JP2007162899A

JP2007162899A - Micro valve

Info

Publication number: JP2007162899A
Application number: JP2005362966A
Authority: JP
Inventors: Takahide Maguchi; 挙秀間口; Toshio Yoshida; 敏雄吉田
Original assignee: FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK; Pentax Corp
Current assignee: FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK; Pentax Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】アクセスチューブなどの外部圧力を使用せずに、しかも、複数の液体試薬類を順不同に切り換えてマイクロチャネルに供給することができ、かつ、液体試薬類のマイクロチャネルからの逆流も防止できる簡単な構造のマイクロバルブを提供する。
【解決手段】少なくとも１本以上のマイクロチャネルと、該マイクロチャネルに連通すると共に大気に向かって開口する少なくとも１個以上のポートとを有するマイクロチップの上面に載置して使用されるマイクロバルブであって、疎水性多孔質シートと、合成樹脂中間層と、合成樹脂フィルムとからなり、前記疎水性多孔質シートは前記ポートの開口を覆うように配置され、前記合成樹脂中間層は貯液空間を有することを特徴とするマイクロバルブ。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To supply a plurality of liquid reagents to a microchannel without using an external pressure such as an access tube and to prevent backflow of liquid reagents from the microchannel. A micro valve with a simple structure is provided.
A microvalve used by being mounted on an upper surface of a microchip having at least one microchannel and at least one port communicating with the microchannel and opening toward the atmosphere. A hydrophobic porous sheet, a synthetic resin intermediate layer, and a synthetic resin film, wherein the hydrophobic porous sheet is disposed so as to cover the opening of the port, and the synthetic resin intermediate layer is a liquid storage space. A microvalve characterized by comprising:
[Selection] Figure 1

Description

本発明は遺伝子解析などの化学／生化学分析などに広く使用されるマイクロ流体制御機構付マイクロチップに関する。更に詳細には、本発明はマイクロチップの基板内に形成された微細流路（マイクロチャネル）や反応容器内における流体の移送を制御するための逆止弁として機能するマイクロバルブに関する。 The present invention relates to a microchip with a microfluidic control mechanism widely used for chemical / biochemical analysis such as gene analysis. More specifically, the present invention relates to a microchannel that functions as a check valve for controlling the flow of fluid in a microchannel or a reaction vessel formed in a microchip substrate.

最近、マイクロスケール・トータル・アナリシス・システムズ（μＴＡＳ）又はラブ・オン・チップ(Lab-on-Chip)などの名称で知られるように、基板内にマイクロチャネルや反応容器及びポートなどの微細構造を設け、該微細構造内で物質の化学反応、合成、精製、抽出、生成及び／又は分析など各種の操作を行うように構成されたマイクロデバイスが提案され、一部実用化されている。このような目的のために製作された、基板内にマイクロチャネル、ポート及び反応容器などの微細構造を有する構造物は総称して「マイクロチップ」又は「マイクロ流体デバイス」と呼ばれる。マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。常用サイズの同種の装置に比べて、マイクロチップは(1)サンプル及び試薬の使用量が著しく少ない、(2)分析時間が短い、(3)感度が高い、(4)現場に携帯し、その場で分析できる、及び(5)使い捨てできるなどの利点を有する。 Microstructures such as microchannels, reaction vessels, and ports have been built into the substrate as is known recently under the name of Microscale Total Analysis Systems (μTAS) or Lab-on-Chip (Lab-on-Chip). A microdevice configured to perform various operations such as chemical reaction, synthesis, purification, extraction, generation and / or analysis of a substance within the microstructure has been proposed and partially put into practical use. Structures manufactured for this purpose and having a microstructure such as microchannels, ports and reaction vessels in the substrate are collectively referred to as “microchips” or “microfluidic devices”. Microchips can be used in a wide range of applications such as chemical industry and environmental measurement as well as chemical, biochemical, pharmaceutical, medical, and veterinary fields such as gene analysis, clinical diagnosis, and drug screening. Compared with the same type of equipment of the common size, the microchip is (1) significantly less sample and reagent usage, (2) shorter analysis time, (3) higher sensitivity, (4) carried on-site, It can be analyzed in the field and (5) can be disposable.

従来のマイクロチップ１００は、例えば、図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、第１の基板１０２に少なくとも１本のマイクロチャネル１０４が形成されており、このマイクロチャネル１０４の少なくとも一端には入出力ポート１０６，１０６が形成されており、基板１０２の下面側に対面基板１０８が接着されている。この対面基板１０８の存在により、ポート１０６，１０６及びマイクロチャネル１０４の底部が封止される。入出力ポート１０６，１０６の主な用途は、(a)試薬や検体サンプルの注入（分注）、(b)廃液や生成物の取り出し、(c)気体圧力の供給（主に、送液のための正圧や負圧の印加）、(d)大気開放（送液時に発生する内圧の分散や、反応で生じたガスの解放）及び(e)密閉（液体の蒸発防止や故意に内圧を発生させる目的のため）などである。 In the conventional microchip 100, for example, as shown in FIGS. 7A and 7B, at least one microchannel 104 is formed in the first substrate 102, and at least one end of the microchannel 104 is input / output. Ports 106 and 106 are formed, and a facing substrate 108 is bonded to the lower surface side of the substrate 102. The presence of the facing substrate 108 seals the ports 106 and 106 and the bottom of the microchannel 104. The main uses of the input / output ports 106 and 106 are (a) injection of reagents and specimen samples (dispensing), (b) extraction of waste liquids and products, and (c) supply of gas pressure (mainly for liquid feeding (D) Release to the atmosphere (dispersion of internal pressure generated during liquid delivery, release of gas generated by reaction) and (e) Sealing (preventing liquid evaporation and deliberately reducing internal pressure) For the purpose of generating).

このようなマイクロチップには連続的な流体（例えば、液体又は気体）の流れや、微小液滴の移送を制御する目的で、マイクロチャネルの途中にマイクロバルブが配設されることがある。このようなマイクロバルブは例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されている。 In such a microchip, a microvalve may be provided in the middle of the microchannel for the purpose of controlling the flow of a continuous fluid (for example, liquid or gas) and the transfer of microdroplets. Such a microvalve is described in Patent Document 1 and Patent Document 2, for example.

特許文献１の図１に記載されているマイクロバルブは、太い第１の導管と、この第１の導管より細径に形成されると共に、一方の端部が第１の導管と連通するように連接された複数本の細管と、この細管より大径に形成されると共に、細管の他方の端部と連通するように連接された第２の導管を有し、細管の内壁面は疎水性に形成されていることからなる。このマイクロバルブによれば、第１の導管内に液体を導入した際に、この液体を境界とした第１の導管側の圧力と第２の導管側の圧力との圧力差に応じて第１の導管内の液体に位置を任意に制御することができる。しかし、特許文献１のマイクロバルブでは、複数本の細管を形成するのが非常に困難であるばかりか、圧力差が大きすぎると細管が破損される危険性がある。また、この細管部分だけを特異的に疎水性にする処理も非常に困難である。更に、特許文献１のマイクロバルブの細管は、逆止弁としての機能は発揮できず、しかもポンプを使用しなければ圧力差を発生させることができない。 The microvalve described in FIG. 1 of Patent Document 1 has a thick first conduit and a diameter smaller than that of the first conduit, and one end communicates with the first conduit. A plurality of connected thin tubes and a second conduit formed so as to be larger in diameter than the thin tube and connected to the other end of the thin tube, and the inner wall of the thin tube is made hydrophobic. It consists of being formed. According to the microvalve, when the liquid is introduced into the first conduit, the first pressure is determined according to the pressure difference between the pressure on the first conduit side and the pressure on the second conduit side with the liquid as a boundary. The position of the liquid in the conduit can be arbitrarily controlled. However, in the microvalve disclosed in Patent Document 1, it is very difficult to form a plurality of capillaries, and there is a risk that the capillaries will be damaged if the pressure difference is too large. In addition, it is very difficult to make only the thin tube portion specifically hydrophobic. Furthermore, the microvalve of the microvalve disclosed in Patent Document 1 cannot function as a check valve and cannot generate a pressure difference unless a pump is used.

特許文献２の図３に記載されているマイクロバルブは、２つのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）マイクロ流路チップと１枚のメンブレンからなり、バルブ領域において変位するメンブレンが弁座に離着して作動流体通路を開閉する弁機構を有する。更に、このマイクロバルブでは、バルブ領域において駆動流体の圧力が作用する圧力室を有する駆動流体通路が前記メンブレンに接着して形成されており、圧力室に駆動流体の圧力を給排することによってメンブレンを変位させて弁座と離着させて一方弁として開閉するように構成されている。しかし、特許文献２に記載されているマイクロバルブは、便座に離着するメンブレンが圧力室に向かって片方向に変位するだけなので、バルブ開時のメンブレンと弁座との隙間が不十分であり、流体の流動性が低く脈流が発生する原因となっていた。また、駆動流体の圧力はガラスパイプを介して真空ポンプから供給されるので、装置全体が複雑かつ高価となる。 The microvalve described in FIG. 3 of Patent Document 2 is composed of two polydimethylsiloxane (PDMS) micro-channel chips and one membrane, and the membrane that moves in the valve region operates by attaching and detaching to the valve seat. A valve mechanism for opening and closing the fluid passage; Further, in this microvalve, a driving fluid passage having a pressure chamber in which the pressure of the driving fluid acts in the valve region is formed by bonding to the membrane, and the membrane is obtained by supplying and discharging the pressure of the driving fluid to and from the pressure chamber. Is configured to be opened and closed as a one-way valve by detaching it from the valve seat. However, the microvalve described in Patent Document 2 has only insufficient displacement between the membrane and the valve seat when the valve is opened because the membrane that is attached to and detached from the toilet seat is only displaced in one direction toward the pressure chamber. The fluidity of the fluid is low, causing pulsating flow. Moreover, since the pressure of the driving fluid is supplied from the vacuum pump via the glass pipe, the entire apparatus becomes complicated and expensive.

特許文献１及び２に示されるようなマイクロバルブは、アクセスチューブからチップへのフロー系システムとしての使用しか考慮されていない。アクセスチューブを使用するということは、すなわち、外部圧力を使用することであり、その結果、装置が大掛かりになり、構造的にも煩雑になる。更に、特許文献１に記載された発明のように、製造プロセスでシリコンウエハを異方性反応性イオンエッチングで加工する工程が必要な場合、処理時間、反応室容量の限界、スループットの問題などにより大量生産には不向きであり、しかも、使用する反応ガスなどのコスト及び処理時間がかさむため、使い捨てチップにするには不向きな製造方法である。また、特許文献１及び２に示されるようなマイクロバルブは、複数の液体試薬類を順不同に切り換えてマイクロチャネルに供給するような目的には使用できない。 The microvalves as shown in Patent Documents 1 and 2 are only considered for use as a flow system from an access tube to a chip. The use of the access tube means that an external pressure is used. As a result, the apparatus becomes large and the structure becomes complicated. Furthermore, when a process for processing a silicon wafer by anisotropic reactive ion etching is required in the manufacturing process as in the invention described in Patent Document 1, due to processing time, reaction chamber capacity limit, throughput problems, etc. This method is unsuitable for mass production and is unsuitable for disposable chips because of the increased cost and processing time of the reaction gas used. Moreover, the microvalves as shown in Patent Documents 1 and 2 cannot be used for the purpose of switching a plurality of liquid reagents in random order and supplying them to the microchannel.

特開２０００−２７８１３号公報JP 2000-27813 A 特許第３４１８７２７号明細書Japanese Patent No. 3418727

従って、本発明の目的は、アクセスチューブなどの外部圧力を使用せずに、しかも、複数の液体試薬類を順不同に切り換えてマイクロチャネルに供給することができ、かつ、液体試薬類のマイクロチャネルからの逆流も防止できる簡単な構造のマイクロバルブを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to supply a plurality of liquid reagents to a microchannel without using an external pressure such as an access tube and to supply the microchannels in random order. It is an object of the present invention to provide a microvalve having a simple structure that can prevent backflow of the water.

前記課題を解決するための手段としての請求項１の発明は、少なくとも１本以上のマイクロチャネルと、該マイクロチャネルに連通すると共に大気に向かって開口する少なくとも１個以上のポートとを有するマイクロチップの上面に載置して使用されるマイクロバルブであって、疎水性多孔質シートと、合成樹脂中間層と、合成樹脂フィルムとからなり、前記疎水性多孔質シートは前記ポートの開口を覆うように配置され、前記合成樹脂中間層は貯液空間を有することを特徴とするマイクロバルブを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a microchip having at least one microchannel and at least one port communicating with the microchannel and opening toward the atmosphere. A microvalve used by being placed on the upper surface of the substrate, comprising a hydrophobic porous sheet, a synthetic resin intermediate layer, and a synthetic resin film, the hydrophobic porous sheet covering the opening of the port And the synthetic resin intermediate layer has a liquid storage space.

この発明によれば、合成樹脂中間層の貯液空間に収容された液体は疎水性多孔質シートにより撥水されて大きな液滴状の状態で維持されるので、疎水性多孔質シート下部のポートには浸透することができない。しかし、合成樹脂フィルムの上部から押圧すると貯液空間が圧潰され、その時の圧力で液体は疎水性多孔質シートの開孔を潜って下部のポートに押し出される。従って、本発明のマイクロバルブによれば、液体を必要な時点まで貯液空間に貯留させておくことができ、その結果、液体の乾燥・蒸発や汚染又は酸化分解などの弊害を効果的に避けることができる。
また、疎水性多孔質シートは濾過機能も発揮するので、液体中に固形夾雑物などのような汚染物質が含まれているような場合に、このような汚染物質を液体と分離し、汚染物質は疎水性多孔質シートでトラップし、液体だけを下部のポート及びマイクロチャネルに送液することもできる。また、この濾過機能を活用して、汚染物質除去だけでなく、例えば、液体中に含まれる藻類及び細胞の捕集や、タンパク質、核酸のＴＣＡ沈殿物、血清などの濾過に使用することもできる。また、濾過された物質は濾過のみで終わることなく、実験目的によってはメイン流路の物質と反応させ、疎水性多孔質シート上若しくはマイクロチャネル内で観察及び検出が可能である。
更に、液体貯留機能と濾過機能を併用する事例として、例えば、貯液空間に培養液を貯留させ、この培養液に細胞又は微生物などを接種して所定期間培養し、その後、固形培養物と濾液を濾別することもできる。 According to the present invention, since the liquid stored in the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer is repelled by the hydrophobic porous sheet and maintained in a large droplet state, the port below the hydrophobic porous sheet Can not penetrate. However, when the pressure is applied from the upper part of the synthetic resin film, the liquid storage space is crushed, and the liquid is pushed out to the lower port through the opening of the hydrophobic porous sheet by the pressure at that time. Therefore, according to the microvalve of the present invention, the liquid can be stored in the liquid storage space up to a required time, and as a result, adverse effects such as liquid drying / evaporation, contamination, or oxidative decomposition are effectively avoided. be able to.
In addition, since the hydrophobic porous sheet also exhibits a filtration function, when a contaminant such as solid contaminants is contained in the liquid, such a contaminant is separated from the liquid. Can be trapped by a hydrophobic porous sheet, and only the liquid can be sent to the lower ports and microchannels. Further, by utilizing this filtration function, it can be used not only for removing contaminants, but also for collecting algae and cells contained in liquid, and for filtering proteins, nucleic acid TCA precipitates, serum, etc. . In addition, the filtered substance does not end with only filtration, but can react with the substance in the main flow path depending on the purpose of the experiment, and can be observed and detected on the hydrophobic porous sheet or in the microchannel.
Furthermore, as an example of using a liquid storage function and a filtration function together, for example, a culture solution is stored in a storage space, and cells or microorganisms are inoculated into the culture solution and cultured for a predetermined period. Can also be filtered off.

前記課題を解決するための手段としての請求項２の発明は、前記合成樹脂中間層の貯液空間の上部は壁面であり、該壁面を上下に貫通する亀裂が形成されていることを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 The invention of claim 2 as means for solving the problems is characterized in that the upper part of the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer is a wall surface, and a crack penetrating the wall surface is formed. A microvalve according to claim 1 is provided.

この発明によれば、貯液空間がほぼ密閉状態なので内部に収容されている液体の乾燥・蒸発や汚染又は酸化分解などが完全に阻止される。貯液空間内に液体を注入する場合、亀裂部にシリンジを挿入することにより実施できる。シリンジを抜けば、亀裂は元の密着状態に戻り、貯液空間は密閉状態に維持される。 According to the present invention, since the liquid storage space is almost sealed, drying / evaporation, contamination, oxidative decomposition, and the like of the liquid contained therein are completely prevented. When injecting a liquid into the liquid storage space, it can be carried out by inserting a syringe into the crack. If the syringe is removed, the crack returns to the original contact state, and the liquid storage space is maintained in a sealed state.

前記課題を解決するための手段としての請求項３の発明は、前記合成樹脂中間層の貯液空間の上部は開口していることを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the microvalve according to the first aspect, wherein an upper portion of the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer is opened.

この発明によれば、合成樹脂中間層上部の合成樹脂フィルムを剥離すると貯液空間の開口が露出されるので、シリンジ以外の手段（例えば、ピペットなど）でも液体の注入が容易に実施できる。 According to the present invention, since the opening of the liquid storage space is exposed when the synthetic resin film on the upper part of the synthetic resin intermediate layer is peeled off, the liquid can be easily injected by means other than a syringe (for example, a pipette).

前記課題を解決するための手段としての請求項４の発明は、前記疎水性多孔質シート、前記合成樹脂中間層及び前記合成樹脂フィルムがいずれもポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、ＰＤＭＳ製合成樹脂フィルムの外表面には気密性コート材が塗布されていることを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 The invention of claim 4 as means for solving the above-mentioned problems is that the hydrophobic porous sheet, the synthetic resin intermediate layer and the synthetic resin film are all made of polydimethylsiloxane (PDMS), and PDMS The microvalve according to claim 1, wherein an airtight coating material is applied to the outer surface of the synthetic resin film.

この発明によれば、ＰＤＭＳ同士を自己吸着させたり、恒久接着させたり適宜使い分けることができ、マイクロバルブとしての機能を効果的に発揮することができる。ＰＤＭＳは気体透過性があるので、蓋となる合成樹脂フィルムの外表面に気密性コート材を塗布することにより気体透過性を低下させておくことができる。これにより、合成樹脂フィルムを押圧した際、合成樹脂中間層の貯液空間に十分な圧力を印加することができる。 According to the present invention, PDMSs can be self-adsorbed or permanently bonded or properly used, and the function as a microvalve can be effectively exhibited. Since PDMS has gas permeability, the gas permeability can be lowered by applying an airtight coating material to the outer surface of the synthetic resin film serving as a lid. Thereby, when the synthetic resin film is pressed, a sufficient pressure can be applied to the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer.

前記課題を解決するための手段としての請求項５の発明は、前記疎水性多孔質シートの下部に親水性多孔質シートを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 The invention of claim 5 as means for solving the above-mentioned problems provides the microvalve of claim 1, further comprising a hydrophilic porous sheet below the hydrophobic porous sheet.

この発明によれば、ポート及びマイクロチャネルに送液された液体が合成樹脂中間層の貯液空間に逆流してくることを効果的に防止することができる。 According to this invention, it is possible to effectively prevent the liquid sent to the port and the microchannel from flowing back into the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer.

前記課題を解決するための手段としての請求項６の発明は、前記疎水性多孔質シートの上部及び下部の両側に親水性多孔質シートを更に有することを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 The invention according to claim 6 as means for solving the above-mentioned problems further comprises a hydrophilic porous sheet on both sides of the upper part and the lower part of the hydrophobic porous sheet. provide.

この発明によれば、疎水性多孔質シート３の上部側の親水性多孔質シートに培地を染み込ませ、ここで細胞培養を行うことができる。培養後は、培養物を疎水性多孔質シートで濾別し、培養液はマイクロチャネルに送液することができる。 According to the present invention, the culture medium can be soaked in the hydrophilic porous sheet on the upper side of the hydrophobic porous sheet 3, and cell culture can be performed here. After culturing, the culture can be filtered with a hydrophobic porous sheet, and the culture can be sent to the microchannel.

前記課題を解決するための手段としての請求項７の発明は、前記合成樹脂フィルムが半球状の形状をしていることを特徴とする請求項１のマイクロバルブを提供する。 The invention of claim 7 as means for solving the above-mentioned problems provides the microvalve of claim 1, wherein the synthetic resin film has a hemispherical shape.

この発明によれば、半球状合成樹脂フィルムが合成樹脂中間層に自己吸着している場合、その上部を押圧してもフィルムは合成樹脂中間層から大きくずれない。押圧を続けると、貯液空間内の液体はマイクロチャネルに送液され、その後、更に押圧を続けると、半球状合成樹脂フィルムが過度に変形することにより、半球状合成樹脂フィルムと合成樹脂中間層との間に隙間が生じ、そこから空気が入ることにより、貯液空間内の圧力が大気圧と等圧化し、その結果、マイクロチャネルに送液された液体が貯液空間に逆流することが効果的に阻止される。 According to this invention, when the hemispherical synthetic resin film is self-adsorbed to the synthetic resin intermediate layer, the film does not greatly deviate from the synthetic resin intermediate layer even if the upper part is pressed. If the pressing is continued, the liquid in the liquid storage space is sent to the microchannel, and if the pressing is continued further, the hemispherical synthetic resin film is deformed excessively, so that the hemispherical synthetic resin film and the synthetic resin intermediate layer A gap is created between the air and the air, and the pressure in the liquid storage space is made equal to the atmospheric pressure, and as a result, the liquid sent to the microchannel may flow back into the liquid storage space. Effectively blocked.

本発明のマイクロバルブによれば、液体を保持できると同時に、メインチャネルに送液したい場合、バルブの貯液部上部を指で押すだけで、液体内の固形異物を除去しながら、瞬時に送液することができる。また、バルブに複数個の貯液部をメインチャネルに対して並列的に配設すれば、多種類の液体試薬及び／又はサンプル（検体）を取り扱うことができる。
本発明のマイクロバルブは従来から使用されているＰＤＭＳなどの公知慣用の材料を用いて構成することができるので、高機能な割には低コストであり、経済的メリットに優れている。
更に、本発明のマイクロバルブを、マイクロチップで使用されるポンプシステムにセッティングしておけば、混合処理及び／又は反応処理が簡便に操作でき、しかも、バルブ機能を操る周辺機器を必要としないので、マイクロチップ全体及び周辺の装置構成が単純になるばかりか、コストも安価に抑えることができる。
また、本発明のマイクロバルブはマイクロ濾過器としても機能できるし、あるいは、マイクロ培養器としても機能することができる。 According to the microvalve of the present invention, when the liquid can be held and at the same time it is desired to send the liquid to the main channel, it is possible to instantaneously feed the liquid while removing the solid foreign matter in the liquid by simply pushing the liquid storage part of the valve with a finger. Can be liquid. Further, if a plurality of liquid storage portions are arranged in parallel with the main channel in the valve, it is possible to handle various types of liquid reagents and / or samples (analytes).
Since the microvalve of the present invention can be constructed using a known and commonly used material such as PDMS that has been used in the past, it is low in cost for high functionality and is excellent in economic merit.
Furthermore, if the microvalve of the present invention is set in the pump system used in the microchip, the mixing process and / or the reaction process can be easily operated, and no peripheral device for operating the valve function is required. In addition to simplifying the entire microchip and peripheral device configuration, the cost can be kept low.
Further, the microvalve of the present invention can function as a microfilter or can function as a microincubator.

以下、図面を参照しながら本発明のマイクロバルブについて具体的に説明する。図１は本発明のマイクロバルブの一例の部分概要断面図である。本発明のマイクロバルブ１は図７に示されるような従来のマイクロチップ１００においても使用できるし、あるいはこれから開発される新規なマイクロチップにおいても使用できる。本発明のマイクロバルブ１は本質的にマイクロチップ１００の上面に載置して使用される。本発明のマイクロバルブ１は基本的に、疎水性の多孔質シート３と、この疎水性多孔質シート３の上面側の合成樹脂中間層５と、合成樹脂中間層５の上面側の剥脱可能な合成樹脂フィルム７とからなる。疎水性多孔質シート３はマイクロチップの何れかのポート（例えば、）を覆うように載置されている。合成樹脂中間層５には貯液空間９が形成されており、この貯液空間９の上部にはシリンジなどの液体注入手段を挿脱し易くするための亀裂１１が配設されている。合成樹脂フィルム７はこの亀裂１１を覆うように合成樹脂中間層５の上面に載置されている。合成樹脂中間層５は、シリコンゴム（例えば、ポリジメチルシロキサン）などのような可撓性を有する弾性ゴムを使用することが好ましい。弾性を有することにより亀裂１１は通常時には密着され、気密性が保たれる。貯液空間９の容積は目的及び／又は用途などを考慮して適宜決定することができる。合成樹脂フィルム７は合成樹脂中間層５と同様に、シリコンゴム（例えば、ポリジメチルシロキサン）などのような可撓性を有する弾性ゴムを使用することが好ましい。合成樹脂フィルム７の厚さは数十μｍ〜数ｍｍの範囲内であることができる。合成樹脂中間層５がポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などのシリコンゴムから形成されている場合、合成樹脂フィルム７もＰＤＭＳ製であることが好ましい。ＰＤＭＳ同士は自己吸着性があり、合成樹脂フィルム７の剥脱が容易に行えるからである。但し、合成樹脂フィルム７がＰＤＭＳ製である場合、ＰＤＭＳは気体透過性があるので、外面に気密性コート材（例えば、３Ｍ社の３Ｍフロリナートなど）を塗布して、気体透過性を低下させておくことが好ましい。 Hereinafter, the microvalve of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial schematic cross-sectional view of an example of a microvalve of the present invention. The microvalve 1 of the present invention can be used in a conventional microchip 100 as shown in FIG. 7, or can be used in a new microchip to be developed. The microvalve 1 of the present invention is essentially used by being placed on the upper surface of the microchip 100. The microvalve 1 of the present invention basically includes a hydrophobic porous sheet 3, a synthetic resin intermediate layer 5 on the upper surface side of the hydrophobic porous sheet 3, and a removable upper surface side of the synthetic resin intermediate layer 5. It consists of a synthetic resin film 7. The hydrophobic porous sheet 3 is placed so as to cover any port (for example) of the microchip. A liquid storage space 9 is formed in the synthetic resin intermediate layer 5, and a crack 11 for facilitating insertion / removal of liquid injection means such as a syringe is disposed above the liquid storage space 9. The synthetic resin film 7 is placed on the upper surface of the synthetic resin intermediate layer 5 so as to cover the crack 11. The synthetic resin intermediate layer 5 is preferably made of flexible elastic rubber such as silicon rubber (for example, polydimethylsiloxane). By having elasticity, the crack 11 is in close contact with each other at normal times, and airtightness is maintained. The volume of the liquid storage space 9 can be appropriately determined in consideration of the purpose and / or application. As with the synthetic resin intermediate layer 5, the synthetic resin film 7 is preferably made of flexible elastic rubber such as silicon rubber (for example, polydimethylsiloxane). The thickness of the synthetic resin film 7 can be in the range of several tens of μm to several mm. When the synthetic resin intermediate layer 5 is formed of silicon rubber such as polydimethylsiloxane (PDMS), the synthetic resin film 7 is also preferably made of PDMS. This is because PDMSs are self-adsorptive and the synthetic resin film 7 can be easily peeled off. However, when the synthetic resin film 7 is made of PDMS, since PDMS is gas permeable, an airtight coating material (for example, 3M Fluorinert from 3M) is applied to the outer surface to reduce the gas permeability. It is preferable to keep it.

疎水性多孔質シート３及び合成樹脂中間層５は内側フレーム１３で周囲が包囲されていることが好ましい。内側フレーム１３は疎水性多孔質シート３及び合成樹脂中間層５を所定箇所に安定的に位置させることに有効であるばかりか、貯液空間９内の液体（図示されていない）が疎水性多孔質シート３を介してマイクロチップのポートに流れ込む際、マイクロチップの上面に漏液することを効果的に防止することもできる。内側フレーム１３はマイクロチップの上面に恒久接着させるために、ＰＤＭＳ製であることが好ましい。しかし、内側フレーム１３は必ずしも使用する必要はない。また、マイクロバルブ１を更に安定的に使用するために、内側フレーム１３の外周に外側フレーム１５を更に配設することもできる。外側フレーム１５は合成樹脂フィルム７と同じ高さか又はこれよりも高いこが好ましい。合成樹脂フィルム７を指で掴めるようにするため、外側フレーム１５と合成樹脂フィルム７との間には適当なスペース１７を設けておくことが好ましい。 The hydrophobic porous sheet 3 and the synthetic resin intermediate layer 5 are preferably surrounded by an inner frame 13. The inner frame 13 is effective not only for stably positioning the hydrophobic porous sheet 3 and the synthetic resin intermediate layer 5 at predetermined positions, but also the liquid (not shown) in the liquid storage space 9 is hydrophobic porous. When flowing into the port of the microchip through the quality sheet 3, it is also possible to effectively prevent the liquid from leaking to the upper surface of the microchip. The inner frame 13 is preferably made of PDMS in order to permanently adhere to the upper surface of the microchip. However, the inner frame 13 is not necessarily used. In order to use the microvalve 1 more stably, an outer frame 15 can be further disposed on the outer periphery of the inner frame 13. The outer frame 15 is preferably the same height as the synthetic resin film 7 or higher. An appropriate space 17 is preferably provided between the outer frame 15 and the synthetic resin film 7 so that the synthetic resin film 7 can be grasped with a finger.

疎水性多孔質シート３の材料としては例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリスルホン（ポリサルホン）、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリオレフィン樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体など）、ハロゲン原子含有樹脂｛例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリヘキサフルオロアセトン、フッ化ビニル（ＶＦ）など｝、メタクリレート系樹脂（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）、スチレン系樹脂（例えば、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）など）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）。ポリアセタール、ポリアリーレンエーテル（例えば、ポリフェニレンエーテルなど）、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリアリール、ポリビニリデンジフロリド、ポリプロピレン、ポリエチレン、スルホン系ポリマー（例えば、ポリスルホン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルサルホンなど）、ポリウレタン類、ポリエステル系樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など）、ポリエーテルケトン類（例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトンなど）、ポリアクリル酸エステル類（例えば、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチルなど）、ポリビニルエステル類（例えば、ポリブトオキシメチレンなど）、ポリシロキサン類、ポリサルファイド類、ポリフォスファゼン類、ポリトリアジン類、ポリノルボルネン、エポキシ系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリジエン類（例えば、ポリイソプレン、ポリブタジエンなど）、ポリアルケン類（例えば、ポリイソブチレンなど）などが挙げられる。優れた疎水性と、成膜の容易さ及び機械的強度などの点より、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。微小な開孔を無数に有するシートは鋳型を使用するか又は、シートを微細な針などで穿刺することにより作製することができる。 Examples of the material of the hydrophobic porous sheet 3 include polydimethylsiloxane (PDMS), polysulfone (polysulfone), polyamide, polyimide (PI), polyolefin resin (for example, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene copolymer), halogen, and the like. Atom-containing resin {for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVdF), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene Copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer (ECTFE), polychlorotrifluoroethylene (CTFE) , Polyhexafluoropropylene, polyhexafluoroacetone, vinyl fluoride (VF), etc.}, methacrylate resins (for example, polymethyl methacrylate (PMMA), etc.), styrene resins (for example, acrylonitrile-styrene copolymer (AS resin) ), Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS resin, etc.), polyetherimide (PEI), polyamideimide, polyesterimide, polycarbonate (PC). Polyacetal, polyarylene ether (eg, polyphenylene ether), polyphenylene sulfide, polyarylate, polyaryl, polyvinylidene difluoride, polypropylene, polyethylene, sulfone-based polymer (eg, polysulfone, polyarylsulfone, polyethersulfone (PES), Polyethersulfone, etc.), polyurethanes, polyester resins (eg, polyethylene terephthalate (PET), etc.), polyether ketones (eg, polyetheretherketone, polyetherketoneketone, etc.), polyacrylates (eg, , Polybutyl acrylate, polyethyl acrylate, etc.), polyvinyl esters (eg, polybutoxymethylene, etc.), polysiloxanes, polysulfur And polyphosphazenes, polytriazines, polynorbornene, epoxy resins, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polydienes (eg, polyisoprene, polybutadiene, etc.), polyalkenes (eg, polyisobutylene, etc.) . Polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinylidene fluoride (PVdF), or polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferable from the viewpoint of excellent hydrophobicity, film formation ease, mechanical strength, and the like. A sheet having innumerable minute holes can be produced by using a mold or by puncturing the sheet with a fine needle or the like.

疎水性多孔質シート３は規則的又は不規則的に、定形又は不定形な微小開孔を無数に有するシートであることができる。開孔の大きさは液滴のサイズよりも小さいことが好ましい。開孔サイズが液滴サイズよりも大きいと、シート３がたとえ疎水性であっても、液滴を貯液空間９内に留めておくことが困難になる。このような開孔のサイズは一般的に、１ｎｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。疎水性多孔質シート３の膜厚は一般的に、５０μｍ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましい。疎水性多孔質シート３の膜厚が５０μｍ未満では機械的強度が不足する。一方、疎水性多孔質シート３の膜厚が１０００μｍ超になると、機械的強度が高くなり過ぎ、十分に撓まなくなり、液滴をポート側に通すことが困難になる。 The hydrophobic porous sheet 3 can be a sheet having an infinite number of regular or irregular fine holes regularly or irregularly. The size of the opening is preferably smaller than the size of the droplet. If the opening size is larger than the droplet size, it is difficult to keep the droplet in the liquid storage space 9 even if the sheet 3 is hydrophobic. In general, the size of such apertures is preferably in the range of 1 nm to 200 μm. In general, the thickness of the hydrophobic porous sheet 3 is preferably in the range of 50 μm to 1000 μm. When the thickness of the hydrophobic porous sheet 3 is less than 50 μm, the mechanical strength is insufficient. On the other hand, when the film thickness of the hydrophobic porous sheet 3 exceeds 1000 μm, the mechanical strength becomes too high, the film does not bend sufficiently, and it becomes difficult to pass the droplets to the port side.

図２は本発明のマイクロバルブ１の使用方法を説明する概要断面図である。先ず、ステップ（Ａ）において、合成樹脂フィルム７を剥離し、合成樹脂中間層５の亀裂１１を介してシリンジ２０を挿入し、貯液空間９に液体２２を注入する。液体２２は疎水性多孔質シート３により撥水され、下部に流れ出ることができない。その後、ステップ（Ｂ）において、合成樹脂フィルム７を元に戻して亀裂１１を遮蔽すると共に、合成樹脂フィルム７を合成樹脂中間層５の上面に密着させる。次いで、ステップ（Ｃ）において、合成樹脂フィルム７の上面、特に、合成樹脂中間層５の貯液空間９の上部付近を指２４などで強く押圧する。これにより、貯液空間９が圧潰され、内部の液体は疎水性多孔質シート３の微小開孔を介してポートからマイクロチャネルに送液される。実際、疎水性多孔質シート３の下面はマイクロチップのＰＤＭＳ基板とは恒久接着していないので、疎水性多孔質シート３とマイクロチップのＰＤＭＳ基板との界面隙間を通して液体はポートに流れ込む。この際、液体２２に含まれる固形夾雑物は疎水性多孔質シート３により濾過されてしまうので、純粋に液体だけをマイクロチャネル側に送液することができる。ステップ（Ｄ）において、指の押圧を解除しても、マイクロチャネル側に流れた液体２２は疎水性多孔質シート３でブロックされ、貯液空間９に逆流することは効果的に抑制される。別法として、指の押圧を解除する際に、押しながら合成樹脂フィルム７を捲り上げることにより貯液空間９の圧力を大気圧と等圧にするか、あるいは、合成樹脂フィルム７の上面から貯液空間９に中空針を刺し、該中空針を介して貯液空間９の圧力を大気圧と等圧にすることもできる。これにより、マイクロチャネル側に流れた液体２２が貯液空間９に逆流することは完全に阻止される。本発明のマイクロバルブ１では、合成樹脂フィルム７の上面で、指２４による押圧を複数回繰り返すことによりポンプ動作も起こすことができ、液体２２を反対側のポートにまで送液することができる。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining how to use the microvalve 1 of the present invention. First, in step (A), the synthetic resin film 7 is peeled off, the syringe 20 is inserted through the crack 11 of the synthetic resin intermediate layer 5, and the liquid 22 is injected into the liquid storage space 9. The liquid 22 is water-repellent by the hydrophobic porous sheet 3 and cannot flow downward. Thereafter, in step (B), the synthetic resin film 7 is returned to its original state to shield the crack 11 and the synthetic resin film 7 is brought into close contact with the upper surface of the synthetic resin intermediate layer 5. Next, in step (C), the upper surface of the synthetic resin film 7, in particular, the vicinity of the upper portion of the liquid storage space 9 of the synthetic resin intermediate layer 5 is strongly pressed with a finger 24 or the like. As a result, the liquid storage space 9 is crushed, and the liquid inside is sent from the port to the microchannel through the micro-openings of the hydrophobic porous sheet 3. In fact, since the lower surface of the hydrophobic porous sheet 3 is not permanently bonded to the microchip PDMS substrate, the liquid flows into the port through the interface gap between the hydrophobic porous sheet 3 and the microchip PDMS substrate. At this time, since solid impurities contained in the liquid 22 are filtered by the hydrophobic porous sheet 3, only the liquid can be supplied purely to the microchannel side. In step (D), even if the finger is released, the liquid 22 that has flowed to the microchannel side is blocked by the hydrophobic porous sheet 3, and the reverse flow into the liquid storage space 9 is effectively suppressed. Alternatively, when releasing the finger press, the pressure of the liquid storage space 9 is made equal to the atmospheric pressure by rolling up the synthetic resin film 7 while pressing, or stored from the upper surface of the synthetic resin film 7. A hollow needle can be inserted into the liquid space 9, and the pressure of the liquid storage space 9 can be made equal to the atmospheric pressure via the hollow needle. As a result, the liquid 22 flowing to the microchannel side is completely prevented from flowing back into the liquid storage space 9. In the microvalve 1 of the present invention, the pumping operation can be caused by repeating the pressing with the finger 24 a plurality of times on the upper surface of the synthetic resin film 7, and the liquid 22 can be fed to the opposite port.

図３は本発明のマイクロバルブの別の例の部分概要断面図である。図３に示されたマイクロバルブ１Ａは、疎水性多孔質シート３の下部に親水性多孔質シート２６を有する。疎水性多孔質シート３の下部に親水性多孔質シート２６を併用すると、併用しない場合に比べて、マイクロチャネル側に送液された液体が貯液空間９への逆流が一層抑制される。 FIG. 3 is a partial schematic cross-sectional view of another example of the microvalve of the present invention. The microvalve 1 </ b> A shown in FIG. 3 has a hydrophilic porous sheet 26 below the hydrophobic porous sheet 3. When the hydrophilic porous sheet 26 is used together in the lower part of the hydrophobic porous sheet 3, the backflow of the liquid sent to the microchannel side into the liquid storage space 9 is further suppressed as compared with the case where the hydrophilic porous sheet 26 is not used together.

図４は本発明のマイクロバルブの別の例の部分概要断面図である。図４に示されたマイクロバルブ１Ａは、疎水性多孔質シート３の上部及び下部の両側に親水性多孔質シート２８，２６を有する。前記のように、疎水性多孔質シート３は濾過器としても使用できるが、細胞を培養する用途においては、疎水性多孔質シート３の上部側の親水性多孔質シート２８に培地を染み込ませ、ここで細胞培養を行うことが好ましい。培養後は、培養物を疎水性多孔質シート３で濾別し、培養液はマイクロチャネルに送液することができる。 FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view of another example of the microvalve of the present invention. The microvalve 1A shown in FIG. 4 has hydrophilic porous sheets 28 and 26 on both the upper and lower sides of the hydrophobic porous sheet 3. As described above, the hydrophobic porous sheet 3 can also be used as a filter, but in the use for culturing cells, the hydrophilic porous sheet 28 on the upper side of the hydrophobic porous sheet 3 is soaked with a medium, Cell culture is preferably performed here. After the culture, the culture is filtered with the hydrophobic porous sheet 3 and the culture solution can be sent to the microchannel.

親水性多孔質シート２６，２８は規則的又は不規則的に、定形又は不定形な微小開孔を無数に有するシートであることができる。開孔の大きさは液滴のサイズよりも小さいことが好ましい。開孔サイズが液滴サイズよりも大きいと、液滴がシート２６，２８を通過してしまい液滴を貯液空間９及び／又はマイクロチャネル内に留めておくことが困難になる。このような開孔のサイズは一般的に、１ｎｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましい。親水性多孔質シート２６，２８の膜厚は一般的に、５０μｍ〜１０００μｍの範囲内であることが好ましい。親水性多孔質シート２６，２８の膜厚が５０μｍ未満では機械的強度が不足する。一方、親水性多孔質シート２６，２８の膜厚が１０００μｍ超になると、機械的強度が高くなり過ぎて十分に撓まなくなり、使用適性に欠けるようになる。 The hydrophilic porous sheets 26 and 28 can be regular or irregular sheets that have an infinite number of regular or irregular micro-openings. The size of the opening is preferably smaller than the size of the droplet. When the aperture size is larger than the droplet size, the droplets pass through the sheets 26 and 28, and it is difficult to keep the droplets in the liquid storage space 9 and / or the microchannel. In general, the size of such apertures is preferably in the range of 1 nm to 200 μm. In general, the thickness of the hydrophilic porous sheets 26 and 28 is preferably in the range of 50 μm to 1000 μm. If the film thickness of the hydrophilic porous sheets 26 and 28 is less than 50 μm, the mechanical strength is insufficient. On the other hand, when the film thickness of the hydrophilic porous sheets 26 and 28 exceeds 1000 μm, the mechanical strength becomes too high and the film is not sufficiently bent and becomes unusable.

親水性多孔質シート２６，２８の形成材料は当業者に公知の有機性繊維で形成された不織布あるいは織布を使用することができる。疎水性多孔質シートを親水化処理して親水性多孔質シートとして使用することもできる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などの疎水性多孔質シートをノニオン型フッ素系界面活性剤で処理することにより親水性多孔質シート２６，２８を得ることが出来る。また、疎水性の熱可塑性樹脂を親水性付与物質で処理することによっても、親水性多孔質シート２６，２８を得ることもできる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホンから選択される少なくとも１種の物質又は２種以上の共重合体又は２種以上の混合物を親水性付与物質で処理する。このような目的に好適な親水性付与物質は例えば、ポリアクリル酸、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート、カルボキシメチルエチルセルロース、酢酸フタル酸セルロース、ヒドロキシプロピルスターチなどである。 As the forming material of the hydrophilic porous sheets 26 and 28, a nonwoven fabric or a woven fabric formed of organic fibers known to those skilled in the art can be used. The hydrophobic porous sheet can also be used as a hydrophilic porous sheet by hydrophilizing it. For example, hydrophobic porous sheets such as polytetrafluoroethylene (PTFE), vinylidene fluoride (PVdF), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) are used. The hydrophilic porous sheets 26 and 28 can be obtained by treating with a nonionic fluorosurfactant. The hydrophilic porous sheets 26 and 28 can also be obtained by treating a hydrophobic thermoplastic resin with a hydrophilic substance. For example, at least one substance selected from polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, polyethylene terephthalate, and polysulfone, two or more copolymers, or a mixture of two or more are treated with a hydrophilicity-imparting substance. Suitable hydrophilicity-imparting substances for such purposes are, for example, polyacrylic acid, ethyl cellulose, hydroxypropylmethylcellulose phthalate, hydroxypropylmethylcellulose acetate succinate, carboxymethylethylcellulose, cellulose acetate phthalate, hydroxypropyl starch and the like.

図５は本発明のマイクロバルブの使用例を示す部分概要平面図である。マイクロバルブ１はマイクロチップ１００の上面に載置されている。図示されたマイクロバルブ１では、合成樹脂中間層５に貯液空間９−１〜９−５を直列状に５個有する。合成樹脂中間層は、この貯液空間９−１〜９−５を完全に遮蔽するのに必要十分なサイズの合成樹脂フィルム７で覆われている。貯液空間９−１〜９−５と平行に、マイクロチャネル１０４が配設されており、このマイクロチャネル１０４には、貯液空間９−１〜９−５と対向するように、それぞれポート１１０−１〜１１０−５が設けられている。貯液空間の配設個数は図示された５個に限定されるわけではない。任意の個数の貯液空間を配設することができる。貯液空間を複数個設けることにより、各貯液空間内に異なるサンプル及び／又は液体試薬類をそれぞれ注入することができ、複雑多岐にわたる様々な反応や検出などを１枚のマイクロチップ上で実施できるという顕著な作用効果が奏される。図示されているような複数個のマイクロバルブが一体化された形態に限らず、それぞれ分離独立した形態でも実施可能である。 FIG. 5 is a partial schematic plan view showing an example of use of the microvalve of the present invention. The microvalve 1 is placed on the upper surface of the microchip 100. In the illustrated microvalve 1, the synthetic resin intermediate layer 5 has five liquid storage spaces 9-1 to 9-5 in series. The synthetic resin intermediate layer is covered with a synthetic resin film 7 having a size necessary and sufficient to completely shield the liquid storage spaces 9-1 to 9-5. A microchannel 104 is disposed in parallel with the liquid storage spaces 9-1 to 9-5. Ports 110 are provided in the microchannel 104 so as to face the liquid storage spaces 9-1 to 9-5, respectively. -1 to 110-5 are provided. The number of liquid storage spaces disposed is not limited to the five illustrated. Any number of liquid storage spaces can be provided. By providing multiple storage spaces, it is possible to inject different samples and / or liquid reagents into each storage space, and perform various reactions and detections on a single microchip. The remarkable effect of being able to be produced is produced. The present invention is not limited to a form in which a plurality of microvalves as shown in the figure are integrated, and can be implemented in a form that is separated and independent from each other.

図６は、本発明のマイクロバルブの更に他の例の部分概要断面図である。このマイクロバルブでは、剥脱可能な合成樹脂フィルム７ａの形状が半球状をしている。半球状合成樹脂フィルム７ａが合成樹脂中間層５に自己吸着している場合、その上部を押圧してもフィルム７ａは合成樹脂中間層５から大きくずれない。押圧を続けると、貯液空間９内の液体はマイクロチャネル１０４に送液され、その後、更に押圧を続けると、半球状合成樹脂フィルム７ａが過度に変形することにより、半球状合成樹脂フィルム７ａと合成樹脂中間層５との間に隙間が生じ、そこから空気が入ることにより、貯液空間９内の圧力が大気圧と等圧化する。半球状合成樹脂フィルム７ａは図示されているような中空状の他、中実状であることもできる。 FIG. 6 is a partial schematic cross-sectional view of still another example of the microvalve of the present invention. In this microvalve, the peelable synthetic resin film 7a has a hemispherical shape. When the hemispherical synthetic resin film 7 a is self-adsorbed to the synthetic resin intermediate layer 5, the film 7 a does not greatly deviate from the synthetic resin intermediate layer 5 even if the upper part is pressed. When the pressing is continued, the liquid in the liquid storage space 9 is fed to the microchannel 104, and then when the pressing is further continued, the hemispherical synthetic resin film 7a is excessively deformed, so that the hemispherical synthetic resin film 7a and A gap is formed between the synthetic resin intermediate layer 5 and air enters from there, whereby the pressure in the liquid storage space 9 becomes equal to the atmospheric pressure. The hemispherical synthetic resin film 7a can be solid as well as hollow as shown.

（１）マイクロバルブの作製
常用の光リソグラフィー法に従って、表面に直径約５０μｍ、高さ約０．３ｍｍの突起を無数に有する４インチサイズの鋳型を作製した。この鋳型の表面をフルオロカーボン（ＣＨＦ_３）の存在下で反応性イオンエッチングシステムにより処理し、表面にＣＨＦ_３剥離膜を形成した。マスターの剥離膜形成面上に、ＰＤＭＳプレポリマー混合液として、米国のダウ・コーニング社製のSYLGARD 184 SILICONE ELASTOMERを厚さ鋳型にモールドし、Ｎ２スプレーで０．３ｍｍ厚付近になるまで引きのばし、加温（６５℃、４時間）した。４時間経過後、オーブンから取り出し、厚さ約０．３ｍｍのＰＤＭＳ製多孔質シートを鋳型から剥離した。このＰＤＭＳ製多孔質シートを２ｃｍｘ２ｃｍにカットし、マイクロチップのＰＤＭＳ製基板の一方のポートを覆うように、かつ、ＰＤＭＳ製基板の上面に自己吸着するように載置した。次いで、このシートの上部にＰＤＭＳ製の中間層を載置した。ＰＤＭＳ製中間層の厚さは約２ｍｍであり、シートと同じ２ｃｍｘ２ｃｍのサイズであった。ＰＤＭＳ製中間層の適所に容量約５０μｌの貯液空間が形成されていた。このシートと中間層との積層物の周囲をＰＤＭＳ製の枠で包囲した。ＰＤＭＳ製の枠はマイクロチップのＰＤＭＳ製基板と恒久接着させた。ＰＤＭＳ製中間層の貯液空間の開口部を覆うようにＰＤＭＳ製フィルムを被せた。このＰＤＭＳ製フィルムの外表面には３Ｍ社の３Ｍフロリナート気密性コート材を塗布しておいた。
（２）送液確認試験
前記（１）で作製されたマイクロバルブのＰＤＭＳ製フィルムを剥離し、ＰＤＭＳ製中間層の貯液空間を露出させ、該貯液空間内に赤色に着色された蒸留水を注入した。注入された赤色蒸留水を目視で観察し続けたところ、ＰＤＭＳ製多孔質シートで撥水され、下部に浸透していないことが確認された。その後、ＰＤＭＳ製フィルムをＰＤＭＳ製中間層上面に被せ、貯液空間を遮蔽した。次いで、ＰＤＭＳ製フィルム上面の前記貯液空間の位置に対応する箇所を人差し指で強く押圧したところ、貯液空間内の赤色蒸留水がマイクロチップのマイクロチャネル内に送液された。人差し指による押圧を解除し、再び押圧したところ、赤色蒸留水は反対側のポートにまで達した。 (1) Production of microvalve According to a conventional photolithographic method, a 4-inch size mold having an infinite number of protrusions with a diameter of about 50 μm and a height of about 0.3 mm was produced. The surface of this mold was treated with a reactive ion etching system in the presence of fluorocarbon (CHF ₃ ) to form a CHF ₃ release film on the surface. On the master's release film forming surface, as a PDMS prepolymer mixture, SYLGARD 184 SILICONE ELASTOMER made by Dow Corning in the United States is molded into a thickness mold and stretched to a thickness of about 0.3 mm with N2 spray, Warming (65 ° C., 4 hours). After 4 hours, it was taken out from the oven, and a PDMS porous sheet having a thickness of about 0.3 mm was peeled from the mold. This PDMS porous sheet was cut into 2 cm × 2 cm, and was placed so as to cover one port of the PDMS substrate of the microchip and to self-adsorb on the upper surface of the PDMS substrate. Next, an intermediate layer made of PDMS was placed on top of this sheet. The thickness of the PDMS intermediate layer was about 2 mm, and was the same size of 2 cm × 2 cm as the sheet. A liquid storage space having a volume of about 50 μl was formed at an appropriate position of the PDMS intermediate layer. The laminate of this sheet and the intermediate layer was surrounded by a PDMS frame. The PDMS frame was permanently bonded to the microchip PDMS substrate. A PDMS film was covered so as to cover the opening of the liquid storage space of the PDMS intermediate layer. The outer surface of the PDMS film was coated with a 3M Fluorinert airtight coating material from 3M.
(2) Liquid feeding confirmation test The PDMS film of the microvalve produced in the above (1) is peeled to expose the liquid storage space of the PDMS intermediate layer, and the distilled water colored red in the liquid storage space Injected. When the injected red distilled water was continuously observed visually, it was confirmed that it was repelled by the PDMS porous sheet and did not penetrate into the lower part. Thereafter, a PDMS film was placed on the upper surface of the PDMS intermediate layer to shield the liquid storage space. Next, when a portion corresponding to the position of the liquid storage space on the upper surface of the PDMS film was strongly pressed with an index finger, red distilled water in the liquid storage space was fed into the microchannel of the microchip. When the pressure with the index finger was released and pressed again, the red distilled water reached the opposite port.

本発明のマイクロバルブを利用したマイクロチップは医学、獣医学、歯科学、薬学、生命科学、食品、農業、水産など様々な分野で活用できる。特に、蛍光抗体法、in situ Hibridization等に最適なマイクロチップとして、免疫疾患検査、細胞培養、ウィルス固定、病理検査、細胞診、生検組織診、血液検査、細菌検査、タンパク質分析、ＤＮＡ分析、ＲＮＡ分析などの広範な領域で使用できる。
本発明のマイクロバルブは液体を送液するためのポンプとしても機能することができるばかりか、マイクロ濾過器又はマイクロ培養器としても機能することができる。 The microchip using the microvalve of the present invention can be used in various fields such as medicine, veterinary medicine, dentistry, pharmacy, life science, food, agriculture, and fisheries. In particular, as an optimal microchip for fluorescent antibody method, in situ hybridization, etc., immunological disease test, cell culture, virus fixation, pathological test, cytology, biopsy histology, blood test, bacterial test, protein analysis, DNA analysis, It can be used in a wide range of areas such as RNA analysis.
The microvalve of the present invention can function not only as a pump for feeding a liquid but also as a microfilter or a microincubator.

公知慣用のマイクロチップにおいて使用される本発明のマイクロバルブの一例の部分概要断面図である。It is a partial outline sectional view of an example of a microvalve of the present invention used in a publicly known microchip. 図１に示された本発明のマイクロバルブの使用方法を説明する工程図である。It is process drawing explaining the usage method of the microvalve of this invention shown by FIG. 公知慣用のマイクロチップにおいて使用される本発明のマイクロバルブの別の例の部分概要断面図である。It is a partial schematic sectional drawing of another example of the microvalve of this invention used in a well-known and usual microchip. 公知慣用のマイクロチップにおいて使用される本発明のマイクロバルブの他の例の部分概要断面図である。It is a partial outline sectional view of other examples of the microvalve of the present invention used in a publicly known microchip. 公知慣用のマイクロチップにおいて使用される本発明のマイクロバルブの更に別の例の部分概要平面図である。It is a partial schematic top view of another example of the microvalve of the present invention used in a publicly known microchip. 公知慣用のマイクロチップにおいて使用される本発明のマイクロバルブの更に他の例の部分概要断面図である。It is a partial schematic sectional drawing of the further another example of the microvalve of this invention used in a well-known and usual microchip. 公知慣用のマイクロチップの一例の概要平面図である。It is a general | schematic top view of an example of a well-known common microchip. 図７（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the BB line in FIG. 7 (A).

Explanation of symbols

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ本発明のマイクロバルブ
３疎水性多孔質シート
５合成樹脂中間層
７，７ａ合成樹脂フィルム
９貯液空間
１１亀裂
１３内側フレーム
１５外側フレーム
１７隙間
２０シリンジ
２２液体
２４指
２６，２８親水性多孔質シート
１００公知慣用のマイクロチップ
１０２ＰＤＭＳ基板
１０４マイクロチャネル
１０６ポート
１０８対面基板
１１０ポート 1, 1A, 1B, 1C Microvalve of the present invention 3 Hydrophobic porous sheet 5 Synthetic resin intermediate layer 7, 7a Synthetic resin film 9 Liquid storage space 11 Crack 13 Inner frame 15 Outer frame 17 Gap 20 Syringe 22 Liquid 24 Finger 26 , 28 Hydrophilic porous sheet 100 Known and commonly used microchip 102 PDMS substrate 104 Microchannel 106 Port 108 Face-to-face substrate 110 Port

Claims

A microvalve used by being mounted on the upper surface of a microchip having at least one microchannel and at least one port communicating with the microchannel and opening toward the atmosphere, A porous porous sheet, a synthetic resin intermediate layer, and a synthetic resin film, wherein the hydrophobic porous sheet is disposed so as to cover the opening of the port, and the synthetic resin intermediate layer has a liquid storage space. A featured micro valve.

2. The microvalve according to claim 1, wherein an upper portion of the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer is a wall surface, and a crack penetrating the wall surface vertically is formed.

The microvalve according to claim 1, wherein an upper portion of the liquid storage space of the synthetic resin intermediate layer is opened.

The hydrophobic porous sheet, the synthetic resin intermediate layer, and the synthetic resin film are all made of polydimethylsiloxane (PDMS), and an airtight coating material is applied to the outer surface of the PDMS synthetic resin film. The microvalve according to claim 1, wherein:

2. The microvalve according to claim 1, further comprising a hydrophilic porous sheet below the hydrophobic porous sheet.

The microvalve according to claim 1, further comprising a hydrophilic porous sheet on both sides of an upper part and a lower part of the hydrophobic porous sheet.

2. The microvalve according to claim 1, wherein the synthetic resin film has a hemispherical shape.