JP6195211B2 - Microfluidic device - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ流体デバイスに関する。   The present invention relates to a microfluidic device.

マイクロ流体デバイスは、極めて少量の試料や試薬を含む反応溶液を反応させることが可能なデバイスであり、微小反応デバイス(マイクロリアクタ)や集積型DNAデバイス、微小電気泳動デバイス等がある。   A microfluidic device is a device capable of reacting a reaction solution containing a very small amount of sample or reagent, and includes a microreaction device (microreactor), an integrated DNA device, a microelectrophoresis device, and the like.

マイクロ流体デバイスは、反応溶液に所望の温度変化を与える反応デバイスに用いられる。マイクロ流体デバイスを用いることによって、反応溶液に与える温度変化を高速にすることができる。   The microfluidic device is used in a reaction device that gives a desired temperature change to a reaction solution. By using the microfluidic device, the temperature change applied to the reaction solution can be accelerated.

従来より、温度変化を繰り返し与えることで標的核酸を増幅させる核酸増幅デバイスがあるが、核酸増幅デバイスとしてマイクロ流体デバイスを用いることにより、標的核酸を高速に増幅させることができる。   Conventionally, there is a nucleic acid amplification device that amplifies a target nucleic acid by repeatedly applying a temperature change, but the target nucleic acid can be amplified at high speed by using a microfluidic device as the nucleic acid amplification device.

例えば、特許文献1及び非特許文献1には、デバイスを複数の異なる温度領域に分割しておき、反応溶液が各温度領域を繰り返して通過するように蛇行した蛇行流路を設けた構成が開示されている。   For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose a configuration in which a device is divided into a plurality of different temperature regions, and a meandering channel that is meandered so that the reaction solution repeatedly passes through each temperature region is disclosed. Has been.

この構成により、反応溶液を蛇行流路中に進行させるだけで反応溶液に所望の温度変化を高速に与えることができる。これにより、反応溶液として核酸を含む溶液を用いた場合に、高速に核酸増幅を行うことができる。   With this configuration, it is possible to apply a desired temperature change to the reaction solution at high speed only by causing the reaction solution to advance into the meandering flow path. Thereby, nucleic acid amplification can be performed at high speed when a solution containing nucleic acid is used as the reaction solution.

特開2002−18271号公報JP 2002-18271 A

Science,vol.282,pp.484(1998)Science, vol. 282, pp. 484 (1998)

しかしながら、上記従来のマイクロ流体デバイスでは、複数の温度領域の各領域は分離して存在するので、一方の温度領域と他方の温度領域との間には反応溶液の反応には寄与しない中間領域が存在する。中間領域が存在すると、反応溶液が非特異反応を誘発して、反応溶液の反応効率を低下するおそれがある。   However, in the conventional microfluidic device described above, each region of the plurality of temperature regions exists separately, so that there is an intermediate region that does not contribute to the reaction of the reaction solution between one temperature region and the other temperature region. Exists. If the intermediate region is present, the reaction solution may induce a nonspecific reaction, which may reduce the reaction efficiency of the reaction solution.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、反応溶液の反応効率の低下を抑制できるマイクロ流体デバイスを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a microfluidic device that can suppress a decrease in reaction efficiency of a reaction solution.

上記目的を達成するために、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様は、反応溶液が流れる流路を備えるマイクロ流体デバイスであって、前記流路は、所定の異なる温度に設定された第1温度領域と第2温度領域とを通過するように構成されており、前記第1温度領域と前記第2温度領域との間の中間領域における前記流路の断面積は、前記第1温度領域及び前記第2温度領域における前記流路の断面積よりも小さいことを特徴とする。   In order to achieve the above object, one aspect of the microfluidic device according to the present invention is a microfluidic device including a flow path through which a reaction solution flows, wherein the flow path is set to a first different temperature. It is configured to pass through a temperature region and a second temperature region, and a cross-sectional area of the flow path in an intermediate region between the first temperature region and the second temperature region is the first temperature region and the second temperature region. It is smaller than the cross-sectional area of the flow path in the second temperature region.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記流路は、前記第1温度領域と前記第2温度領域とを交互に繰り返して通過するように構成された蛇行流路であってもよい。   In one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the flow path may be a meandering flow path configured to alternately and repeatedly pass through the first temperature region and the second temperature region. Good.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記反応溶液には、標的核酸が含まれており、前記反応溶液が前記蛇行流路を通過することによって、前記標的核酸がポリメラーゼ連鎖反応により核酸増幅してもよい。   Further, in one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the reaction solution contains a target nucleic acid, and the target nucleic acid is subjected to a polymerase chain reaction by passing through the meandering channel. Nucleic acid amplification may be performed.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記反応溶液には、被測定物質として細菌又はウイルスが含まれており、当該マイクロ流体デバイスは、前記反応溶液に含まれる前記被測定物質を検出してもよい。   Further, in one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the reaction solution contains bacteria or viruses as the substance to be measured, and the microfluidic device contains the substance to be measured contained in the reaction solution. It may be detected.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記中間領域における前記流路の幅は、前記第1温度領域及び前記第2温度領域における前記流路の幅よりも小さくてもよい。   In one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the width of the flow path in the intermediate region may be smaller than the width of the flow path in the first temperature region and the second temperature region.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記流路の前記断面積は、前記流路内に設けられたピラーにより調整されていてもよい。   In one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the cross-sectional area of the flow path may be adjusted by a pillar provided in the flow path.

また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの一態様において、前記流路は、前記第1温度領域及び前記第2温度領域が存在する反応部を通過するように構成されており、前記流路は、前記反応部全体として断面積が単調に減少している又は段階的に減少していてもよい。   Moreover, in one aspect of the microfluidic device according to the present invention, the flow path is configured to pass through a reaction part in which the first temperature region and the second temperature region exist, and the flow path is The cross-sectional area of the reaction part as a whole may decrease monotonously or may decrease stepwise.

本発明によれば、反応溶液の反応効率の低下を抑制できる。   According to the present invention, a decrease in reaction efficiency of a reaction solution can be suppressed.

図1は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの概略構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの平面図である。FIG. 3 is a plan view of the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける温度サイクルを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a temperature cycle in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図6Aは、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図である。FIG. 6A is an enlarged plan view of a main part of a flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図6Bは、図6AのX−X’線における本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。FIG. 6B is a cross-sectional view of the flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention taken along line X-X ′ in FIG. 6A. 図7は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention. 図8Aは、本発明の変形例1に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図である。FIG. 8A is an enlarged plan view of a main part of a flow path in the microfluidic device according to the first modification of the present invention. 図8Bは、図8AのX−X’線における本発明の変形例1に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。FIG. 8B is a cross-sectional view of the flow path in the microfluidic device according to Modification 1 of the present invention taken along line X-X ′ of FIG. 8A. 図9Aは、本発明の変形例2に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図である。FIG. 9A is an enlarged plan view of a main part of a flow path in a microfluidic device according to Modification 2 of the present invention. 図9Bは、図9AのX−X’線における本発明の変形例2に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。FIG. 9B is a cross-sectional view of the flow path in the microfluidic device according to Modification 2 of the present invention taken along line X-X ′ in FIG. 9A. 図10は、本発明の変形例3に係るマイクロ流体デバイスの流路を示す拡大平面図である。FIG. 10 is an enlarged plan view showing the flow path of the microfluidic device according to the third modification of the present invention.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, and steps and order of steps shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. Absent. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。   Each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.

(実施の形態)
本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイス1の構成について、図1〜図4を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスの概略構成を示す斜視図であり、図2は、同マイクロ流体デバイスの分解斜視図であり、図3は、同マイクロ流体デバイスの平面図であり、図4は、同マイクロ流体デバイスの断面図である。
(Embodiment)
The configuration of the microfluidic device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a microfluidic device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the microfluidic device, and FIG. 3 is a plan view of the microfluidic device. FIG. 4 is a cross-sectional view of the microfluidic device.

図1〜図4に示すように、本実施の形態に係るマイクロ流体デバイス1は、反応溶液が流れる流路100を備えるデバイス(マイクロチップ)であって、流路100は、所定の異なる温度に設定された第1温度領域と第2温度領域とを通過するように構成されている。そして、詳細は後述するが、第1温度領域と第2温度領域との間の中間領域における流路100の断面積は、第1温度領域及び第2温度領域における流路100の断面積よりも小さくなっている。   As shown in FIGS. 1 to 4, the microfluidic device 1 according to the present embodiment is a device (microchip) including a flow channel 100 through which a reaction solution flows, and the flow channel 100 is at a predetermined different temperature. It passes through the set first temperature range and second temperature range. And although mentioned later for details, the cross-sectional area of the flow path 100 in the intermediate | middle area | region between a 1st temperature range and a 2nd temperature range is larger than the cross-sectional area of the flow path 100 in a 1st temperature range and a 2nd temperature range. It is getting smaller.

流路100は、反応溶液が一方通行的に流れる反応流路であって、少なくとも反応部110を通るように設けられている。反応部110は、反応溶液を反応させるための領域である。本実施の形態において、反応溶液は、試料となる標的核酸を含む溶液であり、具体的には、標的核酸と標的核酸を増幅させるための反応試薬とを含む水溶液である。したがって、本実施の形態における反応部110は核酸増幅反応部であり、反応部110では、反応溶液に含まれる標的核酸が増幅する。なお、反応溶液には、ある種のアルコールや界面活性剤等が含まれていてもよい。   The flow channel 100 is a reaction flow channel through which the reaction solution flows one-way, and is provided to pass through at least the reaction unit 110. The reaction part 110 is an area for reacting the reaction solution. In the present embodiment, the reaction solution is a solution containing a target nucleic acid as a sample, and specifically, an aqueous solution containing a target nucleic acid and a reaction reagent for amplifying the target nucleic acid. Therefore, the reaction unit 110 in the present embodiment is a nucleic acid amplification reaction unit, and the reaction unit 110 amplifies the target nucleic acid contained in the reaction solution. Note that the reaction solution may contain certain alcohols, surfactants, and the like.

このように、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1は、試料となる標的核酸を増幅させるための核酸増幅デバイスとして用いられている。以下、マイクロ流体デバイス1を用いてPCR(ポリメラーゼ連鎖反応:Polymerase Chain Reaction)法を実施する場合について説明する。PCR法は、ターゲットDNAを温度サイクルにより増幅させる技術である。反応溶液(反応流体)には、ターゲットDNAの他に、PCRプライマやポリメラーゼ酵素、バッファー等が含まれている。このような反応溶液に温度サイクルを付与することで、ターゲットDNAを増幅することができる。増幅したDNAの増幅量は、反応検出機構によって検出することができる。   As described above, the microfluidic device 1 in the present embodiment is used as a nucleic acid amplification device for amplifying a target nucleic acid as a sample. Hereinafter, a case where a PCR (Polymerase Chain Reaction) method is performed using the microfluidic device 1 will be described. The PCR method is a technique for amplifying target DNA by a temperature cycle. In addition to the target DNA, the reaction solution (reaction fluid) contains a PCR primer, a polymerase enzyme, a buffer, and the like. By giving a temperature cycle to such a reaction solution, the target DNA can be amplified. The amplification amount of the amplified DNA can be detected by a reaction detection mechanism.

核酸増幅デバイスとしてのマイクロ流体デバイス1は、標的核酸を含む反応溶液が導入される導入部(インレット)120と、導入部120に導入された反応溶液に含まれる標的核酸を増幅させるための反応部110と、反応部110で増幅された標的核酸を含む反応溶液を排出するための排出部(ドレイン)130と、標的核酸を含む反応溶液を加熱するためのヒータ部140とを備える。   The microfluidic device 1 as a nucleic acid amplification device includes an introduction part (inlet) 120 into which a reaction solution containing a target nucleic acid is introduced, and a reaction part for amplifying a target nucleic acid contained in the reaction solution introduced into the introduction part 120 110, a discharge unit (drain) 130 for discharging the reaction solution containing the target nucleic acid amplified by the reaction unit 110, and a heater unit 140 for heating the reaction solution containing the target nucleic acid.

具体的には、マイクロ流体デバイス1は、第1基板10と、第2基板20と、ヒータ部140とによって構成されている。また、ヒータ部140は、設定温度が異なる第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142とを備える。なお、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1の外形は、例えば縦の長さが40mmで横の長さが20mmの略矩形状である。   Specifically, the microfluidic device 1 includes a first substrate 10, a second substrate 20, and a heater unit 140. The heater unit 140 includes a first heater block 141 and a second heater block 142 having different set temperatures. Note that the outer shape of the microfluidic device 1 in the present embodiment is, for example, a substantially rectangular shape having a vertical length of 40 mm and a horizontal length of 20 mm.

以下、マイクロ流体デバイス1の各構成部材の詳細構成について、図1〜図4を用いて詳述する。   Hereinafter, the detailed configuration of each component of the microfluidic device 1 will be described in detail with reference to FIGS.

[第1基板]
図2に示すように、第1基板10は、導入部120の一部を構成する第1凹部11と、排出部130の一部を構成する第2凹部12と、流路100を構成する溝部13とを備える。第1基板10としては、例えばシリコン基板を用いることができる。
[First substrate]
As shown in FIG. 2, the first substrate 10 includes a first recess 11 constituting a part of the introduction part 120, a second recess 12 constituting a part of the discharge part 130, and a groove part constituting the flow path 100. 13. As the first substrate 10, for example, a silicon substrate can be used.

溝部13(流路100)は、第1凹部11と第2凹部12とをつなぐように形成されている。溝部13(流路100)には反応溶液が流れる。具体的には、第1凹部11(導入部120)に反応溶液が導入されると、当該反応溶液は、第2凹部12(排出部130)に向かって溝部13(流路100)内を進行する。   The groove 13 (flow channel 100) is formed so as to connect the first recess 11 and the second recess 12. The reaction solution flows through the groove 13 (channel 100). Specifically, when the reaction solution is introduced into the first recess 11 (introduction portion 120), the reaction solution proceeds in the groove 13 (channel 100) toward the second recess 12 (discharge portion 130). To do.

図3に示すように、流路100は、蛇行するように形成された蛇行流路であり、第1ヒータブロック141(第1温度領域)と第2ヒータブロック142(第2温度領域)とを交互に繰り返して通過するように構成されている。   As shown in FIG. 3, the flow path 100 is a meandering flow path formed to meander, and includes a first heater block 141 (first temperature region) and a second heater block 142 (second temperature region). It is configured to pass alternately and repeatedly.

具体的に、反応部110における流路100は、ライン状の流路を所定間隔毎に折り曲げながら連続的に折り返すように(往復するように)形成されている。反応部110における流路100の折り返し回数は、例えば20〜70サイクル程度である。なお、一例として、1サイクルあたりの流路100(主流路100a)の長さは32mmとすることができる。   Specifically, the flow path 100 in the reaction unit 110 is formed so as to be continuously folded (reciprocated) while bending the linear flow path at predetermined intervals. The number of turns of the flow path 100 in the reaction unit 110 is, for example, about 20 to 70 cycles. As an example, the length of the flow channel 100 (main flow channel 100a) per cycle can be 32 mm.

本実施の形態における流路100は、所定長さのライン状の複数の主流路100aと、対向する各行の主流路100aの端部同士を接続する副流路100bとを有する。主流路100a及び副流路100bは、反応部110に設けられる。   The flow channel 100 in the present embodiment includes a plurality of linear main flow channels 100a having a predetermined length, and a sub flow channel 100b that connects ends of the main flow channels 100a in each row facing each other. The main channel 100a and the sub channel 100b are provided in the reaction unit 110.

主流路100aは、第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142とを跨ぐように、第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142の長手方向に略直交させて設けられている。副流路100bは、第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142の長手方向に略平行するように設けられている。   The main flow path 100 a is provided so as to be substantially orthogonal to the longitudinal direction of the first heater block 141 and the second heater block 142 so as to straddle the first heater block 141 and the second heater block 142. The sub flow channel 100 b is provided so as to be substantially parallel to the longitudinal direction of the first heater block 141 and the second heater block 142.

なお、流路100は、さらに、反応溶液を導入部120から反応部110に導くための流路である導入流路100cと、反応溶液を反応部110から排出部130までに導くための排出流路100dとを有する。   The flow path 100 further includes an introduction flow path 100c that is a flow path for guiding the reaction solution from the introduction section 120 to the reaction section 110, and a discharge flow for guiding the reaction solution from the reaction section 110 to the discharge section 130. 100d.

導入流路100cの始端は、流路100全体としての入口であり、導入流路100cの終端は、反応部における流路100の入り口である。また、排出流路100dの始端は、反応部における流路100の出口であり、排出流路100dの終端は、流路100全体としての出口である。   The starting end of the introduction channel 100c is an inlet of the entire channel 100, and the end of the introduction channel 100c is the inlet of the channel 100 in the reaction section. Further, the start end of the discharge channel 100d is an outlet of the channel 100 in the reaction section, and the end of the discharge channel 100d is an outlet of the entire channel 100.

なお、本実施の形態において、流路100を構成する溝部13の内表面には、シリコン酸化膜が形成されている。シリコン酸化膜を形成することによって、流路100(溝部13)の壁面を親水化することができる。本実施の形態では、主流路100a、副流路100b、導入流路100c及び排出流路100dの全てにシリコン酸化膜が形成されている。   In the present embodiment, a silicon oxide film is formed on the inner surface of the groove 13 constituting the channel 100. By forming the silicon oxide film, the wall surface of the channel 100 (groove portion 13) can be hydrophilized. In the present embodiment, a silicon oxide film is formed on all of the main flow channel 100a, the sub flow channel 100b, the introduction flow channel 100c, and the discharge flow channel 100d.

このように構成される流路100はマイクロ流路であり、例えば断面形状は矩形状である。この場合、流路100を構成する溝部13の流路幅(溝幅)は、例えば50μmであり、溝部13の深さは50μmである。   The channel 100 configured in this way is a micro channel, and for example, the cross-sectional shape is rectangular. In this case, the channel width (groove width) of the groove 13 constituting the channel 100 is, for example, 50 μm, and the depth of the groove 13 is 50 μm.

なお、溝部13の断面形状は、矩形に限らず、半円形又は逆三角形とすることができる。また、第1凹部11及び第2凹部12は、例えば円形開口の凹部とすることができる。また、第1基板10の材料はシリコンに限らず、樹脂又はガラスであってもよい。   In addition, the cross-sectional shape of the groove part 13 is not restricted to a rectangle, It can be made into a semicircle or an inverted triangle. Moreover, the 1st recessed part 11 and the 2nd recessed part 12 can be made into the recessed part of circular opening, for example. Further, the material of the first substrate 10 is not limited to silicon, and may be resin or glass.

[第2基板]
図1に示すように、第2基板20は、第1基板10を覆う蓋部であり、第1基板10上に配置される。第2基板20としては、例えばガラス基板を用いることができる。
[Second board]
As shown in FIG. 1, the second substrate 20 is a lid that covers the first substrate 10 and is disposed on the first substrate 10. As the second substrate 20, for example, a glass substrate can be used.

図2に示すように、第2基板20には、導入部120の一部として、第2基板20を貫通する第1貫通孔21が設けられている。また、第2基板20には、排出部130の一部として、第2基板20を貫通する第2貫通孔22が設けられている。第1貫通孔21及び第2貫通孔22は、例えば円形開口を有する貫通孔である。   As shown in FIG. 2, the second substrate 20 is provided with a first through hole 21 that penetrates the second substrate 20 as a part of the introduction part 120. The second substrate 20 is provided with a second through hole 22 that penetrates the second substrate 20 as a part of the discharge unit 130. The first through hole 21 and the second through hole 22 are, for example, through holes having a circular opening.

第1基板10上に第2基板20を載置することによって、溝部13の開口部分が塞がれて全方位が密閉された流路100が構成される。これにより、流路100は、反応溶液の送液方向(進行方向)に垂直な断面における壁面全周が閉じられた構成となり、かつ、導入部120及び排出部130においてのみ外部空間と繋がる構成となる。このように、流路100の全方位を閉じることによって、送液中に反応溶液が揮発することを抑制できる。   By placing the second substrate 20 on the first substrate 10, the flow path 100 in which the opening of the groove 13 is closed and all directions are sealed is configured. Thereby, the flow path 100 has a configuration in which the entire circumference of the wall surface in a cross section perpendicular to the liquid solution feeding direction (traveling direction) is closed, and is connected to the external space only at the introduction part 120 and the discharge part 130. Become. Thus, by closing all the directions of the flow path 100, it can suppress that a reaction solution volatilizes during liquid feeding.

なお、第2基板20の材料はガラスに限らず、樹脂又はシリコンであってもよい。   The material of the second substrate 20 is not limited to glass but may be resin or silicon.

[ヒータ部]
図1〜図3に示すように、ヒータ部140は少なくとも反応部110に配置されており、反応部110の流路100に送液される反応溶液は、ヒータ部140によって所定の温度が付与される。
[Heater part]
As shown in FIGS. 1 to 3, the heater unit 140 is disposed at least in the reaction unit 110, and the reaction solution fed to the flow path 100 of the reaction unit 110 is given a predetermined temperature by the heater unit 140. The

本実施の形態において、反応部110には、ヒータ部140として、所定の異なる温度に設定された第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142が配置される。つまり、反応部110には、第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142の2つのヒータブロックによって所定の異なる温度に設定された2つの温度領域が存在する。   In the present embodiment, the reaction unit 110 includes a first heater block 141 and a second heater block 142 that are set to predetermined different temperatures as the heater unit 140. That is, the reaction unit 110 has two temperature regions that are set to predetermined different temperatures by the two heater blocks, the first heater block 141 and the second heater block 142.

なお、第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142は、例えば直方体のアルミニウムやステンレス等の金属からなる金属ブロックを用いたヒータである。ヒータ部140としては、ヒータブロック以外に、ガラス基板上に金属薄膜を印刷等により形成した金属薄膜ヒータ等を用いることもできる。   The first heater block 141 and the second heater block 142 are heaters using metal blocks made of a metal such as a rectangular parallelepiped aluminum or stainless steel, for example. As the heater unit 140, a metal thin film heater or the like in which a metal thin film is formed on a glass substrate by printing or the like can be used in addition to the heater block.

第1温度に設定された第1ヒータブロック141が配置された領域は、第1温度領域である。また、第2温度に設定された第2ヒータブロック142が配置された領域は、第1温度領域とは異なる温度領域である第2温度領域である。   The region where the first heater block 141 set to the first temperature is disposed is the first temperature region. The region where the second heater block 142 set to the second temperature is disposed is a second temperature region which is a temperature region different from the first temperature region.

本実施の形態では、第1ヒータブロック141の温度が第2ヒータブロック142の温度よりも高くなるように設定されている。つまり、第1ヒータブロック141が配置された領域は高温領域であり、第2ヒータブロック142が配置された領域は低温領域である。   In the present embodiment, the temperature of the first heater block 141 is set to be higher than the temperature of the second heater block 142. That is, the region where the first heater block 141 is disposed is a high temperature region, and the region where the second heater block 142 is disposed is a low temperature region.

高温領域である第1ヒータブロック141の温度は、反応溶液が蒸発しない温度である90℃〜98℃であり、本実施の形態では、核酸増幅反応の変性反応温度である約95℃としている。一方、低温領域である第2ヒータブロック142の温度は、例えば50℃〜75℃であり、本実施の形態では、アニール・伸長反応温度である約60℃としている。   The temperature of the first heater block 141 which is a high temperature region is 90 ° C. to 98 ° C. which is a temperature at which the reaction solution does not evaporate. In this embodiment, the temperature is about 95 ° C. which is the denaturation reaction temperature of the nucleic acid amplification reaction. On the other hand, the temperature of the second heater block 142 which is a low temperature region is, for example, 50 ° C. to 75 ° C., and in this embodiment, the temperature is about 60 ° C. which is the annealing / elongation reaction temperature.

図3に示すように、ヒータ部140は温度制御部210に接続されている。これにより、第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142の各温度は、温度制御部210によって制御することができる。   As shown in FIG. 3, the heater unit 140 is connected to the temperature control unit 210. Thereby, each temperature of the first heater block 141 and the second heater block 142 can be controlled by the temperature control unit 210.

第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142とは所定の隙間をあけて並べられている。第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142の上には第1基板10が配置される。具体的には、流路100における主流路100aが第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142とを跨ぐようにして第1基板10がヒータ部140に載置される。これにより、流路100は、2つの温度領域を複数サイクルで往復するように構成される。   The first heater block 141 and the second heater block 142 are arranged with a predetermined gap. The first substrate 10 is disposed on the first heater block 141 and the second heater block 142. Specifically, the first substrate 10 is placed on the heater unit 140 such that the main channel 100 a in the channel 100 straddles the first heater block 141 and the second heater block 142. Thereby, the flow path 100 is comprised so that two temperature areas may reciprocate in multiple cycles.

この構成により、図5に示すように、導入部120から反応溶液300を導入したときに、反応溶液300は、反応部110における2つの温度領域(第1ヒータブロック141及び第2ヒータブロック142)を交互に繰り返して通過するように排出部130に送液される。つまり、流路100を流れる反応溶液300に対してヒートサイクルを付与することができる。   With this configuration, as shown in FIG. 5, when the reaction solution 300 is introduced from the introduction unit 120, the reaction solution 300 is divided into two temperature regions in the reaction unit 110 (the first heater block 141 and the second heater block 142). The liquid is sent to the discharge unit 130 so as to pass alternately. That is, a heat cycle can be applied to the reaction solution 300 flowing through the flow path 100.

ここで、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイス1を用いた核酸増幅方法について、図1〜図4を参照しながら説明する。   Here, a nucleic acid amplification method using the microfluidic device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図4に示すように、ピペットを用いて反応溶液300を導入部120に注入する。本実施の形態では、標的核酸を含む反応溶液と反応試薬とを予め混合しておいた溶液を反応溶液としてマイクロ流体デバイス1の導入部120に導入している。   First, as shown in FIG. 4, the reaction solution 300 is injected into the introduction part 120 using a pipette. In the present embodiment, a solution in which a reaction solution containing a target nucleic acid and a reaction reagent are mixed in advance is introduced into the introduction unit 120 of the microfluidic device 1 as a reaction solution.

導入部120に導入された反応溶液300は、流路100(導入流路100c)を通って導入部120から反応部110に送液される。   The reaction solution 300 introduced into the introduction unit 120 is sent from the introduction unit 120 to the reaction unit 110 through the channel 100 (introduction channel 100c).

反応部110に到達した反応溶液は、第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142とを繰り返して往復するように主流路100a及び副流路100bを通ることになる。つまり、反応溶液は、ヒータ部140の高温領域(第1ヒータブロック141)と低温領域(第2ヒータブロック142)とを往復しながら送液されるので、加熱と冷却とが交互に繰り返されることになる。これにより、反応溶液に含まれる標的核酸は、高温領域での変性反応と低温領域でのアニール・伸長反応との繰り返しにより増幅する。このように、送液しながら反応溶液を昇降温させることができるので、非常に高速なフローPCRを実現することができる。したがって、反応溶液に含まれる標的核酸を高速に増幅させることができる。   The reaction solution that has reached the reaction unit 110 passes through the main flow path 100a and the sub flow path 100b so as to reciprocate between the first heater block 141 and the second heater block 142 repeatedly. That is, since the reaction solution is fed while reciprocating between the high temperature region (first heater block 141) and the low temperature region (second heater block 142) of the heater unit 140, heating and cooling are alternately repeated. become. Thereby, the target nucleic acid contained in the reaction solution is amplified by repeating the denaturation reaction in the high temperature region and the annealing / extension reaction in the low temperature region. As described above, since the reaction solution can be raised and lowered while the solution is fed, a very high-speed flow PCR can be realized. Therefore, the target nucleic acid contained in the reaction solution can be amplified at high speed.

その後、反応溶液は、排出流路100dを通って反応部110から排出部130へと送液される。本実施の形態では、導入部120に導入された反応溶液の先端が排出部130に到達したときに、標的核酸を含む溶液(本実施形態では反応溶液)の導入部120への導入を停止させており、このときに流路100内に反応溶液が充填されることになる。なお、排出部130に到達した反応溶液は排出部130から随時排出される。   Thereafter, the reaction solution is sent from the reaction unit 110 to the discharge unit 130 through the discharge channel 100d. In the present embodiment, when the tip of the reaction solution introduced into the introduction unit 120 reaches the discharge unit 130, the introduction of the solution containing the target nucleic acid (the reaction solution in this embodiment) into the introduction unit 120 is stopped. At this time, the reaction solution is filled in the flow path 100. The reaction solution that has reached the discharge unit 130 is discharged from the discharge unit 130 as needed.

このようにして反応溶液は流路100内を進行する。なお、本実施の形態では、流路100は、反応溶液を毛管力(キャピラリ力)により送液する毛管力運搬機構として、接触角θが鋭角である親水性表面の壁面を有する。具体的には、反応溶液300の送液方向に垂直な断面における溝部13の底部及び両側部の3つの壁面にシリコン酸化膜が形成されている。シリコン酸化膜を形成することによって溝部13の表面を親水化することができ、流路100の内壁面を親水性表面とすることができる。   In this way, the reaction solution proceeds in the channel 100. In the present embodiment, the channel 100 has a hydrophilic wall surface having a sharp contact angle θ as a capillary force carrying mechanism for feeding the reaction solution by capillary force (capillary force). Specifically, silicon oxide films are formed on three wall surfaces on the bottom and both sides of the groove 13 in a cross section perpendicular to the liquid feeding direction of the reaction solution 300. By forming the silicon oxide film, the surface of the groove 13 can be hydrophilized, and the inner wall surface of the channel 100 can be made hydrophilic.

これにより、反応溶液は、気液界面に生じる毛管力によって流路100内を自送液(Self−propelled flow)されるので、流路100内の自動的に進行する。つまり、反応溶液は、自動搬送によって流路100内に送液されながら反応部110において周期的な温度変化が与えられる。   As a result, the reaction solution is self-propelled (Self-propelled flow) in the flow path 100 due to the capillary force generated at the gas-liquid interface, and thus automatically proceeds in the flow path 100. That is, the reaction solution is periodically changed in temperature in the reaction unit 110 while being fed into the flow path 100 by automatic conveyance.

なお、流路100の壁面の一部が親水性表面であればよいが、送液方向に垂直な断面における流路100の壁面全周が親水性表面である方がよい。この場合、第1基板10の溝部13の表面だけでなく、第2基板20の表面(内面)も親水性表面にすればよい。流路100の断面における壁面の親水性表面の割合が大きいほど、反応溶液に対する毛管力を大きくすることができる。   Note that a part of the wall surface of the channel 100 may be a hydrophilic surface, but it is preferable that the entire circumference of the wall surface of the channel 100 in a cross section perpendicular to the liquid feeding direction is a hydrophilic surface. In this case, not only the surface of the groove 13 of the first substrate 10 but also the surface (inner surface) of the second substrate 20 may be a hydrophilic surface. As the ratio of the hydrophilic surface of the wall surface in the cross section of the channel 100 is larger, the capillary force with respect to the reaction solution can be increased.

[特徴構成及び作用効果]
次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイス1の特徴構成及び作用効果について、図6A、図6B及び図7を用いて説明する。図6Aは、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図であり、図3における実線で囲まれる部分Pの拡大図である。図6Bは、図6AのX−X’線における本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。図7は、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の特性を示す図である。
[Characteristic configuration and effects]
Next, the characteristic configuration and operational effects of the microfluidic device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A, 6B, and 7. FIG. 6A is an enlarged plan view of a main part of a flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention, and is an enlarged view of a portion P surrounded by a solid line in FIG. 6B is a cross-sectional view of the flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention, taken along the line XX ′ in FIG. 6A. FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the flow path in the microfluidic device according to the embodiment of the present invention.

図6A及び図6Bに示すように、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1では、第1温度領域A1と第2温度領域A2との間の中間領域A3における流路100(主流路100a)の断面積が、第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100(主流路100a)の断面積よりも小さくなっている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, in the microfluidic device 1 in the present embodiment, the flow path 100 (main flow path 100a) in the intermediate area A3 between the first temperature area A1 and the second temperature area A2 is disconnected. The area is smaller than the cross-sectional area of the flow channel 100 (main flow channel 100a) in the first temperature region A1 and the second temperature region A2.

具体的には、中間領域A3における流路100の幅Wが、第1温度領域A1における流路100の幅W及び第2温度領域A2における流路100の幅Wよりも小さくなっている(W<W,W)。つまり、流路100(主流路100a)が中間領域A3においてくびれた構造となっている。Specifically, the width W 3 of the channel 100 in the intermediate area A3 is smaller than the width W 2 of the channel 100 in the width W 1 and the second temperature region A2 of the channel 100 in the first temperature region A1 (W 3 <W 1 , W 2 ). That is, the flow path 100 (main flow path 100a) is constricted in the intermediate region A3.

なお、本実施の形態において、第1温度領域A1における流路の幅Wと第2温度領域A2における流路100の幅Wとは同じである(W=W)。In the present embodiment, the width W 1 of the flow path in the first temperature region A 1 is the same as the width W 2 of the flow path 100 in the second temperature region A 2 (W 1 = W 2 ).

また、第1温度領域A1における流路100の深さDと、第2温度領域A2における流路100の深さDと、中間領域A3における流路100の深さDとは、いずれも同じである(D=D=D)。つまり、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3において、流路100の深さは送液方向に沿って一定である。Further, the depth D 1 of the flow channel 100 in the first temperature region A1, the depth D 2 of the channel 100 in the second temperature region A2, the depth D 3 of the channel 100 in the intermediate region A3 are both Is the same (D 1 = D 2 = D 3 ). That is, in the first temperature region A1, the second temperature region A2, and the intermediate region A3, the depth of the flow path 100 is constant along the liquid feeding direction.

第1温度領域A1は、第1ヒータブロック141が配置された領域である。したがって、第1温度領域A1の温度は、第1ヒータブロック141によって設定された温度である。   The first temperature region A1 is a region where the first heater block 141 is disposed. Therefore, the temperature of the first temperature region A1 is the temperature set by the first heater block 141.

第2温度領域A2は、第2ヒータブロック142が配置された領域である。したがって、第2温度領域A2の温度は、第2ヒータブロック142によって設定された温度である。   The second temperature region A2 is a region where the second heater block 142 is disposed. Therefore, the temperature of the second temperature region A2 is the temperature set by the second heater block 142.

中間領域A3は、第1ヒータブロック141と第2ヒータブロック142との間の領域である。つまり、中間領域A3は、第1ヒータブロック141も第2ヒータブロック142も存在しない領域である。中間領域A3の温度は、第1ヒータブロック141によって設定された温度と第2ヒータブロック142によって設定された温度との中間の温度となる。すなわち、中間領域A3は、中間温度領域である。   The intermediate area A3 is an area between the first heater block 141 and the second heater block 142. That is, the intermediate area A3 is an area where neither the first heater block 141 nor the second heater block 142 exists. The temperature of the intermediate region A3 is an intermediate temperature between the temperature set by the first heater block 141 and the temperature set by the second heater block 142. That is, the intermediate region A3 is an intermediate temperature region.

第1温度領域A1及び第2温度領域A2は、マイクロ流体デバイス1に導入される反応溶液の反応には寄与する領域である。例えば、マイクロ流体デバイス1によってフローPCRを実現する場合、第1温度領域A1及び第2温度領域A2によって核酸に対して温度サイクルを付与する。一方、中間領域A3は、当該反応溶液の反応に寄与しない領域である。   The first temperature region A1 and the second temperature region A2 are regions that contribute to the reaction of the reaction solution introduced into the microfluidic device 1. For example, when flow PCR is realized by the microfluidic device 1, a temperature cycle is applied to the nucleic acid by the first temperature region A1 and the second temperature region A2. On the other hand, the intermediate region A3 is a region that does not contribute to the reaction of the reaction solution.

このように構成される流路100は、図7に示すような特性となっている。なお、図7において、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3における反応溶液300の流速をそれぞれ、v、v及びvとし、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3における流路100の断面積をそれぞれ、S、S及びSとしている。The flow path 100 configured in this way has characteristics as shown in FIG. In FIG. 7, the flow rates of the reaction solution 300 in the first temperature region A1, the second temperature region A2, and the intermediate region A3 are respectively v 1 , v 2, and v 3, and the first temperature region A1 and the second temperature region each cross-sectional area of the flow path 100 in the A2 and the intermediate region A3, and the S 1, S 2 and S 3.

図7に示すように、S/S(S/S)とv/v(v/v)とは、正比例の正の相関関係を有する。本実施の形態では、S/S(S/S)=v/v(v/v)である。As shown in FIG. 7, S 1 / S 3 (S 2 / S 3 ) and v 3 / v 1 (v 3 / v 2 ) have a positive correlation that is directly proportional. In the present embodiment, S 1 / S 3 (S 2 / S 3 ) = v 3 / v 1 (v 3 / v 2 ).

したがって、例えば、第1温度領域A1における流路100の断面積Sが中間領域A3における流路100の断面積Sの2倍になると、第1温度領域A1における反応溶液300の速度vは、中間領域A3における反応溶液300の速度vの1/2倍となる。Thus, for example, the cross-sectional area S 1 of the flow path 100 in the first temperature region A1 is twice the cross-sectional area S 3 of the channel 100 in the intermediate region A3, the speed v 1 of the reaction solution 300 in the first temperature region A1 Is ½ times the velocity v 3 of the reaction solution 300 in the intermediate region A3.

以上、本実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1によれば、中間領域A3における流路100の断面積が第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100の断面積よりも小さくなっている。   As described above, according to the microfluidic device 1 in the present embodiment, the cross-sectional area of the flow channel 100 in the intermediate region A3 is smaller than the cross-sectional area of the flow channel 100 in the first temperature region A1 and the second temperature region A2. .

これにより、反応溶液300が流路100(主流路100a)を上流から下流に流れる際に、反応溶液300が中間領域A3に存在する時間を短くすることができる。この結果、不要な中間領域A3の存在する場合であっても、中間領域A3において反応溶液300が非特異反応を誘発するおそれを抑制できる。したがって、非特異反応による反応効率の低下を抑制できる。   Thereby, when the reaction solution 300 flows through the flow path 100 (main flow path 100a) from upstream to downstream, the time during which the reaction solution 300 exists in the intermediate region A3 can be shortened. As a result, even if the unnecessary intermediate region A3 exists, the possibility that the reaction solution 300 induces a nonspecific reaction in the intermediate region A3 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in reaction efficiency due to a non-specific reaction.

また、本実施の形態では、反応溶液として標的核酸を含む溶液を用いており、流路100が第1温度領域A1と第2温度領域A2とを交互に繰り返して通過するように構成されている。したがって、非特異反応による核酸増幅の増幅効率の低下を抑制できるので、高効率のフローPCRを実現することができる。つまり、高効率の核酸増幅を実現できる。   In the present embodiment, a solution containing the target nucleic acid is used as the reaction solution, and the flow path 100 is configured to pass through the first temperature region A1 and the second temperature region A2 alternately and repeatedly. . Accordingly, a decrease in the amplification efficiency of nucleic acid amplification due to a non-specific reaction can be suppressed, and a highly efficient flow PCR can be realized. That is, highly efficient nucleic acid amplification can be realized.

また、本実施の形態では、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3における流路100の深さを送液方向に沿って一定とし、流路100の幅を調整することで中間領域A3における流路100の断面積を他の部分よりも小さくしている。これにより、エッチング等によって流路100を容易に作製することができる。   In the present embodiment, the depth of the channel 100 in the first temperature region A1, the second temperature region A2, and the intermediate region A3 is made constant along the liquid feeding direction, and the width of the channel 100 is adjusted. The cross-sectional area of the flow path 100 in the intermediate region A3 is made smaller than that of other portions. Thereby, the flow path 100 can be easily produced by etching or the like.

さらに、流路100の深さを一定にすることによって、流路100の上方からレーザ光をスキャンして光学測定を行う際に測定光の光路長を一定に保つことができる。これにより、測定精度を向上させることができる。例えば、核酸の増幅量を精度よく算出することができる。   Furthermore, by making the depth of the flow path 100 constant, the optical path length of the measurement light can be kept constant when performing optical measurement by scanning laser light from above the flow path 100. Thereby, measurement accuracy can be improved. For example, the amount of nucleic acid amplification can be calculated with high accuracy.

(変形例)
以下、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイスの変形例について説明する。
(Modification)
Hereinafter, modifications of the microfluidic device in the above embodiment will be described.

(変形例1)
図8Aは、本発明の変形例1に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図であり、図8Bは、図8AのX−X’線における本発明の変形例1に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。
(Modification 1)
8A is an enlarged plan view of the main part of the flow path in the microfluidic device according to the first modification of the present invention, and FIG. 8B is a microfluidic according to the first modification of the present invention along the line XX ′ in FIG. 8A. It is sectional drawing of the flow path in a device.

本変形例におけるマイクロ流体デバイスでは、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と同様に、中間領域A3における流路100(主流路100a)の断面積が、第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100(主流路100a)の断面積よりも小さくなっている。   In the microfluidic device in the present modification, as in the microfluidic device 1 in the above embodiment, the cross-sectional areas of the flow channel 100 (main flow channel 100a) in the intermediate region A3 are the first temperature region A1 and the second temperature region A2. Is smaller than the cross-sectional area of the flow channel 100 (main flow channel 100a).

本変形例におけるマイクロ流体デバイスが上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と異なる点は、上記実施の形態では、流路100の断面積が流路100の幅によって調整されていたのに対して、本変形例では、流路100の断面積が流路100の深さによって調整されている。   The microfluidic device in this modification differs from the microfluidic device 1 in the above embodiment in that the cross-sectional area of the channel 100 is adjusted by the width of the channel 100 in the above embodiment, In this modification, the cross-sectional area of the flow channel 100 is adjusted by the depth of the flow channel 100.

具体的には、図8Bに示すように、中間領域A3における流路100の深さDが、第1温度領域A1における流路100の深さD及び第2温度領域A2における流路100の深さDよりも浅くなっている(D<D,D)。なお、本実施の形態において、第1温度領域A1における流路の深さDと第2温度領域A2における流路100の深さDとは同じである(D=D)。Specifically, as shown in FIG. 8B, the depth D 3 of the channel 100 in the intermediate area A3 is a flow path 100 at the depth D 1 and the second temperature region A2 of the channel 100 in the first temperature region A1 It is shallower than the depth D 2 (D 3 <D 1 , D 2 ). In the present embodiment, the depth D of the channel in the first temperature region A1 and the depth D 2 of the channel 100 in the second temperature region A2 are the same (D 1 = D 2).

また、図8Aに示すように、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3において流路100の幅は一定であり、第1温度領域A1における流路100の幅Wと、第2温度領域A2における流路100の幅Wと、中間領域A3における流路100の幅Wとはいずれも同じである(W=W=W)。Further, as shown in FIG. 8A, the width of the flow channel 100 is constant in the first temperature region A1, the second temperature region A2, and the intermediate region A3, and the width W 1 of the flow channel 100 in the first temperature region A1; and the width W 2 of the channel 100 in the second temperature region A2, are both the same and the width W 3 of the channel 100 in the intermediate region A3 (W 1 = W 2 = W 3).

以上、本変形例におけるマイクロ流体デバイスによれば、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と同様に、中間領域A3における流路100の断面積が第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100の断面積よりも小さくなっている。   As described above, according to the microfluidic device in the present modification, the cross-sectional area of the flow path 100 in the intermediate region A3 is the flow in the first temperature region A1 and the second temperature region A2 as in the microfluidic device 1 in the above embodiment. The cross-sectional area of the path 100 is smaller.

これにより、上記実施の形態と同様に、反応溶液300が中間領域A3に存在する時間を低減することができるので、反応溶液300の非特異反応による反応効率の低下を抑制できる。   Thereby, since the time for which the reaction solution 300 exists in the intermediate | middle area | region A3 can be reduced similarly to the said embodiment, the fall of the reaction efficiency by the nonspecific reaction of the reaction solution 300 can be suppressed.

(変形例2)
図9Aは、本発明の変形例2に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の要部拡大平面図であり、図9Bは、図9AのX−X’線における本発明の変形例2に係るマイクロ流体デバイスにおける流路の断面図である。
(Modification 2)
9A is an enlarged plan view of the main part of the flow path in the microfluidic device according to the second modification of the present invention, and FIG. 9B is a microfluidic according to the second modification of the present invention along the line XX ′ in FIG. 9A. It is sectional drawing of the flow path in a device.

本変形例におけるマイクロ流体デバイスでは、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と同様に、中間領域A3における流路100(主流路100a)の断面積が、第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100(主流路100a)の断面積よりも小さくなっている。   In the microfluidic device in the present modification, as in the microfluidic device 1 in the above embodiment, the cross-sectional areas of the flow channel 100 (main flow channel 100a) in the intermediate region A3 are the first temperature region A1 and the second temperature region A2. Is smaller than the cross-sectional area of the flow channel 100 (main flow channel 100a).

本変形例におけるマイクロ流体デバイスが上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と異なる点は、上記実施の形態では、流路100の断面積が流路100の幅によって調整されていたのに対して、本変形例では、流路100の断面積がピラー160によって調整されている。   The microfluidic device in this modification differs from the microfluidic device 1 in the above embodiment in that the cross-sectional area of the channel 100 is adjusted by the width of the channel 100 in the above embodiment, In this modification, the cross-sectional area of the flow channel 100 is adjusted by the pillar 160.

具体的には、図9A及び図9Bに示すように、中間領域A3の流路100内に円柱状のピラー160を複数本立てている。これにより、ピラー160が存在する分だけ、第1温度領域A1及び第2温度領域A2よりも中間領域A3の流路100の断面積を小さくすることができる。   Specifically, as shown in FIGS. 9A and 9B, a plurality of columnar pillars 160 are erected in the flow path 100 of the intermediate region A3. Accordingly, the cross-sectional area of the flow path 100 in the intermediate region A3 can be made smaller than the first temperature region A1 and the second temperature region A2 by the amount of the pillar 160.

なお、第1温度領域A1、第2温度領域A2及び中間領域A3における流路100の深さは送液方向に沿って一定である。   In addition, the depth of the flow path 100 in 1st temperature area | region A1, 2nd temperature area | region A2, and intermediate | middle area | region A3 is constant along a liquid feeding direction.

以上、本変形例におけるマイクロ流体デバイスによれば、上記実施の形態におけるマイクロ流体デバイス1と同様に、中間領域A3における流路100の断面積が第1温度領域A1及び第2温度領域A2における流路100の断面積よりも小さくなっている。   As described above, according to the microfluidic device in the present modification, the cross-sectional area of the flow path 100 in the intermediate region A3 is the flow in the first temperature region A1 and the second temperature region A2 as in the microfluidic device 1 in the above embodiment. The cross-sectional area of the path 100 is smaller.

これにより、上記実施の形態と同様に、反応溶液300が中間領域A3に存在する時間を低減することができるので、反応溶液300の非特異反応による反応効率の低下を抑制できる。   Thereby, since the time for which the reaction solution 300 exists in the intermediate | middle area | region A3 can be reduced similarly to the said embodiment, the fall of the reaction efficiency by the nonspecific reaction of the reaction solution 300 can be suppressed.

また、本変形例のようにピラー160を設けることによって、反応溶液300中の試料及び試薬の拡散性を向上させることもできる。   Further, by providing the pillar 160 as in this modification, the diffusibility of the sample and the reagent in the reaction solution 300 can be improved.

(変形例3)
図10は、本発明の変形例3に係るマイクロ流体デバイスの流路を示す拡大平面図である。
(Modification 3)
FIG. 10 is an enlarged plan view showing the flow path of the microfluidic device according to the third modification of the present invention.

本変形例におけるマイクロ流体デバイスでは、反応部110における流路100に、送液方向に沿って断面積が減少する領域が含まれている。具体的には、図10に示すように、反応部110における流路100の断面積を段階的に減少させている。図10では、流路100における複数のライン状の主流路100aの幅を反応溶液300の送液方向に沿ってラインごとに細くしている。なお、各ラインにおける主流路100aの幅及び深さは一定である。   In the microfluidic device in this modification, the flow path 100 in the reaction unit 110 includes a region where the cross-sectional area decreases along the liquid feeding direction. Specifically, as shown in FIG. 10, the cross-sectional area of the flow path 100 in the reaction unit 110 is decreased stepwise. In FIG. 10, the widths of the plurality of line-shaped main flow paths 100 a in the flow path 100 are narrowed for each line along the liquid feeding direction of the reaction solution 300. Note that the width and depth of the main channel 100a in each line are constant.

この構成により、流路100内に流れる反応溶液300の送液速度を一定に保つことができる。したがって、第1温度領域及び第2温度領域の各温度領域における反応溶液の存在時間を一定に保つことができるので、反応溶液の反応効率をさらに向上させることができる。また、流路100を直線状としているので、流路100の設計及び作製が容易である。   With this configuration, the liquid feeding speed of the reaction solution 300 flowing in the flow channel 100 can be kept constant. Therefore, the reaction solution existence time in each temperature region of the first temperature region and the second temperature region can be kept constant, so that the reaction efficiency of the reaction solution can be further improved. Moreover, since the flow path 100 is linear, the design and production of the flow path 100 are easy.

さらに、流路100の深さを一定にすることによって、エッチング等によって流路100を一括して容易に作製することができるとともに、流路100の上方からレーザ光をスキャンして光学測定を行う際に測定光の光路長を一定に保つことができるので、測定精度を向上させることができる。   Furthermore, by making the depth of the flow channel 100 constant, the flow channel 100 can be easily manufactured collectively by etching or the like, and optical measurement is performed by scanning laser light from above the flow channel 100. At this time, since the optical path length of the measurement light can be kept constant, the measurement accuracy can be improved.

なお、図示しないが、反応部110における流路100の断面積を単調減少させてもよい。この場合、流路100を、深さが送液方向に沿って一定で、かつ幅が漸次減少するような先細りテーパ構造とすることが考えられる。   Although not shown, the cross-sectional area of the flow channel 100 in the reaction unit 110 may be monotonously decreased. In this case, it is conceivable that the flow path 100 has a tapered structure in which the depth is constant along the liquid feeding direction and the width gradually decreases.

この構成により、圧力損失及びキャピラリ力を連続的に変化させることができるので、反応溶液の送液速度をより一定に保つことができる。したがって、反応溶液の反応効率を一層向上させることができる。   With this configuration, the pressure loss and the capillary force can be continuously changed, so that the liquid feeding speed of the reaction solution can be kept more constant. Therefore, the reaction efficiency of the reaction solution can be further improved.

(その他)
以上、本発明に係るマイクロ流体デバイスについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
(Other)
As described above, the microfluidic device according to the present invention has been described based on the embodiment and the modification. However, the present invention is not limited to the embodiment and the modification.

例えば、上記実施の形態及び変形例では、反応部110における流路100を蛇行流路として標的核酸を含む反応溶液に温度変化を繰り返し与えるフローPCRとしたが、フローPCRとせずに標的核酸を含む反応溶液に温度変化を繰り返し与えるようなPCRとしてもよい。但し、上記実施の形態のようにフローとした方が効率良くPCRを実施することができる。   For example, in the above-described embodiment and modification, the flow PCR in the reaction unit 110 is the meandering flow channel, and the flow PCR is repeatedly applied to the reaction solution containing the target nucleic acid, but the target nucleic acid is included instead of the flow PCR. It is good also as PCR which gives a temperature change to a reaction solution repeatedly. However, PCR can be carried out more efficiently by using the flow as in the above embodiment.

また、上記実施の形態及び変形例では、流路100を蛇行流路としたが、これに限らない。例えば、複数の高温領域(95℃)と複数の低温領域(60℃)とを交互にライン状に配列して、その上に直線状の流路が形成された基板を配置することによって、流路が高温領域と低温領域とを交互に通過するように構成してもよい。   Moreover, in the said embodiment and modification, although the flow path 100 was a meandering flow path, it is not restricted to this. For example, a plurality of high-temperature regions (95 ° C.) and a plurality of low-temperature regions (60 ° C.) are alternately arranged in a line, and a substrate on which a linear flow path is formed is arranged on the substrate, thereby allowing flow. You may comprise so that a path may pass through a high temperature field and a low temperature field by turns.

また、上記実施の形態及び変形例では、ヒータ部140は2つの温度領域としたが、互いに温度領域が異なる3つ以上の温度領域としてもよい。この場合、流路は、反応溶液が異なる複数の温度領域を周期的に通過するように構成されていればよい。   Moreover, in the said embodiment and modification, although the heater part 140 was set as two temperature ranges, it is good also as three or more temperature ranges from which a temperature range differs mutually. In this case, the flow path should just be comprised so that the reaction solution may periodically pass through the several temperature area | region from which a reaction solution differs.

また、上記実施の形態及び変形例では、複数の温度領域の各温度の設定は、ヒータブロックで行ったが、ペルチェ素子等の他の温度制御部材を用いて温度設定してもよい。   Moreover, in the said embodiment and modification, although the setting of each temperature of a several temperature area was performed with the heater block, you may set temperature using other temperature control members, such as a Peltier device.

また、上記実施の形態及び変形例では、反応溶液は毛管力によって流路100を送液したが、これに限らない。例えば、流路100にシリンジポンプをつないで、反応溶液を送液してもよい。但し、毛管力によって反応溶液を送液する方が、低コストかつ簡便に反応溶液を送液することができる。   Moreover, in the said embodiment and modification, although the reaction solution sent the flow path 100 by capillary force, it is not restricted to this. For example, the reaction solution may be sent by connecting a syringe pump to the channel 100. However, it is possible to send the reaction solution at low cost and simply by feeding the reaction solution by capillary force.

また、上記実施の形態及び変形例では、マイクロ流体デバイスを、PCR法を実施するための核酸増幅デバイスに適用する例について説明したが、上記実施の形態及び変形例におけるマイクロ流体デバイスを、被測定物質を検出するためのセンサデバイスに適用しても構わない。例えば、マイクロ流体デバイスを、イムノクロマト法を実施するためのセンサデバイスに適用することができる。   Further, in the above embodiment and the modification, the example in which the microfluidic device is applied to the nucleic acid amplification device for performing the PCR method has been described, but the microfluidic device in the above embodiment and the modification is measured. You may apply to the sensor device for detecting a substance. For example, the microfluidic device can be applied to a sensor device for performing an immunochromatography method.

この場合、マイクロ流体デバイスに導入する反応溶液には、被測定物質として細菌又はウイルスが含まれており、当該マイクロ流体デバイスは、反応溶液に含まれる被測定物質を検出する。細菌やウイルスは、それぞれ特徴あるDNAを持っている。したがって、その特徴あるDNAをターゲットとしたプライマを設計することにより、マイクロ流体デバイスを、細菌やウイルスの種類や量を検出するセンサとして用いることができる。例えば、導入された反応溶液中の抗原は抗体と免疫複合体を形成しながら流路100を移動し、流路100に予め用意されたキャプチャー抗体上に免疫複合体がトラップされる。これにより、反応溶液中の抗原を検出することができる。   In this case, the reaction solution introduced into the microfluidic device contains bacteria or viruses as the substance to be measured, and the microfluidic device detects the substance to be measured contained in the reaction solution. Bacteria and viruses each have characteristic DNA. Therefore, by designing a primer targeting the characteristic DNA, the microfluidic device can be used as a sensor for detecting the type and amount of bacteria and viruses. For example, the antigen in the introduced reaction solution moves through the channel 100 while forming an immune complex with the antibody, and the immune complex is trapped on the capture antibody prepared in advance in the channel 100. Thereby, the antigen in the reaction solution can be detected.

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。   In addition, a form obtained by making various modifications conceived by those skilled in the art with respect to each embodiment and modification, and any combination of components and functions in the embodiment without departing from the spirit of the present invention Forms to be made are also included in the present invention.

1 マイクロ流体デバイス
10 第1基板
11 第1凹部
12 第2凹部
13 溝部
20 第2基板
21 第1貫通孔
22 第2貫通孔
100 流路
100a 主流路
100b 副流路
100c 導入流路
100d 排出流路
110 反応部
120 導入部
130 排出部
140 ヒータ部
141 第1ヒータブロック
142 第2ヒータブロック
160 ピラー
210 温度制御部
300 反応溶液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microfluidic device 10 1st board | substrate 11 1st recessed part 12 2nd recessed part 13 Groove part 20 2nd board | substrate 21 1st through-hole 22 2nd through-hole 100 channel 100a main channel 100b subchannel 100c introduction channel 100d discharge channel DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 Reaction part 120 Introduction part 130 Discharge part 140 Heater part 141 1st heater block 142 2nd heater block 160 Pillar 210 Temperature control part 300 Reaction solution

Claims (6)

反応溶液が流れる流路を備えるマイクロ流体デバイスであって、
前記流路は、第1温度領域と中間領域と第2温度領域とを交互に繰り返して通過するように構成された蛇行流路であり、
前記第1温度領域と前記第2温度領域とは、温度制御部材によって所定の異なる温度に設定された領域であり、
前記第1温度領域と前記第2温度領域との間に位置する領域が前記中間領域であり
前記中間領域は、温度制御部材による温度設定がされていない領域であり、
前記中間領域における前記流路の断面積は、前記第1温度領域及び前記第2温度領域における前記流路の断面積よりも小さい
マイクロ流体デバイス。
A microfluidic device comprising a flow path through which a reaction solution flows,
The flow path is a meandering flow path configured to alternately and repeatedly pass through the first temperature region, the intermediate region, and the second temperature region,
The first temperature region and the second temperature region are regions set to predetermined different temperatures by a temperature control member,
Region located between the first temperature region and the second temperature region is the middle region,
The intermediate region is a region where the temperature is not set by the temperature control member,
The microfluidic device, wherein a cross-sectional area of the channel in the intermediate region is smaller than a cross-sectional area of the channel in the first temperature region and the second temperature region.
前記反応溶液には、標的核酸が含まれており、
前記反応溶液が前記蛇行流路を通過することによって、前記標的核酸がポリメラーゼ連鎖反応により核酸増幅する
請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
The reaction solution contains a target nucleic acid,
The microfluidic device according to claim 1, wherein the target nucleic acid is amplified by a polymerase chain reaction when the reaction solution passes through the meandering flow path.
前記反応溶液には、被測定物質として細菌又はウイルスが含まれており、
当該マイクロ流体デバイスは、前記反応溶液に含まれる前記被測定物質を検出する
請求項1に記載のマイクロ流体デバイス。
The reaction solution contains bacteria or viruses as substances to be measured,
The microfluidic device according to claim 1, wherein the microfluidic device detects the substance to be measured contained in the reaction solution.
前記中間領域における前記流路の幅は、前記第1温度領域及び前記第2温度領域における前記流路の幅よりも小さい
請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
The microfluidic device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a width of the channel in the intermediate region is smaller than a width of the channel in the first temperature region and the second temperature region.
前記流路の断面積は、前記流路内に設けられたピラーにより調整されている
請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
The microfluidic device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a cross-sectional area of the flow path is adjusted by a pillar provided in the flow path.
前記流路は、連続的に折り返すように形成された複数のライン状の主流路によって構成されており、
前記第1温度領域及び前記第2温度領域の各々における前記流路は、前記ライン状の主流路ごとに断面積が単調に減少している又は段階的に減少している
請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロ流体デバイス。
The flow path is constituted by a plurality of line-shaped main flow paths formed so as to be continuously folded,
Wherein in the said flow path in each of the first temperature region and second temperature region, the line-shaped claim sectional area for each main channel are decreased and or stepwise decreased monotonically 1-5 The microfluidic device according to any one of the above.
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