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JP-2026075703-A - 流路チップおよび流路チップの製造方法

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Abstract

【課題】基板に流路を形成して流体を流路に導入することで流体の計測や分析等の処理を行うことを可能とした流路チップにおいて、流体の往復運動を継続的に繰り返した場合であっても、流路に残留した流体に起因して流体の枝分かれを防止する流路チップを提供する。 【解決手段】流体が流れる経路が形成された流路チップであって、前記流路チップの上下方向に延在するように形成された連通路、を有し、前記連通路の下端部の断面積は、前記連通路の他の部分の断面積よりも大きく形成される。 【選択図】 図１

Inventors

  • 高師 修一
  • 服部 和浩
  • 青山 昇平

Assignees

  • 株式会社精工技研

Dates

Publication Date
20260511
Application Date
20241023

Claims (9)

  1. 流体が流れる経路が形成された流路チップであって、 前記流路チップの上下方向に延在するように形成された連通路、を有し、 前記連通路の下端部の断面積は、前記連通路の他の部分の断面積よりも大きいことを特徴とする流路チップ。
  2. 前記連通路の下端部の断面積は、前記連通路の上端部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  3. 前記連通路の下端部の断面積は、前記連通路の上端部と前記下端部との中間に位置する中間部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  4. 前記連通路の幅は、断面視において上方から下方に向かって直線的に大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  5. 前記連通路が複数形成されており、 複数の前記連通路のすべてにおいて、前記連通路の下端部の断面積が前記連通路の他の部分の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  6. 前記上下方向は、前記流路チップの厚さ方向であることを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  7. 前記流路チップは、ベース基板と、第１カバー基板と、第２カバー基板と、により構成され、 前記第１カバー基板と前記第２カバー基板の間に前記ベース基板が配置され、 前記連通路は前記ベース基板を前記上下方向に貫通するように形成され、 前記連通路により前記第１カバー基板の表面と前記第２カバー基板の表面とが連通することを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  8. 前記連通路の縦幅もしくは横幅の少なくとも一方が１ｍｍ以下であるマイクロ流路として使用されることを特徴とする請求項１に記載の流路チップ。
  9. 流体が流れる経路が形成された流路チップの製造方法であって、 前記流路チップの上下方向に延在するように連通路を形成する工程、を有し、 前記連通路の下端部の断面積は、前記連通路の他の部分の断面積よりも大きいことを特徴とする流路チップの製造方法。

Description

本発明は、基板に流体の流路を形成した流路チップおよび流路チップの製造方法に関する。 基板に流路を形成して、流体を流路に導入することで流体の計測や分析等の処理を行うことを可能とした流路チップが使用される。特に少量の流体で流体を処理可能なマイクロ流路チップは、医療、環境、食品等の分野における分析に広く利用されている。反応分析に至るまでに、マイクロ流路チップに形成されている流路内で、流体を混合、注入、送液、昇降温する過程において、流体を繰り返し往復させる必要がある。特許文献１は、板状の基材の両面に流路を形成し、その基材の両面を被覆基材と接合することで流体の流路を形成したマイクロ流路チップを開示している。 特開２００７－１３６３７９号公報 流路チップの一例を示す分解斜視図である。図１に示す流路チップの平面図である。図２のＡ－Ａ線で切断した流路チップの断面図である。連通路の断面積が均一だった場合の液体の流れを示す模式図である。連通路の下端部の断面積を大きく形成した本発明の流路チップを用いた場合の液体の流れを示す模式図である。流路チップの別の例を示す分解斜視図である。図６に示す流路チップの断面図である。流路チップの別の例を示す断面図である。流路チップの別の例を示す斜視図である。流路チップの別の例を示す斜視図である。代表的な連通路の別の例を示す斜視図である。代表的な連通路の別の例を示す斜視図である。流路チップの別の例を示す斜視図である。流路チップの別の例を示す斜視図である。 以下、一例として示す図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は流路チップの一例として流路チップ１を示す分解斜視図である。図２は流路チップ１の平面図である。図３は図２のＡ－Ａ線で切断した流路チップ１の断面図である。図１および図２において流路チップ１の内部に形成された流体の流路を破線で示す（以降同様）。流路チップ１は、基板に流体が流れる経路を形成したものである。本実施形態では、流路の横幅もしくは縦幅（深さ）の少なくとも一方が１ｍｍ以下であるマイクロ流路に流体として液体を流通させるマイクロ流路チップを例として説明する。流路チップ１は、液体の流路が形成されたベース基板１０と、ベース基板１０の上面に接合される第１カバー基板２０と、ベース基板１０の下面に接合される第２カバー基板３０とにより構成される。ベース基板１０、第１カバー基板２０、第２カバー基板３０は、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の樹脂、ガラス、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成される。熱可塑性樹脂の例としては、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、アクリル、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）を例示することができる。熱硬化性樹脂の例としては、フェノール樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドを例示することができる。ベース基板１０、第１カバー基板２０、第２カバー基板３０は、射出成型等、各種の成型方法により作成することができる。図１や図３において、ベース基板１０と第１カバー基板２０と第２カバー基板３０とは互いに離間した状態で表示されているが、ベース基板１０の上面と第１カバー基板２０の下面、またベース基板１０の下面と第２カバー基板３０の上面とは、それぞれ接合された状態で流路チップ１として使用される。各基板の接合方法は特に限定されないが、例えば熱融着により基板同士を接合することが可能である。 ベース基板１０の上面には、液体が流れる流路として上方流路１１が形成されている。上方流路１１は、ベース基板１０の上面が下方に窪んだ部分である。ベース基板１０の下面には、液体が流れる流路として第１の下方流路１２と第２の下方流路１３が形成されている。第１の下方流路１２と第２の下方流路１３は、ベース基板１０の下面が上方に窪んだ部分である。ベース基板１０を上下方向（流路チップ１の厚さ方向）に貫通するように第１の連通路１４、第２の連通路１５が形成されている。第１の連通路１４は上方流路１１と第１の下方流路１２とを連通し、第２の連通路１５は上方流路１１と第２の下方流路１３とを連通する。第２カバー基板３０には、液体の導入口３１と液体の排出口３２が第２カバー基板３０を上下方向に貫通するように形成されている。平面視において第１の下方流路１２の第１の連通路１４と連通しない側の端部と、第２カバー基板３０の導入口３１とが重なる位置に配置される。また、第２の下方流路１３の第２の連通路１５と連通しない側の端部と、排出口３２の位置とが重なり合う位置に配置される。ベース基板１０と第１カバー基板２０と第２カバー基板３０とが接合されたとき、導入口３１から導入された液体が、第１の下方流路１２、第１の連通路１４、上方流路１１、第２の連通路１５、第２の下方流路１３を経由して排出口３２から排出される液体の流路が形成される。図示しないポンプ等を使用して導入口３１から流路内へ液体を導入する。 導入口３１および排出口３２は、平面視で円形の形状を有する。第１の連通路１４および第２の連通路１５は平面視で円形の形状を有するが、上端部から下端部に向けて徐々に径が増加するように形成されている。つまり、第１の連通路１４および第２の連通路１５の断面積が上端部から下端部に向けて徐々に大きくなるように形成されている。第１の連通路１４および第２の連通路１５が上部を切り取った円錐形状を有すると言うこともできる。第１の連通路１４および第２の連通路１５の幅が断面視において上方から下方に向かって直線的に大きくなっていると言うこともできる。第１の下方流路１２は、一端側で導入口３１の円形と同径の円弧形状を有し、他端側で第１の連通路１４の円形と同径の円弧形状を有する。第２の下方流路１３は、一端側で排出口３２の円形と同径の円弧形状を有し、他端側で第２の連通路１５の円形と同径の円弧形状を有する。なお、ベース基板１０や第２カバー基板３０を成形するときの金型に上方流路１１、第１の下方流路１２、第２の下方流路１３、第１の連通路１４、第２の連通路１５、導入口３１、排出口３２の形状を反映して成形することも可能であるし、ベース基板１０や第２カバー基板３０の基本形状を成形した後に切削やレーザー加工等を利用して基板上に流路の形状を形成することも可能である。 第１の連通路１４および第２の連通路１５の下端部の断面積を大きくしたことの効果について説明する。図４は、比較例として、連通路の断面積が均一である場合の液体の流れを示す模式図である。比較例に係る流路チップ１’では、第１の下方流路１２’、第１の連通路１４’、上方流路１１’、第２の連通路１５’、第２の下方流路１３’の順に形成された流路を液体が流通する。ここで、液体を混合、注入、昇降温、送液する過程において、液体の往復運動を継続的に繰り返した場合、図４の上段に示すように流路に残留した微量の液体Ｌが第１の連通路１４’および第２の連通路１５’の壁面に付着する。時間の経過とともに液体Ｌは自重により下方に移動し、第１の連通路１４’および第２の連通路１５’の下端部に蓄積される。このとき、図４の下段に示すように、液体Ｌが第１の連通路１４’および第２の連通路１５’の下方側を塞いでしまう可能性がある。この状態で液体の往復運動を継続的に繰り返すと、第１の連通路１４’の下端と第２の連通路１５’との下端との間が密閉状態となり、気泡Ｂが発生してしまう。気泡Ｂが発生すると、液体の計測や分析等の処理を正しく行うことができなくなる。 図５は、連通路の下端部の断面積を大きく形成した本発明の流路チップ１を用いた場合の液体の流れを示す模式図である。図５に示す流路チップ１においては、液体の往復運動を繰り返すと、図５の上段に示すように流路に残留した液体Ｌが第１の連通路１４および第２の連通路１５の壁面に付着する。時間の経過とともに液体Ｌは自重により下方に移動し、第１の連通路１４および第２の連通路１５の下端部に蓄積される。第１の連通路１４および第２の連通路１５の下端部の断面積を大きく形成しているため、図５の下段に示すように、液体Ｌが第１の連通路１４および第２の連通路１５の下端部に蓄積されても、第１の連通路１４および第２の連通路１５の下方側を塞いでしまうことがなくなる。この状態で液体の往復運動を繰り返すと、図５の下段に示すように残留した液体Ｌと第１の連通路１４および第２の連通路１５との隙間が形成されているため、密閉状態とならない。そのため、本発明の流路チップ１を用いることで、気泡が発生することがなくなる。 以上説明したように、本発明の流路チップ１では、第１の連通路１４および第２の連通路１５の下端部の断面積を第１の連通路１４および第２の連通路１５の他の部分よりも大きく形成することで、液体の往復運動を繰り返しても連通路の下端部に残留した液体と連通路との間に隙間を形成する。これにより、液体の往復運動を継続的に繰り返した場合であっても、流路に残留した液体に起因して気泡が形成されることを抑制することができる。また、ベース基板の上面に上方流路、ベース基板の下面に下方流路を形成し、ベース基板を上下方向に貫通するように連通路を形成しベース基板の上面と下面に第１カバー基板と第２カバー基板とをそれぞれ接合することで、密閉された上方流路と下方流路を有する流路チップを容易に形成することができる。さらに、第１の下方流路と第２の下方流路の間に上方流路を形成し、液体が一旦上方流路を経由して下方流路へ戻ってくる構成とすることで、たとえ微細な気泡が発生したとしても気泡は上方流路に留まる可能性が高く、計測や分析等の処理に気泡が影響を与える可能性を抑制することができる。流路幅が狭いと気泡が処理に影響を与える可能性が高まるので、連通路の縦幅もしくは横幅の少なくとも一方が１ｍｍ以下であるマイクロ流路として使用されるマイクロ流路チップにおいて、特に本発明は有用である。 図６は流路チップの別の例として流路チップ１００を示す分解斜視図である。図７は流路チップ１００の断面図である。流路チップ１００は、液体の流路が形成されたベース基板１１０と、ベース基板１１０の上面に接合される第１カバー基板１２０と、ベース基板１１０の下面に接合される第２カバー基板１３０とにより構成される。第１カバー基板１２０と第２カバー基板１３０は、それぞれ第１カバー基板２０と第２カバー基板３０と同じであるので、説明は省略する。ベース基板１１０の上面には、液体の流路として上方流路１１１が形成されている。ベース基板１１０の下面には、液体の流路として第１の下方流路１１２と第２の下方流路１１３が形成されている。ベース基板１１０を上下方向（流路チップ１００の厚さ方向）に貫通するように第１の連通路１１４、第２の連通路１１５が形成されている。第１の連通路１１４は上方流路１１１と第１の下方流路１１２とを連通し、第２の連通路１１５は上方流路１１１と第２の下方流路１１３とを連通する。第１の連通路１１４と第２の連通路１１５は、平面視で矩形（正方形）の形状を有する。第１の連通路１１４と第２の連通路１１５の断面積は、上端部から下端部に向けて徐々に増加するように形成されている。第１の連通路１１４と第２の連通路１１５が上部を切り取った四角錐状を有すると言うこともできる。連通路の形状以外は、ベース基板１１０はベース基板１０と同様の構造を有する。上述したように、連通路の断面形状を矩形状にした場合であっても、連通路の断面積が上端部から下端部に向けて徐々に大きくなるように形成することで本発明の効果を発揮することができる。 図８は流路チップの別の例として流路チップ２００を示す断面図である。流路チップ２００は、液体の流路が形成されたベース基板２１０と、ベース基板２１０の上面に接合される第１カバー基板２２０と、ベース基板２１０の下面に接合される第２カ