(57)【要約】      （修正有）【課題】液体中に含まれる気泡を分離及び削減するマイクロ流体デバイスを提供する。【解決手段】注入部１２が、第一の管１４と、第一の管の内部に存在しかつ第一の管より高さが低い第二の管１３とを有し、排出口が、第一の排出口１９と、第二の排出口２０とを有し、流路が、第一の流路１７と、第二の流路１８とを有し、第一の流路が、第一の排出口と、第二の管の内部の空隙とを連結しており、第二の流路が、第二の排出口と、第一の管と第二の管との間の空隙とを連結しており、第一の流路と第二の流路が連結していない。【選択図】図１
2015083952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路と該流路に接続し液体を排出する排出口とを有する基板と、該基板の表面に存在しかつ前記流路に液体を注入するための注入部と、を有するマイクロ流体デバイスであって、
前記注入部が、第一の管と、前記第一の管の内部に存在しかつ前記第一の管より高さが低い第二の管とを有し、
前記排出口が、第一の排出口と、第二の排出口とを有し、
前記流路が、第一の流路と、第二の流路とを有し、
前記第一の流路が、前記第一の排出口と、前記第二の管の内部の空隙とを連結しており、前記第二の流路が、前記第二の排出口と、前記第一の管と第二の管との間の空隙とを連結しており、
前記第一の流路と前記第二の流路が連結していないことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第一の管および前記第二の管が前記基板の主面に垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記第一の管の高さが前記第二の管の高さより１０μｍ以上高いことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記管の高さが、前記管の前記主面とは反対側の端部から前記基板の主面を含む平面に下した垂線の長さであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記基板と前記注入部が異なる材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記第一の管の壁面の、前記第二の管の先端から前記第一の管の前記主面と反対側の端部までの間に前記第一の管が開口部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイスの内部に液体ａを充填し、前記液体ａの液面を前記第一の管の先端と前記第二の管の先端の間に存在させるとともに前記液体ａ内に含まれる気泡を前記第一の管の内周面に集める工程（Ａ）と、
前記注入部に液体ｂを注入しながら、前記第二の管の内部の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第一の流路に引き込みかつ前記第一の管と第二の管との間の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第二の流路に引き込む工程（Ｂ）と、
を有する液体中の気泡の分離方法。
【請求項８】
前記工程（Ａ）を、前記液体ａの液面を前記第一の管の先端と前記第二の管の先端の間に存在させて一定時間保持することで行うことを特徴とする請求項７に記載の液体中の気泡の分離方法。
【請求項９】
前記工程（Ｂ）が、前記注入部に前記液体ｂを注入しながら、前記第二の管の内部の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第一の排出口に排出し、前記第一の管と第二の管との間の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第二の排出口に排出する工程であることを特徴とする請求項７または８に記載の液体中の気泡の分離方法。
【請求項１０】
前記工程（Ａ）および前記工程（Ｂ）を１セットとして、繰り返すことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の液体中の気泡の分離方法。
【請求項１１】
前記工程（Ａ）で前記液体ａの気液界面に物理エネルギーを付与することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の液体中の気泡の分離方法。
【請求項１２】
前記物理エネルギーの付与が、気体の送風もしくは超音波の付与であることを特徴とする請求項１１に記載の液体中の気泡の分離方法。
【請求項１３】
前記液体ａと前記液体ｂが同じ種類の液体であることを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一項に記載の液体中の記載の分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体デバイスおよび液体中の気泡の分離方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１枚のチップ上で化学・生化学分析に必要な全ての要素を組み込むマイクロトータルアナリシスシステム（μ−Ｔａｓ）と呼ばれる技術についての研究開発が盛んである。
【０００３】
そのようなマイクロトータルアナリシスシステムにおいて、特許文献１では、液体を注入するアクセスチューブを有するマイクロ流体デバイスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開２０１１／００５８５１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されているマイクロ流体デバイスでは、液体中の気泡がマイクロ流体デバイスの流路内に混入してしまうことにより、液体の制御が不能になってしまうという問題が生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明では、流路と該流路に接続し液体を排出する排出口とを有する基板と、該基板の表面に存在しかつ前記流路に液体を注入するための注入部と、を有するマイクロ流体デバイスであって、前記注入部が、第一の管と、前記第一の管の内部に存在しかつ前記第一の管より高さが低い第二の管とを有し、前記排出口が、第一の排出口と、第二の排出口とを有し、前記流路が、第一の流路と、第二の流路とを有し、前記第一の流路が、前記第一の排出口と、前記第二の管の内部の空隙とを連結しており、前記第二の流路が、前記第二の排出口と、前記第一の管と第二の管との間の空隙とを連結しており、前記第一の流路と前記第二の流路が連結していないことを特徴とするマイクロ流体デバイスを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体中の気泡を分離および削減することが可能となり、気泡が流路内に混入することによる液体の制御不能を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第一の実施形態に係るマイクロ流体デバイスを示す概念図である。
【図２】第一の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの注入部での気泡の状態を示す図である。
【図３】気液界面保持による気泡分離メカニズムの概念図である。
【図４】第二の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの断面図である。
【図５】比較例のマイクロ流体デバイスの概念図である。
【図６】実施例２の注入部を用いた液体の受け渡しプロセスを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
＜第一の実施形態＞
本実施形態のマイクロ流体デバイスは、流路と該流路に接続し液体を排出する排出口とを有する基板と、該基板の表面に存在しかつ前記流路に液体を注入するための注入部と、を有するマイクロ流体デバイスであって、前記注入部が、第一の管と、前記第一の管の内部に存在しかつ前記第一の管より高さが低い第二の管とを有し、前記排出口が、第一の排出口と、第二の排出口とを有し、前記流路が、第一の流路と、第二の流路とを有し、前記第一の流路が、前記第一の排出口と、前記第二の管の内部の空隙とを連結しており、前記第二の流路が、前記第二の排出口と、前記第一の管と第二の管との間の空隙とを連結しており、前記第一の流路と前記第二の流路が連結していないことを特徴とするマイクロ流体デバイスである。
【００１１】
図１は、本実施形態のマイクロ流体デバイスを示す概念図である。図１（Ａ）は本実施形態のマイクロ流体デバイスの概略図、図１（Ｂ）は上面図、図１（Ｃ）は縦断側面図である。
【００１２】
第一の管１４は外径７００ｕｍ、内径５００ｕｍ、長さは４．５ｍｍである。第２の管１３は外径３００ｕｍ、内径１００ｕｍ、長さは４ｍｍである。排出口１９及び２０はの穴径は、いずれも３００ｕｍである。流路においては、第一の流路１７の長さが１５ｍｍ、第二の流路１８の長さが１０ｍｍであり、どちらも流路断面積は幅１００ｕｍ、深さが５０ｕｍである。なお、本実施形態では、管の長さ、径、排出口の大きさ、流路の長さおよび大きさなどを上記としたが、本発明のマイクロ流体デバイスにおいてはこの限りではない。
【００１３】
マイクロ流体デバイス１１は、流路と流路に接続して液体を排出する排出口を有する基板２４と、流路に液体を導入するための注入部１２を有する。
【００１４】
注入部１２は、基板２４の表面に存在し、第一の管１４と、第一の管１４の内部に存在する第二の管１３を有する。第二の管は、第一の管の内部に存在するため、第二の管の内径は第一の管の内径よりも小さい。また、第一の管１４の高さは、第二の管１３の高さより低い。好ましくは第一の管１４の高さが第二の管１３の高さより１０μｍ以上高い。ここで記載する「管の高さ」とは、管の主面とは反対側の端部から、基板の主面２６を含む平面に下した垂線の長さである。また、「管」とは、管を構成する壁部を示すものとし、基板の主面とは、基板が有する面のうち、管が接続している面を示す。
【００１５】
したがって、「第一の管１４の高さが、第二の管の高さより低い」とは、「第一の管１４の主面２６とは反対側の端部から基板２４の主面２６を含む平面に下した垂線の長さが、第二の管１３の主面とは反対側の端部から基板２４の主面２６を含む平面に下した垂線の長さよりも長い」ことに等しい。また、第一の管および第二の管は内部が空洞である筒の形状であれば良く、例えば、円筒、楕円筒、多角筒などの形状である。
【００１６】
第一の管１４および第二の管１３は、基板２４の主面２６に垂直に配置されていることが好ましい。垂直に配置されていることで、液体を受け渡す際に液体がこぼれて受け渡し不能となることを防ぐことができるからである。
【００１７】
基板２４は、第一の排出口１９と、第二の排出口２０と、第二の管１３の内部の空隙１５と第一の排出口とを連結する第一の流路１７と、第一の管１４と第二の管１３との間の空隙１６と第二の排出口とを連結する第二の流路１８と、を有している。そして、第一の流路１７と第二の流路１８とは連結していない。なお、以降の記載において、第一の流路１７における注入部１２との接続部分（図１に示す２５）を注入口と記載する場合がある。
【００１８】
第一の排出口１９、第二の排出口２０は、チューブなどの圧力制御機構との連結部を介して、圧力制御機構（不図示）と連結されている。
【００１９】
基板２４の材質は、ガラス、セラミック、プラスチック、半導体またはそれらのハイブリッドなどとすることができるが、それらに限定されるものではない。
【００２０】
第一の流路１７および第二の流路１８は、基板を形成する基礎となる基材に対して、エッチングや機械的な加工、成形などのプロセスを行うことにより形成することができる。
【００２１】
第一の排出口１９および第二の排出口２０は、基板を形成する基礎となる基材に対してドリルなどにより穴を開けて形成することができる。なお、第一の排出口１９および第二の排出口２０は、ドリルなどで穴を開けて形成することが多いため、円形になることが多いが、その寸法や形状についても特に限定はない。
【００２２】
第一の管１４、第二の管１３は、親水性材料で構成されることが好ましい。マイクロ流体デバイスに注入する液体は一般的に親水性であることが多いため、第一の管１４および第二の管１３が親水性材料で構成されることで、親水性の液体を注入部に注入しやすくなるためである。このような材料としては、シリカなどが挙げられる。
【００２３】
第一の管１４および第二の管１３は、紫外線硬化型の接着剤によって基板２４に固定されていることが作業上の容易性から好ましいが、注入する液体が漏れないように固定されればよく、その固定方法は限定されない。第一の管１４および第二の管１３は、基板２４と同一の材料で形成されていても良く、別の材料で形成されていても良い。
【００２４】
また、第一の管１４および第二の管１３は、はじめから基板２４と一体となった形状、すなわち、第一の管１４と基板２４との間および第二の管１３と基板２４との間に繋ぎ目がない形状であっても良い。このような場合には、第一の管１４および第二の管１３は基板２４と同一の材料で構成される。
【００２５】
マイクロ流体デバイスに注入する液体は、試薬などであり、前述した通り、一般的には親水性である。
【００２６】
続いて、本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いた液体中の気泡の分離方法の例について説明する。
【００２７】
本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いた液体中の気泡の分離方法は、マイクロ流体デバイスの内部に液体ａを充填し、前記液体ａの液面を前記第一の管の先端と前記第二の管の先端の間に存在させるとともに前記液体ａ内に含まれる気泡を前記第一の管の内周面に集める工程（Ａ）と、前記注入部に液体ｂを注入しながら、前記第二の管の内部の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第一の流路に引き込みかつ前記第一の管と第二の管との間の空隙に存在する前記液体ａもしくは前記液体ａおよび前記液体ｂを前記第二の流路に引き込む工程（Ｂ）と、を有することを特徴とする液体中の気泡の分離方法である。
【００２８】
本実施形態のマイクロ流体デバイスを用いた液体中の気泡の分離方法により、マイクロ流体デバイス１１の二つの管（第一の管１４および第二の管１３）を有する注入部１２に対し、ピペットを用いて液体を供給し、気泡を含む液体と気泡を除去もしくは削減した液体を分離し、各々別の排出口に送液することができる。
【００２９】
図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態のマイクロ流体デバイス１１の注入部１２を拡大した図であり、本実施形態のマイクロ流体デバイス１１の注入部１２における液体の受け渡しプロセスを示している。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、マイクロ流体デバイス１１の内部に２１に示す液体ａを充填し、第二の管１３の先端、すなわち、第二の管１３の基板の主面と反対側の端部（以降、先端とも記載する）よりも高い位置であり、第一の管１４の先端付近に、液体ａの液面を保持する。言い換えれば、第一の管の先端と前記第二の管の先端の間に液体ａの液面を存在させ、保持させる。この際、液体ａ内の気泡は、一定時間を経過すると、後述するように第一の管１４の内周部付近に集まる。
【００３１】
２１に示す液体ａのマイクロ流体デバイス１１への充填は、例えば、２１に示す液体ａを充填した脱気容器内にマイクロ流体デバイス１１を投入し、第一の排出口１９および第二の排出口２０を容器内の液面より下方に静置した後、容器内を脱気することで第一の流路１７、第二の流路１８及び注入部１２まで液体ａを充填することができる。この時、液体ａ中の気泡は後述するように浮力により第一の管１４の先端付近に集まる。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、内部に２２に示す液体ｂを有するピペット２３の先端に２２に示す液体ｂが液滴となるように押し出し、第一の管１４の先端付近に保持された液体ａの液面に接触させる。ここで、液体ｂの液滴を作成する液滴供給器具は、ピペットに限られない。なお、液体ａと液体ｂは同じ種類の液体であっても異なる種類の液体であっても良い。
【００３３】
図２（ｃ）に示すように、図２（ｂ）でピペット２３の先端の液体ｂの液滴２２を注入部内部の液体ａに接液させた状態を維持したまま、第一の排出口１９、第二の排出口２０にチューブを介して接続した圧力制御機構により、第二の管１３の内部の空隙１５における２１に示す液体ａと２２に示す液体ｂの界面と、第一の管１４と第二の管１３との間の空隙１６における、２１に示す液体ａと２２に示す液体ｂの界面とを、略同一の下降速度で基板の主面より下方まで下げ、第一の管１４の内周面付近に集まっていた気泡を含む液体ａ、もしくは液体ａおよび液体ｂを第二の排出口に排出させ、第一の管の中心部付近の気泡が少ない液体ａもしくは液体ａおよび液体ｂを第一の排出口１９に排出させる。
【００３４】
なお、ここでは液体ａをもしくは液体ａおよび液体ｂを排出口に排出させているが、第二の管の内部の空隙に存在する液体を第一の流路に引き込み、第一の管と第二の管との間の空隙に存在する液体を第二の流路に引き込むことができれば、気泡を第二の流路に誘導できるため、排出口まで排出させなくても良い。また、（ｂ）および（ｃ）では液滴２２を注入部に接液させた状態を維持しているが、（ｃ）において、液体が引き込まれることにより、気液界面が第二の管の高さよりも低い位置までさがらないように液体ａを供給することができれば、液滴２２を注入部に接液した状態を維持しなくても良い。また、液体ａと液体ｂが同じ種類の液体である場合、界面は存在しないが、液体ａと液体ｂが接触した部分に液体ａの気液界面に存在した気泡に由来する気泡の集合領域が存在するため、それを界面と呼ぶこととする。
【００３５】
ここで記載する第一の管の中心部とは、第一の管の中心軸と気液界面との交点付近を示す。また、第一の管の中心部とは、第一の管の中心軸と気液界面との交点を中心とした第一の管の内径の５０％の長さの直径の範囲とする。さらに、第一の管の内周面付近とは、第一の管の内周面から第一の管の内径の５０％の長さの範囲とする。
【００３６】
次に、図２（ｄ）に示すように、接液していたピペット２３の先端を離して接液を停止した後、一定時間保持する。これにより、液体ａと液体ｂの界面に存在していた気泡が浮力により液体ｂと空気との気液界面まで到達する。気液界面まで気泡が到達すると、気液界面の下に凸なメニスカス形状により、水平方向成分の浮力が気泡にかかり、気液界面のうちの第一の管１４の内周面付近まで移動するため、液体内の気泡は気液界面の第一の管の内周面付近に集められる（図２（ｅ））。この際、気体の送風や超音波の付与など物理エネルギーを付与することにより気泡の移動を促進することもできる。なお、気泡の動きに関する原理については後述する。
【００３７】
以上の図２（ａ）〜（ｅ）の動作を１セットとして繰り返すことで、２１に示す液体ａ内に存在し、第一の管の内周面付近に集まっていた気泡は、第一の管１４と第二の管１３との空隙１６を通り、第二の排出口２０に送られ、除去される。そして、第二の管１３の内部の空隙に存在していた気泡の少ない液体ａは、気泡が含まれる液体とは分離されて、第一の流路１７を通り、第一の排出口１９に送られる。つまり、液体ａは気泡を含んだ液体と、気泡が除去された液体とに分離され、それぞれを異なる流路に送り込むことができる。
【００３８】
このように、気泡が分離・除去された液体を流路に送り込むことで対象とする流路に気泡が溜り、圧力制御不能に陥ることを防ぐことができる。
【００３９】
ここで、図２（ｅ）において気液界面を一定時間保持することで、気泡が気液界面における第一の管の内周面付近に集められる原理について説明する。
【００４０】
図３は、気泡が第一の管の内周面付近に移動する原理を示す概念図である。
【００４１】
気泡が注入部の液体内を移動する経路は大きく２つに分かれる。図３（Ａ）は気泡が移動する２つの行程を示した模式図である。第一の行程は、注入部の底部から気液界面に上昇する行程３１（以下、経路３１とも記載する）である。第二の行程は、気液界面をほぼ水平方向に移動してする行程３２（以下、経路３２とも記載する）である。なお、ここで記載する注入部の底部とは、注入部と基板の主面との連結面であり、注入部と基板の主面との接触部分を含む平面と注入部との境界面を示すものとする。
【００４２】
図３（Ｂ）は経路３１において気泡に生じる力を示した模式図、図３（Ｃ）は経路３２において気泡に生じる力を示した模式図である。気泡が経路３１及び経路３２を移動するために必要な時間以上の時間、気液界面を保持することで気泡を第一の管の内周面付近に分離することができる。
【００４３】
以下では、気泡が経路３１及び経路３２を移動するために必要な時間の算出方法について、それぞれ説明する。
【００４４】
まず、経路３１において気泡が浮上するために必要な時間の算出について説明する。図３（Ｂ）のように、気泡が注入部の底部から気液界面（屈曲した液面）まで移動している間、気泡には浮力ＦＢ、重力ＦＧ、抗力ＦＤの３つの力が生じる。気泡が注入部の底部から気液界面まで到達するまでの時間は、流体中の気泡について運動方程式を立てることで見積もられる。流体中の気泡の運動方程式は、次の式（１）のように記載できる。この際、気泡は、半径ｒの球形と考え、気泡にかかる浮力ＦＢ、重力をＦＧ、抗力をＦＤとおき、気泡の体積をＶＡ、密度をρＡ、質量をＭＡ、速度をｖ、水の粘度をμ、密度をρｗ、重力加速度をｇとした。
【００４５】
【数１】
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【００４６】
気泡にかかる浮力ＦＢは、次の式（２）のように記載できる。
【００４７】
【数２】
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【００４８】
気泡にかかる重力ＦＧは、次の式（３）のように記載できる。
【００４９】
【数３】
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【００５０】
また、球状粒子まわりの抗力ＦＤ（摩擦抗力＋圧力抗力）は、ストークスの式より、式（４）のように記載できる。
【００５１】
【数４】
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【００５２】
ここで、気泡の運動開始直後に加速度運動が完了し等速度運動になると考え、力がつり合い等速運動となった状態を考える。この時の速度を終端速度ｖｆとおく。等速運動時には、重力、浮力、抗力はつりあうので、式（１）より、次の式（５）が得られる。
【００５３】
【数５】
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【００５４】
式（５）に式（２）〜（４）を代入し、整理すると、終端速度ｖｆは以下のように表せる。
【００５５】
【数６】
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【００５６】
次に、経路３２において気泡が、水平方向に移動する時間、言い換えれば、気泡が最初に気液界面に到達した位置である第一の管の中心部付近の位置から第一の管の内周面付近に移動するために必要な時間の算出について説明する。
【００５７】
図３（Ｃ）のように気泡が気液界面に到達し、気液界面を移動している間においても同様に、気泡には浮力ＦＢ、重力ＦＧ、抗力ＦＤの３つの力が生じる。ここで、気液界面まで到達した気泡には、気液界面が水平方向に対して凹型のメニスカス形状を有していることにより、水平方向に分解された浮力が働くことにより、気泡が第一の管の内周面付近に集まる。気泡が最初に気液界面に到達した位置から第一の管の内周面付近に移動する時間も式（１）のような運動方程式を立てて見積もることができる。ここで、水平方向をＸ軸とし、第一の管の中心軸から外周方向を正の向き、鉛直方向をＹ軸とし、気液界面の接線の法線とＹ方向とのなす角度をθと定義すると、気泡が図のＸ座標正の向きに運動し、θが十分小さいと仮定したとき、気液界面の気泡の運動方程式は次の式（７）のように書ける。
【００５８】
【数７】
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【００５９】
気液界面は屈曲しているので、気液界面の屈曲の中心となる位置での曲率半径Ｒをとすると、θが十分に小さい時、次の式（８）のように書ける。
【００６０】
【数８】
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【００６１】
式（８）を式（７）に代入し、ｔ＝０でｘ＝０として微分方程式を解くと、式（９）のように表せる。
【００６２】
【数９】
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【００６３】
ここで、式（９）中のＣ及びＤは以下で表される。
【００６４】
【数１０】
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【００６５】
例えば、気泡の半径を５０ｕｍ、第一の管１４の半径を２５０ｕｍ、高さを４．５ｍｍ、空気の密度を１．２９（ｋｇ／ｍ３）、液体の密度を１０００（ｋｇ／ｍ３）、粘度を８．９４×１０−４（Ｎｓ／ｍ２）とすると、注入部の底部から気液界面に到達するために必要な時間、すなわち経路３１に必要な時間は、式（６）より１．１秒と見積もられる。また、気泡が、気泡が最初に気液界面に到達した位置から気液界面を移動し、第一の管の内周面付近に到達するために必要な時間、すなわち経路３２に必要な時間は０．３秒と見積もられる。
【００６６】
したがって、気泡が液体中から第一の管の内周面付近までに到達するために必要な時間は合計１．４秒と見積もられ、１、４秒間気液界面を保持することで、気泡を第一の管の内周面付近に分離することができる。
【００６７】
＜第二の実施形態＞
次に、第二の実施形態のマイクロ流体デバイスおよびそれを用いた液体中の気泡の分離する方法について説明する。
【００６８】
本実施形態のマイクロ流体デバイスは、図４に示すように、第一の管５４が壁面の、第二の管の先端から第一の管の前記主面と反対側の端部までの間に（すなわち、第二の管５３の高さよりも高い位置に）に第一の管の内部と外部を貫通する開口部５５を有している。それ以外は第一の実施形態のマイクロ流体デバイスと同じでため、第一の管に関する説明以外は省略する。なお、図４（Ａ）に第一の管の壁面に内部と外部を貫通する隙間を有するマイクロ流体デバイスの縦断側面図を示す。図４（Ｂ）にマイクロ流体デバイスの注入部の拡大上面図を示す。
【００６９】
第一の管５４が有する開口部５５は、第一の管５４の基板６３と反対側の端部と連結していても良く、連結していなくても良い。また、開口部５５の形状も円形状、楕円形状、多角形形状、半円形状、半楕円形状などいずれであっても良い。
【００７０】
開口部５５は、第二の管の先端より上部に形成されていれば、一つであっても複数で合っても良い。第一の管５４が開口部５５を有することで、開口部５５からわずかに液体が漏れ出ることにより、液体に水平方向の流れが生じる。これにより、気泡が第一の管の内周面付近へ向かうための水平方向の移動が促進される。この結果、第一の実施形態のマイクロ流体デバイスよりも短時間に、気泡が第一の管５４の内周面付近に集まる。
【００７１】
次に、本実施形態における液体の受け渡しプロセスについて、図４および図６を用いて説明する。
【００７２】
図６（Ａ）に示すように、マイクロ流体デバイス５１内部を２１に示す液体ａで満たし、筒５３の頂上よりも高い位置において液面を保持する。
【００７３】
次に、図６（Ｂ）に示すように、２２に示す液体ｂを流路へ導入するために、液体ｂ２２を分注したピペット先端に液体ｂ２２が球状となるように押し出し、第一の管５４の先端付近に保持された液面に接触させる。
【００７４】
図６（Ｃ）に示すように、図６（Ｂ）でピペット先端の液体ｂ２２を接液させた状態を維持したまま、第一の排出口５９および第二の排出口６０に接続された圧力制御機構により、第二の管の内部の空隙５６と第一の管と第二の管との間の空隙５７における液体ａ２１と液体ｂ２２の界面を略同一の下降速度で注入部の底部まで引き込む。なお、本実施形態では、第一の実施形態と同様、液体ａ２１と液体ｂ２２の界面を注入部の底部まで引き込んでいるが、第二の管の内部の空隙に存在する液体を第一の流路に引き込み、第一の管と第二の管との間の久家気に存在する液体を第二の流路に引き込むことができれば、界面を注入部の底部まで引き込まなくても良い。
【００７５】
図６（Ｄ）に示すように、引き込んだ後にピペットを離す。その直後、図６（Ｅ）に示すように開口部５５からわずかに２２に示す液体ｂが漏れ出す。
【００７６】
以上のような動作を液体２１、液体２２に対し繰り返し行うことで、液体の受け渡しを行うことで、第一の実施形態と同様、気泡を含む液体を第二の流路６２を通して第二の排出口６０に、気泡が除去された液体を第一の流路５８を通して第一の排出口５９に排出することができる。
【００７７】
なお、図６（Ｄ）において、ピペットを離した際に、開口部５５からわずかに２２に示す液体ｂが漏れ出ることにより、液体ｂには水平方向の流れが生じ、気泡が第一の管の内周面付近へ向かうための水平方向の移動が促進される。これにより、第一の実施形態のマイクロ流体デバイスよりも短時間に、気泡が第一の管５４の内周面付近に集まると考えられる。
【実施例】
【００７８】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例は本発明をより詳細に説明するための例であって、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００７９】
実施例では、液体の受け渡しを例にとり、受け渡しを繰り返しても気泡が詰まらないため、圧力制御不能に陥らずに繰り返し液体の受け渡しができることを示した。本発明の比較として、一般的な第一の管のみを有する注入部を用いたマイクロ流体デバイスの受け渡しを行った例を示す。
【００８０】
（実施例１）
実施例１では、図１に示すような大口径で長い第一の管１４と小口径で短い第二の管１３の２つの管を注入部１２に配置したマイクロ流体デバイス１１を形成し、液体の受け渡しを行った。
【００８１】
基板２４は、２枚のＰＭＭＡ基材を用いて形成した。
【００８２】
図１（Ｂ）に示す注入口５２と第一の排出口１９及び第二の排出口２０を有する第一の基材と、成形により第一の流路および第二の流路を形成した第二の基材とを、紫外線硬化型の接着剤により貼り合わせることで作製した。注入部の穴形状は機械加工により形成した。一方、第一の排出口１９および第二の排出口２０の穴形状は、ドリルにより形成した。注入部１２は、第一の管および第二の管として、径と長さの異なる２本のシリカの管（中空管）を用い、基板２４に対し鉛直に設置し、紫外線硬化型接着剤により固定してマイクロ流体デバイス１１を得た。大口径で長い第一の管１４は、内径は５００ｕｍ、長さは４．５ｍｍである。小口径で短い第二の管１３は、内径１００ｕｍ、長さ４ｍｍである。
【００８３】
マイクロ流体デバイス１１内部を２１に示す液体ａで満たし、第二の管１３の頂上よりも高い位置において液面を保持しておく。次に、２２に示す液体ｂを分注したピペット先端の液体が球状となるように押し出し、第一の管１４の頂上付近に保持された液面に接触させる。ピペットの先端の液体ｂ２２を接液させた状態を維持したまま、第一の排出口１９、第二の排出口２０にチューブを介して設置した圧力制御機構により、第二の管１３の内部の空隙１５および第一の管１４と第二の管１３との間の空隙１６における、液体２１と液体２２の界面を略同一の下降速度で注入部の底部まで引き込む。引き込んだ後にピペットを離し、２秒保持した。以上のような動作を液体ａ２１、液体ｂ２２に対し繰り返し行うことで液体の受け渡しを行った。その結果、液体を２０回受け渡した後にも第一の流路１７において気泡の詰まりは観察されず、液体をスムーズに引き込むことができた。
【００８４】
（実施例２）
実施例２では、図４に示すような、大口径で長く先端に開口部５５を有する第一の管５４と、小口径で短い第二の管５３の２つの管を注入部５７に配置したマイクロ流体デバイス１１を形成し、液体の受け渡しを行った。
【００８５】
マイクロ流体デバイス５１の作製は、第一の管に開口部を形成した以外は実施例１と同様の方法で行った。注入部６１に設置した第二の管５３は実施例１と同一のものを用いたが、第一の筒５４は、実施例１よりも長い５ｍｍの筒を用いた。第一の管５４に対して、あらかじめ管の壁面に内部と外部とを貫通する開口部５５として幅約３００ｕｍ、長さ５００ｕｍの切込みを４つ第二の管の高さよりも高い位置にレーザー加工により形成した。
【００８６】
マイクロ流体デバイス４１内部を２１に示す液体ａで満たし、第二の管５３の頂上よりも高い位置において液面を保持しておく。次に、２２に示す液体ｂを分注したピペット先端の液体が球状となるように押し出し、第一の管５４の頂上付近に保持された液面に接触させる。ピペットの先端の液体ｂ２２を接液させた状態を維持したまま、第一の排出口５９、第二の排出口６０にチューブを介して設置した圧力制御機構により、第二の管５３の内部の空隙５６および第一の管５４と第二の管１３との間の空隙５７における、液体２１と液体２２の界面を略同一の下降速度で注入部の底部まで引き込む。引込んだ後にピペットを離し、２秒保持した。この時、開口部５５から液体ｂ２２がわずかに漏れ出すため、液体ｂに第一の管５４の内周面付近へ向かう水平方向の流れが生じ、気泡の水平方向への移動が促進される。これにより、実施例１のマイクロ流体デバイスよりも短時間で気泡が第一の管５４の内周面付近に集まる。以上のような動作を液体ａ２１、液体ｂ２２に対し繰り返し行うことで液体の受け渡しを行った。その結果、液体を２０回受け渡した後にも第一の流路５８において気泡の詰まりは観察されず、液体をスムーズに引き込むことができた。
【００８７】
（実施例３）
第３実施例では、液体の気液界面を保持している間に、気液界面に対して物理エネルギーを与えた。本実施例では、実施例１と同一のマイクロ流体デバイス１１を用い、注入部１２直上に送風機構としてファン（不図示）を設置した。
【００８８】
液体の受け渡しプロセスは、気液界面の保持する工程を除き、実施例１と同一である。液面２２を保持する間、注入部１２直上に設置したファンから送風を行った。これにより、液体２２に第一の管１４の中心軸の位置から第一の管１４の内周面付近に向かう流れが生じるため、気泡が第一の管１４の内周面付近へ向かう水平方向の移動が促進され、実施例１よりも短時間で気泡が集まることが確認された。以上のような動作を液体２１、液体２２に対し繰り返し行うことで液体の受け渡しを行った。その結果、液体を２０回受け渡した後にも、液体をスムーズに引き込むことができた。
【００８９】
（比較例）
比較例として、第一の管のみを有するマイクロ流体デバイスを作成し、液体の受け渡しを行った。図５に第一の管のみを有するマイクロ流体デバイスの概念図を示す。
【００９０】
マイクロ流体デバイス４１は２枚のＰＭＭＡ基材を用いて形成した。ドリルにより注入口４２および排出口４４を形成した第一の基材と、成形により流路を形成した第二の基材とを、紫外線硬化型の接着剤により貼り合わせることでマイクロ流体デバイスを作製した。注入部４６には第一の管４３としてシリカの管を基板４７に対し鉛直に設置、紫外線硬化型接着剤により固定した。第一の管４３は、内径は５００ｕｍ、長さは４．５ｍｍのものを用いた。
【００９１】
前記マイクロ流体デバイス４１内部を液体２１で満たし、第一の管４３の頂上において液面を保持しておく。次に液体２２を分注したピペット先端の液体が球状となるように押し出し、第一の管４３の頂上に保持された液面に接触させる。ピペットの先端の液体２２を接液させたまま、排出口４４にチューブを介して接続した圧力制御機構により第一の管４３下部まで液体２１を引きこむ。引き込んだ後に、ピペットを離し、２秒保持した。以上のような動作を液体２１、液体２２に対し繰り返し行うことで試薬の受け渡しを行った。その結果、ピペットから液体を５回受け渡した後に流路４５において気泡の詰まりが観察され、圧力制御機構により負圧を印加しても、液体を引き込むことができなくなった。
【符号の説明】
【００９２】
１１  マイクロ流体デバイス
１２  注入部
１３  第二の管
１４  第一の管
１５  第二の管の内部の空隙
１６  第一の管と第二の管の間の空隙
１７  第一の流路
１８  第二の流路
１９  第一の排出口
２０  第二の排出口
２１  液体ａ
２２  液体ｂ
２３  ピペット先端
２４  基板
２５  注入口
２６  基板の主面
３１  第１行程
３２  第２行程
４１  マイクロ流体デバイス
４２  注入口
４３  第一の管
４４  排出口
４５  流路
４６  注入部
４７  基板
５１  マイクロ流体デバイス
５２  注入口
５３  第二の管
５４  第一の管
５５  開口部
５６  第二の管の内部の空隙
５７  第一の管と第二の管の間の空隙
５８  第一の流路
５９  第一の排出口
６０  第二の排出口
６１  注入部
６２  第二の流路
６３  基板
【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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