JP6589865B2 - 流体デバイス、流体の制御方法、検査デバイス、検査方法、及び流体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2014年7月1日に出願された日本国特許出願2014−136294号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(2)本発明の一態様は、流体デバイスにおける流体の制御方法であって、前記流体デバイスは、バルブのダイヤフラムと、流路を構成する溝、及び前記溝の前記ダイヤフラムと対向する位置に突出部を有する第一基板と、前記ダイヤフラムが第一固定部と第二固定部とにおいて固定される第二基板と、を備え、前記流路の第一方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きく、前記制御方法は、(a)前記ダイヤフラムを変形させ、前記ダイヤフラムを前記突出部に押し付けることと、(b)前記溝によって構成される流路に気体と液体を含む流体を導入し、前記液体の先端が前記突出部の手前に来るまで送液することと、(c)前記ダイヤフラムの変形量を減少することにより、前記ダイヤフラムによる前記突出部への加圧を低減し、前記液体の先端を前記突出部によって抑止するとともに前記突出部と前記液体の先端の間に存在する気体のみを通過させることと、(d)前記ダイヤフラムの変形量を更に減少又は解除することにより、前記突出部によって抑止されていた前記液体を通過させることと、を有する。
(3)本発明の一態様に係る流体デバイスは、第一の流路、第二の流路、及び第三の流路が1つの分岐点で接続する分岐経路を備え、前記第二の流路は流路中の流体の流れを調整するバルブを少なくとも一つ備え、前記第三の流路は前記分岐点の近傍に第一突出部を有する。
(4)本発明の一態様に係る流体の制御方法は、上記(3)に記載の流体デバイスにおいて流体を制御する方法であって、(a)前記第二の流路内を陰圧にすることにより、前記第一の流路の第一端部から第一液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第二の流路へ送液するとともに、前記第三の流路に設けられた第一突出部の流路抵抗によって、第一液体が前記分岐点から前記第三の流路へ流入することを抑止することと、(b)前記(a)の後に、前記第一の流路及び前記分岐点にある前記第一液体を前記第二の流路へ流し切ることと、(c)前記(b)の後に、前記第三の流路内を陰圧にすることにより、前記第一の流路から第二液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第三の流路へ送液することと、を有する。
(5)本発明の一態様は、第一の流路、第二の流路、及び第三の流路が1つの分岐点で接続する分岐経路を備えた流体デバイスであって、前記第二の流路は流路中の流体の流れを調整するバルブを少なくとも一つ備え、前記第二の流路は前記分岐点の近傍に液溜まり部及び突出部を順に有する。
(6)本発明の一態様に係る流体の制御方法は、上記(5)に記載の流体デバイスにおいて流体を制御する方法であって、(a)前記第一の流路の第一端部から第一液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第三の流路へ送液するとともに、前記第一液体の一部を前記分岐点から前記第二の流路内の前記液溜まり部まで進入させ、前記突起部の手前で前記進入を停止させることと、(b)前記(a)の後に、前記第一の流路及び前記分岐点にある前記第一液体を前記第三の流路へ流し切ることと、(c)前記(b)の後に、前記液溜まり部において止められた前記一部の前記第一液体を回収することと、を有する。
(7)本発明の一態様に係る流体デバイスは、第一の流路、第二の流路、第三の流路、第四の流路、及び第五の流路を構成する溝が第一面に形成された第一基板と、前記第一面を覆うエラストマーシートと、前記エラストマーシートを介在して前記第一面に接合される第二面を有する第二基板と、を備え、前記第一基板に形成された前記溝は、前記第一の流路の第一端部が外部に連通し、前記第一の流路の第二端部、前記第二の流路の第一端部、前記第三の流路の第一端部、及び前記第四の流路の第一端部が1つの分岐点で接続され、前記第二の流路の第二端部、前記第三の流路の第二端部、前記第四の流路の第二端部、及び前記第五の流路の第一端部が1つの合流点で接続され、前記第五の流路の第二端部が外部に連通する、経路を構成し、前記第二の流路を構成する前記溝の前記分岐点の近傍において、前記溝の深さを浅くする第一突出部が少なくとも1つ形成され、且つ、前記第三の流路を構成する前記溝の前記分岐点の近傍において、前記溝の深さを浅くする第二突出部が少なくとも1つ形成されたことによって、前記分岐点における流路抵抗が、前記第四の流路、前記第三の流路、前記第二の流路の順に大きい。
(8)本発明の一態様に係る検査デバイスは、上記(7)に記載の流体デバイスを使用した、液体試料中に含まれる検査対象物質を検査する検査デバイスであって、前記第五の流路を構成する前記溝に、前記検査対象物質に結合し得る捕捉物質が固定された、捕捉部が設けられ、前記第三の流路を構成する前記溝に、前記検査対象物質と前記捕捉物質の複合体に結合し得る、検出物質を備えた第一供給部が設けられ、前記第二の流路を構成する前記溝に、前記検出物質が前記捕捉部に存在することを検知し得るシグナルを発する、シグナル物質を備えた第二供給部が設けられている。
(9)本発明の一態様に係る検査方法は、上記(8)に記載の検査デバイスを使用して、液体試料中に含まれる検査対象物質を検査する方法であって、前記液体試料を、前記第一の流路の前記第一端部から導入し、前記分岐点まで到達させ、前記第二の流路、前記第三の流路、及び前記第四の流路のうち最も流路抵抗の少ない前記第四の流路へ導入し、前記合流点まで到達させ、前記合流点に接続する前記第五の流路に導入することによって、前記捕捉部において、前記液体試料に含まれる前記検査対象物質が前記捕捉物質に結合することを有する。
(10)本発明の一態様は、流路中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイスの製造方法であって、(a)少なくとも一方の表面に流路として機能し得る第一深さの溝が形成され、前記溝の底面の一部において前記流路の深さが第一深さより小さい第二深さになるように突出部が形成された第一樹脂基板と、前記バルブを構成する台座構造が第二面に形成された第二樹脂基板と、薄膜化したエラストマーシートとを用意することと、(b)前記第一樹脂基板の第一面と前記第二樹脂基板の第二面との間に前記エラストマーシートを挟持し、前記突出部と前記台座構造とが対向するように、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートと前記第二樹脂基板とを重ねることと、(c)前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートと前記第二樹脂基板とを熱圧着し、基板接合体を得ることと、を有する。
本発明にかかる流体デバイスの第一実施形態は、図1及び図2に示すように、流路3中の第一方向Fにおける流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス10である。
突出部4の第二端部4bは、突出部4において最も流路3の下流側にある端部である。
例えば図5のように突出部4の下流に面した側面4qが溝3の底面3cとなす角θ2が90度以下の場合には、溝3の底面3cと突出部4の側面4qの裾とが交わる部分を指す。
突出部4の側面4p、4qは、溝3の底面3cと非平行の面である。突出部4には溝3の底面3cと実質的に平行な頂面4cが備えられていてもよい。頂面4cはダイヤフラムDと接触し易いように配置されている。突出部4は、シートが変形してバルブのダイヤフラムとして機能する箇所に対向する溝の位置に配置される。
この結果、容易に流路における液体の流通を止めることができる。さらに、「第一固定部B1から第二固定部B2までの長さW2>台座構造6の長さW3(長さW2の方が長さW3より長い)」の関係であると、前記バルブの閉状態において、シート5の一部が、溝3の内部に陥入し、突出部4に接触することが、より容易になる。この結果、より容易に、流路における液体の流通を止めることができる。
流体デバイス10において、突出部4の高さh2は、h1−h2の深さの流路を流体が通過可能な高さであれば特に限定されず、一例として、50μm〜500μmが挙げられる。
流体デバイス10において、「h1−h2」の差で表される、バルブ構造における流路3の深さは、流体が流通可能であれば特に限定されず、一例として、50μm〜500μmが挙げられる。
流体デバイス10において、突出部4の流路3に沿う長さW1は特に限定されず、一例として、3mm〜5mmが挙げられる。
流体デバイス10において、第一固定部B1から第二固定部B2までの長さW2は特に限定されず、一例として、1mm〜3mmが挙げられる。
流体デバイス10において、台座構造6の長さW3は特に限定されず、一例として、0.5mm〜3mmが挙げられる。
流路3の経路は適宜設計可能であり、流路3の経路中に分岐点があってもよいし、分岐した複数の流路が合流する合流点を有していてもよい。
本発明にかかる流体の制御方法の第一実施形態は、前述した流体デバイス10における流体の制御方法である。本実施形態の流体の制御方法において、各流路における液体の駆動は例えば外部ポンプによってなされ得る。
工程Aは、台座構造6の直上に位置するエラストマーシート5が構成するダイヤフラムDを、変形させ、突出部4の頂面4cに押し付ける工程である。
工程Bは、溝3によって構成される流路3に気体Gと液体Sを含む流体を導入し、液体Sの先端SFが突出部4の手前に来るまで送液する工程である。
工程Cは、ダイヤフラムDの変形量を減少することにより、ダイヤフラムDによる突出部4への加圧を低減し、液体Sの先端SFを突出部4によって抑止するとともに突出部4と液体Sの先端SFの間に存在する気体Gのみを通過させる工程である。
工程Dは、ダイヤフラムDの変形量を更に減少又は解除することにより、突出部4によって抑止されていた液体Sを通過させる工程である。
<第二実施形態>
本発明にかかる流体デバイスの第二実施形態は、図8に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス20Aである。流体デバイス20Aの基本的な構成は流体デバイス10と同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
このように、第一突出部4Aを設けることによって、流路中における流体の流通を制御することができる。
本発明にかかる流体デバイスの第三実施形態は、図9に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス20Bである。流体デバイス20Bの基本的な構成は流体デバイス20Aと同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明にかかる流体デバイスの第四実施形態は、図10に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス20Cである。流体デバイス20Cの基本的な構成は流体デバイス20Bと同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明にかかる流体デバイスの第五実施形態は、図11に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス20Dである。流体デバイス20Dの基本的な構成は流体デバイス20Bと同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
このように、分岐点P1の近傍に第一突出部4A及び第二突出部4Bを設けることにより、分岐点P1において複数の互いに異なる液体を混合することができる。
第二実施形態〜第五実施形態の流体デバイス20A〜20Dにおいて、第一の流路3Aの第一端部3aから第一の液体S1を導入し、続いて前記導入を停止した後、分岐点P1に残存する第一の液体S1を第二の流路3Bに流し切ると、分岐点P1及び分岐点P1近傍は第一の液体S1が残存しないクリアな状態になる。その後、第一の流路3Aの第一端部3aから第二の液体S2を導入すると、先に導入した第一の液体S1と後に導入した第二の液体S2とが混合することなく、第二の液体S2が分岐点P1を通過し、第二の流路3B又は第三の流路3Cに流入し得る。
第二〜第五実施形態の流体デバイス20A〜20Dの何れかを使用した核酸精製方法の実施形態の一例を説明する。第一の流路3Aの第一端部3aから核酸を含む細胞破砕液を導入する。第二の流路3Bを陰圧にすることにより細胞破砕液を吸引する。細胞破砕液は分岐点P1の直前の第一の流路3Aに設けられた公知の核酸吸着体(例えば、ガラスメッシュ、シリカビーズ群等;以下、ガラスメッシュの場合を説明する。)を通過して、第二の流路3Bに流入する。ガラスメッシュには細胞破砕液に含まれていた核酸が吸着する。
細胞破砕液は第二の流路3Bの下流に排出される。
本発明にかかる流体の制御方法の第二実施形態は、前述した第二〜第五実施形態の流体デバイス20A〜20Dの何れかにおける流体の制御方法であって、以下の工程A〜工程Cを少なくとも有する。
工程Aは、第二の流路3B内を陰圧にすることにより、第一の流路3Aの第一端部3aから第一液体を導入し、分岐点P1を通過させて第二の流路3Bへ送液するとともに、第三の流路3Cに設けられた第一突出部4Aの流路抵抗によって、第一液体が分岐点P1から第三の流路3Cへ流入することを抑止する工程である。
工程Bは、工程Aの後に、第一の流路3A及び分岐点P1にある第一液体を第二の流路3Bの下流へ流し切る工程である。
工程Cは、工程Bの後に、第三の流路3C内を陰圧にすることにより、第一の流路3Aから第二液体を導入し、分岐点P1を通過させて第三の流路3Cへ送液する工程である。
<第六実施形態>
本発明にかかる流体デバイスの第二実施形態は、図12に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス20Eである。流体デバイス20Eの基本的な構成は流体デバイス10と同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明にかかる流体の制御方法の第三実施形態は、前述した流体デバイス20Eにおける流体の制御方法であって、以下の工程A〜工程Cを少なくとも有する。
工程Aは、第一の流路3Aの第一端部3aから第一液体Sを導入し、分岐点P1を通過させて第三の流路3Cへ送液するとともに、第一液体の一部を分岐点P1から第二の流路3B内の液溜まり部Qまで進入させ、突起部4Cの手前で前記進入を停止させる工程である(図13A参照)。
工程Bは、工程Aの後に、第一の流路及び前記分岐点にある第一液体Sを第三の流路へ流し切る工程である(図13B参照)。
工程Cは、工程Bの後に、液溜まり部Qにおいて留められた前記一部の第一液体を回収する工程である(図13C参照)。
<第七実施形態>
本発明にかかる流体デバイスの第七実施形態は、図14に示すように、流路3中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイス30Aである。流体デバイス30Aの基本的な構成は流体デバイス10及び流体デバイス20A〜20Dと同じであるため、同じ構成には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明にかかる検査デバイスの第一実施形態は、前述した第七実施形態の流体デバイス30Aを使用した、液体試料中に含まれる検査対象物質を検査する検査デバイスである。
本発明にかかる前述した流体デバイスの各実施形態は、単一のバルブ又は複数のバルブを備えている。各流路に直列的に又は並列的に配設された複数のバルブの開閉により、或いは、任意の流路に配設された単一のバルブの開閉により、そのバルブが流路中の流体に流れを起こすポンプとして機能することができる。バルブの種類は特に制限されず、例えば、前述したダイヤフラム式バルブが挙げられる。また、バルブのダイヤフラムは、例えば、前述した溝3が備える突起部4に対向する位置に設けられている。
一例として、前記複数のバルブの開閉を同期させて制御することにより、流路内の流体に波を起こして、その流体を所定方向に流すことができる。例えば、流路に直列的に配設された、好ましくは2個以上のバルブ、より好ましくは3個以上のバルブにおいて、各ダイヤフラム(弁体)の変形のタイミングを所定間隔でずらして、各バルブの開閉を制御する、いわゆるペリスタリック方式によって、流路中の流体を所定方向に送液することができる。流路に配設する個々のバルブの種類及び作動方式は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。
また、他の一例として、単一のバルブの開閉を単位時間内に繰り返して行うことにより、流路内の流体に波を起こして、その流体を所定方向に流すことができる。
(1)流体デバイスの製造方法であって、少なくとも一方の表面に流路として機能し得る凹部の微細溝が形成された第一樹脂基板と、薄膜化したエラストマーシートとを用意する第1工程と、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートを重ねる第2工程と、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートとを熱圧着し、基板接合体を得る第3工程と、を有する、流体デバイスの製造方法。
(2)第一樹脂基板とエラストマーシートを重ねる第1工程と、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートとを熱圧着する第2工程と、そのエラストマーシートに第二樹脂基板を重ねて熱圧着することにより、第一樹脂基板/エラストマーシート/第二樹脂基板の順に接合された基板接合体を得る第3工程と、を有し、第一樹脂基板及び第二樹脂基板のうち少なくとも一方の接合面には、基板内部側に凹の微細構造が予め形成されており、その微細構造の少なくとも一部は流路として機能し得る溝である、流体デバイスの製造方法。
(3)上記(1)又は(2)の製造方法によって製造された流体デバイスであって、基板面とその基板面に形成された複数の流路を有する樹脂基板と、前記基板面の少なくとも一部に接合し、前記複数の流路を覆うように配置された、エラストマーシートと、前記エラストマーシートが前記流路におけるバルブのダイヤフラムDとして機能するバルブ構造と、を備え、前記エラストマーシートのビカット軟化温度が、前記樹脂基板のビカット軟化温度より小さい、流体デバイス。
上記(1)にかかる流体デバイスの製造方法によれば、第一樹脂基板とエラストマーシートとを確実に接着し、微細な流路を有する基板接合体を備えた流体デバイスを容易に製造することができる。
上記(2)にかかる流体デバイスの製造方法によれば、三層構造を構成する第一樹脂基板とエラストマーシートと第二樹脂基板とを確実に接着し、三層構造の内部に流路を有する基板接合体を備えた流体デバイスを容易に形成することができる。
上記(3)にかかる流体デバイスは、樹脂基板とエラストマーシートが十分強力に接合されているため、バルブを繰り返し駆動させた場合の信頼性及び耐久性に優れる。
流体デバイスの製造方法の第一実施形態は、少なくとも一方の表面1aに流路として機能し得る凹部などの微細構造としての溝3が形成された第一樹脂基板1と、薄膜化したエラストマーシート5とを用意する第1工程と、第一樹脂基板1とエラストマーシート5を重ねる第2工程と、第一樹脂基板1とエラストマーシート5とを熱圧着し、基板接合体50Aを得る第3工程と、を有する(図15参照)。
各部材を重ねる際、第一樹脂基板1、第二樹脂基板2及びエラストマーシート5の何れか1つ以上の部材に、位置合わせ基準部(アライメントマーク)が設けられていてもよい。この場合、位置合わせ基準部を基準として、重ねた第一樹脂基板1及び第二樹脂基板2の厚み方向に見ると、突出部4と台座構造6とが重なるように、第一樹脂基板1とエラストマーシート5と第二樹脂基板2とを重ねる。位置合わせ基準部としては、例えば直角に交差する2本線、マークが挙げられる。前記バルブの台座構造6を位置合わせ基準部として用いてもよい。一例として、直角に交差する2本線が第一樹脂基板1及び第2樹脂基板2に設けられている場合には、エラストマーシート5を直角に交差する2本線に合わせることで位置合わせが可能となる。
第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3の深さh1は特に限定されず、用途に応じて適宜設定可能である。溝3の深さh1として、例えば100μm〜1000μm程度が挙げられる。
第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3の本数は特に限定されず、1本であってもよいし、2本以上であってもよい。
第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3の経路(形状)は特に限定されず、直線、屈曲、曲線等の流路を構成可能な形状を適宜組み合わせてもよい。
この融点とビカット軟化温度の関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第一樹脂基板1に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3及び突出部4の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着において、第一樹脂基板1よりもエラストマーシート5をより速く軟化させることができるため、第一樹脂基板1に対するエラストマーシート5の熱圧着をより容易に行うことができる。さらに、第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3の形状が熱圧着によって変形することを一層確実に防ぐことができる。
このビカット軟化温度の関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第一樹脂基板1に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3及び突出部4の形状が熱圧着によって変形することをより確実に防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着において、第一樹脂基板1よりもエラストマーシート5をより速く軟化させることができるため、第一樹脂基板1に対するエラストマーシート5の熱圧着をより容易に行うことができる。さらに、第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3の形状が熱圧着によって変形することをより確実に防ぐことができる。
この厚みの関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第一樹脂基板1に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第一樹脂基板1の第一面1aに形成された溝3及び突出部4の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着による第一樹脂基板1の変形、溝3の変形、及び突出部4の変形を防止することができる。第一樹脂基板1の厚みは、基板全体を通して均一にできる。
上記範囲であると、熱圧着によるエラストマーシート5の変形及び収縮を防止することができる。エラストマーシート5の厚みは、シート全体を通して均一にできる。
エラストマーシート5がバルブ構造のダイヤフラムDとして充分に機能する観点から、例えばエラストマーシート5の反発弾性は50〜60%、引張強さは3〜15MPaである。ここで、反発弾性はJIS K 6255,引張強さはJIS K 6251に準拠した測定方法によって求められる値である。
この融点とビカット軟化温度の関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第二樹脂基板2に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着において、第二樹脂基板2よりもエラストマーシート5をより速く軟化させることができるため、第二樹脂基板2に対するエラストマーシート5の熱圧着をより容易に行うことができる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6の形状が熱圧着によって変形することを一層確実に防ぐことができる。
このビカット軟化温度の関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第二樹脂基板2に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6の形状が熱圧着によって変形することをより確実に防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着において、第二樹脂基板2よりもエラストマーシート5をより速く軟化させることができるため、第二樹脂基板2に対するエラストマーシート5の熱圧着をより容易に行うことができる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6の形状が熱圧着によって変形することをより確実に防ぐことができる。
この厚みの関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第二樹脂基板2に対してエラストマーシート5が熱圧着し易くなる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着による第二樹脂基板2の変形及び貫通孔6の変形を防止することができる。第二樹脂基板2の厚みは、基板全体を通して均一にできる。
第二樹脂基板2の上面2bに形成された溝8の深さは特に限定されず、用途に応じて適宜設定可能である。溝8の深さとして、例えば50μm〜500μm程度が挙げられる。
第二樹脂基板2の上面2bに形成された溝8の本数は特に限定されず、1本であってもよいし、2本以上であってもよい。
第二樹脂基板2の上面2bに形成された溝8の経路(形状)は特に限定されず、直線、屈曲、曲線等の流路を構成可能な形状を適宜組み合わせてもよい。
この融点とビカット軟化温度の関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第二樹脂基板2に対して樹脂フィルム7が熱圧着し易くなる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6及び溝8の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着において、第二樹脂基板2よりも樹脂フィルム7をより速く軟化させることができるため、第二樹脂基板2に対する樹脂フィルム7の熱圧着をより容易に行うことができる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6及び溝8の形状が熱圧着によって変形することをより確実に防ぐことができる。
この厚みの関係において、上記加熱温度によって熱圧着することにより、第二樹脂基板2に対して樹脂フィルム7が熱圧着し易くなる。さらに、第二樹脂基板2に形成された貫通孔6及び溝8の形状が熱圧着によって変形することを防ぐことができる。
上記範囲であると、熱圧着による樹脂フィルム7の変形及び収縮を防止することができる。樹脂フィルム7の厚みは、フィルム全体を通して均一にできる。
前記表面処理としては、前記接合面の密着性又は接着性を向上させることが可能な公知方法が適用可能であり、例えば、UV照射、オゾン暴露、酸素プラズマ暴露等による、前記接合面の改質又は清浄化が挙げられる。
「融点」は、JIS.K.0064に準拠した方法によって測定できる。
第一樹脂基板1、エラストマーシート5、第二樹脂基板2及び樹脂フィルム7の「厚み」は、ISO 3599に準拠した方法によって測定できる。
しかしながら、このような方法では、基板表面に形成された基板内部側へ凹の微細構造の中へ、溶融したエラストマーシートが流れ込み、微細構造を埋めてしまう問題が生じ易い。そこで、本発明の実施形態にかかる製造方法においては、上述したように、第一樹脂基板、エラストマーシート、第二樹脂基板、樹脂フィルムのそれぞれの温度特性と厚みを工夫することによって、上記問題を回避するとともに、繰り返されるバルブ駆動に耐えるために必要充分な接合力を実現している。
上記の実施形態に係る流体の制御方法によれば、流路に液体を導入する際に混入した気泡を流路内に設けた突出部を含むバルブ構造において、前記液体から分離することができる。この結果、液体の送液先に不要な気泡が到達することを防止できる。
上記の実施形態に係る検査デバイスを利用した検査方法によれば、液体試料中の検査対象物質を簡便に検出することができる。
上記の実施形態に係る流体デバイスの製造方法によれば、流体デバイスに備えられた流路及びバルブ構造を損なうことなく強固に第一基板と第二基板を接合することができる。
Claims (30)
- 流路の第一方向における流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイスであって、
前記バルブのダイヤフラムと、
前記流路を構成する溝及び前記溝における前記ダイヤフラムに対向する位置に突出部を有する第一基板と、
前記ダイヤフラムが第一固定部と第二固定部とにおいて固定される第二基板と、
を備え、
前記第一方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きい流体デバイス。 - 前記第一基板の、流路を構成する溝が形成された第一面と、
前記第二基板の、ダイヤフラムが固定される第二面と、
の間に挟持され、前記バルブの前記ダイヤフラムを構成するシートと、を備えた請求項1に記載の流体デバイス。 - 前記第二基板には、前記バルブを構成し、前記シートの少なくとも一部をダイヤフラムとして機能させる台座構造が設けられ、
前記第一方向に見た前記突出部の前記第一端部から前記突出部の前記第二端部までの長さが、前記流路の延設方向に見た前記台座構造の長さよりも大きい請求項2に記載の流体デバイス。 - 前記第二基板の厚み方向に見て、
前記シートと前記第二面が、前記台座構造を跨いで少なくとも前記第一固定部と前記第二固定部において固定され、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さが、前記突出部の前記第一端部から前記突出部の前記第二端部までの長さよりも小さく、前記台座構造の長さ以上である請求項3に記載の流体デバイス。 - 前記台座構造として、前記溝に対向して開口する開口部を有する孔を構成する内側面が、前記第二基板の厚み方向に設けられた請求項3又は4に記載の流体デバイス。
- 前記シートは、前記溝を覆うことにより前記流路の底部を構成し、前記台座構造に接する領域において、前記バルブが開状態の場合には前記流路の底部を構成し、前記バルブが閉状態の場合には前記溝の内部に前記シートの一部が陥入する請求項3〜5の何れか一項に記載の流体デバイス。
- 前記突出部の前記第一端部を含む側面及び前記突出部の前記第二端部を含む側面のうち少なくとも一方が前記溝の底面に対して垂直である請求項1〜6の何れか一項に記載の流体デバイス。
- 流路の第一方向における流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイスであって、
前記バルブのダイヤフラムと、
前記流路を構成する溝及び前記溝における前記ダイヤフラムに対向する位置に突出部を有する第一基板と、
前記ダイヤフラムが固定される第二基板と、
を備え、
前記突出部の最も流路の上流側にある端部は、前記ダイヤフラムが固定される最も上流側の固定部よりも上流側に位置し、
前記突出部の最も流路の下流側にある端部は、前記ダイヤフラムが固定される最も下流側の固定部よりも下流側に位置する流体デバイス。 - 流体デバイスにおける流体の制御方法であって、
前記流体デバイスは、バルブのダイヤフラムと、流路を構成する溝、及び前記溝の前記ダイヤフラムと対向する位置に突出部を有する第一基板と、前記ダイヤフラムが第一固定部と第二固定部とにおいて固定される第二基板と、を備え、
前記流路の第一方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きく、
前記制御方法は、
(a)前記ダイヤフラムを変形させ、前記ダイヤフラムを前記突出部に押し付けることと、
(b)前記溝によって構成される流路に気体と液体を含む流体を導入し、前記液体の先端が前記突出部の手前に来るまで送液することと、
(c)前記ダイヤフラムの変形量を減少することにより、前記ダイヤフラムによる前記突出部への加圧を低減し、前記液体の先端を前記突出部によって抑止するとともに前記突出部と前記液体の先端の間に存在する気体のみを通過させることと、
(d)前記ダイヤフラムの変形量を更に減少又は解除することにより、前記突出部によって抑止されていた前記液体を通過させることと、
を有する流体の制御方法。 - 前記(a)において、前記ダイヤフラムが前記突出部に接触する際、前記溝の高さ方向に見た前記ダイヤフラムの変形量が、少なくとも前記溝の高さから前記突起部の高さを引いた高さである請求項9に記載の流体の制御方法。
- 第一の流路、流路中の流体の流れを調整するバルブを少なくとも一つ備える第二の流路、及び第三の流路が1つの分岐点で接続する分岐経路を備えた流体デバイスであって、
前記バルブのダイヤフラムと、
前記第一の流路、前記第二の流路、及び前記第三の流路を構成する溝及び前記溝における前記ダイヤフラムに対向する位置に突出部を有する第一基板と、
前記ダイヤフラムが第一固定部と第二固定部とにおいて固定される第二基板と、
を備え、
前記流路の延設方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きく、
前記第三の流路は前記分岐点の近傍に第一突出部を有する流体デバイス。 - 前記第三の流路における前記第一突出部に対向する位置に、第一固定部と第二固定部とにおいて前記第二基板に固定された第二ダイヤフラムが形成され、
前記第三の流路の延設方向に見た前記第一突出部の第一端部から前記第一突出部の第二端部までの長さが、前記第二ダイヤフラムの前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きい請求項11に記載の流体デバイス。 - 前記流体デバイスは、
第一の流路、第二の流路、及び第三の流路が1つの分岐点で接続する分岐経路を構成する溝が、第一面に形成された第一基板と、
前記バルブを構成する台座構造が第二面に形成された第二基板と、
前記第一基板の前記第一面と前記第二基板の前記第二面との間に挟持され、前記バルブのダイヤフラムを構成するエラストマーシートと、を備え、
前記第三の流路において前記第一突出部が前記台座構造よりも分岐点に近い位置に設けられている請求項11に記載の流体デバイス。 - 請求項11〜13の何れか一項に記載の流体デバイスにおいて流体を制御する方法であって、
(a)前記第二の流路内を陰圧にすることにより、前記第一の流路の第一端部から第一液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第二の流路へ送液するとともに、
前記第三の流路に設けられた第一突出部の流路抵抗によって、第一液体が前記分岐点から前記第三の流路へ流入することを抑止することと、
(b)前記(a)の後に、前記第一の流路及び前記分岐点にある前記第一液体を前記第二の流路へ流し切ることと、
(c)前記(b)の後に、前記第三の流路内を陰圧にすることにより、前記第一の流路から第二液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第三の流路へ送液することと、
を有する流体の制御方法。 - 第一の流路、流路中の流体の流れを調整するバルブを少なくとも一つ備える第二の流路、及び第三の流路が1つの分岐点で接続する分岐経路を備えた流体デバイスであって、
前記バルブのダイヤフラムと、
前記第一の流路、前記第二の流路、及び前記第三の流路を構成する溝及び前記溝における前記ダイヤフラムに対向する位置に突出部を有する第一基板と、
前記ダイヤフラムが第一固定部と第二固定部とにおいて固定される第二基板と、
を備え、
前記流路の延設方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記第一固定部から前記第二固定部までの長さよりも大きく、
前記第二の流路は前記分岐点よりも流体の流れ方向下流側に設けられた突出部と、前記分岐点と前記突出部との間に設けられた液溜まり部とを有する流体デバイス。 - 前記液溜まり部に試薬が備えられている請求項15に記載の流体デバイス。
- 請求項15又は16に記載の流体デバイスにおいて流体を制御する方法であって、
(a)前記第一の流路の第一端部から第一液体を導入し、前記分岐点を通過させて前記第三の流路へ送液するとともに、前記第一液体の一部を前記分岐点から前記第二の流路内の前記液溜まり部まで進入させ、前記突起部の手前で前記進入を停止させることと、
(b)前記(a)の後に、前記第一の流路及び前記分岐点にある前記第一液体を前記第三の流路へ流し切ることと、
(c)前記(b)の後に、前記液溜まり部において止められた前記一部の前記第一液体を回収することと、
を有する流体の制御方法。 - 第一の流路、第二の流路、第三の流路、第四の流路、及び第五の流路を構成する溝が第一面に形成された第一基板と、前記第一面を覆うエラストマーシートと、前記エラストマーシートを介在して前記第一面に接合される第二面を有する第二基板と、前記第二の流路中の流体の流れを調整する第一バルブと、前記第三の流路中の流体の流れを調整する第一バルブとを備え、
前記第一基板に形成された前記溝は、
前記第一の流路の第一端部が外部に連通し、
前記第一の流路の第二端部、前記第二の流路の第一端部、前記第三の流路の第一端部、及び前記第四の流路の第一端部が1つの分岐点で接続され、
前記第二の流路の第二端部、前記第三の流路の第二端部、前記第四の流路の第二端部、及び前記第五の流路の第一端部が1つの合流点で接続され、
前記第五の流路の第二端部が外部に連通する、経路を構成し、
前記第二の流路を構成する前記溝の前記分岐点の近傍において、前記溝の深さを浅くする第一突出部が少なくとも1つ形成され、且つ、
前記第三の流路を構成する前記溝の前記分岐点の近傍において、前記溝の深さを浅くする第二突出部が少なくとも1つ形成され、
前記第一突出部の一つに対向する位置に、第一固定部と第二固定部とにおいて前記第二基板に固定された前記第一バルブの第一ダイヤフラムが形成され、
前記第二突出部の一つに対向する位置に、第一固定部と第二固定部とにおいて前記第二基板に固定された前記第二バルブの第二ダイヤフラムが形成され、
前記第二の流路の延設方向に見た前記第一突出部の上流側端部から下流側端部までの長さが、前記第一ダイヤフラムの上流側固定部から下流側固定部までの長さよりも大きく、
前記第三の流路の延設方向に見た前記第二突出部の上流側端部から下流側端部までの長さが、前記第二ダイヤフラムの上流側固定部から下流側固定部までの長さよりも大きく、
前記分岐点における流路抵抗が、前記第四の流路、前記第三の流路、前記第二の流路の順に大きい流体デバイス。 - 前記第一突出部の前記第二の流路に沿う長さの合計が、前記第二突出部の前記第三の流路に沿う長さの合計よりも長い請求項18に記載の流体デバイス。
- 前記貫通孔を構成する内側面の開口部が、前記第一突出部又は前記第二突出部に対向する位置に設けられている請求項18又は19に記載の流体デバイス。
- 請求項18〜20の何れか一項に記載の流体デバイスを使用した、液体試料中に含まれる検査対象物質を検査する検査デバイスであって、
前記第五の流路を構成する前記溝に、前記検査対象物質に結合し得る捕捉物質が固定された、捕捉部が設けられ、
前記第三の流路を構成する前記溝に、前記検査対象物質と前記捕捉物質の複合体に結合し得る、検出物質を備えた第一供給部が設けられ、
前記第二の流路を構成する前記溝に、前記検出物質が前記捕捉部に存在することを検知し得るシグナルを発する、シグナル物質を備えた第二供給部が設けられている
検査デバイス。 - 請求項21に記載の検査デバイスを使用して、液体試料中に含まれる検査対象物質を検査する方法であって、
前記液体試料を、前記第一の流路の前記第一端部から導入し、前記分岐点まで到達させ、前記第二の流路、前記第三の流路、及び前記第四の流路のうち最も流路抵抗の少ない前記第四の流路へ導入し、前記合流点まで到達させ、前記合流点に接続する前記第五の流路に導入することによって、
前記捕捉部において、前記液体試料に含まれる前記検査対象物質が前記捕捉物質に結合することを有する検査方法。 - 前記第四の流路を閉じた状態で、
第一液体を、前記第一の流路の前記第一端部から導入し、前記分岐点まで到達させ、流路抵抗が相対的に低い前記第三の流路へ導入し、
前記第一供給部において、前記第一液体に前記検出物質を含ませた後、
前記第一液体を、前記合流点まで到達させ、前記合流点に接続する前記第五の流路に導入することによって、
前記捕捉部において、捕捉された前記検査対象物質に対して前記検出物質が結合することを有する請求項22に記載の検査方法。 - 前記第四の流路及び前記第三の流路を閉じた状態で、
第二液体を、前記第一の流路の第一端部から導入し、前記分岐点まで到達させ、前記第二の流路へ導入し、
前記第二供給部において、前記第二液体に前記シグナル物質を含ませた後、
前記第二液体を、前記合流点まで到達させ、前記合流点に接続する前記第五の流路に導入することによって、
前記捕捉部において、結合された前記検出物質と前記シグナル物質が相互作用し、前記シグナルが発生することを有する請求項22又は23に記載の検査方法。 - 前記捕捉物質が、前記検査対象物質に結合可能な第一抗体であり、
前記検出物質が、前記検査対象物質に結合可能であり、且つ酵素が標識された第二抗体であり、
前記シグナル物質が、前記酵素によって蛍光物質に変換される蛍光物質前駆体である請求項22〜24の何れか一項に記載の検査方法。 - 流路中の流体の流れを調整するバルブを備えた流体デバイスの製造方法であって、
(a)少なくとも一方の表面に流路として機能し得る溝が形成され、前記溝の底面の一部において突出部が形成された第一樹脂基板と、前記バルブを構成する台座構造が第二面に形成された第二樹脂基板と、薄膜化したエラストマーシートとを用意することと、
(b)前記第一樹脂基板の第一面と前記第二樹脂基板の第二面との間に前記エラストマーシートを挟持し、前記突出部と前記台座構造とが対向するように、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートと前記第二樹脂基板とを重ねることと、
(c)前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートと前記第二樹脂基板とを熱圧着し、基板接合体を得ることと、
を有し、
前記流路の延設方向に見た前記突出部の第一端部から前記突出部の第二端部までの長さが、前記流路の延設方向に見た前記台座構造の長さよりも大きい、流体デバイスの製造方法。 - 前記(c)において、前記エラストマーシートと前記第二樹脂基板とが、前記台座構造を跨いで少なくとも第一固定部と第二固定部において固定される流体デバイスの請求項26に記載の流体デバイスの製造方法。
- 前記第一樹脂基板の融点は前記エラストマーシートのビカット軟化温度よりも高く、前記第一樹脂基板と前記エラストマーシートを熱圧着する際の加熱温度が、前記第一樹脂基板の融点未満、且つ前記エラストマーシートのビカット軟化温度以上である、請求項26又は27に記載の流体デバイスの製造方法。
- 前記第二樹脂基板の融点は前記エラストマーシートのビカット軟化温度よりも高く、前記第二樹脂基板と前記エラストマーシートを熱圧着する際の加熱温度が、前記第二樹脂基板の融点未満、且つ前記エラストマーシートのビカット軟化温度以上である、請求項26〜28の何れか一項に記載の流体デバイスの製造方法。
- 前記基板接合体を構成する前記第二樹脂基板の外側の基板表面に、更に樹脂フィルムを重ねて熱圧着することにより、前記外側の基板表面に予め形成された基板内部側に凹の微細構造を、前記樹脂フィルムによって覆う、請求項26〜29の何れか一項に記載の流体デバイスの製造方法。
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