JP4528330B2 - マイクロポンプ及びマイクロ流体チップ - Google Patents
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Description
前記多孔質膜により2分された中空部の下部空間に連通する液体充填用バイパス流路が配設されており、かつ、前記下部空間から大気に連通する空気抜き流路が配設されていることを特徴とするマイクロポンプを提供する。
前記外殻の外部に形成される前記空気抜き流路は、前記外殻の下部空間に貫通して配設された空気抜き流路入口となる第3の穴と、下側端が該第3の穴に連通する第2の溝と、前記第3の穴及び前記第2の溝を遮蔽する第2の遮蔽シートとから構成されており、前記第2の溝は、前記外殻の外壁面上か、又は前記第2の遮蔽シートの接着面側の何れかに形成されており、前記第2の溝の上側端は、外殻の上部空間に貫通して配設され、かつ前記第2の遮蔽シートにより遮蔽される第4の穴に連通するか、又は、前記第2の遮蔽シートの上端で大気に連通しており、
前記第3の穴の前記下部空間の底面からの高さは、前記第2の穴の前記下部空間の底面からの高さ以上であり、
前記第1の溝が前記第1の穴に連通し、前記第2の溝が前記第4の穴に連通する場合、下部空間底面からの第1の穴の位置は下部空間底面からの第4の穴の位置よりも低いことを特徴とする請求項3記載のマイクロポンプを提供する。
前記外殻の壁内に形成される前記空気抜き流路は、前記外殻の下部空間に配設された空気抜き流路入口となる第3の穴と、第2の溝とからなり、前記第2の溝の下側端は該第3の穴に連通しており、前記第2の溝の上側端は、前記外殻の上端面上で大気に連通するか、又は、前記外殻の上部空間内側に向かって開口するか若しくは前記外殻の外側に向かって開口する第4の穴に連通しており、
前記第3の穴の前記下部空間の底面からの高さは、前記第2の穴の前記下部空間の底面からの高さ以上であり、
前記第1の溝が前記外殻の上部空間内側に向かって開口する前記第1の穴に連通し、前記第2の溝が前記外殻の上部空間内側に向かって開口する前記第4の穴に連通する場合、下部空間底面からの第1の穴の位置は下部空間底面からの第4の穴の位置よりも低いことを特徴とする請求項3記載のマイクロポンプを提供する。
前記多孔質膜により2分された中空部の上部空間の端部付近に前記上部空間を密封する隔膜を有し、かつ、多孔質膜により2分された中空部の下部空間の端部付近に前記下部空間を密封する隔膜を有し、前記密封された上部空間及び下部空間内にはそれぞれ所定量の駆動液が充填されていることを特徴とするマイクロポンプを提供する。
前記ポートのうちの少なくとも1個のポートの開口上面に、請求項1〜10の何れかに記載のマイクロポンプを着脱可能に載置したことを特徴とするマイクロ流体チップを提供する。
(a)緩衝液が試料液体を変質させたり、汚染したりすることがある;
(b)緩衝液による分離が上手く行かず、場合により駆動液が試料液体に混合して汚染する可能性がある;
(c)マイクロポンプの始動、試料液体の補充、メンテナンス等の際に、3種類の液体をハンドリングしなければならず、作業が繁雑となる;及び
(d)緩衝液を保持するために特別な管路を設ける必要が生じ、構造が複雑となり、マイクロチップへの組み込みが難しくなる。
図10に示されるように、本発明のマイクロポンプにおいて隔膜61を使用することにより緩衝液の使用は不要となり、その結果、前記(a)〜(d)の問題点は全て解決される。
(2)図4に示されるマイクロポンプ20Aを作製した。マイクロポンプ20AのPDMS製外殻23Aの外径は20mm、高さは18mmであり、上部空間31の内径は13mm、下部空間33の内径は10mm、フランジ部35の外径は30mm、高さは2mmであった。外殻23Aの上端から5mmの位置に第1の穴37(内径1mm)を穿設し、フランジ部35の下面から6mmの位置に第2の穴39(内径1mm)を穿設した。同様に、外殻23Aの上端から2mmの位置に第4の穴47(内径1mm)を穿設し、フランジ部35の下面から7.9mmの位置に第3の穴45(内径2mm)を穿設した。多孔質膜29として、孔径2μm、孔数1500000個、厚さ11μmのポリカーボネート多孔質膜を使用した。この多孔質膜の上面側及び下面側にパッキンを介して電極25及び27をそれぞれ接続させた。電極具備多孔質膜29の外径は13mmであった。外殻23Aの中空部内に電極具備多孔質膜29を傾斜させて取り付けた。次いで、凹陥部53及び55(内径各100μm、凹陥部間隔7mm)及び第1の溝41A(幅100μm、深さ100μm、長さ8.1mm)が形成されているPDMS製第1の遮蔽シート43Aを、第1の穴37及び第2の穴39と位置合わせさせて外殻23Aの外壁面に自己吸着させた。同様に、凹陥部53及び55(内径各100μm、凹陥部間隔7mm)及び第2の溝49A(幅1000μm、深さ100μm、長さ8.1mm)が形成されているPDMS製第2の遮蔽シート51Aを、第3の穴45及び第4の穴47と位置合わせさせて外殻23Aの外壁面に自己吸着させた。
(3)マイクロ流体チップ1のポート7に赤色に着色された油性サンプル液を満たした。その後、このポート7の開口上面にマイクロポンプ20Aの下部空間33の開口を位置合わせさせて、マイクロポンプ20AをPDMS基板3に自己吸着させた。
(4)マイクロポンプ20Aの中空部上部空間31内にイオン交換水(イオンを取り除いた蒸留水)にシリカ粒子(粒子径:0.09μm)を濃度1%で分散させたコロイド溶液を駆動液として充填した。また、同じコロイド溶液を注射器で第1の穴37から注入した。コロイド溶液が第1の穴37から第1の溝41Aを経て第2の穴39より中空部下部空間33内に流入するのが確認された。中空部下部空間33がコロイド溶液で満たされるまでに要した時間は10秒間であった。
(5)下部空間33内がコロイド溶液で満たされた時点で、第4の穴47を封止した。プラス電極25及びマイナス電極27にDC電圧15Vを印加したところ、中空部上部空間31から中空部下部空間33への電気浸透流が発生し、それに伴い、ポート7内の油性着色液が微細流路5を経てポート9にまで送液されていくのが確認できた。駆動液と油性着色液との間には明瞭な界面が存在していた。
3 PDMS基板
5 微細流路
7 ポート
9 ポート
10 対面基板
20,20A〜20G 本発明のマイクロポンプ
23,23A〜23E 外殻
25 上部電極
27 下部電極
29 多孔質膜
31 上部空間
33 下部空間
35 フランジ部
37 第1の穴
39 第2の穴
41,41A〜41C 第1の溝
43,43A,43B 第1の遮蔽シート
45 第3の穴
47 第4の穴
49,49A〜49C 第2の溝
51,51A,51B 第2の遮蔽シート
53,55 凹陥部
57 空気出口
59 液体注入口
61,61a,61b 隔膜
62 隔膜ホルダー
83 試料溶液補給路
85 空気抜き路
89 試料溶液補給管
93 試料溶液タンク
105 制御装置
V1〜V7 開閉弁
V8 開放弁
200 従来のマイクロポンプ
205 プラス電極
207 マイナス電極
209 多孔質膜
211 液体貯留空間
213 送液チューブ
215 下部空間
217 多孔質膜支持体
219 開口部
221 開口部
223 駆動液
225 試料液体
Claims (13)
- 貫通中空部を有する外殻と、該中空部の内部に、該中空部を上下に2分するように配置された、プラス電極とマイナス電極の間に間挿された多孔質膜とからなり、前記多孔質膜を通る電気浸透流効果を利用した微小流量用マイクロポンプにおいて、
前記多孔質膜により2分された中空部の下部空間に連通する液体充填用バイパス流路が配設されており、かつ、前記下部空間から大気に連通する空気抜き流路が配設されていることを特徴とするマイクロポンプ。 - 前記下部空間の内側に開口した前記空気抜き流路の入口の前記下部空間の底面からの高さが、前記下部空間の内側に開口した前記バイパス流路の出口の前記下部空間の底面からの高さ以上であることを特徴とする請求項1記載のマイクロポンプ。
- 前記バイパス流路は、前記外殻の外部か又は外殻の壁内に形成され、前記空気抜き流路は前記外殻の外部か又は外殻の壁内に形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載のマイクロポンプ。
- 前記外殻の外部に形成される前記バイパス流路は、前記外殻の下部空間に貫通して配設されたバイパス流路出口となる第2の穴と、下側端が該第2の穴に連通する第1の溝と、前記第2の穴及び前記第1の溝を遮蔽する第1の遮蔽シートとから構成されており、前記第1の溝は、前記外殻の外壁面上か、又は前記第1の遮蔽シートの接着面側の何れかに形成されており、前記第1の溝の上側端は、外殻の上部空間に貫通して配設され、かつ前記第1の遮蔽シートにより遮蔽される第1の穴に連通するか、又は、前記第1の遮蔽シートの上端で大気に連通しており、
前記外殻の外部に形成される前記空気抜き流路は、前記外殻の下部空間に貫通して配設された空気抜き流路入口となる第3の穴と、下側端が該第3の穴に連通する第2の溝と、前記第3の穴及び前記第2の溝を遮蔽する第2の遮蔽シートとから構成されており、前記第2の溝は、前記外殻の外壁面上か、又は前記第2の遮蔽シートの接着面側の何れかに形成されており、前記第2の溝の上側端は、外殻の上部空間に貫通して配設され、かつ前記第2の遮蔽シートにより遮蔽される第4の穴に連通するか、又は、前記第2の遮蔽シートの上端で大気に連通しており、
前記第3の穴の前記下部空間の底面からの高さは、前記第2の穴の前記下部空間の底面からの高さ以上であり、
前記第1の溝が前記第1の穴に連通し、前記第2の溝が前記第4の穴に連通する場合、下部空間底面からの第1の穴の位置は下部空間底面からの第4の穴の位置よりも低いことを特徴とする請求項3記載のマイクロポンプ。 - 前記外殻の壁内に形成される前記バイパス流路は、前記外殻の下部空間に配設されたバイパス流路出口となる第2の穴と、第1の溝とからなり、前記第1の溝の下側端は該第2の穴に連通しており、前記第1の溝の上側端は、前記外殻の上端面上で大気に連通するか、又は、前記外殻の上部空間内側に向かって開口するか若しくは前記外殻の外側に向かって開口する第1の穴に連通しており、
前記外殻の壁内に形成される前記空気抜き流路は、前記外殻の下部空間に配設された空気抜き流路入口となる第3の穴と、第2の溝とからなり、前記第2の溝の下側端は該第3の穴に連通しており、前記第2の溝の上側端は、前記外殻の上端面上で大気に連通するか、又は、前記外殻の上部空間内側に向かって開口するか若しくは前記外殻の外側に向かって開口する第4の穴に連通しており、
前記第3の穴の前記下部空間の底面からの高さは、前記第2の穴の前記下部空間の底面からの高さ以上であり、
前記第1の溝が前記外殻の上部空間内側に向かって開口する前記第1の穴に連通し、前記第2の溝が前記外殻の上部空間内側に向かって開口する前記第4の穴に連通する場合、下部空間底面からの第1の穴の位置は下部空間底面からの第4の穴の位置よりも低いことを特徴とする請求項3記載のマイクロポンプ。 - 前記下部空間の内側に開口した前記空気抜き流路の入口(第3の穴)の内径が、前記下部空間の内側に開口した前記バイパス流路の出口(第2の穴)の内径よりも大きい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ポンプ。
- 前記第1の溝及び第2の溝の形状は、直線状及び蛇行状からなる群から選択される何れかの形状であることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載のマイクロポンプ。
- 前記外殻がポリジメチルシロキサン(PDMS)又はガラスから形成されており、前記第1の遮蔽シート及び第2の遮蔽シートがPDMSから形成されていることを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のマイクロポンプ。
- 前記外殻の下部空間の端部付近に、前記下部空間を閉塞する隔膜を更に有することを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載のマイクロポンプ。
- 貫通中空部を有する外殻と、該中空部の内部に、該中空部を上下に2分するように配置された、プラス電極とマイナス電極の間に間挿された多孔質膜とからなり、前記多孔質膜を通る電気浸透流効果を利用した微小流量用マイクロポンプにおいて、
前記多孔質膜により2分された中空部の上部空間の端部付近に前記上部空間を密封する隔膜を有し、かつ、多孔質膜により2分された中空部の下部空間の端部付近に前記下部空間を密封する隔膜を有し、前記密封された上部空間及び下部空間内にはそれぞれ所定量の駆動液が充填されていることを特徴とするマイクロポンプ。 - 1個以上の大気に向かって開口したポートと、該ポートに連通する微細流路を有するポリジメチルシロキサン製基板と、該ポリジメチルシロキサン製基板の微細流路形成面に貼り合わされる対面基板とからなるマイクロ流体チップにおいて、
前記ポートのうちの少なくとも1個のポートの開口上面に、請求項1〜10の何れかに記載のマイクロポンプを着脱可能に載置したことを特徴とするマイクロ流体チップ。 - 前記開口ポートが形成されている基板に、前記開口ポート内に試料溶液を補給するための試料溶液補給路と、前記開口ポート内の空気を抜くための空気抜き路が更に形成されていることを特徴とする請求項11に記載のマイクロ流体チップ。
- 前記試料溶液補給路には、開閉弁と、試料溶液タンクから前記ポート内に試料溶液を送液する補給ポンプとが設けられ、試料溶液補給時に、前記開閉弁と前記補給ポンプとを操作する制御装置が更に設けられていることを特徴とする請求項12記載のマイクロ流体チップ。
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