遠心力を用いる微細流体処理基板内で少なくとも二種類の流体を混合する方法
【課題】遠心力を用い微細流体処理基板内で少なくとも二種類の流体を速く混合する方法を提供する。
【解決手段】微細流体処理基板のミキシングチャンバ１５に少なくとも二種類の流体を順次に収容し、少なくとも二種類の流体が混合されるまで基板１０を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させる。
また、一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバ１５に収容し、流体と異なる少なくとも一種類の流体を遠心力によって供給チャンバからミキシングチャンバに流動して、混合されるまで基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させる。
【解決手段】微細流体処理基板のミキシングチャンバ１５に少なくとも二種類の流体を順次に収容し、少なくとも二種類の流体が混合されるまで基板１０を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させる。
また、一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバ１５に収容し、流体と異なる少なくとも一種類の流体を遠心力によって供給チャンバからミキシングチャンバに流動して、混合されるまで基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流体処理基板内に収容された少なくとも二種類の流体を遠心力を利用して速く混合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）のような微細流体処理基板には、流体が収容されるチャンバと、流体の流路となるチャンネルとが多様な形態で形成されている。前記微細流体処理基板に収容される流体のレイノルズ数（Ｒｅｎｏｌｄｓ ｎｕｍｂｅｒ）が小さく、チャンネルとチャンバで流体が層流で流れるため、微細流体処理基板に少なくとも二種類の液体を収容し、それらを混合する過程は、速く進められないことが知られており、ＣＤ形態の基板のように遠心力を利用して収容された流体をポンピングする微細流体処理基板の場合にも同様であることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、二種類の流体が出合うマイクロキャビティと、前記マイクロキャビティから曲がって延びたミキシングチャンネルとを備えて、さらに速く流体を混合できるＣＤ形態の微細流体処理基板が提示されている。しかし、前記ミキシングチャンネルが占める面積が広いため、微細流体処理基板を集積化し難く、混合される流体種類の数が増加することによって、前記マイクロキャビティとミキシングチャンネルとがさらに必要となって、前記微細流体処理基板を大きく形成しなければならないという問題点がある。
【０００４】
一方、非特許文献１には、流体に複数の磁性ビーズをさらに注入し、ＣＤ形態の微細流体処理基板を回転させると同時に、磁力によって前記磁性ビーズを刺激してさらに速く流体を混合できる方法が提示されている。しかし、流体に磁性ビーズを追加で注入する必要があり、微細流体処理基板の周辺に磁石を適切に配置しなければならないという不便さがある。
【特許文献１】米国特許第６，９１９，０５８号明細書
【非特許文献１】Ｌａｂ ｃｈｉｐ， ｖｏｌ．５，ｐｐ．５６０−５６５（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、微細流体処理基板内に収容された少なくとも二種類の流体を適切な回転プログラムを通じて速く混合する方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の技術的課題を達成するために本発明は、微細流体処理基板のミキシングチャンバに少なくとも二種類の流体を順次に収容し、前記少なくとも二種類の流体が混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は、一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバに収容し、前記流体と異なる少なくとも一種類の流体を前記ミキシングチャンバにチャンネルを介して連結された少なくとも一つの供給チャンバに収容し、遠心力によって前記供給チャンバに収容された流体が前記ミキシングチャンバに流動して、前記ミキシングチャンバに収容された流体と混合されるまで、前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に、他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法を提供する。
【０００８】
なお、本明細書において「回転周波数」なる用語を用いるが、これは回転速度と同意語であり、１秒間に１回転する回転速度を１ヘルツ（Ｈｚ）として用いる。
【０００９】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布が、対称または非対称でありうる。
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚでありうる。
【００１０】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有しうる。
【００１１】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内で、それぞれ加速区間を有しうる。
【００１２】
望ましくは、前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓでありうる。
【００１３】
望ましくは、互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含みうる。
【００１４】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間は、１秒以内でありうる。
【００１５】
望ましくは、本発明の流体混合方法は、前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遠心力を用いる微細流体処理基板に収容された異なる種類の流体を急速に混合できる。
【００１７】
また、流体の速い混合のために、微細流体処理基板を拡大するか、磁石などの追加的な構成を付加する必要がないので、基板の集積化に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の一例を示す平面図である。
【００２０】
図１を参照すれば、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板１０は、ＣＤ形態の基板であり、中央の通孔１１に挟まれるスピンドルモータ（図示せず）によって時計回り方向または逆時計回り方向に高速回転する。このような高速回転による遠心力が、微細流体処理基板１０内に収容された流体を基板１０の外周方向にポンピングする。前記スピンドルモータの回転プログラムによって、前記基板１０の回転方向、回転速度などを多様に変化させることができる。
【００２１】
前記微細流体処理基板１０には、異なる二種類の流体がそれぞれ収容される第１供給チャンバ２０及び第２供給チャンバ３０と、前記異なる二種類の流体が混合されるミキシングチャンバ１５とが設けられる。前記二種類の流体が、基板１０の回転による遠心力によって第１及び第２供給チャンバ２０、３０からミキシングチャンバ１５に向かってポンピングされるように、前記ミキシングチャンバ１５は、第１及び第２供給チャンバ２０、３０より基板１０の中央から遠く配置される。集積化のために前記微細流体処理基板１０には、第１及び第２供給チャンバ２０、３０とミキシングチャンバ１５とを含んでなったユニットが５組設けられる。
【００２２】
また、前記微細流体処理基板１０には、前記第１供給チャンバ２０と第２供給チャンバ３０とに流体を注入するための第１インレットホール２１と第２インレットホール３１とが設けられ、前記第１供給チャンバ２０とミキシングチャンバ１５とを連結する第１チャンネル２３と、前記第２供給チャンバ３０とミキシングチャンバ１５とを連結する第２チャンネル３３とが設けられる。前記第１チャンネル２３と第２チャンネル３３とは、それぞれ第１バルブ２５と第２バルブ３５とによって開放可能に閉鎖される。参照番号４３は、混合された流体を抽出するためのアウトレットであり、参照番号４５は、ミキシングチャンバ１５とアウトレット４３とを連結するアウトレットチャンネルである。
【００２３】
図２は、微細流体処理基板の回転によってミキシングチャンバの流体に渦流が形成された様子を示す平面図であり、図３は、微細流体処理基板の回転方向転換によってミキシングチャンバの流体にひっくり返り（ｆｌｉｐ−ｏｖｅｒ）が形成された様子を示す平面図である。
【００２４】
微細流体処理基板１０（図１参照）のミキシングチャンバ１５で乱流が持続的に維持されれば、流体が速く混合できるという仮定下に、発明者は、前記ミキシングチャンバ１５に流体Ｆ０を注入し、０Ｈｚの回転周波数から始めて、６０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で一方向（例えば、時計回り方向）に前記基板１０を回転させてみた。その結果、０．１５秒までは、図２に示すように渦流Ｖが発生するが、以後には渦流Ｖが安定する現象を確認することができた。これから、前記渦流Ｖが安定して消滅する前に前記基板１０の回転方向を転換すれば、渦流Ｖによる乱流が持続的に維持されると推論し、実験を通じて確認した。合わせて、前記基板１０の回転方向を転換するときに、ミキシングチャンバ１５には、図３に示すように流体Ｆ０のひっくり返りが発生するが、このようなひっくり返りも流体の速い混合に肯定的な作用を起こす。
【００２５】
前記流体混合方法の有効性を確認するために発明者は、ミキシングチャンバ１５に異なる色の二種類の流体を注入し、微細流体処理基板１０を方向転換回転して流体を混合する実験を実施した。図４Ａないし図４Ｄは、前記実験に適用された回転周波数分布グラフである。図１を参照して具体的な実験過程を説明すれば、次の通りである。
【００２６】
まず、第１インレットホール２１を介して第１供給チャンバ２０に一色相の第１流体を注入し、第２インレットホール３１を介して第２供給チャンバ３０に他の色相の第２流体を注入する。前記第２流体には、第１流体と第２流体との混合を促進する複数のビーズ粒子が混合されている。実験では直径１μｍのビーズ粒子が使われたが、第２チャンネル３３を介した第２流体の流れを妨害しなければ、さらに大きい粒子も適用可能であり、望ましくは、０より大きくて１０μｍ以下の直径を有する粒子が使われうる。次に、第１チャンネル２３を閉鎖している第１バルブ２５を開放し、基板１０を回転させて遠心力によって前記第１流体をミキシングチャンバ１５に移動させ、第２チャンネル３３を閉鎖している第２バルブ３５を開放し、基板１０を回転させて前記第２流体をミキシングチャンバ１５に移動させる。前記ミキシングチャンバ１５の深さは、３ｍｍであり、第１流体と第２流体とがそれぞれ１００μｍずづ投入された。
【００２７】
この状態で、前記基板１０を図４Ａに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に１００Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．１秒の加速区間の間に加速し、以後０．３秒の等速区間の間に１０Ｈｚの回転周波数で回転させ、その後、０．１秒の減速区間の間に−１００Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した。その結果、０．５秒間一方向（例えば、時計回り方向）に回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００２８】
一方、他の実験例によれば、図４Ｂに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速し、連続して他方向（例えば、逆時計回り方向）に０．２５秒の加速区間の間に２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で加速し（図４Ｂのグラフでは（−）勾配で表示される）、その後、０．２５秒の減速区間の間に−２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した（図４Ｂのグラフでは（＋）勾配で表示される）。その結果、１．０秒間１回方向転換して回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００２９】
さらに他の実験例によれば、図４Ｃに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に８０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−８０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した。その結果、０．５秒間一方向（例えば、時計回り方向）に回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００３０】
さらに他の実験例によれば、図４Ｄに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速し、連続して他方向（例えば、逆時計回り方向）に０．２５秒の加速区間の間に４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で加速し（図４Ｄのグラフでは（−）勾配で表示される）、その後、０．２５秒の減速区間の間に−４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した（図４Ｄのグラフでは（＋）勾配で表示される）。その結果、１．０秒間１回方向転換して回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
前述の流体混合実験を通じて、ビーズ粒子が含まれた流体は、１秒以内に完全に混合され、回転周波数の上昇率が大きいほどさらに速い時間内に完全に混合される傾向を確認することができる。
【００３１】
発明者は、少なくとも二種類の流体をミキシングチャンバに投入した後に混合する前記の方法以外に、流体をミキシングチャンバに投入すると同時に混合する方法も考慮して、これを裏付ける実験を実施した。図５Ａ及び図５Ｂは、このような流体混合方法を説明するための平面図であり、図６Ａ及び図６Ｂは、前記流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。図１を参照して具体的な実験過程を説明すれば、次の通りである。
【００３２】
まず、第１インレットホール２１を介して第１供給チャンバ２０に一色相の第１流体を注入し、第２インレットホール３１を介して第２供給チャンバ３０に他の色相の第２流体を注入した後、第１チャンネル２３を閉鎖している第１バルブ２５を開放し、基板１０を回転させて遠心力によって前記第１流体をミキシングチャンバ１５に移動させる。次に、第２チャンネル３３を閉鎖している第２バルブ３５を開放し、図６Ａまたは図６Ｂで示された回転周波数プログラムによって、基板１０を回転させて第２流体をミキシングチャンバ１５に移動させると同時に混合させる。図５Ａに示すように、基板１０を回転させ始めれば、第２流体Ｆ２が開放された第２チャンネル３３を介して第１流体Ｆ１のあるミキシングチャンバ１５に流入され始める。続いて、前記基板１０を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させれば、図５Ｂに示すように第２流体Ｆ２は、ミキシングチャンバ１５に継続的に流入され、ミキシングチャンバ１５には、第１流体と第２流体とが混合された混合流体Ｆ１＋Ｆ２の量が増大する。
【００３３】
図６Ａで示された回転周波数プログラムによれば、前記基板１０は、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に一方向（例えば、時計回り方向）に加速され、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される。続いて、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に他方向（例えば、逆時計回り方向）に加速され（他方向の回転であるため、図６Ａのグラフには、開始周波数が（−）大きさで、回転周波数の上昇率が（−）勾配で表示される）、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される（他方向の回転であるため、図６Ａのグラフには、回転周波数の上昇率が（＋）勾配で、従属周波数が（−）大きさで表示される）。このように一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）に対して対称的な回転周波数分布で、第１流体（図５ＡのＦ１参照）と第２流体（図５ＡのＦ２）とが完全に混合されるまで方向を転換して基板１０の回転を繰返す。
【００３４】
図６Ｂで示された回転周波数プログラムによれば、前記基板１０は、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に一方向（例えば、時計回り方向）に加速され、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される。続いて、開始周波数５４Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．１Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に他方向（例えば、逆時計回り方向）に加速され（他方向の回転であるため、図６Ｂのグラフには、開始周波数が（−）大きさで、回転周波数の上昇率が（−）勾配で表示される）、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．１Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で５４Ｈｚまで減速される（他方向の回転であるため、図６Ｂのグラフには、回転周波数の上昇率が（＋）勾配で、従属周波数が（−）大きさで表示される）。このように、一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）とに対して非対称の回転周波数分布で、第１流体（図５ＡのＦ１参照）と第２流体（図５ＡのＦ２）とが完全に混合されるまで方向を転換して基板１０の回転を繰返す。
【００３５】
図７Ａないし図７Ｄは、流体投入と混合を同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【００３６】
流体投入と混合とを同時に行う実験の第１実験例で、前記ミキシングチャンバ１５の深さは２ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積は１００μｌ、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積は、それぞれ３０μｌであり、図６Ａで示された回転周波数プログラム（いわゆる“対称的回転周波数プログラム”）によって基板１０が回転した。その結果、図７Ａに示すように、０．３秒間基板１０を１回方向転換して回転させた後に、第２流体Ｆ２が全部ミキシングチャンバ１５に移動され、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３７】
第２実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ７．５μｍに設定され、図６Ａで示された回転周波数プログラムによって基板１０が回転した。その結果、図７Ｂに示すように、１．５秒間基板１０を９回方向転換して回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３８】
第３実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ７．５μｌに設定され、図６Ｂで示された回転周波数プログラム（いわゆる“非対称的回転周波数プログラム”）によって基板１０が回転した。その結果、図７Ｃに示すように、１．２秒間基板１０を７回方向転換して回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３９】
一方、第４実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．１２５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が６．２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ１．８７５μｌに設定され、図６Ａで示された回転周波数プログラムによって基板１０が回転した。その結果、図７Ｄに示すように、９秒以上基板１０を回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００４０】
前記第１、第２、及び第４実験例の比較を通じて、ミキシングチャンバ１５の深さが浅くなるほど流体混合にかかる時間が延長することを推論できる。望ましいミキシングチャンバ１５の深さは０．５〜３ｍｍでありうる。また、前記第２及び第４実験例の比較を通じて、一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）との回転周波数分布が、対称的な場合より非対称の場合にさらに迅速な流体混合が可能となることを推論できる。一方、流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法が、流体投入と混合とを分離して行う流体混合方法に比べて、流体投入時間が別途にかからないため、さらい速い流体混合を可能にする。
【００４１】
図８は、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の他の一例を示す断面図であって、図１に示す微細流体処理基板の変形例である。以下、図１の微細流体処理基板と区別される構成について詳細に説明する。
【００４２】
図８を参照すれば、微細流体処理基板１０のミキシングチャンバ１５の内側面に流体の渦流発現を促進する突出部１６が備えられる。前記突出部１６は、ミキシングチャンバ１５の内側面から不定形または定形的に突出した複数の突起であってもよく、前記内側面で浮き彫りにされた所定のパターンであってもよい。前記突出部１６によってミキシングチャンバ１５に流入された少なくとも二種類の流体には、前記基板１０が回転することによって渦流の発現が促進されるだけでなく、形成される渦流の規模も大きくなって、さらに迅速に流体が混合されうる。
【００４３】
前述の本発明の実験例では、回転方向を転換するまで時計回り方向または逆時計回り方向に回転する各区間の所要時間が１秒以内であるが、回転角速度を適切に調節すれば、一方向に回転する各区間の所要時間が１０秒程度である場合にもミキシングチャンバに形成された渦流が消えないようにして効率的に流体を混合できる。
【００４４】
本発明は、図示された実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。例えば、本発明は三種類以上の異なる流体を混合することにも適用されうる。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、流体混合関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の一例を示す平面図である。
【図２】微細流体処理基板の回転によってミキシングチャンバの流体に渦流が形成された様子を示す平面図である。
【図３】微細流体処理基板の回転方向転換によってミキシングチャンバの流体にひっくり返りが形成された様子を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｂ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｃ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｄ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図５Ａ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を説明するための平面図である。
【図５Ｂ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を説明するための平面図である。
【図６Ａ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図６Ｂ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図７Ａ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｂ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｃ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｄ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図８】本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 微細流体処理基板、
１１ 通孔、
１５ ミキシングチャンバ、
２０、３０ 第１及び第２供給チャンバ、
２１、３１ 第１及び第２インレットホール、
２３、３３ 第１及び第２チャンネル、
２５、３５ 第１及び第２バルブ、
４３ アウトレット、
４５ アウトレットチャンネル、
Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２ 流体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細流体処理基板内に収容された少なくとも二種類の流体を遠心力を利用して速く混合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）のような微細流体処理基板には、流体が収容されるチャンバと、流体の流路となるチャンネルとが多様な形態で形成されている。前記微細流体処理基板に収容される流体のレイノルズ数（Ｒｅｎｏｌｄｓ ｎｕｍｂｅｒ）が小さく、チャンネルとチャンバで流体が層流で流れるため、微細流体処理基板に少なくとも二種類の液体を収容し、それらを混合する過程は、速く進められないことが知られており、ＣＤ形態の基板のように遠心力を利用して収容された流体をポンピングする微細流体処理基板の場合にも同様であることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、二種類の流体が出合うマイクロキャビティと、前記マイクロキャビティから曲がって延びたミキシングチャンネルとを備えて、さらに速く流体を混合できるＣＤ形態の微細流体処理基板が提示されている。しかし、前記ミキシングチャンネルが占める面積が広いため、微細流体処理基板を集積化し難く、混合される流体種類の数が増加することによって、前記マイクロキャビティとミキシングチャンネルとがさらに必要となって、前記微細流体処理基板を大きく形成しなければならないという問題点がある。
【０００４】
一方、非特許文献１には、流体に複数の磁性ビーズをさらに注入し、ＣＤ形態の微細流体処理基板を回転させると同時に、磁力によって前記磁性ビーズを刺激してさらに速く流体を混合できる方法が提示されている。しかし、流体に磁性ビーズを追加で注入する必要があり、微細流体処理基板の周辺に磁石を適切に配置しなければならないという不便さがある。
【特許文献１】米国特許第６，９１９，０５８号明細書
【非特許文献１】Ｌａｂ ｃｈｉｐ， ｖｏｌ．５，ｐｐ．５６０−５６５（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点を解決するためのものであって、微細流体処理基板内に収容された少なくとも二種類の流体を適切な回転プログラムを通じて速く混合する方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の技術的課題を達成するために本発明は、微細流体処理基板のミキシングチャンバに少なくとも二種類の流体を順次に収容し、前記少なくとも二種類の流体が混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法を提供する。
【０００７】
また、本発明は、一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバに収容し、前記流体と異なる少なくとも一種類の流体を前記ミキシングチャンバにチャンネルを介して連結された少なくとも一つの供給チャンバに収容し、遠心力によって前記供給チャンバに収容された流体が前記ミキシングチャンバに流動して、前記ミキシングチャンバに収容された流体と混合されるまで、前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に、他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法を提供する。
【０００８】
なお、本明細書において「回転周波数」なる用語を用いるが、これは回転速度と同意語であり、１秒間に１回転する回転速度を１ヘルツ（Ｈｚ）として用いる。
【０００９】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布が、対称または非対称でありうる。
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚでありうる。
【００１０】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有しうる。
【００１１】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内で、それぞれ加速区間を有しうる。
【００１２】
望ましくは、前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓでありうる。
【００１３】
望ましくは、互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含みうる。
【００１４】
望ましくは、時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間は、１秒以内でありうる。
【００１５】
望ましくは、本発明の流体混合方法は、前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遠心力を用いる微細流体処理基板に収容された異なる種類の流体を急速に混合できる。
【００１７】
また、流体の速い混合のために、微細流体処理基板を拡大するか、磁石などの追加的な構成を付加する必要がないので、基板の集積化に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の一例を示す平面図である。
【００２０】
図１を参照すれば、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板１０は、ＣＤ形態の基板であり、中央の通孔１１に挟まれるスピンドルモータ（図示せず）によって時計回り方向または逆時計回り方向に高速回転する。このような高速回転による遠心力が、微細流体処理基板１０内に収容された流体を基板１０の外周方向にポンピングする。前記スピンドルモータの回転プログラムによって、前記基板１０の回転方向、回転速度などを多様に変化させることができる。
【００２１】
前記微細流体処理基板１０には、異なる二種類の流体がそれぞれ収容される第１供給チャンバ２０及び第２供給チャンバ３０と、前記異なる二種類の流体が混合されるミキシングチャンバ１５とが設けられる。前記二種類の流体が、基板１０の回転による遠心力によって第１及び第２供給チャンバ２０、３０からミキシングチャンバ１５に向かってポンピングされるように、前記ミキシングチャンバ１５は、第１及び第２供給チャンバ２０、３０より基板１０の中央から遠く配置される。集積化のために前記微細流体処理基板１０には、第１及び第２供給チャンバ２０、３０とミキシングチャンバ１５とを含んでなったユニットが５組設けられる。
【００２２】
また、前記微細流体処理基板１０には、前記第１供給チャンバ２０と第２供給チャンバ３０とに流体を注入するための第１インレットホール２１と第２インレットホール３１とが設けられ、前記第１供給チャンバ２０とミキシングチャンバ１５とを連結する第１チャンネル２３と、前記第２供給チャンバ３０とミキシングチャンバ１５とを連結する第２チャンネル３３とが設けられる。前記第１チャンネル２３と第２チャンネル３３とは、それぞれ第１バルブ２５と第２バルブ３５とによって開放可能に閉鎖される。参照番号４３は、混合された流体を抽出するためのアウトレットであり、参照番号４５は、ミキシングチャンバ１５とアウトレット４３とを連結するアウトレットチャンネルである。
【００２３】
図２は、微細流体処理基板の回転によってミキシングチャンバの流体に渦流が形成された様子を示す平面図であり、図３は、微細流体処理基板の回転方向転換によってミキシングチャンバの流体にひっくり返り（ｆｌｉｐ−ｏｖｅｒ）が形成された様子を示す平面図である。
【００２４】
微細流体処理基板１０（図１参照）のミキシングチャンバ１５で乱流が持続的に維持されれば、流体が速く混合できるという仮定下に、発明者は、前記ミキシングチャンバ１５に流体Ｆ０を注入し、０Ｈｚの回転周波数から始めて、６０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で一方向（例えば、時計回り方向）に前記基板１０を回転させてみた。その結果、０．１５秒までは、図２に示すように渦流Ｖが発生するが、以後には渦流Ｖが安定する現象を確認することができた。これから、前記渦流Ｖが安定して消滅する前に前記基板１０の回転方向を転換すれば、渦流Ｖによる乱流が持続的に維持されると推論し、実験を通じて確認した。合わせて、前記基板１０の回転方向を転換するときに、ミキシングチャンバ１５には、図３に示すように流体Ｆ０のひっくり返りが発生するが、このようなひっくり返りも流体の速い混合に肯定的な作用を起こす。
【００２５】
前記流体混合方法の有効性を確認するために発明者は、ミキシングチャンバ１５に異なる色の二種類の流体を注入し、微細流体処理基板１０を方向転換回転して流体を混合する実験を実施した。図４Ａないし図４Ｄは、前記実験に適用された回転周波数分布グラフである。図１を参照して具体的な実験過程を説明すれば、次の通りである。
【００２６】
まず、第１インレットホール２１を介して第１供給チャンバ２０に一色相の第１流体を注入し、第２インレットホール３１を介して第２供給チャンバ３０に他の色相の第２流体を注入する。前記第２流体には、第１流体と第２流体との混合を促進する複数のビーズ粒子が混合されている。実験では直径１μｍのビーズ粒子が使われたが、第２チャンネル３３を介した第２流体の流れを妨害しなければ、さらに大きい粒子も適用可能であり、望ましくは、０より大きくて１０μｍ以下の直径を有する粒子が使われうる。次に、第１チャンネル２３を閉鎖している第１バルブ２５を開放し、基板１０を回転させて遠心力によって前記第１流体をミキシングチャンバ１５に移動させ、第２チャンネル３３を閉鎖している第２バルブ３５を開放し、基板１０を回転させて前記第２流体をミキシングチャンバ１５に移動させる。前記ミキシングチャンバ１５の深さは、３ｍｍであり、第１流体と第２流体とがそれぞれ１００μｍずづ投入された。
【００２７】
この状態で、前記基板１０を図４Ａに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に１００Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．１秒の加速区間の間に加速し、以後０．３秒の等速区間の間に１０Ｈｚの回転周波数で回転させ、その後、０．１秒の減速区間の間に−１００Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した。その結果、０．５秒間一方向（例えば、時計回り方向）に回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００２８】
一方、他の実験例によれば、図４Ｂに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速し、連続して他方向（例えば、逆時計回り方向）に０．２５秒の加速区間の間に２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で加速し（図４Ｂのグラフでは（−）勾配で表示される）、その後、０．２５秒の減速区間の間に−２０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した（図４Ｂのグラフでは（＋）勾配で表示される）。その結果、１．０秒間１回方向転換して回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００２９】
さらに他の実験例によれば、図４Ｃに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に８０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−８０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した。その結果、０．５秒間一方向（例えば、時計回り方向）に回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
【００３０】
さらに他の実験例によれば、図４Ｄに示すように一方向（例えば、時計回り方向）に４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で０．２５秒の加速区間の間に加速し、その後、０．２５秒の減速区間の間に−４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速し、連続して他方向（例えば、逆時計回り方向）に０．２５秒の加速区間の間に４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の上昇率で加速し（図４Ｄのグラフでは（−）勾配で表示される）、その後、０．２５秒の減速区間の間に−４０Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で減速した（図４Ｄのグラフでは（＋）勾配で表示される）。その結果、１．０秒間１回方向転換して回転させた後に、第１流体と第２流体とが完全に混合されたことを確認できた。
前述の流体混合実験を通じて、ビーズ粒子が含まれた流体は、１秒以内に完全に混合され、回転周波数の上昇率が大きいほどさらに速い時間内に完全に混合される傾向を確認することができる。
【００３１】
発明者は、少なくとも二種類の流体をミキシングチャンバに投入した後に混合する前記の方法以外に、流体をミキシングチャンバに投入すると同時に混合する方法も考慮して、これを裏付ける実験を実施した。図５Ａ及び図５Ｂは、このような流体混合方法を説明するための平面図であり、図６Ａ及び図６Ｂは、前記流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。図１を参照して具体的な実験過程を説明すれば、次の通りである。
【００３２】
まず、第１インレットホール２１を介して第１供給チャンバ２０に一色相の第１流体を注入し、第２インレットホール３１を介して第２供給チャンバ３０に他の色相の第２流体を注入した後、第１チャンネル２３を閉鎖している第１バルブ２５を開放し、基板１０を回転させて遠心力によって前記第１流体をミキシングチャンバ１５に移動させる。次に、第２チャンネル３３を閉鎖している第２バルブ３５を開放し、図６Ａまたは図６Ｂで示された回転周波数プログラムによって、基板１０を回転させて第２流体をミキシングチャンバ１５に移動させると同時に混合させる。図５Ａに示すように、基板１０を回転させ始めれば、第２流体Ｆ２が開放された第２チャンネル３３を介して第１流体Ｆ１のあるミキシングチャンバ１５に流入され始める。続いて、前記基板１０を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させれば、図５Ｂに示すように第２流体Ｆ２は、ミキシングチャンバ１５に継続的に流入され、ミキシングチャンバ１５には、第１流体と第２流体とが混合された混合流体Ｆ１＋Ｆ２の量が増大する。
【００３３】
図６Ａで示された回転周波数プログラムによれば、前記基板１０は、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に一方向（例えば、時計回り方向）に加速され、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される。続いて、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に他方向（例えば、逆時計回り方向）に加速され（他方向の回転であるため、図６Ａのグラフには、開始周波数が（−）大きさで、回転周波数の上昇率が（−）勾配で表示される）、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される（他方向の回転であるため、図６Ａのグラフには、回転周波数の上昇率が（＋）勾配で、従属周波数が（−）大きさで表示される）。このように一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）に対して対称的な回転周波数分布で、第１流体（図５ＡのＦ１参照）と第２流体（図５ＡのＦ２）とが完全に混合されるまで方向を転換して基板１０の回転を繰返す。
【００３４】
図６Ｂで示された回転周波数プログラムによれば、前記基板１０は、開始周波数１２Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．８Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に一方向（例えば、時計回り方向）に加速され、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．８Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で１２Ｈｚまで減速される。続いて、開始周波数５４Ｈｚ、回転周波数の上昇率０．１Ｈｚ／ｓで０．０７５秒の加速区間の間に他方向（例えば、逆時計回り方向）に加速され（他方向の回転であるため、図６Ｂのグラフには、開始周波数が（−）大きさで、回転周波数の上昇率が（−）勾配で表示される）、その後、０．０７５秒の減速区間の間に−０．１Ｈｚ／ｓの回転周波数の低下率で５４Ｈｚまで減速される（他方向の回転であるため、図６Ｂのグラフには、回転周波数の上昇率が（＋）勾配で、従属周波数が（−）大きさで表示される）。このように、一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）とに対して非対称の回転周波数分布で、第１流体（図５ＡのＦ１参照）と第２流体（図５ＡのＦ２）とが完全に混合されるまで方向を転換して基板１０の回転を繰返す。
【００３５】
図７Ａないし図７Ｄは、流体投入と混合を同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【００３６】
流体投入と混合とを同時に行う実験の第１実験例で、前記ミキシングチャンバ１５の深さは２ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積は１００μｌ、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積は、それぞれ３０μｌであり、図６Ａで示された回転周波数プログラム（いわゆる“対称的回転周波数プログラム”）によって基板１０が回転した。その結果、図７Ａに示すように、０．３秒間基板１０を１回方向転換して回転させた後に、第２流体Ｆ２が全部ミキシングチャンバ１５に移動され、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３７】
第２実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ７．５μｍに設定され、図６Ａで示された回転周波数プログラムによって基板１０が回転した。その結果、図７Ｂに示すように、１．５秒間基板１０を９回方向転換して回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３８】
第３実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ７．５μｌに設定され、図６Ｂで示された回転周波数プログラム（いわゆる“非対称的回転周波数プログラム”）によって基板１０が回転した。その結果、図７Ｃに示すように、１．２秒間基板１０を７回方向転換して回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００３９】
一方、第４実験例では、ミキシングチャンバ１５の深さが０．１２５ｍｍ、ミキシングチャンバ１５の容積が６．２５μｌであり、無色の第１流体Ｆ１と赤色の第２流体Ｆ２との容積がそれぞれ１．８７５μｌに設定され、図６Ａで示された回転周波数プログラムによって基板１０が回転した。その結果、図７Ｄに示すように、９秒以上基板１０を回転させた後に、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが完全に混合されたことを確認した。
【００４０】
前記第１、第２、及び第４実験例の比較を通じて、ミキシングチャンバ１５の深さが浅くなるほど流体混合にかかる時間が延長することを推論できる。望ましいミキシングチャンバ１５の深さは０．５〜３ｍｍでありうる。また、前記第２及び第４実験例の比較を通じて、一方向（例えば、時計回り方向）と他方向（例えば、逆時計回り方向）との回転周波数分布が、対称的な場合より非対称の場合にさらに迅速な流体混合が可能となることを推論できる。一方、流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法が、流体投入と混合とを分離して行う流体混合方法に比べて、流体投入時間が別途にかからないため、さらい速い流体混合を可能にする。
【００４１】
図８は、本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の他の一例を示す断面図であって、図１に示す微細流体処理基板の変形例である。以下、図１の微細流体処理基板と区別される構成について詳細に説明する。
【００４２】
図８を参照すれば、微細流体処理基板１０のミキシングチャンバ１５の内側面に流体の渦流発現を促進する突出部１６が備えられる。前記突出部１６は、ミキシングチャンバ１５の内側面から不定形または定形的に突出した複数の突起であってもよく、前記内側面で浮き彫りにされた所定のパターンであってもよい。前記突出部１６によってミキシングチャンバ１５に流入された少なくとも二種類の流体には、前記基板１０が回転することによって渦流の発現が促進されるだけでなく、形成される渦流の規模も大きくなって、さらに迅速に流体が混合されうる。
【００４３】
前述の本発明の実験例では、回転方向を転換するまで時計回り方向または逆時計回り方向に回転する各区間の所要時間が１秒以内であるが、回転角速度を適切に調節すれば、一方向に回転する各区間の所要時間が１０秒程度である場合にもミキシングチャンバに形成された渦流が消えないようにして効率的に流体を混合できる。
【００４４】
本発明は、図示された実施例を参考にして説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できるであろう。例えば、本発明は三種類以上の異なる流体を混合することにも適用されうる。したがって、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によって決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、流体混合関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の一例を示す平面図である。
【図２】微細流体処理基板の回転によってミキシングチャンバの流体に渦流が形成された様子を示す平面図である。
【図３】微細流体処理基板の回転方向転換によってミキシングチャンバの流体にひっくり返りが形成された様子を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｂ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｃ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図４Ｄ】本発明の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図５Ａ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を説明するための平面図である。
【図５Ｂ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を説明するための平面図である。
【図６Ａ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図６Ｂ】本発明の他の望ましい実施形態による流体混合方法を実行するための回転周波数分布グラフである。
【図７Ａ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｂ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｃ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図７Ｄ】流体投入と混合とを同時に行う流体混合方法の実験結果を撮像した写真である。
【図８】本発明の流体混合方法に使われる微細流体処理基板の他の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 微細流体処理基板、
１１ 通孔、
１５ ミキシングチャンバ、
２０、３０ 第１及び第２供給チャンバ、
２１、３１ 第１及び第２インレットホール、
２３、３３ 第１及び第２チャンネル、
２５、３５ 第１及び第２バルブ、
４３ アウトレット、
４５ アウトレットチャンネル、
Ｆ０、Ｆ１、Ｆ２ 流体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細流体処理基板のミキシングチャンバに少なくとも二種類の流体を順次に収容し、前記少なくとも二種類の流体が混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法。
【請求項２】
時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布とが、対称または非対称であることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項３】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項４】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有することを特徴とする請求項３に記載の流体混合方法。
【請求項５】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内でそれぞれ加速区間を有することを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項６】
前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓであることを特徴とする請求項５に記載の流体混合方法。
【請求項７】
互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項８】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１０秒以内であることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項９】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１秒以内であることを特徴とする請求項８に記載の流体混合方法。
【請求項１０】
前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進することを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項１１】
一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバに収容し、前記流体と異なる少なくとも一種類の流体を前記ミキシングチャンバにチャンネルを介して連結された少なくとも一つの供給チャンバに収容し、遠心力によって前記供給チャンバに収容された流体が前記ミキシングチャンバに流動して、前記ミキシングチャンバに収容された流体と混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に、他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法。
【請求項１２】
時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布が、対称または非対称であることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１３】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚであることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１４】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有することを特徴とする請求項１３に記載の流体混合方法。
【請求項１５】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内でそれぞれ加速区間を有することを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１６】
前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓであることを特徴とする請求項１５に記載の流体混合方法。
【請求項１７】
互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１８】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１０秒以内であることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１９】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１秒以内であることを特徴とする請求項１８に記載の流体混合方法。
【請求項２０】
前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進することを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１】
微細流体処理基板のミキシングチャンバに少なくとも二種類の流体を順次に収容し、前記少なくとも二種類の流体が混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法。
【請求項２】
時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布とが、対称または非対称であることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項３】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項４】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有することを特徴とする請求項３に記載の流体混合方法。
【請求項５】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内でそれぞれ加速区間を有することを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項６】
前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓであることを特徴とする請求項５に記載の流体混合方法。
【請求項７】
互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項８】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１０秒以内であることを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項９】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１秒以内であることを特徴とする請求項８に記載の流体混合方法。
【請求項１０】
前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進することを特徴とする請求項１に記載の流体混合方法。
【請求項１１】
一種類の流体を微細流体処理基板のミキシングチャンバに収容し、前記流体と異なる少なくとも一種類の流体を前記ミキシングチャンバにチャンネルを介して連結された少なくとも一つの供給チャンバに収容し、遠心力によって前記供給チャンバに収容された流体が前記ミキシングチャンバに流動して、前記ミキシングチャンバに収容された流体と混合されるまで前記基板を時計回り方向及び逆時計回り方向に交互に回転させるが、時計回り方向及び逆時計回り方向のうちいずれかの回転によって、前記ミキシングチャンバに形成された渦流が消える前に、他方向に回転方向を転換させることを特徴とする流体混合方法。
【請求項１２】
時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布と逆時計回り方向に回転する時間区間の回転周波数分布が、対称または非対称であることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１３】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間での最大回転周波数は、５〜６０Ｈｚであることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１４】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間の各開始時点で、０Ｈｚより大きく、前記最大回転周波数より小さい開始回転周波数を有することを特徴とする請求項１３に記載の流体混合方法。
【請求項１５】
時計回り方向に回転する時間区間及び逆時計回り方向に回転する時間区間内でそれぞれ加速区間を有することを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１６】
前記加速区間で回転周波数の上昇率は、２０〜１５０Ｈｚ／ｓであることを特徴とする請求項１５に記載の流体混合方法。
【請求項１７】
互いに混合される前記少なくとも二種類の流体のうち、少なくとも一種類の流体は、０より大きく、１０μｍ以下の直径を有する複数の粒子を含むことを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１８】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１０秒以内であることを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【請求項１９】
時計回り方向に回転する各時間区間及び逆時計回り方向に回転する各時間区間の所要時間が、１秒以内であることを特徴とする請求項１８に記載の流体混合方法。
【請求項２０】
前記ミキシングチャンバの内側面に突出部を形成して、前記ミキシングチャンバ内部で流体の渦流発現を促進することを特徴とする請求項１１に記載の流体混合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図８】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図８】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【公開番号】特開２００８−５５４０５（Ｐ２００８−５５４０５Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６５９０４（Ｐ２００７−１６５９０４）
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２５日（２００７．６．２５）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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