JP2005337415A - Micro valve, micro pump, and micro chip incorporating them - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro valve and a micro pump possible to be easily manufactured at low costs at the same time when manufacturing a micro chip. <P>SOLUTION: This micro valve is formed of a substrate, a first layer put on the top surface of the substrate, and a second layer put on the top surface of the first layer, and has a first flow passage, a first valve chamber communicated with the first flow passage, a second flow passage, a second valve chamber communicated with the second flow passage and a valve for partitioning the first valve chamber and the second valve chamber in the first layer on a side put on the substrate. A valve seat of the valve is maintained without adhering it to a surface of the substrate. This micro valve has a pressure chamber in the second layer on a side put on the first layer in a position corresponding to a part immediately over the valve. With this structure, the micro pump can be structured by appropriately combining two or more micro valves. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、少なくとも一方の基板内に微細な流路や反応容器などの微細構造（マイクロストラクチャー）を持ついわゆる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に内蔵して流路や反応容器などの間における流体の流れを制御するマイクロバルブとマイクロポンプに関する。   The present invention relates to a so-called microchip having a fine structure (microstructure) such as a fine flow path or a reaction vessel in at least one substrate. More specifically, the present invention relates to a microvalve and a micropump that are built in a microchip and control the flow of fluid between flow paths and reaction vessels.

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。   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”.

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。   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 has the advantage that it can be analyzed in the field, and (5) it can be disposable.

一般的に、これらのマイクロチップは、一方の平面上に微細構造を有する基板と、これらの微細構造を封止する目的の平面を有する対面基板とを貼り合わせた構造を有する。基板の材質は製造方法やマイクロチップの使用目的等により、各種のものが利用されているが、中でも、基板材料にシリコンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用い、対面基板にガラス基板を用いた一連のマイクロチップが非特許文献１に詳述されている。   Generally, these microchips have a structure in which a substrate having a fine structure on one plane and a facing substrate having a target plane for sealing these fine structures are bonded together. Various materials are used depending on the manufacturing method and the purpose of use of the microchip. Among them, polydimethylsiloxane (PDMS), which is a kind of silicon rubber, is used as a substrate material, and a glass substrate is used as a facing substrate. A series of microchips using is described in detail in Non-Patent Document 1.

マイクロチップ内の流路や反応容器では流体、主に薬液やサンプル等の液体を扱うが、その為には流体の流れや移送を制御する機能が必要になる。特にマイクロチップに内蔵した小さな機能部品は流体制御素子とかマイクロ流体デバイス等と呼ばれる。流体制御素子として極めて一般的な物に、マイクロバルブやマイクロポンプがある。   The flow path and reaction vessel in the microchip handle fluids, mainly liquids such as chemicals and samples, but for that purpose, a function for controlling the flow and transfer of the fluid is required. In particular, small functional components built in the microchip are called fluid control elements or microfluidic devices. A very general thing as a fluid control element is a microvalve or a micropump.

流体制御素子のマイクロバルブやマイクロポンプ等の微細な機構部品は、マイクロマシンやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）といった分野においても開発が進められてきた。例えば特許文献１には典型的なマイクロバルブの例が示されている。このマイクロバルブは、バルブ領域において圧力室と作動流体通路とがＰＤＭＳ製メンブレンを挟んで隣接しており、圧力室に駆動流体の圧力を給排することによって前記メンブレンを変位させ、ＰＤＭＳ製メンブレンがＰＤＭＳ製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。また、特許文献２にも、マイクロチップ用のマイクロバルブが記載されている。このマイクロバルブは、流路を潰して閉じる構造を有し、流路を完全に閉じるためには流路断面を半円形にするなどの特殊な対策を必要とし、一般的に作りやすい矩形の流路では充分なシール性が達成されない。また、特許文献２にはマイクロポンプも記載されており、１本の流路にマイクロバルブを３個以上連続に並べ、それらを順次動作させることで流路内の液体を送る方式であり、いわゆるペリスタリックポンプと呼ばれる。マイクロバルブの開閉順序を変えることで正逆両方向に流体を流すことができる。しかし、このマイクロポンプにおいても、流路断面は半円形とする必要があり、しかも、ポンプとしての吐出量が小さい。特許文献１及び２の共通とする特徴は、シリコンラバーのゴム弾性や吸着性（密着性、シール性）を利用している点である。バルブの弁の働きをする部分（弁部）にＰＤＭＳ製の膜等を用い、それが可動することでバルブの開閉を行っている。バルブを閉じてシールする部分（弁座）は当然のこと、接着はされていない。これらのバルブに共通する問題点は、製造上において弁座を非接着とする為に、ＰＤＭＳ基板とそれを貼り合せる基材との全面を非接着とし、ＰＤＭＳの持つ吸着性のみで両基板を貼り合せていることである。よってマイクロチップの取り扱い上や高い圧力の流体を扱う点に問題があった。   Development of fine mechanical parts such as microvalves and micropumps of fluid control elements has been advanced in the fields of micromachines and MEMS (Micro Electro Mechanical System). For example, Patent Document 1 shows an example of a typical microvalve. In this microvalve, a pressure chamber and a working fluid passage are adjacent to each other with a PDMS membrane in the valve region, and the membrane is displaced by supplying and discharging the pressure of the driving fluid to and from the pressure chamber. A valve mechanism that opens and closes the working fluid passage by being attached to and detached from the PDMS valve seat is provided. Patent Document 2 also describes a microvalve for a microchip. This microvalve has a structure in which the flow path is crushed and closed, and in order to completely close the flow path, special measures such as making the cross section of the flow path semicircular are required. Sufficient sealing is not achieved on the road. In addition, Patent Document 2 also describes a micropump, which is a system in which three or more microvalves are continuously arranged in one channel and the liquid in the channel is sent by operating them sequentially, so-called. It is called a peristaltic pump. By changing the opening and closing order of the microvalves, fluid can flow in both forward and reverse directions. However, even in this micro pump, the cross section of the flow path needs to be semicircular, and the discharge amount as a pump is small. A feature common to Patent Documents 1 and 2 is that the rubber elasticity and adsorptivity (adhesion, sealability) of silicon rubber are used. A PDMS membrane or the like is used for the valve functioning part (valve part), and the valve is opened and closed by moving it. The part (valve seat) that closes and seals the valve is naturally not glued. The problem common to these valves is that in order to make the valve seat non-adhesive in manufacturing, the entire surface of the PDMS substrate and the base material to which it is bonded are made non-adhesive, and both substrates are attached only by the adsorbability of PDMS. It is sticking together. Therefore, there are problems in handling the microchip and handling high pressure fluid.

更に、特許文献３には微少量の液体を正逆両方向に搬送できるマイクロポンプが記載されている。特許文献３に記載されたマイクロポンプは、流路抵抗が差圧に応じて変化する第１流路と、差圧の変化に対する流路抵抗の変化の割合が第１流路よりも小さい第２流路と、第１流路及び第２流路に接続される加圧室と、加圧室内部の圧力を変化させるための圧電素子とを備える。加圧室の内部の圧力を圧電素子で変化させることより、第１流路の流路抵抗と第２流路の流路抵抗との比を異ならせることが出来る。しかし、特許文献３に記載されたマイクロポンプは、次の問題点があった。(a)液体の流れ易さの違いを利用している為、気体は扱えない；(b)開閉弁や逆止弁を用いていない為、完全に流れを止めることができない；(c)開閉弁や逆止弁を用いていない為、外部からの大きな圧力に対し、ポンプ動作できない；(d)高速な動作を必要とするため、圧電素子等をバルブ近傍に配置しなければならず、マイクロチップを小型化できない；(e)圧電素子等が高価なためマイクロチップを使い捨てにできない；及び(f)圧電素子の制御方法が難しい。   Furthermore, Patent Document 3 describes a micropump capable of conveying a minute amount of liquid in both forward and reverse directions. The micropump described in Patent Document 3 includes a first flow path in which the flow path resistance changes in accordance with the differential pressure, and a second ratio in which the change rate of the flow path resistance with respect to the change in the differential pressure is smaller than the first flow path. A flow path, a pressure chamber connected to the first flow path and the second flow path, and a piezoelectric element for changing the pressure in the pressure chamber. By changing the pressure inside the pressurizing chamber with the piezoelectric element, the ratio between the channel resistance of the first channel and the channel resistance of the second channel can be made different. However, the micropump described in Patent Document 3 has the following problems. (a) Gas cannot be handled because of the difference in liquid flow ease; (b) Flow cannot be stopped completely because no on-off valve or check valve is used; (c) Open / close Since no valve or check valve is used, pump operation is not possible for large external pressure; (d) Since high-speed operation is required, a piezoelectric element, etc. must be placed near the valve. The chip cannot be miniaturized; (e) the microchip cannot be disposable because the piezoelectric element and the like are expensive; and (f) the control method of the piezoelectric element is difficult.

特許第３４１８７２号明細書Japanese Patent No. 341872 米国特許第６４０８８７８号明細書US Pat. No. 6,408,878 特開２００１−３２２０９９号公報JP 2001-322099 A David C. Duffy et al., Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly(dimethylsiloxane), Analytical Chemistry, Vol.70, No.23, December 1, 1988, pp.4974-4984David C. Duffy et al., Rapid Prototyping of Microfluidic Systems in Poly (dimethylsiloxane), Analytical Chemistry, Vol.70, No.23, December 1, 1988, pp.4974-4984

従って、本発明の目的は、基板の貼り合わせが強固で一般的な取り扱い上に問題がなく、また、高い圧力の流体も扱えるマイクロバルブ又はマイクロポンプを提供することである。
本発明の別の目的は、一般的な矩形断面形状の構造のみで、気体に対しても充分なシール性を発揮する、マイクロバルブ又はマイクロポンプを提供することである。
本発明の他の目的は、マイクロチップの製作と同時に、安価で容易に作製できる逆止弁の作用をする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 provide a microvalve or a micropump capable of handling a high-pressure fluid without causing problems in general handling because the substrates are firmly bonded to each other.
Another object of the present invention is to provide a microvalve or a micropump that exhibits a sufficient sealing performance against a gas only with a general rectangular cross-sectional structure.
Another object of the present invention is to provide a microvalve that acts as a check valve that can be manufactured inexpensively and easily at the same time as the fabrication of the microchip.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１における発明は、マイクロバルブであって、該マイクロバルブは基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記弁の直上に対応する位置に圧力室を有することを特徴とするマイクロバルブである。 As means for solving the problems, the invention according to claim 1 of the present application is a microvalve, the microvalve being formed on a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and an upper surface of the first layer. It consists of a second layer that is bonded together,
A first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and the second flow path on the side of the first layer that is bonded to the substrate. A valve that partitions the second valve chamber communicating with the first valve chamber and the second valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface,
The microvalve has a pressure chamber at a position corresponding to the bonding surface side of the second layer with the first layer and directly above the valve.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項２における発明は、前記弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。   As a means for solving the above problem, the invention according to claim 2 of the present application is characterized in that the valve is linear, and the volume of the first valve chamber and the volume of the second valve chamber are substantially the same. The microvalve according to claim 1.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項３における発明は、前記弁が略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。   As means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 3 of the present application is characterized in that the valve is substantially U-shaped and the volume of the first valve chamber is larger than the volume of the second valve chamber. The microvalve according to claim 1.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項４における発明は、逆止弁として機能することを特徴とする請求項３に記載のマイクロバルブである。   As a means for solving the problems, the invention according to claim 4 of the present application is a microvalve according to claim 3, which functions as a check valve.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項５における発明は、前記圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブである。   As a means for solving the problem, the invention according to claim 5 of the present application is configured to apply a negative pressure or a positive pressure to the pressure chamber. The microvalve described.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項６における発明は、前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマイクロバルブである。   As a means for solving the above problem, in the invention according to claim 6 of the present application, the substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silicon and hard plastic, and the first layer is polydimethylsiloxane. The second layer is made of a material selected from the group consisting of PDMS, glass, silicon, and hard plastics. This is a micro valve.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項７における発明は、マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、ポンプ室を間に挟んで第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは第３の流路と該第３の流路に連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記ポンプ室は前記第２の流路により前記第１のマイクロバルブの第２のバルブ室と連通しており、かつ、前記第３の流路により前記第２のマイクロバルブの第３のバルブ室と連通しており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上と、前記ポンプ室の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプである。 As means for solving the problems, the invention according to claim 7 of the present application is a micropump, wherein the micropump includes a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and an upper surface of the first layer. And a second layer bonded to
The first microvalve and the second microvalve are sandwiched between the first layer and the substrate with the pump chamber interposed therebetween,
The first microvalve includes a first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and a second valve chamber communicating with the second flow path. And a valve that partitions the first valve chamber and the second valve chamber, and the valve seat of the valve is maintained non-adhered to the substrate surface,
The second microvalve includes a third flow path, a third valve chamber communicating with the third flow path, a fourth flow path, and a fourth valve chamber communicating with the fourth flow path. And a valve that partitions the third valve chamber and the fourth valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface,
The pump chamber communicates with the second valve chamber of the first microvalve by the second channel, and the third valve chamber of the second microvalve by the third channel. Communicated with
It is a bonding surface side of the second layer with the first layer, and corresponds to directly above the valve of the first microvalve, directly above the valve of the second microvalve, and directly above the pump chamber. It is a micropump characterized by having a pressure chamber at each position.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項８における発明は、前記第１のマイクロバルブの弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であり、前記第２のマイクロバルブの弁が略コ字状であり、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above problem, in the invention according to claim 8 of the present application, the valve of the first microvalve is linear, and the volume of the first valve chamber and the volume of the second valve chamber are approximately equal. 8. The micro of claim 7, wherein the second microvalve is substantially U-shaped and the volume of the third valve chamber is larger than the volume of the fourth valve chamber. It is a pump.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項９における発明は、前記第２のマイクロバルブが逆止弁として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above problem, the invention according to claim 9 of the present application is the micropump according to claim 7 or 8, wherein the second microvalve functions as a check valve.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１０における発明は、前記各圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 10 of the present application is configured such that a negative pressure or a positive pressure can be applied to each pressure chamber. It is a micropump as described in.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１１における発明は、マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは、前記第１のマイクロバルブの第１のバルブ室の第１の流路と連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプである。 As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 11 of the present application is a micropump, wherein the micropump includes a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and an upper surface of the first layer. And a second layer bonded to
A first microvalve and a second microvalve on the side of the first layer that is bonded to the substrate;
The first microvalve includes a first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and a second valve chamber communicating with the second flow path. And a valve that partitions the first valve chamber and the second valve chamber, and the valve seat of the valve is maintained non-adhered to the substrate surface,
The second microvalve includes a third valve chamber communicating with the first flow path of the first valve chamber of the first microvalve, a fourth flow path, and a fourth flow path. A valve that partitions the fourth valve chamber communicating with the third valve chamber and the fourth valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface;
Pressure chambers are respectively provided on the bonding surface side of the second layer with the first layer and at positions corresponding to directly above the valve of the first microvalve and directly above the valve of the second microvalve. This is a micropump characterized by that.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１２における発明は、前記各弁は略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きく、かつ、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above problem, in the invention according to claim 12 of the present application, the valves are substantially U-shaped, the volume of the first valve chamber is larger than the volume of the second valve chamber, and The micro pump according to claim 11, wherein the volume of the third valve chamber is larger than the volume of the fourth valve chamber.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１３における発明は、前記第１のマイクロバルブ及び第２のマイクロバルブがそれぞれ逆止弁として機能することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 13 of the present application is characterized in that each of the first microvalve and the second microvalve functions as a check valve. It is a micropump of description.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１４における発明は、前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項７〜１３の何れかに記載のマイクロポンプである。   As a means for solving the above problem, in the invention according to claim 14 of the present application, the substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silicon and hard plastic, and the first layer is polydimethylsiloxane. The second layer is formed of a material selected from the group consisting of PDMS, glass, silicon, and hard plastic. This is a micro pump.

前記課題を解決するための手段として、本願の請求項１５における発明は、請求項１〜６の何れかに記載のマイクロバルブ及び／又は請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロポンプを有することを特徴とするマイクロチップである。   As means for solving the problems, the invention according to claim 15 of the present application includes the microvalve according to any one of claims 1 to 6 and / or the micropump according to any one of claims 7 to 14. This is a microchip.

本発明によるマイクロバルブ又はマイクロポンプは次のような効果を有する。
(a)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、従来の同様な目的及び用途に使用されるマイクロバルブ又はマイクロポンプに比べて、容易に製造できる。
(b)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップの主な材料であるシリコンラバー（ＰＤＭＳ）以外には、シリコン等の微細加工が不要である。
(c)本発明のマイクロポンプの場合、素材としてシリコンラバー（ＰＤＭＳ）を使用すること以外には、圧電素子等をマイクロチップに組み込む必要がない。
(d)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップの一般的な流路や反応容器等の製造方法と同じ方法で製造できる。
(e)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップ内への組み込みが容易である。
(f)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、マイクロチップ内の流路や反応容器等と一体構造に製造できる。
(g)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプを有するマイクロチップは製造コストが安価なため使い捨てができる。
(h)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプを有するマイクロチップは全体として扱い易い。
(i)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、バルブの開閉やポンプ動作の操作が容易である。
(j)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、液体だけでなく気体も扱うことができる。
(k)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、シール性が高い。
(l)本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプの場合、高い圧力に対しても使用可能である。
(m)本発明のマイクロバルブは、逆止弁として機能することができるバルブである。
(n)本発明のマイクロバルブは、同一形状で、開閉弁としてばかりでなく逆止弁としても機能することができるバルブである。
(o)本発明のマイクロポンプは、吐出量が大きいポンプである。
(p)本発明のマイクロポンプは、逆流が発生し難いポンプである。
(q)本発明のマイクロポンプは、双方向としても機能するポンプである。 The microvalve or micropump according to the present invention has the following effects.
(a) In the case of the microvalve or micropump of the present invention, it can be easily manufactured as compared with the conventional microvalve or micropump used for the same purpose and application.
(b) In the case of the microvalve or micropump of the present invention, other than silicon rubber (PDMS) which is the main material of the microchip, fine processing such as silicon is unnecessary.
(c) In the case of the micropump of the present invention, it is not necessary to incorporate a piezoelectric element or the like into the microchip other than using silicon rubber (PDMS) as a material.
(d) In the case of the microvalve or the micropump of the present invention, it can be produced by the same method as the production method of a general flow path and reaction vessel of a microchip.
(e) In the case of the microvalve or micropump of the present invention, it can be easily incorporated into the microchip.
(f) In the case of the microvalve or micropump of the present invention, the microvalve or micropump of the present invention can be manufactured in an integrated structure with the flow path, reaction vessel, and the like in the microchip.
(g) The microchip having the microvalve or the micropump of the present invention can be disposable because the manufacturing cost is low.
(h) The microchip having the microvalve or micropump of the present invention is easy to handle as a whole.
(i) In the case of the microvalve or micropump of the present invention, the opening and closing of the valve and the operation of the pump operation are easy.
(j) The microvalve or micropump of the present invention can handle not only liquid but also gas.
(k) The microvalve or micropump of the present invention has high sealing performance.
(l) The microvalve or micropump of the present invention can be used even at high pressures.
(m) The microvalve of the present invention is a valve that can function as a check valve.
(n) The microvalve of the present invention has the same shape and can function not only as an on-off valve but also as a check valve.
(o) The micropump of the present invention is a pump with a large discharge amount.
(p) The micropump of the present invention is a pump in which a back flow hardly occurs.
(q) The micropump of the present invention is a pump that also functions as a bidirectional pump.

以下、図面を参照しながら本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの好ましい実施態様について具体的に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the microvalve and the micropump of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

本発明のマイクロバルブは、マイクロチップ内において、対象とする流体（液体又は気体）を流す流路の途中に設け、マイクロバルブを開閉することで、流体を流したり止めたりする流体制御素子としての機能を果たす。   The microvalve of the present invention is provided as a fluid control element that is provided in the middle of a flow path for flowing a target fluid (liquid or gas) in the microchip, and opens and closes the microvalve to flow or stop the fluid. Fulfills the function.

１．１ マイクロバルブの構造
図１は本発明のマイクロバルブの一例の部分上面図であり、図２は図１におけるII-II線に沿った断面図である。本発明のマイクロバルブ３は例えば、マイクロチップ１内に配設される。図２に示されるように、本発明のマイクロバルブ３は基本的に２層構造をしている。第１層５は対象とする流体を流す流路等の役目を果たす。第２層７はマイクロバルブを制御する圧力室等の役目を果たす。しかし、必要に応じて３層以上の構造を採用することもできる。第１層５の形成材料としては、ゴム弾性を有するシリコンラバー（例えば、ポリジメチルシロキサン（PDMS)等）を用いることが好ましい。第２層７の形成材料は特に限定されず、ＰＤＭＳ、ガラス、シリコン又は硬質プラスチックなどから適宜選択して使用することができるが、第１層の形成材料と同じＰＤＭＳを使用することが好ましい。第１層５の上面に第２層７を貼り合わせて一体化させることもできるが、後記で説明するように元々から一体構造で製作することもできる。第１層５と第２層７との合体層は基板９に貼り合わされる。基板９は例えば、ガラス、シリコン、プラスチックなどである。なお、図１では第２層７の圧力室等は太い破線で図示され、第１層５の流路等は細い破線で図示されているが、後記の他の平面図においても、上層側の構造物は太い破線で図示し、下層側の構造物は細い破線で図示するものとする。 1.1 Microvalve Structure FIG. 1 is a partial top view of an example of the microvalve of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. The microvalve 3 of the present invention is disposed in the microchip 1, for example. As shown in FIG. 2, the microvalve 3 of the present invention basically has a two-layer structure. The first layer 5 serves as a flow path for flowing a target fluid. The second layer 7 serves as a pressure chamber for controlling the microvalve. However, it is possible to adopt a structure of three or more layers as required. As a material for forming the first layer 5, it is preferable to use a rubber rubber having rubber elasticity (for example, polydimethylsiloxane (PDMS) or the like). The material for forming the second layer 7 is not particularly limited and can be appropriately selected from PDMS, glass, silicon, hard plastic, or the like, but it is preferable to use the same PDMS as the material for forming the first layer. Although the 2nd layer 7 can also be bonded and integrated on the upper surface of the 1st layer 5, it can also be originally manufactured by the integral structure so that it may demonstrate later. The combined layer of the first layer 5 and the second layer 7 is bonded to the substrate 9. The substrate 9 is, for example, glass, silicon, plastic, or the like. In FIG. 1, the pressure chambers and the like of the second layer 7 are illustrated by thick broken lines, and the flow paths and the like of the first layer 5 are illustrated by thin broken lines. However, in other plan views described later, The structure is illustrated with a thick broken line, and the structure on the lower layer side is illustrated with a thin broken line.

図２に示されるように、流路１１（第１の流路）の端部にはバルブ室１３（第１のバルブ室）が形成されており、また、流路１５（第２の流路）の端部にはバルブ室１７（第２のバルブ室）が形成されており、バルブ室１３とバルブ室１７とは弁１９により仕切られている。弁１９の下部（すなわち、弁座２１）は基板９の表面と非接着の状態に維持されている。第１層５のバルブ室１３とバルブ室１７を覆うように第２層７に圧力室２３が形成されている。圧力室２３は圧力管路２５を介して圧力ポート２７に接続されている。圧力ポート２７から気体（主に空気）を送入したり、吸引することで、圧力室２３の圧力を正圧にしたり、負圧にすることができる。   As shown in FIG. 2, a valve chamber 13 (first valve chamber) is formed at the end of the flow channel 11 (first flow channel), and a flow channel 15 (second flow channel). ) Is formed with a valve chamber 17 (second valve chamber), and the valve chamber 13 and the valve chamber 17 are partitioned by a valve 19. The lower part of the valve 19 (that is, the valve seat 21) is maintained in a non-bonded state with the surface of the substrate 9. A pressure chamber 23 is formed in the second layer 7 so as to cover the valve chamber 13 and the valve chamber 17 of the first layer 5. The pressure chamber 23 is connected to a pressure port 27 through a pressure line 25. By sending or sucking gas (mainly air) from the pressure port 27, the pressure in the pressure chamber 23 can be made positive or negative.

図１では、バルブ室と圧力室は円形形状に図示されているが、円形形状だけに限定されることはなく、矩形あるいはその他の形状でもよい。また、バルブ室と圧力室の直径は同一であることもできるし又は異なっていてもよい。弁１９の開閉動作を確実に行うために、圧力室の直径がバルブ室の直径よりも大きいことが好ましい。   In FIG. 1, the valve chamber and the pressure chamber are illustrated in a circular shape, but are not limited to a circular shape, and may be rectangular or other shapes. Further, the diameters of the valve chamber and the pressure chamber may be the same or different. In order to reliably perform the opening / closing operation of the valve 19, it is preferable that the diameter of the pressure chamber is larger than the diameter of the valve chamber.

図１及び図２のマイクロチップは一例として、基板９は厚さ１ｍｍのガラス製であり、第１層５は厚さ２００μｍのＰＤＭＳ製であり、第２層は厚さ２ｍｍのＰＤＭＳ製である。バルブ室１３，１７の直径は１ｍｍであり、圧力室２３の直径は１．１ｍｍである。また、流路１１，１５の幅は１００μｍであり、バルブ室及び流路の高さ（又は深さ）は３０μｍである。更に、圧力ポート２７の直径は２ｍｍであり、圧力管路２５の幅は１００μｍであり、圧力管路及び圧力室の高さ（又は深さ）は１５０μｍである。弁１９の幅は３０μｍである。   As an example, the microchip of FIGS. 1 and 2 has a substrate 9 made of glass having a thickness of 1 mm, the first layer 5 made of PDMS having a thickness of 200 μm, and the second layer made of PDMS having a thickness of 2 mm. . The diameter of the valve chambers 13 and 17 is 1 mm, and the diameter of the pressure chamber 23 is 1.1 mm. The widths of the flow paths 11 and 15 are 100 μm, and the height (or depth) of the valve chamber and the flow path is 30 μm. Furthermore, the diameter of the pressure port 27 is 2 mm, the width of the pressure line 25 is 100 μm, and the height (or depth) of the pressure line and the pressure chamber is 150 μm. The width of the valve 19 is 30 μm.

１．２ マイクロバルブの開閉動作
次に、図１及び図２に示されたマイクロバルブ３の開閉動作について説明する。 1.2 Opening and Closing Operation of Microvalve Next, the opening and closing operation of the microvalve 3 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.

（１）閉状態の維持
マイクロバルブ３の閉状態は図２に示されるような状態である。
圧力室２３を大気圧に維持することで、ＰＤＭＳの持つゴム弾性により弁座２１は基板９に押し付けられ、更にＰＤＭＳの持つ吸着性により弁座２１は基板９に自己吸着し、これによりバルブ室１３と１７の間の流体の流れは阻止される。
大気圧ではなく、圧力室２３をバルブ室１３，１７より適度な正圧に維持することで、弁座２１は更に強い力で基板９に押し付けられ、よってバルブ３を確実に閉じることができる。
加圧送液等によりバルブ室１３，１７の流体が正圧状態となっている場合は、圧力室２３をその圧力と同程度の圧力に維持する。特に流体の圧力の発生が、バルブ室１３か１７のどちらか片方に限定される場合は、同程度以下の圧力でも閉状態を維持することができる。
吸引送液等によりバルブ室の流体が負圧状態となっている場合は、その負圧の作用により弁座２１は基板９に押し付けられ、圧力室に高い正圧を生じさせることなく、バルブは良好な閉状態を保つ。すなわち本発明のマイクロバルブ３は負圧の流体に対して自己シール性を示す。
対象とする流体が気体の場合は、弁座２１を強く基板９に押し付けても、ＰＤＭＳの気体透過性により弁１９自身を透過して僅かに気体が流れる時がある。但し、バルブ室１３と１７の間に大きな差圧が発生している場合に限り、実用的にはほとんど問題ない場合が多い。気体透過性を低減するには、弁１９の幅を広くすると効果的である。 (1) Maintaining the closed state The closed state of the microvalve 3 is as shown in FIG.
By maintaining the pressure chamber 23 at atmospheric pressure, the valve seat 21 is pressed against the substrate 9 by the rubber elasticity of the PDMS, and further, the valve seat 21 is self-adsorbed to the substrate 9 by the adsorption property of the PDMS. Fluid flow between 13 and 17 is blocked.
By maintaining the pressure chamber 23 at an appropriate positive pressure rather than the atmospheric pressure, rather than the atmospheric pressure, the valve seat 21 is pressed against the substrate 9 with a stronger force, so that the valve 3 can be closed reliably.
When the fluid in the valve chambers 13 and 17 is in a positive pressure state due to pressurized liquid feeding or the like, the pressure chamber 23 is maintained at a pressure comparable to that pressure. In particular, when the generation of the fluid pressure is limited to one of the valve chambers 13 and 17, the closed state can be maintained even at a pressure equal to or less than the same level.
When the fluid in the valve chamber is in a negative pressure state due to suction liquid feeding or the like, the valve seat 21 is pressed against the substrate 9 by the action of the negative pressure, and the valve does not generate a high positive pressure in the pressure chamber. Keep in good closed condition. That is, the microvalve 3 of the present invention exhibits a self-sealing property against a negative pressure fluid.
When the target fluid is a gas, even if the valve seat 21 is strongly pressed against the substrate 9, there are times when the gas flows slightly through the valve 19 itself due to the gas permeability of PDMS. However, there are many cases where there is practically no problem only when a large differential pressure is generated between the valve chambers 13 and 17. In order to reduce gas permeability, it is effective to increase the width of the valve 19.

（２）閉状態から開状態への移行
バルブ３を閉状態から開状態に移行する場合、弁座２１は基板９に対しＰＤＭＳ層５の吸着性により吸着している場合がある。その時にはやや高い負圧を用いる。
バルブ室１３，１７の流体が吸引送液等で負圧状態となっている場合は、それと同程度の負圧により、バルブ３を開くことができる。特に流体の圧力の発生が、バルブ室１３か１７のどちらか片方に限定される場合は、同程度以下の圧力でも閉状態から開状態に移行できる。 (2) Transition from Closed State to Open State When the valve 3 is transitioned from the closed state to the open state, the valve seat 21 may be adsorbed to the substrate 9 due to the adsorptivity of the PDMS layer 5. At that time, a slightly higher negative pressure is used.
When the fluid in the valve chambers 13 and 17 is in a negative pressure state due to suction feeding and the like, the valve 3 can be opened with a negative pressure of the same level. In particular, when the generation of the fluid pressure is limited to one of the valve chambers 13 and 17, the closed state can be shifted to the open state even at a pressure equal to or less than the same level.

（３）開状態の維持
マイクロバルブ３の開状態は図３に示されるような状態である。図４は図３におけるIV-IV線に沿った断面図である。
圧力室２３をバルブ室１３，１７より適度な負圧に維持することで、弁座２１は基板９から引き剥がされ、その下側に流体が通過する経路（開口部２９）が生じ、流体がバルブ３を通して流れるようになる。この時、圧力室２３がバルブ室１３，１７より大きくても、弁座２１以外は基板９と十分な強度で接着しているので、余計な部分が引き剥がされることがない。
吸引送液等によりバルブ室１３，１７の流体が負圧状態となっている場合は、圧力室２３をその圧力と同程度の負力に維持する。
加圧送液等によりバルブ室の流体が正圧状態となっている場合は、その正圧の作用により弁１９は基板９から更に上方に押し上げられ、圧力室２３に高い負圧を生じさせることなく、バルブは良好な開状態を保つ。すなわち本発明のマイクロバルブ３は正圧の流体に対して自己的に開状態となる性質を持つ。
図３及び図４に示されるように、バルブ３が開状態では弁１９がブリッジ状に変形している。開口部２９は流路１１又は１５の断面より大きく、その部分での流れの抵抗は流路によるものより小さく、無視できる大きさである。
開口部２９を大きくするには、弁１９の長さや高さを大きくすると同時に、圧力室２３の高さを大きくし、弁１９の変形量を大きくするとよい。 (3) Maintenance of an open state The open state of the microvalve 3 is a state as shown in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
By maintaining the pressure chamber 23 at a moderate negative pressure from the valve chambers 13 and 17, the valve seat 21 is peeled off from the substrate 9, and a path (opening 29) through which the fluid passes is formed below the valve seat 21. It flows through the valve 3. At this time, even if the pressure chamber 23 is larger than the valve chambers 13 and 17, the portions other than the valve seat 21 are bonded to the substrate 9 with sufficient strength, so that unnecessary portions are not peeled off.
When the fluid in the valve chambers 13 and 17 is in a negative pressure state due to suction liquid feeding or the like, the pressure chamber 23 is maintained at a negative force comparable to the pressure.
When the fluid in the valve chamber is in a positive pressure state due to pressurized liquid feeding or the like, the valve 19 is pushed further upward from the substrate 9 by the action of the positive pressure, without causing a high negative pressure in the pressure chamber 23. The valve keeps good open state. That is, the microvalve 3 of the present invention has a property of being automatically opened with respect to a positive pressure fluid.
As shown in FIGS. 3 and 4, when the valve 3 is in the open state, the valve 19 is deformed in a bridge shape. The opening 29 is larger than the cross section of the flow path 11 or 15, and the flow resistance at that portion is smaller than that due to the flow path and is negligible.
In order to enlarge the opening 29, it is preferable to increase the length and height of the valve 19 and at the same time increase the height of the pressure chamber 23 and increase the deformation amount of the valve 19.

（４）開状態から閉状態への移行
バルブ室１３，１７に流体が流れている時にバルブ３を閉じる場合は、その流体の圧力より僅かに高い圧力を圧力室２３に生じさせればよい。この時、圧力室２３の大きさがバルブ室１３，１７と同等かそれより大きいことが有効に作用する。すなわち圧力室２３がバルブ室１３，１７より小さいと、流体の圧力より十分高い圧力を圧力室２３に生じさせる必要がある。 (4) Transition from the Open State to the Closed State When the valve 3 is closed when fluid is flowing through the valve chambers 13 and 17, a pressure slightly higher than the pressure of the fluid may be generated in the pressure chamber 23. At this time, it is effective that the size of the pressure chamber 23 is equal to or larger than that of the valve chambers 13 and 17. That is, if the pressure chamber 23 is smaller than the valve chambers 13 and 17, it is necessary to generate a pressure in the pressure chamber 23 that is sufficiently higher than the pressure of the fluid.

１．３ マイクロバルブのその他の形状
図５〜図９にその他の形状を有する本発明のマイクロバルブの部分概要平面図を示す。
（１）バルブ室の面積を変える（逆止弁構成）
バルブ室１３及び１７を対称形とはせずに、一方のバルブ室の面積と他方のバルブ室の面積との間に大きな差を持たせることもできる。例えば、図示されているように、弁１９が略コ字状に形成され、バルブ室１３は面積を大きくし、バルブ室１７は面積を小さくしている。これにより、流路１５側の流体に大きな圧力が加わっても、小さな圧力でバルブ３を閉状態に維持することができる。
また、圧力室を大気圧のままに維持した状態では、流路１１側から加圧送液すると、弁１９は持ち上げられ、バルブ３を通して液体は容易に流れる。逆に流路１１側から吸引送液しても、バルブ３は閉じで液体は流れない。すなわち逆止弁としての働きが顕著な形状である。よって、図５に示されたマイクロバルブ３は、逆止弁として使用することもできるし、必要に応じて圧力室の圧力を制御することで開閉弁としても使用できるマイクロバルブである。
（２）流路１１と１５を互いに近傍に配置する
図６及び図７に示されたマイクロバルブ３は、流路１１と流路１５を互いに近傍に配置したものである。バルブ室に対し同一方向から流路を接続している。マイクロチップ上での配置の点で便利な場合がある。
（３）バルブ室内の流れを改善する
バルブ室１３，１７は一般的な流路１１，１５に比べて比較的大きな面積を持たせることが好ましい。その理由は、弁１９の基板９に対する鉛直方向の動きをよくし、開口部２９を十分大きくする為である。しかし、バルブ室が広いと、液体を流すとバルブ室の隅に空気が残る場合がある。そこでバルブ室１３，１７を円形ではなく、図８に示すように流線型（楕円形）にし、空気が残り難くすることは有効である。流線型以外にもひし形（図９参照）等、各種の形状が利用できる。
バルブ室１３，１７を円形以外にした場合、その直上に配設される圧力室２３を、バルブ室の形状に合わせることは必ずしも必要ではない。図８及び図９の例では流線型及びひし形のバルブ室１３，１７に対し、圧力室２３は円形のまま用いている。重要なことは、圧力室２３が弁９の直上に対応する位置に配設されていることである。 1.3 Other Shapes of Microvalve FIGS. 5 to 9 are partial schematic plan views of the microvalve of the present invention having other shapes.
(1) Changing the area of the valve chamber (check valve configuration)
The valve chambers 13 and 17 may not be symmetrical, and a large difference may be provided between the area of one valve chamber and the area of the other valve chamber. For example, as shown in the drawing, the valve 19 is formed in a substantially U shape, the valve chamber 13 has a larger area, and the valve chamber 17 has a smaller area. Thereby, even if a large pressure is applied to the fluid on the flow path 15 side, the valve 3 can be kept closed with a small pressure.
Further, in a state where the pressure chamber is maintained at atmospheric pressure, when pressurized liquid is supplied from the flow path 11 side, the valve 19 is lifted and the liquid easily flows through the valve 3. On the contrary, even if the liquid is sucked and fed from the channel 11 side, the valve 3 is closed and no liquid flows. In other words, it has a remarkable shape as a check valve. Therefore, the microvalve 3 shown in FIG. 5 can be used as a check valve or a microvalve that can be used as an on-off valve by controlling the pressure in the pressure chamber as necessary.
(2) Disposing the flow paths 11 and 15 in the vicinity of each other The microvalve 3 shown in FIGS. 6 and 7 has the flow paths 11 and 15 in the vicinity of each other. The flow path is connected to the valve chamber from the same direction. It may be convenient in terms of arrangement on the microchip.
(3) Improving the flow in the valve chamber It is preferable that the valve chambers 13 and 17 have a relatively large area compared to the general flow paths 11 and 15. The reason is that the vertical movement of the valve 19 with respect to the substrate 9 is improved and the opening 29 is made sufficiently large. However, if the valve chamber is wide, air may remain in the corner of the valve chamber when a liquid is flowed. Therefore, it is effective that the valve chambers 13 and 17 are not circular but are streamlined (elliptical) as shown in FIG. In addition to the streamline type, various shapes such as a rhombus (see FIG. 9) can be used.
When the valve chambers 13 and 17 are other than circular, it is not always necessary to match the pressure chamber 23 disposed immediately above the valve chamber to the shape of the valve chamber. In the example of FIGS. 8 and 9, the pressure chamber 23 is used in a circular shape with respect to the streamlined and diamond-shaped valve chambers 13 and 17. What is important is that the pressure chamber 23 is disposed at a position corresponding to the position directly above the valve 9.

次に、本発明のマイクロポンプについて具体的に説明する。本発明のマイクロポンプは前記の本発明のマイクロバルブを応用したものである。   Next, the micropump of the present invention will be specifically described. The micropump of the present invention is an application of the microvalve of the present invention.

２．１ 基本構造
図１０は本発明のマイクロポンプの一例の部分上面図であり、図１１は図１０におけるXI-XI線に沿った断面図である。図示されているように、このマイクロポンプは基本的に、２個のマイクロバルブに挟まれた１個のポンプ室とからなる。第１のマイクロバルブ３−１は図１に示されたマイクロバルブと構造的に同一である。また、第２のマイクロバルブ３−２は図５に示されたマイクロバルブと構造的に同一である。従って、第１のマイクロバルブ３−１は第１の流路１１と該第１の流路に連通する第１のバルブ室１３−１と、第２の流路１５と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室１７−１と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁１９−１を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、第２のマイクロバルブ３−２は第３の流路３２と該第３の流路に連通する第３のバルブ室１３−２と、第４の流路４０と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室１７−２と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁１９−２を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、ポンプ室３０は第２の流路１５により第１のマイクロバルブ３−１の第２のバルブ室１７−１と連通しており、かつ、第３の流路３２により第２のマイクロバルブ３−２の第３のバルブ室１３−２と連通しており、第２層７の第１層５との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブ３−１の弁１９−１の直上と第２のマイクロバルブ３−２の弁１９−２の直上と、ポンプ室３０の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室２３−１，２３−２，３４を有する。ポンプ室３０のための圧力室３４は圧力管路３６を介して圧力ポート３８に接続されている。
言うまでもなく、第１のマイクロバルブ３−１及び第２のマイクロバルブ３−２は図１〜図９に示された実施態様の各マイクロバルブを適宜組み合わせて使用することができ、各バルブは同一でもよく、異なっていてもよい。 2.1 Basic Structure FIG. 10 is a partial top view of an example of the micropump of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI in FIG. As shown, this micropump basically consists of a single pump chamber sandwiched between two microvalves. The first microvalve 3-1 is structurally identical to the microvalve shown in FIG. The second microvalve 3-2 is structurally identical to the microvalve shown in FIG. Accordingly, the first microvalve 3-1 includes the first flow path 11, the first valve chamber 13-1, which communicates with the first flow path, the second flow path 15, and the second flow path. A second valve chamber 17-1 communicating with the passage, and a valve 19-1 for partitioning the first valve chamber and the second valve chamber, and the valve seat of the valve is not in contact with the substrate surface. The second microvalve 3-2 is maintained in adhesion, and the second microvalve 3-2 includes a third flow path 32, a third valve chamber 13-2 communicating with the third flow path, a fourth flow path 40, A fourth valve chamber 17-2 that communicates with the fourth flow path; and a valve 19-2 that partitions the third valve chamber and the fourth valve chamber. The valve seat of the valve is the substrate. The pump chamber 30 is kept non-adhered to the surface, and the pump chamber 30 communicates with the second valve chamber 17-1 of the first microvalve 3-1 through the second flow path 15. The third flow path 32 communicates with the third valve chamber 13-2 of the second micro valve 3-2, and is on the bonding surface side of the second layer 7 with the first layer 5, The pressure chambers 23-1 are positioned at positions corresponding to the positions just above the valves 19-1 and 19-2 of the first microvalve 3-1 and the pump chamber 30. , 23-2, 34. A pressure chamber 34 for the pump chamber 30 is connected to a pressure port 38 via a pressure line 36.
Needless to say, the first microvalve 3-1 and the second microvalve 3-2 can be used by appropriately combining the microvalves of the embodiment shown in FIGS. But it may be different.

ポンプ室３０はポンプ用圧力室３４の圧力を変化させることにより、その容積を変化させることができる。例えば圧力室３４を負圧にすれば、ポンプ室３０の容積は通常状態（外部より力が加わっていない状態）より増加する。また、圧力室３４を正圧にすれば、ポンプ室３０の容積は通常状態より減少する。容積が増加することを吸引動作、容積が減少することを吐出動作と呼ぶことにする。ポンプ用圧力室３４は図示されたようなオープンエアタイプだけでなく、クローズタイプのものも使用できる。この場合、ポンプ用圧力室３４には圧力管路３６及び圧力ポート３８の代わりに、圧力室３４の直上に圧電素子のような駆動源を配設することにより圧力室内の圧力を変化させることができる。
例えば、入力側開閉弁となる第１のマイクロバルブ３−１は前述の様にバルブ用圧力室２３−１の圧力変化により開閉することができる。出力側開閉弁となる第２のマイクロバルブ３−２も同様であるが、第２のマイクロバルブ３−２として、図５に示されるような逆止弁を用いた場合、第２のマイクロバルブ用圧力室２３−２の圧力を制御する必要がなくなる利点がある。ポンプ室３０の容積に比べ、各マイクロバルブのバルブ室の容積を小さくすることにより、相対的にバルブ室におけるデッドボリュームを軽減することができる。 The volume of the pump chamber 30 can be changed by changing the pressure of the pump pressure chamber 34. For example, when the pressure chamber 34 is set to a negative pressure, the volume of the pump chamber 30 increases from a normal state (a state in which no force is applied from the outside). If the pressure chamber 34 is set to a positive pressure, the volume of the pump chamber 30 is reduced from the normal state. The increase in volume is referred to as a suction operation, and the decrease in volume is referred to as a discharge operation. The pump pressure chamber 34 can be not only an open air type as shown, but also a closed type. In this case, the pressure in the pressure chamber can be changed by disposing a drive source such as a piezoelectric element directly above the pressure chamber 34 in the pump pressure chamber 34 instead of the pressure line 36 and the pressure port 38. it can.
For example, the first microvalve 3-1 serving as the input side on-off valve can be opened and closed by the pressure change of the valve pressure chamber 23-1 as described above. The same applies to the second microvalve 3-2 serving as the output side opening / closing valve. However, when a check valve as shown in FIG. 5 is used as the second microvalve 3-2, the second microvalve 3-2 is used. There is an advantage that it is not necessary to control the pressure of the pressure chamber 23-2. By making the volume of the valve chamber of each microvalve smaller than the volume of the pump chamber 30, the dead volume in the valve chamber can be relatively reduced.

２．２ 動作
図１０及び図１１に示された本発明のマイクロポンプを用いてポンプ動作を行う場合の操作を下記の表１に示す。初期状態は入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）と出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）のどちらも閉状態とする。 2.2 Operation Table 1 below shows the operation when the pump operation is performed using the micropump of the present invention shown in FIGS. In the initial state, both the input side on-off valve (first microvalve 3-1) and the output side on-off valve (second microvalve 3-2) are closed.

Figure 2005337415
Figure 2005337415

前記の表１に示されたステップ１からステップ６を１サイクルとし、そのサイクルを繰り返すことによりポンプ動作が行われる。１サイクルで出力側の流路４０に吐出される流体の量は、ポンプ室３０の吸引時と吐出時の容積の差にほぼ等しい。第２のマイクロバルブ３−２（出力側開閉弁）として逆止弁（図５参照）を設けた場合、出力側開閉弁の開閉動作は必要なくなる。しかし、開閉をスムーズに行う為やポンプの容積効率を上げる為に、積極的に逆止弁を操作しても良い。   Steps 1 to 6 shown in Table 1 are defined as one cycle, and the pump operation is performed by repeating the cycle. The amount of fluid discharged into the output-side flow path 40 in one cycle is substantially equal to the difference in volume between the suction and discharge of the pump chamber 30. When a check valve (see FIG. 5) is provided as the second microvalve 3-2 (output side opening / closing valve), the opening / closing operation of the output side opening / closing valve is not necessary. However, the check valve may be actively operated to smoothly open and close or increase the volumetric efficiency of the pump.

２．３ 別のポンプ構造
図１０及び図１１に示された本発明のマイクロポンプでは、２個のマイクロバルブでポンプ室を挟むような構造を有するため、全体的な構造が大きくなるという欠点がある。これはマイクロチップのような限られた面積内にマイクロポンプを配設する場合には致命的である。そこで、本発明のマイクロバルブを２個連結することにより、ポンプ室を不要にした画期的なマイクロポンプを開発することに成功した。 2.3 Another pump structure Since the micropump of the present invention shown in FIGS. 10 and 11 has a structure in which the pump chamber is sandwiched between two microvalves, the overall structure becomes large. is there. This is fatal when the micropump is arranged in a limited area such as a microchip. Accordingly, the inventors succeeded in developing an innovative micropump that eliminates the need for a pump chamber by connecting two microvalves of the present invention.

（１）構造
図１２は本発明のマイクロポンプの別の実施態様の一例を示す部分上面図であり、図１３は図１２におけるXIII-XIII線に沿った部分概要断面図である。このマイクロポンプは、入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）とポンプ室とを一体型にし、これに出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）を流路１１で接続した構造を有する。すなわち、図１０におけるポンプ室３０は、第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１が代替すると共に、バルブ室１３−１は第１のマイクロバルブ３−１の弁１９−１の開閉動作にも、その機能を果たす。図示された実施態様では、入力側開閉弁（第１のマイクロバルブ３−１）及び出力側開閉弁（第２のマイクロバルブ３−２）とも図５に示された逆止弁構造を有するが、必ずしもこの逆止弁構造だけに限定されず、図１〜図４及び図６〜図９に示された構造のバルブも使用することができる。第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１と第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２はほぼ同じ容積を有することが好ましい。 (1) Structure FIG. 12 is a partial top view showing an example of another embodiment of the micropump of the present invention, and FIG. 13 is a partial schematic sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. In this micropump, an input side on-off valve (first microvalve 3-1) and a pump chamber are integrated, and an output side on-off valve (second microvalve 3-2) is connected to this through a flow path 11. Has the structure. That is, the pump chamber 30 in FIG. 10 is replaced by the valve chamber 13-1 of the first microvalve 3-1, and the valve chamber 13-1 opens and closes the valve 19-1 of the first microvalve 3-1. It also functions as an operation. In the illustrated embodiment, the input side on-off valve (first microvalve 3-1) and the output side on-off valve (second microvalve 3-2) both have the check valve structure shown in FIG. However, the valve is not necessarily limited to this check valve structure, and a valve having the structure shown in FIGS. 1 to 4 and FIGS. 6 to 9 can also be used. The valve chamber 13-1 of the first microvalve 3-1 and the valve chamber 13-2 of the second microvalve 3-2 preferably have substantially the same volume.

（２）ポンプ動作（操作）
各バルブのバルブ室は正圧、大気圧、負圧の３種類の状態をとれるものとする。
正圧時は弁は閉じ、更に、バルブ室の容積は通常状態（外力が加わっていない状態）より減少する。
大気圧時は、バルブ室に圧力が生じていない場合は、ほぼ弁が閉じた状態となる。バルブ室に正圧が生じた場合は弁は開き、負圧が生じた場合は閉じる。
負圧時は弁は開き、更に、バルブ室の容積は通常状態（外力が加わっていない状態）より増加する。 (2) Pump operation (operation)
It is assumed that the valve chamber of each valve can take three types of states: positive pressure, atmospheric pressure, and negative pressure.
When the pressure is positive, the valve is closed, and the volume of the valve chamber is reduced from a normal state (a state where no external force is applied).
At atmospheric pressure, when no pressure is generated in the valve chamber, the valve is almost closed. The valve is opened when positive pressure is generated in the valve chamber, and is closed when negative pressure is generated.
During negative pressure, the valve opens, and the volume of the valve chamber increases from the normal state (a state where no external force is applied).

下記の表２にポンプ動作を行う場合の各所定操作を示す。初期状態は各バルブ室とも正圧の状態とする。   Table 2 below shows each predetermined operation when the pump operation is performed. The initial state is a positive pressure state in each valve chamber.

Figure 2005337415
Figure 2005337415

前記表２に示されたステップ１からステップ３を１サイクルとして、そのサイクルを繰り返すことによりポンプ動作を継続することができる。
前記の表２では第２のマイクロバルブ３−２に関しても圧力室１３−２の圧力を操作しているが、大気圧のままでも逆止弁として作用する為、ポンプ動作は行われる。但し、ポンプの容積効率を上げる為には、前記表２に示された操作を行うのが好ましい。
また、第２のマイクロバルブ３−２に印加される正圧は、主に弁１９−２を確実に閉じる為のものであり、第１のマイクロバルブ３−１に印加される正圧ほど高い必要はない。 The pump operation can be continued by repeating steps 1 to 3 shown in Table 2 as one cycle.
In Table 2 above, the pressure of the pressure chamber 13-2 is also operated with respect to the second micro valve 3-2. However, since the pressure acts as a check valve even at atmospheric pressure, the pump operation is performed. However, in order to increase the volumetric efficiency of the pump, the operation shown in Table 2 is preferably performed.
The positive pressure applied to the second microvalve 3-2 is mainly for reliably closing the valve 19-2, and is higher as the positive pressure applied to the first microvalve 3-1. There is no need.

図１２及び図１３に示された構造からも理解されるように、この実施態様におけるマイクロポンプは第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２に関して対象構造であり、前記の表２の操作を第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２で入れ替えることにより、送液方向を逆にすることができる。すなわち双方向性のポンプとして使用することができる。この双方向性のポンプを別の観点からみれば、流体をバルブ室１３−１とバルブ室１３−２との間で往復運動させることにより、ポンプをミキサーとしても使用することもできる。
双方向性の必要性がない場合は、第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１に比べ、相対的に第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２を小さくすることで、ポンプ内のデッドボリュームを軽減することができる。
ポンプ動作を行うのは前記の表２に示された３ステップ動作以外にも様々な方法が考えられるが、ここに示した３ステップの操作は極めて単純で効果も高い方法の一つである。 As can be understood from the structure shown in FIGS. 12 and 13, the micropump in this embodiment is a target structure with respect to the first microvalve 3-1 and the second microvalve 3-2. The liquid feeding direction can be reversed by exchanging the operations in Table 2 with the first microvalve 3-1 and the second microvalve 3-2. That is, it can be used as a bidirectional pump. If this bidirectional pump is viewed from another point of view, the pump can be used as a mixer by reciprocating the fluid between the valve chamber 13-1 and the valve chamber 13-2.
When there is no need for bidirectionality, the valve chamber 13-2 of the second microvalve 3-2 is made relatively smaller than the valve chamber 13-1 of the first microvalve 3-1. , Dead volume in the pump can be reduced.
Various methods other than the three-step operation shown in Table 2 can be considered to perform the pump operation, but the three-step operation shown here is one of extremely simple and highly effective methods.

（３）特徴
図１２及び図１３に示された２個のマイクロバルブが一体化された形態のマイクロポンプは次のような特徴を有する。
(a)入力側開閉弁とポンプ室が一体になったことにより、構造が極めて単純化される。
(b)同時に、操作も単純化され、圧力源や電磁弁などの圧力操作機器も減らせる。
(c)ポンプ動作のステップ数を減らすことができ、１サイクルの時間が短縮されることにより、高い流量性能が発揮できる。
(d)送液方向が任意に変えられる双方向性のあるポンプである。 (3) Features The micropump in which the two microvalves shown in FIGS. 12 and 13 are integrated has the following features.
(a) Since the input side on-off valve and the pump chamber are integrated, the structure is greatly simplified.
(b) At the same time, the operation is simplified, and the number of pressure operating devices such as pressure sources and solenoid valves can be reduced.
(c) The number of steps of the pump operation can be reduced, and the time of one cycle is shortened, so that high flow rate performance can be exhibited.
(d) A bidirectional pump in which the liquid feeding direction can be arbitrarily changed.

図１２及び図１３に示された２個のマイクロバルブが一体化された形態のマイクロポンプは原理上、１サイクルに１度一定量の流体を吐出する。その為、連続動作させた場合には、流れは断続的になり易い。こうした脈流を軽減する目的で、ポンプの出力側の流路１５−２の一部にダンパーを設けることができる。ダンパーはポンプ動作１回の吐出量以上の容積を持ち、圧力により内容積が変化する構造とすることが好ましい。また、ダンパー後に絞りを設けるとダンパー効果が一層向上するので好ましい。   In principle, the micropump in which the two microvalves shown in FIGS. 12 and 13 are integrated discharges a constant amount of fluid once per cycle. For this reason, the flow tends to be intermittent when continuously operated. In order to reduce such pulsating flow, a damper can be provided in a part of the flow path 15-2 on the output side of the pump. It is preferable that the damper has a volume that is equal to or greater than the discharge amount of one pump operation, and the internal volume changes with pressure. Further, it is preferable to provide a diaphragm after the damper because the damper effect is further improved.

別法として、脈流を軽減させる他の有効な方法は、図１４に示されるように、同形状のポンプを並列に配管し、動作を半周期ずらしてポンプ動作させるものである（２連ポンプ）。図１４では、第１のマイクロバルブ３−１と第２のマイクロバルブ３−２の組Ａと、第３のマイクロバルブ３−３と第４のマイクロバルブ３−４の組Ｂとを並列に並べ、入力側は流路４２を流路１５−１と流路１５−３に分岐し、出力側は流路１５−２と流路１５−４を流路４４に合流させる。このような２連ポンプ構成によれば、組Ａのポンプの吐出に続いて組Ｂのポンプの吐出を連続的に行わせることができ、脈流が軽減される。   Alternatively, as shown in FIG. 14, another effective method for reducing the pulsating flow is to connect the pumps having the same shape in parallel and perform the pump operation by shifting the operation by a half cycle (double pump). ). In FIG. 14, the set A of the first microvalve 3-1 and the second microvalve 3-2 and the set B of the third microvalve 3-3 and the fourth microvalve 3-4 are arranged in parallel. The input side branches the flow path 42 into the flow paths 15-1 and 15-3, and the output side joins the flow paths 15-2 and 15-4 to the flow path 44. According to such a double pump configuration, the discharge of the pump of the set B can be continuously performed following the discharge of the pump of the set A, and the pulsating flow is reduced.

以下、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの製造方法について説明する。本発明によるマイクロバルブ及びマイクロポンプは、前記特許文献１に記載されているような一般的なＰＤＭＳ製マイクロチップの製造方法がそのまま利用可能である。   Hereinafter, the manufacturing method of the microvalve and the micropump of the present invention will be described. For the microvalve and the micropump according to the present invention, a general PDMS microchip manufacturing method as described in Patent Document 1 can be used as it is.

本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプは基本的に多層構造であり、製造にあたっては、次のような要件を満たすことが好ましい。
(a)基板９はマイクロチップとして或る程度の機械的強度を持たせることができる材質であること。この観点から、基板９はガラス、シリコン、硬質プラスチックなどから形成することが好ましい。
(b)第１層５の流路１１などを形成するＰＤＭＳ層は、厚さが数十μｍから数百μｍ程度の膜（メンブレン）であること。第１層がメンブレンであることと、ＰＤＭＳのゴム弾性により、弁１９の開閉動作やポンプ室３０のポンピング動作が可能となる。
(c)第２層７の圧力室３４などを設ける層の形成材料は特にこだわらないが、第１層５のＰＤＭＳ層と接着が可能でなければならない。 The microvalve and the micropump of the present invention basically have a multilayer structure, and it is preferable that the following requirements are satisfied in manufacturing.
(a) The substrate 9 is made of a material capable of giving a certain degree of mechanical strength as a microchip. From this viewpoint, the substrate 9 is preferably formed from glass, silicon, hard plastic, or the like.
(b) The PDMS layer forming the flow path 11 of the first layer 5 is a film (membrane) having a thickness of about several tens to several hundreds of μm. The opening and closing operation of the valve 19 and the pumping operation of the pump chamber 30 are possible due to the fact that the first layer is a membrane and the rubber elasticity of PDMS.
(c) The material for forming the pressure chamber 34 of the second layer 7 is not particularly limited, but it must be able to adhere to the PDMS layer of the first layer 5.

図１５は最も容易な構造を示す部分概要断面図である。第１層５と第２層７がそれぞれ同じＰＤＭＳから形成されており、これらを別々に型成形で製造し、両者を恒久接着（いわゆるパーマネントボンディング）により接着させ、次いで、ポート４６，４８を穴開け加工し、その後、基板９に貼り合わせることにより図１５に示されるような構造体を製造することができる。   FIG. 15 is a partial schematic sectional view showing the simplest structure. The first layer 5 and the second layer 7 are each formed from the same PDMS, which are separately manufactured by molding, and bonded together by permanent bonding (so-called permanent bonding), and then the ports 46 and 48 are formed in the holes. A structure as shown in FIG. 15 can be manufactured by performing an opening process and then bonding the substrate 9 together.

別法として、図１６に示されるように、第１層５をＰＤＭＳ製とし、この第１層５の下面側に流路１１，１５、バルブ室１３，１７及び弁１９を形成し、同時に第１層５の上面側に圧力室２３，圧力管路２５を形成することができる。このようなＰＤＭＳ層の両面に微細構造を形成する方法は、本発明者らの先願である特願２００３−１１７８６２号（発明の名称：マイクロチップ及びその製造方法）明細書に詳述されている。この場合、第２層７Ａには圧力ポート２７を穴開け加工するだけでよく、微細構造の形成は不要である。第２層７ＡはＰＤＭＳ製の第１層５と恒久接着が可能なガラス、シリコン、ポリスチレンなどの硬質プラスチックが適している。   Alternatively, as shown in FIG. 16, the first layer 5 is made of PDMS, and the flow paths 11 and 15, the valve chambers 13 and 17, and the valve 19 are formed on the lower surface side of the first layer 5. A pressure chamber 23 and a pressure line 25 can be formed on the upper surface side of the first layer 5. A method for forming a fine structure on both surfaces of such a PDMS layer is described in detail in the specification of Japanese Patent Application No. 2003-117862 (title of the invention: microchip and manufacturing method thereof) which is an earlier application of the present inventors. Yes. In this case, it is only necessary to drill the pressure port 27 in the second layer 7A, and it is not necessary to form a fine structure. The second layer 7A is suitably made of a hard plastic such as glass, silicon, or polystyrene that can be permanently bonded to the first layer 5 made of PDMS.

更に別法として、図１７に示されるように、第２層７Ａがガラス、シリコン、ポリスチレンなどの硬質プラスチックなどからなる場合、第２層７Ａの圧力室２３を上部基板に直接形成している。上部基板に圧力管路２５などの微細構造の形成は困難であるが、単なる穴開け加工程度は可能であり、図１７では、その穴がそのまま圧力室２３を兼ねている。従って、この穴にチューブなどを接続し、圧力室２３の圧力を制御する。   As another method, as shown in FIG. 17, when the second layer 7A is made of hard plastic such as glass, silicon, or polystyrene, the pressure chamber 23 of the second layer 7A is formed directly on the upper substrate. Although it is difficult to form a fine structure such as the pressure line 25 on the upper substrate, a mere drilling process is possible, and the hole also serves as the pressure chamber 23 as it is in FIG. Therefore, a tube or the like is connected to this hole to control the pressure in the pressure chamber 23.

本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプにおいて、弁１９の弁座２１は基板９と接着してはならない。すなわち選択的接着を行う必要性がある。しかも、弁座２１は非常に微小な部分であり、場合によっては数１０μmオーダーの精度で接着部分と非接着部分を作り分ける必要がでてくる。
ＰＤＭＳはガラスやシリコン等の基材に対しては、接着剤を使用しない恒久接着、いわゆるパーマネントボンディングができることが知られている。恒久接着するには接着の前処理としてＰＤＭＳや基材に対して適切な表面改質を行う必要がある。表面改質に関しては酸素プラズマやエキシマＵＶ光を用いる等、各種の方法が知られている。この表面改質が行われた部分は接着し、表面改質が行われなかった部分は接着しない。
一方、本発明者らは、本発明者らの先願である特願２００３−３９３４４３号（発明の名称：選択的な表面改質・洗浄方法）に選択的に表面改質を行う方法を提案している。すなわち、この先願発明の選択的表面改質と恒久接着の原理を併用することにより、本願発明で必要な選択的恒久接着を実施することができる。 In the microvalve and micropump of the present invention, the valve seat 21 of the valve 19 should not be bonded to the substrate 9. That is, there is a need to perform selective bonding. Moreover, the valve seat 21 is a very small portion, and in some cases, it is necessary to make a bonded portion and a non-bonded portion with an accuracy of the order of several tens of μm.
It is known that PDMS can perform permanent bonding without using an adhesive, so-called permanent bonding, to a substrate such as glass or silicon. For permanent adhesion, it is necessary to perform appropriate surface modification on PDMS and the substrate as a pretreatment for adhesion. Various methods are known for surface modification, such as using oxygen plasma or excimer UV light. The portion where the surface modification is performed adheres, and the portion where the surface modification is not performed does not adhere.
On the other hand, the present inventors have proposed a method for selectively performing surface modification in Japanese Patent Application No. 2003-393443 (name of the invention: selective surface modification / cleaning method), which is the prior application of the present inventors. doing. That is, by using the selective surface modification and the permanent adhesion principle of the invention of the prior application together, the selective permanent adhesion necessary in the present invention can be carried out.

基板９の弁座２１に対応する部分だけを非接着とする処理を実際に実施することは必ずしも容易ではない。前記のように、本発明によるマイクロバルブやマイクロポンプのキーポイントは、弁１９の弁座２１を基板９の表面に対して非接着とすることで弁１９が基板９から離着し、基板９に対し垂直方向に移動可能とした点である。言い換えれば、第１層５の弁座２１以外の部分が基板９から剥がれなければよい。ＰＤＭＳはガラス鏡面等に対して高い吸着性を示すので、恒久接着は全く行わず、ＰＤＭＳの吸着力だけで第１層５を基板９と貼り合せても、本発明のマイクロバルブやマイクロポンプをある程度動作させることができる。しかし、ＰＤＭＳの自己吸着力だけで第１層５を基板９と貼り合せた場合、あまり高い圧力は使用できず、マイクロチップの取り扱いにも細心の注意をはらう必要がある。   It is not always easy to actually perform the process of non-adhering only the portion corresponding to the valve seat 21 of the substrate 9. As described above, the key point of the microvalve or micropump according to the present invention is that the valve 19 is detached from the substrate 9 by making the valve seat 21 of the valve 19 non-adhering to the surface of the substrate 9. The point is that it is movable in the vertical direction. In other words, the portion other than the valve seat 21 of the first layer 5 may not be peeled off from the substrate 9. Since PDMS exhibits high adsorptivity to a glass mirror surface or the like, permanent adhesion is not performed at all. Even if the first layer 5 is bonded to the substrate 9 only by PDMS adsorption force, the microvalve or micropump of the present invention is used. It can be operated to some extent. However, when the first layer 5 is bonded to the substrate 9 only by the self-adsorption force of PDMS, a very high pressure cannot be used, and it is necessary to pay close attention to the handling of the microchip.

そこで、ＰＤＭＳの自己吸着力を補佐する目的で、貼り合せ強度が必要な部分の近傍に管路を設け、その管路内を負圧吸引することで、吸盤の原理によりＰＤＭＳを基板に強く吸着させることができる。このような負圧吸引を用いてＰＤＭＳと基板との吸着強度を高める方法は、本願出願人による先願の特願２００４−０５９１１２号（発明の名称：マイクロチップ及びＰＤＭＳ基板と対面基板との貼り合わせ方法）明細書に詳述されている。図１８は、特願２００４−０５９１１２号の発明に従って、本発明のマイクロバルブの近傍に負圧吸引管路５０を配設した部分概要上面図であり、図１９は図１８におけるXIX-XIX線に沿った部分概要断面図である。負圧吸引管路５０は吸引ポート５２に連通している。圧力がかかり、かつ、大きな面積を占めるポンプ室やバルブ室１３，１７の近傍周辺に負圧管路を配設し、負圧管路内部を負圧吸引するとこでポンプ室やバルブ室１３，１７の周辺部を基板９に対し強く押し付ける。これによりポンプ室やバルブ室１３，１７の耐圧力性が増加する。一方、弁１９はポンプ室やバルブ室１３，１７の内部に位置する為、負圧吸引の影響は全く及ばず、自由に可動できる。   Therefore, for the purpose of assisting the self-adsorption force of PDMS, a pipe line is provided near the portion where the bonding strength is required, and the inside of the pipe line is sucked negatively, so that PDMS is strongly adsorbed to the substrate by the suction cup principle. Can be made. A method of increasing the adsorption strength between the PDMS and the substrate by using such negative pressure suction is disclosed in Japanese Patent Application No. 2004-059112 filed by the applicant of the present application (name of invention: bonding of a microchip and a PDMS substrate to a facing substrate). Matching method) is described in detail in the specification. 18 is a partial schematic top view in which a negative pressure suction pipe 50 is disposed in the vicinity of the microvalve of the present invention in accordance with the invention of Japanese Patent Application No. 2004-059112, and FIG. 19 is taken along line XIX-XIX in FIG. FIG. The negative pressure suction line 50 communicates with the suction port 52. A negative pressure pipe is provided in the vicinity of the pump chamber and the valve chambers 13 and 17 that are pressurized and occupy a large area, and the negative pressure lines are sucked into the pump chamber and the valve chambers 13 and 17 by suction. The peripheral part is strongly pressed against the substrate 9. This increases the pressure resistance of the pump chamber and the valve chambers 13 and 17. On the other hand, since the valve 19 is located inside the pump chamber and the valve chambers 13 and 17, the influence of the negative pressure suction is not exerted at all and can be freely moved.

図１８において、例えば、一点鎖線で示した区域内を非接着とし、その他の区域を恒久接着とする処理は、弁座２１だけを非接着とする処理に比べて比較的容易である。本発明のマイクロバルブ又はマイクロポンプにおいて高い圧力を使用しない場合は、所望により第１層５の下面全体を非恒久接着とすることもできる。この場合であっても、負圧管路５０の存在により第１層５と基板９との吸着強度は充分得られ、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの駆動には支障がなく、しかも、ポンプ室やバルブ室１３，１７の周辺から流体が漏洩することも無い。   In FIG. 18, for example, the process of non-adhering the area indicated by the alternate long and short dash line and permanently adhering the other areas is relatively easy compared to the process of non-adhering only the valve seat 21. If a high pressure is not used in the microvalve or micropump of the present invention, the entire lower surface of the first layer 5 can be non-permanently bonded if desired. Even in this case, the adsorption strength between the first layer 5 and the substrate 9 is sufficiently obtained due to the presence of the negative pressure line 50, there is no problem in driving the microvalve and the micropump of the present invention, and the pump chamber In addition, fluid does not leak from the periphery of the valve chambers 13 and 17.

図１及び図２に示される構造を有し、かつ、前記に示す寸法のマイクロバルブを製作した。
（１）閉状態の特性
圧力室を１０ｋＰａに維持し、流路内の水を１０ｋＰａの圧力で加圧したが、水の流れは観察されなかった。すなわち閉状態は維持された。
（２）閉状態から開状態への移行
流路内の水を１０ｋＰａの圧力で加圧した状態で、圧力室を１０ｋＰａから−３０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが観察された。
流路内の水を−１０ｋＰａの圧力で吸引した状態で、圧力室を１０ｋＰａから−３０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが観察された。すなわち負圧の流体に対してもバルブを開くことができることが確認された。
（３）開状態の特性
圧力室を−３０ｋＰａに維持した状態で、流路に水を１．６ｋＰａで吸引送液を行ったところ、０．３μｌ／ｍｉｎの流量が観測された。これは途中にバルブ構造を持たない同程度の流路と同じであった。すなわち、バルブにおける流路抵抗は、その他の流路における抵抗より十分小さく、無視しうる大きさであることが確認された。
圧力室を−３０ｋＰａに維持した状態で、流路内の水を−１０ｋＰａの圧力で吸引したところ、水の流れが観察された。すなわち負圧の流体についてもバルブは開状態を維持できることが確認された。
（４）開状態から閉状態への移行
流路内の水を１０ｋＰａの圧力した状態で、圧力室を−３０ｋＰａから１０ｋＰａに変化させたところ、水の流れが直ちに停止した。すなわち、正圧の流体に対してもバルブを閉じることができることが確認された。 A microvalve having the structure shown in FIGS. 1 and 2 and having the dimensions shown above was manufactured.
(1) Characteristics of the closed state The pressure chamber was maintained at 10 kPa, and the water in the flow path was pressurized with a pressure of 10 kPa, but no water flow was observed. That is, the closed state was maintained.
(2) Transition from closed state to open state When the pressure chamber was changed from 10 kPa to -30 kPa in a state where the water in the flow channel was pressurized at a pressure of 10 kPa, a flow of water was observed.
The water flow was observed when the pressure chamber was changed from 10 kPa to -30 kPa with the water in the flow path sucked at a pressure of -10 kPa. That is, it was confirmed that the valve can be opened even for a negative pressure fluid.
(3) Characteristics of open state When the pressure chamber was maintained at −30 kPa and water was sucked and fed to the flow path at 1.6 kPa, a flow rate of 0.3 μl / min was observed. This was the same as a comparable channel without a valve structure in the middle. That is, it was confirmed that the flow path resistance in the valve was sufficiently smaller than the resistance in the other flow paths and could be ignored.
With the pressure chamber maintained at −30 kPa, water in the flow path was sucked at a pressure of −10 kPa, and water flow was observed. That is, it was confirmed that the valve can be kept open even for a negative pressure fluid.
(4) Transition from the open state to the closed state When the pressure chamber was changed from -30 kPa to 10 kPa while the water in the flow path was pressurized at 10 kPa, the flow of water immediately stopped. That is, it was confirmed that the valve can be closed even with a positive pressure fluid.

図１２及び図１３に示される構造を有するマイクロポンプを製造し、実際にポンプ動作を行った。動作条件は次に通りであった。第１のマイクロバルブ３−１のバルブ室１３−１及び第２のマイクロバルブ３−２のバルブ室１３−２の直径は何れも１ｍｍであり、高さは３７μｍとした。同様に、圧力室２３−１及び２３−２の直径は何れも１．３ｍｍであり、高さは１５０μｍとした。第１のマイクロバルブ３−１の正圧は３０ＫＰａ、負圧は−５０ＫＰａ、第２のマイクロバルブ３−２の正圧は５ＫＰａ、負圧は−３０ＫＰａとした。１ステップの時間は０．０８秒、１サイクルの時間（周期）は０．２４秒（周波数４．１７Ｈｚ）とした。使用流体は水とした。マイクロポンプの出力ポート（図示されていない）に内径０．２５ｍｍのテフロン（登録商標）チューブを接続し、テフロン（登録商標）チューブ内の水の移動量を測定することにより流量を求めた。以上の条件において、流量５．７５μｌ／ｍｍの送液を確認した。   A micropump having the structure shown in FIGS. 12 and 13 was manufactured, and the pump operation was actually performed. The operating conditions were as follows: The diameters of the valve chamber 13-1 of the first microvalve 3-1 and the valve chamber 13-2 of the second microvalve 3-2 were both 1 mm and the height was 37 μm. Similarly, each of the pressure chambers 23-1 and 23-2 has a diameter of 1.3 mm and a height of 150 μm. The positive pressure of the first microvalve 3-1 was 30 KPa, the negative pressure was −50 KPa, the positive pressure of the second microvalve 3-2 was 5 KPa, and the negative pressure was −30 KPa. The time for one step was 0.08 seconds, and the time (cycle) of one cycle was 0.24 seconds (frequency 4.17 Hz). The fluid used was water. A Teflon (registered trademark) tube having an inner diameter of 0.25 mm was connected to an output port (not shown) of the micropump, and the flow rate was determined by measuring the amount of water transferred in the Teflon (registered trademark) tube. Under the above conditions, liquid feeding with a flow rate of 5.75 μl / mm was confirmed.

以上の測定結果から次のことが考察される。ポンプの流量は１サイクルの周期にほぼ反比例する。換言すれば、周波数に比例する。但し、あまり短い周期ではポンプの応答が遅れ、１サイクルに吐出する量が減る。換言すれば、ポンプの容積効率が落ちるか、更には全く動作しなくなる。また、使用する空圧機器の応答性の問題となる。前記の実施例では約０．０５秒の応答遅れのある電磁弁を用いたので、周期０．０８秒未満ではポンプ動作しなくなった。前記の実施例では、１サイクル当たり０．０２３μlの吐出が行われていたことになる。バルブ室１個当たりの内容積は０．０４９μlであり、１サイクル当たりポンプ室の約半分が有効にポンプ動作に寄与していることになる。更に、容積効率を上げるには、第１のマイクロバルブ３−１側の正圧や負圧に大きな圧力を用いることが好ましい。   The following is considered from the above measurement results. The flow rate of the pump is almost inversely proportional to the cycle period. In other words, it is proportional to the frequency. However, if the cycle is too short, the response of the pump is delayed, and the amount discharged in one cycle decreases. In other words, the volumetric efficiency of the pump is reduced or even does not work at all. Moreover, it becomes a problem of the responsiveness of the pneumatic equipment to be used. In the above-described embodiment, the solenoid valve having a response delay of about 0.05 seconds was used, so that the pump operation was stopped at a period of less than 0.08 seconds. In the above-described embodiment, 0.023 μl was discharged per cycle. The internal volume per valve chamber is 0.049 μl, and about half of the pump chamber per cycle effectively contributes to the pump operation. Furthermore, in order to increase the volumetric efficiency, it is preferable to use a large pressure for the positive pressure or the negative pressure on the first microvalve 3-1.

以上、本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプの好ましい実施態様について具体的に説明してきたが、本発明は開示された実施態様にのみ限定されず、様々な改変を行うことができる。本発明のマイクロバルブ及びマイクロポンプはμＴＡＳやLab-on-Chipの観点からマイクロチップ内に実装することができる。本発明のマイクロチップは本願明細書に開示され、かつ添付図面に示されたマイクロバルブ及び／又はマイクロポンプを１個以上適宜組み合わせて内蔵することができる。このような本発明の画期的なマイクロバルブ及びマイクロポンプを内部に有するマイクロチップは、その実用性及び経済性が飛躍的に向上される。その結果、本発明のマイクロチップは、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好適に有効利用することができる。特に、本発明のマイクロチップは、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安価に使用できる。   The preferred embodiments of the microvalve and the micropump of the present invention have been specifically described above, but the present invention is not limited to the disclosed embodiments, and various modifications can be made. The microvalve and micropump of the present invention can be mounted in a microchip from the viewpoint of μTAS and Lab-on-Chip. The microchip of the present invention can incorporate one or more microvalves and / or micropumps disclosed in the present specification and shown in the accompanying drawings as appropriate. Such a microchip having the epoch-making microvalve and micropump of the present invention has drastically improved practicality and economy. As a result, the microchip of the present invention can be suitably used effectively in various fields such as medicine, veterinary medicine, dentistry, pharmacy, life science, food, agriculture, and fisheries. In particular, the microchip of the present invention is 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, RNA analysis, etc. can be used at low cost.

本発明のマイクロバルブの一例の部分上面図である。It is a partial top view of an example of the microvalve of this invention. 図１におけるII-II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line in FIG. 図１におけるマイクロバルブ３の開状態を示す部分概要断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing an open state of a microvalve 3 in FIG. 1. 図３におけるIV-IV線に沿った部分概要断面図である。FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 本発明のマイクロバルブの別の例の部分上面図である。It is a partial top view of another example of the microvalve of the present invention. 本発明のマイクロバルブの更に別の例の部分上面図である。It is a partial top view of another example of the microvalve of the present invention. 本発明のマイクロバルブの他の例の部分上面図である。It is a partial top view of the other example of the microvalve of this invention. 本発明のマイクロバルブの更に他の例の部分上面図である。FIG. 6 is a partial top view of still another example of the microvalve of the present invention. 本発明のマイクロバルブの異なった例の部分上面図である。It is a partial top view of the different example of the microvalve of this invention. 本発明のマイクロポンプの一例の部分上面図である。It is a partial top view of an example of the micropump of this invention. 図１０におけるXI-XI線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XI-XI line in FIG. 本発明のマイクロポンプの別の例の部分上面図である。It is a partial top view of another example of the micropump of the present invention. 図１２におけるXIII-XIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XIII-XIII line in FIG. 図１２に示されたマイクロポンプを２組並列させた２連ポンプの一例の部分概要上面図である。FIG. 13 is a partial schematic top view of an example of a dual pump in which two sets of micro pumps shown in FIG. 12 are arranged in parallel. 本発明のマイクロバルブの製造方法の一例を示す概要断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the microvalve of this invention. 本発明のマイクロバルブの製造方法の別の例を示す概要断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows another example of the manufacturing method of the microvalve of this invention. 本発明のマイクロバルブの製造方法の他の例を示す概要断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the manufacturing method of the microvalve of this invention. 本発明のマイクロバルブの近傍に特願２００４−０５９１１２号の発明に係る負圧吸引管路を配設した部分概要上面図である。FIG. 5 is a partial schematic top view in which a negative pressure suction pipe according to the invention of Japanese Patent Application No. 2004-059112 is disposed in the vicinity of the microvalve of the present invention. 図１８におけるXIX-XIX線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XIX-XIX line | wire in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ マイクロチップ
３ マイクロバルブ
５ 第１層
７ 第２層
９ 基板
１１ 流路
１３ バルブ室
１５ 流路
１７ バルブ室
１９ 弁
２１ 弁座
２３ 圧力室
２５ 圧力管路
２７ 圧力ポート
２９ 開口部
３０ ポンプ室
３２ 流路
３４ 圧力室
３６ 圧力管路
３８ 圧力ポート
４０ 流路
４２ 流路
４４ 流路
４６ 入出力ポート
４８ 入出力ポート
５０ 負圧吸引管路
５２ 吸引ポート DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchip 3 Micro valve 5 1st layer 7 2nd layer 9 Substrate 11 Channel 13 Valve chamber 15 Channel 17 Valve chamber 19 Valve 21 Valve seat 23 Pressure chamber 25 Pressure line 27 Pressure port 29 Opening 30 Pump chamber 32 Channel 34 Pressure chamber 36 Pressure line 38 Pressure port 40 Channel 42 Channel 44 Channel 46 I / O port 48 I / O port 50 Negative pressure suction line 52 Suction port

Claims (15)

マイクロバルブであって、該マイクロバルブは基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記弁の直上に対応する位置に圧力室を有することを特徴とするマイクロバルブ。 A microvalve comprising a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and a second layer bonded to the upper surface of the first layer;
A first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and the second flow path on the side of the first layer that is bonded to the substrate. A valve that partitions the second valve chamber communicating with the first valve chamber and the second valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface,
A microvalve having a pressure chamber at a position corresponding to a position directly above the valve, on the side of the bonding surface of the second layer with the first layer. 前記弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。 The microvalve according to claim 1, wherein the valve is linear, and the volume of the first valve chamber and the volume of the second valve chamber are substantially the same. 前記弁が略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。 2. The microvalve according to claim 1, wherein the valve is substantially U-shaped, and the volume of the first valve chamber is larger than the volume of the second valve chamber. 逆止弁として機能することを特徴とする請求項３に記載のマイクロバルブ。 The micro valve according to claim 3, which functions as a check valve. 前記圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロバルブ。 The microvalve according to claim 1, wherein a negative pressure or a positive pressure can be applied to the pressure chamber. 前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のマイクロバルブ。 The substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silicon and hard plastic, the first layer is made of polydimethylsiloxane (PDMS), and the second layer is PDMS, glass, silicon. And the microvalve according to claim 1, wherein the microvalve is made of a material selected from the group consisting of hard plastics. マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、ポンプ室を間に挟んで第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは第３の流路と該第３の流路に連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記ポンプ室は前記第２の流路により前記第１のマイクロバルブの第２のバルブ室と連通しており、かつ、前記第３の流路により前記第２のマイクロバルブの第３のバルブ室と連通しており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上と、前記ポンプ室の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプ。 A micropump comprising a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and a second layer bonded to the upper surface of the first layer;
The first microvalve and the second microvalve are sandwiched between the first layer and the substrate with the pump chamber interposed therebetween,
The first microvalve includes a first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and a second valve chamber communicating with the second flow path. And a valve that partitions the first valve chamber and the second valve chamber, and the valve seat of the valve is maintained non-adhered to the substrate surface,
The second microvalve includes a third flow path, a third valve chamber communicating with the third flow path, a fourth flow path, and a fourth valve chamber communicating with the fourth flow path. And a valve that partitions the third valve chamber and the fourth valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface,
The pump chamber communicates with the second valve chamber of the first microvalve by the second channel, and the third valve chamber of the second microvalve by the third channel. Communicated with
It is a bonding surface side of the second layer with the first layer, and corresponds to directly above the valve of the first microvalve, directly above the valve of the second microvalve, and directly above the pump chamber. A micropump characterized by having a pressure chamber at each position. 前記第１のマイクロバルブの弁が直線状であり、第１のバルブ室の容積と第２のバルブ室の容積が概ね同一であり、前記第２のマイクロバルブの弁が略コ字状であり、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプ。 The valve of the first microvalve is linear, the volume of the first valve chamber and the volume of the second valve chamber are substantially the same, and the valve of the second microvalve is substantially U-shaped. The micropump according to claim 7, wherein the volume of the third valve chamber is larger than the volume of the fourth valve chamber. 前記第２のマイクロバルブが逆止弁として機能することを特徴とする請求項７又は８に記載のマイクロポンプ。 The micro pump according to claim 7 or 8, wherein the second micro valve functions as a check valve. 前記各圧力室には負圧又は正圧を印加することができるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のマイクロポンプ。 The micropump according to claim 7, wherein a negative pressure or a positive pressure can be applied to each pressure chamber. マイクロポンプであって、該マイクロポンプは、基板と、該基板上面に貼り合わされた第１層と、該第１層上面に貼り合わされた第２層とからなり、
前記第１層の前記基板との貼り合わせ面側に、第１のマイクロバルブと第２のマイクロバルブとを有し、
前記第１のマイクロバルブは第１の流路と該第１の流路に連通する第１のバルブ室と、第２の流路と、該第２の流路に連通する第２のバルブ室と、前記第１のバルブ室と第２のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２のマイクロバルブは、前記第１のマイクロバルブの第１のバルブ室の第１の流路と連通する第３のバルブ室と、第４の流路と、該第４の流路に連通する第４のバルブ室と、前記第３のバルブ室と第４のバルブ室とを仕切る弁を有し、前記弁の弁座が前記基板表面に対して非接着に維持されており、
前記第２層の前記第１層との貼り合わせ面側であって、前記第１のマイクロバルブの弁の直上と前記第２のマイクロバルブの弁の直上に対応する位置にそれぞれ圧力室を有することを特徴とするマイクロポンプ。 A micropump comprising a substrate, a first layer bonded to the upper surface of the substrate, and a second layer bonded to the upper surface of the first layer;
A first microvalve and a second microvalve on the side of the first layer that is bonded to the substrate;
The first microvalve includes a first flow path, a first valve chamber communicating with the first flow path, a second flow path, and a second valve chamber communicating with the second flow path. And a valve that partitions the first valve chamber and the second valve chamber, and the valve seat of the valve is maintained non-adhered to the substrate surface,
The second microvalve includes a third valve chamber communicating with the first flow path of the first valve chamber of the first microvalve, a fourth flow path, and a fourth flow path. A valve that partitions the fourth valve chamber communicating with the third valve chamber and the fourth valve chamber, the valve seat of the valve being maintained non-adhered to the substrate surface;
Pressure chambers are respectively provided on the bonding surface side of the second layer with the first layer and at positions corresponding to directly above the valve of the first microvalve and directly above the valve of the second microvalve. A micropump characterized by that. 前記各弁は略コ字状であり、第１のバルブ室の容積が第２のバルブ室の容積よりも大きく、かつ、第３のバルブ室の容積が第４のバルブ室の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロポンプ。 Each of the valves is substantially U-shaped, the volume of the first valve chamber is larger than the volume of the second valve chamber, and the volume of the third valve chamber is larger than the volume of the fourth valve chamber. The micropump according to claim 11, wherein 前記第１のマイクロバルブ及び第２のマイクロバルブがそれぞれ逆止弁として機能することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロポンプ。 The micropump according to claim 11 or 12, wherein the first microvalve and the second microvalve each function as a check valve. 前記基板はガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されており、前記第１層はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）から形成されており、前記第２層はＰＤＭＳ、ガラス、シリコン及び硬質プラスチックからなる群から選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項７〜１３の何れかに記載のマイクロポンプ。 The substrate is made of a material selected from the group consisting of glass, silicon and hard plastic, the first layer is made of polydimethylsiloxane (PDMS), and the second layer is PDMS, glass, silicon. The micropump according to claim 7, wherein the micropump is made of a material selected from the group consisting of hard plastics. 請求項１〜６の何れかに記載のマイクロバルブ及び／又は請求項７〜１４の何れかに記載のマイクロポンプを有することを特徴とするマイクロチップ。 A microchip comprising the microvalve according to any one of claims 1 to 6 and / or the micropump according to any one of claims 7 to 14.
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