(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロバルブを駆動させるための装置やマイクロバルブの複雑な製作工程や材料を必ずしも必要としない簡素な構造を有するマイクロバルブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】マイクロ流体チップ１に形成されたマイクロ流路２の開閉を行うマイクロバルブであって、前記マイクロ流路２の途中に設けられた流路欠失部分６と、前記流路欠失部分６に移動可能に収容されるバルブ部材５と、前記バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７と、を備え、前記バルブ部材５の移動により、前記バルブ部材５の前後の前記マイクロ流路２が前記バルブ内流路７で連結された開状態と、前記マイクロ流路２が遮断された閉状態とを切り換えることを特徴とするマイクロバルブ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップに形成されたマイクロ流路の開閉を行うマイクロバルブであって、
前記マイクロ流路の途中に設けられた流路欠失部分と、
前記流路欠失部分に移動可能に収容されるバルブ部材と、
前記バルブ部材の内部に形成されたバルブ内流路と、
を備え、
前記バルブ部材の移動により、前記バルブ部材の前後の前記マイクロ流路が前記バルブ内流路で連結された開状態と、前記マイクロ流路が遮断された閉状態とを切り換えることを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項２】
前記流路欠失部分が円形であり、前記バルブ部材が円形であり、前記バルブ部材の回転によって前記マイクロ流路の開閉を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項３】
前記バルブ部材を、回転に加え、上下移動させることによって前記マイクロ流路の開閉を行うことを特徴とする請求項２に記載のマイクロバルブ。
【請求項４】
前記流路欠失部分が多角形であり、前記バルブ部材が多角形であり、前記バルブ部材を上下移動、させることによって前記マイクロ流路の開閉を行うことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項５】
前記バルブ部材を、上下移動に加え、水平移動させることによって前記マイクロ流路の開閉を行うことを特徴とする請求項４に記載のマイクロバルブ。
【請求項６】
前記バルブ部材は、手動での移動が可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項７】
前記バルブ部材は、その側面にコーティング層を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロバルブの製造方法であって、
前記マイクロ流体チップのうち、前記マイクロ流路の途中である流路を欠失させる部分を切り取って前記流路欠失部分を形成し、前記流路を欠失させる部分を、前記バルブ部材として、前記流路欠失部分に収容することを特徴とするマイクロバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップ上に形成されたマイクロ流路のうち、例えば、任意の箇所を自由に開閉できるマイクロバルブ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロバルブとしては、例えば直進型アクチュエータやガス圧、静水圧による流路への圧力の印加および解除によりマイクロ流路を開閉するタイプがある。
以下、この従来のマイクロバルブについて図８を参照して説明する。
【０００３】
図８はマイクロバルブ機構１３を示した図であり、図８（a）はマイクロバルブ機構１３を上方から見た平面図を示し、図８（b）は図８（a）のB−B’線における断面図を示している。マイクロバルブ機構１３は、圧力制御ポート１４とマイクロ流体チップ１と支持基盤３とからなり、圧力ポート１４を介し押圧体１７の圧力をマイクロ流体チップ１に給排することによって、流体の通過と遮断が行われる領域であるバルブ領域Aに於けるマイクロ流体チップ１が変形し、円状空隙部１６が開閉して、流体の通過と遮断を行う（特許文献1参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０７０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のマイクロバルブ機構では、圧力を制御するための装置をマイクロ流体チップの外部に取り付ける必要があり、マイクロ流体チップの利点の一つである携帯性を失う可能性があった。また、マイクロ流体チップの製作工程に加えて、マイクロバルブの製作工程を必要とし、人件費や材料費を要するため、チップの安価な提供が困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みなされたもので、マイクロバルブを駆動させるための装置やマイクロバルブの複雑な製作工程や材料を必ずしも必要としない簡素な構造を有するマイクロバルブ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記課題を解決するため、以下の通りの構成とした。
マイクロ流体チップに形成されたマイクロ流路の開閉を行うマイクロバルブであって、前記マイクロ流路の途中に設けられた流路欠失部分と、前記流路欠失部分に移動可能に収容されるバルブ部材と、前記バルブ部材の内部に形成されたバルブ内流路と、を備え、前記バルブ部材の移動により、前記バルブ部材の前後の前記マイクロ流路が前記バルブ内流路で連結された開状態と、前記マイクロ流路が遮断された閉状態とを切り換えることを特徴とするマイクロバルブである。
上記マイクロバルブは，任意の形状にすることができ，例えば、回転移動にくわえ水平移動，上下移動による流路の開閉を行うことができる。さらに，上記バルブは複数の流路にまたがる任意の箇所に穿孔でき，複数の流路の開閉を行ってもよい。
【０００８】
本発明は以上の構成とすることによって、前記バルブ部材を移動させることにより該マイクロ流路の開閉が可能となる。
また、本発明によれば、バルブの耐圧性を高めるために、前記バルブ部材の側面にサブミクロンの薄膜をコーティングし、マイクロバルブの径を太くする構成が提案される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記バルブ部材を移動する手段としては、人の手による手動移動が提案される。
【発明の効果】
【００１０】
前記背景技術のマイクロバルブ機構には圧力を制御するための装置をマイクロ流体チップの外部に取り付ける必要があったため、マイクロ流体チップの携帯性を失う可能性があった。また、マイクロ流体チップの製作行程とは別に、マイクロバルブの製作行程を必要とし、人件費や材料費を要するため、チップの安価な提供が困難であるという問題があった。本発明では、バルブを駆動させるための装置やマイクロバルブの複雑な製作工程や材料を必ずしも必要とせず作製したマイクロ流体チップ上に形成されたマイクロ流路の一部を穿孔するだけという構造とすることによってマイクロバルブ機構を簡素化することができる。
【００１１】
よって、本発明ではチップを低コスト化することが可能となる。すなわち、本発明はディスポーサブルバイオチップなどへ応用展開することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態におけるマイクロバルブの構成、及び製造手順を示す説明図である。
【図２】第１実施形態のマイクロバルブにおける使用の一例を示す図である。
【図３】図３は、第１実施形態のマイクロバルブにおける耐圧試験を行うために使用した実験装置を示す説明図である。
【図４】図４は、図３に示す耐圧試験の結果を示すグラフである。
【図５】第２実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す図である。
【図６】第３実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す図である。
【図７】第４実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す説明図である。
【図８】従来のマイクロバルブ機構を示す説明図であり、（a）はマイクロバルブ機構を上方から見た平面図、（b）は（a）のB−B‘線における断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
＜第１の実施形態＞
図１は、第１実施形態におけるマイクロバルブの構成、及び製造手順を示している。マイクロ流体チップ１は、プラスチック製のマイクロ流路２と、支持基盤３からなる。流路の開閉を行いたいバルブ領域Ａをバイオプシパンチ等のパンチ４で穿孔することで流路欠失部分６を設ける。穿孔によって切りだされた流路を欠失させる部分をバルブ部材５とし、流路欠失部分６に収容することでマイクロバルブが完成する。バルブ部材５には、穿孔により切りだされる前から既に有するマイクロ流路があり、バルブ内流路７として機能する。なお、バルブ部材５は、必ずしも穿孔によって切りだされた部材である必要はなく、流路欠失部分６に収容できる形状で、バルブ内流路を有するものを別途作製してもよい。
【００１４】
マイクロ流体チップは公知の方法、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて作製することができる。また、マイクロ流路、及び基盤の材料としては、例えばＰＭＤＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  （ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））、ＰＣ，硬質ポリエチレン製等のプラスチック、ガラス等を用いることができる。
バルブ領域Ａの流路の開閉は、流路欠失部分６に収容されたバルブ部材５の回転により行われる。流路の開状態は、バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７と、バルブ部材５の前後のマイクロ流路８を一直線に接続することにより得られる。流路の閉状態は、バルブ部材５を、例えば９０度回転させ、バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７と、円形部材の前後のマイクロ流路８を接続させないことにより得られる。なお、閉状態を得るための回転角度は、バルブ内流路７とマイクロ流路８が接続されない範囲であれば特に制限はない。
【００１５】
バルブ部材５の径については、特に限定されないが、手動で回転させるためには５ｍｍ以上であることが望ましい。
マイクロバルブの耐圧性を高めるために、バルブ部材５をマイクロ流体チップに挿入する前に、バルブ部材５の側面にサブミクロンの薄膜をコーティングしてもよい。薄膜の材料として例えばパリレンがある。
【００１６】
図２は、図１のマイクロバルブの使用形態の一例を示している。マイクロ流体チップ1上に形成された左マイクロバルブ９と右マイクロバルブ１０のうち、左マイクロバルブ９を開け、右マイクロバルブ１０を閉めておくと、マイクロ流路２の中を流れる流体は左方へ流れる。その後、マイクロバルブを90度回転させ、左マイクロバルブ９を閉め、右マイクロバルブ１０を開けると、マイクロ流路１１の中を流れる流体は右方へ流れる。
【００１７】
図３は、図３は、第１実施形態のマイクロバルブの耐圧試験を行うために使用した実験装置を示している。マイクロ流体チップ1上に形成された左マイクロバルブ９と右マイクロバルブ１０のうち、左マイクロバルブ９を開け、右マイクロバルブ１０を閉めておき、マイクロ流路２に圧力センサー１１およびシリンジ１２を接続する。シリンジ１２からマイクロ流路２へ純水を注入し、閉状態である右マイクロバルブ１０の側面から純水が漏れたときの圧力を圧力センサー１１により測定する。
【００１８】
図４は、図３の耐圧試験の結果を示している。パリレンの薄膜をコーティングしていないバルブの耐圧は28.6 kPa、パリレンの薄膜をコーティングしたバルブの耐圧は52.6 kPaであった。これより、パリレンの薄膜のコーティングが、バルブの耐圧性を高めるための効果があることが確認された。
【００１９】
以上、本実施形態によれば、バルブの開閉を確実に行うことができ、かつ、バルブを駆動させるための装置やバルブを作製するための複雑な工程や材料を必ずしも必要とせずマイクロ流体チップのみのチップ構造とすることによってマイクロバルブ構造を簡素化することができる。よって、本実施例ではチップを低コスト化することが可能となる。また、マイクロバルブの側面に薄膜をコーティングすることによってバルブの径が太くなり、チップとの密着性が上がることによりバルブの耐圧性を高めることができ、流体の圧力が高くてもバルブを閉じることができる。
＜第２の実施形態＞
図５は、第２実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す図である。本実施形態のマイクロバルブの構成は、基本的には前記第１の実施形態の場合と同様であるが、図５に示すようにバルブ部材５の移動が上下方向である点で相違する。マイクロ流体チップ１の中に設けられた円形の流路欠失部分６内に、バルブ部材５を収容し、バルブ部材５を上下方向に動かすことにより、バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７が上下方向に動き、流路の開閉を行うことができる。
＜第３の実施形態＞
図６は、第３実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す図である。本実施形態のマイクロバルブの構成は、基本的には前記第１の実施形態の場合と同様であるが、図６に示すように、流路欠失部分６、及びバルブ部材５が角形である点と、バルブ部材５の移動が水平方向である点で相違する。マイクロ流体チップ１の中に設けられた角形の流路欠失部分６内に、角形のバルブ部材５を収容し、バルブ部材５を水平方向に動かすことにより、バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７が水平方向に動き、流体が通過する流路と遮断する流路を選択することができる。なお、本実施形態では、バルブ部材５は四角形であるが、流路欠失部分６に収容され、水平方向に移動できる形であればその他の多角形でもよい。
＜第４の実施形態＞
図７は、第３実施形態におけるマイクロバルブの構成を示す図である。本実施形態のマイクロバルブの構成は、基本的には前記第３の実施形態の場合と同様であるが、図７に示すように、バルブ部材５の移動が上下方向である点で相違する。マイクロ流体チップ１の中に設けられた角形の流路欠失部分６内に、角形のバルブ部材５を収容し、バルブ部材５を上下方向に動かすことにより、バルブ部材５の内部に形成されたバルブ内流路７が上下方向に動き、流路の開閉を行うことができる。なお、本実施形態では、バルブ部材５は四角形であるが、流路欠失部分６に収容され、水平方向に移動できる形であればその他の多角形でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明のマイクロ流路用マイクロバルブは、ラボ・オン・ア・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ）とよばれる、微細構造中で物質の反応や合成、分析などの操作を行えるように構成されたマイクロデバイスにおいて、流路の切り替えや遮断の際に広く応用され得る。本発明のマイクロ流路用マイクロバルブは、例えば、マイクロバルブを作製するための複雑な工程や材料を必ずしも必要とせず、一般的なフォトリソグラフィーで作製されたマイクロ流体チップの一部を穿孔するだけという極めて簡素化された構造とすることができるため、チップを低コスト化することができ、ディスポーサブルなマイクロ流体チップを提供できる。
【符号の説明】
【００２１】
１  マイクロ流体チップ
２  マイクロ流路
３  支持基盤
４  パンチ
５  バルブ部材
６  流路欠失部分
７  バルブ内流路
８  バルブ部材の前後のマイクロ流路
９  左マイクロ流路
１０  右マイクロ流路
１１  圧力センサー
１２  シリンジ
１３  マイクロバルブ機構
１４  圧力制御ポート
１５  マイクロ流路
１６  円状空隙部
１７  押圧体
１８  圧力制御部
Ａ  バルブ領域
Ｂ−Ｂ'  断面線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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