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流体制御デバイス コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P110005004
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2007-525519
登録番号 特許第4806777号
出願日 平成18年7月19日(2006.7.19)
登録日 平成23年8月26日(2011.8.26)
国際出願番号 JP2006314707
国際公開番号 WO2007011052
国際出願日 平成18年7月19日(2006.7.19)
国際公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
優先権データ
  • 特願2005-209761 (2005.7.20) JP
発明者
  • 丸尾昭二
  • 井上宏之
出願人
  • 国立大学法人横浜国立大学
発明の名称 流体制御デバイス コモンズ 外国出願あり
発明の概要

流体制御デバイス(10)は、マイクロチップ又はバイオチップの流路(23)に配置され、流路内の流体の輸送又は圧送等を行う。流体制御デバイスは、光駆動可能な可動部(12)と、可動部を回転可能に支持する固定部(11)とを有し、可動部及び固定部は、光造形法によって流路内に造形した光重合性樹脂の光重合体からなる。複数の固定部が、流路を形成する基板(2)又は流路壁(21)に固定され、複数の可動部が、各固定部に回転可能に支承される。少なくとも一つの可動部は、レーザー光(L)の照射による遠隔操作によって回転し、近接する可動部と協働して流路の容積変化又は変形を生じさせ、流路内の流体を輸送又は圧送する。

従来技術、競合技術の概要


光重合性樹脂原料にレーザー光を照射して三次元構造の光重合体を造形する光造形法が知られている。光重合性樹脂(photopolymerizable resin)は、光照射するとモノマー分子が重合し高分子化することによって液体から固体へ変化する材料であり、一般に光硬化性樹脂(photocurable resin)又はフォトポリマー(photopolymer)とも呼ばれる高分子材料である。光重合性樹脂の光造形法を用いた微小構造体の製造方法が、例えば、特開2001-158050号公報、特開平11-170377号公報、特開2000-202916号公報等に開示されている。光造形法においては、液状の光重合性樹脂原料にレーザー光が照射され、光重合体からなる三次元構造体が、液状の樹脂原料内に造形される。このような光造形法によれば、レーザー光の集光点及び2光子吸収を正確に制御することにより、比較的複雑な三次元構造を有する単一マイクロギア等の微小構造体を光重合性樹脂原料によって成形することができる。



光重合性樹脂の光造形法によって成形した微小構造体を駆動する方法として、レーザー光を微小構造体の可動部に照射し、可動部を光トラッピングした状態でレーザー光の集光点を移動させて可動部を駆動する微小構造体の駆動方法が知られている(特開2003-25295号公報)。



このような光駆動の原理を利用してサンプル液及び試薬液を混合する光圧ミキサを備えたマイクロチップが、特開2001-252897号公報に開示されている。光圧ミキサは、リソグラフィ技術によって成形され、サンプル液流路及び試薬液流路の合流部に配置される。レーザー光が光圧ミキサに照射され、光圧ミキサは、光圧によって回転し、合流部においてサンプル液及び試薬液の混合を促進する。



また、特開2005-27495号公報には、中心軸及び羽根部材と、光駆動可能なビーズとから構成される複合構造のロータが開示されている。羽根部材は、中心軸から放射状に延び、ビーズは、羽根部材に取付けられる。ビーズは、光トラッピングにより流路の所定位置に位置決めされるとともに、光ビームの移動によって移動する。ロータは、ビーズの移動により回転し、マイクロポンプのロータとして機能する。



更に、光駆動の原理を利用した流体輸送方法として、液体中に浮遊した微粒子をレーザー光で遠隔操作し、微粒子の運動を利用してマイクロチップ内の液体を流動させる方法が、近年において提案されている。



近年、微小なマイクロチップ又はバイオチップ等を用いて化学合成分析プロセスを実行するマイクロ化学分析システムの研究・開発が注目されている。一般に、この種のマイクロチップ等においては、DNA又は蛋白質等を含む流体を電気泳動によって輸送し、或いは、図12に示す如く、マイクロチップ100及び外部機器101の制御下に流体供給系106の流体を分析装置105に給送している。外付けシリンジポンプ等の比較的大型の外部機器101は、流体管路102によってマイクロチップ100の流出口に接続され、外部機器101の吐出口は、流体管路103によって分析装置105に接続される。

産業上の利用分野


本発明は、流体制御デバイスに関するものであり、より詳細には、マイクロチップ又はバイオチップ内の流路に配置される光重合性樹脂の流体制御デバイスに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】 光駆動可能な可動部と、該可動部を回転可能に支持する固定部とを含む微小構造体を光重合性樹脂の光造形によって造形する微小構造体の製造方法において、
前記可動部及び前記固定部の相対位置に関し、可動部作動時の作動位置と、光造形時の造形位置とが予め設定され、
第1固定部及び第1可動部は、造形後に第1可動部が第1固定部の案内によって前記作動位置に移動可能であるように、前記造形位置において光造形法で造形され、
前記第1可動部と近接又は係合する第2可動部と、第2可動部を回転可能に支持する第2固定部とが、第1固定部及び第1可動部と実質的に同時に光造形法で造形されることを特徴とする微小構造体の製造方法。
【請求項2】 前記固定部は、マイクロチップ又はバイオチップの流路を構成する流路壁又は基板に固定され、前記可動部は、各固定部に回転可能に夫々支承され、少なくとも一つの前記可動部は、レーザー光の照射による遠隔操作によって回転し前記流路内の流体を輸送するために、近接する前記可動部と協働して流路の容積変化又は変形を生じさせるように形成されることを特徴とする請求項1に記載の製造方法
【請求項3】 マイクロチップ又はバイオチップの流路に配置され、光駆動可能な可動部と、該可動部を回転可能に支承する固定部とを有し、前記可動部及び固定部は、光造形法によって前記流路内に造形した光重合性樹脂の光重合体からなり、複数の前記固定部が、前記流路を構成する流路壁又は基板に固定され、複数の前記可動部が、各固定部に回転可能に夫々支承され、少なくとも一つの前記可動部は、レーザー光の照射による遠隔操作によって回転し、前記流路内の流体を輸送するように、近接する前記可動部と協働して流路の容積変化又は変形を生じさせる流体制御デバイスを製造する流体制御デバイスの製造方法において、
前記可動部及び前記固定部の相対位置に関し、可動部回転時の作動位置と、光造形時の造形位置とが予め設定され、
前記固定部及び可動部は、造形後に前記可動部が前記固定部の案内で前記作動位置に移動可能であるように、前記造形位置において光造形法で造形されることを特徴とする流体制御デバイスの製造方法。
【請求項4】 前記固定部は、前記流路壁又は基板から流路内に突出する円形断面の固定軸からなり、前記可動部は、前記固定軸が貫通可能な円形開口を備えた回転体からなり、該回転体は、前記固定軸の中心軸線を中心に回転可能に該固定軸に支承され、マイクロポンプのロータを構成することを特徴とする請求項3に記載の製造方法
【請求項5】 前記回転体は、ローブ形輪郭を有することを特徴とする請求項に記載の製造方法
【請求項6】 前記回転体の周囲の流路壁によって、該回転体を収容するマイクロポンプのポンプハウジングが形成されることを特徴とする請求項4又は5に記載の製造方法
【請求項7】 前記流路は、光重合性樹脂の光造形によって基板上に造形された光重合体からなることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の製造方法
【請求項8】 前記回転体の最大直径は、100μm以下に設定されることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の製造方法
【請求項9】 前記回転体と前記流路壁との間の間隔は、3μm以下に設定されることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の製造方法
【請求項10】 前記回転体の相互間隔は、2μm以下に設定されることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の製造方法
【請求項11】 前記可動部は、光トラッピングによって前記造形位置から前記作動位置に移動されることを特徴とする請求項に記載の製造方法。
【請求項12】 第1固定部及び第1可動部は、造形後に第1可動部が第1固定部の案内によって前記作動位置に移動可能であるように、前記造形位置において光造形法で造形され、
前記第2可動部及び第2固定部は、第1固定部及び第1可動部と実質的に同時に前記作動位置において光造形法で造形されることを特徴とする請求項又は11に記載の製造方法。
【請求項13】 前記第1可動部は、光トラッピングによって前記造形位置から前記作動位置に移動されることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
【請求項14】 前記第2固定部及び第2可動部は、前記作動位置において造形されることを特徴とする請求項1又は13に記載の製造方法。
【請求項15】 請求項1又は3に記載された製造方法に従って製造された流体制御デバイスの作動方法であって、
空間光変調素子を用いて複数の焦点を複数の前記可動部に夫々形成するようにレーザー光を前記可動部に照射し、レーザー光の集光点の移動によって複数の前記可動部を同時に独立駆動することを特徴とする流体制御デバイスの作動方法。
産業区分
  • 試験、検査
  • 処理操作
  • 高分子化合物
  • その他機械要素
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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