专利名称：微流道器件以及微流道器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及微流道器件以及微流道器件的制造方法，该微流道器件设置在利用了压力输液的溶液分析系统内，并在基板上形成有包括多个直线流道以及连接相邻的所述直线流道的端部的弯曲流道的微流道。
背景技术：
近年来，使用微流道器件的科学领域越来越宽，例如被用作用于分离分析的紧凑的媒介、或者用作高效率地进行化学合成或生物化学合成的反应场。其中，在使用了微流道器件的分离分析方法中，以往当在微流道内输送溶液中存在的分离对象试料(以下称为“试料”)时，采用了通过利用试料所具有的电荷在微流道的入口出口施加电压来产生电位差并将该电位差作为驱动力的电泳法或电动色层分离法。称为，作为另外的分离分析方法，还采用了利用通过微流道与试料的接触表面的电荷生成的电渗透流的电色层分离法等。但是，在上述那样的利用电场的分离分析方法中，为了在微流道内输送试料中的分离对象物质，充满微流道内的输送溶剂最好为包含有机或武技盐的缓冲液，并且分离对象物质最好有电荷。即，进行分离分析的对象物质的种类受限制。因此，现状是被应用于上述的分离分析方法的微流道器件只能用于特定用途。另一方面，在液体色层分离法(高速液体色层分离法)中，利用由所谓的力学泵产生的压力差，作为用于输送使分离对象物质被输送的溶剂的驱动力。在该液体色层分离法中，与将电场作为输液驱动力的电泳法等不同，用于输送分离对象物质的溶剂不受限制。作为该溶剂，例如能够使用高浓度有机溶剂至水、以及利用了在宽范围内构建PH条件的无机或有机盐的缓冲液等。此外，不仅溶剂的种类，作为分离对象物质，也可以与有无电荷无关地将无机至有机化合物、以及生物物质、亲水性或疏水性物质等具有宽的特性范围的物质作为对象。从该分离分析条件的可选择性的宽广性，可以相信压力输液式的微流道器件将广泛贡献于很多化学产业和研究领域，例如，在近年来的科学研究以及开发中获得瞩目的超高速分析、在蛋白质组学、代谢物组学等生物领域中要求的超高性能分离、或者在产业中变得重要的大量试料的处理、以及被期待作为下世代化学产业的微化学方法等。此外，已有报告称均勻地配置了微腔的微流道器件的原理性分离分析性能比当前被使用最多的颗粒填充柱的性能高(非专利文献1)。从而，可期待微流道器件的实际使用在上述化学领域的进步中做出更多贡献。但是，迄今为止，在利用了压力输液的液体色层分离法中还没有报告称使用微流道器件，并发现了与实际现行的液体色层分离法用分离介质相等或其以上的分离分析性能。然而，当制作在通过在基板上进行蚀刻处理而形成的微流道内配置微腔的腔型微流道器件时，为了获得分离试料的充分的分离性能，可以设计直线细长的微流道，但是，由于要形成微流道的基板的大小本身有限，并且作为微流道器件的特征的对紧凑性的要求等的情况，需要在有限的面积中以折叠的形状形成多个直线状的微流道(以下称为“直线流道”)，并通过曲线状的微流道(以下称为“弯曲流道”)连接这些直线流道来延长全体流道。但是，在与直线流道相同的宽度设计了将多个直线流道彼此连接的弯曲流道的流道中，在该弯曲流道中溶液的流动、即试料的流动会发生紊乱。该试料的紊流例如是由于弯曲流道的内侧和外侧的试料流之间产生了速度差而引起的。其结果是，没有发现从仅由直线状流道构成的微流道所具有的原理性性能可预测的分离分析性能，包括直线流道以及弯曲流道的微流道全体的分离分析性能大幅度下降。从而，无法实现耐于实用的微流道器件。因此，以往在利用了电泳法的微流道器件中提出了设计弯曲流道，以使试料流经将直线流道彼此连接的弯曲流道的内侧的时间与试料流经弯曲流道的外侧的时间相等 (专利文献1)。此外，还提出了设计弯曲流道，以使弯曲流道的内周和外周的长度相等(专利文献2)。专利文献1 日本国特表2001-523001号公报专利文献2 美国专利第6270641号公报##禾 1」^；· 1 =Analytical Chemistry, Vol. 79, No. 15, August 1,2007
发明内容
发明要解决的问题在使用了上述专利文献1、2所述的微流道的情况下，在利用电场的电泳法中，抑制了弯曲流道中试料的紊流，发现了试料的分离分析性能得到了改善。但是，在利用压力输液的液体色层分离法中，微流道内的试料的流动与利用电泳法的场合不同。因此，在液体色层分离法中，即使使用专利文献1、2所述的微流道，也无法抑制弯曲流道中试料的紊流，无法制造具有与现行的分离分析媒介相同程度的可用的分离分析性能的微流道器件。本发明就是鉴于上述问题而做出的，其目的在于在利用了压力输液的微流道器件中确保微流道的流道长度并高性能地对溶液中的试料进行分离分析。用于解决问题的手段为了达到上述目的，本发明是一种微流道器件，其设置在利用了压力输液的溶液分析系统内，并在基板上形成有微流道，所述微流道包括多个直线流道；以及连接相邻的所述直线流道的端部的弯曲流道，其中，所述弯曲流道的宽度小于所述直线流道的宽度，并且所述弯曲流道的曲率半径!·被设定成使得由下式(1)表示的a的值小于或等于由下式( 表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H的极大点处的a的值。[数学表达式1]a = w/r · · · · (1)[数学表达式2]
权利要求
1. 一种微流道器件，其设置在利用了压力输液的溶液分析系统内，并在基板上形成有微流道，所述微流道包括多个直线流道；以及连接相邻的所述直线流道的端部的弯曲流道，其中，所述弯曲流道的宽度小于所述直线流道的宽度，并且所述弯曲流道的曲率半径r被设定成使得由下式(1)表示的a的值小于或等于由下式(2)表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H的极大点处的a的值，
2.如权利要求1所述的微流道器件，其中，在所述直线流道与所述弯曲流道之间设置有连接部，所述连接部被形成为宽度从所述直线流道朝向所述弯曲流道变小的锥状，所述连接部的内侧的锥形角度大于所述连接部的外侧的锥形角度。
3.如权利要求1所述的微流道器件，其中，所述弯曲流道的曲率半径r基于由上式( 表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H达到极大点的a的值而设定。
4.如权利要求1所述的微流道器件，其中，所述分析系统是高速液体色层分离法或微反应器。
5.如权利要求1所述的微流道器件，其中，构成所述微流道的材料是硅、石英、有机聚合物或碳化硅。
6.如权利要求1所述的微流道器件，其中，基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H为0. 1 μ m 100 μ m。
7.如权利要求6所述的微流道器件，其中，基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H为Ιμπ 10 μπ 。
8.如权利要求6所述的微流道器件，其中，所述弯曲流道的曲率半径r为100 μ m 5000 μ m,所述弯曲流道的宽度w为10 μ m 800 μ Hio
9.如权利要求1所述的微流道器件，其中，所述微流道通过所述直线流道和所述弯曲流道在俯视下具有蜿蜒形状。
10.一种微流道器件的制造方法，所述微流道器件设置在利用了压力输液的溶液分析系统内，并在基板上形成微流道，所述微流道包括多个直线流道；以及连接相邻的所述直线流道的端部的弯曲流道，在所述制造方法中，将所述弯曲流道的宽度设定得比所述直线流道的宽度小，并且设定所述弯曲流道的曲率半径r，使得由下式(1)表示的a的值小于或等于由下式(2) 表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H的极大点处的a的值， a = w/r ····(]_)其中，W:弯曲流道的宽度，U。弯曲流道中的溶液的流道通过速度，y 基于弯曲流道内存在的基材的分子扩散阻碍因子，Dffl 溶液的分子扩散系数。
11.如权利要求10所述的微流道器件，其中，所述弯曲流道的曲率半径r基于由上式( 表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H达到极大点的a的值而设定。
全文摘要
设置在利用了压力输液的溶液分析系统内的微流道器件具有多个直线流道和连接相邻的直线流道的端部的弯曲流道。弯曲流道的宽度(w)小于直线流道的宽度(t)。弯曲流道的曲率半径(r)被设定为使得由下式(1)表示的a的值小于或等于由下式(2)表示的基于所述弯曲流道的形状的理论台阶高度H的极大点处的a的值。其中，w弯曲流道的宽度，uc弯曲流道中的溶液的流道通过速度，γ基于弯曲流道内存在的基材的分子扩散阻碍因子，Dm溶液的分子扩散系数。a＝w/r ····(1)
文档编号G01N35/08GK102369444SQ20108001435
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月29日 优先权日2009年3月31日
发明者和田启男, 小林宏资, 洪锡亨, 清元智文, 田村浩 申请人:东京毅力科创株式会社, 信和化工株式会社