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技術 マイクロ流体チップおよびそれを用いた液体混合方法

出願人 富士フイルム株式会社
発明者 唐木英行沢屋敷吉弘若林彰
出願日 2007年11月15日 (12年5ヶ月経過) 出願番号 2007-297000
公開日 2009年6月4日 (10年11ヶ月経過) 公開番号 2009-119386
状態 未査定
技術分野 自動分析、そのための試料等の取扱い 溶解、混合、フローミキサー 物理的、化学的プロセスおよび装置
主要キーワード 幅流路 未混合状態 垂直断面積 複数液体 被混合液 オリフィス作用 往復移動回数 混合部内
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

濡れ性の異なる複数種液体を混合部に導入する場合であっても、安定的に混合させる。

解決手段

液投入ポート27から圧力ポート29までの流路25途中に設けられ、複数種の液体同士を混合する混合部Mを有し、この混合部Mが、液投入ポート27側から順に第1混合部M1と、第1混合部M1に接続流路を介して接続される第2混合部M2と、が直列に配置されなり、第1混合部M1および第2混合部M2は、それぞれ液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路における垂直断面積に比して大きい少なくとも2つの第1流路部35(45)と、この第1流路部35(45)より垂直断面積が小さく複数の第1流路部同士を接続する第2流路部37(47)とが直列に配列される。そして、第1混合部M1における第1流路部35の垂直断面積は第2混合部M2における第1流路部45の垂直断面積より小さく、第1混合部M1における第1流路部35の流路方向長さLaは第2混合部M2における第1流路部45の流路方向長さLbより長く形成されている。

概要

背景

液物性(粘度、比重容量比など)の異なる一定量の複数の液体を簡便に混合するマイクロ流体チップが従来より知られている。例えば、特許文献1には複数の液体を混合させるためのマイクロ流体チップとして、図6(a)に示すような流路1に、被混合液体3が流動する方向の断面積を他の流路5における断面積と比べて大きくした第1流路部7と、第1流路部7より断面積が小さい第2流路部9とが交互に形成されているマイクロ流体チップ11が開示されており、このマイクロ流体チップ11内で所定量の被混合液体3を往復移動させる液体混合方法が開示されている。なお、図中、13は液投入ポート、15は圧力ポートを示す。

また、同文献には、混合効率を上げる、すなわち、より少ない往復移動回数で混合を完了させるためには、第1流路部7の容積を好ましくは液体全体体積の80%以上とし、第1流路部7の断面積を第2流路部9の断面積の2倍以上にするとよいことが記載されている。そのため、第1流路部7の幅と長さの関係は、幅を広く、長さを短くすることが望ましいとされている。

このマイクロ流体チップ11では、図6(a)に示すように、液投入ポート13に複数種の被混合液体3が供給された後、先ず、図6(b)に示すように、シリンジポンプ等の加減圧手段(図示せず)により圧力ポート15を減圧することで、前段の第1流路部7aに液体全体を収容し、その後、第2流路部9を通過させて、後段の第1流路部7bへ収容する。次いで、圧力ポート15を加圧することで、図6(c)に示すように、再び第2流路部9を通過させて、前段の第1流路部7aへ収容する。この動作を数往復繰り返すことで図6(d)に示すように被混合液体3の混合を完了させる。これにより、液物性の異なる複数種の液体を簡便に混合することができた。

特開2007−121275号公報

概要

濡れ性の異なる複数種の液体を混合部に導入する場合であっても、安定的に混合させる。液投入ポート27から圧力ポート29までの流路25途中に設けられ、複数種の液体同士を混合する混合部Mを有し、この混合部Mが、液投入ポート27側から順に第1混合部M1と、第1混合部M1に接続流路を介して接続される第2混合部M2と、が直列に配置されなり、第1混合部M1および第2混合部M2は、それぞれ液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路における垂直断面積に比して大きい少なくとも2つの第1流路部35(45)と、この第1流路部35(45)より垂直断面積が小さく複数の第1流路部同士を接続する第2流路部37(47)とが直列に配列される。そして、第1混合部M1における第1流路部35の垂直断面積は第2混合部M2における第1流路部45の垂直断面積より小さく、第1混合部M1における第1流路部35の流路方向長さLaは第2混合部M2における第1流路部45の流路方向長さLbより長く形成されている。

目的

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、濡れ性の異なる複数種の液体が混合部に導入される場合であっても、混合部内に液未充填部の形成されることが防止できるマイクロ流体チップおよびそれを用いた液体混合方法を提供し、もって、液物性の異なる複数種の液体、或いは固体溶解液を安定的に混合させることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
0件

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請求項1

基板内流路が形成された流路基板と、前記流路に接続され複数種液体を導入する液投入ポートと、前記流路に接続され該流路内を加圧減圧する圧力を供給する圧力ポートと、備えたマイクロ流体チップであって、前記液投入ポートから前記圧力ポートまでの流路途中に設けられ、前記流路内の液体を該流路内の圧力により流動させて複数種の液体同士を混合する混合部を備え、前記混合部は、前記液投入ポート側から順に第1混合部と、該第1混合部に接続流路を介して接続される第2混合部とが直列に配置されてなり、前記第1混合部および第2混合部は、それぞれ前記液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路における垂直断面積に比して大きい少なくとも2つの第1流路部と、該第1流路部より垂直断面積が小さく複数の前記第1流路部同士を接続する第2流路部とが直列に配置され、前記第1混合部における前記第1流路部の垂直断面積が前記第2混合部における前記第1流路部の垂直断面積より小さく、前記第1混合部における前記第1流路部の流路方向長さが前記第2混合部における前記第1流路部の流路方向長さより長く形成されているマイクロ流体チップ。

請求項2

請求項1記載のマイクロ流体チップであって、前記第1混合部の前記第1流路部は、該第1流路部内の液体の液端によって形成されるメニスカスが該第1流路部の軸中心に対して略対称となる程度に細く形成されているマイクロ流体チップ。

請求項3

請求項1または請求項2記載のマイクロ流体チップであって、前記第1混合部における前段の前記第1流路部および後段の前記第1流路部の各容積が、前記液投入ポートから前記流路へ導入された1回分の前記液体全体を収容可能な容積であるマイクロ流体チップ。

請求項4

請求項1〜請求項3のいずれか1項記載のマイクロ流体チップであって、前記流路の途中に、前記液体が通過することにより溶解する固形状の試薬が保持された固形試薬保持部を備えたマイクロ流体チップ。

請求項5

請求項1〜請求項4のいずれか1項記載のマイクロ流体チップを用い、前記液投入ポートから前記流路に導入した複数種の液体を、前記圧力ポートから圧力を供給することで前記混合部内にて混合する液体混合方法

請求項6

請求項5記載の液体混合方法であって、前記第1の混合部における少なくとも前段の前記第1流路部、前記第2流路部、および後段の前記第1流路部との間で前記液体を往復移動させてから、前記第2の混合部へ送液する液体混合方法。

請求項7

請求項5または請求項6記載の液体混合方法であって、前記複数の液体は、前記流路内表面に対する濡れ性がそれぞれ異なる液体である液体混合方法。

請求項8

請求項7記載の液体混合方法であって、前記複数の液体は、血液と該血液を溶血する希釈液とを含む液体混合方法。

技術分野

0001

本発明は、流路内に導入された複数の液体を、流路内の雰囲気加減圧することにより混合させつつ流動させるマイクロ流体チップおよびそれを用いた液体混合方法に関する。

背景技術

0002

液物性(粘度、比重容量比など)の異なる一定量の複数の液体を簡便に混合するマイクロ流体チップが従来より知られている。例えば、特許文献1には複数の液体を混合させるためのマイクロ流体チップとして、図6(a)に示すような流路1に、被混合液体3が流動する方向の断面積を他の流路5における断面積と比べて大きくした第1流路部7と、第1流路部7より断面積が小さい第2流路部9とが交互に形成されているマイクロ流体チップ11が開示されており、このマイクロ流体チップ11内で所定量の被混合液体3を往復移動させる液体混合方法が開示されている。なお、図中、13は液投入ポート、15は圧力ポートを示す。

0003

また、同文献には、混合効率を上げる、すなわち、より少ない往復移動回数で混合を完了させるためには、第1流路部7の容積を好ましくは液体全体体積の80%以上とし、第1流路部7の断面積を第2流路部9の断面積の2倍以上にするとよいことが記載されている。そのため、第1流路部7の幅と長さの関係は、幅を広く、長さを短くすることが望ましいとされている。

0004

このマイクロ流体チップ11では、図6(a)に示すように、液投入ポート13に複数種の被混合液体3が供給された後、先ず、図6(b)に示すように、シリンジポンプ等の加減圧手段(図示せず)により圧力ポート15を減圧することで、前段の第1流路部7aに液体全体を収容し、その後、第2流路部9を通過させて、後段の第1流路部7bへ収容する。次いで、圧力ポート15を加圧することで、図6(c)に示すように、再び第2流路部9を通過させて、前段の第1流路部7aへ収容する。この動作を数往復繰り返すことで図6(d)に示すように被混合液体3の混合を完了させる。これにより、液物性の異なる複数種の液体を簡便に混合することができた。

0005

特開2007−121275号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、図7に示すように、混合効率を上げる目的で幅を広くした第1流路部7に、未混合である被混合液体3を導入し、流路内を往復移動させようとすると、被混合液体3が互いに濡れ性が異なる場合に不具合を生じる。つまり、流路面が乾いた状態から、未混合状態にある被混合液体3A,3Bが導入された前段の第1流路部7aから後段の第1流路部7bに各被混合液体3A,3Bが移動した際、前段の第1流路部7a内の流路面は、各被混合液体3A,3Bの濡れ残りが場所によって異なっている。つまり、濡れ性の高い被混合液体3Bは流路面に付着したままとなり、濡れ性の低い被混合液体3Aは流路面に殆ど残らない状態となる。このような状況下では、再び被混合液体3A,3Bが戻されたときに各液の挙動が変化する。

0007

この液の挙動について図8を用いて説明する。
図8(a)に示した液投入ポート13に被混合液体3が供給された後、加減圧手段により圧力ポート15を減圧した際、図8(b)に示すように、前段の第1流路部7aの流路面は、前述したように場所によって濡れ残り状態が異なり、濡れ性の高い被混合液体3Bが通過した流路面の一部に、被混合液体3Bの液体成分17が付着して残る。

0008

次に、図8(c)に示すように、後段の第1流路部7bから再度、前段の第1流路部7aに被混合液体3が相互に混合されつつ移動してきたときに、第1流路部7aの流路面は、液体成分17の付着した領域と付着していない領域とが存在し、それぞれの領域で濡れ易さが異なるため、例えば進行方向片側は濡れ易く液が進行し易く、もう片側は濡れ難く液が進行し難い状態になっている。そこに被混合液体3が移動してくると、濡れ易い片側のみを液が進行し、メニスカス曲面液端進行度合い差異dが生じ、その結果、図8(d)に示すように、先行するメニスカス曲面液端が液投入ポート13側の流路の入り口に到達して、液が第1流路部7から流れ出し、第1流路部7a内に液未充填部(気泡)19が形成されてしまう不具合が発生した。この問題は被混合液体3の1つの液体3Bが血液である場合に顕著に現れた。

0009

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、濡れ性の異なる複数種の液体が混合部に導入される場合であっても、混合部内に液未充填部の形成されることが防止できるマイクロ流体チップおよびそれを用いた液体混合方法を提供し、もって、液物性の異なる複数種の液体、或いは固体溶解液を安定的に混合させることを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1)基板内に流路が形成された流路基板と、前記流路に接続され複数種の液体を導入する液投入ポートと、前記流路に接続され該流路内を加圧減圧する圧力を供給する圧力ポートと、備えたマイクロ流体チップであって、
前記液投入ポートから前記圧力ポートまでの流路途中に設けられ、前記流路内の液体を該流路内の圧力により流動させて複数種の液体同士を混合する混合部を備え、
前記混合部は、前記液投入ポート側から順に第1混合部と、該第1混合部に接続流路を介して接続される第2混合部とが直列に配置されてなり、
前記第1混合部および第2混合部は、それぞれ前記液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路における垂直断面積に比して大きい少なくとも2つの第1流路部と、該第1流路部より垂直断面積が小さく複数の前記第1流路部同士を接続する第2流路部とが直列に配置され、
前記第1混合部における前記第1流路部の垂直断面積が前記第2混合部における前記第1流路部の垂直断面積より小さく、
前記第1混合部における前記第1流路部の流路方向長さが前記第2混合部における前記第1流路部の流路方向長さより長く形成されているマイクロ流体チップ。

0011

このマイクロ流体チップによれば、メニスカス曲面液端の進行度合いに差異の生じ難い第1混合部にて複数種の液体が予備混合される。これにより、混合性能の高い第2混合部において、異なる濡れ性の液体が対向内表面に接触することにより生じる、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制される。

0012

(2) (1)記載のマイクロ流体チップであって、
前記第1混合部の前記第1流路部は、該第1流路部内の液体の液端によって形成されるメニスカスが該第1流路部の軸中心に対して略対称となる程度に細く形成されているマイクロ流体チップ。

0013

このマイクロ流体チップによれば、第1混合部の第1流路部に導入された液体のメニスカスが第1流路部の軸中心に対して略対称となることで、濡れ性の異なる液体が接触する場合であっても、内表面におけるメニスカス曲面液端の進行度合いに大きな差異が発生しなくなる。

0014

(3) (1)または(2)記載のマイクロ流体チップであって、
前記第1混合部における前段の前記第1流路部および後段の前記第1流路部の各容積が、前記液投入ポートから前記流路へ導入された1回分の前記液体全体を収容可能な容積であるマイクロ流体チップ。

0015

このマイクロ流体チップによれば、第1混合部において、前段の第1流路部に液体全体が収容された後、第2流路部を通過して後段の第1流路部へ収容され、広幅流路部と狭幅流路部とを交互に通過することで、オリフィス作用による撹拌が複数回行われ、複数種の液体同士の混合が促進される。

0016

(4) (1)〜(3)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップであって、
前記流路の途中に、前記液体が通過することにより溶解する固形状の試薬が保持された固形試薬保持部を備えたマイクロ流体チップ。

0017

このマイクロ流体チップによれば、試薬が流路内表面にチップと一体的に保持され、特に固化試薬が、前段の第1流路部と後段の第1流路部との間に配置されることで、前段、後段の第1流路部を往復する撹拌中の液体に効率良く溶解され、液体との均一な混合が可能となる。

0018

(5) (1)〜(4)のいずれか1項記載のマイクロ流体チップを用い、前記液投入ポートから前記流路に導入した複数種の液体を、前記圧力ポートから圧力を供給することで前記混合部内にて混合する液体混合方法。

0019

この液体混合方法によれば、チップ外部から作用する空圧により、特に、能動的なバルブポンプ内臓していないシンプル流路構成にて、液物性の異なる複数の液体、或いは固体溶解液が、混合部内に液未充填部を生じさせることなく安定的に混合される。

0020

(6) (5)記載の液体混合方法であって、
前記第1の混合部における前段の前記第1流路部、前記第2流路部、および後段の前記第1流路部との間で前記液体を往復移動させてから、前記第2の混合部へ送液する液体混合方法。

0021

この液体混合方法によれば、メニスカス曲面液端の進行度合いに差異の生じ難い第1混合部における前段の第1流路部と後段の第1流路部にて複数種の液体が予備混合される。これにより、混合性能の高い第2混合部において、異なる濡れ性の液体が対向内表面に接触することにより生じる、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制される。

0022

(7) (5)または(6)記載の液体混合方法であって、
前記複数の液体は、前記流路内表面に対する濡れ性がそれぞれ異なる液体である液体混合方法。

0023

この液体混合方法によれば、濡れ性の異なる液体が液投入ポートに導入される場合であっても、第1混合部にて予備混合され、混合性能の高い第2混合部において、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制される。

0024

(8) (7)記載の液体混合方法であって、
前記複数の液体は、血液と該血液を溶血する希釈液とを含む液体混合方法。

0025

この液体混合方法によれば、濡れ性の高い血液と、濡れ性の低い希釈液とが液投入ポートに同時に導入される場合であっても、第1混合部にて血液と希釈液とが予備混合され、混合性能の高い第2混合部において、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制され、液未充填部の発生を防止して、血液の均一な希釈が可能となる。

発明の効果

0026

本発明に係るマイクロ流体チップによれば、第1混合部における第1流路部の垂直断面積を第2混合部における第1流路部の垂直断面積より小さく形成し、第1混合部における第1流路部の流路方向長さを第2混合部における第1流路部の流路方向長さより長く形成したので、メニスカス曲面液端の進行度合いに差異の生じ難い第1混合部にて複数種の液体を予備混合し、混合性能の高い第2混合部においては異なる濡れ性の液体が対向内表面に接触することによるメニスカス曲面液端の進行度合いの差異を抑制できる。これにより、濡れ性の異なる複数液体を混合部に導入する場合であっても、混合部内に液未充填部の形成されることがなく、液物性の異なる複数の液体、或いは固体溶解液を安定的に混合することができる。

0027

本発明に係る液体混合方法によれば、上記のマイクロ流体チップを用い、液投入ポートから流路に導入した複数種の液体を、圧力ポートから圧力を供給することにより混合するので、特に、能動的なバルブやポンプを内臓していないシンプルな流路構成にて、液物性の異なる複数の液体、或いは固体溶解液を安定的に混合することができる。

発明を実施するための最良の形態

0028

以下、本発明に係るマイクロ流体チップおよびそれを用いた液体混合方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明に係るマイクロ流体チップの構成図、図2図1のA1−A2断面図である。
マイクロ流体チップ100は、流路基板21と、この流路基板21の一方の面(下面21a)に貼着される蓋材23とにより構成されている。
流路基板21の材料は、無機材質有機材質が利用可能である。流路基板11に使用される無機材質としては、例えば金属、シリコンテフロン登録商標)、ガラスセラミックスなど、有機材質としてはプラスチックゴムなどが挙げられる。
ここで、プラスチックの例としては、COP、PS、PC、PMMA、PE、PET、PP等を挙げることができる。ゴムの例としては、天然ゴム合成ゴムシリコンゴム、PDMS(polydimethylsiloxane)等を挙げることができる。
シリコン含有物質としては、ガラス、石英シリコンウエファー等のアモルファスシリコンポリメチルシロキサンなどのシリコーンが挙げられる。特に好ましい例としては、PMMA、COP、PS、PC、PET、PDMS、ガラス、シリコンウエファー等を挙げることができる。

0029

また、流路基板21は、光透過性を有することが好ましい。光透過性とは、検出に用いる励起光蛍光波長において透過性が高く、散乱が小さく、自家蛍光が少ないことである。マイクロ流体チップ100は、蛍光を検出可能とするこのような光透過性を有することで、検出試薬(例えばサイバーグリーン)との反応によって発する蛍光が測定可能となる。

0030

図2に示す蓋材23は、流路基板21の流路面(下面21a)に溝や孔として形成された後述の液投入ポート、流路、圧力ポート等に蓋をして流路を形成するための部材であり、蓋材23と流路基板21は接着剤粘着剤により接合される。蓋材23としては、流路基板同様、光透過性を有し、耐熱性が高く、化学的に安定であるシート状の高分子ポリマーを用いる。より具体的には、100μmの厚みのPCRプレートシールプラスチックフィルムに粘着剤が塗布されたもの)を用いることができる。

0031

流路基板21は、厚みTが例えば2mm程度で形成され、下面21aには彫り込み加工あるいは射出成形による一体加工により溝状の流路25が形成される。また、図1に示すように、流路基板21には、流路25の一端に接続され、複数種の液体を導入する透孔状の液投入ポート27と、流路25の他端に接続され流路25内を加圧減圧する圧力ポート29とが形成されている。液体は、液投入ポート27に供給されて、圧力ポート29側へ搬送される。以下の説明では、必要に応じて液投入ポート27側を上流側、圧力ポート29側を下流側として表記する。

0032

液体の搬送は、圧力ポート29に接続されるシリンジポンプ等の加減圧手段31によって行われる。加減圧手段31は、圧力ポート29を減圧又は加圧することにより、予め液投入ポート27に導入された複数種の液体を、流路25内の所望位置へ移動制御可能としている。この際、液体は、圧力ポート29と液体先端部との間を途中で分断されることなく搬送される。

0033

液投入ポート27と圧力ポート29までの流路25の途中には流路25内の液体を流動させつつ混合する混合部Mが設けられ、混合部Mは液投入ポート27側から順に第1混合部M1と第2混合部M2とからなる。また、第1混合部M1と第2混合部M2との間は接続流路となる第2流路部37bで接続されている。
第1混合部M1は、液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路33における垂直断面積に比して大きい第1流路部35と、第1流路部35より垂直断面積が小さく複数の第1流路部35同士を接続する第2流路部37aとが直列に配置されている。すなわち、上流側から前段の第1流路部35a、前段の第2流路部37a、後段の第1流路部35b、後段の第2流路部37bの順で配置されている。

0034

また、第2混合部M2は、液体が流動する方向の垂直断面積が他の流路33における垂直断面積に比して大きい第1流路部45と、第1流路部45より垂直断面積が小さく複数の第1流路部45同士を接続する第2流路部47とが直列に配置されている。すなわち、上流側から前段の第1流路部45a、前段の第2流路部47a、後段の第1流路部45b、後段の第2流路部47bの順で配置されている。
なお、第1混合部M1、第2混合部M2の第1流路部は、それぞれ少なくとも2つの第1流路部を備える。図示例では第1流路部を2つ設けた構成としているが、これに限らず、更に多数の第1流路部および第2流路部を設けてもよい。

0035

第1混合部M1における第1流路部35の垂直断面積は、第2混合部M2における第1流路部45の垂直断面積より小さく形成されている。本実施の形態では、各混合部内の深さ(図1紙面垂直方向深さ)tを同一とし、第1流路部35の幅Waを、第1流路部45の幅Wbより小さく(Wa<Wb)形成している。また、第1混合部M1における第1流路部35の流路方向長さLaは、第2混合部M2における第1流路部45の流路方向長さLbより長く(La>Lb)形成している。本実施の形態では、第1流路部35、第1流路部45がx方向に沿って形成され、第2流路部37、第2流路部47がy方向に沿って形成されているが、これに限らず、任意の配置であって構わない。

0036

このように、本実施の形態による混合部Mは、第2混合部M2の前段に第1混合部M1が設けられている。詳細は後述するが、第1混合部M1は細長形状とされることで、複数種の互いに濡れ性の異なる液体が未混合状態で流路内に収容された場合に、仮に流路面に濡れ性の高い液体成分が付着して残っても、濡れ性の違いにより形成されるメニスカス曲面液端が流路中心から偏ることが低減される。これにより、混合部内で気泡が発生することが防止できる。
すなわち、本構成によれば、メニスカス曲面液端の進行度合いに差異の生じ難い第1混合部M1にて複数種の液体が予備混合される。これにより、混合性能の高い第2混合部M2において、異なる濡れ性の液体が流路面に接触することにより生じる、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制されるようになっている。

0037

また、第1流路部35における前段の第1流路部35aおよび後段の第1流路部35bの各容積は、液投入ポート27から流路25へ導入された1回分の液体全体を収容可能な容積とすることが好ましい。また、液体全体の容積の80%以上であることが好ましい。これにより、第1混合部M1において、前段の第1流路部35aに液体全体が収容された後、前段の第2混合部37aを通過して後段の第1流路部35bへ収容され、広幅流路部と狭幅流路部とを交互に通過することで、オリフィス作用による撹拌が複数回行われ、複数種の液体同士の混合を促進させることができる。

0038

次に、マイクロ流体チップ100の製造方法の一例を説明する。
マイクロ流体チップ100は、流路基板21の下面21aにマイクロドリルで流路基板を彫り込み加工して製作される。流路25の形状については、直線状、曲線状など、いずれの形態をとることも可能であるが、直線状であることが好ましい。混合部Mの太い拡張部分六角形円形四角形多角形が望ましい。さらに望ましくは六角形である。こうすることで、流動させる液体同士の拡散の作用が生じ易くなる。液の流動性を良くするために多角形の角部はR形状にすることが望ましい。

0039

マイクロドリルで流路25を作成する場合には、深さは一定で製作するのが効率的であり、この場合、流路25の断面積の拡縮は流路25の幅寸法(流路基板21の平面視において液体の流動方向Fに対して垂直な方向の寸法)の拡縮によって行う。送液に伴う液切れ気泡混入を防ぐために断面積の拡縮は徐々に行うことが望ましく、角部はR形状であることが望ましい。流路幅によって拡縮を行う場合拡縮部形状は三角形状であり、広がり角度は90°以下であることが望ましい。また、流路途中の液残りを最小限にするために、流路25の底面の角部はR形状にすることが望ましい。R寸法は流路幅の1/10〜1/2が適当である。

0040

流路25の内部表面は、親、疎水化処理を施すことが好ましい。水性検体の場合は親水化処理、油性検体の場合、疎水化処理が必要である。親疎水化処理法として、従来の表面処理方法が適用できる。大別して、化学的表面処理法と物理的表面処理法がある。化学的表面処理法としては、薬品処理カップリング剤による処理、蒸気処理グラフト化電気化学的方法添加剤による表面改質などがある。物理的表面処理法としては、UV照射電子線処理イオンビーム照射低温プラズマ処理、CASING(Crosslinking of Active Species of Innert Gases)処理、グローコロナ放電処理酸素プラズマなどの方法が挙げられる。

0041

次に、上記のマイクロ流体チップ100を用いて血液と希釈液を混合する手順について説明する。
図3はマイクロ流体チップを用いて血液及び希釈液の混合を行う手順を表した工程説明図、図4は流路幅とメニスカスとの相関を(a),(b)で表した説明図である。
まず、図3(a)に示すように、液投入ポート27にピペット等を用いて血液L1と希釈液L2を供給し、圧力ポート29に接続された加減圧手段31(図1参照)により、流路25の減圧を開始する。

0042

減圧を開始すると、図3(b)に示すように、比重・粘度が低い希釈液L2が先に第1混合部M1の前段の第1流路部35a内に導かれ、次に血液L1が導かれる。加減圧手段31による減圧がさらに続くと、図3(c)に示すように、前段の第2混合部37aを通過して後段の第1流路部35bに流動した希釈液L2が、前段の第2混合部37aから後段の第1流路部35bに至る流路内部空間の拡張に応じ拡散され、続いて、血液L1が後段の第1流路部35bにおいて同様に拡散される。

0043

次いで、加減圧手段31により圧力ポート29が加圧されると、後段の第1流路部35bに収容された血液L1と希釈液L2が、前段の第2混合部37aを通過して再び前段の第1流路部35aに流動し、前段の第2混合部37aから前段の第1流路部35aに至る流路内部空間の拡張に応じ拡散される。この動作を数往復繰り返すことで、血液L1と希釈液L2に拡散作用が働き、ある程度混合される予備混合が完了する。

0044

このように、混合部Mでは、液投入ポート27から流路25に導入した複数種の液体(血液L1、希釈液L2)を、圧力ポート29から圧力を供給することで予備混合させる。これにより、液物性の異なる複数の液体、或いは固体溶解液が、第1混合部M1内にて液未充填部19(図8参照)を生じさせることなく安定的に混合される。

0045

次いで、予備混合の完了した血液L1と希釈液L2とが後段の第1流路部35bに収容された状態で、加減圧手段31によりさらに減圧を続けると、図3(d)に示すように、予備混合液53が第2混合部M2に流動する。予備混合液53が第2混合部M2の前段の第1流路部45aに収容されている状態で、加減圧手段31がさらに減圧を開始すると、図3(e)に示すように、予備混合液53が前段の第2流路部47aを通過して後段の第1流路部45b内に導かれる。

0046

次いで、加減圧手段31により圧力ポート29が加圧されると、後段の第1流路部45bに収容された予備混合液53が、前段の第2流路部47aを通過して再び前段の第1流路部45aに流動し、前段の第2流路部47aから前段の第1流路部45aに至る流路内部空間の拡張に応じ拡散される。この動作を数往復繰り返すことで、予備混合液53は完全に混合が完了する。

0047

このように、マイクロ流体チップ100では、第1混合部M1における前段の第1流路部35a、前段の第2混合部37a、および後段の第1流路部35bとの間で液体を往復移動させてから、第2混合部M2へ送液している。第1混合部M1の第1、第2流路部35a,35bが細長形状であることにより、双方の液体の濡れ性の違いがあっても気泡を発生させることなく、安定した混合処理を実現している。

0048

この点についてさらに詳細に説明する。図4に、第1流路部の幅(断面積)が大きい場合(a)と小さい場合(b)とを比較した様子を示した。第1流路部内の液体は、流路面が異なる濡れ性となっていることから、液体の進行具合が場所によって異なる。つまり、図4(a)に示す幅W1の場合には、液体のメニスカス曲面液端は、一方の端部がe1、他方の端部がe1より距離L1だけ進行したe2となっており、端部e1とe2との差がメニスカス曲面液端の大きな偏りとして現れる。これに対して、図4(b)に示す幅W2の場合には、第1流路部の幅が小さくなっているために、流路面が異なる濡れ性となっていても、発生するメニスカス曲面液端の偏りが小さくなる。すなわち、端部e1、e2との差が流路幅に比例して短くなり、距離L2が短くなる。その結果、第1流路部の中で気泡が発生することなく、また、液体が第1流路部から無駄に溢れ出すことなく、安定した予備混合が行える。
つまり、第1混合部M1の第1流路部35a,35bは、第1流路部35a,35b内の液体の液端によって形成されるメニスカスが第1流路部35a,35bの軸中心51に対して略対称となる程度に細く形成されている。ここでいう略対称とは、メニスカスの端部e1,e2との差が、流路幅に対して1/4以下となる程度をいう。好ましくは、第1流路部35の幅Waと、第1流路部45の幅Wbとの関係は、Wa=Wb/2に設定されるとよい。

0049

なお、メニスカス(meniscus)とは、狭い流路25内の液体の中央部が、流路内表面に沿う部分に比べて盛り上がったり、または下がったりしてできる曲面を言い、毛管現象によって起こる。また、毛管現象とは、細い流路25中の液が流路25に沿って流動しようとする現象で、その度合いは液体の表面張力に比例し、流路25の断面積に反比例する。また、表面張力とは、液体の表面が自ら収縮してできるだけ小さな面積とろうとする力で、表面に沿って働く。

0050

マイクロ流体チップ100では、本実施の形態のように、濡れ性の異なる液体が液投入ポート27に導入される場合であっても、第1混合部M1にて予備混合され、混合性能の高い第2混合部M2において、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制される。特に、本実施の形態のように、複数の液体が、血液L1と希釈液L2である場合であっても、第1混合部M1にて血液L1と希釈液L2とが確実に予備混合され、これにより、混合性能の高い第2混合部M2において、メニスカス曲面液端の進行度合いの差異が抑制され、液未充填部の発生を防止して、血液の均一な希釈が可能となる。

0051

このようにして血液L1と希釈液L2とが均一に希釈された混合液体は、不図示の下流側の流路25へ搬送、或いは圧力ポート29から導出される。

0052

また、本液混合方法によれば、マイクロ流体チップ100を用い、液投入ポート27から流路25に導入した複数種の液体を、圧力ポート29から圧力を供給することにより混合するので、特に、能動的なバルブやポンプを内臓していないシンプルな流路構成にて、液物性の異なる複数の液体、或いは固体溶解液を安定的に混合することができる。

0053

次に、本発明に係るマイクロ流体チップの第2の実施の形態を説明する。
図5は固形試薬保持部を設けた第2の実施の形態に係るマイクロ流体チップの構成図である。なお、図1に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
マイクロ流体チップ200は、流路25の途中に固形試薬保持部57を備えている。本実施の形態において、固形試薬保持部57は、第1流路部35a、35bの間の流路途中に設けられている。固形試薬保持部57は、流路基板21の平面視において流路の拡張を縮小を繰り返す略波状に形成され、拡径部には第1乾燥試薬固定部57a、第2乾燥試薬固定部57bを有する。第1乾燥試薬固定部57a、第2乾燥試薬固定部57bは、液体が通過することにより溶解する固形状の試薬55をそれぞれ保持する。

0054

試薬55は、例えばポリミラーゼとデキストリン水溶解液を点着後、凍結乾燥により乾燥、固化して保持される。この固形試薬保持部57の上流と下流の流路は、その保持部より細くなっており、乾燥固化した試薬55の密着力が無い場合でも、マイクロ流体チップ200の保存、運搬等の振動により固化試薬55が剥がれ落ちて前後の流路25へ流出してしまうことを防いでいる。

0055

固形試薬保持部57は、血液L1、希釈液L2を、前段の第1流路部35a、後段の第1流路部35bの間を往復させることにより、試薬55を溶解し、前記液体に混合する。

0056

したがって、本実施の形態によるマイクロ流体チップ200によれば、試薬55が流路内表面にチップと一体的に保持され、特に固化試薬55が、前段の第1流路部35aと後段の第1流路部35bとの間に配置されることで、前段、後段の第1流路部35a,35bを往復する混合中の液体に効率良く溶解され、液体との均一な混合が可能となる。

図面の簡単な説明

0057

本発明に係るマイクロ流体チップの構成図である。
図1のA1−A2断面図である。
マイクロ流体チップを用いて血液及び希釈液の混合を行う手順を表した工程説明図である。
流路幅とメニスカスとの相関を(a),(b)で表した説明図である。
固形試薬保持部を設けた第2の実施の形態に係るマイクロ流体チップの構成図である。
従来のマイクロ流体チップを用いて混合を行う手順を表した工程説明図である。
濡れ残りの差異が前段の第1流路部に生じる状況を表した説明図である。
異常な往復混合動作を表した工程説明図である。

符号の説明

0058

21流路基板(基板
25流路
27液投入ポート
29圧力ポート
33 他の流路
35,45 第1流路部
37,47 第2流路部
51 第1流路部の軸中心
55試薬
57固形試薬保持部
100,200マイクロ流体チップ
L1 血液(複数種の液体)
L2希釈液(複数種の液体)
La,Lb流路方向長さ
M 混合部
M1 第1混合部
M2 第2混合部

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