(57)【要約】【課題】精度の高い圧力制御を用いなくとも、生産性、保守性が低下せず、操作性、信頼性が向上した流体混合装置を提供する。【解決手段】流体混合装置１０は混合槽流路３ａ及び３ｂに流路選択機構６ａ及び６ｂを備えている。液体１ａの圧力を徐々に高めると、流路選択機構６ａは、所定の圧力以下では流路を分岐流路３ａに限定し、液体１ａをバルブ５ｂに送り、混合槽流路３ｂを閉止する。液体１ａが所定の圧力を超えると、流路選択機構６ａは混合槽９への流路も許可し、混合槽９へ送液される。バルブ５ｂによって混合槽流路３ｂが閉止されているので、混合槽９から供給槽２ａへの送液は防止される。同様に、液体１ｂも、供給槽２ａに流入することなく、混合槽９へ送液することが出来る。流体混合装置１０は、外部からバルブを操作する必要は無く、液体の圧力および流量を厳密に制御しなくとも混合槽から供給槽への流れを防止することが可能になる。【選択図】図１
2011089824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの液体を混合させる混合槽と、該少なくとも２つの液体ごとに設けられ該各液体を該混合槽へ供給する複数の供給槽と、該供給槽のそれぞれを前記混合槽に接続する混合槽流路とを備えた流体混合装置において、
それぞれの前記混合槽流路に配設されたバルブと、それぞれの前記混合槽流路に接続された分岐流路をさらに有し、
前記分岐流路は、一の前記混合槽流路から他の前記混合槽流路における前記バルブへ接続されており、前記バルブは、前記分岐流路を通った液体から圧力を加えられることで前記混合槽流路を閉じるものであることを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
少なくとも２つの液体を混合させる混合槽と、該少なくとも２つの液体ごとに設けられ該各液体を該混合槽へ供給する複数の供給槽と、該供給槽のそれぞれを前記混合槽に接続する混合槽流路とを備えた流体混合装置において、
それぞれの前記混合槽流路に配設されたバルブと、それぞれの前記混合槽流路に接続された分岐流路と、前記分岐流路と前記混合槽流路の接続部に設けられた流路選択機構と、をさらに有し、
前記分岐流路は、一の前記混合槽流路における前記流路選択機構から他の前記混合槽流路における前記バルブへ接続されており、
前記流路選択機構は、前記供給槽からの供給液体が所定の圧力に達しないときは該供給液体の流れを前記分岐流路の方向に限定し、該供給液体が該所定の圧力を超えたとき前記供給液体の流れを前記混合槽の方向にも許可し、前記バルブは、前記分岐流路を通った液体から圧力を加えられることで前記混合槽流路を閉じるものであることを特徴とする流体混合装置。
【請求項３】
前記流路選択機構は、前記混合槽流路の前記供給槽側と連絡する流路部分に対応する１つの入力流路と、前記分岐流路に対して連絡する流路部分と前記混合槽流路の前記混合槽側と連絡する流路部分とに対応する少なくとも２つの出力流路を有し、前記出力流路はそれぞれ異なる流動抵抗を備えていることを特徴とする請求項２に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記出力流路はそれぞれ異なる流路幅で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
流体混合装置は少なくとも２つのシートを互いに貼り合わせて構成されており、前記流路選択機構の前記入力流路及び前記出力流路は、前記シート同士が接着されない部分によって構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の流体混合装置。
【請求項６】
前記流路選択機構は、少なくとも１つの可撓性材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の流体混合装置。
【請求項７】
流体混合装置は少なくとも３つのシートを互いに張り合わせて構成されており、該３つのシートのうちの中央のシートに切り抜かれている部分をスルーホールとして具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子分析等に用いられる流体混合装置に関し、特に、マイクロチップとして構成される流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、μＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）と称される分野では、ガラスやプラスチック等の基盤（以下「マイクロチップ」と称す）に流路や貯留槽を形成し、その中で試料や試薬等を取り扱うことにより、分析や解析を行っている。分析や解析のためには、マイクロチップの外部から試料や試薬を供給する必要が有る。また、流路や貯留槽に有る試料や試薬に対して、マイクロチップの外部より圧力を加える等の手段によって試料や試薬の流動を制御し、試料や試薬の攪拌や混合の処理を行う。マイクロチップの外部より圧力を供給するため、マイクロチップと、動作制御用圧力の供給装置や試料や試薬の供給装置はチューブ等で接続されている。（特許文献１、特許文献２参照）
図８は、分析や解析の対象となる試料や試薬の第１の液体１ａと、第１の液体１ａとは異なる第２の液体１ｂとを混合させる、従来型のマイクロチップの概略図である。図８に示すように、マイクロチップは、第１の液体１ａを供給する槽として第１の供給槽２ａと、第１の液体１ａとは別の第２の液体１ｂを供給する槽として第２の供給槽２ｂとを備えている。また、第１の液体１ａと第２の液体１ｂを混合させる槽として混合槽９がマイクロチップに設けられている。さらに、第１の供給槽２ａから混合槽９へと第１の液体１ａを送液するための第１の混合槽流路３ａが設けられており、第１の混合槽流路３ａが設けられている位置とは別の位置に、第２の供給槽２ｂと混合槽９を接続する第２の混合槽流路３ｂが設けられている。第１の供給槽２ａ及び第２の供給槽２ｂは、各々、液体や動作制御用の圧力を供給するために、不図示の液体供給装置や圧力供給装置等にチューブ等で接続されている。
【０００３】
第１の供給槽２ａ中の第１の液体１ａへの圧力を増加させると、第１の液体１ａが第１の混合槽流路３ａを通過して混合槽９に送液される。第１の液体１ａの送液量が混合槽９の許容量を超えた場合や、マイクロチップに振動が与えられた場合には、混合槽９に接続されている第１の混合槽流路３ａとは異なる第２の混合槽流路３ｂを通じて、第２の供給槽２ｂに第１の液体１ａが送液されることになる。第２の供給槽２ｂには第２の液体１ｂが供給されているため、第１の液体１ａと第２の液体１ｂとが第２の供給槽２ｂで混合される。
【０００４】
分析や解析の目的によっては、混合槽９以外の場所で、第１の液体１ａと第２の液体１ｂとが混合されることが許されない場合がある。そこで、第２の混合槽流路３ｂには、混合槽９に送液された第１の液体１ａが第２の混合槽流路３ｂを通じて第２の供給槽２ｂに向かう方向の流れを防止する第２のバルブ５ｂが設けられている。また、第１の混合槽流路３ａにも同様に、第２の液体１ｂが混合槽９から第１の混合槽流路３ａを通じて第１の供給槽２ａに向かう方向の流れを防止する第１のバルブ５ａを備えている。このような第１のバルブ５ａと第２のバルブ５ｂとを各々の混合槽流路に適宜設置することにより、混合槽９以外の場所での第１の液体１ａと第２の液体１ｂとの混合を防止することが出来る。
【０００５】
前述のような、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブとして、流動抵抗を活用した受動バルブや、ダイヤフラム等の可撓性材料を用いたバルブが採用されている。
【０００６】
流動抵抗を活用した受動バルブは、流路中に流路断面積を小さくした部分を設けることで、流動抵抗値を非常に大きくし、この流動抵抗値に打ち勝つ圧力で液体を移送したときのみ液体が流れる構造になっている（特許文献３、特許文献４参照）。図８に示す従来のマイクロチップの例において、第１の液体１ａが第１の供給槽２ａから第１の混合槽流路３ａを通じて送液される場合、第１のバルブ５ａの流動抵抗値を超える圧力で送液することによって、第１の液体１ａは第１のバルブ５ａを通過する。
【０００７】
その後、第１の液体１ａの圧力は第１のバルブ５ａで降下した状態で混合槽９へ送液される。第１の液体１ａの送液量が混合槽９の許容量を超えた場合、第１の液体１ａは第２の混合槽流路３ｂを通じて第２の液体１ｂを供給する第２の供給槽２ｂに向かって送られる。第２のバルブ５ｂでの第１の液体１ａの圧力が、第２のバルブ５ｂの流動抵抗値未満であれば、第１の液体１ａは第２のバルブ５ｂで停止する。したがって、第１の液体１ａが混合槽９から第２の供給槽２ｂへ向かって送液されることが防止される。
【０００８】
混合槽から供給槽への流れを防止するバルブに受動バルブを用いた場合、液体の圧力のみでバルブの通過を制御できるため、バルブ開閉の操作のためにマイクロチップの外部からバルブに物理的な力や信号を送る必要がないため、取り扱いが簡易になる利点がある。
【０００９】
また、ダイヤフラム等の可撓性材料を用いたバルブでは、マイクロチップの外部から物理的な力や信号を送り、可撓性材料を変形させることで流路を開閉する。図８に示す従来のマイクロチップの例において、第１の液体１ａが第１の供給槽２ａから第１の混合槽流路３ａを通じて混合槽９に送液される場合、マイクロチップの外部から第１のバルブ５ａを開放しておき、第２のバルブ５ｂを閉止しておく。このことによって、第１の液体１ａの送液量が混合槽９の許容量を超えた場合においても、第２のバルブ５ｂによって第１の液体１ａの送液は停止されるため、第１の液体１ａの第２の供給槽２ｂへの送液は防止される。
【００１０】
可撓性材料を用いて混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを構成した場合、可撓性材料の変形により流路が物理的に開閉されるため、バルブから液体が漏れる可能性が少なく、液体の制御に高い信頼性を得ることができる（特許文献５、特許文献６参照）。
【００１１】
上記の例では、供給槽中の液体の制御方法として、液体の送液量を制御せずに圧力の制御を行っていると仮定して説明した。圧力の制御以外に、供給槽中の液体の送液量を制御可能なシリンジポンプ等を使って送液量で調整を行うことも可能である。シリンジポンプを用いても、液体の送液量と、流路や供給槽及び混合槽の容量を十分に制御出来ないので、混合槽の許容量を超え、混合槽から供給槽への流れを起こすことが十分考えられる。したがって、シリンジポンプ等を用いて流量を制御する場合においても、バルブが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−３４５４６３
【特許文献２】特開２００７−１８７６１６
【特許文献３】特開２００３−１９０７５１
【特許文献４】特開２００６−１４２４４８
【特許文献５】特開２００３−１３９６６０
【特許文献６】特開２００３−１３９６６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図８で示す従来例のマイクロチップにおいて、受動バルブを用いて混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを構成する場合、第１の液体１ａの圧力は、第１のバルブ５ａの流動抵抗値以上且つ第２のバルブ５ｂの流動抵抗値未満とされなければならない。すなわち、精度の高い圧力制御が要求され、操作性を低下させるかもしれない。第１の液体１ａへの圧力の制御が要求する精度に満たない場合、第１の液体１ａの圧力が第１のバルブ５ａの流動抵抗値に対し不足する、又は第２のバルブ５ｂの流動抵抗値に対し超えてしまう可能性がある。すなわち、混合槽９への送液や第２の供給槽２ｂへの流れの防止が正常に行われず、信頼性を低下させてしまう恐れがある。
【００１４】
可撓性材料を用いて混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを構成する場合、マイクロチップの外部から可撓性材料へ力を加える等の外部の機構を設ける必要がある。したがって、外部の機構とマイクロチップとの接続が増加し、取り扱いが煩雑になり、生産性が低下してしまうかもしれない。また、外部の機構を新たに設けているため、その機構の保守点検が新たに要求されるといった課題もある。
【００１５】
そこで、本発明は、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを備えているマイクロチップにおいて、精度の高い圧力制御を用いなくとも、生産性、保守性が低下することなく、操作性、信頼性が向上する流体混合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】
上記目的を達成するために本発明は、少なくとも２つの液体を混合させる混合槽と、該少なくとも２つの液体ごとに設けられ該各液体を該混合槽へ供給する複数の供給槽と、該供給槽のそれぞれを前記混合槽に接続する混合槽流路とを備えた流体混合装置において、
それぞれの前記混合槽流路に配設されたバルブと、それぞれの前記混合槽流路に接続された分岐流路をさらに有し、
前記分岐流路は、一の前記混合槽流路から他の前記混合槽流路における前記バルブへ接続されており、前記バルブは、前記分岐流路を通った液体から圧力を加えられることで前記混合槽流路を閉じるものであることを特徴とする。
【００１７】
上記のとおりの構成によれば、液体が一の混合槽流路を通過して混合槽に送液される前に、分岐流路を通過して他の混合槽流路に具備されているバルブに送液され、バルブを閉止する。したがって、液体が混合槽から他の混合槽流路に向かう流れを防ぐことが出来る。
【００１８】
混合槽から混合槽流路に向かう流れを防ぐバルブは、液体によって物理的に閉止されるため、圧力調整による流動可否を用いた受動バルブに比べ、低い精度の圧力調整で流れを防ぐことが出来、操作性、信頼性が向上する。また、バルブは、流体混合装置内の液体によって開閉されるため、流体混合装置の外部からあらたにバルブを操作する機構を設けなくても良く、マイクロチップと外部機構の接続が簡素になり、生産性、保守性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを備えているマイクロチップにおいて、精度の高い圧力制御を用いなくとも、生産性、保守性が低下することなく、操作性、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態におけるマイクロチップの概略図である。
【図２】流路選択機構を説明するための概略図である
【図３】本発明の実施形態におけるマイクロチップの構成を示す分解斜視図である。
【図４】マイクロチップの流路の断面図である
【図５】ＦＥＭを用いて、マイクロチップのシートの変形をシミュレーションしたときの断面図である。
【図６】図５において、流路幅を変更してシミュレーションしたときの断面図である。
【図７】混合槽流路が３本の場合における本発明の実施の形態を示す概略図である。
【図８】従来のマイクロチップの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の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、本発明の実施の形態におけるマイクロチップ１０の概略図である。マイクロチップ１０は、分析や解析の対象となる試料や試薬などの第１の液体１ａと、第１の液体１ａとは異なる第２の液体１ｂを、混合槽９で混合させるものである。第１の液体１ａを混合槽９へ送液した後、第２の液体１ｂを混合槽９へ送液する。
【００２２】
マイクロチップ１０は、第１の液体１ａを供給する槽として第１の供給槽２ａと、第２の液体１ｂを供給する槽として第２の供給槽２ｂとを備えている。さらに、第１の供給槽２ａから混合槽９へと第１の液体１ａを送液するための第１の混合槽流路３ａが設けられており、第１の混合槽流路３ａが設けられている位置とは別の位置に、第２の供給槽２ｂと混合槽９とを接続する第２の混合流路３ｂが設けられている。第１の供給槽２ａは、マイクロチップ１０の外部から第１の液体１ａを供給する不図示の液体供給装置や、第１の液体１ａの圧力を高めるための不図示の圧力供給装置にチューブ等で接続されている。同様に、第２の供給槽２ｂも圧力供給装置等に接続されている。
【００２３】
また、第１の混合槽流路３ａには、混合槽９から第１の供給槽２ａへの流れを防止する第１のバルブ５ａが配設されており、同様に第２の混合槽流路３ｂには混合槽９から第２の供給槽２ｂへの流れを防止する第２のバルブ５ｂが配設されている。
【００２４】
第１のバルブ５ａは、第２のバルブ５ｂと第２の供給槽２ｂとの間で第２の混合槽流路３ｂから分岐されている第２の分岐流路４ｂに接続されている。第１のバルブ５ａは、ダイヤフラム等の可撓性材料によって閉鎖構造となっており、第２の液体１ｂから圧力を加えられることで第１のバルブ５ａは変形し、第１の混合槽流路３ａとの連通を閉止する動作を行う。同様に、第２のバルブ５ｂは、第１のバルブ５ａと第１の供給槽２ａとの間で第１の混合槽流路３ａから分岐されている第１の分岐流路４ａに接続されている。第１の液体１ａが第２のバルブ５ｂに流入することによって、第２の混合槽流路３ｂとの連通を閉止する動作を行う。
【００２５】
さらに、第１の混合槽流路３ａと第１の分岐流路４ａとの分岐点には、流入する液体の圧力によって通過させる流路を選択する第１の流路選択機構６ａが具備されている。同様に、第２の混合槽流路３ｂと第２の分岐流路４ｂとの分岐点には第２の流路選択機構６ｂが具備されている。
【００２６】
ここで、第１の流路選択機構６ａ及び第２の流路選択機構６ｂの具体的構成について説明する。流路選択機構は、混合槽流路の供給槽側と連絡する流路部分に対応する１つの入力流路と、混合槽流路の混合槽側及び分岐流路と連絡する流路部分に対応する複数の出力流路とを有している。また、流路選択機構は、出力流路にそれぞれの流動抵抗値の異なる受動バルブを具備することによって構成される。図２は流路選択機構の概略図である。図２で示すように、入力流路１２は接続部１７で出力流路１３と出力流路１４とに分岐されている。出力流路１３にはある所定の流動抵抗値Ｘを持った受動バルブ１５を有している。また、出力流路１４には受動バルブ１５の流動抵抗値Ｘよりも大きい流動抵抗値Ｙを持った受動バルブ１６を有している。したがって、接続部１７において、入力流路１２に送液された液体１１の圧力が流動抵抗値Ｘよりも小さければ、供給液体１１は受動バルブ１５及び受動バルブ１６を通過しない。供給液体１１が、流動抵抗値Ｘ以上且つ流動抵抗値Ｙ未満の圧力を有していれば、供給液体１１は受動バルブ１６を通過せず、受動バルブ１５の側の通過のみに限定される。さらに供給液体１１の圧力を高め、流動抵抗値Ｙ以上の圧力となったとき、受動バルブ１５及び受動バルブ１６を通過する。
【００２７】
本発明の実施の形態におけるマイクロチップ１０に具備されている第１の流路選択機構６ａは、入力流路が第１の混合槽流路３ａの第１の供給槽２ａ側に接続されている。また、ある所定の流動抵抗値Ｘａを持つ受動バルブを有する出力流路が第１の分岐流路４ａに接続され、流動抵抗値Ｘａよりも大きい流動抵抗値Ｙａを持つ受動バルブを有する出力流路が第１の混合槽流路３ａの混合槽９側に接続されている。同様に、第２の流路選択機構６ｂは、入力流路が第２の混合槽流路３ｂの第２の供給槽２ｂ側に接続されている。また、ある流動抵抗値Ｘｂを持つ出力流路が第２の分岐流路４ｂに接続され、流動抵抗値Ｘｂよりも大きな流動抵抗値Ｙｂを持つ出力流路が第２の混合槽流路３ｂの混合槽９側に接続されている。第１の流路選択機構６ａの流動抵抗値Ｘａ及びＹａと、第２の流路選択機構６ｂの流動抵抗値Ｘｂ及びＹｂとの間に大小関係は必要でない。
【００２８】
次に、前述のマイクロチップ１０を用いて、混合槽９において第１の液体１ａと第２の液体１ｂとが混合される方法を説明する。
【００２９】
まず、第１の液体１ａを第１の供給槽２ａから混合槽９に送液する方法を説明する。このとき、第１の供給槽２ｂにある第２の液体１ｂの圧力はマイクロチップ１０の外部にある圧力供給装置によって高められていないものとする。
【００３０】
マイクロチップ１０の外部よりチューブ等で接続された圧力供給装置等の手段によって第１の供給槽２ａ中の第１の液体１ａの圧力を増加させると、第１の液体１ａは第１の混合槽流路３ａを流動し、第１の流路選択機構６ａへ到達する。第１の流路選択機構６ａにおいて、第１の液体１ａの圧力が流動抵抗値Ｘａ未満の場合、流動抵抗値Ｙａ未満でもあるため、第１の液体１ａは第１の流路選択機構６ａで滞留する。
【００３１】
続いて圧力供給装置で第１の液体１ａの圧力を徐々に高め、第１の流路選択機構６ａの流動抵抗値Ｘａ以上且つ流動抵抗値Ｙａ未満に達したとき、第１の液体１ａは第１の流路選択機構６ａの第１の分岐流路４ａ側のみ許可され、第２のバルブ５ｂへ向かう。第１の分岐流路４ａに接続されている第２のバルブ５ｂは、第１の液体１ａによって圧力を加えられると第２の混合槽流路３ｂを閉じる動作を行う。また、第２のバルブ５ｂは閉鎖構造となっているため、第１の液体１ａは第２のバルブ５ｂで滞留する。
【００３２】
第１の液体１ａの圧力による第２のバルブ５ｂの変形が終了し、第２のバルブ５ｂが第１の液体１ａで飽和状態となってからも、第１の液体１ａの圧力がさらに高められると、第１の流路選択機構６ａにおいて第１の液体１ａの圧力は流動抵抗値Ｙａに達する。したがって、第１の流路選択機構６ａで滞留した第１の液体１ａは混合槽９に向かって第１の混合槽流路３ａ側へ流動を開始し、第１の液体１ａは第１の混合槽流路３ａ上の第１のバルブ５ａに到達する。第１のバルブ５ａは、第２のバルブ５ｂと同様に、第２の液体１ｂの圧力によって第１の混合槽流路３ａを閉じる動作をするが、前述の仮定において、第２の液体１ｂの圧力は高められていないため、第１のバルブ５ａは開いている状態である。したがって、第１の液体１ａは第１のバルブ５ａを通過し、混合槽９に流入する。
【００３３】
第１の液体１ａの流入量が混合槽９の許容量を超えた場合や、マイクロチップ１０に外部から振動等が与えられた場合には、第１の液体１ａは混合槽９から第２の混合槽流路３ｂに沿って第２の供給槽２ｂに向かって流れる。その後、第１の液体１ａは第２の混合槽流路３ｂに具備されている第２のバルブ５ｂへ到達する。前述の、第１の液体１ａを混合槽９へ送液する工程において、第１の液体１ａの圧力は高められているため、第２のバルブ５ｂに流入された第１の液体１ａは第２のバルブ５ｂを閉じるように作用している。したがって、第２の混合槽流路３ｂ上の第１の液体１ａは第２のバルブ５ｂで滞留し、第１の液体１ａは第２の供給槽２ｂへ送液されることなく停止する。
【００３４】
十分な量の第１の液体１ａを混合槽９に送液した後、第１の液体１ａの圧力を低下させていき、送液を終了する。第１の液体１ａの圧力が第１の流路選択機構６ａの流動抵抗値Ｘａ以上且つ流動抵抗値Ｙａ未満まで低下すると、第１の流路選択機構６ａは第１の混合槽流路３ａへの送液は停止するが、第１の分岐流路４ａへの送液は継続される。すなわち、第２の混合槽流路３ｂ上の第２のバルブ５ｂを閉め続けていることになる。さらに第１の液体１ａの圧力を低下させ、第１の流路選択機構６ａの流動抵抗値Ｘａ以下の圧力に第１の液体１ａの圧力がなると、第１の分岐流路４ａへの送液も停止され、第２のバルブ５ｂは第２の混合槽流路３ｂを開く方向へ動作する。以上によって、第１の液体１ａの混合槽９への送液が完了する。
【００３５】
もし、混合槽９の許容量と同量の第１の液体１ａが混合槽９に溜まっていた場合、ここでは詳しくは説明しないが別の手段によって、混合槽９の第１の液体１ａを一部廃棄し、第１の液体１ａとは異なる第２の液体１ｂが流入できる容量を確保する。
【００３６】
次に、第２の液体１ｂを混合槽９へ送る。第１の液体１ａを混合槽９へ送液する手順と同様に行うことによって、第２の液体１ｂ、または第１の液体１ａと第２の液体１ｂの混合液が混合槽９から第１の供給槽２ａへ送られることなく、第２の液体１ｂを混合槽９へ送ることができる。すなわち、第２の液体１ｂの圧力が、第２の流路選択機構６ｂの流動抵抗値Ｘｂ以上且つ流動抵抗値Ｙｂ未満となったところで、第２の液体１ｂは第２の分岐流路４ｂを通って第１のバルブ５ａへ送られ、第１のバルブ５ａは第１の混合槽流路３ａを閉止する。
【００３７】
その後、さらに第２の液体１ｂの圧力を高めることによって第２の流路選択機構６ｂの流動抵抗値Ｙｂを超え、混合槽９へ向かって第２の混合槽流路３ｂを通って第２のバルブ５ｂへ第２の液体１ｂが送られる。第２のバルブ５ｂは第２のバルブ５ｂに流入された第１の液体１ａの圧力によって閉じられる構造を持っている。第１の液体１ａの送液を終了したときに第１の液体１ａの圧力は低下しているので、第２のバルブ５ｂは開いている状態である。したがって、第２の液体１ｂは第２のバルブ５ｂを通過し、混合槽９に送液される。このときに、混合槽９に送液された第２の液体１ｂは、はじめて第１の液体１ａと混合される。
【００３８】
混合後、さらに第２の液体１ｂが混合槽９に送液され、混合槽９の許容量を超えた場合、第２の液体１ｂまたは第２の液体１ｂと第１の液体１ａとの混合液は第１の混合槽流路３ａに沿って第１の供給槽２ａに向かう。第１の混合槽流路３ａ上の第１のバルブ５ａは、閉止されているために、混合液は第１のバルブ５ａで停止する。
【００３９】
十分な量の第２の液体１ｂが混合槽９に送液した後、第２の液体１ｂの圧力を低下させていき、送液を終了する。
【００４０】
以上のように、本発明の実施の形態を用いることにより、第１の供給槽２ａ中の第１の液体１ａへの圧力供給と、第２の供給槽２ｂ中の第２の液体１ｂへの圧力供給により、混合槽９において第１の液体１ａと第２の液体１ｂとが混合される。また、本発明の実施の形態では、第１の液体１ａ及び第２の液体１ｂの圧力を高めることによって混合槽から供給槽への流れを防止するバルブが物理的に閉止される。したがって、従来の、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブに受動バルブを用いた場合に必要となる、送液される液体の圧力をバルブの流動抵抗値の上下限範囲に制御するという、精度の高い圧力制御は要求されない。
【００４１】
また、本発明の実施の形態では、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブは、マイクロチップを流れる第１の液体１ａ及び第２の液体１ｂの圧力によって開閉されるため、バルブを開閉するために外部からの操作を要求しない。したがって、マイクロチップの外部にバルブ操作用の機構を設ける必要が無く、マイクロチップとの接続が煩雑にならない。また、新たな機構が外部に設けられないため、保守点検が新たに要求されることもない。
【００４２】
本発明の実施の形態を用いることにより、混合槽から供給槽への流れを防止するバルブを備えているマイクロチップにおいて、精度の高い圧力制御を用いなくとも、生産性、保守性が低下することなく、操作性、信頼性が向上する流体混合装置が提供される。
【００４３】
図１におけるマイクロチップ１０では、第１の分岐流路４ａと第２の分岐流路４ｂとが交差している。この様な流路を容易に実現する方法としては、図３に示すように、複数のシートを張り合わせることによって実現される。図３は、交差する流路の形態を示す分解斜視図である。図３において、マイクロチップ１０はダイヤフラム等の可撓性材料で構成されたシート１８、１９、２０が、シート１８の上にシート１９、シート１９の上にシート２０といった形で積層されることによって構成されている。各シートと隣接するシートとには接着される部分と接着されない部分とに分けられている。図３において、網状模様が掛けられている部分が隣接するシートと接着されない部分であり、接着されない部分に液体は流入可能となる。すなわち、液体の流れる流路、液体を貯留する槽、流路を閉止するバルブ等は、シート同士が接着されない部分が、シート同士が接着される部分に囲まれることによって形成される。
【００４４】
シート１８上に具備されている供給槽、混合槽流路、流路選択機構、混合槽の各構成は、図１に示した概略図の各構成と同様であるため、それらに関する説明は省略する。シート１９には混合槽流路３ａ、３ｂを閉止するバルブ５ａ、５ｂが具備されている。
【００４５】
第１の流路選択機構６ａから分岐されている第１の分岐流路４ａの、第１の流路選択機構６ａに接続されている側とは逆の一端では、中央のシート１９に第１の穴７ａが切り抜かれており、シート１９上に液体が流れる構造になっている。すなわち、穴７ａはスルーホールとして機能する。また、シート１９には第１の穴７ａと第２のバルブ５ｂとを接続する第１の分岐流路８ａが具備されており、第１の液体１ａは、第１の流路選択機構６ａから分岐流路４ａ、穴７ａ、分岐流路８ａを経て第２のバルブ５ｂに到達する。同様に、第２の液体１ｂは第２の流路選択機構６ｂから分岐流路４ｂ、穴７ｂ、分岐流路８ｂを経て第１の混合槽流路３ａを閉止する第１のバルブ５ａへ到達する。以上のような構成とすることで、図１で示すような第１の分岐流路４ａと第２の分岐流路４ｂが交差するマイクロチップが実現される。
【００４６】
なお、前述のマイクロチップ１０における３枚のシートのうち、上記のメカニズムが動作するのであれば、可撓性でない材料を一部に使用することも可能である。例えば、シート２０を可撓性でないシートを使用することも可能である。
【００４７】
ここで、図２における流路選択機構中の受動バルブ１５及び受動バルブ１６の具体的構成を説明する。
【００４８】
図４は、マイクロチップの流路における断面図である。図４に示すマイクロチップ２１は、可撓性材料からなるシート２２の上に同じく可撓性材料からなるシート２３が積層されて構成されている。シート２２とシート２３が接着されていない部分が流路３４となっており、マイクロチップ２１の外部より液体を導入して圧力を保っている状態を示している。図５は、ＦＥＭ（有限要素法）を用いて、シート２２の変形をシミュレーションしたときの断面図である。マイクロチップ２１の流路幅Ｌを５００［μｍ］、マイクロチップ２１の厚さを２００［μｍ］とし、液体を封入して圧力を印加しときのシート２２またはシート２３の変形を、ＦＥＭ（有限要素法）を用いてシミュレーションした。シート２２とシート２３の変形は上下対称で同じなので、図５にはシート２２のみを示している。また、図６は、図５と同様、ＦＥＭを用いてシート２２の変形をシミュレーションしたときの断面図である。図６においては、流路幅Ｌを１０００［μｍ］としている。流路の幅Ｌ以外の条件は図５で示したものと同じ条件時でシミュレーションしている。図５及び図６を比較すると、流路２４中の液体の印加圧力が同じにもかかわらず、流路幅Ｌの狭い図５の方が、流路幅Ｌの広い図６に対して変形が少ない。つまり、流路幅Ｌが狭い方が、可撓性材料の変形量が小さく、流路断面積が小さくなり、流動抵抗が大きくなっていることがわかる。このようにして、流路の途中に狭隘部を具備することによって、狭隘部の前後での流路の流動抵抗を様々に決定することが出来る。
【００４９】
図２において、流体選択機構の受動バルブ１５及び受動バルブ１６は前述した原理を用いて流動抵抗値を設定することができる。受動バルブ１６での流路を、受動バルブ１５での流路に比べ、狭くすることによって、受動バルブ１６の流動抵抗値Ｙは、受動バルブ１５の流動抵抗値Ｘよりも大きくなる。
【００５０】
また、本実施例において、液体の圧力を徐々に高めるとして説明したが、供給槽と混合槽流路との間に流動抵抗を大きくした障害物を具備することによって、液体の圧力を徐々に高める作用を備えることも出来る。
【００５１】
図１で示した本発明の実施の形態では、混合槽流路が２つの場合を示したが、混合槽流路が３つ以上の場合でも同様に実現することが出来る。図７は、混合槽流路が３つの場合の本発明の実施の形態である。図７で符号が付されている構成要素は、図１に示したような本発明の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ、２ｂ        液体
２ａ、２ｂ        供給槽
３ａ、３ｂ        混合槽流路
４ａ、４ｂ        分岐流路
５ａ、５ｂ        バルブ
６ａ、６ｂ        流路選択機構
７ａ、７ｂ        穴
８ａ、８ｂ        分岐流路
９                混合槽
１０              マイクロチップ
１１              液体
１２              入力流路
１３、１４        出力流路
１５、１６        受動バルブ
１７              分岐点
１８、１９、２０  シート
２１              マイクロチップ
２２、２３        シート
２４              流路
Ｌ                流路幅
【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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