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JP6068850B2 - 流体取扱装置および流体取扱方法 - Google Patents

流体取扱装置および流体取扱方法 Download PDF

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Description

本発明は、液体試料の分析や処理などに用いられる流体取扱装置および流体取扱方法に関する。
近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、マイクロ流路チップが使用されている。マイクロ流路チップは、試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。
マイクロ流路チップを用いた処理を自動化するために、マイクロ流路チップ内にバルブ構造を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、流路の側壁の形状を変化させることで流路を開閉するダイヤフラム弁構造のマイクロバルブを有するマイクロ流路チップが開示されている。このマイクロ流路チップでは、第１の流路の近傍に第２の流路が形成されている。第２の流路内の流体の圧力が高まると、第１の流路および第２の流路の間に位置する第１の流路の壁（ダイヤフラム）が第１の流路を塞ぐように変形する。したがって、第２の流路内の流体の圧力を調整することで、第１の流路内の流体の流れを制御することができる。
米国特許出願公開第２００５／００１９７９４号明細書
しかしながら、特許文献１に記載のマイクロ流路チップには、製造コストが高いという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の技術では、第１の流路の壁（ダイヤフラム）に弾性を持たせるために、マイクロ流路チップ全体を高価なエラストマー（例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ））で作製している。このため、特許文献１に記載の技術では、マイクロ流路チップを安価に製造することが困難である。
製造コストを抑制する手段としては、樹脂を用いてマイクロ流路チップを作製することが考えられる。しかしながら、ある程度の厚みを有する樹脂フィルムを用いてダイヤフラムを作製した場合、樹脂はエラストマーに比べて剛性が高いため、樹脂フィルム（ダイヤフラム）により流路を完全に塞ぐことは困難である。すなわち、樹脂フィルム（ダイヤフラム）の一部が流路に接触してしまった後、ダイヤフラムの残部を流路に接触させるためには、非常に大きな圧力をかけなければならないのである。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、製造コストが安価であり、かつ流路内の流体の流れを容易に制御することができる流体取扱装置、および前記流体取扱装置を用いた流体取扱方法を提供することを目的とする。
本発明の流体取扱装置は、第１の流路と、前記第１の流路の一方の端部に形成され、かつ略弓形の開口部を有する弁体対向領域と、第２の流路と、前記弁体対向領域および前記第２の流路の一方の端部の間に形成された隔壁とを含む第１の基板と、第３の流路と、前記第３の流路の一方の端部に形成され、かつ開口部を有する圧力室とを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、略球冠状のダイヤフラム部を含む樹脂フィルムと、を有し、前記第１の基板および前記第２の基板は、前記樹脂フィルムを介して一体化されており、前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部、前記第２の流路の一方の端部および前記隔壁と、前記圧力室の開口部との間に位置しており、平面視したときに、前記弁体対向領域の開口部の縁に含まれる円弧の中心および前記ダイヤフラム部の外縁の中心は一致し、前記圧力室内の圧力により前記ダイヤフラム部が前記隔壁に接触することで、前記弁体対向領域から前記隔壁と前記ダイヤフラム部との間を通って前記第２の流路へ向かう流体の流れが止まる、構成を採る。
本発明の流体取扱装置は、第１の流路と、前記第１の流路の一方の端部に形成され、かつ略円形の開口部を有する弁体対向領域と、第２の流路と、前記弁体対向領域および前記第２の流路の一方の端部の間に形成された隔壁とを含む第１の基板と、第３の流路と、前記第３の流路の一方の端部に形成され、かつ開口部を有する圧力室とを含む第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、略球冠状のダイヤフラム部を含む樹脂フィルムと、を有し、前記第１の基板および前記第２の基板は、前記樹脂フィルムを介して一体化されており、前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部、前記第２の流路の一方の端部および前記隔壁と、前記圧力室の開口部との間に位置しており、平面視したときに、前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部よりも大きく、かつ前記弁体対向領域の開口部の縁および前記樹脂フィルムの前記ダイヤフラム部の外縁は、同心円であり、前記圧力室内の圧力により前記ダイヤフラム部が前記隔壁に接触することで、前記弁体対向領域から前記隔壁と前記ダイヤフラム部との間を通って前記第２の流路へ向かう流体の流れが止まる、構成を採る。
本発明の流体取扱方法は、上記の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、前記第１の流路に第１の流体を導入して、前記第１の流路から、前記隔壁および前記ダイヤフラム部の間を通して前記第２の流路に前記第１の流体を移動させるステップと、前記第３の流路を通して前記圧力室に第２の流体を導入することで、前記圧力室内の前記第２の流体の圧力により前記ダイヤフラム部を前記隔壁に接触させて、前記第１の流体の流れを止めるステップと、を含む。
本発明によれば、製造コストが安価であり、かつ流路内の流体の流れを容易に制御することができる流体取扱装置、および前記流体取扱装置を用いた流体取扱方法を提供することができる。
図１Ａは、実施の形態１のマイクロ流路チップの平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図２Ａは、第１の基板の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図３Ａは、第２の基板の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 図４Ａは、樹脂フィルムの平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。 実施の形態１のマイクロ流路チップの部分拡大平面図である。 実施の形態１のマイクロ流路チップの部分拡大平面図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、実施の形態１のマイクロ流路チップの使用態様を説明するためのマイクロ流路チップの部分拡大断面図である。 実施の形態１のマイクロ流路チップの別の例を示す部分拡大平面図である。 実施の形態２のマイクロ流路チップの平面図である。 図１０Ａは、第１の基板の平面図であり、図１０Ｂは、第２の基板の平面図であり、図１０Ｃは、樹脂フィルムの平面図である。 実施の形態２のマイクロ流路チップの部分拡大平面図である。 図１２Ａおよび図１２Ｂは、実施の形態２のマイクロ流路チップの使用態様を説明するためのマイクロ流路チップの部分拡大断面図である。 実施の形態２のマイクロ流路チップの別の例を示す部分拡大平面図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明の流体取扱装置の代表例として、マイクロ流路チップについて説明する。
＜実施の形態１＞
［マイクロ流路チップの構成］
図１は、実施の形態１のマイクロ流路チップ１００の構成を示す図である。図１Ａは、マイクロ流路チップ１００の平面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、マイクロ流路チップ１００は、第１の基板１１０と、第２の基板１２０と、第１の基板１１０および第２の基板１２０の間に配置された樹脂フィルム１３０とを有する。第１の基板１１０には、試薬や液体試料などの流体を流すための流路が形成されている。一方、樹脂フィルム１３０は、第１の流路内を流れる流体の流れを制御するマイクロバルブのダイヤフラム（弁体）として機能する。第２の基板１２０には、ダイヤフラムの動作を制御するための圧力室が形成されている。第１の基板１１０および第２の基板１２０は、樹脂フィルム１３０を介して一体化されている。
以下、マイクロ流路チップ１００の各構成要素について説明する。
（第１の基板）
図２は、第１の基板１１０の構成を示す図である。図２Ａは、第１の基板１１０の平面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図２Ｃは、図２Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第１の基板１１０は、透明な略矩形の樹脂基板である。第１の基板１１０の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。第１の基板１１０を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。第１の基板１１０を構成する樹脂の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレンなどが含まれる。
図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、第１の基板１１０には、第１の流路１１１、第２の流路１１２、第１の流体導入口１１３、弁体対向領域１１４、隔壁１１５および流体取出口１１６が形成されている。マイクロバルブの開放時には、第１の流路１１１、弁体対向領域１１４および第２の流路１１２は、一つの流路として機能し、第１の流体導入口１１３から導入された流体は、流体取出口１１６まで流れることができる。
第１の流路１１１および第２の流路１１２は、第１の流体導入口１１３から導入された流体（例えば、試薬や液体試料など）が流れる流路である。第１の流路１１１および第２の流路１１２は、第１の基板１１０に形成された溝である。これらの溝の開口部は、樹脂フィルム１３０により塞がれる（図１Ｂ参照）。第１の流路１１１および第２の流路１１２の断面積および断面形状は、特に限定されない。たとえば、第１の流路１１１および第２の流路１１２は、毛管現象により流体が移動可能な流路である。この場合、第１の流路１１１および第２の流路１１２の断面形状は、例えば一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形である。なお、本明細書において、「流路の断面」とは、流体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。
第１の流体導入口１１３および流体取出口１１６は、第１の基板１１０に形成された貫通孔である。第１の流体導入口１１３は、第１の流路１１１の第１の端部（上流側の端部）に形成されている。また、流体取出口１１６は、第２の流路１１２の第２の端部（下流側の端部）に形成されている。これらの貫通孔の一方の開口部は、樹脂フィルム１３０により塞がれる（図１Ｂ参照）。第１の流体導入口１１３および流体取出口１１６の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。第１の流体導入口１１３および流体取出口１１６の直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度である。
弁体対向領域１１４は、第１の基板１１０に形成された凹部である。弁体対向領域１１４は、第１の流路１１１の第２の端部（下流側の端部）に形成されている。凹部の開口部は、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）と対向している（図１Ｂ参照）。弁体対向領域１１４の樹脂フィルム１３０側の開口部の形状は、略円形である（図２Ａおよび図５参照）。弁体対向領域１１４の形状は、開口部の形状が略円形であれば特に限定されないが、例えば円柱状である。弁体対向領域１１４の開口部の直径は、特に限定されないが、例えば０.５ｍｍ程度である。
隔壁１１５は、第１の流路１１１と第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）との間に形成された壁である。後述するように、隔壁１１５は、マイクロバルブの弁座として機能する。
（第２の基板）
図３は、第２の基板１２０の構成を示す図である。図３Ａは、第２の基板１２０の平面図であり、図３Ｂは、図３Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図３Ｃは、図３Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
第２の基板１２０は、透明な略矩形の樹脂基板である。第２の基板１２０の厚さは、特に限定されないが、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍである。第２の基板１２０を構成する樹脂の種類は、特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。第２の基板１２０を構成する樹脂の例は、第１の基板１１０を構成する樹脂の例と同じである。
図３Ａ〜図３Ｃに示されるように、第２の基板１２０には、第３の流路１２１、第２の流体導入口１２２および圧力室１２３が形成されている。
第３の流路１２１は、第２の流体導入口１２２から導入された流体（例えば、空気など）が流れる流路である。第３の流路１２１は、第２の基板１２０に形成された溝である。溝の開口部は、樹脂フィルム１３０により塞がれる（図１Ｃ参照）。第３の流路１２１の断面積および断面形状は、特に限定されない。たとえば、第３の流路１２１の断面形状は、例えば一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形である。
第２の流体導入口１２２は、第２の基板１２０に形成された貫通孔である。第２の流体導入口１２２は、第３の流路１２１の第１の端部（上流側の端部）に形成されている。貫通孔の一方の開口部は、樹脂フィルム１３０により塞がれる（図１Ｃ参照）。第２の流体導入口１２２の形状は、特に限定されないが、例えば略円柱状である。第２の流体導入口１２２の直径は、特に限定されないが、例えば２ｍｍ程度である。
圧力室１２３は、第２の基板１２０に形成された凹部である。圧力室１２３は、第３の流路１２１の第２の端部（下流側の端部）に形成されている。凹部の開口部は、樹脂フィルム１３０により塞がれる（図１Ｃ参照）。圧力室１２３の樹脂フィルム１３０側の開口部の形状は、樹脂フィルム１３０のダイヤフラム部１３１と同じ大きさか、またはそれより大きければ特に限定されず、例えば略円形である（図３Ａおよび図５参照）。圧力室１２３の形状は、特に限定されないが、例えば円柱状である。圧力室１２３の開口部の直径は、特に限定されないが、例えば１ｍｍ程度である。
（樹脂フィルム）
図４は、樹脂フィルム１３０の構成を示す図である。図４Ａは、樹脂フィルム１３０の平面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図であり、図４Ｃは、図４Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。
樹脂フィルム１３０は、透明な略矩形の樹脂フィルムである。樹脂フィルム１３０は、ダイヤフラム構造のマイクロバルブの弁体（ダイヤフラム）として機能する。
樹脂フィルム１３０の第１の面は、第１の基板１１０の第１の流路１１１などが形成された面に接合されている。また、樹脂フィルム１３０の第２の面は、第２の基板１２０の第３の流路１２１などが形成された面に接合されている（図１Ａ〜図１Ｃ参照）。前述の通り、樹脂フィルム１３０は、第１の基板１１０に形成された第１の流路１１１、第２の流路１１２、第１の流体導入口１１３および流体取出口１１６の開口部、ならびに第２の基板１２０に形成された第３の流路１２１、第２の流体導入口１２２および圧力室１２３の開口部を閉塞している。
樹脂フィルム１３０を構成する樹脂の種類は、樹脂フィルム１３０が弁体（ダイヤフラム）として機能できれば特に限定されず、公知の樹脂から適宜選択されうる。樹脂フィルム１３０を構成する樹脂の例は、第１の基板１１０を構成する樹脂の例と同じである。樹脂フィルム１３０と第１の基板１１０および第２の基板１２０との密着性を向上させる観点からは、樹脂フィルム１３０を構成する樹脂は、第１の基板１１０および第２の基板１２０を構成する樹脂と同一であることが好ましい。
樹脂フィルム１３０の厚さは、樹脂フィルム１３０が弁体（ダイヤフラム）として機能できれば特に限定されず、樹脂の種類（剛性）に応じて適宜設定されうる。たとえば、樹脂フィルム１３０の厚さは、２０μｍ程度である。
図４Ａ〜図４Ｃに示されるように、樹脂フィルム１３０は、略球冠状のダイヤフラム部１３１を含む。図１Ｂに示されるように、第１の基板１１０の弁体対向領域１１４、隔壁１１５および第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）と、第２の基板１２０の圧力室１２３とは、樹脂フィルム１３０を挟んで互いに対向している。樹脂フィルム１３０のうち、弁体対向領域１１４の開口部、隔壁１１５および第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）と圧力室１２３の開口部との間に位置する部分がダイヤフラム部１３１である。ダイヤフラム部１３１は、略球冠状であり、第１の基板１１０および第２の基板１２０に接合されていない。
図４Ｂおよび図４Ｃに示されるように、ダイヤフラム部１３１は、圧力室１２３に向かって凸形状となるように変形している。このため、圧力室１２３内の圧力が高まっていない場合は、ダイヤフラム部１３１は、第１の基板１１０の隔壁１１５とは接触しない。通常状態のダイヤフラム部１３１の高さは、ダイヤフラム部１３１と隔壁１１５との間に形成される隙間を流体が流れることができれば特に限定されない。たとえば、ダイヤフラム部１３１の高さは、数十μｍ程度である。
図５は、マイクロ流路チップ１００の部分拡大平面図である。この図では、第１の基板１１０に形成された構成要素を実線で示し、第２の基板１２０に形成された構成要素を破線で示し、樹脂フィルム１３０に形成された構成要素を一点鎖線で示している。前述の通り、第１の基板１１０に形成された弁体対向領域１１４の樹脂フィルム１３０側の開口部の形状は、略円形である。また、樹脂フィルム１３０のダイヤフラム部１３１の形状は、略球冠状である。ダイヤフラム部１３１は、弁体対向領域１１４だけでなく、隔壁１１５および第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）とも対向するため、弁体対向領域１１４の略円形の開口部よりも大きい。一方で、ダイヤフラム部１３１は、圧力室１２３の開口部とは同じ大きさか、それよりも小さい。
図５に示されるように、マイクロ流路チップ１００を平面視した場合、弁体対向領域１１４の略円形の開口部の中心Ｃ１は、略球冠状のダイヤフラム部１３１の外縁の中心Ｃ２と一致する。すなわち、弁体対向領域１１４の開口部の縁および樹脂フィルム１３０のダイヤフラム部１３１の外縁は、同心円である。このようにすることで、図６に示されるように、ダイヤフラム部１３１の中心Ｃ２から隔壁１１５までの距離Ｌが、一定の距離（弁体対向領域１１４の半径と同じ距離）となる。
なお、図１、図５および図６に示される例では、ダイヤフラム部１３１および圧力室１２３の開口部の大きさがほぼ一致している態様を示しているが、本発明はこれに限定されず、ダイヤフラム部１３１が圧力室１２３の開口部内に位置し、第１の流路１１１と第２の流路１１２との連通部を開閉させるためのダイヤフラムとして機能するように形成されていれば、ダイヤフラム部１３１の大きさは特に限定されない。すなわち、ダイヤフラム部１３１の大きさは、圧力室１２３の開口部と同じ大きさか、それよりも小さくてもよい。
本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、例えば、図２Ａ〜図２Ｃに示される第１の基板１１０と、図３Ａ〜図３Ｃに示される第２の基板１２０と、図４Ａ〜図４Ｃに示される樹脂フィルム１３０（または平らな樹脂フィルム１３０）とを接合することで製造されうる。たとえば、樹脂フィルム１３０は、諸条件を調整して熱圧着により第１の基板１１０および第２の基板１２０に接合される。
［マイクロ流路チップの使用方法］
次に、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００の使用方法について、図７を参照して説明する。図７Ａおよび図７Ｂは、マイクロ流路チップ１００の使用態様を説明するためのマイクロ流路チップ１００の部分拡大断面図である（図１Ｂに対応）。
まず、図７Ａに示されるように、第１の流体導入口１１３に試薬や液体試料などの液体１４０を提供することで、第１の流路１１１に液体１４０を導入する。このとき、圧力室１２３内の圧力は高められておらず、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）と隔壁１１５との間には隙間が形成されている（バルブ開放状態）。液体１４０は、毛管現象または外部からの圧力により第１の流路１１１、隔壁１１５と樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）との間、および第２の流路１１２を進み、流体取出口１１６に到達する。なお、第１の流体導入口１１３から導入される流体（第１の流体）は、液体である必要はなく、気体であってもよい。
次いで、図７Ｂに示されるように、第２の流体導入口１２２から第３の流路１２１を通して圧力室１２３に空気を導入する。その結果、圧力室１２３内の圧力が高まり、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）の形状が変化する。具体的には、ダイヤフラム部１３１は、弁体対向領域１１４側に凸の形状となる。これにより、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）は隔壁１１５に接触する（バルブ閉鎖状態）。液体１４０は、隔壁１１５と樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）との間を進むことができなくなり、液体１４０の流れは止まる。なお、第２の流体導入口１２２から導入される流体（第２の流体）は、空気である必要はなく、液体または空気以外の気体であってもよい。
ダイヤフラム部１３１が弁体対向領域１１４側に凸の形状となった場合、ダイヤフラム部１３１の形状は略円形であるため、ダイヤフラム部１３１の各地点の高さは、同心円状に変化する。すなわち、ダイヤフラム部１３１の中心からの距離が同じであれば、高さも同じである。前述の通り、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００では、ダイヤフラム部１３１の中心から隔壁１１５までの距離Ｌが、一定の距離（弁体対向領域１１４の半径と同じ距離）となっている（図６参照）。したがって、ダイヤフラム部１３１が弁体対向領域１１４側に凸の形状となった場合、ダイヤフラム部１３１は、隔壁１１５に均一に接触する。結果として、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００では、圧力室１２３内の圧力を過剰に高めなくても、第１の流路１１１内の液体１４０の流れを確実に止めることができる。
以上の手順により、液体１４０を第１の流路１１０から第２の流路１１２に流すこと、および第１の流路１１０から第２の流路１１２への液体１４０の流れを止めること、を任意のタイミングで行うことができる。たとえば、第１の流体導入口１１３内において液体１４０を特定の試薬と一定時間反応させた後に、第１の流体導入口１１３内の液体１４０を流体取出口１１６内に移動させて、流体取出口１１６内において液体１４０を別の試薬と反応させることが可能である。
［効果］
本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、圧力室１２３内の流体（第２の流体）の圧力を調整することで、第１の流路１１１から第２の流路１１２に流れる流体（第１の流体）の流れを容易に制御することができる。また、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、エラストマーではなく樹脂を用いて製造されうるため、製造コストを抑制することができる。このように、本実施の形態のマイクロ流路チップ１００は、製造コストが安価であり、かつ流路内の流体の流れを容易に制御することができる。
なお、これまでの説明では、弁体対向領域１１４、隔壁１１５および圧力室１２３を含むマイクロバルブ構造が１つ形成されたマイクロ流路チップ１００について説明したが、マイクロ流路チップ１００内のマイクロバルブ構造の数はこれに限定されない。たとえば、図８に示されるように、１つのマイクロ流路チップ１００内に複数のマイクロバルブ構造が形成されていてもよい。
＜実施の形態２＞
［マイクロ流路チップの構成］
図９は、実施の形態２のマイクロ流路チップ２００の構成を示す平面図である。マイクロ流路チップ２００は、実施の形態１のマイクロ流路チップ１００と同様に、第１の基板２１０と、第２の基板１２０と、第１の基板２１０および第２の基板１２０の間に配置された樹脂フィルム１３０とを有する（図１２参照）。
図１０Ａは、第１の基板２１０の平面図であり、図１０Ｂは、第２の基板１２０の平面図であり、図１０Ｃは、樹脂フィルム１３０の平面図である。実施の形態１のマイクロ流路チップ１００と同様に、第１の基板２１０および第２の基板１２０は、樹脂フィルム１３０を介して一体化されている（図１２参照）。
実施の形態２のマイクロ流路チップ２００では、第１の基板２１０が有する弁体対向領域２１４、隔壁２１５の形状が実施の形態１のマイクロ流路チップ１００と異なる。そこで、本実施の形態では、第１の基板２１０についてのみ説明する。なお、実施の形態１のマイクロ流路チップ１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
図１０Ａに示されるように、第１の基板２１０には、第１の流路１１１、第２の流路１１２、第１の流体導入口１１３、弁体対向領域２１４、隔壁２１５および流体取出口１１６が形成されている。マイクロバルブの開放時には、第１の流路１１１、弁体対向領域２１４および第２の流路１１２は、一つの流路として機能し、第１の流体導入口１１３から導入された流体は、流体取出口１１６まで流れることができる。
弁体対向領域２１４は、第１の基板２１０に形成された凹部である。弁体対向領域２１４は、第１の流路１１１の第２の端部（下流側の端部）に形成されている。凹部の開口部は、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）と対向している（図１２参照）。弁体対向領域２１４の樹脂フィルム１３０側の開口部の形状は、略弓形である（図１０Ａ参照）。ここで「弓形」とは、円を１つの弦で２つに分けたときにできる形状をいう。弓形は、１つの円弧と、前記円弧の両端を結ぶ１つの弦とを含む。弁体対向領域２１４の形状は、開口部の形状が略弓形であれば特に限定されないが、例えば弓形柱状である。
隔壁２１５は、弁体対向領域２１４（弓形の弦の部分）と、第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）との間に形成された壁である。隔壁２１５は、マイクロバルブの弁座として機能する。
図１１は、マイクロ流路チップ２００の部分拡大平面図である。この図では、第１の基板２１０に形成された構成要素を実線で示し、第２の基板１２０に形成された構成要素を破線で示し、樹脂フィルム１３０に形成された構成要素を一点鎖線で示している。前述の通り、第１の基板２１０に形成された弁体対向領域２１４の樹脂フィルム１３０側の開口部の形状は、略弓形である。また、樹脂フィルム１３０のダイヤフラム部１３１の形状は、略球冠状である。
図１１に示されるように、マイクロ流路チップ２００を平面視した場合、弁体対向領域２１４の略弓形の開口部の縁に含まれる円弧の中心Ｃ１は、略球冠状のダイヤフラム部１３１の外縁の中心Ｃ２と一致する。また、ダイヤフラム部１３１の外縁の半径は、弁体対向領域２１４の前記円弧の半径（中心Ｃ１と円弧との距離）よりも小さい。このようにすることで、図１１に示されるように、弁体対向領域２１４の開口部の縁（円弧の部分）からダイヤフラム部１３１の外縁までの距離が一定となる。なお、弁体対向領域２１４の開口部の縁（円弧の部分）からダイヤフラム部１３１の外縁までの距離が一定であれば、ダイヤフラム部１３１の外縁の半径が弁体対向領域２１４の円弧の半径（中心Ｃ１と円弧との距離）と同等かまたはわずかに大きくてもよい。弁体対向領域２１４の開口部の縁（円弧の部分）とダイヤフラム部１３１の外縁との間の樹脂フィルム１３０は、平板状である（図１２参照）。
なお、ダイヤフラム部１３１の外縁の半径が弁体対向領域２１４の円弧の半径よりも小さい場合でも、弁体対向領域２１４の開口部の形状が略弓形であるため、ダイヤフラム部１３１は、弁体対向領域２１４だけでなく、隔壁２１５および第２の流路１１２の第１の端部（上流側の端部）とも対向することができる。
本実施の形態のマイクロ流路チップ２００は、例えば、図１０Ａに示される第１の基板２１０と、図１０Ｂに示される第２の基板１２０と、図１０Ｃに示される樹脂フィルム１３０とを接合することで製造されうる。たとえば、樹脂フィルム１３０は、諸条件を調整して熱圧着により第１の基板２１０および第２の基板１２０に接合される。
［マイクロ流路チップの使用方法］
次に、本実施の形態のマイクロ流路チップ２００の使用方法について、図１２を参照して説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、マイクロ流路チップ２００の使用態様を説明するためのマイクロ流路チップ２００の部分拡大断面図である。
まず、図１２Ａに示されるように、第１の流体導入口１１３に試薬や液体試料などの液体１４０を提供することで、第１の流路１１１に液体１４０を導入する。このとき、圧力室１２３内の圧力は高められておらず、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）と隔壁２１５との間には隙間が形成されている（バルブ開放状態）。液体１４０は、毛管現象または外部からの圧力により第１の流路１１１、隔壁２１５と樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）との間、および第２の流路１１２を進み、流体取出口１１６に到達する。なお、第１の流体導入口１１３から導入される流体（第１の流体）は、液体である必要はなく、気体であってもよい。
次いで、図１２Ｂに示されるように、第２の流体導入口１２２から第３の流路１２１を通して圧力室１２３に空気を導入する。その結果、圧力室１２３内の圧力が高まり、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）の形状が変化する。具体的には、ダイヤフラム部１３１は、弁体対向領域２１４側に凸の形状となる。これにより、樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）は隔壁２１５に接触する（バルブ閉鎖状態）。液体１４０は、隔壁２１５と樹脂フィルム１３０（ダイヤフラム部１３１）との間を進むことができなくなり、液体１４０の流れは止まる。なお、第２の流体導入口１２２から導入される流体（第２の流体）は、空気である必要はなく、液体または空気以外の気体であってもよい。
本実施の形態のマイクロ流路チップ２００では、ダイヤフラム部１３１の外縁の半径が弁体対向領域２１４の円弧の半径よりも小さいため、ダイヤフラム部１３１と隔壁２１５との間に隙間が形成されにくい（図７Ｂと図１２Ｂを比較参照）。したがって、ダイヤフラム部１３１が弁体対向領域２１４側に凸の形状となった場合、ダイヤフラム部１３１は、隔壁２１５に均一に接触する。結果として、本実施の形態のマイクロ流路チップ２００では、圧力室１２３内の圧力を過剰に高めなくても、第１の流路１１１内の液体１４０の流れを確実に止めることができる。
以上の手順により、液体１４０を第１の流路１１０から第２の流路１１２に流すこと、および第１の流路１１０から第２の流路１１２への液体１４０の流れを止めること、を任意のタイミングで行うことができる。
［効果］
本実施の形態のマイクロ流路チップ２００は、実施の形態１のマイクロ流路チップ１００と同様の効果に加えて、ダイヤフラム部１３１と隔壁２１５との間に気泡が入りにくく、より扱いやすいという効果を有する。
なお、図１３に示されるように、弁体対向領域２１４を構成する側壁に、樹脂フィルム１３０に対して垂直方向に伸びる２以上の凸条または凹条２１４ａ，２１４ｂが形成されていてもよい。この場合、２以上の凸条または凹条２１４ａ，２１４ｂは、第１の流路１１１の開口部に対して対称に配置されていることが好ましい。このようにすることで、弁体対向領域２１４内において中央部を通る液体１４０を優先的に流すことが可能となり、ダイヤフラム部１３１と隔壁２１５との間に気泡がより入りにくくなる。
本発明の流体取扱装置は、例えば、科学分野や医学分野などにおいて使用されるマイクロチップまたはマイクロ流路チップとして有用である。
１００，２００ マイクロ流路チップ
１１０，２１０ 第１の基板
１１１ 第１の流路
１１２ 第２の流路
１１３ 第１の流体導入口
１１４，２１４ 弁体対向領域
１１５，２１５ 隔壁
１１６ 流体取出口
１２０ 第２の基板
１２１ 第３の流路
１２２ 第２の流体導入口
１２３ 圧力室
１３０ 樹脂フィルム
１３１ ダイヤフラム部
１４０ 液体
２１４ａ，２１４ｂ 凹条

Claims (4)

  1. 第１の流路と、前記第１の流路の一方の端部に形成され、かつ略弓形の開口部を有する弁体対向領域と、第２の流路と、前記弁体対向領域および前記第２の流路の一方の端部の間に形成された隔壁とを含む第１の基板と、
    第３の流路と、前記第３の流路の一方の端部に形成され、かつ開口部を有する圧力室とを含む第２の基板と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、略球冠状のダイヤフラム部を含む樹脂フィルムと、を有し、
    前記第１の基板および前記第２の基板は、前記樹脂フィルムを介して一体化されており、
    前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部、前記第２の流路の一方の端部および前記隔壁と、前記圧力室の開口部との間に位置しており、
    平面視したときに、前記弁体対向領域の開口部の縁に含まれる円弧の中心および前記ダイヤフラム部の外縁の中心は一致し、
    前記弁体対向領域を構成する側壁に、前記樹脂フィルムに対して垂直方向に伸びる２以上の凸条または凹条が形成されており、
    前記２以上の凸条または凹条は、前記第１の流路の開口部に対して対称に配置されており、
    前記圧力室内の圧力により前記ダイヤフラム部が前記隔壁に接触することで、前記弁体対向領域から前記隔壁と前記ダイヤフラム部との間を通って前記第２の流路へ向かう流体の流れが止まる、
    流体取扱装置。
  2. 前記ダイヤフラム部の外縁の半径は、前記弁体対向領域の前記円弧の半径よりも小さい、請求項１に記載の流体取扱装置。
  3. 第１の流路と、前記第１の流路の一方の端部に形成され、かつ略円形の開口部を有する弁体対向領域と、第２の流路と、前記弁体対向領域および前記第２の流路の一方の端部の間に形成された隔壁とを含む第１の基板と、
    第３の流路と、前記第３の流路の一方の端部に形成され、かつ開口部を有する圧力室とを含む第２の基板と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、略球冠状のダイヤフラム部を含む樹脂フィルムと、を有し、
    前記第１の基板および前記第２の基板は、前記樹脂フィルムを介して一体化されており、
    前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部、前記第２の流路の一方の端部および前記隔壁と、前記圧力室の開口部との間に位置しており、
    平面視したときに、前記ダイヤフラム部は、前記弁体対向領域の開口部よりも大きく、かつ前記弁体対向領域の開口部の縁および前記樹脂フィルムの前記ダイヤフラム部の外縁は、同心円であり、
    前記弁体対向領域を構成する側壁に、前記樹脂フィルムに対して垂直方向に伸びる２以上の凸条または凹条が形成されており、
    前記２以上の凸条または凹条は、前記第１の流路の開口部に対して対称に配置されており、
    前記圧力室内の圧力により前記ダイヤフラム部が前記隔壁に接触することで、前記弁体対向領域から前記隔壁と前記ダイヤフラム部との間を通って前記第２の流路へ向かう流体の流れが止まる、
    流体取扱装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体取扱装置を使用して流体を取り扱う方法であって、
    前記第１の流路に第１の流体を導入して、前記第１の流路から、前記隔壁および前記ダイヤフラム部の間を通して前記第２の流路に前記第１の流体を移動させるステップと、
    前記第３の流路を通して前記圧力室に第２の流体を導入することで、前記圧力室内の前記第２の流体の圧力により前記ダイヤフラム部を前記隔壁に接触させて、前記第１の流体の流れを止めるステップと、
    を含む、流体取扱方法。
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