JP2004278785A - Micro fluid control device, pressing mechanism, and flow regulating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体が流れる流路の開閉や流体の流量調節を行うことができるマイクロ流体素子、流量調節の駆動機構である押圧機構、及びこのマイクロ流体素子の流量調節方法に関する。 The present invention relates to a microfluidic device capable of opening and closing a flow path through which a fluid flows and adjusting the flow rate of a fluid, a pressing mechanism that is a drive mechanism for flow rate adjustment, and a flow rate adjusting method for the microfluidic device.
マイクロ流体素子は、微小な流路が形成された微小ケミカルデバイスとして、反応槽、電気泳動カラム、膜分離機構などに接続されて使用される。
このマイクロ流体素子は、内部に毛細管状の流路を有し、化学、生化学などの微小反応デバイス(マイクロ・リアクター)、集積型DNA分析デバイス、微小電気泳動デバイス、微小クロマトグラフィーデバイスなどの微小分析デバイス、質量スペクトルや液体クロマトグラフィーなどの分析試料調製用微小デバイス、抽出、膜分離、透析などの物理化学的処理デバイス、マイクロアレイ製造用スポッタなどとして使用できる。
なお、マイクロ流体素子は、マイクロ流体デバイス、マイクロフルイディックデバイス、マイクロファブリケイテッドデバイス、ラブオンチップ、マイクロトータルアナリティカルシステム(μ−TAS)とも呼ばれるものであり、内部に微小な毛細管状の流路が形成された素子をいう。
The microfluidic device is used as a microchemical device in which a microchannel is formed, connected to a reaction tank, an electrophoresis column, a membrane separation mechanism, and the like.
This microfluidic device has a capillary channel inside, and is used for microreaction devices (microreactors) such as chemistry and biochemistry, integrated DNA analysis devices, microelectrophoresis devices, and microchromatography devices. It can be used as an analytical device, a microdevice for preparing an analytical sample such as mass spectrum or liquid chromatography, a physicochemical processing device such as extraction, membrane separation, and dialysis, and a spotter for microarray production.
Note that the microfluidic device is also called a microfluidic device, a microfluidic device, a microfabricated device, a lab-on-a-chip, or a micro total analytical system (μ-TAS). Means an element on which is formed.
本出願人によって出願された特許文献1ないし特許文献3には、溝を有する部材の上に柔軟なフィルム状部材を設けて溝を毛細管状の流路とし、このフィルム状部材(ダイヤフラム)を、重錘、ピンチ、アクチュエーター、ネジなどのダイヤフラム圧迫機構で圧迫して変位させることができるマイクロ流体デバイスが開示されている。これらのマイクロ流体素子では、フィルム状部材(ダイヤフラム)の位置調整によって、流路内の流体の流量を調節することができる。
上記マイクロ流体素子では、ダイヤフラム圧迫機構として、マイクロ流体デバイスと一体化されていないバネ式クランプ等の各種アクチュエータや、マイクロ流体デバイスと一体化されたネジ式圧迫機構が採用されている。
さらに、特許文献1ないし特許文献3には、柔軟なフィルム状部材に、ダイヤフラム押圧部となる凸状構造を設けた圧迫補助部材を、フィルム状部材の周辺部でマイクロ流体素子本体に固定した圧迫機構が開示されている。この圧迫機構によれば、押圧位置がダイヤフラム相当位置からずれた場合でも、精度よくダイヤフラムを圧迫することができる。
また本出願人によって出願された特許文献4には、流量調節用の流体によりダイヤフラムを変位させる機構が開示されている。
In the microfluidic device, various actuators such as a spring-type clamp that are not integrated with the microfluidic device and a screw-type compression mechanism that is integrated with the microfluidic device are employed as the diaphragm compression mechanism.
Further,
しかしながら、上記マイクロ流体素子においては、ダイヤフラムが変位した状態を維持するには、上記圧迫機構に、ダイヤフラム変位状態を維持するための機構が必要となり、装置構成が複雑化するという問題があった。
また、ネジ式の圧迫機構を用いる場合には、ダイヤフラム変位状態を維持する機構は不要となるが、ダイヤフラムを圧迫する際に、ダイヤフラムに対してネジ回転方向の力が働くため、ダイヤフラム等を損傷しやすく、特に、小型のマイクロ流体素子にこの機構を採用することは困難であった。
However, in the microfluidic device, in order to maintain a state in which the diaphragm is displaced, a mechanism for maintaining the diaphragm in a displaced state is required for the compression mechanism, and there has been a problem that the device configuration is complicated.
In addition, when a screw-type compression mechanism is used, a mechanism for maintaining the diaphragm displacement state is not required.However, when compressing the diaphragm, a force in the screw rotation direction acts on the diaphragm, thereby damaging the diaphragm and the like. In particular, it has been difficult to employ this mechanism in a small microfluidic device.
本発明が解決しようとする課題は、ダイヤフラム変位状態を維持することができ、かつ構造を簡略化することができ、しかも流量調節時における損傷を防ぐことができるマイクロ流体素子および流量調節方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a microfluidic device and a flow rate adjusting method capable of maintaining a diaphragm displacement state, simplifying the structure, and preventing damage during flow rate adjustment. It is to be.
本発明者らは、押圧機構が、マイクロ流体素子本体から離れる方向に膨出する膨出部を有する板状の可動押圧部材を備え、この可動押圧部材が、前記膨出部が、前記マイクロ流体素子本体に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラムを押圧することができ、かつ前記ダイヤフラムを押圧した位置で停止するようにされたマイクロ流体素子によって、上記課題を解決することができることを見出した。 The present inventors have proposed that the pressing mechanism includes a plate-shaped movable pressing member having a swelling portion swelling in a direction away from the microfluidic device main body. The above problem can be solved by the microfluidic device which can press the diaphragm by deforming so as to bulge toward the element main body and stop at the position where the diaphragm is pressed. Was found.
すなわち、本発明は、毛細管状の流路(5)と該流路(5)に対して変位可能なダイヤフラム(7)とを有するマイクロ流体素子本体(11)と、前記ダイヤフラム(7)を押圧して変位させる押圧機構(12)を備え、該押圧機構(12)が、前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向に膨出する膨出部(16)を有する板状の可動押圧部材(14)を備え、該可動押圧部材(14)は、前記膨出部(16)が、前記マイクロ流体素子本体(11)に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラム(7)を押圧することができ、かつ前記ダイヤフラム(7)を押圧した位置で停止するように構成されているマイクロ流体素子を提供する。 That is, the present invention provides a microfluidic device main body (11) having a capillary channel (5) and a diaphragm (7) displaceable with respect to the channel (5), and presses the diaphragm (7). A pressing mechanism (12) that displaces the microfluidic device body, and the pressing mechanism (12) has a swelling portion (16) that swells in a direction away from the microfluidic device body (11). The movable pressing member (14) presses the diaphragm (7) by deforming the bulging portion (16) so as to bulge toward the microfluidic device body (11). A microfluidic device that is configured to stop at a position where the diaphragm (7) is pressed.
本発明は、毛細管状の流路(5)と該流路(5)に対して変位可能なダイヤフラム(7)とを有するマイクロ流体素子本体(11)の、前記ダイヤフラム(7)を押圧して変位させる押圧機構(62)であって、前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向に膨出する膨出部(16)を有する板状の可動押圧部材(64)を備え、 該可動押圧部材(64)は、前記膨出部(16)が、前記マイクロ流体素子本体(11)に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラム(7)を押圧することができ、かつ前記ダイヤフラム(7)を押圧した位置で停止するように構成されている押圧機構を提供する。 The present invention provides a microfluidic device body (11) having a capillary channel (5) and a diaphragm (7) displaceable with respect to the channel (5) by pressing the diaphragm (7). A pressing mechanism (62) for displacing, comprising a plate-shaped movable pressing member (64) having a bulging portion (16) bulging away from the microfluidic device main body (11); (64) The bulging portion (16) can press the diaphragm (7) by deforming so as to bulge toward the microfluidic device body (11), and the diaphragm (7) 7) To provide a pressing mechanism configured to stop at a position where the pressing is performed.
本発明は、毛細管状の流路(5)と該流路(5)に対して変位可能なダイヤフラム(7)とを有するマイクロ流体素子本体(11)と、前記ダイヤフラム(7)を押圧して変位させる押圧機構(12)を備え、該押圧機構(12)が、前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向に膨出する膨出部(16)を有する板状の可動押圧部材(14)を備え、該可動押圧部材(14)は、前記膨出部(16)が、前記マイクロ流体素子本体(11)に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラム(7)を押圧することができ、かつ前記ダイヤフラム(7)を押圧した位置で停止するように構成されているマイクロ流体素子の流路(5)内の流体流量を調節する方法であって、膨出部(16)を前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向と、前記マイクロ流体素子本体(11)に向かう方向のいずれかに膨出させることによって流量調節を行う流量調節方法を提供する。 The present invention provides a microfluidic device body (11) having a capillary channel (5) and a diaphragm (7) displaceable with respect to the channel (5), and pressing the diaphragm (7). A plate-like movable pressing member (14) having a pressing mechanism (12) for displacing, the pressing mechanism (12) having a bulging portion (16) bulging away from the microfluidic device body (11); The movable pressing member (14) presses the diaphragm (7) by deforming the bulging portion (16) so as to bulge toward the microfluidic device main body (11). And a method of adjusting a fluid flow rate in a flow path (5) of a microfluidic device configured to stop at a position where the diaphragm (7) is pressed, wherein a bulging portion (16) is formed. The microfluidic device body (11) And away from, it provides a flow control method of the flow rate adjusted by swelling in either direction toward the micro fluidic element body (11).
本発明では、膨出部が、素子本体に向けて膨出するように変形することによりダイヤフラムを押圧可能であり、かつダイヤフラム押圧位置で停止するように構成されているので、簡単な構造の押圧機構によって、ダイヤフラムが変位した状態を維持することができる。
押圧機構の構造を簡略とすることができるため、マイクロ流体素子の小型化および低コスト化が可能となる。
また、膨出部の変形によりダイヤフラムを押圧することができるため、ネジ式の圧迫機構を用いる従来品と異なり、ダイヤフラムに無理な力が加えられることがなく、ダイヤフラムが損傷をうけるのを防ぐことができる。
従って、マイクロ流体素子の耐久性を向上させることができる。
また、可動押圧部材を指などにより下方に押圧することによってダイヤフラムを押圧することができるので、重錘、ピンチ、アクチュエーターなどを用いたダイヤフラム圧迫機構を採用した従来品に比べ、容易な操作で流量調節が可能である。従って、操作性の点で有利である。
また、押圧機構がマイクロ流体素子本体に対し着脱自在である構成を採用することによって、押圧機構を、使用済みのマイクロ流体素子から取り外して再利用することができる。従って、マイクロ流体素子の製造コストを抑えることができる。
In the present invention, the swelling portion is configured to be able to press the diaphragm by deforming so as to swell toward the element body, and is configured to stop at the diaphragm pressing position. By the mechanism, the state where the diaphragm is displaced can be maintained.
Since the structure of the pressing mechanism can be simplified, the size and cost of the microfluidic device can be reduced.
In addition, since the diaphragm can be pressed by the deformation of the bulging part, unlike the conventional product using a screw-type compression mechanism, no excessive force is applied to the diaphragm, preventing the diaphragm from being damaged. Can be.
Therefore, the durability of the microfluidic device can be improved.
Also, since the diaphragm can be pressed by pressing the movable pressing member downward with a finger or the like, the flow rate can be controlled with a simpler operation than the conventional product that employs a diaphragm compression mechanism using a weight, pinch, actuator, etc. Adjustment is possible. Therefore, it is advantageous in terms of operability.
In addition, by employing a configuration in which the pressing mechanism is detachable from the microfluidic device main body, the pressing mechanism can be removed from the used microfluidic device and reused. Therefore, the manufacturing cost of the microfluidic device can be reduced.
本発明のマイクロ流体素子は、毛細管状の流路と該流路に対して変位可能なダイヤフラムとを有するマイクロ流体素子本体(以下、単に「素子本体」ということがある。)と、前記ダイヤフラムを押圧して変位させる押圧機構を備え、該押圧機構が、前記素子本体から離れる方向に膨出する膨出部を有する板状の可動押圧部材を備え、該可動押圧部材が、前記膨出部が前記素子本体に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラムを押圧することができ、かつ前記ダイヤフラムを押圧した位置で停止するように構成されていることを特徴とする。
可動押圧部材は、スチール、銅、アルミニウムなどの金属などからなる板状物とすることができる。
膨出部の形状は、素子本体に向けて膨出するように変形することによりダイヤフラムを押圧することができ、該押圧位置で安定に停止することができる形状であれば特に限定されない。
具体的には、断面略円弧状、断面略楕円弧状、略円錐台状、略半球状、略円錐状などとすることができる。例えば、球面の一部をなす形状とすることができる。
膨出部は、素子本体に対し接近および離間する方向に変位することができるように構成することができる。
The microfluidic device of the present invention includes a microfluidic device main body (hereinafter, may be simply referred to as an “element main body”) having a capillary flow path and a diaphragm displaceable with respect to the flow path, and the diaphragm. A pressing mechanism for pressing and displacing the pressing mechanism, the pressing mechanism including a plate-shaped movable pressing member having a bulging portion bulging in a direction away from the element main body, wherein the movable pressing member has a bulging portion. It is characterized in that the diaphragm can be pressed by deforming so as to bulge toward the element main body, and the diaphragm is stopped at a position where the diaphragm is pressed.
The movable pressing member may be a plate-like material made of metal such as steel, copper, and aluminum.
The shape of the swelling portion is not particularly limited as long as the swelling portion is deformed so as to swell toward the element main body, so that the diaphragm can be pressed and can be stably stopped at the pressed position.
Specifically, the shape may be a substantially arc-shaped cross section, a substantially elliptical arc cross section, a substantially truncated cone shape, a substantially hemispherical shape, a substantially conical shape, or the like. For example, the shape can be a part of a spherical surface.
The bulging portion can be configured to be displaceable in a direction approaching and separating from the element body.
本発明のマイクロ流体素子は、膨出部が、素子本体から離れる方向に膨出した第一の安定状態(初期状態)から、素子本体に向けて膨出する第二の安定状態(押圧状態)に変形すると共にダイヤフラムを押圧することによって、ダイヤフラムを変位させることができ、かつダイヤフラム押圧位置でエネルギー的に安定に停止するように構成されている。
このため、簡単な構造の押圧機構によって、ダイヤフラムが変位した状態を維持することができる。
本発明のマイクロ流体素子は押圧機構の構造を簡略とすることができるため、マイクロ流体素子の小型化および低コスト化が可能である。
また、本発明のマイクロ流体素子は膨出部の変形によりダイヤフラムを押圧することができるため、ネジ式の圧迫機構を用いる従来品と異なり、ダイヤフラムに無理な力が加えられることがなく、ダイヤフラムが損傷をうけるのを防ぐことができる。従って、マイクロ流体素子の耐久性を向上させることができる。
また、可動押圧部材を指などにより下方に押圧することによってダイヤフラムを押圧することができるので、重錘、ピンチ、アクチュエーターなどを用いたダイヤフラム圧迫機構を採用した従来品に比べ、容易な操作で流量調節が可能である。従って、操作性の点で有利である。
なお、本発明において、ダイヤフラムの変位とは、流路断面積を変化させて流路内の流体流量を変化させるためのダイヤフラムの移動をいう。また、ダイヤフラムは、押圧を停止すると完全に未変位状態に復元できることが望ましいが、これに限定されず、復元が不完全となってもよい。
上記ダイヤフラムを押圧する位置とは、ダイヤフラムによって流路が完全に閉塞する位置でもよいし、流路が閉塞していない位置でもよい。
In the microfluidic device of the present invention, the swelling portion expands toward the element main body from the first stable state (initial state) swelling away from the element main body (pressed state). The diaphragm can be displaced by deforming the diaphragm and pressing the diaphragm, and can be stopped energetically stably at the diaphragm pressing position.
Therefore, the state in which the diaphragm is displaced can be maintained by the pressing mechanism having a simple structure.
Since the structure of the pressing mechanism of the microfluidic device of the present invention can be simplified, the size and cost of the microfluidic device can be reduced.
Also, since the microfluidic device of the present invention can press the diaphragm by deformation of the bulging portion, unlike a conventional product using a screw-type compression mechanism, no excessive force is applied to the diaphragm, and the diaphragm is Damage can be prevented. Therefore, the durability of the microfluidic device can be improved.
Also, since the diaphragm can be pressed by pressing the movable pressing member downward with a finger or the like, the flow rate can be controlled with a simpler operation than the conventional product that employs a diaphragm compression mechanism using a weight, pinch, actuator, etc. Adjustment is possible. Therefore, it is advantageous in terms of operability.
In the present invention, the displacement of the diaphragm refers to the movement of the diaphragm for changing the cross-sectional area of the flow path to change the fluid flow rate in the flow path. Further, it is desirable that the diaphragm can be completely restored to the non-displaced state when the pressing is stopped. However, the present invention is not limited to this, and the restoration may be incomplete.
The position where the diaphragm is pressed may be a position where the flow path is completely closed by the diaphragm or a position where the flow path is not closed.
本発明では、前記可動押圧部材と前記ダイヤフラムとの間に仲介部材が設けられ、前記可動押圧部材が、この仲介部材を介して前記ダイヤフラムを押圧することができる構成を採用することができる。
この構成によって、ダイヤフラムに対する可動押圧部材の相対位置が変動した場合でも、ダイヤフラムが押圧される位置が常に一定となる。従って、流路内の流体の流量を、精度よく調節することが可能である。
仲介部材は、球状、半球状、筒状、柱状、円錐台状、角錐台状の凸状体であることが好ましい。その材質としては、鋼などの金属、ガラス、合成樹脂などを採用できる。
仲介部材は、前記ダイヤフラムに固定されている構成とすることができる。
仲介部材は、ダイヤフラムに固定された構成に限定されず、例えば、マイクロ流体素子本体に対し位置決めされたガイド内に、可動押圧部材にもダイヤフラムにも固定されない状態で設けることもできる。また、フィルム状部材などに固定されて、ダイヤフラムの変位方向には可動であるが、ダイヤフラムに平行な方向には不動である構成とすることもできる。
In the present invention, it is possible to adopt a configuration in which an intermediate member is provided between the movable pressing member and the diaphragm, and the movable pressing member can press the diaphragm via the intermediate member.
With this configuration, even when the relative position of the movable pressing member to the diaphragm changes, the position where the diaphragm is pressed is always constant. Therefore, it is possible to precisely adjust the flow rate of the fluid in the flow path.
The intermediary member is preferably a spherical, hemispherical, cylindrical, columnar, truncated cone, or truncated pyramid-shaped convex body. As the material, metal such as steel, glass, synthetic resin and the like can be adopted.
The intermediate member may be configured to be fixed to the diaphragm.
The intermediate member is not limited to the configuration fixed to the diaphragm. For example, the intermediate member may be provided in a guide positioned with respect to the microfluidic device main body without being fixed to the movable pressing member or the diaphragm. Further, it may be configured to be fixed to a film-like member or the like and movable in the direction of displacement of the diaphragm, but immovable in the direction parallel to the diaphragm.
前記可動押圧部材は、押圧により変形可能な緩衝部材を介して前記ダイヤフラムを押圧することができるように構成することができる。該緩衝部材は、押圧により変形する特性を有する部材であれば特に限定されない。例えば、コイルバネなどのバネ;ゴム、エラストマーなどの弾性体;発泡ポリエチレンや発泡ポリウレタンなどの多孔質体;綿などの繊維;スライドカムと弾性体の組み合わせ構造などを挙げることができる。該緩衝部材を用いることによって、押圧機構の寸法に誤差が生じた場合でも、精度の高い流量調節が可能となる。 The movable pressing member can be configured to be able to press the diaphragm via a buffer member that can be deformed by pressing. The buffer member is not particularly limited as long as it has a characteristic of being deformed by pressing. For example, a spring such as a coil spring; an elastic body such as rubber or elastomer; a porous body such as foamed polyethylene or polyurethane; a fiber such as cotton; a combined structure of a slide cam and an elastic body; By using the buffer member, even when an error occurs in the dimension of the pressing mechanism, the flow rate can be adjusted with high accuracy.
本発明では、前記膨出部に、取手部が形成され、この取手部が、前記マイクロ流体素子本体から離れる方向(離間方向)の力を加えることにより前記膨出部をこの方向に変位させる離間方向変位手段が接続可能である構成を採用することができる。
この構成によれば、離間方向変位手段によって取手部に離間方向の力を加えることによって、膨出部を強制的に第一の安定状態(初期状態)に復元させることができる。
従って、流路の開閉操作を確実に行うことができ、精度の高い流量調節が可能となる。
In the present invention, a handle portion is formed on the bulging portion, and the handle portion applies a force in a direction (separation direction) away from the microfluidic device body to displace the bulging portion in this direction. A configuration in which the direction displacement means can be connected can be adopted.
According to this configuration, the bulging portion can be forcibly restored to the first stable state (initial state) by applying a force in the separating direction to the handle by the separating direction displacement means.
Therefore, the opening and closing operation of the flow path can be reliably performed, and the flow rate can be adjusted with high accuracy.
本発明において、前記押圧機構は、前記マイクロ流体素子本体と一体化してもよいし、マイクロ流体素子本体に対し着脱自在に構成してもよい。
押圧機構をマイクロ流体素子本体に対し着脱自在とする場合、押圧機構はマイクロ流体素子本体から独立した部材とされ、押圧機構をマイクロ流体素子本体の所定位置に装着することによってマイクロ流体素子を得ることができる。
押圧機構は、前記可動押圧部材を備えており、マイクロ流体素子本体の所定位置に装着したときに、前記可動押圧部材によって前記ダイヤフラムを押圧することができるものであればその形状は任意である。
押圧機構は、前記マイクロ流体素子本体の、ダイヤフラムが形成された面に密着できる面を有するものが好ましい。押圧機構としては、例えばこの密着面が平面であるものを挙げることができ、この密着面を構成する板状部を有することが好ましい。
押圧機構が板状部を有する場合には、可動押圧部材は、板状部に設けられた欠損部(孔部や切欠)を通して前記ダイヤフラムを押圧することができる。前記板状部の素材は特に限定されないが、剛性の高い素材が好ましい。
前記押圧機構をマイクロ流体素子本体に装着するには、例えば次に示す機構を使用することができる。マイクロ流体素子を利用する装置、例えば分析装置や合成装置に設けられた蓋部に押圧機構を固定しておき、この蓋部を開閉のため回動させたときにダイヤフラムが可動押圧部材により押圧される位置にマイクロ流体素子本体を固定する位置決めピンなどを設けることができる。
前記押圧機構を、マイクロ流体素子本体に対し着脱自在とすることによって、比較的高価な押圧機構を、使用済みのマイクロ流体素子から取り外して再利用することができる。従って、マイクロ流体素子の製造コストを抑えることができる。
In the present invention, the pressing mechanism may be integrated with the microfluidic device main body, or may be configured to be detachable from the microfluidic device main body.
When the pressing mechanism is detachable from the microfluidic device main body, the pressing mechanism is a member independent of the microfluidic device main body, and the microfluidic device is obtained by mounting the pressing mechanism at a predetermined position of the microfluidic device main body. Can be.
The pressing mechanism includes the movable pressing member, and may have any shape as long as the diaphragm can be pressed by the movable pressing member when mounted on a predetermined position of the microfluidic device main body.
It is preferable that the pressing mechanism has a surface that can be in close contact with the surface of the microfluidic device body on which the diaphragm is formed. As the pressing mechanism, for example, a mechanism having a flat contact surface can be given, and it is preferable to have a plate-shaped portion constituting the contact surface.
When the pressing mechanism has a plate-shaped portion, the movable pressing member can press the diaphragm through a defective portion (a hole or a notch) provided in the plate-shaped portion. The material of the plate portion is not particularly limited, but a material having high rigidity is preferable.
In order to mount the pressing mechanism on the microfluidic device main body, for example, the following mechanism can be used. A pressing mechanism is fixed to a lid provided in a device using a microfluidic element, for example, an analyzer or a synthesizer, and when the lid is rotated for opening and closing, the diaphragm is pressed by a movable pressing member. A positioning pin or the like for fixing the microfluidic device main body can be provided at a position.
By making the pressing mechanism detachable from the microfluidic device main body, a relatively expensive pressing mechanism can be removed from a used microfluidic device and reused. Therefore, the manufacturing cost of the microfluidic device can be reduced.
本発明の押圧機構は、毛細管状の流路と該流路に対して変位可能なダイヤフラムとを有するマイクロ流体素子本体の、前記ダイヤフラムを押圧して変位させる押圧機構であって、前記マイクロ流体素子本体から離れる方向に膨出する膨出部を有する板状の可動押圧部材を備え、該可動押圧部材が、前記膨出部が、前記マイクロ流体素子本体に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラムを押圧することができ、かつ前記ダイヤフラムを押圧した位置で停止するように構成されていることを特徴とする。 The pressing mechanism of the present invention is a pressing mechanism that presses and displaces the diaphragm of a microfluidic device main body having a capillary channel and a diaphragm that can be displaced with respect to the channel, wherein the microfluidic device is A plate-shaped movable pressing member having a bulging portion bulging in a direction away from the main body, wherein the movable pressing member deforms so that the bulging portion bulges toward the microfluidic device main body. Thus, the diaphragm can be pressed, and the diaphragm is stopped at a position where the diaphragm is pressed.
本発明の流量調節方法は、上記マイクロ流体素子の流路内の流体流量を調節する方法であって、膨出部の変形量を調整することによって流量調節を行う。なお、本発明において、流量調節とは流量をゼロとすることも含む。
本発明では、膨出部を前記マイクロ流体素子本体から離れる方向と、前記マイクロ流体素子本体に向かう方向のいずれかに膨出させることによって、流量調節を行うことができる。
膨出部を上記の各方向に膨出させたときの流量は、可動押圧部材の取り付け位置、可動押圧部材の厚み、膨出部の変形量などによって設定することができる。
本発明では、容易な操作で流量調節を行うことができる。
膨出部が、素子本体に向けて膨出するように変形することによりダイヤフラムを押圧可能であり、かつダイヤフラム押圧位置でエネルギー的に安定に停止するように構成されているので、簡単な構造の押圧機構によって、ダイヤフラムが変位した状態を維持することができる。このように押圧機構の構造を簡略とすることができるため、マイクロ流体素子の小型化および低コスト化が可能となる。
また、膨出部の変形によりダイヤフラムを押圧することができるため、ネジ式の圧迫機構を用いる従来品と異なり、ダイヤフラムに無理な力が加えられることがなく、ダイヤフラムが損傷をうけるのを防ぐことができる。従って、マイクロ流体素子の耐久性を向上させることができる。
また、可動押圧部材を指などにより下方に押圧することによってダイヤフラムを押圧することができるので、重錘、ピンチ、アクチュエーターなどを用いたダイヤフラム圧迫機構を採用した従来品に比べ、容易な操作で流量調節が可能である。従って、操作性の点で有利である。
The flow rate adjusting method of the present invention is a method of adjusting the flow rate of the fluid in the flow path of the microfluidic device, wherein the flow rate is adjusted by adjusting the amount of deformation of the bulging portion. In the present invention, the adjustment of the flow rate also includes making the flow rate zero.
In the present invention, the flow rate can be adjusted by expanding the bulging portion in either a direction away from the microfluidic device main body or a direction toward the microfluidic device main body.
The flow rate when the bulging portion is bulged in each of the above directions can be set according to the mounting position of the movable pressing member, the thickness of the movable pressing member, the amount of deformation of the bulging portion, and the like.
In the present invention, the flow rate can be adjusted by an easy operation.
The swelling portion is capable of pressing the diaphragm by deforming so as to swell toward the element body, and is configured to stably stop at the diaphragm pressing position in terms of energy. The state in which the diaphragm is displaced can be maintained by the pressing mechanism. Since the structure of the pressing mechanism can be simplified as described above, the size and cost of the microfluidic device can be reduced.
In addition, since the diaphragm can be pressed by the deformation of the bulging part, unlike the conventional product using a screw-type compression mechanism, no excessive force is applied to the diaphragm, preventing the diaphragm from being damaged. Can be. Therefore, the durability of the microfluidic device can be improved.
Also, since the diaphragm can be pressed by pressing the movable pressing member downward with a finger or the like, the flow rate can be controlled with a simpler operation than the conventional product that employs a diaphragm compression mechanism using a weight, pinch, actuator, etc. Adjustment is possible. Therefore, it is advantageous in terms of operability.
<実施例1>
図1ないし図3は、本発明のマイクロ流体素子の第1の実施例を示すものである。図1は、実施例1のマイクロ流体素子を示すもので、(a)は平面図、(b)は側面図である。図2は、このマイクロ流体素子の要部を示す分解斜視図である。図3は、このマイクロ流体素子の要部を示す断面図であり、(a)はダイヤフラムを変位させていない状態を示す断面図であり、(b)はダイヤフラムを変位させた状態を示す断面図である。
ここに示すマイクロ流体素子は、毛細管状の流路5と流路5に対して変位可能なダイヤフラム7とを有するマイクロ流体素子本体11(以下、単に「素子本体11」という。)と、ダイヤフラム7を押圧して変位させる押圧機構12を備えている。
<Example 1>
FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the microfluidic device of the present invention. FIGS. 1A and 1B show a microfluidic device of Example 1, wherein FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a side view. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a main part of the microfluidic device. 3A and 3B are cross-sectional views showing a main part of the microfluidic device, wherein FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is not displaced, and FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is displaced. It is.
The microfluidic device shown here has a microfluidic device main body 11 (hereinafter, simply referred to as “element
素子本体11は、基材1上に、第一樹脂層2、第二樹脂層3、および第三樹脂層4が順次積層されて構成されている。樹脂層2、3、4は、エネルギー線硬化性組成物で構成することができる。第三樹脂層4には、押圧により弾性変形可能となる材料が使用される。
第二樹脂層3には、流路5が形成されている。流路5の延在方向の途中部分は、拡幅された広幅部6となっている。広幅部6の形状は円形とすることができる。
The
The
広幅部6に対向する部分の第三樹脂層4は、ダイヤフラム7となっている。ダイヤフラム7は、押圧機構12によって下方に向けて弾性的に変位し、流路5の開度を調整できるようになっている。
流路5の両端部に相当する位置の第三樹脂層4には、それぞれ流入口8および流出口9が形成されており、流体を流入口8から流路5に導入し、流出口9から導出することができるようになっている。
流入口8および流出口9に相当する位置の第三樹脂層4には、それぞれルアーフィッティング10a、10bが設けられている。
The portion of the
An
押圧機構12は、素子本体11に固定された環状の固定部材13と、固定部材13に取り付けられた可動押圧部材14とを備えている。
可動押圧部材14は、金属などからなる平面視矩形の板状物であり、上方(素子本体11から離れる方向)に膨出する膨出部16を有する。
膨出部16の形状は、球面の一部をなす形状(断面円弧状)とされている。
図2に示すように、膨出部16のほぼ中央には、下方(素子本体11方向)に突出する断面略円弧状の押圧部19が形成されている。押圧部19は、ダイヤフラム7を押圧できる位置(好ましくはダイヤフラム7の中心に相当する位置)に形成されている。
可動押圧部材14は、その角部近傍に形成された孔部15に挿通する固定具20によって固定部材13に取り付けられている。
固定具20は、可動押圧部材14上に位置するヘッド部20aと、孔部15に挿通するネジ部20bとからなり、ネジ部20bが固定部材13の孔部13aに固定されている。
The
The movable pressing
The shape of the bulging
As shown in FIG. 2, a
The movable pressing
The fixing
図3(a)に示すように、膨出部16が上方に膨出した状態の可動押圧部材14は、エネルギー的に安定となる第一の安定状態(初期状態)にある。
図3(b)に示すように、可動押圧部材14は、膨出部16が、素子本体11に向けて膨出するように変形することによりダイヤフラム7を押圧することができるように構成されている。さらに、可動押圧部材14は、ダイヤフラム7を押圧する位置で停止することができるようになっている。
すなわち、膨出部16は、下方(素子本体11方向)に膨出するように反転変形させ、その変形量が所定の値を越えると、反転した状態で、自身の剛性により姿勢が安定し、停止するようになっている。
膨出部16が下方に膨出した状態の可動押圧部材14は、エネルギー的に安定となる第二の安定状態(押圧状態)にある。
なお、上記ダイヤフラム7を押圧する位置(ダイヤフラム押圧位置)とは、ダイヤフラム7によって流路5が完全に閉塞する位置でもよいし、流路5が閉塞していない位置でもよい。
As shown in FIG. 3A, the movable pressing
As shown in FIG. 3B, the movable pressing
That is, the bulging
The movable pressing
The position where the
図3(b)に示すように、下方に変形し反転状態となった膨出部16は、その状態でエネルギー的に安定に停止するが、膨出部16に力を作用させ、この力の位置、方向、強さなどを適切に調節することによって、初期状態に復元させることができる。
例えば、膨出部16に上方への引張力を加えると、膨出部16は初期状態に復元する。
As shown in FIG. 3B, the bulging
For example, when an upward tensile force is applied to the bulging
可動押圧部材14は、その形状などを適宜設計することによって、初期状態と押圧状態における膨出部16のエネルギー的な安定度が異なるようにすることができる。
例えば、初期状態から押圧状態に変形させるのに要する力より、押圧状態から初期状態に復帰させるに要する力を小さくすることができる。
初期状態と押圧状態における膨出部16の安定度が異なるようにするには、例えば、可動押圧部材14を、角部を含む平坦な周辺部と、周辺部より中央側に形成された膨出部とを有する形状に近似した形状とすればよい。
また、可動押圧部材14を、固定具20を用いて固定部材13に対し固定する際に、固定具20のヘッド部20aと固定部材13との間隔を極力小さくすることによって、押圧状態における可動押圧部材14の変形を若干不完全にすることができる。これによって、押圧状態の可動押圧部材14をエネルギー的に不安定化することができる。
押圧状態における膨出部16のエネルギー的な安定度を初期状態に比べ低くすることによって、膨出部16を初期状態に復元する操作を容易にすることができる。
By appropriately designing the shape and the like of the movable pressing
For example, the force required to return from the pressed state to the initial state can be made smaller than the force required to deform from the initial state to the pressed state.
In order to make the stability of the bulging
Further, when the movable pressing
By lowering the energy stability of the bulging
〔基材1、第一及び第二樹脂層2、3の作製〕
幅2.5cm×長さ7.5cm×厚さ3mmの大日本インキ化学工業株式会社製ポリスチレン「ディックスチレンXC510」(以下[p1]と称する)製の基材1上に、バーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物[e1]を塗布し、エネルギー線として紫外線を3秒間照射して、非流動性かつ不完全硬化の状態の第一樹脂層2(厚み98μm)を形成した。
第一樹脂層2の上に、バーコーターを用いてさらにエネルギー線硬化性組成物[e1]を塗布し、流路5及び広幅部6となる部分以外の部分にエネルギー線として紫外線を3秒間照射し、照射部の組成物を非流動性かつ不完全硬化状態とした。非照射部の未硬化のエネルギー線硬化性組成物[e1]を流水によって除去して、断面略矩形の溝状の流路5及び広幅部6を有する第二樹脂層3(厚み98μm)を形成した。
このようにして、第二樹脂層3に、幅150μm、深さ98μm、長さ50mmの溝状の流路5を形成するとともに、この流路5の途上に直径300μmの円筒形の広幅部6を形成して、基材1、第1樹脂層2及び第2樹脂層3の積層体である部材[A1]を作製した。
流路5および広幅部6は、略矩形でありかつ角部が円弧状に湾曲した横断面形状となるように形成した。
[Production of
Using a bar coater on a
An energy-ray-curable composition [e1] is further applied on the
In this manner, a groove-shaped
The
〔第三樹脂層4の作製〕
二村化学工業株式会社製ポリプロピレン二軸延伸フィルム「FOR」(厚さ30μm、図示せず)のコロナ処理面に、バーコーターを用いてエネルギー線硬化性組成物[e2]を塗布し、これにエネルギー線として紫外線を1秒間照射して、非流動性かつ不完全硬化の状態の塗膜とし、この塗膜を第二樹脂層3上に積層した。
前記ポリプロピレン二軸延伸フィルム側から上記紫外線をさらに30秒間照射し、上記不完全硬化状態の塗膜を完全硬化させることによって、エネルギー線硬化性組成物[e2]の硬化物からなる第三樹脂層4(厚さ98μm )を形成すると同時に、第二樹脂層3の表面に固着させた。またこの時、第一樹脂層2、第二樹脂層3も同時に硬化した。
前記ポリプロピレン二軸延伸フィルムを剥離することによって、広幅部6に相対する第三樹脂層4の部分がダイヤフラム7となった素子本体11を作製した。
[Production of Third Resin Layer 4]
An energy ray-curable composition [e2] is applied to a corona-treated surface of a biaxially oriented polypropylene film “FOR” (thickness: 30 μm, not shown) manufactured by Nimura Chemical Industry Co., Ltd. using a bar coater, and energy is applied thereto. Ultraviolet rays were irradiated for 1 second as a line to form a non-flowable and incompletely cured coating film, and this coating film was laminated on the
The third resin layer made of a cured product of the energy ray-curable composition [e2] by irradiating the ultraviolet ray from the polypropylene biaxially stretched film side for another 30 seconds to completely cure the coating film in an incompletely cured state. 4 (98 μm in thickness) was formed and simultaneously fixed to the surface of the
By peeling the biaxially stretched polypropylene film, an element
〔押圧機構の作製〕
正方形の燐青銅板(長さ10mm、幅10mm、厚さ0.2mm)をプレス加工することによって、上方に膨出する断面円弧状の膨出部16(高さ1mm)を備えた可動押圧部材14を作製した。この際、膨出部16の中央には、下方に突出する半球状の押圧部19(半径約0.3mm)を形成した。可動押圧部材14の角部近傍には、孔部15を形成した。
一方、大日本インキ化学工業株式会社製ポリスチレン「ディックスチレンSR−500−1」(ハイインパクトポリスチレン)(以下[p2]と称する)を用いて固定部材13(外径14mm、内径12mm、高さ1mm)を作製し、上記孔部15に相当する位置に孔部13aを形成した。
可動押圧部材14を、4つの固定具20を用いて固定部材13に取り付けた。
固定部材13を第三樹脂層4の表面にエポキシ系接着剤にて接着した。
[Production of pressing mechanism]
A movable pressing member having a bulged portion 16 (height: 1 mm) having a circular cross section that bulges upward by pressing a square phosphor bronze plate (length: 10 mm, width: 10 mm, thickness: 0.2 mm). 14 was produced. At this time, a hemispherical pressing portion 19 (radius of about 0.3 mm) projecting downward was formed at the center of the bulging
On the other hand, using a polystyrene "Dick Styrene SR-500-1" (high impact polystyrene) (hereinafter referred to as [p2]) manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., a fixing member 13 (
The movable pressing
The fixing
〔その他の構造の形成〕
素子本体11の流路5の両端部に相当する位置の第三樹脂層4に流入口8と流出口9(いずれも直径0.5mm)を形成した。
流入口8および流出口9に相当する位置の第三樹脂層4に、それぞれルアーフィッティング10a、10bをエポキシ樹脂で接着した。
以上のようにして、マイクロ流体素子を得た。
[Formation of other structures]
An
A microfluidic device was obtained as described above.
実施例1で使用したエネルギー線硬化性組成物の調製方法を以下に示す。
〔エネルギー線硬化性組成物[e1]の調製〕
大日本インキ化学工業株式会社製の3官能ウレタンアクリレートオリゴマー「ユニディックV4263」(平均分子量2000)60部、第一工業製薬株式会社製の1,6−ヘキサンジオールジアクリレート「ニューフロンティアHDDA」20部、第一工業製薬株式会社製のノニルフェノキシポリエチレングリコール(n=17)アクリレート「N−177E」20部、光重合開始剤としてチバ・スペシャリティ・ケミカルズ社製の1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン「イルガキュアー184」5部、及び重合遅延剤として関東化学株式会社製の2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン0.5部、を均一に混合してエネルギー線硬化性組成物[e1]を調製した。
エネルギー線硬化性組成物[e1]の紫外線硬化物の引張弾性率及び破断伸び率を表1に示した。また、水との接触角は13度であった。なお、特にことわりがない限り、「部」は「質量部」を意味する。
The method for preparing the energy ray-curable composition used in Example 1 is described below.
[Preparation of energy ray-curable composition [e1]]
60 parts of a trifunctional urethane acrylate oligomer “Unidick V4263” (average molecular weight 2000) manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc., 20 parts of 1,6-hexanediol diacrylate “New Frontier HDDA” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. 20 parts of nonylphenoxy polyethylene glycol (n = 17) acrylate "N-177E" manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., and 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone "IRGACURE 184 manufactured by Ciba Specialty Chemicals, Inc. as a photopolymerization initiator. 5 parts, and 0.5 part of 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. as a polymerization retarder were uniformly mixed to prepare an energy ray-curable composition [e1]. did.
Table 1 shows the tensile modulus and elongation at break of the ultraviolet ray cured product of the energy ray-curable composition [e1]. The contact angle with water was 13 degrees. Unless otherwise specified, “parts” means “parts by mass”.
〔エネルギー線硬化性組成物[e2]の調製〕
上記「ユニディックV−4263」40部、ω−テトラデカンジオールジアクリレートとω−ペンタデカンジオールジアクリレートを主成分とする、ソマール株式会社製のアクリレート混合物「サートマーC2000」60部、上記「N−177E」20部、光重合開始剤として上記「イルガキュアー184」5部、及び重合遅延剤として上記2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン0.1部を混合して、エネルギー線硬化性組成物[e2]を調製した。
[Preparation of energy ray-curable composition [e2]]
40 parts of the above “Unidick V-4263”, 60 parts of an acrylate mixture “Sartomer C2000” manufactured by Somar Co., which mainly contains ω-tetradecanediol diacrylate and ω-pentadecanediol diacrylate, and “N-177E” 20 parts, 5 parts of the above-mentioned “Irgacure 184” as a photopolymerization initiator, and 0.1 part of the above 2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene as a polymerization retarder were mixed together to form an energy ray-curable composition. Compound [e2] was prepared.
〔エネルギー線照射〕
エネルギー線として、50mW/cm2の紫外線(ウシオ電機株式会社製のマルチライト200型光源ユニットを使用)を用いた。エネルギー線の照射は、窒素雰囲気中で行った。
[Energy beam irradiation]
Ultraviolet rays of 50 mW / cm 2 (using a Multilight 200 light source unit manufactured by Ushio Inc.) were used as energy rays. Irradiation with energy rays was performed in a nitrogen atmosphere.
〔流路の開閉試験〕
ルアーフィッティング10aに接続された軟質塩化ビニル製チューブ(図示せず)を通して、マイクロシリンジ(図示せず)から、メチレンブルー(和光純薬株式会社製)にて着色した水(流体)を流路5に注入し、流出口9から流出させ、ルアーフィッティング10bに接続された軟質塩化ビニル製チューブ(図示せず)を通して系外に導出した。
図3(a)に示すように、可動押圧部材14に下方への力が加えられていない初期状態(ダイヤフラム非押圧位置)では、可動押圧部材14が変形していないため、ダイヤフラム7は押圧されない。このため、ダイヤフラム7は変位せず、流路5内の流体は抵抗なく流れた。
[Opening / closing test of flow path]
Water (fluid) colored with methylene blue (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is supplied to the
As shown in FIG. 3A, in an initial state where no downward force is applied to the movable pressing member 14 (diaphragm non-pressing position), the
図3(b)に示すように、可動押圧部材14を指でダイヤフラム7方向(図中下方)に押圧し、膨出部16を、下方(素子本体11方向)に向けて膨出するように変形させた。すなわち、膨出部16を反転させ押圧状態とした。
この膨出部16の変位によって、押圧部19がダイヤフラム7を下方に押圧し、流路5が完全に塞がれる位置(ダイヤフラム押圧位置)までダイヤフラム7が変位し、流路5における着色水の流れが遮断された。
上述のとおり、膨出部16は、ダイヤフラム7を押圧した状態で安定に停止することができるようになっているため、可動押圧部材14への押圧を停止しても着色水の流れが遮断された状態が維持された。
As shown in FIG. 3B, the movable pressing
Due to the displacement of the bulging
As described above, since the bulging
先端面に両面テープを貼付けた棒状体(図示略)(直径5mm)の先端面を膨出部16上面に当接させ、上方に移動させることによって、上方への引張力を膨出部16に加えた。
図3(a)に示すように、これによって、膨出部16が初期状態に復元し、これに伴ってダイヤフラム7が上方に変位し、着色水が再び流路5を流れることが確認された。
このように、このマイクロ流体素子では、膨出部16の変形量を調整することによって、流路5での流体流量を調節できる。
The tip surface of a rod (not shown) (diameter: 5 mm) having a double-sided tape attached to the tip surface is brought into contact with the upper surface of the bulging
As shown in FIG. 3A, it was confirmed that the swelling
As described above, in this microfluidic device, the flow rate of the fluid in the
本実施例のマイクロ流体素子では、次の効果を得ることができる。
(1)膨出部16が、素子本体11に向けて膨出するように変形することによりダイヤフラム7を押圧可能であり、かつダイヤフラム押圧位置で停止するように構成されているので、簡単な構造の押圧機構12によって、ダイヤフラム7が変位した状態を維持することができる。
押圧機構12の構造を簡略とすることができるため、マイクロ流体素子の小型化および低コスト化が可能となる。
(2)膨出部16の変形により、下方に変位する押圧部19によってダイヤフラム7を押圧することができる。このため、ネジ式の圧迫機構を用いる従来品と異なり、ダイヤフラム7に無理な力が加えられることがなく、ダイヤフラム7が損傷をうけるのを防ぐことができる。
従って、マイクロ流体素子の耐久性を向上させることができる。
(3)可動押圧部材14を指などにより下方に押圧することによってダイヤフラム7を押圧することができるので、重錘、ピンチ、アクチュエーターなどを用いたダイヤフラム圧迫機構を採用した従来品に比べ、容易な操作で流量調節が可能である。従って、操作性の点で有利である。
The microfluidic device of the present embodiment has the following advantages.
(1) Since the bulging
Since the structure of the
(2) Due to the deformation of the bulging
Therefore, the durability of the microfluidic device can be improved.
(3) Since the
<実施例2>
図4は、本発明のマイクロ流体素子の第2の実施例を示すものである。図4において、(a)はダイヤフラムを変位させていない状態を示す断面図であり、(b)はダイヤフラムを変位させた状態を示す断面図である。本実施例は、仲介部材を用いたマイクロ流体素子の例である。
以下の説明において、実施例1との共通部分については、同一の符号を用いて説明を省略する場合がある。
本実施例のマイクロ流体素子において、押圧機構22は、可動押圧部材24と固定部材13とを備えている。
可動押圧部材24は、金属などからなる板状の押圧部材本体24aと、この押圧部材本体24aの下面に取り付けられた円筒形の押圧部23とを備えている。
押圧部材本体24aは、上方(素子本体11から離れる方向)に膨出する膨出部26を有する。
押圧部23は、ポリスチレン(p2)製であり、円筒形(直径2mm、高さ2mm)とされ、ゴム系接着剤により膨出部26の下面側に固定されている。押圧部23の下面は平坦に形成されている。
可動押圧部材24は、固定具20を用いて固定部材13(外径14mm、内径12mm、高さ3mm)に取り付けられている。
ダイヤフラム7の上面(広幅部6と反対の側)には、仲介部材として、凸状部材である鋼球25(直径0.5mm)が固定されている。鋼球25は、ダイヤフラム7のほぼ中心に相当する位置に設けるのが好ましい。鋼球25は、エネルギー線硬化性組成物[e2]の硬化物によってダイヤフラム7に固定されている。
<Example 2>
FIG. 4 shows a second embodiment of the microfluidic device of the present invention. 4A is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is not displaced, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is displaced. This embodiment is an example of a microfluidic device using an intermediate member.
In the following description, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description may be omitted.
In the microfluidic device of the present embodiment, the
The movable pressing
The pressing member
The
The movable pressing
A steel ball 25 (0.5 mm in diameter), which is a convex member, is fixed to the upper surface of the diaphragm 7 (the side opposite to the wide portion 6) as an intermediate member. The
〔流路の開閉試験〕
実施例1と同様にして、着色水を流路5に導入した。
図4(a)に示すように、膨出部26を押圧していない状態では、ダイヤフラム7は変位しておらず、流路5内の流体は抵抗なく流れた。
図4(b)に示すように、膨出部26を下方に押圧し、下方に向けて膨出するように変形させると、押圧部23が鋼球25を下方に押圧し、ダイヤフラム7が鋼球25により下方に押圧されて変位し、流路5が塞がれ、着色水の流れが遮断された。
この際、膨出部26の姿勢が安定となり、膨出部26への押圧を停止しても着色水の流れが遮断された状態が維持されることを確認した。
図4(a)に示すように、実施例1と同様にして膨出部26に上方への引張力を加えたところ、膨出部26が初期状態に復元し、これに伴ってダイヤフラム7が上方に変位し、流路5内の着色水の流れが回復した。
[Opening / closing test of flow path]
Colored water was introduced into the
As shown in FIG. 4A, when the bulging
As shown in FIG. 4B, when the bulging
At this time, it was confirmed that the posture of the bulging
As shown in FIG. 4A, when an upward tensile force is applied to the bulging
本実施例のマイクロ流体素子では、ダイヤフラム7を押圧する鋼球25がダイヤフラム7に設けられているため、ダイヤフラム7に対する可動押圧部材24の相対位置が変動した場合でも、ダイヤフラム7が押圧される位置が常に一定となる。従って、流路5内の流体の流量を、精度よく調節することが可能である。
また、各部材の寸法精度が低い場合でも正確な流量調節が可能となるため、マイクロ流体素子の製造が容易となり、製造コストを抑えることができる。
また、可動押圧部材24の位置が変化した場合でも、下方以外の方向の力(例えば水平方向の力)がダイヤフラム7に伝わりにくいため、ダイヤフラム7の損傷を防止できる。
In the microfluidic device of this embodiment, since the
In addition, since the flow rate can be accurately adjusted even when the dimensional accuracy of each member is low, it is easy to manufacture the microfluidic device and the manufacturing cost can be reduced.
Further, even when the position of the movable pressing
<実施例3>
図5は、本発明のマイクロ流体素子の第3の実施例を示すものである。図5において、(a)はダイヤフラムを変位させていない状態を示す断面図であり、(b)はダイヤフラムを変位させた状態を示す断面図である。本実施例は、緩衝部材を用いたマイクロ流体素子の例である。
本実施例のマイクロ流体素子では、円筒形の押圧部23(直径3mm、高さ1mm)の下面側に、円筒形の緩衝部材28(直径3mm、厚さ1mm)が設けられている。
緩衝部材28は、押圧により変形可能な材料であるポリウレタン(日本エラストラン社製のポリウレタン「エラストラン564」、以下[p3]と称する。)製であり、ゴム系接着剤で押圧部23に接着されている。
この緩衝部材28を設けた可動押圧部材24は、固定部材13(外径14mm、内径12mm、高さ3mm)に取り付けられている。
<Example 3>
FIG. 5 shows a third embodiment of the microfluidic device of the present invention. In FIG. 5, (a) is a sectional view showing a state where the diaphragm is not displaced, and (b) is a sectional view showing a state where the diaphragm is displaced. This embodiment is an example of a microfluidic device using a buffer member.
In the microfluidic device of this embodiment, a cylindrical buffer member 28 (
The cushioning
The movable pressing
〔流路の開閉試験〕
実施例1と同様にして、着色水を流路5に導入した。
図5(a)に示すように、膨出部26を押圧していない状態では、ダイヤフラム7は変位しておらず、流路5内の流体は抵抗なく流れた。
図5(b)に示すように、膨出部26を下方に押圧し、下方に向けて膨出するように変形させると、緩衝部材28が鋼球25を下方に押圧し、ダイヤフラム7が鋼球25により下方に押圧されて変位し、流路5が塞がれ、着色水の流れが遮断された。
この際、膨出部26の姿勢が安定となり、膨出部26への押圧を停止しても、着色水の流れが遮断された状態が維持されることを確認した。
この状態では、緩衝部材28は、鋼球25に接する部分が薄くなる方向に変形した。
図5(a)に示すように、実施例1と同様にして膨出部26に上方への引張力を加えたところ、膨出部26が初期状態に復元し、これに伴ってダイヤフラム7が上方に変位し、流路5内の着色水の流れが回復した。
[Opening / closing test of flow path]
Colored water was introduced into the
As shown in FIG. 5A, when the bulging
As shown in FIG. 5B, when the bulging
At this time, it was confirmed that the posture of the bulging
In this state, the
As shown in FIG. 5A, when an upward tensile force is applied to the bulging
<実施例4>
固定部材13の高さを2.2mmとすること以外は実施例3と同様にしてマイクロ流体素子を作製した。
<Example 4>
A microfluidic device was produced in the same manner as in Example 3, except that the height of the fixing
〔流路の開閉試験〕
実施例1と同様にして、着色水を流路5に導入した。
実施例3と同様に、膨出部26を下方に向けて膨出するように変形させると、押圧部23、緩衝部材28、および鋼球25を介してダイヤフラム7が下方に押圧されて変位し、流路5が塞がれ、着色水の流れが遮断された。この際、緩衝部材28は、鋼球25に接する部分が薄くなる方向に変形した。
また、膨出部26を初期状態に復元させると、着色水の流れを回復させることができた。
[Opening / closing test of flow path]
Colored water was introduced into the
Similarly to the third embodiment, when the bulging
When the bulging
実施例3および実施例4より、固定部材13の高さ(素子本体11に対する可動押圧部材24の高さ)が変化しても、問題なく流路5を開閉することができたことがわかる。
この結果より、押圧により変形可能な緩衝部材28を用いることによって、押圧機構22の寸法に誤差が生じた場合でも、精度の高い流量調節が可能となることがわかる。
It can be seen from Examples 3 and 4 that the
From this result, it can be seen that the use of the
<実施例5>
図6および図7は、本発明のマイクロ流体素子の第5の実施例を示すものである。
押圧機構32は、可動押圧部材34と固定部材13とを備えている。
可動押圧部材34は、膨出部26を有する押圧部材本体24aと、押圧部材本体24aの上面側に設けられた取手部35と、押圧部材本体24aの下面に取り付けられた押圧部23とを備えている。
取手部35は、略円弧状に湾曲したアーチ状に形成され、両端が膨出部26に接続されている。取手部35は、押圧部材本体24aの中央部に略平行な2つの切り込みを形成し、これらの間の部分を上方に向けて膨出するように変形させることによって形成することができる。その他の構成は実施例2と同様とした。
<Example 5>
6 and 7 show a fifth embodiment of the microfluidic device of the present invention.
The
The movable pressing
The
図中符号37は、変形した状態の膨出部26に上方(素子本体11から離れる方向)(離間方向)への引張力を加え、膨出部26を上方に変位させ初期状態に復元させるのに用いられるタブ(離間方向変位手段)である。
タブ37は、ポリスチレン(p2)からなるタブ本体38と、その先端に設けられたフック39とを有する。
タブ本体38は、円板状の操作部38aと、操作部38aに対し垂直に延びるアーム部38bとからなる。フック39は略円弧状に湾曲した板状に形成され、一端がアーム部38bの先端面に固定されている。
The
The
The
実施例1と同様にして、着色水を流路5に導入した。
実施例2と同様に、膨出部26を下方に向けて膨出するように変形させると、押圧部23および鋼球25を介してダイヤフラム7が下方に押圧されて変位し、流路5が塞がれ、着色水の流れが遮断された。
この際、膨出部26の姿勢が安定となり、膨出部26への押圧を停止しても着色水の流れが遮断された状態が維持されることを確認した。
Colored water was introduced into the
Similarly to the second embodiment, when the bulging
At this time, it was confirmed that the posture of the bulging
次に、タブ37のフック39を取手部35に引っ掛けて接続した後、タブ37を上方に移動させた。これによって、膨出部26に上方への引張力を加え、膨出部26を初期状態に復元させ、着色水の流れを回復させることができた。
Next, the
本実施例のマイクロ流体素子では、膨出部26に、タブ37のフック39が接続可能な取手部35が設けられているので、タブ37によって取手部35に離間方向の引張力を加えることによって、膨出部26を強制的に初期状態に復元させることができる。
従って、流路5の開閉操作を確実に行うことができ、精度の高い流量調節が可能となる。
In the microfluidic device of the present embodiment, since the
Therefore, the opening and closing operation of the
<実施例6>
図8及び図9は、本発明のマイクロ流体素子の第6の実施例を示すものである。図9において、(a)はダイヤフラムを変位させていない状態を示す断面図であり、(b)はダイヤフラムを変位させた状態を示す断面図である。
本実施例では、押圧部材本体55の両側部から側方に突出する板状の操作部56を設けたこと以外は実施例1と同様の構成とした。すなわち、本実施例において、押圧機構52は、可動押圧部材54と固定部材13とを備えている。可動押圧部材54は、上方に膨出する断面円弧状の膨出部16を有する平面視矩形板状の押圧部材本体55と、押圧部材本体55の両側部から側方に突出する板状の操作部56とを備えている。
操作部56は、可動押圧部材54を押圧状態から初期状態に復元させるためのもので、操作部56の先端部56aは、固定部材13よりも外方に位置している。操作部56は、押圧部材本体55と一体に成形することができる。
<Example 6>
FIGS. 8 and 9 show a sixth embodiment of the microfluidic device of the present invention. 9A is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is not displaced, and FIG. 9B is a cross-sectional view showing a state where the diaphragm is displaced.
In the present embodiment, the configuration is the same as that of the first embodiment except that a plate-shaped
The operating
本実施例では、可動押圧部材54の操作部56を操作することによって、可動押圧部材54を押圧状態から初期状態に復元させることができる。
図9(b)に矢印で示すように、操作部56を下方に押圧すると、固定部材13を支点として押圧部材本体55に上方への力が加えられ、これに伴って膨出部16が初期状態に復元する(図9(a))。
In this embodiment, the operating
As shown by an arrow in FIG. 9B, when the
〔流路の開閉試験〕
実施例1と同様にして、着色水を流路5に導入した。
図9(a)に示すように、可動押圧部材54は、膨出部16が上方に膨出した状態ではエネルギー的に安定となる(初期状態)。
図9(b)に示すように、膨出部16を指により下方に向けて膨出するように変形させると、押圧部19によってダイヤフラム7が下方に押圧されて変位し、流路5が塞がれ、着色水の流れが遮断された(押圧状態)。この際、指による押圧を解除しても膨出部(16)は押圧状態の位置にとどまり、着色水の遮断が維持されることを確認した。
図中矢印で示すように、操作部56を下方に押圧すると、膨出部16が初期状態に復元し、着色水の流れを回復させることができた。
[Opening / closing test of flow path]
Colored water was introduced into the
As shown in FIG. 9A, the movable pressing
As shown in FIG. 9B, when the bulging
As shown by the arrow in the figure, when the
本実施例のマイクロ流体素子では、可動押圧部材54が、側方に突出する操作部56を有するので、操作部56に上下方向の力を加えることによって、下方に膨出した状態の膨出部16を初期状態に復元させる操作が容易となる。
In the microfluidic device of the present embodiment, since the movable pressing
<実施例7>
図10は、本発明のマイクロ流体素子の第7の実施例を示すものである。
ここに示すマイクロ流体素子は、素子本体11と押圧機構62とを備えている。
素子本体11のダイヤフラム7の上面には鋼球25(仲介部材)が接着されている。
押圧機構62は、底板部66(板状部)と、底板部66上に設けられた固定部材13と、固定部材13に取り付けられた可動押圧部材64とを備えている。
可動押圧部材64は、膨出部16を有する平面視矩形板状の押圧部材本体65と、その両側方に突出する操作部56と、押圧部材本体65の下面に取り付けられた押圧部23と、押圧部23の下面に取り付けられた緩衝部材28とを備えている。可動押圧部材64は、操作部56を操作することによって、押圧状態から初期状態に復元させることができるようになっている。
底板部66は、平坦な板状とされ、長さおよび幅が素子本体11とほぼ同じとされている。
底板部66には、押圧部23に相当する位置に孔部67(直径4mm)が形成されており、孔部67を通して押圧部23および緩衝部材28が鋼球25を介してダイヤフラム7を押圧できるようになっている。
底板部66には、ルアーフィッティング10a、10bに相当する位置に、切欠68が設けられている。
押圧機構62は、底板部66の下面を樹脂層4の上面に密着させることによって、素子本体11に装着できるようになっている。
押圧機構62は、素子本体11に対して着脱自在とされている。
<Example 7>
FIG. 10 shows a seventh embodiment of the microfluidic device of the present invention.
The microfluidic device shown here includes a
A steel ball 25 (intermediate member) is adhered to the upper surface of the
The
The movable pressing
The
A hole 67 (4 mm in diameter) is formed in the
A
The
The
〔流路の開閉試験〕
素子本体11を、位置決めピン(図示略)を用いてステージ(図示略)上に固定し、押圧機構62を、孔部67とダイヤフラム7の位置が一致するように素子本体11上に重ね合わせた。
実施例6と同様にして、流路の開閉試験を行った。押圧機構62によりダイヤフラム7を変位させると着色水の流通が遮断された。この際、膨出部16の姿勢が安定となったことを確認した。操作部56を下方に押圧すると、膨出部16が初期状態に復元し、着色水の流れを回復させることができた。
[Opening / closing test of flow path]
The
A flow channel opening / closing test was performed in the same manner as in Example 6. When the
本実施例では、押圧機構62が素子本体11に対し着脱自在であるので、比較的高価な部品である押圧機構62を、使用済みのマイクロ流体素子から取り外して再利用することができる。従って、マイクロ流体素子の製造コストを抑えることができる。
In this embodiment, since the
<実施例8>
図11および図12は、本発明のマイクロ流体素子に使用できる素子本体の他の例を示すものである。
ここに示す素子本体41は、基材1上に、第一樹脂層42、第二樹脂層43、第三樹脂層44、および第四樹脂層45が順次積層されて構成されている。
第一樹脂層42は、厚さ98μmのエネルギー線硬化性組成物[e1]硬化物で形成されており、流路46となる直線状の欠損部(幅150μm)を有する。
第三樹脂層44は、厚さ98μmのエネルギー線硬化性組成物[e1]硬化物で形成されており、流路47となる直線状の欠損部(幅150μm)を有する。この欠損部の一端には直径600μmの円形の広幅部6が形成されている。
第二樹脂層43は、厚さ98μmのエネルギー線硬化性組成物[e1]硬化物で形成されており、前記流路46と流路47を連通させる連絡流路48となる直径200μmの円形の貫通孔を有する。
第四樹脂層45は、厚さ98μmのエネルギー線硬化性組成物[e2]硬化物で形成されており、第三樹脂層44の広幅部6に対応する部分がダイヤフラム7となる。
流路46の端部に相当する位置の樹脂層43、44、45に流入口8(直径0.5mm)を形成し、流路47の端部に相当する位置の第四樹脂層45に流出口9(直径0.5mm)を形成した。
Example 8
FIGS. 11 and 12 show another example of an element body that can be used for the microfluidic element of the present invention.
The
The
The
The
The
An inlet 8 (0.5 mm in diameter) is formed in the
素子本体41を、素子本体11に代えて用いること以外は実施例1〜6と同様にして、マイクロ流体素子を作製した。
A microfluidic device was manufactured in the same manner as in Examples 1 to 6, except that the
〔流路の開閉試験〕
実施例1〜6と同様にして、流路5の開閉試験を行ったところ、押圧機構12、22、32、52により膨出部16、26を変形させ、ダイヤフラム7を変位させると、ダイヤフラム7は連絡流路48の周縁部に当接して連絡流路48が塞がれ、着色水の流通が遮断された。
この際、膨出部16、26の姿勢が安定となり、膨出部16、26への押圧を停止しても着色水の流れが遮断された状態が維持されることを確認した。
膨出部16、26に上方への引張力を加え、膨出部16、26を上方に変位させ、初期状態に復元させたところ、着色水の流れを回復させることができたことが確認された。
[Opening / closing test of flow path]
When an open / close test of the
At this time, it was confirmed that the posture of the bulging
Applying a tensile force upward to the bulging
1・・・基材
2、42・・・第一樹脂層
3、43・・・第二樹脂層
4、44・・・第三樹脂層
5、46、47、48・・・流路
6・・・幅広部
7・・・ダイヤフラム
8・・・流入口
9・・・流出口
10a、10b・・・ルアーフィッティング
11、41・・・マイクロ流体素子本体
12、22、32、52、62・・・押圧機構
13・・・固定部材
14、24、34、54、64・・・可動押圧部材
15・・・孔部
16、26・・・膨出部
19、23・・・押圧部
20・・・固定具
20a・・・ヘッド部
20b・・・ネジ部
24a、55、65・・・押圧部材本体
25・・・鋼球(仲介部材)
28・・・緩衝部材
35・・・取手部
37・・・タブ
38・・・タブ本体
38a・・・操作部
38b・・・アーム部
39・・・フック
45・・・第四樹脂層
56・・・操作部
56a・・・先端部
DESCRIPTION OF
28
Claims (9)
該押圧機構(12)が、前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向に膨出する膨出部(16)を有する板状の可動押圧部材(14)を備え、
該可動押圧部材(14)は、前記膨出部(16)が、前記マイクロ流体素子本体(11)に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラム(7)を押圧することができ、かつ前記ダイヤフラム(7)を押圧した位置で停止するように構成されていることを特徴とするマイクロ流体素子。 A microfluidic device main body (11) having a capillary channel (5) and a diaphragm (7) displaceable with respect to the channel (5), and a pressing mechanism for pressing and displacing the diaphragm (7) (12)
The pressing mechanism (12) includes a plate-shaped movable pressing member (14) having a bulging portion (16) bulging in a direction away from the microfluidic device main body (11),
The movable pressing member (14) can press the diaphragm (7) by deforming the bulging portion (16) so as to bulge toward the microfluidic device main body (11), And a microfluidic device configured to stop at a position where the diaphragm (7) is pressed.
この取手部(35)は、前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向の力を加えることにより前記膨出部(26)をこの方向に変位させる離間方向変位手段(37)が接続可能に構成されている請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のマイクロ流体素子。 A handle portion (35) is formed in the bulging portion (26),
The handle portion (35) is configured to be connectable to a separation direction displacement means (37) for displacing the bulging portion (26) in this direction by applying a force in a direction away from the microfluidic device body (11). The microfluidic device according to claim 1, wherein:
前記マイクロ流体素子本体(11)から離れる方向に膨出する膨出部(16)を有する板状の可動押圧部材(64)を備え、
該可動押圧部材(64)は、前記膨出部(16)が、前記マイクロ流体素子本体(11)に向けて膨出するように変形することにより前記ダイヤフラム(7)を押圧することができ、かつ前記ダイヤフラム(7)を押圧した位置で停止するように構成されていることを特徴とする押圧機構。 A pressing mechanism for pressing and displacing the diaphragm (7) of the microfluidic device body (11) having a capillary channel (5) and a diaphragm (7) displaceable with respect to the channel (5). (62)
A plate-shaped movable pressing member (64) having a bulging portion (16) bulging in a direction away from the microfluidic device main body (11);
The movable pressing member (64) can press the diaphragm (7) by deforming the bulging portion (16) so as to bulge toward the microfluidic device main body (11), And a pressing mechanism configured to stop at a position where the diaphragm (7) is pressed.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004047580A Withdrawn JP2004278785A (en) | 2003-02-24 | 2004-02-24 | Micro fluid control device, pressing mechanism, and flow regulating method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004278785A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006224011A (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Pentax Corp | Micro valve |
-
2004
- 2004-02-24 JP JP2004047580A patent/JP2004278785A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006224011A (en) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Pentax Corp | Micro valve |
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