JP5291415B2 - Micro fluid feeding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学分析や生化学分析等において微小サイズのマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関し、より詳細には、基板内に設けられたマイクロ流路においてマイクロ流体を搬送するためのマイクロ流体送液装置に関する。 The present invention relates to a microfluidic liquid feeding device for transporting a microfluid having a small size in chemical analysis, biochemical analysis, or the like, and more specifically, for transporting a microfluid in a microchannel provided in a substrate. The present invention relates to a microfluidic liquid feeding device.
従来、土壌中の金属イオンの分析や、血液中の各種成分を分析するためのデバイスとして、マイクロ流体装置が提案されている。マイクロ流体装置は、携帯し得る程度の大きさの基板を有する。この基板内に、流路幅が１０μｍ〜１０００μｍ程度のマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路内を、１ｎＬ〜１μＬの容量のマイクロ流体が搬送される。このようなマイクロ流体装置では、微量の検体から各種含有成分等を分析することができる。また、該マイクロ流体装置とは手で携帯し得る大きさである。従って、臨床検査などの現場において簡便にかつ敏速に分析作業を完了することができる。 Conventionally, a microfluidic device has been proposed as a device for analyzing metal ions in soil and analyzing various components in blood. The microfluidic device has a substrate large enough to be portable. A microchannel having a channel width of about 10 μm to 1000 μm is formed in the substrate, and a microfluid having a capacity of 1 nL to 1 μL is conveyed through the microchannel. In such a microfluidic device, various components can be analyzed from a very small amount of specimen. The microfluidic device has a size that can be carried by hand. Therefore, the analysis work can be completed easily and promptly at a site such as a clinical test.
マイクロ流体装置において、希釈や分析等の様々な作業を行うには、ある程度の長さのマイクロ流路が必要である。そのため、従来、長いマイクロ流路内においてマイクロ流体を搬送するための送液装置が種々提案されている。 In the microfluidic device, in order to perform various operations such as dilution and analysis, a microchannel having a certain length is required. For this reason, conventionally, various liquid feeding devices for conveying a microfluid in a long microchannel have been proposed.
例えば、下記の特許文献１には、積層基板内にマイクロ流路が形成されており、該マイクロ流路の流路壁の一部が弾性膜からなる送液用構造が開示されている。ここでは、弾性膜の外側に、マイクロ流路の流路方向に沿って複数の磁気コイル素子が分散配置されている。前記弾性膜と複数の磁気コイル素子との間に、磁性流体が配置されている。ここでは、複数の磁気コイル素子を上流側の磁気コイル素子側から順に駆動することにより、磁性流体が上流側から下流側に移動される。その結果、磁性流体に接触されている弾性膜が蠕動運動を引き起こす。それによって、マイクロ流路内のマイクロ流体が下流側に搬送される。
For example,
他方、下記の特許文献２に記載の送液装置においても、特許文献１に記載の構造と同様に、可撓性を有する流路壁を有するマイクロ流路が基板内に形成されている。ここでは、マイクロ流路を挟んで対向するように設けられた複数対の圧電アクチュエータが用いられている。複数対の圧電アクチュエータは、マイクロ流路の上流側から下流側に向って順に配置されている。マイクロ流路の両側に配置されている一対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路の流路壁を流路中心側に突出するように変形させ、それによって、マイクロ流路の流路幅が部分的に狭くされている。従って、上流側から下流側に向って各対の圧電アクチュエータを駆動することにより、マイクロ流路内のマイクロ流体を下流側に搬送することができる。
特許文献１及び２に記載のマイクロ流体送液装置では、いずれも、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部が可撓性とされている。すなわち、上記磁気コイル素子からなる流路壁変形手段、あるいは上記圧電アクチュエータからなる流路壁変形手段を用いることにより、上流側から下流側に向って流路壁を順に変形させることにより、マイクロ流体が搬送されている。
In each of the microfluidic liquid feeding devices described in
従って、マイクロ流路の流路壁の少なくとも一部を、弾性膜のような可撓性材料で形成しなければならなかった。よって、基板を構成する材料と異なる材料を用いて流路壁の少なくとも一部を形成しなければならなかった。そのため、構造が複雑であり、かつマイクロ流路が形成されている装置の薄型化が困難であった。加えて、マイクロ流体送液装置を構成する材料の種類も多くなり、製造コストが高くなりかつ製造工程も煩雑であった。 Therefore, at least a part of the channel wall of the micro channel has to be formed of a flexible material such as an elastic film. Therefore, it has been necessary to form at least a part of the flow path wall using a material different from the material constituting the substrate. For this reason, it is difficult to reduce the thickness of the device having a complicated structure and having the microchannel formed therein. In addition, the types of materials constituting the microfluidic liquid feeding device are increased, the manufacturing cost is increased, and the manufacturing process is complicated.
本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、マイクロ流路を形成するのに可撓性材料を必要とせず、比較的長い距離に渡りマイクロ流体を確実に搬送することが可能であり、製造工程及び製造コストを低減することを可能とするマイクロ流体送液装置を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to reliably transport the microfluid over a relatively long distance without the need for a flexible material to form the microchannel. It is another object of the present invention to provide a microfluidic liquid feeding device that can reduce the manufacturing process and the manufacturing cost.
本発明によれば、マイクロ流体が搬送されるマイクロ流路が形成されている基板と、外部刺激を受けることによりガスを発生し、かつ前記マイクロ流路の上流側から下流側に向かう流路方向において複数の位置で前記マイクロ流路にそれぞれ接続されている複数のマイクロポンプとを備え、前記複数のマイクロポンプが、前記基板内に設けられており、かつ前記マイクロ流路よりも細い接続流路を介して前記マイクロ流路に接続されており、マイクロ流体と接続流路の流路壁との間の接触角θ及び表面張力から求められるラプラス圧力が、マイクロ流体の搬送圧力よりも大きくなるように構成されている、マイクロ流体送液装置が提供される。 According to the present invention, a substrate on which a microfluidic channel in which a microfluid is conveyed is formed, and a channel direction that generates gas by receiving an external stimulus and goes from the upstream side to the downstream side of the microchannel. A plurality of micropumps respectively connected to the microchannels at a plurality of positions, wherein the plurality of micropumps are provided in the substrate and are narrower than the microchannels The Laplace pressure obtained from the contact angle θ and the surface tension between the microfluid and the channel wall of the connection channel is larger than the microfluid transport pressure. It is configured, the microfluidic feeding device is provided.
本発明に係るマイクロ流体送液装置のある特定の局面では、前記複数のマイクロポンプが前記基板に一体に形成されている。複数のマイクロポンプが基板に一体に形成されているので、マイクロ流体送液装置を１つの部材として容易に取り扱うことができる。 In a specific aspect of the microfluidic liquid feeding device according to the present invention, the plurality of micropumps are integrally formed on the substrate. Since the plurality of micropumps are integrally formed on the substrate, the microfluidic liquid feeding device can be easily handled as one member.
本発明に係るマイクロ流体送液装置では、前記複数のマイクロポンプが、前記基板内に設けられており、かつ前記マイクロ流路よりも細い接続流路を介して前記マイクロ流路に接続されている。マイクロポンプが細い接続流路を介してマイクロ流路に接続されているので、マイクロ流体の接続流路側への侵入が生じ難い。好ましくは、前記接続流路の断面が、対向し合う一対の辺の長さがａ、対向し合う残りの一対の辺の長さがｂである矩形形状を有し、前記マイクロ流路を搬送されるマイクロ流体のマイクロ流路の流路壁に対する接触角をθ（度）、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）、前記マイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓ θ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定される。この場合には、接続流路側の耐圧が、マイクロ流路の搬送圧力よりも大きくなるため、接続流路へのマイクロ流体の侵入をより確実に抑制することができる。
In the microfluidic feeding device according to the present invention, the plurality of micropumps is connected is provided in said substrate and through said narrow connection channel than the microchannel into the microchannel . Since the micropump is connected to the microchannel through the thin connection channel, it is difficult for the microfluid to enter the connection channel. Preferably, the cross section of the connection channel has a rectangular shape in which the length of a pair of opposing sides is a and the length of the remaining pair of opposing sides is b, and transports the micro channel When the contact angle of the microfluid to the channel wall of the microchannel is θ (degrees), the surface tension is γ (N / m), and the transport pressure of the microfluid is P (Pa),
(2γ · cos θ) × (a + b) / (a × b) ≧ P (1)
(A + b) / (a × b) is set so as to satisfy In this case, since the pressure resistance on the connection flow path side becomes larger than the conveyance pressure of the micro flow path, the entry of the micro fluid into the connection flow path can be more reliably suppressed.
本発明に係るマイクロ流体送液装置の別の特定の局面では、前記複数の接続流路の一端が前記マイクロ流路に接続されており、他端が前記基板の外表面に開口している開口部であり、前記マイクロポンプが、前記開口部からガスを前記接続流路に与えるように配置されており、かつ外部刺激が付与されたときに、ガスを発生させるガス発生材料を有する。この場合には、基板の上記開口部を覆うようにガス発生材料を配置すればよいだけであるため、小型のマイクロポンプをマイクロ流体送液装置に容易に形成することができる。 In another specific aspect of the microfluidic liquid feeding device according to the present invention, one end of the plurality of connection flow paths is connected to the micro flow path, and the other end is opened to the outer surface of the substrate The micropump is disposed so as to supply gas from the opening to the connection flow path, and has a gas generating material that generates gas when an external stimulus is applied. In this case, it is only necessary to dispose the gas generating material so as to cover the opening of the substrate, so that a small micropump can be easily formed in the microfluidic liquid feeding device.
好ましくは、前記ガス発生材料は、前記開口部を閉成するように前記基板に貼り付けられたガス発生フィルムである。この場合には、ガス発生フィルムを基板の片面に貼り付けるだけで、容易にマイクロポンプを形成することができる。従って、マイクロ流体送液装置の薄型化をも果たすことができる。 Preferably, the gas generating material is a gas generating film attached to the substrate so as to close the opening. In this case, the micropump can be easily formed by simply attaching the gas generating film to one side of the substrate. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the microfluidic device.
本発明に係るマイクロ流体送液装置の他の特定の局面では、前記外部刺激が、光及び熱の内の少なくとも一方である。この場合には、光の照射及び／または加熱により容易にガスを発生させることができる。 In another specific aspect of the microfluidic solution feeding device according to the present invention, the external stimulus is at least one of light and heat. In this case, gas can be easily generated by light irradiation and / or heating.
本発明に係るマイクロ流体送液装置のさらに他の特定の局面では、前記複数のマイクロポンプに対し、上流側のマイクロポンプから下流側のマイクロポンプに順に前記外部刺激を与えるための外部刺激付与手段がさらに備えられている。この場合には、外部刺激付与手段により、上流側のマイクロポンプから下流側のマイクロポンプに順に外部刺激を与えることができるので、マイクロ流体を上流側から下流側に容易にかつ確実に搬送することができる。好ましくは、前記外部刺激が光であり、前記外部刺激付与手段が複数の前記マイクロポンプにそれぞれ光を照射するように設けられた複数の光源である。この場合には、複数の光源を順次駆動するだけで、マイクロ流体を上流側から下流側に確実にかつ容易に搬送することができる。 In still another specific aspect of the microfluidic liquid feeding device according to the present invention, external stimulus applying means for sequentially applying the external stimulus to the plurality of micropumps from the upstream micropump to the downstream micropump. Is further provided. In this case, since the external stimulus can be applied in order from the upstream micro pump to the downstream micro pump by the external stimulus applying means, the micro fluid can be easily and reliably conveyed from the upstream side to the downstream side. Can do. Preferably, the external stimulus is light, and the external stimulus applying unit is a plurality of light sources provided to irradiate light to the plurality of micropumps. In this case, the microfluid can be reliably and easily transported from the upstream side to the downstream side only by sequentially driving the plurality of light sources.
本発明に係るマイクロ流体送液装置では、基板内にマイクロ流路が形成されており、上記複数のマイクロポンプが、マイクロ流路の流路方向において複数の位置でマイクロ流路に接続されているため、上流側のマイクロポンプから下流側のマイクロポンプを順に駆動するだけで、マイクロ流体を送液するためのガスを上流側から順に下流側においてマイクロ流路内に供給することができる。従って、マイクロ流体の後方に順にガスを供給するように、上流側のマイクロポンプから下流側のマイクロポンプの順に複数のマイクロポンプを駆動することにより、マイクロ流体を長い距離に渡り搬送することができる。 In the microfluidic liquid feeding device according to the present invention, the microchannel is formed in the substrate, and the plurality of micropumps are connected to the microchannel at a plurality of positions in the channel direction of the microchannel. Therefore, the gas for feeding the microfluid can be supplied into the microchannel in the downstream side in order from the upstream side only by driving the micropump on the downstream side in order from the micropump on the upstream side. Therefore, by driving a plurality of micropumps in order from the upstream micropump to the downstream micropump so as to supply gas in order behind the microfluidic, the microfluid can be transported over a long distance. .
本発明に係るマイクロ流体送液装置は、上記ガスを発生する複数のマイクロポンプを用いるものであるため、マイクロ流路の流路壁を可撓性材料で形成する必要がない。従って、基板内にマイクロ流路を容易に形成することができ、製造コスト及び製造工程の低減を図ることができる。 Since the microfluidic liquid feeding device according to the present invention uses a plurality of micropumps that generate the gas, it is not necessary to form the channel wall of the microchannel with a flexible material. Therefore, the microchannel can be easily formed in the substrate, and the manufacturing cost and the manufacturing process can be reduced.
加えて、マイクロ流体送液装置の薄型化も容易となる。 In addition, the microfluidic device can be easily reduced in thickness.
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。 Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体送液装置の模式的平面図及び正面断面図である。なお、図１（ａ）及び後述の図２（ａ）〜図４（ａ）では、最上部の蓋材が除去されて内部の構造が略図的に示されている。 FIGS. 1A and 1B are a schematic plan view and a front sectional view of a microfluidic liquid feeding device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1A and FIGS. 2A to 4A described later, the uppermost lid member is removed, and the internal structure is schematically shown.
マイクロ流体送液装置１は、基板２を有する。基板２の平面形状は特に限定されないが、本実施形態では、矩形形状とされている。
The
なお、本実施形態のマイクロ流体送液装置１は後述する応用例のマイクロ流体デバイスのように、マイクロ流体デバイスの一部において、マイクロ流体を送液する部分として形成されているものである。
Note that the microfluidic
基板２は、第１のプレート３と、第２のプレート４と、第３のプレート５と、蓋材６とを積層した構造を有する。
The
第２のプレート４にマイクロ流路７を形成するための貫通路が形成されている。マイクロ流路７は、本実施形態では直線状に延ばされているが、蛇行形状、ミアンダ状またはスパイラル状などの様々な平面形状を有し得る。
A through path for forming the
マイクロ流路７を形成するために、上記貫通路を閉成するように蓋材６が積層されている。マイクロ流路７は、マイクロ流体が搬送される流路であり、本実施形態では、矩形の断面形状を有する。このマイクロ流路７の矩形の断面形状における幅方向寸法は、５０μｍ〜１０００μｍ程度、深さは、５０μｍ〜１０００μｍ程度とされている。もっとも、マイクロ流路７を覆う断面は円形筒の他の形状であってもよい。
In order to form the
上記マイクロ流路７の上流側から下流側に向う順に、複数のマイクロポンプ８〜１３が複数の位置でそれぞれ接続される。
A plurality of
本実施形態では、マイクロポンプ８〜１３は、基板２の下面に積層されたガス発生材料付きテープ１４により形成されている。このガス発生材料付きテープ１４では、マイクロポンプ８〜１３が形成されている部分において、ガス発生材料層１５が形成されている。ガス発生材料層１５以外の部分は、上面が粘着性を有するテープである。
In the present embodiment, the
上記ガス発生材料付きテープ１４の下面には、保護層１６が積層されている。保護層１６は必ずしも設けられずともよい。本実施形態では、ガス発生材料は光の照射によりガスを発生するものである。そして、保護層１６の下方に配置されたＬＥＤ（発光ダイオード）１７〜２２から光を照射することにより、ガスが発生される。
A
ＬＥＤ１７〜２２は、上記マイクロポンプ８〜１３のそれぞれに光を照射するように、マイクロポンプ８〜１３が形成されている部分の下方に配置されている。 LED17-22 is arrange | positioned under the part in which the micropumps 8-13 are formed so that each of the said micropumps 8-13 may be irradiated with light.
本実施形態では、光源としては、ＬＥＤを用いているが、ＬＥＤ以外の光源、例えばレーザー装置などを用いてもよい。 In the present embodiment, an LED is used as the light source, but a light source other than the LED, such as a laser device, may be used.
上記マイクロポンプ８〜１３は、マイクロ流路７よりも細い接続流路２３〜２８によりマイクロ流路７に接続されている。
The
すなわち、マイクロポンプ９〜１３は、マイクロ流路７の側方に延びる接続流路２３〜２８によりマイクロ流路７に接続されている。また、マイクロポンプ８は、マイクロ流路７の上流端において、流路方向に延びる接続流路２３によりマイクロ流路７に接続されている。
That is, the
上記接続流路２３〜２８は、マイクロ流路７よりも細い流路であり、マイクロ流体はこの接続流路２３〜２８には侵入しないように形成されている。より具体的には、接続流路２３〜２８は、本実施形態では、接続流路２３〜２８は、矩形の横断面形状を有する。この矩形の横断面形状は、長さがａの一対の辺と、長さがｂの残りの一対の辺を有する。そして、マイクロ流路７を搬送されるマイクロ流体の接続流路２３〜２８の流路壁に対する接触角をθ、表面張力をγ（Ｎ／ｍ）としたときに、またマイクロ流体の搬送圧力をＰ（Ｐａ）としたときに、
（２γ・ｃｏｓ θ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が選ばれている。それによって、接続流路２３〜２８内に、マイクロ流体３１が侵入し難くされている。これは、以下の理由による。
The
(2γ · cos θ) × (a + b) / (a × b) ≧ P (1)
(A + b) / (a × b) is selected so as to satisfy the above. As a result, the
毛細管力によるラプラス圧力ΔＰは、ΔＰ＝（２・γ・ｃｏｓθ）／ｒで表わされる。ここで、γは液体の表面張力（Ｎ／ｍ）、θは液体と流路壁との接触角（ｄｅｇ）、ｒは流路の等価半径である。等価半径は等価直径の２分の１の値であり、任意の断面形状の流路に対し、等価な円管を想定すると、等価円管の直径が等価直径であり、等価直径ｄｅｑは、流路の横断面積をＫ、流路の横断面の周長をＬとしたときに、ｄｅｑ＝４Ｋ／Ｌと定義される。接続流路が矩形であり、平面の辺の長さが上記のようにａ及びｂとした場合、Ｋ＝ａ×ｂであり、Ｌ＝２ａ＋２ｂである。従って、上記式（１）を満たす場合、ラプラス圧の耐圧の絶対値が液体試料の搬送圧力の絶対値よりも大きくなり、液体試料が接続流路には侵入しないことになる。従って、上記式（１）を満たすように、ａ及びｂを設定すればよい。 The Laplace pressure ΔP due to the capillary force is expressed by ΔP = (2 · γ · cos θ) / r. Here, γ is the surface tension (N / m) of the liquid, θ is the contact angle (deg) between the liquid and the channel wall, and r is the equivalent radius of the channel. The equivalent radius is a half of the equivalent diameter. If an equivalent circular pipe is assumed for a channel having an arbitrary cross-sectional shape, the diameter of the equivalent circular pipe is the equivalent diameter. When the cross-sectional area of the road is K and the perimeter of the cross-section of the flow path is L, def = 4K / L is defined. When the connecting channel is rectangular and the length of the side of the plane is a and b as described above, K = a × b and L = 2a + 2b. Therefore, when the above formula (1) is satisfied, the absolute value of the pressure resistance of the Laplace pressure becomes larger than the absolute value of the transport pressure of the liquid sample, and the liquid sample does not enter the connection channel. Therefore, a and b may be set so as to satisfy the above formula (1).
例えば、マイクロ流体が水であり、流路壁がアクリル樹脂からなる場合、水の表面張力は２０℃で７２．８ｍＮ／ｍであり、アクリル樹脂板に対する接触角は６３度である。従って、マイクロ流体の搬送圧力１ｋＰａとした場合、すなわち流路速度を数μＬ程度とした場合、接続流路２３〜２８の横断面の一辺であるａ＝４０μｍとすると、ｂを６６μｍ以下とすればよいことがわかる。すなわち、この条件では、ａ＝４０μｍ、ｂを６６μｍ以下とすれば、接続流路２３〜２８側へのマイクロ流体３１の侵入を確実に防止することができる。
For example, when the microfluid is water and the flow path wall is made of acrylic resin, the surface tension of water is 72.8 mN / m at 20 ° C., and the contact angle with respect to the acrylic resin plate is 63 degrees. Therefore, when the microfluid transport pressure is 1 kPa, that is, when the flow velocity is about several μL, if a = 40 μm, which is one side of the cross section of the
よって、マイクロ流体３１の表面張力及び流路壁に対する接触角及び搬送圧力を考慮し、上記式（１）を満たすように接続流路の横断面形状を設定すれば、接続流路２３〜２８側へのマイクロ流体の侵入を確実に防止することができ、マイクロ流路７において、上流側から下流側に確実にマイクロ流体３１を搬送することができる。
Therefore, if the cross-sectional shape of the connection channel is set so as to satisfy the above formula (1) in consideration of the surface tension of the
なお、上記実施形態では、外部刺激が光であるため、ＬＥＤを駆動源、すなわち光源として用いたが、熱により分解するガス発生剤を用いる場合には、適宜のヒータや赤外線照射装置などを駆動源として用いればよい。 In the above embodiment, since the external stimulus is light, the LED is used as a driving source, that is, a light source. However, when a gas generating agent that decomposes by heat is used, an appropriate heater or infrared irradiation device is driven. It can be used as a source.
上記第１〜第３のプレート３〜５は、適宜の合成樹脂、セラミックスまたは金属等により形成することができる。
The first to
また、蓋材６についても、適宜の合成樹脂、セラミックスまたは金属により形成することができる。
Further, the
上記保護層１６については、下方のＬＥＤ１７〜２２からの光を透過する必要があるため、透光性の材料からなる。このような透光性の材料についても、透光性の合成樹脂やガラスなどの適宜の材料を用いることができる。
About the said
ガス発生材料付きテープ１４におけるガス発生材料層１５は、外部刺激を受けることによりガスを発生する層であり、本実施形態では外部刺激として光を受ける。このガス発生材料層は、光の照射によりガスを発生させるガス発生剤と、バインダーとを含む。
The gas
上記光の照射によりガスを発生するガス発生剤としては、光の照射でガスを発生する適宜のガス発生材料を用いることができる。好ましくは、ガス発生材料として、光が照射されることにより、酸を発生させる光酸発生材と、酸と接触することにより、ガスを発生させる酸刺激ガス発生剤とを含むガス発生材料が用いられる。 As the gas generating agent that generates gas when irradiated with light, an appropriate gas generating material that generates gas when irradiated with light can be used. Preferably, as the gas generating material, a gas generating material including a photo acid generating material that generates an acid when irradiated with light and an acid stimulating gas generating agent that generates a gas by contacting with the acid is used. It is done.
光酸発生剤の具体例としては、例えば、キノンジアジド化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル類、有機ハロゲン化合物等が挙げられる。光酸発生剤として、キノンジアジド化合物、オニウム塩、スルホン酸エステル類及び有機ハロゲン化合物からなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましく、スルホン酸オニウム塩、ベンジルスルホン酸エステル、ハロゲン化イソシアヌレート及びビスアリールスルホニルジアゾメタンからなる群から選ばれた少なくとも１種を用いることが好ましい。これらの光酸発生剤は、光照射により効率的に分解し、スルホン酸等の強酸を発生させる。よって、これらの光酸発生剤を用いることによって、ガスの発生効率をより一層高めることができる。 Specific examples of the photoacid generator include quinonediazide compounds, onium salts, sulfonic acid esters, and organic halogen compounds. As the photoacid generator, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of quinonediazide compounds, onium salts, sulfonic acid esters and organic halogen compounds, sulfonic acid onium salts, benzylsulfonic acid esters, halogenated isocyanurates. And at least one selected from the group consisting of bisarylsulfonyldiazomethane. These photoacid generators are efficiently decomposed by light irradiation to generate a strong acid such as sulfonic acid. Therefore, the gas generation efficiency can be further enhanced by using these photoacid generators.
キノンジアジド化合物としては、例えば、１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−５−スルホン酸又は１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−４−スルホン酸と、低分子芳香族ヒドロキノン化合物とのエステルが挙げられる。低分子芳香族ヒドロキノン化合物としては、例えば、１，３，５−トリヒドロキシベンゼン、２，３，４−トリヒドロキシベンゾフェノン、２，３，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、クレゾール等が挙げられる。これらの中でも、１，２−ナフトキノン−２−ジアジド−５−スルホン酸−ｐ−クレゾールエステルが特に好ましく用いられる。 Examples of the quinonediazide compound include esters of 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid or 1,2-naphthoquinone-2-diazide-4-sulfonic acid and a low-molecular aromatic hydroquinone compound. . Examples of the low-molecular aromatic hydroquinone compound include 1,3,5-trihydroxybenzene, 2,3,4-trihydroxybenzophenone, 2,3,4,4'-tetrahydroxybenzophenone, cresol and the like. Among these, 1,2-naphthoquinone-2-diazide-5-sulfonic acid-p-cresol ester is particularly preferably used.
オニウム塩としては、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロアンチモネート、トリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。 Examples of onium salts include triphenylsulfonium hexafluoroantimonate and triphenylsulfonium hexafluorophosphate.
スルホン酸エステル類としては、ビスアリールスルホニルジアゾメタン、ｐ−ニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｍ−ニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｍ、ｐ−ジニトロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ｐ−シアノベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、クロロベンジル９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ジメチルアミノナフタレン−５−スルホネート、ジフェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、４−メトキシフェニル−フェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ビス（４−メトキシフェニル）ヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ビス（４−ｔ−ブチルフェニル）ヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、ジフェニルヨードニウム−アントラセン−２−スルホネート、ジフェニルヨードニウム−トルフルオロメタンスルホネート、（５−プロピルスルホニルオキシイミノ−５Ｈ−チオフェン−２−イリデン）−（２−メチルフェニル）アセトニトリル等が挙げられる。これらの中でも、光照射された際の酸の発生効率が高いジフェニルヨードニウム−９，１０−ジメトキシアントラセン−２−スルホネート、５−プロピルスルホニルオキシイミノ−５Ｈ−チオフェン−２−イリデン）−２−メチルフェニルアセトニトリルが特に好ましく用いられる。
As sulfonic acid esters, bisarylsulfonyldiazomethane, p-
有機ハロゲン化合物としては、例えば、トリブロモメチルフェニルスルホン、トリブロモメチルスルフォニルピリジンなどが挙げられる。 Examples of the organic halogen compound include tribromomethylphenylsulfone, tribromomethylsulfonylpyridine, and the like.
酸刺激ガス発生剤としては、酸の刺激すなわち酸の作用によりガスを発生するものであれば特に限定されないが、炭酸塩及び重炭酸塩のうちの少なくとも一方が好適に用いられる。 The acid stimulating gas generator is not particularly limited as long as it generates gas by acid stimulation, that is, by the action of acid, but at least one of carbonate and bicarbonate is preferably used.
酸刺激ガス発生剤の具体例としては、例えば、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウム、水素化ホウ素ナトリウム等が挙げられる。これらの酸刺激ガス発生剤は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。特に、炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムとの混合物は、安定性に優れ、かつガス発生量が多いため、酸刺激ガス発生剤として好適に用いられる。 Specific examples of the acid stimulating gas generator include sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate, sodium sesquicarbonate, magnesium carbonate, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, calcium carbonate, sodium borohydride and the like. These acid stimulating gas generating agents may be used alone or in combination of two or more. In particular, a mixture of sodium carbonate and sodium hydrogen carbonate is preferably used as an acid stimulating gas generating agent because of its excellent stability and a large amount of gas generation.
なお、酸刺激ガス発生剤の配合量は、光酸発生剤から発生する酸と化学等量であることが望ましい。 In addition, it is desirable that the compounding amount of the acid stimulating gas generating agent is the same amount as the acid generated from the photo acid generating agent.
また、酸刺激ガス発生剤と光酸発生剤とのそれぞれは、液状であってもよいし、粒子状であってもよい。但し、取り扱い性及びガスの発生効率を高くする観点から、酸刺激ガス発生剤と光酸発生剤とのうちの少なくとも一方が微粒子であることが好ましい。また、酸刺激ガス発生剤と光酸発生剤とのうちの少なくとも一方を微粒子とすることによって、微粒子間に隙間が形成され、発生したガスの通過が容易となる。なお、本明細書において、微粒子とは、平均直径が５０μｍ〜２ｍｍ程度の粒子をいう。 In addition, each of the acid stimulating gas generator and the photoacid generator may be liquid or particulate. However, from the viewpoint of improving the handleability and gas generation efficiency, it is preferable that at least one of the acid-stimulating gas generator and the photoacid generator is a fine particle. Further, by forming at least one of the acid-stimulating gas generator and the photoacid generator into fine particles, a gap is formed between the fine particles, and the generated gas can be easily passed. In the present specification, the fine particles mean particles having an average diameter of about 50 μm to 2 mm.
なお、上記光の照射によりガスを発生するガス発生材料は、光増加剤をさらに含むことが望ましい。光増加剤が含有されていると、光が照射された際にガスをより一層速やかに発生させることができる。 In addition, it is desirable that the gas generating material that generates gas upon irradiation with light further includes a light increasing agent. When a light increasing agent is contained, gas can be generated more rapidly when irradiated with light.
光増感剤は、光が照射されることによりガスを発生させるガス発生剤にエネルギーを移動させてガス発生剤の分解を促進する化合物である限りにおいて特に限定されない。光増感剤としては、例えば、チオキサントン、ベンゾフェノン、アセトフェノン類、ミヒラーケトン、ベンジル、ベンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルジメチルケタール、ベンゾイルベンジエート、α−アシロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、脂肪族アミン、芳香族基を含むアミン、ピペリジンのように窒素が環系の一部をなしているもの、アリルチオ尿素、ｏ−トリルチオ尿素、ナトリウムジエチルジチオホスフェート、芳香族スルフィン酸の可溶性塩、Ｎ，Ｎ−ジ置換−ｐ−アミノベンゾニトリル系化合物、トリ−ｎ−ブチルフォスフィン、Ｎ−ニトロソヒドロキシルアミン誘導体、オキサゾリジン化合物、テトラヒドロ−１，３−オキサジン化合物、ホルムアルデヒドかアセトアルデヒドとジアミンの縮合物、アントラセン及びその誘導体、キサンチン、Ｎ−フェニルグリシン、フタロシアニン、ナフトシアニン、チオシアニン等のシアニン色素類ポルフィリン及びその誘導体等が挙げられる。これらの光増感剤は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。 The photosensitizer is not particularly limited as long as it is a compound that promotes the decomposition of the gas generating agent by transferring energy to the gas generating agent that generates gas when irradiated with light. Photosensitizers include, for example, thioxanthone, benzophenone, acetophenones, Michler's ketone, benzyl, benzoin, benzoin ether, benzyldimethyl ketal, benzoylbenzate, α-acyloxime ester, tetramethylthiuram monosulfide, aliphatic amine, aromatic Amines containing aromatic groups, those in which nitrogen is part of the ring system, such as piperidine, allylthiourea, o-tolylthiourea, sodium diethyldithiophosphate, soluble salts of aromatic sulfinic acids, N, N-disubstituted -P-aminobenzonitrile compounds, tri-n-butylphosphine, N-nitrosohydroxylamine derivatives, oxazolidine compounds, tetrahydro-1,3-oxazine compounds, formaldehyde or acetaldehyde and diamine Compounds, anthracene and derivatives thereof, xanthine, N- phenylglycine, phthalocyanine, naphthocyanine, cyanine dyes porphyrin and derivatives thereof such as thiocyanine like. These photosensitizers may be used independently and 2 or more types may be used together.
光増感剤の配合割合は、光増感作用が得られる限りにおいて特に限定されず、例えば、光が照射されることによりガスを発生させるガス発生剤１００重量部に対して光増感剤を０．１〜５０重量部の範囲で含有させることが好ましく、１〜１０重量部の範囲で含有させることがより好ましい。光増感剤が少なすぎると、十分な増感作用が得難くなる傾向にあり、光増感剤が多すぎると、光酸発生剤の光分解が抑制されたりすることがある。 The blending ratio of the photosensitizer is not particularly limited as long as the photosensitizing action is obtained. For example, the photosensitizer is added to 100 parts by weight of the gas generating agent that generates gas when irradiated with light. The content is preferably 0.1 to 50 parts by weight, and more preferably 1 to 10 parts by weight. If the amount of the photosensitizer is too small, it tends to be difficult to obtain a sufficient sensitizing action. If the amount of the photosensitizer is too large, photodecomposition of the photoacid generator may be suppressed.
また、ガスの発生を補助させる目的で、ガス発生材料層に光分解性のアゾ化合物や過酸化物などを添加してもよい。 For the purpose of assisting gas generation, a photodegradable azo compound or peroxide may be added to the gas generating material layer.
好ましくは、ガス発生材料として、光が照射されることにより、ガス発生を行うことの出来る光分解性のアゾ化合物としては、例えば、アゾアミド系化合物、アゾニトリル系化合物、アゾアミジン系化合物又はサイクリックアゾアミジン化合物等が挙げられる。これらのアゾ化合物は、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。 Preferably, as the gas generating material, examples of the photodecomposable azo compound capable of generating gas when irradiated with light include an azoamide compound, an azonitrile compound, an azoamidine compound, and a cyclic azoamidine. Compounds and the like. These azo compounds may be used alone or in combination of two or more.
光分解性の過酸化物としては、例えば、過酸化ベンゾイル、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ｏ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、アントラキノン類、トリアジン類、アゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、クメンパーオキシド等が挙げられる。アントラキノン類としては、例えば、２−エチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、１，２−ベンズアントラキノン、２，３−ジフェニルアントラキノン等が挙げられる。トリアジン類としては、例えば、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシフェニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシナフチル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（ピペロニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル−（４’−メトキシスチリル）−６−トリアジン等が挙げられる。 Examples of the photodegradable peroxide include benzoyl peroxide, di-t-butyl peroxide, isoamyl o-dimethylaminobenzoate, anthraquinones, triazines, azobisisobutyronitrile, benzoyl peroxide, cumeneper. And oxides. Examples of the anthraquinones include 2-ethylanthraquinone, octamethylanthraquinone, 1,2-benzanthraquinone, 2,3-diphenylanthraquinone, and the like. Examples of triazines include 2,4-trichloromethyl- (4′-methoxyphenyl) -6-triazine, 2,4-trichloromethyl- (4′-methoxynaphthyl) -6-triazine, and 2,4-trichloro. Examples include methyl- (piperonyl) -6-triazine, 2,4-trichloromethyl- (4′-methoxystyryl) -6-triazine and the like.
ガス発生の連鎖を止める目的で、ガス発生材料層にラジカルスカベンジャーなどを添加してもよい。 For the purpose of stopping the chain of gas generation, a radical scavenger or the like may be added to the gas generating material layer.
ラジカルスカベンジャーとしては、例えば、ｔ−ブチルカテコール、ヒロドキノン、メチルエーテル、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ、スーパーオキシドディスムターゼ系酵素ビタミンＣ、ビタミンＥ、ポリフェノール類、リノレイン酸等が挙げられる。 Examples of the radical scavenger include t-butylcatechol, hydroquinone, methyl ether, catalase, glutathione peroxidase, superoxide dismutase enzyme Vitamin C, vitamin E, polyphenols, linolenic acid and the like.
多孔性支持体へ浸透を補助させる目的で、ガス発生材料層に溶剤等を添加してもよい。 A solvent or the like may be added to the gas generating material layer for the purpose of assisting permeation into the porous support.
ガス発生剤は、ガス発生材料層内において相溶化状態として存在することが好ましい。高い気体発生効率を得ることができ、かつガス発生材料層の表面の平滑性を高くすることができるからである。 The gas generating agent is preferably present as a compatibilized state in the gas generating material layer. This is because high gas generation efficiency can be obtained and the smoothness of the surface of the gas generation material layer can be increased.
なお、本明細書において「相溶化状態」とは、電子顕微鏡によりガス発生材料層を観察したときにガス発生剤を確認することができない程度に微分散又は相溶している状態をいう。 In the present specification, the “compatibility state” refers to a state in which the gas generating material is finely dispersed or compatible so that the gas generating material cannot be confirmed when the gas generating material layer is observed with an electron microscope.
ガス発生剤が相溶化状態で存在するようにするために、ガス発生材料層中に溶解するガス発生剤を選択することが好ましい。但し、ガス発生剤は、ガス発生材料層中に溶解しにくいものであってもよい。その場合は、例えば、分散機を用いたり、分散剤を併用したりすることによりガス発生剤を分散させることが好ましい。 In order for the gas generating agent to exist in a compatibilized state, it is preferable to select a gas generating agent that dissolves in the gas generating material layer. However, the gas generating agent may be difficult to dissolve in the gas generating material layer. In that case, it is preferable to disperse | distribute a gas generating agent, for example using a disperser or using a dispersing agent together.
バインダーは、ガス発生材料層に種々の機能を持たせるために添加されるものである。バインダーは、例えば粘接着剤樹脂を含むものであってもよい。ガス発生材料層にバインダーとして粘接着剤樹脂を含有させることにより、ガス発生材料層１５と基板２との粘着性、接着性を高めることができる。
The binder is added in order to give the gas generating material layer various functions. The binder may include, for example, an adhesive resin. By containing the adhesive resin as a binder in the gas generating material layer, the tackiness and adhesiveness between the gas generating
なお、本実施形態において、粘接着剤樹脂は、ガス発生材料層に付与される外部刺激によって硬化しないものであることが好ましい。粘接着剤樹脂を外部刺激によって硬化しないものとすることで、ガス発生材料層に対する外部刺激の付与が開始された後もガス発生材料層１５と基板２との高い粘接着性を維持することができるからである。粘接着剤樹脂は、例えば、外部刺激によって架橋されないものであることが好ましい。
In the present embodiment, the adhesive resin is preferably one that is not cured by an external stimulus applied to the gas generating material layer. By making the adhesive resin not hardened by external stimulation, high adhesiveness between the gas generating
粘接着剤樹脂の具体例としては、例えば、ゴム系粘接着剤樹脂、アクリル系粘接着剤樹脂、シリコン系粘接着剤樹脂、ウレタン系粘接着剤樹脂、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体系粘接着剤樹脂、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体粘接着剤樹脂、エポキシ系粘接着剤樹脂、イソシアネート系粘接着剤樹脂等が挙げられる。 Specific examples of the adhesive resin include, for example, rubber-based adhesive resin, acrylic adhesive resin, silicon-based adhesive resin, urethane-based adhesive resin, styrene-isoprene-styrene. Examples thereof include a copolymer-based adhesive resin, a styrene-butadiene-styrene copolymer adhesive resin, an epoxy-based adhesive resin, and an isocyanate-based adhesive resin.
アクリル系粘接着剤樹脂は、常温で粘着性を有するポリマーである。アクリル系粘接着剤樹脂は、一般の（メタ）アクリル系ポリマーの場合と同様に、例えば、主モノマーとしてのアルキル基の炭素数が通常２〜１８の範囲にあるアクリル酸アルキルエステル及びメタクリル酸アルキルエステルのうちの少なくとも一方と、官能基含有モノマーと、更に必要に応じて共重合可能な他の改質用モノマーとを常法により共重合させることにより得られる。官能基含有（メタ）アクリル系ポリマーの重量平均分子量は通常２０万〜２００万程度である。 The acrylic adhesive resin is a polymer having tackiness at room temperature. As in the case of general (meth) acrylic polymers, the acrylic adhesive resin is, for example, an acrylic acid alkyl ester and methacrylic acid in which the carbon number of the alkyl group as the main monomer is usually in the range of 2-18. It can be obtained by copolymerizing at least one of the alkyl esters, a functional group-containing monomer, and another modifying monomer that can be copolymerized as necessary, by a conventional method. The weight average molecular weight of the functional group-containing (meth) acrylic polymer is usually about 200,000 to 2,000,000.
なお、粘着剤としての凝集力の調節を図る目的で、バインダー樹脂に、所望によりイソシアネート化合物、メラミン化合物、エポキシ化合物等の一般の粘着剤に配合される各種の架橋剤を適宜配合してもよい。また、バインダー樹脂に、可塑剤、樹脂、界面活性剤、ワックス、微粒子充填剤等の公知の添加剤を加えてもよい。 In addition, for the purpose of adjusting the cohesive force as the pressure-sensitive adhesive, various binders that are blended in general pressure-sensitive adhesives such as isocyanate compounds, melamine compounds, and epoxy compounds may be appropriately blended in the binder resin as desired. . Moreover, you may add well-known additives, such as a plasticizer, resin, surfactant, wax, and a fine particle filler, to binder resin.
また、上記ガス発生材料付きテープ１４において、ガス発生材料層１５以外のテープ部分は、適宜の合成樹脂フィルムからなる。この場合、合成樹脂フィルム、粘着樹脂や、前述した粘接着樹脂により形成されていてもよい。その場合には、保護層１６を、粘接着性粘着性を利用して貼り付けることができる。もっとも、ガス発生材料層付きテープ１４におけるガス発生材料層以外の部分は、ポリプロピレンや、ポリエチレンテレフタレートなどの合成樹脂フィルムにより形成されていてもよく、その場合には、基板２に積層される側に粘着剤層を形成し、必要に応じて保護層１６が積層される側にも粘着剤層を形成すればよい。
In the gas generating material-attached
このような粘着剤層を構成する材料についても、周知のアクリル系粘着剤や合成系粘着剤などを用いることができる。 A well-known acrylic adhesive, a synthetic adhesive, etc. can be used also about the material which comprises such an adhesive layer.
本実施形態のマイクロ流体送液装置１の動作を図２（ａ），（ｂ）〜図４（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
The operation of the
最初に、マイクロ流路７の上流側にマイクロ流体３１が供給される。このマイクロ流体３１は、図示しないマイクロ流体供給部から供給される。このマイクロ流体供給部は、マイクロ流路７の上流端に図示しない供給口を介して供給される。あるいは、他のマイクロ流路からマイクロ流路７にマイクロ流体３１が供給されてもよい。本実施形態では、マイクロ流路７にマイクロ流体３１が供給される部分は、特に限定されるものではない。
First, the
先ず、図２（ａ）に示すように、マイクロ流体３１がマイクロ流路７の上流側端部に位置する。この状態において、ＬＥＤ１７から光をマイクロポンプ８に照射する。マイクロポンプ８においてガスが発生し、ガスが接続流路２３を介してマイクロ流路７の上流側端部に供給される。このガス圧により、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、マイクロ流体３１が下流側に移動する。マイクロ流体３１が、接続流路２３よりも下流側に移動した段階で、図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ１８を点灯する。それによって、マイクロポンプ９に光が照射され、マイクロポンプ９において、ガス発生材料層がガスを発生する。このガスが接続流路２４を介してマイクロ流路７に供給される。このガス圧は、マイクロ流体３１の後方に作用する。従って、マイクロ流体３１が、下流側にさらに移動される。このように、マイクロ流体３１が、接続流路２４〜２７を通過した後に、それぞれ、マイクロポンプ９〜１２を駆動し、接続流路２４〜２７からそれぞれガスを供給する。それによって、マイクロ流体３１がマイクロ流路７の下流側に順次搬送される。すなわち、上流側のマイクロポンプ８から下流側のマイクロポンプ１２の順にマイクロポンプ８〜１３を順次駆動する。その結果、図４（ａ）に示すように、接続流路２８の下流側にマイクロ流体３１が移動すると、マイクロポンプ１３を駆動することにより、マイクロ流体３１がマイクロ流路７の下流側端部に排出されることになる。
First, as shown in FIG. 2A, the
また、上流側から下流側に複数のマイクロポンプ８〜１３を順に駆動するには、ＬＥＤ１７〜２２を、順に点灯する制御回路をＬＥＤ１７〜２２に接続し、ＬＥＤ１７〜２２の点灯及び消灯を制御すればよい。この場合、マイクロ流体３１が接続流路２３〜２８を通過したとこを目視により観察し、マイクロ流体３１の搬送速度と、ＬＥＤ１７〜２２の点灯タイミングとの関係を把握し、制御装置に入力しておき、その関係に基づき、ＬＥＤ１７〜２２を順次点灯すればよい。あるいは、現に搬送されているマイクロ流体３１の位置をイメージセンサなどで把握し、接続流路２３〜２８を通過した後に、リアルタイムでＬＥＤ１７〜２２を点灯するように、制御してもよい。
Further, in order to drive the plurality of
上記のように、上流側のマイクロポンプ８から下流側のマイクロポンプ１３を順に駆動することにより、マイクロ流路の長さが長い場合であっても、マイクロ流体を確実に下流側に送液することができる。
As described above, by driving the
本願発明者の実験によれば、本実施形態のマイクロ流体送液装置１を用いれば、長さが１ｍ〜５ｍ程度の非常に長いマイクロ流路７において、１０個〜５０個のマイクロポンプを上流側から下流側に接続することにより、マイクロ流体を確実に搬送し得ることが確かめられた。
According to the experiment by the inventor of the present application, when the microfluidic
上記のように、本実施形態のマイクロ流体送液装置１は、光の照射によりガスを発生するガス発生材料を用いた複数のマイクロポンプ８〜１３を用いて構成されている。従って、マイクロ流路７は、可撓性材料からなる流路壁を必要としない。従って、マイクロ流路７を構成するのに、可撓性を有する材料を特に必要としない。また、製造工程及び製造コストの低減を果たすことができる。
As described above, the microfluidic
なお、上記実施形態では、マイクロポンプ８〜１３は、光の照射によりガスを発生するガス発生材料を含むガス発生材料層を有していた。しかしながら、本発明においては、外部刺激は光に限らず、熱であってもよい。また、光及び熱の双方を併用してもよい。外部刺激として、熱を用いる場合には、加熱によりガスを発生するガス発生材料を用いる。このような加熱によりガスを発生するガス発生材料としては、加熱により分解しガスを発生する適宜の材料を用いることができる。
In the above embodiment, the
上記加熱によりガスを発生する材料としては、例えば、アゾ化合物やアジド化合物などの適宜の熱分解性化合物を挙げることができる。 Examples of the material that generates gas by heating include an appropriate thermally decomposable compound such as an azo compound or an azide compound.
アゾ化合物の具体例としては、例えば、２，２’−アゾビス（Ｎ−シクロヘキシル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−メチルプロピル）−２−メチルプロピオンアミド］、２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−メチルエチル）−２−メチルプロピオンアミド］、２，２’−アゾビス（Ｎ−ヘキシル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス（Ｎ−プロピル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス（Ｎ−エチル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［１，１−ビス（ヒドロキシメチル）−２−ヒドロキシエチル］プロピオンアミド｝、２，２’−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［２−（１−ヒドロキシブチル）］プロピオンアミド｝、２，２’−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−プロペニル）−２−メチルプロピオンアミド］、２，２’−アゾビス［２−（５−メチル−２−イミダゾイリン−２−イル）プロパン］ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾイリン−２−イル）プロパン］ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾイリン−２−イル）プロパン］ジサルフェイトジハイドロレート、２，２’−アゾビス［２−（３，４，５，６−テトラハイドロピリミジン−２−イル）プロパン］ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス｛２−［１−（２−ヒドロキシエチル）−２−イミダゾイリン−２−イル］プロパン｝ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾイリン−２−イル）プロパン］、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミダイン）ハイドロクロライド、２，２’−アゾビス（２−アミノプロパン）ジハイドロクロライド、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−カルボキシアシル）−２−メチル−プロピオンアミダイン］、２，２’−アゾビス｛２−［Ｎ−（２−カルボキシエチル）アミダイン］プロパン｝、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミドオキシム）、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）、ジメチル２，２’−アゾビスイソブチレート、４，４’−アゾビス（４−シアンカルボニックアシッド）、４，４’−アゾビス（４−シアノペンタノイックアシッド）、２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）等が挙げられる。これらのアゾ化合物は、特定の波長域の光、熱等による刺激を受けることにより窒素ガスを発生させる。 Specific examples of the azo compound include, for example, 2,2′-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis [N- (2-methylpropyl) -2-methylpropionamide]. 2,2′-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis [N- (2-methylethyl) -2-methylpropionamide], 2,2′-azobis (N -Hexyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis (N-propyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis (N-ethyl-2-methylpropionamide), 2,2 ′ -Azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2'-azobis {2-methyl-N- [2 (1-hydroxybutyl)] propionamide}, 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2′-azobis [N- (2-propenyl) -2 -Methylpropionamide], 2,2'-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolinline-2- Yl) propane] dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate dihydrolate, 2,2′-azobis [2- (3,4,5) , 6-Tetrahydropyrimidin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2′-azobis {2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazo Rin-2-yl] propane} dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolinlin-2-yl) propane], 2,2′-azobis (2-methylpropionamidyne) hydrochloride, 2,2′-azobis (2-aminopropane) dihydrochloride, 2,2′-azobis [N- (2-carboxyacyl) -2-methyl-propionamidyne], 2,2′-azobis {2- [N- (2-carboxyethyl) amidyne] propane}, 2,2′-azobis (2-methylpropionamidoxime), dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate), dimethyl 2,2 ′ -Azobisisobutyrate, 4,4'-azobis (4-cyancarbonic acid), 4,4'-azobis (4-cyanopentanoic acid) Quad), 2,2'-azobis (2,4,4-trimethylpentane) and the like. These azo compounds generate nitrogen gas by being stimulated by light, heat or the like in a specific wavelength range.
アジド化合物の具体例としては、例えば、３−アジドメチル−３−メチルオキセタン、テレフタルアジド、アジド基を有するポリマー等が挙げられる。アジド基を有するポリマーの具体例としては、グリシジルアジドポリマー等が挙げられる。グリシジルアジドポリマーは、例えば、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルベンズアジドと３−アジドメチル−３−メチルオキセタンとを開環重合することにより得られる。これらのアジド化合物は、特定の波長域の光、熱、超音波及び衝撃等による刺激を受けることにより分解して、窒素ガスを発生させる。 Specific examples of the azide compound include 3-azidomethyl-3-methyloxetane, terephthalazide, a polymer having an azide group, and the like. Specific examples of the polymer having an azide group include glycidyl azide polymer. The glycidyl azide polymer can be obtained, for example, by ring-opening polymerization of p-tert-butylbenzazide and 3-azidomethyl-3-methyloxetane. These azide compounds are decomposed by being stimulated by light in a specific wavelength range, heat, ultrasonic waves, impact, and the like to generate nitrogen gas.
なお、アゾ化合物は、衝撃によっては気体を発生しないことから取り扱いが極めて容易である。また、アゾ化合物は、連鎖反応を起こして爆発的に気体を発生させることもなく、光の照射を中断することで気体の発生を中断させることもできる。このため、アゾ化合物をガス発生剤として用いることによりガス発生量の制御が容易となる。 The azo compound is extremely easy to handle because it does not generate gas upon impact. Further, the azo compound does not cause a chain reaction and explosively generate a gas, but can interrupt the generation of gas by interrupting the irradiation of light. For this reason, control of gas generation amount becomes easy by using an azo compound as a gas generating agent.
アゾ化合物等のガス発生剤は、高い耐熱性を有することが好ましい。具体的には、ガス発生剤の１０時間半減期温度が８０℃以上であることが好ましい。ガス発生剤を高耐熱性にすることによって、マイクロ流体送液装置１を高温環境下においても好適に使用可能なものとすることができる。また、マイクロ流体送液装置１の貯蔵時における劣化を抑制することができる。
The gas generating agent such as an azo compound preferably has high heat resistance. Specifically, the 10-hour half-life temperature of the gas generating agent is preferably 80 ° C. or higher. By making the gas generating agent highly heat resistant, the microfluidic
１０時間半減期温度が８０℃以上であるアゾ化合物としては、下記一般式（２）で表されるアゾアミド化合物等が挙げられる。下記一般式（２）で表されるアゾアミド化合物は、耐熱性に優れていることに加え、アクリル酸アルキルエステルポリマー等の粘着性を有するポリマーへの溶解性にも優れている。このため、接着性物質中において、アゾアミド化合物が粒子化することを抑制することができる。 Examples of the azo compound having a 10-hour half-life temperature of 80 ° C. or higher include azoamide compounds represented by the following general formula (2). The azoamide compound represented by the following general formula (2) is excellent in heat resistance and also in solubility in an adhesive polymer such as an alkyl acrylate polymer. For this reason, it can suppress that an azoamide compound makes particles in an adhesive substance.
一般式（２）中、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ独立して、低級アルキル基を表し、Ｒ3は、
炭素数２以上の飽和アルキル基を表す。なお、Ｒ1とＲ2は、同一であっても、異なっていてもよい。
In General Formula (2), R 1 and R 2 each independently represent a lower alkyl group, and R 3 represents
A saturated alkyl group having 2 or more carbon atoms is represented. R 1 and R 2 may be the same or different.
上記一般式（２）で表されるアゾアミド化合物の具体例としては、例えば、２，２’−アゾビス（Ｎ−シクロヘキシル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−メチルプロピル）−２−メチルプロピオンアミド］、２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−メチルエチル）−２−メチルプロピオンアミド］、２，２’−アゾビス（Ｎ−ヘキシル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス（Ｎ−プロピル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス（Ｎ−エチル−２−メチルプロピオンアミド）、２，２’−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［１，１−ビス（ヒドロキシメチル）−２−ヒドロキシエチル］プロピオンアミド｝、２，２’−アゾビス｛２−メチル−Ｎ−［２−（１−ヒドロキシブチル）］プロピオンアミド｝、２，２’−アゾビス［２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）プロピオンアミド］、２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−プロペニル）−２−メチルプロピオンアミド］等が挙げられる。 Specific examples of the azoamide compound represented by the general formula (2) include 2,2′-azobis (N-cyclohexyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis [N- (2- Methylpropyl) -2-methylpropionamide], 2,2′-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis [N- (2-methylethyl) -2-methylpropionamide ], 2,2′-azobis (N-hexyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis (N-propyl-2-methylpropionamide), 2,2′-azobis (N-ethyl-2) -Methylpropionamide), 2,2'-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2 ' Azobis {2-methyl-N- [2- (1-hydroxybutyl)] propionamide}, 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2′- And azobis [N- (2-propenyl) -2-methylpropionamide].
なかでも、２，２’−アゾビス（Ｎ−ブチル−２−メチルプロピオンアミド）及び２，２’−アゾビス［Ｎ−（２−プロペニル）−２−メチルプロピオンアミド］は、溶剤への溶解性に特に優れていることから好適に用いられる。 Among these, 2,2′-azobis (N-butyl-2-methylpropionamide) and 2,2′-azobis [N- (2-propenyl) -2-methylpropionamide] have improved solubility in solvents. It is preferably used because it is particularly excellent.
なお、本実施形態では、ガス発生材料層に、バインダーが含有されていたが、ガス発生材料層はバインダーを必ずしも含有せずともよい。もっとも、バインダーとして粘接着剤樹脂や粘着樹脂を含有させることにより、ガス発生材料層の基板への粘接着性を高めることができ、好ましい。このため、ガス発生時のガス発生材料層の基板からの剥離を抑制することができるので、マイクロ流路に供給するガスのガス圧をより一層高くすることができる。 In the present embodiment, the gas generating material layer contains a binder, but the gas generating material layer may not necessarily contain a binder. However, the adhesiveness of the gas generating material layer to the substrate can be increased by including an adhesive resin or an adhesive resin as a binder, which is preferable. For this reason, since peeling of the gas generating material layer from the substrate during gas generation can be suppressed, the gas pressure of the gas supplied to the micro flow path can be further increased.
特に、バインダーとして外部刺激によって硬化しない粘接着剤樹脂を含有させることによって、ガス発生材料層に対して外部刺激の付与が開始された後においても、ガス発生材料層の基板２に対する高い粘接着性を維持することができる。従って、マイクロ流路７におけるガス圧をさらに高くすることができる。
In particular, by including an adhesive resin that is not cured by an external stimulus as a binder, high adhesion of the gas generating material layer to the
上記実施形態のマイクロ流体送液装置は、様々なマイクロ流体デバイスに用いることがでる。一例を図５に示す。図５に示すマイクロ流体デバイス３２は、一体の濃縮ユニット３３に接続されている。もっとも、濃縮ユニット３３も、マイクロ流体デバイス３２内に一体に形成されていてもよい。濃縮ユニットで濃縮された検体が、マイクロ流体デバイス３２の接続ポート３４に接続され、供給される。
接続ポート３４に、マイクロ流体デバイス３２内に形成された希釈ユニット３５が接続されている。この希釈ユニット３５において、適宜希釈されたマイクロ流体が、マイクロ流路７Ａに供給される。このマイクロ流路７Ａに供給される。このマイクロ流路７Ａは蛇行しており、単位面積当たり大きな長さを有するように形成されている。
The microfluidic liquid feeding device of the above embodiment can be used for various microfluidic devices. An example is shown in FIG. The
A
このマイクロ流路７Ａに、上記実施形態と同様に、複数のマイクロポンプ８Ａ〜１３Ａが図示の円で示すように、それぞれ接続流路を介して接続されている。このマイクロポンプ８Ａ〜１３Ａとして、前述した実施形態のマイクロポンプ８〜１３と同様の構造を用いることにより、長いマイクロ流路７Ａ内を、希釈されたマイクロ流体を搬送させることができる。
As in the above embodiment, a plurality of micropumps 8A to 13A are connected to the microchannel 7A via connection channels, respectively, as shown by the circles in the drawing. By using the same structure as the
なお、ここでは、長いマイクロ流路７Ａにおいて、複数のヒータ３６，３７が配置されており、イムノＰＣＲが行われる増幅ユニットが形成されている。
Here, in the long microchannel 7A, a plurality of
このように、希釈ユニットや増幅ユニットなどが形成されているような適宜のマイクロ流体デバイスにおいて、長いマイクロ流路において、マイクロ流体を搬送するのに、本発明のマイクロ流体送液装置を好適に用いることができる。 Thus, in an appropriate microfluidic device in which a dilution unit, an amplification unit, and the like are formed, the microfluidic liquid feeding device of the present invention is preferably used to transport the microfluidic in a long microchannel. be able to.
なお、図５に示した応用例は、一例にすぎず、長いマイクロ流路７，７Ａは、イムノＰＣＲによる増幅ユニット部分に限らず、様々な部分に用いられ得る。
Note that the application example shown in FIG. 5 is merely an example, and the
１…マイクロ流体送液装置
２…基板
３〜５…プレート
６…蓋材
７，７Ａ…マイクロ流路
８〜１３…マイクロポンプ
１４…ガス発生材料付きテープ
１５…ガス発生材料層
１６…保護層
１７〜２２…ＬＥＤ
２３〜２８…接続流路
３１…マイクロ流体
３２…マイクロ流体デバイス
３３…濃縮ユニット
３４…接続ポート
３５…希釈ユニット
３６，３７…ヒータ
DESCRIPTION OF
23 to 28:
Claims (8)
外部刺激を受けることによりガスを発生し、かつ前記マイクロ流路の上流側から下流側に向かう流路方向において複数の位置で前記マイクロ流路にそれぞれ接続されている複数のマイクロポンプとを備え、前記複数のマイクロポンプが、前記基板内に設けられており、かつ前記複数のマイクロポンプが、上流側のマイクロポンプから下流側のマイクロポンプを順に駆動することによりマイクロ流体を送液するためのガスを上流側から順に下流側においてマイクロ流路内に供給するように、前記マイクロ流路よりも細い接続流路を介して前記マイクロ流路に接続されており、
マイクロ流体と接続流路の流路壁との間の接触角θ及び表面張力から求められるラプラス圧力が、マイクロ流体の搬送圧力よりも大きくなるように構成されている、
マイクロ流体送液装置。 A substrate on which a micro flow path through which micro fluid is conveyed is formed;
A plurality of micropumps that generate gas by receiving an external stimulus and are connected to the microchannels at a plurality of positions in a channel direction from the upstream side to the downstream side of the microchannels, The plurality of micropumps are provided in the substrate, and the plurality of micropumps sequentially feeds the microfluids on the downstream side to the micropumps on the downstream side to send the microfluid. Is connected to the microchannel via a connection channel that is narrower than the microchannel , so as to be supplied into the microchannel on the downstream side in order from the upstream side ,
The Laplace pressure determined from the contact angle θ and the surface tension between the microfluid and the flow path wall of the connection flow path is configured to be larger than the microfluid transport pressure.
Micro fluid feeding device.
（２γ・ｃｏｓθ）×（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）≧Ｐ ………式（１）
を満たすように、（ａ＋ｂ）／（ａ×ｂ）が設定されている、請求項２に記載のマイクロ流体送液装置。 The cross section of the connection channel has a rectangular shape in which the length of a pair of opposing sides is a, and the length of the remaining pair of opposing sides is b, and the micro channel conveyed through the micro channel When the contact angle of the fluid microchannel with respect to the channel wall is θ (degrees), the surface tension is γ (N / m), and the transport pressure of the microfluid is P (Pa),
(2γ · cos θ) × (a + b) / (a × b) ≧ P (1)
The microfluidic solution feeding device according to claim 2, wherein (a + b) / (a × b) is set so as to satisfy the above.
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