JP6108446B2 - Device and method for transporting liquid in a microchannel - Google Patents
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Description
本発明は、ポンプ機構によってマイクロ流路内の液体を輸送するデバイスおよび方法、並びにそのデバイスを用いた分析・検出、合成方法に関する。 The present invention relates to a device and method for transporting a liquid in a microchannel by a pump mechanism, and an analysis / detection / synthesis method using the device.
流体を利用して流路と呼ばれる溶液をながすことのできる流路を作成しその２つの流路が接触する部分を利用して、化学合成を行うことは以前より行われている。マイクロ流路を利用することによって、必要な容量の数種類の化学物質を流し込みより適切な化学反応を促すことが可能となり、未反応の化学物質の低減や反応効率の上昇、さらには実験室での感染やコンダミネーションを抑えることが可能である。化学合成後に、そのままチップ内で生成物質の分離分析を行うことも可能である（非特許文献１）。 It has been practiced to create a flow channel that can flow a solution called a flow channel using a fluid and to perform chemical synthesis using a portion where the two flow channels are in contact with each other. By using microchannels, it is possible to inject several types of chemical substances in the required volume to promote more appropriate chemical reactions, reduce unreacted chemical substances, increase reaction efficiency, and even in the laboratory. It is possible to reduce infection and contamination. After chemical synthesis, it is also possible to carry out separation analysis of the product in the chip as it is (Non-patent Document 1).
溶液中の成分を分析することは液体クロマトグラフィーに代表されるように、古くから行われている。溶液中の成分を分析するには、カラムと呼ばれる部分に分析する目的物質との化学的親和性の高い化学物質を固定相と呼ばれる部分に固定化し、その部分にサンプル溶液と移動相と呼ばれる溶液を流すことによって分析を行う。 Analyzing components in a solution has been performed for a long time, as represented by liquid chromatography. To analyze the components in a solution, a chemical substance having a high chemical affinity with the target substance to be analyzed is immobilized in a part called a column, and a part called a sample solution and a mobile phase are immobilized in that part. Analyze by running
流体を利用して化学合成を行う場合でも、溶液中の成分を分析する場合についても、送液が必要である。送液にはポンプを使用し、それは外部からのポンプ装置を利用するものである。マイクロチップ内部で分析を行う場合、流路の幅が数１００マイクロの内部に溶液を流すための圧力発生源となるポンプが必要である。現状ではすべてをマイクロチップ内部に収めることは難しいため、外部に高性能ポンプを設置して圧力差を発生させることが通常の手法である。この時、高い理論段数、早い分析を行うためには、性能の高いポンプ機構が必要である。 Even when chemical synthesis is performed using a fluid, it is necessary to send a solution even when analyzing components in the solution. A pump is used for liquid feeding, which uses an external pump device. When analysis is performed inside the microchip, a pump serving as a pressure generation source for flowing the solution through the inside of the flow channel having a width of several hundreds of microns is required. At present, it is difficult to fit everything inside the microchip, so it is normal practice to create a pressure difference by installing a high-performance pump outside. At this time, a high-performance pump mechanism is required to perform a high number of theoretical plates and quick analysis.
また、性能が高いポンプ機構が得られても、ポンプが外部に存在する限り、接続等の問題が生じる。電源や外部制御装置を全て内包しておりマイクロチップ内部に内包させることが可能なポンプは存在しておらず、その実用化が望まれていた。また外部に接続するポンプは、高性能であるポンプであるほど、大掛かりなシステムであり、ペレスター回転の制御などの複雑な機構を有するものが多い。また、接続する過程で汚濁が起こる可能性が高く、汚染のない密封空間で処理するマイクロ流体システムが望まれている状況にある。 Even if a high-performance pump mechanism is obtained, problems such as connection may occur as long as the pump exists outside. There is no pump that includes all of the power supply and the external control device and can be included in the microchip, and its practical use has been desired. Further, the pump connected to the outside is a larger system as the pump has higher performance, and many have complicated mechanisms such as control of the rotation of the Pelestar. In addition, there is a high possibility that contamination occurs in the connection process, and there is a demand for a microfluidic system that performs processing in a sealed space free from contamination.
特に、外部ポンプの機構は微少サンプル（数マイクロ〜数百マイクロ）の化学合成には不向きである。更に流路内に原料化合物に使用される溶媒が高価な場合についても外部ポンプの機構は不利である。つまり、化学反応部の小型化（マイクロチャンネル化）によって、実際に化学反応に必要な化学物質の量は低減されるが、実際に合成に必要な原料化合物の量は、外部ポンプシステムが大きいため従来型の合成とほとんど変わらない欠点があり、その改善が望まれていた。 In particular, the mechanism of the external pump is not suitable for chemical synthesis of a small sample (several micro to several hundred micro). Furthermore, the mechanism of the external pump is disadvantageous even when the solvent used for the raw material compound is expensive in the flow path. In other words, the miniaturization of the chemical reaction part (microchannel) reduces the amount of chemical substances actually required for the chemical reaction, but the amount of raw material compounds actually required for the synthesis is large because the external pump system is large There are drawbacks that are almost the same as conventional synthesis, and improvements have been desired.
溶液中の物質を分析する場合についても同様で、特に移動相に使用される溶媒が高価な場合には、分析システムを小型化しても、外部ポンプ及び周辺システムにおける必要溶媒の量は従来と変わらないために分析装置の小型化が進んでいない。 The same applies to the case of analyzing substances in a solution. Especially when the solvent used in the mobile phase is expensive, the required amount of solvent in the external pump and the surrounding system is the same as before even if the analysis system is downsized. Therefore, the analyzer has not been downsized.
このように、マイクロチャンネルを利用した分析には、これまで、外部ポンプが必須であり、また、その外部ポンプの存在が、マイクロチャンネルの化学合成、化学分析の発展を遮ってきたと言える。 Thus, it can be said that an external pump is indispensable for analysis using a microchannel, and the presence of the external pump has hindered the development of chemical synthesis and chemical analysis of the microchannel.
一方、外部刺激に応答して高分子鎖のコンフォメーションを変化させる刺激応答性高分子（リニアポリマー）や膨潤収縮率が変化する刺激応答性ゲルは、これまで基礎から応用まで幅広く研究が行われてきた（非特許文献２）。特に温度応答性を有するポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミドゲル（PNIPAAm）は，1次相転移である体積相転移現象が故田中豊一（MIT）らによって見出されて以来，細胞の接着性制御や薬物放出デバイスなど様々な応用展開（非特許文献３）がなされてきた。 On the other hand, stimulus-responsive polymers (linear polymers) that change the conformation of polymer chains in response to external stimuli and stimulus-responsive gels that change the swelling and shrinkage ratio have been extensively studied from the basics to applications. (Non-Patent Document 2). In particular, poly-N-isopropylacrylamide gel (PNIPAAm), which has temperature responsiveness, has been discovered by the late Toyoichi Tanaka (MIT) et al. Various application developments such as drug release devices (Non-Patent Document 3) have been made.
高分子アクチュエータの一種であるゲルアクチュエータはこうした高分子ゲルからなり、軽量・柔軟・成形加工性の高さを特徴とし、有機材料で構成されているため金属疲労が発生せず、無音で駆動することを特徴としている。高分子素材の柔軟性から、電磁モーターやギヤから構成されるアクチュエータと比較して、非常に柔らかい動きを簡単に作り出すことができる。また電磁モーターのように発熱しないことも、ゲルアクチュエータの特徴として挙げることができる。 Gel actuators, a type of polymer actuators, are made of such polymer gels and are characterized by high weight, flexibility, and high moldability. They are made of organic materials, so metal fatigue does not occur and they are driven silently. It is characterized by that. Due to the flexibility of the polymer material, very soft movement can be easily created compared to actuators composed of electromagnetic motors and gears. Another feature of the gel actuator is that it does not generate heat unlike an electromagnetic motor.
ゲルアクチュエータは筋肉同様にスケール普遍性を持つため、マクロに機能を果たすアクチュエータの開発に成功すれば、微細化しても同様の働きが得られることが保障される。ゲルアクチュエータのスケール普遍性と合わせて、これまでの機械駆動の分野にない特徴を有するゲルアクチュエータは、半導体微細加工技術の著しい発展から、マイクロチップの微細空間で機能するマイクロ流体素子として活用することが切望されてきた。ゲルアクチュエータは、合成時に使用する鋳型さえ微細化すればスケールダウンは非常に安易である。さらに、ゲルアクチュエータは、柔軟な駆動が特徴であることから電磁モーターやギヤからなるアクチュエータに比べて、微細空間においても多自由度のアクチュエータをより簡便に作製可能なメリットを有している。作製段階においても、UVや低温の温度環境で合成可能な高分子も多いため、作製時に必要なエネルギーコストが非常に小さいことも特徴として挙げられる。 Since gel actuators have scale universality similar to muscles, it is guaranteed that the same function can be obtained even if the actuator is miniaturized if a macro actuator is successfully developed. Combined with the scale universality of gel actuators, gel actuators that have characteristics that have not existed in the field of mechanical drive so far should be utilized as microfluidic devices that function in the microspace of microchips due to the remarkable development of semiconductor microfabrication technology. Has been longing for. The gel actuator is very easy to scale down as long as the template used for synthesis is miniaturized. Furthermore, since the gel actuator is characterized by flexible driving, it has an advantage that a multi-degree-of-freedom actuator can be more easily produced even in a minute space than an actuator made of an electromagnetic motor or gear. Even during the production stage, there are many polymers that can be synthesized in a UV or low temperature environment, so the energy cost required for production is very low.
ゲル内部で化学反応を直接的に力学的なエネルギーに変換して膨潤収縮運動が可能となれば、これまでの刺激応答性ゲルと異なり、その形態変化（出力）を起こすために、スイッチとして常に温度や電場などの外部刺激（入力）を必要としない自励振動ゲルを作製することができる。本発明に利用する自励振動ゲルは、外部電源および外部制御装置を含めたシステム全体の微細化を目指して、自らリズムを発し周期的なパルスや空間パターンを生み出す非線形反応として知られているBelousov-Zhabotinsky（BZ）反応を利用した。BZ反応は、代謝反応との類似性が多く、情報伝達や自己組織化などの種々の生命現象を理解するための化学モデルとしてその重要性が認識されている（非特許文献４，５）。またBZ反応は常に反応基質を供給するシステムを組まなくとも、バッチ内で安定的に振動反応を起こすことを特徴としているため、本発明を達成するためには最適な振動反応だといえる。
If the chemical reaction is directly converted into mechanical energy inside the gel and swelling and contraction movement becomes possible, unlike conventional stimuli-responsive gels, it will always be used as a switch to cause its morphological change (output). A self-oscillating gel that does not require external stimulation (input) such as temperature and electric field can be produced. The self-excited vibrating gel used in the present invention is a Belousov known as a non-linear reaction that generates periodic pulses and spatial patterns by generating its own rhythm, aiming at miniaturization of the entire system including an external power supply and an external control device -Utilized Zhabotinsky (BZ) reaction. The BZ reaction has many similarities to metabolic reactions, and its importance is recognized as a chemical model for understanding various life phenomena such as information transmission and self-organization (
これまでBZ反応を駆動源としてポリマー鎖を駆動させる研究として、1984年に石渡（信州大）らがリニアポリマー（非特許文献６）で、また1996年に吉田（東大）らが化学架橋構造を有するゲルの合成（非特許文献７）に成功している。これら自励振動高分子は、BZ反応触媒であるRu(bpy)3を高分子鎖に内包することによって達成している。ポリマー鎖内に導入されたRu(bpy)3部位は、酸化状態（Ru(III）と還元状態（Ru(II)）で溶解性が変化する。そのため、BZ反応場におけるRu(bpy)3部位の周期的な酸化還元状態の変化によって、ポリマー鎖の溶解性が周期的に変化するため、リニアポリマーでは凝集・解離の周期的変化を透過率振動として、またゲルでは膨潤収縮挙動として観測することができる。架橋構造を有する自励振動ゲルは、化学反応を直接的に力学的なエネルギーに変換して体積振動を起こすことが可能であるためアクチュエータとして使用可能な点で特に優れている。 So far, in 1984, Ishiwatari (Shinshu Univ.) Et al. Was a linear polymer (Non-patent Document 6), and in 1996 Yoshida (Tokyo Univ.) Et al. Has been successfully synthesized (Non-Patent Document 7). These self-excited vibration polymers are achieved by encapsulating Ru (bpy) 3 which is a BZ reaction catalyst in a polymer chain. The solubility of Ru (bpy) 3 site introduced into the polymer chain changes depending on the oxidation state (Ru (III) and reduction state (Ru (II)), so Ru (bpy) 3 site in the BZ reaction field Because the solubility of the polymer chain changes periodically due to the cyclic change in the redox state of the polymer, the periodic change of aggregation and dissociation should be observed as permeability oscillation in the linear polymer, and the swelling and shrinkage behavior in the gel. A self-excited vibrating gel having a crosslinked structure is particularly excellent in that it can be used as an actuator because it can convert a chemical reaction directly into mechanical energy to cause volume vibration.
これらのBZ反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動を繰り返す自励振動ゲル（以下、単に「自励振動ゲル」ということもある。）の特徴として、化学エネルギーを直接的に力学的なエネルギーに変換して駆動することが可能であるため、外部電源および外部制御装置が必要なく、周期的に駆動させるための外部制御システムも必要としない点にある。また自励振動のOn-Offスイッチングを行う必要性がある場合には、外部温度制御（非特許文献８）もしくはマロン酸等のＢＺ反応の有機酸となる物質の流量をコントロール（非特許文献９）することでも可能である。 As a feature of self-excited vibration gel that repeats spontaneous swelling / shrinking motion using these BZ reactions as a driving source (hereinafter sometimes simply referred to as “self-excited vibration gel”), chemical energy is directly converted into mechanical energy. Therefore, an external power supply and an external control device are not required, and an external control system for periodically driving is not required. In addition, when it is necessary to perform on-off switching of self-excited vibration, external temperature control (Non-Patent Document 8) or the flow rate of a substance that becomes an organic acid in a BZ reaction such as malonic acid is controlled (Non-Patent Document 9). ) Is also possible.
こうした自励振動ゲルを用いた装置或いはシステムの発明も提案されており、例えば、特許文献１では、自励振動ゲルの配列体、及びその製造方法が提供されている。また、特許文献２では、ナノ単位の自励振動ゲルの配列体及びその製造方法が提供されている。これらの方法は、いずれも自励振動ゲルの配列体を用いるものであるが、該配列体は、突起あるいはロッド状に形成される必要があり、製造に手間やコストがかるという問題がある。
さらに、特許文献３では、自励振動ゲルを用いたマイクロチップ内での輸送システムが提案されている。しかしながら、該システムでは、流路内に自励振動ゲルが配置されるために、輸送する液体と、ポンプを駆動させるための自励振動ゲルを完全に分離することができないために、輸送する液体が限られるという問題がある。
An invention of an apparatus or a system using such a self-excited vibration gel has also been proposed. For example, Patent Document 1 provides an array of self-excited vibration gel and a method for manufacturing the same. Further,
Furthermore, Patent Document 3 proposes a transport system in a microchip using a self-excited vibrating gel. However, in this system, since the self-excited vibrating gel is arranged in the flow path, the liquid to be transported and the self-excited vibrating gel for driving the pump cannot be completely separated. There is a problem that is limited.
前述のとおり、従来の化学および生物学的分析、クロマトグラフィーを含む分離分析では、外部電源駆動・外部制御装置を必要とする高圧ポンプ等の動力源が必要であった。そのため、それらの手法をマイクロ流路内部で行うためには、マイクロ流路外部にあるポンプ機構や他の圧力発生装置を用いた流体の圧力制御が必要不可欠であった。しかしながら、ポンプや他の圧力発生装置はマイクロチップに比べて装置が大掛かりになることに加えて、マイクロチップとの接続が複雑且つ煩雑であった。また化学反応や分離分析を行う機能的部位とポンプの接続の際においては特殊技術を必要とし、また機能的部位の劣化による化学反応および分離の再現性が低いといった原理的な問題があった。そのため、マイクロ流路に内包可能で、外部電源および外部制御装置、ならびにマイクロ流路作成の煩雑さやコストダウンが可能な逆止弁の不要のポンプ機構の提供が望まれていた。またそのようなポンプ機構を内包したマイクロチップ、およびマイクロチップ内部でポンプ機構を内包するマイクロ流路内で圧力差を利用して行う化学および生物学的分析手法が望まれていた。 As described above, conventional chemical and biological analysis and separation analysis including chromatography require a power source such as a high-pressure pump that requires an external power source drive / external control device. Therefore, in order to perform these methods inside the microchannel, it is indispensable to control the pressure of the fluid using a pump mechanism or other pressure generator outside the microchannel. However, pumps and other pressure generating devices are more complicated than a microchip, and the connection with the microchip is complicated and complicated. In addition, there is a problem in principle that a special technique is required when connecting a functional site for chemical reaction or separation analysis with a pump, and that reproducibility of the chemical reaction and separation due to deterioration of the functional site is low. Therefore, it is contained in the microchannel, the external power supply and an external control device, and provides the required pumping mechanism of complexity and cost can check valve capable of creating micro-channel has been desired. In addition, there has been a demand for a chemical and biological analysis technique using a pressure difference in a microchip including such a pump mechanism and a microchannel including the pump mechanism inside the microchip.
こうした課題を解決するため、外部電源および外部制御装置が必要なく、周期的に駆動させるための外部制御システムも必要としない自励振動ゲルを用いることが検討されている。
図１（ａ）は、ＢＺ反応とそれに同期して駆動する高分子鎖を示す図であり、図１（ｂ）は、ＢＺ反応の周期的な変化に同期して膨潤収縮を自発的に繰り返す自励振動ゲルを示す図である。自励振動ゲルは、図１（ａ）および図１（ｂ）のように振動反応であるＢＺ反応に同期して膨潤と収縮を自発的に繰り返す高分子ゲルである。
In order to solve these problems, it has been studied to use a self-excited vibration gel that does not require an external power source and an external control device and does not require an external control system for periodically driving.
FIG. 1A is a diagram showing a BZ reaction and a polymer chain that is driven in synchronization with the BZ reaction, and FIG. 1B spontaneously repeats swelling and shrinkage in synchronization with a periodic change in the BZ reaction. It is a figure which shows a self-excited vibration gel. The self-excited vibration gel is a polymer gel that spontaneously repeats swelling and contraction in synchronization with the BZ reaction that is a vibration reaction as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
図１（ｃ）は、このような自励振動ゲルを動力源としたポンプ機構の一例を示す図である。上記のような自発的な膨潤収縮運動を繰り返す自励振動ゲルをマイクロチップ内部に導入する場合、逆止弁を用いないとポンプから押し出される溶液は、逆流するため一方向に流すことができないことが常識的に知られているため、逆止弁を用いたポンプ機構となることが一般的である。
しかしながらマイクロ素子内部のようなμｍオーダーの微細な空間においては逆止弁を作成すること自体が大きな手間になり、また製造工程も多くなり、また煩雑である。また工程数や煩雑さが増すため製造時間の増加や、マイクロチップのコストアップにも繋がる。
FIG.1 (c) is a figure which shows an example of the pump mechanism which used such a self-excited vibration gel as a motive power source. When a self-excited vibrating gel that repeats spontaneous swelling and contraction movements as described above is introduced into the microchip, the solution pushed out from the pump cannot flow in one direction because it flows backward unless a check valve is used. Therefore, it is common to use a pump mechanism using a check valve.
However, in a minute space of the order of μm such as the inside of a micro element, it is very troublesome to create a check valve itself, and the manufacturing process is increased and complicated. In addition, the number of steps and complexity increase, leading to an increase in manufacturing time and an increase in the cost of the microchip.
本発明は、こうした現状を鑑みてなされたものであって、ポンプ機構をマイクロ流路に内包可能で、かつ、マイクロ流路作成の煩雑さやコストダウンが可能な逆止弁の不要のマイクロデバイス及び液体輸送方法を提供することを目的とするものである。また、そのようなポンプ機構を内包したマイクロチップ、およびマイクロチップ内部でポンプ機構を内包するマイクロ流路内で圧力差を利用して行う化学および生物学的分析手法を提供することを目的とするものである。 The present invention was made in view of the current situation, can enclosing the pump mechanism to the microchannel and unnecessary microdevice complexity and cost down can check valve Creating microchannel and The object is to provide a method for transporting liquids. Another object of the present invention is to provide a microchip containing such a pump mechanism, and a chemical and biological analysis technique that uses a pressure difference in a microchannel containing the pump mechanism inside the microchip. Is.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来型の逆止弁を用いたマイクロチップの構造を根本的に見直し、空気穴（以降、空気孔と記す場合がある）と多層構造を組み合わせた新規なチップ構造によって、逆止弁不要のポンプ機構を内包したマイクロチップを実現し得ることを見出した。そして、特に、マイクロチップ内部に自発的な膨潤収縮運動を繰り返す自励振動ゲルを埋め込むことで、外部制御装置、外部電源および逆止弁を必要としないポンプ機構の開発ができるという知見を得た。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have fundamentally reviewed the structure of a microchip using a conventional check valve, and sometimes referred to as an air hole (hereinafter referred to as an air hole). ) And a novel chip structure combining a multilayer structure, it was found that a microchip containing a pump mechanism that does not require a check valve can be realized. And in particular, we obtained the knowledge that a pump mechanism that does not require an external control device, an external power source, and a check valve can be developed by embedding a self-excited vibration gel that repeats spontaneous swelling and shrinking motion inside the microchip. .
本発明はこれらの知見に基づいて完成に至ったものであり、本発明によれば、以下の発明が提供される。
〈１〉流体を押すことが可能なポンプ機構を用いてマイクロ流路内の液体を輸送するマイクロデバイスであって、
密閉された液溜まりと、該液溜まりに隣接するポンプ機構と、前記液溜まりに連通する流路とを備え、
前記ポンプ機構のポンプの動力源が、Belousov-Zhabotinsky（BZ）反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動をする自励振動ゲルであり、
前記流路の液体の到達点に設けられた空気孔のみを空けることにより逆止弁を不要としたことを特徴とするマイクロデバイス。
〈２〉前記液溜まりに、輸送する液体を注入するための空気孔が設けられており、該空気孔は、液体輸送中は塞がれていることを特徴とする〈１〉に記載のマイクロデバイス。
〈３〉流体を押すことが可能なポンプ機構を用いてマイクロ流路内の液体を輸送する方法であって、
前記ポンプ機構のポンプの動力源として、Belousov-Zhabotinsky（BZ）反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動をする自励振動ゲルを用い、
密閉された液溜まりに収納されている液体を、その液溜まりに隣接する前記ポンプ機構を用いて、前記液溜まりに連通する流路に送り出す際に、該流路の液体の到達点に設けられた空気孔のみを空けておくことにより、逆止弁を用いることなく液体を輸送する液体輸送方法。
〈４〉輸送する液体を、前記液溜まりの上部に設けられた空気孔から注入し、該空気孔は、液体輸送中は塞いでおくことを特徴とする〈３〉に記載の液体輸送方法。
〈５〉〈１〉又は〈２〉に記載のマイクロデバイスを用いた生化学合成（PCR）方法であって、前記空気孔によってマイクロデバイス内の流体の輸送方向を、逆止弁を利用せずに制御可能なマイクロチップ内で、前記ポンプ機構の圧力差を利用して生化学合成を行うことを特徴とする方法。
〈６〉〈１〉又は〈２〉に記載のマイクロデバイスを用いた分析・検出方法であって、前記空気孔によってマイクロチップ内の流体の輸送方向を、逆止弁を利用せずに制御可能なマイクロデバイス内で、前記ポンプ機構の圧力差を利用して分析・検出を行うことを特徴とする方法。
The present invention has been completed based on these findings, and according to the present invention, the following inventions are provided.
<1> A microdevice that transports a liquid in a microchannel using a pump mechanism capable of pushing a fluid,
A sealed liquid reservoir, a pump mechanism adjacent to the liquid reservoir, and a flow path communicating with the liquid reservoir,
The power source of the pump of the pump mechanism is a self-excited vibrating gel that performs a spontaneous swelling and shrinking motion using a Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction as a driving source,
Microdevice, characterized in that it has no need to check valve by drilling only air holes provided to the arrival point of the liquid of the flow path.
<2> The micropore according to <1>, wherein an air hole for injecting a liquid to be transported is provided in the liquid reservoir, and the air hole is closed during liquid transport. device.
<3> A method for transporting liquid in a microchannel using a pump mechanism capable of pushing a fluid,
As a power source of the pump of the pump mechanism, a self-oscillating gel that performs a swelling and contraction motion spontaneously using a Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction as a driving source,
The liquid accommodated in the sealed liquid reservoir, with the pump mechanism which is adjacent to reservoir the liquid, when delivering a flow passage communicating with the reservoir the liquid, is provided to the arrival point of the liquid of the flow path A liquid transport method that transports liquid without using a check valve by leaving only air holes.
<4> The liquid transport method according to <3>, wherein the liquid to be transported is injected from an air hole provided in an upper portion of the liquid reservoir, and the air hole is closed during liquid transport.
<5><1> or a biochemical synthesis (PCR) method using a micro device according to <2>, the transport direction of the fluid in the micro-device by the air holes, than using a check valve A biochemical synthesis is performed using a pressure difference of the pump mechanism in a controllable microchip.
<6> An analysis / detection method using the microdevice according to <1> or <2>, wherein the air hole can control the transport direction of the fluid in the microchip without using a check valve. A method characterized in that analysis and detection are performed using a pressure difference of the pump mechanism in a micro device.
本発明によれば逆止弁を必要としないために、マイクロチップの製造工程が少なくなり、煩雑さがなくなるため、製造時間及び製造コストを減少することができる。また、本発明によれば、ポンプ機構が輸送する液体とは完全に分離された空間に位置するため、輸送する液体と、ポンプを駆動させるためのＢＺ反応溶液を完全に分離することができ、輸送する液体を制限することなく用いることが可能である。さらに、本発明によれば、空気孔の位置を制御するだけで、自由に流路のデザインが可能となる。またポンプとマイクロ流路が一体化したシステムであるため、送液ポンプを外部から繋ぐ際に分析・検出および合成を行うマイクロ流路内部の溶液が汚染されることがない。 According to the present invention, since the check valve is not required, the manufacturing process of the microchip is reduced and the complexity is eliminated, so that the manufacturing time and the manufacturing cost can be reduced. Moreover, according to the present invention, since the pump mechanism is located in a space completely separated from the liquid to be transported, the transported liquid and the BZ reaction solution for driving the pump can be completely separated, The liquid to be transported can be used without limitation. Furthermore, according to the present invention, the flow path can be freely designed only by controlling the position of the air hole . In addition, since the pump and the microchannel are integrated, the solution inside the microchannel that performs analysis, detection, and synthesis is not contaminated when the liquid feed pump is connected from the outside.
以下、本発明について、図面を用いて説明する。
図２は、本発明の、自励振動ゲルのポンプとマイクロ流路を内蔵したマイクロデバイス（マイクロチップ）の一例を示す図であり、図３は作成したチップを横から見た図である。図中、３−１は空気孔、３−２はマイクロ流路、３−３は液溜まり、３−４は自励振動ゲル、３−５はアクリル樹脂、をそれぞれ示している。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a microdevice (microchip) incorporating a self-excited vibrating gel pump and a microchannel according to the present invention, and FIG. 3 is a side view of the created chip. In the figure, 3-1 is an air hole, 3-2 is a micro flow path, 3-3 is a liquid reservoir, 3-4 is a self-excited vibration gel, and 3-5 is an acrylic resin.
図２に示すように、液溜まり３−３の下部に設置されているポンプの動力源となる自励振動ゲル３−４が膜を押し、液溜まり３−３に存在する溶液を押すことで流体が前進する。図３に示すように、液溜まり３−３の上部及び輸送する液体の到達点には、それぞれ空気孔３−１が設けられている。輸送する液体を、空気孔３−１から液溜まりに注入した後、輸送する液体の到達点にある空気孔３−１のみを空けた状態で、液溜まり上部の空気孔３−１を塞ぐ。つまり、自励振動ゲルポンプ上部にある液溜まり３−３に設けられた空気孔３−１を塞ぎ、流体が進む先にある空気穴３−１が一点のみ空いていることが逆止弁をなくすために重要な技術である。なお自励振動ゲル（ポンプ機構）の設置位置は、液溜まりの下部だけではなく、上部、左右にも設置することが可能である。 As shown in FIG. 2, the self-excited vibration gel 3-4 serving as a power source for the pump installed at the lower part of the liquid reservoir 3-3 pushes the membrane and pushes the solution present in the liquid reservoir 3-3. The fluid advances. As shown in FIG. 3, air holes 3-1 are provided in the upper part of the liquid reservoir 3-3 and the arrival point of the liquid to be transported. After injecting the liquid to be transported into the liquid reservoir from the air hole 3-1, the air hole 3-1 at the upper part of the liquid reservoir is closed with only the air hole 3-1 at the arrival point of the liquid to be transported. That is, the air hole 3-1 provided in the liquid reservoir 3-3 at the upper part of the self-excited vibration gel pump is blocked and only one point of the air hole 3-1 to which the fluid travels is free of the check valve. This is an important technology. It should be noted that the self-excited vibrating gel (pump mechanism) can be installed not only at the bottom of the liquid reservoir but also at the top and left and right.
なお、上記の例では、液溜まり３−３の上部に空気孔３−１を設けているが、液体注入のための該空気孔３−１は必ずしも必要ではなく、例えば、デバイスの製造工程中で、輸送する液体を液溜まり３−３に収納し、密閉する等の場合には、空気孔３−１を設ける必要はない。
液溜まりに空気穴が開いていないマイクロデバイスにおいては、製造過程で輸送する溶液をデバイス内部に注入して組み立てるため液溜まりの密封性が高く、特に、医療や生物学的な分野への応用の際に重要な汚染の問題が避けられる。そのような空気穴が液だまりに空いていないマイクロデバイスにおいても、本発明の機能は当然有効である。
In the above example, the air hole 3-1 is provided in the upper part of the liquid reservoir 3-3. However, the air hole 3-1 for liquid injection is not always necessary, for example, during the device manufacturing process. In the case where the liquid to be transported is stored in the liquid reservoir 3-3 and sealed, it is not necessary to provide the air hole 3-1.
In microdevices that do not have air holes in the liquid reservoir, the solution to be transported in the manufacturing process is injected into the device and assembled, so the liquid reservoir has a high sealing performance, especially for applications in the medical and biological fields. In particular, important contamination problems are avoided. The function of the present invention is naturally effective even in a micro device in which such air holes are not formed in a liquid pool.
図３から明らかなように、輸送する液体を貯めた液溜まりはポンプの上部に存在する。また自励振動ゲル（ポンプ機構）は輸送する液体とは完全に分離された空間に位置するため、輸送する液体と、ポンプを駆動させるためのＢＺ反応溶液を完全に分離することが可能である。これまで、ポンプの駆動源となるゲルを輸送する液体中に配置する提案（特許文献３参照）がなされていたが、このような仕組みでは硫酸や硝酸を必要とするＢＺ反応溶液と、輸送する液体中に含まれるＤＮＡやタンパク質等の生体関連物質を混合することは不可能であり、輸送できる物質や液体が限定的であることが大きな問題であった。
本発明のようにポンプの動力源となるゲルと、輸送する液体およびそこに含まれる物質（ＤＮＡやタンパク質等）を分離できる構造は、マイクロチップの応用可能性を大きく広げることができる。また、ポンプ機構をマイクロチップ内部に内包でき、液溜まりを密封して使用するため、外部からの汚染を防ぐ効果がある。特に医療に関連する生物化学的な分析・検出および反応において、汚染を防ぐことが可能なメリットは大きい。
As is apparent from FIG. 3, a reservoir for storing the liquid to be transported exists in the upper part of the pump. Moreover, since the self-excited vibration gel (pump mechanism) is located in a space completely separated from the liquid to be transported, it is possible to completely separate the liquid to be transported from the BZ reaction solution for driving the pump. . Until now, proposals have been made (see Patent Document 3) for placing a gel serving as a pump drive source in a liquid to be transported, but in such a mechanism, transport is performed with a BZ reaction solution that requires sulfuric acid or nitric acid. It is impossible to mix biological substances such as DNA and proteins contained in the liquid, and the problem is that the substances and liquids that can be transported are limited.
The structure capable of separating the gel serving as the power source of the pump and the liquid to be transported and the substance (DNA, protein, etc.) contained therein as in the present invention can greatly expand the applicability of the microchip. In addition, since the pump mechanism can be included inside the microchip and the liquid reservoir is sealed and used, there is an effect of preventing external contamination. Particularly in biochemical analysis / detection and reaction related to medical care, there is a great merit that can prevent contamination.
そして、本発明の手法を用いれば、図４(a)のように液溜まりから多数の流路が伸びている構造を作成したときには、空気穴を空ける部分を決めるだけで、流体が進む方向を、逆止弁を設定せずに決定できるのも本発明の特徴であるといえる。また図４(b)のようにたとえ空気穴が空いている流路が２つあったとしても、当然流体の進む方向は穴の開いた２つの流路へ流れる。 If the structure of the present invention is used to create a structure in which a large number of flow paths extend from the liquid reservoir as shown in FIG. 4 (a), the direction in which the fluid proceeds can be determined by simply determining the portion where the air hole is made. It can be said that it is a feature of the present invention that it can be determined without setting a check valve. Further, as shown in FIG. 4B, even if there are two flow paths having air holes, the flow direction of the fluid naturally flows to the two flow paths having holes.
なお、空気孔を１つだけにするだけで、密閉された液だめから液体が送り出され、また、逆止弁なしで、送り出された液体がなぜ逆流しないかは不明であるが、以下のように推察される。
すなわち、図３の液溜まり３−３の部分にたまった溶液は、空気孔３−１の孔部分が疎水性のため、空気孔３−１の孔には水がはいることができずにマイクロ流路３−２の溶液は空気孔３−１へすべて流れ出る。加えて、空気孔３−１の位置を移動させることによって、液体の放出位置のコントロールが可能で、さらに、マイクロ流路３−２の部分に封入する溶液の親水性と空気孔３−１の疎水性をコントロールすることによって、合成、分離について自由に流路のデザインが可能である。
It should be noted that the liquid is sent out from the sealed reservoir only by using one air hole, and it is unclear why the sent out liquid does not flow back without a check valve. Is inferred.
That is, the solution accumulated in the portion of the liquid reservoir 3-3 in FIG. 3 cannot be filled with water because the hole portion of the air hole 3-1 is hydrophobic. All of the solution in the microchannel 3-2 flows out to the air hole 3-1. In addition, it is possible to control the liquid discharge position by moving the position of the air hole 3-1, and further, the hydrophilicity of the solution sealed in the microchannel 3-2 and the air hole 3-1. By controlling the hydrophobicity, the flow path can be freely designed for synthesis and separation.
このように、本発明において、空気穴の位置を制御するだけで、逆止弁が不要となることは画期的なことである。 Thus, in the present invention, it is epoch-making that the check valve is not required only by controlling the position of the air hole.
自励振動ゲルのサイズは大きいものから小さいものまで作製可能であることから、図２や図３に示すようにマイクロ流路の中に内包可能となり、一体化が図れる。このようなポンプ機構とマイクロ流路の一体化は、マイクロチップとポンプとの接合の煩雑さや問題を一気に解決することが可能な活気的な技術である。 Since the self-excited vibration gel can be manufactured from a large size to a small size, it can be included in the microchannel as shown in FIGS. 2 and 3, and can be integrated. Such integration of the pump mechanism and the micro flow path is a lively technique that can solve the troubles and problems of joining the microchip and the pump at once.
以上、本発明について、駆動源として自励振動ゲルを用いた例を用いて説明したが、本発明の方法においては、ポンプの駆動源は、外部電源不要、外部制御装置不要のBelousov-Zhabotinsky（BZ）反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動をする自励振動ゲルに限られないことは明らかである。
すなわち、ポンプの動力源が、光、熱、イオン、電界付与、電流付与、ｐＨの変化、化学物質の吸脱着、溶媒組成の変化、磁場の変化によって膨潤収縮運動をする刺激応答性ゲルであっても良い。
また、BZ反応を用いた自励振動ゲル以外にも、pH振動反応等の振動反応を駆動源とする振動ゲル、および加熱性の微粒子とUCSTのゲルを組み合わせた振動ゲルなど、BZ反応以外の振動反応および機構を駆動源とする自励振動するゲルに制限はない。
As described above, the present invention has been described using an example in which a self-excited vibrating gel is used as a drive source. However, in the method of the present invention, the pump drive source is Belousov-Zhabotinsky (external power source unnecessary and external control device unnecessary) It is clear that the present invention is not limited to a self-excited vibrating gel that spontaneously swells and contracts with the reaction as a driving source.
That is, the power source of the pump is a stimulus-responsive gel that swells and contracts due to light, heat, ions, electric field application, electric current application, pH change, chemical adsorption / desorption, solvent composition change, and magnetic field change. May be.
In addition to the self-excited vibration gel using the BZ reaction, other than the BZ reaction, such as a vibration gel using a vibration reaction such as a pH vibration reaction as a driving source, and a vibration gel combining a heatable fine particle and UCST gel. There is no limitation on the self-excited vibrating gel driven by the vibration reaction and mechanism.
例えば、光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、スピロベンゾピラン誘導体などの光によってイオン解離する基を有する親水性高分子化合物の架橋物が好ましく、また光の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、アゾベンゼン構造を有する化合物などの光によってシス−トランス異性化を生じる基を有する高分子化合物の架橋物が好ましい。 For example, as a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by the application of light, a cross-linked hydrophilic polymer compound having a group that is ionically dissociated by light, such as a spirobenzopyran derivative, is preferable. The responsive gel is preferably a crosslinked product of a polymer compound having a group that causes cis-trans isomerization by light, such as a compound having an azobenzene structure.
また、溶液の温度変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、温度以上で疎水性相互作用によって凝集し水溶液中から析出してくる性質を持つ下限臨界共融温度をもつ高分子の架橋体、及び上限臨界共融温度をもつ高分子の架橋体がある。下限臨界共融温度を有する、ポリＮ−イソプロピルアクリルアミドなどのＮ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドの架橋体やＮ−アルキル置換（メタ）アクリルアミドと（メタ）アクリル酸及びその塩、又は（メタ）アクリルアミド、又は（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどの２成分以上の共重合体の架橋体、ポリビニルメチルエーテルの架橋物、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのアルキル置換セルロース誘導体の架橋体などが挙げられる。一方、上限臨界共融温度を持つゲルとしては、ポリ（メタ）アクリルアミドの架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体からなるインターペネトレーションネットワーク（IPN）、ポリ（メタ）アクリルアミドを主成分とする共重合体の架橋体とポリ（メタ）アクリル酸の架橋体からなるＩＰＮ体、セミＩＰＮ体及びそれらの部分中和体などが挙げられる。 In addition, as a stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by temperature change of the solution, a crosslinked polymer having a lower critical eutectic temperature having a property of being aggregated by a hydrophobic interaction at a temperature higher than that and precipitated from an aqueous solution, And a crosslinked polymer having an upper critical eutectic temperature. A cross-linked product of N-alkyl-substituted (meth) acrylamide such as poly-N-isopropylacrylamide having a lower critical eutectic temperature, N-alkyl-substituted (meth) acrylamide and (meth) acrylic acid and salts thereof, or (meth) acrylamide Or a crosslinked product of a copolymer of two or more components such as (meth) acrylic acid alkyl ester, a crosslinked product of polyvinyl methyl ether, and a crosslinked product of an alkyl-substituted cellulose derivative such as methyl cellulose, ethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose. On the other hand, gels having an upper critical eutectic temperature mainly consist of an interpenetration network (IPN) composed of a crosslinked poly (meth) acrylamide and a crosslinked poly (meth) acrylic acid, and poly (meth) acrylamide. Examples thereof include IPN isomers, semi-IPN isomers, partially neutralized isomers thereof, and the like composed of a crosslinked copolymer and a crosslinked poly (meth) acrylic acid.
また、電気化学反応によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、コバルトセニウム、フェロセン誘導体、ルテニウムなどの金属錯体、遷移金属、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン系化合物、フラーレン誘導体、ポルフィリン、ポルフィリンや酸化還元タンパクなどの生態由来物質などを官能基として有するゲル構造体やポリピロール、ポリアニリンなど高分子マトリックスが酸化還元する高分子が挙げられる。 In addition, stimuli-responsive gels that respond to stimuli by electrochemical reactions include cobalt cenium, ferrocene derivatives, ruthenium and other metal complexes, transition metals, oxadiazole derivatives, phthalocyanine compounds, fullerene derivatives, porphyrins, porphyrins and redox Examples thereof include gel structures having ecologically derived substances such as proteins as functional groups, and polymers such as polypyrrole and polyaniline that are oxidized and reduced by a polymer matrix.
ｐＨの変化によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、電解質系高分子ゲルが好ましく、ポリ（メタ）アクリル酸の架橋物やその塩、（メタ）アクリル酸と（メタ）アクリルアミド、ポリマレイン酸の架橋物やその塩、マレイン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸アルキルエステルなどとの共重合体の架橋物、ポリビニルベンゼンスルホン酸の架橋物やその塩、ビニルベンゼンスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。 As the stimulus-responsive gel that responds to a stimulus by a change in pH, an electrolyte polymer gel is preferable. A cross-linked product of poly (meth) acrylic acid or a salt thereof, a cross-link of (meth) acrylic acid with (meth) acrylamide, or polymaleic acid. And its salts, cross-linked products of maleic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, polyvinyl sulfonic acid and copolymers of vinyl sulfonic acid and (meth) acrylamide, alkyl (meth) acrylate, etc. Cross-linked products, cross-linked products of polyvinyl benzene sulfonic acid and salts thereof, vinyl benzene sulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, and the like.
イオンの移動によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、フッ素系イオン交換樹脂誘導体、ポリピロール誘導体、ポリエステル誘導体、ポリイミン誘導体、イオン液体を含浸させた高分子ゲル、それらを含有した高分子などが挙げられる。 Examples of stimuli-responsive gels that respond to stimuli by ion migration include fluorine-based ion exchange resin derivatives, polypyrrole derivatives, polyester derivatives, polyimine derivatives, polymer gels impregnated with ionic liquid, and polymers containing them. .
また、電場応答性ゲルとしては、カチオン性高分子ゲルと電子受容性化合物とのＣＴ錯体（電荷移動錯体）、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドなどアミノ置換（メタ）アクリルアミドの架橋物；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレートやジメチルアミノプロピルアクリレートなどの（メタ）アクリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物；ポリスチレンの架橋物；ポリビニルピリジンの架橋物；ポリビニルカルバゾールの架橋物；ポリジメチルアミノスチレンの架橋物などが挙げられる。 In addition, as the electric field responsive gel, a cross-linked product of an amino-substituted (meth) acrylamide such as a CT complex (charge transfer complex) of a cationic polymer gel and an electron-accepting compound, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, etc .; dimethylaminoethyl Cross-linked product of (meth) acrylic acid amino-substituted alkyl ester such as (meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate and dimethylaminopropyl acrylate; cross-linked product of polystyrene; cross-linked product of polyvinyl pyridine; cross-linked product of polyvinyl carbazole; polydimethyl Examples include cross-linked aminostyrene.
磁場の付与によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強磁性体粒子や磁性流体を含有するポリビニルアルコールの架橋物等が挙げられる。 Examples of the stimulus-responsive gel that makes a stimulus response by applying a magnetic field include a crosslinked product of polyvinyl alcohol containing ferromagnetic particles and a magnetic fluid.
高分子ゲルは基本的にイオン濃度や塩濃度の変化によっても膨潤収縮させることが可能であり、この変化を本システムに応用することも可能である。 The polymer gel can basically be swollen and shrunk by a change in ion concentration or salt concentration, and this change can be applied to this system.
化学物質の吸脱着によって刺激応答する刺激応答性ゲルとしては、強イオン性高分子ゲルが好ましく、その例として、ポリビニルスルホン酸の架橋物やビニルスルホン酸と（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。 As the stimuli-responsive gel that responds to stimuli by adsorption and desorption of chemical substances, strong ionic polymer gels are preferable. Examples thereof include crosslinked products of polyvinyl sulfonic acid, vinyl sulfonic acid and (meth) acrylamide, and hydroxyethyl (meth). An acrylate etc. are mentioned.
溶媒組成を変更することによっても高分子ゲルは膨潤収縮を起こすことが可能であるため、本システムに応用可能である。 Since the polymer gel can also swell and shrink by changing the solvent composition, it can be applied to this system.
また、本発明における駆動源は、これらの刺激応答性ゲルではなく、電動モータ、ピエゾ、空気圧、ガス圧、導電性高分子やエラストマーからなるアクチュエータ、電歪現象や静電誘導や磁歪現象を駆動源とするアクチュエータであっても良いことはいうまでもない。 In addition, the driving source in the present invention is not the stimulation-responsive gel, but an electric motor, piezo, air pressure, gas pressure, an actuator made of a conductive polymer or elastomer, electrostriction phenomenon, electrostatic induction or magnetostriction phenomenon. Needless to say, the actuator may be a source.
しかしながら、動力源として自励振動ゲルを用いた場合には、他の動力源となりえる外部電源および外部制御装置が必要なソフトアクチュエータと比較して、電源や外部制御装置を含めた単位重量当たりの発生力が非常に大きいことが優位な特徴として挙げられる。また高分子アクチュエータ特有のスケール普遍性を有するため、性能を落とすことなく微細化することが可能である。またエネルギー源を含めても１〜２ｍｍ３程度の自励振動アクチュエータで５円から１０円程度と作製コストが従来品に比べて非常に安いことを特徴している。 However, when the self-excited vibration gel is used as the power source, the unit per unit weight including the power source and the external control device is compared with the soft actuator that requires an external power source and an external control device that can be another power source. One of the dominant features is that the generated force is very large. Moreover, since it has the scale universality peculiar to a polymer actuator, it can be miniaturized without degrading the performance. In addition, including an energy source, the self-excited vibration actuator of about 1 to 2 mm 3 is characterized in that the manufacturing cost is 5 to 10 yen, which is very cheap compared to the conventional product.
また、図２や図３に示すような特徴を有するマイクロチップ内部は、多数のポンプを配置することが可能である。特に１つの液溜めあたり、多数のポンプを置くことで、ポンプ機能としては重要な、流体の脈動を著しく抑えることが可能である。 A large number of pumps can be arranged inside the microchip having the characteristics shown in FIGS. In particular, by placing a large number of pumps per liquid reservoir, it is possible to significantly suppress fluid pulsation, which is important as a pump function.
さらに、ポンプの動力源となる自励振動ゲルの駆動周波数は、温度やＢＺ基質濃度によって制御することが可能である。すなわち、自励振動ゲルが膨潤収縮する駆動周波数がポンプの駆動周波数となる。液溜めの下に多数のポンプ置くことで、温度やＢＺ基質濃度を上げることなく駆動周波数を上げることが可能となる。 Further, the driving frequency of the self-excited vibrating gel serving as the power source of the pump can be controlled by the temperature and the BZ substrate concentration. That is, the drive frequency at which the self-excited vibrating gel swells and contracts is the pump drive frequency. By placing a large number of pumps under the liquid reservoir, it becomes possible to increase the drive frequency without increasing the temperature or the BZ substrate concentration.
動力源となるゲルを大きくすることで、マイクロ流路内部で蠕動運動させることが可能である。この蠕動運動を利用して、ペリスタポンプを作製することが可能である。本ペリスタポンプは、ポンプ同様に流したい液体とポンプを駆動させるための液体を完全に分離可能なように、多層構造をしていることを特徴とする。このゲルの蠕動運動を利用したポンプ機構においても、空気穴によって液体の進む方向を制御可能であり、逆止弁を必要としないことを特徴としている。 By enlarging the gel as a power source, it is possible to perform a peristaltic motion inside the microchannel. A peristaltic pump can be manufactured by using this peristaltic motion. This peristaltic pump has a multilayer structure so that the liquid to be flowed and the liquid for driving the pump can be completely separated in the same manner as the pump. The pump mechanism using the peristaltic motion of the gel is also characterized in that the direction in which the liquid travels can be controlled by the air hole and that a check valve is not required.
廉価な自励振動ゲルアクチュエータを動力源として採用したポンプ機構は、外部電源および外部制御装置を必要としないマイクロポンプを作製することが可能であり、またマイクロチップ内部に埋め込めこんで使用することが可能となる。マイクロチップはアクリル等のプラスチックから構成ができ、またポンプも廉価であることから、マイクロチップのディスポーサル化が可能となる。また外部制御装置および外部電源が必要ではないことから、マイクロチップ外部に装置は必要ないため、屋外や家庭でのその場診断を可能とするラボオンチップの実現が可能となる。 A pump mechanism that employs an inexpensive self-excited vibration gel actuator as a power source can produce a micropump that does not require an external power supply and an external control device, and can be embedded in a microchip for use. It becomes possible. Since the microchip can be made of plastic such as acrylic and the pump is inexpensive, the microchip can be made disposable. In addition, since an external control device and an external power supply are not required, no device is required outside the microchip, so that it is possible to realize a lab-on-chip that enables in-situ diagnosis outdoors or at home.
本ポンプ機構の動力源である自励振動ゲルは、軽量・柔軟・成形加工性の高さを特徴とし、有機材料で構成されているため金属疲労が発生せず、無音で駆動することを特徴としている。高分子素材の柔軟性から、電磁モーターやギヤから構成されるポンプ機構と比較して、発熱がほとんどない特徴を有している。 The self-excited vibrating gel, which is the power source of this pump mechanism, is characterized by its light weight, flexibility, and high formability, and because it is composed of organic materials, it is driven by silence without metal fatigue. It is said. Due to the flexibility of the polymer material, it has a feature that hardly generates heat compared to a pump mechanism composed of an electromagnetic motor and a gear.
本ポンプ機構を用いることにより、外部制御装置および外部電源が不要な自ら駆動するポンプ機構を内包したマイクロ流路内部で、自ら駆動するポンプ機構による圧力差を利用した溶液と流路の内壁または、埋め込み流路（チューブ、キャピラリー管を含む）との間の分配係数の差による分析が可能となる。 By using this pump mechanism, the inner wall of the solution and the flow path utilizing the pressure difference by the pump mechanism driven by itself, inside the micro flow path including the external control device and the self-driven pump mechanism that does not require an external power source, or Analysis can be performed based on the difference in distribution coefficient between the embedded flow path (including tubes and capillary tubes).
ポンプの動力源となる自励振動ゲルは、筋肉同様にスケール普遍性を持つため、マクロに機能を果たすアクチュエータの開発に成功すれば、微細化しても同様の働きが得られることが保障される。そのため、動力源となる自励振動ゲルは、合成時に使用する鋳型さえ微細化すればスケールダウンは非常に安易である。さらに、柔軟な駆動が特徴であることから電磁モーターやギヤからなるアクチュエータに比べて、微細空間においても蠕動ペリスタポンプ等のやわらかい動きをしたペリスタポンプを簡便に作製できる特徴を有している。また自励振動ゲルは、作製段階においても、UVや低温の温度環境で合成可能であるため、作製時に必要なエネルギーコストが非常に小さい特徴を有する。 The self-excited vibration gel that is the power source of the pump has scale universality like muscles, so if you succeed in developing an actuator that functions macroly, it is guaranteed that the same function can be obtained even if miniaturized . Therefore, the scale-down of the self-excited vibration gel as a power source is very easy if the mold used for synthesis is miniaturized. Furthermore, since it is characterized by flexible driving, it has a feature that a peristaltic pump that moves softly in a minute space, such as a peristaltic peristaltic pump, can be easily manufactured as compared with an actuator composed of an electromagnetic motor or gear. In addition, the self-excited vibration gel can be synthesized in a UV or low temperature environment even in the production stage, and therefore has a feature that the energy cost required for production is very small.
自励振動ゲルの自励振動は、光、外部温度の制御やマロン酸等の流量をコントロールする外部装置をあえて設置することで、Ｏｎ−Ｏｆｆスイッチングさせることが可能である。 The self-excited vibration of the self-excited vibration gel can be switched on and off by intentionally installing an external device for controlling the flow rate of light, external temperature, and malonic acid.
本発明により、マイクロチャンネルや溶液中の合成や分離、生化学的な合成を流路内で行う場合での原理的に小型化が可能で、逆止弁を必要としない安価なポンプ機構を供給することが可能である。
すなわち本発明は、マイクロチャンネル内部に導入可能で且つマイクロチップ内部に圧力差を加えることが可能な外部電源および外部制御装置および逆止弁を必要としない小型ポンプ、その小型ポンプを内包したマイクロチップ、およびその小型ポンプを内包したマイクロチップ内部で圧力差を利用することで実現可能な化学および生物学的分析手法の全てを実現することを示す。外部電源・外部制御装置・逆止弁不要の小型ポンプの動力源となるのは、化学反応を直接的に力学的なエネルギーに自励変換して駆動する自励振動ゲルによって初めて実現される。また、外部制御装置をあえて利用して自励振動ゲルの駆動を制御する場合においても、従来型のポンプ等を制御するための外部制御装置よりも単純な機構で制御可能であり、外部制御装置の設計の煩雑さ低減やコストダウンに繋がる。
According to the present invention, an inexpensive pump mechanism that does not require a check valve and can be miniaturized in principle when performing synthesis and separation in a microchannel or solution, or biochemical synthesis in a flow path is provided. Is possible.
That is, the present invention relates to an external power source and an external control device that can be introduced into a microchannel and can apply a pressure difference inside the microchip, a small pump that does not require a check valve, and a microchip that includes the small pump. , And the realization of all chemical and biological analysis techniques that can be realized by utilizing the pressure difference inside the microchip containing the small pump. The power source of a small pump that does not require an external power supply, external controller, or check valve is realized for the first time by a self-excited vibrating gel that is driven by self-exciting conversion of chemical reaction directly into dynamic energy. In addition, even when the drive of the self-excited vibration gel is controlled by using an external control device, it can be controlled by a simpler mechanism than the external control device for controlling a conventional pump or the like. This leads to reduced design complexity and cost reduction.
本発明を用いることにより、マイクロチャンネルを利用して行う化学反応を利用した化学合成、圧力差を利用した分離分析について、全体の化合物、貴重物質の軽減できる。
更に、化学合成装置、化学分析装置全体を小型化およびかかるコストを小さくすることができ、加えて、集積化チップ一つで、分析または化学合成を可能とすることができる。
By using the present invention, it is possible to reduce the total amount of compounds and valuable substances for chemical synthesis using a chemical reaction using a microchannel and separation analysis using a pressure difference.
Furthermore, the entire chemical synthesis apparatus and chemical analysis apparatus can be reduced in size and cost, and in addition, analysis or chemical synthesis can be performed with a single integrated chip.
例えば、外部制御装置および外部電源が不要な自ら駆動するポンプ機構を内包したマイクロ流路内部で、自ら駆動するポンプ機構による圧力差を利用した流量が数nLから数μLの範囲における流路の内壁または埋め込み流路との界面での分析を行うことが可能となる。
また、外部制御装置および外部電源が不要な自ら駆動するポンプ機構を内包したマイクロ流路内部で、自ら駆動するポンプ機構による圧力差を利用した生化学相互作用を利用する分析を行うことが可能となる。
また、外部制御装置および外部電源が不要な自ら駆動するポンプ機構を内包したマイクロ流路内部で、自ら駆動するポンプ機構による圧力差を利用したPCRに代表される生化学合成、他にはたんぱく質の合成を行うことが可能となる。
また、外部制御装置および外部電源が不要な自ら駆動するポンプ機構を内包したマイクロ流路内部で、自ら駆動するポンプ機構による圧力差を利用した化学物質および生体関連物質の検出方法および化学発光検出を行うことが可能となる。
For example, the inner wall of the flow channel in the range of several nL to several μL of the flow rate using the pressure difference of the self-driven pump mechanism inside the micro flow channel containing the self-driven pump mechanism that does not require an external control device and external power supply Alternatively, analysis at the interface with the embedded channel can be performed .
In addition, it is possible to perform analysis using biochemical interaction using the pressure difference due to the pump mechanism driven by itself inside the micro flow path containing the external control device and the pump mechanism driven by itself that does not require an external power supply. Become.
In addition, the biochemical synthesis represented by PCR using the pressure difference by the pump mechanism driven by itself inside the microchannel containing the self-driven pump mechanism that does not require an external control device and external power supply, and other proteins Synthesis can be performed.
In addition, a detection method and chemiluminescence detection of a chemical substance and a living body related substance using a pressure difference by a pump mechanism driven by itself within a micro flow path including a self-driven pump mechanism that does not require an external control device and an external power source. Can be done.
本発明を用いることにより、さらに下記に記載するような分析および化学反応等を起こすことが可能となる。
例えば、外部ポンプを必要としないポンプ内蔵型クロマトグラフィー、具体的には、順相・逆相クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、キラルクロマトグラフィーなどの全体のサイズが数cm以内のプラスチックなどの基板での自己完結型の分離分析が可能となる。
また、外部からの送液を必要としない化学合成、さらにはいくつかの化学物資を混合することができる化学合成によるステップを順に行うことを可能とする数ｃｍ以内のプラスチックなどの基板での自己完結型の化学合成が可能となる。
また、外部からの送液を必要としない、たとえば、燃料電池のための化学反応、検出のための例えば、検査指示薬の混合や化学発光などの化学反応可能とする数cm以内のプラスチックなどの基板での自己完結型の化学反応が可能となる。
また、外部からの送液と必要としない、生化学合成、具体的には、DNAの増幅方法、Polymerase Chain Reaction、ペプチドの合成などの生化学合成を可能とする数cm以内のプラスチックなどの基板での自己完結型の化学反応が可能となる。
By using the present invention, it is possible to cause analysis and chemical reaction as described below.
For example, pump-internal chromatography that does not require an external pump, such as normal / reverse phase chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, size exclusion chromatography, and chiral chromatography. Self-contained separation analysis on substrates such as plastic within several centimeters becomes possible.
In addition, self-synthesizing on substrates such as plastics within a few centimeters that can be carried out in order through chemical synthesis that does not require external liquid feeding, and chemical synthesis that can mix several chemicals Complete chemical synthesis is possible.
Also, it does not require liquid feeding from the outside, for example, chemical reactions for fuel cells, substrates for detection, for example, plastics within several centimeters that allow chemical reactions such as mixing of test indicators and chemiluminescence Enables self-contained chemical reactions.
Also, plastic substrates within a few centimeters that allow biochemical synthesis, specifically, DNA amplification methods, Polymerase Chain Reaction, peptide synthesis, etc. Enables self-contained chemical reactions.
本発明が提案するポンプ機構の能力は、ゲルの弾性力や膨潤収縮度をコントロールすることによってその発生力を変化させることが可能である。発生力を大きくすれば、低粘度流体だけではなく、高粘度流体や半固体物、固形物分散体なども輸送することが可能である。 The ability of the pump mechanism proposed by the present invention can change the generated force by controlling the elasticity and swelling / shrinkage of the gel. If the generated force is increased, not only low-viscosity fluids but also high-viscosity fluids, semi-solids, solid dispersions, etc. can be transported.
マイクロ流路を形成する材質としては樹脂、金属、セラミック、ガラス、ヒューズドシリカ、シリコーンなどが例示できる。樹脂としては例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、ジエン系樹脂などが挙げられる。ガラスとしては例えば、ソーダガラス、石英ガラス、クリスタルガラスなど一般的なものが使用できる。 Examples of the material for forming the microchannel include resin, metal, ceramic, glass, fused silica, and silicone. Examples of the resin include acrylic resin, polyester resin, styrene resin, epoxy resin, and diene resin. As the glass, for example, general glass such as soda glass, quartz glass and crystal glass can be used.
本発明におけるマイクロ流路の形成方法は、特に制限されず、公知の方法により製造すればよい。
また、本発明は、その用途に応じで複数を組み合わせてもよく、また、反応、混合、分離、精製、分析、洗浄等の機能を有する装置や、回収装置、マイクロ流体デバイス等を組み合わせてもよい。
The method for forming the microchannel in the present invention is not particularly limited, and may be manufactured by a known method.
Further, the present invention may be combined in a plurality depending on the application, or may be combined with a device having functions such as reaction, mixing, separation, purification, analysis, washing, a recovery device, a microfluidic device, etc. Good.
以下では実施例により本発明を説明するが、本発明の一例について述べるものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例における測定は、（株）SONYビデオカメラにて撮影し、(株)キーエンス製画像処理ソフトにて解析を行ったものである。
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, examples of the present invention will be described, and the present invention is not limited to these examples.
Measurements in the following examples were taken with a SONY video camera and analyzed with image processing software manufactured by Keyence Corporation.
［実施例１：ＢＺゲルポンプのデバイスの製作］
図５は、作製した自励ゲルのポンプとマイクロ流路を内蔵したマイクロデバイスの部品を示す図であり、図６は、これらの部品から作製した自励ゲルのポンプとマイクロ流路を内蔵したマイクロデバイスの写真である。
アクリル板にレーザー加工機を利用して図５の立体図をもとにマイクロチップ部品を作成し、図６のゲルポンプのデバイスを組み立てた。
[Example 1: Fabrication of BZ gel pump device]
FIG. 5 is a diagram showing components of a microdevice incorporating a self-excited gel pump and a micro-channel that were fabricated. FIG. 6 was a diagram illustrating a self-excited gel pump and micro-channel fabricated from these components. It is a photograph of a micro device.
A microchip component was created on the acrylic plate using a laser processing machine based on the three-dimensional view of FIG. 5, and the gel pump device of FIG. 6 was assembled.
［実施例２］
図６に示す実施例１のゲルポンプのデバイスの内部に、自励振動ゲルを導入し、さらに、液溜まり（６−２）に色素（メチレンブルー）で色付けした水を導入し、シールした。
ついで、ＢＺ反応基質であるマロン酸、硝酸または硫酸、及び臭素酸ナトリウムを混合したものを、溶液の導入孔（図５の５−２及びそれに対応する５−８、９、１１）から、BZ反応を起こすための溶液リザーバーに導入し、常温にて放置した後、流路内の色素の様子をビデオカメラにて観察した。
図７に、（ａ）対照実験のために、自励振動ゲルを導入しなかったものと、（ｂ）自励振動ゲルを導入して１２時間後の様子を示す。
図７に示すとおり、ゲルの自動運動によって上部層の色素が押され、流れたことが確認された。
[Example 2]
Self-excited vibration gel was introduced into the gel pump device of Example 1 shown in FIG. 6, and water colored with a pigment (methylene blue) was introduced into the liquid reservoir (6-2) and sealed.
Next, a mixture of malonic acid, nitric acid or sulfuric acid and sodium bromate, which are BZ reaction substrates, was added from the solution introduction hole (5-2 in FIG. 5 and 5-8, 9, 11 corresponding thereto) to BZ. The solution was introduced into a solution reservoir for causing the reaction and allowed to stand at room temperature, and then the state of the dye in the channel was observed with a video camera.
FIG. 7 shows (a) the case where the self-excited vibration gel was not introduced for the control experiment, and (b) the state 12 hours after the self-excited vibration gel was introduced.
As shown in FIG. 7, it was confirmed that the pigment in the upper layer was pushed and flowed by the automatic movement of the gel.
［実施例３］
本実施例においては、実施例１におけるＢＺゲルデバイスのＢＺ溶液との反応炉（ＢＺリアクター部分）の個数を増やしたＢＺゲルチップを作成し、実施例２と同様の実験を行った。
図８に、ＢＺリアクターを複数個にした図面を示す。
このように、ゲルポンプの個数を増やすことで、上部液だまりに存在する溶液の送液スピードを速く、また脈流を抑えて送液することが可能である。
[Example 3]
In this example, a BZ gel chip was prepared in which the number of reactors (BZ reactor part) with the BZ solution of the BZ gel device in Example 1 was increased, and the same experiment as in Example 2 was performed.
FIG. 8 shows a drawing with a plurality of BZ reactors.
As described above, by increasing the number of gel pumps, it is possible to increase the liquid supply speed of the solution existing in the upper liquid pool and to suppress the pulsating flow.
［実施例４：空気穴による流体の輸送方向制御と自励振動ゲルを動力源とするポンプによる圧力差を利用したマイクロ流路内における化学発光］
図９に、本実施例に用いたマイクロデバイスを示す。
本実施例は、自励振動ゲルを動力源とするポンプをマイクロ流路に対称に２箇所埋め込み、片側のから溶液Ａ、もう一方から溶液Ｂを流しこんで中央の流路の接している部分で溶液Ａと溶液Ｂの化学発光を行った例である。ここで溶液Ａはルシフェラーゼの水溶液で、溶液Ｂは、ルシフェリンとATPの水溶液である。
なお図中、９-１は、溶液Ａの液溜りであり、その下部には自励振動ゲルが封入されている。また、９-２は、化学発光液溜りであり、９−３は溶液Ｂの液溜りでり、その下部には自励振動ゲルが封入されている。
[Example 4: Control of the direction of transport of fluid by air holes and chemiluminescence in a microchannel using a pressure difference by a pump powered by a self-excited vibrating gel]
FIG. 9 shows the microdevice used in this example.
In this embodiment, two pumps using a self-excited vibrating gel as a power source are embedded symmetrically in the micro flow path, and the solution A is poured from one side and the solution B is poured from the other side, and the part in contact with the central flow path This is an example of performing chemiluminescence of solution A and solution B. Here, the solution A is an aqueous solution of luciferase, and the solution B is an aqueous solution of luciferin and ATP.
In the figure, reference numeral 9-1 denotes a liquid reservoir of the solution A, and a self-excited vibration gel is enclosed in the lower part thereof. Further, 9-2 is a chemiluminescent liquid reservoir, 9-3 is a reservoir of the solution B, and a self-excited vibration gel is sealed in the lower part thereof.
［実施例５：空気穴による流体の輸送方向制御と自励振動ゲルを動力源とするポンプによる圧力差を利用したマイクロ流路内におけるPCR］
図１０に、本実施例に用いたマイクロデバイスを示す。
本実施例では、図１０の自励振動ゲルのマイクロ流路を用いて、下部に６５℃のヒーター（１０−２）と９５℃のヒーター（１０−３）を並列に並べ、流路の内部にPCR溶液（１０−１）を流しこみ、DNAの合成を行った。
PCR溶液には、DNAプライマー、DNAポリメラーゼ、バッファー、及びdNTPの混合溶液を用いた。
[Example 5: PCR in a microchannel using a pressure difference by a pump that uses a self-excited vibrating gel as a power source and control of the direction of fluid transport by air holes]
FIG. 10 shows the microdevice used in this example.
In this example, using the self-excited vibrating gel micro-channel of FIG. 10, a heater (10-2) at 65 ° C. and a heater (10-3) at 95 ° C. are arranged in parallel at the bottom, A PCR solution (10-1) was poured into the DNA to synthesize DNA.
As the PCR solution, a mixed solution of DNA primer, DNA polymerase, buffer, and dNTP was used.
［実施例６：空気穴による流体の輸送方向制御と自励振動ゲルを動力源とするポンプによる圧力差を利用したマイクロ流路内でのアクリルアミドゲルの合成］
図１１に、本実施例に用いたマイクロデバイスを示す。
本実施例では、図１１に示す自励振動ゲルを内包したマイクロデバイスを用いて１１−１の溶液溜りから重合促進剤と重合開始剤の混合液、１１−２の溶液溜りからアクリルアミドと架橋剤をいれ、それぞれの下部に設置した自励振動ゲルの振動により溶液が押されることによって、流路１１−３の部分でポリアクリルアミドが合成された。
[Example 6: Synthesis of acrylamide gel in micro-channel using pressure difference by pump with direction control of fluid by air hole and pump powered by self-excited vibration gel]
FIG. 11 shows the microdevice used in this example.
In this example, using a microdevice containing the self-excited vibration gel shown in FIG. 11, a mixed solution of a polymerization accelerator and a polymerization initiator from a solution reservoir of 11-1, and an acrylamide and a crosslinking agent from a solution reservoir of 11-2. Then, the solution was pushed by the vibration of the self-excited vibrating gel installed at the lower part of each, and thereby polyacrylamide was synthesized in the channel 11-3.
［実施例７：空気穴による流体の輸送方向制御と自励振動ゲルを動力源とするポンプによる圧力差を利用したマイクロ流路内でのシリカゲルを用いた溶液の分析］
図１２に、本実施例に用いたマイクロデバイスを示す。
本実施例では、図１２の１２−２の流路内部に機能性シリカゲルを詰め込み、１２−３にサンプル溶液を混入し、１２−４から移動相となる溶液を導入した。１２−４の下部に自励振動ゲルを導入し、実験を行ったところ、１２−３の溶液が１２−２の機能性シリカゲルに導入され、１２−１に分析された溶液が観察された。
[Example 7: Analysis of solution using silica gel in micro flow path using pressure difference by pump controlled by air hole and fluid pumping direction using self-excited vibration gel]
FIG. 12 shows the microdevice used in this example.
In this example, functional silica gel was packed into the flow path 12-2 in FIG. 12, the sample solution was mixed into 12-3, and a solution serving as a mobile phase was introduced from 12-4. When the self-excited vibration gel was introduced into the lower part of 12-4 and the experiment was conducted, the solution of 12-3 was introduced into the functional silica gel of 12-2, and the solution analyzed in 12-1 was observed.
３−１：空気穴
３−２：マイクロ流路
３−３：液溜まり
３−４：自励振動ゲル
３−５：アクリル樹脂
３−６：アクリル樹脂
５−１：空気孔
５−２：自励ゲルを動作させるための溶液の導入孔
５−３：流路を流れる溶液を導入するための導入孔
５−４：空気孔
５−５：５−１の空気孔に対応した空気孔
５−６：マイクロ流路
５−７：流路へ導入する溶液をためるための液溜まり
５−８：５−２と対応した溶液の導入孔
５−９：５−２と対応した溶液の導入孔
５−１０：流路へ導入する溶液をためるための液溜まり
５−１１：５−２と対応した溶液の導入孔
５−１２：空気孔
５−１３：自励振動ゲルの設置孔
５−１４：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
５−１５：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
５−１６：溶液の導入流路
６−１：検出部
６−２：流路へ導入する溶液をためるための液溜まり
６−３：試料サンプルの導入部分
６−４：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
６−５：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
６−６：自励振動ゲルの設置孔
６−７：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
６−８：マイクロ流路
６−９：空気穴
７−１：マイクロ流路
７−２：液溜まり
７−３：空気穴
８−１：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
８−２：自励振動ゲルの設置孔
８−３：BZ反応を起こすための溶液リザーバー
８−４：BZ溶液の導入流路
９−１：溶液Ａの液溜り(下部にはBZゲルが封入されている)
９−２：化学発光液溜り
９−３：溶液Ｂの液溜り(下部にはBZゲルが封入されている)
１０−１：PCR溶液
１０−２：６５℃ヒーター
１０−３：９５℃ヒーター
１０−４：PCR反応後の溶液
１１−１重合促進剤と重合開始剤の混合液
１１−２：アクリルアミドモノマーと架橋剤の混合液
１１−３：化学合成が行われるマイクロチャンネル
１２−１：分析された抽出液
１２−２：機能性シリカゲルが封入されたマイクロ流路
１２−３：分析溶液の液溜まり
１２−４：移動相溶液
3-1: Air hole 3-2: Micro flow path 3-3: Liquid pool 3-4: Self-excited vibration gel 3-5: Acrylic resin 3-6: Acrylic resin 5-1: Air hole 5-2: Self Solution introduction hole for operating the exciter gel 5-3: Introduction hole for introducing the solution flowing through the flow path 5-4: Air hole 5-5: Air hole corresponding to the air hole of 5-1. 6: Micro flow channel 5-7: Liquid reservoir for accumulating the solution introduced into the flow channel 5-8: Solution introduction hole corresponding to 5-2 5-9: Solution introduction hole corresponding to 5-2 5 -10: Liquid reservoir for accumulating the solution to be introduced into the flow path 5-11: Solution introduction hole corresponding to 5-2: Air hole 5-13: Self-excited vibration gel installation hole 5-14: Solution reservoir for causing BZ reaction 5-15: Solution reservoir for causing BZ reaction 5-16: Solution introduction channel 6-1: Detection unit 6-2: Liquid reservoir for collecting the solution to be introduced into the flow path 6-3: Sample sample introduction part 6-4: Solution reservoir for causing BZ reaction 6-5: BZ reaction Solution reservoir for raising 6-6: Self-excited vibrating gel installation hole 6-7: Solution reservoir for causing BZ reaction 6-8: Micro flow channel 6-9: Air hole 7-1: Micro flow channel 7- 2: Liquid pool 7-3: Air hole 8-1: Solution reservoir for causing BZ reaction 8-2: Self-excited vibrating gel installation hole 8-3: Solution reservoir for causing BZ reaction 8-4: BZ Solution introduction channel 9-1: Liquid A reservoir (BZ gel is enclosed in the lower part)
9-2: Chemiluminescent liquid reservoir 9-3: Liquid B reservoir (BZ gel is enclosed in the lower part)
10-1: PCR solution 10-2: 65 ° C. heater 10-3: 95 ° C. heater 10-4: Solution after PCR reaction 11-1 Mixed solution of polymerization accelerator and polymerization initiator 11-2: Crosslinking with acrylamide monomer 11-3: Microchannel in which chemical synthesis is performed 12-1: Analyzed extract 12-2: Microchannel in which functional silica gel is enclosed 12-3: Liquid reservoir of analysis solution 12-4 : Mobile phase solution
Claims (6)
密閉された液溜まりと、該液溜まりに隣接するポンプ機構と、前記液溜まりに連通する流路とを備え、
前記ポンプ機構のポンプの動力源が、Belousov-Zhabotinsky（BZ）反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動をする自励振動ゲルであり、
前記流路の液体の到達点に設けられた空気孔のみを空けることにより逆止弁を不要としたことを特徴とするマイクロデバイス。 A microdevice that transports liquid in a microchannel using a pump mechanism capable of pushing fluid,
A sealed liquid reservoir, a pump mechanism adjacent to the liquid reservoir, and a flow path communicating with the liquid reservoir,
The power source of the pump of the pump mechanism is a self-excited vibrating gel that performs a spontaneous swelling and shrinking motion using a Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction as a driving source,
Microdevice, characterized in that it has no need to check valve by drilling only air holes provided to the arrival point of the liquid of the flow path.
前記ポンプ機構のポンプの動力源として、Belousov-Zhabotinsky（BZ）反応を駆動源として自発的な膨潤収縮運動をする自励振動ゲルを用い、
密閉された液溜まりに収納されている液体を、その液溜まりに隣接する前記ポンプ機構を用いて、前記液溜まりに連通する流路に送り出す際に、該流路の液体の到達点に設けられた空気孔のみを空けておくことにより、逆止弁を用いることなく液体を輸送する液体輸送方法。 A method of transporting liquid in a microchannel using a pump mechanism capable of pushing fluid,
As a power source of the pump of the pump mechanism, a self-oscillating gel that performs a swelling and contraction motion spontaneously using a Belousov-Zhabotinsky (BZ) reaction as a driving source,
The liquid accommodated in the sealed liquid reservoir, with the pump mechanism which is adjacent to reservoir the liquid, when delivering a flow passage communicating with the reservoir the liquid, is provided to the arrival point of the liquid of the flow path A liquid transport method that transports liquid without using a check valve by leaving only air holes.
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