マイクロチップ
【課題】簡単な構成で精密な定量送液を実現できるマイクロチップを得る。
【解決手段】ベース材に形成した微細流路を流れる液体の流量を検出する流量検出回路４０と、加熱抵抗３７によって微細流路を流れる液体の温度を変化させて送液量を一定にする定流量制御回路４５とを備えたマイクロチップ。液温参照抵抗３５、流量検出抵抗３６及び加熱抵抗３７は、微細流路を覆うフィルム上に設けられている。
【解決手段】ベース材に形成した微細流路を流れる液体の流量を検出する流量検出回路４０と、加熱抵抗３７によって微細流路を流れる液体の温度を変化させて送液量を一定にする定流量制御回路４５とを備えたマイクロチップ。液温参照抵抗３５、流量検出抵抗３６及び加熱抵抗３７は、微細流路を覆うフィルム上に設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ、特に、遺伝子検査システムや微少量での化学分析・合成システムなどで使用されるマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遺伝子検査システムにおいて、検体と試薬などを混合して遺伝子を検出するために使用されるマイクロチップは、微細な流路が形成され、かつ、微量な検体と試薬との化学反応を取り扱うため、それらの流路を流れる液体の流量を厳密に管理する必要がある。
【０００３】
従来、マイクロチップに試薬や検体などの液体を送液する手段としては、特許文献１に記載されている圧電素子を駆動源とするマイクロポンプや、注射器式のポンプ、バイモルフを駆動源とするポンプなど様々な方式が知られている。これらのポンプでの送液は脈動するという特性を有し、液体の精密な流量を確保することが極めて困難であった。特許文献１に記載のマイクロポンプは、比較的精密な送液が可能であるが、微細流体内の空気量や流路抵抗のばらつきなどにより、厳密には一定量での送液が困難である。また、液体の到達位置により流路抵抗が分布定数回路的に増加し、次第に流量が低下するという問題点も有している。
【０００４】
液体の流量調整には、特許文献２に記載されているように、弁を用いて、流量センサとモータによって流量フィードバック制御を行うことが一般的である。しかし、微細流路が形成されているマイクロチップでは、このような弁を用いたフィードバック制御を使用することはできない。
【特許文献１】特許第３６２９４０５号公報
【特許文献２】特開平６−５０４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で精密な定量送液を実現できるマイクロチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明に係るマイクロチップは、
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
微細流路を流れる液体の流量は、概ね液体の温度に応じて変化する。即ち、温度が上昇するに伴って流路抵抗が低下して流量が増加する。本発明に係るマイクロチップによれば、微細流路を流れる液体の流量を流量測定手段によって測定し、流量測定手段からの出力が一定になるように液体温度変更手段の出力を変化させるため、微細流路を流れる液体の流量を一定に保つことができる。
【０００８】
本発明に係るマイクロチップにおいて、流量測定手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出するものであってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出するものであることが好ましい。
【０００９】
また、液体温度変更手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るマイクロチップの実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（マイクロチップの全体構成）
図１は、本発明の一実施例であるマイクロチップ１０の平面図であり、液体の入口部２１及び出口部２２の間に微細流路２３（幅約２００μｍ、深さ約１００μｍ）が形成されており、該微細流路２３の途中には、検体を入れる検体部２４、第１〜第４の試薬を入れる試薬部２５ａ〜２５ｄ、検体と試薬の混合部２６、遺伝子の増幅部２７、遺伝子の検出部２８が、それぞれ凹部として形成されている。
【００１２】
このマイクロチップ１０は、図２（Ｂ）に示すように、ポリプロピレンなどからなるベース材１１に微細流路２３及び前記各種凹部を形成し、ベース材１１はポリイミドなどからなるカバー材１２にて全体的に覆われている。また、入口部２１は図示しない送液ポンプの吐出口が接続され、脱気純水に防腐処理などを施した液体（駆動液）が送り込まれる。送液ポンプとしては、特許文献１に記載されたマイクロポンプを好適に使用することができる。
【００１３】
送液ポンプにより入口部２１に供給された液体は、微細流路２３を流れ、検体部２４で検体を取り込むとともに試薬部２５ａ〜２５ｄで試薬を取り込む。検体と試薬とは混合部２６で混合され、遺伝子は増幅部２７で増幅され、検出部２８で検出される。その後、液体は出口部２２から排出される。
【００１４】
（流量測定手段及び液体温度変更手段）
前記入口部２１に近接した微細流路２３には、流量測定領域３１及び液体温度変更領域３２が設けられている。この領域３１，３２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポリイミドなどからなるフィルム１３にて覆われ、該フィルム１３上には液温参照抵抗３５、流量検出抵抗３６、加熱抵抗３７が形成されている。また、液体温度変更領域３２に対応する微細流路２３はより狭い流路部分２３ａとされている。
【００１５】
詳しくは、図３に示すように、ポリイミドフィルム１３上に、液温参照抵抗３５として白金抵抗体からなる電極パターン、流量検出抵抗３６として白金抵抗体からなる電極パターン及び加熱抵抗３７として白金抵抗体からなる電極パターンが、それぞれ、スパッタ法などでミアンダ状に微細に形成され、かつ、接続用電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂを備えている。
【００１６】
図４に示すように、液温参照抵抗３５と流量検出抵抗３６とはコンパレータ４１の入力部に接続され、流量検出回路４０を構成している。この流量検出回路４０は、さらに、接地された抵抗４２，４３を備え、コンパレータ４１の出力は抵抗３５，３６に帰還されている。液温参照抵抗３５は約１０〜２０ｋΩ、流量検出抵抗３６は約１００〜２００Ωである。
【００１７】
加熱抵抗３７はコンパレータ４６と基準電圧Ｖ２を発生する電源４７とで定流量制御回路４５を構成している。前記流量検出回路４０の出力と電源４７はコンパレータ４６の入力部に接続され、加熱抵抗３７はコンパレータ４６の出力部に接続されている。
【００１８】
ところで、微細流路２３を流れる液体の温度と流路抵抗とは、図５に示す関係にあり、液体の温度が高くなると流路抵抗は低くなり、逆に、液体の温度が低くなると流路抵抗は高くなる。
【００１９】
コンパレータ４１は流量測定領域３１を流れる液体の流速に応じた電圧Ｖ１を出力し、この流量検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２とがコンパレータ４６で比較され、加熱抵抗３７への供給電圧が変化する。詳しくは、流量が基準流量よりも少ない場合（Ｖ１＜Ｖ２）、コンパレータ４６の出力が大きくなって加熱抵抗３７が所定量発熱し、液体温度変更領域３２において液体の温度を高める。この結果、流量が増加する。一方、流量が基準流量よりも多い場合は（Ｖ１＞Ｖ２）、コンパレータ４６の出力が小さくなって加熱抵抗３７の発熱が停止される。この結果、流量が低下する。即ち、定流量制御回路４５は流量検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２とが等しくなるように作動し、これにて微細流路２３を流れる液体の流量が一定に保たれることになる。
【００２０】
（他の実施例）
なお、本発明に係るマイクロチップは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２１】
特に、ベース材１１に形成された微細流路２３、検体部２４や試薬部２５ａ〜２５ｄなどの凹部の位置、形状は任意であり、また、送液手段としてのポンプは種々のものを用いることができる。また、流量測定手段は白金抵抗体以外の感熱抵抗体であってもよい。さらに、液体温度変更手段は白金抵抗体以外のヒータであってもよく、あるいは、ペルチェ素子などの吸熱体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るマイクロチップの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に記載のマイクロチップの要部を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】液温参照抵抗、流量検出抵抗及び加熱抵抗の電極パターンを示す平面図である。
【図４】流量検出回路及び定流量制御回路を示すブロック図である。
【図５】液体温度と流路抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０…マイクロチップ
２３…微細流路
３１…流量測定領域
３２…液体温度変更領域
３５…液温参照抵抗
３６…流量検出抵抗
３７…加熱抵抗
４０…流量検出回路
４５…定流量制御回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ、特に、遺伝子検査システムや微少量での化学分析・合成システムなどで使用されるマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、遺伝子検査システムにおいて、検体と試薬などを混合して遺伝子を検出するために使用されるマイクロチップは、微細な流路が形成され、かつ、微量な検体と試薬との化学反応を取り扱うため、それらの流路を流れる液体の流量を厳密に管理する必要がある。
【０００３】
従来、マイクロチップに試薬や検体などの液体を送液する手段としては、特許文献１に記載されている圧電素子を駆動源とするマイクロポンプや、注射器式のポンプ、バイモルフを駆動源とするポンプなど様々な方式が知られている。これらのポンプでの送液は脈動するという特性を有し、液体の精密な流量を確保することが極めて困難であった。特許文献１に記載のマイクロポンプは、比較的精密な送液が可能であるが、微細流体内の空気量や流路抵抗のばらつきなどにより、厳密には一定量での送液が困難である。また、液体の到達位置により流路抵抗が分布定数回路的に増加し、次第に流量が低下するという問題点も有している。
【０００４】
液体の流量調整には、特許文献２に記載されているように、弁を用いて、流量センサとモータによって流量フィードバック制御を行うことが一般的である。しかし、微細流路が形成されているマイクロチップでは、このような弁を用いたフィードバック制御を使用することはできない。
【特許文献１】特許第３６２９４０５号公報
【特許文献２】特開平６−５０４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で精密な定量送液を実現できるマイクロチップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の目的を達成するため、本発明に係るマイクロチップは、
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００７】
微細流路を流れる液体の流量は、概ね液体の温度に応じて変化する。即ち、温度が上昇するに伴って流路抵抗が低下して流量が増加する。本発明に係るマイクロチップによれば、微細流路を流れる液体の流量を流量測定手段によって測定し、流量測定手段からの出力が一定になるように液体温度変更手段の出力を変化させるため、微細流路を流れる液体の流量を一定に保つことができる。
【０００８】
本発明に係るマイクロチップにおいて、流量測定手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出するものであってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出するものであることが好ましい。
【０００９】
また、液体温度変更手段は微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であってもよく、特に、微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るマイクロチップの実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００１１】
（マイクロチップの全体構成）
図１は、本発明の一実施例であるマイクロチップ１０の平面図であり、液体の入口部２１及び出口部２２の間に微細流路２３（幅約２００μｍ、深さ約１００μｍ）が形成されており、該微細流路２３の途中には、検体を入れる検体部２４、第１〜第４の試薬を入れる試薬部２５ａ〜２５ｄ、検体と試薬の混合部２６、遺伝子の増幅部２７、遺伝子の検出部２８が、それぞれ凹部として形成されている。
【００１２】
このマイクロチップ１０は、図２（Ｂ）に示すように、ポリプロピレンなどからなるベース材１１に微細流路２３及び前記各種凹部を形成し、ベース材１１はポリイミドなどからなるカバー材１２にて全体的に覆われている。また、入口部２１は図示しない送液ポンプの吐出口が接続され、脱気純水に防腐処理などを施した液体（駆動液）が送り込まれる。送液ポンプとしては、特許文献１に記載されたマイクロポンプを好適に使用することができる。
【００１３】
送液ポンプにより入口部２１に供給された液体は、微細流路２３を流れ、検体部２４で検体を取り込むとともに試薬部２５ａ〜２５ｄで試薬を取り込む。検体と試薬とは混合部２６で混合され、遺伝子は増幅部２７で増幅され、検出部２８で検出される。その後、液体は出口部２２から排出される。
【００１４】
（流量測定手段及び液体温度変更手段）
前記入口部２１に近接した微細流路２３には、流量測定領域３１及び液体温度変更領域３２が設けられている。この領域３１，３２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポリイミドなどからなるフィルム１３にて覆われ、該フィルム１３上には液温参照抵抗３５、流量検出抵抗３６、加熱抵抗３７が形成されている。また、液体温度変更領域３２に対応する微細流路２３はより狭い流路部分２３ａとされている。
【００１５】
詳しくは、図３に示すように、ポリイミドフィルム１３上に、液温参照抵抗３５として白金抵抗体からなる電極パターン、流量検出抵抗３６として白金抵抗体からなる電極パターン及び加熱抵抗３７として白金抵抗体からなる電極パターンが、それぞれ、スパッタ法などでミアンダ状に微細に形成され、かつ、接続用電極３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ，３７ａ，３７ｂを備えている。
【００１６】
図４に示すように、液温参照抵抗３５と流量検出抵抗３６とはコンパレータ４１の入力部に接続され、流量検出回路４０を構成している。この流量検出回路４０は、さらに、接地された抵抗４２，４３を備え、コンパレータ４１の出力は抵抗３５，３６に帰還されている。液温参照抵抗３５は約１０〜２０ｋΩ、流量検出抵抗３６は約１００〜２００Ωである。
【００１７】
加熱抵抗３７はコンパレータ４６と基準電圧Ｖ２を発生する電源４７とで定流量制御回路４５を構成している。前記流量検出回路４０の出力と電源４７はコンパレータ４６の入力部に接続され、加熱抵抗３７はコンパレータ４６の出力部に接続されている。
【００１８】
ところで、微細流路２３を流れる液体の温度と流路抵抗とは、図５に示す関係にあり、液体の温度が高くなると流路抵抗は低くなり、逆に、液体の温度が低くなると流路抵抗は高くなる。
【００１９】
コンパレータ４１は流量測定領域３１を流れる液体の流速に応じた電圧Ｖ１を出力し、この流量検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２とがコンパレータ４６で比較され、加熱抵抗３７への供給電圧が変化する。詳しくは、流量が基準流量よりも少ない場合（Ｖ１＜Ｖ２）、コンパレータ４６の出力が大きくなって加熱抵抗３７が所定量発熱し、液体温度変更領域３２において液体の温度を高める。この結果、流量が増加する。一方、流量が基準流量よりも多い場合は（Ｖ１＞Ｖ２）、コンパレータ４６の出力が小さくなって加熱抵抗３７の発熱が停止される。この結果、流量が低下する。即ち、定流量制御回路４５は流量検出電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２とが等しくなるように作動し、これにて微細流路２３を流れる液体の流量が一定に保たれることになる。
【００２０】
（他の実施例）
なお、本発明に係るマイクロチップは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できる。
【００２１】
特に、ベース材１１に形成された微細流路２３、検体部２４や試薬部２５ａ〜２５ｄなどの凹部の位置、形状は任意であり、また、送液手段としてのポンプは種々のものを用いることができる。また、流量測定手段は白金抵抗体以外の感熱抵抗体であってもよい。さらに、液体温度変更手段は白金抵抗体以外のヒータであってもよく、あるいは、ペルチェ素子などの吸熱体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るマイクロチップの一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に記載のマイクロチップの要部を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】液温参照抵抗、流量検出抵抗及び加熱抵抗の電極パターンを示す平面図である。
【図４】流量検出回路及び定流量制御回路を示すブロック図である。
【図５】液体温度と流路抵抗との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１０…マイクロチップ
２３…微細流路
３１…流量測定領域
３２…液体温度変更領域
３５…液温参照抵抗
３６…流量検出抵抗
３７…加熱抵抗
４０…流量検出回路
４５…定流量制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項１】
液体を流すための微細流路と、
前記微細流路を流れる液体の流量を測定する流量測定手段と、
前記微細流路を流れる液体の温度を変化させる液体温度変更手段と、
前記流量測定手段からの出力が一定になるように前記液体温度変更手段の出力を変化させる制御手段と、
を備えたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された感熱抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記流量測定手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体により流量を検出することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された抵抗体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記液体温度変更手段は前記微細流路を覆うフィルム上に形成された白金抵抗体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマイクロチップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２２９２０８（Ｐ２００９−２２９２０８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４２６８（Ｐ２００８−７４２６８）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]