マイクロ流体送液装置
【課題】マイクロ流路を形成するのに可撓性材料を必要とせず、比較的長い距離に渡りマイクロ流体を確実に搬送することが可能であり、製造工程の簡略化を可能とするマイクロ流体送液装置を提供する。
【解決手段】マイクロ流体送液装置１は、基板１０と、複数の電気浸透流ポンプＰとを備えている。基板１０には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路１１が形成されている。複数の電気浸透流ポンプＰは、マイクロ流路１１の流路方向Ｄにおいて、マイクロ流路１１の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。
【解決手段】マイクロ流体送液装置１は、基板１０と、複数の電気浸透流ポンプＰとを備えている。基板１０には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路１１が形成されている。複数の電気浸透流ポンプＰは、マイクロ流路１１の流路方向Ｄにおいて、マイクロ流路１１の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学分析や生化学分析等において微小サイズのマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関し、より詳細には、基板内に設けられたマイクロ流路においてマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌中の金属イオンの分析や、血液中の各種成分を分析するためのデバイスとして、マイクロ流体装置が提案されている。マイクロ流体装置は、携帯し得る程度の大きさの基板を有する。この基板内に、流路幅が１０μｍ〜１０００μｍ程度のマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路内を、１ｎＬ〜１μＬの容量のマイクロ流体が搬送される。このようなマイクロ流体装置では、微量の検体から各種含有成分等を分析することができる。また、該マイクロ流体装置とは手で携帯し得る大きさである。従って、臨床検査などの現場において簡便にかつ敏速に分析作業を完了することができる。
【０００３】
マイクロ流体装置において、希釈や分析等の様々な作業を行うには、ある程度の長さのマイクロ流路が必要である。そのため、従来、長いマイクロ流路内においてマイクロ流体を搬送するための送液装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、積層基板内にマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路の流路壁の一部が弾性膜からなる送液用構造が開示されている。ここでは、弾性膜の外側に、マイクロ流路の流路方向に沿って複数の磁気コイル素子が分散配置されている。前記弾性膜と複数の磁気コイル素子との間に、磁性流体が配置されている。ここでは、複数の磁気コイル素子を上流側の磁気コイル素子側から順に駆動することにより、磁性流体が上流側から下流側に移動される。その結果、磁性流体に接触されている弾性膜が蠕動運動を引き起こす。それによって、マイクロ流路内のマイクロ流体が下流側に搬送される。
【０００５】
他方、下記の特許文献２に記載の送液装置においても、特許文献１に記載の構造と同様に、可撓性を有する流路壁を有するマイクロ流路が基板内に形成されている。ここでは、マイクロ流路を挟んで対向するように設けられた複数対の圧電アクチュエータが用いられている。複数対の圧電アクチュエータは、マイクロ流路の上流側から下流側に向って順に配置されている。マイクロ流路の両側に配置されている一対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路の流路壁を流路中心側に突出するように変形させ、それによって、マイクロ流路の流路幅が部分的に狭くされている。従って、上流側から下流側に向って各対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路内のマイクロ流体を下流側に搬送することができる。
【特許文献１】特開平９−２８７５７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載のマイクロ流体送液装置では、いずれも、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部が可撓性とされている。すなわち、上記磁気コイル素子からなる流路壁変形手段、あるいは上記圧電アクチュエータからなる流路壁変形手段を用いることにより、上流側から下流側に向って流路壁を順に変形させることにより、マイクロ流体が搬送されている。
【０００７】
従って、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部を、弾性膜のような可撓性材料で形成しなければならなかった。よって、基板を構成する材料と異なる材料を用いて流路壁の少なくとも一部を形成しなければならなかった。そのため、マイクロ流体送液装置を構成する材料の種類も多くなり、製造工程が煩雑であった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、マイクロ流路を形成するのに可撓性材料を必要とせず、比較的長い距離に渡りマイクロ流体を確実に搬送することが可能であり、製造工程の簡略化を可能とするマイクロ流体送液装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るマイクロ流体送液装置は、基板と、複数の電気浸透流ポンプとを備えている。基板には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が形成されている。複数の電気浸透流ポンプは、マイクロ流路の流路方向において、マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。
【００１０】
本発明のある特定の局面では、基板には、複数の電気浸透流ポンプのそれぞれとマイクロ流路とを接続しており、マイクロ流路側の端部がマイクロ流路よりも細い接続流路がさらに形成されている。この構成によれば、マイクロ流体が接続流路側へと流入することを効果的に抑制することができる。
【００１１】
本発明の他の特定の局面では、接続流路のマイクロ流路側の端部の横断面形状が、対向し合う一対の辺の長さがａ、対向し合う残りの一対の辺の長さがｂである矩形であり、マイクロ流路を搬送されるマイクロ流体のマイクロ流路の流路壁に対する接触角をθ（度）、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）、マイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている。この構成によれば、マイクロ流体が接続流路側へと流入することをさらに効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の別の特定の局面では、複数の電気浸透流ポンプを駆動する駆動部をさらに備えており、駆動部は、マイクロ流路の上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する。
【００１３】
本発明のさらに他の特定の局面では、駆動部は、マイクロ流路の電気浸透流ポンプが接続されている部分よりも下流側にまでマイクロ流体が搬送された後に該電気浸透流ポンプを駆動する。
【００１４】
本発明のさらに別の特定の局面では、接続流路には、接続流路のマイクロ流路側の端部よりも流路面積が広い空気溜まりが形成されている。この構成によれば、マイクロ流路には、空気溜まりに溜められた空気が流入する。よって、電気浸透流ポンプにより押出される液体がマイクロ流路に流入することが抑制される。従って、搬送されるマイクロ流体と電気浸透流ポンプにより押出される液体とが混じることが抑制される。
【００１５】
本発明のまたさらに他の特定の局面では、電気浸透流ポンプは、液体が溜められている液溜め及び液溜めと外部とを連通させる連通流路とが形成されているポンプ本体と、連通流路内に配置された電気浸透材と、連通流路の流路方向において電気浸透材を狭持する一対の電極とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体送液装置では、基板内にマイクロ流路が形成されており、複数の電気浸透流ポンプが、マイクロ流路の流路方向において、マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されているため、上流側の電気浸透流ポンプから下流側の電気浸透流ポンプを順に駆動するだけで、マイクロ流路の上流側部分から順に、搬送されるマイクロ流体の後方にマイクロ流体を送液するためのガスや液体などの流体を供給することができる。従って、上流側の電気浸透流ポンプから下流側の電気浸透流ポンプを順に駆動することにより、マイクロ流体を長い距離に渡り搬送することができる。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流体送液装置は、電気浸透流ポンプを用いるものであるため、マイクロ流路の流路壁を可撓性材料で形成する必要がない。従って、基板内にマイクロ流路を容易に形成することができ、製造コスト及び製造工程の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
本実施形態では、例えば、後述するようなマイクロ流体デバイスに組み込まれ、マイクロ流体を送液する部分として使用されるマイクロ流体送液装置を例に挙げて本発明の実施形態の一例について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るマイクロ流体送液装置の模式的構成図である。図２は、マイクロ流路の流路方向に沿った基板の断面図である。図１に示すように、本実施形態のマイクロ流体送液装置１は、基板１０と、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎと、制御部９とを備えている。なお、電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎの数量ｎは特に限定されないが、通常、３以上であり、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。
【００２１】
基板１０の構成は特に限定されず、内部に形成する流路の形状などに応じて適宜設定できる。図２に示すように、本実施形態では、基板１０は、適宜の合成樹脂、セラミックスまたは金属などにより形成された第１〜第５のプレート１０ａ〜１０ｅの積層体により構成されている。
【００２２】
基板１０の内部には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路１１が形成されている。具体的には、マイクロ流路１１は、第４のプレート１０ｄに形成された貫通孔によって構成されている。なお、本実施形態では、マイクロ流路１１が直線状に形成されている例について説明する。但し、本発明においてマイクロ流路１１の形状は特に限定されず、マイクロ流路１１は、例えば、蛇行状、ミアンダ状またはスパイラル状などの形状に形成されていてもよい。
【００２３】
マイクロ流路１１は、マイクロ流路１１内を流れるマイクロ流体にマイクロ効果が発現する形状寸法に形成された流路である。本実施形態では、マイクロ流路１１の横断面形状は矩形とされており、マイクロ流路１１の幅寸法は５０μｍ〜１０００μｍ程度、マイクロ流路１１の深さ寸法は５０μｍ〜１０００μｍ程度とされている。なお、マイクロ流路１１の横断面形状は矩形に限定されず、例えば、円形、楕円形または長円形などであってもよい。
【００２４】
図２に示すように、基板１０には、供給流路１２が形成されている。供給流路１２は、マイクロ流路１１の上流側端部に接続されている。マイクロ流路１１を搬送されるマイクロ流体は、図示しないポンプやスポイトなどのマイクロ流体供給手段により、この供給流路１２からマイクロ流路１１の上流側端部に供給される。なお、この供給流路１２も後述する接続流路１４と同様に、マイクロ流路１１よりも細く形成されている。
【００２５】
図１に示すように、マイクロ流路１１には、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎが接続されている。複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、マイクロ流路１１の流路方向Ｄにおけるマイクロ流路１１の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。なお、以下の説明において、「電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎ」を「電気浸透流ポンプＰ」と総称することがある。
【００２６】
本発明において、電気浸透流ポンプとは、界面動電現象を利用したポンプ一般を意味する。図３に本実施形態における電気浸透流ポンプＰの略図的断面図を示す。図３に示すように、電気浸透流ポンプＰは、ポンプ本体２５を備えている。ポンプ本体２５には、電気浸透流ポンプＰによって押出される液体が溜められている液溜め２４と、液溜め２４と外部とを連通させる連通流路２０とが形成されている。
【００２７】
連通流路２０には、電気浸透材２２が配置されている。電気浸透材２２は、多数の微細孔を有する部材である。電気浸透材２２は、例えば、多孔質体や連通流路２０の流路方向に沿って設けられた複数のファイバーの束などにより構成される。電気浸透材２２の材質は特に限定されないが、電気浸透材２２は、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ＴｉＯ２等の酸化物や、高分子材料により形成することができる。
【００２８】
連通流路２０の流路方向における電気浸透材２２の両側には、第１及び第２の電極２１，２３が設けられている。電気浸透材２２は、これら第１及び第２の電極２１，２３によって挟持されている。第１及び第２の電極２１，２３には、複数の開孔が形成されている。このため、液溜め２４内に溜められた液体は、電気浸透材２２並びに第１及び第２の電極２１，２３を透過可能である。
【００２９】
電気浸透流ポンプＰでは、第１及び第２の電極２１，２３間に電圧が印加されると、電気浸透材２２の内部に形成された多数の微細孔において界面動電現象が発生する。その結果、液溜め２４内の液体が電気浸透材２２並びに第１及び第２の電極２１，２３を経由して電気浸透流ポンプＰ外へと押し出される。
【００３０】
なお、電気浸透流ポンプＰによって押し出される液体は、界面動電現象が発生する種類の液体である限りにおいて特に限定されない。電気浸透流ポンプＰによって押し出される液体は、例えば、水、プロパノールなどのプロトン性溶媒などであってもよい。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態では、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、基板１０に形成された複数の接続流路１４によりマイクロ流路１１に接続されている。図２に示すように、マイクロ流路１１は、第１〜第３のプレート１０ａ〜１０ｃに形成された厚み方向に延びる貫通孔により形成されている。
【００３２】
図１及び図２に示すように、各接続流路１４には、空気溜まり１６が形成されている。空気溜まり１６は、接続流路１４のマイクロ流路１１側の端部よりも広い流路面積を有する。電気浸透流ポンプＰによりマイクロ流体送液用の液体が接続流路１４に押し出され、空気溜まり１６に流入すると、空気溜まり１６内にあった空気が空気溜まり１６から押し出され、マイクロ流路１１内に流入する。これにより、空気がマイクロ流路１１内に供給される。
【００３３】
接続流路１４のマイクロ流路１１側の端部は、マイクロ流路１１よりも細く形成されている。これにより、マイクロ流路１１内において輸送されるマイクロ流体が接続流路１４側に流入することが効果的に抑制されている。
【００３４】
具体的には、本実施形態では、接続流路１４は、長さがａの一対の辺と、長さがｂの残りの一対の辺を有する矩形状に形成されている。そして、接続流路１４は、以下の式（１）を満たすように形成されている。すなわち、以下の式（１）を満たすように（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている。
【００３５】
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
但し、
θ（度）：マイクロ流路１１を搬送されるマイクロ流体の接続流路１４の流路壁に対する接触角、
γ（Ｎ／ｍ）：表面張力、
Ｐ（Ｐａ）：マイクロ流体の搬送圧力
である。
【００３６】
これにより、マイクロ流体が接続流路１４側に流入することがより効果的に抑制されている。これは、以下の理由による。
【００３７】
マイクロ流体が接続流路に流入するか否かは、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）と、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）との関係により決定される。具体的には、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）が、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）以上である場合にはマイクロ流体が接続流路に流入しない。一方、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）が、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）未満である場合には、マイクロ流体が接続流路に流入する。
【００３８】
ここで、接続流路における毛細管力によるラプラス圧力ΔＰは、下記の式（２）で表される。
ΔＰ＝（２・γ・ｃｏｓθ）／ｒ ………式（２）
ここで、
γ：マイクロ流体の表面張力（Ｎ／ｍ）、
θ：マイクロ流体と流路壁との接触角（ｄｅｇ）、
ｒ：接続流路の等価半径、
である。
【００３９】
接続流路の等価半径は接続流路の等価直径の２分の１の値である。接続流路の等価直径は、任意の断面形状の接続流路に対して想定される等価な等価円管の直径に相当する。接続流路の等価直径（deq）は、接続流路の横断面積をＫ、接続流路の横断面の周長をＬとしたときに、以下の式（３）により定義される。
deq＝４Ｋ／Ｌ ………式（３）
【００４０】
例えば、接続流路の横断面形状が長さがａの一対の辺と、長さがｂの残りの一対の辺を有する矩形である場合は、接続流路の横断面積（Ｋ）と、接続流路の横断面の周長（Ｌ）とは以下の式（４）及び式（５）により表される。
Ｋ＝ａ×ｂ ………式（４）
Ｌ＝２ａ＋２ｂ ………式（５）
【００４１】
これら式（３）〜（５）を上記式（２）に代入することにより下記式（６）が導出される。この式（６）を、マイクロ流体が接続流路に流入しない条件ΔＰ≧Ｐに代入することにより、上記の式（１）が導出される。
ΔＰ＝（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ） ………式（６）
【００４２】
例えば、マイクロ流体が水であり、流路壁がアクリル樹脂からなる場合、水の表面張力は２０℃で７２．８ｍＮ／ｍであり、アクリル樹脂板に対する接触角は６３度である。従って、マイクロ流体の搬送圧力１ｋＰａとした場合、ａ＝４０μｍとすると、ｂ≦６６μｍの条件を満たすときに接続流路にマイクロ流体が流入しない。ここで、マイクロ流体の搬送圧力が１ｋＰａとなるのは、マイクロ流路におけるマイクロ流体の流速が数μＬ程度であるときであるから、マイクロ流路におけるマイクロ流体の流速が数μＬ程度である場合は、ａ＝４０μｍとすると、ｂ≦６６μｍの条件を満たすように接続流路を形成することが好ましい。
【００４３】
図１に示すように、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎのそれぞれは、電気浸透流ポンプ制御ユニットなどにより構成される制御部９に接続されている。複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、この制御部９により駆動される。本実施形態における制御部９は、具体的には、電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎのうち、マイクロ流路１１の上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する。より具体的には、マイクロ流路１１の電気浸透流ポンプＰが接続されている部分よりも下流側にまでマイクロ流路が搬送された後にその電気浸透流ポンプＰを駆動する。
【００４４】
次に、本実施形態のマイクロ流体送液装置１の動作を図４〜図６を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図６では、説明の便宜上、制御部９の描画を省略している。
【００４５】
まず、図４に示すように、供給流路１２からマイクロ流路１１の上流側部分にマイクロ流体１５が供給される。供給流路１２から供給されたマイクロ流体１５は、マイクロ流路１１の上流側端部に位置する。この状態において、図１に示す制御部９によって第１の電気浸透流ポンプＰ１が駆動される。これにより、図５に示すように、第１の電気浸透流ポンプＰ１から液体が空気溜まり１６ａに押し出される。その結果、空気溜まり１６ａ中の空気がマイクロ流路１１に供給され、マイクロ流体１５が下流側へと移動する。
【００４６】
第２の電気浸透流ポンプＰ２が接続されている接続流路１４ｂよりも下流側にマイクロ流体１５が移動すると、次に第２の電気浸透流ポンプＰ２が駆動される。これにより、図６に示すように、第２の電気浸透流ポンプＰ２から液体が空気溜まり１６ｂに押し出される。その結果、空気溜まり１６ｂ中の空気がマイクロ流路１１のマイクロ流体１５よりも上流側部分に供給され、マイクロ流体１５が下流側にさらに移動する。
【００４７】
このように、マイクロ流体１５がマイクロ流路１１の接続流路１４が接続されている部分を通過した後に、その接続流路１４に接続されている電気浸透流ポンプＰが駆動され、マイクロ流路１１のマイクロ流体１５よりも上流側部分にガスが供給される。それによって、マイクロ流体１５がマイクロ流路１１の下流側に順次搬送される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、上流側の電気浸透流ポンプＰ１から下流側の電気浸透流ポンプＰｎを順に駆動するだけで、マイクロ流路１１の上流側部分から順に、搬送されるマイクロ流体１５の後方にマイクロ流体１５を送液するためのガスを供給することができる。従って、マイクロ流体１５を長い距離に渡り搬送することができる。
【００４９】
実際に、本願発明者の実験によれば、本実施形態のマイクロ流体送液装置１を用いれば、長さが１ｍ〜５ｍ程度の非常に長いマイクロ流路１１において、１０個〜５０個のマイクロポンプを上流側から下流側に接続することにより、マイクロ流体を確実に搬送し得ることが確かめられた。
【００５０】
また、本実施形態のように、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎを用いたマイクロ流体送液装置１では、マイクロ流路１１の流路壁を可撓性材料により構成する必要がない。従って、基板１０を可撓性材料以外の材料により構成することもできる。また、製造工程の低減を果たすことができる。
【００５１】
なお、上流側から下流側に複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎを順に駆動する具体的な方法としては、例えば、マイクロ流路１１の形状寸法、マイクロ流体１５の特性などに基づいて予め定められたシークエンスに従って駆動する方法が挙げられる。また、別の方法として、カメラなどの検出手段によりマイクロ流体１５の位置を検出し、検出されたマイクロ流体１５の位置に基づいて駆動する方法などが挙げられる。
【００５２】
上記実施形態のマイクロ流体送液装置は、様々なマイクロ流体デバイスに用いることがでる。マイクロ流体送液装置を用いたマイクロ流体デバイスの一例を図７に示す。図７に示すマイクロ流体デバイス３２は、一体の濃縮ユニット３３に接続されている。濃縮ユニット３３では、検体を含むマイクロ流体の濃縮が行われる。なお、濃縮ユニット３３も、マイクロ流体デバイス３２内に一体に形成されていてもよい。
【００５３】
濃縮ユニット３３は、マイクロ流体デバイス３２の接続ポート３４に接続されている。濃縮ユニット３３において濃縮された検体は、接続ポート３４からマイクロ流体デバイス３２に供給される。
【００５４】
接続ポート３４には、希釈ユニット３５が接続されている。この希釈ユニット３５では、検体を含むマイクロ流体の希釈が行われる。希釈ユニット３５において希釈されたマイクロ流体は、マイクロ流路１１Ａに供給される。マイクロ流路１１Ａは蛇行しており、単位面積当たり大きな長さを有するように形成されている。
【００５５】
このマイクロ流路１１Ａには、上記実施形態と同様に、複数の電気浸透流ポンプＰが接続流路を介して接続されている。具体的には、６つの電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐ６がマイクロ流路１１Ａに接続されている。これにより、長いマイクロ流路１１Ａ内を、希釈されたマイクロ流体を搬送させることができる。
【００５６】
なお、ここでは、長いマイクロ流路１１において、複数のヒータ３６，３７が配置されており、イムノＰＣＲが行われる増幅ユニットが形成されている。
【００５７】
このように、上記実施形態のマイクロ流体送液装置は、希釈ユニットや増幅ユニットなどが形成されているような適宜のマイクロ流体デバイスに形成された長いマイクロ流路において、マイクロ流体を搬送するのに好適に用いることができる。
【００５８】
（変形例）
上記実施形態では、接続流路１４に空気溜まり１６を形成する例について説明したが、空気溜まり１６に替えて油溜まりを接続流路に形成してもよい。また、接続流路に空気溜まりや油溜まりを接続流路に形成せず、接続流路内に油滴を配置してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、基板とは別に電気浸透流ポンプを設ける例について説明した。但し、電気浸透流ポンプは、基板内に一体に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】マイクロ流体送液装置の模式的構成図である。
【図２】マイクロ流路の流路方向に沿った基板の断面図である。
【図３】電気浸透流ポンプの略図的断面図である。
【図４】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図５】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図６】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図７】マイクロ流体送液装置が組み込まれたマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…マイクロ流体送液装置
９…制御部
１０…基板
１０ａ〜１０ｅ…プレート
１１…マイクロ流路
１２…供給流路
１４…接続流路
１５…マイクロ流体
１６…空気溜まり
２０…連通流路
２１…第１の電極
２２…電気浸透材
２３…第２の電極
２５…ポンプ本体
３２…マイクロ流体デバイス
３３…濃縮ユニット
３４…接続ポート
３５…希釈ユニット
３６，３７…ヒータ
Ｐ…電気浸透流ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学分析や生化学分析等において微小サイズのマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関し、より詳細には、基板内に設けられたマイクロ流路においてマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、土壌中の金属イオンの分析や、血液中の各種成分を分析するためのデバイスとして、マイクロ流体装置が提案されている。マイクロ流体装置は、携帯し得る程度の大きさの基板を有する。この基板内に、流路幅が１０μｍ〜１０００μｍ程度のマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路内を、１ｎＬ〜１μＬの容量のマイクロ流体が搬送される。このようなマイクロ流体装置では、微量の検体から各種含有成分等を分析することができる。また、該マイクロ流体装置とは手で携帯し得る大きさである。従って、臨床検査などの現場において簡便にかつ敏速に分析作業を完了することができる。
【０００３】
マイクロ流体装置において、希釈や分析等の様々な作業を行うには、ある程度の長さのマイクロ流路が必要である。そのため、従来、長いマイクロ流路内においてマイクロ流体を搬送するための送液装置が種々提案されている。
【０００４】
例えば、下記の特許文献１には、積層基板内にマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路の流路壁の一部が弾性膜からなる送液用構造が開示されている。ここでは、弾性膜の外側に、マイクロ流路の流路方向に沿って複数の磁気コイル素子が分散配置されている。前記弾性膜と複数の磁気コイル素子との間に、磁性流体が配置されている。ここでは、複数の磁気コイル素子を上流側の磁気コイル素子側から順に駆動することにより、磁性流体が上流側から下流側に移動される。その結果、磁性流体に接触されている弾性膜が蠕動運動を引き起こす。それによって、マイクロ流路内のマイクロ流体が下流側に搬送される。
【０００５】
他方、下記の特許文献２に記載の送液装置においても、特許文献１に記載の構造と同様に、可撓性を有する流路壁を有するマイクロ流路が基板内に形成されている。ここでは、マイクロ流路を挟んで対向するように設けられた複数対の圧電アクチュエータが用いられている。複数対の圧電アクチュエータは、マイクロ流路の上流側から下流側に向って順に配置されている。マイクロ流路の両側に配置されている一対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路の流路壁を流路中心側に突出するように変形させ、それによって、マイクロ流路の流路幅が部分的に狭くされている。従って、上流側から下流側に向って各対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路内のマイクロ流体を下流側に搬送することができる。
【特許文献１】特開平９−２８７５７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３１６４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２に記載のマイクロ流体送液装置では、いずれも、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部が可撓性とされている。すなわち、上記磁気コイル素子からなる流路壁変形手段、あるいは上記圧電アクチュエータからなる流路壁変形手段を用いることにより、上流側から下流側に向って流路壁を順に変形させることにより、マイクロ流体が搬送されている。
【０００７】
従って、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部を、弾性膜のような可撓性材料で形成しなければならなかった。よって、基板を構成する材料と異なる材料を用いて流路壁の少なくとも一部を形成しなければならなかった。そのため、マイクロ流体送液装置を構成する材料の種類も多くなり、製造工程が煩雑であった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、マイクロ流路を形成するのに可撓性材料を必要とせず、比較的長い距離に渡りマイクロ流体を確実に搬送することが可能であり、製造工程の簡略化を可能とするマイクロ流体送液装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るマイクロ流体送液装置は、基板と、複数の電気浸透流ポンプとを備えている。基板には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が形成されている。複数の電気浸透流ポンプは、マイクロ流路の流路方向において、マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。
【００１０】
本発明のある特定の局面では、基板には、複数の電気浸透流ポンプのそれぞれとマイクロ流路とを接続しており、マイクロ流路側の端部がマイクロ流路よりも細い接続流路がさらに形成されている。この構成によれば、マイクロ流体が接続流路側へと流入することを効果的に抑制することができる。
【００１１】
本発明の他の特定の局面では、接続流路のマイクロ流路側の端部の横断面形状が、対向し合う一対の辺の長さがａ、対向し合う残りの一対の辺の長さがｂである矩形であり、マイクロ流路を搬送されるマイクロ流体のマイクロ流路の流路壁に対する接触角をθ（度）、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）、マイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている。この構成によれば、マイクロ流体が接続流路側へと流入することをさらに効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の別の特定の局面では、複数の電気浸透流ポンプを駆動する駆動部をさらに備えており、駆動部は、マイクロ流路の上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する。
【００１３】
本発明のさらに他の特定の局面では、駆動部は、マイクロ流路の電気浸透流ポンプが接続されている部分よりも下流側にまでマイクロ流体が搬送された後に該電気浸透流ポンプを駆動する。
【００１４】
本発明のさらに別の特定の局面では、接続流路には、接続流路のマイクロ流路側の端部よりも流路面積が広い空気溜まりが形成されている。この構成によれば、マイクロ流路には、空気溜まりに溜められた空気が流入する。よって、電気浸透流ポンプにより押出される液体がマイクロ流路に流入することが抑制される。従って、搬送されるマイクロ流体と電気浸透流ポンプにより押出される液体とが混じることが抑制される。
【００１５】
本発明のまたさらに他の特定の局面では、電気浸透流ポンプは、液体が溜められている液溜め及び液溜めと外部とを連通させる連通流路とが形成されているポンプ本体と、連通流路内に配置された電気浸透材と、連通流路の流路方向において電気浸透材を狭持する一対の電極とを有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体送液装置では、基板内にマイクロ流路が形成されており、複数の電気浸透流ポンプが、マイクロ流路の流路方向において、マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されているため、上流側の電気浸透流ポンプから下流側の電気浸透流ポンプを順に駆動するだけで、マイクロ流路の上流側部分から順に、搬送されるマイクロ流体の後方にマイクロ流体を送液するためのガスや液体などの流体を供給することができる。従って、上流側の電気浸透流ポンプから下流側の電気浸透流ポンプを順に駆動することにより、マイクロ流体を長い距離に渡り搬送することができる。
【００１７】
本発明に係るマイクロ流体送液装置は、電気浸透流ポンプを用いるものであるため、マイクロ流路の流路壁を可撓性材料で形成する必要がない。従って、基板内にマイクロ流路を容易に形成することができ、製造コスト及び製造工程の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
本実施形態では、例えば、後述するようなマイクロ流体デバイスに組み込まれ、マイクロ流体を送液する部分として使用されるマイクロ流体送液装置を例に挙げて本発明の実施形態の一例について説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るマイクロ流体送液装置の模式的構成図である。図２は、マイクロ流路の流路方向に沿った基板の断面図である。図１に示すように、本実施形態のマイクロ流体送液装置１は、基板１０と、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎと、制御部９とを備えている。なお、電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎの数量ｎは特に限定されないが、通常、３以上であり、５以上が好ましく、１０以上がより好ましい。
【００２１】
基板１０の構成は特に限定されず、内部に形成する流路の形状などに応じて適宜設定できる。図２に示すように、本実施形態では、基板１０は、適宜の合成樹脂、セラミックスまたは金属などにより形成された第１〜第５のプレート１０ａ〜１０ｅの積層体により構成されている。
【００２２】
基板１０の内部には、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路１１が形成されている。具体的には、マイクロ流路１１は、第４のプレート１０ｄに形成された貫通孔によって構成されている。なお、本実施形態では、マイクロ流路１１が直線状に形成されている例について説明する。但し、本発明においてマイクロ流路１１の形状は特に限定されず、マイクロ流路１１は、例えば、蛇行状、ミアンダ状またはスパイラル状などの形状に形成されていてもよい。
【００２３】
マイクロ流路１１は、マイクロ流路１１内を流れるマイクロ流体にマイクロ効果が発現する形状寸法に形成された流路である。本実施形態では、マイクロ流路１１の横断面形状は矩形とされており、マイクロ流路１１の幅寸法は５０μｍ〜１０００μｍ程度、マイクロ流路１１の深さ寸法は５０μｍ〜１０００μｍ程度とされている。なお、マイクロ流路１１の横断面形状は矩形に限定されず、例えば、円形、楕円形または長円形などであってもよい。
【００２４】
図２に示すように、基板１０には、供給流路１２が形成されている。供給流路１２は、マイクロ流路１１の上流側端部に接続されている。マイクロ流路１１を搬送されるマイクロ流体は、図示しないポンプやスポイトなどのマイクロ流体供給手段により、この供給流路１２からマイクロ流路１１の上流側端部に供給される。なお、この供給流路１２も後述する接続流路１４と同様に、マイクロ流路１１よりも細く形成されている。
【００２５】
図１に示すように、マイクロ流路１１には、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎが接続されている。複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、マイクロ流路１１の流路方向Ｄにおけるマイクロ流路１１の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている。なお、以下の説明において、「電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎ」を「電気浸透流ポンプＰ」と総称することがある。
【００２６】
本発明において、電気浸透流ポンプとは、界面動電現象を利用したポンプ一般を意味する。図３に本実施形態における電気浸透流ポンプＰの略図的断面図を示す。図３に示すように、電気浸透流ポンプＰは、ポンプ本体２５を備えている。ポンプ本体２５には、電気浸透流ポンプＰによって押出される液体が溜められている液溜め２４と、液溜め２４と外部とを連通させる連通流路２０とが形成されている。
【００２７】
連通流路２０には、電気浸透材２２が配置されている。電気浸透材２２は、多数の微細孔を有する部材である。電気浸透材２２は、例えば、多孔質体や連通流路２０の流路方向に沿って設けられた複数のファイバーの束などにより構成される。電気浸透材２２の材質は特に限定されないが、電気浸透材２２は、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ＴｉＯ２等の酸化物や、高分子材料により形成することができる。
【００２８】
連通流路２０の流路方向における電気浸透材２２の両側には、第１及び第２の電極２１，２３が設けられている。電気浸透材２２は、これら第１及び第２の電極２１，２３によって挟持されている。第１及び第２の電極２１，２３には、複数の開孔が形成されている。このため、液溜め２４内に溜められた液体は、電気浸透材２２並びに第１及び第２の電極２１，２３を透過可能である。
【００２９】
電気浸透流ポンプＰでは、第１及び第２の電極２１，２３間に電圧が印加されると、電気浸透材２２の内部に形成された多数の微細孔において界面動電現象が発生する。その結果、液溜め２４内の液体が電気浸透材２２並びに第１及び第２の電極２１，２３を経由して電気浸透流ポンプＰ外へと押し出される。
【００３０】
なお、電気浸透流ポンプＰによって押し出される液体は、界面動電現象が発生する種類の液体である限りにおいて特に限定されない。電気浸透流ポンプＰによって押し出される液体は、例えば、水、プロパノールなどのプロトン性溶媒などであってもよい。
【００３１】
図１に示すように、本実施形態では、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、基板１０に形成された複数の接続流路１４によりマイクロ流路１１に接続されている。図２に示すように、マイクロ流路１１は、第１〜第３のプレート１０ａ〜１０ｃに形成された厚み方向に延びる貫通孔により形成されている。
【００３２】
図１及び図２に示すように、各接続流路１４には、空気溜まり１６が形成されている。空気溜まり１６は、接続流路１４のマイクロ流路１１側の端部よりも広い流路面積を有する。電気浸透流ポンプＰによりマイクロ流体送液用の液体が接続流路１４に押し出され、空気溜まり１６に流入すると、空気溜まり１６内にあった空気が空気溜まり１６から押し出され、マイクロ流路１１内に流入する。これにより、空気がマイクロ流路１１内に供給される。
【００３３】
接続流路１４のマイクロ流路１１側の端部は、マイクロ流路１１よりも細く形成されている。これにより、マイクロ流路１１内において輸送されるマイクロ流体が接続流路１４側に流入することが効果的に抑制されている。
【００３４】
具体的には、本実施形態では、接続流路１４は、長さがａの一対の辺と、長さがｂの残りの一対の辺を有する矩形状に形成されている。そして、接続流路１４は、以下の式（１）を満たすように形成されている。すなわち、以下の式（１）を満たすように（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている。
【００３５】
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
但し、
θ（度）：マイクロ流路１１を搬送されるマイクロ流体の接続流路１４の流路壁に対する接触角、
γ（Ｎ／ｍ）：表面張力、
Ｐ（Ｐａ）：マイクロ流体の搬送圧力
である。
【００３６】
これにより、マイクロ流体が接続流路１４側に流入することがより効果的に抑制されている。これは、以下の理由による。
【００３７】
マイクロ流体が接続流路に流入するか否かは、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）と、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）との関係により決定される。具体的には、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）が、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）以上である場合にはマイクロ流体が接続流路に流入しない。一方、接続流路における毛細管力によるラプラス圧（ΔＰ）が、マイクロ流路におけるマイクロ流体の搬送圧力（Ｐ）未満である場合には、マイクロ流体が接続流路に流入する。
【００３８】
ここで、接続流路における毛細管力によるラプラス圧力ΔＰは、下記の式（２）で表される。
ΔＰ＝（２・γ・ｃｏｓθ）／ｒ ………式（２）
ここで、
γ：マイクロ流体の表面張力（Ｎ／ｍ）、
θ：マイクロ流体と流路壁との接触角（ｄｅｇ）、
ｒ：接続流路の等価半径、
である。
【００３９】
接続流路の等価半径は接続流路の等価直径の２分の１の値である。接続流路の等価直径は、任意の断面形状の接続流路に対して想定される等価な等価円管の直径に相当する。接続流路の等価直径（deq）は、接続流路の横断面積をＫ、接続流路の横断面の周長をＬとしたときに、以下の式（３）により定義される。
deq＝４Ｋ／Ｌ ………式（３）
【００４０】
例えば、接続流路の横断面形状が長さがａの一対の辺と、長さがｂの残りの一対の辺を有する矩形である場合は、接続流路の横断面積（Ｋ）と、接続流路の横断面の周長（Ｌ）とは以下の式（４）及び式（５）により表される。
Ｋ＝ａ×ｂ ………式（４）
Ｌ＝２ａ＋２ｂ ………式（５）
【００４１】
これら式（３）〜（５）を上記式（２）に代入することにより下記式（６）が導出される。この式（６）を、マイクロ流体が接続流路に流入しない条件ΔＰ≧Ｐに代入することにより、上記の式（１）が導出される。
ΔＰ＝（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ） ………式（６）
【００４２】
例えば、マイクロ流体が水であり、流路壁がアクリル樹脂からなる場合、水の表面張力は２０℃で７２．８ｍＮ／ｍであり、アクリル樹脂板に対する接触角は６３度である。従って、マイクロ流体の搬送圧力１ｋＰａとした場合、ａ＝４０μｍとすると、ｂ≦６６μｍの条件を満たすときに接続流路にマイクロ流体が流入しない。ここで、マイクロ流体の搬送圧力が１ｋＰａとなるのは、マイクロ流路におけるマイクロ流体の流速が数μＬ程度であるときであるから、マイクロ流路におけるマイクロ流体の流速が数μＬ程度である場合は、ａ＝４０μｍとすると、ｂ≦６６μｍの条件を満たすように接続流路を形成することが好ましい。
【００４３】
図１に示すように、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎのそれぞれは、電気浸透流ポンプ制御ユニットなどにより構成される制御部９に接続されている。複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎは、この制御部９により駆動される。本実施形態における制御部９は、具体的には、電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎのうち、マイクロ流路１１の上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する。より具体的には、マイクロ流路１１の電気浸透流ポンプＰが接続されている部分よりも下流側にまでマイクロ流路が搬送された後にその電気浸透流ポンプＰを駆動する。
【００４４】
次に、本実施形態のマイクロ流体送液装置１の動作を図４〜図６を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図６では、説明の便宜上、制御部９の描画を省略している。
【００４５】
まず、図４に示すように、供給流路１２からマイクロ流路１１の上流側部分にマイクロ流体１５が供給される。供給流路１２から供給されたマイクロ流体１５は、マイクロ流路１１の上流側端部に位置する。この状態において、図１に示す制御部９によって第１の電気浸透流ポンプＰ１が駆動される。これにより、図５に示すように、第１の電気浸透流ポンプＰ１から液体が空気溜まり１６ａに押し出される。その結果、空気溜まり１６ａ中の空気がマイクロ流路１１に供給され、マイクロ流体１５が下流側へと移動する。
【００４６】
第２の電気浸透流ポンプＰ２が接続されている接続流路１４ｂよりも下流側にマイクロ流体１５が移動すると、次に第２の電気浸透流ポンプＰ２が駆動される。これにより、図６に示すように、第２の電気浸透流ポンプＰ２から液体が空気溜まり１６ｂに押し出される。その結果、空気溜まり１６ｂ中の空気がマイクロ流路１１のマイクロ流体１５よりも上流側部分に供給され、マイクロ流体１５が下流側にさらに移動する。
【００４７】
このように、マイクロ流体１５がマイクロ流路１１の接続流路１４が接続されている部分を通過した後に、その接続流路１４に接続されている電気浸透流ポンプＰが駆動され、マイクロ流路１１のマイクロ流体１５よりも上流側部分にガスが供給される。それによって、マイクロ流体１５がマイクロ流路１１の下流側に順次搬送される。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、上流側の電気浸透流ポンプＰ１から下流側の電気浸透流ポンプＰｎを順に駆動するだけで、マイクロ流路１１の上流側部分から順に、搬送されるマイクロ流体１５の後方にマイクロ流体１５を送液するためのガスを供給することができる。従って、マイクロ流体１５を長い距離に渡り搬送することができる。
【００４９】
実際に、本願発明者の実験によれば、本実施形態のマイクロ流体送液装置１を用いれば、長さが１ｍ〜５ｍ程度の非常に長いマイクロ流路１１において、１０個〜５０個のマイクロポンプを上流側から下流側に接続することにより、マイクロ流体を確実に搬送し得ることが確かめられた。
【００５０】
また、本実施形態のように、複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎを用いたマイクロ流体送液装置１では、マイクロ流路１１の流路壁を可撓性材料により構成する必要がない。従って、基板１０を可撓性材料以外の材料により構成することもできる。また、製造工程の低減を果たすことができる。
【００５１】
なお、上流側から下流側に複数の電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐｎを順に駆動する具体的な方法としては、例えば、マイクロ流路１１の形状寸法、マイクロ流体１５の特性などに基づいて予め定められたシークエンスに従って駆動する方法が挙げられる。また、別の方法として、カメラなどの検出手段によりマイクロ流体１５の位置を検出し、検出されたマイクロ流体１５の位置に基づいて駆動する方法などが挙げられる。
【００５２】
上記実施形態のマイクロ流体送液装置は、様々なマイクロ流体デバイスに用いることがでる。マイクロ流体送液装置を用いたマイクロ流体デバイスの一例を図７に示す。図７に示すマイクロ流体デバイス３２は、一体の濃縮ユニット３３に接続されている。濃縮ユニット３３では、検体を含むマイクロ流体の濃縮が行われる。なお、濃縮ユニット３３も、マイクロ流体デバイス３２内に一体に形成されていてもよい。
【００５３】
濃縮ユニット３３は、マイクロ流体デバイス３２の接続ポート３４に接続されている。濃縮ユニット３３において濃縮された検体は、接続ポート３４からマイクロ流体デバイス３２に供給される。
【００５４】
接続ポート３４には、希釈ユニット３５が接続されている。この希釈ユニット３５では、検体を含むマイクロ流体の希釈が行われる。希釈ユニット３５において希釈されたマイクロ流体は、マイクロ流路１１Ａに供給される。マイクロ流路１１Ａは蛇行しており、単位面積当たり大きな長さを有するように形成されている。
【００５５】
このマイクロ流路１１Ａには、上記実施形態と同様に、複数の電気浸透流ポンプＰが接続流路を介して接続されている。具体的には、６つの電気浸透流ポンプＰ１〜Ｐ６がマイクロ流路１１Ａに接続されている。これにより、長いマイクロ流路１１Ａ内を、希釈されたマイクロ流体を搬送させることができる。
【００５６】
なお、ここでは、長いマイクロ流路１１において、複数のヒータ３６，３７が配置されており、イムノＰＣＲが行われる増幅ユニットが形成されている。
【００５７】
このように、上記実施形態のマイクロ流体送液装置は、希釈ユニットや増幅ユニットなどが形成されているような適宜のマイクロ流体デバイスに形成された長いマイクロ流路において、マイクロ流体を搬送するのに好適に用いることができる。
【００５８】
（変形例）
上記実施形態では、接続流路１４に空気溜まり１６を形成する例について説明したが、空気溜まり１６に替えて油溜まりを接続流路に形成してもよい。また、接続流路に空気溜まりや油溜まりを接続流路に形成せず、接続流路内に油滴を配置してもよい。
【００５９】
上記実施形態では、基板とは別に電気浸透流ポンプを設ける例について説明した。但し、電気浸透流ポンプは、基板内に一体に設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】マイクロ流体送液装置の模式的構成図である。
【図２】マイクロ流路の流路方向に沿った基板の断面図である。
【図３】電気浸透流ポンプの略図的断面図である。
【図４】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図５】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図６】マイクロ流体の送液態様を説明するためのマイクロ流体送液装置の略図的構成図である。
【図７】マイクロ流体送液装置が組み込まれたマイクロ流体デバイスの模式的平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…マイクロ流体送液装置
９…制御部
１０…基板
１０ａ〜１０ｅ…プレート
１１…マイクロ流路
１２…供給流路
１４…接続流路
１５…マイクロ流体
１６…空気溜まり
２０…連通流路
２１…第１の電極
２２…電気浸透材
２３…第２の電極
２５…ポンプ本体
３２…マイクロ流体デバイス
３３…濃縮ユニット
３４…接続ポート
３５…希釈ユニット
３６，３７…ヒータ
Ｐ…電気浸透流ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が形成されている基板と、
前記マイクロ流路の流路方向において、前記マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている複数の電気浸透流ポンプとを備える、マイクロ流体送液装置。
【請求項２】
前記基板には、前記複数の電気浸透流ポンプのそれぞれと前記マイクロ流路とを接続しており、前記マイクロ流路側の端部が前記マイクロ流路よりも細い接続流路がさらに形成されている、請求項１に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項３】
前記接続流路の前記マイクロ流路側の端部の横断面形状が、対向し合う一対の辺の長さがａ、対向し合う残りの一対の辺の長さがｂである矩形であり、前記マイクロ流路を搬送されるマイクロ流体のマイクロ流路の流路壁に対する接触角をθ（度）、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）、前記マイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている、請求項２に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項４】
前記複数の電気浸透流ポンプを駆動する駆動部をさらに備えており、前記駆動部は、前記マイクロ流路の前記上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記マイクロ流路の前記電気浸透流ポンプが接続されている部分よりも下流側にまで前記マイクロ流体が搬送された後に該電気浸透流ポンプを駆動する、請求項４に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項６】
前記接続流路には、前記接続流路の前記マイクロ流路側の端部よりも流路面積が広い空気溜まりが形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項７】
前記電気浸透流ポンプは、液体が溜められている液溜め及び前記液溜めと外部とを連通させる連通流路とが形成されているポンプ本体と、前記連通流路内に配置された電気浸透材と、前記連通流路の流路方向において前記電気浸透材を狭持する一対の電極とを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項１】
マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が形成されている基板と、
前記マイクロ流路の流路方向において、前記マイクロ流路の相互に異なる部位にそれぞれ接続されている複数の電気浸透流ポンプとを備える、マイクロ流体送液装置。
【請求項２】
前記基板には、前記複数の電気浸透流ポンプのそれぞれと前記マイクロ流路とを接続しており、前記マイクロ流路側の端部が前記マイクロ流路よりも細い接続流路がさらに形成されている、請求項１に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項３】
前記接続流路の前記マイクロ流路側の端部の横断面形状が、対向し合う一対の辺の長さがａ、対向し合う残りの一対の辺の長さがｂである矩形であり、前記マイクロ流路を搬送されるマイクロ流体のマイクロ流路の流路壁に対する接触角をθ（度）、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）、前記マイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている、請求項２に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項４】
前記複数の電気浸透流ポンプを駆動する駆動部をさらに備えており、前記駆動部は、前記マイクロ流路の前記上流側に接続されている電気浸透流ポンプから順番に駆動する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記マイクロ流路の前記電気浸透流ポンプが接続されている部分よりも下流側にまで前記マイクロ流体が搬送された後に該電気浸透流ポンプを駆動する、請求項４に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項６】
前記接続流路には、前記接続流路の前記マイクロ流路側の端部よりも流路面積が広い空気溜まりが形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【請求項７】
前記電気浸透流ポンプは、液体が溜められている液溜め及び前記液溜めと外部とを連通させる連通流路とが形成されているポンプ本体と、前記連通流路内に配置された電気浸透材と、前記連通流路の流路方向において前記電気浸透材を狭持する一対の電極とを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のマイクロ流体送液装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−６６０９６（Ｐ２０１０−６６０９６Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１９６９（Ｐ２００８−２３１９６９）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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