(57)【要約】【課題】マイクロ流路を開状態及び閉状態とし得る、流路開閉バルブを提供する。【解決手段】バルブ空間６内に常磁性金属体７が配置されており、バルブ空間６が設けられている部分において、マイクロ流路チップ１を挟んで第１及び第２の磁石１１，１２が対向しているマイクロ流路チップ用の流路開閉バルブ。マイクロ流路開口面６ａがバルブ空間６において、第１の磁石１１側に位置しており、第２の磁石１２の磁力により、常磁性金属体７がマイクロ流路開口面６ａから隔てられた開状態と、第１の磁石１１の磁力により、常磁性金属体７がマイクロ流路開口面６ａのマイクロ流路５の開口部を閉じている閉状態とをとり得る、流路開閉バルブ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流路と、マイクロ流路の途中に設けられたバルブ空間と、該バルブ空間を構成している内面であって、マイクロ流路の一部が開口している開口部を有するマイクロ流路開口面とを有するマイクロ流路チップの流路開閉バルブであって、
前記バルブ空間内に配置された常磁性金属体と、
前記バルブ空間が設けられている部分において、前記マイクロ流路チップを挟んで対向している第１及び第２の磁石とを備え、
前記バルブ空間において、前記マイクロ流路開口面が前記第１の磁石側に位置しており、
前記第２の磁石の磁力により、前記常磁性金属体が前記マイクロ流路開口面から隔てられた開状態と、前記第１の磁石の磁力により、前記常磁性金属体が前記マイクロ流路開口面の前記マイクロ流路の前記開口部を閉じている閉状態とをとり得る、流路開閉バルブ。
【請求項２】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、上下方向において対向している、請求項１に記載の流路開閉バルブ。
【請求項３】
前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、水平方向において対向している、請求項１に記載の流路開閉バルブ。
【請求項４】
前記第１の磁石の磁力が、前記第２の磁石の磁力よりも大きい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流路開閉バルブ。
【請求項５】
前記第１及び第２の磁石の少なくとも一方を、前記第１，第２の磁石が対向している方向において移動させる移動装置をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流路開閉バルブ。
【請求項６】
前記移動装置が、前記第１の磁石を、前記マイクロ流路チップに対して近接または離間させる装置である、請求項５に記載の流路開閉バルブ。
【請求項７】
前記移動装置が、前記第１及び第２の磁石の双方を、前記マイクロ流路チップに対して近接または離間させる装置である、請求項６に記載の流路開閉バルブ。
【請求項８】
前記マイクロ流路開口面が、弾性材料からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流路開閉バルブ。
【請求項９】
前記常磁性金属体が、常磁性金属球である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流路開閉バルブ。
【請求項１０】
マイクロ流路と、マイクロ流路の途中に設けられたバルブ空間と、前記バルブ空間にマイクロ流路が開口している開口部を有するマイクロ流路開口面とが設けられているマイクロ流路チップと、
前記マイクロ流路チップの前記バルブ空間内に配置されており、前記マイクロ流路開口面の前記開口部を閉じた状態と、前記マイクロ流路開口面から隔てられて、前記開口部を開いた状態との間で移動され得るように設けられている、常磁性金属体とを備える、マイクロ流路チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路チップに設けられる流路開閉バルブ及びマイクロ流路チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生化学分析などに、マイクロ流体が流れるマイクロ流路を有するマイクロ流路チップが種々提案されている。また、このようなマイクロ流路チップにおいて、マイクロ流路の一部を開閉するためのバルブ構造が種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、ＰＤＭＳ樹脂が金属ボールを取り囲むように構成されているＰＤＭＳ／金属ボール結合体を用いたバルブが開示されている。マイクロ流路を閉じるにあたっては、磁石により、ＰＤＭＳ／金属ボール結合体を移動させる。ＰＤＭＳ部分をマイクロ流路に圧入することにより、マイクロ流路が閉じた状態とされている。
【０００３】
他方、下記の特許文献２では、マイクロ流路を閉じた状態とするために、磁性粒子が用いられている。すなわち、マイクロ流路を閉じた状態となるように磁石によりマイクロ流路内において多数の磁性粒子を凝集させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１７７７０５号公報
【特許文献２】特許第３９２１２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のバルブでは、弾力性を有する、ＰＤＭＳの一部がマイクロ流路に嵌まり込んでいる。従って、磁石の磁力によりマイクロ流路を開いた状態にしようとしても、ＰＤＭＳの一部がマイクロ流路から外れないおそれがあった。
【０００６】
他方、特許文献２では、磁性粒子を用いているため、マイクロ流路を閉じた状態においても、磁性粒子間に空隙が生じることがあった。従って、マイクロ流路を確実に閉じることができないことがあった。
【０００７】
本発明の目的は、マイクロ流路を開状態及び閉状態とし得る、流路開閉バルブを提供することにある。本発明の他の目的は、本発明の流路開閉バルブが構成されるマイクロ流路チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る流路開閉バルブは、マイクロ流路と、マイクロ流路の途中に設けられたバルブ空間と、該バルブ空間を構成している内面であって、マイクロ流路の一部が開口している開口部を有するマイクロ流路開口面とを有するマイクロ流路チップの流路開閉バルブであって、前記バルブ空間内に配置された常磁性金属体と、前記バルブ空間が設けられている部分において、前記マイクロ流路チップを挟んで対向している第１及び第２の磁石とを備え、前記バルブ空間において、前記マイクロ流路開口面が前記第１の磁石側に位置しており、前記第２の磁石の磁力により、前記常磁性金属体が前記マイクロ流路開口面から隔てられた開状態と、前記第１の磁石の磁力により、前記常磁性金属体が前記マイクロ流路開口面の前記マイクロ流路の前記開口部を閉じている閉状態とをとり得る。
【０００９】
本発明に係る流路開閉バルブのある特定の局面では、前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、上下方向において対向している。
【００１０】
本発明に係る流路開閉バルブの他の特定の局面では、前記第１の磁石と前記第２の磁石とが、水平方向において対向している。
【００１１】
本発明に係る流路開閉バルブのさらに他の特定の局面では、前記第１の磁石の磁力が、前記第２の磁石の磁力よりも大きい。
【００１２】
本発明に係る流路開閉バルブのさらに他の特定の局面では、前記第１及び第２の磁石の少なくとも一方を、前記第１，第２の磁石が対向している方向において移動させる移動装置がさらに備えられている。
【００１３】
本発明に係る流路開閉バルブのさらに他の特定の局面では、前記移動装置が、前記第１の磁石を、前記マイクロ流路チップに対して近接または離間させる装置である。
【００１４】
本発明に係る流路開閉バルブの別の特定の局面では、前記移動装置が、前記第１及び第２の磁石の双方を、前記マイクロ流路チップに対して近接または離間させる装置である。
【００１５】
本発明に係る流路開閉バルブのさらに他の特定の局面では、前記マイクロ流路開口面が、弾性材料からなる。
【００１６】
本発明に係る流路開閉バルブの別の特定の局面では、前記常磁性金属体が、常磁性金属球である。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流路チップは、マイクロ流路と、マイクロ流路の途中に設けられたバルブ空間と、前記バルブ空間にマイクロ流路が開口している開口部を有するマイクロ流路開口面とが設けられているマイクロ流路チップと、前記マイクロ流路チップの前記バルブ空間内に配置されており、前記マイクロ流路開口面の前記開口部を閉じた状態と、前記マイクロ流路開口面から隔てられて、前記開口部を開いた状態との間で移動され得るように設けられている、常磁性金属体とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る流路開閉バルブ及びマイクロ流路チップによれば、第２の磁石の磁力によりマイクロ流路を確実に開状態とすることができ、かつ第１の磁石の磁力により、確実にマイクロ流路を閉状態とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る流路開閉バルブが設けられているマイクロ流路チップにおいて、マイクロ流路が開状態とされている状態を示す正面断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る流路開閉バルブが設けられているマイクロ流路チップにおいて、マイクロ流路が閉状態とされている状態を示す正面断面図である。
【図３】第１の実施形態の流路開閉バルブに設けられている弾性材を示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係る流路開閉バルブが設けられているマイクロ流路チップにおいて、マイクロ流路が開状態の場合の正面断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る流路開閉バルブが設けられているマイクロ流路チップにおいて、マイクロ流路が閉状態の場合の正面断面図である。
【図６】第３の実施形態に係るマイクロ流路チップの評価に際しての試験方法を説明するための正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るマイクロ流路チップの正面断面図である。図１は、マイクロ流路が開状態の場合のマイクロ流路チップの正面断面図である。図２は、流路開閉バルブによりマイクロ流路が閉状態とされている場合のマイクロ流路チップの正面断面図である。
【００２２】
マイクロ流路チップ１は、基板２を有する。基板２は、板状のチップ本体３と、板状のチップ本体３の一方主面に積層された板状の蓋材４とを有する。
【００２３】
チップ本体３は、合成樹脂の射出成形品からなる。もっとも、チップ本体３は、射出成形品に限らず、樹脂シートの積層体であってもよい。さらに、合成樹脂に限らず、他の材料により、チップ本体３が形成されていてもよい。
【００２４】
好ましくは、チップ本体３は、合成樹脂の射出成形品からなる。その場合には、量産性に優れているため、コストを低減することができる。
【００２５】
上記合成樹脂としては、特に限定されないが、ポリオレフィン、シクロオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂などを用いることができる。
【００２６】
板状の蓋材４は、チップ本体３の一方主面に開いている溝状の部分を閉じるようにして、マイクロ流路を形成するために設けられている。チップ本体３の他方主面にも板状の蓋材が積層されていてもよい。蓋材４についても、ポリオレフィン、シクロオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂などの合成樹脂を用いることができる。
【００２７】
マイクロ流路チップ１内には、マイクロ流路５が設けられている。マイクロ流路５は、マイクロ流体を搬送するための流路である。なお、マイクロ流体とは、１μＬ〜１０００μＬ程度のものをいう。また、マイクロ流路５は、上記マイクロ流体を送液するように適した大きさとされており、その横断面の寸法は、矩形の場合、幅１０μｍ〜５ｍｍ、高さ１０μｍ〜５ｍｍ程度の大きさである。また、マイクロ流路５の横断面は、矩形に限らず、円形などの他の形状を有していてもよい。
【００２８】
上記のようなサイズのマイクロ流体は、通常の液体とは異なり、流路表面に対する接触角や、表面張力の影響を大きく受ける。
【００２９】
マイクロ流路５の途中に、バルブ空間６が設けられている。バルブ空間６内に、常磁性金属体として常磁性金属球７が配置されている。なお、常磁性金属球７に代えて、球以外の形状の常磁性金属体が用いられてもよい。好ましくは、後述する閉状態を容易に実現し得るので、常磁性金属球７が望ましい。
【００３０】
上記常磁性金属としては、鉄、ニッケルなどの適宜の常磁性金属を用いることができる。上記常磁性金属球７の大きさは、バルブ空間６内を移動し得る大きさとされている。
【００３１】
他方、バルブ空間６に、マイクロ流路５のうち、第１のマイクロ流路部５ａと、第２のマイクロ流路部５ｂとが開口している。本実施形態では、矢印Ａ，Ｂで示すように、マイクロ流体が流れる。第１のマイクロ流路部５ａが上流側に位置し、第２のマイクロ流路部５ｂが下流側に位置している。バルブ空間６において、このマイクロ流路５が開状態または閉状態とされる。
【００３２】
バルブ空間６は、直方体もしくは立方体の形状を有している。もっとも、バルブ空間６の形状はこれに限定されるものではない。
【００３３】
バルブ空間６は、マイクロ流路５の一部である第１のマイクロ流路部５ａが開口しているマイクロ流路開口面６ａを有する。マイクロ流路開口面６ａは、本実施形態では、弾性材８からなる。すなわち、弾性材８が、マイクロ流路チップ１のバルブ空間６に望んでいる面に貼り合わされている。図３は、弾性材８を示す斜視図である。弾性材８は、中央に開口部８ａを有する。この開口部８ａ内に、常磁性金属球７の一部が入り込むことにより、マイクロ流路５が、図２に示すように閉状態とされる。図１に示す開状態では、常磁性金属球７は、開口部８ａから隔てられている。
【００３４】
上記弾性材８は、適宜のエラストマーや合成樹脂などからなり、ゴム弾性を有することが望ましい。
【００３５】
常磁性金属球７の大きさは、開状態において、開口部８ａと、常磁性金属球７との間にスペースが生じる大きさであることが望ましい。従って、マイクロ流路開口面６ａと、蓋材４の内面とを結ぶ方向を移動方向とした場合、常磁性金属球７の移動方向に沿う寸法は、バルブ空間６の移動方向に沿う寸法よりも小さいことが望ましい。
【００３６】
マイクロ流路チップ１のチップ本体３の外側に、第１の磁石１１及び第２の磁石１２が配置されている。第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、マイクロ流路チップ１を介して対向するように配置されている。より詳細には、バルブ空間６を挟んで一方側に第１の磁石１１が、他方側に第２の磁石１２が配置されている。
【００３７】
第１の磁石１１と第２の磁石１２とは、移動装置１３に接続されており、移動装置１３により、矢印Ｃで示す移動方向に沿って移動され得るように構成されている。このような移動装置１３としては、シリンダーや、ラック及びピニオンを連結してなる構造を有するものなどの適宜の往復駆動源を用いることができる。
【００３８】
また、移動装置１３を用いずに、手作業により、第１の磁石１１及び第２の磁石１２を移動方向Ｃに沿って移動させてもよい。
【００３９】
上記第１の磁石１１と第２の磁石１２とは鉛直方向において対向されているが、水平方向などの他の方向に沿って対向されていてもよい。
【００４０】
もっとも、鉛直方向に対向されている場合には、常磁性金属球７が、重力により落下する。従って、マイクロ流路５を容易に開状態とすることができる。あるいは、第２の磁石１２として、第１の磁石１１よりも磁力の小さいものを用いることができる。
【００４１】
本実施形態では、第１の磁石１１と第２の磁石１２の磁力は同等である。もっとも、上記のとおり、第１の磁石１１の磁力と、第２の磁石１２の磁力を異ならせてもよい。
【００４２】
好ましくは、本実施形態のように移動方向Ｃが鉛直方向に沿う場合には、第２の磁石１２の磁力に比べて、第１の磁石１１の磁力を大きくすることが望ましい。
【００４３】
次に、マイクロ流路チップ１におけるマイクロ流路５を開状態と閉状態との間で切り換える動作を説明する。
【００４４】
図１では、マイクロ流路５は開状態とされている。第１の磁石１１は、移動方向Ｃにおいて、チップ本体３から隔てられている。第２の磁石１２により、常磁性金属球７が蓋材４側に引き寄せられている。従って、常磁性金属球７と、弾性材８の開口部８ａとの間にスペースが設けられている。そのため、第１のマイクロ流路部５ａと第２のマイクロ流路部５ｂとが連なっており、マイクロ流体が第１のマイクロ流路部５ａからバルブ空間６を経て、第２のマイクロ流路部５ｂに流れ得る。
【００４５】
次に、移動装置１３により、第１の磁石１１及び第２の磁石１２を移動方向Ｃに沿って移動させる。具体的には、第１の磁石１１を、チップ本体３に近接させ、第２の磁石１２をチップ本体３から遠ざける。その結果、常磁性金属球７が、第１の磁石１１の磁力により、図２に示すように移動される。すなわち、常磁性金属球７の一部が開口部８ａに入り込み、常磁性金属球７が、開口部８ａを封止する。この場合、弾性材８がゴム弾性を有するため、常磁性金属球７により開口部８ａをより一層確実に封止することができる。
【００４６】
本実施形態では、移動方向Ｃが鉛直方向であるため、封止をより確実に果たすには、前述したように、第１の磁石１１の磁力が、第２の磁石１２の磁力よりも大きいことが望ましい。
【００４７】
もっとも、移動方向Ｃが水平方向である場合には、第１の磁石１１と第２の磁石１２の磁力は同等であってもよい。
【００４８】
図４は、本発明の第２の実施形態のマイクロ流路チップの正面断面図である。本実施形態においても、移動方向Ｃは鉛直方向である。第１の実施形態のマイクロ流路チップ１と異なるところは、バルブ空間６が、上方に開いており、蓋材４Ａがチップ本体３の上面に貼り合わされていることにある。
【００４９】
第１の磁石１１が、チップ本体３の下面側に、第２の磁石１２が上面側すなわち蓋材４Ａ側に配置されている。マイクロ流路部５ａ及びバルブ空間６が、蓋材４Ａにより上面が閉じられている。
【００５０】
マイクロ流路チップ２１では、図４に示す開状態では、第２の磁石１２が蓋材４Ａに近接されている。第２の磁石１２により、常磁性金属球７が上方に引き寄せられている。そのため、常磁性金属球７と、弾性材８の開口部８ａとの間にスペースが設けられている。よって、第１のマイクロ流路部５ａと第２のマイクロ流路部５ｂとが連ねられている。
【００５１】
図５に示す閉状態とするには、流路開閉バルブにおいて、第１の磁石１１を、チップ本体３に近接させ、他方第２の磁石１２をチップ本体３から遠ざける。そのため、第１の磁石１１により、また重力により、常磁性金属球７が、弾性材８の開口部８ａに嵌まり込む。従って、マイクロ流路５を閉状態とすることができる。
【００５２】
マイクロ流路チップ２１においても、上記のように第１の磁石１１と第２の磁石１２を移動装置１４で移動方向Ｃに沿って移動させることにより、マイクロ流路５を開状態と閉状態との間で確実に切り換えることができる。しかも、弾性材８の開口部８ａに常磁性金属球７が嵌まり込むことになるため、閉状態における封止性を効果的に高めることができる。
【００５３】
図６は、第３の実施形態のマイクロ流路チップ３１において、閉状態の封止性を評価する方法を説明するための正面断面図である。マイクロ流路チップ３１では、バルブ空間６，６が設けられている。上流部のバルブ空間６及び下流側のバルブ空間６により、それぞれ上流側の流路切換えバルブ及び下流側の流路切換えバルブが構成されている。バルブ空間６及び弾性材８の構成は、第１の実施形態のマイクロ流路チップ１と同様である。もっとも、上流側のマイクロ流路部５ａを封止するために、第２の蓋材３２がチップ本体３に貼り合わされている。また、下流側のマイクロ流路部５ｂの下流端に、下流側のバルブ空間６が接続されている。この下流側のバルブ空間６の下流側に、マイクロ流路部５ｃが接続されている。
【００５４】
上流側の流路切換えバルブにおいて、第１，第２の磁石１１，１２が配置されており、下流側の流路切換えバルブにおいて、第１，第２の磁石１１Ａ，１２Ａが配置されている。
【００５５】
図６では、双方の流路開閉バルブが、閉状態とされている。従って、相対的に磁力の大きな第１の磁石１１，１１Ａにより、常磁性金属球７が、弾性材８の開口部８ａに嵌まり込んでいる。なお、第１の磁石１１，１１Ａは閉状態においても、第２の蓋材３２から分離されているが、その大きな磁力により閉状態が実現されている。なお、本実施形態では、閉状態においても、第２の磁石１２，１２Ａが、蓋材４に当接されている。しかしながら、第２の磁石１２，１２Ａの磁力は、上記閉状態を損なわない程度の小さな磁力とされている。従って、磁力の大きな第１の磁石１１，１１Ａの磁力により、常磁性金属球７が、上記のように開口部８ａに嵌まり込んでいる。このように、第１の磁石１１，１１Ａと、第２の磁石１２，１２Ａとの磁力を大きく異ならせることにより、第２の磁石１２，１２Ａを、蓋材４に近接または当接させたまま、閉状態とすることができる。
【００５６】
第１の磁石１１，１１Ａを、図示の状態から、第２の蓋材３２に対してさらに遠ざけることにより、第１の磁石１１，１１Ａの磁力による影響を低めることができる。その結果、常磁性金属球７を、重力により下方に、さらに第２の磁石１２，１２Ａの磁力により下方に落下させることができる。それによって、２つの流路開閉バルブを開状態とすることができる。
【００５７】
なお、封止性の評価に際しては、図６に略図的に示すように、マイクロ流路部５ｂに水４１を送液し、図示のように、マイクロ流路部５ｂの両側の流路開閉バルブを閉状態とした。その状態で、ヒーター４２を蓋材４に当接させ、加熱した。
【００５８】
なお、本実験にあたり、第１の磁石１１，１１Ａはネオジウム磁石を用い、その形状は、直径５ｍｍ×厚み３ｍｍとした。また、第２の磁石１２，１２Ａについては、厚み１ｍｍであり、直径５ｍｍの合成ゴム（クロロプレンゴム）からなる磁石シートを用いた。
【００５９】
弾性材８としては、外経３ｍｍ、内径０．８ｍｍ、厚み１ｍｍのシリコンゴムからなるものを用いた。
【００６０】
また、上記マイクロ流路部５ｂの横断面の寸法は０．８×０．３ｍｍとし、水４１の充填量は２０μＬとした。
【００６１】
その結果、１００℃で１５分間加熱したところ、両側の流路開閉バルブにおける水蒸気や水漏れは認められなかった。すなわち、第１の磁石１１，１１Ａの磁力により、常磁性金属球７を開口部８ａに圧入させ、しかもその封止性が十分高いことが確認された。
【符号の説明】
【００６２】
１…マイクロ流路チップ
２…基板
３…チップ本体
４，４Ａ…蓋材
５…マイクロ流路
５ａ〜５ｃ…マイクロ流路部
６…バルブ空間
６ａ…マイクロ流路開口面
７…常磁性金属球
８…弾性材
８ａ…開口部
１１，１１Ａ…第１の磁石
１２，１２Ａ…第２の磁石
１３，１４…移動装置
２１，３１…マイクロ流路チップ
３２…第２の蓋材
４１…水
４２…ヒーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018015721.tif 000006
【図５】
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【図６】
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