微綜合分析芯片及微綜合分析系統的制作方法

專利名稱：微綜合分析芯片及微綜合分析系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及微綜合分析芯片及微綜合分析系統，特別是涉及具有分支 成多個的分支流路的微綜合分析芯片及微綜合分析系統，該分支流路用于 將檢測體或試劑等液體以規定的分割比分割并輸送。
背景技術：
近年來，通過利用微電機技術及超精密加工技術，開發了將現有的用 于進行試樣制備、化學分析、化學合成等裝置、機構(例如，泵、閥、流 路、傳感器等)等精密化而集成在一個芯片上的微綜合分析芯片。
微綜合分析芯片也被稱為(i - TAS ( Micro total Analysis System:微全 分析系統)、生物反應器、芯片實驗室(Lab-on-chips )、生物芯片，有望應 用于醫療檢查/診斷領域、環境測定領域、農業制造領域。實際上象基因檢 查那樣，在需要復雜工序、熟練的手藝、各種器械的操作時，自動化、高 速化以及簡便化的微綜合分析系統在成本、所需的試樣量、所需時間方面 具有優點，可進行不需選擇時間和場合的分析，可以說效果非常顯著。
在使用這樣的微綜合分析芯片進行分析、檢測等時，將檢測體分割成 多個并使它們分別與不同的試劑反應，即，通過并列地進行多個反應，可 縮短分析所需的時間是很重要的。并且，在定量分析、檢測等中，使檢測 體和試劑以正確的混合比混合并反應是很重要的，為此，將檢測體或試劑 以正確的分割比分割的方法是很重要的。
在現有的微綜合分析芯片中，作為將液體分割的技術，公開了使用所 謂兩相分配法的反應后的溶液的分離方法，例如，提出了這樣一種方法， 即，通過利用并行流動的兩相流路的各層溶解度的不同來分配溶解到溶液 中的微小物，不用混合兩相流路而保持分離的狀態進行反應，在分支部于 層間分離各層而流動(例如，參照專利文獻l)。
或提出了這樣一種方法，即，通過對流路的內面進行處理，使兩相流 路保持平穩地輸送到分支部，在分支部使各個流路平穩并分支(例如，參 照專利文獻2)。
專利文獻1:(日本)特開2001 - 281233號公報 專利文獻2:(日本)特開2005 - 331286號公報
但是，專利文獻1及2的方法都是使用兩相分配法用于將反應后的液 體在相間分離的方法，并沒有想到如上所述的將檢測體或試劑以正確的分 割比分割的情況。特別是，當分割比為l: l之外的情況時，僅僅簡單地將 流路分割為兩部分已經不可能，有必要采用新的方法。
并且，在微綜合分析芯片中，因流路的截面尺寸非常微細，所以，流 路的內壁面和流體之間的毛細管力等相互作用的影響大。該力很容易受到 流路內壁面的表面狀態(表面粗糙或表面附著物等)的影響,即便施加如 專利文獻2所述的內面處理，因它們的影響容易產生分割比例的不均，為 了實現包括分割比為l: l在內的正確的分割比，必須采取某些新的對策。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而開發的，其目的在于提供一種微綜合分析芯 片及微綜合分析系統，該微綜合分析芯片及微綜合分析系統具有分支成多 個、用于將檢測體或試劑等液體以正確的分割比分割并輸送的分支流路， 通過并列地進行多個反應，從而可以縮短分析所需的時間。
本發明的目的可通過如下結構實現。
1. 一種微綜合分析芯片，其特征在于具有用于輸送液體的主流路和 分支成多個、用于將從所述主流路輸送的液體以規定的分割比分割并輸送 的分支流路，分支成多個的所述分支流路的各個流路阻力值的比值，與被 各個所述分支流路分割并輸送的液體的所述規定分割比的倒數大致相等。
2. 如結構1中記栽的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多個 的所述分支流路具有將流路的一部分收縮成比前后的流路細、從而提高流 路阻力的高流路阻力部，各個分支成多個的所述分支流路具有的所述高流 路阻力部的長度的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所述 規定分割比的倒數大致相等。
3. 如結構1中記載的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多個 的所述分支流路的長度的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體 的所述規定分割比的倒數大致相等。
4. 如結構1中記載的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多個 的所述分支流路至少分別具有一個將流;洛的 一部分收縮成比前后的流路 細、從而提高流路阻力的高流路阻力部，各個所述分支流4具有的所述高 流路阻力部的個數的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所 述規定分割比大致相等。
5. —種微綜合分析系統，其特征在于，具有如結構1 4中任一項記 載的微綜合分析芯片、與所述微綜合分析芯片連接并在所述微綜合分析芯 片內用于輸送液體的輸送裝置、檢測在所述微綜合分析芯片上生成的目標 物質的纟企測部。


圖1是表示微綜合分析系統的一個例子的示意圖； 圖2是表示檢測芯片的第一實施例的示意圖； 圖3是用來說明分支流路的第二例的示意圖； 圖4是用來說明分支流路的第三例的示意圖5 (a) ~ (c)是表示高流路阻力部和細流路的優選形狀的示意圖； 圖6是表示檢測芯片的第二實施例的示意圖； 圖7(a) ~ (c)是表示微型泵的構成例的示意圖。
具體實施例方式
以下，基于圖示的實施例說明本發明，但本發明并不限于該實施例。 另外，圖中同一或相同的部分標注同一符號，省略重復說明。
首先，參照圖1說明本發明的微綜合分析系統。圖1是表示微綜合分 析系統的 一個例子的示意圖。
在圖1中，作為本發明的微綜合分析系統的檢測裝置1的結構包括 作為本發明的微綜合分析芯片的檢測芯片100、在檢測芯片內輸送液體的微 型泵組件210、用于促進或抑制檢測芯片內的反應的加熱冷卻組件230、檢 測通過檢測芯片內的反應得到的生成液中所含有的目標物質的檢測部250、 及進行檢測裝置內各部分的驅動、控制、檢測等的驅動控制部270。此處， 微型泵組件210作為本發明的輸送裝置起作用。除此之外，作為輸送裝置 也可使用根據空氣壓力輸送液體的氣壓泵。微型泵組件210的結構包括輸送液體的微型泵211、與微型泵211和 檢測芯片100連接的芯片連接部213、將用于輸送液體的驅動液216供給的 驅動液槽215、及將驅動液216從驅動液槽215供給到微型泵211的驅動液 供給部217等。為了補充驅動液216,驅動液槽215可乂人驅動液供《會部217 中取出并更換。微型泵211上形成有一個或多個泵，當為多個時，可各自 獨立或聯動地驅動。
加熱冷卻組件230由通過珀爾帖元件等構成的冷卻部231及通過加熱 器等構成的加熱部233等構成。不言而喻，加熱部也可通過珀爾帖元件構 成。檢測部250由發光二極管(LED) 251及受光元件(PD ) 253等構成， 光學檢測通過檢測芯片內的反應得到的生成液中所含有的目標物質。
檢測芯片100與通常也稱為分析芯片、微反應器芯片等芯片相同，是 例如以樹脂、玻璃、硅、陶瓷等為材料，通過精密加工技術在其上形成寬 度及高度為數^m 數百pm量級的微細流路的芯片。通常，檢測芯片100 的縱橫尺寸通常大約為數十mm，高度大約為數mm。
檢測芯片100和微型泵211通過芯片連接部213連接并連通，通過驅動 微型泵211,收容在檢測芯片100內的多個收容部的各種試,或檢測體，通 過從微型泵211經由芯片連接部213流入到4企測芯片100的驅動液216而被 輸送。
接著，參照圖2說明本發明的檢測芯片IOO的第一實施例。圖2是表 示檢測芯片100的第一實施例的示意圖。在此，說明將檢測體分割成兩個 流路并使它們分別與兩種試劑反應、用于進行多個項目的分析和檢測的流 路的構成例。
在圖2中，檢測芯片IOO在檢測體貯留部101中注入有檢測體301，試 劑A貝i留部103及試劑B貝i留部105中分別注入試劑A303及試劑B305。 檢測體貯留部101、試劑A貯留部103及試劑B貯留部105各自的上游分 別設置連接有微型泵211的泵連接部107a、 107b及107c,根據從微型泵211 送入的驅動液216,檢測體301、試劑A303及試劑B305被向下游輸送。
檢測體貯留部101的下游設置有檢測體主流路111,檢測體主流路111 的下游設置有分支部121。在本例中，雖然分支部121是以兩個分支的情況 進行說明，但即便是三個分支以上的多分支情況也是相同的。分支部121 一側的下游設置有第一分支路徑123,在第一分支路徑123設置有將流路的 截面收縮為比前后的流路細從而提高流路阻力的、長度L1的第一高流路阻
力部123a,同樣，在分支部121另一側的下游設置有第二分支路徑125,在 第二分支路徑125設置有長度L2的第二高流路阻力部125a。在此，分支部 121、第一分支路徑123及第二分支路徑125作為本發明的分支流路起作用。
另外，上述"流路阻力，，與對流路施加的單位壓力的液體流量的倒數 相當，在流路的入口施加規定的壓力并測量流體流動時的流量，通過將壓 力除以流量即可得到。詳細情況如后所述。
試劑A貯留部103的下游設置有試劑A主流路113,第一分支路徑123 和試劑A主流路113經由節流閥(撥水/<^7") 133及135在第一匯合部 131匯合，第一匯合部131的下游設置有第一混合路徑141，第一混合路徑 141的下游設置有第一檢測部143。在第一匯合部131匯合的檢測體301和 試劑A303在第一混合路徑141混合并被注入到第一檢測部143,在第一招， 測部143進行反應生成反應生成液，通過纟全測部250光學纟企測反應生成液 中所含有的目標物質。在后面詳細論述節流閥。
同樣，試劑B貯留部105的下游設置有試劑B主流路115,第二分支 路徑125和試劑B主流路115經由節流閥153及155在第二匯合部151匯 合，第二匯合部151的下游設置有第二混合路徑161,第二混合路徑161的 下游設置有第二一全測部163。在第二匯合部151匯合的纟全測體301和試劑 B305在第二混合路徑161混合并#皮注入到第二4企測部163,.在第二才全測部 163進行反應而生成反應生成液，通過檢測部250光學檢測反應生成液中所 含有的目標物質。
作為一個例子，將試齊'j A303和檢測體301的混合比設為3: 1,試劑 B305和檢測體301的混合比設為1: l,將第一檢測部143及第二檢測部163 的容積都設為4nm3。此時，向第一檢測部143輸送的試劑A303的輸送量 為3nm3,向第一檢測部143輸送的檢測體301的輸送量為lnm3，向第二檢 測部163輸送的檢測體301的輸送量為2nm3,向第二4企測部163輸送的試 劑B305的輸送量為2nm3。
為了實現上述目的，必須將^r測體301以1: 2的流量比分割并輸送。 因此，在第一分支路徑123設置長度L1的第一高流路阻力部123a,在第二 分支路徑125設置長度L2的第二高流路阻力部125a，將各個流路阻力值的 比值設定為2: 1。具體地說，使第一高流路阻力部123a的長度L1 = 5.0mm，使第二高流路阻力部125a的長度L2 = 2.5mm。第一高流路阻力部123a及 第二高流路阻力部125a的寬度都為50nm，深度都為40pm。將液體的粘度 設為ImPa . s (與20。C的水相當)，則第一高流路阻力部123a及第二高流 路阻力部125a的流路阻力值分別為40xl012 (N.s/m5)、 20x1012 (N.s/m5)。
在此，詳細論述"流路阻力"，"流路阻力，，與對流路施加的單位壓力 的液體流量的倒數相當，在流路的入口施加規定的壓力并測量流體流動時 的流量，通過將壓力除以流量即可求出。特別是，如果是上述例子所述的 細長流路，流路內的液體的流動層流是處于支配地位的情況時，流路阻力 值R可以通過以下公式計算出。
式中，ri為液體粘度、S為流路的截面積、cf)為流^各的等價直徑、L為 流路的長度。另外，等價直徑0在寬度a、高度b的長方形截面時，通 過下式表示。
接著，說明上述檢測芯片100的第一實施例的輸送液體順序。首先， 與泵連接部107a、 107b及107c連接的3個微型泵211以2kPa左右比較弱 的壓力同時驅動。此時，檢測體301、試劑A303及試劑B305分別向下游 輸送，在到達節流閥133、 135、 153及155時，通過因節流閥的節流性而 產生的液體保持力使輸送停止。另外，在該例子中的節流閥的寬度為25pm, 此時節流閥的液體保持力大約為4kPa。
在此，節流閥是指具有疏水性且寬度狹窄的細流路，以規定的壓力以 下的壓力輸送液體時，可通過細流;洛的節流力而4吏液體的流動在該位置停 止。在上述例子中，通過纟啟型泵211輸送液體時，通過經由節流閥133和 135、及節流閥153和155將才企測體301和試劑A303、及才全測體301和試劑 B305引導到第一匯合部131及第二匯合部151,可使輸送液體的時機一致， 以正確的混合比混合檢測體301和試劑A303、及檢測體301和試劑B305。
接著，從3個微型泵211同時施加超過節流閥液體保持力的壓力(例如 10kPa以上)，則才企測體301和試劑A303、及4企測體301和試劑B305同時 在第一匯合部131及第二匯合部151匯合，流入第一混合路徑141及第二
—("x。/[(" + Z )/2]
(公式2)
混合路徑161并被混合，注入到第一檢測部143及第二4企測部163。
此時，^"測體301 ^按照在分支部121的第一高流^^阻力部123a和第二 高流路阻力部125a的阻力值的比值的倒數，以1:2的分割比被分割并輸送。 因試劑A303及試劑B305根據微型泵211的輸送液體壓力可以以任意輸送 量輸送，所以，以上述希望的輸送量且以希望的混合比的混合變為可能。
另外，流路的截面尺寸為數十pm量級的檢測芯片時，在流路的內壁面 和液體之間作用的毛細管力等相互作用力對輸送液體施加大的影響。這樣 的相互作用力很容易受流路的內壁面粗糙或內壁面的附著物等流路表面狀 態的影響。因此，即便想要在分支部以希望的分割比分割液體，由于這樣 的相互作用力的影響很容易產生分割比的不均。
特別是，如本實施例所示，分割為兩路的第一分支路徑123及第二分 支i 各徑125的下游部都i殳置有節流閥133及153，在雙方都通過節流閥133 及153暫時停止液體后，在希望的時機以規定的分割比同時向雙方再輸送 液體時，存在這樣的情況，即，由于節流閥133及153的特性不均，只有 某一個分支路徑的節流閥使液體先通過。
例如，假設檢測體301通過了節流閥133時，節流閥153通過因其節 流力而產生的液體保持壓力而保持4企測體301的前端(以下，稱為彎液部)， 此后，有時會產生這樣的現象，即，檢測體301僅僅流過具有節流閥133 的第一分支路徑123，具有節流閥153的第二分支路徑125的;險測體301無 論經過多長時間不會越過節流閥153。
作為防止上述現象的對策，在本發明中，上述第一高流路.阻力部123a 及第二高流路阻力部125a中的任一個流路阻力值，例如將第一高流路阻力 部123a的流路阻力值設為R,將包含第一高流路阻力部123a的第一分支路 徑123的檢測體301的流量設為Q，在第二分支路徑125中存在的節流閥 53的液體保持壓力的上限值設為P時，通過如下所述的設定即可解決上述 問題。
A x 2 >尸 (公式3) 對第二高流路阻力部125a—側也是相同的。
在此，R x Q與第一高流路阻力部123上游側的端部和下游側的端部之 間的壓力差相當。因液體流過時液體下游側的彎液部的壓力與大氣壓大致
相等，所以，這就意味著第一高流路阻力部123a上游側的端部和大氣壓之 間的壓力差的值大致為Rx Q。這樣，從流路的連接來看，當節流閥153保 持^^測體301的彎液部時，對節流閥153的兩端施加Rx Q的壓力差。因此， 如果第一高流路阻力部123a的RxQ的值是節流閥153的液體保持部壓力 P以上時，可解決上述問題，從節流閥153也可迅速地流出液體，從而以希 望的分割比輸送液體。
作為具體例子，第一高流路阻力部123a的流路阻力值R = 40xl012 (N.s/m5),流過包含第一高流路阻力部123a在內的流路的流量Q = 0.15xl(T9 (m3/s)。此時，RxQ = 6kPa，設定為比節流閱153的液體保持壓 力的上限值P ( =4kPa)大。
另外，微型泵211的輸送壓力增長緩慢時，—因流量Q達到規定的值需 要花費時間，所以，導致在此時間段內RxQ的值變成設定值以下，產生在
達到規定的值之前僅僅在一個流路輸送液體，所以，優選為微型泵211輸 送液體的就緒(立^上力S3)時間盡可能地短。
根據上述本發明的檢測芯片100的第一實施例，通過將分支成多個的 分支流路的各流路阻力值的比值設定為與被所述各分支流路分割并輸送的 液體的所述規定的分割比的倒數大致相等，可實現分支成多個、將檢測體 或試劑等液體以規定的分割比正確地分割并輸送的分支流路，通過并列地 進行多個反應，從而可縮短分析所需的時間。
并且，根據上述本發明的檢測芯片100的第一實施例，在分支路徑設 置節流閥時，通過將高流路阻力部的流路阻力值R設定為滿足(公式3)， 因可以防止僅僅一個分支路徑的節流閥使液體先通過、而無論經過多長時 間液體也不通過另一個分支路徑的現象，所以，可實現分支成多個、將檢 測體或試劑等液體以規定的分割比正確地分割并輸送的分支流路，通過并 列地進行多個反應，從而可縮短分析所需的時間。
接著，參照圖3說明;險測芯片100的第一實施例的分支流路的第二例。 圖3是用于說明分支流路第二例的示意圖。在圖3中，表示與圖2的泵連 接部107a、檢測體貯留部101、檢測體主流路lll、分支部121、第一分支 J洛徑123、第一高流路阻力部123a、第二分支路徑125、第二高流^^阻力部 125a相當的部分。
如果可以將第一分支路徑123及第二分支路徑125的流路阻力值設定
為上述所示的規定值，作為"高流路阻力部，，沒有必要特意附加將流路寬
度變窄的流路。在此，在圖3所示的例子中，在分支部121的下游沒有設 置第一高流路阻力部123a及第二高流路阻力部125a，而是設置以與其它流 路相同的寬度、長度伸長的第一分支路徑123及第二分支路徑125，根據它 們長度調整流路阻力值。
在本例中，第一分支路徑123的長度大約是第二分支路徑125長度的 兩倍，由此，可以將第一分支路徑123的流路阻力值設為第二分支路徑125 的流路阻力值的大約兩倍。
根據上述分支流路的第二例，通過將分支路徑伸長而將流路阻力值設 定為規定值，不用使用高流路阻力部，即可起到與圖2中所示的使用第一 高流路阻力部123a及第二高流路阻力部125a的例子相同的作用，實現同樣 的效果。
接著，參照圖4說明檢測芯片100的第一實施例的分支流路的第三例 子。圖4是用來說明分支流路的第三例子的示意圖。在圖4.中表示用于將 檢測體301分割為1: 2: 5三部分的分支流路的例子，圖示的范圍與圖3 同樣地是與圖2的泵連接部107a、檢測體貯留部101、檢測體主流路111、 分支部121、第一分支路徑123、第一高流路阻力部123a、第二分支路徑125、 第二高流^各阻力部125a相當的部分。
在圖4中，檢測體貯留部101的下游設置有4全測體主流路111，在檢測 體主流路111的下游設置有分支部121。在分支部121的下游并列設置有八 條相同寬度且相同長度的細流路129,八條細流路129的下游，設置有與一 條細流路129連接的第一分支路徑123、與兩條細流路129連接的第二分支 路徑125及與五條細流路連接的第三分支路徑127。此時，在第一分支路徑 123、第二分支路徑125及第三分支路徑127被分割的檢測體301的分割比 為1: 2: 5。
根據上述分支流路的第三例，通過將分支路徑設為并列設置多條相同 形狀的細流路129并對應必要的分割比并列連接細流路129，從而可實現非 常高精度的分割比，實現與圖2及圖3所示的例子相同或更高的高精度分 才斤和4企測。 —
接著，參照圖5說明圖2所示的高流路阻力部及圖4所示的細流路的 優選形狀。圖5是表示高流路阻力部及細流路的優選形狀的示意圖。
圖2所示的高流路阻力部及圖4所示的細流路等寬度狹窄的流路199 既可與前后的流路具有相同的深度，也可僅僅改變該部分的深度。如果深 度變淺，則該部分的流路阻力變高。
另外，該流路阻力部及細流路的出入口部分也可以是圖5 U)所示的 在流路的寬度具有臺階狀的形狀，但在圖5 (a)的形狀中，'由于因出入口 的液體和流^各表面的濕潤性的關系而使保持液體的彎液部變得容易，故有 可能起到與上述"節流閥"相同的作用。因此，高流路阻力部及細流路的 出入口部分、特別是出入口部優選為，如圖5 (b)所示，不形成陡峭的臺 階狀而是設置傾斜部199a的寬度逐漸改變的形狀，或如圖5(c)所示，在 傾斜部199a的基礎上，設置進一步將傾斜部199a的角部倒角成平滑的曲面 部19%的形狀。
接著，參照圖6說明本發明的檢測芯片IOO的第二實施例。圖6是表 示檢測芯片100的第二實施例的示意圖。在此，說明相對于圖2所示的第 一實施例不i殳置節流閥133、 135、 153及155的構成例。
在圖2中，設置了節流閥133、 135、 153及155時，雖然說明了有必 要使高流路阻力部的流路阻力值R、包含高流路阻力部的分支路徑的流量 Q、在另一分支路徑存在的節流閥的液體保持壓力的上限值P滿足(公式3 ) 的關系，但即便在如圖6所示不設置節流閥133、 135、 153及155的情況 下，流路阻力R的值也優選為規定值以上。
之所以這樣是因為，流路的截面尺寸為數十pm量級的檢測芯片時，不 論有沒有節流閥，在流路的內壁面和液體之間作用的毛細管力等相互作用 力的影響下，液體的分割比同樣容易產生不均。將流路截面的截面積設為S、 截面周長設為L、輸送的液體的表面張力設為a、流;咯的內壁面和輸送液體 的彎液部之間的接觸角設為0時，流路的毛細管力Pc可^f吏用下式表示。
= (crDL/S)xcos夕 (公式4) 此時，cose因流路的內壁面粗糙或內壁面的附著物等而很容易產生不 均。即便存在該不均，為了以對分析和檢測沒有影響的精度分割并輸送液
體，至少施加在高流路阻力部兩端的壓力差Pd優選為上述毛細管力Pc的 最大值oiX/S以上。如上所述，施加在高流路阻力部兩端的壓力差Pd因與 另 一個高流路阻力部的流路阻力R和流量Q的乘積R x Q大致相等，所以， 為了滿足公式5的關系，優選為設定各高流路阻力部的流路阻力值R。
i xg〉crQL/51 (公式5)
在圖2所示的具體例中，第一高流路阻力部123a的流路阻力值R為 40x1012 (N.s/m5),流過包含第一高流路阻力部123a的第一分支路徑123 的流量Q為0.15xlCT9 (m3/s)。此時，RxQ的值為6kPa。因第二分支路徑 125其流路截面為寬度200pmx深度25(Vm，輸送的液體的表面張力o與水 大致相等為73 (mN/m),所以，毛細管力Pc的最大值crDL/S的值大約為 1.3kPa, 7>式5的關系成立。
根據上述本發明的檢測芯片100的第二實施例，在分支路徑不設置節 流閥時，通過設定高流路阻力部的流路阻力值R使其滿足公式5，可以不受 因流路的內壁面和液體之間作用的毛細管力等相互作用力而導致的液體分 割比不均的影響，而實現以穩定的分割比分割并輸送液體，通過并列進行 多個反應，從而縮短分析和4企測所需的時間。
接著，參照圖7說明上述檢測芯片100的第一及第二實施例中輸送液 體所使用的微型泵211的一個例子。微型泵211可使用在設置作動器的閥室 的流出流入孔，設置止回閥的止回閥型的泵等各種泵，但優選為使用壓電 泵。圖7是表示微型泵211的構成例的示意圖，圖7(a)是表示壓電泵的 一個例子的剖面圖，圖7(b)是其俯視圖，圖7 (c)是表示壓電泵的其它 例子的剖面圖。
在圖7 (a)及(b)中，微型泵211設置有形成有第一液室408、第 一流路406、加壓室405、第二流路407及第二液室409的基板402;層壓 在基板402上的上側基板401、層壓在上側基板401上的振動板403、層壓 在與振動板403的加壓室405相對的一側的壓電元件404、用于驅動壓電元 件404的未圖示的驅動部。結構為，驅動部和壓電元件404的兩面上的兩 個電極通過由柔性電纜等構成的配線連接，通過該配線由驅動部的驅動電 路將驅動電壓施加到壓電元件404。驅動時，第一液室408、第一流路406、 加壓室405、第二流3各407及第二液室409的內部充滿驅動液216。
作為一個例子，基^反402 4吏用厚度為500拜的感光性玻璃，通過蝕刻 直到達到100pm深度，從而形成第一液室408、第一流路406、加壓室恥5、 第二流路407及第二液室409。第一流路406寬度為25(im，長度為20pm。 另外，第二流路407寬度為25pm,長度為150(im。
通過在基板402上層壓為玻璃基板的上側基板401,從而形成第一液室408、第一流路406、第二液室409及第二流路407的上面。上側基板401 的、與加壓室405的上面4氐"^妄的部分通過蝕刻等^fe加工而貫通。
在上側基板401的上面層壓由厚度為50pm的薄板玻璃構成的振動板 403,在其上，層壓并粘貼例如由厚度為50)im的鈦酸鋯酸鉛(PZT)陶瓷 等構成的壓電元件404。通過來自驅動部的驅動電壓，壓電元件404和被粘 貼的振動板403振動，由此加壓室405的體積增減。
第一流^各406和第二流路407的寬度和深度相同，相比第一流路406 的長度、第二流路407的長度更長，在第一流路406壓力差變大，則在流 路的出入口及其周圍發生紊流，流路阻力增加。另一方面，在第二流路407， 因流路的長度長，所以即便壓力差變大，容易發生層流，與第一流路406 相比，相對壓力差變化而產生的流路阻力的變化比例較小。即，根據壓力 差的大小，第 一 流路406和第二流路407的液體的易流動性的關系變化。 利用它，控制對于壓電元件404的驅動電壓波形并輸送液體。
例如，通過對于壓電元件404的驅動電壓，快速使振動板403向加壓 室405的內方向位移而施加大的壓力差，同時使加壓室405的體積減小， 接著使振動板403從加壓室405向外方向緩慢位移而施加小的壓力差，同 時使加壓室405的體積增大，則液體從加壓室405向第二液室409的方向 (圖7 (a)的B方向)輸送。
與之相反，快速使振動板403向加壓室405的外方向位移而施加大的 壓力差，同時使加壓室405的體積增大，接著使振動板403從加壓室405 向內方向緩慢位移而施加小的壓力差，同時使加壓室405的體積減小，則 液體從加壓室405向第一液室408的方向(圖7 (a)的A方向)輸送。
另外，第一流路406和第二流路407中，相對壓力差變化而產生的流 路阻力的變化比例的不同，沒有必要一定因流路的長度不同而引起，也可 基于其它形狀的不同而引起。
根據如上所述構成的壓電泵211,通過改變泵的驅動壓力及頻率，可以 控制希望的液體輸送方向、輸送速度。在圖7 (a)、圖7 (b)中未圖示，但 第一液室408中設置有與驅動液槽215相連的端口，第一液室408起到"貯 存器"的作用，通過端口接收來自驅動液槽215的驅動液216的供給。第 二液室409形成微型泵組件210的流路，該流路的前端具有芯片連接部213， 其與檢測芯片相連。在圖7(c)中，微型泵211由硅基板471、壓電元件404、基板474及 未圖示的柔性配線構成。硅基板471是通過光刻技術將硅晶片加工成規定 形狀的硅基板，通過蝕刻形成加壓室405、振動^反403、第一流^各406、第 一液室408、第二流路407及第二液室409。驅動時，加壓室405、第一流 路406、第二流路407、第一液室408及第二液室409的內部充滿驅動液216。
基板474上，分別在第一液室408的上部設置端口 472,在第二液室 409的上部設置端口 473，例如，將該微型泵2H與檢測芯片IOO分體時， 可經由端口 473與檢測芯片100的泵連接部連通。例如，通過使端口 472 、 473穿孔的基板474和檢測芯片100的泵連接部附近在上下重疊，可將微型 泵211與檢測芯片100連接。
另外，如前所述，因微型泵211是通過光刻技術將硅晶片加工成規定 形狀，所以，也可在一枚硅基板上形成多個微型泵211。此時，希望在與檢 測芯片100連接的端口 473的相反側的端口 472連接有驅動液槽215。當微 型泵211有多個時，這些端口 472也可與共通的驅動液槽215連接。
上述的微型泵211是小型化，故由從微型泵211到檢測芯片100的配管 等產生的死區容積小，壓力變動小，在此基礎上因可瞬時進行正確的輸出 壓力控制，所以，可通過驅動控制部進行準確的輸送液體控制。
本發明提供一種微綜合分析芯片及微綜合分析系統，如上所述，根據 本發明，通過將分支為多個的分支流路的各流路阻力值的比值，設定為與 被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所述規定分割比的倒數大致相 等，可實現分支成多個、將檢測體或試劑等液體以規定的分割比正確地分 割并輸送的分支流路，通過并列地進行多個反應，從而可縮短分析所需的 時間。
并且，本發明提供一種微綜合分析芯片及微綜合分析系統，根據上述 本發明的檢測芯片100的第一實施例，在分支路徑設置了節流閥時，通過 設定成使高流路阻力部的流路阻力值R滿足(公式3),因可以防止僅僅一 個分支路徑的節流閥使液體先通過、而無論經過多長時間液體也不通過另 一個分支路徑的現象，所以，可實現分支成多個、將檢測體或試劑等液體 以規定的分割比例正確地分割并輸送的分支流路，通過并列地進行多個反 應，從而可縮短分析所需的時間。
另外，關于構成本發明的微綜合分析芯片及微綜合分析系統的各構成的細節結構及細節動作，在不脫離本發明主旨的范圍內可進行各種變更。
權利要求
1.一種微綜合分析芯片，具有用于輸送液體的主流路和分支成多個、用于將從所述主流路輸送的液體以規定的分割比分割并輸送的分支流路，其特征在于分支成多個的所述分支流路的各個流路阻力值的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所述規定分割比的倒數大致相等。
2. 如權利要求1所述的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多 個的所述分支流路具有將流路的一部分收縮成比前后的流路細、從而提高 流路阻力的高流路阻力部，各個分支成多個的所述分支流路具有的所述高 流路阻力部的長度的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所 述規定分割比的倒數大致相等。
3. 如權利要求1所述的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多 個的所述分支流路的長度的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液 體的所述規定分割比的倒數大致相等。
4. 如權利要求1所述的微綜合分析芯片，其特征在于各個分支成多 個的所述分支流路至少分別具有 一個將流路的 一部分收縮成比前后的流路 細、從而提高流路阻力的高流路阻力部，各個所述分支流路具有的所述高 流路阻力部的個數的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所 述規定分割比大致相等。
5. —種微綜合分析系統，其特征在于，具有如權利要求1 4中任一 項所述的微綜合分析芯片、與所述微綜合分析芯片連接并在所述微綜合分 析芯片內用于輸送液體的輸送裝置、檢測在所述微綜合分析芯片上生成的 目標物質的4全測部。
全文摘要
本發明提供一種微綜合分析芯片，具有用于輸送液體的主流路和分支成多個、用于將從所述主流路輸送的液體以規定的分割比例分割并輸送的分支流路，其特征在于分支成多個的所述分支流路的各個流路阻力值的比值，與被各個所述分支流路分割并輸送的液體的所述規定分割比例的倒數大致相等。
文檔編號G01N33/48GK101183103SQ20071018600
公開日2008年5月21日 申請日期2007年11月9日 優先權日2006年11月13日
發明者東野楠, 中島彰久, 山東康博, 青木洋一 申請人:柯尼卡美能達醫療印刷器材株式會社