JP5531374B2 - マイクロ流体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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本発明によれば、流体が流れることが可能なマイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロ流路内に充填物を含み、前記充填物が前記マイクロ流路内で2箇所以上で固定されていることを特徴とするマイクロ流体デバイスが提供される。
また、他の本発明によれば、流体が流れることが可能なマイクロ流路内に充填物を含むマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、(I)前記マイクロ流路内に充填物を充填する工程、(II)前記充填物を固定するための少なくとも1個の固定部を前記マイクロ流路内に形成する工程を、工程(I)、工程(II)の順で含むことを特徴とするマイクロ流体デバイスの製造方法、さらに前記製造方法により得られたマイクロ流体デバイスが提供される。
本発明のマイクロ流体デバイスは、流体が流れることができるマイクロ流路を有し、前記マイクロ流路内には充填物が含まれている。本発明のマイクロ流体デバイスは、前記充填物が、前記マイクロ流路内において、2箇所以上で固定されていることを特徴とする。好ましくは、前記充填物が2個以上の固定部により固定されている。
本態様の固定部は、部材(A)又は(B)の少なくともいずれか一方に設けられた孔に挿入された挿入部材からなる。挿入部材は、栓状の部材であることが好ましい。孔は部材(A)又は(B)を貫通している。好ましくは、部材(A)にはマイクロ流路となる溝が形成されており、孔は部材(A)の溝上に設けられている。
本態様の固定部は、可塑性の部材(B)を変形させることにより形成される。可塑性の部材(B)をマイクロ流路に沿って、部材(B)がマイクロ流路内方向に窪むように変形させることにより、流路内に凸部を形成する。好ましくは、部材(A)にはマイクロ流路となる溝が形成されている。窪みが充填物やマイクロ流路内を流れる試料の圧力により、元の平坦な状態に戻らないように、窪みを支持する支持部材を設けることもできる。支持部材の材料は、上述のマイクロチップと同様の材料を用いることができるが、それらに限定されない。また、支持部材の支持部は、充填物の流出を防止するための十分な高さを有していることが好ましい。支持部材の支持部の形状は、部材(B)に接触する部分に角のない形状であることが好ましい。具体的には、半円筒形や半球形の突起であることが好ましく、後述する先端の丸い棒の曲率と同程度の曲率を有する半円筒形や半球形の突起であることがより好ましい。
本態様の固定部は、マイクロ流路内に注入した組成物を硬化させた硬化物からなる。好ましくは、部材(A)又は(B)の少なくともいずれか一方に設けられた孔内に注入した組成物を硬化させた硬化物からなる。孔は部材(A)又は(B)を貫通している。好ましくは、部材(A)にはマイクロ流路となる溝が形成されており、孔は部材(A)の溝上に設けられている。組成物を硬化させた硬化物は、流路内に凸部を形成する。孔の形状、大きさ等は、上述の通りである。本態様においては、孔に代え、分岐した流路を通じて組成物を注入し、凸部を形成することもできる。
本態様の固定部は、マイクロ流路内に注入した組成物(第3の態様の組成物と同じ)を硬化させた硬化物からなり、硬化物がマイクロ流路内の充填物の一部に接着している。好ましくは、部材(A)又は(B)の少なくともいずれか一方に設けられた孔内に注入した組成物を硬化させた硬化物からなる。孔は部材(A)又は(B)を貫通している。好ましくは、部材(A)にはマイクロ流路となる溝が形成されており、孔は部材(A)の溝上に設けられている。組成物を硬化させた硬化物は、流路内に凸部を形成する。本態様においては、組成物により、充填物が部材(A)又は(B)に接着している。孔の形状、大きさ等は、上述の通りであり、組成物も上述の組成物を用いることができる。また、孔に代え、分岐した流路を通じて組成物を注入し、凸部を形成することもできる。
本態様の固定部は、マイクロ流路内に完全に挿入された挿入部材により形成される。マイクロ流路の断面の形状は上述した形状いずれであってもよい。また、挿入部材の形状は上述した形状いずれであってもよい。マイクロ流路と挿入部材の組み合わせは、マイクロ流路に挿入部材を完全に挿入し、流体を上述の線流速でマイクロ流路に流した場合に、挿入部材が充填物を固定し得る組み合わせを選択すればよい。挿入部材の最大断面積は、マイクロ流路に試料が流れることが可能な面積であり、具体的には、マイクロ流路の断面積に対して、10〜90%の面積であることが好ましく、15〜50%の面積であることがより好ましい。好ましくは、断面が矩形のマイクロ流路と、矩形の短辺よりも大きい直径を有するビーズの組み合わせである。この場合において、ビーズの直径は、矩形の短辺に対して1〜10%大きいことが好ましく、1〜5%大きいことがより好ましい。この場合、ビーズは、マイクロ流路に挿入できる程度に変形する材料からなることが好ましい。マイクロ流路内に挿入された挿入部材により、充填物の移動が防止される。挿入部材の材料としては、上述のマイクロチップの材料と同様であり、特に限定されないが、ゴム弾性を有する合成樹脂であることが好ましい。また、マイクロチップ自体が、ゴム弾性を有する合成樹脂であってもよい。さらに、本態様において、挿入部材としてワイヤーなどの線状の形状を有する部材を用いることも可能であるが、充填物の固定が難しいという点から、マイクロ流体デバイスの使用の態様によってはワイヤーを用いないことが好ましい場合もある。
本態様の固定部は、マイクロ流路内に完全に挿入された熱又は光に反応して膨張した挿入部材により形成される。マイクロ流路内に挿入された挿入部材により、充填物の移動が防止される。挿入部材としては、例えば、Akzo Nobel Surface Chemistry AB社製エクスパンセル(登録商標)を用いることができるが、これに限定されない。
本態様の固定部は、光硬化性化合物(例えば、反応性モノマー、反応性オリゴマー、反応性ポリマー)及び光硬化開始剤を含む組成物を硬化させた硬化物により形成することができる。光硬化性化合物としては、アクリルアミド、アクリレート、メタクリレート、ビニル系モノマー等が挙げられる。光硬化開始剤としては、水溶性光重合開始剤(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製、商品名:イルガキュア2959(登録商標))等が挙げられる。
図6は、実施例1において作成した固定部の流路に対して垂直方向の断面を示す写真である。この固定部の作成方法を次に示す。
金型を用いた射出成形により、溝(幅550μm、深さ550μm)及び一体型の凸部(流路方向の長さ500μm、流路断面方向の長さ550μm、高さ200μm)、基板111の流路117上に、チップ外側面の直径が2mm、流路側の面の直径が600μmである切頭円錐状の孔115を有するPMMA製の基板111(4cm×3cm×1.5mm)を作製した。基板の溝を有する側の面に、PMMA製のフィルム112(4cm×3cm×50μm)を積層し、真空加熱プレス機(400kg重圧)を用いて、真空中、100℃で30秒間、加熱圧着した。これにより、基板111とフィルム112とが接着したマイクロチップが得られた。この孔115のチップ外側面から、直径770μmの球状のポリスチレンビーズ(DukeScience社製)116 1個をピンセットを用いて挿入した。その後、孔に接着剤(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ社製、商品名 アラルダイト ラピッド、型番 AR−R30、エポキシ系接着剤)をピペットにより注入し25℃、3時間静置することにより硬化させた。これにより、幅550μm、深さ550μmの流路に、幅550μm、高さ170μmの凸部(固定部構造)が形成された。
実施例1と同様に、部材の流路上に、チップ外側面の直径が2mm、流路側の面の直径が600μmである切頭円錐状の孔を有する基板とフィルムとが接着したマイクロチップを得た。マイクロチップの流路の両端に、接着剤を用いてキャピラリーを接続した。一端のキャピラリーを吸引しながら、もう一端のキャピラリーからビーズ(Duke Science社製、直径500μmの球状ポリスチレンビーズ)懸濁液を吸引し、ビーズを一つずつマイクロ流路内に充填した。充填されたビーズは基板に設けられた凸部によってマイクロ流路内に留められた。その後、実施例1の凸部を形成することにより、ビーズが充填され固定されたマイクロチップを得た。このマイクロチップに純水を流速3.3cm/秒で流したところ、ビーズは2個の凸部の間から流出することがなかった。また、液溜まりも生じなかった。
図7は、実施例3において作成したマイクロチップの一部の流路に対して平行方向の断面を示す写真である。この凸部の作成方法を次に示す。
実施例1と同様に、基板121とフィルム122とが接着したマイクロチップを得た。実施例2と同様にマイクロ流路127内にビーズ123を充填した。その後、基板121に設けられた凸部と反対の端のフィルムのビーズ未充填部分を、ボールペン(ZEBBRA製、商品名:Rubber80、型番:R−8000)を用いて150g重の圧力で、流路方向へ押し込んだ。これにより、フィルムは流路方向へ窪み、幅550μm、深さ550μmの流路に、流路方向の長さ5mm、流路断面方向の長さ550μm、高さ100μmの凸部(固定部構造)128が形成された。
このマイクロチップに純水を流速3.3cm/秒で流したところ、ビーズは2個の凸部の間から流出することがなかった。また、液溜まりも生じなかった。
図8は、実施例4において作成した固定部の流路に対して平行方向の断面を示す写真である。この固定部の作成方法を次に示す。
実施例1と同様に、基板131とフィルム132とが接着したマイクロチップを得た。次いで、基板131の流路137上に、流路側の面の直径が600μmである切頭円錐状の孔135を作成した。この孔135のチップ外側面から接着剤(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ製、商品名 アラルダイト ラピッド、型番 AR−R30、エポキシ系接着剤)を、接着剤がマイクロ流路内に凸部を形成するように、ピペットを用いて注入した。その後、25℃60分間静置することにより接着剤を硬化させた。これにより、幅550μm、深さ550μmの流路に、流路方向の長さ1180μm、流路断面方向の長さ550μm、高さ440μmの接着剤硬化物からなる凸部(固定部構造)138が形成された。
実施例1の凸部に代え実施例4の凸部を形成した他は、実施例2に記載の方法と同様にしてマイクロチップを得た。このマイクロチップに純水を流速3.3cm/秒で流したところ、ビーズは2個の凸部の間から流出することがなかった。また、液溜まりも生じなかった。
12、22、32、42、52、112、122、132、212、222、312、322、332、342 部材(B)
13、23、33、43、53、123、413、423、433 充填物
14、24、34、44、54 部材(A)と一体的に形成された固定部
15、45、55、115、135、315、325、335、345 孔
16、116 ビーズ
17、27、37、47、57、117、127、137、217、227、317、327、337、347、417、427、437 マイクロ流路
18、28、38、48、58、118、128、138 凸部
39 支持部材
39a 支持部
46、56、119、136 硬化物
53a 部材(A)に接着した充填物
214、224 試料導入口
X マイクロチップの長手方向
Y マイクロチップの短手方向
311a、321a、331a、341a マイクロチップの外面
311b、321b、331b、341b 部材(A)と部材(B)とが接着している側の面
315a、325a、335a、345a 円錐の底面側
315b、325b、335b、345b 円錐の頂点側
414、424、434 固定部
414a、424a、434a 固定箇所
Claims (17)
- 流体が流れることが可能なマイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロ流路内に充填物を含み、前記充填物が前記マイクロ流路内において2個以上の固定部により2箇所以上で固定され、
固定部の少なくとも1個が、マイクロ流路内に形成された凸部であり、
マイクロ流体デバイスがマイクロチップであり、それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材を含み、
それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材として、マイクロ流路を形成する溝を有する部材(A)、及び部材(A)の溝を有する面に接着した部材(B)を含み、
部材(A)又は部材(B)の少なくともいずれか一方が孔を有し、前記固定部の少なくとも1個が、前記孔に挿入された挿入部材であるマイクロ流体デバイス。 - 流体が流れることが可能なマイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロ流路内に充填物を含み、前記充填物が前記マイクロ流路内において2個以上の固定部により2箇所以上で固定され、
固定部の少なくとも1個が、マイクロ流路内に形成された凸部であり、
マイクロ流体デバイスがマイクロチップであり、それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材を含み、
それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材として、マイクロ流路を形成する溝を有する部材(A)、及び部材(A)の溝を有する面に接着した部材(B)を含み、
前記固定部の少なくとも1個が、部材(B)を変形させることにより形成されたマイクロ流体デバイス。 - 流体が流れることが可能なマイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロ流路内に充填物を含み、前記充填物が前記マイクロ流路内において2個以上の固定部により2箇所以上で固定され、
固定部の少なくとも1個が、マイクロ流路内に形成された凸部であり、
マイクロ流体デバイスがマイクロチップであり、それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材を含み、
それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材として、マイクロ流路を形成する溝を有する部材(A)、及び部材(A)の溝を有する面に接着した部材(B)を含み、
部材(A)又は部材(B)の少なくともいずれか一方が孔を有し、前記固定部の少なくとも1個が、前記孔に注入された組成物を硬化させた硬化物であるマイクロ流体デバイス。 - 流体が流れることが可能なマイクロ流路を有するマイクロ流体デバイスであって、前記マイクロ流路内に充填物を含み、前記充填物が前記マイクロ流路内において2個以上の固定部により2箇所以上で固定され、
固定部の少なくとも1個が、マイクロ流路内に形成された凸部であり、
マイクロ流体デバイスがマイクロチップであり、それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材を含み、
それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材として、マイクロ流路を形成する溝を有する部材(A)、及び部材(A)の溝を有する面に接着した部材(B)を含み、
部材(A)又は部材(B)の少なくともいずれか一方が孔を有し、前記固定部の少なくとも1個が、前記孔に注入された組成物を硬化させた硬化物であり、充填物が前記硬化物により部材(A)又は部材(B)に接着されたマイクロ流体デバイス。 - 充填物が粒子である請求項1〜4いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- それぞれが板状又はフィルム状である2個以上の部材が、それぞれ、樹脂材料、金属材料、及び無機材料からなる群より選択される材料を用いて作製された請求項1〜5いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 固定部の少なくとも他の1個が、部材(A)又は部材(B)と一体的に形成された請求項1〜6いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 部材(B)が、可塑性の部材である請求項1〜7いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 部材(B)の厚さが、10〜500μmである請求項1〜8いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 部材(B)が、ポリメチルメタクリレートフィルムである請求項1〜9いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 孔が切頭円錐状の孔である請求項1、3及び4いずれか記載のマイクロ流体デバイス。
- 挿入部材が、樹脂材料、金属材料及び無機材料からなる群より選択される材料を用いて作製された請求項1記載のマイクロ流体デバイス。
- 請求項1〜4いずれか記載のマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、(I)前記マイクロ流路内に充填物を充填する工程、(II)前記固定部の少なくとも1個を前記マイクロ流路内に形成する工程を、工程(I)、工程(II)の順で含むことを特徴とするマイクロ流体デバイスの製造方法。
- 請求項1記載のマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、工程(II)が、前記孔に挿入部材を挿入する工程である請求項13記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。
- 請求項2記載のマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、工程(II)が、部材(B)を変形させる工程である請求項13記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。
- 請求項3記載のマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、工程(II)が、前記孔に組成物を注入し、次いで組成物を硬化する工程である請求項13記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。
- 請求項4記載のマイクロ流体デバイスを製造する方法であって、工程(II)が、前記孔に組成物を注入し、次いで組成物を硬化し、充填物を部材(A)又は部材(B)に接着する工程である請求項13記載のマイクロ流体デバイスの製造方法。
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