JP6120440B2 - The method of mixing micro-chamber and the liquid - Google Patents

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雄介 渕脇
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正俊 片岡
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本発明は、マイクロチャンバー及び液体の混合方法に関する。 The present invention relates to a method of mixing micro-chamber and the liquid.

μ-TASやLab-on-a-chipと称される一枚の基板上(マイクロチップ)で、2種類以上のサンプルと液体試料を混合させ、簡便・迅速に検知を行う様々な方法が開示されているが、実用化例は少ない。 In mu-TAS or Lab-on-a-chip called a single substrate (microchip), by mixing two or more samples and liquid samples, various methods of performing simple and rapid detection is disclosed have been put to practical use example is small. 使い捨て用のマイクロチップの場合、機能が低く、反応や混合の制御は外部装置に依る場合が多いが、一方で、繰り返し使用するマイクロチップの場合、高機能であるがマイクロチップ自体が高価、大型、複雑になる問題がある。 For the microchip for disposable function is low, but the control of the reaction and mixing is often due to the external device, on the other hand, it repeated if the microchip to be used, expensive but highly functional microchip itself, large , there is a problem to be complex.

そこで、複雑な操作や制御を要せずに、マイクロチップ上で2種類以上の液体を簡易に混合できる手法が望まれている。 Therefore, without requiring a complicated operation and control, method which can mix two or more liquids on a microchip easily it is desired. 従来技術として、気体導出用流路を混合チャンバーと平行に備えて、流体を内部の流体と加速・接触させる事により簡易に混合する方法(特許文献1)、混合槽の底部の中央からずれた位置に、2種類の液体が流動する微細流路を接続することで効率良く混合させる方法(特許文献2)、深溝な流路構造を設けて流体同士の接触界面を層流下で大きく確保する事で、容易で速やかに混合できる方法(特許文献3)が公開されている。 As prior art, comprises parallel to the mixing chamber the gas outlet flow path, a method of mixing simply by accelerating-contact fluid with the interior of the fluid (Patent Document 1), displaced from the center of the bottom of the mixing tank in position, two methods (Patent Document 2) in which the liquid is efficiently mixed by connecting microchannels flowing, by providing deep groove flow path structure possible to ensure a large contact interface of the fluid between under laminar flow in, easy method which can mix rapidly (Patent Document 3) have been published.

特許文献1では、混合チャンバー内の流体1に向けて流体2を加速・接触させる方法を公開しており、特別な装置を用いず単純な方法で混合が可能であるが、気体導出部から混合チャンバー内へ加圧する必要があり、また、混合後の流体はチャンバー内に留まるため、混合後に複数の反応や処理を連続して行う事ができない。 In Patent Document 1, it has published a method towards the fluid 1 is accelerated and contact the fluid 2 in the mixing chamber, but it is possible to mix in a simple manner without using a special device, mixing the gas outlet portion It must pressurized into the chamber, also, the fluid after mixing to stay in the chamber can not be performed in succession a plurality of reaction and processing after mixing. 特許文献2においても、簡易な構成で2種類以上の液体の混合を効率良く行う方法を公開しているが、混合液を次の操作で扱う方法は説明されておらず、連続処理が必要なマイクロチップには馴染まない。 Also in Patent Document 2, although published a method for efficiently mixing two or more liquids in a simple structure, a method of handling the mixture in the next operation has not been described, it requires continuous treatment not amenable to the micro-chip. また、液がチャンバー内に保持されているときに、マイクロチップを上下や左右に動かすと、チャンバー内に保持されている液体は漏出するリスクが高い。 Further, when the liquid is retained in the chamber, moving the microchips vertically or horizontally, the liquid held in the chamber is high risk of leakage. 特許文献3では、複数の流体を接触界面が大きくなるように層流を形成できる合流流路デバイスを公開しており、各流体の量的制御の容易性を達成しているが、其々の流体を流し続ける或いは2種類の同量の液体を適切に接触させる必要があり、混合時の操作方法は複雑になる。 In Patent Document 3, which exposes the combining flow channel device capable of forming a laminar flow to a plurality of fluid contact interface increases, but have achieved the ease of quantitative control of each fluid, 其 's must be in contact fluid flow continues or two of the same amount of liquid appropriately to the operation method at the time of mixing is complicated.

このように、マイクロチップ上で簡易に混合する方法が公開されているが、何れも混合前の液体の保持、扱いやすさ、必要な液量、混合液を次の操作で扱う自由度において制限があり、実用化に向けて課題がある。 Thus limited, but a method of mixing easily on a microchip is published, any holding prior to mixing of the liquid, ease of handling, required liquid volume, in the degree of freedom of handling the mixture in the following operations There are, there is a problem for practical use.

特開2010-188305 Patent 2010-188305 特開2011-67741 JP 2011-67741 特開2013-40776 JP 2013-40776

本発明は、混合前の液体の保持、扱いやすさ、必要な液量、混合液を次の操作で扱う自由度において制限のない実用的な液体の混合技術を提供することを目的とする。 The present invention is maintained prior to mixing of the liquid, ease of handling, required liquid volume, the mixture is an object to provide a mixing technique practical liquid unrestricted in flexibility to deal with the following operation.

上記課題に鑑みて、本発明者は、マイクロ空間中での液体試料の界面張力と流力(慣性力)を効果的に活用して、液体を簡易な構造のマイクロチャンバーに保持する事により、2種類以上の液体を簡便で効率良く混合できることを見出した。 In view of the above problems, the present inventors have, by holding the interfacial tension and flow force of the liquid sample in a micro-space (inertia) effectively by utilizing the liquid to the micro chamber of simple structure, It found that can be mixed simply and efficiently two or more liquids.
本発明は、以下のマイクロチャンバー及び液体の混合方法を提供する。 The present invention provides a method of mixing the following micro-chamber and the liquid.
項1. Section 1. 液体流入口5及び液体流出口6と接続したマイクロチャンバーであって、前記マイクロチャンバーは液体保持部、中空筒状の流体混合部を備え、液体保持部の底面2及び流体混合部の底面3の両方に交わる位置に複数のピラー1を配置する、マイクロチャンバー。 A micro chamber connected to the liquid inlet 5 and a liquid outflow port 6, the micro-chamber liquid holding part, comprising a hollow cylindrical fluid mixing portion, the bottom surface 3 of the bottom 2 and the fluid mixing portion of the liquid holding portion arranging a plurality of pillar 1 at a position intersecting both microchamber.
項2. Section 2. ピラーの中心軸は液体保持部の底面2の略外周上にある項1に記載のマイクロチャンバー。 The central axis of the pillar microchamber according to claim 1 which is substantially on the outer periphery of the bottom surface 2 of the liquid holding portion.
項3. Section 3. ピラーが2、3又は4個配置されている、項1又は2に記載のマイクロチャンバー。 Pillars are arranged two, three or four, micro-chambers according to claim 1 or 2.
項4. Section 4. ピラーが3個配置されている、項3に記載のマイクロチャンバー。 Pillars are three arranged, micro chamber according to claim 3.
項5. Section 5. ピラーの1つが液体流入口5と対向する位置に配置されている、項1〜4のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 One of which is arranged at a position facing the liquid inlet 5, the micro-chamber according to any one of Items 1 to 4 of the pillar.
項6. Section 6. 隣接するマイクロチャンバーの液体流入口5と液体流出口6とを接続することで、複数のマイクロチャンバーを連結させてなる、項1〜5のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 Adjacent By connecting the liquid inlet 5 of the micro chamber and the liquid outlet 6, by connecting a plurality of micro-chambers, microchamber according to any one of Items 1 to 5.
項7. Section 7. 前記ピラーは円筒状である、項1〜6のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 The pillar is cylindrical, micro-chamber according to any one of Items 1 to 6.
項8. Section 8. 前記液体混合部はドーナツ状である、項1〜7のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 The liquid mixing section is donut-shaped, micro-chamber according to any one of Items 1 to 7.
項9. Section 9. 前記液体保持部は円筒状であり、かつ、液体保持部は液体混合部よりも低い位置にある、項1〜8のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 The liquid holding portion has a cylindrical shape, and the liquid holding portion is in a position lower than the liquid mixing unit, micro-chamber according to any one of Items 1-8.
項10. Section 10. 項1〜9のいずれかに記載のマイクロチャンバーを用いた液体の混合方法であって、液体保持部に第1の液体を導入する工程、液体流入口5から第2の液体をマイクロチャンバー内に流入し、液体流出口6から第1の液体と第2の液体の混合液体を流出させる工程を含むことを特徴とする液体の混合方法。 A method of mixing liquids using a micro-chamber according to any one of claim 1 to 9, the step of introducing the first liquid to the liquid holding portion, the second liquid from the liquid inlet 5 into the micro chamber It flowed, the method of mixing liquids which comprises a step of from the liquid outflow port 6 to flow out first liquid mixture liquid of the second liquid.

本発明によれば、マイクロチャンバー内での2種類以上の液体の混合のための外部装置と煩雑な操作を必要とせず、液体保持部に保持される液体自身の界面張力と、マイクロチャンバー内に流動してくる液体の界面張力と流力(慣性力)を活用する事で、2種類以上の液体を自動的に混合する事が可能である。 According to the present invention, without the need for external devices and a complicated operation for the mixing of two or more liquids in a micro chamber, and interfacial tension of the liquid itself to be held in the liquid holding portion, in a micro-chamber flow to come interfacial tension and flow force (inertial force) of the liquid by utilizing, it is possible to mix two or more liquids automatically.

ピラーの配置と窪みをマイクロチャンバー内で効果的に配置する事で、保持されている液体はマイクロチャンバー内に安定して強く留まり、混合後はマイクロチャンバーに留まらず自動的にマイクロ流路へ流動していくので、連続した処理が容易に可能である。 The indentation arrangement of pillars By strategically placed in the micro chamber, the liquid being retained remains strong and stable in the microchamber, after mixing flow to automatically microchannel not stay in the microchamber since going to be easily capable of continuous processes.

さらに、本発明のマイクロチャンバーは複数個を連結させる事が可能であり、2種類以上の液体を簡便に混合することが出来る。 Furthermore, micro-chamber of the present invention are possible to connect the plurality can be mixed easily with two or more kinds of liquids.

マイクロチャンバーの構造を説明するための立体図である。 Is a perspective view illustrating the structure of the microchamber. a: マイクロチャンバーの各部位の特徴を説明するための立体図である。 a: it is a perspective view for explaining the characteristics of each part of the micro-chamber. b: マイクロチャンバーの各部位の長さを説明するための立体図である。 b: it is a perspective view for explaining a length of each part of the micro-chamber. マイクロチャンバーの平面図と各面をレイヤー毎に分けて示す図である。 It shows separately a top view and each side of the micro-chamber for each layer. a:マイクロチャンバーの平面図である。 a: it is a plan view of the micro-chamber. b:マイクロチャンバーの上面をレイヤーとして示す図であり、ピラー1と液体保持部の底面2との交わる部分の構造を示した図である。 b: is a diagram showing the upper surface of the micro chamber as a layer, is a diagram showing the structure of a cross section of the bottom surface 2 of the pillar 1 and the liquid holding portion. rはピラー1の半径を指す。 r refers to the radius of the pillar 1. c:マイクロチャンバーの流体混合部の底面3の平面図をレイヤーとして示す図である。 c: it is a diagram showing a plan view of the bottom surface 3 of the fluid mixing portion of the microchamber as a layer. d:マイクロチャンバーの液体保持部の底面2の平面図をレイヤーとして示す図である。 d: is a diagram showing a plan view of the bottom surface 2 of the liquid holding portion of the microchamber as a layer. e: マイクロチャンバーの2の面とピラー1の配置を説明する図である。 e: it is a diagram for explaining a second arrangement of the surface and the pillar 1 of the microchamber. マイクロチャンバーに液が保持されているときの状態を示す図である。 It is a diagram illustrating a state in which the liquid is held in the micro chamber. aは立体図、bは平面図である。 a three-dimensional view, b is a plan view. マイクロチャンバーに保持されている液の保持力の程度を、遠心力によって流動を誘発させた時の結果の比較を示す図である。 The degree of retention of the liquid held in the micro chamber, a diagram illustrating a comparison result when the induced flow by centrifugal force. a:マイクロチャンバーに液が保持された基板を、円板型の基板の上に設置して回転させた時に、チャンバーに保持されている液体が遠心力が作用する方向へ流動するか否かを調査した時の方法を説明する図である。 a: a substrate liquid in the micro-chamber is held, when rotated to set on a substrate of a disc type, whether a liquid held in the chamber flows in a direction acting centrifugal force it is a diagram illustrating a method at the time of the investigation. b:8が0.5mmでピラー1の半径が0.8mmの時に、ピラーの数に対して回転数を変えたときに液が流動したか否かを示す図である。 b: 8 is at the radius of the pillar 1 in 0.5mm of 0.8 mm, a liquid when changing the rotational speed with respect to the number of pillars is a diagram showing whether the flow. c:8が0.5mmでピラー1の半径が0.4mmの時に、ピラーの数に対して回転数を変えたときに液が流動したか否かを示す図である。 c: 8 is at the radius of the pillar 1 in 0.5mm of 0.4 mm, a liquid when changing the rotational speed with respect to the number of pillars is a diagram showing whether the flow. d:8が0mmでピラー1の半径が0.8mmの時に、ピラーの数に対して回転数を変えたときに液が流動したか否かを示す図である。 d: 8 is at the radius of the pillar 1 at 0mm is 0.8 mm, a liquid when changing the rotational speed with respect to the number of pillars is a diagram showing whether the flow. e:8が0mmでピラー1の半径が0.4mmの時に、ピラーの数に対して回転数を変えたときに液が流動したか否かを示す図である。 e: 8 is at the radius of the pillar 1 at 0mm is 0.4 mm, a liquid when changing the rotational speed with respect to the number of pillars is a diagram showing whether the flow. f:マイクロチャンバーに保持された液が流動しなかったとき、一部流動したとき、殆ど流動したとの写真を示す図である。 f: When the liquid held in the micro chamber does not flow, when some flow diagrams almost shows a photograph of the flow. マイクロチャンバーの液体保持部に保持された液体と、液体流入口5から流動してきた液体が、混合してマイクロチャンバーの液体流出口6へ流動していく工程を示した図である。 A liquid held in the liquid holding portion of the microchamber, the liquid that has flowed from the liquid inlet 5 is a view illustrating a step of going to flow microchamber to the liquid outlet 6 and mixed. マイクロチャンバーに蛍光液を保持して、図5に示す工程により混合操作を行い得られた混合液の蛍光強度を、ピラー1の数を変えた時と、半径が0.8mmと0.4mmの時の結果を示した図である。 Holding the fluorescent fluid in the micro chamber, the fluorescence intensity of the mixture the mixing operation performed obtained by the process shown in FIG. 5, and when changing the number of the pillar 1, the radius when the 0.8mm and 0.4mm result is a diagram showing a. また、マイクロチャンバーの写真も示している。 In addition, also it shows photos of the micro chamber. マイクロチャンバーに蛍光液を保持して、図5に示す工程により混合操作を行い得られた混合液の蛍光強度を、底面2の直径11の長さが4mmのときの流体混合部の幅13の長さを変えて得られた結果を示す図である。 Holding the fluorescent fluid in the micro chamber, the fluorescence intensity of the conducted resulting mixture mixing operation by the step shown in FIG. 5, the diameter 11 of the bottom 2 length width 13 of the fluid mixing portion when the 4mm is a diagram showing the results obtained by changing the length. 液体流入口5に対してピラー1の配置が異なったときに得られる、混合後の蛍光強度の比較を示す図である。 Obtained when the placement of the pillar 1 is different for liquid inlet 5, a diagram illustrating a comparison of the fluorescence intensity after mixing. a:液体流入口5に対してピラー1の配置を示す平面図である。 a: is a plan view showing the arrangement of the pillar 1 to the liquid stream inlet 5. b:液体保持部に蛍光液を保持して、図5に示す工程により混合操作を行い得られた混合液の蛍光強度を示した図である。 b: the liquid holding portion to hold the fluorescent fluid is a diagram showing the fluorescence intensity of the conducted resulting mixture mixing operation by the step shown in FIG. 液体保持部に蛍光液を保持した3つのマイクロチャンバーを直列に配置して、図5に示す工程をマイクロチャンバー毎に繰り返した時の、混合後の蛍光強度の比較を示す図である。 Three microchamber holding the fluorescent liquid in the liquid holding portion arranged in series, when the repeated process shown in FIG. 5 for each microchamber is a diagram showing a comparison of the fluorescence intensity after mixing. a:液体保持部に蛍光液を保持した3つのマイクロチャンバーを直列に配置したときの様子を示す立体図である。 a: it is a perspective view showing a state in which three micro-chambers holding the fluorescent solution was placed in series with the liquid holding portion. b:図5に示す工程を配置されたマイクロチャンバーの回数分繰り返した時の、混合後の蛍光強度の比較を示す図である。 b: 5 to after repetition number of times of the deployed microchamber steps shown a diagram illustrating the comparison of the fluorescence intensity after mixing.

1. 1. ピラー2. Pillar 2. 液体保持部の底面3. Bottom 3 of the liquid holding portion. 流体混合部の底面4. The bottom surface of the fluid mixing unit 4. 基板5. Substrate 5. 液体流入口6. Liquid inlet 6. 液体流出口7. Liquid outlet 7. ピラーの高さ8. Of the pillar height 8. 液体保持部の高さ9. The liquid holding portion height 9. 流体混合部及び筒状の空間の高さ10. The height 10 of the fluid mixing portion and the cylindrical space. ピラーの直径11. Pillar with a diameter of 11. 液体保持部の底面の直径12. The diameter 12 of the bottom surface of the liquid holding portion. 流体混合部の外径13. The outer diameter 13 of the fluid mixing portion. 流体混合部の幅(3の外径から2の半径を減じた長さ) The width of the fluid mixing portion (length minus 2 of radius from the outer diameter of 3)
14. 14. 液体保持部に保持されている液体15. Liquid 15 which is held in the liquid holding portion. 液体流出口から流出する空気の方向16. Air direction 16 flowing out from the liquid outflow port. 液体流入口に流入する空気の方向17. Air direction 17 flowing into the liquid inlet. 液体保持部に第1の液体が充填されている場合のマイクロチャンバー内を流動する空気の方向18. Air direction 18 in which the first liquid to the liquid holding portion flows in the micro chamber when it is filled. 第2の液体が最初に流入するマイクロチャンバー19.18のマイクロチャンバーに接続されたマイクロチャンバー20.19のマイクロチャンバーに接続されたマイクロチャンバー Microchamber second liquid is connected to the micro chamber of the microchamber 20.19 which is connected to the micro chamber of the microchamber 19.18 to first inlet

本発明では、液体試料の界面張力と流力(慣性力)を効果的に活用して、第1の液体を簡易な構造で保持する事により、2種類以上の液体を簡便で効率良く混合できるマイクロチャンバー及び液体の混合方法を提供する。 In the present invention, the interfacial tension and flow force of the liquid sample (inertial force) to effectively take advantage, by holding the first liquid with a simple structure, can be mixed easily and efficiently two or more liquids It provides a method of mixing micro-chamber and the liquid.

本発明のマイクロチャンバーを用いれば、低い位置にある液体保持部に第1の液体を導入し、その後で液体流入口5から第2の液体を流すことで、2つの液体が混合されて液体流出口6から流出する。 Using the micro-chamber of the present invention, lower the first liquid is introduced into the liquid holding portion in a position, by then passing a second liquid from the liquid inlet 5, is mixed two liquid liquid stream flowing out from the outlet 6.

液体保持部は、底面2が第1の液体と強い界面張力を有し、第1の液体を保持できる場合には、底面2と底面3は同じ高さでもよい。 Liquid holding unit, the bottom 2 has a first liquid and a strong interfacial tension, if it can hold the first liquid bottom 2 and the bottom surface 3 may be the same height. この場合、液体保持部は底面2から構成される。 In this case, the liquid holding portion is composed of a bottom 2. 1つの好ましい実施形態では、液体保持部の底面2は液体混合物の底面3よりも低い位置にあり、この場合、液体保持部は筒状の形状を有し、液体保持部の上に筒状の空間が形成され、その周囲に中空筒状の液体混合部が形成される。 In one preferred embodiment, the bottom surface 2 of the liquid holding portion is in a position lower than the bottom surface 3 of the liquid mixture, in this case, the liquid holding portion has a cylindrical shape, cylindrical on the liquid holding portion space is formed, the liquid mixture of the hollow tube shape is formed around it. 液体保持部、液体保持部上の空間(中空筒状の液体混合部の内部の空間)を構成する筒状の形状としては、例えば円柱、楕円柱、三角柱、四角柱、五角柱、六角柱、八角柱などの任意の筒状の形状でよく、角柱状の場合、角の部分は丸くなり、液体が残留しないようになっていることが好ましい。 Liquid holding unit, the cylindrical shape constituting the (internal space of the hollow cylindrical liquid mixing section) space above the liquid holding unit, for example a cylinder, an elliptic cylinder, a triangular prism, quadrangular prism, pentagonal prism, Hashira Rokkaku, It may be any tubular shape such as octagonal, if the prismatic portions of the corners rounded, it is preferred that the liquid is prevented from remaining. 液体混合部は中空部分(内周部分)及び外周部分はいずれも筒状である。 Liquid mixing section is hollow portion (inner peripheral portion) and both the outer peripheral portion cylindrical. 液体混合部の外側(基板4側)の筒状の形状と内側の中空の筒状の形状は同一であっても異なっていてもよい。 Hollow cylindrical shape cylindrical shape and inside of the outer liquid mixing section (substrate 4 side) may be the same or different. 液体混合物の好ましい形状はドーナツ状の形状である。 The preferred shape of the liquid mixture is donut-shaped.

液体保持部の第1の液体は、液体流入口5から供給される第2の液体と混合されて液体流出口6から流出する。 The first liquid of the liquid holding portion flows out is mixed with the second liquid supplied from the liquid inlet 5 and a liquid outflow port 6.

マイクロチャンバー内には複数のピラー1が配置され、第2の液体はこのピラーにより流れが乱され、効率的に第1の液体と混合される。 The micro-chamber is arranged a plurality of pillar 1, the second liquid flow is disturbed by the pillars, it is mixed with efficiently first liquid. ピラーの形状は上記と同様な筒状(角筒状、円筒状、楕円筒状など)が好ましく、円筒状が最も好ましい。 The shape of the pillar above a similar tubular (rectangular tube shape, a cylindrical shape, elliptic cylindrical, etc.) are preferred, cylindrical is most preferred.

マイクロチャンバーの上は、シーリングテープなどのシール材によりシールして、液体の蒸発や液体のマイクロチャンバー外への飛散を防止するのが好ましい。 On the microchamber is sealed by a sealing member such as sealing tape, it is preferable to prevent the scattering of the micro-chamber outside of the vaporization and the liquid in the liquid. シール材の内面が第2の液体と接触する場合、第2の液体とシール材の界面張力を考慮して第2の液体の供給速度、液量を適切に調節する。 If the inner surface of the sealing member is in contact with the second liquid, the second feed rate of the liquid in consideration of the surface tension of the second liquid and the sealing material, suitably adjusting the liquid volume. 第2の液体の供給速度、液量は、液体保持部の形状、液体保持部の内面と第2の液体の界面張力、液体混合部の底面3及び基板4側の側面と第2の液体の界面張力、液体混合部の形状、ピラーの本数と形状などにより影響を受けるため、マイクロチャンバー、第1の液体、第2の液体の組み合わせに応じて適切な値を決めることができる。 The feed rate of the second liquid, the liquid volume, the shape of the liquid holding portion, of the inner surface and the second liquid in the liquid holding portion interfacial tension, the bottom surface 3 and the substrate 4 side of the liquid mixing portion side and the second liquid interfacial tension, the shape of the liquid mixing section, for receiving and by the impact number and the shape of the pillar, it is possible to determine the appropriate value according to the micro chamber, a first liquid, the combination of the second liquid. このような値は、図面に示される実施形態を参考にして当業者であれば容易に決定できる。 Such values, the embodiment shown in the drawings can be readily determined by those skilled in the art with reference. 第1/第2の液体とマイクロチャンバー(液体混合部、液体保持部)、シール材との間の界面張力は、マイクロチャンバーとシール材の親水性/疎水性の程度により決められる。 First / second liquid and micro chamber interfacial tension between the (liquid mixing section, the liquid holding portion), the sealing material is determined by the hydrophilic / hydrophobic degree of the micro chamber and the sealing material. 第1と第2の液体は、通常は水/水溶液であるが、水と混和する有機溶媒(エタノールなどの低級アルコール、DMSO、DMF、アセトン、THF、アセトニトリル、ジオキサン、N-メチルピロリドンなど)を含む含水溶液であってもよい。 The first and second liquid is normally a water / aqueous solution, an organic solvent miscible with water (lower alcohols such as ethanol, DMSO, DMF, acetone, THF, acetonitrile, dioxane, N- such methylpyrrolidone) a it may be a water solution containing. 有機溶媒の種類と含量によっても界面張力は変化する。 Interfacial tension with the type and amount of the organic solvent varies.

本発明のマイクロチャンバーの好ましい実施形態が図1に示されている。 A preferred embodiment of the micro-chamber of the present invention is shown in FIG. 液体保持部の底面2とドーナツ状の流体混合部の底面3の中心及び液体保持部上の筒状の空間の中心は同軸状にあり、底面2は下方に位置する。 Centers and the center of the cylindrical space above the liquid holding portion of the bottom surface 3 of the bottom 2 and donut-shaped fluid mixing portion of the liquid holding portion is coaxially bottom 2 is positioned below. 液体保持部の上面(形状は底面2と同じ)と底面3を合わせると1つの面を形成する。 The upper surface of the liquid holding portion (shape same as the bottom surface 2) forms a and align the bottom surface 3 when one plane. 図1では、液体保持部が円筒形、液体混合部はドーナツ状の形状のものが示されているが、これらは筒状の形状であれば任意の他の形状であってもよい。 In Figure 1, the liquid holding portion is cylindrical, but liquid mixing section has been shown that a donut-like shape, they may be any other shape as long as a tubular shape. また、底面2は、底面3よりも下方にあるのが好ましいが、底面2と第1の液体の界面張力が十分強ければ、底面2と底面3が同じ高さでもよく、底面2が底面3よりも高い位置にあってもよい。 Further, the bottom surface 2 is preferably located below the bottom surface 3, if the bottom surface 2 interfacial tension of the first liquid is strong enough, may be a bottom surface 2 and bottom surface 3 same height, bottom 2 is the bottom surface 3 it may be positioned higher than.

3個のピラーは図2に示すように中心が底面2の外周付近にあり、3つのピラーの中心は正三角形の頂点の位置関係にある。 Three pillar is in center near the outer periphery of the bottom surface 2, as shown in FIG. 2, the center of the three pillars in a positional relationship of the vertices of an equilateral triangle. また、1つのピラーは液体流入口5に対向する位置にあると、流入口5から流入した第2の液体の流れがピラーにより乱され、それにより流体混合部内の第1の液体とより十分に混合されることになるので好ましい。 Also, if one pillar situated opposite the liquid inlet 5, a second flow of liquid flowing from the inlet port 5 is disturbed by the pillar, thereby more fully the first liquid in the fluid mixing portion It preferred since the mixed are possible.

ピラー1の形状は筒状であればよく、好ましくは円筒状である。 The shape of the pillar 1 may be any tubular, preferably cylindrical.

なお、底面2は円形、底面3はドーナツ状と記載したが、これはピラーがない状態での形状であり、実際にはピラーが存在するので、ピラーが存在する場合の形状は図2d、図2cに記載される形状になる。 Although the bottom surface 2 has been described as circular, bottom 3 donut, which is the shape in the absence of pillar, so there are actually pillar, the shape of the case where the pillar is present Figure 2d, Figure a shape described in 2c. 図2aはマイクロチャンバーの平面図であり、図2bは底面2とピラーの位置関係をわかりやすく示した図である。 Figure 2a is a plan view of the micro chamber, Figure 2b illustrates clearly the positional relation between the bottom 2 and the pillar. 複数のピラーの中心軸は液体保持部の底面2の略外周上の対称な位置に配置されるのがよく、2つのピラーは直線状、3つのピラーは正三角形の各頂点、4つのピラーは正方形の各頂点、5つのピラーは正5角形の各頂点に配置するのがよい。 The central axis of the plurality of pillars may have being arranged at symmetrical positions on the substantially outer periphery of the bottom surface 2 of the liquid holding unit, the two pillar straight, three pillars each vertex of an equilateral triangle, four pillar each vertex of a square, five pillars good to place on each apex of a regular pentagon. ピラーの高さ7は、液体保持部の高さ8よりも高く、好ましくは(ピラーの高さ7)=(液体保持部の高さ8+流体混合部の高さ9)である。 Height 7 of the pillar is higher than the height 8 of the liquid holding unit, preferably (height 7 of the pillar) = (height 9 of height 8+ fluid mixing portion of the liquid holding portion).

ピラーの数が多いほど界面張力が強く作用して液体が流動しにくくなる。 Liquid is less likely to flow acts interfacial tension strong enough large number of pillars. 図6から、ピラーの数が4以上になると混合後(図5-V)に、メニスカスで液がチャンバー内に残留し易くなるため、回収率が低下し、混合チャンバーとしての性能が低下する。 6, after mixing with the number of pillars is 4 or more (Fig. 5-V), since the liquid in the meniscus tends to remain in the chamber, the recovery rate decreases, the performance of the mixing chamber decreases. ピラーが3個のときは回収率が比較的良好なため、ピラーの数は3が望ましい。 Since recovery is relatively good when the pillar is three, the number of pillars 3 is desirable.

図3は、マイクロチャンバーの液体保持部に第1の液体を充填した状態を示す。 Figure 3 shows a state filled with the first liquid to the liquid holding portion of the microchamber. 図3の矢印15、17は空気の流れる方向を示す。 Arrows 15 and 17 in FIG. 3 indicates the direction of air flow.

図4は、マイクロチャンバーを回転させて遠心力を働かせたときに、液体保持部に充填した第1の液体が流動するかを試験した結果を示す。 4, when worked centrifugal force by rotating the micro-chamber, showing the results of a first liquid filled in the liquid holding portion is tested whether the flow. 図4に示すようにピラーの数が多いほど液体保持部における第1の液体の流動が抑制されることが明らかになった。 Flow of the first liquid in the liquid holding portion as a large number of pillar as shown in FIG. 4 was found to be suppressed. 液体の流動は、遠心力で行ってもよい。 Flow of liquid may be carried out by centrifugal force.

第1の液体が第2の液体と混合して流動していく過程が図5に示されている。 Process the first liquid will flow mixed with the second liquid is shown in FIG. まず、マイクロチャンバーの流入口5から第2の液体が流入してくると(図5−I)、界面張力によって一番近傍にあるピラーに接触する(図5−II)。 First, when the inflow port 5 of the microchamber second liquid coming flow (Fig. 5-I), into contact with the pillars in the vicinity most by interfacial tension (Fig. 5-II). 次に、他のピラーとも接触してマイクロチャンバー内が混合液によって満たされ(図5−III)、出口の液体流出口6へ混合液が押し出される(図5−IV)。 Next, the micro-chamber in contact with other pillars are filled with a mixture (Fig. 5-III), mixture is forced into the liquid outlet port 6 of the outlet (Fig. 5-IV). マイクロチャンバー内の混合液は、表面張力によって途切れることなく出口のマイクロ流路へ流動していくため、マイクロチャンバー内に液は残留しない(図5−V)。 Mixture microchamber, because continue to flow into the microchannel outlets without interruption by the surface tension, the liquid does not remain in the microchamber (Figure 5-V).

マイクロ空間では、液体自身の表面張力や固液界面に働く界面張力が液体の流動に、最も大きく作用する。 The micro-space, interfacial tension acting on the surface tension and the solid-liquid interface of the liquid itself in the liquid flow, acting largest. 仮に、重力が支配的に働くと、図1の2の面は窪んでおり、液体は流出しない。 Assuming that the gravity dominantly acts, 2 side of FIG. 1 is recessed, the liquid does not flow out. 保持されている液体は表面張力があるので、図5-Vでは液体は流出する。 Since the liquid is held in a certain surface tension, the liquid in Figure 5-V flows out. しかし、図7に示されているようピラーとチャンバー壁面の距離が遠くなると、液体は残留し易くなる。 However, if the distance between the pillar and the chamber wall as shown in Figure 7 becomes farther, the liquid tends to remain. 図5−IIIから図5−Vの過程では、液体の流出と空気の流出が競合しており、液体の流出が優位になっている。 In the process of FIG. 5-V from FIG. 5-III, outflow and the outflow of the air liquid competes, outflow of the liquid becomes dominant.

図6は、マイクロチャンバーにおける液体の混合状態を蛍光液を用いてピペッティングを用いた混合方法と比較して評価した結果を示す。 Figure 6 shows the results of evaluation as compared to the mixing method using a pipetting with a fluorescent liquid mixed state of a liquid in the micro-chamber. 蛍光測定は、マイクロチャンバーの先端から1mmの箇所に光学プローブ(No.4040(Spot dia. : 0.4 mm、日本板硝子株式会社))を当て、光ファイバー型蛍光検出器(FLE1100B、日本板硝子株式会社)にて蛍光強度を測定して実施した。 Fluorescence measurements, optical probes (No.4040 (Spot dia.: 0.4 mm, Nippon Sheet Glass Co., Ltd.)) in place of 1mm from the tip of the micro chamber against the optical fiber-type fluorescence detector (FLE1100B, Nippon Sheet Glass Co., Ltd.) in It was carried out by measuring the fluorescence intensity Te.

図6の実験の詳細を以下に示す。 Experimental details of Figure 6 are shown below.

*ピペッティングで混合したとき * When mixed by pipetting
40nM FITC溶液10μL 40nM FITC solution 10μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)30μL 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) 30 [mu] L
*ピラー(半径が0.8mm)が2個のとき * When the pillar (radius of 0.8mm) is two
40nM FITC溶液10.6μL 40nM FITC solution 10.6μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)31.8μL 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 31.8μL
*ピラー(半径が0.8mm)が3個のときマイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液9.6μL, * Pillars (radius 0.8mm) was added to the micro chamber when the three liquid: 40 nM FITC solution 9.6MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)28.8μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 28.8μL
*ピラー(半径が0.8mm)が4個のときマイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液8.6μL, * Pillars (radius 0.8mm) was added in four micro-chambers when the liquid: 40 nM FITC solution 8.6MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)25.8μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 25.8μL
*ピラー(半径が0.4mm)が2個のとき * When the pillar (radius of 0.4mm) is two
40nM FITC溶液12.1μL 40nM FITC solution 12.1μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)36.3μL 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 36.3μL
*ピラー(半径が0.4mm)が3個のときマイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液11.8μL, * Pillars (radius 0.4 mm) were added to the micro chamber when the three liquid: 40 nM FITC solution 11.8MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)35.4μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 35.4μL
*ピラー(半径が0.4mm)が4個のときマイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液11.6μL, * Pillars (radius 0.4 mm) were added to the four micro chamber when the liquid: 40 nM FITC solution 11.6MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)34.8μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 34.8μL
*ピラー(半径が0.4mm)が5個のときマイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液11.3μL, * Pillars (radius 0.4 mm) were added to the five micro-chambers when the liquid: 40 nM FITC solution 11.3MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)33.9μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 33.9μL

図6の結果から、この実験条件ではピラーの数は2又は3が優れていることが明らかになった。 From the results of FIG. 6, the number of pillars revealed that 2 or 3 is superior in this experimental conditions. ピラー数がゼロの場合、回収率(蛍光強度)は優位であるが、液体がチャンバー内に保持される力が弱いため(図4)、第1の液体は液体保持部の底面2からすぐに漏出する。 If the number of pillars is zero, the recovery rate (fluorescence intensity) is a dominant, the force which the liquid is retained in the chamber is weak (Fig. 4), the first liquid quickly from the bottom surface 2 of the liquid holding portion leakage to. 実際に使うときになると扱い方(物理的衝撃や温度など)を著しく注意する必要があるので、ピラー数がゼロのチャンバーは実際には殆ど使えない。 Since actually become how to handle when using (physical impact, temperature, etc.) is the need to significantly note, number of chambers is zero pillar can not be used in practice most. 混合用マイクロチャンバーの性能は、液体が安定に保持される力(漏出されにくい力)と、混合後の回収率の総合評価で判断されるべきであり、この総合評価でピラー数は2〜4個が優れており、ピラー数2〜3個がより優れており、ピラー数3が最も優れている。 Performance of the mixing microchamber, the force (hard force is leaked) the liquid is stably retained, should be determined by the overall rating of the recovery rate after mixing, pillar number in this overall evaluation 2-4 number is excellent, the number two or three pillars are better, the pillar number 3 is most excellent.

図7は、マイクロチャンバーに蛍光液を保持して、図5に示す工程により混合操作を行い得られた混合液の蛍光強度を、液体保持部の直径11の長さが4mmのときのドーナツ状の流体混合部の幅13の長さを変えて得られた結果を示す。 7 holds the fluorescent fluid in the micro chamber, the fluorescence intensity of the conducted resulting mixture mixing operation by the step shown in FIG. 5, the donut-shaped when the length of the diameter 11 of the liquid holding portion is 4mm the results obtained by changing the length of the width 13 of the fluid mixing portion. ピラーの数は、図6の結果から3個で行った。 The number of pillars, was carried out in three from the results of FIG.

図7の実験の詳細を以下に示す。 Experimental details of Figure 7 are shown below.

*ピペッティングで混合したとき * When mixed by pipetting
200nM FITC溶液9.6μL 200nM FITC solution 9.6μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)144μL 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 144μL
*ピラー(半径が0.8mm)が3個マイクロチャンバーに添加した液:200nM FITC溶液9.6μL, * Liquid pillar (radius 0.8mm) was added in three micro-chambers: 200 nM FITC solution 9.6MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)144μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 144μL

図7の結果から液体保持部の直径を100としたときのドーナツ状の流体混合部の幅(13)は25〜80、好ましくは30〜75程度、より好ましくは35〜70程度である。 The width of the donut-shaped fluid mixing portion when the diameter of the liquid holding unit 100 from the result of FIG. 7 (13) 25-80, preferably about 30-75, more preferably about 35-70.

図8は、液体流入口5に対してマイクロチャンバーのピラー1の配置が異なったときに得られる、混合後の蛍光強度の比較を示す図である。 Figure 8 is obtained when a different arrangement of the pillar 1 of the micro-chamber with respect to the liquid flow inlet 5 is a diagram showing a comparison of the fluorescence intensity after mixing. 図8の実験の詳細を以下に示す。 Experimental details of Figure 8 are shown below.

*ピペッティングで混合したとき * When mixed by pipetting
40nM FITC溶液10μL 40nM FITC solution 10μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)30μL 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) 30 [mu] L
*ピラー(半径が0.8mm)が3個マイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液9.6μL, * Liquid pillar (radius 0.8mm) was added in three micro-chambers: 40 nM FITC solution 9.6MyuL,
送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)28.8μL Feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 28.8μL

図8の結果から、複数のピラーのうちの1つは流入口5と流出口6を結ぶ直線上に配置されるのがよく、特に流入口5に対向する位置にピラーを配置するのが好ましい。 From the results of FIG. 8, preferably one of the plurality of pillars is disposed a pillar in a position being arranged on the straight line connecting the outlet port 6 and inlet port 5 well, particularly facing the inlet 5 .

図9は、3つのマイクロチャンバー直列に配置して液体を混合したときの混合後の蛍光強度の比較を示す図である。 Figure 9 is a diagram showing a comparison of the fluorescence intensity after mixing when mixed liquid was placed three micro-chamber series. 図9の実験の詳細を以下に示す。 Experimental details of Figure 9 are shown below.

*ピペッティングで混合したとき * When mixed by pipetting
40nM FITC溶液10μL 40nM FITC solution 10μL
0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)30μL 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) 30 [mu] L
*マイクロチャンバーが2個のとき(ピラー(半径が0.8mm)が3個) * When microchamber is two (pillar (radius 0.8mm) is three)
マイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液9.6μL×2個送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)57.6μL Was added to a micro-chamber liquid: 40 nM FITC solution 9.6μL × 2 pieces feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 57.6μL
*マイクロチャンバーが3個のとき(ピラー(半径が0.8mm)が3個) * When microchamber is three (pillar (radius 0.8mm) is three)
マイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液9.6μL×3個送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)86.4μL Was added to a micro-chamber liquid: 40 nM FITC solution 9.6μL × 3 or feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 86.4μL
*マイクロチャンバーが4個のとき(ピラー(半径が0.8mm)が3個) * When microchamber is four (pillar (radius 0.8mm) is three)
マイクロチャンバーに添加した液:40nM FITC溶液9.6μL×4個送液した液:0.1 M リン酸緩衝液(pH7.4)115.2μL Was added to a micro-chamber liquid: 40 nM FITC solution 9.6μL × 4 pieces feeding the liquid: 0.1 M phosphate buffer (pH7.4) 115.2μL

図9の結果から、マイクロチャンバーを複数個直列に接続しても問題なく液体の混合が行われることが明らかになった。 From the results of FIG. 9, it was revealed that the mixing of liquid without problems to connect the micro-chamber series a plurality is performed. 従って、3種以上の液体混合は、マイクロチャンバーを直列に接続することで対応できることが明らかである。 Accordingly, three or more liquid mixing, it is clear that it may be dealt with by connecting the micro-chamber in series.

本発明のマイクロチャンバーはμ-TASやLab-on-a-chipと称されるマイクロチップ上で、2種類以上の液体を混合する製品全般への応用が可能である。 Micro chamber of the present invention on a microchip called mu-TAS or Lab-on-a-chip, it can be applied to products in general to mix two or more liquids.

Claims (9)

  1. 液体流入口5及び液体流出口6と接続したマイクロチャンバーであって、前記マイクロチャンバーは液体保持部、中空筒状の流体混合部を備え、液体保持部の底面2及び流体混合部の底面3の両方を跨ぐ位置に複数のピラー1を配置し、 A micro chamber connected to the liquid inlet 5 and a liquid outflow port 6, the micro-chamber liquid holding part, comprising a hollow cylindrical fluid mixing portion, the bottom surface 3 of the bottom 2 and the fluid mixing portion of the liquid holding portion arranging a plurality of pillar 1 at a position straddling both,
    前記液体保持部は円筒状であり、前記液体保持部は前記中空筒状の流体混合部と同心円状であり、かつ、液体保持部は液体混合部よりも低い位置にある、マイクロチャンバー。 The liquid holding portion has a cylindrical shape, the liquid holding portion is said hollow cylindrical fluid mixing portion and concentric, and the liquid holding portion is in a position lower than the liquid mixing unit, micro-chamber.
  2. ピラーの中心軸は液体保持部の底面2の略外周上にある請求項1に記載のマイクロチャンバー。 Microchamber according to claim 1 the central axis of the pillar is located substantially on the outer periphery of the bottom surface 2 of the liquid holding portion.
  3. ピラーが2、3又は4個配置されている、請求項1又は2に記載のマイクロチャンバー。 Pillars are arranged two, three or four, micro-chambers according to claim 1 or 2.
  4. ピラーが3個配置されている、請求項3に記載のマイクロチャンバー。 Pillars are three arranged, micro chamber according to claim 3.
  5. ピラーの1つが液体流入口5と対向する位置に配置されている、請求項1〜4のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 One of the pillars are arranged at the position facing the liquid inlet 5, the micro-chamber according to claim 1.
  6. 隣接するマイクロチャンバーの液体流入口5と液体流出口6とを接続することで、複数のマイクロチャンバーを連結させてなる、請求項1〜5のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 By connecting the liquid inlet 5 and a liquid outflow port 6 of the microchamber adjacent, made by connecting a plurality of micro-chambers, microchamber according to any one of claims 1 to 5.
  7. 前記ピラーは円筒状である、請求項1〜6のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 The pillar is cylindrical, micro-chamber according to claim 1.
  8. 前記液体混合部はドーナツ状である、請求項1〜7のいずれかに記載のマイクロチャンバー。 The liquid mixing section is donut-shaped, micro-chamber according to claim 1.
  9. 請求項1〜 のいずれかに記載のマイクロチャンバーを用いた液体の混合方法であって、 A method of mixing liquids using a micro-chamber according to any one of claims 1-8,
    液体保持部に第1の液体を導入する工程、液体流入口5から第2の液体をマイクロチャンバー内に流入し、液体流出口6から第1の液体と第2の液体の混合液体を流出させる工程を含むことを特徴とする液体の混合方法。 Introducing a first liquid to the liquid holding portion, the second liquid from the liquid inlet 5 flows into the micro chamber, to the liquid outflow port 6 flows out first liquid mixture liquid of the second liquid the method of mixing liquids which comprises a step.
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