WO2006085443A1 - 流体チップ、それを用いた流体移動制御方法、および化学反応装置 - Google Patents

流体チップ、それを用いた流体移動制御方法、および化学反応装置 Download PDF

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WO2006085443A1
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magnetic
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Yukari Hataoka
Tetsuo Yukimasa
Hiroaki Oka
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • Fluid chip Fluid chip, fluid movement control method using the same, and chemical reaction device
  • the present invention relates to a fluid chip that has magnetic particles and is suitably used for performing a chemical reaction in a minute region, a fluid movement control method using the fluid chip, and a chemical reaction device.
  • microtuses that cause biochemistry or chemical reaction in a fine region on a substrate.
  • This type of fluid chip is expected to be useful for health checkup chips that require rapidness because it is expected to shorten reaction time and increase reaction efficiency by utilizing the small amount of liquid handled. Has been.
  • a reaction chamber In a fluid chip, a reaction chamber, a sample to be analyzed, a chamber for containing a reaction solution, and a microchannel (diameter of about 1 to 1000 m) that connects these are integrated in a fine region on a substrate Microchannel it is necessary to control to a force transport of the sample or reaction of trace amounts (10 one about 3 to 1000 L) at medium.
  • the microchannel may be simply referred to as a flow path.
  • Patent Document 1 discloses that a magnetic fluid is used. A method for switching a path is disclosed. Specifically, Patent Document 1 discloses a flow channel switching method characterized by introducing a magnetic fluid into a capillary flow channel and switching the flow channel through which a controlled fluid flows by changing a magnetic field acting on the magnetic fluid. Is described.
  • Patent Document 2 A similar method for moving a liquid using a magnetic fluid is also disclosed in Patent Document 2.
  • valves in a fluid chip using valves increases as the number of valves increases. As the number of valves increases, it becomes difficult to control them efficiently. In addition, if the number of valves equal to or more than the number of flow paths is installed, it is difficult to reduce the size of the fluid chip. In addition, in general, in a fluid chip, since a detailed flow path design is required, it is difficult to change the layout of the flow path once designed. If you want to make any changes to the flow path layout, you must try to fundamentally modify the flow path design.
  • this type of conventional technology has problems that it is difficult to control the valve and finely process the valve itself, and the degree of freedom in the layout of the flow path is low.
  • the magnetic fluid can close the flow path.
  • the magnetic fluid is a liquid
  • the only way to remove the magnetic fluid functioning as a plug from the flow path is to move the magnetic fluid with a magnet to a location that does not impede the flow of the liquid to be handled. .
  • the magnetic fluid moves, it affects the surrounding liquid and moves with the magnetic fluid.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-77258
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-14772
  • An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems and provide a fluid chip having a valve that can be opened and closed, a fluid movement control method using the fluid chip, and a chemical reaction device.
  • a first aspect of the present invention includes a liquid support that supports a liquid, a flow path in which the liquid moves surrounded by the liquid support, and a plurality of magnetic elements disposed in the flow path.
  • a closed state in which the flow path is blocked by aggregating the magnetic particles by causing the first magnetic force to act on the magnetic particles and blocking the flow of the liquid, and from the first magnetic force.
  • a second aspect of the present invention is a method for controlling movement of a liquid in a fluid chip, wherein the fluid chip is surrounded by a liquid support that supports the liquid, and the liquid support. And a plurality of magnetic particles disposed in the flow path, and the method applies a first magnetic force to the plurality of magnetic particles, thereby A step of aggregating the plurality of magnetic particles to block the flow path and blocking the flow of the liquid; and a second magnetic force that is weaker than the first magnetic force acts on the plurality of magnetic particles from the magnet.
  • the agglomeration of the plurality of magnetic particles by the action and the second magnetic force Provided is a method capable of reversibly switching between the dispersion of the plurality of magnetic particles by acting.
  • the third aspect of the present invention includes a flow path, a chamber, and a plurality of magnetic particles arranged in the flow path.
  • a fluid chip for introducing a liquid to perform a chemical reaction in the chamber or the flow path, and applying a first magnetic force to the plurality of magnetic particles to aggregate the plurality of magnetic particles to cause the flow.
  • Road A closed state in which the flow of the liquid is blocked, and a second magnetic force that is weaker than the first magnetic force is applied to the plurality of magnetic particles to cause the plurality of magnetic particles to flow onto the wall surface of the flow path.
  • a magnetic field generator capable of controlling the magnetic field generated in the fluid chip so as to reversibly switch to an open state in which the liquid flows.
  • a chemical reaction apparatus is provided.
  • a valve is formed by magnetically joining magnetic particles at an arbitrary location in the flow path, and the valve is opened and closed by a change in the magnetic field to affect the liquid flow. It is possible to control the movement of the liquid.
  • the magnetic particle valve can be formed at any location without affecting the liquid flow, the flow path layout is highly flexible.
  • FIG. 1A is a schematic diagram (valve closed state) for explaining the principle of a valve opening / closing method using magnetic particles in the present invention.
  • FIG. 1B is a schematic view (valve open state) for explaining the principle of a valve opening / closing method using magnetic particles in the present invention.
  • FIG. 2A is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1A.
  • FIG. 2B is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1B.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a chemical reaction apparatus for forming a valve by assembling magnetic particles in the present invention.
  • FIG. 4A is an enlarged view of a portion 45 in FIG. 3 (the magnetic particles are in an aggregated state).
  • FIG. 4B Enlarged view of portion 45 in FIG. 3 (magnetic particles are moving).
  • FIG. 4C is an enlarged view of a portion 45 in FIG. 2 (the magnetic particles are in an aggregated state).
  • FIG. 5A Schematic partial plan view showing an alternative to a magnetic field generator using an electromagnet (valve closed state)
  • FIG. 5B is a side view of FIG. 5A.
  • FIG. 5C Schematic partial plan view showing an alternative to a magnetic field generator using an electromagnet (valve opened state)
  • FIG. 6 is a plan view showing the chemical reaction apparatus of Example 1.
  • FIG. 7A is a photograph showing the chemical reaction apparatus of Example 1 (valve closed state).
  • FIG. 7B is a photograph showing the chemical reaction apparatus of Example 1 (the dye solution is introduced and the liquid is pressurized while the valve is closed).
  • FIG. 7C is a photograph showing the chemical reaction apparatus of Example 1 (pressurizing liquid while valve is open).
  • FIG. 7D is a photograph showing the chemical reaction apparatus of Example 1 (movement of magnetic particles).
  • FIG. 8A is a partially enlarged photograph of FIG. 7A.
  • FIG. 8B is a partially enlarged photograph of FIG. 7B.
  • FIG. 8C is a partially enlarged photograph of FIG. 7C.
  • FIG. 8D A partially enlarged photograph of FIG. 7D.
  • FIG. 9 is a schematic plan view showing a chemical reaction apparatus of Example 2.
  • FIG. 10 is a diagram showing channel switching using a conventional magnetic fluid.
  • a plate-like fluid chip shown in FIGS. 1A to 2B includes a liquid support 25 that supports a liquid, a microchannel or flow path 22 that is surrounded by the liquid support 25 and moves the liquid 24, and the flow path. And a plurality of magnetic particles 21 arranged in 22.
  • a valve is configured using magnetic particles, and the valve is opened and closed.
  • the permanent magnet 23 is brought close to the portion of the flow path 22 where the magnetic particles 21 are arranged, and is relatively strong against the magnetic particles 21.
  • first magnetic force By applying a magnetic force (first magnetic force), the magnetic particles 21 are aggregated in the flow path 22 to close the flow path 22 and block the flow of the liquid 24 (valve closed state).
  • second magnetic force On the other hand, when it is desired to open the flow path 22, as shown in FIGS. 1B and 2B, the permanent magnet 23 is shifted away from the flow path 22 and moved away from the magnetic particle 21 (second magnetic force).
  • the magnetic particles 21 are aggregated in a state of being dispersed on a part of the wall surface of the flow path 22, and the aggregation of the aggregated magnetic particles 21 is released (valve open state).
  • the flow path 22 is opened, and the liquid 24 can flow in the flow path 22.
  • the valve can be opened and closed by controlling the position of the permanent magnet 23 relative to the magnetic particle 21, that is, the strength of the magnetic force acting on the magnetic particle 21 from the permanent magnet 23.
  • This opening / closing hardly affects the flow of the liquid 24 in the flow path 22.
  • the aggregation (closed state) and dispersion (open state) of the magnetic particles 21 can be reversibly repeated.
  • FIG. 3 shows an example of a chemical reaction apparatus using the fluid movement control method of the present invention.
  • the chemical reaction apparatus includes a liquid support 34 that supports the liquid 24, and the liquid support 34 includes first, second, and third chambers 35, 36, and 37, and these.
  • First, second, and third flow channels (microchannels) 39, 40, and 41 for connecting the chambers 35 to 37 are provided.
  • one of the first to third chambers 35 to 36 is connected to one end of the first to third flow paths 39 to 41.
  • Magnetic particles 21 are introduced into any one of the flow paths 39 to 41.
  • the permanent magnet 23 is arranged on the upper surface side in the figure of the liquid support 34.
  • an actuator 42 for moving the permanent magnet 23 on the liquid support 34 is provided! This actuator 42 also has, for example, an XY table force.
  • the permanent magnet 23 and the actuator 42 are examples of the magnetic field generator in the present invention.
  • the liquid support 34 is provided with an opening (not shown) communicating with the outside of the liquid support 34 in at least one of the channels 39 to 41 and the chambers 35 to 37.
  • the liquid 24 can be introduced into the flow paths 39 to 41 and the chambers 35 to 37 through the opening.
  • the material and shape of the liquid support 34 constituting the fluid chip are arbitrary. For example, glass, resin, metal, or the like can be used.
  • the liquid support 34 should have a microchannel flow path and a chamber!
  • a channel having a configuration in which two or more channels are gathered is suitable as a channel targeted for the present invention.
  • the present invention is also applicable to, for example, a case where a plurality of flow paths branch directly from the chamber, and the flow paths 39 to 41 as shown in FIG. However, it is not limited to the configuration that joins the locations. Furthermore, the number of flow paths is arbitrary.
  • the cross-sectional shape of the chambers 35 to 37 is not particularly limited, and may be an ellipse, a rectangle, a hexagon, or the like in addition to the illustrated circle.
  • the size of the chamber 35 to 37 is about 1 to 50000 ⁇ m in both length and width, and the depth is about 1 to 5000 ⁇ m.
  • the widths and depths of the channels 35 to 37 may be the same as those of the channels 39 to 41.
  • the magnetic particle 21 used in the present invention itself has a certain degree of magnetism. Specifically, the plurality of magnetic particles 21 maintain a state where they are gathered together by the magnetic force acting on each other even when the magnetic force from the permanent magnet 23 does not act, and the flow path even when the magnetic force acting from the magnet 23 is relatively weak It maintains the state of being dispersed on a part of the wall surface of the flow path against the flow of the liquid 24 in the inside, but unless the strong magnetic force acts from the permanent magnet 23, it will aggregate in the flow path and block the flow path. Absent.
  • the magnetic particle 21 has a diameter in the range of l / zm or more and 100 / zm or less, and preferably about 1 / 100th of the channel width.
  • the channel width of 100 to 100 ⁇ m Is preferably about 1 to 10 ⁇ m.
  • the size of the magnetic particle 21 is important in the present invention, and nanometer-order particles are not suitable for the present invention because the force attracted by a magnetic field that is intensely dispersed in the liquid 24 is weak.
  • the material of the magnetic particles 21 is iron, conoretate, nickel, rare earth, or an oxide or alloy thereof, and has the property of being attracted by a magnetic field.
  • the surface of the magnetic particle 21 may be treated so as to have a property opposite to that of the liquid 24.
  • the surface of the magnetic particles 21 is preferably treated to have hydrophobicity to make it water repellent.
  • This type of treatment includes treatment with a water-repellent polymer and treatment by modifying hydrophobic functional groups on the magnetic particles 21. For example, there is an acrylate process.
  • the liquid 24 is a hydrophobic liquid such as a hydrophobic solution
  • the timing of introduction of the magnetic particles 21 into the flow paths 39 to 41 may be before or after the introduction of the liquid 24. It is also possible to enclose it in advance, or after introducing the liquid 24, it is also possible to introduce the aforementioned opening force.
  • the magnetic particles 21 which are granular can be introduced into the flow path without considering viscosity in particular compared with the magnetic fluid. In addition, there are fewer restrictions on the liquid used for introduction compared to magnetic fluid.
  • the liquid 24 includes a sample to be analyzed in the fluid chip, a reaction solution containing a reaction component with the sample, and a buffer solution for keeping the pH of the sample and the reaction solution constant.
  • Examples of liquid 24 include an antigen or antibody component for causing immunological specific binding, an oligonucleotide component for causing a specific binding reaction of nucleic acid, and a component for causing a nucleic acid amplification reaction.
  • FIGS. 4A to 4C are enlarged views of the portion 45 in FIG.
  • the permanent magnet 23 is arranged at the position A on the chip 34, and the magnetic particles 21 are aggregated in the vicinity of the permanent magnet 23 to be in a valve-closed state (first magnetic force).
  • the permanent magnet 23 is moved on the chip 34 and moved away from the flow path 39.
  • the magnetic particles 21 are dispersed on a part of the wall surface of the flow path 39, and the valve is opened (second magnetic force).
  • second magnetic force As shown in FIG.
  • the permanent magnet 23 is moved toward the target position B while maintaining the valve open state, that is, the state in which the magnetic particles 21 are dispersed.
  • the valve open state that is, the state in which the magnetic particles 21 are dispersed.
  • FIG. 4C when the permanent magnet 23 is disposed at a position B close to the flow path 41, the magnetic particles 21 aggregate in the vicinity of the permanent magnet 23 to form a valve in a closed state. In this manner, the magnetic particles 21 can be moved to any place without affecting the liquid 24 to form a valve.
  • the positions where the channels 39 to 41 and the valves of the chambers 35 to 37 are formed are not particularly limited.
  • the magnetic particles 21 are arranged in the vicinity of the connection position of the first flow path 39 with the first chamber 35.
  • the permanent magnet 23 is brought close to the portion of the flow path 39 where the magnetic particles 21 are disposed, the magnetic particles 21 aggregate and block the flow path 39.
  • the first flow path The first chamber one 35 force through 39 and the flow of the directional liquid 24 to the branch position of the three flow paths 39 to 41 and the flow of the directional liquid 24 from the branch position to the chamber one 35 are blocked.
  • the chemical reaction can be performed only in the flow path 39 and the chamber 35.
  • the branch position force of the flow paths 39 to 41 is also blocked in the first chamber 35 because the flow of the directional liquid 24 is interrupted.
  • the liquid 24 can be fed only into the third chamber 37 through the flow path 40 and the third flow path 41. In this way, liquid is introduced into the flow paths 39 to 41 composed of microchannels or the chambers 35 to 37 connected thereto, and the magnetic particles 21 are agglomerated at a target site by the magnetic force of an external force and plugged.
  • the liquid 24 can be branched and sent to the target flow paths 39 to 41 and the chambers 35 to 37 which are not plugged.
  • the permanent magnet 23 is passed through the flow path 39 while maintaining the state close to the flow path 39.
  • the magnetic particles 21 are moved toward the branch positions 39 to 41, the magnetic particles 21 agglomerate and move in the first flow path 39 toward the branch position while maintaining the state where the flow path 39 is closed.
  • the magnetic particles 21 plugging the flow path 39 function as pistons, and the liquid 24 on the branch position side of the magnetic particles 21 in the first flow path 39 flows toward the branch position.
  • the method for applying the magnetic field to the magnetic particles is not particularly limited, and for example, an electromagnet can be used instead of the permanent magnet.
  • an electromagnet is preferable because a magnetic field can be generated at an arbitrary place and the magnetic field can be moved relatively by electrical control.
  • Fig. 5A Force Fig. 5C shows an example in which an electromagnet is employed as the magnetic field generator.
  • first and second electromagnetic stones 51 and 52 are installed in advance at locations where the flow path 54 is opened and closed.
  • the first electromagnet 51 is disposed directly below the flow path 54 on the lower surface side of the liquid support 25.
  • the second electromagnet 52 is disposed on the lower surface side of the liquid support 25 but at a position away from the flow path 54 in plan view.
  • an electric current is passed through the first electromagnet 51 just below the flow path 54 to aggregate the magnetic particles 53.
  • no current flows through the second magnet 52.
  • the valve is opened, the supply of current to the first electromagnet 51 immediately below the flow path 54 is stopped, while the current is supplied to the second electromagnet 52 to cause the magnetic particles 21 to flow on the wall surface of the flow path 54.
  • the channel 54 is opened by dispersing in close contact with a part.
  • the use of an electromagnet is preferable in that the valve can be opened and closed by controlling the current. It is also possible to use multiple magnets to adjust the direction and strength of the magnetic field.
  • a fluid chip having magnetic particles, a flow path, and a chamber was prepared, and the effect of the valve by the magnetic particles was confirmed using a magnet.
  • FIG. 2 shows the fluid chip.
  • FIGS. 7A to 7D are photographs of the manufactured fluid chips, and FIGS. 8A to 8D are enlarged photographs of some of them.
  • the fluid chip was prepared by the following procedure. That is, using a Sylpot (trademark) manufactured by Dow Cowing Asia Co., Ltd., which is an example of PDM S (polydimethylsiloxane), the main body solution and the polymerization solution are mixed at a ratio of 9: 1, and the flow path and the chamber correspond to each other.
  • Sylpot trademark
  • PDM S polydimethylsiloxane
  • the flow path 39-41 (length 16, 25 mm, width 600 m, depth 600 m) and chamber 35-37 (diameter ⁇
  • a polystyrene resin plate (thickness 1.5 mm) is bonded to the lower part of this chip, and only the holes 35a to 37a opened in the individual chambers 35 to 37 are opened to the upper part (total diameter ⁇ 4 cm, thickness 6 mm).
  • the magnetic particles 21 (PLA- Particles-M, manufactured by micromod Patikeltechnologie GmbH, product number 12- 02-105, particle diameter 100 m) was introduced from the opening 35a of the chamber 35.
  • a neodymium magnet ( ⁇ 4 mm x 5 mm cylindrical type, surface magnetic flux density 105 mT) 23 is arranged on the lower surface side of the resin plate constituting the bottom wall of the channel 39, and the neodymium magnet acting across the resin plate 2 3 A valve (valve closed state) was formed in the flow path 39 by agglomerating the magnetic particles 21 by the magnetic force (FIGS. 7A and 8A).
  • the dye solution 124 (crimson aqueous solution) is added from the opening 36a of the chamber 36 and pressure is applied by a syringe, the dye solution 124 passes through the second flow path 40 and closes the flow path 39. It did not pass through the first flow path 39 in which this valve exists, but only flowed into the third flow path 41 (FIGS. 7B and 8B).
  • the neodymium magnet 23 is The valve was opened when the magnetic particles 21 were dispersed on the wall surface of the first flow path 39 when it was about 5 mm away from just below the path 39. When pressure was applied to the chamber 36 in this state, it was confirmed that the dye solution 124 passes through the opened valve and flows into the first flow path 39 and the chamber 35 (FIGS.
  • the neodymium magnet 23 is moved to the position immediately below the third flow path 41. By moving it, the magnetic particles 21 were moved to the third channel 41, and a valve was formed in the channel 41. In other words, it was demonstrated that the valve was formed at a site where the magnetic particles 21 were not previously installed.
  • the valve 24 in the closed state exists in the third flow path 41
  • the liquid 24 is supplied again from the opening 36a of the second chamber 36 and the pressure is applied by the syringe
  • the liquid 24 is The dye solution 124 passed through the second channel 40 while flowing away, but did not pass through the channel 41 with the valve, but only into the first channel 39 (FIGS. 7D and 8D).
  • the valve can be formed by the magnetic particles 21 in any part of the second flow path 40 or the third flow path 41, and the flow path part is not particularly limited in forming the valve. It was done.
  • the magnetic particles installed in the flow path can be controlled by controlling the magnetic field of the external force without installing a valve in the fluid chip in advance. It is possible to make liquid flow through the path.
  • a fluid chip shown in Fig. 5 was produced in the same manner as in Example 1. Specifically, the liquid support 111, which is a fluid chip, has a central chamber 110 and first, second, third, and fourth chambers 112, 113 that are smaller than the central chamber 110. , 114, 115 were formed. In addition, first, second, third, and fourth flow paths 102, 103, 104, and 105 that connect the first to fourth chambers 112 to 115 and the central chamber 110, respectively, were formed. Further, an opening (not shown) for introducing the liquid and the magnetic particles 21 was also formed in the fourth chamber 112-115 for the first force. [0048] After introducing the noffer solution 118, the magnetic particles 21 are introduced, and the magnetic particles 21 are aggregated using the permanent magnets 23, thereby branching the second flow path 103 from the central chamber 110. A valve (closed state) was formed.
  • the first chamber 112 was passed through the first flow path 102, the central chamber 110 was filled with the liquid 24, and the pressure was increased by a syringe. Then, since the magnetic particles 21 aggregate in the branching portion 103a to form a valve in a closed state, the liquid 24 does not flow into the second flow path 103 but passes through the branches 104a and 105a to form the first valve. 7 in the 3rd and 4th channel 104,105.
  • the magnetic particles 21 forming the valve were moved to the branch 104a of the third flow path 104 using the permanent magnet 23, and a valve was newly formed at this portion. After that, when pressure was again applied from the first chamber 112 with a syringe, the liquid 24 did not flow into the third flow path 104 but flowed into the second and fourth flow paths 103 and 105. Furthermore, by using the permanent magnet 23 and moving the magnetic particles 21 to the central chamber 110 while maintaining the valve open state, the magnetic particles 21 can be removed from the branch when not used as a valve. It was.
  • the magnetic particles are reversibly agglomerated or dispersed by controlling the magnetic field of the external force. It acts as a piston and can contain and move liquids. Therefore, the apparatus and method according to the present invention are useful in microfluidic control and the like, and can be applied to various uses such as a health checkup chip.

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Abstract

　流体チップ内の流路もしくはチャンバーの任意の場所に予め設計することなく弁を形成可能とすることを課題とする。流体チップは、液体２４を支持する液体支持体２５、液体支持体２５に囲まれてなり液体２４が移動する流路２２、及び流路２２に配置された複数の磁性粒子２１を備える。永久磁石２３で磁性粒子２１を凝集させて流路２２を閉塞し、液体２４の流れを遮断する。磁性粒子２１を流路の壁面の一部に分散させて流路２１を開放し、液体２４を流す。

Description

明 細 書
流体チップ、それを用いた流体移動制御方法、および化学反応装置 技術分野
[0001] 本発明は、磁性粒子を有し、化学反応を微小領域で行うために好適に用いられる 流体チップ、それを用いた流体移動制御方法、および化学反応装置に関するもので ある。
背景技術
[0002] 基材上の微細領域において生化学または化学反応を生じさせる、マイクロタスと呼 ばれる流体チップとして、様々な物が開発されている。この種の流体チップは、取り扱 う液体が微量であることを利用して、反応の時間短縮'反応効率上昇などが見込まれ 、迅速性が要求される健康診断チップなどにおいて有用であると期待されている。
[0003] 流体チップでは、反応室、分析対象試料、反応液を収容するチャンバ一、これらを 連結するマイクロチャネル (直径 1〜1000 m程度）を基材上の微細領域に集積す る力 マイクロチャネル中で微量（10一3〜 1000 L程度）の試料や反応液を制御しな 力 輸送することが必要である。以下、前記マイクロチャネルを単に流路と称すること がある。
[0004] 輸送の際必要なのは、決まった量の液体を狙った流路に送るということであり、液体 が流れる流路を切り替えるには、送液の手段を工夫するか、もしくは流路内に弁を設 け、それを操作するという方法がとられている。
[0005] 従来、一般的には、チャンバ一に連結した流路を有する流体チップにおいては、複 数の流路を単一の弁で切り替る機能を持った複雑な弁を配置することは困難であり、 流路の切り替えを行う際には、複数の流路上にそれぞれ個別に設けられた弁を対応 する流路に対して制御する必要があった。
[0006] また、流路の切り替えにおいては、流体チップの構造 ·送液方法も大きく関わって おり、流路の効率良い選択は流体チップをデザインする段階でほぼ決定され、流体 チップを完成したのちの様々な変更は一般に困難である。
[0007] これらの問題点を解決するために、例えば、特許文献 1に、磁性流体を使用して流 路を切り替える方法が開示されている。詳細には、特許文献 1には、毛細管状の流路 に磁性流体を導入し、磁性流体に作用する磁界の変化により、被制御流体が流れる 流路を切り替えることを特徴とする流路切り替え法が記載されている。
[0008] 以下、図 11を参照して特許文献 1に開示された方法について説明する。永久磁石
(図示せず。）を流路 5の下面に配置して磁性流体 Mを流路 5中に固定し、それによ つて流路 5を閉塞させる。この状態で着色水を導入口 10から流路 4に導入すると、着 色水は流路 4から集合部 13を経て流路 6に流れて流出口 12から流出し、流路 5には 流れ込まない。
[0009] 磁性流体を用いて液体を移動させる同様の方法が、特許文献 2にも開示されて 、 る。
[0010] 前述のように、弁を用いた流体チップは、複雑になるに従って弁の数が増加し、弁 の数が増加するとそれらを効率よく制御することが困難になる。また、流路の数と同数 またはそれ以上の個数の弁を設置すると、流体チップのサイズを小さくすることは困 難である。加えて、一般に、流体チップにおいては綿密な流路設計が必要なため、 一度設計した流路のレイアウトを変更することは困難である。もし流路のレイアウトに 何らかの変更を加えようとする場合、流路設計の根本的な改変を試みなければなら ない。
[0011] このように従来のこの種の技術においては、弁の制御や弁自体の微細加工の困難 さ、流路のレイアウトの自由度が低いという課題を有していた。
[0012] また、磁性流体を用いた毛細管状流路における流路切り替え方法では、毛細管状 流路に導入する際に磁性流体の粘性を考慮する必要があり、加えて磁性流体の溶 媒の検討も必要であり、考慮すべきパラメーターが多い。
[0013] さらに、磁性流体では流路を閉塞することは可能である力 流路を開放することは 困難である。具体的には、磁性流体は液体であるので、栓として機能している磁性流 体を流路中から除去するには、取り扱う液体の流れを阻害しない場所まで磁性流体 を磁石で移動させるしかない。しかし、磁性流体が移動する際に周囲の液体に影響 を与え、磁性流体と共に移動させてしまう。
[0014] 特許文献 1 :特開 2004- 77258号公報 特許文献 2：特開 2003- 14772号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0015] 本発明は前記従来の課題を解決し、開閉可能な弁を有する流体チップ、それを用 Vヽた流体移動制御方法、およびィ匕学反応装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0016] 本発明の第 1の態様は、液体を支持する液体支持体と、前記液体支持体に囲まれ てなり前記液体が移動する流路と、前記流路内に配置された複数の磁性粒子とを備 え、前記磁性粒子に第 1の磁力を作用させて前記磁性粒子を凝集させることで前記 流路を閉塞し、前記液体の流れを遮断する閉状態と、前記第 1の磁力より弱い第 2の 磁力を作用させて前記磁性粒子を前記流路の壁面の一部に分散させることで前記 流路を開放し、前記液体を流す開状態と間で可逆的に切り換え可能である流体チッ プを提供する。
[0017] また、本発明の第 2の態様は、流体チップ内の液体の移動を制御する方法であつ て、前記流体チップは、前記液体を支持する液体支持体と、前記液体支持体に囲ま れてなり前記液体が移動する流路と、前記流路内に配置された複数の磁性粒子とを 備え、前記方法は、磁石力 前記複数の磁性粒子に第 1の磁力を作用させ、それに よって前記複数の磁性粒子を凝集させて前記流路を閉塞し、前記液体の流れを遮 断する工程、および前記磁石から前記複数の磁性粒子に前記第 1の磁力よりも弱い 第 2の磁力を作用させ、それによつて前記流路の壁面の一部に前記複数の磁性粒 子を分散させて前記流路を開放し、前記液体の流れを許可する工程、を有し、前記 第 1の磁力を作用させることによる前記複数の磁性粒子の凝集と、前記第 2の磁力を 作用させることによる前記複数の磁性粒子の分散とを可逆的に切り換え可能である 方法を提供する。
[0018] さらに、本発明の第 3の態様は、流路と、チャンバ一と、前記流路内に配置された複 数の磁性粒子とを有し、外部から前記流路および前記チャンバ一に液体を導入して 、化学反応を前記チャンバ一または前記流路にて行うための流体チップと、前記複 数の磁性粒子に第 1の磁力を及ぼして前記複数の磁性粒子を凝集させて前記流路 を閉塞し、それによつて前記液体の流れを遮断する閉状態と、前記複数の磁性粒子 に前記第 1の磁力よりも弱い第 2の磁力を及ぼして前記複数の磁性粒子を前記流路 の壁面の一部に分散させて前記流路を開放し、それによつて前記液体を流す開状 態とを可逆的に切り換えるように、前記流体チップに生じる磁界を制御可能な磁界発 生装置とを備える、化学反応装置を提供する。
発明の効果
[0019] 本発明においては、流路中の任意の場所に磁力によって磁性粒子^^合させるこ とで弁を形成し、また前記弁を磁界の変化によって開閉して液体の流れに影響を与 えずに液体の移動を制御することができる。また、液体の流れに影響を与えずに任 意の場所に磁性粒子の弁を形成できるので、流路のレイアウトの自由度が高い。
[0020] また、このように、流体チップ中の流路の任意の場所に、磁界の変化で開閉を制御 することのできる磁性粒子による弁を設置することで、例えばィ匕学反応を微小領域で 行うための流体チップの流路設計などの自由度を上げ、複雑な反応系に対応できる 図面の簡単な説明
[0021] [図 1A]本発明における、磁性粒子を利用した弁の開閉方法の原理を説明するため の模式図（閉弁状態)。
[図 1B]本発明における、磁性粒子を利用した弁の開閉方法の原理を説明するため の模式図（開弁状態)。
[図 2A]図 1 Aの II II線での断面図。
[図 2B]図 1Bの II II線での断面図。
[図 3]本発明における磁性粒子を集合させることにより弁を形成する化学反応装置を 示す模式的な平面図。
[図 4A]図 3の部分 45の拡大図 (磁性粒子は凝集状態にある)。
[図 4B]図 3の部分 45の拡大図（磁性粒子は移動中である）。
[図 4C]図 2の部分 45の拡大図 (磁性粒子は凝集状態にある)。
[図 5A]電磁石を用いた磁界発生装置の代案を示す模式的な部分平面図（閉弁状態
) o [図 5B]図 5Aの側面図。
[図 5C]電磁石を用いた磁界発生装置の代案を示す模式的な部分平面図（開弁状態
) o
[図 6]実施例 1の化学反応装置を示す平面図。
[図 7A]実施例 1の化学反応装置を示す写真（閉弁状態)。
[図 7B]実施例 1の化学反応装置を示す写真（閉弁状態で色素溶液を導入して液体 を加圧)。
[図 7C]実施例 1の化学反応装置を示す写真 (開弁状態で液体を加圧)。
[図 7D]実施例 1の化学反応装置を示す写真 (磁性粒子の移動)。
[図 8A]図 7Aを部分的に拡大した写真。
[図 8B]図 7Bを部分的に拡大した写真。
[図 8C]図 7Cを部分的に拡大した写真。
[図 8D]図 7Dを部分的に拡大した写真。
[図 9]実施例 2の化学反応装置を示す模式的な平面図。
[図 10]従来の磁性流体を用いた流路切り替えを示す図。
符号の説明
4, 5, 6 流路
10 導入口
12 流出口
13 集合部
M 磁性流体
21 磁性粒子
22, 39, 40, 41, 54, 102, 103, 104, 105 流路
23 磁石
24 液体
25, 34 液体支持体
35, 36, 37, 112, 113, 114, 115 チャンバ一
110 中央チャンバ一 51, 52 電磁石
103a, 104a, 105a 分岐
110 中央チャンバ一
125 色素溶液
発明を実施するための最良の形態
[0023] 図 1Aから図 2Bを参照して、本発明の流体移動制御方法における、磁性粒子を利 用した弁の開閉方法の原理を説明する。図 1Aから図 2Bに示す板状の流体チップは 、液体を支持する液体支持体 25と、この液体支持体 25に囲まれ、液体 24が移動す るマイクロチャネルないしは流路 22と、この流路 22内に配置された複数の磁性粒子 21とを備えている。
[0024] 本発明では磁性粒子を用いて弁を構成し、その開閉を行う。流路 22を閉塞する場 合は、図 1Aおよび図 2Aに示すように、流路 22の磁性粒子 21が配置されている部 位に永久磁石 23を近づけて磁性粒子 21に対して比較的強い磁力（第 1の磁力）を 作用させ、流路 22内で磁性粒子 21を凝集させて流路 22を閉塞し、液体 24の流れを 遮断する（閉弁状態)。一方、流路 22を開放したい場合には、図 1Bおよび図 2Bに示 すように、永久磁石 23を流路 22からずらして遠ざけて磁性粒子 21に対して比較的 弱い磁力（第 2の磁力）を作用させ、流路 22の壁面の一部に分散した状態に磁性粒 子 21を集合させ、凝集した磁性粒子 21の集合を解除する（開弁状態)。これによつて 流路 22が開放され、液体 24は流路 22中を流れることができる。このように磁性粒子 2 1に対する永久磁石 23の位置、すなわち永久磁石 23から磁性粒子 21に対して作用 する磁力の強弱を制御することで弁の開閉を行うことが可能である。この開閉は流路 22内の液体 24の流れにはほとんど影響を与えない。また、永久磁石 23から磁性粒 子 21に作用する磁力を調節することで、磁性粒子 21の凝集（閉弁状態)と分散 (開 弁状態)を可逆的に繰り返すことができる。
[0025] 図 1Aから図 2Bに示す例では、永久磁石 23を液体支持体 25上で移動させることに より磁性粒子 21に作用する磁力を調整している。しかし、永久磁石 23を液体支持体 25から離れる方向に移動させることにより磁性粒子 21に作用する磁力を調整しても よい。 [0026] 図 3は、本発明の流体移動制御方法を用いた化学反応装置の一例を示す。この化 学反応装置は、液体 24を支持する液体支持体 34を備え、この液体支持体 34の内 部には、第 1、第 2、および第 3のチャンバ一 35, 36, 37と、これらのチャンバ一 35〜 37を連結する第 1、第 2、および第 3の送液用の流路 (マイクロチャネル） 39, 40, 41 が設けられている。詳細には、第 1から第 3の流路 39〜41の一端に第 1から第 3のチ ヤンバー 35〜36のうちの 1つが接続されている。また、第 1から第 3の流路 39〜41の 他端は 1箇所で合流している。換言すれば、流路 39〜41はこの箇所力も分岐してい る。さらに、第 1の流路 39と第 3の流路 41は同一方向に延び、第 2の流路 40は第 1お よび第 3の流路 39, 41に対して直交する方向に延びている。チャンバ一 35〜37お よび流路 39〜41を備えるこの液体支持体 34は、化学反応を微小領域で行うための 流体チップを構成する。
[0027] 流路 39〜41のいずれかの部位に磁性粒子 21が導入されている。永久磁石 23が 液体支持体 34の図において上面側に配置されている。また、この永久磁石 23を液 体支持体 34上で移動させるァクチユエータ 42が設けられて!/、る。このァクチユエータ 42は、例えば XYテーブル力もなる。永久磁石 23およびァクチユエータ 42は本発明 における磁界発生装置の一例である。
[0028] また、液体支持体 34には流路 39〜41およびチャンバ一 35〜37の少なくとも一箇 所に液体支持体 34の外部と連通する開口部（図示せず）が設けられており、この開 口部を介して外部力も流路 39〜41およびチャンバ一 35〜37の内部に液体 24を導 入できる。
[0029] 流体チップを構成する液体支持体 34の材質および形状は任意であり、例えばガラ ス、榭脂、金属などが使用できる。液体支持体 34は、マイクロチャネル状の流路とチ ヤンバーを有するものであればよ!、。
[0030] 液体支持体 34に設けられた流路 39〜41の断面積は、 1 μ m2以上 1 X 106 μ m2以 下（断面が正方形である場合、幅が 1 m以上 1000 m以下、かつ深さが 1 m以 上 1000 m以下）であることが好ましい。本発明の対象となる流路としては、 2本以 上の流路が集合した構成を持つものが適している。また、本発明は、例えばチャンバ 一から複数の流路が直接分岐する場合にも適応され、図 3に示すような流路 39〜41 がー個所に合流する構成に限定されない。さらに、流路の数は任意である。
[0031] チャンバ一 35〜37の断面形状は特に限定されず、図示の円形以外に、楕円、長 方形、六角形などであってもよい。チャンバ一 35〜37の大きさは、縦および横共に 1 〜50000 μ m程度、深さ ίま 1〜5000 μ m程度力 ^好まし!/、。なお、チャンノ ー 35〜3 7の幅および深さは流路 39〜41と同じでもよい。
[0032] 本発明で使用する磁性粒子 21は、それ自体がある程度の磁性を有する。詳細に は、複数の磁性粒子 21は、永久磁石 23からの磁力が作用しない場合も互いに作用 する磁力によって集合した状態をある程度維持し、かつ磁石 23から作用する磁力が 比較的弱い場合も流路内の液体 24の流れに抗して流路の壁面の一部に分散した 状態を維持するが、永久磁石 23から強い磁力が作用しない限り流路内で凝集して 流路を閉塞することはない。また、磁性粒子 21は、直径が l /z m以上 100 /z m以下 の範囲であり、流路幅に対して 100分の 1程度が好ましぐ例えば、流路幅 100〜10 00 μ mに対しては 1〜10 μ m程度が好ましい。この磁性粒子 21の大きさは本発明 において重要であり、ナノメートルオーダーの粒子では液体 24への分散が激しぐま た磁界によって引き付けられる力が弱いため本発明には適さない。具体的には、磁 性粒子 21の材質は、鉄、コノ レト、ニッケル、希土類、またはその酸ィ匕物や合金など であり、磁界によって引き付けられる性質を持つ。
[0033] 磁性粒子 21の表面は、液体 24と相反する性質を持つように処理されて 、てもよ ヽ 。詳細には、液体 24が水溶液等の親水性の液体である場合、磁性粒子 21の表面を 疎水性を有するように処理し、撥水性とすることが好ましい。この種の処理として撥水 ポリマーによる処理や、磁性粒子 21に疎水性官能基を修飾することによる処理があ る。例えば、アタリレイト（acrylate)処理がある。一方、液体 24が疎水性溶液等の疎水 性の液体である場合、磁石粒子 21の表面を親水性を有するように処理することが好 ましい。この種の処理としては、例えば親水ポリマーによる処理や、ァミノ処理などが ある。
[0034] 磁性粒子 21の流路 39〜41への導入のタイミングは液体 24の導入より前であって も後であってもよぐチップ 34をカ卩ェする際にチャンバ一 35〜37に予め封入すること もできるし、液体 24を導入した後に、前述の開口部力も導入することも可能である。 粒状体である磁性粒子 21は磁性流体と比較すると粘性を特に考慮することなく流路 に導入できる。また、磁性流体と比較すると導入の際に使用する液体に関する制約も 少ない。
[0035] 液体 24は、流体チップにお ヽて分析しょうとする試料、試料との反応成分を含む反 応液、また試料や反応液の pH等を一定に保持するための緩衝液等を含む。また、液 体 24の例としては、免疫学的な特異的結合を引き起こすための抗原または抗体成 分、核酸の特異的結合反応を引き起こすためのオリゴヌクレオチド成分、核酸増幅反 応を引き起こすための成分、酵素反応を引き起こすための酵素成分、これらの混合 物等の特定の反応を起こす成分を含む反応溶液があり、この反応溶液は分析成分 によって、疎水性又は親水性の!/、ずれであってもよ!/、。
[0036] 磁性粒子 21を移動させることで、任意の場所に弁を形成することができる。以下、 図 3の部分 45の拡大図である図 4Aから図 4Cを参照してその方法を説明する。まず 、図 3Aに示すように、チップ 34上の位置 Aに永久磁石 23を配置し、永久磁石 23付 近で磁性粒子 21を凝集させて閉弁状態とする (第 1の磁力)。次に、永久磁石 23を チップ 34上で移動させて流路 39から遠ざける。これによつて磁性粒子 21が流路 39 の壁面の一部に分散し、開弁状態となる (第 2の磁力)。図 4Bに示すように、開弁状 態、すなわち磁性粒子 21が分散した状態を維持したまま、永久磁石 23を目的の位 置 Bに向けて移動させる。図 4Cに示すように、流路 41に近接した位置 Bに永久磁石 23を配置すると、永久磁石 23付近で磁性粒子 21が凝集して閉弁状態の弁が形成さ れる。このように液体 24に影響を与えることなく任意の場所に磁性粒子 21を移動さ せ、弁を形成することができる。また、流路 39〜41やチャンバ一 35〜37の弁を形成 する位置は特に限定されない。このように液体 24に影響を与えることなぐ磁性粒子 21による弁の位置を流路 39〜41およびチャンバ一 35〜37内で移動できるので、単 一の弁で複数の流路を切り替えることが可能である。また、流体チップが完成した後 の種々の変更も容易であり、流路のレイアウトの自由度が高い。
[0037] 図 3では、磁性粒子 21は第 1の流路 39の第 1のチャンバ一 35との接続位置付近に 配置されている。永久磁石 23を流路 39の磁性粒子 21が配置されている部位に近づ けると、磁性粒子 21が凝集して流路 39を閉塞する。この閉弁状態では、第 1の流路 39を通って第 1のチャンバ一 35力 3つの流路 39〜41の分岐位置に向力 液体 24 の流れとこの分岐位置からチャンバ一 35に向力 液体 24の流れが妨げられる。この 状態では流路 39やチャンバ一 35は他の流路ゃチャンバ一から遮断されるので、流 路 39やチャンバ一 35内でのみ化学反応を行わせることができる。
[0038] また、前述の閉弁状態では、流路 39〜41の分岐位置力も第 1のチャンバ一 35に 向力 液体 24の流れが遮断されるので、第 2のチャンバ一 36から第 2の流路 40およ び第 3の流路 41を介して第 3のチャンバ一 37にのみ液体 24を送り込むことができる 。このように、マイクロチャネルからなる流路 39〜41又はそれに連結されたチャンバ 一 35〜37に液体を導入し、磁性粒子 21を外部力もの磁力により目的の部位に凝集 させて栓をすることで、栓をしなかった目的の流路 39〜41やチャンバ一 35〜37に 液体 24を分岐させてを送り込むことができる。
[0039] 図 3に示す部位に磁性粒子 21が配置され、かつ磁性粒子 21が凝集した流路 39を 閉塞している場合、流路 39に近接した状態を維持したまま永久磁石 23を流路 39〜 41の分岐位置に向かって移動させると、磁性粒子 21は凝集して流路 39を閉塞した 状態を維持したままで第 1の流路 39中を分岐位置に向力つて移動する。その結果、 流路 39に栓をしている磁性粒子 21がピストンとして機能し、第 1の流路 39内の磁性 粒子 21よりも分岐位置側の液体 24が分岐位置に向力つて流れる。
[0040] 磁性粒子への磁界の印加方法は特には限定されず、永久磁石に代えて例えば電 磁石を用いることができる。特に、電磁石を用いた場合は、電気的な制御により、任 意の場所に磁界を発生させることや、磁界を相対的に移動させることが可能なので 好ましい。図 5A力 図 5Cは、磁界発生装置として電磁石を採用した例を示す。図 5 Aおよび図 5Bに示すように、流路 54の開閉を行う箇所に予め第 1および第 2の電磁 石 51, 52が設置されている。第 1の電磁石 51は液体支持体 25の下面側の流路 54 の真下に配置されている。第 2の電磁石 52は液体支持体 25の下面側であるが平面 視で流路 54から外れた位置に配置されている。閉弁時には、流路 54の真下の第 1 の電磁石 51に電流を流して磁性粒子 53を凝集させる。この閉弁時には第 2の電磁 石 52に電流を流さない。開弁時には流路 54の真下の第 1電磁石 51への電流の供 給を停止する一方、第 2の電磁石 52に電流を流し、磁性粒子 21を流路 54の壁面の 一部に密着した状態で分散させることで流路 54を開放する。このように電流の制御 で弁の開閉を行うことが可能という点で、電磁石の使用は好ましい。また、磁界の方 向および強さを調整するために、複数の磁石を使用することも可能である。
[0041] 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
実施例 1
[0042] 磁性粒子、流路およびチャンバ一を有する流体チップを作製し、磁石を用いて、磁 性粒子による弁の効果の確認を行った。
[0043] まず、前述した図 2の流体チップを作製した。図 6に製作した流体チップを示す。ま た、図 7Aから図 7Dは製作した流体チップの写真であり、図 8Aから図 8Dはそれらの 一部を拡大した写真である。流体チップは以下の手順で作成した。すなわち、 PDM S (ポリジメチルシロキサン）の一例であるダウコーユングアジア株式会社製シルポット (商標）を用い、本体溶液と重合液を 9 : 1の割合で混合し、流路とチャンバ一の対応 する形状の凸部を有する型に流し入れて一昼夜室温で静置して硬化させ、流路 39 〜41 (長さ 16、 25mm,幅 600 m、深さ 600 m)およびチャンバ一 35〜37 (径 φ lcm、深さ 1.5mm、貫通開口部 φ 1mm)の形状に凹部分を有したチップを形成した 。このチップの下部にポリスチレン製の榭脂板 (厚さ 1. 5mm)を接着し、個々のチヤ ンバー 35〜37に空けられた孔 35a〜37aのみが上部に開口した流体チップ（全体 の直径 φ 4cm、厚さ 6mm)とした。
[0044] 次に、チップ 34に含まれるチャンバ一 35〜37と流路 39〜41に液体 24を充填した 後、磁性粒子 21 (micromod Patikeltechnologie GmbH社製、 PLA- Particles- M、品 番 12-02-105、粒子直径 100 m)をチャンバ一 35の開口部 35aから導入した。また 、流路 39の底壁を構成する榭脂板の下面側にネオジム磁石 ( φ 4mm X 5mm 円柱 型、表面磁束密度 105mT) 23を配置し、榭脂板を隔てて作用するネオジム磁石 2 3の磁力によって磁性粒子 21を凝集させることで流路 39内に弁（閉弁状態)を形成し た（図 7A及び図 8A)。ここで、チャンバ一 36の開口部 36aから色素溶液 124 (食紅 水溶液)を加えてシリンジにより圧力をかけると、色素溶液 124は第 2の流路 40を通り 、流路 39を塞ぐ前記閉弁状態の弁が存在する第 1の流路 39を通過せず、第 3の流 路 41のみに流れ込んだ（図 7B及び図 8B)。また、さらにネオジム磁石 23を第 1の流 路 39の真下より 5mm程度遠ざけると、第 1の流路 39の壁面に磁性粒子 21が分散す ることで前記弁は開放状態となった。この状態でチャンバ一 36に圧力をかけると色素 溶液 124は開放状態の前記弁を通過し、第 1の流路 39およびチャンバ一 35にも流 れ込むことが確認された（図 7C及び図 8C)。これにより、磁性粒子が流路を閉塞して V、る状態（閉弁状態)では液体の流れを遮断し、磁性粒子が流路の壁面に分散して V、る状態（開弁状態)では、磁性粒子は液体に流されることなくその位置を維持した まま液体を通過させることが実証された。
[0045] カロえて、色素溶液 124がチャンバ一 35〜37と流路 39〜41に充填された状態でネ オジム磁石 23を第 1の流路 39の真下力も第 3の流路 41の真下に移動させることで、 磁性粒子 21を第 3の流路 41に移動させて流路 41に弁を形成できた。すなわち、予 め磁性粒子 21を設置していない部位での弁の形成が実証された。続いて、第 3の流 路 41に閉弁状態の弁が存在する状態で、第 2のチャンバ一 36の開口部 36aから再 び液体 24を供給してシリンジで圧力を加えると、液体 24は色素溶液 124を押し流し ながら第 2の流路 40を通り、弁がある流路 41は通過せず、第 1の流路 39にのみ流れ 込んだ（図 7D及び図 8D)。これにより、磁性粒子 21による弁の形成は第 2の流路 40 もしくは第 3の流路 41の任意の部位で可能であり、弁を形成する上で流路の部位は 特に限定されないことが実証された。
[0046] このように、本発明の構成によれば、流体チップ内に予め弁を設置しなくとも、流路 内に設置された磁性粒子を外部力 の磁界を制御することによって、所望の流路に 液体を流すことが可能である。
実施例 2
[0047] 実施例 1と同様にして、図 5に示す流体チップを作製した。具体的には、流体チップ である液体支持体 111の内部に、中央チャンバ一 110と、この中央チャンバ一 110よ りも小型の第 1、第 2、第 3、および第 4チャンバ一 112, 113, 114, 115を形成した。 また、第 1〜第 4のチャンバ一 112〜 115と中央チャンバ一 110とをそれぞれ連結す る第 1、第 2、第 3、および第 4の流路 102, 103, 104, 105を形成した。さらに、第 1 力も第 4のチャンバ一 112〜 115には、液体および磁性粒子 21を導入するための開 口部（図示せず)を形成した。 [0048] ノッファー溶液 118を導入した後、磁性粒子 21を導入し、永久磁石 23を用いて磁 性粒子 21を凝集させることで、中央チャンバ一 110からの第 2の流路 103の分岐 10 3aに弁（閉弁状態)を形成した。
[0049] 次に、第 1のチャンバ一 112から第 1の流路 102を通過させ、中央チャンバ一 110 に液体 24を満たして、シリンジにより圧力をカ卩えた。すると、分岐部 103aには磁性粒 子 21が凝集して閉弁状態の弁を形成しているため、液体 24は第 2の流路 103には 流れ込まず、分岐 104a, 105aを通過して第 3および第 4の流路 104, 105に流れ込 ん 7こ。
[0050] さらに、前記弁を形成した磁性粒子 21を、永久磁石 23を用いて第 3の流路 104の 分岐 104aに移動させ、この部位で新たに弁を形成した。その後、再び第 1のチャン バー 112からシリンジにより圧力を加えたところ、液体 24は第 3の流路 104には流れ 込まずに第 2および第 4の流路 103, 105に流れ込んだ。さらにまた、永久磁石 23を 用いて、開弁状態を維持したまま磁性粒子 21を中央チャンバ一 110に移動させるこ とで、弁として使用しない場合には磁性粒子 21を分岐から除去することが可能であつ た。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明にかかる流体チップ、並びにそれを用いた流体移動制御方法および化学反 応装置によれば、外部力 の磁界の制御により、磁気粒子が可逆的に凝集もしくは 分散することで弁やピストンとしての役割を果たし、液体を封じ込めたり、移動させたり することができる。よって、本発明にかかる装置および方法は、微小流体制御等にお いて有用であり、健康診断チップ等の種々の用途に応用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 液体を支持する液体支持体と、
前記液体支持体に囲まれてなり前記液体が移動する流路と、
前記流路内に配置された複数の磁性粒子と
を備え、
前記磁性粒子に第 1の磁力を作用させて前記磁性粒子を凝集させることで前記流 路を閉塞し、前記液体の流れを遮断する閉状態と、
前記第 1の磁力より弱い第 2の磁力を作用させて前記磁性粒子を前記流路の壁面 の一部に分散させることで前記流路を開放し、前記液体を流す開状態と
の間で可逆的に切り換え可能である流体チップ。
[2] 前記磁性粒子の径が、 1 μ m以上 100 μ m以下であることを特徴とする、請求項 1 に記載の流体チップ。
[3] 前記液体は親水性の液体であり、かつ前記磁性粒子の表面が撥水性を有すること を特徴とする、請求項 1に記載の流体チップ。
[4] 前記磁性粒子の表面の撥水性が、撥水ポリマーによる処理で付与されていることを 特徴とする、請求項 1に記載の流体チップ。
[5] 前記磁性粒子の表面の撥水性が、疎水性官能基を表面に修飾する処理で付与さ れて 、ることを特徴とする、請求項 4に記載の流体チップ。
[6] 前記液体は疎水性の液体であり、かつ前記磁性粒子の表面が親水性を有すること を特徴とする、請求項 1に記載の流体チップ。
[7] 前記磁性粒子の表面の親水性が、親水ポリマーによる処理で付与されていることを 特徴とする、請求項 6に記載の流体チップ。
[8] 前記流路の断面積が: L m2以上 1 X lo m2以下である、請求項 1に記載の流体 チップ。
[9] 流体チップ内の液体の移動を制御する方法であって、
前記流体チップは、前記液体を支持する液体支持体と、前記液体支持体に囲まれ てなり前記液体が移動する流路と、前記流路内に配置された複数の磁性粒子とを備 え、 前記方法は、
磁石力 前記複数の磁性粒子に第 1の磁力を作用させ、それによつて前記複数の 磁性粒子を凝集させて前記流路を閉塞し、前記液体の流れを遮断する工程、および 前記磁石から前記複数の磁性粒子に前記第 1の磁力よりも弱い第 2の磁力を作用 させ、それによつて前記流路の壁面の一部に前記複数の磁性粒子を分散させて前 記流路を開放し、前記液体の流れを許可する工程、を有し、
前記第 1の磁力を作用させることによる前記複数の磁性粒子の凝集と、前記第 2の 磁力を作用させることによる前記複数の磁性粒子の分散とを可逆的に切り換え可能 である方法。
[10] 前記複数の磁性粒子に前記第 1の磁力が作用する状態を維持しつつ前記磁石を 移動させ、前記複数の磁性粒子を前記凝集した状態を維持しつつ前記流路の一つ の位置力 他の位置へ移動させ、それによつて前記流路内の液体を移動させること を特徴とする、請求項 8に記載の方法。
[11] 前記複数の磁性粒子に前記第 2の磁力を作用する状態を維持しつつ前記磁石を 移動させ、前記複数の磁性粒子を前記流路の壁面に分散した状態を維持しつつ前 記流路内の一つの位置力 他の位置へ移動させることを特徴とする、請求項 9に記 載の方法。
[12] 前記磁性粒子の径が、 1 μ m以上 100 μ m以下であることを特徴とする、請求項 9 に記載の方法。
[13] 前記磁石は永久磁石であることを特徴とする、請求項 9に記載の方法。
[14] 前記磁石は電磁石であることを特徴とする、請求項 9に記載の方法。
[15] 前記液体として親水性の液体を用い、かつ前記磁性粒子の表面が撥水性を有する ことを特徴とする、請求項 9に記載の方法。
[16] 前記磁性粒子の表面の撥水性が、撥水ポリマーによる処理で付与されていることを 特徴とする、請求項 15に記載の方法。
[17] 前記磁性粒子の表面の撥水性が、疎水性官能基を表面に修飾する処理で付与さ れて 、ることを特徴とする、請求項 15に記載の方法。
[18] 前記液体として疎水性の液体を用い、かつ前記磁性粒子の表面が親水性を有する ことを特徴とする、請求項 9に記載の方法。
[19] 前記磁性粒子の表面の親水性が、親水ポリマーによる処理で付与されていることを 特徴とする、請求項 18に記載の方法。
[20] 前記流路の断面積が: L m2以上 1 X 106 m2以下である、請求項 9に記載の方法
[21] 流路と、チャンバ一と、前記流路内に配置された複数の磁性粒子とを有し、外部か ら前記流路および前記チャンバ一に液体を導入して、化学反応を前記チャンバ一ま たは前記流路にて行うための流体チップと、
前記複数の磁性粒子に第 1の磁力を及ぼして前記複数の磁性粒子を凝集させて 前記流路を閉塞し、それによつて前記液体の流れを遮断する閉状態と、前記複数の 磁性粒子に前記第 1の磁力よりも弱い第 2の磁力を及ぼして前記複数の磁性粒子を 前記流路の壁面の一部に分散させて前記流路を開放し、それによつて前記液体を 流す開状態とを可逆的に切り換えるように、前記流体チップに生じる磁界を制御可能 な磁界発生装置と
を備える、化学反応装置。
[22] 前記磁界発生装置による前記磁界の制御により、前記磁性粒子を前記流路の分 岐点又は前記流路に凝集させて閉状態とすることにより流路を切り替え、前記液体を 目的の前記流路もしくは前記チャンバ一に移動させることを特徴とする、請求項 21に 記載の化学反応装置。
[23] 前記磁界発生装置は、前記第 1の磁力によって前記凝集した状態を維持しつつ前 記複数の磁性粒子が前記流路の一つの位置から他の位置へ移動するように、前記 磁界を制御可能であることを特徴とする、請求項 21に記載の化学反応装置。
[24] 前記磁界発生装置は、前記第 2の磁力によって前記流路の壁面に分散した状態を 維持しつつ前記複数の磁性粒子を前記流路内の一つの位置から他の位置へ移動 するように、前記磁界を制御可能であることを特徴とする、請求項 21に記載の化学反 応装置。
[25] 前記磁界発生装置が永久磁石を備えることを特徴とする、請求項 21に記載の化学 反応装置。 [26] 前記磁界発生装置が電磁石を備えることを特徴とする、請求項 21に記載の化学反
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