JP6111161B2 - 流体取扱装置および流体取扱方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体試料の分析や処理などに用いられる流体取扱装置および流体取扱方法に関する。

近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、マイクロ流路チップが使用されている。マイクロ流路チップは、試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。

マイクロ流路チップを用いた処理を自動化するために、マイクロ流路チップ内にバルブ構造を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、流体の流路の出入口をフィルムで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。特許文献１に記載のマイクロ流路チップは、第１チップおよび第２チップを有する。第１チップは、流体の流路と、流路の壁に開口する流体の出入口と、流路および流体の出入口を覆うフィルムとを有する。第２チップは、第１チップの流体の出入口に向けてフィルムを押し出すアクチュエータを有する。アクチュエータがフィルムを流体の出入口に向けて押し出すことによって流体の出入口が閉じる。一方、アクチュエータによるフィルムの押し出しを解除することで流体の出入口が開く。このような流体の出入口の開閉によって、流路内の流体の流れを制御することができる。このようなマイクロ流路チップは、流体を所定の領域内に貯留した状態で、各種検査や各種反応などを行う。

特開２００２−２２８０３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマイクロ流路チップは、流路を閉じて流体を所定の領域に貯留しておくためにアクチュエータを駆動し続ける必要がある。このように、各種検査や各種反応などを行っている間、アクチュエータを駆動し続ける必要があるため、ランニングコストが高くなるという問題がある。また、アクチュエータが正常に作動しなかった場合、流体が流路内を移動してしまうため、適正な検査や、所望の反応を行うことができないおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、外部からの機械的な力を要さずに流路を閉じておくことができる流体取扱装置、および前記流体取扱装置を用いた流体取扱方法を提供することを目的とする。

本発明の流体取扱装置は、第１溝を一方の面に有する第１基板と、前記第１基板の前記一方の面に貼り付けられた樹脂からなる第１フィルムと、前記第１フィルムおよび前記第１溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有し、前記第１フィルムの前記隔壁と対応する部分に撓み変位可能領域が形成された第１チップと、凹部が一方の面に開口し、前記凹部と外部とを連通した連通路を有する第２基板と、前記凹部の前記一方の面の開口を塞ぐように、前記第２基板の前記一方の面に密着させて配置されたエラストマーからなる第２フィルムとを有する第２チップと、を含み、前記第２フィルムの弾性率は、前記第１フィルムの弾性率より高く、前記第１チップおよび前記第２チップは、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合い、前記第１フィルムを前記隔壁に押し付けるように積層され、前記凹部内を陰圧にすることによって、前記第２フィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１フィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１フィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、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フィルムと前記隔壁との間に隙間を有する前記第１チップに前記第２チップを積層させることによって前記隙間を塞ぐステップと、前記流体流路内に流体を導入するステップと、前記凹部内の気体を吸引することによって前記凹部内を陰圧にするステップと、を含み、前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２フィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１フィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１フィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、構成を採る。

本発明によれば、外部からの機械的な力を要さずに流路を閉じておく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。本発明に係る流体取扱装置を用いることで、ランニングコストを低下させることができる。

図１Ａ，Ｂは、本発明の実施の形態１に係るマイクロ流路チップの構成を示す図である。 図２Ａ，Ｂは、実施の形態１に係るマイクロ流路チップの構成を示す図である。 図３Ａ，Ｂは、実施の形態１に係るマイクロ流路チップの使用方法を説明するための断面図である。 図４Ａ，Ｂは、実施の形態１に係る他のマイクロ流路チップの構成を示す図である。 図５Ａ，Ｂは、本発明の実施の形態２に係るマイクロ流路チップの構成を示す図である。 図６Ａ，Ｂは、実施の形態２の変形例に係るマイクロ流路チップの第２基板の構成を示す図である。 図７Ａ，Ｂは、本発明の実施の形態３に係るマイクロ流路チップの構成を示す図である。 実施の形態３に係るマイクロ流路チップの第１基板の平面図である。 図９Ａ，Ｂは、本発明の実施の形態３に係るマイクロ流路チップの第２基板の構成を示す図である。 図１０Ａ〜Ｃは、実施の形態３に係るマイクロ流路チップの使用方法を説明するための断面図である。 図１１Ａ，Ｂは、実施の形態３に係るマイクロ流路チップの使用方法を説明するための断面図である。

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、本発明の実施の形態１に係る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Ａ−Ａ線の断面図である。

図１Ａ，Ｂに示されるように、マイクロ流路チップ１００は、隔壁１２３を含む第１基板１３０および第１フィルム１４０を有する第１チップ１２０と、凹部１６１を含む第２基板１６０および第２フィルム１７０を有する第２チップ１５０とを有する。第１チップ１２０および第２チップ１５０は、使用時には、第１フィルム１４０および第２フィルム１７０を内側にして積層される（図３Ａ参照）。このとき、第１フィルム１４０の表面は、第２フィルム１７０の表面に密着している。さらに、隔壁１２３および凹部１６１は、第１フィルム１４０および第２フィルム１７０を介して向かい合うように配置される。

第１チップ１２０は、試薬や液体試料などの流体を流すためのチップである。第１フィルム１４０の隔壁１２３および第２チップ１５０の凹部１６１に対応する部分には撓み変位が可能な領域が形成され、この領域が第１チップ１２０におけ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部１４１（弁体）として機能する。第２チップ１５０は、マイクロバルブのアクチュエータとして機能する。

第１チップ１２０は、第１基板１３０、第１フィルム１４０、第１流路１２１、第２流路１２２、隔壁１２３、液体導入口１２４および液体取出口１２５を有する。

第１流路１２１および第２流路１２２は、流体流路を構成する。第１流路１２１および第２流路１２２の間には、隔壁１２３が配置されている。第１流路１２１の一端には液体を導入する液体導入口１２４が配置されており、他端には隔壁１２３が配置されている。また、第２流路１２２の一端には隔壁１２３が配置されており、他端には液体を取り出す液体取出口１２５が配置されている。隔壁１２３および第１フィルム１４０は、マイクロバルブの開放時には第１流路１２１と第２流路１２２とを連通させる。このとき、流体導入口１２４から導入された流体は、第１流路１２１および第２流路１２２を通って、流体取出口１２５まで流れる。

第１流路１２１および第２流路１２２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流路１２１および第２流路１２２は、毛管現象により流体が移動可能な流路である。本実施の形態では、第１流路１２１および第２流路１２２の断面形状は、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。

隔壁１２３は、第１流路１２１と第２流路１２２との間に配置されており、マイクロバルブの弁座として機能する（後述）。隔壁１２３の平面視形状や大きさは、マイクロバルブの弁座として機能することができれば、特に限定されない。本実施の形態では、隔壁１２３の流路の断面方向の大きさは、流体流路の断面形状と同じである。

図２Ａは、第１基板１３０の平面図である。図２Ａに示されるように、第１基板１３０は、透明な略矩形の樹脂基板である。第１基板１３０の厚さは、特に限定されない。第１基板１３０の厚さは、例えば１〜１０ｍｍの範囲内である。また、第１基板１３０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基板１３０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、ポリスチレン、シリコーン樹脂、エラストマーなどが含まれる。

第１基板１３０は、第１溝１３１、第２溝１３２、隔壁１２３、第１貫通孔１３３および第２貫通孔１３４を有する。第１溝１３１の一方の端部は、第１貫通孔１３３に連通している。また、第２溝１３２の一方の端部は、第２貫通孔１３４に連通している。第１溝１３１の他方の端部と第２溝１３２の他方の端部との間には、隔壁１２３が配置されている。

第１溝１３１の開口部および第２溝１３２の開口部が第１フィルム１４０で塞がれることによって、第１流路１２１および第２流路１２２が形成される。また、第１貫通孔１３３の一方の開口部および第２貫通孔１３４の一方の開口部が第１フィルム１４０で塞がれることによって、流体導入口１２４および流体取出口１２５が形成される（図１Ｂ参照）。

第１フィルム１４０は、透明な略矩形の樹脂フィルムである。第１フィルム１４０は、第１基板１３０の第２チップ１５０と対向する面に貼り付けられている。第１フィルム１４０は、略半球形状のダイヤフラム部１４１（変位可能領域）を含む。ダイヤフラム部１４１は、第１フィルム１４０の隔壁１２３に対応する位置に配置されている。第１フィルム１４０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。第１フィルム１４０（ダイヤフラム部１４１）は、第１基板１３０に貼り付けられた状態では、隔壁１２３と離れている。

第１フィルム１４０を構成する樹脂の種類は、第１フィルム１４０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。第１フィルム１４０を構成する樹脂の例は、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、ポリスチレン、シリコーン樹脂などが含まれる。

第１フィルム１４０の厚さは、第１フィルム１４０が弁体（ダイヤフラム）として機能することが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。本実施の形態では、第１フィルム１４０の厚さは、２０μｍ程度である。また、ダイヤフラム部１４１は、隔壁１２３を覆い、かつ第１チップ１２０と第２チップ１５０を積層したときに圧力室１５１に収容される大きさを有する。第１フィルム１４０の色は、用途に応じて適宜選択され、第１フィルム１４０の外形形状も、要求される機能が発揮されるように適宜設計される。

第２チップ１５０は、第２基板１６０、第２フィルム１７０、圧力室１５１および連通路１６２を有する。

圧力室１５１は、外部に連通している。圧力室１５１は、第１フィルム１４０のダイヤフラム部１４１を収容可能な大きさを有する。圧力室１５１の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、圧力室１５１の形状は、略円柱状である。また、圧力室１５１の直径および深さも特に限定されず、適宜設定することができる。

図２Ｂは、第２基板１６０の平面図である。図２Ｂに示されるように、第２基板１６０は、透明な略矩形の樹脂基板である。第２基板１６０の厚さは、特に限定されない。本実施の形態では、第２基板１６０の厚さは、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内である。第２基板１６０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基板１６０を構成する樹脂の例は、第１基板１３０を構成する樹脂の例と同じである。第２基板１６０の色は、用途に応じて適宜選択され、第２基板１６０の外形形状も、要求される機能が発揮されるように適宜設計される。

第２基板１６０は、凹部１６１、連通路１６２および接合層１６３を有する。凹部１６１は、第２基板１６０の、ダイヤフラム部１４１に対応する位置に配置されている。凹部１６１の開口部が第２フィルム１７０で塞がれることによって、圧力室１５１が形成される（図１Ｂ参照）。凹部１６１は、第１フィルム１４０のダイヤフラム部１４１を収容可能な大きさに形成されている。

連通路１６２は、凹部１６１と外部とを連通する。連通路１６２は、ポンプなどの圧力調整装置に接続されている。連通路１６２の位置は、特に限定されない。本実施の形態では、連通路１６２の一方の開口部は、凹部１６１の底面に配置され、他方の開口部は、第２基板１６０の第２フィルム１７０が配置された面の反対側の面に配置されている（図１Ｂ参照）。

接合層１６３は、第２基板１６０と一体に形成されている。接合層１６３は、第２基板１６０の第１チップ１２０に対向する面に、第２基板１６０に対して垂直方向に突出するように形成された凸部である。また、接合層１６３は、凹部１６１の開口部を取り囲むように配置されている。接合層１６３の平面視形状は、円環状である。接合層１６３の内径は、凹部１６１の直径と同じである。接合層１６３の内周面および外周面は、第２基板１６０の第１チップ１２０に対向する面に対して垂直である。また接合層１６３の頂面は、平面であり、この頂面が第２フィルム１７０と密着することで、圧力室１５１を形成している。

第２フィルム１７０は、エラストマーからなる透明な円形のフィルムである。第２フィルム１７０は、第２基板１６０の第１チップ１２０に対向する面に貼り付けられている。第２フィルム１７０の表面は、平坦である。第２フィルム１７０は、凹部１６１の開口部を覆うように接合層１６３の頂面に配置されている。なお、第２フィルム１７０は、第２基板１６０の第１チップ１２０に対向する面の全面に配置されていてもよい。第２フィルム１７０の色は用途に応じて適宜され、外形形状も要求される機能が発揮されるように適宜設計される。

第２フィルム１７０の弾性率は、第１フィルム１４０より高い弾性率を有する。第２フィルム１７０を構成するエラストマーの例には、シリコーンゴムが含まれる。第２フィルム１７０の厚さは、例えば０．０５〜０．５ｍｍの範囲内である。

（マイクロ流路チップの作製）
第１チップ１２０は、所定の溝および貫通孔が形成された第１基板１３０に、ダイヤフラム部１４１が形成された第１フィルム１４０を熱圧着で接合することによって作製される。このとき、第１フィルム１４０のダイヤフラム部１４１が外部に向けて突出するように、第１フィルム１４０と、第１基板１３０の第１溝１３１が形成された面とが接合される。なお、第１基板１３０に第１フィルム１４０を接合した後に、吸引などの手段によりダイヤフラム部１４１を形成してもよい。

第２チップ１５０は、凹部が形成された第２基板１６０に、エラストマーからなる第２フィルム１７０を熱圧着で接合することによって作製される。第２フィルム１６０の一方の面と、第２基板１６０の凹部１６１が形成された面とが接合される。

最後に、第１フィルム１４０および第２フィルム１７０が内側となるように、第１チップ１２０および第２チップ１５０を積層することで、マイクロ流路チップ１００が作製される。このとき、エラストマーからなる第２フィルム１７０は、樹脂からなる第１フィルム１４０より高い弾性率を有するため、第１フィルム１４０のダイヤフラム部１４１によって、変形させられない。逆に、第２フィルム１７０は、ダイヤフラム部１４１を第１基板１３０に向かって変形させて、第１フィルム１４０を第１基板１３０の隔壁１２３の頂面に当接させる。これにより、外部から機械的な力を加えられていない場合、マイクロ流路チップ１００は、流体流路が閉塞された状態を維持することができる。

また、第２チップ１５０は、第２フィルム１７０でのみ第１チップ１２０に当接している。このため、第１チップ１２０および第２チップ１５０が積層されるとき、第２チップ１５０に加えられる応力は、第２フィルム１７０に集中する。さらに、第２フィルム１７０の周縁部は、接合層１６３の頂面に接合されている。したがって、第１チップ１２０および第２チップ１５０が積層されるとき、第２チップ１５０に加えられる応力は、第２フィルム１７０の周縁部に集中する。よって、第１チップ１２０および第２チップ１５０を積層した場合、第２フィルム１７０の周縁部は、接合層１６３によって第１フィルム１４０に押し当てられる。これにより、第１フィルム１４０および隔壁１２３の頂面を確実に当接させることができるため、マイクロ流路チップ１００は、流体流路が閉塞された状態を確実に維持することができる。

（マイクロ流路チップの使用方法）
次に、マイクロ流路チップ１００の使用方法について、図３を参照して説明する。図３Ａ，Ｂは、マイクロ流路チップ１００の使用方法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。本実施の形態では、流体として液体を用いた例について説明する。

まず、第１チップ１２０および第２チップ１５０を積層する。このとき、第１フィルム１４０のダイヤフラム部１４１は、第２フィルム１７０により第１基板１３０に向かって押し当てられて、第１フィルム１４０（ダイヤフラム部１４１）と隔壁１２３とが確実に密着する。これにより、第１フィルム１４０と隔壁１２３との間の隙間が塞がれて、バルブが閉塞状態となる（図３Ａ参照）。

次に、第１チップ１２０の流体導入口１２４に液体を導入する。この時点では、バルブが閉塞状態となっているため、液体は、流体導入口１２４から第１流路１２１内に侵入することができない。

第１チップ１２０の流体導入口１２４内に貯留された流体を液体取出口１２５に向かって移動させる場合には、圧力室１５１に接続された圧力調整装置を駆動して、圧力室１５１内を陰圧にする。これにより、第２フィルム１７０が圧力室１５１の陰圧により凹部１６１内に引き込まれるとともに、第１フィルム１４０が凹部１６１に向けて湾曲して、第１フィルム１４０と隔壁１２３との間に隙間が生じて流体流路が開かれ、毛管現象により流体が流れる（図３Ｂ参照）。

また、圧力室１５１の内部の陰圧を戻すことで、第１フィルム１４０が第２フィルム１７０によって押し当てられて、第１フィルム１４０（ダイヤフラム部１４１）と隔壁１２３とが確実に密着する。これにより、バルブが再び閉塞状態となる。

以上の手順により、液体を第１流路１２１から第２流路１２２に流すこと、および第１流路１２１から第２流路１２２への液体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、流体導入口１２４内において液体を特定の試薬と一定時間反応させた後に、流体導入口１２４内の液体を流体取出口１２５内に移動させて、流体取出口１２５内において液体を別の試薬と反応させることが可能である。

（変形例）
ここまで、接合層１６３が第２基板１６０と一体の場合について説明したが、接合層１６３は第２フィルム１７０と一体であってもよいし、第２基板１６０および第２フィルム１７０と別体であってもよい。

図４Ａは、実施の形態１の第１変形例に係るマイクロ流路チップ１００’の部分断面図であり、図４Ｂは、実施の形態１の第２変形例に係るマイクロ流路チップ１００”の部分断面図である。

図４Ａに示されるように、接合層１６３’が第２フィルム１７０と一体である場合、接合層１６３’は、第２フィルム１７０の周縁部に、第２フィルム１７０に対して垂直方向に突出するように形成された凸部である。この場合、接合層１６３’の頂面は、第２基板１６０の凹部１６１の開口縁部に接合される。

また、図４Ｂに示されるように、接合層１６３”が第２基板１６０および第２フィルム１７０と別体の場合、接合層１６３”は、第２基板１６０および第２フィルム１７０の間に配置される。この場合、接合層１６３”は、第２基板１６０の凹部１６１の開口縁部および第２フィルム１７０の周縁部を気密に接合する。たとえば、接合層１６３”は、Ｏリングである。

（効果）
本実施の形態のマイクロ流路チップ１００，１００’，１００”は、第２フィルム１７０が第１フィルム１４０より高い弾性率を有しているため、外部から力を加えなくても、流体流路を閉塞することができる。また、圧力室１５１内の圧力を調整することで、第１流路１２１から第２流路１２２に流れる流体の流れを容易に制御することができる。さらに、第１チップ１２０と第２チップ１５０を積層すると、接合層１６３に応力が集中するため、第２フィルム１７０を第１フィルム１４０に押し付けることで、確実に流体流路を閉塞することができる。

なお、本実施の形態では、圧力室１５１内の気圧を調整することで、第１チップ１２０の流体の流れを制御したが、流体の流れの制御方法は、この方法に限定されない。たとえば、液体を用いて、流体の流れを制御方法してもよい。液体を用いて流体の流れを制御する例には、ポンプや電気浸透流などを用いて圧力室１５１内の液体を出し入れして圧力室１５１内の圧力を制御する方法が含まれる。

［実施の形態２］
（マイクロ流路チップの構成）
本発明の実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００は、第２基板２６０が２枚の基板によって構成されている点において、実施の形態１に係るマイクロ流路チップ１００と異なる。そこで、実施の形態１に係る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し、主として実施の形態１に係るマイクロ流路チップ１００と異なる部分について説明する。

図５，６は、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００の構成を示す図である。図５Ａは、マイクロ流路チップ２００の平面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示されるＢ−Ｂ線の断面図である。

実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００は、実施の形態１に係るマイクロ流路チップ１００と同様に、第１チップ１２０および第２チップ２５０を有する。第２チップ２５０の第２基板２６０は、実施の形態１に係る第２基板１６０と異なり、第３基板２８０および第４基板２９０からなる。図６Ａは、第３基板２８０の平面図であり、図６Ｂは、第４基板２９０の平面図である。

第３基板２８０は、第２基板２５０の第１チップ１２０に対向しない側に配置されている。第３基板２８０の第１チップ１２０側の面（第４基板２９０が積層される面）には、底側凹部２８１と、底側凹部２８１に接続した連通溝２８２とが形成されている。底側凹部２８１は、凹部１６１の底側の一部である。底側凹部２８１の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、底側凹部２８１の形状は、略円柱形状である。また、底側凹部２８１の直径および深さも特に限定されず、適宜設定することができる。連通溝２８２は、一端が底側凹部２８１に接続されており、他端が第３基板２８０の側面に開口している。連通溝２８２は、第１チップ１２０側の面の開口部を第４基板２９０で閉塞することで、連通路２６２となる。

第４基板２９０は、第２基板２５０の第１チップ１２０に対向する側に配置されている。第４基板２９０には、底側凹部２８１に対応する位置に第３貫通孔２９１が形成されている。第３貫通孔２９１は、凹部１６１の底側の一部である。第３貫通孔２９１の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第３貫通孔２９１の形状は、略円柱状である。また、第３貫通孔２９１の直径および深さも特に限定されず、適宜設定することができる。本実施の形態では、第３貫通孔２９１の直径は、底側凹部２８１の直径と同じである。

第３基板２８０の底側凹部２８１と、第４基板２９０の第３貫通孔２９１とが重なるように、第３基板２８０および第４基板２９０を積層して接合することで、第２基板２５０が製造されうる。マイクロ流路チップ２００の使用方法は、実施の形態１と同様である。

（効果）
以上のように、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００は、実施の形態１に係るマイクロ流路チップ１００と同じ効果を有する。また、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００は、第３基板２８０および第４基板２９０を積層することで連通路２６２を形成しているため、基板の面方向に延びる連通路２６２を容易に形成することができる。

［実施の形態３］
（マイクロ流路チップの構成）
本発明の実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００は、隔壁および圧力室をそれぞれ複数有する点において、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００と異なる。そこで、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００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し、主として実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００と異なる部分について説明する。

図７は、実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００の構成を示す図である。図７Ａは、実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００の平面図であり、図７Ｂは、図７Ａに示されるＣ−Ｃ線の断面図である。

図７に示されるように、実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００は、第１チップ３２０および第２チップ３５０を有する。

第１チップ３２０は、第１基板３３０、第１フィルム３４０、複数の第３流路３２１、複数の第４流路３２２、複数の第５流路３２３、第６流路３２４、複数の第１隔壁３２５、複数の第２隔壁３２６、流体取出口１２４および流体導入口１２５を有する。

第３流路３２１、第４流路３２２、第５流路３２３および第６流路３２４は、流体流路を構成する。第３流路３２１および第４流路３２２の間には第１隔壁３２５が配置されており、第４流路３２２および第５流路３２３との間には、第２隔壁３２６が配置されている。第３流路３２１の一端には液体導入口１２４が配置されており、他端には第１隔壁３２５が配置されている。また、第４流路３２２の一端には第１隔壁３２５が配置されており、他端には第２隔壁３２６が配置されている。さらに、第５流路３２３の一端には第２隔壁３２６が配置されている。また、各第５流路３２３の他端は、第６流路３２４の一端に合流している。第６流路３２４の他端には、液体を取り出すための流体取出口１２５が配置されている。第１隔壁３２５および第１フィルム３４０は、マイクロバルブの閉塞時には第３流路３２１と第４流路３２２とを閉鎖する。また、第２隔壁３２６および第１フィルム３４０は、マイクロバルブの閉塞時には第４流路３２２と第５流路３２３とを閉鎖する。

図８は、第１基板３３０の平面図である。図８に示されるように、第１基板３３０は、複数の第３溝３３１、複数の第４溝３３２、複数の第５溝３３３、第６溝３３４、複数の第１隔壁３２５、複数の第２隔壁３２６、複数の第１貫通孔１３３および第２貫通孔１３４を有する。

第１フィルム３４０は、複数のダイヤフラム部１４１を有する。複数のダイヤフラム部１４１は、各凹部に対応する位置に配置されている。第１フィルム３４０は、第４基板３９０の第３基板３８０が配置されていない面に配置されている。

第２チップ３５０は、第２基板３６０、第２フィルム３７０、複数の第１圧力室３５１、複数の第２圧力室３５２、複数の第３圧力室３５３、第１連通路３５４、複数の第２連通路３５５、複数の第３連通路３５６および複数の接続路３６７を有する。第２フィルム３７０は、第２基板３６０の一方の面に貼り付けられている。

第１圧力室３５１、第２圧力室３５２および第３圧力室３５３の数は、特に限定されない。第１圧力室３５１、第２圧力室３５２および第３圧力室３５３の数は、いずれも同じであればよい。本実施の形態では、第１圧力室３５１、第２圧力室３５２および第３圧力室３５３の数は、それぞれ３つずつである。

第１連通路３５４は、第１圧力室３５１と外部とを連通する。第１連通路３５４は、いずれの第１圧力室３５１に接続されていてもよい。第１連通路３５４の外部側の開口部には、ポンプなどの圧力調整装置が接続される。接続路３６７は、隣接する第１圧力室３５１をそれぞれ接続する。本実施の形態では、接続路３６７の数は、３つの第１圧力室３５１を接続するため、２つである。また、第２連通路３５５は、第２圧力室３５２と外部とを連通する。各第２連通路３５５の外部側の開口部には、ポンプなどの圧力調整装置が接続される。本実施の形態では、第２連通路３５５の数は、第２圧力室３５２と同じ３つである。さらに、第３連通路３５６は、第３圧力室３５３の内部と外部とを連通する。本実施の形態では、第３連通路３５６の数は、第３圧力室３５３と同じ３つである。

第２基板３６０は、第３基板３８０および第４基板３９０からなる。図９Ａは、第３基板３８０の平面図であり、図９Ｂは、第４基板３９０の平面図である。第２基板３６０は、第３基板３８０および第４基板３９０が積層されることで形成される（図７Ｂ参照）。

第３基板３８０は、第２基板３６０の第１チップ３２０に対向しない側に配置されている。第３基板３８０の第１チップ３２０側の面には、複数の第１底側凹部３８１と、複数の第２底側凹部３８２と、複数の第３底側凹部３８３と、複数の接続溝３８４と、第１連通溝３８５と、複数の第２連通溝３８６と、第３連通溝３８７とが形成されている。

第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３は、それぞれの凹部３６１，３６２，３６３の底側の一部である。第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および第３底側凹部３８３の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および第３底側凹部３８３の形状は、いずれも略円柱形状である。また、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３の直径および深さも特に限定されない。本実施の形態では、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３の直径および深さは、全て同じである。また、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３の数は、特に限定されない。第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３の数がそれぞれ同じであればよい。本実施の形態では、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および複数の第３底側凹部３８３の数は、それぞれ３つずつである。

接続溝３８４は、隣接する第１底側凹部３８１を接続する。第１連通溝３８５は、いずれか１つの第１底側凹部３８１と、外部とを連通している。第１連通溝３８５は、一端が第１底側凹部３８１に接続されており、他端が第３基板３８０の側面に開口している。第１連通溝３８５は、開口部を第４基板３９０で閉塞することで、第１連通路３５４となる。

第２連通溝３８６は、第２底側凹部３８２と、外部を連通させる。第２連通溝３８６の数は、第２底側凹部３８２と同じである。第２連通溝３８６は、開口部を第４基板３９０で閉塞することで、第２連通路３５５となる。

第３連通溝３８７は、第３底側凹部３８３と、外部を連通させる。第３連通溝３８７の数は、第３底側凹部３８３と同じである。第３連通溝３８７は、開口部を第４基板３９０で閉塞することで、第３連通路３５６となる。

第４基板３９０は、第２基板３６０の第１チップ３２０側に配置されている。第４基板３９０には、第１底側凹部３８１、第２底側凹部３８２および第３底側凹部３８３に対応する位置に複数の第５貫通孔３８８が形成されている。第５貫通孔３８８の形状は、特に限定されない。本実施の形態では、第５貫通孔３８８の形状は、略円柱状である。また、複数の第５貫通孔３８８の直径および深さも特に限定されない。本実施の形態のおける複数の第５貫通孔３８８の直径および深さは、全て同じである。

第３基板３８０の各底側凹部３８１，３８２，３８３と、第４基板３９０の各第５貫通孔３８８とが重なるように、第３基板３８０および第４基板３９０を積層して接合することで、第２基板３６０が製造されうる。

（マイクロ流路チップの使用方法）
次に、マイクロ流路チップ３００の使用方法について、図１０および図１１を参照して説明する。図１０Ａ〜Ｃおよび図１１Ａ，Ｂは、マイクロ流路チップ３００の使用態様を説明するためのマイクロ流路チップ３００の断面図である。本実施の形態では、流体として液体を用いた例について説明する。

まず、流体導入口１２４から流体取出口１２５まで液体を充填した後、第１チップ３２０および第２チップ３５０を積層する。このとき、第１フィルム３４０の複数のダイヤフラム部１４１は、第２フィルム３７０の中央部分および接合層１６３により第２フィルム３７０の周縁部により押し当てられて、第１フィルム３４０（ダイヤフラム部１４１）と第１隔壁３２５および第２隔壁３２６とが確実に密着する。これにより、バルブが閉鎖状態となる（図１０Ａ参照）。

第１チップ３２０の流体流路に液体を流す場合には、第１圧力室３５１に接続された圧力調整装置を駆動して、各第１圧力室３５１内を陰圧にする。これにより、第２フィルム３７０が第１圧力室３５１内に引き込まれるとともに、第１フィルム３４０のダイヤフラム部１４１が第１圧力室３５１に向けて湾曲する。このとき、ダイヤフラム部１４１の湾曲により増大した体積分の液体が、流体導入口１２４から第３流路３２１内に移動する（図１０Ｂ参照）。

次いで、第１圧力室３５１内を陰圧に維持したまま、第２圧力室３５２に接続された圧力調整装置を駆動して、第２圧力室３５２内を陰圧にする。これにより、第２フィルム３７０が第２圧力室３５２内に引き込まれるとともに、第１フィルム３４０のダイヤフラム部１４１が第２圧力室３５２に向けて湾曲する。このとき、ダイヤフラム部１４１の湾曲により増大した体積分の液体が、第３流路３２１から第１隔壁３２５を超えて移動する（図１０Ｃ参照）。

次いで、第１圧力室３５１内の圧力を元に戻すことで、第１フィルム３４０が第２フィルム３７０によって押し当てられて、第１フィルム３４０（ダイヤフラム部１４１）と第１隔壁３２５とが確実に密着する（図１１Ａ参照）。

最後に、第１フィルム３４０と第１隔壁３２５との間に隙間が生じないように、第１圧力室３５１の内部を陽圧に維持した状態で、第２圧力室３５２内を陽圧にする。このとき、第３圧力室３５３は、外気に接続されており、陽圧にも陰圧にもなっていない。これにより、第１フィルム３４０のダイヤフラム部１４１および第２フィルム３７０が、第４流路３２２内の液体により第３圧力室３５３に向かって押し込まれる。したがって、第１フィルム３４０と第２隔壁３２６との間に隙間が生じて流体流路が開かれ、液体が第４流路３２２から第５流路３２３へ移動する（図１１Ｂ参照）。

以上の手順により、液体を第４流路３２２から第５流路３２３に流すこと、および第４流路３２２から第５流路３２３への液体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。また、第１フィルム３４０のダイヤフラム部１４１の湾曲により増大した体積分の液体を、第５流路３２３に順次送ることができる。すなわち、特定量の液体を繰り返し送液することが可能である。

（効果）
以上のように、実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００は、実施の形態２に係るマイクロ流路チップ２００と同じ効果を有する。また、上記のとおり、実施の形態３に係るマイクロ流路チップ３００は、特定量の液体を繰り返し送液することが可能である。

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流路チップとして有用である。

１００，１００’，１００”，２００，３００ マイクロ流路チップ
１２０，３２０ 第１チップ
１２１ 第１流路
１２２ 第２流路
１２３ 隔壁
１２４ 液体導入口
１２５ 液体取出口
１３０，３３０ 第１基板
１３１ 第１溝
１３２ 第２溝
１３３ 第１貫通孔
１３４ 第２貫通孔
１４０，３４０ 第１フィルム
１４１ ダイヤフラム部
１５０，２５０，３５０ 第２チップ
１５１ 圧力室
１６０，２６０，３６０ 第２基板
１６１，３６１，３６２，３６３ 凹部
１６２、２６２ 連通路
１６３，１６３’，１６３” 接合層
１７０，３７０ 第２フィルム
２８０，３８０ 第３基板
２８１ 底側凹部
２８２ 連通溝
２９０，３９０ 第４基板
２９１ 第３貫通孔
３２１ 第３流路
３２２ 第４流路
３２３ 第５流路
３２４ 第６流路
３２５ 第１隔壁
３２６ 第２隔壁
３３１ 第３溝
３３２ 第４溝
３３３ 第５溝
３３４ 第６溝
３５１ 第１圧力室
３５２ 第２圧力室
３５３ 第３圧力室
３５４ 第１連通路
３５５ 第２連通路
３５６ 第３連通路
３６７ 接続路
３８１ 第１底側凹部
３８２ 第２底側凹部
３８３ 第３底側凹部
３８４ 接続溝
３８５ 第１連通溝
３８６ 第２連通溝
３８７ 第３連通溝
３８８ 第５貫通孔

Claims (7)

1. 第１溝を一方の面に有する第１基板と、前記第１基板の前記一方の面に貼り付けられた樹脂からなる第１フィルムと、前記第１フィルムおよび前記第１溝から構成される流体流路内に配置される隔壁と、を有し、前記第１フィルムの前記隔壁と対応する部分に撓み変位可能領域が形成された第１チップと、
   凹部が一方の面に開口し、前記凹部と外部とを連通した連通路を有する第２基板と、前記凹部の前記一方の面の開口を塞ぐように、前記第２基板の前記一方の面に密着させて配置されたエラストマーからなる第２フィルムとを有する第２チップと、を含み、
   前記第２フィルムの弾性率は、前記第１フィルムの弾性率より高く、
   前記第１チップおよび前記第２チップは、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムを介して前記隔壁と前記凹部とが向かい合い、前記第１フィルムを前記隔壁に押し付けるように積層され、
   前記凹部内を陰圧にすることによって、前記第２フィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１フィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１フィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、
   流体取扱装置。
2. 前記第２基板は、前記凹部の開口縁部および前記第２フィルムの間に配置され、前記第２基板および前記第２フィルムを密着させるための接合層をさらに有する、請求項１に記載の流体取扱装置。
3. 前記第２基板は、
   底側凹部と、前記底側凹部の開口部に接続した連通溝とが同一面に形成された第３基板と、
   前記第３基板の前記底側凹部および前記連通溝が形成された面に積層され、前記底側凹部に対応した位置に貫通孔が形成された第４基板と、
   を含み、
   前記連通路は、前記連通溝および前記第４基板から構成され、
   前記凹部は、前記底側凹部および前記貫通孔から構成され、
   前記第２フィルムは、前記第４基板の、前記第３基板と対向する面と反対側の面に配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の流体取扱装置。
4. 前記接合層は、前記凹部の開口の周囲に形成された、前記第２フィルム側へ突出する凸部である、請求項２または請求項３に記載の流体取扱装置。
5. 前記接合層は、前記第２フィルムの前記第２基板と密着させる面に形成された凸部である、請求項２または請求項３に記載の流体取扱装置。
6. 前記接合層は、前記第２基板および前記第２フィルムと別体である、請求項２または請求項３に記載の流体取扱装置。
7. 請求項１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フィルムと前記隔壁との間に隙間を有する前記第１チップに前記第２チップを積層させることによって前記隙間を塞ぐステップと、
   前記流体流路内に流体を導入するステップと、
   前記凹部内の気体を吸引することによって前記凹部内を陰圧にするステップと、を含み、
   前記凹部内が陰圧になることによって、前記凹部を覆う前記第２フィルムが前記凹部内に引き込まれるとともに、前記第１フィルムが前記凹部に向けて湾曲して、前記第１フィルムと前記隔壁との間に隙間が生じて前記流体流路が開かれる、
   流体取扱方法。

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