格納する。この携帯電話は通常は携帯電話として機能し、必要に応じて制御用ハンディ機器として機能させることができる。   As the control handy device, for example, a portable electronic device such as a mobile phone or a PDA can be used. Here, a mobile phone will be described as an example. For example, the above-described chip connection port is provided in a mobile phone having a computer function, and analysis software for processing data transmitted from the micro analysis chip is stored in this mobile phone. This mobile phone normally functions as a mobile phone, and can function as a handy device for control if necessary.

操作方法を例示する。携帯電話にマイクロ分析チップを接続し、携帯電話のボタンにより各種データを入力した後、測定開始ボタンとして設定されたボタンを押す。これにより、あらかじめマイクロ分析チップに準備され、かつ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や被検液などが流路内へ進行する。この後、分析チップが順次動作して検出部において検出された被検出物質量に応じた電気信号を携帯電話に出力する。携帯電話のコンピュータがこの信号をソフト的に解析し被検出物質の量や種類などを特定する。これを携帯電話のディスプレイに表示する。また、オペレータの指示を受け、その電送機能を利用して解析情報を離れた場所にまで電送する。   The operation method is illustrated. Connect the micro analysis chip to the mobile phone, input various data using the buttons on the mobile phone, and then press the button set as the measurement start button. As a result, the reagent solution or test solution that has been prepared in advance in the microanalysis chip and has stopped flowing into the flow path by the open / close valve is advanced into the flow path. Thereafter, the analysis chip sequentially operates to output an electric signal corresponding to the amount of the substance detected by the detection unit to the mobile phone. The computer of the mobile phone analyzes this signal in software to identify the amount and type of the substance to be detected. This is displayed on the mobile phone display. Also, upon receiving an instruction from the operator, the analysis information is transmitted to a remote place using the transmission function.

このように、携帯機器を利用することにより、コストパフォーマンスに優れ、かつ利便性・使い勝って性に優れたマイクロ分析装置を実現することができる。   In this way, by using a portable device, it is possible to realize a microanalyzer that is excellent in cost performance and convenient and easy to use.

なお、分析チップと携帯電子機器との間の信号伝達方式は、両者間で電気信号がやり取りできる限りどのような方式・形態でもよく、必ずしも上記のようなチップ接続口を介する方式である必要はない。   The signal transmission method between the analysis chip and the portable electronic device may be any method and form as long as electrical signals can be exchanged between the two, and it is not necessarily required to be a method via the chip connection port as described above. Absent.

(実施の形態10)
実施の形態10のマイクロ分析装置は、試料(被検液)の採取、検出データの分析、分析結果の出力等、の各機能が複数の基板にそれぞれ形成され、これが積層され一体化された一体型マイクロ分析装置に関する。
(Embodiment 10)
In the microanalyzer according to the tenth embodiment, each function such as sampling of a sample (test solution), analysis of detection data, and output of analysis results is formed on a plurality of substrates, and these are stacked and integrated. The present invention relates to a body type microanalyzer.

図20に一体型マイクロ分析装置の平面見取り図を示す。図20に示すように、この一体型マイクロ分析装置は、サンプル採取部2401、液体流路部2402、駆動分析処理部2403、入出力論理処理部2404および出入力部2405が、それぞれ1つの基板に形成されている。ただし、全ての要素を一つの基板に形成してもよいし、関連する要素ごとを1つの基板に形成する等してもよい。   FIG. 20 shows a plan view of the integrated microanalyzer. As shown in FIG. 20, this integrated microanalyzer includes a sample collection unit 2401, a liquid channel unit 2402, a drive analysis processing unit 2403, an input / output logic processing unit 2404, and an input / output unit 2405, each on one substrate. Is formed. However, all the elements may be formed on one substrate, or each related element may be formed on one substrate.

サンプル採取部2401には、内部に毛細管が有する針が配置されており、この針を人体又は試料体に針を刺す等することにより血液や試料を採取する。針は、低侵襲のマイクロプローブとすると人体等に針を刺し血液等の体液を抽出する際に痛みが緩和されるので好ましい。また、サンプル採取部2401に、針と共に、又は針の代わりに、非侵襲型の採取器具、例えば皮膚表面の汗、口腔内の唾液、涙や尿等を採取する吸液体を設けるのもよい。   In the sample collection unit 2401, a needle included in a capillary tube is arranged, and blood or a sample is collected by inserting the needle into a human body or a sample body. The needle is preferably a minimally invasive microprobe because the pain is alleviated when the needle is inserted into a human body or the like and a body fluid such as blood is extracted. In addition, the sample collection unit 2401 may be provided with a non-invasive collection device, for example, sweat on the skin surface, saliva in the oral cavity, tears, urine, or the like together with or in place of the needle.

また、液体流路部2402としては、実施の形態1〜4の送液構造体およびマイクロ分析チップと同様な流路構造を使用する。このうち、好ましくは実施の形態3で説明した流路構造を用いる。サンプル採取部2401に配置されている針の毛細管は液体流路部2402の液溜め部2414と接続されており、針に設けられている毛細管の毛管現象によりサンプルが液溜め部に流入するように構成されている。   Moreover, as the liquid flow path part 2402, the flow path structure similar to the liquid feeding structure and the micro analysis chip in the first to fourth embodiments is used. Of these, the channel structure described in the third embodiment is preferably used. The capillary tube of the needle disposed in the sample collection unit 2401 is connected to the liquid reservoir 2414 of the liquid flow channel unit 2402 so that the sample flows into the liquid reservoir due to the capillary phenomenon of the capillary provided in the needle. It is configured.

また、液体流路部2402は、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニル等の基板を用いて作製される。液体流路部2402に、複数の検出部を配置してもよい。また、複数の流路系(マイクロ分析用送液構造体)が並存する構造としてもよい。   The liquid channel portion 2402 is manufactured using a substrate such as polydimethylsiloxane (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate, polytetrafluoroethylene, or vinyl chloride. A plurality of detection units may be arranged in the liquid flow path unit 2402. Moreover, it is good also as a structure where several flow-path systems (liquid feeding structure for microanalysis) coexist.

駆動分析処理部2403は、CPU、メモリ、バッテリー(図示せず)等が設けられており、液体流路部2042の検出部や、後で説明するI/O論理回路などと接続されている。この実施の形態は、全ての要素を含む一体型であるので、各種測定に対応した開閉バルブコントロールや、測定データの処理等が可能となるように、駆動分析処理部2403にCPUやメモリが設けられており、メモリには、各種測定に対応したバルブコントロールシークエンス情報や、測定データの処理情報が格納されている。   The drive analysis processing unit 2403 is provided with a CPU, a memory, a battery (not shown), and the like, and is connected to a detection unit of the liquid flow path unit 2042, an I / O logic circuit described later, and the like. Since this embodiment is an integrated type that includes all elements, a CPU and a memory are provided in the drive analysis processing unit 2403 so that on-off valve control corresponding to various measurements, measurement data processing, and the like can be performed. In the memory, valve control sequence information corresponding to various measurements and processing information of measurement data are stored.

駆動分析処理部2403は、予め格納された上記情報に基づいて、測定開始時に開閉バルブを開き試薬液や試料液(被検液)などを流路内に流入させ、検出部が検出された電気信号を処理して、被検出物質の量または種類を特定する。このように、駆動分析処理部2403は、マイクロ分析チップを制御し、かつマイクロ分析チップで得た測定データをI/O論理回路(下記)に出力できる構成になっている。なお、駆動分析処理部2403は、上記実施の形態8における図18の蓋基板2102と同様に構成することができ、また実施の形態9で記載した駆動制御要素を盛り込むことができる。   Based on the information stored in advance, the drive analysis processing unit 2403 opens the open / close valve at the start of measurement and allows a reagent solution, a sample solution (test solution), etc. to flow into the flow path, and the electrical detected by the detection unit is detected. The signal is processed to identify the amount or type of substance to be detected. As described above, the drive analysis processing unit 2403 is configured to control the micro analysis chip and output measurement data obtained by the micro analysis chip to an I / O logic circuit (described below). Note that the drive analysis processing unit 2403 can be configured in the same manner as the lid substrate 2102 of FIG. 18 in the eighth embodiment, and can incorporate the drive control elements described in the ninth embodiment.

入出力論理処理部2404は、I/O論理回路を有し、このI/O論理回路は駆動分析処理部2403のCPUに接続されると共に、電気接続線を介して出入力部の各ボタン及び表示部に接続されている。入出力論理処理部2404は、駆動分析処理部2403のCPUと協働して、I/Oデータを処理し、出入力部のディスプレイ(LCD)に測定結果を表示すると共に、出入力部2405の入力ボタンで入力された電気信号に基づいてマイクロ分析チップを制御する。なお、この制御には、少なくとも開閉バルブの制御と検出部電極の制御が含まれる。   The input / output logic processing unit 2404 has an I / O logic circuit, and this I / O logic circuit is connected to the CPU of the drive analysis processing unit 2403 and each button of the input / output unit via the electrical connection line and Connected to the display. The input / output logic processing unit 2404 cooperates with the CPU of the drive analysis processing unit 2403 to process I / O data, display the measurement result on the display (LCD) of the input / output unit, and The micro analysis chip is controlled based on the electric signal input by the input button. This control includes at least control of the on-off valve and control of the detection unit electrode.

出入力部2405には、CPUに指示を与える入力ボタンとディスプレイ(LCD)が設けられている。なお、ディスプレイはLCD(液晶ディスプレイ)に限られるものではなく、有機EL表示モジュール等であってもよい。   The input / output unit 2405 is provided with an input button for giving an instruction to the CPU and a display (LCD). The display is not limited to the LCD (liquid crystal display) but may be an organic EL display module or the like.

ディスプレイは、駆動ドライバー回路をI/O論理回路とCPUが協働し駆動することにより表示動作を行う。表示形式としては、例えば数値表示、グラフ表示、「ある・なし」表示、更には経時変化表示など、多様な表示形式を採用することができる。   The display performs a display operation by driving the drive driver circuit in cooperation with the I / O logic circuit and the CPU. As the display format, for example, various display formats such as numerical display, graph display, “present / none” display, and time-change display can be adopted.

さらに出入力部には、図20に図示しないが、外部との入出力を処理する端子、または、無線送受信機を設けることができる。そうすることにより、パソコンやPDA端末などと接続でき、またネットワーク接続が可能になり、利便性が高まる。   Further, although not shown in FIG. 20, the input / output unit can be provided with a terminal for processing input / output with the outside or a wireless transceiver. By doing so, it is possible to connect to a personal computer, a PDA terminal, etc., and to connect to a network, which increases convenience.

実施の形態10のマイクロ分析チップ装置は、サンプルの採取からその測定と出力を一つの装置で行うことができる。特に外部との双方向の情報のやり取りを可能にする無線送受信機を組み込んだ実施の形態10のマイクロ分析チップ装置によると、例えば自宅で測定した人の健康に関する測定結果を直ちにネットワークを介して病院や健康管理センターなどに電送することができ、これにより、迅速かつ的確な診断や治療に関するアドバイスを受けることが可能になる。すなわち、実施の形態10によると、いつでも、どこでも、だれでも、が利用可能な、小型で利便性に優れたマイクロ分析チップ装置を提供することができる。   The micro analysis chip device according to the tenth embodiment can perform measurement and output from collection of a sample with a single device. In particular, according to the micro-analysis chip device of the tenth embodiment that incorporates a wireless transceiver that enables bidirectional exchange of information with the outside, for example, measurement results relating to human health measured at home can be immediately transmitted to the hospital via the network. Can be sent to a health care center or the like, thereby making it possible to receive advice on prompt and accurate diagnosis and treatment. That is, according to the tenth embodiment, it is possible to provide a small and highly convenient micro-analysis chip device that can be used anytime, anywhere, by anyone.

(実施例)
次に、実施例により本発明の説明を行うが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
(Example)
Next, the present invention will be described with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited to the examples.

上記送液構造体は、上記実施の形態1と同様の構成であり、2つの基板(主基板111と蓋基板110)とが重ね合わされて構成されている。   The liquid feeding structure has the same configuration as that of the first embodiment, and is configured by overlapping two substrates (main substrate 111 and lid substrate 110).

主基板への流路114用の溝の形成には、金型による樹脂成型方法を用いた。金型は、シリコン基板にフォトリソ法でレジストパターンを形成後、ドライエッチングプロセス法によりエッチングを行って作製した。作製された金型型枠を設置し、シリコンゴム(ポリジメチルシロキサン、東レダウコーニング社製 ジルポット184)を厚みが2mmになるまで流し込み、100℃、15分の加熱を行い、硬化させた。硬化後、金型と硬化したシリコンゴムを分離させ、シリコンゴムを縦20mm、横10mm、厚み2mmに整形し、上部基板を作製した。流路幅を50μm、流路高さを50μmとした。   A resin molding method using a mold was used to form the groove for the flow path 114 in the main substrate. The mold was manufactured by forming a resist pattern on a silicon substrate by a photolithography method and then performing an etching by a dry etching process method. The prepared mold form was placed, and silicon rubber (polydimethylsiloxane, Zilpot 184 manufactured by Toray Dow Corning Co., Ltd.) was poured until the thickness became 2 mm, and heated at 100 ° C. for 15 minutes to be cured. After curing, the mold and the cured silicon rubber were separated, and the silicon rubber was shaped into a length of 20 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm to produce an upper substrate. The channel width was 50 μm and the channel height was 50 μm.

蓋基板は、厚み600μmの石英基板をダイシングソーで縦25mm、横15mmに切断して作製した。参照電極131の寸法を800μm×300μm、作用電極132の寸法を1000μm×1000μm、外部接続端子用電極136引の寸法を1000mm×1000mm、引き出し電極133のライン幅を200μmに設計した。参照電極131、作用電極132の作製には、フォトリソ法によりレジストをパターニング後、スパッタ法によってチタン層(またはクロム層)50nm、金層100nmを形成し、リフトオフ法によってレジストおよびレジスト上に形成されたチタン層および金層を除去し、所望の形にパターニングされた電極を形成した。その後、作用電極132の表面の下流側領域(下流端から流れ方向100μmの領域)をテトラフルオロエチレンで被覆して疎水性膜を形成した。   The lid substrate was prepared by cutting a quartz substrate having a thickness of 600 μm into a length of 25 mm and a width of 15 mm with a dicing saw. The dimensions of the reference electrode 131 were designed to be 800 μm × 300 μm, the working electrode 132 was designed to be 1000 μm × 1000 μm, the dimension of the external connection terminal electrode 136 was 1000 mm × 1000 mm, and the line width of the extraction electrode 133 was designed to be 200 μm. The reference electrode 131 and the working electrode 132 were formed by patterning a resist by a photolithography method, forming a titanium layer (or chromium layer) of 50 nm and a gold layer of 100 nm by a sputtering method, and forming them on the resist and the resist by a lift-off method. The titanium layer and the gold layer were removed, and an electrode patterned in a desired shape was formed. Thereafter, a downstream region (region having a flow direction of 100 μm from the downstream end) of the surface of the working electrode 132 was covered with tetrafluoroethylene to form a hydrophobic film.

上記主基板と蓋基板とを張り合わせ、実施例にかかる送液構造体を作製した。   The main substrate and the lid substrate were bonded together to produce a liquid feeding structure according to the example.

(比較例)
テトラフルオロエチレン疎水性膜を作用電極全面に形成したこと以外は、上記実施例と同様にして送液構造体を作製した。
(Comparative example)
A liquid delivery structure was produced in the same manner as in the above example except that a tetrafluoroethylene hydrophobic membrane was formed on the entire surface of the working electrode.

実施例、比較例にかかる送液構造体に液を流す試験を行った。実施例では、注入孔に蛍光色素(フルオレセインイソシアネート:FITC)溶液を滴下すると、毛細管現象により送液構造体内に溶液が入った。この後、エレクトロウエッティングバルブの作用電極の上流端をぬらし、疎水性膜形成部分に液体が達した時点で液の流れが停止した。作用電極及び参照電極に電圧を印加すると、作用電極上を液が通過し、流路内の溶液が無くなるまで液を流すことができた。   A test was conducted to flow the liquid through the liquid feeding structures according to the examples and comparative examples. In the example, when a fluorescent dye (fluorescein isocyanate: FITC) solution was dropped into the injection hole, the solution entered the liquid feeding structure by capillary action. Thereafter, the upstream end of the working electrode of the electrowetting valve was wetted, and the liquid flow was stopped when the liquid reached the hydrophobic film forming portion. When a voltage was applied to the working electrode and the reference electrode, the liquid passed over the working electrode, and the liquid could flow until there was no solution in the flow path.

他方、比較例では、作用電極の上流端に達する直前で液の流れが停止し、電圧を印加したときには液の流れが再開しなかった。   On the other hand, in the comparative example, the liquid flow stopped immediately before reaching the upstream end of the working electrode, and the liquid flow did not resume when voltage was applied.

以上により、実施例の送液構造体では、液体の流れを確実に制御できることがわかる。   From the above, it can be seen that the liquid flow can be reliably controlled in the liquid feeding structure of the example.

以上説明したように、本発明によると、流路に参照電極と作用電極を配置し、電圧を印加していないときにおいても作用電極の上流端に液体が確実に接触できうるように構成するという簡便な手法で、流路内の液体の流れを制御することができる。このような流路構造体は、抗原の分析に用いるマイクロ分析チップ等として応用が可能であり、産業上の意義は大きい。   As described above, according to the present invention, the reference electrode and the working electrode are arranged in the flow path, and the liquid electrode can be reliably contacted with the upstream end of the working electrode even when no voltage is applied. The flow of the liquid in the flow path can be controlled with a simple technique. Such a flow channel structure can be applied as a microanalysis chip or the like used for antigen analysis and has great industrial significance.

図1は、実施の形態1にかかる送液構造体の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a liquid feeding structure according to the first embodiment. 図2は、図1の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 図3は、実施の形態1にかかる送液構造体の作用電極近傍の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the first embodiment. 図4は、実施の形態1にかかる送液構造体の液体の流れを示す概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a liquid flow of the liquid feeding structure according to the first embodiment. 図5は、実施の形態2にかかる送液構造体の平面図である。FIG. 5 is a plan view of the liquid feeding structure according to the second embodiment. 図6は、実施の形態2にかかる送液構造体の作用電極近傍の拡大図である。FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the second embodiment. 図7は、実施の形態2の変形例1にかかる送液構造体の作用電極近傍の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the first modification of the second embodiment. 図8は、実施の形態2の変形例2にかかる送液構造体の作用電極近傍の拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the second modification of the second embodiment. 図9は、実施の形態2の変形例3にかかる送液構造体を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a liquid feeding structure according to Modification 3 of Embodiment 2. 図10は、実施の形態2の変形例4にかかる送液構造体を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a liquid feeding structure according to Modification 4 of Embodiment 2. 図11は、実施の形態2の変形例5にかかる送液構造体を示す断面図であるある。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a liquid feeding structure according to Modification 5 of Embodiment 2. 図12は、実施の形態3にかかる送液構造体の作用電極近傍の拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the working electrode of the liquid feeding structure according to the third embodiment. 図13は、実施の形態4にかかる送液構造体を示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing a liquid delivery structure according to the fourth embodiment. 図14は、実施の形態5にかかる送液構造体を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing a liquid feeding structure according to the fifth embodiment. 図15は、実施の形態6にかかる送液構造体を示す平面図である。FIG. 15 is a plan view showing a liquid feeding structure according to the sixth embodiment. 図16は、実施の形態7にかかる送液構造体を示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing a liquid feeding structure according to the seventh embodiment. 図17は、実施の形態8にかかるマイクロ分析チップを示す図である。FIG. 17 is a diagram of the micro analysis chip according to the eighth embodiment. 図18は、実施の形態9にかかるマイクロ分析チップの2層構成を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a two-layer configuration of the microanalysis chip according to the ninth embodiment. 図19は、実施の形態10にかかるマイクロ分析装置を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating the microanalyzer according to the tenth embodiment. 図20は、実施の形態11にかかるマイクロ分析装置の積層構造を説明するための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining a stacked structure of the microanalyzer according to the eleventh embodiment. 図21は、接触角を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating the contact angle. 図22は、流路構造を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing the flow channel structure. 図23は、圧力を算出する式である。FIG. 23 is an equation for calculating the pressure. 図24は、従来技術にかかる送液構造体の平面図である。FIG. 24 is a plan view of a liquid feeding structure according to a conventional technique.

符号の説明Explanation of symbols

110 蓋基板
111 主基板
112 注入孔
113 排出孔
114 流路
131 参照電極
132 作用電極
133 引き出し電極
134 親水性領域
135 疎水性領域
136 外部接続端子用電極
137 対向電極
149 疎水性構造物
110 Lid substrate 111 Main substrate 112 Injection hole 113 Discharge hole 114 Channel 131 Reference electrode 132 Working electrode 133 Extraction electrode 134 Hydrophilic region 135 Hydrophobic region 136 External connection terminal electrode 137 Counter electrode 149 Hydrophobic structure

Claims (22)

流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、
前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極表面の少なくとも一部が疎水性であり、前記作用電極表面の少なくとも上流側端部近傍が親水性である、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve that controls the flow of the liquid in the channel is arranged,
The electrowetting valve has a working electrode formed in a specific area in the flow path, and a reference electrode formed upstream of the specific area where the working electrode is formed,
In a state where no voltage is applied to both electrodes, at least a part of the surface of the working electrode is hydrophobic, and at least the vicinity of the upstream end of the surface of the working electrode is hydrophilic.
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項1に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において
前記流路は、流れ方向に直交する断面視において常に疎水領域と親水領域とが存在する構造である、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve according to claim 1, the channel is a structure in which a hydrophobic region and a hydrophilic region always exist in a cross-sectional view orthogonal to the flow direction.
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項2に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体は、少なくとも前記流路用の溝が形成された主基板と、
前記参照電極と前記作用電極が形成された蓋基板と、を有し、
前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされてなるものである、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the flow path structure with an electrowetting valve according to claim 2,
The channel structure with the electrowetting valve includes at least a main substrate on which the channel groove is formed,
A lid substrate on which the reference electrode and the working electrode are formed;
The main substrate and the lid substrate are overlaid,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項3に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板は、疎水性材料からなり、
前記蓋基板は、親水性材料からなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the flow path structure with an electrowetting valve according to claim 3,
The main substrate is made of a hydrophobic material,
The lid substrate is made of a hydrophilic material,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項4に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、
前記蓋基板はガラスからなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the flow path structure with an electrowetting valve according to claim 4,
The main substrate is made of polydimethylsiloxane,
The lid substrate is made of glass;
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項1ないし5いずれか1項に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記作用電極の構成材料が疎水性であり、
前記作用電極の上流端近傍表面に親水化処理が施されている、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve according to any one of claims 1 to 5,
The constituent material of the working electrode is hydrophobic,
The surface near the upstream end of the working electrode has been subjected to a hydrophilic treatment,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項6に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記親水化処理は、親水処理剤処理、プラズマ処理、UV処理、表面粗さの制御からなる群より選択される少なくとも一種である
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the flow path structure with an electrowetting valve according to claim 6,
The flow channel structure with an electrowetting valve, wherein the hydrophilization treatment is at least one selected from the group consisting of treatment with a hydrophilic treatment agent, plasma treatment, UV treatment, and control of surface roughness.
請求項1ないし5いずれか1項に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記作用電極の構成材料が親水性であり、
前記上流側端近傍表面を除く作用電極表面に疎水化処理されている、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve according to any one of claims 1 to 5,
The constituent material of the working electrode is hydrophilic,
The working electrode surface excluding the surface near the upstream end is hydrophobized,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項8に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記疎水化処理が、疎水処理剤処理、疎水性膜の形成、表面粗さの制御からなる群より選択される少なくとも一種である
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The flow path structure with an electrowetting valve according to claim 8,
The flow channel structure with an electrowetting valve, wherein the hydrophobizing treatment is at least one selected from the group consisting of treatment with a hydrophobic treatment agent, formation of a hydrophobic film, and control of surface roughness.
流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、
前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極が疎水性であり、
前記作用電極の上流端を含む流路断面において液体に発生する表面張力による圧力が正であり、且つ作用電極が形成された領域の流路には、液体に発生する表面張力による圧力が0又は負である部分が存在する、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve that controls the flow of the liquid in the channel is arranged,
The electrowetting valve has a working electrode formed in a specific area in the flow path, and a reference electrode formed upstream of the specific area where the working electrode is formed,
In a state where no voltage is applied to both electrodes, the working electrode is hydrophobic,
The pressure due to the surface tension generated in the liquid is positive in the cross section of the flow path including the upstream end of the working electrode, and the pressure due to the surface tension generated in the liquid is 0 or 0 in the flow path in the region where the working electrode is formed. There is a negative part,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項10に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体は、少なくとも前記流路用の溝が形成された主基板と、
前記参照電極と前記作用電極が形成された蓋基板と、を有し、
前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされてなるものである、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The flow path structure with an electrowetting valve according to claim 10,
The channel structure with the electrowetting valve includes at least a main substrate on which the channel groove is formed,
A lid substrate on which the reference electrode and the working electrode are formed;
The main substrate and the lid substrate are overlaid,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項11に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板は、疎水性材料からなり、
前記蓋基板は、親水性材料からなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the flow path structure with an electrowetting valve according to claim 11,
The main substrate is made of a hydrophobic material,
The lid substrate is made of a hydrophilic material,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項12に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、
前記蓋基板はガラスからなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The flow path structure with an electrowetting valve according to claim 12,
The main substrate is made of polydimethylsiloxane,
The lid substrate is made of glass;
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項12又は13に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記作用電極上流端における溝幅が、前記表面張力による圧力が0又は負である部分における溝幅よりも大きい、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve according to claim 12 or 13,
The groove width at the upstream end of the working electrode is larger than the groove width at the portion where the pressure due to the surface tension is 0 or negative,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項12ないし14いずれか1項に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記作用電極上流端における溝高さが、前記表面張力による圧力が0又は負である部分における溝高さよりも小さい、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The channel structure with an electrowetting valve according to any one of claims 12 to 14,
The groove height at the upstream end of the working electrode is smaller than the groove height at the portion where the pressure due to the surface tension is 0 or negative,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
流路内の液の流れを制御するエレクトロウエッティングバルブが配置されたエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブは、流路内の特定域に形成された作用電極と、前記作用電極の形成された特定域よりも上流側に形成された参照電極と、を有し、
前記両電極に電圧が印加されていない状態において、前記作用電極の少なくとも上流側端部近傍が親水性であり、
前記作用電極の上流端以外の領域に、流路の液体接触面を増加させる疎水性構造物が設けられている、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
In the channel structure with an electrowetting valve in which an electrowetting valve that controls the flow of the liquid in the channel is arranged,
The electrowetting valve has a working electrode formed in a specific area in the flow path, and a reference electrode formed upstream of the specific area where the working electrode is formed,
In a state where no voltage is applied to both electrodes, at least the vicinity of the upstream end of the working electrode is hydrophilic,
A hydrophobic structure that increases the liquid contact surface of the flow path is provided in a region other than the upstream end of the working electrode.
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項16に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記疎水性構造物が、ピラー、穴、溝の少なくとも一種である、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The flow path structure with an electrowetting valve according to claim 16,
The hydrophobic structure is at least one of a pillar, a hole, and a groove;
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項16又は17に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記エレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体は、少なくとも前記流路用の溝が形成された主基板と、
前記参照電極と前記作用電極が形成された蓋基板と、を有し、
前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされてなるものである、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The channel structure with an electrowetting valve according to claim 16 or 17,
The channel structure with the electrowetting valve includes at least a main substrate on which the channel groove is formed,
A lid substrate on which the reference electrode and the working electrode are formed;
The main substrate and the lid substrate are overlaid,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項18に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板は、疎水性材料からなり、
前記蓋基板は、親水性材料からなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The channel structure with an electrowetting valve according to claim 18,
The main substrate is made of a hydrophobic material,
The lid substrate is made of a hydrophilic material,
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項19に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体において、
前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、
前記蓋基板はガラスからなる、
ことを特徴とするエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体。
The channel structure with an electrowetting valve according to claim 19,
The main substrate is made of polydimethylsiloxane,
The lid substrate is made of glass;
A flow path structure with an electrowetting valve characterized by the above.
請求項1ないし20いずれか1項に記載のエレクトロウエッティングバルブ付き流路構造体を必須要素として備えた分析チップ。   An analysis chip comprising the flow channel structure with an electrowetting valve according to any one of claims 1 to 20 as an essential element. 請求項21に記載の分析チップを必須要素として備えた分析装置。   An analysis apparatus comprising the analysis chip according to claim 21 as an essential element.
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