JP6366226B2 - Microchip reactor - Google Patents

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Description

本発明は，例えばμＴＡＳ(Micro Total Analysis System)のような分野において、チップ上で微量な試料液の流れを制御して化学分析、化学反応又は細胞培養などを行なうためのマイクロチップ反応装置に関するものである。   The present invention relates to a microchip reaction apparatus for performing chemical analysis, chemical reaction, cell culture or the like by controlling the flow of a small amount of sample solution on a chip in a field such as μTAS (Micro Total Analysis System). It is.

近年、小さな基板に様々な機能を集積するμＴＡＳの研究が盛んに行なわれている。そして、そのようなμＴＡＳ技術を利用し、内部に微小空間とその微小空間に試薬や培養液などの液体を供給するための流路を備えたマイクロチップを作成し、そのマイクロチップ内において化学分析や細胞培養を行なうことが提案されている（特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照。）。   In recent years, research on μTAS that integrates various functions on a small substrate has been actively conducted. Then, using such μTAS technology, a microchip having a micro space inside and a channel for supplying a liquid such as a reagent or a culture solution to the micro space is created, and chemical analysis is performed in the micro chip. And cell culture have been proposed (see Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3).

化学分析や細胞培養に上記のマイクロチップを利用することの利点としては、高価な試薬又は培養液の消費量を低減できることのほか、マイクロチップの熱容量が小さいことから温度を均一に制御しやすく温度変化の追従性が良いことなどが挙げられる。   Advantages of using the above microchip for chemical analysis and cell culture include the ability to reduce the consumption of expensive reagents or culture solutions, and the low heat capacity of the microchip makes it easy to control the temperature uniformly. For example, the ability to follow changes is good.

特開２００４−３６１２０５号公報JP 2004-361205 A 特開２００６−２２０５６６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-220666 特開２０１１−２４４７１３号公報JP 2011-244713 A

マイクロチップ内の微小空間を溶液で満たす場合においてその微小空間内に気泡が存在すると、その部分はデッドボリュームとなる。例えば、マイクロチップ内で細胞培養を行なう場合には、細胞培養室となる微小空間内に気泡が存在すると気泡の部分に培養液が存在しないため、その部分は細胞の培養ができない領域となってしまう。気泡が微小なものであっても、細胞培養室は微小空間であり、細胞の培養ができない領域が細胞培養室にとって大きな割合となるため、マイクロチップ内において細胞培養を行なう上では、細胞培養室に存在する気泡を除去することは重要な課題である。   When a micro space in the microchip is filled with a solution, if bubbles exist in the micro space, the portion becomes a dead volume. For example, when cell culture is performed in a microchip, if there are bubbles in a micro space serving as a cell culture chamber, the culture solution does not exist in the bubble portion, so that portion becomes a region where cells cannot be cultured. End up. Even if the bubbles are very small, the cell culture chamber is a small space, and the area where cells cannot be cultured is a large proportion of the cell culture chamber. It is an important issue to remove bubbles present in the water.

しかし、微小空間において液体を流す場合には乱流が発生しにくく、液体の攪拌が非常に難しいことが一般的に知られている。液体の攪拌が困難であるため、培養液などの液体を充填した微小空間内に気泡が存在する場合に、微小空間内において液体を大流量で流しても気泡を押し流して除去することは難しい。   However, it is generally known that when a liquid is flowed in a minute space, turbulent flow hardly occurs and it is very difficult to stir the liquid. Since stirring of the liquid is difficult, when bubbles are present in a micro space filled with a liquid such as a culture solution, it is difficult to push away the bubbles even if the liquid flows in the micro space at a large flow rate.

なお、細胞培養室に培養液を充填する前であれば、細胞培養室内の流体をすべて二酸化炭素で置換した直後に培養液を充填することで、細胞培養室内に残った二酸化炭素は培養液に溶けてなくなるため、細胞培養室内に気泡が発生することを予防することは可能であるが、細胞培養室内を培養液で満たした後に気泡が発生した場合には、これを除去することはできない。   In addition, before filling the cell culture chamber with the culture solution, the carbon dioxide remaining in the cell culture chamber is filled into the culture solution by filling the culture solution immediately after replacing all the fluid in the cell culture chamber with carbon dioxide. Since it does not melt, it is possible to prevent the generation of bubbles in the cell culture chamber. However, if bubbles are generated after the cell culture chamber is filled with the culture solution, it cannot be removed.

そこで、本発明は、溶液で満たされたマイクロチップの微小空間内に気泡が存在する場合にその気泡を除去することができるようにすることを目的とするものである。   In view of the above, an object of the present invention is to make it possible to remove bubbles when they are present in a microspace filled with a solution.

本発明にかかるマイクロチップ反応装置は、液体を透過させず気体を透過させるガス透過性壁面により別の空間と隔てられた内部空間を有するマイクロチップと、所定溶液で満たされた内部空間内の圧力を前記別の空間の圧力よりも高くすることにより内部空間の所定溶液内の気泡を別の空間へ移動させる気泡除去手段と、を備えたものである。   A microchip reaction apparatus according to the present invention includes a microchip having an internal space separated from another space by a gas-permeable wall that does not transmit liquid but allows gas to pass through, and pressure in the internal space filled with a predetermined solution. And a bubble removing means for moving bubbles in a predetermined solution in the internal space to another space by making the pressure higher than the pressure in the other space.

本発明のマイクロチップ反応装置は、マイクロチップ内に設けられた内部空間が液体を透過させず気体を透過させるガス透過性壁面により別の空間と隔てられており、該内部空間内の圧力を別の空間よりも高くして内部空間内の気泡を別の空間へ移動させる気泡除去手段を備えているので、溶液で満たされた微小空間内に気泡が存在しても、その気泡を微小空間から除去することができる。これにより、所定溶液を充填した後の微小空間内に気泡が存在することによってデッドボリュームとなることを防止することができる。   In the microchip reaction apparatus of the present invention, the internal space provided in the microchip is separated from another space by a gas-permeable wall surface that does not allow liquid to permeate but allows gas to permeate. It is equipped with a bubble removal means that moves the bubbles in the internal space to another space with a height higher than that of the space, so even if bubbles are present in the microspace filled with the solution, the bubbles are removed from the microspace. Can be removed. Thereby, it can prevent that it becomes a dead volume by the bubble existing in the minute space after filling with the predetermined solution.

マイクロチップ反応装置に使用されるマイクロチップの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ位置における断面図である。It is a figure which shows an example of the microchip used for a microchip reaction apparatus, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the XX position of (A). マイクロチップ反応装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of a microchip reaction apparatus. マイクロチップ反応装置の他の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the other Example of a microchip reaction apparatus. マイクロチップ反応装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the further another Example of a microchip reaction apparatus. マイクロチップ反応装置のさらに他の実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the further another Example of a microchip reaction apparatus. 減圧空間を備えたマイクロチップの一例を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ位置における断面図である。It is a figure which shows an example of the microchip provided with the pressure reduction space, (A) is a top view, (B) is sectional drawing in the YY position of (A). 図６のマイクロチップを備えたマイクロチップ反応装置の一実施例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Example of the microchip reaction apparatus provided with the microchip of FIG. マイクロチップの内部空間内の圧力と内部空間内の気泡の時間変化の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the time change of the pressure in the internal space of a microchip, and the bubble in an internal space.

本発明にかかるマイクロチップ反応装置では、マイクロチップが内部空間に通じる入口流路を備え、入口流路には所定溶液を供給する溶液供給部が接続されており、気泡除去手段は所定溶液で満たされた内部空間内に溶液供給部から所定溶液を過剰に供給することにより内部空間内を加圧するものであってもよい。   In the microchip reaction apparatus according to the present invention, the microchip is provided with an inlet channel that leads to the internal space, and a solution supply unit that supplies a predetermined solution is connected to the inlet channel, and the bubble removing means is filled with the predetermined solution. The inside space may be pressurized by supplying an excessive amount of a predetermined solution from the solution supply unit into the inside space.

また、内部空間には該内部空間内の圧力を加圧ガスにより上昇させる加圧機構が接続されており、気泡除去手段は密閉空間となった内部空間内を加圧機構によって加圧するものであってもよい。   The internal space is connected to a pressurizing mechanism that raises the pressure in the internal space with pressurized gas, and the bubble removing means pressurizes the internal space that has become a sealed space by the pressurizing mechanism. May be.

マイクロチップの内部空間を細胞培養室として使用する場合であって、内部空間内を炭酸ガス濃度が所定濃度になるように調製された空気からなる加圧ガスで加圧することによって内部空間内の気泡を除去する場合には、内部空間内の圧力と別の空間の圧力の差は常に１０ｋＰａ以内であることが好ましい。細胞培養室を満たす培養液の二酸化炭素濃度は加圧ガスの圧力が高くなると培養液に溶け込む二酸化炭素の濃度が増加する。一般的に使われる培養液の二酸化炭素濃度は５％程度であるが、細胞培養室を大気圧１０１．３ｋＰａよりも１０ｋＰａ高くなるように加圧ガスで加圧すると、培養液の二酸化炭素濃度が５．５％に増加する。しかし、これは±０．５％程度という一般的な培養装置の制御精度を満たす値であり、細胞培養に適した環境を維持することができる。   When the internal space of the microchip is used as a cell culture chamber, air bubbles in the internal space are pressurized by pressurizing the internal space with a pressurized gas composed of air prepared so that the carbon dioxide gas concentration becomes a predetermined concentration. When removing the pressure, it is preferable that the difference between the pressure in the internal space and the pressure in another space is always within 10 kPa. The carbon dioxide concentration in the culture solution filling the cell culture chamber increases as the pressure of the pressurized gas increases. The carbon dioxide concentration of a culture solution generally used is about 5%, but when the cell culture chamber is pressurized with a pressurized gas so as to be 10 kPa higher than the atmospheric pressure of 101.3 kPa, the carbon dioxide concentration of the culture solution is increased. Increase to 5.5%. However, this is a value that satisfies the control accuracy of a general culture apparatus of about ± 0.5%, and an environment suitable for cell culture can be maintained.

また、マイクロチップはその内部を減圧にする減圧チャンバ内に収容されており、マイクロチップの外側の減圧チャンバ内の空間が内部空間とガス透過性壁面により隔てられた別の空間であり、気泡除去手段は減圧チャンバ内の空間を減圧にすることで内部空間内の気泡を内部空間から減圧チャンバ内の空間へ移動させるものであってもよい。   The microchip is housed in a decompression chamber that decompresses the interior of the microchip, and the space inside the decompression chamber outside the microchip is another space separated by an internal space and a gas-permeable wall surface to remove bubbles. The means may be configured to move the bubbles in the internal space from the internal space to the space in the decompression chamber by reducing the pressure in the decompression chamber.

マイクロチップは内部空間とはガス透過性壁面を隔てて設けられた第２内部空間を別の空間として有し、第２内部空間に減圧ポンプが接続されており、気泡除去手段は第２減圧ポンプによって第２内部空間内を減圧にすることで内部空間内の気泡を第２内部空間へ移動させるものであってもよい。   The microchip has a second internal space provided as a space separated from the internal space by a gas permeable wall, a decompression pump is connected to the second internal space, and the bubble removing means is the second decompression pump. Thus, the bubbles in the internal space may be moved to the second internal space by reducing the pressure in the second internal space.

ガス透過性の壁面としては、ポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳ）又はシリコン樹脂からなるものが挙げられる。   Examples of the gas permeable wall include those made of polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) or silicon resin.

図１及び図２を用いてマイクロチップ反応装置の一実施例について説明する。
まず図１に示されているように、この実施例のマイクロチップ反応装置に使用されるマイクロチップ２は、内部に、平面形状が円形の空間（内部空間）１０と一端がその内部空間１０に通じる流路１２と１６を備えている。流路１２の他端は上面に設けられた接続ポート１４に通じており、流路１６の他端は上面に設けられた接続ポート１８に通じている。 An embodiment of a microchip reaction apparatus will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 1, the microchip 2 used in the microchip reactor of this embodiment has a space (internal space) 10 having a circular planar shape and one end in the internal space 10. Channels 12 and 16 are provided. The other end of the flow channel 12 communicates with a connection port 14 provided on the upper surface, and the other end of the flow channel 16 communicates with a connection port 18 provided on the upper surface.

マイクロチップ２はベース基板４の上に中間基板６が積層され、中間基板６の上にカバー基板８が積層され接合されて構成されている。最下層のベース基板４と最上層のカバー基板８の間に挟み込まれた中間層の基板６には内部空間１０をなす貫通孔と流路１２及び１６をなす溝が形成されている。最上層の基板８には接続ポート１４及び１８をなす貫通孔が形成されている。接続ポート１４，１８はそれぞれ流路１２，１６の端部に位置決めされている。   The microchip 2 is configured by laminating an intermediate substrate 6 on a base substrate 4 and laminating and bonding a cover substrate 8 on the intermediate substrate 6. The intermediate substrate 6 sandwiched between the lowermost base substrate 4 and the uppermost cover substrate 8 is formed with a through-hole forming the internal space 10 and grooves forming the flow paths 12 and 16. The uppermost substrate 8 is formed with through holes that form connection ports 14 and 18. The connection ports 14 and 18 are positioned at the ends of the flow paths 12 and 16, respectively.

ベース基板４、中間基板６及びカバー基板８は平面形状が例えば２０ｍｍ角の平板であり、ベース基板４の厚みは例えば３ｍｍ、中間基板６の厚みは例えば５ｍｍ、カバー基板８の厚みは例えば３ｍｍである。内部空間をなす中間基板６の貫通孔は直径が例えば５ｍｍであり、流路１２及び１６をなす溝は幅が例えば１ｍｍ、深さが例えば０．１ｍｍである。接続ポート１４及び１８をなすカバー基板８の孔は直径が例えば１ｍｍである。   The base substrate 4, the intermediate substrate 6 and the cover substrate 8 are flat plates having a planar shape of 20 mm square, for example, the thickness of the base substrate 4 is 3 mm, the thickness of the intermediate substrate 6 is 5 mm, and the thickness of the cover substrate 8 is 3 mm, for example. is there. The through hole of the intermediate substrate 6 forming the internal space has a diameter of, for example, 5 mm, and the grooves forming the flow paths 12 and 16 have a width of, for example, 1 mm and a depth of, for example, 0.1 mm. The hole of the cover substrate 8 forming the connection ports 14 and 18 has a diameter of 1 mm, for example.

基板４，６及び８の材質は例えばＰＤＭＳ（ＳＩＬＰＯＴ１８４：ダウコーニング社の製品）であるが、ＰＤＭＳのほかシリコーン樹脂など液体を透過させず気体を透過させるガス透過性材料であればよい。なお、基板４，６及び８のすべてがガス透過性材料からなるものである必要はなく、ベース基板４は例えばパイレックス（登録商標）ガラスからなるものであってもよい。   The material of the substrates 4, 6 and 8 is, for example, PDMS (SILPOT 184: a product of Dow Corning), but any material other than PDMS, such as a silicone resin, that does not allow liquid to pass but allows gas to pass may be used. Note that it is not necessary for all of the substrates 4, 6 and 8 to be made of a gas permeable material, and the base substrate 4 may be made of, for example, Pyrex (registered trademark) glass.

図１のマイクロチップ２を用いたマイクロチップ反応装置である細胞培養装置は、図２に示されているように、マイクロチップ２の接続ポート１４にはチューブ２０を介して培養液を送液するためのシリンジポンプ２２が接続され、接続ポート１８にはチューブ２４を介してドレインポット２６が接続され、内部空間１０が細胞培養室として使用される。シリンジポンプ２２は溶液供給部を構成し、流路１２はシリンジポンプ２２からの培養液を内部空間１０へ導く入口流路を構成し、流路１６は内部空間１０内の気体や液体をドレインポット２６へ排出するための出口流路を構成する。なお、図２においては流路の接続関係を把握しやすくするために便宜上マイクロチップ２の主平面が水平方向に対して垂直に立てられた状態で示されているが、マイクロチップ２は主平面が水平になるように配置されている。図３、図４、図５及び図７の実施例についても同じである。   As shown in FIG. 2, the cell culture apparatus that is a microchip reaction apparatus using the microchip 2 of FIG. 1 sends the culture solution to the connection port 14 of the microchip 2 via the tube 20. For this purpose, a syringe pump 22 is connected, a drain pot 26 is connected to the connection port 18 via a tube 24, and the internal space 10 is used as a cell culture chamber. The syringe pump 22 constitutes a solution supply unit, the channel 12 constitutes an inlet channel that guides the culture solution from the syringe pump 22 to the internal space 10, and the channel 16 drains the gas or liquid in the internal space 10 to the drain pot. An outlet channel for discharging to 26 is formed. In FIG. 2, the main plane of the microchip 2 is shown in a state where the main plane of the microchip 2 is set up vertically with respect to the horizontal direction for the sake of easy understanding of the connection relation of the flow paths. Are arranged horizontally. The same applies to the embodiments of FIGS. 3, 4, 5 and 7.

ドレインポット２６は密閉された容器であり、ドレインポット２６にチューブ２４とは別のチューブ２８の一端が接続されている。チューブ２８の他端は開放されているが、チューブ２８上に電磁弁３０が設けられておりその電磁弁３０によって開閉される。細胞培養室である内部空間１０に培養液を充填する際は、電磁弁３０が開いた状態でシリンジポンプ２２から培養液が送液され、内部空間１０が培養液で満たされる。   The drain pot 26 is a sealed container, and one end of a tube 28 different from the tube 24 is connected to the drain pot 26. The other end of the tube 28 is open, but an electromagnetic valve 30 is provided on the tube 28 and is opened and closed by the electromagnetic valve 30. When filling the culture medium into the internal space 10 that is a cell culture chamber, the culture liquid is fed from the syringe pump 22 with the electromagnetic valve 30 opened, and the internal space 10 is filled with the culture liquid.

内部空間１０を培養液で満たした後、内部空間１０内に気泡が存在する場合は、電磁弁３０が閉じた状態でシリンジポンプ２２からさらなる培養液の送液動作を行なうことで、内部空間１０内の気泡を除去することができる。この実施例において、シリンジポンプ２２及び電磁弁３０は内部空間１０内の気泡を除去するための気泡除去手段を構成している。電磁弁３０が閉じた状態でシリンジポンプ２２による培養液の送液を実行すると、チューブ２０からドレインポット２６までの系に培養液が過剰に供給され、この系の内部圧力が上昇し、内部空間１０内が外気よりも高い圧力となる。内部空間１０の内部圧力が外気よりも高くなると、内部空間１０内に存在する気泡がマイクロチップを構成するＰＤＭＳを透過して外気へ放出され、内部空間１０内の気泡が除去される。   When air bubbles are present in the internal space 10 after the internal space 10 is filled with the culture solution, the internal space 10 can be supplied by performing a further liquid supply operation from the syringe pump 22 with the electromagnetic valve 30 closed. Inside bubbles can be removed. In this embodiment, the syringe pump 22 and the electromagnetic valve 30 constitute bubble removing means for removing bubbles in the internal space 10. When the feeding of the culture solution by the syringe pump 22 is executed with the solenoid valve 30 closed, the culture solution is excessively supplied to the system from the tube 20 to the drain pot 26, the internal pressure of this system rises, and the internal space The pressure inside 10 is higher than the outside air. When the internal pressure of the internal space 10 becomes higher than the outside air, bubbles existing in the internal space 10 pass through PDMS constituting the microchip and are released to the outside air, and the bubbles in the internal space 10 are removed.

次に、マイクロチップ２を用いたマイクロチップ反応装置の他の実施例について図３を用いて説明する。
この実施例では、接続ポート１４に一端が接続されたチューブ３２の他端が切換バルブ３３の共通のポートに接続され、切換バルブ３３の１つの選択ポートにチューブ３４を介してシリンジポンプ２２が接続され、残りの１つの選択ポートにチューブ３６を介して加圧ボンベ３８が接続されている。これにより、接続ポート１４に繋がるチューブ３２は切換バルブ３３の切換えによってシリンジポンプ２２と加圧ボンベ３８のいずれか一方に接続される。 Next, another embodiment of the microchip reaction apparatus using the microchip 2 will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the other end of the tube 32 having one end connected to the connection port 14 is connected to a common port of the switching valve 33, and the syringe pump 22 is connected to one selection port of the switching valve 33 via the tube 34. The pressure cylinder 38 is connected to the remaining one selection port via the tube 36. Thereby, the tube 32 connected to the connection port 14 is connected to one of the syringe pump 22 and the pressurizing cylinder 38 by switching the switching valve 33.

電磁弁３０を閉じた状態で加圧ボンベ３８をチューブ３２に接続することで、マイクロチップ２の内部空間１０内を加圧することができる。例えば内部空間１０が細胞培養室である場合は、加圧ボンベ３８から供給されるガスは、例えば炭酸ガス濃度が５％に調製された空気である。   By connecting the pressurizing cylinder 38 to the tube 32 in a state where the electromagnetic valve 30 is closed, the inside of the internal space 10 of the microchip 2 can be pressurized. For example, when the internal space 10 is a cell culture chamber, the gas supplied from the pressurized cylinder 38 is air whose carbon dioxide concentration is adjusted to 5%, for example.

図８は内部空間１０内の圧力と内部空間１０内の気泡の体積の時間変化の測定結果を示すグラフである。このグラフからわかるように、内部空間１０の圧力を外気の圧力（大気圧）よりも高くすればするほど内部空間１０内の気泡が早く除去される。
ただし、内部空間１０が細胞培養室であり、内部空間１０内を加圧ボンベによって加圧する場合には、内部空間１０内の圧力を大気圧よりも高くするほど内部空間１０内の二酸化炭素濃度も上昇するため、内部空間１０の内部圧力は例えば大気圧＋３ｋＰａ程度、高くても大気圧＋１０ｋＰａ程度に留めておくことが好ましい。大気圧＋１０ｋＰａであれば、培養液の二酸化炭素濃度が５．５％程度となり、±０．５％程度という一般的な培養装置の制御精度を満たす。 FIG. 8 is a graph showing the measurement results of the time change of the pressure in the internal space 10 and the volume of the bubbles in the internal space 10. As can be seen from this graph, the bubbles in the internal space 10 are removed faster as the pressure in the internal space 10 is made higher than the pressure of the outside air (atmospheric pressure).
However, when the internal space 10 is a cell culture chamber and the interior space 10 is pressurized by a pressure cylinder, the carbon dioxide concentration in the interior space 10 increases as the pressure in the interior space 10 becomes higher than the atmospheric pressure. In order to increase, it is preferable to keep the internal pressure of the internal space 10 at, for example, about atmospheric pressure + 3 kPa, and at most about atmospheric pressure + 10 kPa. If the atmospheric pressure is +10 kPa, the carbon dioxide concentration of the culture solution is about 5.5%, which satisfies the control accuracy of a general culture apparatus of about ± 0.5%.

この実施例では、電磁弁３０、切換バルブ３３及び加圧ボンベ３８が、内部空間１０内の気泡を除去するための気泡除去手段を構成している。培養液で満たされた内部空間１０内に気泡が存在する場合に、電磁弁３０を閉じて切換バルブ３３を加圧ボンベ３８側へ切り換えることで、加圧ボンベ３８によって内部空間１０内が加圧され、内部空間１０内に存在する気泡がガス透過性のＰＤＭＳを透過してマイクロチップ２の外部へ放出される。   In this embodiment, the electromagnetic valve 30, the switching valve 33, and the pressurizing cylinder 38 constitute bubble removing means for removing bubbles in the internal space 10. When air bubbles are present in the internal space 10 filled with the culture solution, the inside of the internal space 10 is pressurized by the pressure cylinder 38 by closing the solenoid valve 30 and switching the switching valve 33 to the pressure cylinder 38 side. Then, bubbles existing in the internal space 10 pass through the gas permeable PDMS and are released to the outside of the microchip 2.

図４はマイクロチップ反応装置のさらに他の実施例を示したものである。
この実施例では、ドレインポット２６に一端が接続されたチューブ４０の他端が切換バルブ４２の共通ポートに接続され、切換バルブ４２の１つの選択ポートにチューブ４４の一端が接続され、残りの１つの選択ポートにチューブ４６を介して加圧ボンベ３８が接続されている。チューブ４４の他端は開放されている。加圧ボンベ３８をチューブ４０に接続することで、マイクロチップ２の内部空間１０内を加圧することができる。 FIG. 4 shows still another embodiment of the microchip reactor.
In this embodiment, the other end of the tube 40 whose one end is connected to the drain pot 26 is connected to the common port of the switching valve 42, one end of the tube 44 is connected to one selection port of the switching valve 42, and the remaining 1 A pressure cylinder 38 is connected to one selection port via a tube 46. The other end of the tube 44 is open. By connecting the pressure cylinder 38 to the tube 40, the inside of the internal space 10 of the microchip 2 can be pressurized.

マイクロチップ２の内部空間１０に培養液を充填する際は、切換バルブ４２をチューブ４４側にしてシリンジポンプ２２から培養液を送液することで、内部空間１０内を培養液で満たす。培養液で満たされた内部空間１０内に気泡が存在する場合は、切換バルブ４２を加圧ボンベ３８側へ切り換えることで、加圧ボンベ３８によって内部空間１０内が加圧され、内部空間１０内に存在する気泡がガス透過性のＰＤＭＳを透過してマイクロチップ２の外部へ放出される。すなわち、この実施例では、切換バルブ４２及び加圧ボンベ３８が内部空間１０内の気泡を除去するための気泡除去手段を構成している。   When filling the inner space 10 of the microchip 2 with the culture solution, the inside of the inner space 10 is filled with the culture solution by feeding the culture solution from the syringe pump 22 with the switching valve 42 on the tube 44 side. When air bubbles are present in the internal space 10 filled with the culture solution, the internal space 10 is pressurized by the pressure cylinder 38 by switching the switching valve 42 to the pressure cylinder 38 side. The bubbles present in the gas permeate through the gas permeable PDMS and are discharged to the outside of the microchip 2. In other words, in this embodiment, the switching valve 42 and the pressurizing cylinder 38 constitute bubble removing means for removing bubbles in the internal space 10.

以上においては、マイクロチップ２の内部空間１０を加圧することができる構成を有することにより、溶液で満たされた内部空間１０内に存在する気泡の除去を可能にした実施例について説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、内部空間１０とはガス透過性の壁面により隔てられた空間を減圧にすることで、溶液で満たされた内部空間１０内に存在する気泡を除去できるようにしてもよい。以下、そのような構成を有する実施例について説明する。   In the above description, the embodiment has been described in which the internal space 10 of the microchip 2 can be pressurized, so that bubbles existing in the internal space 10 filled with the solution can be removed. The invention is not limited to these, and by reducing the pressure of the space separated from the internal space 10 by the gas-permeable wall surface, bubbles existing in the internal space 10 filled with the solution can be removed. It may be. Hereinafter, examples having such a configuration will be described.

図５はマイクロチップ２を密閉空間を内部に有する減圧チャンバ５０内に収容した実施例を示している。減圧チャンバ５０には真空ポンプ５２が接続されており、真空ポンプ５２の駆動によって内部の密閉空間を大気圧よりも低い減圧状態にすることができる。溶液で満たされたマイクロチップ２の内部空間１０内に気泡が存在するときに、真空ポンプ５２を駆動して減圧チャンバ５０内を減圧にすることで、圧力平衡の影響により内部空間１０内に存在する気泡がガス透過性のＰＤＭＳを透過してマイクロチップ２の外部へ放出される。この実施例では、減圧チャンバ５０及び真空ポンプ５２が内部空間１０内の気泡を除去するための気泡除去手段を構成している。   FIG. 5 shows an embodiment in which the microchip 2 is accommodated in a decompression chamber 50 having a sealed space inside. A vacuum pump 52 is connected to the decompression chamber 50, and the internal sealed space can be brought into a decompressed state lower than the atmospheric pressure by driving the vacuum pump 52. When bubbles are present in the internal space 10 of the microchip 2 filled with the solution, the vacuum pump 52 is driven to reduce the pressure in the decompression chamber 50, thereby existing in the internal space 10 due to the effect of pressure equilibrium. The bubbles that pass through the gas-permeable PDMS are discharged to the outside of the microchip 2. In this embodiment, the decompression chamber 50 and the vacuum pump 52 constitute bubble removing means for removing bubbles in the internal space 10.

図６及び図７はマイクロチップの内部に減圧空間を設けた実施例を示したものである。
まず、この実施例で使用されるマイクロチップ２ａについて図６を用いて説明する。
マイクロチップ２ａは図１を用いて説明したマイクロチップ２と同様に、内部空間１０ａとその内部空間１０ａに通じる流路１２ａ及び１６ａを内部に備え、上面に流路１２ａ及び１６ａの端部に通じる接続ポート１４ａ及び１８ａを備えている。 6 and 7 show an embodiment in which a decompression space is provided inside the microchip.
First, the microchip 2a used in this embodiment will be described with reference to FIG.
Similarly to the microchip 2 described with reference to FIG. 1, the microchip 2a includes an internal space 10a and flow paths 12a and 16a that communicate with the internal space 10a, and an upper surface that communicates with the ends of the flow paths 12a and 16a. Connection ports 14a and 18a are provided.

マイクロチップ２ａの内部には、内部空間１０ａの周囲を例えば１ｍｍの隔壁を隔てて囲うリング状の空間５４（第２内部空間）とその空間５４に通じる流路５６が設けられている。マイクロチップ２ａの上面には流路５６に通じる接続ポート５８が設けられている。   Inside the microchip 2a, a ring-shaped space 54 (second internal space) surrounding the inner space 10a with a partition wall of 1 mm, for example, and a flow path 56 communicating with the space 54 are provided. A connection port 58 communicating with the flow path 56 is provided on the upper surface of the microchip 2a.

マイクロチップ２ａは下層側からベース基板４ａ、中間基板６ａ及びカバー基板８ａが積層されて形成されている。中間基板６ａには、内部空間１０ａをなす円形の貫通孔が設けられているとともに、上面に流路１２ａ及び１６ａをなす溝が設けられ、下面にリング状の空間５４と流路５６をなす溝及び流路５６の端部に通じる接続ポート５８の一部をなす貫通孔が設けられている。カバー基板８ａには接続ポート１４ａ及び１８ａをなす貫通孔と接続ポート５８の一部をなす貫通孔が設けられている。   The microchip 2a is formed by laminating a base substrate 4a, an intermediate substrate 6a, and a cover substrate 8a from the lower layer side. The intermediate substrate 6a is provided with a circular through hole that forms the internal space 10a, a groove that forms the flow paths 12a and 16a on the upper surface, and a groove that forms the ring-shaped space 54 and the flow path 56 on the lower surface. In addition, a through hole that forms part of the connection port 58 that communicates with the end of the flow path 56 is provided. The cover substrate 8a is provided with a through hole forming the connection ports 14a and 18a and a through hole forming a part of the connection port 58.

このマイクロチップ２ａを用いたマイクロチップ反応装置である細胞培養装置は、図７に示されているように、マイクロチップ２の接続ポート１４ａにはチューブ２０を介して培養液を送液するためのシリンジポンプ２２が接続され、接続ポート１８ａにはチューブ２４を介してドレインポット２６が接続され、内部空間１０ａが細胞培養室として使用される。シリンジポンプ２２は溶液供給部を構成し、流路１２ａはシリンジポンプ２２からの培養液を内部空間１０ａへ導く入口流路を構成し、流路１６ａは内部空間１０ａ内の気体や液体をドレインポット２６へ排出するための出口流路を構成する。   As shown in FIG. 7, a cell culture apparatus that is a microchip reaction apparatus using the microchip 2a is used to send a culture solution to the connection port 14a of the microchip 2 via a tube 20. A syringe pump 22 is connected, a drain pot 26 is connected to the connection port 18a via a tube 24, and the internal space 10a is used as a cell culture chamber. The syringe pump 22 constitutes a solution supply unit, the channel 12a constitutes an inlet channel that guides the culture solution from the syringe pump 22 to the internal space 10a, and the channel 16a drains the gas or liquid in the internal space 10a. An outlet channel for discharging to 26 is formed.

さらに、接続ポート５８にはチューブ６０を介して真空ポンプ６２が接続されている。マイクロチップ２ａのリング状の空間５４は内部空間１０ａとはＰＤＭＳ製の隔壁を隔てて設けられた密閉空間となっており、真空ポンプ６２を駆動することによって空間５４は内部空間１０ａよりも低い内部圧力を有する減圧空間となる。これにより、培養液で満たされた内部空間１０ａ内に気泡が存在する場合には、真空ポンプ６２を駆動することで内部空間１０ａ内の気泡を空間５４側へ移動させることができる。この実施例では、リング状の空間５４及びシンクポンプ６２が内部空間１０ａ内の気泡を除去するための気泡除去手段を構成している。   Further, a vacuum pump 62 is connected to the connection port 58 via a tube 60. The ring-shaped space 54 of the microchip 2a is a sealed space provided with a partition made of PDMS from the internal space 10a. By driving the vacuum pump 62, the space 54 is lower than the internal space 10a. It becomes the decompression space which has a pressure. Thereby, when air bubbles are present in the internal space 10a filled with the culture solution, the air bubbles in the internal space 10a can be moved to the space 54 side by driving the vacuum pump 62. In this embodiment, the ring-shaped space 54 and the sink pump 62 constitute bubble removing means for removing bubbles in the internal space 10a.

２，２ａ マイクロチップ
４，４ａ ベース基板
６，６ａ 中間基板
８，８ａ カバー基板
１０，１０ａ 内部空間
１２，１２ａ，１６，１６ａ，５６ 流路
１４，１４ａ，１８，１８ａ，５８ 接続ポート
２０，２４，２８，３２，３６，３４，４０，４４，４６，６０ チューブ
２２ シリンジポンプ
２６ ドレインポット
３０ 電磁弁
３３，４２ 切換バルブ
３８ 加圧ボンベ
５０ 減圧チャンバ
５２，５６ 真空ポンプ
５４ 減圧空間 2, 2a Microchip 4, 4a Base substrate 6, 6a Intermediate substrate 8, 8a Cover substrate 10, 10a Internal space 12, 12a, 16, 16a, 56 Flow path 14, 14a, 18, 18a, 58 Connection port 20, 24 , 28, 32, 36, 34, 40, 44, 46, 60 Tube 22 Syringe pump 26 Drain pot 30 Solenoid valve 33, 42 Switching valve 38 Pressure cylinder 50 Pressure reducing chamber 52, 56 Vacuum pump 54 Pressure reducing space

Claims (5)

液体を透過させず気体を透過させるガス透過性材料からなる外壁を有し、前記外壁によって該マイクロチップの外部と隔てられた内部空間を有するマイクロチップと、
前記内部空間内において液体を流通させない状態で、所定溶液で満たされた前記マイクロチップの前記内部空間内を加圧して前記マイクロチップの外部の圧力よりも高くすることによって前記内部空間内の気体に前記外壁を透過させ、前記外壁を介して前記内部空間内の気泡を前記マイクロチップの外部へ移動させる気泡除去手段と、を備えたマイクロチップ反応装置。 A microchip having an outer wall made of a gas-permeable material that does not allow liquid to pass through and allows gas to pass through, and has an internal space separated from the outside of the microchip by the outer wall;
Wherein in a state that does not flow through the liquid in the inner space, a predetermined solution filled the microchip wherein I by that the inner space is pressurized to be higher than the pressure outside of the microchip internal space of A microchip reaction device comprising: a bubble removing means that allows the gas to pass through the outer wall and moves the bubbles in the internal space to the outside of the microchip through the outer wall. 前記マイクロチップは前記内部空間に通じる入口流路を備え、
前記入口流路には前記所定溶液を供給する溶液供給部が接続されており、
前記気泡除去手段は所定溶液で満たされた前記内部空間内に前記溶液供給部から前記所定溶液を過剰に供給することにより前記内部空間内を加圧するものである請求項１に記載のマイクロチップ反応装置。 The microchip includes an inlet channel leading to the internal space,
A solution supply unit for supplying the predetermined solution is connected to the inlet channel,
2. The microchip reaction according to claim 1, wherein the bubble removing unit pressurizes the internal space by supplying the predetermined solution excessively from the solution supply unit into the internal space filled with the predetermined solution. apparatus. 前記内部空間には該内部空間内の圧力を加圧ガスにより上昇させる加圧機構が接続されており、
前記気泡除去手段は密閉空間となった前記内部空間内に前記加圧機構によって前記加圧ガスを供給することにより前記内部空間内を加圧するものである請求項１に記載のマイクロチップ反応装置。 A pressurizing mechanism for increasing the pressure in the internal space with pressurized gas is connected to the internal space,
The microchip reaction apparatus according to claim 1, wherein the bubble removing means pressurizes the internal space by supplying the pressurized gas by the pressurizing mechanism into the internal space that has become a sealed space. 前記内部空間は細胞培養室であり、前記加圧ガスは炭酸ガス濃度が所定濃度になるように調製された空気であり、前記内部空間内の圧力と前記マイクロチップの外部の圧力の差は常に１０ｋＰａ以内である請求項３に記載のマイクロチップ反応装置。   The internal space is a cell culture chamber, and the pressurized gas is air prepared so that the carbon dioxide concentration is a predetermined concentration, and the difference between the pressure in the internal space and the pressure outside the microchip is always The microchip reactor according to claim 3, which is within 10 kPa. 前記マイクロチップの前記ガス透過性材料からなる前記外壁はポリジメチルシロキサン又はシリコン樹脂からなるものである請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロチップ反応装置。 The microchip reaction apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the outer wall made of the gas-permeable material of the microchip is made of polydimethylsiloxane or silicon resin.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102308594B1 (en) * 2016-07-12 2021-10-05 에뮬레이트, 인크. Bubble Removal in Microfluidic Devices
JP2020115823A (en) * 2019-01-28 2020-08-06 ソニー株式会社 Bubble discharging method, particle trapping device, and particle analysis device
KR102223194B1 (en) * 2019-03-18 2021-03-04 주식회사 셀스미스 Microwell Container for Cell Culture Camprising Functional Cap and the Cap therefor
WO2021038998A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 ファナック株式会社 Cell production device and system therefor
JP7391339B2 (en) 2019-08-29 2023-12-05 ファナック株式会社 Cell manufacturing device and its manufacturing method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4389035B2 (en) * 2002-10-30 2009-12-24 財団法人生産技術研究奨励会 Cell culture device, bioreactor and cell culture chamber
JP3905074B2 (en) * 2003-11-04 2007-04-18 アイダエンジニアリング株式会社 Microfluidic control mechanism and microchip having the mechanism
JP2005147840A (en) * 2003-11-14 2005-06-09 Japan Science & Technology Agency Plastic substrate for microflow device
JP4407271B2 (en) * 2003-12-19 2010-02-03 株式会社日立製作所 Chip, reaction analyzer, reaction analysis method
JP2005224765A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Fuji Photo Film Co Ltd Reaction process using microreactor, and microreactor
JP4615925B2 (en) * 2004-07-28 2011-01-19 セイコーインスツル株式会社 Microfluidic device
EP1846676A2 (en) * 2005-01-31 2007-10-24 The President and Fellows of Harvard College Valves and reservoirs for microfluidic systems
JP2006224011A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 Pentax Corp Micro valve
JP4713397B2 (en) * 2006-01-18 2011-06-29 株式会社リコー Microchannel structure and microdroplet generation system
JP2008290027A (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Canon Inc Reaction apparatus and reaction method
JP2009101299A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Fuji Xerox Co Ltd Micro nano-bubble generation method, washing method for micro-flow passage, micro nano-bubble generation system, and micro-reactor
JP4438860B2 (en) * 2007-12-20 2010-03-24 セイコーエプソン株式会社 Biological material detection cartridge, biological material detection device, and biological material detection method
JP2009236555A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Shimadzu Corp Fluid device and method of manufacturing the same
JP2011013208A (en) * 2009-06-05 2011-01-20 Advance Co Ltd Biological operation system and industrial operation system
JP2011030522A (en) * 2009-08-04 2011-02-17 Aida Engineering Ltd Microfluid device

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