专利名称：微流体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及微流体器件。
背景技术：
近年来，微流体器件用于分析流体样本。微流体器件使得这种样本和其它流体在每个微流路中流动，并且还使得在其中进行化学和生物化学反应。因此，监测到包含在样本中的监测对象材料(例如见JP-A-2006-337221)。图10描述了在JP-A-2006-337221中描述的微流体器件。在JP-A-2006-337221中描述的微流体器件101电化学监测包含在样本中的过敏原。微流体器件101具有基板104，其中堆叠两个基板构件102和103。在基板构件102和 103之间形成微流路105。微流路105包括反应部分106、监测部分107、以及连接反应部分 106和监测部分107的耦合部分108。特别地吸收包含在样本中的过敏原的抗体固定在反应部分106中。电极109配置有监测部分107。经受预处理以将预定酵结合到过敏原的样本被使得在微流路105中流动。包含在样本中的过敏原由在反应部分106中固定的抗体捕获。因此，包含基板材料的缓冲溶液被使得在微流路105中流动，所述缓冲溶液要由结合到过敏原的酵改变为电极活性材料。包含在缓冲溶液中的基板材料在工艺中变化，其中缓冲溶液在反应部分106中流动、由结合到在反应部分106中捕获的过敏原的酵变成电极活性材料。该电极活性材料达到监测部分 107并且作用在电极109上，以藉此产生电流。包含在样本中的过敏原通过测量电流而被监测。在JP-A-2006-337221中所描述的器件中，与在反应区域106处的相比，在监测部分107处的微流路厚度(即，底表面与顶表面之间的距离)被设定为小的。这利于电极反应材料在电极109上的反应。因此，可增强该器件的灵敏度。
发明内容
为了防止产生气泡和稳定流体运输，在JP-A-2006-337221中描述的微流体器件中，连接反应部分106和监测部分107的耦合部分108形成为锥形，使得微流路的厚度从反应部分106朝向监测部分107逐渐减少，该反应区域106和监测区域107在微流路的厚度上彼此不同。然而，仍将在耦合部分108中产生气泡。图11示意性地描述了在图10中描述的微流体器件中的流体运输。由于流体L的表面张力，流体L的前部趋向于在其其余部分之前沿着微流路105 的每个角部以及基板构件102和103的分界面(在下文中通常称为边缘)移动，所述基板构件102和103暴露于微流路105。虽然边缘类似地存在于微流路105的宽度方向上的两侧上，但是沿着一个侧面上的边缘流动的流体L的前部趋于在流体L的其余部分前面移动 (见图11A)。在监测区域107中，流体的流率是高的，在该监测区域107中微流路的厚度与在反应部分106的厚度相比是小的。因而，流体快速扩张以润湿其表面。因此，流体的前部在耦合部分108的宽度方向上沿着对应于一个侧面的边缘在其其余部分的前面移动。当流体达到监测部分107时，监测部分107的端部在流体的随后部分达到监测区域107之前填充流体。因此，在耦合部分108，气泡A在耦合部分108的宽度方向上被捕获在一个侧面上。由于气泡，流体的流动在微流路的宽度方向上变得不均勻。因此，扰乱了稳定的流体运输(见图 11B-11D)。本发明在上述环境中实现。本发明的目的在于提供一种实现稳定流体运输的微流体器件。根据本发明，提供一种包括流动流路的微流体器件，流体在流动流路中流动。流动流路包括主流路和彼此跨过主流路配置的一对分支流路，所述该对分支流路均连接到主流路。主流路包括第一区域、第二区域、以及连接第一区域和第二区域的耦合区域。第二区域在底表面与顶表面之间的距离上比第一区域更小。耦合区域配置成使得其底表面与顶表面之间的距离从第一区域朝向第二区域逐渐减少。配置在主流路中并且连接到该对分支流路中每个的连接区域与耦合区域重叠。该对分支流路至少在连接区域和耦合区域彼此重叠的区域中连接到主流路，通过分别跨接主流路的底表面和顶表面而实现。根据本发明，在连接区域的宽度方向上防止气泡被捕获在一个侧面上。因此，实现稳定的流体运输。
图1是描述了微流体器件示例的视图，示出了本发明的实施例；图2是描述了微流体器件的截面的视图，所述视图沿着图1中的线II-II截取；图3是描述了在图1中所描述的微流体器件的主流路和一对分支流路之间的连接部位的视图；图4是描述了在图1中所描述的微流体器件的主流路与一对分支流路之间的连接部位的视图；图5是示意性地描述了在图1中所描述的微流体器件的分支流路中的每个边缘的切断(division)的平面图；图6A-6D是示意性地描述了在图1中所描述的微流体器件中执行流体运输的视图；图7是描述了根据在图1中所描述的微流体器件的变型示例的在主流路与一对分支流路之间的连接部位的视图；图8是描述了在图7中所描述的主流路与一对分支流路之间的连接部位的视图；图9A-9D是示意性地描述了在图1中所描述的微流体器件中执行流体运输的视图；图10是描述了常规微流体器件的视图；以及图11A-11D是示意性地描述了在图10中所描述的微流体器件中执行流体运输的视图。
具体实施方式
图1和2是微流体器件的示例。将在下文描述的微流体器件使得包含在监测对象材料的流体样本在其中流动。于是，在流动流路中，微流体器件捕获监测对象材料，在被激发时适于发出光线的标记物质耦合到所述监测对象材料。通过观测耦合到被捕获监测对象材料的标记物质的光线发射，探测到监测对象材料。然而，根据本发明的微流体器件并不如此受限制。本发明可应用到例如类似于上述常规器件的微流体器件，其机电地探测监测对象材料。微流体器件1具有基板2。基板2通过堆叠两个基板构件10和11来构造成。具有预定图案的微沟槽12形成在用作下层的基板构件10的前表面上。具有预定图案的微沟槽13形成在基板构件11的后表面上，所述后表面接触基板构件10的前表面。形成两个孔 14和15，以在基板构件11后表面的宽度方向上穿透所述后表面。基板构件11堆叠在基板构件10上。此外，形成于基板构件10中的微沟槽12结合形成于基板构件11中的微沟槽 13。因此，流动流路3形成于基板2中。孔14与流动流路的一端部分连通，并且用作用于将诸如样本的流体引入到流动流路3中的引入孔。孔15与流动流路3的另一端部分重叠， 并且用作用于将流经流动流路3的流体排出的排出孔。如上所述，微流体器件1通过观测标记物质的光线发射而探测监测对象材料。因此，基板构件10和11中的至少一个是透明的。当微流体器件1通过与上述常规技术相类似的方式机电地探测到监测对象材料时，这将与基板构件10和11是否透明无关。例如，树脂用作基板构件10和11的材料。用于构造流动流路3的沟槽12和13 可通过将树脂注入模中、并接着固化树脂来制造，沟槽12和13的图案形成在该模中。替代性地，沟槽12和13可通过在树脂平坦板上热雕刻沟槽12和13的图案来制造。此外，流动流路可配置成通过仅在一个基板构件中形成沟槽并且用另一基板构件覆盖该沟槽来形成。流动流路3包括主流路4和一对分支流路5。主流路4包括引入区域(第一区域)20、监测区域(第二区域)21、用于连接引入区域20和监测区域21的耦合区域、以及排出区域23。引入区域20连接到引入孔14。排出区域23连接到排出孔15。用于探测包含在样本中的监测对象材料的监测机构配置在监测区域21中。如上所述，根据本实施例的微流体器件1配置成在流动流路中捕获监测对象材料并且观测耦合至被捕获监测对象材料的标记物质的光线发射，适于在激发时发射光线的标记物质耦合到该监测对象材料。因此，探测到监测对象材料。用于捕获监测对象材料的机构配置在监测区域21中。例如，在监测对象材料是诸如过敏原的抗原时，通过特别地吸收抗原来捕获抗原的抗体被固定到监测区域21的表面上。监测机构根据用于探测监测对象材料的方法来合适地选择。当监测对象材料与上述常规技术类似地机电探测时，电极配置在监测区域21 的表面上。在监测区域21的流路厚度(底表面30与顶表面31之间的距离)T2与在引入区域20处的流路深度Tl相比是小的。与引入区域20相比，监测区域21是平坦的。因此，包含在样本中的监测对象材料可容易地接触监测区域21的表面，监测机构配置在所述监测区域中。因此，可改进器件的监测灵敏度。引入区域20的流路厚度Tl通常在1毫米(mm) 至2mm之间。优选地，监测区域21的流路厚度T2等于或小于0. 2mm，使得整个样本由于毛细作用力而渗透。耦合区域22成锥形，使得在耦合区域22处的流路厚度从引入区域20朝向监测区域21逐渐减少。在主流路4上彼此配置一对分支流路5，它们均连接到主流路4。主流路4的连接区域M (其连接到分支流路5，即，每个分支流路5的连接端口 25所延伸的区域)被包括在耦合区域22中。整个连接区域M与耦合区域22重叠。因此，每个分支流路5的连接端口 25仅在耦合区域22中开通。连接区域M可与耦合区域22—致。此外，连接区域M可延伸到引入区域20或延伸到监测区域21。图3和4描述了在图1中所描述的主流路4与一对分支流路5中的每个之间的连接部位。然而，图4描述了省除一个基板构件的连接部位。分支流路5通过分别跨接主流路4的底表面和顶表面而连接到主流路4。也就是说，相对于基板2的前表面，分支流路5的底表面32位于比主流路4的底表面30更深的位置。因此，在每个分支流路5的底表面32与主流路4的底表面30之间形成台阶。因此，在连接区域M，邻近于主流路4的底表面30的每个侧边缘30a处提供空间。每个分支流路5 的顶表面33处于比主流路4的顶表面31更浅的位置。因此，在每个分支流路5的顶表面 33与主流路4的顶表面31之间形成台阶。所以，在连接区域M中，邻近于主流路4的顶表面31的侧边缘处提供空间。主流路4的角部沿着其底表面30和顶表面31延伸。由于分支流路5以上述方式连接到主流路4，因此在主流路4的底表面30的侧边缘30a和顶表面31的侧边缘附近提供空间。因此，主流路4的角部在连接区域M处分离。由于主流路4和分支流路5形成于基板构件10和11之间，因此在基板构件10和 11之间的分界面B暴露于主流路4的底表面30与顶表面31之间以及暴露于分支流路5的底表面32与顶表面33之间。在连接区域对，分支流路5通过跨接主流路4的底表面30和顶表面31而连接到主流路4。因此，基板构件10和11之间的分界面B总是延伸通过分支流路5。此外，由于分支流路5跨接基板构件10和11，在平面图中位于基板构件10和11 之间的分界面B在分支流路5中被切断。图5示意性地描述了在平面图中的边缘如何被切断为分支流路5。在图5中，实线表示这样的边缘，所述边缘通过将配置分支流路5的基板构件10 的沟槽12的边缘投影到基板构件10的前表面上来示出。虚线表示这样的边缘，所述边缘通过将配置分支流路5的基板构件11的沟槽13的边缘投影到基板构件11的后表面上来示出。在分支流路5中且在基板构件10和11之间的分界面B (见图3)包括基板构件10 的沟槽12的边缘以及基板构件11的沟槽13的边缘，所述边缘均相对于彼此调节到位。然而，由于在形成沟槽12和13以及组装基板构件10和11中的误差，基板构件10的沟槽12 的边缘与基板构件11的沟槽13的边缘相交。基板构件10和11之间的分界面B在边缘之间的相交点P处不连续地被切断。在下文简要地描述一种使用如上配置的微流体器件1来探测诸如过敏原的抗原的方法。在包含抗原的液态样本上执行用于将标记物质结合到抗原的预处理，所述标记物质适于在激发时发射光线。于是，经受预处理的样本被注入到引入孔14中。减压泵连接到排出孔15。然后，在引入孔14与排出孔15之间引起压力差。因此，注入到引入孔14中的样本被抽吸到流动流路3中。样本从排出孔15排出通过引入区域20、耦合区域22、监测区域21和排出区域23。在样本在监测区域21中流动的过程中，包含在样本中的抗原尤其被固定在监测区域21的表面上的抗体吸收并捕获。于是，激发光线被辐照到监测区域21上。 观测到耦合至由监测区域21捕获的抗原的标记物质的光线发射。包含在样本中的抗原根据光线发射的存在性和强度来探测。已经描述了标记物质通过预处理制成以结合到抗原。然而，在引起样本在引入区域20中流动的过程中，通过初步将标记物质放置到引入区域20的表面上或者在引入区域 20中设置运载标记物质的载体，标记物质可结合到包含在样本中的抗原。图6A-6D示意性地描述了图1中所描述的微流体器件中的流体运输。如上所述，由于流体L的表面张力，流经引入区域20的流体L的前部在其其余部分之前在引入区域20的宽度方向上沿着一个边缘移动。在图6A-6D中所描述的示例中，流体L的前部沿着下侧在其其余部分之前移动，如在附图中所示的(如图6A所示)。流体L的前部达到连接区域22。接着，流体的前部达到在连接区域M连接到分支流路5的引入区域20的侧面处的一端。如上所述，主流路4沿着其底表面30和顶表面 31的侧边缘延伸的角部在连接区域M处分离。此外，如上所述，基板构件10和11之间的分界面B延伸通过分支流路5。因此，沿着边缘前进的流体L的前部沿着分界面B流入到分支流路5中。然而，在主流路4中，流体L的前部保留在连接区域M的引入区域20的侧面的那端处或者被约束不处于其其余部分前面。为了在部分地高达监测区域21的程度上连续地约束流体L的前部不沿着边缘移动，优选地，连接区域M达到耦合区域22的监测区域21的侧面的那端或者延伸至监测区域21超过耦合区域22的监测区域21的侧面的那端 (见图6B)。当流体的前部保持在主流路4的连接区域M的引入区域20的侧面的那端处或者被约束不在其其余部分前面时，流体的随后部分追上其前部。于是，流体流动通过耦合区域 22，使得流经耦合区域22的大致宽度上的中心部分的流体部分在其其余部分前面。如上所述，基板构件10和11之间的分界面B在分支流路5中被不连续地切断。因此，分别流入到分支流路5中的流体部分既不在主流路4中结合到一起通过分界面B也不在其其余部分前面(见图6C)。流体处于其其余部分前面通过耦合区域21的大致宽度上的中心部分的前部逐渐扩散到两侧并且接着流动到监测区域21中。因此，避免气泡被捕获在耦合区域22的一个侧面上。因此，流体运输被稳定化(见图6D)。图7和8描述了在图1中所描述的微流体器件的变型示例的主流路与一对分支流路的每个之间的连接部位。图8描述了其间省除一个基板构件的连接部位。在图7和8所描述的微流体器件中，连接到分支流路5的主流路4的连接区域M 从耦合区域22的监测区域21的侧面的那端延伸至引入区域20。每个分支流路5的流路厚度T3被设定为等于在主流路4的引入区域20处的流路厚度Tl。在连接区域M与引入区域20重叠的区段24b中，每个分支流路5的底表面32和主流路4的底表面30布置成相对于基板2的前表面处于相同的深度。因此，每个分支流路5的顶表面33和主流路4的顶表面31布置在相同深度。也就是说，在区段Mb，每个分支流路5的底表面32与主流路4 的底表面30齐平。每个分支流路5的顶表面33与主流路4的顶表面31齐平。在连接区域M与耦合区域22重叠的区段Ma中，分支流路5通过跨接底表面30和顶表面31而连接到主流路4。主流路4的角部分别沿着其底表面30的侧边缘30a和顶表面31的侧边缘延伸。 每个分支流路5的角部分别沿着底表面32的边缘3 和顶表面33的边缘延伸。分支流路 5以上述方式连接到主流路4，使得主流路4的角部在连接区域M的引入区域20的侧面的那端(即，引入区域20至耦合区域22的近端)分别连接到分支流路5的角部。基板构件 10和11之间的分界面B在连接区域M的引入区域20的侧面的那端处(即在引入区域20 的耦合区域22的近端处)引入到分支流路5中。图9A-9D示意性地描述了图7中所描述的微流体器件中的流体运输。如上所述，在引入区域20中流动的流体前部由于其表面张力而沿着引入区域20 的一个宽度上侧边缘在前面移动。在附图(即，图9A)中所述的示例中，流体的前部沿着下侧在前面移动，如图9A所示。流体的前部达到连接区域M连接到分支流路5的引入区域20的侧面的那端。如上所述，主流路4的角部连接到在此的分支流路5的角部。基板构件10和11的分界面B 被引入到分支流路5中。因此，流体的前部在连接区域M的引入区域20的侧面的那端流入到分支流路5中。在主流路4，流体的前部确切地保留在连接区域M的引入区域20的侧面的那端(见图9B)。当流体的前部保持在连接区域M的引入区域20的侧面的那端时，即在引入区域 20至耦合区域22的近端时，流体的随后部分追上其前部。于是，在主流路4中流动的流体流经连接区域M和从其引出的耦合区域22(见图9C)，以便在大致宽度上的中心部分中移动。流体在其其余部分前面移动通过耦合区域22的大致宽度上的中心部分的前部逐渐扩散至其两侧并且接着流入到监测区域21中。因此，避免气泡被捕获在耦合区域22的一侧上。因此，流体运输被稳定化(见图9D)。因此，流体的前部被设定成在连接区域M的引入区域20的侧面上的那端(即在引入区域20至耦合区域22的近端)流入到分支流路5中。因此，流体的前部被设定为这样的状态，其中流体的前部在主流路4的大致宽度上的中心部分在前面移动，可能达到耦合区域22。因此，可能更确切地保证避免气泡被捕获在耦合区域22的一侧。如上所述，本说明书中所公开的微流体器件是一种包括流体在其中流动的流动流路的微流体器件。流动流路包括主流路和彼此配置在主流路上的一对分支流路，所述一对分支流路均可连接到主流路。主流路包括第一区域、第二区域、以及连接第一区域和第二区域的耦合区域。第二区域在底表面与顶表面之间的距离上小于第一区域。耦合区域配置成使得其底表面与顶表面之间的距离从第一区域朝向第二区域逐渐减少。在主流路中配置并且连接到该对分支流路中的每个的连接区域与耦合区域重叠。该对分支流路至少在连接区域和耦合区域彼此相互重叠的区域中连接到主流路，这通过分别跨接主流路的底表面和顶表面来实现。在本说明书中公开的微流体器件使得，连接区域达到第一区域、以及该对分支流路中每个的底表面与主流路的第一区域中的底表面齐平、以及该对分支流路中每个的顶表面与主流路的第一区域中的顶表面齐平。
本说明书中公开的微流体器件使得，连接区域达到耦合区域的第二区域的侧面的那端或者达到第二区域。本说明书中公开的微流体器件还包括基板，所述基板包括堆叠在其中的多个基板构件。该微流体器件使得，主流路和一对分支流路形成于彼此相邻的两个基板构件之间、并且该对分支流路跨接两个基板构件。本说明书中公开的微流体器件使得，流体被毛细作用力渗入到第二区域中。本说明书中公开的微流体器件使得，在第二区域中底表面与顶表面之间的距离等于或小于0. 2mmο本说明书中公开的微流体器件使得，在所述第二区域中提供监测机构，所述监测机构配置成探测被包含在所述第二区域中流动的流体的监测对象材料。本说明书中公开的微流体器件使得，监测对象材料是抗原、并且监测机构是特别地吸收抗原的抗体。
权利要求
1.一种微流体器件，所述微流体器件包括流体在其中流动的流动流路，其中，流动流路包括主流路和彼此跨过主流路设置的一对分支流路，所述一对分支流路均连接到主流路；其中，主流路包括第一区域、第二区域、以及将第一区域和第二区域连接的耦合区域； 其中，第二区域在其底表面与顶表面之间的距离上小于第一区域； 其中，耦合区域配置成使得在其底表面与顶表面之间的距离从第一区域朝向第二区域逐渐减少；其中，配置在主流路中并且连接到该对分支流路的每个的连接区域与耦合区域重叠；以及其中，该对分支流路至少在连接区域和耦合区域彼此相互重叠的区域中连接到主流路，通过分别跨接主流路的底表面和顶面来实现。
2.根据权利要求1所述的微流体器件，其特征在于，连接区域达到第一区域， 其中，该对分支流路中的每个的底表面与主流路的第一区域中的底表面齐平；以及其中，该对分支流路中的每个的顶表面与主流路的第一区域中的顶表面齐平。
3.根据权利要求1或2所述的微流体器件，其特征在于，连接区域达到在耦合区域的第二区域的侧面的那端或者达到第二区域。
4.根据权利要求1或2所述的微流体器件，还包括 基板，所述基板包括堆叠在其中的多个基板构件；其中，主流路和一对分支流路形成于彼此相邻的两个基板构件之间；以及其中，该对分支流路跨接两个基板构件。
5.根据权利要求1或2所述的微流体器件，其特征在于，流体通过毛细作用力渗透到第二区域中。
6.根据权利要求1或2所述的微流体器件，其特征在于，在第二区域中的底表面与顶表面之间的距离等于或小于0. 2mm。
7.根据权利要求1或2所述的微流体器件，其特征在于，在第二区域中配置监测单元， 所述监测单元配置成探测被包含在于第二区域中流动的流体中的监测对象材料。
8.根据权利要求7所述的微流体器件，其特征在于，监测对象材料是抗原，且其中，监测单元是特别地吸收抗原的抗体。
全文摘要
本发明涉及微流体器件。微流体器件包括在其中流动的流体的流动流路。流动流路包括主流路和彼此跨过主流路提供的一对分支流路，所述该对分支流路均连接到主流路。主流路包括第一区域、第二区域、以及连接第一区域和第二区域的耦合区域。第二区域在底表面与顶表面之间的距离上小于第一区域。耦合区域配置成使得其底表面与顶表面之间的距离从第一区域朝向第二区域逐渐减少。配置在主流路中并且连接到该对分支流路中的每个的连接区域与耦合区域重叠。
文档编号G01N33/50GK102192977SQ201110037570
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者唐木英行, 泽屋敷吉弘 申请人:富士胶片株式会社