(57)【要約】【課題】試料の正確な混合を行うことができる、小型で安価な流量制御装置及び流量制御システムを提供する。【解決手段】流量制御システムは、押圧液を押し出す圧力源３と、圧力源３から挿入された押圧液を分流する流量制御装置１と、流量制御装置１やポンプ３２などを制御するコントローラ２と、流量制御装置１によって分岐された押圧液に押圧されることにより検査部５に試料を挿入する試料挿入部４と、試料の特性を検査する検査部５とを備える。流量制御装置１は、圧力源３から押圧された押圧液が流入する流入流路、流入流路が複数に分岐した分岐流路、分岐流路毎に設けられ、分岐流路を通過する押圧液の流れを制御する制御弁を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力源から押圧された流体を分流制御する流量制御装置であって、
圧力源から押圧された流体を複数に分岐する分岐流路と、
該分岐流路毎に設けられ、前記分岐流路を通過する流体の流れを制御する制御弁と、
前記分岐流路によって分岐された流体を合流させる少なくとも一つの流出流路と
を備えることを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】
前記制御弁は前記分岐流路の開閉を行い、前記制御弁が開状態の分岐流路にのみ前記流体が流れることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項３】
前記制御弁の部分で前記分岐流路は更に複数に分岐し、前記制御弁はその複数に分岐した流路のいずれか１つに前記流体が通過するように切り替えることを特徴とする請求項１に記載の流量制御装置。
【請求項４】
前記制御弁は、前記分岐流路内に設けられた移動体と、前記分岐流路の外側から前記移動体に接触せず前記移動体を駆動させる駆動手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量制御装置。
【請求項５】
前記流体が流路を通過した際、その流体の境界面を検出する検出センサを更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量制御装置。
【請求項６】
圧力源から押圧された流体を複数に分岐する分岐流路、該分岐流路毎に設けられ、前記分岐流路を通過する流体の流れを制御する制御弁を有する流量制御装置と、
前記制御弁の動作を制御するコントローラと、
前記分岐流路によって分岐された流体に押圧されることにより、検査部に試料を挿入する試料挿入部と
を備えることを特徴とする流量制御システム。
【請求項７】
前記流量制御装置は、前記流体が流路を通過した際、その流体の境界面を検出する検出センサを備えることを特徴とする請求項６に記載の流量制御システム。
【請求項８】
前記流量制御装置内の流路は、その外側に微小ヒータを備え、
前記コントローラは、前記検出センサの検出結果をもとに前記微小ヒータを制御することを特徴とする請求項７に記載の流量制御システム。
【請求項９】
前記流量制御装置あるいは前記試料挿入部から前記流体を前記圧力源に還元する還元流路を更に備えることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の流量制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量な化学物質の反応や合成分析を行うμＴＡＳあるいは血液検査などに用いられる検体検査装置等の微細流路への送液を行う流量制御装置及び流量制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
遺伝子解析や血液検査などの生化学分析、あるいは化学反応を効率的に行うために、開口断面の幅、深さが数１０μｍ〜数１００μｍの微細流路を有する化学分析装置を用いることがある。
【０００３】
又、近年、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる数ｃｍ角程度のガラスやシリコン等のチップ上に送液、混合、反応分析等の機能部を集積化した化学・生化学分析統合システムが提案されている。μＴＡＳは、流路基板内に微細流路が形成されたものであり、微細流路内で試料（試薬）の混合、反応、検出等を行うことにより、創薬や医療診断の予備実験等を行う。試料挿入部より試料を注入すると、試料は混合部を通り、混合流路で混合され、化学反応が起こる。反応後の試料は検出流路に流出し、ここで、試料の特性が分析される。
【０００４】
μＴＡＳにおいて、的確な化学反応が生じ、高精度な検査分析を行う為には、試料挿入部から各々注入された試料は、高い精度で混合される必要がある。この混合においては、注入する試料の流量や流速が重要となる。そのため、試料挿入部に圧力を送り込む複数の高精度な送液ポンプが同期駆動で用いられており、かつ、試料の流れはチップ上部から高精度カメラにより検出され、画像処理されたうえでポンプ駆動にフィードバックされている（所謂、ビジュアルフィードバック）。
【０００５】
又、一つの圧力容器から複数の液体分注ユニットに空気圧を送り込み、挿入される試料ごとに圧力を制御する精密液体分注装置は開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特表平８−５０１４９６号公報（第１３−１５頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、既述したように、μＴＡＳにおいては高精度な混合が必要な為、高精度なポンプや測定器が用いられている。そのためチップを小型化しても、圧力を送り込む流量制御システム全体が非常に大型で高価なものとなる。
【０００８】
そこで、本発明は上記の問題点に鑑み、試料の正確な混合を行うことができる、小型で安価な流量制御装置及び流量制御システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、圧力源から押圧された流体を分流制御する流量制御装置であって、（イ）圧力源から押圧された流体を複数に分岐する分岐流路と、（ロ）分岐流路毎に設けられ、分岐流路を通過する流体の流れを制御する制御弁と、（ハ）分岐流路によって分岐された流体を合流させる少なくとも一つの流出流路を備える流量制御装置であることを要旨とする。ここで、「分岐流路」とは、開口断面の幅、深さが数μｍ〜数百μｍの流体を通過させる溝を指す。又、「流体」とは、圧力源から押圧される超純水などの押圧液や空気などの気体などを指す。
【００１０】
第１の特徴に係る流量制御装置によると、小型で安価に、試料の正確な混合を行うことができる。よって、高精度の動作を必要とする送液ポンプや流量バルブを用いる必要がなくなる。
【００１１】
又、第１の特徴に係る流量制御装置の制御弁は分岐流路の開閉を行い、制御弁が開状態の分岐流路にのみ流体が流れるようにしてもよい。この流量制御装置によると、制御弁の開閉数により試料挿入部への流体の流量を制御することができる。
【００１２】
又、第１の特徴に係る流量制御装置の制御弁の部分で分岐流路は更に複数に分岐し、制御弁はその複数に分岐した流路のいずれか１つに流体が通過するように切り替えてもよい。この流量制御装置によると、制御弁はいずれかの流路に流体を流すので、制御弁自体に圧力がかからず、制御弁の消耗が少ない。
【００１３】
又、第１の特徴に係る流量制御装置の制御弁は、分岐流路内に設けられた移動体と、分岐流路の外側から移動体に接触せず移動体を駆動させる駆動手段を備えてもよい。具体的には、「移動体」としては、磁性材料のビーズなど、「駆動手段」としては、静電力を加える電極アレイや磁界を生じさせるμコイルなどを用いればよい。この流量制御装置によると、制御弁を非接触で制御することができる。
【００１４】
又、第１の特徴に係る流量制御装置は、流体が流路を通過した際、その流体の境界面を検出する検出センサを更に備えてもよい。この流量制御システムによると、異なった流体が通過したことやその流速を検出することができる。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、（イ）圧力源から押圧された流体を複数に分岐する分岐流路、分岐流路毎に設けられ、分岐流路を通過する流体の流れを制御する制御弁を有する流量制御装置と、（ロ）制御弁の動作を制御するコントローラと、（ハ）分岐流路によって分岐された流体に押圧されることにより、検査部に試料を挿入する試料挿入部とを備える流量制御システムであることを要旨とする。
【００１６】
第２の特徴に係る流量制御システムによると、小型で安価に、試料の正確な混合を行うことができる。よって、高精度の動作を必要とする送液ポンプや流量バルブを用いる必要がなくなる。
【００１７】
又、第２の特徴に係る流量制御システムの流量制御装置は、流体が流路を通過した際、その流体の境界面を検出する検出センサを備えてもよい。この流量制御システムによると、異なった流体が通過したことやその流速を検出することができる。
【００１８】
又、第２の特徴に係る流量制御システムの流量制御装置内の流路は、その外側に微小ヒータを備え、コントローラは、検出センサの検出結果をもとに微小ヒータを制御してもよい。具体的には、「微小ヒータ」としては、流路壁に沿ってμヒータを配したμヒータアレイなどを用いればよい。この流量制御システムによると、コントローラは、圧力源の流量調整を大きな補整、微小ヒータの制御を小さな補整として、流量の制御を行うことができる。
【００１９】
又、第２の特徴に係る流量制御システムは、流量制御装置あるいは試料挿入部から流体を圧力源に還元する還元流路を更に備えていてもよい。この流量制御システムによると、流量制御装置あるいは試料挿入部内の余分な流体を効率的に回収し、圧力源内で再利用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２１】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施形態に係る流量制御システムは、図１に示すように、押圧液を押し出す圧力源３と、圧力源３から挿入された押圧液を分流する流量制御装置１と、流量制御装置１やポンプ３２などを制御するコントローラ２と、流量制御装置１によって分岐された押圧液に押圧されることにより検査部５に試料を挿入する試料挿入部４と、試料の特性を検査する検査部５とを備える。
【００２２】
検査部５において、的確な化学反応が生じ、高精度な検査分析を行う為には、試料挿入部４から注入された試料を、高い精度で混合する必要がある。このため、注入する試料の流量や流速を正確に制御することが重要となる。流量制御装置１は、押圧液を分流することにより、試料挿入部４に挿入する流量を細かく制御する。
【００２３】
以下に、流量制御システムのそれぞれの構成要素に対して、詳細に説明する。
【００２４】
（圧力源の構成）
圧力源３は、押圧液を保存する押圧液貯留部３１、加圧装置３３、押圧液を加圧装置３３に送り込むポンプ３２、押圧液を流量制御装置１へ送り込む加圧用流路３４、各流路の開閉を行うバルブ（図示せず）等で構成されている。押圧液としては、例えば超純水などが使用可能である。この圧力源３の詳細を図２に示す。加圧装置３３は、押圧液押し出し部３３１によって、加圧装置３３内の押圧液３３２を加圧用流路３４に送り込む。押圧液押し出し部３３１は、例えば、押圧液とシールされた稼動押し出し棒と、押し出し棒に非接触で推力を生じさせるリニアモータとで構成するとよい。このような構成において、リニアモータに一定電流信号を加えれば、押圧液押し出し部３３１の位置にかかわらず流体に一定の圧力Ｐを作用させ押出すことができる。加圧装置３３には押圧液を補給する為の開閉自在な横穴を設けるとよく、リニアモータ推力をＯＦＦにしておけば低パワーで補給可能となる。一方、押圧液貯留部３１は、押圧液を貯留する。この押圧液は、システムの外部から補充される他、流量制御装置１あるいは試料挿入部４から還元流路８を介して補充される。このように補充されるために、押圧液貯留部３１は、フィルター付きの通気穴を有する。押圧液貯留部３１内の押圧液は、ポンプ３２によって、加圧装置３３内に送り込まれる。このような構成では、還元流路８及び押圧液貯留部３１により、余分な押圧液を効率的に回収し、加圧装置３３内で再利用することができる。加圧装置３３の押圧液押し出し部３３１による加圧が行われていない期間に、ポンプ３２によって加圧装置３３内部に押圧液３３２を補充するとよい。
【００２５】
（流量制御装置の構成）
流量制御装置１は、図３や図４に示すような流路が加工されたチップで構成されている。チップの材質としては、石英等のガラス材料、セラミックス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコンゴムあるいはポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂などが考えられる。更に、ガラスエポキシ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）やポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、シリコン等の半導体材料、金属等でも構わない。流量制御装置１は、例えば、図３に示すように、圧力源３に繋がった流入流路１１、分岐点２Ａにおいて流入流路１１が５本に分岐した分岐流路１２ａ、…、１２ｅ、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅ各々に備えられ、開閉することにより圧力源３からの押圧液の流れをＯＮ、ＯＦＦする制御弁１３ａ、…、１３ｅ、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅが混合点２Ｂで合流して１本となった流出流路１４で構成されている。このような構成では、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅ各々を流れる流量は圧力Ｐの関数として決まるので、制御弁１３ａ、…、１３ｅの開閉で押圧液を流す分岐流路１２ａ、…、１２ｅの数を制御することにより、流出流路１４に吐出される流量Ｑをコントロールすることができる。図３は、制御弁１３ａ、１３ｃ、１３ｄが開の状態を示しており、流出流路１４の流量は分岐流路１２ａ、１２ｃ、１２ｄの流量の関数となる。図３では、説明の便宜のために、圧力がかかっている部分（押圧液が流れている部分）を斜線で示している。
【００２６】
分岐流路１２ａ、…、１２ｅの太さ・形状が均一ならば、開閉する流路の数で流量を制御することができ、太さを何種類か用意すれば、その選択の仕方に応じて流量を制御することができる。分岐流路数を増やすほど、総流量に対して制御可能な流量の分解能を上げることができる。
【００２７】
図４は、図３の構成の変形例であり、圧力源３に繋がった流入流路１１ａ、分岐点３Ａにおいて、流入流路１１ａを２本に分岐し流入流路１１ｂ、１１ｃとし、分岐点３Ｂにおいて、流入流路１１ｂを５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅに分岐し、分岐点３Ｃにおいて、流入流路１１ｃを５本の分岐流路１２ｆ、…、１２ｊに分岐する構成である。それぞれの分岐流路１２ａ、…、１２ｊは、圧力源３からの押圧液の流れをＯＮ、ＯＦＦする制御弁１３ａ、…、１３ｊを備える。５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅは、混合点３Ｄで合流して１本の流出流路１４ａとなり、５本の分岐流路１２ｆ、…、１２ｊは、混合点３Ｅで合流して１本の流出流路１４ｂとなる。
【００２８】
このような構成では、分岐流路１２ａ、…、１２ｊ各々を流れる流量は圧力Ｐの関数として決まるので、制御弁１３ａ、…、１３ｊの開閉で押圧液を流す分岐流路１２ａ、…、１２ｊの数を制御することにより、流出流路１４ａ、１４ｂに吐出される流量（それぞれ流量ＱＡ、流量ＱＢ）をコントロールすることができる。これにより、一つの圧力源３から押出された押圧液を、流出流路１４ａと１４ｂとから、それぞれ異なった流量で吐出すことができる。分岐流路１２ａ、…、１２ｊを構成する流路の太さ・形状は、図３と同様に、それぞれ独立に決めることができる。図４において、流出流路１４ａと１４ｂが繋げられ、検査チップ上の同じ流入流路に加圧を行っても構わず、それぞれ異なる検査チップ上の流入流路に加圧を行っても構わない。例えば、分岐流路１２ａ、…、１２ｅを直径１０μｍ、分岐流路１２ａ、…、１２ｅを直径１μｍのように、異なるオーダで形成したとすると、それぞれの分岐流路を通過する押圧液の流量を細かく制御することができ、より精度の高い圧力制御が可能となる。
【００２９】
尚、図４は、制御弁１３ａ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが開の状態を示しており、流出流路１４ａの流量は分岐流路１２ａ、１２ｃ、１２ｄの流量の関数となり、流出流路１４ｂの流量は分岐流路１２ｆ、１２ｇ、１２ｈの流量の関数となる。図４においても図３と同様、説明の便宜のために、圧力がかかっている部分（押圧液が流れている部分）を斜線で示している。
【００３０】
次に、図５及び図６を参照しながら、制御弁１３の詳細を説明する。制御弁１３の中には、分岐流路である流路１３１の径よりも大きい磁性材料のビーズ１３２が挿入されている。流路となる溝を切ったシリコンチップに、ビーズ１３２を挿入してから他のチップを張り合わせれば、このような構成は容易に実現できる。
【００３１】
ビーズ１３２は、流路１３１の外部から、矢印Ａ又はＢの方向に静電力や磁気力を非接触で作用させ移動させることが可能である。ビーズ１３２が位置Ａにある場合は、弁が閉まった状態となり、この流路１３１を押圧液は通過しない。一方、ビーズ１３２が位置Ｂにある場合は、弁が開いた状態となり、この流路１３１を押圧液が通過する。静電力を加える場合は、矢印Ａ−Ｂに沿って電極アレイを設ければよく、電磁力の場合は、矢印Ａ−Ｂ方向に磁界が生じるようにμコイルを配すればよい。このような構成では、当然押圧液のシール構造を必要としないという利点がある。
【００３２】
又、図３及び図４に示すように、流量制御装置１の流出流路１４、１４ａ、１４ｂ上には、検出センサ９、９ａ、９ｂが設けられている。検出センサ９は、異なる試料が流路を通過した際、それらの境界面を検出することにより、異なった試料が通過したことやその流速を検出することができる。検出センサ９としては、図７に示すように、白金電極９１、流速センサ９２、微小膜９３などを配置することが可能である。流出流路１４の中を、性質の異なる第１の試料１０ａと第２の試料１０ｂ、例えば空気と水が圧力Ｐで流されているとする（真空に保たれていない流路に水を流し込めば必然的に起こる状態である。）。流路壁９４には、回路を構成する白金電極９１が埋め込まれている。第１の試料１０ａと第２の試料１０ｂの電気性能が異なれば、白金電極９１は、この抵抗差を検出する。又、流路壁９４に、内側に抵抗９２１、外側にヒータ９２２という構成の流速センサ９２を配しておけば、流速が所定範囲内で均一ならば、この流速センサ９２により、別種試料の性質の差を検出することができる。又、流路壁９４に横穴をあけ微小膜９３を備えれば、膜の振動により特性の違いを検出することが可能である。この検出センサ９による測定結果はコントローラ２に伝えられる。
【００３３】
図７では、白金電極９１や流速センサ９２などの検出センサ９が一つ配されているが、図８に示すように、流路壁９４に沿って検出センサ９が連続して複数配置されたセンサアレイ９５を配すれば、より正確な検出が可能となる。性質が異なる第１の試料１０ａと第２の試料１０ｂが連続して流れると（例えば、空気、水の順）、センサアレイ９５により界面の移動を連続して検出することができる。
【００３４】
又、図９に示すように、センサアレイ９５で流路を挟み込むとより高精度の検出が可能である。即ち、図９の流路の上部に配置したセンサアレイ９５ａと下部に配置したセンサアレイ９５ｂのアレイピッチを半ピッチずらしておけば、分解能を２倍にできる。
【００３５】
（試料挿入部の構成）
試料挿入部４は、図１に示すように、第１の挿入管４１、試料用容器４２、第２の挿入管４３から構成されている。試料用容器４２内の試料が、第１の挿入管４１から加圧された押圧液により第２の挿入管４３に吐出される。勿論、図の表現とは異なり、各流路束がチップに施され、そこに試料用容器４２をはめ込む形態をとってもよい。流量制御システムに対する試料用容器４２の挿入方法は、後に詳述する。
【００３６】
（検査部の構成）
検査部５は、シリコン、ガラス等で構成された検査チップ５１上に、試料が通過する流路が形成されたものである。検査チップ５１は複数枚備えることができ、図１では、３枚の検査チップ５１を有することとしている。このとき、検査チップ５１毎に試料を順次送液することも、３枚同時に分注することも、自在に制御可能である。例えば、図１に示すように、第２の挿入管４３から押出された試料は、流入流路５２ａ、５２ｂそれぞれから流入し、混合部５３で混合され、混合流路５４で十分に拡散混合された後、検査流路５５に流し込まれる。検査流路５５内の混合試料は、投光手段６と受光手段７により吸光分析される。具体的な検査方法の一例を説明すると、投光手段６は検査流路５５に平行光を投射し、受光手段７はこの平行光に対する反応などにより変化する混合試料の色を測定する。通常、検査流路５５において光を用いた検査を行う際は、検査光は検査流路５５に対して垂直に入射される。ここでは、検査チップ５１上に設けられた検査流路５５に対して平行な検出光を入射することにより、検査流路５５中の試料を平行光が通過する距離が長くなり、検出のシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）を大幅に改善することができる。投光手段６の光源としてはレーザー、発光ダイオード、ライト、ランプ光源等を用いることも可能であり、光源の光を光ファイバーなどで絞り込んでもよい。
【００３７】
上記の工程においては、混合流路５４で的確な量同士の試料が高精度な比で混合される必要があるが、例え送液精度が高くても、検査チップ５１の加工精度による誤差が影響してしまう。そのため、図のように混合部５３手前の所定位置に検出センサ９ａ、９ｂを備えておき、流入流路５２ａ、５２ｂそれぞれから流れ込む試料の境界面を検出することにより、異なった試料が通過したことやその流速を検出することができる。検出センサ９ａ、９ｂの詳細は、図７〜９に示したものと同様である。
【００３８】
（コントローラの構成）
コントローラ２は、制御弁１３の開閉や加圧装置３３の圧力調整の制御を行うこことにより、流量制御システム内を流れる試料の流量を制御する。又、コントローラ２は、検出センサ９からの信号をもとに、押圧液や試料の流量あるいは流量比に誤差がある場合は、制御弁１３の開閉や加圧装置３３の圧力調整、μヒータアレイの調整を行い、押圧液や試料の流量などの補整を行う。
【００３９】
ここで、μヒータアレイ１１２とは、図１０に示すように、流路壁９４に沿ってμヒータを配した構成である。μヒータにより試料１１０（流体）の温度を変化させると、温度に依存する試料１１０の粘度が変化する。これにより、コントローラ２は、押圧液や試料の流量を制御することができる。
【００４０】
コントローラ２は、流量制御装置１上の検出センサ９の信号をもとに、加圧装置３３や流量制御装置１上のμヒータアレイ１１２を制御する。μヒータアレイ１１２によると、ヒータの熱により流路の流動抵抗をかえて流量の微妙なコントロールをすることができる。コントローラ２は、加圧装置３３の圧力調整を大きな補整、μヒータアレイ１１２の制御を小さな補整として、流量の制御を行ってもよい。
【００４１】
又、コントローラ２は、検査部５上の検出センサ９の信号をもとに、制御弁１３、加圧装置３３や検査部５上のμヒータアレイ１１２を制御する。コントローラ２は、制御弁１３の開閉及び加圧装置３３の圧力調整を大きな補整、μヒータアレイ１１２の制御を小さな補整として、流量の制御を行ってもよい。
【００４２】
（微細流路の形状）
図３及び図４の説明において、流量制御装置１の微細流路は概四角形形状をしていたが、それぞれの分岐流路の長さをそろえるためには、図１１に示すように、概Ｙ字形状にするとよい。図１１に示す流量制御装置は、分岐点７Ａにおいて流入流路１１が２本に分岐した分岐流路１２ａ、１２ｂ、分岐点７Ｂにおいて流入流路１１が２本に分岐した分岐流路１２ｃ、１２ｄ、４本の分岐流路１２ａ、…、１２ｄ各々に備えられ、開閉することにより圧力源からの押圧液の流れをＯＮ、ＯＦＦする制御弁１３ａ、…、１３ｄ、４本の分岐流路１２ａ、…、１２ｄが合流して１本となった流出流路１４で構成されている。このようなＹ字形状に微細流路を設計すると、流入流路１１から流出流路１４に至るまで、それぞれの分岐流路１２ａ、…、１２ｄの長さが等しくなる。このため、圧力源から加圧する際に、各分岐流路１２ａ、…、１２ｄにかかる圧力が等しくなり、圧力を容易に制御することができる。
【００４３】
図１２に、図３、４、１１において説明した微細流路がチップ１５上に施された構成を示す。チップ１５は、上述したように、シリコン、ガラス、ＰＭＭＡ等を素材とする。このチップ１５表面上に、流入流路１１、分岐流路１２ａ、…、１２ｈ、流出流路１４ａ、１４ｂ、制御弁１３ａ、…、１３ｈ、検出センサ９ａ、９ｂが加工されており、その上に他のチップが張り合わされている（図示せず）。
【００４４】
（試料の送液方法）
次に、図１における検査チップ５１上の試料の送液方法の一例について、図１３を用いて説明する。
【００４５】
気体１１１ｄで満たされた微細流路内に、押圧液１１１ｃにより液体試料１１１ａを導入する際、図１３のように液体試料１１１ａを、不活性液１１１ｂで挟んで送液する。このような構成にすれば、液体試料１１１ａの蒸発による成分変化、押圧液１１１ｃとの混交などを回避できる。例えば、液体試料１１１ａが水溶性で、押圧液１１１ｃが純水、気体１１１ｄが空気である場合は、不活性液１１１ｂはシリコンオイルなどとすることが望ましい。
【００４６】
又、図１４に示すように、微細流路の流路壁９４に電極アレイ１１３を配置し、液体試料１１１ａの流量の微調整を行ってもよい。この場合、流路壁９４上には、絶縁層１１４が設けられ、その外側に電極アレイ１１３が配された構成となる。電極アレイ１１３に適当なパターンの電圧を印加することにより、圧力Ｐによる送液を加速する方向、あるいは逆方向に、液体試料１１１ａが動作するような静電力を作用させることができる。又、微細流路の流路壁９４にμヒータアレイを配置し、μヒータを順次切り替えていくことにより液体試料１１１ａの界面にマランゴニ効果を生じさせても良い。このマランゴ二効果により、液体試料１１１ａの抵抗を変化させ、流量の微調整を行うことができる。
【００４７】
（試料用容器の挿入方法）
次に、図１における試料挿入部４における試料用容器４２の挿入方法について、図１５及び図１６を用いて説明する
図１５は、第１の挿入管４１、試料用容器４２、第２の挿入管４３が結合される前の状態を示している。図１５（ａ）に示すように、第１の挿入管４１は、流量制御装置１と繋がっており、その内部を押圧液４１１が流れる状態になっている。外側には、試料用容器４２を接続する際の留め金となるストッパ４１２が備えられる。第１の挿入管４１は、例えば、ＳＵＳ製の鋼管などで構成される。
【００４８】
又、試料用容器４２は、図１５（ｂ）に示すように、内部に試料４２１を保持し、外側は、例えば、樹脂製のチューブで構成される。その上面と下面は、ゴム製などの密着蓋４２２ａ、４２２ｂによって密閉されている。又、第２の挿入管４３は、図１５（ｃ）に示すように、検査チップ５１上の流入流路５２に繋がっている。
【００４９】
第１の挿入管４１、試料用容器４２、第２の挿入管４３を結合した後の状態を図１６に示す。結合する順番としては、第１の挿入管４１を試料用容器４２に挿入した後、試料用容器４２を第２の挿入管４３に挿入してもよく、試料用容器４２を第２の挿入管４３に挿入した後、第１の挿入管を試料用容器４２に挿入してもよい。図１６に示すように、第１の挿入管４１を試料用容器４２に挿入した際、試料用容器４２上面の密閉蓋４２２ａが破れ、ストッパ４１２によって、第１の挿入管４１と試料用容器４２が固定される。又、試料用容器４２を第２の挿入管４３に挿入した際、試料用容器４２下面の密閉蓋４２２ｂが破れ、試料用容器４２と第２の挿入管４３が固定される。この状態で、圧力源によって押し出された押圧液４１１が、試料用容器４２内の試料４２１を、第２の挿入管４３を介して流入流路５２へ送り込む。
【００５０】
第１の実施の形態に係る流量制御システムによると、流量制御装置１の分岐流路１２ａ、…、１２ｊによって、流量を細かく制御することができるので、試料の正確な混合を行うことができる。又、流量制御装置１や検査部５上に設けられた検出センサ９の検出結果に従って、コントローラ２が加圧装置３３、分岐流路１２ａ、…、１２ｊ毎に設けられた制御弁１３ａ、…、１３ｊ、流路上に設けられたμヒータアレイ１１２の制御を行うことにより、より精度の高い流量制御を行うことができる。又、流量制御装置１は、チップで形成されているので、μＴＡＳのような小型化学分析装置に対し、同等の小型化が実現できる。又、高精度の動作を必要とする送液ポンプや流量制御バルブを用いる必要がなくなるので、システムを安価に構成できる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なる構成の流量制御装置１を備える。第２の実施の形態に係る流量制御システムにおける流量制御装置１以外の構成は、図１に示す第１の実施の形態に係る分注システムと同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００５２】
第２の実施の形態に係る流量制御装置１は、例えば、図１７に示すように、圧力源３に繋がった流入流路１１、分岐点４Ａにおいて流入流路１１が５本に分岐した分岐流路１２ａ、…、１２ｅ、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅ各々に備えられ、押圧液の流れを二方向に切り替える制御弁１３ａ、…、１３ｅで構成される。図１７では、制御弁１３ａ、…、１３ｅで切り替えられたそれぞれの分岐流路１２ａ、…、１２ｅの左側の流路が混合点４Ｂに接続され、右側の流路が混合点４Ｃに接続される。そして、制御弁１３ａ、１３ｂは、左側の流路に押圧液を流し、制御弁１３ｃ、１３ｄ、１３ｅは右側の流路の押圧液を流している。図１７では、説明の便宜のために、圧力がかかっている部分（押圧液が流れている部分）を斜線で示している。
【００５３】
又、図１７に示す分岐流路１２ａ、…、１２ｅのうち、制御弁で切り替えられた左側の流路を図１８（ａ）に、右側の流路を図１８（ｂ）に示す。図１８（ａ）に示すように、分岐流路１２ａ、…、１２ｅの左側の流路は、混合点４Ｂで１本となった流出流路１４ａに繋がる。一方、図１８（ｂ）に示すように、分岐流路１２ａ、…、１２ｅの右側の流路は、混合点４Ｃで１本となった流出流路１４ｂに繋がる。このような構成では、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅ各々を流れる流量は圧力Ｐの関数として決まるので、制御弁１３ａ、…、１３ｅの切り替えで押圧液を流す分岐流路１２ａ、…、１２ｅの方向を制御することにより、流出流路１４ａ、１４ｂに吐出される流量比をコントロールすることができる。流出流路１４ａの流量は、分岐流路１２ａ、１２ｂの流量の関数となり、流出流路１４ｂの流量は、分岐流路１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの流量の関数となる。
【００５４】
第１の実施の形態では、閉状態の制御弁に圧力がかかり、制御弁が消耗する場合があるが、第２の実施の形態に係る流量制御装置１によると、押圧液をどちらかの流路に流すので、制御弁１３ａ、…、１３ｅに圧力がかからない。よって、制御弁の消耗が少なくなる利点がある。
【００５５】
分岐流路１２ａ、…、１２ｅを構成する流路の太さ・形状は、図３及び図４と同様に、それぞれ独立に決めることができる。図１８において、流出流路１４ａと１４ｂが繋げられ、検査チップ上の同じ流入流路に加圧を行っても構わず、それぞれ異なる検査チップ上の流入流路に加圧を行っても構わない。又、第２の実施の形態に係る流入制御部１によると、絶えず二方向のどちらかの流路には押圧液が流れるため、検査チップ上の加圧に使用しない押圧液は、図１に示す還元流路８によって、圧力源３に還元される。このため、余分な押圧液を効率的に回収し、加圧装置３３内で再利用することができる。
【００５６】
又、第２の実施の形態に係る流量制御装置１は、図１９に示すような構造にしてもよい。即ち、圧力源３に繋がった流入流路１１ａ、分岐点５Ａにおいて、流入流路１１ａを２本に分岐し流入流路１１ｂ、１１ｃとし、分岐点５Ｂにおいて、流入流路１１ｂを５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｅに分岐し、分岐点５Ｃにおいて、流入流路１１ｃを５本の分岐流路１２ｆ、…、１２ｊに分岐する流路構成としてもよい。それぞれの分岐流路１２ａ、…、１２ｊは、圧力源３からの押圧液の流れを二方向に切り替える制御弁１３ａ、…、１３ｊを備える。そして、制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ、１３ｉは、左側の流路に押圧液を流し、制御弁１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｊは右側の流路の押圧液を流している。図１９では、説明の便宜のために、圧力がかかっている部分（押圧液が流れている部分）を斜線で示している。
【００５７】
図１９に示す分岐流路１２ａ、…、１２ｅのうち、制御弁で切り替えられた左側の流路を図２０（ａ）に、右側の流路を図２０（ｂ）に、図１９に示す分岐流路１２ｆ、…、１２ｊのうち、制御弁で切り替えられた左側の流路を図２０（ｃ）に、右側の流路を図２０（ｄ）に示す。図２０（ａ）に示すように、分岐流路１２ａ、…、１２ｅの左側の流路は、混合点５Ｄで１本となった流出流路１４ａに繋がる。一方、図２０（ｂ）に示すように、分岐流路１２ａ、…、１２ｅの右側の流路は、混合点５Ｅで１本となった流出流路１４ｂに繋がる。又、図２０（ｃ）に示すように、分岐流路１２ｆ、…、１２ｊの左側の流路は、混合点５Ｆで１本となった流出流路１４ｃに繋がる。一方、図２０（ｄ）に示すように、分岐流路１２ｆ、…、１２ｊの右側の流路は、混合点５Ｇで１本となった流出流路１４ｄに繋がる。このような構成では、５本の分岐流路１２ａ、…、１２ｊ各々を流れる流量は圧力Ｐの関数として決まるので、制御弁１３ａ、…、１３ｊの切り替えで押圧液を流す分岐流路１２ａ、…、１２ｊの方向を制御することにより、流出流路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに吐出される流量比をコントロールすることができる。流出流路１４ａの流量は、分岐流路１２ａ、１２ｂの流量の関数となり、流出流路１４ｂの流量は、分岐流路１２ｃ、１２ｄ、１２ｅの流量の関数となり、流出流路１４ｃの流量は、分岐流路１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉの流量の関数となり、流出流路１４ｄの流量は、分岐流路１２ｊの流量の関数となる。
【００５８】
次に、図１７〜図２０において説明した制御弁の詳細について、図２１を参照しながら説明する。制御弁１３の中には、分岐流路である流路１３１ａ、１３１ｂの径よりも大きい磁性材料のビーズ１３２が挿入されている。流路となる溝を切ったシリコンチップに、ビーズ１３２を挿入してから他のチップを張り合わせれば、このような構成は容易に実現できる。
【００５９】
ビーズ１３２は、流路１３１ａ、１３１ｂの外部から、矢印Ａ又はＢの方向に静電力や磁気力を非接触で作用させ移動させることが可能である。ビーズ１３２が位置Ａにある場合は、第１の流路１３１ａが遮断され、第２の流路１３１ｂへ押圧液を流す。一方、ビーズ１３２が位置Ｂにある場合は、第２の流路１３１ｂが遮断され、第１の流路１３１ａへ押圧液を流す。静電力を加える場合は、矢印Ａ−Ｂに沿って電極アレイを設ければよく、電磁力の場合は、矢印Ａ−Ｂ方向に磁界が生じるようにμコイルを配すればよい。このような構成では、当然押圧液のシール構造を必要としないという利点がある。
【００６０】
第２の実施の形態に係る流量制御システムによると、流量制御装置１の分岐流路１２ａ、…、１２ｊによって、流量を細かく制御することができるので、大規模かつ高価なシステムを用いることなく、試料の正確な混合を行うことができる。又、制御弁１３ａ、…、１３ｊは二方向に流路を切り替える機能を有するので、制御弁１３ａ、…、１３ｊ自体に圧力がかからない。よって、制御弁の消耗が少なくなる利点がある。
【００６１】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６２】
例えば、本発明の実施の形態に係る流量制御装置１において、分岐流路を５本設けることを図示したが、この本数に制限はなく、本数が増えるほど精度の高い流量制御が可能となる。
【００６３】
又、本発明の実施の形態において、検出センサ９は、図１においては検査チップ５１上の流入流路５２ａ、５２ｂに、図３や図４においては流入制御部１の流出流路１４に設けられることを説明したが、検出センサ９の位置はこれに限らず、検査チップ５１上及び流入制御部１のチップ上の任意の微細流路に設けることが可能である。
【００６４】
又、μヒータアレイ１１２、電極アレイ１１３は流路壁の片側だけでなく、図９に示すセンサアレイ９５ａ、９５ｂのように、流路壁両側に配されていてもよい。
【００６５】
又、本発明の第２の実施の形態において、制御弁１３は二方向に押圧液の流れを切り替えるが、これを三方向などより複数の方向に切り替える構成にしてもよい。
【００６６】
又、本発明の実施の形態において、圧力源３として押圧液を用いたが、圧力を加える方法はこれに限らず、気体などを用いても構わない。
【００６７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によると、試料の正確な混合を行い、小型で安価な流量制御装置及び流量制御システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る流量制御システムの構成図である。
【図２】図１の圧力源の詳細を示す図である。
【図３】図１の流量制御装置の詳細を示す図である（その１）。
【図４】図１の流量制御装置の詳細を示す図である（その２）。
【図５】図２及び図３の制御弁の詳細を示す図である（その１）。
【図６】図２及び図３の制御弁の詳細を示す図である（その２）。
【図７】図１、図３及び図４に示す検出センサの一例である（その１）。
【図８】図１、図３及び図４に示す検出センサの一例である（その２）。
【図９】図１、図３及び図４に示す検出センサの一例である（その３）。
【図１０】第１の実施の形態に係る流量制御装置あるいは検査部上の微細流路の拡大図である。
【図１１】図２及び図３の微細流路の一形態を示す図である。
【図１２】図１２に示す微細流路をチップ上に築いた図である。
【図１３】第１の実施の形態に係る流量制御システムの送液方法の一例を示す図である。
【図１４】図１３に電極アレイを配置した図である。
【図１５】第１の実施の形態に係る流量制御システムの試料用容器の挿入方法を説明する図である。
【図１６】図１５の挿入完了を示す図である。
【図１７】第２の実施の形態に係る流量制御システムの流量制御装置の詳細を示す図である（その１）。
【図１８】（ａ）は、図１７の一の流出流路を示す図であり、（ｂ）は、図１７の別の流出流路を示す図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る流量制御システムの流量制御装置の詳細を示す図である（その２）。
【図２０】図１９の複数の流出流路を示す図である。
【図２１】図１７〜２０の制御弁の詳細を示す図である。
【符号の説明】
１  流量制御装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  流入流路
１２ａ、…、１２ｊ  分岐流路
１３、１３ａ、…、１３ｊ  制御弁
１３１  流路
１３１ａ  第１の流路
１３１ｂ  第２の流路
１３２  ビーズ
１４、１４ａ、１４ｂ  流出流路
１５  チップ
２  コントローラ
３  圧力源
３１  押圧液貯留部
３２  ポンプ
３３  加圧装置
３３１  押圧液押し出し部
３３２  押圧液
３４  加圧用流路
４  試料挿入部
４１  第１の挿入管
４１１  押圧液
４１２  ストッパ
４２  試料用容器
４２１  試料
４２２ａ、４２２ｂ  密封蓋
４３  第２の挿入管
５  検査部
５１  検査チップ
５２、５２ａ、５２ｂ  流入流路
５３  混合部
５４  混合流路
５５  検査流路
５６  空気抜き流路
６  投光手段
７  受光手段
８  還元流路
９、９ａ、９ｂ  検出センサ
９１  白金電極
９２  流速センサ
９３  微小膜
９４  流路壁
９５  センサアレイ
１１０  試料
１１０ａ  第１の試料
１１０ｂ  第２の試料
１１１ａ  液体試料
１１１ｂ  不活性液
１１１ｃ  押圧液
１１１ｄ  気体
１１２  μヒータアレイ
１１３  電極アレイ
１１４  絶縁層
【図１】
2005043075.tif 000003
【図２】
2005043075.tif 000004
【図３】
2005043075.tif 000005
【図４】
2005043075.tif 000006
【図５】
2005043075.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005043075.tif 000009
【図８】
2005043075.tif 000010
【図９】
2005043075.tif 000011
【図１０】
2005043075.tif 000012
【図１１】
2005043075.tif 000013
【図１２】
2005043075.tif 000014
【図１３】
2005043075.tif 000015
【図１４】
2005043075.tif 000016
【図１５】
2005043075.tif 000017
【図１６】
2005043075.tif 000018
【図１７】
2005043075.tif 000019
【図１８】
2005043075.tif 000020
【図１９】
2005043075.tif 000021
【図２０】
2005043075.tif 000022
【図２１】
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