(57)【要約】    【課題】  耐圧性を向上し、設置面積、流路体積、及びデッドボリュームを小さくすることができると共にバルブ制御を円滑に行うことができるマイクロバルブを提供する。    【解決手段】  マイクロバルブ１００は、液体試料の流路１０１を有する樹脂ブロック１０２と、樹脂ブロック１０２の底面１０２ａに上面１０３ａが当接する樹脂ブロック１０３と、樹脂ブロック１０２に内挿され、流路１０１と導通するパイプ導通口１０４を側面に有するパイプ１０５と、パイプ１０５を介して樹脂ブロック１０２，１０３に回転可能に内挿され、流路１０１と導通するチューブ導通口１０６を側面に有するチューブ１０７と、樹脂ブロック１０２に内挿され、チューブ１０７と樹脂ブロック１０３内に形成された当接面１１０において接続するチューブ１０８と、樹脂ブロック１０２における流路１０１に一端側が内挿されたチューブ１０９とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料の流路を有する第１の収容体と、前記第１の収容体に当接する第２の収容体と、前記第１及び第２の収容体に回転可能に内挿され、前記流路と導通する導通口を側面に有する第１のチューブと、前記第２の収容体に内挿され、前記第１のチューブと前記第２の収容体内に形成された当接面において接続する第２のチューブとを備えることを特徴とするマイクロバルブ。
【請求項２】
前記第１の収容体に内挿されたパイプを備え、前記第１のチューブは前記パイプに内挿されることを特徴とする請求項１記載のマイクロバルブ。
【請求項３】
前記パイプは金属又はセラミックスから成ることを特徴とする請求項２記載のマイクロバルブ。
【請求項４】
前記第１のチューブは前記導通口の周辺部分における外径が前記導通口の周辺部分以外の少なくとも一部分における外径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項５】
前記第１の収容体における流路と接続される第３のチューブを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項６】
前記第１の収容体における前記導通口付近の部分は撥水性を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項７】
前記第１の収容体における前記導通口付近の部分に対する前記液体試料の接触角が９０度以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項８】
前記第２の収容体における前記当接面付近の部分は撥水性を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【請求項９】
前記第２の収容体における前記当接面付近の部分に対する前記液体試料の接触角が９０度以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロバルブに関し、特にマイクロ化学チップ用のマイクロバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、小さなガラス基板等に形成した微細な流路の中で液中試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うことを目的としたマイクロ化学チップの開発が進められている。
【０００３】
このマイクロ化学チップに使用できる従来のバルブは、通常、マイクロ化学チップから離れた位置に設置されているため、マイクロ化学チップと接続するためには長い送液用チューブを介さなければならず、送液に時間がかかったり、送液に高圧を要したりするといった問題があり、また、バルブからマイクロ化学チップまでの送液用チューブを液体試料が流れる間に異なる濃度の液体試料や異物が液体試料に混ざってしまい、微量分析を行うことができないという問題があった。
【０００４】
そこで、バルブ及びマイクロ化学チップ間の距離を小さくすべく、バルブをマイクロ化学チップの上に直接載置する試みがなされている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３４０７９７号公報
【特許文献２】特開２００５−１３９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バルブをマイクロ化学チップの上に直接載置すると、以下のような問題があった。
【０００６】
上記バルブはマイクロ化学チップ（例えば、縦３０ｍｍ、横７０ｍｍのもの）と比較してフットプリント（設置面積）が大きく、実装数が限定されてしまうという問題がある。
【０００７】
さらに、上記バルブは、弾性体から成る隔膜（ダイヤフラム）で形成されたポンプ室の一部を膨張及び圧縮してポンプ室の容積を増減させるダイヤフラム方式を採用しており、耐圧値が１気圧以下と低いと共にデッドボリュームが大きいことに加えて、バルブ開閉時にダイヤフラムの下部に存在する液体試料が押圧されることにより、押圧された液体試料の体積分の液体が移動してバルブ開閉時における液体試料の流動が乱れてしまうという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、耐圧性を向上し、設置面積、流路体積、及びデッドボリュームを小さくすることができると共にバルブ制御を円滑に行うことができるマイクロバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロバルブは、液体試料の流路を有する第１の収容体と、前記第１の収容体に当接する第２の収容体と、前記第１及び第２の収容体に回転可能に内挿され、前記流路と導通する導通口を側面に有する第１のチューブと、前記第２の収容体に内挿され、前記第１のチューブと前記第２の収容体内に形成された当接面において接続する第２のチューブとを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載のマイクロバルブは、請求項１記載のマイクロバルブにおいて、前記第１の収容体に内挿されたパイプを備え、前記第１のチューブは前記パイプに内挿されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載のマイクロバルブは、請求項２記載のマイクロバルブにおいて、前記パイプは金属又はセラミックスから成ることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載のマイクロバルブは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第１のチューブは前記導通口の周辺部分における外径が前記導通口の周辺部分以外の少なくとも一部分における外径よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載のマイクロバルブは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第１の収容体における流路と接続される第３のチューブを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載のマイクロバルブは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第１の収容体における前記導通口付近の部分は撥水性を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載のマイクロバルブは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第１の収容体における前記導通口付近の部分に対する前記液体試料の接触角が９０度以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載のマイクロバルブは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第２の収容体における前記当接面付近の部分は撥水性を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載のマイクロバルブは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記第２の収容体における前記当接面付近の部分に対する前記液体試料の接触角が９０度以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載のマイクロバルブによれば、第１の収容体と第２の収容体に第１のチューブを回転可能に内挿しているので、耐圧性を向上させることができ、また、第１の収容体に第１のチューブを回転可能に内挿すると共に第１のチューブに導通口を設けてバルブ機能を実現しているので、設置面積を小さくすることができると共に異なる液体試料が混合するのを防止することができ、また、第１のチューブと第２のチューブが第２の収容体内で接続されるので、第１のチューブが回転しても第２のチューブが回転せず、流路面積を小さくすることができると共にデッドボリュームも小さくすることができる。
【００１９】
請求項２記載のマイクロバルブによれば、第１のチューブは第１の収容体に内挿されたパイプに内挿されるので、導通口を相対的に小さくして液漏れが発生するのを防止することができ、もってバルブ性能を向上させることができる。
【００２０】
請求項３記載のマイクロバルブによれば、パイプは金属又はセラミックスから成るので、耐腐食性及び剛性を向上させることができる。
【００２１】
請求項４記載のマイクロバルブによれば、第１のチューブは導通口の周辺部分における外径が導通口の周辺部分以外の少なくとも一部分における外径よりも大きいので、導通口を相対的に小さくして液漏れが発生するのを防止することができ、もってバルブ性能を向上させることができる。
【００２２】
請求項５記載のマイクロバルブによれば、第３のチューブが第１の収容体における流路と接続されるので、流路体積を小さくすることができる。
【００２３】
請求項６記載のマイクロバルブによれば、第１の収容体における導通口付近の部分は撥水性を有するので、第１の収容体における導通口付近の部分の耐圧性を高くすることができる。
【００２４】
請求項７記載のマイクロバルブによれば、第１の収容体における導通口付近の部分に対する液体試料の接触角が９０度以上であるので、第１の収容体における導通口付近の部分の耐圧性を高くすることができる。
【００２５】
請求項８記載のマイクロバルブによれば、第２の収容体における当接面付近の部分は撥水性を有するので、第２の収容体における当接面付近の部分の耐圧性を高くすることができる。
【００２６】
請求項９記載のマイクロバルブによれば、第２の収容体における当接面付近の部分に対する液体試料の接触角が９０度以上であるので、第２の収容体における当接面付近の部分の耐圧性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブについて図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るマイクロバルブの構成を概略的に示す図である。
【００２９】
図１において、マイクロバルブ１００は、液体試料の流路１０１を有する樹脂ブロック１０２（第１の収容体）と、樹脂ブロック１０２の底面１０２ａに上面１０３ａが当接する樹脂ブロック１０３（第２の収容体）と、樹脂ブロック１０２に内挿され、流路１０１と導通するパイプ導通口１０４を側面に有する外径１．６ｍｍ、内径０．５ｍｍのパイプ１０５と、パイプ１０５を介して樹脂ブロック１０２，１０３に回転可能に内挿され、流路１０１と導通するチューブ導通口１０６を側面に有する外径０．５ｍｍ、内径０．２ｍｍのチューブ１０７（第１のチューブ）と、樹脂ブロック１０２に内挿され、チューブ１０７と樹脂ブロック１０３内に形成された当接面１１０において接続するチューブ１０８（第２のチューブ）と、樹脂ブロック１０２における流路１０１に一端側が内挿されたチューブ１０９（第３のチューブ）とを備える。ここで、樹脂ブロック１０２と樹脂ブロック１０３はスペーサを介して当接されていてもよい。なお、マイクロバルブ１００は、樹脂ブロック１０３がマイクロ化学チップ（不図示）上に載置されることにより、マイクロ化学チップと接続される。
【００３０】
例えば、マイクロバルブ１００がチューブ１０７のみから構成される場合、マイクロ化学チップ（不図示）に接続されるチューブ１０７の一端が固定されると、バルブ開閉のためのチューブ１０７の回転によってねじれが生じて、マイクロバルブ１００が適切に機能しない（例えば、チューブ１０７が元の状態に戻ろうとするため、自然にマイクロバルブ１００が開状態に戻ってしまうこと等）。ここで、チューブ１０７を十分に長くすれば、ねじれが生じても、ねじれの応力が分散されるため問題は生じないが、チューブ１０７の流路体積が大きくなり、流路１０１及びマイクロ化学チップ間のバルブ制御を行うマイクロバルブ１００として好ましくない。そこで、チューブ１０７の流路体積を小さくするために、チューブ１０７の下端側を樹脂ブロック１０３に挿入し、樹脂ブロック１０３内に形成された当接面１１０において、チューブ１０７の下端面１０７ａがチューブ１０７の外径とほぼ同径のチューブ１０８の上端面１０８ａと当接して接続する。これにより、マイクロバルブ１００の開閉時に生じるねじれに起因する不具合を解消することができる。
【００３１】
このとき、樹脂ブロック１０２，１０３に設けられたチューブ１０７，１０８が内挿されるための孔の孔径をチューブ１０７，１０８の外径よりも２０μｍ〜３０μｍ小さくすると、液体試料の漏れを抑制しつつチューブ１０７，１０８を回転することができる。
【００３２】
また、樹脂ブロック１０２，１０３には耐薬品性等の観点から、フッ素製樹脂、特にテフロン（登録商標）が用いられ、パイプ１０５には耐薬品性及び剛性の観点から、ＳＵＳ（鉄−ニッケル−クロム合金、又は鉄−クロム合金）が用いられ、チューブ１０７，１０８，１０９には、耐薬品性等の観点から、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）が用いられている。
【００３３】
また、樹脂ブロック１０２におけるチューブ導通口１０６付近の部分は撥水性を有し、この部分に対する液体試料の接触角が９０度以上であり、樹脂ブロック１０３における当接面１１０付近の部分は撥水性を有し、この部分に対する液体試料の接触角が９０度以上である。
【００３４】
以下、図１のマイクロバルブ１００の組み立て方法について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
まず、図２に示すように、チューブ１０７が内挿されたパイプ１０５を樹脂ブロック１０２に内挿する。この初期段階では、パイプ導通口１０４は流路１０１に接続されていない。
【００３６】
次に、図３（ａ）に示すように、樹脂ブロック１０３の上面１０３ａを樹脂ブロック１０２の底面１０２ａに突き当てて、図３（ｂ）に示すように、パイプ導通口１０４と流路１０１との位置合わせを行い、パイプ導通口１０４と流路１０１とを接続する。なお、樹脂ブロック１０２の底面１０２ａとパイプ１０５の下端面１０５ａを合わせれば、パイプ導通口１０４と流路１０１が位置合わせされるように設計するのが好ましい。
【００３７】
最終段階として、図４に示すように、チューブ１０８を下から樹脂ブロック１０３に挿入する。
【００３８】
ここで、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、先に、樹脂ブロック１０２及び樹脂ブロック１０３を当接させておいて、最後に、チューブ１０７が内挿されたパイプ１０５を上から樹脂ブロック１０２に挿入することも考えられるが、この場合、パイプ１０５にストッパー１０５ｂを設ける必要が生ずる。
【００３９】
以下、図１のマイクロバルブ１００におけるバルブ制御（オンオフ制御）について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図６は、図１のマイクロバルブ１００におけるバルブ制御（オンオフ制御）を説明する断面図であり、（ａ）は液体試料が導通する状態（オン状態）を示し、（ｂ）は液体試料が導通しない状態（オフ状態）を示す。
【００４１】
図６（ａ），図６（ｂ）に示すように、パイプ１０５が外装されたチューブ１０７を回転させることにより、樹脂ブロック１０２における流路１０１からチューブ１０７への液体試料の導通を円滑にバルブ制御（オンオフ制御）することができる。
【００４２】
本実施の形態によれば、樹脂ブロック１０２と樹脂ブロック１０３にチューブ１０７を回転可能に内挿しているので、耐圧性を向上させることができ、また、樹脂ブロック１０２にチューブ１０７を回転可能に内挿すると共にチューブ１０７にチューブ導通口１０６を設けてバルブ機能を実現しているので、設置面積を小さくすることができると共に異なる液体試料が混合するのを防止することができ、また、チューブ１０７とチューブ１０８が樹脂ブロック１０３内で接続されるので、チューブ１０７が回転してもチューブ１０８が回転せず、流路面積を小さくすることができると共にデッドボリュームも小さくすることができる。
【００４３】
即ち、本実施の形態によれば、チューブ１０７はチューブ１０８と樹脂ブロック１０３内に形成された当接面１１０において接続されるので、耐圧性を向上し、設置面積、流路体積、及びデッドボリュームを小さくすることができると共に、液体試料の流れを乱すことなくバルブ制御を円滑に行うことができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、パイプ１０５がチューブ１０７を外装しているので、チューブ１０７の外径が小さくて相対的にチューブ導通口１０６が大きい場合であっても、チューブ１０７の外径を変更することなく、相対的にチューブ導通口１０６を小さくして液漏れが発生するのを防止することができ、もってバルブ性能を向上させることができる。
【００４５】
本実施の形態では、樹脂ブロック１０２と樹脂ブロック１０３とが別体となっているが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、樹脂ブロック１０２と樹脂ブロック１０３とが一体となっていてもよい。この場合、マイクロバルブ１００は、ＳＵＳ（鉄−ニッケル−クロム合金、又は鉄−クロム合金）製のコネクタ７１を介してマイクロ化学チップ７０と接続されている。
【００４６】
本実施の形態では、チューブ１０７がパイプ１０５に内挿されているが、これに限定されるものではなく、図８に示すように、樹脂ブロック１０２に直接内挿されていてもよい。この場合、図９（ａ），図９（ｂ）に示すように、チューブ１０７はチューブ導通口１０６の周辺部分の外径が周辺部分以外の外径よりも大きくなっていることが好ましい。これにより、相対的にチューブ導通口１０６を小さくして液漏れが発生するのを防止することができ、もってバルブ性能を向上させることができる。さらに、チューブ１０７が、樹脂ブロック１０２に直接内挿されている場合、チューブ１０７の側面及び樹脂ブロック１０２における孔の側面、すなわちチューブ１０７の回転時における摩擦部分に、滑り性を良くした表面処理（例えば、研磨などの表面を平滑にする処理や、表面に潤滑剤を塗布する処理など）を行って回転トルクを下げることが好ましい。
【００４７】
本実施の形態では、チューブ１０９の一端側が樹脂ブロック１０２における流路１０１内に挿入されているが、これに限定されるものではなく、チューブ１０９が接続部１２０において直接又はコネクタ(不図示)を介して流路１０１に接続されていてもよい（図１０）。
【００４８】
本実施の形態では、流路１０１、パイプ導通口１０４、及びチューブ導通口１０６は夫々１個設置されているが、これに限定されるものではなく、図１１に示すように、夫々複数個設置されていていてもよい。
【００４９】
本実施の形態では、樹脂ブロック１０２，１０３の材料としてテフロン（登録商標）を用いているが、これに限定されるものではなく、他の樹脂や金属を母材とし、所定部分（例えば、樹脂ブロック１０２におけるチューブ導通口１０６付近の部分や、樹脂ブロック１０３における当接面１１０付近の部分）に、使用される液体試料の濡れ性が低い材料（液体試料の接触角が９０度以上である材料）をコーティングしてもよい。
【００５０】
本実施の形態では、パイプ１０５はＳＵＳ（鉄−ニッケル−クロム合金、又は鉄−クロム合金）から成るが、これに限定されるものではなく、耐腐食性及び剛性が高い材料であれば何であってもよく、例えば、他の金属やセラミックから成っていてもよい。
【００５１】
本実施の形態では、チューブ１０７，１０８，１０９にＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）を用いているが、これに限定されるものではなく、耐薬品性が高く、使用する液体試料に対して安定な材料であれば何を用いてもよく、例えば、テフロン(登録商標)、パイレックス(登録商標)ガラス、ＳＵＳ３１６を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態に係るマイクロバルブの構成を概略的に示す図である。
【図２】図１のマイクロバルブの組み立て方法における初期段階を説明する図である。
【図３】図１のマイクロバルブの組み立て方法における位置合わせを説明する図であり、（ａ）は樹脂ブロックの上面を他の樹脂ブロックの底面に突き当てる様子を示し、（ｂ）はパイプ導通口と流路とが接続された状態を示す。
【図４】図１のマイクロバルブの組み立て方法における最終段階を説明する図である。
【図５】図１のマイクロバルブの組み立て方法の変形例を説明する図であり、（ａ）はパイプを樹脂ブロックに内挿する前の状態を示し、（ｂ）はパイプを樹脂ブロックに内挿した後の状態を示す。
【図６】図１のマイクロバルブにおけるバルブ制御（オンオフ制御）を説明する断面図であり、（ａ）は液体試料が導通する状態（オン状態）を示し、（ｂ）は液体試料が導通しない状態（オフ状態）を示す。
【図７】図１のマイクロバルブの第１の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図８】図１のマイクロバルブの第２の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図９】図１のマイクロバルブの第３の変形例の構成を概略的に示す図であり、（ａ）はチューブ導通口の周辺部分の外径が周辺部分以外の外径よりも大きくなっていることを示し、（ｂ）は図９（ａ）の変形例を示す。
【図１０】図１のマイクロバルブの第４の変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１１】図１のマイクロバルブの第５の変形例の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００  マイクロバルブ
１０１  流路
１０２  樹脂ブロック
１０３  樹脂ブロック
１０４  パイプ導通口
１０５  パイプ
１０６  チューブ導通口
１０７  チューブ
１０８  チューブ
１０９  チューブ
１１０  当接面
【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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【図１１】
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