JP2007021351A - 化学反応用カートリッジおよび化学反応処理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】汎用的で多様な処理を可能とした化学反応用カートリッジおよび化学反応処理システムを提供する。
【解決手段】外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジ10において、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路22が、カートリッジ10内部で互いに接続されて形成されている。複数の流路22が網目状に接続されていてもよい。流路22の接続点にウェル21を設けてもよい。ウェル21の領域に外力を受けたときに、ウェル21内の液が当該ウェル21に接続された流路22を介して押し出されるように送液されてもよい。カートリッジ10外部からカートリッジ10内部に試料を受け入れる流路22aを備えてもよい。
【選択図】図1
【解決手段】外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジ10において、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路22が、カートリッジ10内部で互いに接続されて形成されている。複数の流路22が網目状に接続されていてもよい。流路22の接続点にウェル21を設けてもよい。ウェル21の領域に外力を受けたときに、ウェル21内の液が当該ウェル21に接続された流路22を介して押し出されるように送液されてもよい。カートリッジ10外部からカートリッジ10内部に試料を受け入れる流路22aを備えてもよい。
【選択図】図1
Description
本発明は、外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジ、および化学反応用カートリッジを取り扱う化学反応処理システムに関する。
外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジが知られている(特許文献1参照)。また、ウエハ上で液滴をクーロン力や電気泳動で動かす汎用実験システムが知られている(特許文献2参照)。
上記の汎用実験システムでは液滴を所定の手順に従って移動させることで、所望の実験を行うことができる。しかし、液滴をウエハ上で外気に晒すため液滴の蒸発が避けられないという不都合がある。また、複数種類の液滴の混合、あるいは液滴への加圧、加熱等、多様な処理が困難であるという問題がある。
本発明の目的は、外力を加えた際の変形によって送液を行う上記カートリッジの原理を用いつつ、汎用的で多様な処理を可能とした化学反応用カートリッジおよび化学反応処理システムを提供することにある。
本発明の化学反応用カートリッジは、外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジにおいて、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路が、カートリッジ内部で互いに接続されて形成されていることを特徴とする。
この化学反応用カートリッジによれば、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路が、カートリッジ内部で互いに接続されているので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
この化学反応用カートリッジによれば、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路が、カートリッジ内部で互いに接続されているので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
前記複数の流路が網目状に接続されていてもよい。
前記流路の接続点にウェルを設けてもよい。
前記ウェルの領域に外力を受けたときに、ウェル内の液が当該ウェルに接続された流路を介して押し出されるように送液されてもよい。
カートリッジ外部からカートリッジ内部に試料を受け入れる導入路を備えてもよい。
外力によって前記カートリッジの外部に液を排出する排出路が形成されていてもよい。
本発明の化学反応処理システムは、外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジを取り扱う化学反応処理システムにおいて、前記カートリッジ内部には、互いに接続された複数の流路が形成され、前記化学反応処理システムは、前記カートリッジに外力を与えて個々の流路の開閉状態を切り替えるアクチュエータを備えることを特徴とする。
この化学反応処理システムによれば、カートリッジに外力を与えて個々の流路の開閉状態を切り替えるアクチュエータを備えるので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
この化学反応処理システムによれば、カートリッジに外力を与えて個々の流路の開閉状態を切り替えるアクチュエータを備えるので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
前記複数の流路が網目状に接続されていてもよい。
前記流路の接続点にはウェルが設けられ、前記化学反応処理システムは、前記カートリッジに外力を与えて、ウェル内の液を当該ウェルに接続された流路を介して押し出すように送液するアクチュエータを備えてもよい。
前記アクチュエータの動作手順を予め記憶する記憶手段と、記憶された前記動作手順に従って前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ制御手段と、を備えてもよい。
この場合には、記憶された動作手順に従ってアクチュエータを動作させるので、複雑な手順であっても、容易に実行できる。
この場合には、記憶された動作手順に従ってアクチュエータを動作させるので、複雑な手順であっても、容易に実行できる。
前記カートリッジの状態を検出する検出手段と、前記検出手段により検出結果に応じて、前記カートリッジの状態を制御する状態制御手段と、を備えてもよい。
本発明の化学反応用カートリッジによれば、外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路が、カートリッジ内部で互いに接続されているので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
本発明の化学反応処理システムによれば、カートリッジに外力を与えて個々の流路の開閉状態を切り替えるアクチュエータを備えるので、カートリッジを多様な用途に適用できる。
以下、図1〜図6を参照して、本発明による化学反応用カートリッジの実施例について説明する。
図1(a)は本実施例の化学反応用カートリッジを示す平面図、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線における断面図である。
図1(a)および図1(b)に示すように、本実施例の化学反応用カートリッジ10は、基板1と、基板1に重ね合わされる弾性部材2とを備える。
弾性部材2の裏面(図1(b)において下面)には、その表面(図1(b)において上面)側に凹んだ所定形状の凹部が形成されている。この凹部は、カートリッジ基板1と弾性部材2との間に空間を生み出すことで、マトリクス状に配列されたウェル21,21,・・・と、隣り合ったウェル21を互いに接続する流路22,22,・・・とを構成する。
上記凹部以外の領域では、基板1と弾性部材2とは互いに接着されている。このため、凹部に収容された溶液がカートリッジ内で密閉可能とされ、外部への漏れが防止される。またカートリッジ内の溶液が蒸発するおそれがない。
ウェル21aに接続された流路22aはカートリッジ10の側面から外部に連通しており、試料等をウェル21aに受け入れるための導入路として機能する。ウェル21bに接続された流路22bおよびウェル21cに接続された流路22cも同様である。
また、ウェル21dに接続された流路22dはカートリッジ10の側面から外部に連通しており、ウェル21d内部の液を排出する排出路として機能する。
図2はカートリッジ10と組み合わせて使用される化学反応処理システム50の構成を示すブロック図である。
図2に示すように、化学反応処理システム50は、複数のアクチュエータ51,51,・・・およびアクチュエータ53,53,・・・と、複数のアクチュエータ51,51,・・・をそれぞれ独立して駆動する複数の駆動回路52,52,・・・と、複数のアクチュエータ53,53,・・・をそれぞれ独立して駆動する複数の駆動回路54,54,・・・と、駆動回路52,52,・・・および駆動回路54,54,・・・を制御する制御部55と、プログラムやデータを格納する格納部56とを備える。
図3はアクチュエータ51,51,・・・およびアクチュエータ53,53,・・・により駆動される制御部材の配置を示す図である。図3(a)は制御部材の配置を、図3(b)はカートリッジ10と制御部材との位置関係を、それぞれ示している。
図3(a)および図3(b)に示すように、アクチュエータ51,51,・・・により駆動される制御部材61,61,・・・は、カートリッジ10のウェル21,21,・・・に対応する位置にマトリクス状に配置されている。また、アクチュエータ53,53,・・・により駆動される制御部材63,63,・・・は、カートリッジ10の流路22,22,・・・に対応する位置に配置されている。図3(b)に示すように、制御部材63は、その長手方向が、対応する流路22に直交するような向きに配置される。
次に、化学反応処理システム50の動作について説明する。
カートリッジ10を化学反応処理システム50の所定部位に載置すると、図3(b)に示す位置関係が確保される。このとき、図4(a)に示すように、ウェル21,21,・・・の上に制御部材61,61,・・・が、流路22,22,・・・の上に制御部材63,63,・・・が、それぞれ位置付けられる。
図4(b)に示すように、対応するアクチュエータ53により制御部材63を下方に駆動すると、制御部材63が対応する流路22を押し潰し、流路22が閉塞される。制御部材63を上方に戻すと弾性部材2の復元力により流路22の形状が復元し、流路22が開放される。このように、流路22はバルブとして機能する。
図4(c)に示すように、対応するアクチュエータ51により制御部材61を下方に駆動すると、制御部材61が対応するウェル21を押し潰す。制御部材61を上方に戻すと弾性部材2の復元力により、ウェル21の形状が復元する。
化学反応処理システム50では、制御部材61および制御部材63を所定の手順で駆動することで、流路22の開閉およびウェル21の状態を独立して制御し、種々の操作を実行できる。
図5はカートリッジ10を用いた操作を例示している。
図5(a)では、流路22e、流路22fおよび流路22gを閉じ、流路22hを開いた状態で、ウェル21eを押し潰している。これにより、流路22hを介してウェル21eからウェル22fに送液している。
図5(b)では、流路22eおよび流路22fを閉じ、流路22gおよび流路22hを開いた状態で、ウェル21eを押し潰している。これにより、流路22gおよび流路22hを介して、ウェル21eからウェル21fおよびウェル21gの2方向に送液している。
図5(c)では、流路22fを閉じ、流路22e、流路22gおよび流路22hを開いた状態で、ウェル21eを押し潰している。これにより、流路22e、流路22gおよび流路22hを介して、ウェル21eからウェル21f、ウェル21gおよびウェル21hの3方向に送液している。
図5(d)では、流路22pおよび流路22qのみを開いた状態で、ウェル21pおよびウェル21qを同時に押し潰している。これにより、ウェル21p内の液体と、ウェル21q内の液体とをウェル21rに向けて送り出し、ウェル21rにおいて両者の液体を混合している。
本実施例では、格納部56に格納されたプログラムに従って制御部材61および制御部材63をコンピュータ制御により駆動し、所定の操作を順次実行している。したがって、多数の操作からなる複雑な手順に対しても容易に対応できる。操作の手順はユーザがプログラムあるいはデータを介して、自由にデザインできる。したがって、カートリッジ10を任意の目的で使用することができ、化学反応処理システム50は実験用の汎用システムとして好適である。ユーザが所定の試薬等をカートリッジに注入し、所定のプログラムを実行すれば、所望の操作手順が自動的に実行される。
化学反応の種類は限定されず、例えば、種々の物質の検出のための化学反応や所定の生成物、たとえばエポキシ樹脂等の生成を目的とすることもできる。所定の物質を検出するための検出用チップをカートリッジに内蔵することもできる。この場合、検出用チップを内蔵したままの状態で光や電界をカートリッジに与え、各種の前処理や検出を行うこともできる。
カートリッジの目的に応じて、排出路を省略してもよい。カートリッジの密閉状態を保持したまま廃棄することができるため安全性を確保できる。カートリッジを焼却可能な材質(例えば、PDMS)で作成すれば、ウィルス感染等の危険も回避できる。
上記実施例では、カートリッジに対して一方向から制御部材を押し当てているが、両側から挟みこむように制御部材を押し当ててもよい。また、1つのウェルを複数の領域に分割し、領域ごとに制御部材を割り当ててもよい。この場合、送液方向に沿って制御部材の駆動タイミングをずらすことにより、滑らかで確実な送液を行える。
上記実施例では弾性部材2を変形させることで流路を開閉している。しかし、流路にバルブの機構を設け、外力によって機構を駆動してもよい。例えば、図6に示すように、流路22Aの途中にシール部材71を介してスライド部材7を取り付け、このスライド部材7を駆動することで流路22Aの開閉を行ってもよい。
流路およびウェルの配置方法は上記実施例に限定されない。また、上記実施例では、流路を2次元的に配置しているが、流路を3次元的に設けてもよい。例えば、基板の両側に弾性部材を設けることで、基板の両面に流路を形成してもよい。必要に応じて基板に形成されたスルーホールを介して、両側の流路を接続することもできる。
熱電対等のセンサ9をカートリッジに設け、制御部55においてセンサ9からの情報に基づくフィードバック制御を実行してもよい(図2)。フィードバック制御により、例えば、カートリッジの温度を正確に制御可能となる。
制御部材をヒータあるいは加振器として兼用してもよい。また、制御部材によるウェルへの加圧を行ってもよい。また、制御部材に温度センサ等のセンサを設けてもよい。このような機能を付加することで、カートリッジに対する操作手段を多様化できる。
本発明の化学反応用カートリッジおよび化学反応処理システムは、上記実施例に限定されない。本発明は外力を加えた際の変形によって内部の送液を行う化学反応用カートリッジおよび、このようなカートリッジを取り扱うシステムに対し広く適用される。
9 センサ(検出手段)
10 化学反応用カートリッジ
21 ウェル
22 流路
22a 流路(導入路)
22d 流路(排出路)
51 アクチュエータ
53 アクチュエータ
55 制御部(アクチュエータ制御手段、状態制御手段)
56 格納部(記憶手段)
10 化学反応用カートリッジ
21 ウェル
22 流路
22a 流路(導入路)
22d 流路(排出路)
51 アクチュエータ
53 アクチュエータ
55 制御部(アクチュエータ制御手段、状態制御手段)
56 格納部(記憶手段)
Claims (11)
- 外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジにおいて、
外力によって開閉状態が各々切り替え可能とされた複数の流路が、カートリッジ内部で互いに接続されて形成されていることを特徴とする化学反応用カートリッジ。 - 前記複数の流路が網目状に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の化学反応用カートリッジ。
- 前記流路の接続点にウェルを設けたことを特徴とする請求項1または2に記載の化学反応用カートリッジ。
- 前記ウェルの領域に外力を受けたときに、ウェル内の液が当該ウェルに接続された流路を介して押し出されるように送液されることを特徴とする請求項3に記載の化学反応用カートリッジ。
- カートリッジ外部からカートリッジ内部に試料を受け入れる導入路を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の化学反応用カートリッジ。
- 外力によって前記カートリッジの外部に液を排出する排出路が形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化学反応用カートリッジ。
- 外力を加えた際の変形によって内部の送液を行うことで化学反応を生じさせる化学反応用カートリッジを取り扱う化学反応処理システムにおいて、
前記カートリッジ内部には、互いに接続された複数の流路が形成され、
前記化学反応処理システムは、前記カートリッジに外力を与えて個々の流路の開閉状態を切り替えるアクチュエータを備えることを特徴とする化学反応処理システム。 - 前記複数の流路が網目状に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の化学反応処理システム。
- 前記流路の接続点にはウェルが設けられ、
前記化学反応処理システムは、前記カートリッジに外力を与えて、ウェル内の液を当該ウェルに接続された流路を介して押し出すように送液するアクチュエータを備えることを特徴とする請求項7または8に記載の化学反応処理システム。 - 前記アクチュエータの動作手順を予め記憶する記憶手段と、
記憶された前記動作手順に従って前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の化学反応処理システム。 - 前記カートリッジの状態を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出結果に応じて、前記カートリッジの状態を制御する状態制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の化学反応処理システム。
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