JP4949506B2 - Channel structure, method for manufacturing the same, analysis chip, and analysis apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、生体物質及び自然環境における物質等の微量化学分析に用いる流路構造体及びその製造方法、分析チップ、並びに、分析装置に関する。より詳細には、作用電極上に停止させた溶液を確実に移動させることができる流路構造体などに関する。 The present invention relates to a flow channel structure used for trace chemical analysis of biological materials and substances in the natural environment, a manufacturing method thereof, an analysis chip, and an analysis apparatus. More specifically, the present invention relates to a channel structure that can reliably move a solution stopped on a working electrode.
免疫分析法は、医療分野、生化学分野、及びアレルゲンなどの測定分野等において、重要な分析若しくは計測方法として知られている。しかし、従来の免疫分析法は、操作が煩雑である上に、分析に一日以上の時間を要するといった問題点があった。 The immunoassay is known as an important analysis or measurement method in the medical field, biochemical field, measurement field such as allergen, and the like. However, the conventional immunoassay has a problem that the operation is complicated and the analysis takes more than one day.
このような中、基板にマイクロメートルオーダーの流路(以下、適宜「マイクロ流路」、又は、単に「流路」と略称する)を形成し、このマイクロ流路に抗体等を固定化することにより、分析時間の短縮化や分析操作の簡略化を図るマイクロ分析チップ(以下、適宜「分析チップ」と略称する)が提案されている。 Under such circumstances, a micrometer order flow path (hereinafter referred to as “micro flow path” or simply “flow path”) is formed on the substrate, and an antibody or the like is immobilized on the micro flow path. Therefore, there has been proposed a micro analysis chip (hereinafter, abbreviated as “analysis chip” as appropriate) for shortening the analysis time and simplifying the analysis operation.
このような分析チップを用いて分析を行う場合、液導入孔から分析チップ内に溶液を導入し、該溶液を分析チップの内部で反応させ、液排出孔から分析チップの外部に溶液を排出する必要がある。従来、分析チップにおける溶液の移送(送液)には、ポンプなどの外部の動力源を用いていたが、ポンプは、分析チップに比べて大型であるため、分析チップを備える分析装置全体の小型化が図りがたいという問題点がある。 When performing analysis using such an analysis chip, a solution is introduced into the analysis chip through the liquid introduction hole, the solution is reacted inside the analysis chip, and the solution is discharged from the liquid discharge hole to the outside of the analysis chip. There is a need. Conventionally, an external power source such as a pump has been used to transfer (liquid feed) the solution on the analysis chip. However, since the pump is larger than the analysis chip, the entire analyzer including the analysis chip is small. There is a problem that it is difficult to realize.
このため、分析装置に微細加工技術を用いてマイクロポンプを組み込む技術が提案されているが、マイクロポンプの組み込みには複雑で高度な加工技術を必要とする。また、マイクロポンプの容積に加え、マイクロポンプを駆動するための周辺要素の組み込み容積が必要となるので、分析装置の十分なコンパクト化が、図り難いという問題点がある。 For this reason, a technique for incorporating a micropump into the analyzer using a microfabrication technique has been proposed. However, the incorporation of a micropump requires a complicated and advanced machining technique. In addition to the volume of the micropump, a built-in volume of peripheral elements for driving the micropump is required, so that there is a problem that it is difficult to make the analyzer sufficiently compact.
他方、マイクロポンプを用いない溶液の送液方法として、親水性のマイクロ流路の毛細管力を利用する送液方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような、毛細管力を利用した従来のマイクロ流路の基本構造を図23に示す。図23に示すマイクロ流路は、第2基板110と第1基板111とから構成され、注入孔112、排出孔113、及び流路114が形成されている。注入孔112に溶液を滴下すると、毛細管力によって溶液が流路114を移動し、排出孔113側に移動する。よってポンプ等の外部の動力源を必要とせずに溶液を注入孔112側から排出孔113側に移動させることができる。
On the other hand, as a solution feeding method without using a micropump, a solution feeding method using the capillary force of a hydrophilic microchannel has been proposed (for example, see Patent Document 1). FIG. 23 shows the basic structure of a conventional microchannel using such capillary force. The micro flow path shown in FIG. 23 includes a
また、特許文献1及び2には、微小なマイクロ流路において、溶液の流れを制御するために、エレクトロウェッティング技術を用いたバルブ(エレクトロウェッティングバルブと称される)を用いる方法が提案されている。
このエレクトロウェッティングバルブ(以下、単に「EWバルブ」と略称する)の原理を、図15を用いて説明する。溶液を分析チップに導入すると、溶液は毛細管力によって流路114を流れ、参照電極(reference electrode)131を超えて流れて作用電極(working electrode)132上に達するが、作用電極132の表面は、ほぼ全面に亘って疎水性膜で被覆されており、その疎水性により、電圧が印加されていない場合は、溶液との接触角が大きくなる。
The principle of this electrowetting valve (hereinafter simply referred to as “EW valve”) will be described with reference to FIG. When the solution is introduced into the analysis chip, the solution flows through the
このため、作用電極132の周辺部の溶液に作用する表面張力と、流路幅及び流路高さなどで決まる流れ抵抗とが相まって、溶液は、流路を通過することができない。すなわち、電圧が印加されていないときは、EWバルブが閉じた状態となる。
For this reason, the surface tension acting on the solution around the working
一方、電圧が印加されているときは、作用電極132において、作用電極132と溶液との間で仮想的なキャパシタを形成するようになり、作用電極132に溶液が引き寄せられる効果が小さくなる。つまり、見かけ上、作用電極132表面の親水性が強くなる。これにより、溶液が作用電極132の周辺部を通過することができるようになる。すなわち、電圧が印加されているときは、EWバルブが開放された状態となる。
On the other hand, when a voltage is applied, a virtual capacitor is formed between the working
しかしながら、上記特許文献1及び2に記載のマイクロ流路及びEWバルブを用いた技術では、単純に作用電極の表面全体を疎水性膜で被覆しているだけなので、作用電極周辺部の疎水性が高くなりすぎ、停止させた溶液を再度移動させるために参照電極及び作用電極間に印加する電圧が高くなりすぎるという問題点がある。
However, in the technique using the microchannel and the EW valve described in
例えば、このように印加電圧が高くなりすぎた場合、溶液が電気分解され、気泡が発生することにより、作用電極上に停止させた溶液を毛細管力によって再度移動させることができなくなる可能性がある。 For example, when the applied voltage becomes too high in this way, the solution is electrolyzed and bubbles are generated, which may make it impossible to move the solution stopped on the working electrode again by capillary force. .
なお、以上のような問題点について上記特許文献1及び2には、何ら記載されていないし、また、そのような示唆もない。
The above-mentioned problems are not described in
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、作用電極上に停止させた溶液を確実に移動させることができる流路構造体などを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a flow channel structure and the like that can reliably move a solution stopped on a working electrode.
本発明の流路構造体は、前記課題を解決するために、流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成された流路構造体において、前記作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とが形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the flow channel structure of the present invention generates a predetermined potential difference between a working electrode that generates a driving force for feeding a solution along the flow channel and the working electrode. In the flow channel structure in which the reference electrode for generating the driving force is formed, a hydrophobic portion having high hydrophobicity and a hydrophilic portion having high hydrophilicity are formed on the surface of the working electrode that contacts the solution. It is characterized by that.
前記構成によれば、作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とが形成されている。 According to the said structure, the hydrophobic part with high hydrophobicity and the hydrophilic part with high hydrophilicity are formed on the surface which contacts the solution of a working electrode.
作用電極の表面上の任意の一点における、気液界面の界面張力をσ、溶液の接触角をθとすると、作用電極の表面上の任意の一点における毛細管力に影響する界面張力の駆動力方向の成分は、σcosθに比例する。 The direction of the driving force of the interfacial tension that affects the capillary force at any one point on the surface of the working electrode, where σ is the interfacial tension at the gas-liquid interface at any point on the surface of the working electrode, and θ is the contact angle of the solution Is proportional to σ cos θ.
このため、作用電極の表面上の疎水部の総面積をSA、親水部の総面積をSB、疎水部の接触角をθA、親水部の接触角をθB、とすると、作用電極上における溶液の駆動力は、σcosθA×SA+σcosθB×SBと相関がある。 Therefore, if the total area of the hydrophobic part on the surface of the working electrode is SA, the total area of the hydrophilic part is SB, the contact angle of the hydrophobic part is θA, and the contact angle of the hydrophilic part is θB, the solution on the working electrode The driving force is correlated with σcos θA × SA + σcosθB × SB.
ここで、cosθA<0(なお、疎水部の一部の領域は=0でも良い)、cosθB>0であるから、作用電極上の溶液の駆動力は、作用電極の表面の全面が親水性材料で構成されている場合と比較して、負側にシフトする。 Here, since cos θA <0 (a part of the hydrophobic portion may be = 0) and cos θB> 0, the driving force of the solution on the working electrode is such that the entire surface of the working electrode is a hydrophilic material. Compared with the case where it is constituted by, it shifts to the negative side.
また、作用電極上における溶液の駆動力が正となる印加電圧は、作用電極の表面に対する面積SAと面積SBとの割合に依存し、面積SAの割合が小さい程、印加電圧は小さくなる。 The applied voltage at which the driving force of the solution on the working electrode becomes positive depends on the ratio of the area SA and the area SB to the surface of the working electrode. The smaller the area SA ratio, the smaller the applied voltage.
そこで、上述したように、本発明の流路構造体では、作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水部と親水部とを形成している。 Therefore, as described above, in the flow channel structure of the present invention, the hydrophobic portion and the hydrophilic portion are formed on the surface of the working electrode in contact with the solution.
これにより、作用電極の周辺部の親水性又は疎水性の微妙な調整が可能となるので、作用電極の全面に疎水性膜を形成した従来のEWバルブと比べて、作用電極上における溶液の駆動力が正となる印加電圧をより小さくして適切な値とすることができる。このため、印加電圧を高くした場合に生じる溶液の電気分解による気泡発生が抑えられ、外部の動力源を備えない流路構造体において、作用電極上に停止させた溶液の移動を的確に制御することが可能となる。 As a result, it is possible to finely adjust the hydrophilicity or hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode, so that the driving of the solution on the working electrode is compared with a conventional EW valve in which a hydrophobic film is formed on the entire surface of the working electrode. The applied voltage at which the force is positive can be reduced to an appropriate value. For this reason, the generation of bubbles due to the electrolysis of the solution that occurs when the applied voltage is increased is suppressed, and the movement of the solution stopped on the working electrode is accurately controlled in the channel structure that does not have an external power source. It becomes possible.
以上より、本発明の流路構造体によれば、作用電極上に停止させた溶液を確実に移動させることができる。 As described above, according to the flow channel structure of the present invention, the solution stopped on the working electrode can be reliably moved.
なお、流路内において参照電極及び作用電極は、少なくとも1つずつ存在していれば良い。よって、参照電極が2つ以上であっても良く、作用電極が2つ以上であっても良い。また、作用電極及び参照電極に加えて、参照電極への電流の流れを抑制し、参照電極の電位を安定させるために1つ以上の対向電極を設けてもよい。 Note that at least one reference electrode and one working electrode may exist in the flow path. Therefore, the number of reference electrodes may be two or more, and the number of working electrodes may be two or more. In addition to the working electrode and the reference electrode, one or more counter electrodes may be provided to suppress the flow of current to the reference electrode and stabilize the potential of the reference electrode.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記疎水部と前記親水部とが配列する配列方向が、前記駆動力に対して直交する方向であることが好ましい。 In the channel structure of the present invention, in addition to the above configuration, the arrangement direction in which the hydrophobic portion and the hydrophilic portion are arranged is preferably a direction orthogonal to the driving force.
前記構成によれば、疎水部と親水部とが配列する配列方向に沿って作用電極の両端間に引いた線分上のすべての点が疎水部となっているような領域が存在しないため、このような領域において部分的に溶液の駆動力が正となる印加電圧が高くなってしまうことを抑制することができる。 According to the above configuration, since there is no region in which all points on the line drawn between both ends of the working electrode along the arrangement direction in which the hydrophobic portion and the hydrophilic portion are arranged are hydrophobic portions, In such a region, it is possible to suppress an increase in applied voltage at which the driving force of the solution is partially positive.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記駆動力に対して直交する方向に沿って前記作用電極の両端間に引かれる複数の線分を定義し、各線分上における前記疎水部の長さの総和を疎水部全長とするとき、前記作用電極上において、前記流路の流路幅に対する前記疎水部全長の割合が互いに異なる線分の組みが少なくとも1組存在しても良い。 Further, in addition to the above configuration, the flow channel structure of the present invention defines a plurality of line segments drawn between both ends of the working electrode along a direction orthogonal to the driving force. When the total length of the hydrophobic portions is defined as the total length of the hydrophobic portion, there is at least one set of line segments on the working electrode in which the ratio of the total length of the hydrophobic portion to the channel width of the channel is different from each other. Also good.
前記構成によれば、駆動力に対して直交する方向に沿って、疎水部の割合が高い線分が引ける領域(親水部の割合が低い線分が引ける領域)と、疎水部の割合が低い線分が引ける領域(親水部の割合が高い線分が引ける領域)とが、作用電極上に少なくとも1組存在する。 According to the above configuration, along the direction orthogonal to the driving force, a region where a line segment having a high hydrophobic portion ratio can be drawn (a region where a line segment having a low hydrophilic portion ratio can be drawn) and a ratio of the hydrophobic portion are low. There are at least one set of regions on which the line segments can be drawn (regions in which the ratio of the hydrophilic portion can be drawn) on the working electrode.
よって、疎水部の割合が高い線分が引ける領域では、溶液を停止させる効果が大きくなる。また、疎水部の割合が低い線分が引ける領域も存在しているので、作用電極の表面の全面が疎水膜で被覆されている場合と比較して、その領域において疎水部の割合を小さくすることができ、溶液を移動させるのに必要な印加電圧を小さくすることができる。 Therefore, the effect of stopping the solution increases in a region where a line segment with a high proportion of the hydrophobic portion can be drawn. In addition, since there is a region where a line segment with a low proportion of the hydrophobic portion can be drawn, the proportion of the hydrophobic portion in the region is reduced as compared with the case where the entire surface of the working electrode is covered with the hydrophobic film. The applied voltage required to move the solution can be reduced.
さらに、例えば、上述した疎水部の割合が高い線分が引ける領域と、疎水部の割合が低い線分が引ける領域とを、駆動力の方向に交互に配列することで、疎水部の割合が高い領域が複数個設けられるため、溶液の停止をより確実に行うことが可能となる。 Furthermore, for example, by alternately arranging the above-described regions where the line segment having a high hydrophobic portion ratio can be drawn and the regions where the line segment having a low hydrophobic portion ratio can be drawn in the direction of the driving force, the ratio of the hydrophobic portion can be increased. Since a plurality of high regions are provided, the solution can be stopped more reliably.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記疎水部が複数存在し、前記作用電極の表面上で、各疎水部がランド部を形成し、前記親水部が前記各疎水部を取り囲むグルーブ部を形成していても良い。 In addition to the above configuration, the flow channel structure of the present invention includes a plurality of the hydrophobic portions, and each hydrophobic portion forms a land portion on the surface of the working electrode, and the hydrophilic portion is the hydrophobic portion. A groove portion surrounding the portion may be formed.
前記構成によれば、疎水部と親水部との両方を有する作用電極を容易に実現することができる。また、複雑なパターンを有していないため、疎水部の形成が容易である。 According to the said structure, the working electrode which has both a hydrophobic part and a hydrophilic part is easily realizable. Moreover, since it does not have a complicated pattern, it is easy to form a hydrophobic portion.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記疎水部が複数存在し、各疎水部が、前記駆動力の方向に沿って縞模様を形成していても良い。 In addition to the above configuration, the flow channel structure of the present invention may include a plurality of the hydrophobic portions, and each hydrophobic portion may form a stripe pattern along the direction of the driving force.
前記構成によれば、疎水部と親水部との両方を有する作用電極を容易に実現することができる。また、複雑なパターンを有していないため、疎水部の形成が容易である。 According to the said structure, the working electrode which has both a hydrophobic part and a hydrophilic part is easily realizable. Moreover, since it does not have a complicated pattern, it is easy to form a hydrophobic portion.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記流路の流路幅が、前記作用電極上で狭くなっている部分が存在していても良い。 Further, in the channel structure of the present invention, in addition to the above configuration, there may be a portion where the channel width of the channel is narrow on the working electrode.
前記構成によれば、作用電極上で、流路高さを一定に保った状態で、流路幅を狭くすることで、流路高さが一定に保たれた流路内面が占める割合が、流路幅を狭くされた流路内面が占める割合よりも高くなる。 According to the above configuration, the ratio of the channel inner surface where the channel height is kept constant by narrowing the channel width in a state where the channel height is kept constant on the working electrode, The ratio is higher than the ratio occupied by the inner surface of the channel whose width is narrowed.
よって、流路高さが一定に保たれた流路内面を疎水性材料で構成すれば、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 Therefore, if the inner surface of the flow path whose flow path height is kept constant is made of a hydrophobic material, the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
一方、流路高さが一定に保たれた流路内面を親水性材料で構成すれば、作用電極の周辺部の親水性を高めることができる。 On the other hand, if the inner surface of the flow path whose flow path height is kept constant is made of a hydrophilic material, the hydrophilicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
例えば、流路構造体が、後述する疎水性材料から構成された第1基板と、親水性材料で構成された第2基板とからなる場合、流路の流路幅が、作用電極上で狭くなっている部分が存在することで、その部分での、作用電極上で第1基板が占める割合が、第2基板が占める割合よりも高くなるので、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 For example, when the flow channel structure includes a first substrate made of a hydrophobic material described later and a second substrate made of a hydrophilic material, the flow channel width of the flow channel is narrow on the working electrode. Since the portion occupied by the first substrate on the working electrode in that portion is higher than the proportion occupied by the second substrate, the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode is increased. Can do.
一方、流路構造体が、後述する第3基板、流路形成層、及び第4基板からなる場合、流路幅が、作用電極上で狭くなっている部分が存在することで、その部分での、作用電極上で流路形成層が占める割合が、第3基板及び第4基板が占める割合よりも高くなるので、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 On the other hand, when the flow channel structure includes a third substrate, a flow channel forming layer, and a fourth substrate, which will be described later, there is a portion where the flow channel width is narrow on the working electrode. Since the proportion of the flow path forming layer on the working electrode is higher than the proportion of the third substrate and the fourth substrate, the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
これにより、電圧無印加の状態における作用電極上の流路において溶液に発生する駆動力を0又は負にすることが容易に実現できる。 As a result, the driving force generated in the solution in the flow path on the working electrode in a state where no voltage is applied can be easily realized to be 0 or negative.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記流路の流路高さが、前記作用電極上で高くなっている部分が存在していても良い。 In addition to the above configuration, the channel structure of the present invention may have a portion where the channel height of the channel is higher on the working electrode.
前記構成によれば、作用電極上で、流路幅を一定に保った状態で、流路高さを高くすることで、流路高さが高い流路内面が占める割合が、流路幅が一定に保たれた流路内面が占める割合よりも高くなる。 According to the above configuration, the ratio of the channel inner surface having a high channel height to the channel height is increased by increasing the channel height while keeping the channel width constant on the working electrode. It becomes higher than the ratio occupied by the inner surface of the flow path kept constant.
よって、流路高さが高い流路内面を疎水性材料で構成すれば、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 Therefore, if the inner surface of the channel having a high channel height is made of a hydrophobic material, the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
一方、流路高さが高い流路内面を親水性材料で構成すれば、作用電極の周辺部の親水性を高めることができる。 On the other hand, if the inner surface of the channel having a high channel height is made of a hydrophilic material, the hydrophilicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
例えば、流路構造体が、後述する疎水性材料から構成された第1基板と、親水性材料で構成された第2基板とからなる場合、流路高さが、作用電極上で高くなっている部分が存在することで、その部分での、作用電極上で第1基板が占める割合が、第2基板が占める割合よりも高くなるので、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 For example, when the flow channel structure includes a first substrate made of a hydrophobic material, which will be described later, and a second substrate made of a hydrophilic material, the flow channel height becomes higher on the working electrode. Since the ratio of the first substrate on the working electrode in the portion is higher than the ratio of the second substrate, the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased. .
一方、流路構造体が、後述する第3基板、流路形成層、及び第4基板からなる場合、流路高さが、作用電極上で高くなっている部分が存在することで、その部分での流路形成層が占める割合が、第3基板及び第4基板が占める割合よりも高くなるので、作用電極の周辺部の疎水性を高めることができる。 On the other hand, when the flow channel structure is composed of a third substrate, a flow channel forming layer, and a fourth substrate, which will be described later, there is a portion where the flow channel height is high on the working electrode. In this case, the ratio of the flow path forming layer is higher than the ratio of the third substrate and the fourth substrate, so that the hydrophobicity of the peripheral portion of the working electrode can be increased.
これにより、電圧無印加の状態における作用電極上の流路において溶液に発生する駆動力を0又は負にすることが容易に実現できる。 As a result, the driving force generated in the solution in the flow path on the working electrode in a state where no voltage is applied can be easily realized to be 0 or negative.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記流路を形成するための流路形成溝が少なくとも形成された第1基板と、前記第1基板に形成された前記流路形成溝を封止する第2基板とを備えていても良い。 In addition to the above configuration, the flow channel structure of the present invention includes a first substrate on which at least a flow channel forming groove for forming the flow channel is formed, and the flow channel formed on the first substrate. You may provide the 2nd board | substrate which seals a formation groove | channel.
ところで、複雑な流路を毛細管のように細い管によって形成することは一般的に困難である。しかし、前記構成のように、第1基板に形成した溝部を、第2基板によって封止することで毛細管(各流路)を形成すれば、その作成は容易である。よって流路構造体を容易に製造することが可能となる。 By the way, it is generally difficult to form a complicated flow path by a thin tube such as a capillary tube. However, if the capillaries (each channel) are formed by sealing the groove formed in the first substrate with the second substrate as in the above-described configuration, the creation is easy. Therefore, the flow path structure can be easily manufactured.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記第1基板は、疎水性材料で構成されており、前記第2基板は、親水性材料で構成されていても良い。 In the channel structure of the present invention, in addition to the above configuration, the first substrate may be made of a hydrophobic material, and the second substrate may be made of a hydrophilic material.
前記構成によれば、親水性と疎水性の両方が存在する流路内面を容易に形成することができる。また、各流路において、第1基板の溝の流路内面が疎水性となるため、第1基板及び第2基板の貼り合わせ部分からの液漏れを防止することができる。 According to the said structure, the flow path inner surface in which both hydrophilic property and hydrophobicity exist can be formed easily. Moreover, in each flow path, since the flow path inner surface of the groove of the first substrate becomes hydrophobic, liquid leakage from the bonded portion of the first substrate and the second substrate can be prevented.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記第1基板を構成する疎水性材料は、ポリジメチルシロキサンであり、前記第2基板を構成する親水性材料は、ガラスであっても良い。 In the channel structure of the present invention, in addition to the above configuration, the hydrophobic material that constitutes the first substrate is polydimethylsiloxane, and the hydrophilic material that constitutes the second substrate is glass. May be.
ポリジメチルシロキサンは疎水性であり、ガラスは親水性である。よって、前記構成によれば、流路形成溝を形成すること、及び2つの基板の貼り合せを容易に行うことが可能となる。また、各流路において、第1基板の溝の流路内面が疎水性となるため、第1基板及び第2基板の貼り合わせ部分からの液漏れを防止することができる。 Polydimethylsiloxane is hydrophobic and glass is hydrophilic. Therefore, according to the said structure, it becomes possible to form a flow path formation groove | channel and to bond two board | substrates easily. Moreover, in each flow path, since the flow path inner surface of the groove of the first substrate becomes hydrophobic, liquid leakage from the bonded portion of the first substrate and the second substrate can be prevented.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記流路を構成するための流路形成孔が少なくとも形成された流路形成層と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から封止する第3基板と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の他方側から封止する第4基板とを備えていても良い。 In addition to the above structure, the flow channel structure of the present invention includes a flow channel forming layer in which at least a flow channel forming hole for configuring the flow channel is formed, and the flow channel forming layer formed in the flow channel forming layer. A third substrate for sealing the flow path forming hole from one side of the flow path forming layer, and the flow path forming hole formed in the flow path forming layer from the other side of the flow path forming layer And a fourth substrate.
前記構成のように、流路形成層に流路形成孔を設けて両側から基板で挟むことは、容易に実行できる。よって、流路構造体を容易に製造することが可能となる。 As in the above-described configuration, it is possible to easily execute the formation of the flow path forming hole in the flow path forming layer and sandwiching it between the substrates from both sides. Therefore, the flow channel structure can be easily manufactured.
また、本発明の流路構造体は、前記構成に加えて、前記流路形成層は、疎水性材料で構成されていても良い。 In the channel structure of the present invention, in addition to the above configuration, the channel forming layer may be configured with a hydrophobic material.
前記構成によれば、親水性と疎水性の両方が存在する流路内面を容易に形成することができる。また、流路形成層に形成された孔の壁面が疎水性となるため、基板の貼り合わせ部分からの液漏れを防止することができる。 According to the said structure, the flow path inner surface in which both hydrophilic property and hydrophobicity exist can be formed easily. Moreover, since the wall surface of the hole formed in the flow path formation layer becomes hydrophobic, liquid leakage from the bonded portion of the substrates can be prevented.
また、本発明の分析チップは、前記構成に加えて、前記流路構造体を備えた分析チップであることが好ましい。 Further, the analysis chip of the present invention is preferably an analysis chip provided with the flow path structure in addition to the above configuration.
前記構成によれば、上述した各流路構造体の機能を有する分析チップを実現できる。 According to the said structure, the analysis chip which has a function of each flow-path structure mentioned above is realizable.
また、本発明の分析装置は、前記構成に加えて、前記分析チップを備えることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the analyzer of this invention is equipped with the said analysis chip in addition to the said structure.
前記構成によれば、上述した各流路構造体の機能を有する分析チップを利用することができる分析装置を実現できる。 According to the said structure, the analyzer which can utilize the analysis chip which has a function of each flow-path structure mentioned above is realizable.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、前記課題を解決するために、流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成され、前記流路を形成するための流路形成溝が少なくとも形成された第1基板と、前記第1基板に形成された前記流路形成溝を封止する第2基板とを備えた流路構造体の製造方法であって、前記第1基板上に前記流路形成溝を形成する流路形成溝形成工程と、親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、前記第2基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、前記第1基板に形成された前記流路形成溝を前記第2基板で封止する流路形成溝封止工程とを含んでいることを特徴とする。 In addition, in order to solve the above-described problem, the manufacturing method of the flow channel structure according to the present invention has a working electrode that generates a driving force for feeding a solution along the flow channel, and a predetermined gap between the working electrode and the working electrode. A reference electrode that generates a potential difference and generates the driving force, a first substrate on which at least a flow path forming groove for forming the flow path is formed, and the flow formed on the first substrate. A flow path structure manufacturing method comprising a second substrate for sealing a path forming groove, the flow path forming groove forming step for forming the flow path forming groove on the first substrate, and a hydrophilic The working electrode is made of a conductive material, a part of the working electrode is subjected to a hydrophobic treatment, and a hydrophobic part having a high hydrophobicity and a hydrophilic part having a high hydrophilicity are formed on a surface that contacts the solution of the working electrode. A hydrophobic treatment process to be formed, and a working electrode installation process for installing the working electrode on the second substrate; Characterized in that it includes a flow path forming groove sealing step of sealing the passage forming grooves formed in the first substrate in the second substrate.
前記方法によれば、流路形成溝形成工程では、第1基板上に流路形成溝を形成する。また、疎水化処理工程では、親水性の導電性材料で作用電極を作成し、作用電極の一部を疎水化処理して作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する。また、作用電極設置工程では、親水性の導電性材料で、第2基板上に作用電極を設置する。また、流路形成溝封止工程では、第1基板に形成された流路形成溝を第2基板で封止する。 According to the method, in the flow path forming groove forming step, the flow path forming groove is formed on the first substrate. In the hydrophobizing step, a working electrode is made of a hydrophilic conductive material, and a hydrophobic portion having a high hydrophobicity is formed on the surface of the working electrode which is hydrophobized to come into contact with the working electrode solution. A hydrophilic part having high hydrophilicity is formed. In the working electrode installation step, the working electrode is installed on the second substrate with a hydrophilic conductive material. In the flow path forming groove sealing step, the flow path forming groove formed in the first substrate is sealed with the second substrate.
これにより、上述した流路構造体を容易に作成することができる。 Thereby, the above-mentioned channel structure can be easily created.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、前記課題を解決するために、流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成され、前記流路を構成するための流路形成孔が少なくとも形成された流路形成層と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から封止する第3基板と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の他方側から封止する第4基板とを備えた流路構造体の製造方法であって、前記流路形成層に前記流路形成孔を形成する流路形成孔形成工程と、親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、前記第4基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から前記第3基板で封止すると共に、前記流路形成層の他方側から前記第4基板で封止する流路形成孔封止工程とを含んでいることを特徴とする。 In addition, in order to solve the above-described problem, the manufacturing method of the flow channel structure according to the present invention has a working electrode that generates a driving force for feeding a solution along the flow channel, and a predetermined gap between the working electrode and the working electrode. A reference electrode for generating a potential difference and generating the driving force is formed, and a flow path forming layer in which at least a flow path forming hole for forming the flow path is formed, and the flow path forming layer is formed. A third substrate that seals the flow path forming hole from one side of the flow path forming layer and the flow path forming hole formed in the flow path forming layer are sealed from the other side of the flow path forming layer. A flow path structure including a fourth substrate to stop, the flow path forming hole forming step of forming the flow path forming hole in the flow path forming layer, and a hydrophilic conductive material A working electrode is prepared, and a part of the working electrode is hydrophobized so that the surface is in contact with the solution of the working electrode. A hydrophobic treatment step for forming a highly hydrophobic portion and a highly hydrophilic portion, a working electrode placement step for placing the working electrode on the fourth substrate, and the flow path forming layer A flow path forming hole sealing step of sealing the flow path forming hole with the third substrate from one side of the flow path forming layer and sealing with the fourth substrate from the other side of the flow path forming layer; It is characterized by including.
前記方法によれば、流路形成孔形成工程では、流路形成層に流路形成孔を形成する。また、疎水化処理工程では、親水性の導電性材料で作用電極を作成し、作用電極の一部を疎水化処理して作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する。また、作用電極設置工程では、第4基板上に作用電極を設置する。また、流路形成孔封止工程では、流路形成層に形成された流路形成孔を、流路形成層の一方側から第3基板で封止すると共に、流路形成層の他方側から第4基板で封止する。 According to the method, in the flow path forming hole forming step, the flow path forming hole is formed in the flow path forming layer. In the hydrophobizing step, a working electrode is made of a hydrophilic conductive material, and a hydrophobic portion having a high hydrophobicity is formed on the surface of the working electrode which is hydrophobized to come into contact with the working electrode solution. A hydrophilic part having high hydrophilicity is formed. In the working electrode installation step, the working electrode is installed on the fourth substrate. Further, in the flow path forming hole sealing step, the flow path forming hole formed in the flow path forming layer is sealed with the third substrate from one side of the flow path forming layer, and from the other side of the flow path forming layer. Seal with a fourth substrate.
これにより、上述した流路構造体を容易に作成することができる。 Thereby, the above-mentioned channel structure can be easily created.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、前記方法において、前記疎水化処理工程で、疎水処理剤を使用することで、前記作用電極の一部を疎水化処理しても良いし、前記作用電極の一部に疎水性膜を形成することで、前記作用電極の一部を疎水化処理しても良い。 Further, in the method for producing a flow channel structure according to the present invention, in the method, a part of the working electrode may be hydrophobized by using a hydrophobizing agent in the hydrophobizing treatment step. A part of the working electrode may be hydrophobized by forming a hydrophobic film on a part of the working electrode.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、前記方法において、前記疎水化処理工程で、前記疎水化処理の後に、さらに前記作用電極の一部の表面粗さを調整しても良い。これにより、疎水化処理後の作用電極の一部の疎水性をさらに高くすることができる。 In the method for manufacturing a flow channel structure according to the present invention, in the method, the surface roughness of a part of the working electrode may be further adjusted in the hydrophobic treatment step after the hydrophobic treatment. Thereby, the hydrophobicity of a part of the working electrode after the hydrophobization treatment can be further increased.
特に、作用電極の材料として金(接触角:60°〜85°)を用い、親水性の金の表面を疎水性膜で被覆する方法を簡便な方法として例示できる。 In particular, a method of using gold (contact angle: 60 ° to 85 °) as a working electrode material and covering the surface of hydrophilic gold with a hydrophobic film can be exemplified as a simple method.
本発明の流路構造体は、以上のように、作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とが形成されているものである。 As described above, the flow channel structure of the present invention is such that a hydrophobic portion having high hydrophobicity and a hydrophilic portion having high hydrophilicity are formed on the surface of the working electrode in contact with the solution.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、以上のように、第1基板上に流路形成溝を形成する流路形成溝形成工程と、親水性の導電性材料で作用電極を作成し、作用電極の一部を疎水化処理して作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、第2基板上に作用電極を設置する作用電極設置工程と、第1基板に形成された流路形成溝を第2基板で封止する流路形成溝封止工程とを含んでいる方法である。 In addition, as described above, the manufacturing method of the flow channel structure according to the present invention creates the flow channel forming groove forming step on the first substrate and the working electrode by using a hydrophilic conductive material. A hydrophobic treatment step of forming a hydrophobic portion having a high hydrophobicity and a hydrophilic portion having a high hydrophilicity on a surface of the working electrode that is subjected to a hydrophobic treatment to contact the solution of the working electrode; The method includes a working electrode installation step of installing a working electrode thereon, and a flow path formation groove sealing step of sealing the flow path formation groove formed in the first substrate with the second substrate.
また、本発明の流路構造体の製造方法は、以上のように、流路形成層に流路形成孔を形成する流路形成孔形成工程と、親水性の導電性材料で作用電極を作成し、作用電極の一部を疎水化処理して作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、第4基板上に作用電極を設置する作用電極設置工程と、流路形成層に形成された流路形成孔を、流路形成層の一方側から第3基板で封止すると共に、流路形成層の他方側から第4基板で封止する流路形成孔封止工程とを含んでいる方法である。 In addition, as described above, the manufacturing method of the flow channel structure according to the present invention creates a working electrode with a flow channel forming hole forming step of forming a flow channel forming hole in the flow channel forming layer and a hydrophilic conductive material. A hydrophobic treatment step for forming a hydrophobic portion having a high hydrophobicity and a hydrophilic portion having a high hydrophilicity on a surface of the working electrode that is hydrophobized to contact the solution of the working electrode, and a fourth substrate The working electrode installation step for installing the working electrode thereon, and the flow path forming hole formed in the flow path forming layer are sealed with the third substrate from one side of the flow path forming layer, and the other of the flow path forming layers And a flow path forming hole sealing step for sealing with a fourth substrate from the side.
それゆえ、作用電極上に停止させた溶液を確実に移動させることができるという効果を奏する。 Therefore, there is an effect that the solution stopped on the working electrode can be reliably moved.
本発明の一実施形態について図1〜図23に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Descriptions of configurations other than those described in the following specific embodiments may be omitted as necessary, but are the same as those configurations when described in other embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in each embodiment are given the same reference numerals, and the explanation thereof is omitted as appropriate.
〔1.従来のEWバルブの課題の詳細な検討〕
まず、図19〜21に基づき、毛細管力を利用したマイクロ流路(以下、単に「流路」と称する)における溶液の流れについて説明する。毛細管力による溶液に作用する圧力(駆動力)Pは、流路内面と溶液との接触角(図19参照)に大きく影響される。
[1. Detailed examination of problems of conventional EW valve]
First, based on FIGS. 19-21, the flow of the solution in the micro flow path (hereinafter simply referred to as “flow path”) using the capillary force will be described. The pressure (driving force) P acting on the solution due to the capillary force is greatly influenced by the contact angle between the inner surface of the flow path and the solution (see FIG. 19).
例えば、流路内面が均一の材料で構成され、流路内を溶液が流れる方向(図20(a)のx軸方向)に対して垂直な流路断面の形状が円形である場合、溶液に作用する圧力Pは、気液界面の界面張力をσ、流路内面の接触角をθ、流路断面の半径をrとするとき、図21の式1で与えられる。
For example, when the inner surface of the channel is made of a uniform material and the shape of the channel cross section perpendicular to the direction in which the solution flows in the channel (the x-axis direction in FIG. 20A) is circular, The acting pressure P is given by
つまり、cosθが正である場合には、溶液は、流路内を移動することができ、他方、cosθが0又は負である場合には、溶液は、流路内を移動することができずに停止する。すなわち、毛細管力を利用して溶液を移動させるためには、cosθが正(親水性)である材料を用いることが必要となる。 That is, when cos θ is positive, the solution can move in the flow path, while when cos θ is 0 or negative, the solution cannot move in the flow path. To stop. That is, in order to move the solution using the capillary force, it is necessary to use a material whose cos θ is positive (hydrophilic).
一方、流路内面が疎水性の場合は、cosθが0又は負であり、溶液を流さない方向に作用する圧力Pが生じる。よって、親水性材料で構成される親水性壁面と疎水性材料で構成される疎水性壁面との両方が存在する流路内面においては、親水性壁面の割合と、疎水性壁面の割合とを調整することにより、原理的には、毛細管現象が生じる状態と毛細管現象が生じない状態とを実現できる。 On the other hand, when the inner surface of the flow path is hydrophobic, cos θ is 0 or negative, and a pressure P acting in a direction not to flow the solution is generated. Therefore, adjust the ratio of the hydrophilic wall surface and the ratio of the hydrophobic wall surface on the inner surface of the flow path where both the hydrophilic wall surface composed of the hydrophilic material and the hydrophobic wall surface composed of the hydrophobic material exist. Thus, in principle, it is possible to realize a state in which a capillary phenomenon occurs and a state in which a capillary phenomenon does not occur.
次に、図20(a)及び(b)に示すように、流路断面(図20(a)のy−z平面に平行な流路断面)が矩形形状の流路構造の場合、流路高さをh、流路幅をw、第1基板111の接触角をθ1、第2基板110の接触角をθ2、気液界面の界面張力をσとし、流路の上面で働く界面張力σのx軸方向成分(以下、単に「成分」という)をF1、下面で働く界面張力σの成分をF2、左右両側面で働く界面張力σの成分をF3とするとき、成分F1〜F3は、それぞれ、図21の式2、式3、及び式4で与えられる。
Next, as shown in FIGS. 20A and 20B, when the channel cross section (the channel cross section parallel to the yz plane of FIG. 20A) is a rectangular channel structure, the channel The height is h, the flow path width is w, the contact angle of the
流路内の溶液に作用する圧力Pは、成分F1〜F3の和を断面積whで割ったものであるので、この場合の流路内の溶液に作用する圧力Pは、図21の式5で与えられる。 Since the pressure P acting on the solution in the flow path is obtained by dividing the sum of the components F1 to F3 by the cross-sectional area wh, the pressure P acting on the solution in the flow path in this case is expressed by Equation 5 in FIG. Given in.
圧力Pが正の値になる場合は、毛細管現象が生じ溶液が移動し、圧力Pが負の値になる場合は毛細管現象が生じず、溶液の動きが停止する。この関係と、作用電極132と第2基板110との親水性の程度の差を利用し、作用電極132が形成された流路114で溶液に作用する表面張力による圧力Pを調整することができる。
When the pressure P becomes a positive value, a capillary phenomenon occurs and the solution moves. When the pressure P becomes a negative value, the capillary phenomenon does not occur and the movement of the solution stops. Using this relationship and the difference in the degree of hydrophilicity between the working
次に、作用電極132及び参照電極131の両電極に電圧を印加すると溶液に電圧が印加されてキャパシタ効果が生じる。このキャパシタ効果により作用電極132の表面に対する溶液の接触角θが小さくなり、溶液は作用電極132上を通過できるようになる。つまり、電圧印加の有無により溶液の流れを制御することができる。
Next, when a voltage is applied to both the working
以上では、y−z平面に平行な流路断面の形状が矩形である場合について説明したが、流路断面の形状はこれに限定されるものではなく、円形状、楕円形状、半円状、及び逆三角形状等のいずれであってもよい。流路断面の形状が矩形以外の場合であっても、流路断面の内周(流路内面側の周)を接触角θの値に応じて分割した分割領域ごとの界面張力の成分を求め、各分割領域の構成比率に応じて界面張力の成分を積算して(和分をとって)流路内の溶液全体に働く圧力Pを求めることができる(図21の式5参照)。 In the above, the case where the shape of the channel cross section parallel to the yz plane is rectangular has been described, but the shape of the channel cross section is not limited to this, and is circular, elliptical, semicircular, And an inverted triangular shape or the like. Even if the shape of the cross section of the flow path is other than a rectangle, the component of the interfacial tension for each divided area obtained by dividing the inner periphery of the flow path cross section (circumference on the inner surface of the flow path) according to the value of the contact angle θ is obtained. The pressure P acting on the entire solution in the flow path can be obtained by accumulating (summing up) the components of the interfacial tension according to the composition ratio of each divided region (see Equation 5 in FIG. 21).
この原理から、EWバルブにより溶液の流れ(「移動」又は「停止」)を制御するには、両電極に電圧をかけない状態において作用電極132上で溶液に作用する圧力Pを0又は負とし、両電極に電圧をかけた状態においては正となるように適切に調整する必要がある。
From this principle, in order to control the flow of the solution (“movement” or “stop”) by the EW valve, the pressure P acting on the solution on the working
しかし、毛細管力を利用して溶液を送液する送液方法において、溶液の流れを円滑にするために作用電極132の周辺部の流路内面の親水性を高くしすぎると、溶液の流れを停止させることが困難になる。その一方、溶液の流れを停止させ易くするために、作用電極132の周辺部の流路内面の疎水性を高くしすぎると、参照電極131及び作用電極132間に印加する電圧が高くなりすぎてしまう可能性がある。このように印加電圧が高くなりすぎた場合、溶液が電気分解され、気泡が発生することにより、毛細管力によって溶液を移動させることができなくなる可能性がある。
However, in the liquid feeding method in which the solution is fed using the capillary force, if the hydrophilicity of the inner surface of the flow path around the working
次に、作用電極132の周辺部の流路内面の親水性又は疎水性を調整する手法の一つとしては、流路内面の構成材料の選択が考えられるが、構成材料は、固有の親水性又は疎水性を有するので、単に流路内面の構成材料を選択するのみでは、親水性又は疎水性の微妙な調整は困難である。
Next, as one of the methods for adjusting the hydrophilicity or hydrophobicity of the inner surface of the flow channel in the peripheral portion of the working
また、親水性又は疎水性を調整するもう1つの手法としては、流路幅w及び流路高さhの調整が考えられるが、分析のためにある程度の溶液量を確保する必要があるという制約と、流路の微小性により、流路幅w及び流路高さhの微妙な調整は困難であり、親水性又は疎水性の微妙な調整は現実的には困難である。 Further, as another method for adjusting hydrophilicity or hydrophobicity, adjustment of the channel width w and the channel height h can be considered. However, it is necessary to secure a certain amount of solution for analysis. Further, due to the minuteness of the flow path, it is difficult to finely adjust the flow path width w and the flow path height h, and it is practically difficult to finely adjust the hydrophilicity or hydrophobicity.
それゆえ、従来のEWバルブのように、作用電極132の表面全体に亘って単純に疎水性膜を形成するだけでは、上述した流路内面の構成材料の選択、並びに、流路幅w及び流路高さhの調整を用いる手法とあまり変わらないので、外部の動力源を備えない流路構造体において、溶液の「移動」と「停止」とを確実に制御することは現実的には非常に難しい。
Therefore, simply by forming a hydrophobic film over the entire surface of the working
本発明は、以上のような従来のEWバルブが有する課題を詳細に検討した結果見出されたものである。以下、このような課題を解決する本願発明の実施の形態について詳細に説明する。 The present invention has been found as a result of detailed examination of the problems of the conventional EW valve as described above. Hereinafter, embodiments of the present invention for solving such problems will be described in detail.
〔2.実施の形態1〕
図1〜3に基づき、本発明の実施の形態1に関する流路構造体10について説明する。図1(a)は、流路構造体10の全体構造を示す組立構造図であり、図1(b)は、流路構造体10を分解したときの第2基板110の構成を示す構成図であり、図1(c)は、第1基板111の構成を示す構成図である。
[2. Embodiment 1]
Based on FIGS. 1-3, the flow-
また、図2は、図1(a)に示すA−A’断面の断面図である。さらに、図3は、作用電極132の一例の近傍を拡大した部分拡大図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the A-A ′ cross section shown in FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view in which the vicinity of an example of the working
図1(a)に示すように、本実施の形態にかかる流路構造体10は、第1基板111(ポリジメチルシロキサン(PDMS):接触角100°〜120°)と、第2基板110(ガラス:接触角5°〜30°)とが、重ね合わされた(接合された)構造である。
As shown in FIG. 1A, the
すなわち、流路構造体10は、流路形成溝114aが少なくとも形成された第1基板111と、第1基板111に形成された流路形成溝114aを封止する第2基板110とを備える。
That is, the
ところで、複雑な流路を毛細管のように細い管によって形成することは一般的に困難である。しかし、流路構造体10のように、第1基板111に形成した流路形成溝114aを、第2基板110によって封止することで毛細管(流路114など)を形成すれば、その作成は容易である。よって流路構造体10を容易に製造することが可能となる。
By the way, it is generally difficult to form a complicated flow path by a thin tube such as a capillary tube. However, if a capillary tube (such as the channel 114) is formed by sealing the
次に、上述したPDMSは疎水性材料であり、ガラスは親水性材料である。よって、流路形成溝114aを形成すること、及び2つの第1基板111及び第2基板110の貼り合せを容易に行うことが可能となる。また、各流路において、第1基板111の流路形成溝114aの流路内面が疎水性となるため、第1基板111及び第2基板110の貼り合わせ部分からの液漏れを防止することができる。
Next, PDMS described above is a hydrophobic material, and glass is a hydrophilic material. Therefore, it is possible to easily form the flow
次に、第1基板111には、溶液を流路構造体10の内部に注入するする注入孔(液導入孔)112と、溶液を流路構造体10の外部に排出する排出孔(液排出孔)113と、注入孔112と排出孔113とを繋ぐ流路114を形成するための流路形成溝114aと、が形成されている(図1(c)参照)。
Next, the
第2基板110には、EWバルブ用の参照電極131及び作用電極132と、各電極を延長する引き出し電極133と、外部接続端子用電極(外部接続端子)136と、が形成されている。ここで、流路構造体10の全体を紙面に対して手前から俯瞰すると、参照電極131が占める範囲は、流路114が占める範囲に含まれ(流路幅w>参照電極幅)、作用電極132が占める範囲は、流路114が占める範囲と交わりをもつ(流路幅w<作用電極幅)ように配置されている(図1(a)参照)。
On the
図1、図2からわかるように、流路114は、流路幅w(溝幅)、流路高さh(溝高さ)ともに一定である。
As can be seen from FIGS. 1 and 2, the
また、図3に示す例では、作用電極132の表面上で、複数の疎水性部分(疎水部,ランド部)135と、親水性部分(親水部,グルーブ部)134とが配列する配列方向は、溶液が流れる方向(圧力Pの方向)に対して直交する方向となっている。
In the example shown in FIG. 3, the arrangement direction in which a plurality of hydrophobic portions (hydrophobic portions, land portions) 135 and hydrophilic portions (hydrophilic portions, groove portions) 134 are arranged on the surface of the working
以上より、疎水性部分135と親水性部分134とが配列する配列方向に沿って作用電極132の両端間に引いた線分上のすべての点が疎水性部分135となっているような領域が存在しないため、このような領域において部分的に圧力Pが正となる印加電圧が高くなってしまうことを抑制することができる。
As described above, there is a region in which all the points on the line segment drawn between both ends of the working
上述のとおり、EWバルブにより溶液の流れ(「移動」又は「停止」)を制御するには、電圧をかけない状態において作用電極132の周辺部における溶液に作用する圧力Pを0又は負とし、電圧をかけた状態においては正となるように設計する必要がある。
As described above, in order to control the flow of the solution (“movement” or “stop”) by the EW valve, the pressure P acting on the solution around the working
作用電極132の表面の全体が親水性であると、作用電極132の表面の親水性が設計値より強くなった場合、電圧をかけない状態において作用電極132の周辺部における溶液に作用する圧力Pが正となり、溶液が停止せずにそのまま移動するおそれがある。
When the entire surface of the working
そこで本実施の形態では、作用電極132が、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域を備える構成としている(図3参照)。
Therefore, in the present embodiment, the working
ここで、「親水性」とは、比抵抗が18mΩ・cmよりも大きい純水(25℃)を用い、1気圧、25℃で測定した接触角が90°未満である場合をいい、「疎水性」とは、上記純水の接触角が90°以上である場合をいう。 Here, “hydrophilic” means a case where pure water (25 ° C.) having a specific resistance larger than 18 mΩ · cm is used and the contact angle measured at 1 atm and 25 ° C. is less than 90 °. “Performance” means that the contact angle of the pure water is 90 ° or more.
上述のとおり、図20(a)及び(b)に示すような流路構造の場合、流路114内の作用電極132上の溶液に作用する圧力Pは、図21の式5で与えられる。
As described above, in the case of the flow channel structure as shown in FIGS. 20A and 20B, the pressure P acting on the solution on the working
一方、本実施の形態のように、作用電極132が、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域を備える構成の場合は、疎水性部分135の接触角をθ3、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する流路断面(図3の破線で示すa−a’断面)での、配列方向に沿う線分上における疎水性部分135の全長の総和(疎水部全長)の、流路幅wに対する割合を比(疎水部全長/流路幅)aとするとき、この断面部分に働く圧力Pは図21の式6に示す関係となる。
On the other hand, in the case where the working
なお、比aの値は、特に限定されるものではないが、0.2≦a≦0.8の範囲が好ましい。0.2より小さい場合は、溶液を確実に停止させる効果が小さくなる。0.8より大きくなると、印加電圧が高くなり、溶液の電気分解による気泡発生の恐れがある。 The value of the ratio a is not particularly limited, but a range of 0.2 ≦ a ≦ 0.8 is preferable. If it is less than 0.2, the effect of reliably stopping the solution is reduced. If it exceeds 0.8, the applied voltage becomes high and there is a risk of bubbles being generated due to electrolysis of the solution.
ここで、比a>0、cosθ2>0、cosθ3<0であるから、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する流路断面では、疎水性部分135を有さない流路断面(比a=0)に比べ、圧力Pが負側にシフトする。
Here, since the ratio a> 0, cos θ2> 0, and cos θ3 <0, the flow path cross section having both the
したがって、流路構造体10によれば、電圧無印加の状態において、親水性部分134が設計値よりも親水性が強くなった場合でも、疎水性部分135と親水性部分134の両方を有する流路断面では、溶液に作用する圧力Pが0又は負に保たれ、溶液を確実に停止させることができる。
Therefore, according to the
また、作用電極132及び参照電極131の両電極間に電圧を印加すると溶液に電圧が印加されてキャパシタ効果が生じる。このキャパシタ効果により作用電極132の表面に対する溶液の接触角θが小さくなり、溶液は作用電極132上を通過できるようになる。つまり、電圧印加の有無により溶液の流れを制御することができる。
In addition, when a voltage is applied between the working
また、疎水性部分135と親水性部分134の両方を有する流路断面における溶液に作用する圧力Pが正となる印加電圧は、作用電極132の表面の親水性部分134の面積SAと疎水性部分135の面積SBとの面積比に依存し、疎水性部分135の面積が小さい程、印加電圧は小さくなる。したがって、流路構造体10によれば、親水性部分134を有することにより、作用電極132の全体が疎水性膜で被覆されている場合に比べて、疎水性部分135と親水性部分134の両方を有する流路断面における溶液に作用する圧力Pが正となる印加電圧を小さくすることができる。そのため、印加電圧を高くした場合に生じる溶液の電気分解による気泡発生が抑えられ、外部の動力源を備えない流路構造体10において、溶液の「移動」と「停止」とを的確に制御することが可能となる。
The applied voltage at which the pressure P acting on the solution in the channel cross section having both the
ここで、EWバルブの電極構成としては、少なくとも1つの参照電極と、少なくとも1つの作用電極とを有していればよい。よって、参照電極が2つ以上であってもよく、作用電極が2つ以上であってもよい。また、作用電極、参照電極に加えて、参照電極への電流の流れを抑制し、参照電極の電位を安定させるために1つ以上の対向電極を設けてもよい。 Here, as an electrode configuration of the EW valve, it is only necessary to have at least one reference electrode and at least one working electrode. Therefore, the number of reference electrodes may be two or more, and the number of working electrodes may be two or more. In addition to the working electrode and the reference electrode, one or more counter electrodes may be provided to suppress the flow of current to the reference electrode and stabilize the potential of the reference electrode.
次に、第1基板111の厚みは0.1mm〜10mm程度あり、注入孔112及び排出孔113のそれぞれは、直径10μm以上の貫通孔でよい。流路幅w、流路高さhは、本実施の形態では、それぞれ600μm、50μmとしている。
Next, the thickness of the
また、本実施の形態では、第1基板111として疎水性のPDMS基板を用い、第2基板110として親水性のガラス基板を用いているが、これに限定されるものではなく、流路構造体10の利用用途に応じて適切な素材を選択すれば良い。
In this embodiment, a hydrophobic PDMS substrate is used as the
例えば、流路構造体10に光学的検出を行う検出部(分析部)を組み込む場合には、第1基板111及び第2基板110の何れか一方又は双方の材料として、励起光による発光が少ない透明又は半透明の材質の材料を用いることが望ましい。
For example, in the case where a detection unit (analysis unit) that performs optical detection is incorporated in the
このような透明又は半透明な材料としては、ガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、及びフィルム等が挙げられる。なかでも、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、及びスチレン系樹脂は、透明性及び成型性の観点から好ましい。励起光による発光が少ないプラスチック材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレート等が挙げられる。 Examples of such a transparent or translucent material include glass, quartz, thermosetting resin, thermoplastic resin, and film. Of these, silicone resins, acrylic resins, and styrene resins are preferable from the viewpoints of transparency and moldability. Examples of plastic materials that emit less light by excitation light include fluorescence of fluorine-based plastic materials such as fluorinated polymethyl methacrylate in which hydrogen atoms of polymethyl methacrylate are replaced with fluorine atoms, and additives such as catalysts and stabilizers. Examples thereof include polymethyl methacrylate using a member that does not emit.
他方、流路構造体10の流路内で電気的な制御や電気的な測定を行うためには、第2基板110及び/又は第1基板111の表面に電極を形成する必要がある。このため、第1基板111若しくは第2基板110の一方、又は、両方が電極形成可能な材料であることが好ましい。電極形成可能な材料としては、生産性及び再現性の観点からガラス、石英、及びシリコン等が好ましい。
On the other hand, in order to perform electrical control and electrical measurement in the flow path of the
なお、凹凸のある部分に電極を形成することは難しいので、流路形成溝114aによる凹凸のある第1基板111ではなく、平坦な第2基板110に電極を形成することが好ましい。
Note that it is difficult to form an electrode on the uneven portion, so it is preferable to form the electrode on the flat
以上で説明したように、流路構造体10は、作用電極132の溶液に接触する表面上に、疎水性部分135と親水性部分134とを有する構成である。
As described above, the
上述したように、作用電極132の表面上の任意の一点における、気液界面の界面張力をσ、溶液の接触角をθとすると、作用電極132の表面上の任意の一点における毛細管力に影響する界面張力σの圧力Pの方向の成分は、σcosθに比例する。
As described above, if the interfacial tension of the gas-liquid interface at an arbitrary point on the surface of the working
このため、作用電極132の表面上の疎水性部分135の総面積をSA、親水性部分134の総面積をSB、疎水性部分135の接触角をθA、親水性部分134の接触角をθB、とすると、作用電極132上における溶液の圧力Pは、σcosθA×SA+σcosθB×SBと相関がある。
Therefore, the total area of the
ここで、cosθA<0(なお、疎水性部分135の一部の領域は=0でも良い)、cosθB>0であるから、作用電極132上の溶液の圧力Pは、作用電極132の表面の全面が親水性材料で構成されている場合と比較して、負側にシフトする。
Here, cos θA <0 (a part of the
また、作用電極132上における溶液の圧力Pが正となる印加電圧は、作用電極132の表面に対する面積SAと面積SBとの割合に依存し、面積SAの割合が小さい程、印加電圧は小さくなる。
The applied voltage at which the pressure P of the solution on the working
そこで、上述したように、流路構造体10では、作用電極132の表面の一部に疎水性部分135を有し、かつ他の一部に親水性部分134を有する構成としている。
Therefore, as described above, the
これにより、作用電極132の周辺部の親水性又は疎水性の微妙な調整が可能となるので、作用電極132の表面の全面に疎水性膜を形成した従来のEWバルブと比べて、作用電極132上における圧力Pが正となる印加電圧をより小さくして適切な値とすることができる。このため、印加電圧を高くした場合に生じる溶液の電気分解による気泡発生が抑えられ、外部の動力源を備えない流路構造体10において、作用電極132上に停止させた溶液の移動を的確に制御することが可能となる。
As a result, it is possible to finely adjust the hydrophilicity or hydrophobicity of the peripheral portion of the working
以上より、流路構造体10によれば、作用電極132上に停止させた溶液を確実に移動させることができる。
As described above, according to the
(流路構造体10の製造方法)
次に、流路構造体10の製造方法は、以下の(1)〜(4)の各工程を少なくとも含んでいれば良い。
(1)第1基板111上に流路形成溝114aを形成する(流路形成溝形成工程)。
(2)親水性の導電性材料で作用電極132を作成し、作用電極132の一部を疎水化処理して作用電極132の溶液と接触する表面上に、疎水性部分135と親水性部分134とを形成する(疎水化処理工程)。
(3)第2基板110上に作用電極132を設置する(作用電極設置工程)。
(4)第1基板111に形成された流路形成溝114aを第2基板110で封止する(流路形成溝封止工程)。なお、上述した(1)〜(4)の各工程の順序は、必要に応じて適宜決定すれば良い。これにより、上述した流路構造体10を容易に作成することができる。
(Manufacturing method of flow path structure 10)
Next, the manufacturing method of the
(1) The flow
(2) The working
(3) The working
(4) The flow
また、上述した疎水化処理工程では、疎水処理剤を用いたり、疎水性の官能基を有する疎水性膜を作用電極132の表面に形成したりして作用電極132の一部を疎水化処理しても良い。
Further, in the above-described hydrophobic treatment process, a part of the working
例えば、作用電極132の表面にフォトレジスト膜を塗布して露光・現像・パターン形成を行い、その後、このレジスト膜をマスクとして露出した部分に疎水処理剤を塗布するか、疎水性膜を形成すれば良い。また、作用電極132の表面の全面に疎水処理剤を塗布するか、疎水性膜を形成し、その後、フォトリソグラフィやエッチングを行って疎水性材料の一部を除去しても良い。
For example, a photoresist film is applied to the surface of the working
また、上記の疎水性膜もしくは疎水処理剤を用いた疎水化処理工程で、作用電極132の疎水処理された部分の表面粗さを調整することで、疎水性をさらに高くしても良い。
Further, the hydrophobicity may be further increased by adjusting the surface roughness of the hydrophobically treated portion of the working
例えば、作用電極132の表面にフォトレジスト膜を塗布して露光・現像・パターン形成を行い、その後、このフォトレジスト膜をマスクとして露出した部分をガスで叩いてその部分の表面粗さを調整した後、疎水処理剤を塗布するか、疎水性膜を形成しても良い。表面粗さを調整し、表面積を増大させることにより、疎水処理部分の疎水性を高くすることができる。
For example, a photoresist film is applied to the surface of the working
なお、Wenzelが提案する理論によれば、平面の面積1cm2に対する実際の面積がSrcm2であるとき、平面での接触角θと見かけ上の接触角θwは、
cosθw=Sr×cosθとなる。
According to the theory proposed by Wenzel, when the actual area with respect to the
cos θw = S r × cos θ.
よって、表面積が増加する(Sr>1)と、疎水性の場合(θ>90°)はより疎水性(θw>θ)に、親水性の場合(θ<90°)はより親水性(θw<θ)になる。 Thus, as the surface area increases (S r > 1), the hydrophobic case (θ> 90 °) is more hydrophobic (θw> θ) and the hydrophilic case (θ <90 °) is more hydrophilic ( θw <θ).
なお、疎水化処理工程は、以上で説明した手法に限られない。 In addition, the hydrophobization process is not limited to the method described above.
(EWバルブの動作原理)
図5に本実施の形態にかかる流路構造体10の流路114における溶液の流れを示す。図5(a)は、電圧印加OFFの状態、図5(b)は、電圧印加ONの状態を示している。
(Operational principle of EW valve)
FIG. 5 shows the flow of the solution in the
図3及び図5に示すように、EWバルブ用の作用電極132は、流路内面の一面を構成する親水性の第2基板110の流路部分を覆うように形成(流路形成溝114aに対向する位置に形成)されており、作用電極132の表面の疎水性部分135は、疎水性膜(フッ化炭素膜)で被覆されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the working
電圧印加がOFFの状態においては、溶液は、作用電極132を通過することができない(図5(a)参照)。他方、作用電極132とEWバルブ用の参照電極131との間に電圧が印加(0.8V〜1.5V程度)されると、作用電極132上を溶液が通過することができるようになる(図5(b)参照)。
When the voltage application is OFF, the solution cannot pass through the working electrode 132 (see FIG. 5A). On the other hand, when a voltage is applied between the working
このことを、図5を参照しつつ説明する。注入孔112から注液(導入)された溶液は、参照電極131上に接しながら流路114を流れ、流路114の特定領域(溶液を停止させたい領域)に設けられた作用電極132の周辺部に達する。なお、ここでは、作用電極132は金(接触角:60°〜85°)で構成されており、かつ、疎水性部分135は疎水性膜(接触角:95〜120°)で被覆されているものとする。
This will be described with reference to FIG. The solution injected (introduced) from the
電圧を印加していない場合は、表面張力により発生する圧力Pが0又は負となり、溶液の流れが停止させられる(図5(a)参照)。すなわち、電圧印加がOFFのとき、バルブは閉じた状態となる。 When no voltage is applied, the pressure P generated by the surface tension becomes 0 or negative, and the flow of the solution is stopped (see FIG. 5A). That is, when voltage application is OFF, the valve is closed.
他方、引き出し電極133に電圧が印加されると、参照電極131上を通過した溶液が帯電して、作用電極132と溶液の間で仮想的なキャパシタが形成され、溶液が作用電極132に引き寄せられる。この結果、溶液の作用電極132に対する接触角θが小さくなる。つまり、見掛け上、作用電極132の表面全体にわたって親水性が強くなり、親水性の影響が大きくなるので、表面張力により発生する圧力P(毛細管力)が正となる。これにより、溶液が作用電極132を通過することができることになる(図5(b)参照)。すなわち、電圧印加がONのとき、バルブは開放された状態となる。
On the other hand, when a voltage is applied to the
このように、EWバルブを確実に動作させるためには、電圧印加がOFFのとき、溶液が停止するように設計する必要がある。 Thus, in order to reliably operate the EW valve, it is necessary to design the solution to stop when the voltage application is OFF.
本実施の形態では、このような条件を満たすため、図3に示すように、作用電極132の表面に、疎水性部分135と親水性部分134の両方を有する領域を設けている。ここで、親水性部分134の接触角をθ2、疎水性部分135の接触角をθ3としたとすると、θ2<90°≦θ3の関係がある。
In this embodiment, in order to satisfy such a condition, as shown in FIG. 3, a region having both the
流路高さをh、流路幅をwとし、第1基板111の接触角をθ1、液界面の界面張力をσ、溶液の流れる方向に垂直な流路断面での疎水性部分135の長さの総和の、流路幅wに対する割合を比aとするとき、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域における溶液に作用する圧力Pは、図21の式6で求められる。したがって、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する流路断面では、親水性部分134のみの場合に比べ、圧力Pが負側にシフトする。
The height of the flow path is h, the width of the flow path is w, the contact angle of the
作用電極132の表面の全面が親水性の場合は、親水性部分134の接触角θが設計した値より小さくなった場合、毛細管力が働き、溶液が停止しなくなる場合が生じる。本実施の形態では、作用電極132の表面に、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方が配列する領域を備えていることにより、親水性部分134の接触角θが設計した値より小さくなった場合でも、疎水性部分135を含む流路領域で溶液が停止し、設計からのずれによる誤動作を防止することができる。
When the entire surface of the working
また、本実施の形態では、作用電極132の全体が疎水性を示す場合に比べて、疎水性部分135を含む流路断面における溶液に作用する圧力Pが正となる印加電圧を小さくすることができる。そのため、印加電圧を高くした場合に生じる溶液の電気分解による気泡発生が抑えられ、外部の動力源を備えない流路構造体10において、溶液の「移動」と「停止」を的確に制御することが可能となる。
In the present embodiment, the applied voltage at which the pressure P acting on the solution in the cross section of the flow path including the
なお、比aの値は、特に限定されないが、上述のように、0.2≦a≦0.8の範囲が好ましい。また、流路高さh、流路幅wが変わった場合でも、比aの値を変えることで毛細管力を調整することができる。 The value of the ratio a is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.2 ≦ a ≦ 0.8 as described above. Even when the flow path height h and the flow path width w are changed, the capillary force can be adjusted by changing the value of the ratio a.
また、作用電極132の全体に対する疎水性部分135の面積の総和の作用電極132全体に対する割合を比bとした場合、比bの値は、0.6以下であることが好ましい。0.6よりも大きくなると、印加電圧が高くなり、溶液が電気分解する電圧に近づき、電気分解による気泡発生の恐れがある。
Further, when the ratio of the total area of the
流路構造体10のように、第2基板110に親水性基板(ガラス基板)を用い、流路形成溝114aを形成する第1基板111に疎水性基板(PDMS基板)を用いる場合においては、流路幅wを狭くすることにより疎水性の影響を大きくできるので(毛細管力が小さくなる方向に働く)、これと作用電極132の表面に対する接触角θの変化をバランスさせることにより、溶液の流れを的確に制御することができる。
In the case where a hydrophilic substrate (glass substrate) is used for the
ここで、作用電極132の表面に親水性部分134と疎水性部分135とを設ける方法としては、上述したように、作用電極132の構成材料として親水性材料を用い、かつ疎水性部分135が形成される領域を疎水性となるように処理するという手法を用いることができる。
Here, as a method of providing the
作用電極132の構成材料として導電性の金を用いることが好ましい。金以外にカーボンやビスマスを用いても良い。これらの材料は、作用電極132に電圧を印加した状態において、水素等の発生が少なく電極が劣化しにくいという利点がある。
It is preferable to use conductive gold as a constituent material of the working
疎水性膜としては、フッ素含有物質若しくはチオール基を含む物質が適している。これらの物質を用いることにより、接触角を90°よりも大きくすることができ、電圧を印加しない状態で、EWバルブで溶液を停止しやすくなるので、EWバルブの開閉動作を安定に行うことができる。疎水性膜(薄膜)は、上記物質に限定されるものではなく、接触角θが90°より大きなものであればよい。 As the hydrophobic film, a fluorine-containing substance or a substance containing a thiol group is suitable. By using these substances, the contact angle can be made larger than 90 °, and it becomes easy to stop the solution with the EW valve in a state where no voltage is applied, so that the EW valve can be stably opened and closed. it can. The hydrophobic film (thin film) is not limited to the above substances, and may be any film having a contact angle θ larger than 90 °.
また、疎水性膜の厚みは、100nm以下であることが好ましい。これにより、EWバルブの開閉動作に必要な電圧を低減することができ、分析装置等の分析システム全体の小型が可能となる。 The thickness of the hydrophobic film is preferably 100 nm or less. Thereby, the voltage required for the opening / closing operation of the EW valve can be reduced, and the entire analysis system such as the analyzer can be miniaturized.
本実施の形態の流路構造体10では、作用電極132自体に親水性の金(接触角:60°〜85°)を用い、疎水性部分135を疎水性となるようにフッ化炭素膜(接触角:100°〜120°)を形成している。
In the
次に、作用電極132の表面に形成した親水性部分134及び疎水性部分135の形状としては、例えば、図3に示すように、複数の疎水性部分135が、島状に配列するパターンが好ましい。すなわち、作用電極132の表面上で、各疎水性部分135がランド部を形成し、親水性部分134が各疎水性部分135を取り囲むグルーブ部を形成していても良い。
Next, as the shape of the
これにより、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する作用電極132を容易に実現することができる。また、複雑なパターンを有していないため、疎水性部分135の形成が容易である。
Thereby, the working
なお、本実施の形態では、縦50μm、横50μmの疎水性部分135が50μm間隔でマトリクス状に配列されたパターンを用いている。
In the present embodiment, a pattern is used in which
以上の構成では、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域が複数備えられており、電圧を印加しない状態で、EWバルブで溶液を停止しやすくなるので、バルブの開閉動作を安定に行うことができる。
In the above configuration, a plurality of regions having both the
また、以上の構成では、溶液の流れる方向に対して直交する方向に沿って作用電極132の両端間に引かれる複数の線分を定義し、各線分上における疎水性部分135の長さの総和を疎水部全長とするとき、作用電極132上において、流路幅wに対する疎水部全長の割合(比a)が互いに異なる線分の組みが少なくとも1組存在している。
In the above configuration, a plurality of line segments drawn between both ends of the working
よって、溶液の流れる方向に対して直交する方向に沿って、比aが高い線分が引ける領域(比bが低い線分が引ける領域)と、比aが低い線分が引ける領域(比bが高い線分が引ける領域)とが、作用電極132上に少なくとも1組存在する。
Therefore, a region where a line segment having a high ratio a can be drawn (a region where a line segment having a low ratio b can be drawn) and a region where a line segment having a low ratio a can be drawn (ratio b) can be drawn along a direction orthogonal to the direction in which the solution flows. At least one set exists on the working
よって、比aが高い線分が引ける領域(疎水性部分の割合が高い領域)では、溶液を停止させる効果が大きくなる。また、比aが低い線分が引ける領域(親水性部分の割合が高い領域)も存在しているので、作用電極132の表面の全面が疎水膜で被覆されている場合と比較して、その領域において疎水性部分135の割合を小さくすることができ、溶液を移動させるのに必要な印加電圧を小さくすることができる。
Therefore, in a region where a line segment having a high ratio a can be drawn (a region where the ratio of the hydrophobic portion is high), the effect of stopping the solution is increased. In addition, since there is a region where a line segment having a low ratio a can be drawn (a region where the ratio of the hydrophilic portion is high), compared to the case where the entire surface of the working
さらに、例えば、上述した比aが高い線分が引ける領域と、比aが低い線分が引ける領域とを、溶液の流れる方向に交互に配列することで、比aが高い線分が引ける領域が複数個設けられるため、溶液の「移動」又は「停止」を的確に制御することが可能となる。 Furthermore, for example, the above-described region where a line segment having a high ratio a can be drawn by alternately arranging a region where a line segment having a high ratio a can be drawn and a region where a line segment having a low ratio a can be drawn in the flowing direction of the solution Is provided, it is possible to accurately control the “movement” or “stop” of the solution.
なお、疎水性部分135の形状は、以上のような島状の形状に限定されるものではなく、例えば、図4(a)に示すように、溶液の流れる方向に平行に配列する直線状のパターン(縞模様)を形成していても良い。
The shape of the
以上の構成では、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域が作用電極全体に備えられており、電圧を印加しない状態で、EWバルブで溶液を停止しやすくなるので、バルブの開閉動作を安定に行うことができる。また、形状が単純なため、作製が容易となる利点がある。
In the above configuration, the entire working electrode is provided with a region having both the
また、疎水性部分135の形状は、図4(b)〜(d)に示すように、溶液の流れる方向に直交する方向に延在し、溶液の流れる方向に沿って配列する直線状のパターン(縞模様)を形成していても良い。
The shape of the
なお、図4(b)に示す疎水性部分135のパターンでは、疎水性部分135の疎水部全長は、流路幅wと同じ長さ(比a=1)なので、溶液を「停止」させる効果が高いものの、a−a’断面における印加電圧が高くなり易い。
In the pattern of the
一方、図4(c)及び(d)に示す疎水性部分135のパターンでは、疎水性部分135の疎水部全長は、図4(b)よりも小さい(比a<1)ので、a−a’断面における印加電圧が高くなりにくい。
On the other hand, in the pattern of the
また、図1に示す流路構造体10の流路114における流路幅wと流路高さhは、特に限定はしないが、溶液の濡れと毛細管力よって溶液が浸透していくことが可能な寸法に設定することが好ましい。流路高さhは、好ましくは、1μm〜5mm程度に設定し、流路幅wは、好ましくは1μm〜5mm程度に設定する。
Further, the channel width w and the channel height h in the
この流路構造体10は、例えば作用電極132の上流側の領域を、溶液を混合する領域として用い、作用電極132よりも下流側の領域に抗体等を固定化し、この下流側の領域で抗原を含む溶液を流して抗原抗体反応させ、さらに蛍光色素を付けた標識抗体を含む溶液を流して抗原抗体反応させ、当該下流側の領域に励起光を照射してその蛍光の量により抗原の量を測定するというマイクロ分析チップとして利用できる。
The
各流路の流路内面の「親水性」や「疎水性」は、基板材料が親水性の基板又は疎水性の基板を用いることにより容易に実現できるが、本明細書では、親水性や疎水性は基板材料自身の持つ性質に由来するものに限定されない。例えば、疎水性材料からなる基板表面に親水性処理を施すことにより、「親水性」を実現することができる。また、親水性材料からなる基板表面の疎水膜の形成等の疎水処理を施すことにより「疎水性」としてもよい。 “Hydrophilicity” and “hydrophobic” of the inner surface of each flow path can be easily realized by using a hydrophilic substrate or a hydrophobic substrate as a substrate material. The properties are not limited to those derived from the properties of the substrate material itself. For example, “hydrophilicity” can be realized by subjecting the substrate surface made of a hydrophobic material to hydrophilic treatment. Further, it may be made “hydrophobic” by applying a hydrophobic treatment such as formation of a hydrophobic film on the substrate surface made of a hydrophilic material.
親水化処理としては、例えば酸素プラズマ処理やUV処理などを用いることができる。また、界面活性剤や親水性の官能基を持つ試薬を表面に塗布することによって親水性を高めてもよい。他方、疎水化処理としては、フッ酸処理や、テトラフルオロエチレン被膜を形成する等の方法がある。 As the hydrophilization treatment, for example, oxygen plasma treatment or UV treatment can be used. Alternatively, hydrophilicity may be enhanced by applying a surfactant or a reagent having a hydrophilic functional group to the surface. On the other hand, as the hydrophobizing treatment, there are a hydrofluoric acid treatment and a method of forming a tetrafluoroethylene film.
〔3.実施の形態2〕
次に、上記実施の形態1とは異なる構造の流路構造体20について、図6〜図7を用いて詳細に説明する。
[3. Second Embodiment]
Next, the
図6(a)流路構造体20の全体構造を示す組立構造図であり、図6(b)は、流路構造体20を分解したときの第4基板(第2基板)の構成を示す構成図であり、図6(c)は、流路形成層(中間層)の構成を示す構成図であり、図6(d)は、第3基板の構成を示す構成図である。図7は、図6(a)に示すB−B’断面の断面図である。
FIG. 6A is an assembly structure diagram showing the overall structure of the
なお、第2基板(第4基板)110は、上記実施の形態1と同様である。このため、第3基板115及び中間層(流路形成層)116について、構造を詳細に説明する。
The second substrate (fourth substrate) 110 is the same as that in the first embodiment. Therefore, the structure of the
図6(a)に示すように、本実施の形態にかかる流路構造体20は、第2基板110(ガラス:接触角5°〜30°)と、第3基板115(ポリジメチルシロキサン(PDMS):接触角100°〜120°)と、中間層116(フィルムレジスト:接触角100°〜120°)とが、重ね合わされた(接合された)構造である。
As shown in FIG. 6A, the
すなわち、流路構造体20は、流路形成孔114bが少なくとも形成された中間層116と、中間層116に形成された流路形成孔114bを、中間層116の一方側から封止する第3基板115と、中間層116に形成された流路形成孔114bを、中間層116の他方側から封止する第2基板110とを備えている。
In other words, the flow path structure 20 seals the
これにより、中間層116に流路形成孔114bを設けて両側から基板で挟むことは、容易に実行できる。よって、流路構造体20を容易に製造することが可能となる。
Accordingly, it is possible to easily execute the formation of the flow
第3基板115には、溶液を流路構造体20の内部に注入(導入)する注入孔112と、溶液を流路構造体20の外部に排出する排出孔113と、が形成されている(図6(d)参照)。
The
中間層116には、注入孔112、排出孔113、及び、注入孔112と排出孔113とを繋ぐ流路114を形成するための流路形成孔114bが形成されている(図6(c)参照)。
In the
第2基板110には、EWバルブ用の参照電極131及び作用電極132と、各電極を延長する引き出し電極133と、外部接続端子用電極136と、が形成されている。ここで、流路構造体20の全体を紙面に対して手前から俯瞰すると、参照電極131が占める範囲は、流路114が占める範囲に含まれ(流路幅w>参照電極幅)、作用電極132が占める範囲は、流路114が占める範囲と交わりをもつ(流路幅w<作用電極幅)ように配置されている(図6(b)参照)。
On the
図6及び図7からわかるように、流路114は、流路幅w(溝幅)、流路高さh(溝高さ)ともに一定である。
As can be seen from FIGS. 6 and 7, the
また、作用電極132の表面は、図3に示すように、溶液の流れる方向に対して直交する方向で、疎水性部分135と親水性部分134との両方を有する領域を備えている。
Further, as shown in FIG. 3, the surface of the working
第3基板115の厚みは0.1mm〜10mm程度あり、注入孔112及び排出孔113は、直径10μm以上の貫通孔でよい。
The thickness of the
中間層116の厚みは、流路高さhに相当するため、溶液の濡れと毛細管力によって溶液が浸透していくことが可能な寸法に設定される。好ましくは、1μm〜5mm程度に設定され、この場合、流路高さhが一定となり、流路幅wのみで毛細管力を調整することが可能である。流路幅w、流路高さhは、本実施の形態では、それぞれ600μm、50μmとしている。
Since the thickness of the
なお、中間層116は、疎水性材料で構成されていても良い。これにより、親水性と疎水性の両方が存在する流路内面を容易に形成することができる。また、中間層116に形成された流路形成孔114bの壁面が疎水性となるため、基板の貼り合わせ部分からの液漏れを防止することができる。
Note that the
また、中間層116として、フォトレジストを用いてもよい。この場合は、第2基板110上に、フォトリソグラフィ法により、中間層116を直接形成することにより、貼りあわせる方法に比べて、位置合せの精度を上げることができる。
Further, a photoresist may be used as the
また、本実施の形態の流路構造体20では、第3基板115として疎水性のPDMS基板を用い、第2基板110として親水性のガラス基板を用いているが、これに限定されるものではなく、流路構造体20の利用用途に応じて適切な素材を選択するのがよい。
Further, in the
例えば、流路構造体20に光学的検出を行う検出部(分析部)を組み込む場合には、第3基板115及び第2基板110の何れか一方又は双方の材料として、励起光による発光が少ない透明又は半透明の材質の材料を用いることが望ましい。
For example, in the case where a detection unit (analysis unit) that performs optical detection is incorporated in the
このような透明又は半透明な材料としては、流路構造体10で説明したとおりである。
Such a transparent or translucent material is as described in the
他方、流路構造体20の流路114の内部で電気的な制御や電気的な測定を行うためには、第2基板110及び/又は第3基板115の表面に電極を形成する必要がある。このため、第3基板115又は第2基板110の一方又は両方が電極形成可能な材料であることが好ましい。電極形成可能な材料としては、流路構造体10で説明したとおりである。
On the other hand, in order to perform electrical control and electrical measurement inside the
(流路形成孔114bの形成方法)
中間層116の流路形成孔114b、並びに、注入孔112及び排出孔113(貫通孔)の形成方法としては、例えば、機械加工による方法、レーザー加工による方法、薬品やガスによるエッチングによる方法等がある。また、上述のとおり、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストに流路形成孔114b、注入孔112、及び排出孔113のパターンを形成してもよい。
(Formation method of flow
Examples of the method for forming the flow
(流路構造体20の製造方法)
次に、流路構造体20の製造方法は、以下の(1)〜(4)の各工程を少なくとも含んでいれば良い。
(1)中間層116に流路形成孔114bを形成する(流路形成孔形成工程)。
(2)親水性の導電性材料で作用電極132を作成し、作用電極132の一部を疎水化処理して作用電極132の溶液と接触する表面上に、疎水性部分135と親水性部分134とを形成する(疎水化処理工程)。
(3)第2基板110上に作用電極132を設置する(作用電極設置工程)。
(4)中間層116に形成された流路形成孔114bを、中間層116の一方側から第3基板115で封止すると共に、中間層116の他方側から第2基板110で封止する(流路形成孔封止工程)なお、上述した(1)〜(4)の各工程の順序は、必要に応じて適宜決定すれば良い。これにより、上述した流路構造体20を容易に作成することができる。
(Manufacturing method of flow path structure 20)
Next, the manufacturing method of the
(1) The flow
(2) The working
(3) The working
(4) The flow
なお、疎水化処理工程については、流路構造体10の製造方法で説明したとおりであるので、ここでは、説明を省略する。
The hydrophobization process is the same as that described in the method for manufacturing the
また、流路構造体20の作用電極132上の疎水性部分135及び親水性部分134の形成パターンは、流路構造体10と同様であるので、ここでは、説明を省略する(図3,図4参照)。
Further, the formation pattern of the
〔4.実施の形態3〕
次に、本実施の形態にかかる流路構造体30を、図8に示す。
[4. Embodiment 3]
Next, the
図8(a)は、流路構造体30の全体構造を示す組立構造図であり、図8(b)は、流路構造体30を分解したときの第2基板110の構成を示す構成図であり、図8(c)は、第1基板111の構成を示す構成図である。
FIG. 8A is an assembly structure diagram illustrating the entire structure of the
本実施の形態の流路構造体30は、図8(a)に示すように、第1基板111(ポリジメチルシロキサン(PDMS):疎水性)と、第2基板110(ガラス:親水性)とが、重ね合わせられた(接合された)構造である点は、上記実施の形態1と同様である。
As shown in FIG. 8A, the
また、本実施の形態の流路構造体30では、作用電極132の周辺部における隘路114cの流路幅w’を、他の部分の流路幅wよりも狭くしたこと以外は、上記実施の形態1と同様である。よって、基板構成、流路、注入孔等は、上記実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
Further, in the
図9は、流路構造体30の作用電極132の周辺部を部分的に拡大した部分拡大図である。なお、流路114の流路高さは、hとする。
FIG. 9 is a partially enlarged view in which the peripheral portion of the working
同図に示すように、作用電極132上で、流路高さhを一定に保った状態で、隘路114cの流路幅w’を他の部分の流路幅wよりも狭くすることで、流路高さhが一定に保たれた流路内面が占める割合が、流路幅wを狭くされた(流路幅w’の)流路内面が占める割合よりも高くなる。
As shown in the figure, on the working
よって、第1基板111を疎水性材料で構成すれば、作用電極132の周辺部の疎水性を高めることができる。
Therefore, if the
一方、第1基板111を親水性材料で構成すれば、作用電極132の周辺部の親水性を高めることができる。
On the other hand, if the 1st board |
例えば、本実施の形態の流路構造体30のように、疎水性材料から第1基板111と、親水性材料で構成された第2基板110とからなる場合、流路幅wが、作用電極132上で狭くなっている隘路114cが存在することで、隘路114cでの、第1基板111が占める割合が、第2基板110が占める割合よりも高くなるので、作用電極132の周辺部の疎水性を高めることができる。
For example, in the case where the
なお、上述した流路構造体20の流路114に隘路114cを設けても、流路構造体30とほぼ同様の効果を得られる。
Note that even if the
よって、電圧印加がOFFの状態において、流路構造体30において毛細管力が働かないように、図21の式6の変数となる流路高さh、流路幅w、及び流路幅w’のそれぞれを適切に設定すると、作用電極132上の溶液に発生する表面張力による圧力Pを0又は負にする設計が容易となる。
Therefore, the channel height h, the channel width w, and the channel width w ′, which are variables of the equation 6 in FIG. 21, are set so that the capillary force does not act on the
(実施の形態3の変形例)
次に、図10に基づき、実施の形態3の流路構造体30の変形例である流路構造体40について説明する。図10は、流路構造体30の全体構成を示す組立構造図である。
(Modification of Embodiment 3)
Next, a
図10に示す流路構造体40では、流路構造体30と異なり、流路114の流路幅wは一定であるが、流路高さh’が他の部分の流路高さhよりも高くなっている段差部114dを作用電極132の周辺部に設けている。
In the
なお、流路構造体40は、段差部114d以外の構成は、流路構造体10と同じであるので、ここでは説明を省略する。
The
上記の構成では、作用電極132上で、流路幅wを一定に保った状態で、段差部114dの流路高さh’他の部分の流路高さhよりも高くすることで、流路高さh’の流路内面が占める割合が、流路幅wが一定に保たれた流路内面が占める割合よりも高くなる。
In the configuration described above, the flow path height h ′ of the stepped
よって、第1基板111を疎水性材料で構成すれば、作用電極132の周辺部の疎水性を高めることができる。
Therefore, if the
一方、第1基板111を親水性材料で構成すれば、作用電極132の周辺部の親水性を高めることができる。
On the other hand, if the 1st board |
例えば、流路構造体40が、上述のように、疎水性材料で構成された第1基板111と、親水性材料で構成された第2基板110とからなる場合、段差部114dが存在することで、段差部114dでの、作用電極132上で第2基板110が占める割合が、第2基板110が占める割合よりも高くなるので、作用電極132の周辺部の疎水性を高めることができる。
For example, when the
なお、上述した流路構造体20の流路114に段差部114dを設けても、流路構造体40とほぼ同様の効果を得られる。
Even if the
よって、電圧印加がOFFの状態において、流路構造体40において毛細管力が働かないように、図21の式6の変数となる流路高さh、流路高さh’、及び流路幅wを設定する。上記構成を採用すると、作用電極132上の溶液に発生する表面張力による圧力Pを0又は負にする設計が容易となる。
Therefore, the channel height h, the channel height h ′, and the channel width, which are the variables of Equation 6 in FIG. 21, are set so that the capillary force does not act on the
〔5.実施の形態4〕
次に、図11に基づき、実施の形態4の流路構造体50について説明する。図11は、実施の形態4の流路構造体50の全体構成を示す組立構造図である。
[5. Embodiment 4]
Next, the
本実施の形態の流路構造体50は、作用電極132及び参照電極131からなるEWバルブを2つ直列に配置した点以外の構成は、上記実施の形態1の流路構造体10とほぼ同様である。よって、各構成要素に関する説明や溶液を停止させるための設計要件等の説明は省略する。
The
この流路構造体50では、流路114で2段階に溶液の停止と移動を制御することが可能となる。なお、本実施形態では、EWバルブを直列に2つ配置しているが、EWバルブは、必要に応じて3つ以上配置してもよい。
In this
(実施の形態4の変形例)
次に、図12に基づき、実施の形態4の流路構造体50の変形例である流路構造体60について説明する。図12は、流路構造体60の全体構成を示す組立構造図である。
(Modification of Embodiment 4)
Next, a
流路構造体60は、2つの直列に配置されたEWバルブ毎に、図9に示す隘路114cを設けている点で、実施の形態4の流路構造体50と異なる。
The
この流路構造体60では、隘路114cで疎水性をより高くしつつ、流路114で2段階に溶液の停止と移動を制御することが可能となる。なお、本実施形態では、EWバルブを直列に2つ配置しているが、EWバルブは、必要に応じて3つ以上配置してもよい。
In this
〔6.実施の形態5〕
次に、図13に基づき、実施の形態5の流路構造体70について説明する。図13は、実施の形態5の流路構造体70の全体構成を示す組立構造図である。
[6. Embodiment 5]
Next, the
本実施の形態の流路構造体70は、図13に示すように、作用電極132a及び作用電極132aからなるEWバルブと、作用電極132b及び参照電極131bからなるEWバルブとの2つのEWバルブを並列に配置した点、及び流路114が第2流路(流路)151a及び第2流路(流路)151bに分岐している点以外の構成は、上記実施の形態1の流路構造体10とほぼ同様である。よって、各構成要素に関する説明や溶液を停止させるための設計要件等の説明は省略する。
As shown in FIG. 13, the
流路構造体70では、2つの注入孔(液導入孔)112a及び注入孔(液導入孔)112bと、注入孔112a及び注入孔112bにそれぞれ連続する第2流路151a及び第2流路151bと、第2流路151a及び第2流路151bのそれぞれに連続する流路114と、流路114に連続する排出孔113と、を有している。
In the
ここで、作用電極132a及び作用電極132aは、第2流路151aの内部に、作用電極132b及び参照電極131bは、第2流路151bの内部に形成されている。
Here, the working
上記構成では、異なる溶液を順次、流路114に送り込むことが可能となる。なお、本実施の形態の流路構造体70では、EWバルブを並列に2つ配置した構造となっているが、必要に応じてEWバルブを3つ以上配置しても良く、上記実施の形態4のようにEWバルブを2つ以上直列させる構成を組合せても良い。
In the above configuration, different solutions can be sequentially fed into the
(実施の形態5の変形例)
次に、図14に基づき、実施の形態5の流路構造体70の変形例である流路構造体80について説明する。図14は、流路構造体70の全体構成を示す組立構造図である。
(Modification of Embodiment 5)
Next, a
図14に示すように、流路構造体70では、2つの注入孔112a及び注入孔112bと、注入孔112a及び注入孔112bにそれぞれ連続する第2流路151a及び第2流路151bと、第2流路151a及び第2流路151bにそれぞれ連続する、第2流路151a及び第2流路151bよりも流路幅の狭い第3流路152a及び第3流路152bと、2つの第3流路152a及び第3流路152bに連続する流路114と、流路114に連続する排出孔113と、を有している。
As shown in FIG. 14, in the
ここで、参照電極131a及び131bは、それぞれ第2流路151a及び151bの内部に形成されており、作用電極132a及び132bは、それぞれ第2流路151a及び151bが、第3流路152a及び152bに切り替わる出口近傍に形成されている。
Here, the
基板構成は、上記実施の形態3と同様である。すなわち、作用電極132a及び132b上のそれぞれの流路幅を狭くした構造になっている。このため、実施の形態5にかかるEWバルブは、上記実施の形態3と同様の効果が得られるものが2つ並列に配置されたものである。
The substrate configuration is the same as in the third embodiment. In other words, the flow path width on the working
この構成では、作用電極132a及び132bの周辺部の疎水性を高めつつ、異なる溶液を順次流路114に送り込むことが可能となる。なお、本実施の形態の流路構造体80では、EWバルブを並列に2つ配置した構造となっているが、必要に応じてEWバルブを3つ以上配置しても良く、上記実施の形態4のようにEWバルブを2つ以上直列させる構成を組合せても良い。
In this configuration, different solutions can be sequentially fed into the
〔7.実施の形態6〕
次に、図15に基づき、実施の形態6の流路構造体90について説明する。図15(a)は、流路構造体90の全体構造を示す組立構造図であり、図15(b)は、流路構造体90を分解したときの第2基板110の構成を示す構成図であり、図15(c)は、第1基板111の構成を示す構成図である。
[7. Embodiment 6]
Next, the
実施の形態6の流路構造体90は、参照電極131の電位を安定にするため、対向電極137を設置したこと以外は、上記実施の形態1と同様である。対向電極137を設置することで、電位の基準になる参照電極131への電流の流れを防止することができ、作用電極132の電位を安定させることができる。この効果により、より高精度にEWバルブを電気的に駆動することが可能となる。
The
なお、以上で説明した実施の形態3〜6では、実施の形態1と同様に、第1基板111と第2基板110を重ね合わせた構造としたが、実施の形態2と同様に、第3基板115、中間層116及び第2基板110を重ね合わせた構造であっても良い。この場合も同様の効果を得ることができる。
In the third to sixth embodiments described above, the
〔8.実施の形態7〕
実施の形態1〜6にかかる流路構造体10〜90は、流路に抗体等を固定化し、電極を設け、抗原抗体反応、酵素標識付き抗体と抗原−抗体複合体との反応、酵素基質反応を行わせ、酵素基質反応により生じた電極活性物質の量を電極で検出するというマイクロ分析チップとして利用できる。
[8. Embodiment 7]
The
実施の形態7は、実施の形態1〜6にかかる流路構造体10〜90をマイクロ分析チップに発展させたものである。以下、実施の形態7のマイクロ分析チップ(分析チップ)2302の具体的構成の詳細を順次説明する。
In the seventh embodiment, the
(全体構造)
次に、図16に基づき、実施の形態7のマイクロ分析チップ(分析チップ)2302の全体構造について説明する。図16は、マイクロ分析チップ2302の全体構造を示す構成図である。
(Overall structure)
Next, the overall structure of the micro analysis chip (analysis chip) 2302 of Embodiment 7 will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a configuration diagram showing the overall structure of the
図16に示すように、マイクロ分析チップ2302は、第1注入孔(液導入孔)2001、第2注入孔(液導入孔)2002、第1液溜め部(流路)2003、第2液溜め部(流路)2004、注入路(流路)2005、注入路(流路)2006、ミキサー部(流路)2007、第1流路(流路)2008、第1隘路(流路)2009、第2流路(流路)2010、第2隘路(流路)2011、第3隘路(流路)2013、排出孔(液排出孔)2014、及び第3流路(流路)2016を備える。
As shown in FIG. 16, the
第1注入孔2001及び第2注入孔2002のそれぞれには、第1の溶液及び第2の溶液が注入(導入)される。
A first solution and a second solution are injected (introduced) into the
第1液溜め部2003及び第2液溜め部2004のそれぞれは、第1注入孔2001及び第2注入孔2002に連続している。
Each of the
注入路2005及び注入路2006のそれぞれは、第1液溜め部2003及び第2液溜め部2004に連続している。
Each of the
第1流路2008には、反応部(分析部)2017が設けられ、第2流路2010には、検出部(分析部)2012が設けられている。
The
注入路2005には、作用電極(不図示)が形成され、更に、第1液溜め部2003には、参照電極(不図示)が形成され、第1開閉バルブとして機能する。
A working electrode (not shown) is formed in the
一方、注入路2006には、作用電極(不図示)が形成され、更に、第2液溜め部2004には、参照電極(不図示)が形成され、第2開閉バルブとして機能する。すなわち、この実施の形態は、上記実施の形態5を利用したものである。さらに、マイクロ分析チップ2302の端部に、外部接続端子2015が設けられている。
On the other hand, a working electrode (not shown) is formed in the
第1注入孔2001から第1の溶液が注入されると、第1液溜め部2003に第1の溶液が注入される。第2注入孔2002も同様に、第2の溶液が注入されると第2液溜め部2004に第2の溶液が注入される。
When the first solution is injected from the
上記作用電極と参照電極とにより、注入された溶液のミキサー部2007への流入を停止又は開始することができる。ミキサー部2007は第1の溶液と第2の溶液を混合できる構造としている。
The working electrode and the reference electrode can stop or start the flow of the injected solution into the
ミキサー部2007には、第1流路2008が第1隘路2009を介して接続されている。第1流路2008に設けられた反応部2017には、溶液に含まれる被検出物質と反応する物質が配置されている。
A
なお、図16に示す例では、ミキサー部2007と反応部2017とは第1隘路2009を介して接続されているが、第1隘路2009を介すことなく直接接続されていてもよい。
In the example shown in FIG. 16, the
第2流路2010は、第2隘路2011を介して第1流路2008と接続されており、第2流路2010には検出部2012が設けられている。検出部2012は、被検出物質を直接又は間接的に検出することができるよう構成されている。なお、被検出物質を直接検出できる構成である場合には、第2流路2010を有さない構成とすることができる。
The
また、マイクロ分析チップ2302は、外部接続端子2015を有しており、外部接続端子2015を介して外部電源への接続、電気的制御信号の入力、検出信号の出力などを行えるようになっている。これにより、電源やIC(Integrated circuit)などの制御回路を外付けとすることができるので、その分、マイクロ分析チップ2302のコンパクト化を図れる。
Further, the
すなわち、外部接続端子2015外部接続端子を介して作用電極及び参照電極間に電位差を生じさせることで、作用電極上で停止した溶液を移動させるための駆動力を生じさせることができる。また、反応部2017及び検出部2012での検出結果(分析結果)を、外部接続端子2015を介して出力できる。
That is, by generating a potential difference between the working electrode and the reference electrode via the
これにより、第1注入孔2001及び第2注入孔2002を介して溶液を流路の内部に導入し、流路の内部に導入された溶液の特性を、反応部2017及び検出部2012で反応・検出(分析)し、流路の内部に導入された溶液を排出孔2014から排出する一連の工程を実行することができる。
As a result, the solution is introduced into the flow path through the
また、反応部2017に抗体等を固定化し、抗原抗体反応、酵素標識付き抗体と抗原−抗体複合体との反応、酵素基質反応を行わせ、酵素基質反応により生じた電極活性物質の量を検出部2012で検出することが可能となり、マイクロ分析チップ2302による分析が容易となる。
In addition, an antibody or the like is immobilized on the
ここで、「分析」とは、物質の鑑識、検出、又は、化学的組成を定性的若しくは定量的に識別することであり、本明細書では、化学反応によって生じる物質の鑑識、検出、又は化学的組成の識別を含むものとする。よって、「分析部」は、本実施形態のように、反応部2017と検出部2012との組合せで構成されていても良いし、検出のみを行う検出部2012のみで構成されていても良いし、反応部2017及び検出部2012が一体化されていても良い。
Here, “analysis” refers to the identification, detection, or chemical composition of a substance qualitatively or quantitatively. In this specification, the identification, detection, or chemistry of a substance caused by a chemical reaction is used. Including identification of specific composition. Therefore, the “analysis unit” may be configured by a combination of the
次に、マイクロ分析チップ2302の各構成要素について詳細に説明する。
Next, each component of the
(溶液の注入)
第1の溶液用の第1注入孔2001及び第2の溶液用の第2注入孔2002より、それぞれ第1の溶液及び第2の溶液を注入する。これにより、第1液溜め部2003及び第2液溜め部2004にそれぞれの溶液を注入できる。
(Solution injection)
The first solution and the second solution are respectively injected from the
第1注入孔2001及び第2注入孔2002のそれぞれは、外部(大気)に開放された孔であって毛細管力が働かない程度の大きさ(例えば2mmΦ)としてある。毛細管力が働かない大きさである場合には、注入孔が疎水性であっても溶液を円滑に注入することができる。第1注入孔2001及び第2注入孔2002のそれぞれは、毛細管力の働く大きさであってもよいが、この場合には溶液を円滑に注入できるように、注入孔に親水性処理を施す等する必要がある。
Each of the
なお、第1注入孔2001及び第2注入孔2002のそれぞれに溶液を充填したカートリッジを接続する方法で溶液を注入させることもできる。この場合にはカートリッジ内の溶液が流路系に充分に流れ込むよう、第1注入孔2001及び第2注入孔2002のそれぞれに空気抜き用の隙間が確保できるようにするか、又は別途空気抜き孔を設けるのが好ましい。
Note that the solution can also be injected by connecting a cartridge filled with the solution to each of the
図16の例は、2つの第1注入孔2001及び第2注入孔2002を有する構造であるが、注入孔は2つに限られず、3つ以上とすることもできる。例えば、第1の溶液用の第1注入孔2001に被検出物質を含む試料を、第2の溶液用の第2注入孔2002に試薬を、第3の溶液用の第3注入孔(不図示)に標準試料を、第4の溶液用の第4注入孔(不図示)に洗浄液を注入する等とすることができる。
The example of FIG. 16 is a structure having two
洗浄液を注入する第4注入孔を設けた構造であると、分析チップ内を洗浄し繰り返し使用することによって、分析チップのコストパフォーマンスを高めることができる。なお、検出処理前後に第1の溶液用の第1注入孔2001等から洗浄液を注入して流路内を洗浄することにより、試料等の汚染を低減することもできる。これにより検出誤差を少なくすることができる。
When the fourth injection hole for injecting the cleaning liquid is provided, the cost performance of the analysis chip can be improved by cleaning and repeatedly using the inside of the analysis chip. In addition, the contamination of the sample or the like can be reduced by injecting the cleaning liquid from the
(ミキサー部)
ミキサー部2007は第1の溶液と第2の溶液を充分混合できるように構成する。例えば、ミキサー部2007に、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブから流入して来た溶液が自然混合されるように、マイクロピラー構造設けるのもよい。また、T字型ミキサー、Manzミキサー、3次元蛇行流路を用いたミキサーなどを設けることもできる。
(Mixer part)
The
図16の例は2種類の溶液を混合する場合であるが、3種類以上の溶液を混合するように構成してもよい。この場合、第3の溶液の注入と、流入タイミングを制御するために、他の液溜め部、注入路と同様に電極を形成することが好ましい。 The example of FIG. 16 is a case where two types of solutions are mixed, but three or more types of solutions may be mixed. In this case, in order to control the injection of the third solution and the inflow timing, it is preferable to form electrodes similarly to the other liquid reservoirs and injection paths.
(第1流路)
第1流路2008は、反応を行う反応領域として機能する。第1流路2008に設けられる反応部2017は、第1流路2008の全部であってもよいし、その一部であってもよい。反応部2017には、例えば、サンプル溶液に含まれる被検出物質を特異的に認識し反応する分子が配置される。被検出物質が抗原である場合は、抗体を反応部2017に固定化するとよい。被検出物質を検出するためには、酵素免疫反応のサンドイッチ法を用いることができ、この場合、抗原を酵素標識抗体(二次抗体)と反応させ、抗原と酵素標識抗体が結合した複合体とする。この複合体を反応部2017に予め固定化しておき抗体(一次抗体)と反応させる。次に基質を導入し、二次抗体に標識されている酵素と反応させ、反応により生成された電気化学的に活性のある物質を検出部2012の電極上で電気化学的に検出を行う。反応部2017では、検出部2012にて検出できる物質が被検出物質の量に応じて生成される。なお、反応部2017における検出手段が光学的な手段であってもよい。
(First flow path)
The
(外部接続端子)
外部接続端子2015は、外部の駆動電源からマイクロ分析チップ2302への駆動電力を受け取ったり、駆動信号(制御信号)を受け取ったり、外部に検出結果等を出力するためのインターフェイスである。
(External connection terminal)
The
この外部接続端子2015の形成に金薄膜を用いると、外部接続端子2015の形成をEWバルブや検出電極などと同様に行うことができるので生産効率がよい。なお、金に代えて、銅や鉄又はアルミニウムなどの他の導電性材料を用いても良いことは勿論である。
When a gold thin film is used to form the
(構造体)
実施の形態7にかかるマイクロ分析チップは第1基板2101と第2基板2102を重ね合わせた2層構造になっている。2層構造の各々の層構造について図17を用いて説明する。
(Structure)
The micro analysis chip according to the seventh embodiment has a two-layer structure in which a
第1基板2101は、透明性及び加工性が高いものが良く、また溶液の移動の制御を行うために疎水性を有するものがよい。このような基板としては、ポリジメチルシロキサン(PDMS)からなるものがよい。他方、第2基板2102は、電極が形成し易い材料が良く、第1基板2101を疎水性とした場合においては親水性とする必要がある。このような基板として、ガラス、石英、及びシリコン等のいずれかからなる基板が好適である。
The
第1基板2101及び/又は第2基板2102は、上記親水性又は疎水性の特性を有することに加え、蛍光やUV光を用いて検出目的物質を測定するために、励起光による発光が少ない透明又は半透明の材質を用いることが望ましい。このような材質としては、実施の形態1に記載したものや、特許文献3で提案される材質を用いることができる。
The
各基板に対し次のような加工を行う。第1基板2101に対しては、基板上部(図17(a)の紙面に対して手前側)に第1注入孔2001、第2注入孔2002、排出孔2014を上向きに開口する。また、第1液溜め部2003、第2液溜め部2004、注入路2005、注入路2006、ミキサー部2007、第1流路2008、第1隘路2009、第2流路2010、第2隘路2011、第3隘路2013、及び第3流路2016用の凹状溝(流路形成孔)を形成する。
The following processing is performed on each substrate. For the
第2基板2102に対しては、その表面に電極2105及び電極2106、検出用電極(分析部)2112を形成し、また、第2基板2102の端部に外部接続端子2015を形成する。更に各電極を外部接続端子2015に接続する引き出し線を形成する。各電極の形成は、公知の方法を用いればよい。
For the
上記のように加工した第1基板2101及び第2基板2102を、加工面を内側にして張り合わせる。これにより実施の形態6にかかるマイクロ分析チップ2302が完成する。
The
本実施の形態では、第1基板2101と第2基板2102とを重ね合わせた構造について説明したが、実施の形態2と同様に、第3基板、中間層(流路形成層)、第2基板(第4基板)を重ね合わせた構造であっても良い。
In this embodiment, the structure in which the
〔9.実施の形態8〕
次に、図18に基づき、実施の形態8の携帯可能なハンディ型の制御用ハンディ機器(分析装置)2301について説明する。図18は、制御用ハンディ機器2301及び装着前のマイクロ分析チップ2302の外観を示す斜視図である。
[9. Embodiment 8]
Next, a portable handy control handy device (analyzer) 2301 according to the eighth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing the appearance of the control
制御用ハンディ機器2301は、マイクロ分析チップ2302が装填されることにより分析装置として機能する。マイクロ分析チップ2302は、上記実施の形態7で説明したものである。よって、ここでは、マイクロ分析チップ2302の詳細な説明は省略する。
The control
図18に示すように、制御用ハンディ機器2301の下部には、マイクロ分析チップ2302の外部接続端子2015を挿入するチップ接続口2303が設けられており、このチップ接続口2303の奥には、外部接続端子2015と電気的に接続する外部入出力端子(不図示)が設けられている。
As shown in FIG. 18, a
マイクロ分析チップ2302の外部接続端子2015をチップ接続口2303に挿入すると、制御用ハンディ機器2301内の外部入出力端子とマイクロ分析チップ2302の外部接続端子とが電気的に接続される。
When the
制御用ハンディ機器2301には、マイクロ分析チップ2302の測定結果(被検出物質の量など)を表示することができる表示部2304、及び、測定の開始、停止や、測定パラメータを特定するための様々なデータを入力することのできる入力部2305が設けられている。入力部2305としては、例えばタッチパネル構造が採用できる。
The control
更に制御用ハンディ機器2301には、図示しないが、データを処理することのできるCPU(central processing unit:情報処理部)や入力情報及び出力情報を処理するI/O論理回路などの情報処理部が組み込まれている。
Further, although not shown, the control
マイクロ分析チップ2302を制御用ハンディ機器2301に接続し、各種データを入力し、測定開始ボタンを押す。これにより、予めマイクロ分析チップ2302に備えられ、且つ第1開閉バルブ及び第2開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や試料液(被検液;溶液)などの溶液が流路内に順次進入する。これにより各流路内で所定の反応が行われて検出可能物質になり検出部2012に至り、ここで被検出物質の量に応じた電気信号(分析信号)が発せられる。この電気信号は外部接続端子2015から外部に出力される。
The
外部接続端子2015から出力された電気信号は、外部接続端子2015と電気的に接続された制御用ハンディ機器の外部入出力端子が受け取り、この電気信号を制御用ハンディ機器に予め格納されたソフト情報(例えば、電気信号と分析データとの対応関係を示す情報など)に基づいて分析する。これにより、被検出物質の量又は種類などを特定することができる。
The electrical signal output from the
制御用ハンディ機器2301としては、例えば、携帯電話やPDA(personal digital assistance)などの携帯電子機器を活用することができる。ここでは携帯電話を例に挙げて説明する。例えばコンピュータ機能を備えた携帯電話に、上記したチップ接続口2303を設け、この携帯電話にマイクロ分析チップ2302から発信(出力)されたデータを処理する分析ソフト(分析プログラム)を格納する。この携帯電話は通常は携帯電話として機能し、必要に応じて制御用ハンディ機器2301として機能させることができる。
As the control
次に、制御用ハンディ機器2301の操作方法を例示する。携帯電話にマイクロ分析チップ2302を接続し、携帯電話の入力部2305のボタンにより各種データを入力した後、測定開始ボタンとして設定されたボタンを押す。これにより、あらかじめマイクロ分析チップ2302に準備され、かつ第1開閉バルブ及び第2開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や被検液などが流路内へ進行する。この後、マイクロ分析チップ2302が順次動作して検出部2012において検出された被検出物質量に応じた電気信号を携帯電話に出力する。携帯電話のコンピュータがこの信号をソフト的に解析し被検出物質の量や種類などを特定する。これを携帯電話の表示部2304に表示する。また、オペレータの指示を受け、その電送機能を利用して解析情報を離れた場所にまで電送する。
Next, an operation method of the control
このように、携帯機器を利用することにより、コストパフォーマンスに優れ、かつ利便性・使い勝って性に優れた制御用ハンディ機器2301を実現することができる。
In this way, by using the portable device, it is possible to realize the control
なお、マイクロ分析チップ2302と制御用ハンディ機器2301との間の信号伝達方式は、両者間で電気信号がやり取りできる限りどのような方式・形態でもよく、必ずしも上記のようなチップ接続口2303を介する方式である必要はない。
Note that the signal transmission method between the
より詳細には、制御用ハンディ機器2301の各構成要素は、集積回路(ICチップ)上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、CPUを用いてソフトウェア的に実現してもよい。
More specifically, each component of the control
後者の場合、制御用ハンディ機器2301は、各機能を実現する分析プログラムなどの各種制御プログラムの命令を実行するCPU、上記制御プログラムを格納したROM(Read Only Memory)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)、上記各種プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである制御用ハンディ機器2301の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記制御用ハンディ機器2301に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
In the latter case, the control
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク類、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード類、マスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ類、あるいはPLD(Programmable logic device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の論理回路類などを用いることができる。 Examples of the recording medium include tapes such as magnetic tapes and cassette tapes, magnetic disks such as floppy (registered trademark) disks / hard disks, and disks including optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. IC cards (including memory cards) / optical cards, semiconductor memories such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM, PLD (Programmable logic device), FPGA (Field Programmable Gate Array), etc. Logic circuits can be used.
また、制御用ハンディ機器2301を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(Virtual Private Network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、IEEE802.11無線、HDR(High Data Rate)、NFC(Near Field Communication)、DLNA(Digital Living Network Alliance)、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。
Further, the control
(実施例)
次に、実施例により本発明の説明を行うが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
(Example)
Next, the present invention will be described with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited to the examples.
本実施例にかかる流路構造体は、上記実施の形態1と同様の構成であり、2つの基板(第1基板111と第2基板110)が重ね合わされて構成されている。
The flow channel structure according to the present example has the same configuration as that of the first embodiment, and is configured by overlapping two substrates (a
第1基板111への流路114形用の流路形成溝114aの形成には、金型による樹脂成型方法を用いた。金型は、シリコン基板にフォトリソ法でレジストパターンを形成後、ドライエッチングプロセス法によりエッチングを行って作製した。作製された金型型枠を設置し、シリコンゴム(ポリジメチルシロキサン、東レダウコーニング社製 ジルポット184)を厚みが2mmになるまで流し込み、100℃、15分の加熱を行い、硬化させた。硬化後、金型と硬化したシリコンゴムを分離させ、シリコンゴムを縦20mm、横10mm、厚み2mmに整形し、上部基板を作製した。流路幅を600μm、流路高さを50μmとした。
A resin molding method using a mold was used for forming the flow
第2基板110は、厚み600μmの石英基板をダイシングソーで縦25mm、横15mmに切断して作製した。参照電極131の寸法を800μm×300μm、作用電極132の寸法を1000μm×1000μm、外部接続端子用電極136の寸法を1000mm×1000mm、引き出し電極133のライン幅を200μmに設計した。参照電極131、作用電極132の作製には、フォトリソ法によりレジストをパターニング後、スパッタ法によってチタン層(又はクロム層)50nm、金層100nmを形成し、リフトオフ法によってレジスト及びレジスト上に形成されたチタン層及び金層を除去し、所望の形にパターニングされた電極を形成した。
The
電極作製後、フォトリソ法によって、EWバルブ用作用電極の内側に抜きパターンを形成後、プラズマ中でC4F8(八フッ化シクロブタン)ガスを導入し、フッ化炭素膜を50nm堆積させた。フッ化炭素膜の堆積には住友精密工業製のICP装置(MUC−21)を用いた。フッ化炭素膜を堆積後、リフトオフ法によってレジスト及びレジスト上に形成されたフッ化炭素膜を除去し、作用電極132上に疎水性部分135を形成した。疎水性部分135は、形状が縦50μm、横50μmで、50μm間隔で島(ランド部)状に複数個配置させた。フッ化炭素膜の接触角は、110°(室温25℃、純水(比抵抗 18MΩ・cm)における)であった。
After forming the electrode, a pattern was formed inside the working electrode for the EW valve by photolithography, and then C4F8 (cyclobutane octafluoride) gas was introduced in plasma to deposit a 50 nm fluorocarbon film. An ICP device (MUC-21) manufactured by Sumitomo Precision Industries was used for depositing the fluorocarbon film. After depositing the fluorocarbon film, the resist and the fluorocarbon film formed on the resist were removed by a lift-off method, and a
上記第1基板111及び第2基板110を張り合わせ、実施例にかかる流路構造体を作製した。
The
(比較例1)
作用電極に疎水性膜の形成を行わない以外は、上記実施例と同様にして流路構造体を作製した。
(Comparative Example 1)
A channel structure was prepared in the same manner as in the above example except that the hydrophobic film was not formed on the working electrode.
(比較例2)
フッ化炭素膜を作用電極全面に形成したこと以外は、上記実施例と同様にして流路構造体を作製した。
(Comparative Example 2)
A flow channel structure was produced in the same manner as in the above example except that a fluorocarbon film was formed on the entire surface of the working electrode.
実施例、比較例1、比較例2にかかる流路構造体に液を流す試験を行った。実施例では、注入孔に蛍光色素(フルオレセインイソシアネート:FITC)溶液を滴下すると、毛細管現象により流路構造体内に溶液が入った。この後、EWバルブの作用電極に溶液が達した時点で溶液の流れが停止した。作用電極及び参照電極に1.5Vの電圧を印加すると、作用電極上を溶液が通過し、流路内の溶液が無くなるまで溶液を流すことができた。 A test was conducted in which liquid was passed through the flow channel structures according to Examples, Comparative Examples 1 and 2. In the examples, when a fluorescent dye (fluorescein isocyanate: FITC) solution was dropped into the injection hole, the solution entered the channel structure by capillary action. Thereafter, the flow of the solution stopped when the solution reached the working electrode of the EW valve. When a voltage of 1.5 V was applied to the working electrode and the reference electrode, the solution passed over the working electrode, and the solution could flow until there was no solution in the flow path.
他方、比較例1では、作用電極に溶液が達した時点で溶液の流れが停止せず、ゆっくりと作用電極上を移動し通過する場合が発生した。 On the other hand, in Comparative Example 1, when the solution reached the working electrode, the flow of the solution did not stop, and the case where it slowly moved and passed over the working electrode occurred.
比較例2では、作用電極に溶液が達した時点で溶液の流れが停止し、1.5V電圧を印加したときには溶液の流れが再開しなかった。さらに、印加電圧を大きくすることにより、作用電極上を溶液が通過することができるが、印加電圧を大きくすると、溶液の電気分解により気泡が発生し、途中で溶液が停止する場合が発生した。 In Comparative Example 2, the solution flow stopped when the solution reached the working electrode, and the solution flow did not resume when 1.5 V voltage was applied. Furthermore, by increasing the applied voltage, the solution can pass over the working electrode. However, when the applied voltage is increased, bubbles may be generated due to electrolysis of the solution, and the solution may stop in the middle.
以上により、実施例の流路構造体では、溶液の流れを確実に制御できることがわかる。 From the above, it can be seen that the flow of the solution can be reliably controlled in the channel structure of the example.
また、本発明は、以下のように表現することもできる。 The present invention can also be expressed as follows.
すなわち、本発明の流路構造体は、流路内に形成された第1の電極(作用電極)と、前記第1の電極の形成された領域よりも上流側に形成された第2の電極(参照電極)とを有し、前記第1の電極と前記第2の電極に接し、前記第1の電極で停止している液を、前記第1の電極と前記第2の電極に電圧を印加することにより、前進させる送液バルブが配置された流路構造体において、前記第1の電極表面に、液の流れる方向に対して直交方向において、疎水性部分と親水性部分が配置されていても良い。 That is, the flow channel structure according to the present invention includes a first electrode (working electrode) formed in the flow channel and a second electrode formed on the upstream side of the region where the first electrode is formed. (Reference electrode), the liquid in contact with the first electrode and the second electrode, and stopped at the first electrode, the voltage applied to the first electrode and the second electrode. In the flow channel structure in which the liquid feeding valve to be moved forward by application is arranged, a hydrophobic portion and a hydrophilic portion are arranged on the surface of the first electrode in a direction orthogonal to the liquid flowing direction. May be.
また、本発明の流路構造体は、前記疎水性部分と前記親水性部分の割合が異なる領域を備えていても良い。 In addition, the flow channel structure of the present invention may include a region where the ratio of the hydrophobic portion and the hydrophilic portion is different.
また、本発明の流路構造体は、前記流路用の溝が形成された第1基板と、前記第2の電極と前記第1の電極が形成された第2基板と、を有し、前記第1基板と前記第2基板とが重ね合わされてなるものであっても良い。 Further, the flow channel structure of the present invention includes a first substrate on which the channel groove is formed, and a second substrate on which the second electrode and the first electrode are formed, The first substrate and the second substrate may be overlapped.
また、本発明の流路構造体は、前記第1基板の表面が疎水性であり、前記第2基板の表面が親水性であっても良い。 In the channel structure of the present invention, the surface of the first substrate may be hydrophobic and the surface of the second substrate may be hydrophilic.
また、本発明の流路構造体は、前記第1基板はポリジメチルシロキサンからなり、前記第2基板はガラスからなっていても良い。 In the channel structure of the present invention, the first substrate may be made of polydimethylsiloxane, and the second substrate may be made of glass.
また、本発明の流路構造体は、前記各流路用の溝の側壁部が形成された中間層と、前記中間層の溝部を両面から蓋する第2基板及び第3基板と、を有し、前記第3基板と前記中間層と前記第2基板が重ね合わされてなるものであっても良い。 In addition, the flow channel structure of the present invention includes an intermediate layer in which a side wall portion of the groove for each flow channel is formed, and a second substrate and a third substrate that cover the groove portion of the intermediate layer from both sides. In addition, the third substrate, the intermediate layer, and the second substrate may be overlapped.
また、本発明の流路構造体は、前記中間層の表面が疎水性であっても良い。 In the channel structure of the present invention, the surface of the intermediate layer may be hydrophobic.
また、本発明の流路構造体は、前記第1の電極の疎水性部分が複数の島状に配置されていても良い。 In the channel structure of the present invention, the hydrophobic portion of the first electrode may be arranged in a plurality of island shapes.
また、本発明の流路構造体は、前記第1の電極の疎水性部分が液の流れる方向に対して平行な複数のライン状に配置されていても良い。 In the flow channel structure of the present invention, the hydrophobic portion of the first electrode may be arranged in a plurality of lines parallel to the liquid flow direction.
また、本発明の流路構造体は、前記第1の電極の構成材料が親水性であり、前記第1の電極の一部に疎水化処理されていても良い。 In the channel structure of the present invention, the constituent material of the first electrode may be hydrophilic, and a part of the first electrode may be subjected to a hydrophobic treatment.
また、本発明の流路構造体は、前記疎水化処理が、疎水処理剤処理であっても良い。 In the flow channel structure according to the present invention, the hydrophobic treatment may be a hydrophobic treatment agent treatment.
また、本発明の流路構造体は、前記疎水化処理が、疎水性膜の形成であっても良い。 In the flow channel structure of the present invention, the hydrophobic treatment may be formation of a hydrophobic film.
また、本発明の流路構造体は、前記疎水化処理の後、表面粗さの調整が行われても良い。 In the flow channel structure of the present invention, the surface roughness may be adjusted after the hydrophobic treatment.
また、本発明の流路構造体は、前記第1の電極上に、流れの方向の前後の流路の溝幅よりも、溝幅が小さい流路部を有していても良い。 In addition, the flow channel structure of the present invention may have a flow channel portion having a groove width smaller than the groove width of the flow channel before and after the flow direction on the first electrode.
また、本発明の流路構造体は、前記第1の電極上に、流れの方向の前後の流路の溝高さよりも、溝高さが大きい流路部を有していても良い。 Further, the flow channel structure of the present invention may have a flow channel portion having a groove height larger than the groove height of the flow channel before and after the flow direction on the first electrode.
また、本発明の分析チップは、前記流路構造体を備えた分析チップであって、注入孔と、排出孔と、反応部及び/又は検出部と、外部接続端子とを備えていても良い。 Moreover, the analysis chip of the present invention is an analysis chip including the flow channel structure, and may include an injection hole, a discharge hole, a reaction unit and / or a detection unit, and an external connection terminal. .
また、本発明の分析装置は、前記分析チップを備えた分析装置であって、チップ接続口と、外部入出力端子と、表示部と、入力部と、情報処理部とを備えていても良い。 The analyzer according to the present invention is an analyzer including the analysis chip, and may include a chip connection port, an external input / output terminal, a display unit, an input unit, and an information processing unit. .
〔付記事項〕
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
[Additional Notes]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims, and can be obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等における流路構造体、該流路構造体を備えた抗原の分析などに用いるマイクロ分析チップ、該マイクロ分析チップを備えた分析装置などに広く適用することができる。このため、その産業上の利用価値は大きい。 The present invention relates to a flow channel structure in the medical field, biochemical field, measurement field such as allergen, a micro analysis chip used for analysis of an antigen having the flow channel structure, and an analysis apparatus including the micro analysis chip Can be widely applied. For this reason, the industrial utility value is great.
10〜90 流路構造体(分析チップ)
110 第2基板(第4基板)
111 第1基板
112,112a,112b 注入孔(液導入孔)
113 排出孔(液排出孔)
114 流路
114a 流路形成溝
114b 流路形成孔
114c 隘路(流路)
114d 段差部(流路)
115 第3基板
116 中間層(流路形成層)
131,131a,131b 参照電極
132,132a,132b 作用電極
133 引き出し電極
134 親水性部分(親水部,グルーブ部)
135 疎水性部分(疎水部,ランド部)
136 外部接続端子用電極(外部接続端子)
137 対向電極
151a,151b 第2流路(流路)
152a,152b 第3流路(流路)
2001 第1注入孔(液導入孔)
2002 第2注入孔(液導入孔)
2003 第1液溜め部(流路)
2004 第2液溜め部(流路)
2005,2006 注入路(流路)
2007 ミキサー部(流路)
2008 第1流路(流路)
2009 第1隘路(流路)
2010 第2流路(流路)
2011 第2隘路(流路)
2012 検出部(分析部)
2013 第3隘路(流路)
2014 排出孔(液排出孔)
2015 外部接続端子
2016 第3流路(流路)
2017 反応部(分析部)
2101 第1基板
2102 第2基板
2105,2106 電極
2112 検出用電極(分析部)
2301 制御用ハンディ機器(分析装置)
2302 マイクロ分析チップ(分析チップ)
2303 チップ接続口
2304 表示部
2305 入力部
a 比(疎水部全長/流路幅)
b 比
σ 界面張力
θ,θ1〜θ3,θA,θB,θw 接触角
F1〜F3 成分
h,h’ 流路高さ
P 圧力(駆動力)
r 半径
w,w’ 流路幅
10-90 channel structure (analysis chip)
110 Second substrate (fourth substrate)
111
113 discharge hole (liquid discharge hole)
114
114d Step part (flow path)
115
131, 131a,
135 Hydrophobic part (hydrophobic part, land part)
136 External connection terminal electrode (external connection terminal)
137
152a, 152b Third flow path (flow path)
2001 First injection hole (liquid introduction hole)
2002 Second injection hole (liquid introduction hole)
2003 First liquid reservoir (flow path)
2004 Second liquid reservoir (flow path)
2005, 2006 Injection channel (flow channel)
2007 Mixer section (flow path)
2008 First channel (channel)
2009 First Kushiro (flow path)
2010 Second channel (channel)
2011 2nd Kushiro (flow path)
2012 detector (analyzer)
2013 3rd Kushiro (flow path)
2014 discharge hole (liquid discharge hole)
2015
2017 reaction part (analysis part)
2101
2301 Handy device for control (analyzer)
2302 Micro analysis chip (analysis chip)
2303
b Ratio σ Interfacial tension θ, θ1 to θ3, θA, θB, θw Contact angles F1 to F3 Components h, h ′ Channel height P Pressure (driving force)
r Radius w, w 'Channel width
Claims (20)
前記単一の作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い複数の疎水部の面と親水性の高い複数の親水部の面とが形成され、
前記複数の疎水部の面および前記複数の親水部の面のそれぞれが交互に配置される方向が、前記駆動力の方向に沿っていることを特徴とする流路構造体。 A flow in which a single working electrode that generates a driving force for feeding a solution along a flow path and a reference electrode that generates a predetermined potential difference between the working electrode and the driving force are formed. In the road structure,
Wherein on the surface in contact with a solution of a single working electrode, the surface and the high hydrophilicity plurality of hydrophilic portion of the surface of the plurality of high hydrophobic part hydrophobic is formed,
Flow channel structure in which the direction in which the respective surfaces and the surface of said plurality of hydrophilic portion of the plurality of hydrophobic portions are alternately arranged, characterized in that along the direction of the driving force.
前記作用電極上において、前記流路の流路幅に対する前記疎水部全長の割合が互いに異なる線分の組みが少なくとも1組存在することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の流路構造体。 When a plurality of line segments drawn between both ends of the working electrode are defined along a direction orthogonal to the driving force, and the total length of the surface of the hydrophobic part on each line segment is defined as the total length of the hydrophobic part ,
4. The method according to claim 1, wherein there is at least one set of line segments having different ratios of the total length of the hydrophobic portion to the channel width of the channel on the working electrode. 5. The flow channel structure according to the description.
前記第1基板に形成された前記流路形成溝を封止する第2基板とを備えていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の流路構造体。 A first substrate formed with at least a flow path forming groove for forming the flow path;
The flow path structure according to any one of claims 1 to 8, further comprising a second substrate that seals the flow path forming groove formed in the first substrate.
前記第2基板は、親水性材料で構成されていることを特徴とする請求項9に記載の流路構造体。 The first substrate is made of a hydrophobic material,
The flow path structure according to claim 9, wherein the second substrate is made of a hydrophilic material.
前記第2基板を構成する親水性材料は、ガラスであることを特徴とする請求項10に記載の流路構造体。 The hydrophobic material constituting the first substrate is polydimethylsiloxane,
The flow path structure according to claim 10, wherein the hydrophilic material constituting the second substrate is glass.
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から封止する第3基板と、
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の他方側から封止する第4基板とを備えていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の流路構造体。 A flow path forming layer in which at least flow path forming holes for forming the flow path are formed;
A third substrate that seals the flow path forming hole formed in the flow path forming layer from one side of the flow path forming layer;
9. The apparatus according to claim 1, further comprising: a fourth substrate that seals the flow path forming hole formed in the flow path forming layer from the other side of the flow path forming layer. 2. The flow path structure according to item 1.
前記第1基板上に前記流路形成溝を形成する流路形成溝形成工程と、
親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い前記複数の疎水部の面と親水性の高い前記複数の親水部の面とを形成する疎水化処理工程と、
前記第2基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、
前記第1基板に形成された前記流路形成溝を前記第2基板で封止する流路形成溝封止工程とを含んでいることを特徴とする流路構造体の製造方法。 A single working electrode that generates a driving force for feeding a solution along the flow path, and a reference electrode that generates a predetermined potential difference between the working electrode and the driving force are formed; on the surface in contact with a solution of a single working electrode, the surface and the high hydrophilicity plurality of hydrophilic portion of the surface of the plurality of high hydrophobic part hydrophobic is formed, the surface and the plurality of said plurality of hydrophobic portions A direction in which the surfaces of the hydrophilic portions of the first and second portions are alternately arranged is along the direction of the driving force, and the first substrate on which at least a flow path forming groove for forming the flow path is formed, and the first substrate A flow path structure manufacturing method comprising: a second substrate that seals the flow path forming groove formed on one substrate,
A flow path forming groove forming step of forming the flow path forming groove on the first substrate;
Create the working electrode with a hydrophilic conductive material, a portion of said working electrode on the surface in contact with a solution of a hydrophobic treatment to said working electrode, and the surface of the highly hydrophobic plurality of hydrophobic portions a hydrophobic treatment step of forming a surface of high hydrophilicity of the plurality of hydrophilic portion,
A working electrode installation step of installing the working electrode on the second substrate;
A flow path forming groove sealing step for sealing the flow path forming groove formed on the first substrate with the second substrate.
前記流路形成層に前記流路形成孔を形成する流路形成孔形成工程と、
親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い前記複数の疎水部の面と前記複数の親水性の高い親水部の面とを形成する疎水化処理工程と、
前記第4基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から前記第3基板で封止すると共に、前記流路形成層の他方側から前記第4基板で封止する流路形成孔封止工程とを含んでいることを特徴とする流路構造体の製造方法。 A single working electrode that generates a driving force for feeding a solution along the flow path, and a reference electrode that generates a predetermined potential difference between the working electrode and the driving force are formed; on the surface in contact with a solution of a single working electrode, the surface and the high hydrophilicity plurality of hydrophilic portion of the surface of the plurality of high hydrophobic part hydrophobic is formed, the surface and the plurality of said plurality of hydrophobic portions The direction in which the surfaces of the hydrophilic parts of each are alternately arranged is along the direction of the driving force, and the flow path forming layer in which at least flow path forming holes for configuring the flow path are formed, A third substrate that seals the flow path formation hole formed in the flow path formation layer from one side of the flow path formation layer, and the flow path formation hole formed in the flow path formation layer include the flow path A flow path structure including a fourth substrate that is sealed from the other side of the path forming layer,
A flow path forming hole forming step of forming the flow path forming hole in the flow path forming layer;
Create the working electrode with a hydrophilic conductive material, a portion of said working electrode on the surface in contact with a solution of a hydrophobic treatment to said working electrode, and the surface of the highly hydrophobic plurality of hydrophobic portions a hydrophobic treatment step of forming a surface of high hydrophilicity portion of the plurality of hydrophilic,
A working electrode installation step of installing the working electrode on the fourth substrate;
The flow path forming hole formed in the flow path forming layer is sealed with the third substrate from one side of the flow path forming layer and sealed with the fourth substrate from the other side of the flow path forming layer. A flow path structure manufacturing method comprising: a flow path forming hole sealing step for stopping.
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