JPWO2019092989A1 - マイクロ流体チップおよびマイクロ流体デバイス - Google Patents
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Abstract
マイクロ流体チップは、流路板と平板と環状シールを備える。流路板には、液体の流路となる凹部と、凹部に通ずる連通孔が形成されている。平板は、流路板に重ねられて凹部を閉塞して流路を画定する。平板には、凹部に通ずる連通貫通孔が形成されている。環状シールは、流路板と平板の少なくとも一方の外面に接触するよう配置されるか、その外面に形成されており、連通孔と連通貫通孔の少なくとも一方を囲む。環状シールは、エラストマーから形成されている。
Description
本発明は、マイクロ流体チップおよびマイクロ流体デバイスに関する。
マイクロ流体デバイスは、流体の分析または合成を行うために、液体が流れる微小な流路を有するデバイスである。一般にマイクロ流体デバイスの流路は、レイノルズ数が低く設定され、層流が流れるように設計されているため、流れの制御性および再現性が高い。また、微小空間で液体を扱うため、装置の小型化、使用する試薬の低減、および反応時間の短縮が可能である（非特許文献１）。これらの理由から、マイクロ流体デバイスは幅広い分野で応用、研究されている。
マイクロ流体デバイスを製造するには、その用途に合わせて流路を設計しなければならない。流路には、柱、隔壁、整流板、フィルター、光駆動ポンプなどの構造物を形成することもある。
多機能のマイクロ流体デバイスを二次元的な１つのチップで形成する場合には、チップの面積が大きくなる。また、それらの機能に適合するように、複雑な流路の設計が逐次必要となる上、ある用途のために設計されたマイクロ流体デバイスを他の用途に利用することは、あまりできない。
特許文献１には、異なる流路をそれぞれ有する複数の薄い基材を接着することによって製造されるバイオチップ基板が開示されている。しかし、この技術では、上記の課題のいずれも解決されない。
特許文献２には、異なる機能をそれぞれ有する複数のモジュールを準備し、用途に応じて、これらのモジュールのいくつかを選択して、二次元的に組み合わせて、マイクロ流体チップ装置を形成することが開示されている。この場合には、用途に応じて、様々なマイクロ流体チップ装置を形成することが可能である。
馬場嘉信監修、「ナノテク・バイオMEMS時代の分離・計測技術」、日本国、シーエムシー出版、２００６年２月
しかし、特許文献２に記載の技術では、マイクロ流体チップ装置の全体の面積が大きくなることは解決されない。また、特許文献２に記載の技術では、各モジュールの流路はチューブで形成され、異なるモジュールの流路を接続するためにコネクタが使用されている。このため、多数のチューブおよびコネクタが必要とされる。
そこで、本発明は、簡単な構成を有しており、様々な用途に応じて異なるマイクロ流体デバイスを簡単に形成することができ、形成されるマイクロ流体デバイスの面積を抑制することが可能なマイクロ流体チップ、および複数のマイクロ流体チップを有するマイクロ流体デバイスを提供する。
本発明のある態様に係るマイクロ流体チップは、液体の流路となる凹部と、前記凹部に通ずる連通孔が形成された流路板と、前記流路板に重ねられて前記凹部を閉塞して前記流路を画定するとともに、前記凹部に通ずる連通貫通孔が形成された平板と、前記流路板と前記平板の少なくとも一方の外面に接触するよう配置されるか、前記外面に形成され、前記連通孔と前記連通貫通孔の少なくとも一方を囲む、エラストマーから形成された環状シールとを備える。
この態様においては、流路板と平板とを組み合わせることにより、チューブを使用することなく、簡単にマイクロ流体チップの流路が形成される。そして、異なるタイプの流路をそれぞれ備える複数のマイクロ流体チップを積層して、１つのマイクロ流体チップの連通孔または連通貫通孔を、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの連通孔または連通貫通孔に重ねることにより、マイクロ流体デバイスを形成することが可能である。用途に応じて、積層されるマイクロ流体チップを変更することにより、用途に適合したマイクロ流体デバイスを簡単に形成することができる。形成されるマイクロ流体デバイスにおいて、各マイクロ流体チップは、異なるタイプの流路を有し、異なる機能を持つ。マイクロ流体デバイスにおいては、三次元に配置された複数の流路が設けられ、複数のマイクロ流体チップが同じ二次元領域に積層されるので、マイクロ流体デバイスの面積を抑制することが可能である。連通孔と連通貫通孔の少なくとも一方を囲む環状シールは、他のマイクロ流体チップと接触させられて圧縮され、マイクロ流体チップ間の流体の流れを許容し、かつ外部への流体の漏れを防止または低減する。したがって、複数のマイクロ流体チップの流路を接続するコネクタは不要である。
本発明のある態様に係るマイクロ流体デバイスは、異なるタイプの前記流路をそれぞれ備える上記の複数のマイクロ流体チップを備え、１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔が、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔に重なるように、前記複数のマイクロ流体チップが積層されている。ここで、「異なるタイプ」とは、流路を流れる液体の種類、流路の形状、位置および寸法、ならびに流路内に設けられる構造物の少なくともいずれかが異なることを意味する。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る複数の実施の形態を説明する。図面においては、部分の特徴を強調して示すことがあるため、縮尺は必ずしも正確ではない。
図１に示すように、この実施形態に係るマイクロ流体デバイス１は、重ね合わせられた複数の平板、具体的には、支持平板２、マイクロ流体チップ３，４，５、および保護平板６を備える積層体構造を有する。
マイクロ流体チップ３，４，５の各々も積層体構造を有する。具体的には、マイクロ流体チップ３は、平板７と、これも平板である流路板８を備える。マイクロ流体チップ４は、平板９と、これも平板である流路板１０を備える。マイクロ流体チップ５は、平板１１と、これも平板である流路板１２を備える。
支持平板２、平板７，９，１１、および保護平板６は、例えばアクリル樹脂またはガラスのような透明材料から形成されている。流路板８，１０，１２は、透明なエラストマー、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を主成分とするシリコーンゴムから形成されている。
支持平板２の四隅には、固定用貫通孔２ｈが形成されている。平板７，９，１１の各々の四隅には、固定用貫通孔７ｈ，９ｈまたは１１ｈが形成されている。流路板８，１０，１２の各々の四隅には、固定用貫通孔８ｈ，１０ｈまたは１２ｈが形成されている。保護平板６の四隅には、固定用貫通孔６ｈが形成されている。固定用貫通孔７ｈ，８ｈは、マイクロ流体チップ３の固定用貫通孔３ｈを構成する。固定用貫通孔９ｈ，１０ｈは、マイクロ流体チップ４の固定用貫通孔４ｈを構成する。固定用貫通孔１１ｈ，１２ｈは、マイクロ流体チップ５の固定用貫通孔５ｈを構成する。
図１に示すように、固定用貫通孔２ｈ，３ｈ，４ｈ，５ｈ，６ｈには、頭部１６ａを有するピン１６の胴部が挿入され、ピン１６の上部のオネジ部には、固定具としてのナット１８が取り付けられている。このようにして、支持平板２、マイクロ流体チップ３，４，５、および保護平板６が一体化されている。但し、固定具はナット１８に限定されず、他の固定具であってもよい。
この実施形態において、マイクロ流体チップ５は、ある種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ４は、その液体の通過と他の種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ３はこれらの液体の混合に使用される。例えば、マイクロ流体チップ５がサンプル液の供給に使用され、マイクロ流体チップ４がサンプル液の通過と試薬の供給に使用されてもよい。
図１および図２に示すように、保護平板６には、異なる種類の液体の導入口である貫通孔６Ａ，６Ｂが形成されている。貫通孔６Ａ，６Ｂには、それぞれ液体の注入装置１９Ａ，１９Ｂ（例えばピペット）から、液体が導入される。保護平板６は、軟らかいエラストマー製の流路板１２を保護するために設けられている。但し、保護平板６は、必ずしも必須ではない。図１および図２において、液体の流れを矢印Ｆで示す。
図１から図３に示すように、マイクロ流体チップ５の流路板１２には、液体の流路１２Ｐとなる凹部１２Ｑと、凹部１２Ｑの一端に通ずる連通孔１２Ａが形成されている。連通孔１２Ａは、保護平板６の貫通孔６Ａと重なる。また、流路板１２には、貫通孔１２Ｂが形成されている。貫通孔１２Ｂは、保護平板６の貫通孔６Ｂと重なる。
マイクロ流体チップ５の平板１１は、流路板１２に重ねられて凹部１２Ｑを閉塞して流路１２Ｐを画定する。平板１１には、凹部１２Ｑの他端に通ずる連通貫通孔１１Ａと、流路板１２の貫通孔１２Ｂに重なる貫通孔１１Ｂが形成されている。
図１、図２、図４および図５に示すように、マイクロ流体チップ４の流路板１０には、液体の流路１０Ｐとなる凹部１０Ｑと、凹部１０Ｑの一端に通ずる連通孔１０Ｂが形成されている。連通孔１０Ｂは、保護平板６の貫通孔６Ｂ、流路板１２の貫通孔１２Ｂおよび平板１１の貫通孔１１Ｂと重なる。また、流路板１０には、貫通孔１０Ａが形成されている。貫通孔１０Ａは、平板１１の連通貫通孔１１Ａと重なる。
マイクロ流体チップ４の平板９は、流路板１０に重ねられて凹部１０Ｑを閉塞して流路１０Ｐを画定する。平板９には、凹部１０Ｑの他端に通ずる連通貫通孔９Ｂと、流路板１０の貫通孔１０Ａに重なる貫通孔９Ａが形成されている。
図１、図２、図６および図７に示すように、マイクロ流体チップ３の流路板８には、液体の流路８Ｐとなる凹部８Ｑと、凹部８Ｑの一端に通ずる連通孔８Ａ，８Ｂが形成されている。連通孔８Ａは、平板１１の連通貫通孔１１Ａ、流路板１０の貫通孔１０Ａ、および平板９の貫通孔９Ａと重なる。連通孔８Ｂは、平板９の連通貫通孔９Ｂと重なる。
マイクロ流体チップ３の平板７は、流路板８に重ねられて凹部８Ｑを閉塞して流路８Ｐを画定する。平板７には、凹部８Ｑの他端に通ずる連通貫通孔７Ｃが形成されている。
支持平板２には、平板７の連通貫通孔７Ｃに重なる貫通孔２Ｃが形成されている。連通貫通孔７Ｃおよび貫通孔２Ｃは、マイクロ流体デバイス１における液体の導出口である。貫通孔２Ｃには、例えば、それぞれ液体の吸引装置２０Ｃ（例えば、図示しない吸引ポンプに接続されたチューブ）が接続される。但し、支持平板２は、必ずしも必須ではない。
上記の構成において、注入装置１９Ａから供給される液体は、貫通孔６Ａ、連通孔１２Ａ、流路１２Ｐ、連通貫通孔１１Ａ、貫通孔９Ａ、連通孔８Ａを通って、流路８Ｐに流入する。注入装置１９Ｂから供給される液体は、貫通孔６Ｂ、貫通孔１２Ｂ、貫通孔１１Ｂ、連通孔１０Ｂ、流路１０Ｐ、連通貫通孔９Ｂ、連通孔８Ｂを通って、流路８Ｐに流入する。
流路８Ｐで合流したこれらの２種類の液体は、流路８Ｐで混合されて、そこで起こる反応状態が観察される。この実施形態では、流路８Ｐの上方の流路板８，１０，１２、平板９，１１、および保護平板６は透明材料から形成されている。また、図２に示すように、流路８Ｐは、流路１０Ｐ，１２Ｐと平面視して異なる位置に配置されている。したがって、流路８Ｐ内の液体の反応状態を上方から目視または光学機器で観察することが容易である。また、流路８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐは、平面視して互いに異なる位置に配置されているので、いずれの流路８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐについても、液体の流れを上方から目視または光学機器で観察することが容易である。
図１、図４および図５に示すように、マイクロ流体チップ４の流路板１０の上面には、貫通孔１０Ａおよび連通孔１０Ｂをそれぞれ囲むエラストマーから形成された環状シール１４Ａ，１４Ｂが固定されている。流路板１０の上面、すなわちマイクロ流体チップ５の平板１１に接触する面に、環状シール１４Ａ，１４Ｂが配置されており、環状シール１４Ａ，１４Ｂが流路板１０と平板１１の間で圧縮されて弾性変形することによって、マイクロ流体チップ４，５の間の液体の漏れが防止または低減される。すなわち、連通貫通孔１１Ａから貫通孔１０Ａに流れる液体は、環状シール１４Ａに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減され、連通貫通孔１１Ｂから連通孔１０Ｂに流れる液体は、環状シール１４Ｂに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減される。
環状シール１４Ａ，１４Ｂの材料であるエラストマーは、例えばシリコーンゴムであってよい。この実施形態では、環状シール１４Ａ，１４Ｂは、流路板１０と一体に形成されている。
図１、図６および図７に示すように、マイクロ流体チップ３の流路板８の上面には、連通孔８Ａ，８Ｂをそれぞれ囲むエラストマーから形成された環状シール１３Ａ，１３Ｂが固定されている。流路板８の上面、すなわちマイクロ流体チップ４の平板９に接触する面に、環状シール１３Ａ，１３Ｂが配置されており、環状シール１３Ａ，１３Ｂが流路板８と平板９の間で圧縮されて弾性変形することによって、マイクロ流体チップ３，４の間の液体の漏れが防止または低減される。すなわち、貫通孔９Ａから連通孔８Ａに流れる液体は、環状シール１３Ａに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減され、連通貫通孔９Ｂから連通孔８Ｂに流れる液体は、環状シール１３Ｂに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減される。
環状シール１３Ａ，１３Ｂの材料であるエラストマーは、例えばシリコーンゴムであってよい。この実施形態では、環状シール１３Ａ，１３Ｂは、流路板８と一体に形成されている。
この実施形態においては、液体の流路８Ｐとなる凹部８Ｑと、凹部８Ｑに通ずる連通孔８Ａ，８Ｂが形成された流路板８と、凹部８Ｑに通ずる連通貫通孔７Ｃが形成された平板７とを組み合わせることにより、チューブを使用することなく、簡単にマイクロ流体チップ３の流路８Ｐが形成される。また、液体の流路１０Ｐとなる凹部１０Ｑと、凹部１０Ｑに通ずる連通孔１０Ｂが形成された流路板１０と、凹部１０Ｑに通ずる連通貫通孔９Ｂが形成された平板９とを組み合わせることにより、チューブを使用することなく、簡単にマイクロ流体チップ４の流路１０Ｐが形成される。さらに、液体の流路１２Ｐとなる凹部１２Ｑと、凹部１２Ｑに通ずる連通孔１２Ａが形成された流路板１２と、凹部１２Ｑに通ずる連通貫通孔１１Ａが形成された平板１１とを組み合わせることにより、チューブを使用することなく、簡単にマイクロ流体チップ５の流路１２Ｐが形成される。
この実施形態においては、異なるタイプの流路をそれぞれ備える複数のマイクロ流体チップ３，４，５を積層して、１つのマイクロ流体チップの連通孔または連通貫通孔を、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの連通孔または連通貫通孔に重ねることにより、マイクロ流体デバイス１を形成することが可能である。ここで、「異なるタイプ」とは、流路を流れる液体の種類、流路の形状、位置および寸法、ならびに流路内に設けられる構造物の少なくともいずれかが異なることを意味する。
用途に応じて、積層されるマイクロ流体チップを変更することにより、用途に適合したマイクロ流体デバイスを簡単に形成することができる。例えば、上記の例では、マイクロ流体チップ５は、ある種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ４は、その液体の通過と他の種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ３はこれらの液体の混合に使用される。しかし、例えば、２種類の液体を注入するための１つのマイクロ流体チップ、これらの液体を混合するための１つのマクロ流体チップ、これらの液体から必要な成分を分離するための１つのマイクロ流体チップ、および分離された成分を分析するための１つのマイクロ流体チップを備えるマイクロ流体デバイスを形成してもよい。この場合、液体の混合用のマイクロ流体チップ３を、これらの２つの例で共用することが可能である。
したがって、液体を利用するプロセスの種類の変更、プロセスの順番の変更、およびプロセスの数の変更があったとしても、プロセスに適したマイクロ流体チップを選択することによって、用途に応じた適切なマイクロ流体デバイスを形成することができる。
形成されるマイクロ流体デバイスにおいて、各マイクロ流体チップ３，４，５は、異なるタイプの流路８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐを有し、異なる機能を持つ。形成されるマイクロ流体デバイスにおいては、三次元に配置された複数の流路８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐが設けられ、これらのマイクロ流体チップが同じ二次元領域に積層されるので、マイクロ流体デバイス１の面積を抑制することが可能である。
この実施形態では、マイクロ流体デバイス１は、重ね合わせられた複数の板を備える積層体構造を有する。この構造において、エラストマー製の部品が液体の経路から漏れることを低減または防止する。具体的には、マイクロ流体チップ３において、流路板８は軟らかいエラストマーから形成されている。このため、流路８Ｐとなる凹部８Ｑを形成するのが容易であるだけでなく、流路板８と平板７を重ねて圧縮すると、平板７に流路板８が密着し、これらの間の液体の漏れが防止または低減される。マイクロ流体チップ４において、流路板１０は軟らかいエラストマーから形成されている。このため、流路１０Ｐとなる凹部１０Ｑを形成するのが容易であるだけでなく、流路板１０と平板９を重ねて圧縮すると、平板９に流路板１０が密着し、これらの間の液体の漏れが防止または低減される。マイクロ流体チップ５において、流路板１２は軟らかいエラストマーから形成されている。このため、流路１２Ｐとなる凹部１２Ｑを形成するのが容易であるだけでなく、流路板１２と平板１１を重ねて圧縮すると、平板１１に流路板１２が密着し、これらの間の液体の漏れが防止または低減される。また、流路板１２と保護平板６を重ねて圧縮すると、保護平板６に流路板１２が密着し、これらの間の液体の漏れが防止または低減される。
マイクロ流体チップ３の流路板８に設けられた環状シール１３Ａ，１３Ｂは、他のマイクロ流体チップ４の平板９と接触させられて圧縮され、マイクロ流体チップ３，４間の流体の流れを許容し、かつ外部への流体の漏れを防止または低減する。マイクロ流体チップ４の流路板１０に設けられた環状シール１４Ａ，１４Ｂは、他のマイクロ流体チップ５の平板１１と接触させられて圧縮され、マイクロ流体チップ４，５間の流体の流れを許容し、かつ外部への流体の漏れを防止または低減する。したがって、複数のマイクロ流体チップの流路を接続するコネクタは不要である。
この実施形態では、環状シール１３Ａ，１３Ｂは、流路板８と一体にエラストマーから形成されており、環状シール１４Ａ，１４Ｂは、流路板１０と一体にエラストマーから形成されている。したがって、マイクロ流体チップ３，４の取り扱いが容易であり、マイクロ流体デバイス１の形成も容易である。
この実施形態では、各板２，６，７，８，９，１０，１１，１２には、固定用貫通孔２ｈ，６ｈ，７ｈ，８ｈ，９ｈ，１０ｈ，１１ｈ，１２ｈが形成されている。複数のマイクロ流体チップ３，４，５からマイクロ流体デバイス１を形成するとき、複数のピン１６を固定用貫通孔２ｈ，６ｈ，７ｈ，８ｈ，９ｈ，１０ｈ，１１ｈ，１２ｈに挿入することによって、複数のマイクロ流体チップ３，４，５を容易に位置決めすることができ、固定具、例えばナット１８によって、これらのマイクロ流体チップ３，４，５を容易に一体化することができる。
上記の通り、積層体構造において、エラストマー製の部品が液体の経路から漏れることを低減または防止する。ピン１６に取り付けられた固定具、例えばナット１８は、これらのエラストマー製の部品を圧縮して弾性変形させ、それらの封止性能を高める。但し、必要に応じて、接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、板と板とを接合してもよい。
次に、この実施形態に係るマイクロ流体デバイス１の製造方法を説明する。以下の製造方法は例示であって、他の方法でマイクロ流体デバイス１を製造してもよい。
まず、マイクロ流体チップ４の流路板１０を製造するためのモールドの製造方法を説明する。類似の手順で流路板８，１２および他の流路板を製造することができる。
図８に示すように、Ｐ型シリコンウェハ２０（結晶方位100）上に、エポキシ樹脂溶液２１を滴下して、スピンコートによって均一化した。エポキシ樹脂溶液２１としては、日本化薬株式会社製のネガ型フォトレジスト（商品名「SU8 3050」）を使用した。スピンコートは、回転数2000rpmで30秒間行った。
この後、エポキシ樹脂溶液２１の溶媒を乾燥させるため、図９に示すように、ヒータ２４を用いて、温度95℃で25分間、プリベイクを行い、乾燥したエポキシ樹脂層２２を形成した。この後、図１０に示すように、マスク２６をエポキシ樹脂層２２に載せて、水銀ランプを用いて紫外線を照射し、エポキシ樹脂層２２の所望の部分を硬化させた。マスク２６は、流路板１０の凹部１０Ｑに対応する部分をモールドに形成するために使用され、凹部１０Ｑと同じ大きさおよび同じ形状を有する。
この後、エポキシ樹脂の重合反応を完了させるために、図１１に示すように、ヒータ２４を用いて、温度95℃で5分間、ベイクを行った。この後、マスク２６に接触して硬化しなかった部分を現像液（商品名「SU8 developer」）を用いて除去し、図１２に示すように、凹部１０Ｑに対応する残存樹脂突起２２ａを形成した。そして、イソプロピルアルコールを用いて、シリコンウェハ２０を洗浄し、シリコンウェハ２０と残存樹脂突起２２ａを有するモールド２８が完成した。
次に、図１３に示すように、このモールド２８に、ピン２９ａ，２９ｂ，２９ｈを接合した。ピン２９ａ，２９ｂは、それぞれ流路板１０の貫通孔１０Ａおよび連通孔１０Ｂに対応する。ピン２９ｈは、それぞれ流路板１０の固定用貫通孔１０ｈに対応する。
また、凹部３２Ａ，３２Ｂを有する他のモールド３０を準備した。凹部３２Ａ，３２Ｂは、それぞれ環状シール１４Ａ，１４Ｂに対応する。これらのモールド２８，３０を、ユニマテック株式会社製の離型剤（商品名「NOX FREE F-350」）に１分間浸漬し、十分乾燥させた。次に、モールド２８，３０内の空間に、東レ・ダウコーニング株式会社製のシリコーンゴム（商品名「SILPOT 184」）を注入し、温度100℃で０．５時間放置して、シリコーンゴムを硬化させた。この後、モールド２８，３０から硬化させたシリコーンゴムを剥がすことによって、モールド２８，３０の形状が転写されたシリコーンゴム製の流路板１０を得た。但し、貫通孔１０Ａ、連通孔１０Ｂ、および固定用貫通孔１０ｈは、流路板１０の成形後に形成してもよい。
さらに、図１４に示すように、貫通孔９Ａ，９Ｂおよび固定用貫通孔９ｈが形成されたガラス製の平板９と流路板１０を接合した。但し、平板９と流路板１０の接合は必ずしも必須ではない。これらを接合しない方が、ピン１６からマイクロ流体チップ４を取り外した場合、流路１０Ｐの清掃、洗浄または乾燥が容易なため好ましいかもしれない。
このようにして、マイクロ流体チップ３，４，５を準備し、支持平板２、マイクロ流体チップ３，４，５および保護平板６を積層した。次に、複数のピン１６を固定用貫通孔２ｈ，６ｈ，７ｈ，８ｈ，９ｈ，１０ｈ，１１ｈ，１２ｈに挿入して、これらの板の位置を揃えた。さらに、ナット１８によって、これらの板を固定するとともに、流路板８，１０，１２ならびに環状シール１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂを適度に圧縮して、流体の経路を封止した。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
例えば、上記の実施形態では、環状シール１３Ａ，１３Ｂは流路板８に一体形成され、環状シール１４Ａ，１４Ｂは流路板１０に一体形成されている。しかし、環状シールは流路板に接着剤、化学的反応、または熱的反応によって接合されてもよい。
また、環状シールは流路板と分離可能であってもよい。図１５は、流路板４０から分離可能な環状シール４２を示す。この環状シール４２は、流路板４０の上面に接触するよう配置され、流路板４０の孔４４を囲む。環状シール４２は、他のマイクロ流体チップの下面と流路板４０の上面との間に配置されて、これらで圧縮されて弾性変形し、外部への流体の漏れを防止または低減する。例えば、Ｏリング、Ｄリングなどの環状シールを環状シール４２として利用することができる。図１６に示すように、流路板４０の上面に環状シール４２の座部となる凹部４０Ａを形成してもよい。
環状シールが流路板と分離可能である場合には、流路板はエラストマーで形成する必要はなく、例えば、ガラスまたは透明樹脂から形成してもよい。
上記の実施形態では、マイクロ流体チップにおいて、流路板が上方に配置され、平板が下方に配置されているが、この配置は逆でもよい。
上記の実施形態では、マイクロ流体チップの流路板に環状シールが設けられている。これに代えてあるいはこれに加えて、マイクロ流体チップの平板に環状シールを設けてもよい。また、上記の実施形態では、マイクロ流体チップの流路にとって液体の導入口側の板に環状シールが設けられている。これに代えてあるいはこれに加えて、液体の導出口側の板に環状シールを設けてもよい。図１７は、マイクロ流体チップの上下の面にそれぞれ環状シールが配置された変形例のマイクロ流体デバイス５０を示す。このマイクロ流体デバイス５０は、マイクロ流体チップ５１，５２を備え、マイクロ流体チップ５１は流路板５３と平板５４を備え、マイクロ流体チップ５２は流路板５５と平板５６を備える。平板５４の下面には環状シール５７が配置され、流路板５３の上面には環状シール５８が配置され、平板５６の下面には環状シール５９が配置され、流路板５５の上面には環状シール６０が配置されている。環状シール５８，５９は互いに接触しており、マイクロ流体チップ５１の流路板５３とマイクロ流体チップ５２の平板５６で圧縮されて、弾性変形し、外部への流体の漏れを防止または低減する。流路板５３，５５と平板５４，５６には、環状シールの座部となる凹部を形成してもよい。
上記の実施形態では、マイクロ流体チップ５の流路板１２と保護平板６との間に、環状シールが配置されていないが、環状シールを配置してもよい。上記の実施形態では、支持平板２とマイクロ流体チップ３の平板７との間に、環状シールが配置されていないが、環状シールを配置してもよい。
上記の通り、各環状シールは板の間で圧縮されて高さ方向に縮小させられるが、環状シールの上の板ひいては流体チップが水平に配置できないことが起こりうる。例えば、同じ層の環状シールが１つまたは２つの場合、または同じ層の環状シールの間隔が小さい場合に、このような懸念がありうる。そこで、必要に応じて、環状シールと同じ層に、好ましくは３つ以上のスペーサーを配置してもよい。これらのスペーサーは、互いに同じ高さを有し、この高さは、環状シールの非圧縮時の高さよりも小さい（環状シールの圧縮時の望ましい高さと同等である）。図１８は、スペーサー６２が設けられたマイクロ流体デバイス１の例を示す。この例では、流路板８と平板９の間の層に複数のスペーサー６２が配置され、流路板１０と平板１１の間にも複数のスペーサー６２が配置されている。この例では、スペーサー６２は、ピン１６の周囲に配置されるリングであり、同じ層に４つ設けられる。但し、スペーサーは、リングの形状を有していなくてもよいし、互いに十分な間隔をおいて配置されていればよく、ピン１６の周囲に配置されなくてもよい。
本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。
条項１．液体の流路となる凹部と、前記凹部に通ずる連通孔が形成された流路板と、
前記流路板に重ねられて前記凹部を閉塞して前記流路を画定するとともに、前記凹部に通ずる連通貫通孔が形成された平板と、
前記流路板と前記平板の少なくとも一方の外面に接触するよう配置されるか、前記外面に形成され、前記連通孔と前記連通貫通孔の少なくとも一方を囲む、エラストマーから形成された環状シールとを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
前記流路板に重ねられて前記凹部を閉塞して前記流路を画定するとともに、前記凹部に通ずる連通貫通孔が形成された平板と、
前記流路板と前記平板の少なくとも一方の外面に接触するよう配置されるか、前記外面に形成され、前記連通孔と前記連通貫通孔の少なくとも一方を囲む、エラストマーから形成された環状シールとを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
条項２．前記流路板と前記平板の少なくとも一方は、前記環状シールと一体にエラストマーから形成されている
ことを特徴とする条項１に記載のマイクロ流体チップ。
ことを特徴とする条項１に記載のマイクロ流体チップ。
この場合には、環状シールが流路板と平板の少なくとも一方に一体化されているので、マイクロ流体チップの取り扱いが容易であり、マイクロ流体デバイスの形成も容易である。
条項３．前記流路板には、複数の固定用貫通孔が形成され、
前記平板には、前記流路板の前記複数の固定用貫通孔にそれぞれ重なる複数の固定用貫通孔が形成されている
ことを特徴とする条項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
前記平板には、前記流路板の前記複数の固定用貫通孔にそれぞれ重なる複数の固定用貫通孔が形成されている
ことを特徴とする条項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
この場合には、複数のマイクロ流体チップからマイクロ流体デバイスを形成するとき、複数のピンを流路板と平板の固定用貫通孔に挿入することによって、複数のマイクロ流体チップを容易に位置決めすることができ、固定具によって、これらのマイクロ流体チップを容易に一体化することができる。
条項４．前記流路板と前記平板の少なくとも一方は、透明である
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
ことを特徴とする条項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
この場合には、流路内の液体の状態を目視または光学機器で観察することが容易である。
条項５．異なるタイプの前記流路をそれぞれ備える条項１から４のいずれかに記載の複数のマイクロ流体チップを備え、
１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔が、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔に重なるように、前記複数のマイクロ流体チップが積層されている
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔が、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔に重なるように、前記複数のマイクロ流体チップが積層されている
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
条項６．前記複数のマイクロ流体チップの前記流路が平面視して互いに異なる位置に配置されている
ことを特徴とする条項５に記載のマイクロ流体デバイス。
ことを特徴とする条項５に記載のマイクロ流体デバイス。
この場合には、複数の流路内の液体の状態を目視または光学機器で観察することが容易である。
１，５０ マイクロ流体デバイス
２ 支持平板
２Ｃ 貫通孔
３，４，５，５１，５２ マイクロ流体チップ
６ 保護平板
６Ａ，６Ｂ 貫通孔
７，９，１１，５４，５６ 平板
８，１０，１２，４０，５３，５５ 流路板
２ｈ，３ｈ，４ｈ，５ｈ，６ｈ，７ｈ，８ｈ，９ｈ，１０ｈ，１１ｈ，１２ｈ 固定用貫通孔
１６ ピン
１８ ナット１８（固定具）
８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐ 流路
８Ｑ，１０Ｑ，１２Ｑ 凹部
７Ｃ，９Ｂ，１１Ａ 連通貫通孔
８Ａ，８Ｂ，１０Ｂ，１２Ａ 連通孔
９Ａ，１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｂ 貫通孔
１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，４２，５７，５８，５９，６０ 環状シール
２ 支持平板
２Ｃ 貫通孔
３，４，５，５１，５２ マイクロ流体チップ
６ 保護平板
６Ａ，６Ｂ 貫通孔
７，９，１１，５４，５６ 平板
８，１０，１２，４０，５３，５５ 流路板
２ｈ，３ｈ，４ｈ，５ｈ，６ｈ，７ｈ，８ｈ，９ｈ，１０ｈ，１１ｈ，１２ｈ 固定用貫通孔
１６ ピン
１８ ナット１８（固定具）
８Ｐ，１０Ｐ，１２Ｐ 流路
８Ｑ，１０Ｑ，１２Ｑ 凹部
７Ｃ，９Ｂ，１１Ａ 連通貫通孔
８Ａ，８Ｂ，１０Ｂ，１２Ａ 連通孔
９Ａ，１０Ａ，１１Ｂ，１２Ｂ 貫通孔
１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，４２，５７，５８，５９，６０ 環状シール
支持平板２には、平板７の連通貫通孔７Ｃに重なる貫通孔２Ｃが形成されている。連通貫通孔７Ｃおよび貫通孔２Ｃは、マイクロ流体デバイス１における液体の導出口である。貫通孔２Ｃには、例えば、液体の吸引装置２０Ｃ（例えば、図示しない吸引ポンプに接続されたチューブ）が接続される。但し、支持平板２は、必ずしも必須ではない。
図１、図４および図５に示すように、マイクロ流体チップ４の流路板１０の上面には、貫通孔１０Ａおよび連通孔１０Ｂをそれぞれ囲むエラストマーから形成された環状シール１４Ａ，１４Ｂが固定されている。流路板１０の上面、すなわちマイクロ流体チップ５の平板１１に対向する面に、環状シール１４Ａ，１４Ｂが配置されており、環状シール１４Ａ，１４Ｂが流路板１０と平板１１の間で圧縮されて弾性変形することによって、マイクロ流体チップ４，５の間の液体の漏れが防止または低減される。すなわち、連通貫通孔１１Ａから貫通孔１０Ａに流れる液体は、環状シール１４Ａに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減され、連通貫通孔１１Ｂから連通孔１０Ｂに流れる液体は、環状シール１４Ｂに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減される。
図１、図６および図７に示すように、マイクロ流体チップ３の流路板８の上面には、連通孔８Ａ，８Ｂをそれぞれ囲むエラストマーから形成された環状シール１３Ａ，１３Ｂが固定されている。流路板８の上面、すなわちマイクロ流体チップ４の平板９に対向する面に、環状シール１３Ａ，１３Ｂが配置されており、環状シール１３Ａ，１３Ｂが流路板８と平板９の間で圧縮されて弾性変形することによって、マイクロ流体チップ３，４の間の液体の漏れが防止または低減される。すなわち、貫通孔９Ａから連通孔８Ａに流れる液体は、環状シール１３Ａに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減され、連通貫通孔９Ｂから連通孔８Ｂに流れる液体は、環状シール１３Ｂに包囲されて、外部へ漏れ出ることが防止または低減される。
用途に応じて、積層されるマイクロ流体チップを変更することにより、用途に適合したマイクロ流体デバイスを簡単に形成することができる。例えば、上記の例では、マイクロ流体チップ５は、ある種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ４は、その液体の通過と他の種類の液体の供給に使用され、マイクロ流体チップ３はこれらの液体の混合に使用される。しかし、例えば、２種類の液体を注入するための１つのマイクロ流体チップ、これらの液体を混合するための１つのマイクロ流体チップ、これらの液体から必要な成分を分離するための１つのマイクロ流体チップ、および分離された成分を分析するための１つのマイクロ流体チップを備えるマイクロ流体デバイスを形成してもよい。この場合、液体の混合用のマイクロ流体チップ３を、これらの２つの例で共用することが可能である。
Claims (4)
- 液体の流路となる凹部と、前記凹部に通ずる連通孔が形成された流路板と、
前記流路板に重ねられて前記凹部を閉塞して前記流路を画定するとともに、前記凹部に通ずる連通貫通孔が形成された平板と、
前記流路板と前記平板の少なくとも一方の外面に接触するよう配置されるか、前記外面に形成され、前記連通孔と前記連通貫通孔の少なくとも一方を囲む、エラストマーから形成された環状シールとを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。 - 前記流路板と前記平板の少なくとも一方は、前記環状シールと一体にエラストマーから形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。 - 前記流路板には、複数の固定用貫通孔が形成され、
前記平板には、前記流路板の前記複数の固定用貫通孔にそれぞれ重なる複数の固定用貫通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ流体チップ。 - 異なるタイプの前記流路をそれぞれ備える請求項１から３のいずれかに記載の複数のマイクロ流体チップを備え、
１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔が、近接する他の１つの前記マイクロ流体チップの前記連通孔または前記連通貫通孔に重なるように、前記複数のマイクロ流体チップが積層されている
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
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