JP6133298B2 - 流体取扱装置および流体取扱方法 - Google Patents

流体取扱装置および流体取扱方法 Download PDF

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Description

本発明は、液体試料の分析や処理などに用いられる流体取扱装置および流体取扱方法に関する。
近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、マイクロ流路チップが使用されている。マイクロ流路チップは、試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。
マイクロ流路チップを用いた処理を自動化するために、マイクロ流路チップ内にバルブ構造を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、流体の流路の出入口をフィルムで開閉するダイヤフラム弁構造のマイクロバルブを有するマイクロ流路チップが開示されている。このマイクロ流路チップでは、流体の流路とその壁に開口する流体の出入口とこれらを覆うフィルムとを有する第１のチップと、第１のチップの流体の出入口に向けてフィルムを押し出すアクチュエータを含む第２のチップとが形成されている。第１のチップは第２のチップと分離可能である。前記アクチュエータは、エア供給装置やピエゾ素子である。前記アクチュエータが前記フィルムを前記流体の出入口に向けて押し出すことによって前記流体の出入口が閉じる。前記アクチュエータの押し出しを解除することで前記流体の出入口が開く。このような前記流体の出入口の開閉によって、前記流路内の流体の流れを制御することができる。
特開２００２−２２８０３３号公報
しかしながら、特許文献１に記載のマイクロ流路チップには、マイクロ流路チップを用いる検査装置が大きいという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、前記検査装置は、前記アクチュエータまたはそれを駆動させるための装置を含む必要がある。このため、前記検査装置のさらなる小型化や簡素化が困難である。
本発明の目的は、外部からの機械的な力を要さずに流体を取り扱うことができる流体取扱装置、および前記流体取扱装置を用いた流体取扱方法を提供することである。
本発明の流体取扱装置は、第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に貼り付けられた第１のフィルムと、前記第１のフィルムおよび前記第１の溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有する第１のチップと、第２の溝および前記第２の溝に連通する凹部を一方の面に有する第２の基板と、前記第２の基板の前記一方の面に貼り付けられた第２のフィルムと、前記第２のフィルムおよび前記第２の溝から構成される液体流路の長手方向に電圧を印加することが可能な少なくとも一対の領域と、を有する第２のチップと、を含み、前記第１のチップおよび前記第２のチップは、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合うように積層され、前記液体流路内の対となっている前記領域間の液体に電圧を印加したとき、電気浸透流により前記凹部へ流入する前記液体によって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムおよびそれに対向する前記第１のフィルムが前記隔壁に向けて押し出され、前記第１のフィルムが前記隔壁と接触して前記流体流路が閉じられる。
本発明の他の流体取扱装置は、第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に貼り付けられた樹脂からなる第１のフィルムと、前記第１のフィルムおよび前記第１の溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有する第１のチップと、第２の溝および前記第２の溝に連通する凹部を一方の面に有する第２の基板と、前記第２の基板の前記一方の面に貼り付けられたエラストマーからなる第２のフィルムと、前記第２のフィルムおよび前記第２の溝から構成される液体流路の長手方向に電圧を印加することが可能な少なくとも一対の領域と、を有する第２のチップと、を含み、前記第１のチップおよび前記第２のチップは、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合うように積層され、前記液体流路内の対となっている前記領域間の液体に電圧を印加したとき、電気浸透流により前記凹部から前記液体が流出して前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１のフィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１のフィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる。
本発明の流体取扱方法は、上記の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、前記流体流路内に流体を導入するステップと、前記液体流路内の前記少なくとも一対の領域間の液体に電圧を印加し、電気浸透流によって前記液体を前記凹部に流入させるステップと、を含み、前記凹部に流入する前記液体によって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムおよびそれに対向する前記第１のフィルムが前記隔壁に向けて押し出され、前記第１のフィルムが前記隔壁と接触することによって前記流体流路が閉じられる。
本発明の他の流体取扱方法は、上記の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、前記流体流路内に流体を導入するステップと、前記液体流路内の前記少なくとも一対の領域間の液体に電圧を印加し、電気浸透流によって前記液体を前記凹部から流出させて前記凹部内を陰圧にするステップと、を含み、前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１のフィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１のフィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる。
本発明によれば、外部からの機械的な力を要さずに流体を取り扱うことができる流体取扱装置、および前記流体取扱装置を用いた流体取扱方法を提供することができる。
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図２Ａは、第１の基板の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図３Ａは、第２の基板の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図４Ａは、第１のフィルムの平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図５Ａは、第２のフィルムの平面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図５Ｃは、図５Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図６Ａは、図１Ｃの領域Ｅを拡大して示す図であり、図６Ｂは、図１Ｂの領域Ｄを拡大して示す図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロ流路チップの使用態様を説明するためのマイクロ流路チップの部分拡大断面図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、マイクロ流路チップの使用態様を説明するためのマイクロ流路チップの部分拡大断面図である。 図９Ａは、第２の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図９Ｃは、図９Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図１０Ａは、第３の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１０Ｂは、図１０Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１０Ｃは、図１０Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図１１Ａは、第４の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１１Ｂは、図１１Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１１Ｃは、図１１Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図１２Ａは、第５の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１２Ｃは、図１２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１２Ｄは、図１２Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。 図１３Ａは、第６の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。 第６の実施形態に係るマイクロ流路チップのポンプとしての使用態様を説明するための断面図である。 図１５Ａは、第７の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１５Ｃは、図１５Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１５Ｄは、図１５Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。 図１６Ａは、第８の実施形態に係るマイクロ流路チップの平面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１６Ｃは、図１６Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１６Ｄは、図１６Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の流体取扱装置の代表例として、マイクロ流路チップについて説明する。
［マイクロ流路チップ１００の構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップ１００の構成を示す図である。図１Ａは、マイクロ流路チップ１００の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、マイクロ流路チップ１００は、第１のチップ１１０と、第２のチップ１２０とを有する。第１のチップ１１０と第２のチップ１２０は重なっている。このとき、第１のフィルム１１２と第２のフィルム１２２とは対向している。また、第１のチップ１１０の隔壁１１６と第２のチップ１２０の圧力室１２９とは、第１のフィルム１１２および第２のフィルム１２２を介して向かい合っている。
第１のチップ１１０は、試薬や液体試料などの流体を流すためのチップである。第１のフィルム１１２は、第１のチップ１１０における流体の流れを制御するマイクロバルブのダイヤフラム（弁体）として機能する。
第２のチップ１２０は、前記マイクロバルブのアクチュエータとして機能する。第２のチップ１２０は、アクチュエータとして機能するのであれば、第１のチップ１１０に接していてもよいし、第１のチップ１１０と離れていてもよい。
（第１のチップ）
第１のチップ１１０は、第１の基板１１１、第１のフィルム１１２、第１の流路１１３、第２の流路１１４、第１の流体導入口１１５、隔壁１１６、流体取出口１１７およびダイヤフラム部１４１を有する。第１のフィルム１１２は、第１の基板１１１の一方の表面に貼り付けられている。
第１の流路１１３および第２の流路１１４は、流体流路を構成する。隔壁１１６およびダイヤフラム部１４１は、マイクロバルブの開放時には第１の流路１１３と第２の流路１１４とを連通する。このとき、第１の流体導入口１１５から導入された流体は、流体取出口１１７まで流れることができる。前記流体は、例えば試薬や液体試料などである。
第１の流路１１３および第２の流路１１４の断面積および断面形状は、特に限定されない。たとえば、第１の流路１１３および第２の流路１１４は、毛管現象により流体が移動可能な流路である。この場合、第１の流路１１３および第２の流路１１４の断面形状は、例えば一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形である。なお、本明細書において、「流路の断面」とは、流体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。
第１の流体導入口１１５は、第１の流路１１３の一端に配置されている。流体取出口１１７は、第２の流路１１４の一端に配置されている。第１の流体導入口１１５および流体取出口１１７の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。第１の流体導入口１１５および流体取出口１１７の直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度である。
隔壁１１６は、第１の流路１１３と第２の流路１１４との間にある壁である。後述するように、隔壁１１６は、マイクロバルブの弁座として機能する。平面視したときの隔壁１１６の形状は、例えば矩形である。隔壁１１６の平面視形状や大きさは、マイクロバルブの弁座として機能する範囲で決めることができる。
（第２のチップ）
第２のチップ１２０は、第２の基板１２１、第２のフィルム１２２、第３の流路１２３、第４の流路１２４、第２の流体導入口１２５、第３の流体導入口１２６、第１の多孔質部１２７、第２の多孔質部１２８、圧力室１２９、第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３、第４の電極１３４およびダイヤフラム部１４２を有する。第２のフィルム１２２は、第２の基板１２１の一方の表面に貼り付けられている。第３の流路１２３、第４の流路１２４、第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８は、液体流路を構成している。
第３の流路１２３および第４の流路１２４は、液体を収容する流路である。第３の流路１２３および第４の流路１２４は、例えば毛管現象により流体が移動可能な流路である。第３の流路１２３および第４の流路１２４の断面積および断面形状は、特に限定されない。たとえば、第３の流路１２３および第４の流路１２４の断面形状は、例えば一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形である。
第３の流路１２３は、一端で第２の流体導入口１２５に連通している。第４の流路１２４は、一端で第３の流体導入口１２６に連通している。第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６の直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度である。
第１の多孔質部１２７は第３の流路１２３の一部を構成しており、第２の多孔質部１２８は第４の流路１２４の一部を構成している。第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８は、互いに連通する複数の空隙による微細な多数の流路を含んでいる。第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８の形状は、特に限定されないが、例えば四角柱形状である。第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８の大きさは、特に限定されないが、例えば２ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍ程度である。
圧力室１２９は、第３の流路１２３および第４の流路１２４に連通している。第３の流路１２３は、第２の流体導入口１２５とは反対側の端で圧力室１２９に連通し、第４の流路１２４は、第３の流体導入口１２６とは反対側の端で圧力室１２９と連通している。圧力室１２９は、後述する第２のフィルム１２２のダイヤフラム部（非接合部）１４２を収容可能な大きさを有する。圧力室１２９の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。圧力室１２９の直径は、特に限定されないが、例えば１ｍｍ程度である。圧力室１２９の深さは、特に限定されないが、例えば第３の流路１２３および第４の流路１２４の深さと同じである。
（第１の基板）
図２は、第１の基板１１１の構成を示す図である。図２Ａは、第１の基板１１１の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第１の基板１１１は、透明な略矩形の樹脂基板である。第１の基板１１１の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。第１の基板１１１を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。第１の基板１１１を構成する樹脂の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、ガラス、シリコーン樹脂、エラストマーなどが含まれる。
図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、第１の基板１１１は、第１の溝１１３ａ、第２の溝１１４ａ、第１の貫通孔１１５ａおよび第２の貫通孔１１７ａを有する。第１の溝１１３ａは、第１の貫通孔１１５ａに連通している。第２の溝１１４ａは、第２の貫通孔１１７ａに連通している。第１の溝１１３ａと第２の溝１１４ａとの間に隔壁１１６が形成されている。
第１の溝１１３ａの開口部および第２の溝１１４ａの開口部が第１のフィルム１１２で塞がれることによって、第１の流路１１３および第２の流路１１４が構成される。第１の貫通孔１１５ａの一方の開口部および第２の貫通孔１１７ａの一方の開口部が第１のフィルム１１２で塞がれることによって、第１の流体導入口１１５および流体取出口１１７が構成される（図１Ｃ参照）。
（第２の基板）
図３は、第２の基板１２１の構成を示す図である。図３Ａは、第２の基板１２１の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第２の基板１２１は、透明な略矩形の樹脂基板である。第２の基板１２１の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。第２の基板１２１を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。第２の基板１２１を構成する樹脂の例は、第１の基板１１１を構成する樹脂の例と同じである。
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、第２の基板１２１は、第３の溝１２３ａ、第４の溝１２３ｂ、第５の溝１２４ａ、第６の溝１２４ｂ、第３の貫通孔１２５ａ、第４の貫通孔１２６ａ、第１の凹部１２９ａ、第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａを有する。第１の凹部１２９ａの平面形状は、例えば円形である。第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａの平面形状は、例えば矩形である。
第３の溝１２３ａは、一端で第３の貫通孔１２５ａに連通し、他端で第２の凹部１２７ａと連通している。第４の溝１２３ｂは、一端で第２の凹部１２７ａと連通し、他端で第１の凹部１２９ａと連通している。第５の溝１２４ａは、一端で第１の凹部１２９ａと連通し、他端で第３の凹部１２８ａと連通している。第６の溝１２４ｂは、一端で第３の凹部１２８ａと連通し、他端で第４の貫通孔１２６ａと連通している。
第３の溝１２３ａの開口部および第４の溝１２３ｂの開口部が第２のフィルム１２２で塞がれることによって、第３の流路１２３が構成される。第５の溝１２４ａの開口部および第６の溝１２４ｂの開口部が第２のフィルム１２２で塞がれることによって、第４の流路１２４が構成される。第３の貫通孔１２５ａの一方の開口部および第４の貫通孔１２６ａの一方の開口部が第２のフィルム１２２で塞がれることによって、第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６が構成される。第１の凹部１２９ａの開口部が第２のフィルム１２２で塞がれることによって、圧力室１２９が構成される。第２の凹部１２７ａの開口部および第３の凹部１２８ａの開口部が第２のフィルム１２２で塞がれることによって、第１の多孔質部１２７用のチャンバおよび第２の多孔質部１２８用のチャンバが構成される（図１Ｂ参照）。
第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８は、例えば前記チャンバに樹脂ビーズまたはガラスビーズを充填することによって構成されている。前記チャンバに、ビーズに代えて無機酸化物製または樹脂製の多孔質体を収容してもよい。ビーズまたは多孔質体によって構成される第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８は、互いに連通する複数の空隙で構成される微細な多数の流路を含んでいる。
ビーズの平均粒径は、例えば２０μｍである。樹脂ビーズの材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、エラストマーなどが含まれる。無機酸化物製の多孔質体の例には、モノリシックシリカ（シリカの多孔質成形体）や無機酸化物からなる表面を有するハニカム構造体が含まれる。樹脂製の多孔質体の例には、樹脂ビーズを互いに接着してなる多孔質体が含まれる。
（第１のフィルム）
図４は、第１のフィルム１１２の構成を示す図である。図４Ａは、第１のフィルム１１２の平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第１のフィルム１１２は、透明な略矩形の樹脂フィルムである。第１のフィルム１１２は、ダイヤフラム部１４１を含む。ダイヤフラム部１４１は、第１のフィルム１１２の中央部に配置される。ダイヤフラム部１４１は、略半球形状を有する。第１のフィルム１１２は、ダイヤフラム構造のマイクロバルブの弁体（ダイヤフラム）として機能する。
第１のフィルム１１２を構成する樹脂の種類は、第１のフィルム１１２が弁体（ダイヤフラム）として機能できれば特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。第１のフィルム１１２を構成する樹脂の例は、第１の基板１１１を構成する樹脂の例と同じである。第１のフィルム１１２と第１の基板１１１との密着性を向上させる観点からは、第１のフィルム１１２を構成する樹脂は、第１の基板１１１を構成する樹脂と同一であることが好ましい。
第１のフィルム１１２の厚さは、第１のフィルム１１２が弁体（ダイヤフラム）として機能できれば特に限定されず、樹脂の種類（剛性）に応じて適宜設定されうる。たとえば、第１のフィルム１１２の厚さは、２０μｍ程度である。ダイヤフラム部１４１は、例えば隔壁１１６を覆い、かつ第１のチップ１１０と第２のチップ１２０を重ねたときに圧力室１２９に収容される大きさを有する。
（第２のフィルム）
図５は、第２のフィルム１２２の構成を示す図である。図５Ａは、第２のフィルム１２２の平面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図５Ｃは、図５Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第２のフィルム１２２は、透明な略矩形の樹脂フィルムである。第２のフィルム１２２は、ダイヤフラム部１４２と、第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３および第４の電極１３４の四つの電極とを有する。ダイヤフラム部１４２は、第２のフィルム１２２の中央部に配置される。ダイヤフラム部１４２は略半球形状を有する。第２のフィルム１２２は、ダイヤフラム構造のマイクロバルブの弁体（ダイヤフラム）として機能する。
第２のフィルム１２２を構成する樹脂の種類および第２のフィルム１２２の厚さは、例えば第１のフィルム１２２と同じである。また、ダイヤフラム部１４２の大きさも、ダイヤフラム部１４１の大きさとほぼ同じである。第２のフィルム１２２の樹脂材料は、エラストマー以外の樹脂であると、後述の電極をスクリーン印刷で作製できることから好ましい。また、マイクロ流路チップを安価に作製する観点からも好ましい。
第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３および第４の電極１３４は、第２のフィルム１２２の表面のうち、ダイヤフラム部１４２が突き出ている側の表面に接着している。第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３および第４の電極１３４は、いずれも細長い導電性の薄膜（例えば、カーボンインク層などの導電性インク層や金属薄膜など）である。これらの電極の一端は、いずれも第２のフィルム１２２の一方の側縁にある。
第１の電極１３１の他端部は、第２の流体導入口１２５に露出している。第２の電極１３２の他端部は、第３の流路１２３における第１の多孔質部１２７と圧力室１２９との間の位置に露出している。
第３の電極１３３の他端部は、第３の流体導入口１２６に露出している。第４の電極１３４の他端部は、第４の流路１２４における第２の多孔質部１２８と圧力室１２９との間の位置に露出している。
このように、第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３および第４の電極１３４、の４つの電極は、第３の流路１２３の長手方向または第４の流路１２４の長手方向において互いに異なる位置に配置されている。すなわち、第１の電極１３１および第２の電極１３２は、第３の流路１２３の長手方向に電圧を印加することが可能な一対の領域（電圧印加領域）にそれぞれ配置されている。同様に、第３の電極１３３および第４の電極１３４は、第４の流路１２４の長手方向に電圧を印加することが可能な一対の領域（電圧印加領域）にそれぞれ配置されている。本発明において「電圧印加領域」は、流路内に限定されない。「電圧印加領域」には、前記流路の他、例えば流体導入口や圧力室が含まれる。
なお、電圧印加領域には、電極を形成しなくてもよい。たとえば、電圧印加領域が流体導入口などである場合は、マイクロ流路チップを使用する際に棒状電極を電圧印加領域に配置することでも同様の効果を得られる。
［マイクロ流路チップの作製］
第１のチップ１１０は、第１の基板１１１に第１のフィルム１１２を熱圧着によって接合することによって作製される。第１のフィルム１１２の表面のうち、窪んでいるダイヤフラム部を含む表面と、第１の基板１１１の前記一方の面とが接合される（図１および図６Ａ参照）。
第２のチップ１２０は、例えば多孔質部の作製、第２のフィルム１２２の接合、流路の表面処理および液体の注入によって作製される。
多孔質部の作製では、第２の基板１２１の第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａに樹脂ビーズを充填する。第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａには、第１の多孔質部１２７および第２の多孔質部１２８に多数の微細な流路が形成される量の樹脂ビーズが充填される。樹脂ビーズの充填に代えて、多孔質体を前記凹部に収容することも可能である。
つぎに、第２の基板１２１に、４つの電極１３１〜１３４が形成されている第２のフィルム１２２を熱圧着によって接合する。第２のフィルム１２２の表面のうち、前記電極を有する表面と、第２の基板１２１の前記一方の面とが接合される（図１および図６Ｂ参照）。
なお、多孔質部は、第２の基板１２１に第２のフィルム１２２を接合した後でも形成することが可能である。たとえば、第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａにそれぞれ必要量の樹脂ビーズが留まるように、樹脂ビーズの粒径、第４の溝１２３ｂの深さと幅および第５の溝１２４ａの深さと幅、ならびに第６の溝１２４ｂの深さと幅を予め調整して第２のチップ１２０を製作する。そして、第２の流体導入口１２５から樹脂ビーズと液体を導入する。そして、導入した樹脂ビーズを第２の流体導入口１２５へ注入した液体によって下流へ導く。第２の流体導入口１２５から導入された樹脂ビーズは、第２の凹部１２７ａに収容される。より小さな粒径を有する樹脂ビーズは、さらに第３の凹部１２８ａまで運ばれる。こうして、第２の基板１２１に第２のフィルム１２２を接着した後でも、第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａに樹脂ビーズを充填することができる。
また、第２の凹部１２７ａおよび第３の凹部１２８ａに充填した樹脂ビーズを、熱により接合させて多孔質体としてもよい。すなわち、第２の基板１２１のガラス転移温度および第２のフィルム１２２のガラス転移温度のうちの低い方のガラス転移温度（Ｔｇ１）よりも低いガラス転移温度（Ｔｇ２）の樹脂ビーズを予め充填しておく。そして、樹脂ビーズ充填後の第２のチップ１２０にＴｇ１よりも低くＴｇ２よりも高い温度を加える。こうして、樹脂ビーズ同士を点で接合させて多孔質体とすることもできる。
つぎに、第２のチップ１２０における液体の流路の表面をイオン性の表面にする。このようなイオン性の表面は、酸化ケイ素や酸化アルミニウム、酸化チタンなどからなる薄膜を液体流路の表面に作製することによって形成することができる。このような薄膜は、例えば化学気相蒸着（ＣＶＤ）法や原子層体積（ＡＬＤ）法などによって好適に形成することができる。たとえば、第２のチップ１２０を、ＣＶＤ装置のチャンバにセットする。そして、チャンバ内を真空にし、チャンバに前駆体ガスとしてのＳｉＣｌ４と触媒としてのピリジンを注入する。その後、チャンバ内のガスを排気し、チャンバ内を真空にする。そして、チャンバ内に酸化源としての水と触媒としてのピリジンを注入する。前記の操作によって、第２のチップ１２０における第２の流体導入口１２５から第３の流体導入口１２６までの液体の流路全域が、高速かつ低温で酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で覆われる。
前記の操作以外にも、前駆体ガスとしてトリメチルアルミニウムを注入し、酸化源として水を注入することによって、流路全域を酸化アルミニウムで覆ってもよい。また、前駆体ガスとして四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）を注入し、酸化源として水を注入することによって、流路全域を酸化チタンで覆ってもよい。
このような薄膜形成操作によって、上記多孔質構造における微細な流路のような細部にも、酸化ケイ素などの薄膜を形成することができる。ＣＶＤ法やＡＬＤ法は、液体流路に少なくとも一箇所の開口部（例えば第２の液体導入口１２５など）が存在すれば実施することができる。よって、第２の基板１２１と第２のフィルム１２２とを貼り合わせた後に、細部を含む液体流路の表面全域にイオン性の表面を形成することが可能である。
最後に、第２のチップ１２０の前記流路に液体を注入する。液体は、例えば誘電率の大きな液体である。液体の例には、メタノール、エチレングリコール、低濃度バッファ溶液、それらの混合液などが含まれる。
液体の注入後、第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６をキャップやシールで塞いでもよい。また、液体の注入は、マイクロ流路チップ１００の使用の直前に行ってもよい。
第１のチップ１１０および第２のチップ１２０は、第１のフィルム１１２（ダイヤフラム部１４１）および第２のフィルム１２２（ダイヤフラム部１４２）を介して隔壁１１６と圧力室１２９とが向かい合うように積層される。このとき、ダイヤフラム部１４１は、ダイヤフラム部１４２と重なる（図６参照）。こうしてマイクロ流路チップ１００が作製される。
［マイクロ流路チップの使用方法］
次に、マイクロ流路チップ１００の使用方法について、図７を参照して説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロ流路チップ１００の使用態様を説明するためのマイクロ流路チップ１００の部分拡大断面図である。図７Ａは図１Ｃに対応し、図７Ｂは図１Ｂに対応している。
まず、図７Ａに示されるように、第１のチップ１１０の流路に流体を流す。例えば、試薬や液体試料などの液体１５０を第１の流体導入口１１５に提供する。このとき、圧力室１２９内の圧力は高められておらず、第１のフィルム１１２（ダイヤフラム部１４１）と隔壁１１６との間には隙間が形成されている（バルブ開放状態）。液体１５０は、毛管現象または外部からの圧力により、第１の流体導入口１１５から、第１の流路１１３、隔壁１１６と第１のフィルム１１２（ダイヤフラム部１４１）との隙間および第２の流路１１４を経て、流体取出口１１７まで流れる。
なお、第１の流体導入口１１５に供給される流体は、液体である必要はなく、気体であってもよい。
第１のチップ１１０における前記液体の流れを止めたい場合は、第１の電極１３１から第４の電極１３４に電気を供給する。これらの電極への電気の供給は、たとえば第２の基板１２１を貫通するピンや、第２の基板１２１の側方から前記電極に向けて差し込まれるピンを介して行うことができる。
あるいは、前記電極への電気の供給は、例えば、第１の電極１３１から第４の電極１３４に接続している第１の接続用電極から第４の接続用電極を介して行うことが可能である。このような第１の接続用電極から第４の接続用電極は、第２の基板１２１の一方の面から第２の基板１２１の側面まで通じる導電性の薄膜によって形成されうる。
そして、例えば第１の電極１３１と第３の電極１３３を正極とし、第２の電極１３２と第４の電極１３４とを負極として、第３の流路１２３および第４の流路１２４に収容されている液体１６０に電圧を印加する。この電圧の印加によって、図７Ｂに示されるように、第３の流路１２３内および第４の流路１２４内に、電気浸透流が発生する。これにより、第３の流路１２３内および第４の流路１２４内に、圧力室１２９に向かう液体１６０の流れが発生する。
その結果、液体１６０が圧力室１２９に流入する。そして圧力室１２９内の圧力が高まる。そして圧力室１２９内に向けて突き出しているダイヤフラム部１４１，１４２が押される。その結果、ダイヤフラム部１４１，１４２の形状が変化し、図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、ダイヤフラム部１４１，１４２は、隔壁１１６に向けて押し出される。
このように圧力室１２９から押し出されたダイヤフラム部１４１は、隔壁１１６に接触する。このため、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６との隙間が塞がる（バルブ閉鎖状態）。このように、隔壁１１６は、マイクロバルブの弁座として機能する。液体１５０は、隔壁１１６と第１のフィルム１１２（ダイヤフラム部１４１）との間を進むことができなくなる。よって、液体１５０の流れは止まる。
第１の電極１３１、第２の電極１３２、第３の電極１３３、および第４の電極１３４からの液体１６０への電圧の印加を停止すると、電気浸透流も停止する。そして圧力室１２９内の圧力が下がると、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６との隙間が再び形成される。そして、図７Ａ、図７Ｂに示される状態に戻る（バルブ開放状態）。こうして、第１のチップ１１０において液体１５０が再び流れる。
以上の手順により、液体１５０を第１の流路１１３から第２の流路１１４に流すこと、および第１の流路１１３から第２の流路１１４への液体１５０の流れを止めること、を任意のタイミングで行うことができる。たとえば、第１の流体導入口１１５内において液体１５０を特定の試薬と一定時間反応させた後に、第１の流体導入口１１５内の液体１５０を流体取出口１１７内に移動させて、流体取出口１１７内において液体１５０を別の試薬と反応させることが可能である。
［効果］
本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、圧力室１２９内の液体の圧力を調整することで、第１の流路１１３から第２の流路１１４に流れる流体の流れを容易に制御することができる。この圧力室１２９の圧力の調整は、電極への電気の供給によって行うことができる。電極への電気の供給は、導線やピン等の線状の部材を用いて行うことができる。これらの部材は大きな設置空間を要さず、これらの部材のレイアウトの自由度も高い。また、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、エラストマー以外の樹脂で製造されうるため、製造コストを抑制することができる。このように、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、製造コストが安価である。また、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００では、外部からの機械的な力を要さずに流体を取り扱うことが可能である。よって、エア供給装置やピエゾ素子をアクチュエータに用いる場合に比べて、より小型の装置に適用することができる。
また、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、第２のチップ１２０の少なくとも第３の流路１２３および第４の流路１２４の表面が酸化ケイ素で覆われている。酸化ケイ素は、液体との接触によりケイ酸塩となる。このため、第３の流路１２３および第４の流路１２４の表面はイオン性の表面を有する。よって、第３の流路１２３および第４の流路１２４がイオン性の表面を有さない場合に比べて、より強い電気浸透流が得られる。このため、圧力室１２９の圧力がより速く上昇する。したがって、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６とによる第１のチップ１１０における流路の閉鎖をより素早く行うことが可能である。
さらに、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、第３の流路１２３内および第４の流路１２４内に多孔質部を含む。このため、多孔質部を有さない場合に比べて、より強い電気浸透流が得られる。よって、圧力室１２９の圧力がより速く上昇する。したがって、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６とによる第１のチップ１１０における流路の開閉をより素早く行うことが可能である。
さらに、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００では、第２のチップ１２０の流路内に誘電率の大きな液体が注入されることによって、強い電気浸透流が得られる。このため、圧力室１２９の圧力がより速く上昇する。したがって、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６とによる第１のチップ１１０における流路の閉鎖をより素早く行うことが可能である。
［変形例］
これまでの説明では、隔壁１１６および圧力室１２９を含むマイクロバルブ構造が１つ形成されたマイクロ流路チップ１００について説明したが、マイクロ流路チップ１００内のマイクロバルブ構造の数はこれに限定されない。たとえば、１つのマイクロ流路チップ１００内に複数のマイクロバルブ構造が形成されていてもよい。
また、本実施の形態では、第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６が、いずれも第２の基板１２１の貫通孔で構成されるマイクロ流路チップ１００について説明したが、マイクロ流路チップ１００の構造はこれに限定されない。例えば、図９に示されるように、第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６が、それぞれ、第２の基板１２１に形成される凹部と、この凹部の位置に穴を有する第２のフィルム１２２とによって構成されてもよい。このマイクロ流路チップでは、第１のチップ１１０に第２のチップ１２０を積み重ねたときに、第１のチップ１１０および第２のチップ１２０のいずれの流体導入口も下方に開口する。
さらに、第２の流体導入口１２５および第３の流体導入口１２６は、それぞれ、第２の基板１２１に形成される凹部と、この凹部の開口部を塞ぐ第２のフィルム１２２とによって構成されてもよい。このマイクロ流路チップでは、前述した樹脂ビーズの充填、液体の流路の表面のＣＶＤ処理および液体の注入は、第２の基板１２１と第２のフィルム１２２の接合前に行われる。液体の注入後、第２のフィルム１２２と第２の基板１２１とが貼り付けられ、マイクロ流路チップが形成される（図１０参照）。このマイクロ流路チップは、第２のチップ１２０の電極を電源に接続するだけで、第２のチップ１２０が第１のチップ１１０に対するアクチュエータとして機能し得る。よって、第２のチップ１２０の繰り返し使用に有利であり、また第２のチップ１２０の繰り返し使用における作業性をより向上させることができる。
また、本実施の形態では、第３の流路１２３に一対の電極（第１の電極１３１および第２の電極１３２）を有し、第４の流路１２４に一対の電極（第３の電極１３３および第４の電極１３４）を有するマイクロ流路チップ１００について説明したが、マイクロ流路チップ１００の構造はこれに限定されない。例えば、図１１に示されるように、第１の電極１３１から第４の電極１３４に代えて、第３の流路１２３に配置される第５の電極１３５と、第４の流路１２４に配置される第６の電極１３６と、圧力室１２９に配置される第７の電極１３７とが配置されてもよい。この場合、第５の電極１３５および第７の電極１３７が、第３の流路１２３の長手方向に電圧を印加することが可能な一対の領域にそれぞれ配置されている。同様に、第６の電極１３６および第７の電極１３７は、第４の流路１２４の長手方向に電圧を印加することが可能な一対の領域にそれぞれ配置されている。
第５の電極１３５から第７の電極１３７は、いずれも、第２のフィルム１２２の一方の面（ダイヤフラム部１４２が突き出ている側の表面）に配置されている。第５の電極１３５は、第２の流体導入口１２５と第１の多孔質部１２７との間の第３の流路に配置されている。第６の電極は、第３の流体導入口と第２の多孔質部１２８との間の第４の流路に配置されている。たとえば第５の電極１３５と第６の電極１３６を正極とし、第７の電極１３７を負極として、液体に電圧を印加する。これにより、圧力室１２９に向かう液体の電気浸透流が発生する。
このマイクロ流路チップは、電極の数を減らすことができる。また、図１１に示されるマイクロ流路チップと同じ効果を奏する。さらに、各電極が第２のチップ１２０の流路などから第２の基板１２１の側面まで形成されていると、第２の基板１２１や第２のフィルム１２２に穴を開けずに前記電極へ電気を供給することが可能となる。
本発明の実施形態には、以下に示すマイクロ流路チップ２００も含まれる。
［マイクロ流路チップ２００の構成］
図１２は、マイクロ流路チップ２００の構成を示す図である。図１２Ａは、マイクロチップ２００の平面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１２Ｃは、図１２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１２Ｄは、図１２Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。マイクロ流路チップ１００と同じ構成には同じ符号を付け、その説明を省略する。
マイクロ流路チップ２００は、第１のチップ２１０と第２のチップ２２０とから構成される。第１のチップ２１０は、第１の基板２１１と第１のフィルム２１２とから構成される。第１のチップ２１０は、第１の流路１１３の形状が異なるが、前述した第１のチップ１１０と基本的に同じ構成を有している。
第２のチップ２２０は、第２の基板２２１と第２のフィルム２２２とから構成される。第２のチップ２２０は、第１の電極室２２３および第２の電極室２２４、第２の流体導入口１２５、第１の多孔質部１２７および圧力室１２９を、第２のチップ２２０の一端から、この順で有している。第２の流体導入口１２５、第１の多孔質部１２７および圧力室１２９は、第３の流路１２３によって接続されている。第１の電極室２２３および第２の電極室２２４は、第２の基板２２１に形成された貫通孔である。第１の電極室２２３および第２の電極室２２４は、第２の基板２２１の一端部に並んで形成されている。
第２のチップ２２０は、圧力室１２９よりも他端側に、第３の電極室２２５、流体導入室２２６および第３の流体導入口１２６をさらに有する。圧力室１２９、第３の電極室２２５、流体導入室２２６および第３の流体導入口１２６は、第５の流路２２７で接続されている。第５の流路２２７は、第２の基板２２１に形成された溝で形成されており、第３の電極室２２５と第３の流体導入口１２６との間で、隔壁２２９によって一旦途切れている。第３の電極室２２５は、第２の基板２２１に形成された窪みで形成されている。流体導入室２２６は、後述するダイヤフラム部２２８で覆われた空間である。
さらに第２のチップ２２０は、第８の電極２３１と第９の電極２３２を有する。第８の電極２３１および第９の電極２３２は、第２のフィルム２２２の表面に形成されている。第８の電極２３１は、第１の電極室２２３および第２の流体導入口１２５に露出している。第９の電極２３２は、第２の電極室２２４および第３の電極室２２５に露出している。第２の流体導入口１２５と第３の電極室２２５とは、電圧を印加することが可能な一対の領域となっている。
第２のフィルム２２２には、ダイヤフラム部１４２，２２８が形成されている。ダイヤフラム部２２８は、隔壁２２９を覆い、第２の基板２２１の表面から突出するように形成されている。
［マイクロ流路チップ２００の使用方法］
まず、第２のチップ２２０の流路に液体を注入（導入）する。液体は、前述した誘電率の大きな液体である。液体は、例えば、第２の流体導入口１２５から注入され、第１の多孔質部１２７、圧力室１２９、第３の電極室２２５および流体導入室２２６を通って第３の流体導入口１２６に到達する。
ついで、第１のチップ２１０および第２のチップ２２０を積層する。このとき、ダイヤフラム部１４１，１４２は形状を保ったまま互いに重なる。ダイヤフラム部２２８は、第１のチップ２１０の平面部に押し当てられる。このため、ダイヤフラム部２２８は潰され、第２のフィルム２２２（ダイヤフラム部２２８）と隔壁２２９とが密着する。そして液体流路が、隔壁２２９と第２のフィルム２２２とによって密閉される。こうして、第１の流体導入口１２５から第３の電極室２２５まで液体が充填した液体流路が形成される。
以下、マイクロ流路チップ１００と同様に、第１のチップ２１０の流路に流体を流す。そして、第８の電極２３１および第９の電極２３２を用いて電圧を印加し、第２のチップ２２０の液体流路に電気浸透流を発生させ、圧力室１２９の圧力を高める。そして、ダイヤフラム部１４１と隔壁１１６との隙間を塞ぎ、第１のチップ２１０における流体の流れを止める。
［効果］
マイクロ流路チップ２００は、マイクロ流路チップ１００が奏する効果に加えて、電極を一対のみにすることができるため、第２のチップ２２０の構成をより簡略化することが可能である。
［変形例］
マイクロ流路チップ２００の変形例であるマイクロ流路チップ３００を図１３に示す。図１３Ａは、マイクロ流路チップ３００の平面図であり、図１３Ｂは、図１３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。
マイクロ流路チップ３００は、第２のチップ２２０に、並んで配置された３つの液体流路３３０Ａ，３３０Ｂおよび３３０Ｃを有する。各液体流路の構成には、図１２と同じ番号を付け、さらに各液体流路に対応してＡ〜Ｃを付けて示す。
第９の電極２３２は、第３の電極室２２５Ａ，２２５Ｂおよび２２５Ｃにおいて、液体流路３３０Ａ〜３３０Ｃのそれぞれに露出している。また、第１のチップ２１０の流体流路が、第２のチップ２２０の液体流路３３０Ａ〜３３０Ｃのそれぞれによって遮断されうるように形成されている。
マイクロ流路チップ３００は、第８の電極２３１Ａ〜２３１Ｃと第９の電極２３２を用いて電圧を印加し、３つのダイヤフラム部１４２Ａ〜１４２Ｃをそれぞれ操作することで、ポンプとして利用されうる。ポンプとしての使用の一例を図１４に示す。
まず、第８の電極２３１Ｃと第９の電極２３２を用いて電圧を印加することによって、ダイヤフラム部１４１Ｃを隔壁１１６Ｃに密着させて流体流路を閉じる。液体１５０は、第１の流路１１３Ａ〜１１３Ｃを満たす（図１４Ａ）。
つぎに、第８の電極２３１Ａと第９の電極２３２を用いて電圧を印加することによって、ダイヤフラム部１４１Ａを隔壁１１６Ａに密着させて流体流路を閉じる。また第８の電極２３１Ｃへの電気の供給を止める。第１の流路１１３Ａ〜１１３Ｃを満たしていた液体１５０は、第１の流路１１３Ｂ，１１３Ｃおよび第２の流路１１４に移動する。また第１の流体導入口１１５から第１の流路１１３Ｂへの液体１５０の流入が止まる（図１４Ｂ）。
つぎに、第８の電極２３１Ｂと第９の電極２３２を用いて電圧を印加することによって、ダイヤフラム部１４１Ｂを隔壁１１６Ｂに密着させて流体流路を閉じる。また第８の電極２３１Ａへの電気の供給を止める。流体流路中の液体１５０は、第１の流路１１３Ｃおよび第２の流路１１４に移動する。また、新たな液体１５０が、第１の流体導入口１１５から第１の流路１１３Ａ，１１３Ｂに流入する（図１４Ｃ）。
つぎに、第８の電極２３１Ｃと第９の電極２３２を用いて電圧を印加することによって、ダイヤフラム部１４１Ｃを隔壁１１６Ｃに密着させて流体流路を閉じる。また第８の電極２３１Ｂへの電気の供給を止める。第１の流路１１３Ｃおよび第２の流路１１４中にあった液体１５０は、第２の流路１１４に移動する。そして第１の流体導入口１１５からの新たな液体１５０が、第１の流路１１３Ａ〜１１３Ｃに充満する（図１４Ａ）。
図１４Ａ〜図１４Ｃに示される上記の操作を繰り返すことによって、マイクロ流路チップ３００をマイクロ定量ポンプとして利用することが可能である。
本発明には、以下に示すマイクロ流路チップ４００も含まれる。
これまでの実施形態では、圧力室１２９の圧力を高めて第１のフィルム２１２のダイヤフラム部１４１の形状を変形させて、流体流路を閉じるようにしている。すなわち、第２のチップ２２０を操作していない状態の流体流路は、開いており、必要に応じて閉じるようにしている。一方、第７の実施形態では、第２のチップ４２０を操作していない状態の流体流路は、閉じており、必要に応じて開くようにしている。また、第７の実施形態のマイクロ流路チップ４００では、第１のチップ４１０側から電圧を印加するようになっている。
［マイクロ流路チップ４００の構成］
図１５は、マイクロ流路チップ４００の構成を示す図である。図１５Ａは、マイクロ流路チップ４００の平面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１５Ｃは、図１５Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１５Ｄは、図１５Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。マイクロ流路チップ２００と同じ構成には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
マイクロ流路チップ４００は、第１のチップ４１０と、第２のチップ４２０とから構成されている。第１のチップ４１０は、第１の基板４１１と第１のフィルム４１２とから構成されている。第１の基板４１１は、前述の第１の基板２１１の構成に加え、第１の電極室２２３と、第２の電極室２２４とを有する。すなわち、第７の実施形態のマイクロ流路チップ４００では、第１の電極室２２３および第２の電極室２２４は、第２の基板４２１に形成されておらず、第１の基板４１１に形成されている。
第１のフィルム４１２は、前述の第１のフィルム２１２の構成に加え、第５の貫通孔４１２ａおよび第６の貫通孔４１２ｂを有する。第５の貫通孔４１２ａおよび第６の貫通孔４１２ｂは、第１の電極室２２３および第２の電極室２２４のそれぞれに対応する位置に形成されている。
第２のチップ４２０は、第２の基板４２１と第２のフィルム４２２とから構成されている。第２の基板４２１は、第１の電極室２２３および第２の電極室２２４を有しておらず、接続部４２４を有する。接続部４２４は、第２の流体導入口１２５に連通している。第８の電極２３１および第９の電極２３２は、第２の基板４２１の第２のフィルム４２２側の表面に形成されている。第８の電極２３１は、第１の電極室２２３および接続部４２４に露出している。第９の電極２３２は、第２の電極室２２４および第３の電極室２２５に露出している。
第２のフィルム４２２は、略矩形のエラストマーフィルムである。第２のフィルム４２２は、ダイヤフラム部１４２，２２８を有しておらず平坦なフィルムであり、第７の貫通孔４２２ａおよび第８の貫通孔４２２ｂを有する。第７の貫通孔４２２ａは、第１のチップ４１０の第１の電極室２２３および第５の貫通孔４１２ａに対応する位置に形成されており、第８の貫通孔４２２ｂは、第１のチップ４１０の第２の電極室２２４および第６の貫通孔４１２ｂに対応する位置に形成されている。
第２のフィルム４２２を構成するエラストマーの種類は、特に限定されない。エラストマーの例には、シリコーンゴムが含まれる。また、第２のフィルム４２２の厚さは、第２のチップ２２０を操作していない状態で第１のフィルム４１２のダイヤフラム部１４１の形状を変形させることができれば特に限定されず、エラストマーの種類に応じて適宜設計される。たとえば、シリコーンゴムからなる第２のフィルム４２２の厚さは、５０〜５００μｍ程度である。
第８の電極２３１は、第１の電極室２２３、第５の貫通孔４１２ａおよび第７の貫通孔４２２ａを通して第１の基板４１１側に露出している。また、第９の電極２３２は、第２の電極室２２４、第６の貫通孔４１２ｂおよび第８の貫通孔４２２ｂを通して第１の基板４１１側に露出している。
［マイクロ流路チップの使用方法］
まず、第２のチップ４２０の流路に液体を注入（導入）する。液体は、第２の流体導入口１２５から圧力をかけて注入される。これにより液体は、第１の多孔質部１２７、圧力室１２９、第３の電極室２２５を通り、第３の流体導入口１２６に到達する。このとき、第５の流路２２７内を進み、隔壁２２９まで到達した液体は、圧力により隔壁２２９と接している第２のフィルム４２２の一部を押し上げて隔壁２２９と第２のフィルム４２２の間を通り、第３の流体導入口１２６に到達する。液体の注入を止めると、第２のフィルム４２２は元に戻り、隔壁２２９と密着する。こうして、第１の流体導入口１２５から第３の電極室２２５まで液体が充填される。また、マイクロ流路チップ１００と同様に、第１のチップ４１０の流路に液体を流す。
次いで、第１のチップ４１０および第２のチップ４２０を積層する。このとき、第１のフィルム４１２のダイヤフラム部１４１は、第２のフィルム４２２の平面部に押し当てられ、第１のフィルム４１２（ダイヤフラム部１４１）と隔壁１１６とが密着する。これにより、バルブが閉鎖状態となる。
そして、第８の電極２３１を負極とし、第９の電極２３２を正極として電圧を印加し、第２のチップ４２０の流体流路に電気浸透流を発生させ、圧力室１２９内を陰圧にする。これにより、第２のフィルム４２２が圧力室１２９に引き込まれるとともに、ダイヤフラム部１４１が圧力室１２９に向かって湾曲する。これにより、バルブが開放状態となる。
（効果）
マイクロ流路チップ４００は、マイクロ流路チップ２００と同様の効果を奏する。マイクロ流路チップ４００は、必要に応じてバルブを開くようになっているため、流体の移動量および流体を移動させるタイミングを高い精度で制御することができる。
本発明の実施形態には、以下に示すマイクロ流路チップ５００も含まれる。
［マイクロ流路チップ５００の構成］
マイクロ流路チップ４００の変形例であるマイクロ流路チップ５００を図１６に示す。図１６Ａは、マイクロ流路チップ５００の平面図であり、図１６Ｂは、図１６Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１６Ｃは、図１６Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図であり、図１６Ｄは、図１６Ａに示されるＤ−Ｄ線の断面図である。マイクロ流路チップ４００と同じ構成には同じ符号を付けて、その説明を省略する。
第８の実施形態のマイクロ流路チップ５００は、第１のチップ５１０と、第２のチップ５２０とから構成されている。第１のチップ５１０の第１の基板５１１は、第７の実施形態の第１の基板４１１の構成に加え、球冠形状の凸部５５２を有する。第１のチップ５１０の第１フィルム５１２は、第１フィルム４１２の構成に加え、ダイヤフラム部５４１を有している。ダイヤフラム部５４１は、凸部５５２に対応する位置に、かつ対応する大きさに形成されている。第１の基板５１１の表面に第１のフィルム５１２を配置した状態では、凸部５５２の表面にダイヤフラム部５４１の裏面が密着する。
第２のチップ５２０の第２の基板５２１に形成された隔壁５２９は、第７の実施形態の隔壁２２９より低く形成されている。したがって、第２の基板５２１の表面に第２のフィルム４２２を配置した状態では、隔壁５２９と第２のフィルム４２２は、離れている。
［マイクロ流路チップの使用方法］
まず、第２のチップ５２０の流路に液体を注入（導入）する。液体は、例えば、第２の流体導入口１２５から注入され、第１の多孔質部１２７、圧力室１２９および第３の電極室２２５を通って第３の流体導入口１２６に到達する。このとき、隔壁５２９と第２のフィルム４２２が離れているため、第７の実施形態のマイクロ流路チップ４００のように強い圧力をかける必要はない。
次いで、第１のチップ５１０および第２のチップ５２０を積層する。このとき、ダイヤフラム部１４１は、第２のフィルム４２２に潰される。また、第２のフィルム４２２の隔壁５２９と対向する部分は、ダイヤフラム部５４１により隔壁５２９に押し当てられる。これにより、液体流路が、隔壁５２９とダイヤフラム５４１とによって閉鎖される。こうして、第１の流体導入口１２５から第３の電極室２２５まで液体が充填した液体流路が形成される。
そして、第８の電極２３１を負極とし、第９の電極２３２を正極として電圧を印加し、第２のチップ５２０の流体流路に電気浸透流を発生させ、圧力室１２９内を陰圧にする。これにより、第２のフィルム４２２が圧力室１２９に引き込まれるとともに、ダイヤフラム部１４１が圧力室１２９に向かって湾曲する。これにより、バルブが開放状態となる。
（効果）
マイクロ流路チップ５００は、マイクロ流路チップ４００の効果に加え、第２のチップ５２０に流体を注入する場合に圧力をかける必要がないため、容易に液体を注入することができる。
本出願は、２０１２年８月１３日出願の特願２０１２−１７９２９０および２０１３年４月１６日出願の特願２０１３−０８５５６９に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
本発明の流体取扱装置は、例えば、科学分野や医学分野などにおいて使用されるマイクロ流路チップとして有用である。
１００，２００，３００，４００，５００ マイクロ流路チップ
１１０，２１０，４１０，５１０ 第１のチップ
１１１，２１１，４１１，５１１ 第１の基板
１１２，２１２，４１２，５１２ 第１のフィルム
１１３ 第１の流路
１１３ａ 第１の溝
１１４ 第２の流路
１１４ａ 第２の溝
１１５ 第１の流体導入口
１１５ａ 第１の貫通孔
１１６，２２９，５２９ 隔壁
１１７ 流体取出口
１１７ａ 第２の貫通孔
１２０，２２０，４２０，５２０ 第２のチップ
１２１，２２１，４２１，５２１ 第２の基板
１２２，２２２，４２２ 第２のフィルム
１２３ 第３の流路
１２３ａ 第３の溝
１２３ｂ 第４の溝
１２４ 第４の流路
１２４ａ 第５の溝
１２４ｂ 第６の溝
１２５ 第２の流体導入口
１２５ａ 第３の貫通孔
１２６ 第３の流体導入口
１２６ａ 第４の貫通孔
１２７ 第１の多孔質部
１２７ａ 第２の凹部
１２８ 第２の多孔質部
１２８ａ 第３の凹部
１２９ 圧力室
１２９ａ 第１の凹部
１３１ 第１の電極
１３２ 第２の電極
１３３ 第３の電極
１３４ 第４の電極
１３５ 第５の電極
１３６ 第６の電極
１３７ 第７の電極
１４１，１４２，２２８，５４１ ダイヤフラム部
１５０，１６０ 液体
２２３ 第１の電極室
２２４ 第２の電極室
２２５ 第３の電極室
２２６ 流体導入室
２２７ 第５の流路
２３１ 第８の電極
２３２ 第９の電極
３３０ 液体流路
４１２ａ 第５の貫通孔
４１２ｂ 第６の貫通孔
４２２ａ 第７の貫通孔
４２２ｂ 第８の貫通孔
４２４ 接続部
５５２ 凸部

Claims (8)

  1. 第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に貼り付けられた第１のフィルムと、前記第１のフィルムおよび前記第１の溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有する第１のチップと、
    第２の溝および前記第２の溝に連通する凹部を一方の面に有する第２の基板と、前記第２の基板の前記一方の面に貼り付けられた第２のフィルムと、前記第２のフィルムおよび前記第２の溝から構成される液体流路の長手方向に電圧を印加することが可能な少なくとも一対の領域と、を有する第２のチップと、を含み、
    前記第１のチップおよび前記第２のチップは、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合うように積層され、
    前記液体流路内の対となっている前記領域間の液体に電圧を印加したとき、電気浸透流により前記凹部へ流入する前記液体によって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムおよびそれに対向する前記第１のフィルムが前記隔壁に向けて押し出され、前記第１のフィルムが前記隔壁と接触して前記流体流路が閉じられる、
    流体取扱装置。
  2. 第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、前記第１の基板の前記一方の面に貼り付けられた樹脂からなる第１のフィルムと、前記第１のフィルムおよび前記第１の溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有する第１のチップと、
    第２の溝および前記第２の溝に連通する凹部を一方の面に有する第２の基板と、前記第２の基板の前記一方の面に貼り付けられたエラストマーからなる第２のフィルムと、前記第２のフィルムおよび前記第２の溝から構成される液体流路の長手方向に電圧を印加することが可能な少なくとも一対の領域と、を有する第２のチップと、を含み、
    前記第１のチップおよび前記第２のチップは、前記第１のフィルムおよび前記第２のフィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合うように積層され、
    前記液体流路内の対となっている前記領域間の液体に電圧を印加したとき、電気浸透流により前記凹部から前記液体が流出して前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１のフィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１のフィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、
    流体取扱装置。
  3. 前記電圧を印加することが可能な少なくとも一対の領域には、それぞれ電極が配置されている、請求項１または請求項２に記載の流体取扱装置。
  4. 前記第２のチップが、前記液体流路内に配置された多孔質部をさらに含む、請求項１または請求項２に記載の流体取扱装置。
  5. 前記液体流路がイオン性の表面を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
  6. 前記イオン性の表面が原子層堆積法によって形成されている、請求項５に記載の流体取扱装置。
  7. 請求項１に記載の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、
    前記流体流路内に流体を導入するステップと、
    前記液体流路内の前記少なくとも一対の領域間の液体に電圧を印加し、電気浸透流によって前記液体を前記凹部に流入させるステップと、を含み、
    前記凹部に流入する前記液体によって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムおよびそれに対向する前記第１のフィルムが前記隔壁に向けて押し出され、前記第１のフィルムが前記隔壁と接触することによって前記流体流路が閉じられる、
    流体の取扱方法。
  8. 請求項２に記載の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、
    前記流体流路内に流体を導入するステップと、
    前記液体流路内の前記少なくとも一対の領域間の液体に電圧を印加し、電気浸透流によって前記液体を前記凹部から流出させて前記凹部内を陰圧にするステップと、を含み、
    前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２のフィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１のフィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１のフィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、
    流体の取扱方法。
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