(57)【要約】【課題】開放タイミングの精度を向上させた弁ユニット及びこれを備えた装置を提供する。【解決手段】常温で固体である相転移物質と、相転移物質に分散され外部から照射される電磁波の電磁波エネルギーを吸収して発熱する微細発熱粒子とを含み、流体の流路を成すチャンネル５５を閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグ６０と、プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源７０とを備え、プラグに外部から電磁波が照射されることにより、微細発熱粒子が発熱して相転移物質が溶融し、流路が開放される。【選択図】図２
2007278502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で固体である相転移物質と、前記相転移物質に分散され外部から照射される電磁波の電磁波エネルギーを吸収して発熱する微細発熱粒子と、を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、
前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、
前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記微細発熱粒子が発熱して前記相転移物質が溶融し、前記流路が開放されることを特徴とする弁ユニット。
【請求項２】
前記チャンネルの一部を成し、前記溶融された相転移物質とそれに混合された微細発熱粒子とを受容する相転移物質チャンバをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の弁ユニット。
【請求項３】
前記相転移物質チャンバは、前記チャンネルの幅を一部拡張させることにより、前記チャンネルの幅より広い幅を有することを特徴とする請求項２に記載の弁ユニット。
【請求項４】
前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記プラグに照射されるようにするために前記電磁波の光路を変更させる光路変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項５】
前記光路変更手段は、少なくとも一つのミラーを備えることを特徴とする請求項４に記載の弁ユニット。
【請求項６】
前記外部エネルギー源は、レーザーを照射するレーザー光源を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項７】
前記レーザー光源は、レーザーダイオードを備えることを特徴とする請求項６に記載の弁ユニット。
【請求項８】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを持つパルスの電磁波であることを特徴とする請求項６に記載の弁ユニット。
【請求項９】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１０ｍＷの出力を持つ連続波の電磁波であることを特徴とする請求項６に記載の弁ユニット。
【請求項１０】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、７５０ないし１３００ｎｍの波長を持つことを特徴とする請求項６に記載の弁ユニット。
【請求項１１】
前記微細発熱粒子は、直径が１ｎｍないし１００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項１２】
前記微細発熱粒子は、疎水性キャリアオイルに分散されていることを特徴とする請求項１１に記載の弁ユニット。
【請求項１３】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質または金属酸化物を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項１４】
前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＨｆＯ２からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１３に記載の弁ユニット。
【請求項１５】
前記微細発熱粒子は、重合体、量子ドット、及び磁性ビーズからなる群から選択される少なくともいずれか一つの粒子形態を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項１６】
前記磁性ビーズは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及び、これらの酸化物からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１５に記載の弁ユニット。
【請求項１７】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の弁ユニット。
【請求項１８】
前記ワックスは、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、及び天然ワックスからなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載の弁ユニット。
【請求項１９】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート及び、ポリビニルアミドからなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載の弁ユニット。
【請求項２０】
前記熱可塑性樹脂は、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＯＭ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＳＵ及び、ＰＶＤＦからなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載の弁ユニット。
【請求項２１】
流体の流路を成すチャンネルと、生化学流体の生化学反応を実施する前記チャンネルに接続された反応チャンバと、を備えた基板と、弁ユニットと、を備えた装置において、
前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質と、前記相転移物質に分散され外部から照射される電磁波の電磁波エネルギーを吸収して発熱する微細発熱粒子と、を含み、前記チャンネルの一部に設けられ、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記微細発熱粒子が発熱して前記相転移物質が溶融し、前記流路が開放されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記弁ユニットは、前記溶融された相転移物質とそれに混合された微細発熱粒子とを受容する相転移物質チャンバをさらに備え、前記相転移物質チャンバは前記チャンネルの一部を成すことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記相転移物質チャンバは、前記チャンネルの幅を一部拡張させることにより、前記チャンネルの幅より広い幅を有することにより成ることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記弁ユニットは、前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記プラグに照射されるようにするための前記電磁波の光路を変更させる光路変更手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記光路変更手段は、少なくとも一つのミラーを備えることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記外部エネルギー源は、レーザーを照射するレーザー光源を含むことを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記レーザー光源は、レーザーダイオードを備えることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを持つパルスの電磁波であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１０ｍＷの出力を持つ連続波の電磁波であることを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、７５０ないし１３００ｎｍの波長を持つことを特徴とする請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記微細発熱粒子は、直径が１ｎｍないし１００μｍであることを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項３２】
前記微細発熱粒子は、疎水性キャリアオイルに分散されていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項３３】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質または金属酸化物を含むことを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項３４】
前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＨｆＯ２からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記微細発熱粒子は、重合体、量子ドット及び磁性ビーズからなる群から選択される少なくともいずれか一つの粒子形態を有することを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項３６】
前記磁性ビーズは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及び、これらの酸化物からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項３８】
前記ワックスは、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、及び天然ワックスからなる群から選択される少なくともいずれか一つのワックスであることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート及び、ポリビニルアミドからなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４０】
前記熱可塑性樹脂は、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＯＭ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＳＵ及び、ＰＶＤＦからなる群から選択される少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項４１】
前記基板は円盤状であり、前記チャンネルは基板の半径方向に延び、前記基板の回転による遠心力により生化学流体が基板の外周方向に送り込まれるように構成されたことを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。
【請求項４２】
前記基板には、複数の前記チャンネルと複数の前記反応チャンバとが備えられることを特徴とする請求項２１ないし請求項２３に記載の装置。   
【請求項４３】
常温で固体である相転移物質を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、
前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記相転移物質が電磁波エネルギーを吸収して溶融し、前記流路が開放されることを特徴とする弁ユニット。
【請求項４４】
流体の流路を成すチャンネルと、生化学流体の生化学反応を実施する前記チャンネルに接続された反応チャンバと、を備えた基板と、前記チャンネルの一部に設けられた弁ユニットと、を備えた装置において、
前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記相転移物質が電磁波エネルギーを吸収して溶融し、前記流路が開放されることを特徴とする装置。
【請求項４５】
前記プラグは、流体と接して配置されることを特徴とする請求項４３に記載の弁ユニット。
【請求項４６】
基板と、
基板に形成され、流体の流路を成すチャンネルと、
前記チャンネルに対向して配置され、相転移物質と前記相転移物質に分散された複数の微細発熱粒子とを含むプラグと、
前記プラグに電磁気波を照射する外部エネルギー源と、を備え、
外部からプラグに前記電磁波が照射されることにより、前記複数の微細発熱粒子が熱を発散して前記相転移物質が溶融し、前記プラグが前記チャンネルにまで膨脹してそのチャンネルを閉塞することを特徴とする弁ユニット。
【請求項４７】
生化学流体の流路を成すチャンネルと、前記チャンネルに接続され、生化学流体の生化学反応がなされる反応チャンバと、を有する基板と、
弁ユニットと、を備え、
前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質を含み、かつ、前記チャンネルに対向して配置されるプラグと、
前記プラグに電磁波を照射する外部エネルギー源と、を備え、
所望のタイミングで外部からプラグに前記電磁波が照射されることにより、前記相転移物質がその電磁波から電磁気エネルギーを吸収して溶融し、前記流路を閉塞してこれを通じた流体の流れを減らすことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体がチャンネルに沿って流れるように所望のタイミングでチャンネルを開放する弁ユニットと、これを備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＰＣＲ反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）のような生化学反応に使われる生化学反応用チップには流体の流路を成す微細チャンネルを含む弁ユニット形成されている。弁ユニットは、生化学流体が流れないように微細チャンネルを遮断し、また、所望のタイミングで前記微細チャンネルを開放して流体が流れるようにするものである。
【０００３】
図１は、従来の弁ユニットを示した平面図であり、２００４年発行されたＡｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．７６の１８２４〜１８３１ページに掲載された公知の弁ユニットである。
【０００４】
図１を参照すれば、従来の弁ユニット１０は、流体Ｆの流路を形成する微細チャンネル１２と、微細チャンネル１２を通じて流体Ｆが流れないように微細チャンネル１２を遮断するパラフィンワックス２０と、パラフィンワックス２０に隣接して設けられる拡張されたチャンネル幅を有するワックスチャンバ１５を備える。流体Ｆが流れることが要求されるタイミングにおいてパラフィンワックス２０に熱Ｈが加えられ、この熱Ｈによってパラフィンワックス２０が溶けて微細チャンネル１２が開放されて、留まっていた流体Ｆが２点鎖線の矢印方向（すなわち、上から下に向かう方向）に流れる。溶けたパラフィンワックス２０は、ワックスチャンバ１５において再び凝結され、流体Ｆの流れを妨害しない。
【０００５】
しかし、従来の弁ユニット１０は、パラフィンワックス２０が加熱により溶けるまで長時間がかかるため、微細チャンネル１２を開放するタイミングの制御を高精度に行うことが難しく、また、パラフィンワックス２０を溶かすための加熱手段を微細チャンネル１２が形成される基板１１に直接実装しなければならないので、小型化が困難であるという問題点がある。さらに、加熱手段を基板１１に直接実装する方式は、基板１１の素材によって熱伝導性に差が生ずるため、微細チャンネル１２を開放するタイミングの制御に関し精度の差が生ずることとなる。したがって、反応用チップの製作コストを削減するためにプラスチック素材を使用する場合は、プラスチック素材の熱伝導性がガラスやシリコンに比べてかなり小さいため、微細チャンネル１２を開放するタイミング制御の精度が低下せざるをえないといった短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、チャンネルの開放がより速やかになされるように改善した弁ユニットと、これを備えた装置とを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の技術的課題を達成するために本発明は、常温で固体である相転移物質と、前記相転移物質に分散され外部から照射される電磁波の電磁波エネルギーを吸収して発熱する微細発熱粒子と、を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記微細発熱粒子が発熱して前記相転移物質が溶融し、前記流路が開放されることを特徴とする弁ユニットと、これを備えた装置でありうる。
【０００８】
望ましくは、前記チャンネルの一部を成し、前記溶融された相転移物質とそれに混合された微細発熱粒子とを受容する相転移物質チャンバをさらに備える。
【０００９】
また、前記相転移物質チャンバは、前記チャンネルの幅を一部拡張させることにより、前記チャンネルの幅より広い幅を有しうる。
【００１０】
前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記プラグに照射されるようにするために前記電磁波の光路を変更させる光路変更手段をさらに備えうる。
【００１１】
前記光路変更手段は、少なくとも一つのミラーを備える。
【００１２】
前記外部エネルギー源は、レーザーを照射するレーザー光源を含みうる。
【００１３】
前記レーザー光源は、レーザーダイオードを備えうる。
【００１４】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを持つパルスの電磁波でありうる。
【００１５】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１０ｍＷの出力を持つ連続波の電磁波でありうる。
【００１６】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、７５０ないし１３００ｎｍの波長を持ちうる。
【００１７】
前記微細発熱粒子は、直径が１ｎｍないし１００μｍでありうる。
【００１８】
前記微細発熱粒子は、疎水性キャリアオイルに分散されていてもよい。
【００１９】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質または金属酸化物を含んでもよい。
【００２０】
前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＨｆＯ２からなる群から選択される少なくとも一つを含みうる。
【００２１】
前記微細発熱粒子は、重合体、量子ドット、及び磁性ビーズからなる群から選択される少なくともいずれか一つの粒子形態を有しうる。
【００２２】
前記磁性ビーズは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及び、これらの酸化物からなる群から選択される少なくとも一つを含みうる。
【００２３】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００２４】
前記ワックスは、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、及び天然ワックスからなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００２５】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート及び、ポリビニルアミドからなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００２６】
前記熱可塑性樹脂は、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＯＭ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＳＵ及び、ＰＶＤＦからなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００２７】
また、本発明に係る装置は、流体の流路を成すチャンネルと、生化学流体の生化学反応を実施する前記チャンネルに接続された反応チャンバと、を備えた基板と、弁ユニットと、を備えた装置であって、前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質と、前記相転移物質に分散され外部から照射される電磁波の電磁波エネルギーを吸収して発熱する微細発熱粒子と、を含み、前記チャンネルの一部に設けられ、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記微細発熱粒子が発熱して前記相転移物質が溶融し、前記流路が開放されうる。
【００２８】
前記弁ユニットは、前記溶融された相転移物質とそれに混合された微細発熱粒子とを受容する相転移物質チャンバをさらに備え、前記相転移物質チャンバは前記チャンネルの一部を成しうる。
【００２９】
前記相転移物質チャンバは、前記チャンネルの幅を一部拡張させることにより、前記チャンネルの幅より広い幅を有しうる。
【００３０】
前記弁ユニットは、前記外部エネルギー源から照射された電磁波が前記プラグに照射されるようにするための前記電磁波の光路を変更させる光路変更手段をさらに備えうる。
【００３１】
前記光路変更手段は、少なくとも一つのミラーを備えうる。
【００３２】
前記外部エネルギー源は、レーザーを照射するレーザー光源を含みうる。
【００３３】
前記レーザー光源は、レーザーダイオードを備えうる。
【００３４】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを持つパルスの電磁波でありうる。
【００３５】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、少なくとも１０ｍＷの出力を持つ連続波の電磁波でありうる。
【００３６】
前記レーザー光源から照射されるレーザーは、７５０ないし１３００ｎｍの波長でありうる。
【００３７】
前記微細発熱粒子は、直径が１ｎｍないし１００μｍでありうる。
【００３８】
前記微細発熱粒子は、疎水性キャリアオイルに分散されていてもよい。
【００３９】
前記微細発熱粒子は、強磁性物質または金属酸化物を含みうる。
【００４０】
前記金属酸化物は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＨｆＯ２からなる群から選択される少なくとも一つを含みうる。
【００４１】
前記微細発熱粒子は、重合体、量子ドット及び磁性ビーズからなる群から選択される少なくともいずれか一つの粒子形態を有しうる。
【００４２】
前記磁性ビーズは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ及び、これらの酸化物からなる群から選択される少なくとも一つを含みうる。
【００４３】
前記相転移物質は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００４４】
前記ワックスは、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、及び天然ワックスからなる群から選択される少なくともいずれか一つのワックスでありうる。
【００４５】
前記ゲルは、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート及び、ポリビニルアミドからなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００４６】
前記熱可塑性樹脂は、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＯＭ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＳＵ及び、ＰＶＤＦからなる群から選択される少なくともいずれか一つでありうる。
【００４７】
前記基板は円盤状であり、前記チャンネルは基板の半径方向に延び、前記基板の回転による遠心力により生化学流体が基板の外周方向に送り込まれるように構成されうる。
【００４８】
前記基板には、複数の前記チャンネルと複数の前記反応チャンバとが備えられうる。
【００４９】
また、本発明に係る弁ユニットは、常温で固体である相転移物質を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記相転移物質が電磁波エネルギーを吸収して溶融し、前記流路が開放されうる。
【００５０】
また、本発明に係る装置は、流体の流路を成すチャンネルと、生化学流体の生化学反応を実施する前記チャンネルに接続された反応チャンバと、を備えた基板と、前記チャンネルの一部に設けられた弁ユニットと、を備えた装置において、前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質を含み、流体の流路を成すチャンネルを閉塞することにより流体の流れを遮断するプラグと、前記プラグに電磁波を照射するための外部エネルギー源と、を備え、前記プラグに外部から電磁波が照射されることにより、前記相転移物質が電磁波エネルギーを吸収して溶融し、前記流路が開放されうる。
【００５１】
前記プラグは、流体と接して配置されうる。
【００５２】
また、本発明に係る弁ユニットは、基板と、基板に形成され、流体の流路を成すチャンネルと、前記チャンネルに対向して配置され、相転移物質と前記相転移物質に分散された複数の微細発熱粒子とを含むプラグと、前記プラグに電磁気波を照射する外部エネルギー源と、を備え、外部からプラグに前記電磁波が照射されることにより、前記複数の微細発熱粒子が熱を発散して前記相転移物質が溶融し、前記プラグが前記チャンネルにまで膨脹してそのチャンネルを閉塞しうる。
【００５３】
さらに、本発明に係る装置は、生化学流体の流路を成すチャンネルと、前記チャンネルに接続され、生化学流体の生化学反応がなされる反応チャンバと、を有する基板と、弁ユニットと、を備え、前記弁ユニットは、常温で固体である相転移物質を含み、かつ、前記チャンネルに対向して配置されるプラグと、前記プラグに電磁波を照射する外部エネルギー源と、を備え、所望のタイミングで外部からプラグに前記電磁波が照射されることにより、前記相転移物質がその電磁波から電磁気エネルギーを吸収して溶融し、前記流路を閉塞してこれを通じた流体の流れを減らしうる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明に係る弁ユニットはワックスのみによるプラグを備えた従来の弁ユニットと比較して、チャンネル開放の反応速度が速く、開放のタイミングの制御を高精度に行うことが可能である。また、前記弁ユニットを備えた装置は、ワックスを加熱するための加熱手段を基板に実装する必要はないため基板を小型化できる。
【００５５】
また、本発明の実施形態に係る弁ユニットは、複数のプラグに対してプラグの数より少ない数の外部エネルギー源を備えうるので、弁ユニット及びこれを備えた装置のコストダウンが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る弁ユニット及び、これを備えた装置について詳細に説明する。
【００５７】
図２は、本発明の実施形態に係る弁ユニットを示した断面図であり、図３及び図４は、図２の弁ユニットの基板を図示した平面図であり、図３は、チャンネルの遮断状態、図４は、チャンネルの開放状態を示す図面である。図２は、図３の弁ユニットを（ｉ）−（ｉ）において切断したときの断面図である。
【００５８】
図２ないし図４に示すように、本発明に係る弁ユニット５０Ａは、チャンネル５５により形成された流路を遮断するプラグ６０と、プラグ６０に電磁波を照射するための外部エネルギー源の一例として、レーザーを照射するためのレーザー光源７０とを備える。チャンネル５５は、母材５１に形成される。母材５１は、例えば、図７に示したように、装置１００を構成する基板１１０でありうる。母材５１は、その外部に設けられたレーザー光源７０から照射されたレーザーがプラグ６０に入射されることができるように、例えば、透明ガラスなどのレーザー透過可能な素材からなる。透明プラスチック素材はレーザー透過が可能であり、低コストであるという点で望ましい素材である。
【００５９】
プラグ６０は、常温で固体状態の相転移物質と、相転移物質に均一に分散された複数の微細発熱粒子とを含んでなり、チャンネル５５の特定部分の内壁を緻密に閉塞することにより流体Ｆの流れを遮断する。相転移物質はワックスでありうる。ワックスは加熱されれば溶融して液体状態になり、これでプラグ６０が崩壊して流体Ｆの流路が開放される。プラグ６０を構成するワックスは適当な融点を持つことが望ましい。融点が高過ぎると、レーザー照射を始めてから溶融されるまでに長時間要するため、開放するタイミングの制御を高精度に行うことが困難となる。一方、逆に融点が低過ぎると、レーザーが照射されない状態においても部分的に溶融され、流体Ｆが漏れるおそれがあるためである。ワックスとしては、例えば、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、合成ワックス、または天然ワックスなどを用いうる。
【００６０】
一方、相転移物質はゲルまたは熱可塑性樹脂でありうる。ゲルとしては、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、またはポリビニルアミドなどを用いうる。また、熱可塑性樹脂としては、ＣＯＣ、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＯＭ、ＰＦＡ、ＰＶＣ、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＳＵ、またはＰＶＤＦなどを用いうる。
【００６１】
微細発熱粒子は、数千μｍの幅を有するチャンネル５５内において自在に流動できるように１ｎｍないし１００μｍの直径を有する。微細発熱粒子は、例えば、レーザーのような電磁波が照射されれば、その輻射エネルギーにより温度が急激に上昇して発熱する性質を有し、かつ、ワックス内において均一に分散される性質を有する。このような性質を有するためには、微細発熱粒子は金属成分を含むコアを有する疎水性表面構造を有しうる。例えば、微細発熱粒子は、Ｆｅからなるコアと、Ｆｅに結合されてＦｅを包む複数の界面活性成分を備えた分子構造を有することができる。通常微細発熱粒子はキャリアオイルに分散された状態にして保管される。疎水性表面構造を有する微細発熱粒子が均一に分散されるようにキャリアオイルも疎水性であることが望ましい。ワックスに微細発熱粒子が分散されたキャリアオイルを注ぎ、混合することによって、プラグ６０の素材を製造できる。微細発熱粒子の粒子形態は、例として挙げた重合体の形態に限定されるものではなく、量子ドットまたは磁性ビーズの形態でもありうる。
【００６２】
図５は、純粋パラフィンワックスと、レーザー照射により発熱する微細発熱粒子が含まれたパラフィンワックスにレーザーを照射し、それぞれの融点到達時間を比較したグラフを示したものである。
【００６３】
実線で示したものが、純粋（１００％）パラフィンワックスの温度グラフであり、点線で示したものが、平均直径１０ｎｍの微細発熱粒子が分散されたキャリアオイルとパラフィンワックスとが１対１割合で混合された５０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスの温度グラフであり、二点鎖線で示したものが、平均直径１０ｎｍの微細発熱粒子が分散されたキャリアオイルとパラフィンワックスとが１対４割合で混合された２０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスの温度グラフである。実験には、波長が８０８μｍであるレーザーを使用した。パラフィンワックスの融点はおおよそ６８ないし７４℃である。図５に示すように、純粋パラフィンワックスは、レーザー照射後２０秒以上が経過して初めて融点を到達する（（ｉｉ）参照）。一方、５０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックス及び２０％不純物（微細発熱粒子）パラフィンワックスは、レーザー照射後に急速に加熱されて約５秒で融点に到達することが確認できる（（ｉ）参照）。
【００６４】
微細発熱粒子は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはこれらの酸化物である強磁性物質を成分として含みうる。また、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４または、ＨｆＯ２などの金属酸化物を成分として含みうる。強磁性物質が含まれた微細発熱粒子は、磁石を利用して容易に位置を調整することができる。したがって、ワックスと微細発熱粒子とが混合されたプラグ素材をチャンネルに挿入した後、母材５１の外部から磁石をプラグ素材の近くに付けてチャンネル５５に沿って動かせば、ワックスを含むプラグ素材全体が磁石に引かれてチャンネル５５に沿って動く。このような性質を利用して容易にチャンネル５５上の必要な位置にプラグ６０を位置させることができる。
【００６５】
レーザー光源７０は、レーザーダイオードを備えることができる。弁ユニット５０Ａのレーザー光源７０として用いるためには、パルスレーザーを照射するレーザー光源の場合は、少なくとも１ｍＪ／ｐｕｌｓｅのエネルギーを有することが必要であり、連続的に波動レーザーを照射するためのレーザー光源の場合は、少なくとも１０ｍＷの出力を有することが必要である。図５を用いて説明した実験においては、波長が８０８μｍであるレーザーを照射するレーザー光源を使用したが、レーザー光の波長は必ずしもこの波長に限定されるものではなく、波長が７５０ないし１３００μｍであるレーザーを照射するレーザー光源であれば、弁ユニット５０Ａのレーザー光源７０として使用しうる。
【００６６】
弁ユニット５０Ａは、レーザー照射によりワックスが溶融されてチャンネル５５が開放される時、溶融されたワックスとそれに混合された微細発熱粒子を受容するための相転移物質チャンバ６５をさらに備える。相転移物質チャンバ６５は、チャンネル５５内にプラグ６０に隣接して形成され、チャンネル５５の内側面で段差を有するかたちでチャンネルの幅Ｗ１に対し拡張された幅Ｗ２を有する。
【００６７】
図２に示した通り、レーザー光源７０からレーザーがプラグ６０に向かって照射されれば、ワックスに分散されている微細発熱素子がレーザーのエネルギーにより温度が急激に上昇して発熱し、この発熱がワックスを急激に加熱してワックスが速かに溶融される。そして、プラグ６０は崩壊され、留まっていた流体Ｆがチャンネル５５に沿って流れ、図４に示すように、ワックスとこれに分散された微細発熱粒子は相転移物質チャンバ６５に受容されて再び凝結する。参照番号６１は、このように再び凝結されたワックス及び微細発熱粒子を示す。
【００６８】
図６は、本発明の他の実施形態に係る弁ユニットの断面図を示したものである。
【００６９】
図６に示す通り、弁ユニット５０Ｂは、図２ないし図４に示した弁ユニット５０Ａと同様にチャンネル５５により形成される流路を遮断するプラグ６０と、レーザーを照射するレーザー光源７０と、流路が開放される時にワックスとこれに分散された微細発熱粒子を受容する相転移物質チャンバ６５とを備える。弁ユニット５０Ｂのレーザー光源７０は、プラグ６０に向かってレーザーを照射しない。弁ユニット５０Ｂは、レーザー光源７０から照射されたレーザーがプラグ６０に向かうように前記レーザーの光路を変更させる光路変更手段を備え、その光路変更手段は、一対のミラー７２、７４を備えることによりなっている。レーザー光源７０から照射されたレーザーは、第１ミラー７２と第２ミラー７４に順に反射されて母材５１を透過してプラグ６０に入射される。
【００７０】
レーザー光源７０の数とプラグ６０の数とは１対１に対応しないこともある。例えば、母材５１に複数のチャンネル５５が形成されている場合にプラグ６０が複数個備えられる場合や、たとえ一つのチャンネル５５だけ形成されているとしても、その一つのチャンネル５５にプラグ６０が複数個備えられる場合などである。この場合に適切な光路変更手段が備えられれば、一つ、もしくはプラグ６０の数より少ないレーザー光源７０によって複数のプラグ６０にレーザーを照射することができる。
【００７１】
図７は、本発明の実施形態に係る弁ユニットを備えた装置の斜視図を示したものである。
【００７２】
図７に示す通り、前記装置１００は、円盤形態の基板１１０と、基板１１０を回転させるためのスピンドルモータ１０５と、基板１１０に向けてレーザーを照射するレーザー光源１２５とを備える。基板１１０は、図２ないし図４の母材５１に対応するものであり、基板１１０には、流体の流路を形成する複数のチャンネル１１２と、各チャンネル１１２上に設けられた反応チャンバ１１５とを備える。反応チャンバ１１５は、流体の反応が進む場所である。各チャンネル１１２は、基板１１０の半径方向に伸び、基板１１０の中心部に近いチャンネル１１２の一の端部には流体の流入口１１７が、基板１１０の外周部に近いチャンネル１１２の他の端部には流体の流出口１１９が設けられる。流入口１１７を通じてチャンネル１１２に流入される流体は、基板１１０の回転による遠心力により基板１１０の外周方向、すなわち、流出口１１９に向かう方向に送り込まれる。図７には、チャンネル１１２を一対図示しているが、これは例に過ぎず、３個以上のチャンネルが備えられてもよく、一つのチャンネルだけ備えられてもよい。
【００７３】
レーザー光源から照射されたレーザーが入射される基板１１０上の位置には、流体の流れを遮断するためのプラグ１２１が設けられる。プラグ１２１は、図２ないし図４を用いて説明したプラグ６０に対応するものであり、プラグ１２１とレーザー光源１２５とが本発明に係る弁ユニット１２０を構成する。弁ユニット１２０は、図２ないし図４を参照して説明した弁ユニット５０Ａに対応するので、弁ユニット５０Ａを構成するプラグ１２１とレーザー光源１２５についての詳細な説明は省略する。
【００７４】
図７に示していないが、チャンネル１１２上にも溶融されたワックスとこれに混合された微細発熱粒子を受容するための相転移物質チャンバ６５（図２ないし図４参照）がさらに備えられうる。また、一つのレーザー光源１２５で基板１１０上に備えられた複数のプラグ１２１にレーザーを照射できるように、例えば、ミラー７２、７４（図６参照）などを備えて構成された適切な光路変更手段がさらに備えられてもよい。
【００７５】
また、微細発熱粒子を含まずに相転移物質だけからなるプラグに電磁波を照射してプラグを溶融させることによって流路を開放する弁ユニットと、これを備えた装置も当然に本発明に含まれる。
【００７６】
以上、図面に示した実施形態をもとに本発明について説明したが、上述した本発明の実施形態は例示的なものに過ぎない。従って、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明に基づいて、上述した本発明に係る実施形態に対する多様な変形及び均等な他の実施形態が存在することを認識できるであろう。本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明により定められなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、生化学反応用チップなどに好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来弁ユニットの一例を図示した平面図である。
【図２】本発明に係る実施形態による弁ユニットを図示した断面図である。
【図３】図２の弁ユニットの基板を図示した平面図であり、チャンネルの遮断状態を示す図面である。
【図４】図２の弁ユニットの基板を図示した平面図であり、チャンネルの開放状態を示す図面である。
【図５】純粋パラフィンワックスと、レーザー照射により発熱する微細発熱粒子が含まれたパラフィンワックスとにレーザーを照射する場合のそれぞれの融点到達時間を比較して示すグラフである。
【図６】本発明に係る他の実施形態による弁ユニットを示す断面図である。
【図７】本発明に係る実施形態による弁ユニットを備えた装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０    従来の弁ユニット、
１１    基板、
１２    微細チャンネル、
１５    ワックスチャンバ、
２０    パラフィンワックス、
５０Ａ    弁ユニット、
５１    母材、
５５    チャンネル、
６０    プラグ、
６５    相転移物質チャンバ、
７０    レーザー光源、
１０５    スピンドルモータ、
１１０    基板、
１１２    チャンネル、
１１５    反応チャンバ、
１１７    液体の流入口、
１１９    液体の流出口、
１２０    弁ユニット、
１２１    プラグ、
１２５    レーザー光源、
Ｆ    流体、
Ｈ    熱。
【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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