(57)【要約】【課題】液導入ポートに導入される液体で気圧供給ノズルが汚染されることを抑制できる、マイクロ流路デバイスの提供。【解決手段】断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスであって、試料である液体が導入される液導入ポートと、前記液導入ポートとは別に設けられ、前記液導入ポートに連通する連通孔に気圧を供給する気圧供給ポートと有する、マイクロ流路デバイス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスであって、
試料である液体が導入される液導入ポートと、
前記液導入ポートとは別に設けられ、前記液導入ポートに連通する連通孔に気圧を供給する気圧供給ポートと有する、マイクロ流路デバイス。
【請求項２】
前記液導入ポートの開口面積は、前記連通孔の断面積よりも大きい、請求項１に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項３】
前記液導入ポートは、前記液導入ポートの開口縁が形成される表面からの深さが浅くなるほど広くなるテーパー部を有する、請求項１または２に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項４】
前記液導入ポートは、前記液導入ポートの開口縁に、径方向内側に向けて突出する突起部を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項５】
前記液導入ポートの開口部を塞ぐ蓋を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項６】
前記蓋は、厚さが２．０ｍｍ以下であり、ショア硬さが５０ＨＳ以下である、請求項５に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項７】
前記液導入ポートの開口面積は、前記気圧供給ポートの開口面積よりも大きい、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
【請求項８】
前記液導入ポートの開口径は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であり、
前記気圧供給ポートの開口径は、１ｍｍ以上８ｍｍ以下であり、
前記連通孔は、断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細加工技術を利用して基板に微細な流路を形成し、流路を流れる液体の分析・検査等を行うマイクロ分析チップ、マイクロ検査チップ、μＴＡＳ（Micro Total Analysis Systems）等のマイクロ流路デバイスが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７１５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロ流路デバイスは、試料である液体が導入される液導入ポート（インレットとも呼ばれる）を有する。液体は、液導入ポートに導入された後、気圧差によってマイクロ流路デバイスの内部を流動する。
【０００５】
従来、マイクロ流路デバイスの内部に気圧を供給する気圧供給ノズルは、液導入ポートの壁面に分離可能に押し付けられるため、液導入ポートに導入された液体で汚染されるという問題が有った。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、液導入ポートに導入される液体で気圧供給ノズルが汚染されることを抑制できる、マイクロ流路デバイスの提供を主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路を有するマイクロ流路デバイスであって、
試料である液体が導入される液導入ポートと、
前記液導入ポートとは別に設けられ、前記液導入ポートに連通する連通孔に気圧を供給する気圧供給ポートと有する、マイクロ流路デバイスが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、液導入ポートに導入される液体で気圧供給ノズルが汚染されることを抑制できる、マイクロ流路デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、一実施形態によるマイクロ流路デバイスを示す図である。
【図２】図２は、図１の液導入ポートへ液体を導入する様子を示す図である。
【図３】図３は、図２の液導入ポートに液体を満たした状態を示す図である。
【図４】図４は、図３の液導入ポートの開口部を蓋で覆った状態を示す図である。
【図５】図５は、図４の液導入ポートの第１変形例を示す図である。
【図６】図６は、図４の液導入ポートの第２変形例を示す図である。
【図７】図７は、図４の液導入ポートの第３変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。
【００１１】
図１は、一実施形態によるマイクロ流路デバイスを示す図である。図１において、Ｘ方向はマイクロ流路デバイスの長手方向、Ｙ方向はマイクロ流路デバイスの幅方向、Ｚ方向はマイクロ流路デバイスの厚さ方向である。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに垂直な方向である。
【００１２】
マイクロ流路デバイス１０は、断面積が１ｍｍ２未満のマイクロ流路を有する。マイクロ流路の数は、１本でもよいし、複数本でもよい。マイクロ流路は、合流したり、分岐したりしてよい。マイクロ流路を流れる液体２（図２参照）の合流や分岐が可能になる。
【００１３】
マイクロ流路デバイス１０は、例えば板状に形成される。板状のマイクロ流路デバイス１０の用途は、例えばマイクロ分析チップ、マイクロ検査チップ、μＴＡＳ（Micro Total Analysis Systems）等である。
【００１４】
尚、マイクロ流路デバイス１０は、例えば円筒状や箱状に形成されてもよい。マイクロ流路デバイス１０の用途は、上記のマイクロ分析チップ等には限定されず、シリンジフィルタ等のサンプリングキットでもよい。
【００１５】
マイクロ流路デバイス１０は、本体２０を有する。本体２０は、内部にマイクロ流路等を形成するため、複数層構造を有してよい。本体２０は、図１では二層構造を有するが、三層構造や四層構造を有してもよい。尚、本体２０の層の数は、五層以上でもよい。
【００１６】
本体２０を構成する複数の層は、ガラスや樹脂、ガラスと樹脂の複合材料などにより形成される。これらの層は、同一の材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。
【００１７】
本体２０は、試料である液体２（図２参照）が導入される液導入ポート３０を有する。液導入ポート３０は、本体２０のＺ方向端面２１に形成される。Ｚ方向端面２１における液導入ポート３０の開口径Ｒ１は、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。尚、液導入ポート３０の開口部は、本実施形態では円形状に形成される。
【００１８】
図２は、図１の液導入ポートへ液体を導入する様子を示す図である。図３は、図２の液導入ポートに液体を満たした状態を示す図である。
【００１９】
液導入ポート３０には、図２に示すように液体２の液滴が滴下され、図３に示すように液体２で満たされる。液導入ポート３０に満たされた液体２は、図３に示すように上に凸のメニスカスを形成し、本体２０の液導入ポート３０が形成されるＺ方向端面２１よりも高く盛り上がる。液導入ポート３０に滴下される液体２の体積が液導入ポート３０の体積よりも大きいため、後述する蓋４０を閉じるときの気泡の噛み込みを低減できる。
【００２０】
液導入ポート３０は、液導入ポート３０の開口縁が形成される表面（例えばＺ方向端面２１）からの深さが浅くなるほど（例えば図２および図３において下側から上側に向うほど）広くなるテーパー部３１を有する。液導入ポート３０は、テーパー部３１の下端から下方向に延びる円柱部３２をさらに有する。
【００２１】
テーパー部３１は、例えば円錐台状に形成される。テーパー部３１のテーパーは、本実施形態では線形テーパーであるが、放物線テーパーなどでもよい。
【００２２】
テーパー部３１は上方に向うほど連続的に広がるため、液導入ポート３０の開口面積が大きく、液体２の液滴が滴下しやすい。また、テーパー部３１は、液体２を斜めに押し上げ、液体２のメニスカスの高さＨ（図３参照）を高くすることもできる。メニスカスの高さＨが高いほど、後述する蓋４０を閉じるときに余分な液体２の流れ出しが多く、液体２の流れ出しによって気泡の噛み込みを低減できる。さらに、テーパー部３１は、液体２を斜めに押し上げるため、蓋４０を閉じる前にマイクロ流路デバイス１０が傾いても液体２がこぼれるのを抑制することもできる。
【００２３】
図１等に示すように、マイクロ流路デバイス１０は、液導入ポート３０の開口部を塞ぐ蓋４０を有する。液導入ポート３０に液体２を導入した後、液導入ポート３０の開口部を蓋４０で塞ぐと、マイクロ流路デバイス１０を傾けても液体２の漏出を防止できる。よって、マイクロ流路デバイス１０のハンドリング性を向上できる。
【００２４】
蓋４０は、可撓性を有してよい。蓋４０を閉じるときに蓋４０を変形させることができ、蓋４０の一端（図３では左端）側から他端（図３では右端）側に向けて徐々に蓋４０と液体２とを接触させることができ、気泡の噛み込みを防止できる。
【００２５】
例えば、蓋４０は、厚さが２．０ｍｍ以下であり、ショア硬さが５０ＨＳ以下である。ショア硬さは、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｚ２２４６：２０００）に準拠して測定する。蓋４０の厚さが２．０ｍｍ以下であり、蓋４０のショア硬さが５０ＨＳ以下であると、蓋４０を閉じるときに蓋４０を十分に変形させることができる。蓋４０の材料としては、例えばＰＤＭＳやＰＭＭＡ、ＰＥＴなど可撓性のあるものが挙げられる。
【００２６】
図４は、図１の液導入ポートの開口部を蓋で覆った状態を示す図である。液導入ポート３０の開口部を蓋４０で覆った状態では、図４に示すように、液導入ポート３０には気泡がなく液体２で満たされている。
【００２７】
蓋４０は、密着性を有してよく、本体２０のＺ方向端面２１に貼り付けられてよい。マイクロ流路デバイス１０が使い捨てである場合、蓋４０は、本体２０のＺ方向端面２１に取外し不能に貼り付けられてよい。
【００２８】
図１等に示すように、本体２０は、液導入ポート３０とは別に設けられ、液導入ポート３０に連通する第１の連通孔５０に気圧を供給する第１の気圧供給ポート６０を有する。第１の気圧供給ポート６０と液導入ポート３０とは、同じＺ方向端面２１に設けられてよい。Ｚ方向端面２１における第１の気圧供給ポート６０の開口径Ｒ２は、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
【００２９】
尚、第１の気圧供給ポート６０の開口は、本実施形態では円形状に形成されるが、矩形状などに形成されてもよい。後者の場合、開口径とは、円相当径を意味する。また、第１の気圧供給ポート６０の開口は、本実施形態ではＺ方向端面２１に形成されるが、Ｘ方向端面２２またはＹ方向端面に形成されてもよい。
【００３０】
液導入ポート３０と第１の気圧供給ポート６０とは、第１の連通孔５０によって連通されている。第１の連通孔５０は、一端が第１の気圧供給ポート６０の壁面に開口しており、他端が液導入ポート３０の傾斜面において開口している。第１の連通孔５０は、液導入ポート３０からの液体２の自然流入を防ぐため、配管抵抗が高くなるように形成される。例えば、第１の連通孔５０は細く形成される。第１の連通孔５０はマイクロ流路であってよい。また、第１の連通孔５０は疎水性を有してよい。
【００３１】
第１の気圧供給ポート６０は、第１の気圧供給ノズル６が挿入される挿入孔である。第１の気圧供給ノズル６は、第１の気圧供給ポート６０に挿入され、第１の気圧供給ポート６０の壁面に押し付けられる。この壁面において、第１の連通孔５０の一端が開口している。
【００３２】
第１の気圧供給ノズル６は、例えば大気を加圧、圧縮するコンプレッサーなどの加圧源に接続され、第１の連通孔５０の気圧を加圧する。これにより、液導入ポート３０に導入された液体２は、液導入ポート３０から第２の連通孔７０へ向けて流動する。
【００３３】
尚、第１の気圧供給ノズル６は、例えば真空ポンプなどの吸引源に接続され、第１の連通孔５０の気圧を減圧してもよい。これにより、液導入ポート３０に導入された液体２は、液導入ポート３０から第１の連通孔５０へ向けて流動する。第１の気圧供給ノズル６は、加圧源および吸引源の両方に接続されてもよい。
【００３４】
図１等に示すように、本体２０は、液導入ポート３０とは別に設けられ、液導入ポート３０に連通する第２の連通孔７０に気圧を供給する第２の気圧供給ポート８０を有する。第２の気圧供給ポート８０は、本体２０のＸ方向端面２２に設けられてよい。Ｘ方向端面２２における第２の気圧供給ポート８０の開口径Ｒ３は、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。
【００３５】
尚、第２の気圧供給ポート８０の開口は、本実施形態では円形状に形成されるが、矩形状などに形成されてもよい。後者の場合、開口径とは、円相当径を意味する。また、第２の気圧供給ポート８０の開口は、本実施形態ではＸ方向端面２２に形成されるが、Ｚ方向端面２１またはＹ方向端面に形成されてもよい。
【００３６】
液導入ポート３０と第２の気圧供給ポート８０とは、第２の連通孔７０によって連通されている。第２の連通孔７０は、一端が第２の気圧供給ポート８０の壁面に開口しており、他端が液導入ポート３０の円柱面において開口している。第２の連通孔７０は、液導入ポート３０からの液体２の自然流入を防ぐため、配管抵抗が高くなるように形成される。例えば、第２の連通孔７０は細く形成される。第２の連通孔７０はマイクロ流路であってよい。また、第２の連通孔７０は疎水性を有してよい。
【００３７】
第２の気圧供給ポート８０は、第２の気圧供給ノズル８が挿入される挿入孔である。第２の気圧供給ノズル８は、第２の気圧供給ポート８０に挿入され、第２の気圧供給ポート８０の壁面に押し付けられる。この壁面において、第２の連通孔７０の一端が開口している。
【００３８】
尚、第１の連通孔５０の液導入ポート３０側の端部と、第２の連通孔７０の液導入ポート３０側の端部とのＺ方向における位置関係は、図１等に示す位置関係には限定されない。例えば第１の連通孔５０の一端が円柱部３２の壁面において開口し、第２の連通孔７０の一端がテーパー部３１の壁面において開口してもよい。
【００３９】
第２の気圧供給ノズル８は、例えば真空ポンプなどの吸引源に接続され、第２の連通孔７０の気圧を減圧する。これにより、液導入ポート３０に導入された液体２は、液導入ポート３０から第２の連通孔７０へ向けて流動する。
【００４０】
尚、第２の気圧供給ノズル８は、例えば大気を加圧、圧縮するコンプレッサーなどの加圧源に接続され、第２の連通孔７０の気圧を加圧してもよい。これにより、液導入ポート３０に導入された液体２は、液導入ポート３０から第１の連通孔５０へ向けて流動する。第２の気圧供給ノズル８は、加圧源および吸引源の両方に接続されてもよい。
【００４１】
ところで、本実施形態によれば、液導入ポート３０と第１の気圧供給ポート６０とは、別に設けられ、分離される。これにより、液導入ポート３０に導入される液体２と、第１の気圧供給ポート６０の壁面に押し付けられる第１の気圧供給ノズル６との接触を防止できる。よって、液導入ポート３０に導入される液体２で第１の気圧供給ノズル６が汚染されることを抑制できる。
【００４２】
同様に、本実施形態によれば、液導入ポート３０と第２の気圧供給ポート８０とは、別に設けられ、分離される。これにより、液導入ポート３０に導入される液体２と、第２の気圧供給ポート８０の壁面に押し付けられる第２の気圧供給ノズル８との接触を防止できる。よって、液導入ポート３０に導入される液体２で第２の気圧供給ノズル８が汚染されることを抑制できる。
【００４３】
尚、本実施形態では、第１の気圧供給ノズル６および第２の気圧供給ノズル８の両方が用いられるが、いずれか一方のみが用いられてもよい。後者の場合、本体２０は、第１の気圧供給ポート６０および第２の気圧供給ポート８０のいずれか一方のみを有していればよい。
【００４４】
本実施形態によれば、上述の如く、液導入ポート３０と第１の気圧供給ポート６０とは、別に設けられ、分離される。そのため、液導入ポート３０の寸法や形状を、第１の気圧供給ノズル６の寸法や形状に関係なく設定できる。例えば、液導入ポート３０の開口面積Ｓ１を第１の気圧供給ポート６０の開口面積Ｓ２よりも大きく設定でき、液体２の液滴を液導入ポート３０に容易に滴下できる。また、液導入ポート３０の開口面積Ｓ１を第１の連通孔５０の断面積Ｓ３よりも大きく設定でき、液導入ポート３０に大量に導入された液体２を第１の連通孔５０から緩やかに供給される気圧でゆっくり流動させることができ、液体２の流動制御性を向上できる。
【００４５】
同様に、本実施形態によれば、上述の如く、液導入ポート３０と第２の気圧供給ポート８０とは、別に設けられ、分離される。そのため、液導入ポート３０の寸法や形状を、第２の気圧供給ノズル８の寸法や形状に関係なく設定できる。例えば、液導入ポート３０の開口面積Ｓ１を第２の気圧供給ポート８０の開口面積Ｓ４よりも大きく設定でき、液体２の液滴を液導入ポート３０に容易に滴下できる。また、液導入ポート３０の開口面積Ｓ１を第２の連通孔７０の断面積Ｓ５よりも大きく設定でき、液導入ポート３０に大量に導入された液体２を第２の連通孔７０から緩やかに供給される気圧でゆっくり流動させることができ、液体２の流動制御性を向上できる。
【００４６】
ここで、液導入ポート３０の開口面積Ｓ１は、本体２０の表面（例えばＺ方向端面２１）において計測し、例えばＳ１＝（Ｒ１／２）２×πの式から求める。第１の気圧供給ポート６０の開口面積Ｓ２は、本体２０の表面（例えばＺ方向端面２１）において計測し、例えばＳ２＝（Ｒ２／２）２×πの式から求める。第１の連通孔５０の断面積Ｓ３は、液導入ポート３０の近傍において、液体２の流動方向に垂直な断面で計測する。第２の気圧供給ポート８０の開口面積Ｓ４は、本体２０の表面（例えばＸ方向端面２２）において計測し、例えばＳ４＝（Ｒ３／２）２×πの式から求める。第２の連通孔７０の断面積Ｓ５は、液導入ポート３０の近傍において、液体２の流動方向に垂直な断面で計測する。
【００４７】
本実施形態によれば、液導入ポート３０は、液導入ポート３０の開口縁が形成される表面（例えばＺ方向端面２１）からの深さが浅くなるほど広くなるテーパー部３１を有する。テーパー部３１は上方に向うほど連続的に広がるため、液導入ポート３０の開口面積が大きく、液体２の液滴が滴下しやすい。また、テーパー部３１は、液体２を斜めに押し上げ、液体２のメニスカスの高さＨ（図３参照）を高くすることもできる。メニスカスの高さＨが高いほど、蓋４０を閉じるときに余分な液体２の流れ出しが多く、液体２の流れ出しによって気泡の噛み込みを低減できる。さらに、テーパー部３１は、液体２を斜めに押し上げるため、蓋４０を閉じる前にマイクロ流路デバイス１０が傾いても液体２がこぼれるのを抑制することもできる。
【００４８】
本実施形態によれば、マイクロ流路デバイス１０は、液導入ポート３０の開口部を塞ぐ蓋４０を有する。液導入ポート３０に液体２を導入した後、液導入ポート３０の開口部を蓋４０で塞ぐと、マイクロ流路デバイス１０を傾けても液体２の漏出を防止できる。よって、マイクロ流路デバイス１０のハンドリング性を向上できる。
【００４９】
本実施形態によれば、蓋４０は、厚さが２．０ｍｍ以下であり、ショア硬さが５０ＨＳ以下である。蓋４０を閉じるときに蓋４０を十分に変形させることができ、蓋４０の一端（図３では左端）側から他端（図３では右端）側に向けて徐々に蓋４０と液体２とを接触させることができ、気泡の噛み込みを防止できる。
【００５０】
以上、マイクロ流路デバイスなどの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態などに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【００５１】
図５は、図４の液導入ポートの第１変形例を示す図である。上記実施形態に対し、本変形例の液導入ポート３０は、図５等に示すように液導入ポート３０の開口縁に、径方向内側に向けて突出する突起部３３をさらに有する点で相違する。以下、相違点について主に説明する。突起部３３は、液導入ポート３０の開口縁に設けられ、例えばテーパー部３１を基準として円柱部３２とは反対側に設けられる。液導入ポート３０の開口縁に突起部３３を設けることで、液導入ポート３０に液体２を導入した後、蓋４０を閉じる前に、マイクロ流路デバイス１０を傾けても液体２の漏出を抑制できる。また、液導入ポート３０の開口縁に突起部３３を設けることで、液導入ポート３０に導入された液体２のメニスカスの高さＨをより大きくすることができる。
【００５２】
図６は、図４の液導入ポートの第２変形例を示す図である。上記実施形態に対し、本変形例の液導入ポート３０は、図６等に示すように円柱部３２のみを有する点で相違する。以下、相違点について主に説明する。円柱部３２の壁面において、第１の連通孔５０の一端および第２の連通孔７０の一端が開口する。尚、第１の連通孔５０の液導入ポート３０側の端部と第２の連通孔７０の液導入ポート３０側の端部とのＺ方向における位置関係は、図６に示す位置関係には限定されない。例えば第１の連通孔５０の液導入ポート３０側の端部は、第２の連通孔７０の液導入ポート３０側の端部を基準として、図６に示すように下方に設けられてもよいし、上方に設けられてもよい。尚、本変形例の液導入ポート３０は、液導入ポート３０の開口縁に図５に示す突起部３３を有しないが、突起部３３を有してもよい。
【００５３】
図７は、図４の液導入ポートの第３変形例を示す図である。上記実施形態に対し、本変形例の液導入ポート３０は、図７等に示すように第１の円柱部３２Ａおよび第２の円柱部３２Ｂを有する点で相違する。以下、相違点について主に説明する。第１の円柱部３２Ａは、第２の円柱部３２Ｂよりも上方に設けられ、本体２０のＺ方向端面２１において開口する。第１の円柱部３２Ａの直径は、第２の円柱部３２Ｂの直径よりも大きい。これにより、液体２の液滴を液導入ポート３０に滴下しやすい。第１の円柱部３２Ａの壁面において第２の連通孔７０の一端が開口し、第２の円柱部３２Ｂの壁面において第１の連通孔５０の一端が開口する。尚、第１の連通孔５０の液導入ポート３０側の端部と第２の連通孔７０の液導入ポート３０側の端部とのＺ方向における位置関係は、図６に示す位置関係には限定されない。例えば第１の連通孔５０の一端は第１の円柱部３２Ａの壁面において開口し、第２の連通孔７０の一端は第２の円柱部３２Ｂの壁面において開口してもよい。尚、本変形例の液導入ポート３０は、液導入ポート３０の開口縁に図５に示す突起部３３を有しないが、突起部３３を有してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０  マイクロ流路デバイス
２０  本体
３０  液導入ポート
３１  テーパー部
３２  円柱部
３３  突起部
４０  蓋
５０  第１の連通孔
６０  第１の気圧供給ポート
７０  第２の連通孔
８０  第２の気圧供給ポート
【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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