JP4380492B2 - Microfluidic device - Google Patents
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Description
本発明は、少なくとも2種類以上の溶液をそれぞれ供給する供給口を持ち、それら供給溶液に内部の微小流路において所望の処理を施し、処理済みの溶液を吐出口から吐出するマイクロ流体チップを備えたマイクロ流体装置に関する。 The present invention includes a microfluidic chip that has a supply port for supplying at least two types of solutions, performs a desired process on the supply solution in an internal microchannel, and discharges the processed solution from the discharge port. Relates to a microfluidic device.
マイクロ流体チップは、その微小流路に供給する溶液の種類によって、微小流路で行われる処理が混合のみを行う場合と化学反応を伴うものなどに分かれ、供給する溶液の種類と比率を決めておけば、所望の処理済の溶液(以下、処理液と略記する)を得ることができる。 Depending on the type of solution supplied to the microchannel, the microfluidic chip is divided into a case where the process performed in the microchannel only involves mixing and a case involving chemical reaction, and the type and ratio of the supplied solution are determined. If so, a desired processed solution (hereinafter abbreviated as a processing solution) can be obtained.
このようなマイクロ流体チップを示すものとして、下記の特許文献1などがある。
Examples of such a microfluidic chip include the following
上記従来技術は、微小流路で行われる処理に好適なマイクロ流体チップの温度調節について提案している。 The above prior art proposes temperature control of a microfluidic chip suitable for processing performed in a microchannel.
溶液の混合や反応を行う場合、溶液の粘度を低下させるためにマイクロ流体チップの温度を上昇させるだけでなく、過剰な反応熱により連鎖的に反応が発生して爆発することを防止するために液体を冷やすことも必要となる。しかしながら上記従来技術は、マイクロ流体チップと3個の加熱用の温度調節ステージを密着させることを説明するだけで、加熱用と冷却用の手段を同時に装備させることは言及されていない。 When mixing and reacting solutions, not only to raise the temperature of the microfluidic chip to reduce the viscosity of the solution, but also to prevent explosion due to chain reaction caused by excessive reaction heat It is also necessary to cool the liquid. However, the above-mentioned prior art merely describes that the microfluidic chip and three heating temperature control stages are brought into close contact with each other, and it is not mentioned that the heating and cooling means are simultaneously provided.
また、溶液の種類や混合比を変更して次の処理液を得たい場合、処理の度にマイクロ流体チップを交換して、前回の溶液の残りが混入することを避けなければならないほか、処理液は常に新たな容器に回収して提供する必要があるが、上記従来技術ではマイクロ流体チップへの溶液の送液や処理液の回収については言及されていない。 In addition, if you want to change the solution type or mixing ratio to obtain the next processing solution, you must replace the microfluidic chip every time processing is performed to avoid mixing the remainder of the previous solution. Although it is necessary to always collect and provide the liquid in a new container, the above-described prior art does not mention the liquid feeding to the microfluidic chip or the collection of the processing liquid.
よって、マイクロ流体チップの交換や各種タンクの交換が容易であるように、装置としての形を整えていることが望ましい。 Therefore, it is desirable to arrange the shape of the device so that the microfluidic chip and various tanks can be easily replaced.
それゆえ、本発明の目的は、マイクロ流体チップの交換が容易なマイクロ流体装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a microfluidic device in which microfluidic chips can be easily replaced.
本発明の他の目的は、マイクロ流体チップの交換が容易でマイクロ流体チップの加熱と冷却をすることができるマイクロ流体装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a microfluidic device in which the microfluidic chip can be easily replaced and the microfluidic chip can be heated and cooled.
さらに、本発明の他の目的は、常に所望の溶液をマイクロ流体チップに導き、マイクロ流体チップから所望の処理液を回収することができるマイクロ流体装置を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to provide a microfluidic device capable of always guiding a desired solution to a microfluidic chip and recovering a desired processing solution from the microfluidic chip.
上記の目的を達成するため本発明マイクロ流体装置の特徴は、少なくとも2種類以上の溶液をそれぞれ供給する供給口を持ち、それらの供給溶液に内部の微小流路において所望の処理を施し、処理済みの溶液を吐出口から吐出するマイクロ流体チップを備えたマイクロ流体装置において、加熱手段と冷却手段が一体となった1対の温度調節ユニットの一方をガイドにより架台に対し固定し、他方の温度調節ユニットを該架台に対しガイドに案内されて移動可能として両温度調節ユニットの間に該供給口と吐出口が上方となるようにしたマイクロ流体チップを着脱自在に挟んで固定するクランプ機構であって、1対のL字状アームとL字状アームの固定軸と弧状のリンクと加圧ロッドとから成り、加圧ロッドの先端で移動可能な他方の温度調節ユニットを該一方の温度調節ユニットが存在する方向に押して該マイクロチップを挟持するクランプ機構を該架台に設けてあり、該架台には該マイクロ流体チップに供給する種類の異なる溶液を貯留する複数のタンク及び該マイクロ流体チップから吐出される処理済みの溶液を収容するタンクを設けてあり、該架台には該マイクロ流体チップの該供給口および吐出口と該各タンクは配管で接続してあり、該各配管の途中には各溶液を供給する複数のポンプと溶液を計測するセンサからなる送液部があることである。
In order to achieve the above object, the microfluidic device of the present invention is characterized by having a supply port for supplying at least two kinds of solutions, and applying the desired processing to the supplied solutions in the internal microchannel. In a microfluidic device equipped with a microfluidic chip that discharges the solution from the outlet, one of a pair of temperature control units in which heating means and cooling means are integrated is fixed to the gantry by a guide , and the other temperature control A clamping mechanism for detachably fixing a microfluidic chip with a supply port and a discharge port between the temperature control units so that the unit can be moved by being guided by a guide with respect to the frame. , A pair of L-shaped arms, a fixed shaft of the L-shaped arms, an arc-shaped link and a pressure rod, and the other temperature control unit movable at the tip of the pressure rod The Tsu bets is provided with the cross-platform a clamping mechanism for clamping the microchip by pushing in a direction in which there is one temperature adjustment unit said plurality is the cross-table for storing solutions of different types to be supplied to the microfluidic chip And a tank for storing the processed solution discharged from the microfluidic chip, and the supply port and the discharge port of the microfluidic chip are connected to the respective tanks by piping on the mount. In the middle of each of the pipes, there is a liquid feeding section comprising a plurality of pumps for supplying each solution and a sensor for measuring the solution.
本発明装置によれば、クランプ機構の開放・閉鎖でマイクロ流体チップを1対の温度調節ユニットの間に簡単に着脱自在に挟持することができ、該マイクロ流体チップの該供給口および吐出口は該マイクロ流体チップに上方を向けて設けているので、各タンクとの配管による接続は簡単で、マイクロ流体チップの交換が容易である。 According to the device of the present invention, the microfluidic chip can be easily detachably sandwiched between a pair of temperature control units by opening and closing the clamp mechanism, and the supply port and the discharge port of the microfluidic chip are Since the microfluidic chip is provided facing upward, the connection with each tank by piping is simple and the microfluidic chip can be easily replaced.
以下、図に示す実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments shown in the drawings will be described.
図1,図2は本発明になるマイクロ流体装置1を示しており、それぞれ部分的にハウジングを取り去った状態での概略的な外観正面図と外観上面図である。ここでは一実施形態として2種類の液体の混合を行うマイクロ流体装置1を説明するが、本発明はこの実施形態に何ら限定されるものではない。
1 and 2 show a
マイクロ流体装置1は、架台10とクランプ機構部20と送液部40と温度調節部60および制御部80から構成される。
The
クランプ機構部20では、図3に示すマイクロ流体チップ21を後述する1対の温度調節ユニット35,36の間に着脱自在に挟持できるようにしてある。なお、温度調節ユニット35側がマイクロ流体チップ21の表側となり、温度調節ユニット36側がマイクロ流体チップ21の裏側になるようにしている。また、配管系や電気系の配線は煩雑化を避けるため、図示を省略した。
In the
以下、図3に基づいてマイクロ流体チップ21を説明する。
マイクロ流体チップ21は、図3に示すように、マイクロ流体チップ本体22と流路の天井部分を形成する蓋部材23およびポンプなどの送液部40とマイクロ流体チップ本体22をつなぐアダプタ24によって構成される。
Hereinafter, the
As shown in FIG. 3, the
マイクロ流体チップ本体22,蓋部材23,およびアダプタ24にはステンレス鋼を用いており、蓋部材23とアダプタ24がマイクロ流体チップ本体22と接触する面にはPTFE(フッ素樹脂)コーティングを施してある。
The
マイクロ流体チップ本体22,蓋部材23およびアダプタ24は、9箇所のネジ穴25にM3ネジを通して締結される。この時、マイクロ流体チップ本体22の表裏面に高さ200μmの凸状の壁で構成した表面側の微小流路26と裏面側の温度調節流路27a,27bが蓋部材23およびアダプタ24のPTFE層に食い込み液体が漏れないようシールされ流路が形成される。
The
マイクロ流体チップ本体22,蓋部材23およびアダプタ24は、ネジを用いて締結することにより、接合などの技術を組み立てに用いる必要がなくなり、容易にマイクロ流体チップ21を製作することができる。また、液体の混合を行った結果、微小流路内が汚染された場合も、ネジを緩めて分解することができるため、微小流路の洗浄が容易である。本実施形態では前記のようなシール方法を用いたが、この他にメタルシールや、ゴムなどの柔らかいパッキングを挟み込むなど他の方法を用いてシールしても良い。
The
アダプタ24の上面に液体供給口28a,28bと吐出口29がある。これら液体供給口28a,28bと吐出口29にはM4ネジが切ってあり、送液部40における配管との接続は継手をねじ込むだけで容易に行うことができる。また、マイクロ流体チップ21を後述する1対の温度調節ユニット35,36の間に着脱自在に挟持(セット)する時にも継手が上面にあるために邪魔にならずセットしやすい。なお、マイクロ流体チップ本体22の上面には温度センサ取付口30として穴が加工してあり、ここに熱電対を差込んで、温度を計測する。
Liquid supply ports 28 a and 28 b and a
マイクロ流体チップ21内での液体の状態については、アダプタ24に設けられた第一液供給口28aと第二液供給口28bからアダプタ24の開孔A,Bを通ってマイクロ流体チップ本体22における裏面の温度調節流路27a,27bへそれぞれ移動する。ここで溶液はマイクロ流体チップ本体22の厚さ方向に対して鉛直な方向に厚さ200μmの薄いシート状で図において下向きの流れとなる。温度調節流路27a,27bの下端部に達した溶液の流れはマイクロ流体チップ本体22を貫通する開孔C,Dを通って表側に至り、微小流路26を図の上方に向けて流れ、微小流路26において各溶液は合流して溶液の種類に応じた所望の混合や化学反応を起して処理液となり、微小流路26の上端部において、マイクロ流体チップ本体22を貫通する開孔Eを通って裏側に至り、アダプタ24の開孔Fから吐出口29に達する。
Regarding the liquid state in the
この結果、溶液は裏面の温度調節ユニット36と広い面積で熱的に接触し、また、表面でも温度調節ユニット35と熱的に接触し、熱伝導距離が極めて短いため素早く温度変化する。これにより高粘度の溶液であっても加熱して粘度を低下させ送液・混合を容易にすることや、発熱反応を伴う溶液では反応に際して溶液の温度を下げることが可能となっている。
As a result, the solution is in thermal contact with the
次に、図4により、クランプ機構部20の構成とマイクロ流体チップ21を温度調節ユニット35,36間に着脱自在に挟持する状況について説明する。
Next, referring to FIG. 4, the configuration of the
図4において、31a,31bは温度調節ユニット35,36のコ字状ガイドで、それぞれ架台10(図1参照)上に固定されている。温度調節ユニット35はガイド31aに保持され、温度調節ユニット36は図の左右方向に移動可能にガイド31bに案内され、温度調節ユニット36を右方に移動させたとき両温度調節ユニット35,36の間に空間ができて、この空間にマイクロ流体チップ21を上方から挿入できるようになっている。溶液の供給口28a,28bと処理液の吐出口29に配管を取り付けてから、供給口28a,28bと吐出口29が上方になるようにして、マイクロ流体チップ21を上方から挿入する。
In FIG. 4, 31a and 31b are U-shaped guides of the
なお、マイクロ流体チップ21を上方から挿入したら、そのままマイクロ流体チップ21が温度調節ユニット35,36と所望の位置関係を保てるように、ガイド31aの下部にはマイクロ流体チップ21の落下防止用突起を設けてある。
When the
32はクランプ機構であり、L字状アーム32aとL字状アーム32aの固定軸32bと弧状のリンク32cと加圧ロッド32dからなる。リンク32cの両端はL字状アーム32aおよび加圧ロッド32dと可動軸で接続してある。
A
アーム32a〜加圧ロッド32dは1対あり、ガイド31bには加圧ロッド32dが通り抜ける貫通孔がある。 The arm 32a to the pressure rod 32d have a pair, and the guide 31b has a through hole through which the pressure rod 32d passes.
固定軸32bを中心としてアーム32aを図4(a)のように閉じると、加圧ロッド32dは右方に移動し、両温度調節ユニット35,36の間に空間ができて両温度調節ユニット35,36の間にマイクロ流体チップ21を上方から挿入することができる。固定軸32bを中心としてアーム32aを図4(b)のように開くと、加圧ロッド32dは左方に移動し、加圧ロッド32dの先端で温度調節ユニット36を左方に押して、両温度調節ユニット35,36の間にマイクロ流体チップ21を挟持することができる。加圧ロッド32dの先端に弾性体を設けてあり、温度調節ユニット36を押すときに温度調節ユニット36を破損しないようにしてある。
When the arm 32a is closed as shown in FIG. 4A with the
温度調節ユニット35,36はマイクロ流体チップ21側から外側に3つの部品から構成される3層構造としてあり、内層が内部に冷媒を通す流路を持ち冷媒配管37が接続されてマイクロ流体チップ21を冷却する蒸発器35a,36aで、中央層が制御部80(図1参照)からの電力供給で発熱してマイクロ流体チップ21を加熱するラバーヒータ35b,36bで、外層が蒸発器の冷気やラバーヒータの熱を外部に伝えず温度調節効率を上げるための断熱材35c,36cとなっている。
The
マイクロ流体チップ21を温度調節ユニット35,36間にクランプ機構により挟持したら、保温カバー39で覆い、送液準備は完了する。保温カバー39の使用は、外気とマイクロ流体チップ21を遮断することで温度制御の安定性を高めるためであり、その他の装置上部(上面)は溶液タンク41a,41bなど他の機材を容易に配置できるようなスペースを残してある。
When the
マイクロ流体チップ21と温度調節ユニット35,36はクランプ機構により圧着で一体になるだけであるため、マイクロ流体チップ21を交換するときは、クランプ機構を開放しマイクロ流体チップ21から配管を外すだけでよく、温度調節ユニット35,36からマイクロ流体チップ21を機械的に外す作業などは不要である。なお、温度調節ユニット35,36の動作については、後で図6に基づいて説明する。
Since the
図1,図2に戻って、架台10上には、処理を行う液体(溶液)を収納する2個の溶液タンク41a,41bとクランプ機構部20におけるマイクロ流体チップ21から回収した処理液を収納する処理液タンク46と廃液を収納する廃液タンク47などを平板に円形の穴を開けたタンクホルダ48によって安定して保持してある。各タンクは架台10上にあるから、溶液タンク41a,41bに溶液を補充したり、溶液をタンクごと交換したり、処理液タンクを外して処理液を所望の作業に廻したり、廃液タンクの廃液を処分したりする場合に配管の着脱やタンクの交換などが容易で、操作性に優れている。
Returning to FIGS. 1 and 2, the processing liquid collected from the
また、架台10の下には溶液の送液を行う2台のシリンジポンプ43a,43bを設置してある。この実施形態では、送液にシリンジポンプ43a,43bを用いているが、ギアポンプやダイアフラムポンプなど他の形式のポンプを使用しても良い。なお、39はクランプ機構部20を覆う保温カバーである。
Two syringe pumps 43a and 43b for feeding the solution are installed under the
以下、図5でマイクロ流体チップ21、溶液タンク41a,41b、シリンジポンプ43a,43b、処理液タンク46および廃液タンク47などの配管系について説明する。
Hereinafter, the piping system such as the
図5に示すように、溶液タンク41a,41bはそれぞれ三方弁42a,42bを介してシリンジポンプ43a,43bと配管で接続してある。また、溶液タンク41a,41bはそれぞれ三方弁42a,42b、44a,44bを介してマイクロ流体チップ21の各供給口28a,28bと配管で接続してある。マイクロ流体チップ21の吐出口29は三方弁45を介して処理液タンク46および廃液タンク47と配管で接続してある。各配管は、耐薬品性に優れたフッ素樹脂チューブを用いている。
As shown in FIG. 5, the solution tanks 41a and 41b are connected to syringe pumps 43a and 43b by piping through three-way valves 42a and 42b, respectively. The solution tanks 41a and 41b are connected to the supply ports 28a and 28b of the
シリンジポンプ43a,43bは、三方弁42a,42bと配管を介して溶液タンク41a,41bから各溶液を吸引する。この場合、溶液が高粘度であったり、あるいはシリンジポンプ43a,43bの吸引速度が速すぎた場合、圧力損失により溶液を正確に吸引することが困難になる。 The syringe pumps 43a and 43b suck each solution from the solution tanks 41a and 41b via the three-way valves 42a and 42b and the pipes. In this case, when the solution has a high viscosity or the suction speed of the syringe pumps 43a and 43b is too high, it is difficult to accurately suck the solution due to pressure loss.
そこで、三方弁42a,42bとシリンジポンプ43a,43bを接続する各配管には負圧センサ48a,48bを設置して、シリンジポンプ43a,43bの吸引に伴う負圧が一定値を越えた場合、負圧センサ48a,48bからの情報を受けた制御部80がアラームを出しポンプ停止や吸引速度を緩めることで、溶液を吸引しきれない状態を回避するようにしてある。
Therefore, when the negative pressure sensor 48a, 48b is installed in each pipe connecting the three-way valves 42a, 42b and the syringe pumps 43a, 43b, and the negative pressure accompanying the suction of the syringe pumps 43a, 43b exceeds a certain value, The
シリンジポンプ43a,43bへの溶液の吸引が終了すると、次にシリンジポンプ43a,43bから吐出する先を三方弁42a,42bと三方弁44a,44bおよび三方弁45の切り替えにより選択する。
When the suction of the solution into the syringe pumps 43a and 43b is completed, the destination of the next discharge from the syringe pumps 43a and 43b is selected by switching the three-way valves 42a and 42b, the three-way valves 44a and 44b, and the three-
吐出先としては、マイクロ流体チップ21を経由して処理液タンク46へ送液するルートと、不必要な溶液を廃棄するための廃液タンク47へと送液するルートの2つのいずれかを選ぶ。
As a discharge destination, one of a route for sending liquid to the
廃液タンク47を選択した場合、シリンジポンプ43a,43bから吐出された溶液は三方弁44a,44bからそのままタンクまで移動する。
When the
処理液タンク46へ送液するルートには、配管に正圧センサ49a,49bと液体検知センサ50a〜50cを設けてある。
In the route for sending the liquid to the
正圧センサ49a,49bは、送液に伴い発生する圧力を計測し制御部80へ伝達する。制御部80ではこの圧力データを記録するとともに、配管の目詰まりなどで計測圧力が一定値を超過した場合、安全のためにシリンジポンプ43a,43bを停止させる。
The positive pressure sensors 49 a and 49 b measure the pressure generated with the liquid feeding and transmit it to the
マイクロ流体チップ21の2ヶ所の溶液供給口28a,28bと1ケ所の処理液吐出口29近傍の配管に取付けた3つの液体検知センサ50a〜50cは、光ファイバを用いた光学センサで、屈折率の差を利用して配管内の液体の有無を検知する。本装置では処理液を得るための下準備として配管及びマイクロ流体チップ21内を溶液で満たす頭出し処理を行う必要があり、この頭出し処理において液体検知センサ50a〜50cの信号を見ることで、マイクロ流体チップ21の入口(溶液供給口)と出口(処理液吐出口)に確実且つ容易に液体が到達したことを知ることができる。また、送液中に気泡が混入した場合、あるいは液切れした場合にも、液体検知センサ50a〜50cにより素早く異常を検知し制御部80が操作者に警告を出す。
Three liquid detection sensors 50a to 50c attached to two solution supply ports 28a and 28b and one treatment
マイクロ流体チップ21で得られる処理液は、三方弁45の切り替えで処理液タンク46に収容したり、廃液タンク47に廃棄することができる。
The processing liquid obtained by the
次に、図6に示した温度調節部60に基づいて、マイクロ流体チップ21での処理を安定に行なわせるための温度調節について説明する。
Next, temperature adjustment for stably performing the process in the
図6において、銅製の細管(φ6mm)を用いた配管37には冷媒を充填してあり、圧縮機61で冷媒を圧縮し、加圧で発生した熱は放熱器62,放熱フィン63で放散させて液化させ、膨張弁64で減圧して温度調節ユニット35の蒸発器35aに送る。蒸発器35aを出た冷媒は温度調節ユニット36の蒸発器36aを経て、補助ヒータ65に至り、圧縮機61に戻る。
In FIG. 6, a
まず冷媒の動きについて説明する。圧縮機61,放熱器62,放熱フィン63は冷凍機を構成し、ここで圧縮液化された冷媒は、膨張弁64において減圧され蒸発器35a,36aへと送られる。この膨張弁64の開度によって減圧の度合いは変化し、蒸発器35a,36a内での冷却温度を制御することができる。
First, the movement of the refrigerant will be described. The compressor 61, the
蒸発器35a,36a内で液化した冷媒が蒸発することで間に挟まれたマイクロ流体チップ21は最大−20℃まで冷却される。蒸発器36aを抜けた冷媒は圧縮機61を損傷させぬように補助ヒータ65で10℃程度まで加熱され、完全に気化した状態で圧縮機61へ戻り、1サイクルが終了する。
The
このサイクルの温度制御は、3つの温度調節器66〜68により行う。まず、ラバーヒータ用温度調節器66は入力としてマイクロ流体チップ本体22(図3参照)の温度センサ取付口30に埋め込んである熱電対から温度に関するデータを受け取り、出力としてラバーヒータ35b,36bへの電流(電力)を制御する。この温度調節器66は、マイクロ流体チップ21を現在の温度より高温にする場合か、後述する化学反応時の擬似反応熱を発生させるために用いる。設定温度は最大80℃であり、現在の温度が設定温度より低い場合はラバーヒータ電流を増加させ、逆に高い場合はラバーヒータを停止させる。
The temperature control of this cycle is performed by three temperature controllers 66-68. First, the
次に、膨張弁用温度調節器67はマイクロ流体チップ21を冷却する場合に使用し、入力として上記の熱電対から温度に関するデータを受け取り、出力として膨張弁64の開度を調整しマイクロ流体チップ21の温度が所望の値に近づくように膨張弁64の開閉を自動的に行う。
Next, the expansion
そして補助ヒータ用温度調節器68は、入力として圧縮機61における吸引温度を受け取り、出力として補助ヒータ65への供給電流(電力)を制御する。この温温度調節器68は、圧縮機吸引温度を一定値に保ち、冷媒を完全に気化させることにある。この時の設定温度は使用する冷媒の種類によって異なるがおおむね10〜30℃であり、温度調節器68は現在の温度が設定温度より低い場合は補助ヒータ電流を増加させ、逆に高い場合は補助ヒータを停止させる。
The auxiliary
図1,図2に戻って、制御部80は、装置電源のON/OFFを行うメインスイッチ81と装置電源の保護装置であるブレーカー82と緊急時に装置を停止させる非常停止スイッチ83及び装置とは別置きの制御用パソコン8484によって構成される。
1 and 2, the
以下、装置使用時の大まかな流れを説明する。
メインスイッチ81とブレーカー82とをONとして装置を起動させる。続いて図示していない制御用パソコン84から各溶液の吐出量,吐出時間,設定温度を入力する。温度調節部60が動作し、クランプ機構部20における温度調節ユニット35,36が働いてマイクロ流体チップ21を加熱冷却して設定温度になるよう調整する。
Hereinafter, a rough flow when the apparatus is used will be described.
The
温度調整が終了すると、シリンジポンプ43a,43bがそれぞれ接続された溶液タンク41a,41bから溶液を吸引した後に、マイクロ流体チップ21へと溶液を吐出する。吐出された溶液は、マイクロ流体チップ21内で混合や反応などの所望の処理をして処理液タンク46へと移動する。
When the temperature adjustment is completed, the solution is sucked from the solution tanks 41a and 41b to which the syringe pumps 43a and 43b are connected, and then the solution is discharged to the
詳細に説明すれば、マイクロ流体チップ21裏面側の温度調節流路27a,27bにおいて温度調整が終了した液体は、マイクロ流体チップ21表面の微小流路26へ移動する。微小流路26では、各溶液同士の混合や反応が行われる。微小流路26の流路高さも温度調節流路27a,27bと同じ200μmとなっており、マイクロ流体チップ21の表面側にも温度調節ユニット35が設けてあるため、微小流路26においても高い応答性を持った液体の温度調整が可能となり、送液中の液温の変化や反応時の発熱・吸熱による液温の変化を抑える事ができる。このことから、高粘度液体を加熱することで粘度を低下させて送液に伴う圧力損失を抑えたり、反応時に冷却して生成物の収率を向上させることができる。処理が終了した液体は処理液吐出口29から三方弁45を経て処理液タンク46へと送液される。
More specifically, the liquid whose temperature has been adjusted in the temperature control channels 27a and 27b on the back surface side of the
上記のように、操作者は制御用パソコン84に情報を入力するという簡単な操作だけで、混合・反応に関する熟練を要することなく液体操作を行うことが可能である。
As described above, the operator can perform the liquid operation only by a simple operation of inputting information to the control
図7により、制御用パソコン84による溶液の処理フローを説明する。
操作者は、制御用パソコン84から2台のシリンジポンプ43a,43bの吐出流速と稼働時間、マイクロ流体チップ21の設定温度を初期設定として入力する(ステップ1)。
With reference to FIG. 7, the processing flow of the solution by the control
The operator inputs the discharge flow rate and operating time of the two syringe pumps 43a and 43b and the set temperature of the
データの入力が終了すると、続いて現在のマイクロ流体チップ21の温度を取得し、設定温度と比較する(ステップ2)。設定温度がマイクロ流体チップ21における現在温度より高い場合は高温モードへ移行し、ラバーヒータ用温度調節器66を介してラバーヒータ35b,36bに電力を供給し、温度調節する。設定温度が現在温度より低い場合は低温モードに移行し、圧縮機61を起動させ、ラバーヒータ35b,36bや補助ヒータ65とバランスをとりながら膨張弁64の開度を調節し、マイクロ流体チップ21の温度を調整する。
When the data input is completed, the current temperature of the
これらとは別に発熱反応を伴う溶液の処理を行う場合は、予想される反応熱をデータとして事前に入力することができる。この場合、ラバーヒータ35b,36bを調整ヒータとして使用し、装置は入力された予想反応熱と等しい熱量をラバーヒータ35b,36bから発生させ、その状態のまま膨張弁64を制御してマイクロチップ温度を所望の値に調整する(通常の場合より強く冷却している)。そして、液体の送液を開始して反応熱が発生するとともにラバーヒータ35b,36bへの電力供給を停止する。このように予め発生すると考えられる反応熱に相当する熱量を加えた状態で温度調節を行い、反応の開始とともに余分な熱量を取り去ることで、反応熱による温度上昇を防止し、安定した温度下で2液体の反応を行うことができる。
When processing a solution with an exothermic reaction separately from these, the expected reaction heat can be input in advance as data. In this case, the rubber heaters 35b and 36b are used as adjusting heaters, and the apparatus generates heat equal to the input expected reaction heat from the rubber heaters 35b and 36b, and controls the
この結果、反応時の生成物の収率を上昇させたり、余分な副生成物の発生を防止することや、高温下での連鎖的な反応による爆発などを防止する効果も得られる。 As a result, it is possible to increase the yield of the product during the reaction, to prevent generation of extra by-products, and to prevent an explosion due to a chain reaction at a high temperature.
温度調整が終了すると、液体検知センサ50a〜50cの信号を確認する(ステップ3)。この場合、マイクロ流体チップ21の両供給口28a,28bと吐出口29に設置された液体検知センサ50a〜50cが全てON(液有り)ならば次のステップへ移行するが、そうでなければ頭出し処理に移行する(ステップ4)。
When the temperature adjustment is completed, the signals of the liquid detection sensors 50a to 50c are confirmed (step 3). In this case, if all of the liquid detection sensors 50a to 50c installed in the supply ports 28a and 28b and the
この頭出し処理では、2台のシリンジポンプ43a,43bを同時に動作させ、全ての液体検知センサ50a〜50cがONとなるまでマイクロ流体チップ21へ溶液を送液することを継続する。全ての液体検知センサ50a〜50cがONとなった段階でシリンジポンプ43a,43bは一旦停止し、次のステップ5へ移行する。なお、この頭出し処理で送液した溶液はステップ1で設定した吐出量には数えない。
In this cueing process, the two syringe pumps 43a and 43b are operated simultaneously, and the solution feeding to the
ステップ5では、ステップ1で入力した条件でシリンジポンプ43a,43bを動作させ、マイクロ流体チップ21で所要の処理を施した処理液を製造し、処理液タンク46へ吐出する送液処理を行う。
In
送液処理を行いつつ、制御部80は非常停止スイッチ83と装置内の各センサを監視しており、何らかの警告が出た場合即座に装置停止処理を実行する(ステップ6)。
While performing the liquid feeding process, the
所望量の処理液を製造したこともステップ6で確認し、製造完了であれば、装置停止処理(ステップ7)に移行し、高温モードの場合、シリンジポンプ43a,43bとラバーヒータ35b,36bへの電力供給を停止する。低音モードの場合は、シリンジポンプ43a,43bと補助ヒータ65に加えて反応熱を入力した場合はラバーヒータ35b,36bへの電力供給を停止し、時間を置いて圧縮機61を停止する。時間差をつけて圧縮機61を停止させる理由は、補助ヒータ65の余熱で圧縮器63における吸引温度が上昇することを防止するためである。
It is also confirmed in
また、ステップ1で入力した量の溶液を吐出させ、送液処理が正常に終了した場合には装置はシリンジポンプ43a,43bなどを停止させ、装置停止処理(ステップ7)が終了したら、ステップ8に進み、送液条件や各センサでの計測結果などを制御部80の制御用パソコン84に記録して、全体の処理を終了する。
Further, when the amount of the solution input in
1…マイクロ流体装置
10…送液部
20…クランプ機構部
21…マイクロ流体チップ
35,36…温度調節ユニット
40…送液部
41a,41b…溶液タンク
43a,43b…シリンジポンプ
46…処理液タンク
47…廃液タンク
1 ... Microfluidic device
10 ... Liquid feeding part
20 ... Clamp mechanism
21 ... Microfluidic chip
35, 36 ... Temperature control unit
40 ... Liquid feeding part
41a, 41b ... Solution tank
43a, 43b ... Syringe pump
46 ... Processing liquid tank
47 ... Waste liquid tank
Claims (2)
加熱手段と冷却手段が一体となった1対の温度調節ユニットの一方をガイドにより架台に対し固定し、他方の温度調節ユニットを該架台に対しガイドに案内されて移動可能として両温度調節ユニットの間に該供給口と吐出口が上方となるようにしたマイクロ流体チップを着脱自在に挟んで固定するクランプ機構であって、1対のL字状アームとL字状アームの固定軸と弧状のリンクと加圧ロッドとから成り、加圧ロッドの先端で移動可能な他方の温度調節ユニットを該一方の温度調節ユニットが存在する方向に押して該マイクロチップを挟持するクランプ機構を該架台に設けてあり、該架台には該マイクロ流体チップに供給する種類の異なる溶液を貯留する複数のタンク及び該マイクロ流体チップから吐出される処理済みの溶液を収容するタンクを設けてあり、該架台には該マイクロ流体チップの該供給口および吐出口と該各タンクは配管で接続してあり、該各配管の途中には各溶液を供給する複数のポンプと溶液を計測するセンサからなる送液部があることを特徴とマイクロ流体装置。 A microfluid having a microfluidic chip that has a supply port for supplying at least two types of solutions, performs a desired process on the supplied solution in an internal microchannel, and discharges the processed solution from the discharge port In the device
One of the pair of temperature control units in which the heating means and the cooling means are integrated is fixed to the gantry by a guide , and the other temperature control unit is guided by the guide with respect to the gantry and can be moved. A clamp mechanism for detachably sandwiching and fixing a microfluidic chip with the supply port and the discharge port positioned therebetween, wherein a pair of L-shaped arms, a fixed shaft of the L-shaped arms, and an arcuate shape A clamp mechanism that includes a link and a pressure rod and pushes the other temperature control unit that is movable at the tip of the pressure rod in the direction in which the one temperature control unit exists and clamps the microchip is provided on the mount. A plurality of tanks for storing different types of solutions to be supplied to the microfluidic chip and a tank for storing processed solutions discharged from the microfluidic chip. The supply port and discharge port of the microfluidic chip and the tanks are connected by piping to the gantry, and a plurality of pumps for supplying the solutions and solutions are provided in the middle of the pipings. A microfluidic device characterized in that there is a liquid feeding part consisting of a sensor for measuring.
該マイクロ流体チップは、マイクロ流体チップ本体と、蓋部材と、アダプタと、で構成されており、これらはネジを用いて締結可能であり、また、該アダプタは上面に送液配管とねじ込むだけで接続できる少なくとも2種類以上の溶液をそれぞれ供給する供給口と、吐出口を備え、該マイクロ流体チップ内は裏面に少なくとも2種類以上の溶液をそれぞれ調節する温度調節流路と、マイクロ流体チップ本体を貫通する開孔と、表側の混合、化学反応する微小流路を備えることを特徴とするマイクロ流体装置。 The microfluidic device according to claim 1,
The microfluidic chip is composed of a microfluidic chip main body, a lid member, and an adapter, which can be fastened with screws, and the adapter can be simply screwed into the liquid supply pipe on the upper surface. The microfluidic chip is provided with a supply port for supplying at least two types of solutions that can be connected, and a discharge port. Inside the microfluidic chip, there are provided a temperature control channel for adjusting at least two types of solutions on the back surface, and a microfluidic chip body. A microfluidic device comprising a through-hole and a microchannel for mixing and chemical reaction on the front side .
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