WO2020235585A1 - 送液システム、送液制御方法、及び送液装置 - Google Patents

送液システム、送液制御方法、及び送液装置 Download PDF

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中村　勤
延彦 乾
智也 佐々木
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積水化学工業株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a liquid feeding system using a chip provided with a flow path through which a fluid is fed, a liquid feeding control method, and a liquid feeding device.
  • Patent Document 3 discloses a method of sending a liquid using a gas generated by giving an external stimulus to a gas generating material.
  • the liquid feeding may be excessively performed depending on the external environment.
  • An object of the present invention is to provide a liquid feeding system, a liquid feeding control method, and a liquid feeding device capable of stably feeding a fluid even when the external environment such as an external air pressure fluctuates. ..
  • the liquid feeding system includes an external atmospheric pressure measuring unit that measures the external atmospheric pressure, a conversion unit that converts the external atmospheric pressure data measured by the external atmospheric pressure measuring unit into conditions of light irradiation or temperature control, and the above.
  • an external stimulus applying means for giving an external stimulus to the gas generating material by the light irradiation or the temperature control based on the conditions converted in the conversion unit, and a flow path through which the fluid is sent.
  • the fluid is fed in the flow path by the gas generated from the gas generating material by the external stimulus.
  • the liquid feeding system In a specific aspect of the liquid feeding system according to the present invention, it is generated from the gas generating material by changing the conditions of the light irradiation or the temperature control according to the external pressure measured by the external pressure measuring unit. It is controlled so that the amount of gas generated is constant.
  • the external stimulus is light.
  • the external stimulus is heat.
  • the liquid feed control method is a liquid feed control method using a chip for inspection or analysis provided with a flow path through which a fluid is fed, and includes a step of measuring an external pressure and a step of measuring an external pressure.
  • the gas is generated by applying an external stimulus to the gas generating material based on the conversion step of converting the measured external pressure data into the conditions of light irradiation or temperature control and the converted conditions of the light irradiation or temperature control. It includes a gas generation step of generating gas from a material and a liquid feeding step of supplying a fluid in the flow path by supplying the gas generated from the gas generating material to the flow path in the chip.
  • the conditions of the light irradiation or the temperature control are changed so that the amount of gas generated from the gas generating material becomes constant according to the measured data of the external pressure.
  • the liquid feeding device includes an external atmospheric pressure measuring unit that measures an external atmospheric pressure, a converting unit that converts external atmospheric pressure data measured by the external atmospheric pressure measuring unit into conditions of light irradiation or temperature control, and the above. Based on the conditions converted in the conversion unit, the fluid is sent by the external stimulus applying means that gives an external stimulus to the gas generating material by the light irradiation or the temperature control, and the gas generated from the gas generating material by the external stimulus. It is provided with a chip for inspection or analysis, which is provided with a flow path.
  • a liquid feeding system a liquid feeding control method, and a liquid feeding device capable of stably feeding a fluid even when the external environment such as an external air pressure fluctuates. ..
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a liquid feeding device used in the liquid feeding system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a chip used in the liquid feeding system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a calibration curve used in the liquid feed control method using the liquid feed system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a flowchart as an example of a liquid feed control method using the liquid feed system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a flowchart of another example of a liquid feed control method using the liquid feed system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a liquid feeding device used in the liquid feeding system according to the embodiment of the present invention.
  • the liquid feeding device 10 includes a control device 20, an external stimulus applying means 23, and a chip 1.
  • the chip 1 will be described first.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a chip used in the liquid feeding system according to the embodiment of the present invention.
  • Chip 1 is a chip for inspection or analysis.
  • the chip 1 has a rectangular plate-like shape.
  • the shape of the chip 1 is not particularly limited.
  • the chip 1 also has a substrate 2 having a rectangular plate shape.
  • the material constituting the substrate 2 is not particularly limited, and examples thereof include resin, glass, and ceramics.
  • the substrate 2 is preferably an injection molded product made of synthetic resin.
  • the synthetic resin constituting the substrate 2 include an organic siloxane compound, a polymethacrylate resin, and a polyolefin resin.
  • the polyolefin resin include cyclic polyolefin resins.
  • Specific examples of the organic siloxane compound include polydimethylsiloxane (PDMS) and polymethylhydroxanesiloxane.
  • the substrate 2 is open to the main surface 2a. Further, the substrate 2 is provided with a flow path 3 through which a fluid is sent.
  • a fluid a liquid reagent or the like can be used.
  • the fluid may be a microfluid.
  • the flow path 3 is a micro flow path. Therefore, the chip 1 is a microchip.
  • the flow path 3 may not be a micro flow path but a flow path having a larger cross-sectional area than the micro flow path. However, it is preferably a microchannel. As a result, various tests and analyzes can be performed with a small amount of sample.
  • the microchannel means a minute channel that causes a micro effect when the fluid is transported.
  • the fluid is strongly affected by surface tension and behaves differently than a fluid flowing through a normal large-sized channel.
  • the cross-sectional shape and size of the microchannel are not particularly limited as long as the channel produces the above micro effect.
  • the smaller one is when the cross-sectional shape of the microchannel is generally rectangular (including a square) from the viewpoint of reducing the liquid feeding resistance.
  • the size of the side is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, and further preferably 100 ⁇ m or more. From the viewpoint of further miniaturization of the microfluidic device using the chip 1, the size of the smaller side is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, still more preferably 500 ⁇ m or less.
  • the diameter (minor diameter in the case of an ellipse) is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, still more preferably 100 ⁇ m or more. From the viewpoint of further miniaturization of the microfluidic device using the chip 1, the diameter (minor diameter in the case of an ellipse) is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and further preferably 500 ⁇ m or less.
  • the dimension of the smaller side It is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, and further preferably 20 ⁇ m or more. Further, the size of the smaller side is preferably 200 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less.
  • a film-shaped gas generating material 4 is attached on the main surface 2a.
  • the gas generating material 4 is a gas generating material for a micropump.
  • the opening of the flow path 3 is covered with the gas generating material 4. Therefore, the gas generated from the gas generating material 4 is guided to the flow path 3 by applying an external stimulus such as light or heat to the gas generating material 4.
  • the thickness of the gas generating material 4 is not particularly limited.
  • the thickness of the gas generating material 4 is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, preferably 5 mm or less, and more preferably 500 ⁇ m or less.
  • the gas generating material 4 is preferably a film.
  • the film includes a tape and a sheet.
  • the gas generating material 4 is preferably a photoresponsive gas generating material.
  • the gas generating material may be a heat-responsive gas generating material.
  • the photoresponsive gas generating agent generates gas when irradiated with light.
  • Examples of the photoresponsive gas generating agent include azo compounds and azide compounds.
  • azo compound preferably used as a photoresponsive gas generator examples include 2,2'-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide) and 2,2'-azobis [N- (2- (2-). Methylpropyl) -2-methylpropionamide] and the like.
  • Examples of the azide compound preferably used as a photoresponsive gas generating agent include a compound having a sulfonyl azide group or an azidomethyl group.
  • Specific examples of the compound having an azidomethyl group include glycidyl azide polymer and the like.
  • the gas generating material 4 may further contain a binder resin, a photosensitizer, and the like.
  • a binder resin preferably used include acrylic resin, glycidyl azide polymer and the like.
  • the photosensitizer preferably used include, for example, benzophenone, diethylthioxanthone, anthraquinone, benzoin, an acridine derivative and the like.
  • the gas generating material 4 is covered with the gas barrier layer 5.
  • the gas barrier layer 5 suppresses the gas generated in the gas generating material 4 from flowing out to the side opposite to the main surface 2a, and is efficiently supplied to the flow path 3. Therefore, the gas barrier layer 5 is preferably a layer having low permeability of the gas generated in the gas generating material 4.
  • Examples of the material constituting the gas barrier layer 5 include polyacrylic resin, polyolefin resin, polycarbonate resin, vinyl chloride resin, ABS resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, nylon resin, urethane resin, polyimide resin, glass and the like.
  • the thickness of the gas barrier layer 5 can be appropriately changed depending on the material of the gas barrier layer 5 and the like, and is not particularly limited.
  • the thickness of the gas barrier layer 5 is preferably 10 ⁇ m or more, more preferably 25 ⁇ m or more, preferably 1 mm or less, and more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the gas barrier layer 5 is preferably a layer in which light in the ultraviolet region is less likely to be attenuated. The gas barrier layer 5 does not have to be provided.
  • the control device 20 includes an outside air pressure measuring unit 21 and a conversion unit 22.
  • the outside air pressure measuring unit 21 is a part that measures the outside air pressure.
  • Examples of the external pressure measuring unit 21 include a sensor that measures atmospheric pressure.
  • the conversion unit 22 is a unit that converts the external pressure data measured by the external pressure measurement unit 21 into conditions for light irradiation or temperature control.
  • the external stimulus applying means 23 is a portion that applies an external stimulus to the gas generating material 4 by light irradiation or temperature control based on the conditions converted by the conversion unit 22.
  • the external stimulus applying means 23 is the light source 6 shown in FIG.
  • the light source 6 is an LED (Light Emitting Diode).
  • Gas can be generated from the gas generating material 4 by irradiating light from the light source 6 toward the gas generating material 4 in the direction indicated by the arrow X.
  • the liquid A arranged in the flow path 3 can be sent in the downstream direction indicated by the arrow Y.
  • the external stimulus applying means 23 may be a heating means such as a heater for heating the chip 1.
  • the control device 20 can control the liquid feeding of the fluid (liquid A) in the flow path 3, so that the fluid can be fed even if the external environment such as the external air pressure fluctuates.
  • the liquid can be sent stably. This will be specifically described below together with a liquid feeding control method using the liquid feeding device 10.
  • an LED lighting program that controls the amount of gas generated by the irradiation time of the LED (light source 6) is provided so that the amount of gas generated from the gas generating material 4 becomes constant even if the outside air pressure fluctuates. It is built-in.
  • the outside air pressure is measured by the outside air pressure measuring unit 21.
  • the conversion unit 22 converts the external pressure data measured by the external pressure measuring unit 21 into the irradiation time of light irradiation.
  • the conversion unit 22 has a calibration coefficient transmission unit 22a and a correction program coefficient transmission unit 22b.
  • a calibration curve derived in advance from the relationship between the external pressure and the LED irradiation time (gas generation amount) is associated with the LED lighting program of the liquid feeding device 10 as the calibration coefficient. ing. Therefore, the calibration coefficient can be obtained by applying the measured outside atmospheric pressure data to this calibration curve. The obtained calibration coefficient is transmitted to the correction program coefficient transmission unit 22b and fed back to the irradiation time of the LED lighting program.
  • a calibration curve as shown in FIG. 3 as an example is built in the program. From FIG. 3, it can be seen that when the external pressure changes from 101 kPa (atmospheric pressure) to 71 kPa (altitude 3000 m), the calibration coefficient becomes about 0.6 to 0.7. At this time, when the light is turned on at 101 kPa for 1 second, the light is switched so as to light at 71 kPa for about 0.6 to 0.7 seconds. In this way, the correction LED lighting program (correction program) can be set by feeding back the calibration coefficient to the lighting time of the predetermined LED lighting program.
  • the calibration curve as an example shown in FIG. 3 is derived in advance from the relationship between the LED irradiation time of 0 to 1 second and the external air pressure.
  • the irradiation time correction program obtained by the correction program coefficient transmission unit 22b is transmitted to the LED (light source 6), and the gas generating material 4 is irradiated with light for a certain period of time based on the correction program. As a result, a predetermined amount of gas is generated from the gas generating material 4, and the fluid is sent.
  • the amount of gas generated from the gas generating material 4 is controlled to be constant even if the outside air pressure fluctuates. Therefore, in the liquid feed control method using this liquid feed system, it is difficult to excessively feed the fluid even if the outside air pressure fluctuates. In other words, in the liquid feeding control method using the liquid feeding device 10, the fluid can be stably fed even if the external environment such as the external air pressure fluctuates.
  • FIG. 4 is a diagram showing a flowchart as an example of a liquid feed control method using the liquid feed system according to the embodiment of the present invention.
  • the outside air pressure is measured by the outside air pressure measuring unit 21. Then, it is determined whether or not the measured external air pressure is in the range of 96 to 107 kPa. When the measured outside air pressure is within the range of 96 to 107 kPa, it is judged to be a normal state, and the condition of the LED irradiation time is not changed.
  • the amount of gas generated is controlled to be a reference value (constant amount) by changing the LED irradiation time.
  • the amount of gas generated may be controlled to be a reference value by changing the irradiation intensity of the LED.
  • the calibration coefficient obtained by the calibration coefficient transmission unit 22a is fed back to the LED irradiation intensity in the predetermined LED lighting program to set the correction LED lighting program (correction program).
  • FIG. 5 is a diagram showing a flowchart of another example of the liquid feed control method using the liquid feed system according to the embodiment of the present invention.
  • a temperature control device capable of heating or cooling the entire chip 1 is used as the external stimulus applying means 23.
  • a calibration curve derived from the relationship between the temperature of 10 to 150 ° C. and the outside atmospheric pressure is associated with the temperature program of the liquid feeding device 10 as a calibration coefficient.
  • the outside air pressure is first measured by the outside air pressure measuring unit 21. Then, it is determined whether or not the measured external air pressure is in the range of 96 kPa to 107 kPa. When the measured outside air pressure is within the range of 96 kPa to 107 kPa, it is judged to be a normal state and the temperature condition is not changed. On the other hand, when the measured outside air pressure is less than 96 kPa or more than 107 kPa, it is judged that the normal state is not met and the temperature condition is changed. In this way, the amount of gas generated may be controlled by changing the temperature conditions.
  • the calibration coefficient obtained by the calibration coefficient transmission unit 22a is fed back to the temperature of a predetermined temperature program to set the correction temperature program (correction program).
  • any one of LED irradiation time, LED irradiation intensity, and temperature control may be used in combination.
  • the amount of gas generated may be controlled by changing the light irradiation intensity and the temperature condition based on the external atmospheric pressure data measured by the external atmospheric pressure measuring unit 21. Even in this case, the amount of gas generated is controlled to be the same as in the case of the reference external air pressure by changing the light irradiation intensity and the temperature condition according to the fluctuating external air pressure. Therefore, according to the liquid feeding system and the liquid feeding control method of the present invention, even when the external environment such as the outside air pressure fluctuates, it is possible to suppress the feeding of an excessive amount of fluid and stabilize the fluid.
  • the liquid can be sent as a target.

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Abstract

外気圧などの外部環境が変動した場合においても、流体を安定的に送液することができる、送液システムを提供する。　外気圧を測定する外気圧測定部２１と、外気圧測定部２１で測定された外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する変換部２２と、変換部２２において変換した条件に基づき、光照射又は温度制御によりガス発生材に外部刺激を与える外部刺激付与手段２３と、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップ１と、を備え、外部刺激によってガス発生材から発生するガスにより、流路内において流体が送液される、送液システム。

Description

送液システム、送液制御方法、及び送液装置
　本発明は、流体が送液される流路が設けられているチップを用いた送液システム、送液制御方法、及び送液装置に関する。
　従来、流体が送液される流路が設けられているチップを用いて、各種検体又は試料の送液や反応を制御することにより、血液検査や遺伝子検査などの検査や生化学分析が試みられている。
　ところで、マイクロチップの流路に液体を流す際には、一般的には、大気開放されている条件下で行われる。そのため、供給口から流路に供給された液体は瞬時に大気開放されている出口まで流れ出てしまう。そのため、送液を制御するためには、例えば、特許文献１のように、流路の途中にバルブを設ける方法が考えられる。しかしながら、液体の流れ方は、液性によって異なるため、厳密に制御することが難しい。そのため、例えば、特許文献２では、液体の位置をモニターしながら、液体の搬送が制御されている。しかしながら、液体の濡れ性が高く、液体が流路壁を先走りするなどの現象が見られる場合、液体の位置をモニターすることができないことがある。
　また、下記の特許文献３では、ガス発生材に外部刺激を与えることにより発生させたガスを用いて、液体を送液する方法が開示されている。
特許第４６８３５３８号公報 国際公開第２０１１－０２７８５１号 特許第５２９１４１５号公報
　しかしながら、特許文献３のように、ガス発生材を用いた送液方法においても、外部の環境下によっては、送液が過剰に行われることがある。
　本発明者らは、この点について鋭意検討した結果、例えば、高地のような外気圧が低下する環境下において、一般的な環境下と同じ条件でガスを発生させると、発生するガスの体積が大きくなり、その結果送液が過剰に行われる場合があることを見出した。
　このように送液が過剰に行われると、液体試薬が合流するタイミングがずれたり、極度な泡立ちが発生したりすることがあるため、正確な反応スキームを達成できない場合がある。
　本発明の目的は、外気圧などの外部環境が変動した場合においても、流体を安定的に送液することができる、送液システム、送液制御方法、及び送液装置を提供することにある。
　本発明に係る送液システムは、外気圧を測定する外気圧測定部と、前記外気圧測定部で測定された外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する変換部と、前記変換部において変換した条件に基づき、前記光照射又は前記温度制御によりガス発生材に外部刺激を与える外部刺激付与手段と、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップと、を備え、前記外部刺激によって前記ガス発生材から発生するガスにより、前記流路内において前記流体が送液される。
　本発明に係る送液システムのある特定の局面では、前記外気圧測定部で測定された外気圧に応じて、前記光照射又は前記温度制御の条件を変更することにより、前記ガス発生材から発生するガス発生量が一定となるように制御される。
　本発明に係る送液システムの別の特定の局面では、前記外部刺激が、光である。
　本発明に係る送液システムの他の特定の局面では、前記外部刺激が、熱である。
　本発明に係る送液制御方法は、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップを用いた送液制御方法であって、外気圧を測定する工程と、測定した前記外気圧のデータを光照射又は温度制御の条件に変換する変換工程と、変換した前記光照射又は前記温度制御の条件に基づき、ガス発生材に外部刺激を与えることにより、前記ガス発生材からガスを発生させるガス発生工程と、前記ガス発生材から発生したガスを前記チップ内の流路に供給することにより、前記流路内において流体を送液する送液工程と、を備え、前記変換工程において、測定した前記外気圧のデータに応じて、前記ガス発生材から発生するガス発生量が一定となるように、前記光照射又は前記温度制御の条件を変更する。
　本発明に係る送液装置は、外気圧を測定する外気圧測定部と、前記外気圧測定部で測定された外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する変換部と、前記変換部において変換した条件に基づき、前記光照射又は前記温度制御によりガス発生材に外部刺激を与える外部刺激付与手段と、前記外部刺激によって前記ガス発生材から発生するガスにより、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップと、を備える。
　本発明によれば、外気圧などの外部環境が変動した場合においても、流体を安定的に送液することができる、送液システム、送液制御方法、及び送液装置を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る送液システムで用いる送液装置を説明するための模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る送液システムで用いるチップを示す模式的断面図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る送液システムを用いた送液制御方法で用いる検量線の一例を示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る送液システムを用いた送液制御方法の一例としてのフローチャートを示す図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る送液システムを用いた送液制御方法の他の例のフローチャートを示す図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
　図１は、本発明の一実施形態に係る送液システムで用いる送液装置を説明するための模式図である。図１に示すように、送液装置１０は、制御装置２０と、外部刺激付与手段２３と、チップ１とを備える。以下、最初にチップ１について説明する。
　図２は、本発明の一実施形態に係る送液システムで用いるチップを示す模式的断面図である。チップ１は、検査用又は分析用のチップである。本実施形態において、チップ１は、矩形板状の形状を有する。もっとも、チップ１の形状は、特に限定されない。チップ１は、同様に矩形板状の形状を有する基板２を有する。
　基板２を構成する材料としては、特に限定されないが、樹脂、ガラス及びセラミックス等が挙げられる。基板２は、合成樹脂の射出成形体であることが望ましい。基板２を構成する合成樹脂としては、有機シロキサン化合物、ポリメタクリレート樹脂、又はポリオレフィン樹脂等が挙げられる。上記ポリオレフィン樹脂としては、環状ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。上記有機シロキサン化合物の具体例としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）又はポリメチル水素シロキサン等が挙げられる。
　基板２は、主面２ａに開口している。また、基板２には、流体が送液される流路３が設けられている。流体としては、液体試薬などを用いることができる。流体は、マイクロ流体であってもよい。また、ここでは、流路３がマイクロ流路である。従って、チップ１は、マイクロチップである。流路３は、マイクロ流路ではなく、マイクロ流路よりも断面積の大きな流路であってもよい。もっとも、マイクロ流路であることが好ましい。それによって、微量の試料により、様々な検査や分析を行うことができる。
　ところで、マイクロ流路とは、流体の搬送に際し、マイクロ効果が生じるような微細な流路をいう。このようなマイクロ流路では、流体は、表面張力の影響を強く受け、通常の大寸法の流路を流れる流体とは異なる挙動を示す。
　マイクロ流路の横断面形状及び大きさは、上記のマイクロ効果が生じる流路であれば特に限定はされない。例えば、マイクロ流路に流体を流す際、ポンプや重力を用いる場合には、送液抵抗を低下させる観点から、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合に、小さい方の辺の寸法で、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。チップ１を用いたマイクロ流体デバイスのより一層の小型化の観点より、小さい方の辺の寸法で、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。
　また、マイクロ流路の横断面形状がおおむね円形の場合には、直径（楕円の場合には、短径）が、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。チップ１を用いたマイクロ流体デバイスのより一層の小型化の観点より、直径（楕円の場合には、短径）は、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。
　一方、例えば、マイクロ流路に流体を流す際、毛細管現象を有効に活用する場合には、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合には、小さい方の辺の寸法で、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、小さい方の辺の寸法で、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
　主面２ａの上には、フィルム状のガス発生材４が貼り付けられている。ガス発生材４は、マイクロポンプ用ガス発生材である。流路３の開口は、ガス発生材４により覆われている。このため、ガス発生材４に光又は熱等の外部刺激が加わることによりガス発生材４から発生したガスは、流路３に導かれる。
　ガス発生材４の厚みは特に限定されない。ガス発生材４の厚みは、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは１０μｍ以上、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下である。
　ガス発生材４は、フィルムであることが好ましい。なお、フィルムにはテープ及びシートが含まれる。また、ガス発生材４は、光応答性ガス発生材であることが好ましい。もっとも、ガス発生材は、熱応答性ガス発生材であってもよい。
　光応答性ガス発生剤は、光が照射された際にガスを発生させる。光応答性ガス発生剤としては、例えば、アゾ化合物、アジド化合物等が挙げられる。
　光応答性ガス発生剤として好ましく用いられるアゾ化合物の具体例としては、例えば、２，２’－アゾビス（Ｎ－シクロヘキシル－２－メチルプロピオンアミド）、２，２’－アゾビス［Ｎ－（２－メチルプロピル）－２－メチルプロピオンアミド］等が挙げられる。
　光応答性ガス発生剤として好ましく用いられるアジド化合物としては、例えば、スルフォニルアジド基またはアジドメチル基を有する化合物が挙げられる。アジドメチル基を有する化合物の具体例としては、例えば、グリシジルアジドポリマー等が挙げられる。
　ガス発生材４は、バインダー樹脂、光増感剤等をさらに含んでいてもよい。好ましく用いられるバインダー樹脂の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、グリシジルアジドポリマーなどが挙げられる。好ましく用いられる光増感剤の具体例としては、例えば、ベンゾフェノン、ジエチルチオキサントン、アントラキノン、ベンゾイン、アクリジン誘導体などが挙げられる。
　また、ガス発生材４は、ガスバリア層５により覆われている。ガスバリア層５により、ガス発生材４において発生したガスが、主面２ａとは反対側に流出することが抑えられ、流路３に効率的に供給される。このため、ガスバリア層５は、ガス発生材４において発生したガスの透過性が低い層であることが好ましい。
　ガスバリア層５を構成する材料としては、ポリアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、又はガラス等が挙げられる。
　ガスバリア層５の厚みは、ガスバリア層５の材質等によって適宜変更でき、特に限定されない。ガスバリア層５の厚みは、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。光を透過させる場合に、ガスバリア層５は、紫外線領域の光の減衰が起きにくい層であることが好ましい。なお、ガスバリア層５は設けられてなくともよい。
　図１に戻り、制御装置２０は、外気圧測定部２１と、変換部２２とを備える。外気圧測定部２１は、外気圧を測定する部分である。外気圧測定部２１としては、気圧を測定するセンサーなどが挙げられる。変換部２２は、外気圧測定部２１で測定した外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する部分である。
　また、外部刺激付与手段２３は、変換部２２によって変換した条件に基づき、光照射又は温度制御によりガス発生材４に外部刺激を与える部分である。本実施形態では、外部刺激付与手段２３が、図２に示す光源６である。本実施形態において、光源６は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）である。
　光源６からガス発生材４に向かって矢印Ｘで示す方向に光を照射することにより、ガス発生材４からガスを発生させることができる。ガス発生材から発生したガスを流路３に供給することにより、流路３内に配置された液体Ａを矢印Ｙに示す下流側の方向へ送液することができる。
　なお、外部刺激付与手段２３は、チップ１を加熱するヒーターなどの加熱手段であってもよい。
　本実施形態の送液装置１０では、制御装置２０によって、流路３内における流体（液体Ａ）の送液を制御することができるので、外気圧などの外部環境が変動しても、流体を安定的に送液することができる。これを以下、送液装置１０を用いた送液制御方法とともに具体的に説明する。
　送液装置１０では、外気圧が変動してもガス発生材４からのガスの発生量が一定となるように、ＬＥＤ（光源６）の照射時間によりガスの発生量を制御するＬＥＤ点灯プログラムが内蔵されている。
　送液装置１０を用いた送液制御方法では、まず、外気圧測定部２１で外気圧を測定する。次に、この外気圧測定部２１で測定した外気圧のデータを、変換部２２において、光照射の照射時間に変換する。
　より具体的には、変換部２２は、キャリブレーション係数伝達部２２ａと、補正プログラム係数伝達部２２ｂとを有する。キャリブレーション係数伝達部２２ａでは、予め外気圧とＬＥＤの照射時間（ガスの発生量）との関係から導き出された検量線が、キャリブレーション係数として、送液装置１０のＬＥＤ点灯プログラムに紐づけられている。従って、この検量線に測定した外気圧のデータを適用することにより、キャリブレーション係数を求めることができる。求めたキャリブレーション係数は、補正プログラム係数伝達部２２ｂに伝達され、ＬＥＤ点灯プログラムの照射時間にフィードバックされる。
　本実施形態では、キャリブレーション係数伝達部２２ａにおいて、図３に一例で示すような検量線がプログラムに内蔵されている。図３より、外気圧が１０１ｋＰａ(大気圧)から７１ｋＰａ（高度３０００ｍ）になると、キャリブレーション係数が約０．６～０．７となることがわかる。このとき、１０１ｋＰａで１秒点灯する場合は、７１ｋＰａで約０．６～０．７秒点灯するように切り替える。このようにして、キャリブレーション係数を予め定められたＬＥＤ点灯プログラムの点灯時間にフィードバックして補正ＬＥＤ点灯プログラム（補正プログラム）を設定することができる。なお、図３に示す一例としての検量線は、０～１秒のＬＥＤ照射時間と外気圧との関係から予め導き出されたものである。
　次に、補正プログラム係数伝達部２２ｂで得られた照射時間の補正プログラムが、ＬＥＤ（光源６）に伝達され、補正プログラムに基づいて一定時間ガス発生材４に光照射される。それによって、ガス発生材４から所定量のガスが発生し、流体が送液される。
　このように、送液装置１０を用いた送液制御方法では、外気圧が変動しても、ガス発生材４からのガス発生量が一定となるように制御される。従って、この送液システムを用いた送液制御方法では、外気圧が変動しても流体の送液が過剰に行われ難い。言い換えると、送液装置１０を用いた送液制御方法では、外気圧などの外部環境が変動しても、流体を安定的に送液することができる。
　図４は、本発明の一実施形態に係る送液システムを用いた送液制御方法の一例としてのフローチャートを示す図である。図４に示すように、このフローチャートでは、まず、外気圧測定部２１において外気圧を測定する。そして、測定した外気圧が９６～１０７ｋＰａの範囲にあるか否かを判定する。測定した外気圧が９６～１０７ｋＰａの範囲内にある場合、通常の状態と判断し、ＬＥＤの照射時間の条件を変更しない。一方、測定した外気圧が９６ｋＰａ未満又は１０７ｋＰａを超える場合、通常の状態では無いと判断し、ＬＥＤの照射時間の条件を変更する。なお、本実施形態では、ＬＥＤの照射時間を変更することにより、ガスの発生量が基準値（一定量）となるように制御した。もっとも、ＬＥＤの照射強度を変更することにより、ガスの発生量が基準値となるように制御してもよい。この場合、キャリブレーション係数伝達部２２ａで求めたキャリブレーション係数を予め定められたＬＥＤ点灯プログラムにおけるＬＥＤの照射強度にフィードバックして補正ＬＥＤ点灯プログラム（補正プログラム）を設定する。
　また、図５は、本発明の一実施形態に係る送液システムを用いた送液制御方法の他の例のフローチャートを示す図である。図５に示す他の例では、外部刺激付与手段２３としてチップ１全体を加熱又は冷却することができる温度制御装置が用いられている。そして、１０～１５０℃の温度と外気圧との関係から導き出された検量線が、キャリブレーション係数として、送液装置１０の温度プログラムに紐づけられている。
　図５に示すフローチャートにおいても、まず、外気圧測定部２１において外気圧を測定する。そして、測定した外気圧が９６ｋＰａ～１０７ｋＰａの範囲にあるか否かを判定する。測定した外気圧が９６ｋＰａ～１０７ｋＰａの範囲内にある場合、通常の状態と判断し、温度条件を変更しない。一方、測定した外気圧が９６ｋＰａ未満又は１０７ｋＰａを超える場合、通常の状態では無いと判断し、温度条件を変更する。このように、温度条件を変更することにより、ガスの発生量を制御してもよい。この場合、キャリブレーション係数伝達部２２ａで求めたキャリブレーション係数を予め定められた温度プログラムの温度にフィードバックして補正温度プログラム（補正プログラム）を設定する。なお、本発明においては、ＬＥＤ照射時間、ＬＥＤ照射強度、及び温度制御のうちいずれかを組み合わせて用いてもよい。
　本発明においては、外気圧測定部２１において測定された外気圧データをもとに、光の照射強度や温度条件を変更することにより、ガスの発生量を制御してもよい。この場合においても、変動した外気圧に応じて、光の照射強度や温度条件を変更することにより、基準とされる外気圧の場合と同じガスの発生量に制御される。従って、本発明の送液システム及び送液制御方法によれば、外気圧などの外部環境が変動した場合においても、過剰量の流体が送液されることを抑制することができ、流体を安定的に送液することができる。
１…チップ
２…基板
２ａ…主面
３…流路
４…ガス発生材
５…ガスバリア層
６…光源
１０…送液装置
２０…制御装置
２１…外気圧測定部
２２…変換部
２２ａ…キャリブレーション係数伝達部
２２ｂ…補正プログラム係数伝達部
２３…外部刺激付与手段

Claims (6)

  1. 　外気圧を測定する外気圧測定部と、
    　前記外気圧測定部で測定された外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する変換部と、
    　前記変換部において変換した条件に基づき、前記光照射又は前記温度制御によりガス発生材に外部刺激を与える外部刺激付与手段と、
    　流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップと、
    を備え、
    　前記外部刺激によって前記ガス発生材から発生するガスにより、前記流路内において前記流体が送液される、送液システム。
  2. 　前記外気圧測定部で測定された外気圧に応じて、前記光照射又は前記温度制御の条件を変更することにより、前記ガス発生材から発生するガス発生量が一定となるように制御される、請求項１に記載の送液システム。
  3. 　前記外部刺激が、光である、請求項１又は２に記載の送液システム。
  4. 　前記外部刺激が、熱である、請求項１～３のいずれか１項に記載の送液システム。
  5. 　流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップを用いた送液制御方法であって、
    　外気圧を測定する工程と、
    　測定した前記外気圧のデータを光照射又は温度制御の条件に変換する変換工程と、
    　変換した前記光照射又は前記温度制御の条件に基づき、ガス発生材に外部刺激を与えることにより、前記ガス発生材からガスを発生させるガス発生工程と、
    　前記ガス発生材から発生したガスを前記チップ内の流路に供給することにより、前記流路内において流体を送液する送液工程と、
    を備え、
    　前記変換工程において、測定した前記外気圧のデータに応じて、前記ガス発生材から発生するガス発生量が一定となるように、前記光照射又は前記温度制御の条件を変更する、送液制御方法。
  6. 　外気圧を測定する外気圧測定部と、
    　前記外気圧測定部で測定された外気圧のデータを、光照射又は温度制御の条件に変換する変換部と、
    　前記変換部において変換した条件に基づき、前記光照射又は前記温度制御によりガス発生材に外部刺激を与える外部刺激付与手段と、
    　前記外部刺激によって前記ガス発生材から発生するガスにより、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップと、
    を備える、送液装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050232817A1 (en) * 2003-09-26 2005-10-20 The University Of Cincinnati Functional on-chip pressure generator using solid chemical propellant
WO2009113566A1 (ja) * 2008-03-11 2009-09-17 積水化学工業株式会社 光応答性ガス発生材料、マイクロポンプ及びマイクロ流体デバイス
JP2010071225A (ja) * 2008-08-22 2010-04-02 Sekisui Chem Co Ltd マイクロ流体送液装置
JP2010539453A (ja) * 2007-09-10 2010-12-16 オーソ−クリニカル・ダイアグノスティックス・インコーポレイテッド 少量の液体の吸引及び分配
JP2015169623A (ja) * 2014-03-10 2015-09-28 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分注装置及び分注方法
US20170189908A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet assay system with automatic calibration

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050232817A1 (en) * 2003-09-26 2005-10-20 The University Of Cincinnati Functional on-chip pressure generator using solid chemical propellant
JP2010539453A (ja) * 2007-09-10 2010-12-16 オーソ−クリニカル・ダイアグノスティックス・インコーポレイテッド 少量の液体の吸引及び分配
WO2009113566A1 (ja) * 2008-03-11 2009-09-17 積水化学工業株式会社 光応答性ガス発生材料、マイクロポンプ及びマイクロ流体デバイス
JP2010071225A (ja) * 2008-08-22 2010-04-02 Sekisui Chem Co Ltd マイクロ流体送液装置
JP2015169623A (ja) * 2014-03-10 2015-09-28 株式会社日立ハイテクノロジーズ 分注装置及び分注方法
US20170189908A1 (en) * 2015-12-30 2017-07-06 Bio-Rad Laboratories, Inc. Droplet assay system with automatic calibration

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