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JP2006239538A - Microchannel and microchip - Google Patents

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JP2006239538A
JP2006239538A JP2005057376A JP2005057376A JP2006239538A JP 2006239538 A JP2006239538 A JP 2006239538A JP 2005057376 A JP2005057376 A JP 2005057376A JP 2005057376 A JP2005057376 A JP 2005057376A JP 2006239538 A JP2006239538 A JP 2006239538A
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JP
Japan
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microchannel
bubble
sample
liquid
bubbles
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JP2005057376A
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Japanese (ja)
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Takashi Momose
俊 百瀬
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Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Abstract

【課題】 本発明は、試料中に溶解している気体による気泡の発生の影響を受けることなく、微量サンプルで、正確な分析を実現することができるマイクロ流路及びマイクロチップを提供することを目的とする。
【解決手段】 液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、流路内に存在する気体から前記液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えてなるマイクロ流路。これにより、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に過剰に溶解している気体を気泡核導入手段に発生させた気泡核に効率よく吸収させて、気泡核導入手段以外の位置での気泡の発生を防止することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchannel and a microchip capable of realizing an accurate analysis with a small amount of sample without being affected by generation of bubbles due to gas dissolved in a sample. Objective.
A micro-channel for flowing a liquid, wherein a bubble nucleus is introduced into at least a part of an inner surface of the micro-channel from a gas existing in the channel into the liquid stream. A microchannel comprising means. As a result, regardless of the size of the microchannel, even if the amount of sample is very small, the gas that is excessively dissolved in the liquid sample is efficiently absorbed by the bubble nuclei generated by the bubble nuclei introduction means. It is possible to prevent the generation of bubbles at positions other than the bubble nucleus introducing means. As a result, accurate and rapid measurement and detection can be realized without disturbing the measurement system without disturbing the flow of the fluid.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、マイクロ流路及びマイクロチップに関し、生体物質を分離、混合、検出するために利用されるマイクロ流路及びこれを備えたマイクロチップに関する。   The present invention relates to a microchannel and a microchip, and relates to a microchannel used for separating, mixing, and detecting a biological substance and a microchip including the microchannel.

近年、医療、食品、創薬等の分野で、DNA、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの生体物質を、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ(DNAチップ)、たんぱく質分析チップ(プロテオームチップ)、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される数センチの大きさの基板上で分離、反応、混合、測定及び検出等するLab on Chipと呼ばれる技術が近年注目されている。   In recent years, in the fields of medicine, food, drug discovery, biological materials such as DNA, enzymes, proteins, viruses, cells, clinical analysis chips, environmental analysis chips, gene analysis chips (DNA chips), protein analysis chips (proteome chips) ) In recent years, a technology called Lab on Chip that separates, reacts, mixes, measures and detects on a substrate of several centimeters size called a sugar chain chip, chromatographic chip, cell analysis chip, pharmaceutical screening chip, etc. Attention has been paid.

このチップには数nmから数mmの流路が設けられ、その流路内で、微量の流体(気体、液体、微粒子、ゲル状物質などを含む)を移動させ、反応させ、測定するなどが実現される。このようなチップは一般にマイクロチップと呼ばれ、チップ上の流路はマイクロ流路と呼ばれている。
このようなマイクロチップに、微量の試料、例えば、血液サンプル等を流し込むことによって、短時間で簡便に、種々の測定、検出等を行うことができる。
This chip is provided with a flow path of several nm to several mm, in which a small amount of fluid (including gas, liquid, fine particles, gel substance, etc.) is moved, reacted, measured, etc. Realized. Such a chip is generally called a microchip, and a channel on the chip is called a microchannel.
By pouring a small amount of sample, such as a blood sample, into such a microchip, various measurements, detections, and the like can be easily performed in a short time.

しかし、通常、マイクロチップに用いるサンプル、試薬等は、予め低温で保存され、マイクロチップを用いて測定する際に昇温される。そして、この温度上昇に伴って、サンプル中に溶解している酸素及び窒素等の気体成分の飽和溶解度が低下し、飽和溶解度以上に溶解している気体成分が、マイクロチップ内の、例えばマイクロ流路で気泡として発生する。その結果、気泡がマイクロ流路を部分的、特には全体的に閉塞し、流体の流れを阻害し、流体の制御性を損なう。また、試料の容積を測定するためにマイクロチップを用いる場合には、気泡の発生により、正確な試料の容積の測定が困難となる。さらに、光学系を利用して試料を定量又は定性する場合には、気泡によって光の散乱を招き、正確な測定を行うことができない。また、電極を用いて試料を定量又は定性する場合においても、電極上に気泡が発生すると、正確な測定を行うことができない。   However, samples, reagents, and the like used for the microchip are usually stored at a low temperature in advance, and the temperature is increased when measurement is performed using the microchip. As the temperature rises, the saturation solubility of gas components such as oxygen and nitrogen dissolved in the sample decreases, and the gas component dissolved above the saturation solubility is, for example, in the microchip. Generated as bubbles in the road. As a result, the air bubbles partially block the micro flow path, particularly the entire flow path, impeding fluid flow and impairing fluid controllability. In addition, when a microchip is used to measure the volume of the sample, it is difficult to accurately measure the volume of the sample due to the generation of bubbles. Furthermore, when a sample is quantified or qualitatively using an optical system, scattering of light is caused by bubbles and accurate measurement cannot be performed. Further, even when a sample is quantified or qualitatively using an electrode, if bubbles are generated on the electrode, accurate measurement cannot be performed.

通常、分光測定の分野では、溶液からの気泡の発生を防止するために、サンプルの加熱攪拌、超音波攪拌等、溶液から溶存気体を除去して気泡の発生を抑えるための前処理が行われている。
しかし、マイクロチップを用いる場合には、サンプル自体が微量であり、簡便かつ迅速な測定を目的とするために、これらの前処理を行うことが困難であり、溶液からの気泡の発生を十分に防止することができない。
Usually, in the field of spectroscopic measurement, in order to prevent the generation of bubbles from the solution, pre-treatment for removing dissolved gas from the solution and suppressing the generation of bubbles, such as heating and stirring the sample and ultrasonic stirring, is performed. ing.
However, in the case of using a microchip, the sample itself is a very small amount, and it is difficult to perform these pretreatments for the purpose of simple and rapid measurement, so that bubbles are sufficiently generated from the solution. It cannot be prevented.

これに対して、マイクロチップに含まれるマイクロ流路(幅:700μm、深さ:500μm)の底部に、マイクロ流路における液体流方向に対して平行に、幅が300μm、深さが100μmの溝を形成し、サンプル中で発生した気泡をこの溝に集め、それを液体流で移動させて排出させる方法が提案されている(例えば、非特許文献1)。
マイクロ化学チップの技術と応用、丸善、2004、p160〜p161
On the other hand, a groove having a width of 300 μm and a depth of 100 μm parallel to the liquid flow direction in the microchannel at the bottom of the microchannel (width: 700 μm, depth: 500 μm) included in the microchip. A method has been proposed in which bubbles generated in a sample are collected in this groove and moved by a liquid flow to be discharged (for example, Non-Patent Document 1).
Technology and application of micro chemical chip, Maruzen, 2004, p160-p161

しかし、マイクロ流路の大きさによっては、このような溝をその底部に形成することができない場合があり、サンプルの微量化及びマイクロチップの微細化により、溝の適用はますます困難になる。また、マイクロ流路の中央部に配置する溝によって、サンプルの流れを乱すという問題がある。さらに、溝に集められた気泡を最終的に流路外に排出するため、溝はマイクロ流路の延長方向の大部分にわたって形成されるが、このために、溝に集められた気泡が互いに結合し、大きくなりすぎ、溝から脱離してサンプル中を浮遊する。その結果、気泡が、サンプルの流れを乱すとともに、測定系に対して妨害となり、正確な測定をすることができないという事態を招くことになる。   However, depending on the size of the micro flow path, such a groove may not be formed at the bottom thereof, and the application of the groove becomes more difficult due to the minute amount of the sample and the miniaturization of the microchip. In addition, there is a problem that the flow of the sample is disturbed by the groove disposed in the center of the microchannel. Furthermore, since the bubbles collected in the groove are finally discharged out of the channel, the groove is formed over most of the extending direction of the microchannel. For this reason, the bubbles collected in the groove are coupled to each other. However, it becomes too large and is detached from the groove and floats in the sample. As a result, the bubbles disturb the flow of the sample and interfere with the measurement system, resulting in a situation where accurate measurement cannot be performed.

つまり、マイクロ流路における液体流方向に平行な溝の形成によっては、気泡による測定系に対する妨害を免れ得ず、微量の試料で正確な分析結果を迅速に得るというマイクロチップの本来の目的を達成し得ることが要求されている。
そこで、本発明は、試料中に溶解している気体によって発生する気泡の影響を受けることなく、微量サンプルで、正確な分析を実現することができるマイクロ流路及びマイクロチップを提供することを目的とする。
In other words, the formation of a groove parallel to the liquid flow direction in the microchannel does not prevent the measurement system from being disturbed by bubbles, and the original purpose of the microchip is achieved, which is to obtain accurate analysis results quickly with a small amount of sample. There is a need to be able to.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a microchannel and a microchip capable of realizing an accurate analysis with a small amount of sample without being affected by bubbles generated by gas dissolved in the sample. And

本発明は、液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、流路内に存在する気体から前記液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えてなることを特徴とする。
このように、マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、流路内に存在する気体から前記液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えているために、マイクロ流路内に試料を導入する際に気泡核を容易、簡便かつ確実に導入することができる。これにより、マイクロ流路内を流れる液体試料の温度が上昇し、気体の液体への溶解度が減少しても、過剰となった気体はこの気泡核に吸収されるので、気泡核導入手段以外の位置での気泡の発生を防止することができる。その結果、気泡によって液体流の流れを乱すことなく、しかも気泡による測定の妨害を防止することができる。
The present invention relates to a microchannel for flowing a liquid, and introduces bubble nuclei into a liquid flow from at least a part of the inner surface of the microchannel into the liquid stream. Means are provided.
Thus, since at least a part of the inner surface of the microchannel is provided with bubble nucleus introduction means for introducing bubble nuclei from the gas existing in the channel into the liquid flow, When the sample is introduced, the cell nucleus can be introduced easily, simply and reliably. As a result, even if the temperature of the liquid sample flowing in the microchannel rises and the solubility of the gas in the liquid decreases, the excess gas is absorbed by this bubble nucleus. Generation of bubbles at the position can be prevented. As a result, the flow of the liquid flow is not disturbed by the bubbles, and the measurement can be prevented from being disturbed by the bubbles.

このマイクロ流路においては、気泡核導入手段が、液体流方向に対して傾斜した面を含んで構成されるか及び/又は気泡核導入手段が、複数の独立した凹部により構成されてなることが好ましい。
これにより、マイクロ流路内表面に気泡核導入手段を簡便にかつ有効に配置することができ、気泡核の導入、過剰に溶解している気体の気泡核導入手段以外での気泡の発生の抑止をより確実に行うことができる。
In this microchannel, the bubble nucleus introduction means may be configured to include a surface inclined with respect to the liquid flow direction and / or the bubble nucleus introduction means may be constituted by a plurality of independent recesses. preferable.
As a result, the bubble nucleus introduction means can be simply and effectively arranged on the inner surface of the microchannel, and the introduction of bubble nuclei and the suppression of the generation of bubbles other than the excessively dissolved gas bubble nucleus introduction means Can be performed more reliably.

また、気泡核導入手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に形成されていてもよいし、該マイクロ流路の内周表面の一部に形成されていてもよい。
気泡核導入手段がマイクロ流路の全内表面に形成される場合には、液体流内に気泡核を適当に導入することができるため、液体流中の位置にかかわらず、液体が接触するマイクロ流路の全表面で、過剰に溶け込んでいる気体を気泡核で効率的に吸収・除去する。これにより、気泡核導入手段以外での気泡の発生による測定の妨害を確実に防止することができる。また、流路の一部の内表面に形成される場合には、適度な気泡核によって液体中に過剰に溶け込んでいる気体を効率的に吸収し、気泡核導入手段から流路の内表面にわたって気泡が成長した状態であっても、光学系の測定で用いられる光の進路を、気泡にさえぎられないようにすることが可能となり、より正確な試料の検出及び測定に有用である。
Further, the bubble nucleus introducing means may be formed on the entire inner peripheral surface of the microchannel at a predetermined position in the longitudinal direction of the microchannel, or formed on a part of the inner peripheral surface of the microchannel. May be.
When the bubble nucleus introducing means is formed on the entire inner surface of the micro flow channel, the bubble nucleus can be appropriately introduced into the liquid flow, so that the micro contact with the liquid regardless of the position in the liquid flow. Efficiently absorbs and removes excessively dissolved gas on the entire surface of the flow path with bubble nuclei. Thereby, it is possible to reliably prevent the measurement from being disturbed by the generation of bubbles other than the bubble nucleus introducing means. Further, when it is formed on a part of the inner surface of the flow path, the gas that is excessively dissolved in the liquid is efficiently absorbed by the appropriate bubble nuclei, and from the bubble nucleus introduction means to the inner surface of the flow path. Even in the state where the bubbles are grown, it is possible to prevent the light path used in the measurement of the optical system from being blocked by the bubbles, which is useful for more accurate sample detection and measurement.

また、本発明のマイクロチップは、上述したマイクロ流路を備えることを特徴とする。
これにより、医療、食品、創薬等の種々の分野において、DNA、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質を液体の状態で、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ(DNAチップ)、たんぱく質分析チップ(プロテオームチップ)、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等の種々の呼び名で提供されているマイクロチップに適用する場合であっても、気泡による妨害を受けることなく、より迅速かつ正確に、測定及び検出等することが可能となる。
The microchip of the present invention includes the above-described microchannel.
As a result, in various fields such as medicine, food and drug discovery, various biological materials such as DNA, enzymes, proteins, viruses and cells are in a liquid state, clinical analysis chip, environmental analysis chip, gene analysis chip (DNA Chip), protein analysis chip (proteome chip), sugar chain chip, chromatographic chip, cell analysis chip, pharmaceutical screening chip, etc. Measurement, detection, etc. can be performed more quickly and accurately without receiving.

本発明によれば、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に過剰に溶解している気体を、気泡核導入手段に導入した気泡核に効率よく吸収させて、気泡核導入手段以外での気泡の発生を防止することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。   According to the present invention, regardless of the size of the microchannel, the gas that is excessively dissolved in the sample in the liquid state is introduced into the bubble nuclei introduced into the bubble nuclei introduction means even in a small amount of sample. It is possible to efficiently absorb and prevent the generation of bubbles other than the bubble nucleus introducing means. As a result, accurate and rapid measurement and detection can be realized without disturbing the measurement system without disturbing the flow of the fluid.

(1)マイクロ流路の構成
マイクロ流路は、試料(液体又は気体等、好ましくは液体)の通過が可能であるように、二次元及び/又は三次元的に所望の形状で、マイクロチップの内部に形成されている。
マイクロ流路の平面形状は、特に限定されるものではなく、用途、サイズ等を考慮して、任意に設定することができる。マイクロ流路の断面(流体の流れ方向に垂直に交わる断面)形状は、例えば、四角形、台形等の多角形及びこれらの角部分が丸みを帯びた形状、円形、だ円形、ドーム形状あるいは左右非対称の不均一形等どのような形状であってもよい。マイクロ流路は微量の試料、好ましくは液体状の試料を流すものであり、その目的を適切に果たすのであれば、その大きさ及び長さは特に限定されるものではなく、例えば、断面積が0.0001〜1mm2程度、長さが10〜100mm程度のものが挙げられる。特に、流路の断面積が小さくなるほど、マイクロ流路内での流体の流れ、さらに流体に発生する気泡の影響が大きくなるため、マイクロ流路の断面積として、0.0001〜0.25mm2程度のものに対して本発明は有利である。マイクロ流路は、全長にわたって同じ断面形状及び大きさであってもよいが、部分的に異なる形状及び大きさであってもよい。例えば、試料を導入及び/又は排出する部分等は、完全にマイクロ流路が密閉された状態ではなく、上部の一部が開放状態になっていてもよいし、容積を測定する部分又は光学系を利用して測定を行う検出部等では、一定の断面積が維持されていればよいし、徐々に又は段階的に細く又は太くなる部分があってもよい。
(1) Microchannel configuration The microchannel has a desired shape two-dimensionally and / or three-dimensionally so that a sample (liquid or gas, preferably liquid) can pass therethrough. It is formed inside.
The planar shape of the microchannel is not particularly limited, and can be arbitrarily set in consideration of use, size, and the like. The cross section of the microchannel (cross section perpendicular to the fluid flow direction) is, for example, a polygon such as a quadrangle or trapezoid, and rounded corners, round, oval, dome, or left / right asymmetry Any shape such as a non-uniform shape may be used. The microchannel is for flowing a small amount of sample, preferably a liquid sample, and its size and length are not particularly limited as long as the purpose is appropriately achieved. The thing of about 0.0001-1mm < 2 > and length is about 10-100mm is mentioned. In particular, as the cross-sectional area of the channel decreases, the flow of fluid in the micro-channel and the influence of bubbles generated in the fluid increase, so the cross-sectional area of the micro-channel is 0.0001 to 0.25 mm 2. The present invention is advantageous to the extent. The microchannels may have the same cross-sectional shape and size over the entire length, but may have partially different shapes and sizes. For example, the part where the sample is introduced and / or discharged is not in a state where the microchannel is completely sealed, and a part of the upper part may be open, or the part for measuring the volume or the optical system In the detection unit or the like that performs measurement using the above, it is only necessary to maintain a constant cross-sectional area, and there may be a portion that gradually or gradually becomes thinner or thicker.

マイクロ流路の内表面には、流路内に存在する気体から液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えている。この気泡核導入手段は、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部が液体によって押し出されずに、マイクロ流路の内表面の一部において気泡として留まり、その結果、マイクロ流路の内表面に気泡核を導入し得る手段を意味する。気泡核導入手段は、その機能を果たすために、それを構成する材料の試料に対するぬれ性が大きく影響することが考えられるが、本発明においては、適切なぬれ性によって、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部を気泡核として導入し得るものである。つまり、液体の導入時に予め意図的に気泡核を導入し得る手段を意味する。なお、この気泡核導入手段は、気泡核を導入するのみならず、液体流中に過剰に溶解している気体を、気泡核導入手段に導入した気泡核に効率よく吸収させ、その吸収した気体を気泡核とともに保持する機能をも有する。   The inner surface of the microchannel is provided with bubble nucleus introduction means for introducing bubble nuclei from the gas existing in the channel into the liquid flow. When the liquid is introduced into the microchannel, the bubble nucleus introducing means does not extrude a part of the gas present in the microchannel by the liquid, but forms bubbles on a part of the inner surface of the microchannel. Means which can stay and consequently introduce bubble nuclei into the inner surface of the microchannel. In order to perform the function of the bubble nucleus introducing means, it is considered that the wettability of the material constituting the bubble nucleus to the sample greatly influences, but in the present invention, the liquid is allowed to flow into the microchannel by appropriate wettability. When being introduced into the microchannel, a part of the gas present in the microchannel can be introduced as a bubble nucleus. That is, it means a means capable of intentionally introducing bubble nuclei in advance at the time of liquid introduction. This bubble nucleus introduction means not only introduces bubble nuclei, but also efficiently absorbs the gas dissolved excessively in the liquid flow into the bubble nuclei introduced into the bubble nucleus introduction means, and the absorbed gas Also has a function of holding together with the bubble core.

通常、液体から気泡を発生させるためには一定のエネルギー障壁を越える程度の大きなエネルギーが必要であるが、すでに存在している気泡が周りの液体中に溶解している気体を吸収して膨張する場合には、エネルギーを必要としない。また、流路に液体を流す際には、その角や凹部に気泡が発生しやすい。従って、気泡核導入手段は、一見、別個の気泡についての現象、機能を互いに結びつけ、それによって気泡の除去を実現する。   Normally, large energy exceeding a certain energy barrier is required to generate bubbles from a liquid, but bubbles that already exist absorb the gas dissolved in the surrounding liquid and expand. In case you don't need energy. Further, when a liquid is flowed through the flow path, bubbles are likely to be generated at corners and recesses. Therefore, the bubble nucleus introducing means seems to combine the phenomenon and function of individual bubbles at first glance, thereby realizing the removal of bubbles.

気泡核導入手段は、このような機能を確保することができるものであればどのような形態のものであってもよい。具体的には、マイクロ流路内表面に形成された凹部が挙げられる。
このように、気泡核導入の機能のみならず、溶存気体の吸収、保持の機能を有していることにより、導入した気泡核は、液体中に過剰に溶解している気体を吸収して成長しながら液体中に溶解している気体を減少させて、気泡核導入手段以外における気泡の発生を防止することが可能となる。特に、一旦導入した液体に流れがない又は流れが小さい場合であっても、液体に溶解している気体は濃度拡散によって気泡核による溶存気体の吸収で、溶存気体濃度が低下している気泡核周辺に引き寄せられることとなり、効率よく気泡の発生、残留位置を制御することが可能になる。さらに、通常、マイクロチップに試料を導入する場合には、脱気処理が施されるが、このような気泡核導入手段が形成されている場合には、そのような処理を省略することができるため、より迅速かつ簡便に使用することが可能となる。
The bubble nucleus introducing means may be of any form as long as such a function can be ensured. Specifically, the recessed part formed in the microchannel inner surface is mentioned.
In this way, not only the function of introducing bubble nuclei, but also the function of absorbing and holding dissolved gas, the introduced bubble nuclei grow by absorbing excessively dissolved gas in the liquid. It is possible to reduce the gas dissolved in the liquid while preventing the generation of bubbles other than the bubble nucleus introducing means. In particular, even if there is no flow in the liquid once introduced or the flow is small, the gas dissolved in the liquid is bubble nuclei whose dissolved gas concentration is reduced due to absorption of dissolved gas by the bubble nuclei due to concentration diffusion It will be drawn to the periphery, and it becomes possible to control the generation and remaining position of bubbles efficiently. Furthermore, normally, when a sample is introduced into a microchip, a deaeration process is performed. However, when such a bubble nucleus introduction means is formed, such a process can be omitted. Therefore, it can be used more quickly and easily.

気泡核導入手段を設ける位置、これを構成する材質、気泡核導入手段を構成する凹部の大きさ(幅)、深さ、密度、形状などについては、マイクロ流路自体の大きさ、長さ、これを構成する材質、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度及び容量ならびにマイクロ流路のマイクロチップでの位置及び意図する作用等によって、上述した機能を確保することを考慮して、適宜選択することができる。   Regarding the position where the bubble nucleus introducing means is provided, the material constituting the bubble nucleus introducing means, the size (width), depth, density, shape, etc. of the recess constituting the bubble nucleus introducing means, the size, length, In consideration of securing the above-described functions by the material constituting this, the type of sample applied to the microchannel, the concentration, the viscosity and the volume, the position of the microchannel on the microchip and the intended action, etc. It can be selected appropriately.

気泡核導入手段を設ける位置は、長手方向の所定長さの間の一部であってもよいし、これが複数あってもよいし、全長にわたるものでもよい。例えば、単に試料を移動させるのみの流路であれば、所定長さの間の一部で、その内周の一部のみであってもよいし、全内周面であってもよい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、上下面及び左右側面の全面に、円形、ドーム形状であれば、その上方から下方に至る曲面を含む全面に配置されていることが好ましい。また、光学系の光路を確保する必要がある部分又はこれらの部分に直結する上流側、いわゆる検出部及びその近傍の流路であれば、その部分において、内周の一部のみに配置されていることが好ましい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、左右側面の全面、両側面の上方のみ又は中央から上方にかけて、断面形状が円形、ドーム形状であれば、光路等を確保できるように、その側方に位置する面のみ、上方の肩部分のみ又は中央から上方の肩部にかけてのみ等に配置されていることが好ましい。   The position where the bubble nucleus introducing means is provided may be a part of a predetermined length in the longitudinal direction, or a plurality of the positions may be provided over the entire length. For example, if it is a flow path that merely moves the sample, it may be a part of the predetermined length, only a part of the inner periphery thereof, or the entire inner peripheral surface. Specifically, when the cross-sectional shape of the channel is a quadrangle, it is disposed on the entire upper and lower surfaces and left and right side surfaces, and on the entire surface including the curved surface from the upper side to the lower side if it is circular or dome-shaped. Is preferred. In addition, if the optical path of the optical system needs to be secured or the upstream side directly connected to these parts, the so-called detection part and the flow path in the vicinity thereof, the part is arranged only in a part of the inner periphery. Preferably it is. Specifically, when the cross-sectional shape of the channel is a square, if the cross-sectional shape is circular or dome-shaped from the entire left and right side surfaces, only above the both side surfaces, or from the center to the top, it is possible to ensure an optical path and the like. In addition, it is preferable that only the side surface, only the upper shoulder portion, or only from the center to the upper shoulder portion are arranged.

気泡核導入手段の材質は、通常、マイクロ流路を構成する材料と同じもの、さらには、マイクロチップを構成する材料と同じものを用いることができるし、異なるものを用いてもよい。例えば、これらを製造する方法に応じて、PET(ポリエチレンテレフタレート、PDMS(ポリジメチルシロキサン)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PC(ポリカーボネイト)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PVC(ポリ塩化ビニル)、ポリシロキサン、アリルエステル樹脂、シクロオレフィンポリマー、Siゴムなどの有機化合物あるいは、Si、Si酸化膜、石英、ガラス、セラミック等の無機化合物等のいずれもが挙げられる。   As the material for the bubble nucleus introducing means, the same material as that constituting the microchannel, or the same material as that constituting the microchip can be used, or a different material can be used. For example, PET (polyethylene terephthalate, PDMS (polydimethylsiloxane), PMMA (polymethyl methacrylate), PC (polycarbonate), PP (polypropylene), PS (polystyrene), PVC (polyvinyl chloride) depending on the method of producing them. ), Organic compounds such as polysiloxane, allyl ester resin, cycloolefin polymer, Si rubber, or inorganic compounds such as Si, Si oxide film, quartz, glass, and ceramic.

また、気泡核導入手段が適用されるマイクロ流路の断面積が、例えば、0.01〜10mm2程度の場合には、凹部の幅及び/又は深さは、0.1〜1000μm、好ましくは数十μm以上、50μm以上、100μm以上、数十μm以下及び/又は数百μm以下が挙げられる。特に、凹部の幅が1〜1000μm、さらに30〜500μm程度が好ましい。このような大きさに設定することにより、気泡核導入手段の材質に対する試料のぬれ性を考慮して、確実に気泡核を導入することができるとともに、気泡核に試料中の気体を捕獲し、かつ気泡核導入手段中に気泡を保持することができる。なお、凹部の深さ(奥行き)が30〜500μm程度(さらに好ましくは50〜300μm程度)であれば、そこに捕獲された気泡により試料の流れを乱すことなく、また、液体流による圧力負荷にもかかわらず、捕集した気泡を付着させておくことができる。しかも、捕集した気泡が、マイクロ流路に照射される光を散乱させて、測定等に悪影響を及ぼすこともない。 Moreover, when the cross-sectional area of the microchannel to which the bubble nucleus introducing means is applied is, for example, about 0.01 to 10 mm 2 , the width and / or depth of the recess is 0.1 to 1000 μm, preferably Tens of μm or more, 50 μm or more, 100 μm or more, tens of μm or less, and / or hundreds of μm or less. In particular, the width of the recess is preferably 1 to 1000 μm, more preferably about 30 to 500 μm. By setting to such a size, in consideration of the wettability of the sample with respect to the material of the bubble nucleus introduction means, it is possible to reliably introduce the bubble nucleus, and to capture the gas in the sample in the bubble nucleus, And a bubble can be hold | maintained in a bubble nucleus introduction means. In addition, if the depth (depth) of a recessed part is about 30-500 micrometers (more preferably about 50-300 micrometers), it will not disturb the flow of a sample with the bubble trapped there, but will also be subjected to the pressure load by a liquid flow. Nevertheless, the trapped bubbles can be attached. In addition, the collected bubbles do not scatter the light irradiated to the microchannel and adversely affect the measurement or the like.

また、凹部の密度(数)は、液体導入時に形成される気泡核の体積とマイクロ流路内に導入される液体中に含有される気体の総量を考慮して決定することができる。液体導入時、凹部内に発生する気泡核は、凹部内容積の5〜90%を占める。また、液体を0℃から40℃に加熱した際に発生する気体量は、液体量の1.7%(体積比)程度である。したがって、液体温度上昇時に過剰となった気体を全て凹部内で保持するためには、凹部の全容積は、液体体積の1.8〜17%程度となるように設定することが好ましい。具体的には、体積4.9mm3(幅700μm×高さ700μm×長さ10000μm)の流路に対して、凹部の全容積は0.088〜0.83mm3程度となるように設定することが好ましい。1つの凹部の大きさ(断面積×深さ)が100μm2×100μm程度であれば、凹部の密度(数)は9個〜90個程度、1つの凹部の大きさ(断面積×深さ)が500μm2×400μm程度であれば、1〜5個程度が必要であり、例えば、4個程度、6個程度、10個程度、20個程度であってもよい。 Further, the density (number) of the recesses can be determined in consideration of the volume of bubble nuclei formed when the liquid is introduced and the total amount of gas contained in the liquid introduced into the microchannel. When the liquid is introduced, bubble nuclei generated in the recess occupy 5 to 90% of the volume in the recess. The amount of gas generated when the liquid is heated from 0 ° C. to 40 ° C. is about 1.7% (volume ratio) of the liquid amount. Therefore, in order to hold all the gas that has become excessive when the liquid temperature rises in the recess, the total volume of the recess is preferably set to be about 1.8 to 17% of the liquid volume. Specifically, the total volume of the recesses is set to be about 0.088 to 0.83 mm 3 with respect to the channel having a volume of 4.9 mm 3 (width 700 μm × height 700 μm × length 10000 μm). Is preferred. If the size (cross-sectional area × depth) of one recess is about 100 μm 2 × 100 μm, the density (number) of recesses is about 9 to 90, and the size (cross-sectional area × depth) of one recess. Is about 500 μm 2 × 400 μm, about 1 to 5 pieces are required. For example, about 4 pieces, about 6 pieces, about 10 pieces, and about 20 pieces may be used.

凹部の形状は、特に限定されるものではなく、半球状;半楕円状;直方体、立方等の四角柱、円柱又は多角柱状;ドーム状;円錐、三角錐、四角錐等の錐形状;錐台形状;左右対称ではない不均一形状;幅方向、高さ方向及び/又は深さ方向にテーパーを有した形状;これらの組み合わせ等いずれの形状であってもよい。ただし、凹部は、独立した凹部が優勢に形成されていることが好ましい(例えば、図3(a)〜(e)参照)。つまり、一部の凹部同士が連なるように形成されていてもよいが、凹部の大部分は、独立して、個々に形成されていることが好ましい。凹部同士の連なる数が多くなりすぎると、捕獲された気泡が互いに接触し、大きな気泡に成長しやくすなり、気泡が流体中に再放出されやすくなることを考慮したものである。   The shape of the concave portion is not particularly limited, and is hemispherical; semi-elliptical; rectangular parallelepiped, cubic or polygonal prism; dome shape; conical shape such as cone, triangular pyramid, quadrangular pyramid; frustum Shape: non-symmetrical non-uniform shape; shape having taper in width direction, height direction and / or depth direction; any shape such as a combination thereof. However, it is preferable that the recessed part is formed with an independent recessed part (for example, see FIGS. 3A to 3E). That is, although some recessed parts may be formed so that it may continue, it is preferable that most of the recessed parts are independently formed individually. It is considered that if the number of continuous recesses increases, the trapped bubbles come into contact with each other and grow easily into large bubbles, and the bubbles are easily re-released into the fluid.

特に、気泡核導入手段は、液体流方向(図3中、矢印)に対して傾斜した面を含んで構成されることが好ましい。この場合の傾斜角度(図3(b)等のθ参照)は、マイクロ流路を構成する材料の性質、凹部自体の深さ、幅、密度、形状、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度、ぬれ性等を考慮して、適宜調整することができる。例えば、数°〜160°程度の範囲が挙げられ、90°を超えることが好ましい。また、別の観点から、気泡核導入手段には、断面形状で、鋭角を構成する2つの面(これに対応する丸みを帯びた面でもよい)が含まれていることが好ましい。これにより、適用する試料の粘度等にかかわらず、気泡核の導入を確実に行うことができる。なお、気泡核導入手段の傾斜面が曲面等である場合には、その曲面の接線を含む面が角度傾斜していればよい。   In particular, it is preferable that the bubble nucleus introducing means includes a surface inclined with respect to the liquid flow direction (arrow in FIG. 3). In this case, the inclination angle (see θ in FIG. 3B) is the property of the material constituting the microchannel, the depth, width, density, shape of the recess itself, the type of sample applied to the microchannel, The concentration, viscosity, wettability, etc. can be taken into account for appropriate adjustment. For example, a range of about several degrees to 160 degrees can be mentioned, and it is preferable to exceed 90 degrees. From another viewpoint, it is preferable that the bubble nucleus introducing means includes two surfaces (which may be rounded surfaces corresponding to the two surfaces) having an acute angle in cross-sectional shape. Thereby, it is possible to reliably introduce the bubble nuclei irrespective of the viscosity of the sample to be applied. In addition, when the inclined surface of the bubble nucleus introducing means is a curved surface or the like, the surface including the tangent line of the curved surface may be inclined at an angle.

凹部は、マイクロ流路の全体にわたって同じ幅及び/又は深さ、密度、形状等であってもよいが、マイクロ流路において部分的に異なっていてもよいし、不均一であってもよい。
(2)マイクロ流路の製造方法
マイクロ流路は、当該分野で公知の方法を利用することにより、簡便に製造することができる。例えば、所望のマイクロチップ、マイクロ流路、気泡核導入手段に対応する形状を有する金型を準備する。この金型は、機械的加工により形成することができ、特にマイクロ流路の形成を意図する領域内であって、気泡核導入手段を形成する部分の金型部分は、微細な機械的加工、ブラスト処理、研磨処理等の手段により、気泡核導入手段に対応する形状を有するように処理したものが好ましい。次に、この金型に、PETをモールドしてマイクロ流路に対応するパターン及び気泡核導入手段が転写された基板を得る。最後に、この基板を、このパターン同士が対向するように、2枚張り合わせることにより、所望の位置に気泡核導入手段が形成されたマイクロ流路を備えるマイクロチップを形成することができる。なお、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板を一方のみとし、他方を平板基板としてもよい。
The recesses may have the same width and / or depth, density, shape, etc. throughout the microchannel, but may be partially different or nonuniform in the microchannel.
(2) Manufacturing method of microchannel The microchannel can be easily manufactured by using a method known in the art. For example, a mold having a shape corresponding to a desired microchip, microchannel, and bubble nucleus introducing means is prepared. This mold can be formed by mechanical processing. In particular, the mold portion of the portion forming the bubble nucleus introducing means is in a region intended to form a microchannel, What was processed so that it may have a shape corresponding to a bubble nucleus introduction | transduction means by means, such as a blast process and a grinding | polishing process, is preferable. Next, PET is molded into this mold to obtain a substrate on which the pattern corresponding to the microchannel and the cell nucleus introducing means are transferred. Finally, two substrates are bonded to each other so that the patterns face each other, thereby forming a microchip having a microchannel in which bubble nucleus introducing means is formed at a desired position. In addition, it is good also considering only the board | substrate which has a pattern corresponding to a micro flow path as one side, and a flat plate board | substrate.

また、金型を用いたモールディングに代えて、射出成型法あるいはインプリント法等を利用してもよい。
さらに、平板基板の一方又は双方に、フォトリソグラフィー工程、機械的加工等を直接施して、マイクロ流路に対応するパターンが転写された基板を得てもよい。
また、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板において、気泡核導入手段を形成する部分に対して直接、ブラスト処理、研磨処理、グロー放電処理等の物理的方法により凹部を形成してもよいし、アルカリ溶解塩、フッ素系薬品によるエッチング、皮膜のコーティング等を施して、凹部を形成してもよい。
(3)マイクロ流路を備えたマイクロチップの構成
マイクロチップは、例えば、主として、一方又は双方に凹部による種々の形状のパターンを有する第1基板と第2基板とが、例えば、熱圧着、接着剤等によって、貼り合わせられて構成される。
Further, instead of molding using a mold, an injection molding method or an imprint method may be used.
Furthermore, one or both of the flat substrates may be directly subjected to a photolithography process, mechanical processing, or the like to obtain a substrate on which a pattern corresponding to the microchannel is transferred.
Further, in the substrate having a pattern corresponding to the microchannel, the concave portion may be formed directly on the portion where the bubble nucleus introducing means is formed by a physical method such as blasting, polishing or glow discharge. The recess may be formed by etching with an alkali-dissolved salt or a fluorine chemical, coating with a film, or the like.
(3) Configuration of a microchip provided with a microchannel For example, a microchip mainly includes a first substrate and a second substrate having variously shaped patterns on one or both sides, for example, thermocompression bonding and adhesion. It is configured to be bonded with an agent or the like.

このようなマイクロチップは、医療、食品、創薬等の種々の分野において、DNA、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質(主に液体の状態)を、分析、検出、反応、測定等するための基板として利用されるものであり、例えば、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ(DNAチップ)、たんぱく質分析チップ(プロテオームチップ)、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等と種々の呼び名で提供されている全てのチップを包含する。   Such microchips analyze, detect, react, and analyze various biological materials (mainly in a liquid state) such as DNA, enzymes, proteins, viruses, and cells in various fields such as medicine, food, and drug discovery. Used as a substrate for measurement, such as clinical analysis chip, environmental analysis chip, gene analysis chip (DNA chip), protein analysis chip (proteome chip), sugar chain chip, chromatographic chip, cell analysis It includes all chips provided under various names such as chips, pharmaceutical screening chips and the like.

このようなマイクロチップは、その用途に応じて、上述したような、種々の二次元及び/又は三次元形状の直線的なあるいは屈曲又は湾曲したパターンを有するマイクロ流路を備えている。また、このマイクロ流路の端部又は途中には、試料の導入口、排出口及び/又は液溜等が形成されており、遠心分離部、計量部、混合反応部、光学的または電気的測定部等が、それら自体又はそれらを連結させるマイクロ流路として一連構造で形成されている。
<実施例1>
本発明のマイクロ流路及びマイクロチップは、図1(a)及び(b)ならびに図2に示したように、厚さ1mmの2枚のPETからなる基板の表面に、マイクロ流路14、34に対応するパターンを有した基板11、12により形成されている。この基板11、12は、金型を用いたモールディングにより形成することができる。このようにマイクロ流路14、34のパターンを有した基板11、12を、例えば、接着剤13を介してパターン同士を対向させた状態で張り合わせることにより、内部にマイクロ流路14、34が形成されたマイクロチップ10が得られる。
Such a microchip includes a microchannel having a linear or bent or curved pattern of various two-dimensional and / or three-dimensional shapes as described above depending on the application. In addition, a sample introduction port, a discharge port, and / or a liquid reservoir are formed at the end or in the middle of the microchannel, and a centrifuge unit, a metering unit, a mixing reaction unit, optical or electrical measurement, and the like. The parts and the like are formed in a series structure as themselves or as microchannels connecting them.
<Example 1>
As shown in FIGS. 1A and 1B and FIG. 2, the microchannel and microchip of the present invention are provided on the surface of a substrate made of two PET sheets having a thickness of 1 mm. Are formed by the substrates 11 and 12 having a pattern corresponding to. The substrates 11 and 12 can be formed by molding using a mold. In this way, the substrates 11 and 12 having the patterns of the microchannels 14 and 34 are bonded to each other with the patterns facing each other through the adhesive 13, for example, so that the microchannels 14 and 34 are formed inside. The formed microchip 10 is obtained.

このマイクロチップ10では、例えば、まず、試料を、試料導入口20から導入する。導入された試料は、マイクロチップ10を回転させて得られる遠心力等によって、遠心分離部21を通過し、液溜22に移動する。試料は、液溜22からマイクロ流路14を通って、光学系の測定部26に至る。ここで、例えば、光の照射が行われ、細胞数が計数されたり、吸光度が測定されたりされる。   In the microchip 10, for example, first, a sample is introduced from the sample introduction port 20. The introduced sample passes through the centrifugal separator 21 and moves to the liquid reservoir 22 by a centrifugal force or the like obtained by rotating the microchip 10. The sample passes from the liquid reservoir 22 through the microchannel 14 to the measurement unit 26 of the optical system. Here, for example, light irradiation is performed, the number of cells is counted, and the absorbance is measured.

マイクロ流路34は、図1(a)及び(b)に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路34に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が700μm、深さ700μm、長さ10mmに設定されている。
マイクロ流路34の内側の両側面の最上部には、気泡核導入手段35として、幅×高さ×深さが700μm×300μm×700μm程度の三角錐の微細な凹部が、片側に8個ずつ、1000μmの間隔で形成されている。なお、この気泡核導入手段35を構成する一面は、試料の流れる方向に対して、θ=約60°及びθ’=120°程度の傾斜面を有している。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the microchannel 34 transmits light to the microchannel 34 at a position corresponding to the measurement unit, and the component concentration in the sample is determined by the transmittance. The width is set to 700 μm, the depth is 700 μm, and the length is 10 mm.
At the top of both side surfaces inside the microchannel 34, there are eight fine concave portions of a triangular pyramid each having a width × height × depth of about 700 μm × 300 μm × 700 μm as a bubble nucleus introducing means 35 on each side. , With a spacing of 1000 μm. One surface constituting the bubble nucleus introducing means 35 has inclined surfaces of θ = about 60 ° and θ ′ = 120 ° with respect to the direction in which the sample flows.

このマイクロチップに、4℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口20から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロチップ全体を37℃に昇温し、試料を移動させた。気泡核導入手段35の部分を試料が通過する際、マイクロ流路34内に存在していた気体が残存し、気泡核導入手段35の角部分に気泡核が導入され、昇温による溶解度減少によって過剰となった気体はこの導入された気泡核によって吸収されて気泡核導入手段35以外の部分には気泡が発生しないことが確認された。また、気泡核導入手段35内で成長した気泡核はこの凹部内に確実に留まることが確認された。   The reagent and sample stored at 4 ° C. are injected into the microchip from the inlet 20, and the entire microchip is heated to 37 ° C. to promote the reaction between the reagent and the sample, and the sample is moved. I let you. When the sample passes through the part of the bubble nucleus introducing means 35, the gas existing in the microchannel 34 remains, and the bubble nucleus is introduced into the corner part of the bubble nucleus introducing means 35, and the solubility decreases due to temperature rise. It was confirmed that the excess gas was absorbed by the introduced bubble nuclei and no bubbles were generated in portions other than the bubble nuclei introducing means 35. It was also confirmed that the bubble nuclei grown in the bubble nuclei introducing means 35 surely stayed in this recess.

これにより、このマイクロ流路34に、外部から幅300μmの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡はすべて気泡核導入手段35内で発生し、検出光17が通過する部分に気泡は発生しないので、気泡による光の乱反射をうけることなく、正確な検出を行うことができた。
<実施例2〜6>
この実施例のマイクロ流路は、図2で示したマイクロチップにおいて、図3(a)〜(e)の平面図に示したように、マイクロ流路34に形成された気泡核導入手段35a〜35eを種々の形状とした以外、実施例1と同様に形成した。
As a result, when the microchannel 34 is irradiated with light having a width of 300 μm from the outside and the component concentration in the sample is detected by the transmittance, all bubbles are generated in the bubble nucleus introducing means 35, and the detection light 17 Since no bubbles are generated in the part where the air passes, accurate detection can be performed without being subjected to irregular reflection of light by the bubbles.
<Examples 2 to 6>
As shown in the plan views of FIGS. 3A to 3E, the microchannel of this embodiment is the same as the microchip shown in FIG. It was formed in the same manner as in Example 1 except that 35e was changed to various shapes.

このマイクロチップにおいても、実施例1と同様の効果が得られた。
<実施例7>
この実施例のマイクロ流路は、図2のマイクロチップにおいて、図4(a)及び(b)に示したように、最も狭いところで、幅100μm、深さ100μmの断面形状四角形とした。このマイクロ流路24の内面の上下面及び両側面には、気泡核導入手段15として、幅及び深さが1μm程度の微細な凹部が、10000個/mm2の密度で部分的に形成されている。
In this microchip, the same effect as in Example 1 was obtained.
<Example 7>
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the microchannel of this example was a quadrilateral sectional shape having a width of 100 μm and a depth of 100 μm, as shown in FIGS. On the upper and lower surfaces and both side surfaces of the inner surface of the microchannel 24, fine concave portions having a width and a depth of about 1 μm are partially formed as a bubble nucleus introducing means 15 at a density of 10,000 / mm 2. Yes.

このマイクロチップに、4℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口20から注入した。試薬と試料との反応を促進するため、マイクロチップ全体を40℃に昇温した。
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が溶出して気泡となるが、液体をマイクロ流路24に流した際に、気泡核導入手段15によって、マイクロ流路24に存在する気体が液体によって凹部内に閉じ込められて気泡核となった。この導入された気泡核は、液体中に過剰に溶解している気体を吸収し、成長しながら液体中に過剰に溶解している気体を減少させて気泡核導入手段以外における気泡の発生を防止する。これにより、気泡核導入手段にのみ気泡が発生するとともに、発生した気泡は気泡核導入手段において安定に保持された。液体が溶解している気体は濃度拡散によって気泡核による溶存気体の吸収で、溶存気体濃度が低下している気泡核周辺に移動することになり、効率よく気泡の発生、残留位置を制御することができた。
Reagents and samples stored at 4 ° C. were injected into the microchip from the inlet 20. In order to promote the reaction between the reagent and the sample, the entire microchip was heated to 40 ° C.
At this time, the gas component corresponding to the amount of change in the saturation solubility with respect to the temperature change elutes to become bubbles, but when the liquid flows through the microchannel 24, it exists in the microchannel 24 by the bubble nucleus introducing means 15. The gas to be trapped in the recess by the liquid became bubble nuclei. This introduced bubble nucleus absorbs the gas that is excessively dissolved in the liquid and reduces the gas that is excessively dissolved in the liquid while growing, preventing the generation of bubbles other than the means for introducing the bubble nucleus To do. As a result, bubbles were generated only in the bubble nucleus introducing means, and the generated bubbles were stably held in the bubble nucleus introducing means. The gas in which the liquid is dissolved absorbs the dissolved gas by the bubble nuclei by concentration diffusion, and moves to the periphery of the bubble nuclei where the dissolved gas concentration is lowered, and efficiently controls the generation of bubbles and the remaining position. I was able to.

これにより、試料の流れを乱すことなく、スムーズに試料の移動を可能にし、例えば、計量部23で測定された試料について、気泡が混入していないために、精密な容積を測定することができた。
<実施例8>
この実施例のマイクロ流路は、図2に示したマイクロチップにおいて、図5(a)及び(b)に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路14に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が300μm、深さ100μm、長さ10mmに設定されている。
Accordingly, the sample can be moved smoothly without disturbing the flow of the sample. For example, the sample measured by the measuring unit 23 can be accurately measured because no bubbles are mixed therein. It was.
<Example 8>
The microchannel of this embodiment transmits light to the microchannel 14 at the position corresponding to the measurement unit in the microchip shown in FIG. 2 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Thus, the width is set to 300 μm, the depth is 100 μm, and the length is 10 mm so that the component concentration in the sample can be detected by the transmittance.

マイクロ流路14の内側の両側面には、気泡核導入手段15として、幅及び深さが1μm程度の微細な凹部が、60000個/mm2の密度で部分的に形成されている。
このマイクロチップに、4℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口20から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロチップ全体を40℃に昇温した。
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が気化して気泡と なるが、液体をマイクロ流路24に流した際に、気泡核導入手段15によって、マイクロ流路24に存在する気体が液体によって凹部内に閉じ込められて気泡核となった。この導入された気泡核は、液体中に過剰に溶解している気体を吸収し、成長しながら液体中に過剰に溶解している気体を減少させて気泡核導入手段以外における気泡の発生を防止するので、気泡核導入手段にのみ気泡が発生し、また発生した気泡は気泡核導入手段に安定に保持された。液体が溶解している気体は濃度拡散によって気泡核による溶存気体の吸収で溶存気体濃度が低下している気泡核周辺に移動することになり、効率よく気泡の発生、残留位置を制御することができた。
On both side surfaces inside the microchannel 14, fine concave portions having a width and a depth of about 1 μm are partially formed at a density of 60000 pieces / mm 2 as the bubble nucleus introducing means 15.
The reagent and sample stored at 4 ° C. were injected into the microchip from the introduction port 20, and the entire microchip was heated to 40 ° C. in order to promote the reaction between the reagent and the sample.
At this time, the gas component corresponding to the amount of change in the saturation solubility with respect to the temperature change is vaporized to form bubbles. However, when the liquid flows through the microchannel 24, it is present in the microchannel 24 by the bubble nucleus introducing means 15. The gas to be trapped in the recess by the liquid became bubble nuclei. This introduced bubble nucleus absorbs the gas that is excessively dissolved in the liquid and reduces the gas that is excessively dissolved in the liquid while growing, preventing the generation of bubbles other than the means for introducing the bubble nucleus Therefore, bubbles were generated only in the bubble nucleus introducing means, and the generated bubbles were stably held in the bubble nucleus introducing means. The gas in which the liquid is dissolved moves to the periphery of the bubble nucleus where the dissolved gas concentration is lowered by absorption of the dissolved gas by the bubble nucleus due to concentration diffusion, and the generation of bubbles and the residual position can be controlled efficiently. did it.

これにより、このマイクロ流路14に、外部から幅50μmの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡16が光路17に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができた。
<実施例9>
この実施例のマイクロ流路は、図2に示したマイクロチップにおいて、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が300μm、深さ100μm、長さ10mmに設定されている。
Thereby, when the microchannel 14 is irradiated with light having a width of 50 μm from the outside and the component concentration in the sample is detected by the transmittance, the diffuse reflection of light due to the bubbles 16 entering the optical path 17 is effectively prevented. And was able to perform accurate detection.
<Example 9>
In the microchannel of this embodiment, in the microchip shown in FIG. 2, light is transmitted through the microchannel at a position corresponding to the measurement unit, and the component concentration in the sample is detected by the transmittance. The width is set to 300 μm, the depth is 100 μm, and the length is 10 mm.

マイクロ流路の内側の両側面には、気泡核導入手段が2000個/mm2の密度で部分的に形成されている。この気泡核導入手段の1つを図6に示す。この気泡核導入手段45は、PETにより形成されたマイクロ流路44の側面において、幅λ、深さ2aの正弦波で近似される曲面を有している。また、導入する液体試料40は、試薬と血漿との混合液により構成されており、マイクロ流路44に対して、接触角θaが約100°で導入される。 Bubble nucleus introduction means are partially formed at a density of 2000 / mm 2 on both side surfaces inside the microchannel. One of the bubble nucleus introducing means is shown in FIG. The bubble nucleus introducing means 45 has a curved surface approximated by a sine wave having a width λ and a depth 2a on the side surface of the microchannel 44 formed of PET. Further, the liquid sample 40 to be introduced is constituted by a mixture of the reagent and the plasma relative to the microchannel 44, the contact angle theta a is introduced at about 100 °.

この場合、気泡核が導入される条件は、a>λ・(tanθaの絶対値)/2πで表され(吉岡書店「表面張力の物理学」2003、p221〜p222参照)、気泡核導入手段の幅と深さとの関係は、a>0.91λで表されることとなる。
従って、気泡核導入手段の幅を、それぞれ1μm、10μm、100μm、1000μmとした時、その深さを1.82μmより大、18.2μmより大、182μmより大、1820μmより大と設定することにより、気泡核導入手段への気泡核の導入を確実に行うことができる。
In this case, the condition for introducing bubble nuclei is expressed by a> λ · (absolute value of tanθ a ) / 2π (see Yoshioka Shoten “Physics of Surface Tension” 2003, p221 to p222), and means for introducing bubble nuclei The relationship between the width and the depth is expressed by a> 0.91λ.
Therefore, when the width of the bubble nucleus introducing means is 1 μm, 10 μm, 100 μm and 1000 μm, respectively, the depth is set to be larger than 1.82 μm, larger than 18.2 μm, larger than 182 μm and larger than 1820 μm. In addition, it is possible to reliably introduce the bubble nucleus into the bubble nucleus introduction means.

これにより、液体試料の温度を40℃程度昇温させて、このマイクロ流路に、外部から幅50μmの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出する場合においても、上述したように、気泡が光路に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができる。   As a result, the temperature of the liquid sample is raised by about 40 ° C., and the microchannel is irradiated with light having a width of 50 μm from the outside, and the component concentration in the sample is detected by the transmittance as described above. Thus, irregular reflection of light due to bubbles entering the optical path can be effectively prevented, and accurate detection can be performed.

本発明は、医療、食品、創薬等の分野で使用される、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ(DNAチップ)、たんぱく質分析チップ(プロテオームチップ)、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される気体及び液体等に適用することができる種々の基板に利用することができる。   The present invention relates to a clinical analysis chip, an environmental analysis chip, a gene analysis chip (DNA chip), a protein analysis chip (proteome chip), a sugar chain chip, a chromatographic chip, used in the fields of medicine, food, drug discovery, etc. It can be used for various substrates that can be applied to gases and liquids called cell analysis chips and pharmaceutical screening chips.

本発明のマイクロ流路の一実施形態を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show one Embodiment of the microchannel of this invention. 図1のマイクロ流路を備えるマイクロチップの平面図。The top view of a microchip provided with the microchannel of FIG. 本発明のマイクロ流路の別の実施形態を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show another embodiment of the microchannel of this invention. 本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図。The top view which shows another embodiment of the microchannel of this invention. 本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図及び断面図。The top view and sectional drawing which show another embodiment of the microchannel of this invention. 本発明のマイクロ流路において気泡核導入手段に気泡核を導入するための条件を説明するための断面図。Sectional drawing for demonstrating the conditions for introduce | transducing a bubble nucleus into a bubble nucleus introduction means in the microchannel of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロチップ
11、12 基板
13 接着剤
14、24、34、44 マイクロ流路
16 気泡
17 光路
20 導入口
21 遠心分離部
22 液溜
26 測定部
15、35、45 気泡核導入手段
40 液体試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microchip 11, 12 Board | substrate 13 Adhesive 14, 24, 34, 44 Micro flow path 16 Bubble 17 Optical path 20 Inlet 21 Centrifugal part 22 Liquid reservoir 26 Measuring part 15, 35, 45 Bubble nucleus introduction means 40 Liquid sample

Claims (6)

液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、流路内に存在する気体から前記液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えてなることを特徴とするマイクロ流路。 A micro-channel for flowing a liquid, comprising at least a part of an inner surface of the micro-channel having bubble nucleus introduction means for introducing bubble nuclei from a gas existing in the channel into the liquid stream A microchannel characterized by comprising: 気泡核導入手段が、液体流方向に対して傾斜した面を含んで構成される請求項1に記載のマイクロ流路。 The microchannel according to claim 1, wherein the bubble nucleus introducing means includes a surface inclined with respect to the liquid flow direction. 気泡核導入手段が、複数の独立した凹部により構成されてなる請求項1又は2に記載のマイクロ流路。 The microchannel according to claim 1 or 2, wherein the bubble nucleus introducing means is constituted by a plurality of independent recesses. 気泡核導入手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に形成されてなる請求項1〜3のいずれか1つに記載のマイクロ流路。 The microchannel according to any one of claims 1 to 3, wherein the bubble nucleus introducing means is formed on the entire inner peripheral surface of the microchannel at a predetermined position in the longitudinal direction of the microchannel. 気泡核導入手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の内周表面の一部に形成されてなる請求項1〜3のいずれか1つに記載のマイクロ流路。 The microchannel according to any one of claims 1 to 3, wherein the bubble nucleus introducing means is formed on a part of the inner peripheral surface of the microchannel at a predetermined position in the longitudinal direction of the microchannel. 請求項1〜5のいずれか1つに記載のマイクロ流路を備えることを特徴とするマイクロチップ。

A microchip comprising the microchannel according to any one of claims 1 to 5.

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