WO2013014905A1 - 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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    • F16K2099/0073—Fabrication methods specifically adapted for microvalves
    • F16K2099/008—Multi-layer fabrications

Definitions

  • the present invention relates to a fluid handling apparatus and a fluid handling method used for analysis and processing of a liquid sample.
  • microchannel chips have been used in order to perform analysis of trace substances such as proteins and nucleic acids with high accuracy and high speed.
  • the microchannel chip has an advantage that the amount of the reagent and the sample may be small, and is expected to be used in various applications such as clinical tests, food tests, and environmental tests.
  • Patent Document 1 discloses a microchannel chip having a microvalve having a diaphragm valve structure that opens and closes a channel by changing the shape of the side wall of the channel.
  • a second channel is formed in the vicinity of the first channel.
  • the wall (diaphragm) of the first flow path located between the first flow path and the second flow path closes the first flow path. Deform. Therefore, the flow of the fluid in the first channel can be controlled by adjusting the pressure of the fluid in the second channel.
  • the microchannel chip described in Patent Document 1 has a problem that the manufacturing cost is high. That is, in the technique described in Patent Document 1, the entire microchannel chip is made of an expensive elastomer (for example, polydimethylsiloxane (PDMS)) in order to give elasticity to the wall (diaphragm) of the first channel. is doing. For this reason, with the technique described in Patent Document 1, it is difficult to manufacture a microchannel chip at low cost.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • An object of the present invention is to provide a fluid handling device that is inexpensive to manufacture and that can easily control the flow of fluid in a flow path, and a fluid handling method using the fluid handling device. .
  • the fluid handling device of the present invention includes a first flow path, a valve body facing region formed at one end of the first flow path and having a substantially arcuate opening, and a second flow path.
  • a first substrate including a partition formed between the valve element facing region and one end of the second flow path, a third flow path, and one of the third flow paths
  • a second substrate including a pressure chamber formed at an end portion and having an opening, and a resin film disposed between the first substrate and the second substrate and including a substantially spherical crown-shaped diaphragm portion
  • the first substrate and the second substrate are integrated via the resin film, and the diaphragm portion includes an opening in the valve element facing region, the second flow It is located between one end of the passage and the partition wall and the opening of the pressure chamber, and is opposed to the valve element when viewed in plan.
  • the center of the arc included in the edge of the opening of the area coincides with the center of the outer edge of the diaphragm, and the diaphragm comes into contact with the partition due to the pressure in the pressure chamber, so that the partition from the valve element facing region And the diaphragm portion, the flow of fluid toward the second flow path is stopped.
  • the fluid handling device of the present invention includes a first flow path, a valve body facing region formed at one end of the first flow path and having a substantially circular opening, and a second flow path.
  • a first substrate including a partition formed between the valve element facing region and one end of the second flow path, a third flow path, and one of the third flow paths
  • a second substrate including a pressure chamber formed at an end portion and having an opening, and a resin film disposed between the first substrate and the second substrate and including a substantially spherical crown-shaped diaphragm portion
  • the first substrate and the second substrate are integrated via the resin film, and the diaphragm portion includes an opening in the valve element facing region, the second flow
  • the diaphragm is located between one end of the passage and the partition wall and the opening of the pressure chamber.
  • the outer edge of the diaphragm portion of the resin film and the outer edge of the diaphragm portion of the resin film are concentric.
  • a fluid handling method is a method of handling a fluid using the fluid handling device described above, wherein a first fluid is introduced into the first channel, and the fluid is handled from the first channel. Moving the first fluid into the second channel through the partition and the diaphragm, and introducing the second fluid into the pressure chamber through the third channel; Stopping the flow of the first fluid by bringing the diaphragm portion into contact with the partition wall by the pressure of the second fluid.
  • the present invention it is possible to provide a fluid handling device that is inexpensive to manufacture and that can easily control the flow of fluid in the flow path, and a fluid handling method using the fluid handling device. .
  • FIG. 1A is a plan view of the microchannel chip according to Embodiment 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 1A.
  • 2A is a plan view of the first substrate
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 2A
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 2A.
  • 3A is a plan view of the second substrate
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 3A
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 3A. is there. 4A is a plan view of the resin film, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 4A, and FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 4A.
  • 4 is a partially enlarged plan view of the microchannel chip according to Embodiment 1.
  • FIG. 4 is a partially enlarged plan view of the microchannel chip according to Embodiment 1.
  • FIG. 7A and 7B are partially enlarged cross-sectional views of the microchannel chip for explaining the usage mode of the microchannel chip of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a partially enlarged plan view showing another example of the microchannel chip according to the first embodiment.
  • 6 is a plan view of a microchannel chip according to a second embodiment.
  • FIG. 10A is a plan view of the first substrate
  • FIG. 10B is a plan view of the second substrate
  • FIG. 10C is a plan view of the resin film.
  • 6 is a partially enlarged plan view of a microchannel chip according to a second embodiment.
  • FIG. 12A and 12B are partially enlarged cross-sectional views of the microchannel chip for explaining a usage mode of the microchannel chip of the second embodiment.
  • 6 is a partially enlarged plan view showing another example of the microchannel chip of Embodiment 2.
  • FIG. 10A is a plan view of the first substrate
  • FIG. 10B is a plan view of the second substrate
  • FIG. 10C is a plan view of the resin film.
  • 6 is a partially enlarged plan view of a microchannel chip according to a second embodiment.
  • microchannel chip will be described as a representative example of the fluid handling device of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the microchannel chip 100 according to the first embodiment.
  • 1A is a plan view of the microchannel chip 100
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 1A
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 1A. It is.
  • the microchannel chip 100 includes a first substrate 110, a second substrate 120, and a resin disposed between the first substrate 110 and the second substrate 120.
  • Film 130 In the first substrate 110, a flow path for flowing a fluid such as a reagent or a liquid sample is formed.
  • the resin film 130 functions as a diaphragm (valve element) of a microvalve that controls the flow of fluid flowing in the first flow path.
  • the second substrate 120 is formed with a pressure chamber for controlling the operation of the diaphragm.
  • the first substrate 110 and the second substrate 120 are integrated via a resin film 130.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the first substrate 110.
  • 2A is a plan view of the first substrate 110
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 2A
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 2A. It is.
  • the first substrate 110 is a transparent, substantially rectangular resin substrate.
  • the thickness of the first substrate 110 is not particularly limited, but is, for example, 1 mm to 10 mm.
  • the type of resin that constitutes the first substrate 110 is not particularly limited, and may be appropriately selected from known resins. Examples of the resin constituting the first substrate 110 include polyethylene terephthalate, polycarbonate, polymethyl methacrylate, vinyl chloride, polypropylene, polyether, polyethylene, and the like.
  • the first substrate 110 includes a first flow path 111, a second flow path 112, a first fluid introduction port 113, a valve body facing area 114, a partition wall 115, and A fluid outlet 116 is formed.
  • the first flow path 111, the valve element facing region 114, and the second flow path 112 function as one flow path, and the fluid introduced from the first fluid introduction port 113 is a fluid It can flow to the outlet 116.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are flow paths through which a fluid (for example, a reagent or a liquid sample) introduced from the first fluid introduction port 113 flows.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are grooves formed in the first substrate 110. The openings of these grooves are blocked by the resin film 130 (see FIG. 1B).
  • the cross-sectional areas and cross-sectional shapes of the first flow path 111 and the second flow path 112 are not particularly limited.
  • the first flow path 111 and the second flow path 112 are flow paths through which fluid can move by capillary action.
  • the cross-sectional shapes of the first flow path 111 and the second flow path 112 are, for example, substantially rectangular with one side having a length (width and depth) of about several tens of ⁇ m.
  • the “cross section of the flow path” means a cross section of the flow path perpendicular to the direction in which the fluid flows.
  • the first fluid inlet 113 and the fluid outlet 116 are through holes formed in the first substrate 110.
  • the first fluid inlet 113 is formed at the first end (upstream end) of the first flow path 111.
  • the fluid outlet 116 is formed at the second end (downstream end) of the second flow path 112. One opening of these through holes is closed by the resin film 130 (see FIG. 1B).
  • the shapes of the first fluid inlet 113 and the fluid outlet 116 are not particularly limited, but are, for example, substantially cylindrical.
  • the diameters of the first fluid inlet 113 and the fluid outlet 116 are not particularly limited, but are about 2 mm, for example.
  • the valve element facing region 114 is a recess formed in the first substrate 110.
  • the valve element facing region 114 is formed at the second end (downstream end) of the first flow path 111.
  • the opening of the recess faces the resin film 130 (diaphragm portion 131) (see FIG. 1B).
  • the shape of the opening on the resin film 130 side of the valve element facing region 114 is substantially circular (see FIGS. 2A and 5).
  • the shape of the valve element facing region 114 is not particularly limited as long as the shape of the opening is substantially circular, but is, for example, a cylindrical shape.
  • region 114 is not specifically limited, For example, it is about 0.5 mm.
  • the partition wall 115 is a wall formed between the first channel 111 and the first end (upstream end) of the second channel 112. As will be described later, the partition wall 115 functions as a valve seat for the microvalve.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the second substrate 120.
  • 3A is a plan view of the second substrate 120
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 3A
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line CC shown in FIG. 3A. It is.
  • the second substrate 120 is a transparent, substantially rectangular resin substrate.
  • the thickness of the second substrate 120 is not particularly limited, but is, for example, 1 mm to 10 mm.
  • the kind of resin that constitutes the second substrate 120 is not particularly limited, and may be appropriately selected from known resins.
  • An example of the resin that constitutes the second substrate 120 is the same as the example of the resin that constitutes the first substrate 110.
  • the second substrate 120 is provided with a third flow path 121, a second fluid inlet 122, and a pressure chamber 123.
  • the third channel 121 is a channel through which a fluid (for example, air) introduced from the second fluid inlet 122 flows.
  • the third channel 121 is a groove formed in the second substrate 120. The opening of the groove is closed by the resin film 130 (see FIG. 1C).
  • the cross-sectional area and the cross-sectional shape of the third channel 121 are not particularly limited.
  • the cross-sectional shape of the third flow path 121 is a substantially rectangular shape having a side length (width and depth) of about several tens of micrometers, for example.
  • the second fluid introduction port 122 is a through hole formed in the second substrate 120.
  • the second fluid introduction port 122 is formed at the first end (upstream end) of the third flow path 121.
  • One opening of the through hole is closed by the resin film 130 (see FIG. 1C).
  • the shape of the 2nd fluid introduction port 122 is not specifically limited, For example, it is a substantially cylindrical shape.
  • the diameter of the 2nd fluid introduction port 122 is not specifically limited, For example, it is about 2 mm.
  • the pressure chamber 123 is a recess formed in the second substrate 120.
  • the pressure chamber 123 is formed at the second end (downstream end) of the third flow path 121.
  • the opening of the recess is closed by the resin film 130 (see FIG. 1C).
  • the shape of the opening on the resin film 130 side of the pressure chamber 123 is not particularly limited as long as it is the same size as or larger than the diaphragm 131 of the resin film 130, and is substantially circular, for example (see FIGS. 3A and 5).
  • the shape of the pressure chamber 123 is not specifically limited, For example, it is a column shape.
  • the diameter of the opening part of the pressure chamber 123 is not specifically limited, For example, it is about 1 mm.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the resin film 130.
  • 4A is a plan view of the resin film 130
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG. 4A
  • FIG. 4C is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG. 4A. .
  • the resin film 130 is a transparent substantially rectangular resin film.
  • the resin film 130 functions as a valve body (diaphragm) of a microvalve having a diaphragm structure.
  • the first surface of the resin film 130 is bonded to the surface of the first substrate 110 where the first flow path 111 and the like are formed. Further, the second surface of the resin film 130 is bonded to the surface of the second substrate 120 on which the third flow path 121 and the like are formed (see FIGS. 1A to 1C). As described above, the resin film 130 includes the first flow path 111, the second flow path 112, the opening of the first fluid inlet 113 and the fluid outlet 116 formed in the first substrate 110, and the first flow path. The third flow path 121, the second fluid inlet 122 and the pressure chamber 123 formed in the second substrate 120 are closed.
  • the kind of resin constituting the resin film 130 is not particularly limited as long as the resin film 130 can function as a valve body (diaphragm), and can be appropriately selected from known resins.
  • An example of the resin constituting the resin film 130 is the same as the example of the resin constituting the first substrate 110.
  • the resin constituting the resin film 130 is a resin constituting the first substrate 110 and the second substrate 120. Are preferably the same.
  • the thickness of the resin film 130 is not particularly limited as long as the resin film 130 can function as a valve body (diaphragm), and can be appropriately set according to the type (rigidity) of the resin.
  • the thickness of the resin film 130 is about 20 ⁇ m.
  • the resin film 130 includes a substantially spherical crown-shaped diaphragm portion 131.
  • the valve element facing region 114 of the first substrate 110, the partition 115, the first end (upstream end) of the second flow path 112, and the second substrate 120 The pressure chamber 123 faces each other with the resin film 130 interposed therebetween.
  • the portion is a diaphragm portion 131.
  • Diaphragm portion 131 has a substantially spherical crown shape and is not bonded to first substrate 110 and second substrate 120.
  • the diaphragm 131 is deformed so as to be convex toward the pressure chamber 123. For this reason, when the pressure in the pressure chamber 123 is not increased, the diaphragm portion 131 does not contact the partition 115 of the first substrate 110.
  • the height of the diaphragm portion 131 in the normal state is not particularly limited as long as the fluid can flow through the gap formed between the diaphragm portion 131 and the partition wall 115. For example, the height of the diaphragm 131 is about several tens of ⁇ m.
  • FIG. 5 is a partially enlarged plan view of the microchannel chip 100.
  • the components formed on the first substrate 110 are indicated by solid lines
  • the components formed on the second substrate 120 are indicated by broken lines
  • the components formed on the resin film 130 are indicated by dashed lines. ing.
  • the shape of the opening on the resin film 130 side of the valve element facing region 114 formed in the first substrate 110 is substantially circular.
  • the shape of the diaphragm part 131 of the resin film 130 is substantially spherical.
  • the diaphragm 131 faces not only the valve element facing region 114 but also the partition 115 and the first end portion (upstream end portion) of the second flow path 112, and therefore the substantially circular shape of the valve element facing region 114. Larger than the opening.
  • the diaphragm 131 is the same size as or smaller than the opening of the pressure chamber 123.
  • the center C1 of the substantially circular opening of the valve element facing region 114 coincides with the center C2 of the outer edge of the substantially spherical crown-shaped diaphragm 131. . That is, the edge of the opening of the valve element facing region 114 and the outer edge of the diaphragm 131 of the resin film 130 are concentric circles.
  • the distance L from the center C2 of the diaphragm 131 to the partition wall 115 is a constant distance (the same distance as the radius of the valve element facing region 114).
  • the opening portions of the diaphragm portion 131 and the pressure chamber 123 are substantially the same.
  • the present invention is not limited to this. If the diaphragm portion 131 is located in the opening of the pressure chamber 123 and is formed so as to function as a diaphragm for opening and closing the communication portion between the first flow path 111 and the second flow path 112, the diaphragm
  • the size of the part 131 is not particularly limited. That is, the size of the diaphragm 131 may be the same as or smaller than the opening of the pressure chamber 123.
  • the microchannel chip 100 of the present embodiment includes, for example, a first substrate 110 shown in FIGS. 2A to 2C, a second substrate 120 shown in FIGS. 3A to 3C, and FIGS. 4A to 4C. It can be manufactured by bonding the resin film 130 (or flat resin film 130) shown. For example, the resin film 130 is bonded to the first substrate 110 and the second substrate 120 by adjusting various conditions and thermocompression bonding.
  • FIG. 7A and 7B are partially enlarged cross-sectional views of the microchannel chip 100 for explaining the usage mode of the microchannel chip 100 (corresponding to FIG. 1B).
  • the liquid 140 is introduced into the first flow path 111 by providing a liquid 140 such as a reagent or a liquid sample to the first fluid introduction port 113.
  • a liquid 140 such as a reagent or a liquid sample
  • the pressure in the pressure chamber 123 is not increased, and a gap is formed between the resin film 130 (diaphragm portion 131) and the partition 115 (valve open state).
  • the liquid 140 travels through the first flow path 111, the partition wall 115 and the resin film 130 (diaphragm portion 131), and the second flow path 112 by capillary action or external pressure, and reaches the fluid outlet 116.
  • the fluid (first fluid) introduced from the first fluid introduction port 113 does not have to be a liquid but may be a gas.
  • the shape of the diaphragm 131 is substantially circular, so that the height of each point of the diaphragm 131 changes concentrically. That is, if the distance from the center of the diaphragm 131 is the same, the height is also the same.
  • the distance L from the center of the diaphragm 131 to the partition wall 115 is a fixed distance (the same distance as the radius of the valve element facing region 114) ( (See FIG. 6).
  • the diaphragm part 131 has a convex shape toward the valve element facing region 114, the diaphragm part 131 uniformly contacts the partition wall 115.
  • the flow of the liquid 140 in the first channel 111 can be reliably stopped without excessively increasing the pressure in the pressure chamber 123.
  • the microchannel chip 100 adjusts the pressure of the fluid (second fluid) in the pressure chamber 123 to adjust the fluid flowing from the first channel 111 to the second channel 112 (first 1 fluid) can be easily controlled. Moreover, since the microchannel chip 100 of this Embodiment can be manufactured using resin instead of an elastomer, manufacturing cost can be suppressed. Thus, the microchannel chip 100 of the present embodiment is inexpensive in manufacturing cost and can easily control the flow of fluid in the channel.
  • microchannel chip 100 in which one microvalve structure including the valve element facing region 114, the partition wall 115, and the pressure chamber 123 is formed has been described.
  • the microvalve in the microchannel chip 100 is described.
  • the number of structures is not limited to this.
  • a plurality of microvalve structures may be formed in one microchannel chip 100.
  • FIG. 9 is a plan view showing the configuration of the microchannel chip 200 of the second embodiment.
  • Microchannel chip 200 is arranged between first substrate 210, second substrate 120, first substrate 210, and second substrate 120, similarly to microchannel chip 100 of the first embodiment.
  • Resin film 130 (see FIG. 12).
  • FIG. 10A is a plan view of the first substrate 210
  • FIG. 10B is a plan view of the second substrate 120
  • FIG. 10C is a plan view of the resin film 130. Similar to the microchannel chip 100 of the first embodiment, the first substrate 210 and the second substrate 120 are integrated via a resin film 130 (see FIG. 12).
  • the shape of the valve element facing region 214 and the partition wall 215 of the first substrate 210 is different from that of the microchannel chip 100 of the first embodiment. Therefore, in this embodiment mode, only the first substrate 210 will be described.
  • symbol is attached
  • the first substrate 210 includes a first channel 111, a second channel 112, a first fluid inlet 113, a valve body facing region 214, a partition wall 215, and a fluid outlet. 116 is formed.
  • the first flow path 111, the valve element facing region 214, and the second flow path 112 function as one flow path, and the fluid introduced from the first fluid introduction port 113 is a fluid It can flow to the outlet 116.
  • the valve element facing region 214 is a recess formed in the first substrate 210.
  • the valve element facing region 214 is formed at the second end (downstream end) of the first flow path 111.
  • the opening of the recess faces the resin film 130 (diaphragm portion 131) (see FIG. 12).
  • the shape of the opening on the resin film 130 side of the valve element facing region 214 is substantially arcuate (see FIG. 10A).
  • the “bow shape” refers to a shape formed when a circle is divided into two parts by one string.
  • the arcuate shape includes one arc and one string connecting both ends of the arc.
  • the shape of the valve element facing region 214 is not particularly limited as long as the shape of the opening is substantially arcuate, but is, for example, an arcuate column.
  • the partition wall 215 is a wall formed between the valve element facing region 214 (bowed chord portion) and the first end (upstream end) of the second flow path 112.
  • the partition wall 215 functions as a valve seat for the microvalve.
  • FIG. 11 is a partially enlarged plan view of the microchannel chip 200.
  • the components formed on the first substrate 210 are indicated by solid lines
  • the components formed on the second substrate 120 are indicated by broken lines
  • the components formed on the resin film 130 are indicated by dashed lines. ing.
  • the shape of the opening on the resin film 130 side of the valve element facing region 214 formed in the first substrate 210 is substantially arcuate.
  • the shape of the diaphragm part 131 of the resin film 130 is substantially spherical.
  • the center C1 of the arc included in the edge of the substantially arcuate opening of the valve element facing region 214 is the outer edge of the substantially spherical crown diaphragm portion 131. Coincides with the center C2.
  • the radius of the outer edge of the diaphragm 131 is smaller than the radius of the arc of the valve element facing region 214 (the distance between the center C1 and the arc). By doing so, as shown in FIG. 11, the distance from the edge of the opening (arc portion) of the valve element facing region 214 to the outer edge of the diaphragm 131 is constant.
  • the radius of the outer edge of the diaphragm section 131 is the radius of the arc of the valve element facing area 214 ( It may be equal to or slightly larger than the distance between the center C1 and the arc.
  • the resin film 130 between the edge (arc portion) of the opening of the valve element facing region 214 and the outer edge of the diaphragm 131 has a flat plate shape (see FIG. 12).
  • the shape of the opening of the valve element facing region 214 is substantially arcuate. Not only the region 214 but also the partition 215 and the first end (upstream end) of the second flow path 112 can be opposed to each other.
  • the first substrate 210 shown in FIG. 10A, the second substrate 120 shown in FIG. 10B, and the resin film 130 shown in FIG. 10C are joined.
  • the resin film 130 is bonded to the first substrate 210 and the second substrate 120 by adjusting various conditions and thermocompression bonding.
  • FIG. 12A and 12B are partially enlarged cross-sectional views of the microchannel chip 200 for explaining the usage mode of the microchannel chip 200.
  • FIG. 12A and 12B are partially enlarged cross-sectional views of the microchannel chip 200 for explaining the usage mode of the microchannel chip 200.
  • the liquid 140 is introduced into the first flow path 111 by providing a liquid 140 such as a reagent or a liquid sample to the first fluid introduction port 113.
  • a liquid 140 such as a reagent or a liquid sample
  • the pressure in the pressure chamber 123 is not increased, and a gap is formed between the resin film 130 (diaphragm portion 131) and the partition wall 215 (valve open state).
  • the liquid 140 travels through the first flow path 111, the partition wall 215 and the resin film 130 (diaphragm portion 131) and the second flow path 112 by capillary action or external pressure, and reaches the fluid outlet 116.
  • the fluid (first fluid) introduced from the first fluid introduction port 113 does not have to be a liquid but may be a gas.
  • the radius of the outer edge of the diaphragm 131 is smaller than the radius of the arc of the valve element facing region 214, a gap is not easily formed between the diaphragm 131 and the partition 215 ( Compare FIG. 7B and FIG. 12B). Therefore, when the diaphragm 131 has a convex shape toward the valve element facing region 214, the diaphragm 131 comes into uniform contact with the partition wall 215. As a result, in the microchannel chip 200 of the present embodiment, the flow of the liquid 140 in the first channel 111 can be reliably stopped without excessively increasing the pressure in the pressure chamber 123.
  • the microchannel chip 200 of the present embodiment has the effect that bubbles are less likely to enter between the diaphragm portion 131 and the partition wall 215 and is easier to handle.
  • two or more ridges or ridges 214 a and 214 b extending in the direction perpendicular to the resin film 130 may be formed on the side wall constituting the valve element facing region 214.
  • the two or more ridges or ridges 214 a and 214 b are preferably arranged symmetrically with respect to the opening of the first flow path 111. By doing so, it is possible to preferentially flow the liquid 140 passing through the center portion in the valve element facing region 214, and bubbles are less likely to enter between the diaphragm portion 131 and the partition wall 215.
  • the fluid handling device of the present invention is useful as, for example, a microchip or a microchannel chip used in the scientific field or the medical field.

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Abstract

　流体取扱装置（１００）は、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。第１の基板（２１０）には、第１の流路（１１１）と、第１の流路（１１１）の端部に形成された弁体対向領域（２１４）と、第２の流路（１１２）と、弁体対向領域（２１４）と第２の流路（１１２）の端部との間に位置する隔壁（２１５）とが形成されている。第２の基板（１２０）には、圧力室（１２３）が形成されている。弁体対向領域（２１４）および隔壁（２１５）と、圧力室（１２３）とは、樹脂フィルム（１３０）のダイヤフラム部（１３１）を挟んで互いに対向している。

Description

流体取扱装置および流体取扱方法
　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。
　本発明の目的は、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である。
　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。
　本出願は、２０１１年７月２５日出願の特願２０１１－１６１９１４および２０１２年７月１９日出願の特願２０１２－１６０４０７に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
　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 (5)

  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. 　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いる、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
  5. 　請求項１～４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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