(57)【要約】【課題】マイクロ流体を所望の比率で混合することができかつ簡略化された微細流路構造を有し、小型化を図ることが可能であるマイクロ流体デバイスを得る。【解決手段】第１〜第３の微細流路１１〜１３を有し、第１，第２の微細流路間に接続された第１の秤取部１６から一定量の第１のマイクロ流体が第２の微細流路１２に供給され、第２，第３の微細流路１２，１３間に接続された第２の秤取部２１から一定量の第２のマイクロ流体が第２の微細流路１２に吐出され、第２の微細流路１２において、第１，第２のマイクロ流体が混合される混合ユニットを有し、第１のマイクロ流体の移動に伴って、第２の微細流路１２内において第１，第２のマイクロ流体が搬送されるように第１の秤取部１６が第２の秤取部２１よりも上流側において第２の微細流路１２に接続されており、かつ第２の微細流路１２にガス導入孔が直接連ねられていない、マイクロ流体デバイス１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板内に設けられており、マイクロ流体が搬送される微細流路構造とを備え、微細流路構造がマイクロ流体を混合するための混合ユニットを有しており、
前記混合ユニットが、
第１〜第３の微細流路と、
一定量の第１のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第１の微細流路に接続されており、該一定量の第１のマイクロ流体の体積と等しい容積を有する微細流路からなる第１の秤取部と、
一定量の第２のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第３の微細流路接続されており、前記一定量の第２のマイクロ流体の体積に等しい容積を有する微細流路からなる第２の秤取部とを有し、
前記第１の秤取部の他端が前記一定量の第１のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように接続されており、前記第２の秤取部の他端が前記一定量の第２のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように、かつ前記第１の秤取部よりも下流側において前記第２の微細流路に接続されており、前記第２の秤取部から前記第２の微細流路に送り出された前記一定量の第２のマイクロ流体が、前記第１の秤取部から送り出され、第２の微細流路を移動する第１のマイクロ流体の移動に伴って下流側に移動されることを特徴とする、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記第１，第３の微細流路に連ねられた第１，第２のガス導入孔をさらに備え、前記第１，第３のガス導入孔から供給されるガスにより前記第１，第２のマイクロ流体が搬送され、前記第２の微細流路には、マイクロ流体を搬送するためのガスを導入する導入孔が直接連ねられていない、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１の秤取部の容積が、前記第２の秤取部の容積よりも大きくされている、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】
前記微細流路構造が、前記混合ユニットとして、第１の混合ユニットと、第１の混合ユニットの下流側に接続されている第２の混合ユニットとを有し、前記第１，第２の混合ユニットが、それぞれ、第１の微細流路の上流側に設けられた第１の入口ポート及び下流側に設けられた第１の出口ポートと、第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートと、下流側に設けられた第２の出口ポートとを有しており、
前記第１の混合ユニットの前記第１の出口ポートが、前記第２の混合ユニットの前記第１の入口ポートに接続されており、前記第１の混合ユニットの前記第２の微細流路の下流側の端部が、前記第２の混合ユニットの前記第３の微細流路の上流側に位置する前記第２の入口ポートに接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記第１の混合ユニットの第１の微細流路の下流側に設けられた第１の出口ポートと、前記第２の混合ユニットの第１の入口ポートとの間に接続された遅延流路部をさらに備え、該遅延流路部は、前記第２の混合ユニットにおいて第２の秤取部からマイクロ流体が第２の微細流路に供給されるよりも前記第２の混合ユニットにおいて第１の秤取部から第１のマイクロ流体が第２の微細流路に供給される時点を遅くするように、所定量の第１のマイクロ流体を収納し得る容積を有する、請求項４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記第１，第２の混合ユニットの下流側に接続された少なくとも１個の混合ユニットをさらに備える、請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記微細流路構造が、前記混合ユニットとして、第１の混合ユニットと、第１の混合ユニットの下流側に接続された第３の混合ユニットとを有し、
前記各混合ユニットが、前記第１の微細流路の上流側に設けられた第１の入口ポートと、下流側に設けられた第１の出口ポートと、第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートと、下流側に位置している第２の出口ポートとを有し、前記第１の混合ユニットの前記第２の出口ポートが、前記第３の混合ユニットの前記第１の微細流路の前記第１の入口ポートに接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体を混合する微細流路構造が基板内に形成されたマイクロ流体デバイスに関し、より詳細には、様々な分析に際しての検体や試薬などを混合したり、希釈したりするのに用いられるマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検体を分析したり、様々な物質を化学反応させるに際し、検体や試薬を希釈することが多い。特に、微量の液体の希釈を行う場合には、マイクロプレート及び分注ピペットを用いた操作方法、あるいは自動液体分注ロボット装置を用いた方法が用いられていた。マイクロプレート及び分注ピペットを用いた操作方法では、操作が煩雑であり、かつ熟練した実験者が必要であった。また、実験室外の屋外や、臨床検査に際してのベッドサイド等において、簡便に検体や試薬を混合することが困難であった。
【０００３】
他方、自動液体分注ロボット装置を用いた希釈方法では、装置が大型にならざるを得ず、やはり屋外やベッドサイド等において簡便に利用することはできなかった。
【０００４】
近年、微量の液体を取り扱う分析デバイスとして、マイクロ流体デバイスが注目されている。マイクロ流体デバイスは、例えば、手で容易に持ち運び、取り扱い得る大きさの基板を有する。この基板内に、検体、試薬、希釈液などを搬送する微細流路構造が形成されている。上記微細流路構造には、試薬収納部、検体供給部、希釈液収納部、反応室及びまたは混合部などが適宜設けられている。
【０００５】
上記マイクロ流体デバイスは、通常、平面積が数百ｃｍ2以下の基板を用いて形成されており、基板の厚みは０．５〜１０ｍｍ程度とされている。また、上記微細流路構造における流路の径は、通常、５μｍ〜１ｍｍ程度と非常に細い。ここで流路が平坦である場合には、微細流路の径は平坦流路の断面の狭い方の幅でもって規定される。また、搬送されるマイクロ流体は、空気等により送られ、液滴状のことも多い。
【０００６】
従って、検体や試薬を上記マイクロ流体デバイス内において希釈する場合、非常に幅の細い微細流路をマイクロ流体が搬送されることになるため、液体が送液される通常の回路とは異なり、マイクロ流体の表面張力や微細流路の壁面の濡れ性などが大きく影響する。また、このような微量のマイクロ流体を定量的に秤取することが難しく、そのため、複雑な回路構成が必要となるという問題があった。
【０００７】
下記の特許文献１には、マイクロ流体デバイスを用い、層流中でタンパク質の結晶を生成させる方法が開示されている。また、下記の非特許文献１には、マイクロ流体デバイス内における温度制御を厳格に行い、それによって、微量の液体から結晶を生成する方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１や非特許文献１に記載の各方法では、反応場所が非常に小さく、反応を高精度に制御することが可能とされているが、タンパク質溶液の結晶化部位までの導入方法では、デッドボリュームを小さくすることができないという問題があった。
【０００９】
上記のような問題を解決し、単純な構成により、簡単な操作のみで微量な液体を秤取し得る微量液体秤取構造が、下記の特許文献２に開示されている。特許文献２に記載の微量液体秤取構造は、パッシブバルブを使用した微量流体秤取構造である。この微量流体秤取構造は、それぞれ、所定の方向に延長される第１の微細流路及び第２の流路と、第１の微細流路の流路壁に開口する第３の流路と、第２の流路の流路壁に開口して第３の流路の一端と第２の流路とを連結し、第１〜第３の流路よりも細い第４の流路とを有する。第４の流路は、第２の流路及び第３の流路に比べて濡れにくく、あるいは相対的に毛管力が働きにくい性質を有する。そして、第１の微細流路に導入された液体が、第１の微細流路の流路壁に開口している第３の流路の開口部を介して第３の流路内に引き込まれた後、第１の微細流路に残存する上記液体が取り除かれ、第３の流路の容積に応じた体積の液体を秤取することが可能とされている。
【特許文献１】米国特許第６４０９８３２号明細書
【特許文献２】特開２００４−１６３１０４号公報
【非特許文献１】「アナリティカル・ケミストリー（Analytical Chemistry）」（２００２），７４，ｐ．３５０５−３５１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に記載の微量液体秤取構造を備えたマイクロ流体デバイスにおいて、混合比を１０倍以上に大きくすると、正確で再現性よい混合ができなくなるという欠点があった。さらに、分析や反応に際しては、検体や試薬を１０倍、１００倍及び１０００倍と累進的に高倍率に希釈する必要のある場合がある。
【００１１】
しかしながら、従来、この種のマイクロ流体デバイスでは、複数の混合ユニットを接続してなる複数段構式の微細流路構造として機能させることができなかった。なぜなら、この種のマイクロ流体デバイスでは、非常に小さな流路内を、非常に少ない量のマイクロ流体が液滴のような形態で搬送され、マイクロ流体の表面張力や流路壁面の濡れ性及び毛管現象の影響を利用して秤取合一を行うため、秤取された複数のマイクロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングが同一であることを前提としていたが、複数の混合ユニットの接続においては、第１の混合ユニットの出力を第２の混合ユニットが利用するという制約上、第２の混合ユニット内で秤取された複数のマイクロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングを合わせることができないので、第１第２の混合ユニットを単純に連結しても、第２の混合ユニットが機能しなかったからである。そのため、様々な希釈倍率の混合溶液を含む希釈系列をマイクロ流体デバイス内に同時構成することは非常に困難であった。このような要望を満たすマイクロ流体デバイスは、現在まで開発されていないのが実情であった。
【００１２】
また、従来の希釈方法としては、希釈対象の溶液に一回に多量のバッファー溶液を添加混合して希釈溶液を調整する方法や溶液を数回に分けて順次希釈していく多段希釈等がある。中でも均一濃度の高希釈倍率溶液を調整するためには、多段階希釈が用いられてきた。このような希釈操作の場合、定量的に溶液を採取・混合することは通常の方法で可能である。これに対して、マイクロ流体デバイス内で高希釈倍率の均一な溶液を調製するためには、マイクロ流体デバイス内で多段希釈方法を実現することが必要であった。このような正確な濃度で多段希釈を行い、最終的に高希釈倍率溶液を得るには、１）希釈対象の溶液とバッファー溶液の正確な秤量、２）希釈対象溶液とバッファー溶液の均一な混合を行う必要があった。
【００１３】
加えて、特許文献２に記載のような微量流体秤取構造では、複数の微細流路においてマイクロ流体を搬送するために、各微細流路毎にマイクロ流体を搬送する駆動源を接続しなければならなかった。すなわち、１つの微細流路に１つのマイクロポンプ等の駆動源を接続しなければならなかった。そのため、マイクロ流体デバイスの構造が複雑にならざるを得ず、小型化を図ることが困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数のマイクロ流体を高精度に秤取し得るだけでなく、該複数のマイクロ流体を混合し、様々な希釈倍率のマイクロ流体を容易にかつ確実に提供することを可能とする微細流路構造が備えられており、しかも構造の簡略化及び小型化を図り得るマイクロ流体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るマイクロ流体デバイスは、基板と、前記基板内に設けられており、マイクロ流体が搬送される微細流路構造とを備え、微細流路構造がマイクロ流体を混合するための混合ユニットを有しており、前記混合ユニットが、第１〜第３の微細流路と、一定量の第１のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第１の微細流路に接続されており、該一定量の第１のマイクロ流体の体積と等しい容積を有する微細流路からなる第１の秤取部と、一定量の第２のマイクロ流体を秤取するために、一端が前記第３の微細流路接続されており、前記一定量の第２のマイクロ流体の体積に等しい容積を有する微細流路からなる第２の秤取部とを有し、前記第１の秤取部の他端が前記一定量の第１のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように接続されており、前記第２の秤取部の他端が前記一定量の第２のマイクロ流体を前記第２の微細流路に供給するように、かつ前記第１の秤取部よりも下流側において前記第２の微細流路に接続されており、前記第２の秤取部から前記第２の微細流路に送り出された前記一定量の第２のマイクロ流体が、前記第１の秤取部から送り出され、第２の微細流路を移動する第１のマイクロ流体の移動に伴って下流側に移動されることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、好ましくは、前記第１，第３の微細流路に連ねられた第１，第２のガス導入孔がさらに備えられており、前記第１，第３のガス導入孔から供給されるガスにより前記第１，第２のマイクロ流体が搬送され、前記第２の微細流路には、マイクロ流体を搬送するためのガスを導入する導入孔に連ねられていない。従って、第２の微細流路においてマイクロ流体を駆動するためにガス導入孔を接続せずともよいため、マイクロ流体デバイスにおける微細流路構造の小型化及び高密度化を進め、マイクロ流体デバイスの小型化を図ることができる。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流体でバイスにおける上記混合ユニットの構造は適宜変形され得るが、本発明のある特定の局面では、前記第１の秤取部の容積が、前記第２の秤取部の容積よりも大きくされている。
【００１８】
本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、上記混合ユニットは複数設けられていてもよい。好ましくは、前記微細流路構造が、前記混合ユニットとして、第１の混合ユニットと、第１の混合ユニットの下流側に接続されている第２の混合ユニットとを有し、前記第１，第２の混合ユニットが、それぞれ、第１の微細流路の上流側に設けられた第１の入口ポート及び下流側に設けられた第１の出口ポートと、第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートと、下流側に設けられた第２の出口ポートとを有しており、前記第１の混合ユニットの前記第１の出口ポートが、前記第２の混合ユニットの前記第１の入口ポートに接続されており、前記第１の混合ユニットの前記第２の微細流路の下流側の端部が、前記第２の混合ユニットの前記第３の微細流路の上流側に位置する前記第２の入口ポートに接続されている。この場合には、第１の混合ユニットにおいて、第２の微細流路で第１，第２のマイクロ流体が混合され、混合されたマイクロ流体が第２の混合ユニットの第１の微細流路を経て第１の秤取部に供給される。従って、第１，第２の混合ユニットが直列に接続されているため、第２のマイクロ流体を第１のマイクロ流体により高倍率に希釈したり、第１のマイクロ流体と第２のマイクロ流体との混合比率を高めたりすることができる。
【００１９】
本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、好ましくは、前記第１の混合ユニットの第１の微細流路の下流側に設けられた第１の出口ポートと、前記第２の混合ユニットの第１の入口ポートとの間に接続された遅延流路部をさらに備え、該遅延流路部は、前記第２の混合ユニットにおいて第２の秤取部からマイクロ流体が第２の微細流路に供給されるよりも前記第２の混合ユニットにおいて第１の秤取部から第１のマイクロ流体が第２の微細流路に供給される時点を遅くするように、所定量の第１のマイクロ流体を収納し得る容積を有する。この場合には、遅延流路部により、第２の混合ユニットにおいて、第１の秤取部から第１のマイクロ流体が第２の微細流路に供給されるタイミングが、確実に第２の秤取部からマイクロ流体が供給されるタイミングよりも遅くされる。
【００２０】
本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、前記第１，第２の混合ユニットの下流側に接続された少なくとも１個の混合ユニットをさらに備えられていてもよい。この場合には、第１の混合ユニットの下流側に第３の混合ユニットが配置され、第１のマイクロ流体と第２のマイクロ流体の混合比率がより一層高められた、あるいはより一層低められたマイクロ流体を容易に得ることができる。
【００２１】
第３の混合ユニットを第１の混合ユニットに接続する場合、第１の混合ユニットの第３の微細流路の下流側に設けられた第２の出口ポートが、第３の混合ユニットの第１の微細流路の上流側の第１の入口ポートに接続されていてもよく、あるいは第３の微細流路の上流側に設けられた第２の入口ポートに接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るマイクロ流体デバイスによれば、第１の秤取部の他端が一定量の第１のマイクロ流体を第２の微細流路に接続するように接続されており、かつ第２の秤取部の他端が一定量の第２のマイクロ流体を第１の秤取部よりも下流側において第２の微細流路に供給するように接続されているので、第２の微細流路に第２のマイクロ流体を供給した後に、第１の秤取部から一定量の第１のマイクロ流体を第２の微細流路に供給することにより、第２の微細流路において、第１のマイクロ流体を移動させることにより、第１，第２のマイクロ流体を第２の微細流路において搬送することができる。よって、第２の微細流路において、第１，第２のマイクロ流体を搬送し、かつ混合することにより、第１，第２の秤取部の容積に応じた混合割合の混合マイクロ流体を容易に得ることができる。
【００２３】
また、第２の微細流路において、第１，第２の秤取部が接続されている部分よりも上流側に、第２の微細流路内をマイクロ流体を搬送するためのガスを供給するガス導入孔を連ねなくともよい。言い換えれば、第２の微細流路においてマイクロ流体駆動源としてのガスを供給するためのガス導入孔を必要としない。よって、マイクロ流体デバイスの微細流路構造の簡略化及び高密度化を図ることができるとともに、微細流路構造の小型化、ひいてはマイクロ流体デバイス全体の小型化を進めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を示す模式的平面図であり、図２は、本実施形態のマイクロ流体デバイスの一部を模式的に示す正面断面図である。
【００２６】
図２に示すように、マイクロ流体デバイス１は、基板２を有する。基板２は、透明なベースプレート３と、中間プレート４〜６と、トッププレート７とを積層した構造を有する。ベースプレート３内には、ガス発生室８が設けられている。ガス発生室８は、ベースプレート３の上面に開口しており、かつガス発生室８内には、光の照射により、あるいは加熱によりガスを発生する応答性ガス発生部材９が収納されている。上記ガス発生室８に応答性ガス発生部材９を収納することにより、マイクロ流体を駆動する駆動源としてのマイクロポンプ装置が形成されている。応答性ガス発生部材としては、ガス発生量の制御のしやすさから、光の照射によりガスを発生する光応答ガス発生部材が好適に用いられる。
【００２７】
ベースプレート３が透明性を有するため、基板２の下面側から光を照射することにより、光応答性ガス発生部材９からガスを発生させることができる。このガスは、後述する微細流路においてマイクロ流体を駆動する圧力源となる。
【００２８】
上記光応答性ガス発生部材９については、特に限定されず、光を照射された際に、ガスを発生させる適宜の光応答性組成物を用いることができる。このような光応答性組成物としては、例えば、バインダー樹脂と、光の照射により分解してガスを発生させる気体発生剤とを含む組成物が好適に用いられる。このような気体発生剤としては、例えば、アジド化合物やアゾ化合物、ポリオキシアルキレン樹脂、光酸発生剤と炭酸水素ナトリウムの配合物などを挙げることができる。
【００２９】
中間プレート４には、ガスを吐出するための吐出孔４ａが形成されている。吐出孔４ａは、中間プレート４の下面から上面に貫通しており、その下方開口がガス発生室８に臨んでいる。
【００３０】
中間プレート５には、中間プレート５を貫通する開口部５ａが設けられている。この開口部５ａは、微細流路構造の微細流路の一部を構成している。また、中間プレート６には、開口部５ａに開いた貫通孔６ａが形成されている。貫通孔６ａの上方開口は、トッププレート７の下面に形成された微細流路７ａに開いている。この微細流路７ａは、前述した開口部５ａ及び貫通孔６ａとともに、微細流路構造を形成している。
【００３１】
上記中間プレート４〜６及びトッププレート７は、適宜の合成樹脂シートもしくは合成樹脂からなる。
【００３２】
図２は、上記マイクロ流体デバイス１において、マイクロ流体を駆動するためのガス圧を発生するマイクロポンプ装置が構成されている部分と、微細流路構造の一部とを略図的に示している。マイクロ流体デバイスの微細流路については、前述した特許文献３などに開示されている。
【００３３】
一般に、マイクロ流体デバイス１は、前述したように、手で携帯し得る大きさとされ、平面積が数百ｃｍ2以下、好ましくは１００ｃｍ2以下の小さな基板２を用いて構成されている。また、基板２の厚みは、０．５〜１０ｍｍ程度とされている。そして、基板２内には、上記マイクロ流体を搬送するための駆動部分だけでなく、検体や希釈液としてのマイクロ流体を搬送する様々な微細流路が形成されている。このような微細流路構造は、通常、検体や希釈液を供給する供給部、これらを混合する混合部、これらを反応させる反応部等を含んでいる。上記供給部、混合部及び反応部等は、基板２内において、ある程度の体積を有する空間として形成されており、細い微細流路、例えば微細流路７ａなどに連ねられている。
【００３４】
本実施形態のマイクロ流体デバイス１の特徴は、図１に模式的平面図で示す微細流路構造１０が基板２内に形成されていることにある。微細流路構造１０は、マイクロ流体を混合するための混合ユニットＵを有している。一点鎖線で囲まれた部分に相当する混合ユニットＵは、第１〜第３の微細流路１１〜１３を有する。第１の微細流路１１の一端には、ガス導入孔１４が連ねられている。第１の微細流路１１の他端には、第１のマイクロ流体供給孔１５が連ねられている。第１のマイクロ流体供給孔１５は、基板１の外部に開口しており、第１のマイクロ流体を基板１の微細流路構造１０に供給する部分である。
【００３５】
上記ガス導入孔１４は、前述したマイクロポンプ装置などのガス発生駆動源に接続されており、かつ適宜開閉し得るように構成されている。
【００３６】
第２の微細流路１２では、矢印方向にマイクロ流体が流れる。第２の微細流路１２内においては、上流側部分が合流部１２ａを形成しており、下流側部分が混合部１２ｂを構成しており、混合部１２ｂの下流側が、排出部１２ｃを構成している。
【００３７】
他方、第１の微細流路１１には、第１の秤取部１６の一端が接続されている。第１の秤取部１６は、微細流路からなり、その容積は採取されるべき第１のマイクロ流体の体積と等しくされている。第１の秤取部１６の他端は、秤取部１６よりも径の小さな接続微細流路１７を介して、第２の微細流路１２の上流側端部近傍に開いた第１のマイクロ流体吐出孔１８に接続されている。上記マイクロ流体吐出孔１８は、合流部１２ａに臨んでいる。
【００３８】
他方、第３の微細流路１３の一方端には、ガス導入孔１９が連ねられており、他方端に第２のマイクロ流体供給孔２０が接続されている。
【００３９】
また、第３の微細流路１３には、第２の秤取部２１の一端が接続されている。第２の秤取部２１は、微細流路からなり、その容積は第２のマイクロ流体を秤取すべき体積に等しくされている。第２の秤取部２１の他端は、接続微細流路２２を介して第２の微細流路１２に接続されている。接続微細流路２２は、第２の秤取部２１よりも小さな径を有し、合流部１２ａに開口しているマイクロ流体吐出孔２３に至っている。
【００４０】
なお、図１に示す実施形態では、第１のマイクロ流体供給孔１５は、秤取部１６を挟んでガス導入孔１４と反対側に設けられていたが、マイクロ流体供給孔１５は、第１の秤取部１６よりも上流側すなわちガス導入孔１４側に位置していてもよい。その場合には、秤取部１６よりも下流側に第１の微細流路１１が延ばされることになる。その場合、第１の微細流路１１の下流側端部には、適宜の量の開閉装置を接続してもよく、あるいは第１のマイクロ流体の排出孔に連ねてもよい。同様に、第３の微細流路１３においても、第２のマイクロ流体を供給するマイクロ流体供給孔２０は、第２の秤取部２１よりも上流側に位置していてもよい。その場合には、第３の微細流路１３の下流側端部、すなわち第２の秤取部２１よりも下流側の端部に、流路開閉装置が接続されてもよく、あるいは下流側の端部がマイクロ流体排出孔に連ねられていてもよい。その場合には、上記マイクロ流体排出孔が第１，第３の微細流路１１，１３のそれぞれ出口ポートとなり、第１，第２の秤取部１６，２１を挟んでガス導入孔１４，１９と同じ側に配置されたマイクロ流体供給孔がマイクロ流体の第１，第２の入口ポートをそれぞれ構成することになる。
【００４１】
なお、本明細書において、入口ポート及び出口ポートの「ポート」とは、マイクロ流体が混合ユニットに供給もしくは排出される部分を示す部分を意味し、必ずしもコネクター等が接続される物理的な部分を意味するものではない。
【００４２】
本実施形態の特徴は、第２の微細流路１２において、第１，第２のマイクロ流体を搬送し、さらに混合されたマイクロ流体を搬送するために、固有の駆動源を必要としないことにある。より具体的には、第１，第３の微細流路１１，１３では、第１，第２のマイクロ流体をそれぞれ搬送するために、上記マイクロポンプ装置などに接続されるガス導入孔１４，１９が連ねられていた。これに対して、第２の微細流路１２には、このようなガス導入孔は連ねられていない。後述する動作説明から明らかなように、第２の微細流路１２内においては、第１の秤取部１６から第２の微細流路１２に吐出されたマイクロ流体の移動に伴って、第１，第２のマイクロ流体及び混合マイクロ流体が搬送されることになる。
【００４３】
次に、図３〜図５を参照して、第１の微細流路１１から第１の秤取部１６に一定量の第１のマイクロ流体を秤取する動作を説明する。
【００４４】
マイクロ流体供給孔１５からマイクロ流体を注入する。この場合、第１の微細流路１１内は、大気に開放しておく。すなわち、ガス導入孔１４を大気に開放しておけばよい。マイクロ流体供給孔１５からマイクロ流体を注入するに際しては、マイクロシリンジなどを用い、マイクロ流体注入孔１５から圧入すればよい。その結果、図３に示すように、マイクロ流体２４が第１の微細流路１１内に送液され、かつ分岐微細流路からなる第１の秤取部１６を満たす。
【００４５】
本実施形態では、第１の秤取部１６の先端側には、第１の秤取部１１を構成している微細流路よりも径の小さな接続微細流路１７が設けられている。接続微細流路１７の径は非常に細く、従って、マイクロ流体２４は、表面張力のためにその注入圧程度では接続微細流路１７を流れることができず、接続微細流路の入口もしくは出口で停止する。
【００４６】
次に、ガス導入孔１４から第１の微細流路１１にガスを供給する。この場合、マイクロ流体供給孔１５は大気に開放しておく。その結果、図４に示すように、第１の秤取部１６内に一定量のマイクロ流体として、第１のマイクロ流体２４が残存することとなる。このように、第１の秤取部１６に、マイクロ流体２４を残存させるために、ガスの供給に際しては、第２の微細流路１２側は閉じておき、大気に開放していないことが望ましい。もっとも、接続微細流路１７が十分に細く、該接続微細流路１７において、毛管反力が働く場合には、第２の微細流路１２側を密閉しておいてもよい。
【００４７】
次に、第１の微細流路１１のマイクロ流体供給孔１５側の一部を後述の流路開閉装置のバルブ等により閉じ、その状態で、ガス導入孔１４から第１の微細流路１１にガスを供給する。その結果、第１の秤取部１６に秤取されていた第１のマイクロ流体２４が、図５に示すように、第２の微細流路１２内に吐出される。
【００４８】
第１の秤取部１６に秤取されていた第１のマイクロ流体２４の体積は、該第１の秤取部１６の容積と同じであるので、本実施形態によれば、一定量の第１のマイクロ流体２４を第２の微細流路１２内に確実に吐出することができる。
【００４９】
前述した流路開閉装置は、微細流路の一部を開いた状態と閉じた状態とを切り換え得る適宜のバルブにより形成することができる。このようなバルブとしては、電磁弁や圧電素子などの駆動素子に、流路を細くした状態と、流路を開いた状態とで移動し得るストッパーを連結した構造などを用いることができる。
【００５０】
上記のようにして、第１の秤取部１６に一定量の第１のマイクロ流体２４が秤取され、かつ第２の微細流路１２の合流部１２ａに吐出される。
【００５１】
他方、第３の微細流路１３においても、第１の微細流路１１の場合と同様にして一定量の、ただし第２の秤取部２１の容積に等しい体積の第２のマイクロ流体２５が秤取され、上記と同様にして、図６に示すように合流部１２ａに吐出される。この場合の第２のマイクロ流体２５を第２の秤取部２１に秤取し、かつ第２の微細流路１２の合流部１２ａに吐出する際の駆動源は、ガス導入孔１９から供給されるガスの圧力である。
【００５２】
従って、図６に示すように、第２の微細流路１２の合流部１２ａに、上記第１，第２のマイクロ流体２４，２５が吐出される。
【００５３】
本実施形態では、予め第２の秤取部２１から第２のマイクロ流体２５が先に合流部１２ａに吐出され、次に、図６に示すように、第１の秤取部１６から第１のマイクロ流体２３が吐出される。この場合、吐出口１８が第２の微細流路１２の上流側端部近傍に位置しており、ガス導入孔１４から供給されたガスの圧力により、第１の秤取部１６から第１のマイクロ流体２４が吐出され、かつ合流部１２ａ内に送り出される。その結果、このガス圧により、第１のマイクロ流体２４が第２の微細流路１２において下流側に向かって流れることになる。そのため、第１のマイクロ流体２４と、予め先に吐出されていた第２のマイクロ流体２５とが下流側に移動されつつ、混合部１２ｂにおいて両マイクロ流体２４，２５が混合される。
【００５４】
他方、第２の微細流路１２においては、混合部１２ｂにおいて、一方の側壁が他方の側壁に近づくように傾斜している。従って、混合部１２ｂにおいては、両マイクロ流体２４，２５が十分に攪拌され、混合される。このようにして、均一に混合されたマイクロ流体が、排出部１２ｃから排出される。
【００５５】
よって、本実施形態の微細流路構造１０では、第１，第２の秤取部１６，２１にそれぞれ秤取された一定量の第１，第２のマイクロ流体２４，２５が混合される。よって、第１の秤取部１６の体積と、第２の秤取部２１の体積とを予め設定しておくことにより、第１，第２のマイクロ流体２４，２５を所望の割合で混合することができる。また、相対的に体積の大きな第１の秤取部１６を設けることにより、第１の秤取部１６に供給される第１のマイクロ流体として希釈液を用意すれば、第２の秤取部２１に秤取された一定量の第２のマイクロ流体を所望とする希釈倍率で希釈し、希釈された溶液を排出部１２ｃにおいて得ることができる。
【００５６】
加えて、本実施形態では、上記第２の微細流路１２において、第１，第２のマイクロ流体２４，２５及び混合マイクロ流体を搬送するために、第２の微細流路１２にガス導入孔は直接接続されていない。言い換えれば、第１の微細流路１１内を第１のマイクロ流体が搬送される際に用いられる駆動源が第２の微細流路１２において第１，第２のマイクロ流体を搬送するための駆動源として兼用されている。よって、微細流路構造の簡略化及び小型化を図ることが可能となり、ひいてはマイクロ流体デバイス１の小型化を図ることが可能となる。
【００５７】
上記実施形態では、微細流路構造１０は、図１に示した１つの混合ユニットを有していたが、以下の第１〜第４の変形例で示すように、本発明において、微細流路構造は複数の混合ユニットを接続した構成を有していてもよい。
【００５８】
なお、以下の第１〜第４の変形例では、図１に示した実施形態とは異なり、第１の微細流路１１及び第３の微細流路１３においては、第１，第２のマイクロ流体が供給される側は、第１，第２の秤取部１６，２１を挟んでガス導入孔１４，１９と同じ側とされている。すなわち、図７では、第１，第２の混合ユニット３１，４１が直列に接続されているが、例えば第１の混合ユニット３１において、第１，第３の微細流路１１，１３の一方端にガス導入孔１４，１９が接続されているが、ガス導入孔１４，１９と同じ側に、マイクロ流体が供給される第１，第２の入口ポートＡ，Ｃが設けられている。他方、第１，第３の微細流路１１，１３の他方端は、第１，第２の出口ポートＤ，Ｆとされている。なお、第１，第２の入り口ポートＡ，Ｃ及び第１，第２の出口ポートＤ，Ｆは図７では円の記号で示されているが、これらの円は、破線で示す混合ユニット３１と他の部分とを接続する部分としてのポートの位置を示しているにすぎない。
【００５９】
図７に示すように、第１の混合ユニット３１においては、第２の微細流路１２の排出部１２ｃが混合マイクロ流体排出ポートＥに連ねられている。
【００６０】
第２の混合ユニット４１も、第１の混合ユニット３１と同様に、第１〜第３の微細流路１１，１３を有し、第１の混合ユニット３１と同様に構成されている。第１の混合ユニット３１の第１の微細流路１１の第１の出口ポートＤが、第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１の第１の入り口ポートＡに遅延流路部５１を介して接続されている。遅延流路部５１は、第１のマイクロ流体を第１の混合ユニット３１の第１の微細流路１１から第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１に供給するタイミングを遅らせるために、所定量の容積を有するように形成されている。この所定量とは、第１のマイクロ流体の第２の混合ユニット４１の第１の秤取部１６から吐出するタイミングを遅らせる時間期間に応じて定められる。また、第２の混合ユニット４１の第１の出口ポートＤには、流路開閉装置５２が接続されている。流路開閉装置５２は、第１，第２の混合ユニット３１，４１の第１の微細流路１１，１１が接続されている流路を流路開閉装置を流路開閉装置５２側端部で開放した状態、あるいは閉成した状態とで切り換え得るように構成されている。
【００６１】
従って、第１のマイクロ流体が、第１の混合ユニット３１の上流側に位置している第１の入口ポートＡから供給され、ガス導入孔１４からのガス圧により第１の微細流路１１を搬送される際に、第１の混合ユニット３１において、第１の秤取部１６に第１のマイクロ流体が秤取される。さらに、第１のマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１を第１の微細流路１１側に向かって流れる。もっとも、第１，第２の混合ユニット３１，４１間に遅延流路部５１が設けられているので、第１のマイクロ流体は、遅延流路部５１を通過する分だけ遅れて、第２の混合ユニット４１の第１の微細流路１１に至り、第１の秤取部１６に秤取される。残りの第１のマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１の第１の出口ポートＤを経て、流路開閉装置５２側に排出されることになる。
【００６２】
他方、第１の混合ユニット３１の第２の微細流路１２の排出部１２ｃに連ねられている排出ポートＥが、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３の上流側に連ねられた第２の入口ポートＣに接続されている。従って、混合されたマイクロ流体は、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３に供給され、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３から第２の秤取部２１に秤取される。よって、第２の混合ユニット４１では、第１の混合ユニット３１で混合されたマイクロ流体が、さらに第１のマイクロ流体と混合されることになる。
【００６３】
なお、第１の混合ユニット３１の第３の微細流路１３に連ねられている第２の出口ポートＦは、流路開閉装置５３に連ねられている。同様に、第２の混合ユニット４１では、第３の微細流路１３の下流側端部に設けられた第２の出口ポートＦが、流路開閉装置５４に接続されている。
【００６４】
そして、第２の混合ユニット４１の第２の微細流路１２の排出ポートＥから、第１，第２の混合ユニット３１，４１で混合されたマイクロ流体が取り出されることになる。
【００６５】
本変形例のように、本発明においては、第１，第２の混合ユニット３１，４１を直列に接続し、それによって、第１，第２のマイクロ流体をより様々な比率で混合したり、希釈することも可能である。
【００６６】
図８に示す第２の変形例では、第１，第２の混合ユニット３１，４１の下流に、さらに第１，第２の混合ユニット３１，４１と同様の構造を有する混合ユニット６１が接続されている。本変形例でも、第１，第２の混合ユニット３１，４２間には、遅延流路部５１が接続されている。なお、図８では、遅延流路部５１はその位置が略図的に示されているが、図７に示した遅延流路部５１と同様の構造を有する。混合ユニット６１は、図７の場合と同様に、第３の微細流路１３の上流側に位置する第２の入口ポートＣが第２の混合ユニット４１の第２の微細流路１２の排出ポートＥに接続されている。また、混合ユニット４１，５１の第１の微細流路１１同士の間には、第１，第２の混合ユニット３１，４１間の構造と同様に、遅延流路部５１が接続されている。このように、３以上の混合ユニットが直列に接続されていてもよい。
【００６７】
また、図８に示す変形例では、混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路１３の第２の出口ポートＦに収納チャンバー７１がそれぞれ接続されている。この収納チャンバー７１は、第３の微細流路１３から排出されるマイクロ流体を収納する。従って、図８では、各混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路１３の出口ポートＦから取り出されるマイクロ流体を各収納チャンバー７１において、検体として取り出すことができる。特に収納チャンバー７１を透明なセル構造とすることにより、例えば光学的測定方向により、各収納チャンバー７１に収納されているマイクロ流体からなる検体を測定することができる。
【００６８】
また、第３の混合ユニット６１の第２の微細流路１２の排出ポートＥにも、もう１つの収納チャンバー７１が接続されている。
【００６９】
なお、図８に示す変形例においても、各流路の下流側端部には、流路開閉装置５２，５３，５４，５５，５６が接続されている。この流路開閉装置５２〜５６は、図７に示した流路開閉装置５２と同様に構成されており、各微細流路の下流側端部を開放状態とすることにより、マイクロ流体の搬送を可能とするために設けられている。
【００７０】
なお、図８に示した変形例では、上記収納チャンバー７１は、混合ユニット３１，４１，６１の各第３の微細流路の下流側及び混合ユニット６１の第２の微細流路の下流側に接続されていたが、図９に示す変形例のように、各混合ユニット３１，４１，６１の第２の微細流路の排出ポートＡの下流側に収納チャンバー７１を接続し、さらに第１の混合ユニットの第３の微細流路１３の上流側に同様に収納チャンバー７２を接続してもよい。
【００７１】
また、図７〜図９に示す微細流路構造では、複数の混合ユニットが直列に接続されていたが、図１０に示すように、直列に接続された混合ユニット３１，４１，６１の側方に、さらに少なくとも１つの第３の混合ユニット９１，９２を接続してもよい。ここでは、第１の混合ユニット３１の第３の微細流路１３の第２の出口ポートＦに、第３の混合ユニット９１の第３の微細流路の第２の入口ポートＣが接続されている。そして、第３の混合ユニット９１には、第３の混合ユニット９２が、混合ユニット３１，４１の接続関係と同様にして接続されている。同様に、第２の混合ユニット４１の第３の微細流路１３の端部に連ねられている第２の出口ポートＦに混合ユニット９１，９２が接続されており、混合ユニット６１の第３の微細流路１３の端部に連ねられた第２の出口ポートＦにも、混合ユニット９１，９２が接続されている。さらに、第３の混合ユニット６１の第２の微細流路１２の排出ポートＥに、同様に混合ユニット９１，９２が接続されている。
【００７２】
従って、図１０に示すように、上記各混合ユニット９１，９２に、図示の収納チャンバー１０１ａ〜１０１ｃ，１０２ａ〜１０２ｃ，１０３ａ〜１０３ｃ，１０４ａ〜１０４ｃを接続しておくことにより、様々な混合倍率または希釈倍率の混合マイクロ流体を各収納チャンバー１０１ａ〜１０４ｃに導くことができる。このように、本発明においては、複数の混合ユニットがマトリックス状に配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を示す模式的平面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの模式的正面断面図。
【図３】本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。
【図４】本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。
【図５】本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第１の微細流路から第１の秤取部に第１のマイクロ流体を秤取する工程を説明するための模式的部分切欠平面図。
【図６】本発明の一実施形態のマイクロ流体デバイスにおいて、第２の微細流路に、第１，第２の秤取部から第１，第２のマイクロ流体が吐出された状態を示す模式的部分切欠平面図。
【図７】本発明のマイクロ流体デバイスの第１の変形例を説明するための模式的平面図。
【図８】本発明のマイクロ流体デバイスの第２の変形例を説明するための模式的平面図。
【図９】本発明のマイクロ流体デバイスの第３の変形例を説明するための模式的平面図。
【図１０】本発明のマイクロ流体デバイスの第４の変形例を説明するための模式的平面図。
【符号の説明】
【００７４】
１…マイクロ流体デバイス
２…基板
３…ベースプレート
４〜６…中間プレート
４ａ…吐出孔
５ａ…開口部
６ａ…貫通孔
７…トッププレート
８…ガス発生室
９…応答性ガス発生部材
１１…第１の微細流路
１２…第２の微細流路
１２ａ…合流部
１２ｂ…混合部
１２ｃ…排出部
１３…第３の微細流路
１４…ガス導入孔
１５…マイクロ流体供給孔
１６…第１の秤取部
１７…接続微細流路
１８…吐出口
１９…ガス導入孔
２０…マイクロ流体供給孔
２１…第２の秤取部
２２…接続微細流路
２３…吐出口
３１…第１の混合ユニット
４１…第２の混合ユニット
５１…遅延流路部
５２〜５６…流路開閉装置
６１…混合ユニット
７１，７２…収納チャンバー
９１，９２…第３の混合ユニット
１０１ａ〜１０１ｃ…収納チャンバー
１０２ａ〜１０２ｃ…収納チャンバー
１０３ａ〜１０３ｃ…収納チャンバー
１０４ａ〜１０４ｃ…収納チャンバー
【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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【図９】
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【図１０】
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