JP7540564B1 - Flow velocity measurement method and microfluidic system - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明では、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の流速測定方法の一つは、マイクロ流路を備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第1工程と、前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第2工程と、前記第2工程において取得された第1時刻の前記光強度の分布と第2時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第3工程と、を含むものである。【選択図】図1[Problem] The present invention aims to provide a technology that can accurately obtain flow rate information in a microchannel regardless of the shape of the microchannel. [Solution] One of the flow rate measurement methods of the present invention includes a first step of sending a solution to a microfluidic device equipped with a microchannel, a second step of irradiating the microchannel with an optical signal and obtaining a time-series distribution of the light intensity of the optical signal that has transmitted through the microchannel, and a third step of calculating a time-series change that indicates a change between the light intensity distribution at a first time and the light intensity distribution at a second time obtained in the second step, and calculating the flow rate of the solution in the microchannel from the time-series change in the light intensity distribution. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、流速測定方法およびマイクロ流体システムに関する。 The present invention relates to a flow rate measurement method and a microfluidic system.

従来から、おおよそ1μmから1mm程度の毛管寸法のマイクロ流路やマイクロウェルを含むマイクロ構造によって微小容量の流体を操作できる、Lab-on-a-Chipもしくは、マイクロTAS、マイクロ化学チップなどと呼ばれるマイクロ流体デバイスが知られている。近年、このようなデバイスは、化学実験をダウンサイジングするための機器として、あるいは検体発生現場等において検体分析、いわゆるPOCT(point-of-care-testing)を簡便にかつ速やかに行うための機器として注目されている。特にPOCTにおいて、検体分析で対象となる検体としては、主に動物の体液、例えば、血液や唾液、尿などが挙げられる。一般に、体液内にはタンパク質や細胞などの生物由来の微粒子が含まれており、これらの微粒子を光学センサや電気的センサなどで検出することにより、生体情報を取得することが可能となる。 Conventionally, microfluidic devices called Lab-on-a-Chip, microTAS, microchemical chips, etc., have been known, which can manipulate minute volumes of fluids using microstructures including microchannels and microwells with capillary dimensions of approximately 1 μm to 1 mm. In recent years, such devices have been attracting attention as devices for downsizing chemical experiments, or devices for easily and quickly performing sample analysis at the site of sample generation, so-called point-of-care testing (POCT). In particular, in POCT, the samples that are the subject of sample analysis are mainly animal body fluids, such as blood, saliva, and urine. Generally, body fluids contain biological particles such as proteins and cells, and by detecting these particles with optical sensors or electrical sensors, it is possible to obtain biological information.

マイクロ流体デバイスへ微粒子を含む検体である懸濁液を送液し、生体情報が検出されるまでの間で、マイクロ流体デバイス中で懸濁液の濃縮やフィルタリング、混合など様々な前処理が実施される。そして、こうした前処理を行うことによって、より精度の高い解析が可能となる。これら前処理のなかには、マイクロ流体デバイス中のマイクロ構造を懸濁液が通過する際に行われる処理も含まれている。このような場合は、懸濁液がマイクロ流体デバイス内を正常に通過することによって適切な前処理が実現される。 After a suspension containing fine particles, which is a specimen, is sent to a microfluidic device, various pretreatment processes such as concentrating, filtering, and mixing the suspension are carried out in the microfluidic device until biological information is detected. Such pretreatment processes enable more accurate analysis. Some of these pretreatment processes are carried out when the suspension passes through the microstructures in the microfluidic device. In such cases, appropriate pretreatment is achieved by the suspension passing normally through the microfluidic device.

一方で、マイクロ構造に微粒子や夾雑物、気泡が付着すると、マイクロ流体デバイス内につまりが発生する場合がある。この場合、送液が正常に行われず、適切な前処理が実行されないまま検出および解析が行われ、その精度が低下することがある。このような解析精度の低下を防止するため、あるいは解析精度の低下の発生を予測するためには、マイクロ流体デバイス中における流速や流量、圧力など送液の情報をリアルタイムに取得する必要がある。 However, if fine particles, impurities, or air bubbles adhere to the microstructure, clogging may occur inside the microfluidic device. In this case, liquid delivery may not be performed properly, and detection and analysis may be performed without proper pretreatment, resulting in a decrease in accuracy. To prevent such a decrease in analysis accuracy or to predict the occurrence of a decrease in analysis accuracy, it is necessary to obtain liquid delivery information, such as flow velocity, flow rate, and pressure, in real time within the microfluidic device.

特許文献1では、マイクロ流路に第1液を導入する第1ステップと、マイクロ流路に溶質を含む第2液を導入し、層流で送流させる第2ステップと、マイクロ流路に導入された第1液と第2液とを含む液体の屈折率を時系列的に測定する第3ステップと、上記屈折率の時系列データから、液体中の溶質の濃度が第1液と第2液とが接触する前の第2液中の溶質の濃度の半分となる濃度境界の位置の時間変化を示す濃度境界データを生成する第4ステップと、濃度境界データを第2液の拡散係数とマイクロ流路の厚さ方向の長さに基づいて換算した換算データを生成する第5ステップと、換算データに基づいて、マイクロ流路内の第1液および第2液を含む液体の流速を算出する第6ステップとを含むことを特徴とする流速測定法が提示されている。 Patent Document 1 presents a flow velocity measurement method that includes a first step of introducing a first liquid into a microchannel, a second step of introducing a second liquid containing a solute into the microchannel and flowing it in a laminar flow, a third step of measuring the refractive index of the liquid containing the first and second liquids introduced into the microchannel in a time series manner, a fourth step of generating concentration boundary data indicating a change in time at the position of a concentration boundary where the concentration of the solute in the liquid is half the concentration of the solute in the second liquid before the first liquid and the second liquid come into contact from the time series data of the refractive index, a fifth step of generating conversion data by converting the concentration boundary data based on the diffusion coefficient of the second liquid and the length of the microchannel in the thickness direction, and a sixth step of calculating the flow velocity of the liquid containing the first and second liquids in the microchannel based on the conversion data.

特開2018-9794号公報JP 2018-9794 A

特許文献1の流速測定法では、流れが層流かつ均一であることが必要であるため、流路の形状が直線型に限定される。しかし、マイクロ流体デバイスにおいては、検体を前処理する際に、マイクロ流路の形状を曲線型や蛇行型など直線流路よりも複雑な形状にしたり、流路内にマイクロピラーなどマイクロ流路より微細な構造を設けたりすることで、流れを不均一または乱流にすることが多い。しかし、特許文献1で提示される流速測定法では、直線以外の形状のマイクロ流路を持つマイクロ流体デバイスに適用することは想定されていない。
そこで、本発明では、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することを目的とする。
In the flow velocity measurement method of Patent Document 1, the flow must be laminar and uniform, so the shape of the flow channel is limited to a linear type. However, in microfluidic devices, when pre-treating a sample, the flow is often made non-uniform or turbulent by making the shape of the microchannel more complicated than a linear channel, such as a curved or meandering type, or by providing a finer structure than a microchannel, such as a micropillar, in the channel. However, the flow velocity measurement method presented in Patent Document 1 is not intended to be applied to microfluidic devices having microchannels with shapes other than linear.
Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of accurately acquiring flow velocity information in a microchannel regardless of the shape of the microchannel.

上記の課題を解決するために、代表的な本発明の流速測定方法の一つは、マイクロ流路を備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第1工程と、前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第2工程と、前記第2工程において取得された第1時刻の前記光強度の分布と第2時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第3工程と、を含むものである。 To solve the above problem, one representative flow rate measurement method of the present invention includes a first step of sending a solution to a microfluidic device having a microchannel, a second step of irradiating the microchannel with an optical signal and acquiring a time-series distribution of the light intensity of the optical signal transmitted through the microchannel, and a third step of calculating a time-series change indicating a change between the light intensity distribution at a first time and the light intensity distribution at a second time acquired in the second step, and calculating the flow rate of the solution in the microchannel from the time-series change in the light intensity distribution.

本発明によれば、マイクロ流路の形状に左右されずマイクロ流路内の流速情報を正確に取得可能な技術を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態における説明により明らかにされる。
According to the present invention, it is possible to provide a technique capable of accurately acquiring flow velocity information in a microchannel regardless of the shape of the microchannel.
Problems, configurations and effects other than those described above will become apparent from the following description of the preferred embodiment of the invention.

図1は、マイクロ流体デバイスの構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic device. 図2は、光学フィルタの構造を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of an optical filter. 図3は、光学フィルタの形成工程の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a process for forming an optical filter. 図4は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system. 図5は、光源部から照射された光信号がマイクロ流路を透過する場合を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a case where an optical signal irradiated from a light source unit passes through a micro flow channel. 図6は、図5の第2透過領域において、光検出部によって検出された光信号の光強度を時系列に示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the light intensity of the optical signal detected by the optical detection unit in the second transmission region of FIG. 5 in a time series manner. 図7は、物質の光特性と光学フィルタに要求される特性との関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the optical properties of a substance and the properties required for an optical filter. 図8は、光検出部によって検出された光強度の分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the distribution of light intensity detected by the light detection unit. 図9は、図8に示される光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する場合を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a case where the flow velocity of the solution is calculated from the time series change in the distribution of the light intensity shown in FIG. 図10は、光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する別の場合を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another case in which the flow velocity of a solution is calculated from the time series change in the distribution of light intensity. 図11は、流速測定のフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart of the flow velocity measurement. 図12は、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart of a method for determining the occurrence of clogging in a microchannel. 図13は、第2実施形態の変形例のフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart of a modified example of the second embodiment. 図14は、光強度を用いてマイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。FIG. 14 is a flow chart of a method for determining the occurrence of clogging in a microchannel using light intensity. 図15は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system. 図16は、S0とSの関係を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the relationship between S0 and Sn . 図17は、第3実施形態の変形例のフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart of a modified example of the third embodiment. 図18は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiment. In addition, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
In order to facilitate understanding of the invention, the position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.

なお、本開示において、「面」とは、板状部材の面のみならず、板状部材に含まれる層について、板状部材の面と略平行な層の界面も指すことがある。また、「上面」、「下面」とは、板状部材や板状部材に含まれる層を図示した場合の、図面上の上方または下方に示される面を意味する。なお、「上面」、「下面」については、「第1面」、「第2面」と称することもある。
また、「上方」とは、板状部材または層を水平に載置した場合の垂直上方の方向を意味する。さらに、「上方」およびこれと反対の「下方」については、これらを「z軸プラス方向」、「z軸マイナス方向」ということがあり、水平方向については、「x軸方向」、「y軸方向」ということがある。さらに、z軸方向の距離を「高さ」と称し、x軸方向とy軸方向で規定されるxy平面上の距離を「幅」と称する。
In this disclosure, the term "surface" may refer not only to the surface of a plate-like member, but also to the interface of a layer contained in the plate-like member that is approximately parallel to the surface of the plate-like member. Furthermore, the terms "upper surface" and "lower surface" refer to the surface shown at the top or bottom of a drawing when a plate-like member or a layer contained in the plate-like member is illustrated. The "upper surface" and "lower surface" may also be referred to as the "first surface" and the "second surface".
Additionally, "upper" refers to the vertically upward direction when a plate-like member or layer is placed horizontally. Furthermore, "upper" and its opposite, "lower", are sometimes referred to as the "positive z-axis direction" and the "negative z-axis direction", and the horizontal direction is sometimes referred to as the "x-axis direction" and the "y-axis direction". Furthermore, the distance in the z-axis direction is referred to as the "height", and the distance on the xy plane defined by the x-axis and y-axis directions is referred to as the "width".

本開示において、「溶液」とは、マイクロ流体システムにおいて検体とされるものを指す。一般的には、溶液は、溶媒と溶質が均一に混合した液体の状態であるが、本開示においては、溶質が析出し、固体と液体が混在する場合をも含む。また、本開示は、単に固体と液体が混在したものを溶液として指す場合も含む。 In this disclosure, the term "solution" refers to a specimen in a microfluidic system. Generally, a solution is a liquid state in which a solvent and a solute are mixed uniformly, but in this disclosure, it also includes cases in which the solute has precipitated and a solid and liquid are mixed. In addition, in this disclosure, it also includes cases in which a solution simply refers to a mixture of a solid and a liquid.

[第1実施形態]
図1から図4を参照して、マイクロ流体システムの構成について説明する。まず、図1から図3を参照してマイクロ流体システムに含まれるマイクロ流体デバイスを説明し、続いて、図4を参照して、マイクロ流体システムの構成を説明する。
[First embodiment]
The configuration of a microfluidic system will be described with reference to Figures 1 to 4. First, a microfluidic device included in the microfluidic system will be described with reference to Figures 1 to 3, and then the configuration of the microfluidic system will be described with reference to Figure 4.

(マイクロ流体デバイスの構成)
図1は、マイクロ流体デバイスの構成を模式的に示す図である。図1(a)はマイクロ流体デバイス10の斜視図を示し、図1(b)はマイクロ流体デバイス10のAA´断面図を示し、図1(c)はマイクロ流体デバイス10のBB´断面図を示す。AA´断面はy軸方向に平行な方向の断面であり、BB´断面はx軸方向に平行な方向の断面である。
(Configuration of Microfluidic Device)
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic device. Fig. 1(a) shows a perspective view of a microfluidic device 10, Fig. 1(b) shows an AA' cross-sectional view of the microfluidic device 10, and Fig. 1(c) shows a BB' cross-sectional view of the microfluidic device 10. The AA' cross-section is a cross-section parallel to the y-axis direction, and the BB' cross-section is a cross-section parallel to the x-axis direction.

図1(a)に示されるように、マイクロ流体デバイス10は、基板11と隔壁部12と上面部13を含み、3つの部材がz軸方向に重ねられた構造を有する。隔壁部12の内部には空間が形成されており、この空間において、溶液が流れるマイクロ流路30が形成されている。マイクロ流路30は導入口32と排出口33を有しており、後述するマイクロ流体システムにおいて、導入口32からマイクロ流路30に溶液が導入され、排出口33から溶液がマイクロ流体デバイス10の外部へ排出される。なお、図1(a)では、マイクロ流路30の構造を説明するために、上面部13を透明にして示しているが、上面部13は必ずしも透明である必要はない。 As shown in FIG. 1(a), the microfluidic device 10 includes a substrate 11, a partition wall 12, and a top surface 13, and has a structure in which three members are stacked in the z-axis direction. A space is formed inside the partition wall 12, and a microchannel 30 through which a solution flows is formed in this space. The microchannel 30 has an inlet 32 and an outlet 33, and in a microfluidic system described below, a solution is introduced into the microchannel 30 from the inlet wall 32, and the solution is discharged from the outlet 33 to the outside of the microfluidic device 10. Note that in FIG. 1(a), the top surface 13 is shown as transparent in order to explain the structure of the microchannel 30, but the top surface 13 does not necessarily have to be transparent.

なお、図1において、マイクロ流路30はx軸方向に延びる直線流路の形状を有しているが、本開示がこれに限定されるものではない。マイクロ流路30としては、曲線型の流路を含む場合、蛇行型の流路を含む場合など、直線流路以外の場合をも適用することが可能である。また、導入口32と排出口33は説明のために便宜的に設定されたものであり、導入口と排出口を入れ替えて設定してもよい。導入口と排出口は1つずつの場合に限定されず、複数設けることも可能である。例えば、導入口を複数設けておき、後述するようにマイクロ流路内につまりの発生が検出された場合には、つまりの発生箇所を避けるように導入口を選択可能な構成とすることも可能である。 1, the microchannel 30 has a shape of a straight channel extending in the x-axis direction, but the present disclosure is not limited to this. The microchannel 30 can be applied to cases other than straight channels, such as cases including a curved channel or a meandering channel. The inlet 32 and outlet 33 are set for convenience of explanation, and the inlet and outlet may be set interchangeably. The number of inlets and outlets is not limited to one each, and multiple inlets and outlets may be provided. For example, multiple inlets may be provided, and when a blockage is detected in the microchannel as described below, an inlet can be selected to avoid the location where the blockage has occurred.

図1(b)および図1(c)に示されるように、マイクロ流体デバイス10において、基板11上には光学フィルタ20が配置され、また光学フィルタ20上には床部14が配置されている。なお、光学フィルタ20については後述する。
図1において、マイクロ流路30は床部14と隔壁部12と上面部13の間に形成された空間であり、また、光学フィルタ20はマイクロ流路30の全面にわたって配置されている。しかし、本開示は、光学フィルタ20がマイクロ流路30の全面に配置される場合に限定されるものではなく、光学フィルタ20はマイクロ流路30の一部に形成されてもよい。例えば、光学フィルタ20は、マイクロ流路30における、つまりの発生が懸念される箇所に配置することも可能である。また、後述するように、マイクロ流体デバイス10にz軸プラス方向から光信号を照射し、光信号がマイクロ流路30および光学フィルタ20を透過する様子を検出することが行われる。基板11および上面部13は、光源部60から照射される光信号を遮蔽しないように、光信号を透過させるものが適用される。
1(b) and 1(c), in the microfluidic device 10, an optical filter 20 is disposed on the substrate 11, and a floor portion 14 is disposed on the optical filter 20. The optical filter 20 will be described later.
In FIG. 1, the microchannel 30 is a space formed between the floor 14, the partition 12, and the top surface 13, and the optical filter 20 is disposed over the entire surface of the microchannel 30. However, the present disclosure is not limited to the case where the optical filter 20 is disposed over the entire surface of the microchannel 30, and the optical filter 20 may be formed in a part of the microchannel 30. For example, the optical filter 20 can be disposed in a portion of the microchannel 30 where clogging is a concern. As described later, an optical signal is irradiated onto the microfluidic device 10 from the positive direction of the z-axis, and the state in which the optical signal passes through the microchannel 30 and the optical filter 20 is detected. The substrate 11 and the top surface 13 are made of materials that transmit optical signals so as not to block the optical signal irradiated from the light source unit 60.

図2は、光学フィルタ20の構造を模式的に示す図である。図2は、図1に示されるマイクロ流体デバイス10のマイクロ流路30の一部分を拡大して示す図であり、光学フィルタ20の構造を説明するために床部14を透明にして表記している。 Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the optical filter 20. Figure 2 is an enlarged view of a portion of the microchannel 30 of the microfluidic device 10 shown in Figure 1, with the floor 14 shown as transparent in order to explain the structure of the optical filter 20.

光学フィルタ20は、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される。具体的には、光学フィルタ20は、遮光領域21、第1透過領域22、第2透過領域23、第3透過領域24、および第4透過領域25を有している。遮光領域21は、マイクロ流体システムにおいて用いられる光信号のうち、すべての波長の光信号を遮光する。これに対し、第1透過領域22、第2透過領域23、第3透過領域24、および第4透過領域25は、それぞれ特定の範囲の波長領域の光信号を透過させる。 The optical filter 20 is composed of multiple light-transmitting regions and light-shielding regions. Specifically, the optical filter 20 has a light-shielding region 21, a first transmission region 22, a second transmission region 23, a third transmission region 24, and a fourth transmission region 25. The light-shielding region 21 blocks optical signals of all wavelengths among the optical signals used in the microfluidic system. In contrast, the first transmission region 22, the second transmission region 23, the third transmission region 24, and the fourth transmission region 25 each transmit optical signals of a specific range of wavelengths.

各透過領域は、各透過領域の中心がx軸方向にΔxの距離で、y軸方向にΔyの距離で配置されている。各透過領域は、xy平面において同じ面積を有する正方形状の領域であり、隣接する領域の間の間隔は、x軸方向にgxの距離であり、y軸方向にgyの距離である。透過領域はxy平面における座標を用いて特定することが可能であり、例えば、iおよびjを正の整数とする場合、第1透過領域22は、座標(i-1、j-1)、座標(i、j+2)、座標(i+1、j+1)、座標(i+2、j)に配置されていると特定することが可能である。同様に、第2透過領域23は、座標(i-1、j)、座標(i、j-1)、座標(i+1、j+2)、座標(i+2、j+1)に配置される。第3透過領域24は、座標(i-1、j+1)、座標(i、j)、座標(i+1、j-1)、座標(i+2,J+2)に配置される。第4透過領域25は、座標(i-1、j+2)、座標(i、j+1)、座標(i+1、j)、座標(i+2、j-1)に配置される。遮光領域21は、各透過領域の間に位置しており、z軸プラス方向から見た場合にマイクロ流路30の全体にわたって形成されている。 Each transparent region is arranged such that the center of each transparent region is spaced Δx apart in the x-axis direction and Δy apart in the y-axis direction. Each transparent region is a square region having the same area in the xy plane, and the distance between adjacent regions is gx apart in the x-axis direction and gy apart in the y-axis direction. The transparent regions can be specified using coordinates in the xy plane. For example, when i and j are positive integers, the first transparent region 22 can be specified as being located at coordinates (i-1, j-1), (i, j+2), (i+1, j+1), and (i+2, j). Similarly, the second transparent region 23 is located at coordinates (i-1, j), (i, j-1), (i+1, j+2), and (i+2, j+1). The third transparent region 24 is located at coordinates (i-1, j+1), (i, j), (i+1, j-1), and (i+2, J+2). The fourth transmission regions 25 are located at coordinates (i-1, j+2), (i, j+1), (i+1, j), and (i+2, j-1). The light-shielding regions 21 are located between the transmission regions, and are formed over the entire microchannel 30 when viewed from the positive z-axis direction.

なお、図2においては、透過領域が4種類の場合を示しているが、本開示はこれに限定されない。透過領域の種類は4種類以外であってもよい。また、透過領域の形状を正方形状としているが、正方形以外の形状とすることも可能である。また、透過領域が配置される間隔についても、適宜設定することが可能である。 Note that while FIG. 2 shows a case where there are four types of transmissive regions, the present disclosure is not limited to this. The types of transmissive regions may be other than four. In addition, although the shape of the transmissive regions is a square, they may also be other shapes. In addition, the spacing at which the transmissive regions are arranged may also be set as appropriate.

(光学フィルタの形成工程)
図3は、光学フィルタ20の形成工程の一例を示す図である。まず、図3(a)に示されるように、基板11に遮光領域21を形成する。遮光領域21は、例えば、遮光性を有するレジスト(例えばブラックレジスト)を基板11上に塗布しフォトリソグラフィを行うことによって、基板11上に格子状のパターンを有するように形成される。
(Optical filter forming process)
3A and 3B are diagrams showing an example of a process for forming the optical filter 20. First, as shown in Fig. 3A, a light-shielding region 21 is formed on the substrate 11. The light-shielding region 21 is formed to have a lattice pattern on the substrate 11, for example, by applying a resist having light-shielding properties (e.g., black resist) onto the substrate 11 and performing photolithography.

続いて、図3(b)に示されるように、基板11の全面にカラーレジスト220を塗布する。カラーレジスト220は、第1透過領域22を構成する材料と同じ材料であってもよい。続いて、図3(c)に示されるように、フォトマスク221を介して第1透過領域22が配置されるパターンの露光を行う。 Next, as shown in FIG. 3(b), a color resist 220 is applied to the entire surface of the substrate 11. The color resist 220 may be made of the same material as the material that constitutes the first transmissive region 22. Next, as shown in FIG. 3(c), exposure is performed via a photomask 221 to a pattern in which the first transmissive region 22 will be disposed.

続いて、現像液によりカラーレジスト220の不要な部分を除去した後、ベーキング処理を行いカラーレジスト220を硬化させる。これによって、図3(d)に示されるように、基板11上に第1透過領域22が配置された状態を得ることができる。 Next, unnecessary portions of the color resist 220 are removed using a developing solution, and then a baking process is performed to harden the color resist 220. This results in the first transmissive region 22 being disposed on the substrate 11, as shown in FIG. 3(d).

図3(b)のカラーレジストの塗布、図3(c)の露光、図3(d)の現像およびベーキング処理を、第2透過領域23、第3透過領域24、および第4透過領域25それぞれに対応するカラーレジストおよびパターンについて行う。これによって、光学フィルタ20の透過領域が基板11上に形成される。 The color resist application shown in FIG. 3(b), the exposure shown in FIG. 3(c), and the development and baking process shown in FIG. 3(d) are performed on the color resist and patterns corresponding to the second transmissive region 23, the third transmissive region 24, and the fourth transmissive region 25, respectively. This forms the transmissive regions of the optical filter 20 on the substrate 11.

光学フィルタ20の透過領域を形成した後、床部14および隔壁部12についても、レジストの塗布、露光、現像およびベーキング処理を行って形成していく。隔壁部12上に上面部13を配置して、マイクロ流体デバイス10が形成される。
以上、光学フィルタ20の形成工程およびマイクロ流体デバイス10の形成工程を説明した。本開示では、基板11がガラスであることを前提として、フォトリソグラフィを活用した形成方法を説明した。しかし、本開示はこれらの形成方法に限定されるものではなく、他の材料および成型手法を適用することも可能である。
After forming the transmission region of the optical filter 20, the floor portion 14 and the partition portion 12 are also formed by applying a resist, exposing, developing, and baking the resist. The upper surface portion 13 is disposed on the partition portion 12, and the microfluidic device 10 is formed.
The steps of forming the optical filter 20 and the microfluidic device 10 have been described above. In this disclosure, the formation method utilizing photolithography has been described on the assumption that the substrate 11 is made of glass. However, this disclosure is not limited to these formation methods, and other materials and molding techniques may also be applied.

(マイクロ流体システムの構成)
図4は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム100は、マイクロ流体デバイス10、送液部40、廃液部50、光源部60、光検出部70、光信号処理部80、制御部90を含む。
(Configuration of Microfluidic System)
4 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system 100. The microfluidic system 100 includes a microfluidic device 10, a liquid delivery section 40, a waste liquid section 50, a light source section 60, a light detection section 70, an optical signal processing section 80, and a control section 90.

送液部40は、マイクロ流体デバイス10へ溶液を送液する機能を有しており、例えば溶液を貯留する遠沈管41と、溶液を遠沈管41からマイクロ流体デバイス10へ送り出すポンプ42とを含む。送液部40から送り出された溶液は、マイクロ流体デバイス10の導入口32に接続された接続チューブ45を通じて、マイクロ流体デバイス10へ流れる。 The liquid delivery unit 40 has a function of delivering a solution to the microfluidic device 10, and includes, for example, a centrifuge tube 41 that stores the solution, and a pump 42 that delivers the solution from the centrifuge tube 41 to the microfluidic device 10. The solution delivered from the liquid delivery unit 40 flows to the microfluidic device 10 through a connection tube 45 that is connected to the inlet 32 of the microfluidic device 10.

廃液部50は、マイクロ流体デバイス10のマイクロ流路30を通過し、マイクロ流体デバイス10から排出された液体を収集する。接続チューブ55はマイクロ流体デバイス10の排出口33に接続されており、接続チューブ55を介して、マイクロ流体デバイス10から廃液部50へ溶液が流れる。 The waste liquid section 50 collects the liquid that passes through the microchannel 30 of the microfluidic device 10 and is discharged from the microfluidic device 10. The connection tube 55 is connected to the discharge port 33 of the microfluidic device 10, and the solution flows from the microfluidic device 10 to the waste liquid section 50 via the connection tube 55.

光源部60は、光信号OSをマイクロ流体デバイス10へ照射する。光信号OSのうち、マイクロ流体デバイス10を透過した光信号OSは、光検出部70によって検出される。光信号処理部80は、光検出部70によって検出された光信号の信号処理を行う。制御部90は、光信号処理部80の処理結果に基づいて、送液部40の制御を行う。 The light source unit 60 irradiates the optical signal OS to the microfluidic device 10. The optical signal OS that has passed through the microfluidic device 10 is detected by the optical detection unit 70. The optical signal processing unit 80 performs signal processing of the optical signal detected by the optical detection unit 70. The control unit 90 controls the liquid delivery unit 40 based on the processing results of the optical signal processing unit 80.

なお、光源部60は、可視光領域の光を照射するものを適用することが可能である。具体的には、450nmから500nmの青色光、500nmから600nmの緑色光、600nmから700nmの赤色光である。近赤外領域の光を照射することも可能である。また、光検出部70は、分光機能を有するものであってもよい。 The light source unit 60 can be one that irradiates light in the visible light range. Specifically, blue light from 450 nm to 500 nm, green light from 500 nm to 600 nm, and red light from 600 nm to 700 nm. It is also possible to irradiate light in the near-infrared range. The light detection unit 70 may also have a spectroscopic function.

(流速の測定)
図5から図10を参照して、マイクロ流体システムにおける流速の測定について説明する。なお、図5および図6において、理解を容易にするため、流速の測定に特に関係が大きい構成を抽出して示している。また、光学フィルタ20はxy平面に複数の透過領域を有しているが、理解を容易にするため、図6においてはx軸方向にのみ透過領域が配列された場合を示している。ここで、マイクロ流体システム100は、少なくともマイクロ流体デバイス10と、光強度を取得する光検出部70と、光信号を照射する光源部60とを含んでいる。
また、マイクロ流体デバイス10は、光検出部70と光源部60との間であって、かつ光源部60から照射される光信号の照射方向とマイクロ流路30の送液方向LDが垂直になるように配置される。また、マイクロ流路30と光検出部70の間に、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される光学フィルタ20が配置される。以下、具体的に説明する。
(Measurement of flow rate)
Measurement of flow velocity in a microfluidic system will be described with reference to Figures 5 to 10. In Figures 5 and 6, for ease of understanding, configurations that are particularly relevant to measurement of flow velocity are extracted and shown. In addition, although the optical filter 20 has a plurality of transmission regions in the xy plane, in order to facilitate understanding, Figure 6 shows a case in which the transmission regions are arranged only in the x-axis direction. Here, the microfluidic system 100 includes at least the microfluidic device 10, a light detection unit 70 that acquires light intensity, and a light source unit 60 that irradiates an optical signal.
The microfluidic device 10 is disposed between the light detection unit 70 and the light source unit 60 such that the direction of irradiation of the optical signal emitted from the light source unit 60 is perpendicular to the liquid sending direction LD of the microchannel 30. An optical filter 20 composed of a plurality of light transmitting regions and light blocking regions is disposed between the microchannel 30 and the light detection unit 70. This will be described in detail below.

(光強度の検出)
図5は、光源部60から照射された光信号OSがマイクロ流路30を透過する場合を示す図である。マイクロ流体デバイス10のマイクロ流路30において、溶液は、x軸プラス方向を向く矢印LDによって示される送液方向(以下、「送液方向LD」ともいう。)に流れている。マイクロ流体デバイス10は光源部60と光検出部70との間に配置されており、光源部60から照射された光信号OSは、送液方向LDに垂直な方向であるz軸マイナス方向に進行して、マイクロ流路30に侵入する。なお、送液方向LDは、マイクロ流体デバイス10における巨視的な送液の方向を示しているものであり、ミクロ的には、溶液の分子は様々な方向に動くことがある。
(Light Intensity Detection)
5 is a diagram showing a case where an optical signal OS irradiated from a light source unit 60 passes through a microchannel 30. In the microchannel 30 of the microfluidic device 10, a solution flows in a liquid sending direction (hereinafter also referred to as a "liquid sending direction LD") indicated by an arrow LD pointing in the positive direction of the x-axis. The microfluidic device 10 is disposed between the light source unit 60 and the light detection unit 70, and the optical signal OS irradiated from the light source unit 60 travels in the negative direction of the z-axis, which is perpendicular to the liquid sending direction LD, and enters the microchannel 30. Note that the liquid sending direction LD indicates a macroscopic liquid sending direction in the microfluidic device 10, and the molecules of the solution may move in various directions microscopically.

光学フィルタ20は、マイクロ流路30と光検出部70の間に配置されている。光信号OSは、光学フィルタ20のうち、第1透過領域22と第3透過領域24を通過して光検出部70へ到達する。一方、溶液に含まれる物質31は光信号OSの通過を妨げており、第2透過領域23には光信号が到達しない。また、遮光領域21も、光信号OSの通過を妨げる働きをしている。 The optical filter 20 is disposed between the microchannel 30 and the light detection unit 70. The optical signal OS passes through the first transmission region 22 and the third transmission region 24 of the optical filter 20 to reach the light detection unit 70. On the other hand, the substance 31 contained in the solution prevents the optical signal OS from passing through, and the optical signal does not reach the second transmission region 23. The light-shielding region 21 also prevents the optical signal OS from passing through.

図6は、図5の第2透過領域23において、光検出部70によって検出された光信号の光強度を時系列に示す図である。光検出部70は、マイクロ流路30を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得しており、横軸に示されるように時間間隔Δtで光信号OSの光強度を取得している。 Figure 6 is a diagram showing the light intensity of the optical signal detected by the optical detection unit 70 in the second transmission region 23 of Figure 5 in a time series. The optical detection unit 70 acquires the distribution of the light intensity of the optical signal transmitted through the microchannel 30 in a time series, and acquires the light intensity of the optical signal OS at time intervals Δt as shown on the horizontal axis.

ここで、光学フィルタ20は、複数の光透過領域の内の1つ以上の光透過領域が特定の波長領域の光を透過させることができるため、光検出部70は波長領域毎の光強度を検出することができる。以下、具体例を挙げて説明する。
光源部60が波長λ1と波長λ2と波長λ3とを含む光を光信号OSとして照射するものとし、第2透過領域23は、波長λ1をおよび波長λ3を含む波長領域の光のみを遮り、波長λ2を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。また、物質31は、波長λ1を含む波長領域の光を遮り、波長λ2および波長λ3を含む波長領域の光を透過させる場合を想定する。
Here, in the optical filter 20, one or more of the light transmission regions can transmit light of a specific wavelength region, so that the light detection unit 70 can detect the light intensity for each wavelength region. Specific examples will be described below.
It is assumed that the light source unit 60 irradiates light including wavelengths λ1, λ2, and λ3 as the optical signal OS, the second transmission region 23 blocks only light in the wavelength region including wavelengths λ1 and λ3, and transmits light in the wavelength region including wavelength λ2, and the material 31 blocks light in the wavelength region including wavelength λ1, and transmits light in the wavelength regions including wavelengths λ2 and λ3.

なお、強度S0とは、光信号OSの基準となる光強度であるベース強度を意味し、例えばマイクロ流体デバイス10に溶液を流す前の状態において、光源部60から光信号OSを照射した場合に検出される光強度をベース強度として採用することが可能である。また、検体となる溶液に代えて、溶媒のみをマイクロ流体デバイス10に流した場合に検出される光強度を、ベース強度として採用することも可能である。また、光強度STは、光信号OSの透過を判定するための光強度のしきい値であり、光強度STよりも小さい光強度が検出された場合、光信号OSは遮られていると判定される。例えば、ベース強度S0の50%の値をしきい値STと設定してもよい。しきい値STは、溶媒や物質の特性等によって設定することが可能である。 The intensity S0 means a base intensity, which is a reference light intensity for the optical signal OS. For example, the light intensity detected when the optical signal OS is irradiated from the light source unit 60 before a solution is flowed through the microfluidic device 10 can be used as the base intensity. It is also possible to use the light intensity detected when only a solvent is flowed through the microfluidic device 10 instead of a sample solution as the base intensity. The light intensity ST is a threshold value of the light intensity for determining the transmission of the optical signal OS. When a light intensity lower than the light intensity ST is detected, it is determined that the optical signal OS is blocked. For example, the threshold value ST may be set to 50% of the base intensity S0. The threshold value ST can be set according to the properties of the solvent or substance.

光信号OSには複数の波長の光信号を含むことが可能であるところ、図6(a)は波長λ1の光信号の光強度を検出した場合を示し、図6(b)は波長λ2の光信号の光強度を検出した場合を示し、図6(c)は波長λ3の光信号の光強度を検出した場合を示す。 The optical signal OS can include optical signals of multiple wavelengths, and FIG. 6(a) shows the case where the optical intensity of an optical signal of wavelength λ1 is detected, FIG. 6(b) shows the case where the optical intensity of an optical signal of wavelength λ2 is detected, and FIG. 6(c) shows the case where the optical intensity of an optical signal of wavelength λ3 is detected.

図6(a)に示されるように、波長λ1の光強度は、時刻tにおいてしきい値STを下回る光強度S1が検出され、時刻tおよびtにおいてベース強度S0としきい値STの間の値が検出されている。時刻tにおいて検出された光強度がしきい値STより小さいため、時刻tにおいて物質31が第2透過領域23の上方に存在し、光信号OSを遮っていたと判定される。 6A, for the light intensity of wavelength λ1, a light intensity S1 below threshold ST is detected at time t1 , and values between base intensity S0 and threshold ST are detected at times t2 and t3 . Because the light intensity detected at time t1 is smaller than threshold ST, it is determined that substance 31 was present above second transmission region 23 at time t1 and was blocking optical signal OS.

図6(b)と図6(c)を参照すると、いずれの場合においても、しきい値STより大きい光強度が検出されているため、時刻tからtの間で、物質31は、第2透過領域23の上方に存在したことが検知できないこととなる。なお、第2透過領域23は、波長λ3を含む波長領域の光のみを遮り、波長λ2を含む波長領域の光を透過させる。このため、図6(b)に示される波長λ2の場合の光強度のほうが、図6(c)に示される波長λ3の場合の光強度よりも、大きな値に検出されている。 6(b) and 6(c), in both cases, a light intensity greater than the threshold ST is detected, and therefore it is not possible to detect that the substance 31 was present above the second transmission region 23 between times t1 and t3 . The second transmission region 23 blocks only light in a wavelength range including the wavelength λ3 and transmits light in a wavelength range including the wavelength λ2. For this reason, the light intensity in the case of the wavelength λ2 shown in FIG. 6(b) is detected as being greater than the light intensity in the case of the wavelength λ3 shown in FIG. 6(c).

このように、光源部60から照射される光信号OSに含まれる光信号の波長領域、溶液に含まれる物質31の特性、および光学フィルタ20透過領域の特性に基づいて、物質31の存在を判定することが可能となる。ここで、図7は、物質31の光特性と光学フィルタ20に要求される特性との関係を示す図である。第1の場合として、上述の説明のように、物質31が一部の波長領域の光を透過し、透過した波長領域以外の波長領域の光を吸収する場合がある。この場合には、光検出部70には、物質31が透過した波長領域の光を検出することが要求される。ここで光学フィルタ20の透過領域に要求される第1の特性としては、物質31を透過した一部の波長領域の光を遮断することである。また、第2の特性として、物質31の吸収する波長領域の光のみを透過させることでもよい。これら2つの特性を1つの透過領域に付与してもよく、また、第1の特性を1つの透過領域に付与し、第2の特性を他の透過領域に付与する光学フィルタ20としてもよい。いずれかの態様でこれら2つの特性を光学フィルタ20内の透過領域に付与することによって、物質31が存在する場合と存在しない場合で異なる光強度を検出することができ、物質31の位置を判定することが可能となる。 In this way, it is possible to determine the presence of the substance 31 based on the wavelength region of the optical signal OS irradiated from the light source unit 60, the characteristics of the substance 31 contained in the solution, and the characteristics of the transmission region of the optical filter 20. Here, FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the optical characteristics of the substance 31 and the characteristics required for the optical filter 20. In the first case, as described above, the substance 31 may transmit light in a certain wavelength region and absorb light in a wavelength region other than the transmitted wavelength region. In this case, the light detection unit 70 is required to detect light in the wavelength region transmitted by the substance 31. Here, the first characteristic required for the transmission region of the optical filter 20 is to block light in a certain wavelength region transmitted by the substance 31. Also, the second characteristic may be to transmit only light in the wavelength region absorbed by the substance 31. These two characteristics may be imparted to one transmission region, or the optical filter 20 may be one in which the first characteristic is imparted to one transmission region and the second characteristic is imparted to the other transmission region. By imparting these two characteristics to the transmission region in the optical filter 20 in either manner, it is possible to detect different light intensities when the substance 31 is present and when it is not, making it possible to determine the position of the substance 31.

また、第2の場合として、物質31が一部の波長領域の光を吸収するものの、別の波長領域の光を発光する場合が考えられる。この場合には、光検出部70には、発光した別の波長領域の波長を含む波長領域のうち、透過した波長の光を検出することが要求される。ここで光学フィルタ20に含まれる透過領域に要求される第1の特性としては、発光の波長領域を遮断することである。また、第2の特性として、物質31を透過した波長領域の光を遮断することである。また、第3の特性として、物質31の吸収する波長領域の光のみを透過させることである。これら3つの特性を光学フィルタ20の透過領域に付与することによって、物質31が存在する場合と存在しない場合で異なる光強度を検出することができ、物質31の位置を判定することが可能となる。なお、3つの特性を一つの領域で兼ね備えることとしてもよいし、それぞれ別の領域で分担してもよいことは、前述の第1の場合と同様である。 In the second case, the substance 31 may absorb light in a certain wavelength range, but emit light in another wavelength range. In this case, the light detection unit 70 is required to detect the light of the transmitted wavelength among the wavelength range including the wavelength of the emitted light in the other wavelength range. Here, the first characteristic required for the transmission region included in the optical filter 20 is to block the wavelength range of the emitted light. The second characteristic is to block the light of the wavelength range that has passed through the substance 31. The third characteristic is to transmit only the light of the wavelength range absorbed by the substance 31. By imparting these three characteristics to the transmission region of the optical filter 20, it is possible to detect different light intensities when the substance 31 is present and when it is not present, and it is possible to determine the position of the substance 31. As in the first case described above, the three characteristics may be combined in one region, or each may be shared by different regions.

また、第3の場合として、物質31が光源部60から照射される光の波長のうち、すべての波長の光を吸収する場合が考えられる。この場合には、光検出部70には、物質31が存在する場合には、いずれの波長の光も検出することができない。ここで光学フィルタ20の透過領域に要求される特性としては、遮断する波長領域に要件は存在しない。つまり、透過領域における遮断する波長領域は任意に設定可能となる。例えば、透過領域として、すべての波長領域の光を透過するものを採用することが可能である。 In addition, as a third case, the substance 31 may absorb all wavelengths of light irradiated from the light source unit 60. In this case, if the substance 31 is present, the light detection unit 70 cannot detect any wavelengths of light. Here, there is no requirement for the wavelength range to be blocked as a characteristic required for the transmission region of the optical filter 20. In other words, the wavelength range to be blocked in the transmission region can be set arbitrarily. For example, it is possible to adopt a transmission region that transmits light of all wavelength ranges.

上述のように、透過領域の内、1つ以上の透過領域が特定の波長領域の光を透過させることによって、特定の波長領域の光を吸収する物質に対しても流速を測定することが可能となる。
なお、物質31の例として、生体物としては、プランクトン(1mm前後)、細胞(20μm程度)、細菌(数μmから10μm)、ウイルス(100nmオーダー)、タンパク質(10nmオーダー)を挙げることができる。また、非生物としてはマイクロプラスチック、金属微粒子、その他有機物などを挙げることができる。本開示はこれらに限定されず、様々な微粒子を含む溶液について適用することが可能である。例えば、溶液中の溶質とは異なる指標用粒子を含めておき、指標用粒子による光強度の変化を検出することによって流速を測定することも可能である。
As described above, by having one or more of the transmission regions transmit light of a specific wavelength range, it becomes possible to measure the flow rate even for a substance that absorbs light of a specific wavelength range.
Examples of the substance 31 include biological substances such as plankton (approximately 1 mm), cells (approximately 20 μm), bacteria (several μm to 10 μm), viruses (order of 100 nm), and proteins (order of 10 nm). Non-living substances include microplastics, metal particles, and other organic substances. The present disclosure is not limited to these, and can be applied to solutions containing various particles. For example, it is also possible to include indicator particles different from the solute in the solution and measure the flow rate by detecting the change in light intensity caused by the indicator particles.

(光強度の分布)
図8は、光検出部70によって検出された光強度の分布を示す図である。図8(a)は時刻t=t0の場合であり、図8(b)は時刻t=t0+Δtの場合であり、時刻8(c)は時刻t=t0+2Δtの場合である。また、図8において、送液方向LDはx軸プラス方向である。なお、t0は所定の時刻を示し、Δtが所定の時間間隔を示す。図8において、マイクロ流路30を通過した光強度の分布の様子が、時系列的に変化する様子が示されている。以下、具体的に説明する。
(Light Intensity Distribution)
8 is a diagram showing the distribution of light intensity detected by the light detection unit 70. FIG. 8(a) is for time t=t0, FIG. 8(b) is for time t=t0+Δt, and FIG. 8(c) is for time t=t0+2Δt. In FIG. 8, the liquid sending direction LD is the positive direction of the x-axis. Note that t0 indicates a predetermined time, and Δt indicates a predetermined time interval. FIG. 8 shows how the distribution of the light intensity that has passed through the microchannel 30 changes over time. A specific description will be given below.

光強度は光学フィルタ20の透過領域および遮光領域の配置に従って二次元に分布するデータとして検出されるため、図8においては、透過領域の配置に従う矩形領域が示されている。kおよびmを正の整数とする場合、図8(a)において、座標(m、k)および座標(m、k+1)は、光強度がしきい値STより小さくなった箇所を示しており、したがって、物質31が存在していたと判定される箇所を示している。なお、図8に示される矩形領域は、理解を容易にするため、図2の光学フィルタ20における透過領域の配置(x軸方向4個配置され、y軸方向に4個配置される)とは異なる配置(x軸方向に4個配置され、y軸方向に6個配置される)で示されている。 Since the light intensity is detected as data distributed two-dimensionally according to the arrangement of the transmission and light-shielding regions of the optical filter 20, rectangular regions according to the arrangement of the transmission regions are shown in FIG. 8. When k and m are positive integers, the coordinates (m, k) and (m, k+1) in FIG. 8(a) indicate the locations where the light intensity is smaller than the threshold ST, and therefore indicate the locations where it is determined that the substance 31 was present. Note that, for ease of understanding, the rectangular regions shown in FIG. 8 are shown in an arrangement (four arranged in the x-axis direction and six arranged in the y-axis direction) different from the arrangement of the transmission regions in the optical filter 20 in FIG. 2 (four arranged in the x-axis direction and four arranged in the y-axis direction).

図8(b)においては座標(m+1、k)および座標(m+1、k+1)が、また図8(c)においては座標(m+2、k)および座標(m+2、k+1)が、それぞれ光強度がしきい値STより小さくなった箇所を示している。なお、図8(a)から図8(c)の光強度の移動の方向は送液方向LDに一致するため、図8(a)から図8(c)の光強度の変化は、同一の物質の移動によって生じたものと判定される。 In FIG. 8(b), coordinates (m+1, k) and (m+1, k+1) indicate the locations where the light intensity becomes smaller than the threshold value ST, while in FIG. 8(c), coordinates (m+2, k) and (m+2, k+1) indicate the locations where the light intensity becomes smaller than the threshold value ST. Note that since the direction of movement of the light intensity in FIG. 8(a) to FIG. 8(c) coincides with the liquid delivery direction LD, the changes in light intensity in FIG. 8(a) to FIG. 8(c) are determined to have been caused by the movement of the same substance.

図9は、図8に示される光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する場合を示す図である。時系列変化は、等しい時間間隔で取得されたデータの変化のことを指す。矢印A1は、図8(a)の座標(m、k)および座標(m、k+1)から、図8(c)の座標(m+2、k)および座標(m+2、k+1)に向けて延びている。例えば、座標(m、k)および座標(m、k+1)における溶液の流速として、矢印A1の大きさおよび向きを流速として採用することができる。 Figure 9 is a diagram showing the case where the flow velocity of the solution is calculated from the time series change in the light intensity distribution shown in Figure 8. Time series change refers to the change in data acquired at equal time intervals. Arrow A1 extends from coordinates (m, k) and (m, k+1) in Figure 8(a) to coordinates (m+2, k) and (m+2, k+1) in Figure 8(c). For example, the magnitude and direction of arrow A1 can be used as the flow velocity of the solution at coordinates (m, k) and (m, k+1).

図10は、光強度の分布の時系列変化から溶液の流速を算出する別の場合を示す図である。図8および図9において物質31が1つの場合を示したが、図10においては、3個の物質が含まれる領域の場合を示す。矢印A2は、矢印A1と比較して幅が狭く示されている。これは、矢印A1は座標(m、k)および座標(m、k+1)における流速を示すが、矢印A2は座標(m+1、k+3)における流速を示している。両者を比較すると、座標(m、k)および座標(m、k+1)に比べて、座標(m+1、k+3)の位置に対応するマイクロ流路は、領域を流れる溶液の量が異なることが推察される。 Figure 10 shows another case where the flow rate of the solution is calculated from the time series change in the distribution of light intensity. While Figures 8 and 9 show the case where there is one substance 31, Figure 10 shows the case where three substances are included in the region. Arrow A2 is shown narrower than arrow A1. This is because arrow A1 shows the flow rate at coordinates (m, k) and coordinates (m, k+1), while arrow A2 shows the flow rate at coordinates (m+1, k+3). Comparing the two, it can be inferred that the amount of solution flowing through the region is different in the microchannel corresponding to the position of coordinates (m+1, k+3) compared to coordinates (m, k) and coordinates (m, k+1).

また、矢印A3は、座標(m+4、k-2)における流速を示している。矢印A1および矢印A2は送液方向LDと同じ方向であるx軸プラス方向を向いているが、矢印A3はx軸プラス方向から外れた方向を向いている。また、矢印A3は、矢印A1および矢印A2と比べて、大きさが小さい。したがって、座標(m+4、k-2、)の位置に対応するマイクロ流路においては、溶液の流れを妨げるつまりの発生の予兆があることが推察される。 Also, arrow A3 indicates the flow velocity at coordinate (m+4, k-2). Arrows A1 and A2 point in the positive x-axis direction, which is the same direction as the liquid delivery direction LD, but arrow A3 points away from the positive x-axis direction. Also, arrow A3 is smaller in size than arrows A1 and A2. Therefore, it is presumed that there is a sign of a blockage that will impede the flow of solution in the microchannel corresponding to the position of coordinate (m+4, k-2,).

このように、光強度の分布において、複数の箇所で光強度の変化が検出される場合、マイクロ流路内の流速は、2次元に分布するデータとして取得される。なお、流速の分布を液体の流路に対する矢印として表現したが、表現の態様はこれに限定されない。例えば、ヒートマップや等高線マップなどの形式で、流速の分布を表現することも可能である。 In this way, when changes in light intensity are detected at multiple points in the light intensity distribution, the flow velocity in the microchannel is obtained as data distributed two-dimensionally. Note that although the flow velocity distribution is expressed as arrows pointing to the liquid flow channel, the manner of expression is not limited to this. For example, the flow velocity distribution can also be expressed in the form of a heat map, contour map, or the like.

(流速測定のフローチャート)
図11を参照して、流速測定の方法について説明する。図11は、流速測定のフローチャートである。流速測定方法は、マイクロ流路30を備えるマイクロ流体デバイス10に溶液を送液する第1工程(ステップS10)と、マイクロ流路30に光信号を照射し、マイクロ流路30を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第2工程(ステップS11)と、第2工程において取得された第1時刻の光強度の分布と第2時刻の光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路30内の溶液の流速を算出する第3工程(ステップS12)と、を含む。以下、具体的に説明する。
(Flow chart for flow velocity measurement)
A method of measuring the flow rate will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a flow chart of measuring the flow rate. The method of measuring the flow rate includes a first step (step S10) of feeding a solution to a microfluidic device 10 having a microchannel 30, a second step (step S11) of irradiating the microchannel 30 with an optical signal and acquiring a time-series distribution of the light intensity of the optical signal transmitted through the microchannel 30, and a third step (step S12) of calculating a time-series change indicating a change between the light intensity distribution at the first time and the light intensity distribution at the second time acquired in the second step, and calculating the flow rate of the solution in the microchannel 30 from the time-series change of the light intensity distribution. The method will be described in detail below.

ステップS10(第1工程)において、マイクロ流体デバイス10に溶液が送液される。制御部90は、ポンプ42を制御して送液部40から溶液をマイクロ流体デバイス10へ送る。 In step S10 (first step), a solution is delivered to the microfluidic device 10. The control unit 90 controls the pump 42 to deliver the solution from the delivery unit 40 to the microfluidic device 10.

続いて、ステップS11(第2工程)において、光信号処理部80は、マイクロ流路30を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する。光信号処理部80は、光検出部70によって検出された光強度を、時系列情報として取得する。また、光強度は、光学フィルタ20に透過領域の配置に対応した、二次元に分布するデータとして取得される。 Next, in step S11 (second process), the optical signal processing unit 80 acquires the distribution of the light intensity of the optical signal transmitted through the microchannel 30 in a time series. The optical signal processing unit 80 acquires the light intensity detected by the light detection unit 70 as time series information. The light intensity is acquired as data distributed two-dimensionally in accordance with the arrangement of the transmission regions in the optical filter 20.

続いて、ステップS12(第3工程)において、制御部90は、光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路30内の溶液の流速を算出する。制御部90は、物質の移動の速度を算出し、物質の移動の速度を溶液の速度として採用する。 Next, in step S12 (third process), the control unit 90 calculates the flow speed of the solution in the microchannel 30 from the time series change in the distribution of light intensity. The control unit 90 calculates the speed of the movement of the substance and adopts the speed of the movement of the substance as the speed of the solution.

(作用・効果)
上述のように、本開示によれば、マイクロ流路内の流速情報を正確に取得することが可能となる。また、光学フィルタ20の各透過領域は光信号の波長に応じて光信号を透過させるため、光学フィルタ20の特性は、光信号の入射角等の影響を受ける場合がある。これに対し、本開示においては光学フィルタ20がマイクロ流体デバイス10内に配置され、光学フィルタ20がマイクロ流路に近接した構成であるため、光学フィルタ20とマイクロ流路の間において光信号の入射角にずれが発生することを抑制することができ、光学フィルタ20によって検出された光信号を適切に評価することが可能となる。また、一般に光信号が物体を透過する場合に透過する物体に光が吸収され光強度が減少する可能性があるが、本開示においては光学フィルタ20とマイクロ流路デバイス10が一体化されているため、光強度の減少を抑えることが可能となる。
また、光学フィルタ20とマイクロ流路デバイス10が一体化されることによって、マイクロ流体システム100の構成が小型化される。なお、図3に示した光学フィルタ20の形成工程に続いて、フォトリソグラフィを活用して床部14、隔壁部12、および上面部13が形成されマイクロ流路デバイス10を得ることができる。共通のリソグラフィ設備を活用することができるため、マイクロ流路デバイス10の製造コストを抑えることが可能となる。
また、マイクロ流路内に光学フィルタ20を設定する箇所は制限されないので、マイクロ流路の形状に左右されずに、流速を測定することが可能である。また、光学フィルタ内の透過領域の配置に応じて流速を測定でき、マイクロ流路内の詳細な流速分布を測定することが可能となる。光学フィルタを用いて流路内の局所的な流速を測定することにより、マイクロ流路の形状や溶液の流れの均一性に依存しない測定が可能となる。
(Action and Effects)
As described above, according to the present disclosure, it is possible to accurately obtain flow velocity information in a microchannel. In addition, since each transmission region of the optical filter 20 transmits an optical signal according to the wavelength of the optical signal, the characteristics of the optical filter 20 may be affected by the angle of incidence of the optical signal, etc. In contrast, in the present disclosure, the optical filter 20 is disposed in the microfluidic device 10 and is configured to be close to the microchannel, so that it is possible to suppress the occurrence of a deviation in the angle of incidence of the optical signal between the optical filter 20 and the microchannel, and it is possible to appropriately evaluate the optical signal detected by the optical filter 20. In addition, generally, when an optical signal passes through an object, the light may be absorbed by the passing object, resulting in a decrease in light intensity, but in the present disclosure, since the optical filter 20 and the microchannel device 10 are integrated, it is possible to suppress a decrease in light intensity.
Furthermore, by integrating the optical filter 20 and the microchannel device 10, the configuration of the microfluidic system 100 is made smaller. Following the process of forming the optical filter 20 shown in Fig. 3, the floor portion 14, the partition portion 12, and the upper surface portion 13 are formed by utilizing photolithography to obtain the microchannel device 10. Since a common lithography facility can be utilized, the manufacturing cost of the microchannel device 10 can be reduced.
Furthermore, since there is no restriction on the location where the optical filter 20 is set in the microchannel, it is possible to measure the flow rate without being influenced by the shape of the microchannel. Furthermore, the flow rate can be measured according to the arrangement of the transmission regions in the optical filter, making it possible to measure a detailed flow rate distribution in the microchannel. By measuring the local flow rate in the channel using an optical filter, it becomes possible to perform measurements that are not dependent on the shape of the microchannel or the uniformity of the solution flow.

また、上述の説明では物質が透過領域とほぼ同じ大きさであることを前提としていたが、透過領域と遮光領域のパターニングのサイズや形状を変更することで、物質のサイズに合わせた流速測定をすることが可能である。また、光検出部に光の信号強度の形状も取得する機能を付加する場合、信号形状のQ値から溶媒に含まれる物質のサイズを算定することも可能である。 In addition, the above explanation is based on the assumption that the substance is approximately the same size as the transparent region, but by changing the size and shape of the patterning of the transparent and light-shielding regions, it is possible to measure the flow rate according to the size of the substance. Furthermore, if the light detection section is given the function of acquiring the shape of the light signal intensity, it is also possible to calculate the size of the substance contained in the solvent from the Q value of the signal shape.

[第1実施形態の変形例]
なお、ステップS10とステップS11の間に、マイクロ流路30に対して溶液が移動する方向を示す情報である送液方向情報を取得する工程を含めてもよい。例えば、制御部90は、ポンプ42を駆動させたことをトリガとして、マイクロ流路30の導入口32から排出口33へ向かう方向に溶液が流れ始めたと判定し、溶液が流れた方向を示す情報を送液方向情報として取得する。また、マイクロ流路30の流量センサまたは液圧センサを設けておくこととし、送液量および廃液量から溶液の送液方向を判定することも可能である。仮に、ポンプ42の配置箇所並びに導入口32および排出口33の配置箇所が定まっており、マイクロ流体システム100における送液方向が確定している場合、送液方向情報はすでに知られている情報であるため、送液方向情報を取得する必要はない。しかし、例えば、マイクロ流路が複数の経路を有しており、送液方向が所定の期間で変更される場合、制御部90は、送液方向情報を取得し、送液方向情報と光強度の分布の時系列変化から、マイクロ流路内の溶液の流速を算出する。例えば、制御部90は、光信号処理部80によって光強度としきい値STとの比較を行って物質の位置を判定し、物質の位置の変化の方向と送液方向とのずれが所定範囲内に収まる場合、物質の移動を溶液の流速として扱う。
[Modification of the first embodiment]
Note that between step S10 and step S11, a step of acquiring liquid sending direction information, which is information indicating the direction in which the solution moves with respect to the microchannel 30, may be included. For example, the control unit 90 determines that the solution has started to flow in the direction from the inlet 32 to the outlet 33 of the microchannel 30, triggered by driving the pump 42, and acquires information indicating the direction in which the solution has flowed as liquid sending direction information. It is also possible to provide a flow rate sensor or a liquid pressure sensor for the microchannel 30 and determine the liquid sending direction of the solution from the amount of liquid sent and the amount of waste liquid. If the arrangement position of the pump 42 and the arrangement positions of the inlet 32 and the outlet 33 are determined and the liquid sending direction in the microfluidic system 100 is fixed, the liquid sending direction information is already known, and therefore it is not necessary to acquire the liquid sending direction information. However, for example, if the microchannel has multiple paths and the liquid sending direction is changed at a predetermined period, the control unit 90 acquires the liquid sending direction information and calculates the flow velocity of the solution in the microchannel from the liquid sending direction information and the time-series change in the distribution of light intensity. For example, the control unit 90 determines the position of the substance by comparing the light intensity with a threshold value ST using the optical signal processing unit 80, and if the deviation between the direction of change in the position of the substance and the direction of liquid delivery falls within a specified range, it treats the movement of the substance as the flow rate of the solution.

[第2実施形態]
第2実施形態は、流速測定の方法を適用して、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する点で、第1実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
[Second embodiment]
The second embodiment differs from the first embodiment in that a method for measuring flow velocity is applied to determine the occurrence of clogging in a microchannel. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.

図12は、マイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。図12の方法は、第1実施形態のマイクロ流体システム100と同じシステムにおいて行われる。図12のステップS20からステップS22は、図11に示される第1実施形態のステップS10からステップS12と同様の内容であるため、説明を省略する。 Figure 12 is a flowchart of a method for determining the occurrence of clogging in a microchannel. The method of Figure 12 is performed in the same system as the microfluidic system 100 of the first embodiment. Steps S20 to S22 of Figure 12 are similar to steps S10 to S12 of the first embodiment shown in Figure 11, and therefore will not be described.

ステップS23およびステップS24は、ステップS20の送液を開始してからステップS22において流速が算出されるごとに、リアルタイムに行われる。ステップS23(第4工程)において、t0を所定の時刻とした場合、前記マイクロ流路の所定の位置において、時刻t0+Δt・n(nは正の整数)における流速vと時刻t0+Δt・(n-1)における流速vn-1を比較し、流速の増減を判定する。言い換えると、所定の位置の座標(i、j)においてある時刻t(例えばt=t0+Δ・n)における流速をv(i、j)とし、tn-1、t、tn+1、…というように時系列に従って流速が算出される場合、ある時刻tにおけるv(i、j)とvn-1(i、j)が比較される。具体的には、図9を参照すると、矩形領域(k、m)において、流速vを時刻t0と時刻t0+2Δtの間の光強度の変化から算出された速度とし、流速vn-1を時刻t0-Δtと時刻t0+Δtとの光強度の変化から算出された速度とする場合、v(m、k)とvn-1(m、k)とを比較し、流速の増減が判定される。複数の座標について、同様の判定が行われる。 Steps S23 and S24 are performed in real time after the start of liquid transfer in step S20 and each time the flow rate is calculated in step S22. In step S23 (fourth step), when t0 is a predetermined time, a flow rate vn at time t0+Δt·n (n is a positive integer) is compared with a flow rate vn-1 at time t0+Δt·(n-1) at a predetermined position in the microchannel to determine an increase or decrease in the flow rate. In other words, when the flow rate at a certain time tn (e.g., tn =t0+Δn) at the coordinates (i,j) of a predetermined position is vn (i,j), and the flow rate is calculated in time series such as tn-1 , tn , tn+1 , ..., vn (i,j) at a certain time tn is compared with vn-1 (i,j). 9, in a rectangular region (k, m), if the flow velocity vn is the velocity calculated from the change in light intensity between time t0 and time t0+2Δt, and the flow velocity vn-1 is the velocity calculated from the change in light intensity between time t0-Δt and time t0+Δt, vn (m, k) is compared with vn-1 (m, k) to determine whether the flow velocity has increased or decreased. Similar determinations are made for multiple coordinates.

続いて、ステップS24(第5工程)において、流速の増減からマイクロ流路30の所定の位置においてつまりが発生したことを判断する。具体的には、制御部90は、ステップS23においてv(i、j)がvn-1(i、j)より大きいと判定した場合(ステップS23においてYes)、座標(i、j)の位置に対応するマイクロ流路30において、つまりが発生したと判断する(ステップS24)。つまりの発生に対処するため、制御部90は、例えば、ポンプ42を制御し、送液部40から送液を停止する。 Next, in step S24 (fifth step), it is determined from the increase or decrease in the flow rate that a blockage has occurred at a predetermined position in the microchannel 30. Specifically, when the control unit 90 determines in step S23 that v n (i, j) is greater than v n-1 (i, j) (Yes in step S23), it determines that a blockage has occurred in the microchannel 30 corresponding to the position of coordinates (i, j) (step S24). In order to deal with the occurrence of the blockage, the control unit 90 controls, for example, the pump 42 to stop the liquid delivery from the liquid delivery unit 40.

なお、ステップS23においてv(i、j)がvn-1(i、j)以下と判定された場合(ステップS23においてNo)、ステップS22に戻り、流速の算出が行われる。 If it is determined in step S23 that v n (i, j) is equal to or less than v n-1 (i, j) (No in step S23), the process returns to step S22, and the flow velocity is calculated.

[第2実施形態の変形例]
図13は、第2実施形態の変形例のフローチャートである。図13におけるステップS200からステップS240は、図12における第2実施形態のステップS20からステップS24と同じであるので、説明を省略する。
[Modification of the second embodiment]
Fig. 13 is a flowchart of a modified example of the second embodiment. Steps S200 to S240 in Fig. 13 are the same as steps S20 to S24 in the second embodiment in Fig. 12, and therefore a description thereof will be omitted.

ステップS240においてマイクロ流路30においてつまりが発生したと判断された後、制御部90は、ステップS200において実行している送液について、送液量を増加させる(ステップS250)。例えば、制御部90は、ポンプ42の吐出量を増加させるように制御をする。 After it is determined in step S240 that a blockage has occurred in the microchannel 30, the control unit 90 increases the amount of liquid being sent in step S200 (step S250). For example, the control unit 90 controls the pump 42 to increase the discharge rate.

続いて、ステップS260において、制御部90は、ステップS250を行った後の時刻t(pはnより大きい整数)における流速v(i、j)を算出する。ステップS260は、ステップS210およびステップS220と同様の処理を含む。 Subsequently, in step S260, the control unit 90 calculates a flow velocity v p (i, j) at a time t p (p is an integer greater than n) after performing step S250. Step S260 includes the same processes as steps S210 and S220.

続いて、制御部90は、v(i、j)とv(i、j)とを比較する(ステップS270)。制御部90は、v(i、j)がv(i、j)より大きいと判定した場合(ステップS270においてYes)、座標(i、j)の位置に対応するマイクロ流路30において、つまりが発生したと判断する(ステップS280)。 Next, the control unit 90 compares vp (i,j) with vn (i,j) (step S270). If the control unit 90 determines that vp (i,j) is greater than vn (i,j) (Yes in step S270), it determines that a blockage has occurred in the microchannel 30 corresponding to the position of the coordinates (i,j) (step S280).

なお、ステップS270においてv(i、j)がv(i、j)以下と判定された場合(ステップS270においてNo)、ステップS220に戻り、流速の算出が行われる。 If it is determined in step S270 that v p (i, j) is equal to or less than v n (i, j) (No in step S270), the process returns to step S220, and the flow velocity is calculated.

(作用・効果)
上述のように、リアルタイムで流速分布を測定し流速の増減を判定することによって、マイクロ流路内のつまりを検出することが可能となる。
また、第2実施形態の変形例においては、送液量を変化させたうえで流速に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
(Action and Effects)
As described above, by measuring the flow velocity distribution in real time and determining an increase or decrease in the flow velocity, it is possible to detect clogging in the microchannel.
In addition, in the modified example of the second embodiment, a step is added in which the amount of liquid sent is changed and then it is confirmed that the flow rate changes, which makes it possible to more reliably determine whether clogging has occurred.

[第3実施形態]
第3実施形態は、つまりの発生を判断する場合に光強度を用いる点で第2実施形態とは異なる。以下の説明において、上述の第1実施形態および第2実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
[Third embodiment]
The third embodiment differs from the second embodiment in that the occurrence of clogging is judged using light intensity. In the following description, the same or equivalent components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.

図14は、光強度を用いてマイクロ流路におけるつまりの発生を判断する方法のフローチャートである。また、図15は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム100aは、送液部40に遠沈管43とポンプ44を有する点で、図4のマイクロ流体システム100と異なる。遠沈管41は溶液を貯留するところ、遠沈管43は溶媒のみを貯留する。 Figure 14 is a flow chart of a method for determining the occurrence of clogging in a microchannel using light intensity. Also, Figure 15 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system. Microfluidic system 100a differs from microfluidic system 100 in Figure 4 in that it has a centrifuge tube 43 and a pump 44 in the liquid delivery section 40. While centrifuge tube 41 stores a solution, centrifuge tube 43 stores only a solvent.

ステップS30において、制御部90は、溶質を含まない溶媒を送液する。例えば、制御部90は、溶媒のみを含む遠沈管43から送液を行うことが可能である。 In step S30, the control unit 90 delivers a solvent that does not contain a solute. For example, the control unit 90 can deliver the solvent from a centrifuge tube 43 that contains only the solvent.

続いて、ステップS31において、制御部90は、光源部60を発光させ、光信号をマイクロ流路30に照射させる。 Next, in step S31, the control unit 90 causes the light source unit 60 to emit light and irradiate the microchannel 30 with an optical signal.

ここで、所定の位置の座標(i、j)における光強度を、S(i、j)と表記する。ステップS32において、光源部60から照射された光信号は溶媒のみを透過するため、制御部90は、ベース強度であるS0(i、j)を取得することができる。 Here, the light intensity at the coordinates (i, j) of a given position is denoted as S(i, j). In step S32, the light signal irradiated from the light source unit 60 passes only through the solvent, so the control unit 90 can obtain the base intensity S0(i, j).

続いて、ステップS33において、制御部90は、溶質を含む溶媒、つまり検体としての溶液を送液する。例えば、制御部90は、送液部40において溶液を含む遠沈管41に切り替えて、送液を行う。 Next, in step S33, the control unit 90 delivers a solvent containing a solute, i.e., a solution as a specimen. For example, the control unit 90 switches the liquid delivery unit 40 to a centrifuge tube 41 containing a solution, and delivers the liquid.

続いて、ステップS34において、制御部90は、光強度S(i、j)を一定時間ごとに取得する。例えば、制御部90は、Δtごとに光強度を取得することが可能である。 Next, in step S34, the control unit 90 acquires the light intensity S(i, j) at regular time intervals. For example, the control unit 90 can acquire the light intensity every Δt.

ここで、ある時刻とt=t0+Δt・nとし、時刻tにおける光強度をS(i、j)と表記する。ステップS35において、制御部90は、S(i、j)が取得された場合、S0(i、j)とS(i、j)の差の絶対値を算出し、絶対値が0より大きいか否かを判定する。ここで、図16は、S0とSの関係を示す図である。ベース強度S0と時刻tにおける光強度Sの間に差がある場合、図16に示されるような光強度の変化が検出される。 Here, a certain time tn = t0 + Δt·n, and the light intensity at time tn is expressed as Sn (i,j). In step S35, when Sn (i,j) is acquired, the control unit 90 calculates the absolute value of the difference between S0(i,j) and Sn (i,j) and judges whether the absolute value is greater than 0. Here, Fig. 16 is a diagram showing the relationship between S0 and Sn . When there is a difference between the base intensity S0 and the light intensity Sn at time tn , a change in light intensity as shown in Fig. 16 is detected.

光強度の変化が検出された場合(ステップS35においてYes)、ステップS36において、制御部90は、マイクロ流路30においてつまりが発生したと判断する(ステップS36)。つまりの発生に対処するため、制御部90は、例えば、ポンプ42を制御し、送液部40から送液を停止する。 If a change in light intensity is detected (Yes in step S35), in step S36, the control unit 90 determines that a blockage has occurred in the microchannel 30 (step S36). To deal with the occurrence of the blockage, the control unit 90 controls, for example, the pump 42 to stop the liquid delivery from the liquid delivery unit 40.

なお、ステップS35において光強度の変化が検出されない場合(ステップS35おいてNo)、ステップS34に戻り、光強度の取得が行われる。 If no change in light intensity is detected in step S35 (No in step S35), the process returns to step S34 and the light intensity is acquired.

[第3実施形態の変形例]
図17は、第3実施形態の変形例のフローチャートである。図17におけるステップS300からステップS350は、図14における第3実施形態のステップS30からステップS35と同じであるので、説明を省略する。
[Modification of the third embodiment]
Fig. 17 is a flowchart of a modified example of the third embodiment. Steps S300 to S350 in Fig. 17 are the same as steps S30 to S35 in the third embodiment in Fig. 14, and therefore description thereof will be omitted.

ステップS360においてマイクロ流路30においてつまりが発生したと判断された後、制御部90は、ステップS43において実行している送液について、流速を上昇させる(ステップS370)。例えば、制御部90は、ポンプ42の吐出量を増加させるように制御をする。 After it is determined in step S360 that a blockage has occurred in the microchannel 30, the control unit 90 increases the flow rate of the liquid being delivered in step S43 (step S370). For example, the control unit 90 controls the pump 42 to increase the discharge rate.

続いて、制御部90は、ステップS370を行った後の時刻t(pはnより大きい整数)における光強度を取得し、ステップS350において算出したS0(i、j)とS(i、j)の差の絶対値(以下、「時刻tの絶対値」という。)と、S0(i、j)とS(i、j)の差の絶対値(以下、「時刻tの絶対値」という。)と、を比較する(ステップS380)。時刻tの絶対値が時刻tの絶対値以下である場合(ステップS380においてNo)、制御部90は、マイクロ流路30においてつまりが発生したと判断する(ステップS390)。一方、時刻tの絶対値が時刻tの絶対値よりも大きい場合(ステップS380においてYes)、制御部90は、ステップS340に戻り、光強度の取得を行う。 Next, the control unit 90 acquires the light intensity at time tp (p is an integer greater than n) after performing step S370, and compares the absolute value of the difference between S0(i,j) and Sn (i,j) calculated in step S350 (hereinafter referred to as "absolute value at time tn ") with the absolute value of the difference between S0(i,j) and Sp (i,j) (hereinafter referred to as "absolute value at time tp ") (step S380). If the absolute value of time tn is equal to or less than the absolute value of time tp (No in step S380), the control unit 90 determines that a blockage has occurred in the microchannel 30 (step S390). On the other hand, if the absolute value of time tn is greater than the absolute value of time tp (Yes in step S380), the control unit 90 returns to step S340 and acquires the light intensity.

(作用・効果)
第3実施形態およびその変形例において、光強度の変化に基づいてマイクロ流路においてつまりが発生したかどうかを判断することが可能である。第2実施形態と比較して、流速を求める工程が省略できるため、制御部における処理負荷を抑えることが可能となる。
また、第3実施形態の変形例においては、流速を変化させたうえで光強度の差の絶対値に変化が生じることを確認する工程が加えられる。これによって、つまりの発生の判断をより確実に行うことが可能となる。
(Action and Effects)
In the third embodiment and its modified example, it is possible to determine whether or not a blockage has occurred in the microchannel based on a change in light intensity. Compared to the second embodiment, the process of calculating the flow velocity can be omitted, so that the processing load on the control unit can be reduced.
In addition, in the modified example of the third embodiment, a step is added in which the flow rate is changed and then it is confirmed that the absolute value of the difference in light intensity changes, which makes it possible to more reliably determine whether clogging has occurred.

[第4実施形態]
第4実施形態は、廃液部にポンプおよび遠沈管が設けられる点で、第1実施形態と異なる。以下の説明において、上述の第1実施形態と同一または同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略または省略する。
[Fourth embodiment]
The fourth embodiment differs from the first embodiment in that a pump and a centrifuge tube are provided in the waste liquid section. In the following description, the same or equivalent components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.

図18は、マイクロ流体システムの構成を模式的に示す図である。マイクロ流体システム100bにおいて、廃液部50は、遠沈管51とポンプ52を有する。送液を行う場合、制御部90は、ポンプ52を制御し、送液部40の遠沈管41からマイクロ流体デバイス10へ溶液を流す。マイクロ流路30を流れた溶液は、廃液部50の遠沈管51に貯留される。 Figure 18 is a diagram showing a schematic configuration of a microfluidic system. In the microfluidic system 100b, the waste liquid section 50 has a centrifuge tube 51 and a pump 52. When transferring liquid, the control unit 90 controls the pump 52 to flow the solution from the centrifuge tube 41 of the liquid transfer unit 40 to the microfluidic device 10. The solution that has flowed through the microchannel 30 is stored in the centrifuge tube 51 of the waste liquid section 50.

(作用・効果)
送液部および廃液部の構成を変更しても、マイクロ流路の流速測定を行うことが可能である。また、第4実施形態の構成を、第1実施形態から第3実施形態に適用することも可能である。仮にマイクロ流体デバイス10に分岐する複数のマイクロ流路が設けられ、複数の送液部および廃液部を要する場合にも、送液部および廃液部の各々を制御したうえで、流速測定を行うことが可能となる。
(Action and Effects)
Even if the configurations of the liquid sending section and the liquid waste section are changed, it is possible to measure the flow rate of the microchannel. Also, the configuration of the fourth embodiment can be applied to the first to third embodiments. Even if a plurality of branched microchannels are provided in the microfluidic device 10 and a plurality of liquid sending sections and liquid waste sections are required, it is possible to measure the flow rate by controlling each of the liquid sending section and the liquid waste section.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

10 マイクロ流体デバイス、11 基板、12 隔壁部、13 上面部、14 床部、20 光学フィルタ、21 遮光領域、22 第1透過領域、23 第2透過領域、24 第3透過領域、25 第4透過領域、30 マイクロ流路、31 物質、32 導入口、33 排出口、40 送液部、41 遠沈管、42 ポンプ、43 遠沈管、44 ポンプ、45 接続チューブ、50 廃液部、51 遠沈管、52 ポンプ、55 接続チューブ、60 光源部、70 光検出部、80 光信号処理部、90 制御部、100、100a、100b マイクロ流体システム、220 カラーレジスト、221 フォトマスク 10 Microfluidic device, 11 Substrate, 12 Partition wall, 13 Top surface, 14 Floor, 20 Optical filter, 21 Light-shielding area, 22 First transmission area, 23 Second transmission area, 24 Third transmission area, 25 Fourth transmission area, 30 Microchannel, 31 Substance, 32 Inlet, 33 Outlet, 40 Liquid delivery section, 41 Centrifuge tube, 42 Pump, 43 Centrifuge tube, 44 Pump, 45 Connection tube, 50 Waste liquid section, 51 Centrifuge tube, 52 Pump, 55 Connection tube, 60 Light source section, 70 Light detection section, 80 Optical signal processing section, 90 Control section, 100, 100a, 100b Microfluidic system, 220 Color resist, 221 Photomask

Claims (6)

イクロ流体システムであって、
前記マイクロ流体システムは、少なくともマイクロ流路および光学フィルタを備えるマイクロ流体デバイスと、光強度を取得する光検出部と、前マイクロ流路に光信号を照射する光源部とを含み、
前記マイクロ流体デバイスは、前記光検出部と前記光源部との間であって、かつ前記光源部から照射される前記光信号の照射方向と前記マイクロ流路の送液方向が垂直になるように配置され、
前記光学フィルタは、前記マイクロ流体デバイス内にかつ前記マイクロ流路と前記光検出部の間に配置され、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される、
マイクロ流体システム。
1. A microfluidic system comprising:
The microfluidic system includes a microfluidic device including at least a microchannel and an optical filter , a light detection unit that acquires light intensity , and a light source unit that irradiates the microchannel with an optical signal;
the microfluidic device is disposed between the light detection unit and the light source unit such that an irradiation direction of the optical signal emitted from the light source unit is perpendicular to a liquid sending direction of the microchannel;
The optical filter is disposed in the microfluidic device between the microchannel and the light detection unit, and is composed of a plurality of light-transmitting regions and a light-shielding region.
Microfluidic systems.
請求項に記載のマイクロ流体システムであって、前記光学フィルタは、前記複数の光透過領域の内の1つ以上の光透過領域が特定の波長領域の光を透過させることができる、
マイクロ流体システム。
2. The microfluidic system of claim 1 , wherein the optical filter is configured such that one or more of the plurality of light-transmitting regions can transmit light in a specific wavelength range.
Microfluidic systems.
マイクロ流路および光学フィルタを備えるマイクロ流体デバイスに溶液を送液する第1工程と、A first step of delivering a solution to a microfluidic device including a microchannel and an optical filter;
前記マイクロ流路に光信号を照射し、前記マイクロ流路を透過した光信号の光強度の分布を時系列に取得する第2工程と、a second step of irradiating the microchannel with an optical signal and acquiring a time-series distribution of the optical intensity of the optical signal transmitted through the microchannel;
前記第2工程において取得された第1時刻の前記光強度の分布と第2時刻の前記光強度の分布との変化を示す時系列変化を算出し、前記光強度の分布の前記時系列変化から、前記マイクロ流路内の前記溶液の流速を算出する第3工程と、を含み、a third step of calculating a time series change indicating a change between the distribution of the light intensity at a first time and the distribution of the light intensity at a second time acquired in the second step, and calculating a flow velocity of the solution in the microchannel from the time series change of the distribution of the light intensity,
前記光学フィルタは、前記マイクロ流体デバイス内に配置される、流速測定方法。The method for measuring flow velocity, wherein the optical filter is disposed within the microfluidic device.
請求項3に記載の流速測定方法において、4. The flow velocity measuring method according to claim 3,
前記第2工程における前記光強度は、所定の時間間隔であるΔtごとに取得され、The light intensity in the second step is acquired at predetermined time intervals Δt;
t0を所定の時刻とした場合、前記マイクロ流路の所定の位置において、時刻t0+Δt・n(nは正の整数)における流速vnと時刻t0+Δt・(n-1)における流速vn-1を比較し、流速の増減を判断する第4工程と、をさらに含む流速測定方法。a fourth step of comparing a flow velocity vn at a time t0+Δt・n (n is a positive integer) with a flow velocity vn-1 at a time t0+Δt・(n-1) at a predetermined position in the microchannel, where t0 is a predetermined time, to determine whether the flow velocity has increased or decreased.
請求項4に記載の流速測定方法において、前記流速の増減から前記マイクロ流路の前記所定の位置においてつまりが発生したことを判断する第5工程と、をさらに含む流速測定方法。5. The flow velocity measuring method according to claim 4, further comprising a fifth step of determining whether a blockage has occurred at the predetermined position of the microchannel based on an increase or decrease in the flow velocity. 請求項3に記載の流速測定方法であって、4. The flow velocity measuring method according to claim 3,
前記第2工程において前記光強度は光検出部によって取得され、In the second step, the light intensity is acquired by a light detection unit;
前記第2工程において前記光信号を光源部から照射され、In the second step, the optical signal is irradiated from a light source unit,
前記マイクロ流体デバイスは、前記光検出部と前記光源部との間であって、かつ前記光源部から照射される前記光信号の照射方向と前記マイクロ流路の送液方向が垂直になるように配置され、the microfluidic device is disposed between the light detection unit and the light source unit such that an irradiation direction of the optical signal emitted from the light source unit is perpendicular to a liquid sending direction of the microchannel;
前記光学フィルタは、前記マイクロ流路と前記光検出部の間に配置され、複数の光透過領域と遮光領域によって構成される、The optical filter is disposed between the microchannel and the light detection unit, and is composed of a plurality of light transmitting regions and a light blocking region.
流速測定方法。Flow velocity measurement method.
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