WO2020090480A1 - マイクロ流体チップおよびマイクロ流体デバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a microfluidic chip and a microfluidic device.
- a microfluidic device is a device that has minute channels through which a liquid flows in order to analyze or synthesize a fluid.
- an organ-on-a-chip has been developed that imitates an animal organ or tissue and cultures cells in a flow channel (Non-Patent Document 1).
- Organ-on-a-chip is used as a substitute for animal experiments in the field of drug discovery, for example.
- Animal experiments are useful in assessing the action and side effects of drugs, but are undesirable from the viewpoint of animal welfare. Further, even if an animal experiment can be performed to evaluate the effect of a drug on an animal of a certain species, the evaluation does not always apply to animals of other species. For example, in an experiment in which a drug is administered to mice, it is not possible to fully understand the action and side effects of the drug on humans. In order to investigate the effects of a drug on an animal, it is desirable to use an organ-on-a-chip in which cells derived from the animal are cultured.
- a microfluidic chip including an Organ-on-a-chip is used by being combined with other members (for example, a holder into which the microfluidic chip is inserted or a plate overlaid on the microfluidic chip). In such a state of use, it is important to seal the liquid and it is desirable that the flow path is not blocked.
- the present invention provides a microfluidic chip and a microfluidic device including the microfluidic chip, which has a high liquid sealing property and does not block a flow channel when used in combination with other members.
- a microfluidic chip has an upper surface, a lower surface opposite to the upper surface, a fluid channel arranged between the upper surface and the lower surface, and communicating with the channel. And at least one communication hole that is opened on at least one of the upper surface and the lower surface, and is formed of an elastomer that is arranged so as to come into contact with a surface on which the communication hole is opened or that is formed on the surface and surrounds the communication hole. At least one annular seal, and at least one support structure that is fixed at a position that overlaps the annular seal inside the flow channel and that secures the height of the flow channel so that the flow channel is not blocked.
- the annular seal when the microfluidic chip is used in combination with another member such that at least one of the upper surface and the lower surface faces the other member, the annular seal is brought into contact with the other member.
- the annular seal is compressed by another member.
- the annular seal is used to surround the hole formed in another member and the communication hole formed in the microfluidic chip, and when compressed, the liquid flows from the hole to the communication hole or from the communication hole to the hole by being compressed.
- the flowing liquid can be sealed.
- the microfluidic chip receives a reaction force from the annular seal, but the support structure fixed at a position overlapping the annular seal inside the channel does not block the channel. Secure the height of.
- FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of the connection channel chip of FIG. 3.
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI of the microfluidic device of FIG. 1.
- FIG. 6 is a back view showing a flow path plate of the microfluidic chip of FIG. 5.
- FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view taken along the line IX-IX of the microfluidic chip of FIG. 7. It is an enlarged back view which shows a part of flow-path board of a microfluidic chip.
- FIG. 6 is a perspective view showing the arrangement of elements of a microfluidic chip. It is a side sectional view showing a microfluidic device concerning a modification of an embodiment. It is a side surface sectional view showing the microfluidic device concerning other modifications of an embodiment.
- FIG. 8 is an enlarged back view showing a part of a flow channel plate of a microfluidic chip according to another modification of the embodiment.
- FIG. 8 is an enlarged back view showing a part of a flow channel plate of a microfluidic chip according to another modification of the embodiment. It is a side surface sectional view showing the microfluidic device concerning other modifications of an embodiment. It is a side surface sectional view showing the microfluidic device concerning other modifications of an embodiment. It is a side sectional view showing the first step in which the microfluidic chip in an embodiment is inserted in the slot of a holder.
- FIG. 19 is a side sectional view showing a stage after FIG. 18. It is a side sectional view showing a microfluidic device concerning other modifications.
- the microfluidic device according to the embodiment is an organ-on-a-chip device. As shown in FIG. 1, the microfluidic device includes a holder 1, a plurality of (two in this embodiment) microfluidic chips 2 held by the holder 1, and a microfluidic chip 2 held by the holder 1 and connected to each other.
- the connection channel chip 3 is provided.
- Each microfluidic chip 2 is a rectangular plate.
- the holder 1 is a substantially rectangular plate and has a plurality of horizontally extending slots 4 into which a plurality of microfluidic chips 2 are respectively inserted along the horizontal direction.
- a rectangular elongated opening 5 into which the rectangular elongated connecting channel chip 3 is fitted is formed on the upper portion of the holder 1.
- connection channel chip 3 As shown in FIGS. 3 and 4, two holes 28 are formed in both ends of the connection channel chip 3, and a connection channel 30 connecting the holes 28 is formed in the center of the connection channel chip 3. Has been formed.
- the connection channel 30 extends along the longitudinal direction of the connection channel chip 3. The two holes 28 do not penetrate the connection channel chip 3 and open on one surface of the connection channel chip 3.
- connection channel chip 3 is formed of a transparent elastomer such as silicone rubber or acrylic rubber whose main component is polydimethylsiloxane (PDMS).
- the method of manufacturing the connection channel chip 3 is not limited, but the connection channel chip 3 can be manufactured by, for example, a 3D printer.
- the outer shape of the connection channel chip 3 is formed around the support material (core) forming the hole 28 and the connection channel 30 by ultraviolet curing PDMS using, for example, a stereolithography method. After that, the hole 28 and the connection channel 30 can be opened by dissolving and removing the support material with an alkaline solution.
- the connection channel chip 3 may be manufactured by joining the parts molded by using a mold formed by photolithography or a 3D printer.
- each microfluidic chip 2 has a flat plate 6 having a rectangular uniform thickness, and a flow path which is a flat plate having a uniform rectangular thickness stacked on the flat plate 6. It has a plate 8.
- the flat plate 6 has a flat upper surface 6a and a flat lower surface 6b parallel to the upper surface 6a.
- the flow path plate 8 has a flat upper surface 8a and a flat lower surface 8b parallel to the upper surface 8a.
- the flat plate 6 and the flow path plate 8 are horizontally arranged, and the flow path plate 8 is arranged above the flat plate 6.
- the upper surface 6a of the flat plate 6 is joined to the lower surface 8b of the flow path plate 8. Therefore, the upper surface 8 a of the flow path plate 8 is the upper surface of the microfluidic chip 2, and the lower surface 6 b of the flat plate 6 is the lower surface of the microfluidic chip 2.
- the flat plate 6 is formed of a transparent material such as glass or acrylic resin.
- the flow path plate 8 is formed of a transparent elastomer, for example, silicone rubber or acrylic rubber whose main component is PDMS.
- the flat plate 6 has a thickness of, for example, 1 mm
- the flow channel plate 8 has a thickness of, for example, 2 mm
- the microfluidic chip 2 has a total thickness of, for example, 3 mm.
- the flat plate 6 has a length larger than that of the flow channel plate 8, and when the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4 as shown in FIG. 1, the entire flow channel plate 8 and a part of the flat plate 6 are Although it is arranged inside the slot 4, the end of the flat plate 6 is exposed.
- the lower surface 8b of the flow path plate 8 is provided with a recess serving as a liquid flow path.
- the recess has a culture chamber recess 14h and passage recesses 16h and 18h that communicate with both ends of the culture chamber recess 14h.
- the flow path plate 8 is formed with a communication hole 10 communicating with the passage recess 16h and a communication hole 12 communicating with the passage recess 18h, and the communication holes 10 and 12 open at the upper surface 8a.
- the flat plate 6 is joined to the flow channel plate 8 to cover the recess and cooperate with the flow channel plate 8 to define the flow channel.
- the flow path includes a culture chamber 14 in which cells of animals (including humans) are cultured, a passage 16 interposed between the communication hole 10 and the culture chamber 14, a communication hole 12 and the culture chamber 14. And a passage 18 interposed therebetween.
- the passages 16 and 18 have a smaller width than the culture chamber 14.
- the passage 16 and the passage 18 have the same width and length as each other.
- the culture chamber 14 is a long space extending along a straight line, and the passages 16 and 18 extend along the same straight line.
- the culture chamber 14 and the passages 16 and 18 may be bent or curved.
- the line segment connecting the two communication holes 10 and 12 arranged at both ends of the flow channel is inclined with respect to the insertion direction in which the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4.
- the culture chamber 14 and the passages 16 and 18 linearly extend along this line segment.
- the line segment connecting the two communication holes 10 and 12 may extend along the insertion direction.
- the microfluidic chip 2 has a fluid passage arranged between the upper surface 8a and the lower surface 6b, and two communication holes 10 and 12 communicating with the passage and opening at the upper surface 8a.
- the holder 1 has a laminated upper wall 20, middle wall 22, and lower wall 24.
- the ceiling surface of the slot 4 is the lower surface of the upper wall 20, and the bottom surface of the slot 4 is the upper surface of the lower wall 24.
- the upper wall 20 faces the upper surface 8a of the flow path plate 8 of the plurality of microfluidic chips 2 and the lower wall 24 of the flat plate 6 of the plurality of microfluidic chips 2. Facing the lower surface 6b of.
- the middle wall 22 is arranged between the upper wall 20 and the lower wall 24 and defines the sides of the slot 4.
- the upper wall 20, the middle wall 22 and the lower wall 24 are fixed to each other.
- a plurality of fasteners 25 may be used to fix them, for example, as shown in FIG.
- Each fastener 25 may include, for example, a screw inserted into a through hole 25A (see FIG. 2) that penetrates the upper wall 20, the middle wall 22, and the lower wall 24, and a nut screwed to the screw.
- each fastener 25 may be a clamp mechanism.
- the upper wall 20, the middle wall 22 and the lower wall 24 may be integrally molded.
- the top wall 20, middle wall 22 and bottom wall 24 may be joined using an adhesive, a chemical reaction, or a thermal reaction.
- the upper wall 20, the middle wall 22, and the lower wall 24 are made of, for example, an opaque resin material, but may be made of a transparent material.
- the upper wall 20 has a plurality of holes 26 formed therein.
- the plurality of holes 26 penetrates the upper wall 20 and is used as an inlet or an outlet for the liquid or an outlet for the air that is pushed by the liquid and flows.
- an opening 5 is formed in the upper wall 20.
- the opening 5 penetrates the upper wall 20, and the connection channel chip 3 is fitted and fixed in the opening 5.
- the plurality of holes 28 formed in the connection channel chip 3 fitted in the opening 5 open in the slot 4.
- a fastener for fixing the connection channel chip 3 to the opening 5 may be used.
- connection channel chip 3 can also be considered to be a part of the holder 1. That is, the holder 1 can be considered to include the upper wall structure 19 having the upper wall 20 and the connection channel chip 3, the middle wall 22 and the lower wall 24.
- the ceiling surface of the slot 4 is the lower surface of the upper wall structure 19, and the bottom surface of the slot 4 is the upper surface of the lower wall 24.
- a plurality of observation windows 29 are formed on the upper wall 20.
- the observation window 29 penetrates the upper wall 20.
- each observation window 29 overlaps the culture chamber 14 of the microfluidic chip 2. It is possible to observe the cells in the culture chamber 14 through the observation window 29.
- a microscope for example, can be used to observe the cells.
- a lighting window penetrating the fastener 25 may be formed in the lower wall 24.
- the upper wall 20 is formed of an opaque material. However, even when the upper wall 20 is formed of a transparent material, the upper wall 20 is well observed by a microscope, and therefore, the upper wall 20 is formed. It is preferable that an observation window 29 that penetrates 20 is formed.
- a plurality of grooves 32 and 34 are formed on the lower surface of the upper wall 20.
- the grooves 32 and 34 extend linearly along the longitudinal direction of the slot 4 (the insertion direction in which the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4).
- the hole 26 exists on the extension line of the groove 32
- the hole 28 exists on the extension line of the groove 34.
- the plurality of holes 26 formed in the upper wall 20 of the upper wall structure 19 are substantially coaxial with the communication holes 10 of the flow path plate 8 of the plurality of microfluidic chips 2, respectively.
- the plurality of holes 28 formed in the connection flow path chip 3 of the upper wall structure 19 respectively arranged in the communication hole 10 are substantially connected to the communication holes 12 of the flow path plates 8 of the plurality of microfluidic chips 2. They are coaxially arranged and communicate with the communication holes 12, respectively.
- connection channel 30 extends horizontally and straddles the two slots 4.
- the liquid can be transferred from the channel of one microfluidic chip 2 to the channel of another microfluidic chip 2 via the connection channel 30.
- a plurality of annular seals 36 and 38 made of elastomer are arranged on the upper surface 8a of the flow path plate 8 where the communication holes 10 and 12 open.
- the annular seals 36, 38 are O-rings, but may be rings having other cross-sectional shapes, such as D-rings.
- the material of the annular seals 36, 38 is, for example, silicone rubber, but may be another elastomer.
- the annular seals 36, 38 have the same size, but may have different sizes.
- a concave groove into which the annular seals 36 and 38 are fitted is formed in the upper surface 8a of the flow path plate 8, and the annular seal 36 or 38 is fitted into each concave groove.
- the annular seals 36 and 38 are fixed to the upper surface 8a.
- the annular seals 36, 38 may be bonded to the upper surface 8a.
- the bonding method may be, for example, bonding with an adhesive, or by irradiating oxygen plasma or irradiating ultraviolet rays under vacuum to activate the member surfaces and chemically bond the two members. Good.
- the annular seal 36 is arranged substantially coaxially with the communication hole 10 formed in the flow path plate 8 to surround the communication hole 10, and the annular seal 38 is arranged substantially coaxially with the communication hole 12 formed in the flow path plate 8. It surrounds the communication hole 12. Part of the annular seal 36 overlaps the passage 16 and part of the annular seal 38 overlaps the passage 18.
- the annular seal 36 is disposed substantially coaxially with and surrounds the hole 26 formed in the upper wall 20, and the annular seal 38 is connected to the connection channel chip 3. It is arranged substantially coaxially with the formed hole 28 and surrounds the hole 28. Therefore, the annular seal 36 surrounds the hole 26 formed in the upper wall 20 and the communication hole 10 formed in the flow path plate 8, and the annular seal 38 is formed in the hole 28 and the flow path formed in the connection flow path chip 3. It surrounds the communication hole 12 formed in the plate 8.
- the lower surface 6b of the flat plate 6 of the microfluidic chip 2 slides on the lower wall 24 of the holder 1 and is fixed to the upper surface 8a of the flow path plate 8 with an annular seal. 36 and 38 slide on the upper wall 20 of the holder 1.
- the lower wall 24 continues to be in surface contact with the flat plates 6 of the plurality of microfluidic chips 2.
- the upper wall 20 of the holder 1 and the connection channel chip 3 face the upper surface 8a of the channel plate 8 of the plurality of microfluidic chips 2 and the annular seals 36, 38. Is continuously compressed toward the flow path plate 8.
- the annular seal 36 or 38 is used to surround the hole 26 or 28 formed in the upper wall 20 or the connection channel chip 3 and the communication hole 10 or 12 formed in the channel plate 8, By being compressed, the liquid flowing from the hole 26 or 28 to the communication hole 10 or 12 or the liquid flowing from the communication hole 10 or 12 to the hole 26 or 28 can be sealed.
- FIG. 8 shows a state in which a closed portion 16A is formed in the passage 16 due to the elastic deformation of the flow path plate 8 due to the force received from the annular seal 36.
- the passage 18 may also have a closed portion due to the elastic deformation of the flow path plate 8 due to the force received from the annular seal 38.
- a support structure 40 that secures the height of the passage 16 is fixed at a position overlapping the annular seal 36 inside the passage 16 so as not to close the passage 16.
- a support structure 42 that secures the height of the passage 18 is fixed at a position overlapping the annular seal 38 inside the passage 18 so as not to close the passage 18.
- 9 to 11 show the support structure 40 provided in the passage 16.
- the passage 16, the passage recess 16h, the support structure 40, the communication hole 10 and the hole 26 are shown in FIGS.
- the passage recessed portion 18h, the support structure 42, the communication hole 12 and the hole 28 may be read.
- the support structures 40 and 42 are long, substantially rectangular parallelepiped projections, and are formed on the flow path plate 8.
- the support structure 40 is arranged at the center of the elongated passage recess 16h that constitutes the passage 16 in the width direction, and extends along the longitudinal direction of the passage recess 16h.
- the support structure 42 is also arranged at the center in the width direction of the elongated passage recess 18h forming the passage 18, and extends along the longitudinal direction of the passage recess 18h.
- the depth D of the passage recesses 16h and 18h is, for example, 0.1 mm, and the height of the support structures 40 and 42 may be the same as the depth D.
- the ratio w / W of the width w of the support structures 40, 42 to the width W of the passage recesses 16h, 18h is not limited, but is preferably 0.2 to 0.5, for example. If w / W is too large, the flow of liquid in the passages 16 and 18 is hindered, resulting in a large pressure loss.
- the width W of the passage recesses 16h and 18h may be 1 mm, and the width w of the support structures 40 and 42 may be 0.4 mm. In this case, the ratio w / W is 0.4.
- the flow path plate 8 receives a reaction force from the annular seals 36, 38, but is supported inside the passages 16, 18 at a position overlapping the annular seals 36, 38.
- the structures 40 and 42 ensure the height of the passages 16 and 18 so that the passages 16 and 18 are not blocked.
- the two annular seals 36 and 38 seal at two points, and the two support structures 40 and 42 prevent the passage from being blocked at the two points.
- the flow path plate 8 having the support structures 40 and 42 in the passage recesses 16h and 18h can be manufactured by, for example, soft lithography.
- a mold for molding the flow path plate 8 may be manufactured by forming protrusions on the substrate.
- the mold for molding the flow path plate 8 may be manufactured by a 3D printer.
- the flow path plate 8 itself may be manufactured by a 3D printer.
- the support structures 40, 42 in the passage recesses 16h, 18h are manufactured integrally with the flow path plate 8 as a part of the flow path plate 8.
- the support structures 40 and 42 may be bonded to the flow path plate 8 in which the passage recesses 16h and 18h are formed by using an adhesive, a chemical reaction, or a thermal reaction.
- the flow channel plate 8 may be bonded to the flat plate 6 using an adhesive, a chemical reaction, or a thermal reaction.
- an adhesive for example, when the flow path plate 8 is formed of silicone rubber containing PDMS as a main component and the flat plate 6 is formed of glass, the flow path plate 8 may be bonded to the flat plate 6 by a siloxane bond.
- the height of the support structures 40 and 42 may be the same as the depth of the passage recesses 16h and 18h. However, as shown in FIG. 12, the height of the support structure 40 may be smaller than the depth of the passage recess 16h, and the height of the support structure 42 may be smaller than the depth of the passage recess 18h.
- the support structures 40 and 42 are formed on the flow path plate 8.
- the support structure 43 protruding toward the passage recess 16h may be formed or fixed to the flat plate 6, or the support structure protruding toward the passage recess 18h may be formed on the flat plate 6 or You may fix it.
- support structures may be formed or fixed on both the flow path plate 8 and the flat plate 6.
- one support structure 40 is arranged in the passage 16, and one support structure 42 is also arranged in the passage 18.
- a plurality of support structures 40 may be arranged in the passage 16 and a plurality of support structures 42 may be arranged in the passage 18.
- the ratio w / W of the width w of the support structures 40, 42 to the width W of the passage recesses 16h, 18h is not limited.
- n is the number of linear support structures arranged in one passage recess.
- the width W of the passage recesses 16h and 18h may be 1 mm
- the width w of the support structures 40 and 42 may be 0.2 mm.
- n ⁇ w / W is 0.4.
- the shapes of the support structures 40, 42 are not limited to those in the embodiment.
- a cylindrical support structure 44 may be arranged in the passages 16 and 18.
- the support structures 44 are arranged in three rows, two rows are aligned in the longitudinal direction of the passage, and one central row is offset from the other two rows.
- the ratio D / W of the diameter D of the support structure 44 to the width W of the passage recesses 16h and 18h is not limited, but is not limited to.
- 18 is preferably 0.2 / n to 0.5 / n in order to smooth the flow of liquid.
- n is the number of rows aligned in the longitudinal direction of the support structure 44 arranged in one passage recess, and is 2 in the example of FIG. 15.
- the width W of the passage recesses 16h and 18h may be 1 mm
- the diameter D of the support structures 40 and 42 may be 0.2 mm.
- nD / W is 0.4.
- annular seals 36 and 38 are rings separate from the flow channel plate 8 and fixed to the outer surface (upper surface) of the flow channel plate 8.
- annular seal 46 may be formed as a part of the flow path plate 8 from the same material as the flow path plate 8 so as to surround the communication hole 10, and so as to surround the communication hole 12.
- the annular seal may be formed of the same material as the flow path plate 8 as a part of the flow path plate 8. That is, the annular seal 46 may be a bump or lip protruding from the flow path plate 8.
- the annular seal is preferably manufactured integrally with the flow channel plate 8 as part of the flow channel plate 8, for example by soft lithography.
- the annular seal 48 may be formed of a material different from that of the flow path plate 8 so as to surround the communication hole 10, and a material different from that of the flow path plate 8 so as to surround the communication hole 12.
- an annular seal may be bonded to the outer surface (upper surface) of the flow path plate 8 by using an adhesive, a chemical reaction, or a thermal reaction.
- one microfluidic chip 2 mimics one organ (eg, liver) of an animal, and another microfluidic chip 2 is another organ (eg, lung) of the animal.
- a culture solution containing cells derived from the liver and a drug is provided in the culture chamber 14 of one microfluidic chip 2, and the culture chamber 14 of the other microfluidic chip 2 is provided.
- a culture solution containing cells derived from the lung is provided.
- liver-derived cells produce some substance as a reaction of the drug.
- the substance produced in the former culture chamber 14 is transferred to the latter culture chamber 14, and the action or side effect of the substance on the lung-derived cells is observed using the observation window 29 described above. can do.
- FIG. 18 is a side sectional view showing a first stage in which the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4 of the holder. As shown in FIG. 18, before the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4, the culture fluid 50 is stored not only in the channels and the communication holes 10 and 12, but also in annular seals 36 and 38 that surround the communication holes 10 and 12. To do.
- FIG. 18 shows a state in which the upper surface of the culture medium 50 inside the annular seal 38 surrounding the communication hole 12 is raised, the upper surface of the culture medium 50 inside the annular seal 36 surrounding the communication hole 10 is also raised.
- the amount of the culture solution 50 stored in the microfluidic chip 2 is small, bubbles may be mixed in the culture solution 50 when the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4. It is preferable that the cells in the culture medium 50 do not come into contact with air bubbles, because the growth of the animal cells is inhibited or the cells are killed when exposed to the air.
- the annular seals 36 and 38 are used to store a large amount of the culture solution 50, thereby suppressing the inclusion of bubbles in the culture solution 50 when the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4. be able to.
- the connection channel chip 3 Before the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4, the connection channel chip 3 is fixed in the opening 5 of the holder 1. Therefore, the holder 1 has, for each microfluidic chip 2, two holes 26 and 28 that communicate with the two communication holes 10 and 12, respectively. Thereafter, as shown by the arrow in FIG. 2, the microfluidic chip 2 is moved horizontally toward the deep part of the slot 4. After the microfluidic chip 2 is inserted in the slot 4, each communication hole 10 or 12 leads to one desired hole 26 or 28 in the holder 1. When the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4, if the communication hole 12 arranged on the deep side of the slot 4 moves and passes through the undesired hole 26, bubbles may be mixed into the culture medium 50. If the line segment connecting the communication holes 10 and 12 and the line segment connecting the holes 26 and 28 extends along the insertion direction of the microfluidic chip 2, this situation occurs.
- the line segment that connects the two communication holes 10 and 12 is inclined with respect to the insertion direction, and the line segment that connects the two holes 26 and 28 of the holder 1 similarly to the insertion direction. Since the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4, the communication hole 12 arranged on the deep side of the slot 4 does not pass through an undesired hole and air bubbles are mixed in the culture medium 50. Can be suppressed.
- the inclination angle of the line segment connecting the communication holes 10 and 12 with respect to the insertion direction is not limited, but is, for example, 15 ° to 35 °.
- a plurality of grooves 32 and 34 extending along the insertion direction of the slot 4 are formed on the lower surface of the upper wall 20 of the holder 1.
- the communication hole 10 of each microfluidic chip 2 moves in the slot 4 while overlapping with the groove 32, and finally reaches the desired hole 26 to reach each micropore.
- the communication hole 12 of the fluid chip 2 moves in the slot 4 while overlapping the groove 34, and finally reaches the desired hole 28 (see FIG. 19).
- the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4 and the culture solution 50 filled in the communication holes 10 and 12 and the annular seals 36 and 38 and raised is in contact with the lower surface of the upper wall structure 19, the culture is performed from the lower surface.
- the communication holes 10 and 12 move in the slot 4 while overlapping the grooves 32 and 34 formed on the lower surface of the upper wall structure 19, so that the culture solution 50 is transferred to the lower surface of the upper wall structure 19.
- the contact time can be minimized to prevent bubbles from being mixed in the culture medium 50.
- the width of the groove 32 is preferably larger than the diameter of the culture fluid 50 stored in the annular seal 36. Further, the width of the groove 32 is preferably larger than the outer shape of the annular seal 36 so that the annular seal 36 is not impacted from the lower surface of the upper wall structure 19 during the movement of the microfluidic chip 2.
- the width of the groove 34 is preferably larger than the diameter of the culture solution 50 stored in the annular seal 38. Further, the width of the groove 34 is preferably larger than the outer shape of the annular seal 38 so that the annular seal 38 is not impacted from the lower surface of the upper wall structure 19 during the movement of the microfluidic chip 2.
- the groove 32 is separated from the hole 26, and the groove 34 is separated from the hole 28. This is because the lower surface of the upper wall structure 19 applies a uniform force in the circumferential direction to the annular seals 36 and 38 arranged around the holes 26 and 28.
- the upper wall structure 19 of the holder 1 includes the connection channel chip 3 fixed to the holder 1, and the connection channel 30 and the hole 28 are formed in the connection channel 30.
- the connection channel chip 3 it is possible to fix the connection channel chip 3 to the holder 1 after filling the connection channel 30 and the hole 28 with the culture solution 50 (for example, the culture solution containing neither cells nor drugs). is there.
- the connection channel 30 having the connection channel 30 and the hole 28 filled with the culture solution 50 is fixed to the holder 1.
- the culture fluid 50 does not flow down from the connection channel chip 3 due to the interfacial tension. Thereafter, while moving the microfluidic chip 2 horizontally, as shown in FIG.
- the culture solution 50 filled in the communication hole 12 and the annular seal 38 is supplied to the connection channel 30 and the hole 28 of the connection channel chip 3. It is connected to the culture solution 50 filled with the solution.
- the connection channel chip 3 is fixed to the holder 1 after the microfluidic chip 2 is inserted into the slot 4, when the connection channel chip 3 is moved downward, it is placed in the culture solution 50. Air bubbles may be mixed in.
- the substance produced in the culture chamber 14 of one microfluidic chip 2 is transferred to another microfluidic chip 2 (for example, lungs).
- a new culture solution is injected into the through hole 26 communicating with the communication hole 10 of the former microfluidic chip 2.
- a syringe for example, a syringe pump
- the culture solution 50 containing the substance generated in the culture chamber 14 imitating the liver is pushed by the new culture solution and the communication hole 12 and It flows into the hole 28, further passes through the connection flow path 30, passes through the other hole 28 and the communication hole 12, and flows into the culture chamber 14 that mimics the lung.
- An excessive amount of the culture solution 50 in the culture chamber 14 that mimics the lungs is discharged from the communication hole 10 and the through hole 26 that communicate with the culture chamber 14.
- the compressed annular seals 36, 38 described above are capable of sealing liquids.
- the culture fluid 50 is transferred from the flow channel of one microfluidic chip 2 to the flow channel of another microfluidic chip 2 to obtain the culture fluid 50. It is possible to prevent air from being mixed in.
- connection channel 30 and the hole 28 are formed in the single connection channel chip 3.
- connection channel 30 may be formed in a member different from the member in which the hole 28 is formed, and these members may be joined.
- connection channel 30 and the hole 28 may be formed in the upper wall 20.
- microfluidic device is an organ-on-a-chip device.
- the invention may be applied to other microfluidic devices, such as other devices for analyzing animal body fluids or other liquids.
- a plurality of microfluidic chips 2 are inserted into a plurality of slots 4 of the holder 1 along the horizontal direction to form a microfluidic device.
- one microfluidic chip 2 may be horizontally inserted into one slot 4 of the holder 1 to form a microfluidic device.
- the grooves 32 and 34 are formed in the upper wall structure 19 of the holder 1.
- the grooves 32 and 34 are not always essential.
- the microfluidic device may have a laminated structure including at least one wall structure that is overlaid on at least one microfluidic chip, instead of the holder 1.
- FIG. 20 shows an example of such a laminated microfluidic device.
- This microfluidic device has an upper wall (upper wall structure) 52, a lower wall 53, and a microfluidic chip 54.
- the upper wall 52 and the lower wall 53 are arranged horizontally, and the microfluidic chip 54 is arranged between the upper wall 52 and the lower wall 53.
- the microfluidic device may have an upper structure (not shown) on the upper wall 52 and a lower structure (not shown) under the lower wall 53.
- the microfluidic chip 54 has a flat plate 56 having a uniform thickness, and a flow path plate 58 which is a flat plate having a uniform thickness and stacked on the flat plate 56.
- the flat plate 56 has a flat upper surface 56a and a flat lower surface 56b parallel to the upper surface 56a.
- the flow channel plate 58 has a flat upper surface 58a and a flat lower surface 58b parallel to the upper surface 58a.
- the flat plate 56 and the flow path plate 58 are horizontally arranged, and the flow path plate 58 is arranged above the flat plate 56.
- the upper surface 56a of the flat plate 56 is joined to the lower surface 58b of the flow path plate 58. Therefore, the upper surface 58 a of the channel plate 58 is the upper surface of the microfluidic chip 52, and the lower surface 56 b of the flat plate 56 is the lower surface of the microfluidic chip 52.
- the flat plate 56 is formed of a transparent material such as glass or acrylic resin.
- the flow path plate 58 is made of a transparent elastomer such as silicone rubber or acrylic rubber whose main component is PDMS.
- the channel plate 58 may be bonded to the flat plate 56 using an adhesive, a chemical reaction, or a thermal reaction.
- the flow path plate 58 may be bonded to the flat plate 56 by a siloxane bond.
- the lower surface 58 b of the flow path plate 58 is provided with a recess 60 h that serves as a liquid flow path 60.
- the flat plate 56 is joined to the flow channel plate 58, covers the recess 60h, and cooperates with the flow channel plate 58 to define the flow channel 60.
- a communication hole 62 communicating with the recess 60h is formed in the flow path plate 58, and the communication hole 62 opens at the upper surface 58a.
- a communication hole 64 communicating with the recess 60h is formed in the flat plate 56, and the communication hole 64 opens at the lower surface 56b.
- a hole 66 that penetrates the upper wall 52 is formed in the upper wall 52.
- the hole 66 is arranged substantially coaxially with the communication hole 62 of the microfluidic chip 54 and communicates with the communication hole 62.
- the lower wall 53 is formed with a hole 68 penetrating the lower wall 53.
- the hole 68 is arranged substantially coaxially with the communication hole 64 of the microfluidic chip 54 and communicates with the communication hole 64.
- An annular seal 70 made of an elastomer is in contact with the upper surface 58a of the microfluidic chip 54.
- the annular seal 70 surrounds the communication hole 62 of the microfluidic chip 54 and the hole 66 of the upper wall 52.
- the annular seal 70 may or may not be bonded to the upper surface 58a.
- annular seal 72 made of an elastomer is brought into contact with the lower surface 56b of the microfluidic chip 54.
- the annular seal 72 surrounds the communication hole 64 of the microfluidic chip 54 and the hole 68 of the lower wall 53.
- the annular seal 72 may or may not be bonded to the lower surface 56b.
- the upper wall 52 faces the upper surface 58a of the microfluidic chip 54 and compresses the annular seal 70 toward the upper surface 58a.
- a support structure 74 is fixed at a position overlapping the annular seal 70 inside the flow channel 60, and the support structure 74 secures the height of the flow channel 60 so that the flow channel 60 is not blocked.
- the lower wall 53 faces the lower surface 56b of the microfluidic chip 54 and compresses the annular seal 72 toward the lower surface 56b.
- a support structure 76 is fixed in a position overlapping the annular seal 72 inside the flow channel 60, and the support structure 76 secures the height of the flow channel 60 so that the flow channel 60 is not blocked.
- the top surface A lower surface opposite to the upper surface, A fluid flow path disposed between the upper surface and the lower surface, At least one communication hole communicating with the flow path and opening at least one of the upper surface and the lower surface; At least one annular seal formed of an elastomer, which is arranged to contact the surface where the communication hole opens or is formed on the surface and surrounds the communication hole;
- a microfluidic chip comprising: at least one support structure that is fixed at a position that overlaps the annular seal inside the flow channel, and that secures the height of the flow channel so that the flow channel is not blocked. ..
- the annular seal when the microfluidic chip is used in combination with another member such that at least one of the upper surface and the lower surface faces the other member, the annular seal is brought into contact with the other member.
- the annular seal is compressed by another member.
- the annular seal is used to surround the hole formed in another member and the communication hole formed in the microfluidic chip, and when compressed, the liquid flows from the hole to the communication hole or from the communication hole to the hole by being compressed.
- the flowing liquid can be sealed.
- the microfluidic chip receives a reaction force from the annular seal, but the support structure fixed at a position overlapping the annular seal inside the channel does not block the channel. Secure the height of.
- At least one of the upper surface and the lower surface has two communication holes open to the flow path, Two annular seals are arranged so as to surround the communication hole so as to contact the surface where the communication hole opens, or are formed on the surface, 2.
- the two annular seals seal at two points, and at least two support structures prevent the passages from being blocked at the two points.
- At least one microfluidic chip according to clause 1 or 2 A wall structure that is superposed on the microfluidic chip, faces the surface where the communication hole opens, and compresses the annular seal toward the microfluidic chip,
- the wall structure has at least one hole that communicates with at least one of the communication holes of the microfluidic chip when the microfluidic chip is placed on the wall structure and that is surrounded by the annular seal. Fluid device.
- the annular seal when the microfluidic chip is placed on the wall structure, the annular seal is compressed by the wall structure.
- the compressed annular seal can seal the liquid flowing from the hole formed in the wall structure to the communication hole formed in the microfluidic chip or the liquid flowing from the communication hole to the hole.
- the microfluidic chip receives a reaction force from the annular seal, but the support structure fixed at a position overlapping the annular seal inside the channel does not block the channel. Secure the height of.
- the wall structure communicates with the communication holes of the plurality of microfluidic chips and is surrounded by the annular seals.
- a microfluidic device comprising: a connection channel that connects the two holes that respectively communicate with the channels of the fluid chip.
- the wall structure is provided with a connection channel, and the connection channel connects the channels of two microfluidic chips.
- the liquid can be transferred from the channel of one microfluidic chip to the channel of another microfluidic chip via the connection channel.
- a holder holding at least one said microfluidic chip The communication hole of the microfluidic chip opens at the upper surface, and the annular seal is arranged to contact the upper surface or is formed on the upper surface,
- the holder is At least one horizontally extending slot into which the microfluidic chip is inserted; When the microfluidic chip is inserted into the slot, the upper wall structure facing the upper surface and compressing the annular seal toward the upper surface, which is the wall structure,
- the microfluidic device according to clause 3, wherein the microfluidic chip has a lower wall that comes into surface contact with the lower surface when the microfluidic chip is inserted into the slot.
- the annular seal is compressed between the upper wall structure of the holder and the upper surface of the microfluidic chip.
- the compressed annular seal can seal the liquid flowing from the hole formed in the upper wall structure of the holder to the communication hole of the microfluidic chip or the liquid flowing from the communication hole to the hole.
- a holder for holding a plurality of the microfluidic chips The communication holes of the plurality of microfluidic chips are opened on the upper surface, and the annular seal is arranged to be in contact with the upper surface or is formed on the upper surface,
- the holder is A plurality of horizontally extending slots into which the plurality of microfluidic chips are respectively inserted; When the microfluidic chip is inserted into the slot, the upper wall structure that is the wall structure that faces the upper surfaces of the plurality of microfluidic chips and compresses the annular seal toward the upper surface,
- the annular seal is compressed between the upper wall structure of the holder and the upper surface of the microfluidic chip.
- the liquid can be transferred from the channel of one microfluidic chip to the channel of another microfluidic chip via the connection channel provided in the upper wall structure.
- connection channel chip it is possible to fix the connection channel chip to the holder after filling the connection channel with liquid.
- air is mixed in the liquid by transferring the liquid from the flow channel of one microfluidic chip to the flow channel of another microfluidic chip after filling the connection flow channel with the liquid Can be suppressed.
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Abstract
マイクロ流体チップは、上面と、上面の反対側にある下面と、上面と下面との間に配置された流体の流路と、流路に通じており上面または下面で開口する連通孔と、連通孔が開口する上面または下面に接触するよう配置されるか、上面または下面に形成され、連通孔を囲む、エラストマーから形成された環状シールを備える。マイクロ流体チップは、流路の内部における環状シールに重なる位置に固定されて、流路が閉塞されないよう流路の高さを確保する少なくとも1つの支持構造物をさらに備える。
Description
本発明は、マイクロ流体チップおよびマイクロ流体デバイスに関する。
マイクロ流体デバイスは、流体の分析または合成を行うために、液体が流れる微小な流路を有するデバイスである。マイクロ流体デバイスを構成するマイクロ流体チップの一種として、動物の臓器または組織を模倣して、流路で細胞を培養する、organ-on-a-chipが開発されている(非特許文献1)。
Organ-on-a-chipは、例えば創薬分野において、動物実験の代替実験に使用される。動物実験は、薬物の作用および副作用を評価する上で有用であるが、動物愛護の観点から望ましくない。また、たとえ動物実験を行って、ある種の動物に対する薬物の影響を評価できても、他の種の動物にその評価が当てはまるとは限らない。例えば、マウスに薬物を投与する実験では、ヒトへの薬物の作用および副作用を十分に把握することはできない。ある動物のための薬物の影響を調べるためには、その動物由来の細胞を培養するorgan-on-a-chipを使用することが望ましい。
Julia Rogal, et al., "Integration concepts for multi-organ chips: how to maintain flexibility?!", Future Science OA, 2017, [online]、[平成30年9月10日検索]、インターネット(URL:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5481865/)
Organ-on-a-chipを含むマイクロ流体チップは、他の部材(例えば、マイクロ流体チップが挿入されるホルダーまたはマイクロ流体チップに重ねられる板)と結合されて使用される。このような使用状態において、液体の密封が重要であり、かつ流路が閉塞されないことが望ましい。
そこで、本発明は、他の部材と結合されて使用される場合に、液体の密封性が高く、流路が閉塞されないマイクロ流体チップおよびこれを有するマイクロ流体デバイスを提供する。
本発明のある態様に係るマイクロ流体チップは、上面と、前記上面の反対側にある下面と、前記上面と前記下面との間に配置された流体の流路と、前記流路に通じており、前記上面と前記下面の少なくとも一方で開口する少なくとも1つの連通孔と、前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、前記連通孔を囲む、エラストマーから形成された少なくとも1つの環状シールと、前記流路の内部における前記環状シールに重なる位置に固定されて、前記流路が閉塞されないよう前記流路の高さを確保する少なくとも1つの支持構造物とを備える。
この態様においては、上面と下面の少なくとも一方に他の部材が対面するように、マイクロ流体チップが他の部材と結合されて使用される場合に、環状シールが他の部材に接触させられる。環状シールは、他の部材によって圧縮される。環状シールは、他の部材に形成された孔と、マイクロ流体チップに形成された連通孔を囲むように使用され、圧縮されることにより、孔から連通孔に流れる液体、または連通孔から孔に流れる液体を密封することができる。環状シールが圧縮されることに伴い、マイクロ流体チップは環状シールから反力を受けるが、流路の内部における環状シールに重なる位置に固定された支持構造物が、流路が閉塞されないよう流路の高さを確保する。
以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面において縮尺は、必ずしも実施形態の製品を正確に表してはおらず、一部の寸法を誇張して表現している場合もある。
実施形態に係るマイクロ流体デバイスは、organ-on-a-chipデバイスである。図1に示すように、マイクロ流体デバイスは、ホルダー1と、ホルダー1に保持される複数の(この実施形態では2つの)マイクロ流体チップ2と、ホルダー1に保持されてマイクロ流体チップ2を接続する接続流路チップ3を備える。
各マイクロ流体チップ2は、矩形の板である。図1および図2に示すように、ホルダー1は、ほぼ矩形の板であり、複数のマイクロ流体チップ2が水平方向に沿ってそれぞれ挿入される、水平方向に延びる複数のスロット4を有する。また、ホルダー1の上部には、矩形の長尺な接続流路チップ3が嵌め込まれる矩形の長尺な開口部5が形成されている。
図3および図4に示すように、接続流路チップ3の両端部には、2つの孔28が形成され、接続流路チップ3の中央部には、孔28を接続する接続流路30が形成されている。接続流路30は、接続流路チップ3の長手方向に沿って延びている。2つの孔28は、接続流路チップ3を貫通せず、接続流路チップ3の一面で開口する。
接続流路チップ3は、透明なエラストマー、例えばポリジメチルシロキサン(PDMS)を主成分とするシリコーンゴムまたはアクリルゴムから形成されている。接続流路チップ3を製造する方法は限定されないが、例えば3Dプリンターによって、接続流路チップ3を製造することができる。具体的には、孔28と接続流路30を形成するサポート材(中子)の周囲に、例えば、光造形法を用いて、紫外線硬化型のPDMSで接続流路チップ3の外形を形成し、この後、アルカリ溶液でサポート材を溶解して除去することによって、孔28と接続流路30を開通させることができる。但し、フォトリソグラフィまたは3Dプリンターで形成したモールドを用いて成形した部品を接合することにより、接続流路チップ3を製造してもよい。
図5および図6に示すように、各マイクロ流体チップ2は、矩形の一様な厚さを有する平板6と、平板6に重ねられた矩形の一様な厚さを有する平板である流路板8を有する。平板6は、平坦な上面6aと、平坦で上面6aに平行な下面6bを有する。流路板8は、平坦な上面8aと、平坦で上面8aに平行な下面8bを有する。平板6および流路板8は水平に配置され、流路板8は平板6の上方に配置されている。平板6の上面6aは流路板8の下面8bに接合されている。したがって、流路板8の上面8aはマイクロ流体チップ2の上面であり、平板6の下面6bはマイクロ流体チップ2の下面である。
平板6は、例えばガラスまたはアクリル樹脂のような透明材料から形成されている。流路板8は、透明なエラストマー、例えばPDMSを主成分とするシリコーンゴムまたはアクリルゴムから形成されている。平板6の厚さは、例えば1mmであり、流路板8の厚さは、例えば2mmであり、マイクロ流体チップ2全体の厚さは、例えば3mmである。
平板6は、流路板8よりも大きな長さを有し、図1に示すように、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入された場合、流路板8の全体および平板6の一部はスロット4の内部に配置されるが、平板6の端部は露出する。
図5および図7に示すように、流路板8の下面8bには、液体の流路となる凹部が形成されている。凹部は、培養チャンバー凹部14hと、培養チャンバー凹部14hの両端にそれぞれ通ずる通路凹部16h,18hを有する。流路板8には、通路凹部16hに通ずる連通孔10と、通路凹部18hに通ずる連通孔12が形成されており、連通孔10,12は上面8aで開口する。
平板6は、流路板8に接合され、凹部を覆って、流路板8と協働して流路を画定する。この実施形態では、流路は、動物(ヒトを含む)の細胞が培養される培養チャンバー14と、連通孔10と培養チャンバー14の間に介在する通路16と、連通孔12と培養チャンバー14の間に介在する通路18とを有する。通路16と通路18は、培養チャンバー14よりも小さい幅を有する。通路16と通路18は、互いに同じ幅と長さを有する。
培養チャンバー14は、直線に沿って延びる長尺の空間であり、通路16,18は、同じ直線に沿って延びている。培養チャンバー14と通路16,18を有する流路は、1つの連通孔から他の1つの連通孔に向けて直線状に延びる(曲折または湾曲しない)ので、流路の構造が単純である。但し、培養チャンバー14および通路16,18は、曲折または湾曲していてもよい。この実施形態では、各マイクロ流体チップ2において、流路の両端に配置された2つの連通孔10,12を結ぶ線分は、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される挿入方向に対して傾斜しており、培養チャンバー14および通路16,18は、この線分に沿って直線状に延びている。但し、2つの連通孔10,12を結ぶ線分は、挿入方向に沿って延びていてもよい。
このように、マイクロ流体チップ2は、上面8aと下面6bとの間に配置された流体の流路と、流路に通じており上面8aで開口する2つの連通孔10,12を有する。
図6に示すように、ホルダー1は、積層された上壁20、中壁22、および下壁24を有する。スロット4の天井面は上壁20の下面であり、スロット4の底面は下壁24の上面である。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入されると、上壁20は、複数のマイクロ流体チップ2の流路板8の上面8aに対面し、下壁24は、複数のマイクロ流体チップ2の平板6の下面6bに対面する。中壁22は、上壁20と下壁24の間に配置され、スロット4の側部を画定する。
上壁20、中壁22および下壁24は、互いに固定されている。これらの固定には、例えば、図1に示すように、複数の留め具25を使用してよい。各留め具25は、例えば、上壁20、中壁22および下壁24を貫通する貫通孔25A(図2参照)に挿入されるネジと、ネジに螺合されるナットを備えてよい。あるいは、各留め具25は、クランプ機構であってもよい。あるいは、上壁20、中壁22および下壁24は、一体成形されていてもよい。あるいは、上壁20、中壁22および下壁24は、接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、接合されていてもよい。
上壁20、中壁22および下壁24は、例えば不透明な樹脂材料によって形成されているが、透明な材料によって形成されてもよい。
図1、図2および図6に示すように、上壁20には、複数の孔26が形成されている。複数の孔26は、上壁20を貫通し、液体の入口もしくは出口、または液体に押されて流れる空気の出口として使用される。
また、上壁20には開口部5が形成されている。開口部5は上壁20を貫通し、開口部5には接続流路チップ3が嵌め込まれて固定されている。開口部5に嵌め込まれた接続流路チップ3に形成された複数の孔28は、スロット4内で開口する。図示しないが、接続流路チップ3を開口部5に固定する留め具が使用されてもよい。
接続流路チップ3は、ホルダー1の一部であると考えることもできる。すなわち、ホルダー1は、上壁20と接続流路チップ3を有する上壁構造19、中壁22および下壁24を備えると考えることもできる。スロット4の天井面は上壁構造19の下面であり、スロット4の底面は下壁24の上面である。
さらに、上壁20には、複数の観察窓29が形成されている。観察窓29は上壁20を貫通する。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入された後、各観察窓29は、マイクロ流体チップ2の培養チャンバー14に重なる。観察窓29を通じて、培養チャンバー14内の細胞を観察することが可能である。細胞の観察には、例えば顕微鏡を使用することができる。細胞の観察のための明るさを高めるために、下壁24に留め具25を貫通する採光窓を形成してもよい。この実施形態では、上壁20は不透明な材料から形成されているが、上壁20が透明な材料から形成されている場合であっても、顕微鏡による細胞の観察を良好に行うため、上壁20を貫通する観察窓29が形成されていることが好ましい。
上壁20の下面には、複数の溝32,34が形成されている。溝32,34は、スロット4の長手方向(マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される挿入方向)に沿って直線状に延びる。図1および図2に示すように、溝32の延長線上には、孔26が存在し、溝34の延長線上には、孔28が存在する。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入される際、各マイクロ流体チップ2の連通孔10は、溝32に重なりながら、スロット4内を移動し、各マイクロ流体チップ2の連通孔12は、溝34に重なりながら、スロット4内を移動する。スロット4の深部側に配置された孔28が延長線上に存在する溝34は、観察窓29を跨って延びる。
スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入された後、上壁構造19の上壁20に形成された複数の孔26は、複数のマイクロ流体チップ2の流路板8の連通孔10にそれぞれほぼ同軸に配置されて、連通孔10にそれぞれ通じ、上壁構造19の接続流路チップ3に形成された複数の孔28は、複数のマイクロ流体チップ2の流路板8の連通孔12にそれぞれほぼ同軸に配置されて、連通孔12にそれぞれ通ずる。
図1に示すように、2つの孔28は接続流路30で接続されている。接続流路30は、水平に延びて2つのスロット4を跨る。接続流路30を介して、1つのマイクロ流体チップ2の流路から他のマイクロ流体チップ2の流路に液体を移送することができる。
連通孔10,12が開口する流路板8の上面8aには、エラストマーから形成された複数の環状シール36,38が配置されている。この実施形態では、環状シール36,38は、Oリングであるが、例えばDリングのような他の断面形状を有するリングであってもよい。環状シール36,38の材料は、例えばシリコーンゴムであるが、他のエラストマーであってもよい。この実施形態では、環状シール36,38は、同じ大きさを有するが、異なる大きさを有してもよい。
この実施形態では、図6に示すように、流路板8の上面8aに環状シール36,38が嵌め込まれる凹溝が形成されており、各凹溝に環状シール36または38が嵌め込まれることによって、環状シール36,38が上面8aに固定されている。環状シール36,38は、上面8aに接合されてもよい。接合の手法としては、例えば接着剤による接着でもよいし、酸素プラズマを照射するか、真空下で紫外線を照射することによって、部材表面を活性化して、2つの部材を化学的に結合してもよい。
環状シール36は、流路板8に形成された連通孔10にほぼ同軸に配置されて連通孔10を囲み、環状シール38は、流路板8に形成された連通孔12にほぼ同軸に配置されて連通孔12を囲む。環状シール36の一部は通路16に重なり、環状シール38の一部は通路18に重なっている。
マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入された後、環状シール36は、上壁20に形成された孔26にほぼ同軸に配置されて孔26を囲み、環状シール38は、接続流路チップ3に形成された孔28にほぼ同軸に配置されて孔28を囲む。したがって、環状シール36は、上壁20に形成された孔26および流路板8に形成された連通孔10を囲み、環状シール38は、接続流路チップ3に形成された孔28および流路板8に形成された連通孔12を囲む。
マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際には、マイクロ流体チップ2の平板6の下面6bはホルダー1の下壁24を摺動し、流路板8の上面8aに固定された環状シール36,38はホルダー1の上壁20を摺動する。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入された後、下壁24は、複数のマイクロ流体チップ2の平板6に面接触し続ける。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入された後、ホルダー1の上壁20および接続流路チップ3は、複数のマイクロ流体チップ2の流路板8の上面8aに対面し、環状シール36,38を流路板8に向けて圧縮し続ける。
このように、環状シール36または38は、上壁20または接続流路チップ3に形成された孔26または28と、流路板8に形成された連通孔10または12を囲むように使用され、圧縮されることにより、孔26もしくは28から連通孔10もしくは12に流れる液体、または連通孔10もしくは12から孔26もしくは28に流れる液体を密封することができる。
環状シール36,38が圧縮されることに伴い、流路板8は環状シール36,38から反力を受ける。このため、図8に示すように、通路16,18内に何もない場合には、流路板8が弾性変形して、通路16,18が閉塞されるおそれがある。図8は、環状シール36から受けた力による流路板8の弾性変形に伴って、通路16に閉塞部16Aが生じた状態を示す。図示しないが、通路18にも同様に、環状シール38から受けた力による流路板8の弾性変形に伴って、閉塞部が生じうる。
そこで、この実施形態では、図9~図11に示すように、通路16の内部における環状シール36に重なる位置に、通路16が閉塞されないよう通路16の高さを確保する支持構造物40が固定されている。また、通路18の内部における環状シール38に重なる位置に、通路18が閉塞されないよう通路18の高さを確保する支持構造物42が固定されている。図9~図11は、通路16内に設けられる支持構造物40を示すが、図9~図11において、通路16、通路凹部16h、支持構造物40、連通孔10および孔26を、通路18、通路凹部18h、支持構造物42、連通孔12および孔28と読み替えてよい。
支持構造物40,42は、長尺なほぼ直方体の突起であり、流路板8に形成されている。支持構造物40は、通路16を構成する長尺な通路凹部16hの幅方向の中央に配置され、通路凹部16hの長手方向に沿って延びている。支持構造物42も、通路18を構成する長尺な通路凹部18hの幅方向の中央に配置され、通路凹部18hの長手方向に沿って延びている。
通路凹部16h,18hの深さD(培養チャンバー凹部14hの深さ)は、例えば0.1mmであり、支持構造物40,42の高さは深さDと同じでよい。
通路凹部16h,18hの幅Wに対する支持構造物40,42の幅wの比w/Wは、限定されないが、例えば0.2~0.5であることが望ましい。w/Wが大きすぎると、通路16,18での液体の流れが阻害され、圧力損失が大きい。例えば、通路凹部16h,18hの幅Wは1mmであってよく、支持構造物40,42の幅wは0.4mmであってよい。この場合、比w/Wは0.4である。
環状シール36,38が圧縮されることに伴い、流路板8は環状シール36,38から反力を受けるが、通路16,18の内部における環状シール36,38に重なる位置に固定された支持構造物40,42が、通路16,18が閉塞されないよう通路16,18の高さを確保する。この実施形態では、2つの環状シール36,38により2箇所で密封が行われ、2つの支持構造物40,42により当該2箇所での流路の閉塞が防止される。
支持構造物40,42を通路凹部16h,18hに有する流路板8は、例えばソフトリソグラフィによって製造することができる。例えば、流路板8を成形するモールドを、基板上に突起を形成することにより、製造してもよい。あるいは、流路板8を成形するモールドを3Dプリンターで製造してもよい。あるいは、流路板8自体を3Dプリンターで製造してもよい。これらの場合、通路凹部16h,18h内の支持構造物40,42は流路板8の部分として、流路板8と一体に製造される。但し、通路凹部16h,18hが形成された流路板8に、支持構造物40,42を接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、接合してもよい。
流路板8は、平板6に接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、接合してよい。例えば、流路板8がPDMSを主成分とするシリコーンゴムから形成され、平板6がガラスから形成される場合には、シロキサン結合によって、流路板8を平板6に接合してよい。
実施形態において、支持構造物40,42の高さは、通路凹部16h,18hの深さと同じでよい。但し、図12に示すように、支持構造物40の高さは、通路凹部16hの深さより小さくてもよく、支持構造物42の高さも、通路凹部18hの深さより小さくてもよい。
実施形態において、支持構造物40,42は、流路板8に形成されている。但し、図13に示すように、通路凹部16hに向けて突出する支持構造物43を平板6に形成または固定してもよく、通路凹部18hに向けて突出する支持構造物を平板6に形成または固定してもよい。図示しないが、流路板8と平板6の両方に、支持構造物を形成または固定してもよい。
実施形態において、通路16には1つの支持構造物40が配置され、通路18にも1つの支持構造物42が配置されている。但し、図14に示すように、通路16には複数の支持構造物40が配置されてもよく、通路18にも複数の支持構造物42が配置されてもよい。通路凹部16h,18hに複数の直線状の支持構造物40,42が配置される場合、通路凹部16h,18hの幅Wに対する支持構造物40,42の幅wの比w/Wは、限定されないが、通路16,18での液体の流れを円滑にするため、例えば0.2/n~0.5/nであることが望ましい。nは、1つの通路凹部に配置される直線状の支持構造物の数である。例えば、通路凹部16h,18hの幅Wは1mmであってよく、支持構造物40,42の幅wは0.2mmであってよい。この場合、n・w/Wは0.4である。
また、支持構造物40,42の形状は、実施形態のものに限定されない。例えば、図15に示すように、円柱状の支持構造物44を通路16,18に配置してもよい。図15において、支持構造物44は、3列に配列されており、2列は通路の長手方向に揃えられ、中央の1列は、他の2列とずれている。通路凹部16h,18hに複数の円柱状の支持構造物44が配置される場合、通路凹部16h,18hの幅Wに対する支持構造物44の直径Dの比D/Wは、限定されないが、通路16,18での液体の流れを円滑にするため、例えば0.2/n~0.5/nであることが望ましい。nは、1つの通路凹部に配置される支持構造物44の長手方向に揃えられた列の数であり、図15の例では2である。例えば、通路凹部16h,18hの幅Wは1mmであってよく、支持構造物40,42の直径Dは0.2mmであってよい。この場合、n・D/Wは0.4である。
実施形態において、環状シール36,38は、流路板8と別個のリングであって、流路板8の外面(上面)に固定されている。但し、図16に示すように、連通孔10を囲むように、流路板8の一部として流路板8と同じ材料から環状シール46を形成してもよく、連通孔12を囲むように、流路板8の一部として流路板8と同じ材料から環状シールを形成してもよい。つまり、環状シール46は、流路板8から突出するバンプまたはリップであってもよい。この場合、好ましくは、例えばソフトリソグラフィによって、環状シールは、流路板8の部分として、流路板8と一体に製造される。
あるいは、図17に示すように、連通孔10を囲むように、流路板8と異なる材料から環状シール48を形成してもよく、連通孔12を囲むように、流路板8と異なる材料から環状シールを形成してもよい。この場合、流路板8の外面(上面)に環状シールを接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、接合してもよい。
次に、実施形態に係るorgan-on-a-chipデバイスであるマイクロ流体デバイスの使用例を説明する。organ-on-a-chipデバイスにおいて、1つのマイクロ流体チップ2は動物の1つの臓器(例えば肝臓)を模倣し、他の1つのマイクロ流体チップ2は当該動物の他の1つの臓器(例えば肺)を模倣する。例えば、1つのマイクロ流体チップ2の培養チャンバー14には、肝臓由来の細胞と薬剤(例えば抗がん剤)を含む培養液が配備され、他の1つのマイクロ流体チップ2の培養チャンバー14には、肺由来の細胞を含む培養液が配備される。前者の培養チャンバー14において、薬剤の反応として肝臓由来の細胞がなんらかの物質を生成する。十分な時間の経過後、前者の培養チャンバー14で生成された物質を後者の培養チャンバー14に移送し、当該物質が肺由来の細胞に及ぼす作用または副作用を、上記の観察窓29を用いて観察することができる。
この実施形態では、マイクロ流体チップ2の流路(培養チャンバー14および通路16,18)と連通孔10,12に、培養液(細胞または細胞と薬剤を含む)を満たした後に、培養液に気泡が混入することを抑制しながら、マイクロ流体チップ2をスロット4に水平方向に沿って挿入することが容易である。図18は、マイクロ流体チップ2がホルダーのスロット4に挿入される最初の段階を示す側面断面図である。図18に示すように、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される前に、流路と連通孔10,12だけでなく連通孔10,12を囲む環状シール36,38に培養液50を貯留する。培養液50の上面は、表面張力により盛り上がる。図18は、連通孔12を囲む環状シール38内の培養液50の上面が盛り上がった状態を示すが、連通孔10を囲む環状シール36内の培養液50の上面も同様に盛り上がる。マイクロ流体チップ2に貯留される培養液50の量が少ない場合には、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際に、培養液50内に気泡が混入するおそれがある。動物の細胞は、空気にさらされると、成長が阻害されたり死滅したりするので、培養液50内の細胞は気泡に触れないことが好ましい。この実施形態では、環状シール36,38を用いて多量の培養液50を貯留することにより、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際に、培養液50に気泡が混入することを抑制することができる。
マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される前に、接続流路チップ3はホルダー1の開口部5に固定される。したがって、ホルダー1は、各マイクロ流体チップ2について、2つの連通孔10,12とそれぞれ通ずる2つの孔26,28を有する。この後、図2の矢印に示すように、マイクロ流体チップ2はスロット4の深部に向けて水平方向に沿って移動させられる。マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入された後、各連通孔10または12はホルダー1の1つの所望の孔26または28に通ずる。マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際、スロット4の深部側に配置される連通孔12が移動しながら、所望でない孔26を通過すると、培養液50に気泡が混入するおそれがある。仮に、連通孔10,12を結ぶ線分、ひいては孔26,28を結ぶ線分がマイクロ流体チップ2の挿入方向に沿って延びている場合には、この事態が生じる。
しかし、この実施形態では、2つの連通孔10,12を結ぶ線分は、挿入方向に対して傾斜しており、ホルダー1の2つの孔26,28を結ぶ線分も同様に挿入方向に対して傾斜しているため、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際、スロット4の深部側に配置される連通孔12は所望でない孔を通過することがなく、培養液50に気泡が混入することを抑制することができる。挿入方向に対する連通孔10,12を結ぶ線分の傾斜角度は、限定されないが、例えば15°~35°である。
また、ホルダー1の上壁20の下面には、スロット4の挿入方向に沿って延びる複数の溝32,34が形成されている。スロット4にマイクロ流体チップ2が挿入される際、各マイクロ流体チップ2の連通孔10は、溝32に重なりながら、スロット4内を移動し、最終的に所望の孔26に到達し、各マイクロ流体チップ2の連通孔12は、溝34に重なりながら、スロット4内を移動し、最終的に所望の孔28に到達する(図19参照)。マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される際、連通孔10,12および環状シール36,38に満たされて盛り上がった培養液50が上壁構造19の下面に接触する場合には、下面から培養液50が剪断力を受け続けながらスロット4内を移動するので、培養液50の一部が環状シール36,38から溢れ続け、連通孔10,12が所望の孔26,28に到達した時、連通孔10,12内の培養液50の量が大幅に減少し、培養液50内に気泡が混入するおそれがある。この実施形態では、連通孔10,12が、上壁構造19の下面に形成された溝32,34に重なりながら、スロット4内を移動することにより、培養液50が上壁構造19の下面に接触する時間を最小限にし、培養液50に気泡が混入することを抑制することができる。
溝32の幅は、環状シール36で貯留される培養液50の直径より大きいことが好ましい。また、マイクロ流体チップ2の移動の間、上壁構造19の下面から環状シール36に衝撃が与えられないように、溝32の幅は、環状シール36の外形より大きいことが好ましい。溝34の幅は、環状シール38で貯留される培養液50の直径より大きいことが好ましい。また、マイクロ流体チップ2の移動の間、上壁構造19の下面から環状シール38に衝撃が与えられないように、溝34の幅は、環状シール38の外形より大きいことが好ましい。
図1に示すように、溝32は孔26から離間しており、溝34は孔28から離間している。これは、孔26,28の周囲に配置される環状シール36,38に上壁構造19の下面が周方向にわたって均一な力を与えるためである。
ホルダー1の上壁構造19は、ホルダー1に固定される接続流路チップ3を備えており、接続流路30および孔28は、接続流路30に形成されている。図19から明らかなように、接続流路30および孔28に培養液50(例えば細胞も薬剤も含まない培養液)を充填した後、ホルダー1に接続流路チップ3を固定することが可能である。好ましくは、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入される前に、接続流路30および孔28に培養液50が充填された接続流路チップ3をホルダー1に固定する。界面張力により培養液50は接続流路チップ3から流れ落ちない。この後、マイクロ流体チップ2を水平に移動しながら、図19に示すように、連通孔12と環状シール38に満たされた培養液50を、接続流路チップ3の接続流路30および孔28に満たされた培養液50と接続させる。逆に、マイクロ流体チップ2がスロット4に挿入された後で、接続流路チップ3をホルダー1に固定する場合には、接続流路チップ3を下方に移動させる際に、培養液50内に気泡が混入するおそれがある。
このorgan-on-a-chipデバイスの使用において、1つのマイクロ流体チップ2(例えば肝臓を模倣するマイクロ流体チップ)の培養チャンバー14で生成された物質を他の1つのマイクロ流体チップ2(例えば肺を模倣するマイクロ流体チップ)の培養チャンバー14に移送する場合には、前者のマイクロ流体チップ2の連通孔10に通ずる貫通孔26に新たな培養液を注入する。新たな培養液の注入には、シリンジ(例えばシリンジポンプ)を利用してよい。この貫通孔26および連通孔10に新たな培養液が注入されることにより、肝臓を模倣する培養チャンバー14で生成された物質を含む培養液50が新たな培養液に押されて連通孔12および孔28に流れ、さらに接続流路30を通過して、他の孔28および連通孔12を経て、肺を模倣する培養チャンバー14に流入する。肺を模倣する培養チャンバー14にあった培養液50のうち余分な量は、この培養チャンバー14に通ずる連通孔10および貫通孔26から排出される。上記の圧縮された環状シール36,38は、液体を密封することができる。また、接続流路30および孔28に培養液50を充填した後、1つのマイクロ流体チップ2の流路から他のマイクロ流体チップ2の流路に培養液50を移送することによって、培養液50内に空気が混入することを抑制することができる。
他の変形例
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記の説明は本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲において、構成要素の削除、追加、置換を含む様々な変形例が考えられる。
例えば、実施形態および変形例では、接続流路30および孔28は、単一の接続流路チップ3に形成されている。但し、孔28が形成された部材と異なる部材に接続流路30を形成して、これらの部材を接合してもよい。また、接続流路30および孔28は上壁20に形成してもよい。
実施形態に係るマイクロ流体デバイスは、organ-on-a-chipデバイスである。但し、本発明は、他のマイクロ流体デバイス、例えば動物の体液またはその他の液体を分析するための他のデバイスに適用してもよい。
実施形態においては、複数のマイクロ流体チップ2がホルダー1の複数のスロット4に水平方向に沿って挿入されて、マイクロ流体デバイスが構成されている。しかし、1つのマイクロ流体チップ2がホルダー1の1つのスロット4に水平方向に沿って挿入されて、マイクロ流体デバイスが構成されてもよい。
実施形態においては、ホルダー1の上壁構造19に溝32,34が形成されている。但し、溝32,34は必ずしも不可欠ではない。
また、マイクロ流体デバイスは、ホルダー1の代わりに、少なくとも1つのマイクロ流体チップに重ねられる少なくとも1つの壁構造を備える積層構造を有していてもよい。図20は、このような積層構造のマイクロ流体デバイスの一例を示す。このマイクロ流体デバイスは、上壁(上壁構造)52、下壁53、およびマイクロ流体チップ54を有する。上壁52と下壁53は水平に配置され、マイクロ流体チップ54は上壁52と下壁53の間に配置されている。マイクロ流体デバイスは、上壁52の上にさらに図示しない上方構造を有してよいし、下壁53の下にさらに図示しない下方構造を有してよい。
マイクロ流体チップ54は、一様な厚さを有する平板56と、平板56に重ねられた一様な厚さを有する平板である流路板58を有する。平板56は、平坦な上面56aと、平坦で上面56aに平行な下面56bを有する。流路板58は、平坦な上面58aと、平坦で上面58aに平行な下面58bを有する。平板56および流路板58は水平に配置され、流路板58は平板56の上方に配置されている。平板56の上面56aは流路板58の下面58bに接合されている。したがって、流路板58の上面58aはマイクロ流体チップ52の上面であり、平板56の下面56bはマイクロ流体チップ52の下面である。
平板56は、例えばガラスまたはアクリル樹脂のような透明材料から形成されている。流路板58は、透明なエラストマー、例えばPDMSを主成分とするシリコーンゴムまたはアクリルゴムから形成されている。流路板58は、平板56に接着剤、化学的反応、または熱的反応を用いて、接合してよい。例えば、流路板58がPDMSを主成分とするシリコーンゴムから形成され、平板56がガラスから形成される場合には、シロキサン結合によって、流路板58を平板56に接合してよい。
流路板58の下面58bには、液体の流路60となる凹部60hが形成されている。平板56は、流路板58に接合され、凹部60hを覆って、流路板58と協働して流路60を画定する。流路板58には、凹部60hに通ずる連通孔62が形成され、連通孔62は上面58aで開口する。平板56には、凹部60hに通ずる連通孔64が形成され、連通孔64は下面56bで開口する。
上壁52には、上壁52を貫通する孔66が形成されている。孔66は、マイクロ流体チップ54の連通孔62にほぼ同軸に配置されて、連通孔62に通ずる。下壁53には、下壁53を貫通する孔68が形成されている。孔68は、マイクロ流体チップ54の連通孔64にほぼ同軸に配置されて、連通孔64に通ずる。
マイクロ流体チップ54の上面58aには、エラストマーから形成された環状シール70が接触させられている。環状シール70は、マイクロ流体チップ54の連通孔62と上壁52の孔66を囲む。環状シール70は、上面58aに接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
マイクロ流体チップ54の下面56bには、エラストマーから形成された環状シール72が接触させられている。環状シール72は、マイクロ流体チップ54の連通孔64と下壁53の孔68を囲む。環状シール72は、下面56bに接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
上壁52は、マイクロ流体チップ54の上面58aに対面し、環状シール70を上面58aに向けて圧縮する。流路60の内部における環状シール70に重なる位置には、支持構造物74が固定されており、支持構造物74は流路60が閉塞されないよう流路60の高さを確保する。
下壁53は、マイクロ流体チップ54の下面56bに対面し、環状シール72を下面56bに向けて圧縮する。流路60の内部における環状シール72に重なる位置には、支持構造物76が固定されており、支持構造物76は流路60が閉塞されないよう流路60の高さを確保する。
上記の変形例は、矛盾しない限り、組み合わせてもよい。
本発明の態様は、下記の番号付けされた条項にも記載される。
条項1.上面と、
前記上面の反対側にある下面と、
前記上面と前記下面との間に配置された流体の流路と、
前記流路に通じており、前記上面と前記下面の少なくとも一方で開口する少なくとも1つの連通孔と、
前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、前記連通孔を囲む、エラストマーから形成された少なくとも1つの環状シールと、
前記流路の内部における前記環状シールに重なる位置に固定されて、前記流路が閉塞されないよう前記流路の高さを確保する少なくとも1つの支持構造物とを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
前記上面の反対側にある下面と、
前記上面と前記下面との間に配置された流体の流路と、
前記流路に通じており、前記上面と前記下面の少なくとも一方で開口する少なくとも1つの連通孔と、
前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、前記連通孔を囲む、エラストマーから形成された少なくとも1つの環状シールと、
前記流路の内部における前記環状シールに重なる位置に固定されて、前記流路が閉塞されないよう前記流路の高さを確保する少なくとも1つの支持構造物とを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
この態様においては、上面と下面の少なくとも一方に他の部材が対面するように、マイクロ流体チップが他の部材と結合されて使用される場合に、環状シールが他の部材に接触させられる。環状シールは、他の部材によって圧縮される。環状シールは、他の部材に形成された孔と、マイクロ流体チップに形成された連通孔を囲むように使用され、圧縮されることにより、孔から連通孔に流れる液体、または連通孔から孔に流れる液体を密封することができる。環状シールが圧縮されることに伴い、マイクロ流体チップは環状シールから反力を受けるが、流路の内部における環状シールに重なる位置に固定された支持構造物が、流路が閉塞されないよう流路の高さを確保する。
条項2.前記上面と前記下面の少なくとも一方で、前記流路に通ずる2つの連通孔が開口し、
2つの環状シールがそれぞれ前記連通孔を囲むように、前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、
少なくとも2つの支持構造物がそれぞれ前記環状シールに重なる位置に固定されている
ことを特徴とする条項1に記載のマイクロ流体チップ。
2つの環状シールがそれぞれ前記連通孔を囲むように、前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、
少なくとも2つの支持構造物がそれぞれ前記環状シールに重なる位置に固定されている
ことを特徴とする条項1に記載のマイクロ流体チップ。
この場合には、2つの環状シールにより2箇所で密封が行われ、少なくとも2つの支持構造物により当該2箇所での流路の閉塞が防止される。
条項3.条項1または2に記載の少なくとも1つの前記マイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チップに重ねられ、前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、前記マイクロ流体チップの少なくとも1つの前記連通孔に通じ、前記環状シールに囲まれる少なくとも1つの孔を有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
前記マイクロ流体チップに重ねられ、前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、前記マイクロ流体チップの少なくとも1つの前記連通孔に通じ、前記環状シールに囲まれる少なくとも1つの孔を有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
この場合には、壁構造にマイクロ流体チップが重ねられると、環状シールが壁構造によって圧縮される。圧縮された環状シールは、壁構造に形成された孔からマイクロ流体チップに形成された連通孔に流れる液体、または連通孔から孔に流れる液体を密封することができる。環状シールが圧縮されることに伴い、マイクロ流体チップは環状シールから反力を受けるが、流路の内部における環状シールに重なる位置に固定された支持構造物が、流路が閉塞されないよう流路の高さを確保する。
条項4.条項2に記載の複数の前記マイクロ流体チップと、
複数の前記マイクロ流体チップに重ねられ、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを複数の前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔にそれぞれ通じ、複数の前記環状シールにそれぞれ囲まれる複数の孔と、2つの前記マイクロ流体チップの前記流路にそれぞれ通ずる2つの前記孔を接続する接続流路とを有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
複数の前記マイクロ流体チップに重ねられ、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを複数の前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔にそれぞれ通じ、複数の前記環状シールにそれぞれ囲まれる複数の孔と、2つの前記マイクロ流体チップの前記流路にそれぞれ通ずる2つの前記孔を接続する接続流路とを有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
この場合には、壁構造には接続流路が設けられ、接続流路は2つのマイクロ流体チップの流路を接続する。接続流路を介して、1つのマイクロ流体チップの流路から他のマイクロ流体チップの流路に液体を移送することができる。
条項5.少なくとも1つの前記マイクロ流体チップが保持されるホルダーを備え、
前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
前記マイクロ流体チップが挿入される、水平方向に延びる少なくとも1つのスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする条項3に記載のマイクロ流体デバイス。
前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
前記マイクロ流体チップが挿入される、水平方向に延びる少なくとも1つのスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする条項3に記載のマイクロ流体デバイス。
この場合には、ホルダーのスロットにマイクロ流体チップが挿入された後、環状シールがホルダーの上壁構造とマイクロ流体チップの上面の間で圧縮される。圧縮された環状シールは、ホルダーの上壁構造に形成された孔からマイクロ流体チップの連通孔に流れる液体、または連通孔から孔に流れる液体を密封することができる。
条項6.複数の前記マイクロ流体チップが保持されるホルダーを備え、
複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
複数の前記マイクロ流体チップがそれぞれ挿入される、水平方向に延びる複数のスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする条項4に記載のマイクロ流体デバイス。
複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
複数の前記マイクロ流体チップがそれぞれ挿入される、水平方向に延びる複数のスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする条項4に記載のマイクロ流体デバイス。
この場合には、ホルダーの複数のスロットに複数のマイクロ流体チップが挿入された後、環状シールがホルダーの上壁構造とマイクロ流体チップの上面の間で圧縮される。上壁構造に設けられた接続流路を介して、1つのマイクロ流体チップの流路から他のマイクロ流体チップの流路に液体を移送することができる。
条項7.前記上壁構造は、前記ホルダーに固定される接続流路チップを備えており、前記接続流路は、前記接続流路チップに形成されている
ことを特徴とする条項6に記載のマイクロ流体デバイス。
ことを特徴とする条項6に記載のマイクロ流体デバイス。
この場合には、接続流路に液体を充填した後、ホルダーに接続流路チップを固定することが可能である。マイクロ流体デバイスの使用において、接続流路に液体を充填した後、1つのマイクロ流体チップの流路から他のマイクロ流体チップの流路に液体を移送することによって、液体内に空気が混入することを抑制することができる。
1 ホルダー
2 マイクロ流体チップ
3 接続流路チップ
4 スロット
5 開口部
6 平板
6a 上面
6b 下面
8 流路板
8a 上面
8b 下面
10,12 連通孔
14 培養チャンバー
16,18 通路
19 上壁構造
20 上壁
22 中壁
24 下壁
26,28 孔
29 観察窓
30 接続流路
32,34 溝
36,38,46,48, 環状シール
40,42 支持構造物
50 培養液
52 上壁(上壁構造)
53 下壁
54 マイクロ流体チップ
56 平板
56a 上面
56b 下面
58 流路板
58a 上面
58b 下面
60 流路
62,64 連通孔
66,68 孔
70,72 環状シール
74,76 支持構造物
2 マイクロ流体チップ
3 接続流路チップ
4 スロット
5 開口部
6 平板
6a 上面
6b 下面
8 流路板
8a 上面
8b 下面
10,12 連通孔
14 培養チャンバー
16,18 通路
19 上壁構造
20 上壁
22 中壁
24 下壁
26,28 孔
29 観察窓
30 接続流路
32,34 溝
36,38,46,48, 環状シール
40,42 支持構造物
50 培養液
52 上壁(上壁構造)
53 下壁
54 マイクロ流体チップ
56 平板
56a 上面
56b 下面
58 流路板
58a 上面
58b 下面
60 流路
62,64 連通孔
66,68 孔
70,72 環状シール
74,76 支持構造物
Claims (7)
- 上面と、
前記上面の反対側にある下面と、
前記上面と前記下面との間に配置された流体の流路と、
前記流路に通じており、前記上面と前記下面の少なくとも一方で開口する少なくとも1つの連通孔と、
前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、前記連通孔を囲む、エラストマーから形成された少なくとも1つの環状シールと、
前記流路の内部における前記環状シールに重なる位置に固定されて、前記流路が閉塞されないよう前記流路の高さを確保する少なくとも1つの支持構造物とを
備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。 - 前記上面と前記下面の少なくとも一方で、前記流路に通ずる2つの連通孔が開口し、
2つの環状シールがそれぞれ前記連通孔を囲むように、前記連通孔が開口する面に接触するよう配置されるか、前記面に形成され、
少なくとも2つの支持構造物がそれぞれ前記環状シールに重なる位置に固定されている
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ流体チップ。 - 請求項1または2に記載の少なくとも1つの前記マイクロ流体チップと、
前記マイクロ流体チップに重ねられ、前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、前記マイクロ流体チップの少なくとも1つの前記連通孔に通じ、前記環状シールに囲まれる少なくとも1つの孔を有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。 - 請求項2に記載の複数の前記マイクロ流体チップと、
複数の前記マイクロ流体チップに重ねられ、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔が開口する前記面に対面し、前記環状シールを複数の前記マイクロ流体チップに向けて圧縮する壁構造とを備え、
前記壁構造は、前記壁構造に前記マイクロ流体チップが重ねられると、複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔にそれぞれ通じ、複数の前記環状シールにそれぞれ囲まれる複数の孔と、2つの前記マイクロ流体チップの前記流路にそれぞれ通ずる2つの前記孔を接続する接続流路とを有する
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。 - 少なくとも1つの前記マイクロ流体チップが保持されるホルダーを備え、
前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
前記マイクロ流体チップが挿入される、水平方向に延びる少なくとも1つのスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ流体デバイス。 - 複数の前記マイクロ流体チップが保持されるホルダーを備え、
複数の前記マイクロ流体チップの前記連通孔は、前記上面で開口し、前記環状シールは、前記上面に接触するよう配置されるか、前記上面に形成され、
前記ホルダーは、
複数の前記マイクロ流体チップがそれぞれ挿入される、水平方向に延びる複数のスロットと、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記上面に対面し、前記環状シールを前記上面に向けて圧縮する、前記壁構造である上壁構造と、
前記スロットに前記マイクロ流体チップが挿入されると、複数の前記マイクロ流体チップの前記下面に面接触する下壁とを有する
ことを特徴とする請求項4に記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記上壁構造は、前記ホルダーに固定される接続流路チップを備えており、前記接続流路は、前記接続流路チップに形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載のマイクロ流体デバイス。
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