液体输送设备的制作方法

专利名称：液体输送设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于输送液体的液体输送设备，尤其是关于分析用或反应用液 体输送设备。
背景技术：
作为定量分析溶液内成分的装置广泛使用以下这样的吸光分光分析装置， 将来自光源的光向溶液照射，用衍射光栅对通过的透过光进行分光，按照波长 成分进行吸光度测定。在这样的分析装置中，近年，为了削减试剂成本、减少 对环境的压力，而要求反应液的微量化。但是，在使反应液微量化时，以往的 反应容器使用底面和侧面共计5面被塑料或玻璃等的壁包围的容器，在分注、 混合时产生气泡，正确的测定变得困难。由此，要求能够不产生气泡而可靠地 操作微量液体的技术。
操作微量液体的技术之一是使用静电力输送液体的技术。该技术是利用在 将直流或交流的电压施加到多个电极间而产生的电场中，电场中的物质分极， 通过静电力向电场集中的方向移动的现象(Dielectrophoresis)。具体地，在一 张基板上或两张基板间夹入液体，向设置在基板上的多个电极间施加电压，由 此发生电场并使液体移动。例如，在专利文献l中，在基板上并列多个电极， 在该电极上承载要输送的液体，向液体附近的多个电极依次施加电压，而输送 液体。另外，在专利文献2中，作为液体输送试料和试剂，使试料和试剂在基 板间混合来作为反应液，并报告计测系统。在本说明书中，将利用这些 Dielectrophoresis的设备总称为液体输送设备。由于液体输送设备只在底面或 底面和上表面的两面存在壁，所以与以往那样的5面被壁包围的反应容器相比，操作液体时气泡难擤，对反应溶液的微量化有利。
专利文献1:日本特开平10 - 267801号公报 专利文献2:美国专利公报第4390403号
上述液体输送设备表面必须配置大量用于输送液体而施加电压的电极。以 往，存在这些大量电极的控制复杂的问题。

发明内容
本发明的目的是，除了在液体输送设备的表面设置凹凸部并电气地输送以 外，通过利用液体因表面张力而自发地向球体恢复的力进行输送，由此减少电 极的数量，使控制变得容易。
本发明的其他目的可以通过特征及优点从与附图相关的以下本发明的实 施例的记载中明确。


图1是本发明中的液体输送设备的结构图。
图2是本发明中的液体输送设备的透视图。
图3A是本发明中的液体输送设备内的液体的剖^L图。
图3B是本发明中的液体输送设备内的液体的剖视图。
图4是以往的液体输送设备内的结构图。
图5是本发明的实施方式1中的分析系统的略图。
图6是本发明的实施方式1中的液体输送设备内各部的配置图。
图7A是本发明的实施方式1中的液体输送路的剖视图。
图7B是本发明的实施方式1中的液体输送路的剖视图。
图7C是本发明的实施方式1中的液体输送路的剖视图。
图7D是本发明的实施方式1中的液体输送路的剖视图。
图7E是本发明的实施方式1中的液体输送路的剖视图。
图8是本发明的控制系统的略图。
图9是本发明的实施方式1中的试料导入口的剖视图。
图IO是本发明的实施方式1中的试剂导入口的剖视图。
5图IIA是本发明的实施方式1中的混合部的略图。 图IIB是本发明的实施方式1中的混合部的略图。 图12是本发明的实施方式1中的4企测部的略图。 图13是本发明的实施方式1中的排出口的剖视图。
具体实施例方式
图1是表示设有凹凸部的液体输送设备的结构图。液体输送设备10由下 侧基板27、上侧基板28构成。在下侧基板27上设置多个电极30 (30a、 30b、 30c),在上侧基板28上设置1个共通电极32。用疏水性的绝缘膜31、 31，覆 盖其表面，上侧基板28的至少一部分上的绝缘膜31，的表面上设置成凹凸形 状。基板间填满油2，并夹入试料l。所谓凹部是相对于基板表面凹陷的部分， 其他基板表面为凸部。另外，所谓凹部是基板表面本身，所谓凸部是相对于基 板表面具有突出部的部分。将电压施加到电极30和共通电极32之间时，液体 以位于该两个电极的正中的方式移动，位于电极30正上方即凸部。切断电压 时，液体恢复成球状，并向凹部移动。由此，通过设置凹凸部，能够使液体移 动。图2是使移动更容易的例子，是表示从上部观察液体输送设备时的凹部凸 部的配置的透视图。简单起见，用虚线表示凹部34 (34a 34d)，用实线表示 下侧基板上设置的电极30 (30a 30c)。凹部34是相对于垂直于输送方向的 面实质上非对称的，成为宽度朝向行进方向侧的一方向逐渐变小的形状。这是 因为位于电极上的液体的曲率半径有差异。用图3A、图3B表示液体位于电 才及30正上方的剖;f见图。图3A表示与图1中A-A，的纸面垂直的面中的液体 的剖视图，图3B表示与图1中B-B，的纸面垂直的面中的液体的剖视图。液 体的A-A，侧的界面的曲率半径在图3A中用Ral、 Ra2表示，液体的B-B， 侧的界面的曲率半径在图3B中用Rbl、 Rb2表示时，B-B'侧的凹部的宽度 变小，具有Rbl〈Ral、 Rb2〈Ra2的关系。
这里，将液体上的一个点中的液体内部的压力作为AP时，液体的界面张 力为y、该点上的相互垂直的两个平面内的液体的曲率半径为Rl、 R2，则AP 如下式表示。
△ P"(1/R1+1/R2)
6因此，行进方向侧的液体的压力APa和APb由下式表示。
△ Pa" (1 /Ral + 1/Ra2)
△ Pb" ( 1 /Rbl + 1 /Rb2)
由于具有Rbl〈Ral、 Rb2〈Ra2的关系，所以成为APb〉APa，从而液 体在纸面上^v左向右侧移动。即，与垂直于液体的l命送方向的面中的截面积之 差相应地决定输送力和方向。凹部是至少在其一部分上，与垂直于液体输送方 向的面中的截面积具有差。该截面积的差是相对于垂直于凹部的中心的输送方 向的面，由凹部的形状为非对称即形状产生的。
图4表示以往的液体输送设备的结构图。以往的液体输送设备没有在与图 1的本发明的凹部的位置对应的位置设置电极，而不能使液体顺畅地输送，所 以与图1的本发明的方式相比，电极的数量是本发明的几倍。在本发明中，由 于凹部设置在所控制的电极间，所以所控制的电极的数量与以往的液体输送设 备相比能够减半。另外，在本说明书中，设置多个凹部，但多个凹部中，即使 一部分相连，若凹部相对于垂直于输送方向的面实质上也为非对称，实质上通 过凹凸使液体变形，从而能够利用恢复成球状的力使液体移动，并能够得到相 同的效果。
以上，通过利用自发地恢复成球状的力使液体移动，能够使液体输送设备 中的应控制的电极的数量减半，并使控制变得容易。 实施例1
在本实施例中，表示了使用以下的液体输送设备的分析系统的结构，将试 料和试剂导入液体输送设备内，并分别输送后，进行混合作为反应液，将反应 液输送到检测部之后，通过吸光度测定检测试料成分之后，从液体输送设备排 出。
图5表示分析系统整体的结构。分析系统由以下部件构成液体输送设备 10;用于将试料1及油2导入液体输送设备10的试料导入单元11;用于将试 剂导入液体输送设备10的试剂导入单元12;用于测定试料1的内部成分的检 测单元13;用于将试料1及油2从液体输送设备IO排出的排出单元14。在试 料导入单元11中，试料1被收容在试料台16上的试料容器15中，另外，油 2被收容在油容器17中，能够分别通过可向上下、旋转方向被驱动的试料探针4、油探针5将试料1和油2 /人试料导入口 6导入液体输送"i殳备10内。在 试剂导入单元12中，试剂3净皮收容在试剂容器18中，能够通过试剂探针8 将试剂3从试剂导入口 7导入液体输送设备10内。检测单元13是被设置成与 试料被导入或排出液体输送设备10期间所通过的液体输送路的至少一部分上 设置的检测部邻接，并检测被输送的液体的内部成分。在排出单元14中，配 置有转移部19和废液箱20,通过转移部19将被输送到排出口 9的液体从液 体输送设备10内向废液箱20排出。
图6表示进行液体输送设备10内中的导入、输送、混合、测定、排出的 操作时的各部的配置图。液体输送设备IO由以下部件构成试料导入部21; 试剂导入部22;用于混合试料和试剂的混合部23;用于测定试料成分的检测 部24;排出部25;及连结各部的液体输送路26。试并+导入部21、试剂导入部 22、混合部23、检测部24、排出部25、液体输送路26中的至少一个上设置 用于输送液体的电极和凹凸部，通过对电极施加电压的控制和液体从凹凸要恢 复成球状的表面张力，来输送液体。
图7A表示液体输送路26的输送方向中的截面结构图。液体输送设备10 由以下部件构成下侧基板27;具有与下侧基板27相对的面的上侧基板28。 在下侧基板27上，在绝缘性的基础基板29的上表面沿着试料1的输送方向配 置多个电极30,而且其表面被绝缘膜31覆盖。在上侧基板28上，在绝缘性 的基础基板29，的下表面配置1个共通电极32，而且其表面被绝缘膜31，覆盖。 而且各绝缘膜31、 3r的表面中的至少一个上，涂布使试料1输送变得容易且 赋予疏水性的疏7JC膜33、 33，。在这些上下基板间，配置所输送的试料l,其 周围填满油2。在本实施例中，在上侧基板28的表面的绝缘膜31，上设置凹凸， 由此在上侧基板28表面上设置多个凹部(图中34a-34d)和凸部。通过凹部 34并利用试料恢复成球状的力来进行输送时，由于必须使液体位于凸部，所 以凸部必须与电极30相对，并位于其上方。因此，凸部的一部分位于下侧基 板27上的电极30的正上方，凹部34的中心位于电极30和相邻的其他电极 30之间的区域的铅直上方。在实施例中，绝缘性的基础基^反29、 29，使用石英， 电极30及共通电极32使用ITO (Indium - Tin Oxide )，绝缘膜31 、 31 ，使用由 CVD (Chemical Vapor Deposition)成膜的SiO,作为疏水膜33、 33，使用旭化
8成社制CYTOP (注册商标)。ITO的厚度为100nm,由CVD ( Chemical Vapor Deposition)成膜的绝缘膜31、 31的厚度为1.5,另外，下侧基板27和上 侧基板28之间的距离为0.51nm，上侧基板的凸部和凹部的高度之差为ljxm。 另外，作为试料l使用血清，液量为lnL。周围的媒体即油2使用硅油。在本 实施例中，使用以上的材质，但试料l也可以是纯水、緩冲液。另外，也可以 含有DNA、乳胶粒子、细胞、磁性有孔玻璃珠等。另外，油2也可以是相对 于所输送的液体不溶性的液体。绝缘性的基础基板29、 29，是在Si等导电性基 板上成膜了氧化膜等绝缘膜的基板，也可以是树脂性的基板。绝缘膜31、 31， 是聚硅氮烷，也可以是SiN、 Palylene等。在绝缘膜31、 31，上成膜了疏7jC膜 33、 33，，但也可以代替疏水膜33、 33，成膜疏水性绝缘膜，或者代替绝缘膜 31、 31，成膜绝缘性疏水膜。
以下，图7A ~图7E表示输送液体的顺序。在图7A的凹部34b上试剩-从 1静止的状态开始，如图7B所示，上侧基板28的共通电极32接地并在共通 电极32和电极30b之间施加电压时(施加电压的电极被涂黑地图示)，如图
式移动。在本申请中，没有施加电压的电极30为不连接于任何地方的活动连 接的状态，切断所施加电压时，停止电压施加， 一旦控制电极30接地后，使 电极30成为活动连接的状态。其次，如图7D所示，切断电极30c的施加电 压时，试料1通过表面张力从凸部向液体的曲率半径大的右侧的凹部34c —側 移动。最终如图7E所示位于凹部的中心。以上，通过反复从图7A到图7E的 顺序进行操作，能够一边使液体即试料1变形一边进行输送。
在本实施例中，通过在上侧基板28表面的绝缘膜31，上设置凹凸，在表面 上形成了凹部和凸部，但也可以通过在基础基板29，和共通电极32,或者在疏 水膜33，上设置凹凸，而在表面上形成凹部和凸部。上述凹凸形状可以通过湿 式蚀刻、干式蚀刻、CVD、机械加工等各种加工，并通过成型法设置3。
图8表示在液体输送设备10内用于操作试料1的电压控制机构101的结 构。本控制机构被设置在图1所示的分析系统中，并具有控制用计算机102; 将由控制用计算机102控制的施加电压施加到液体输送设备10的规定电极的 联络部103。在控制用计算机上连接有CRT、打印机、电源。在控制用计算机
9中，关于分析对象、液体输送方法，具有用于输入适宜条件的输入部；存储 与各种液体输送方法对应的电压控制模式的电压控制模式收纳部；基于从输入 部输入的信息确定与分析对象对应的电压控制模式的组合的电压控制模式调 整部；由电压控制模式调整部确定的电压控制模式的组合对应地将电压施加到 液体输送设备10的电压施加控制部。联络部103与所控制的电4及30连接，控 制试料1时，根据从输入部输入的信息，通过联络部103将接受电压施加控制 部的控制的电压施加到规定电极。
图9表示试料导入部21的截面结构图。在上侧基板28配置试料导入口 6， 用于导入^皮收容在油容器18的油2的油探针5和用于导入被收容在试料台16 上的试料容器15的试料1的试料探针4分別以可在试料导入口 6中上下移动 的方式设置。首先，从油探针5供给油，并用油2填满液体输送设备10内整 体。其次，使试料探针4吸入试料台16上的试料容器15内的试料1后，试料 探针4浸入液体输送设备10内的油2中，并喷出试料l,使试料探针4向上 方向移动，并使试料1脱离到油2中。通过使试料探针4通过油和空气界面， 由此能够在试料探针4前端不残留试料1地可靠地将试料导入油2中。导入后， 对电极3 0施加电压，来输送试料1 。
图10表示试剂导入部22的截面结构图。在上侧基板28配置试剂导入口 7,用于导入被收容在试剂导入单元12中的试剂容器18的试剂3的试剂探针 8以可在试剂导入口 7中上下移动的方式设置。将试剂纟笨针8浸入被油填满的 液体输送设备10内，并喷出试剂3，而向上方移动，并使试剂3脱离到油2。 通过使试剂探针8通过油2和空气的界面，由此能够在试剂探针8前端不残留 试剂3地可靠地将试剂3导入油2中。导入后，通过对电极30施加电压，来 输送试剂3。在本实施例中，使用第一化学药品林式会社才一 卜七，(注册商 标)TP试剂。
使用图IIA、图11B即从上部观察混合部23的结构的透视图来进行说明。 用实线表示下侧基板27的电极30，用虚线表示上侧基板的凹部34，用实线圆 形表示试料l、试剂3、试料1和试剂3混合后的反应液1，。由于连结试料导 入部21和混合部23的液体输送路26、连结试剂导入部22和混合部23的液 体输送路26在混合部合流，所以形成有各自的液体输送路26的电极30和凹
10部34相交。如图IIA所示，试料1和试剂3分别静止在凹部34e、 34f时，对 电冲及30e施加电压时，如图11B所示，试料1和试剂3向电才及30e上方移动并 混合，成为反应液l'。之后，在切断施加到电极30e的电压时，反应液l，向凹 部34g移动并被输送。为使反应液l，具有良好的反应再现性，必须积极地混合 内部成分，但本发明的结构即在表面设置有凹凸形状的液体输送设备中，由于 通过凹部和凸部使液体的表面形状变化，所以能够积极地混合内部，提高反应
的再现性。
图12 —并表示检测部24的截面结构图和检测单元13。在检测单元13中 用照射光纤38传导来自卣素灯36的光37，通过照射透镜39照射到检测部24， 用聚光透镜40将透过光聚光到聚光光纤41，并用分光检测器42将光分光并 检测成必要的波长。才企测时，使反应液l，位于凹部。凹部的中心位于电才及30 和电极30之间的区域的铅直上方，从光源出射的光通过凹部34，并被检测部 检测。在检测部的液体位于电极上方的以往的液体输送设备中，通过油的流动 影响液体，而使其来回移动，则在检测过程中，必须一直施加电压并预先放置。 根据本发明的结构，液体静止在凹部中，由于不被油的流动影响，所以具有枱r 测部中的光和液体的校准容易进行的优点。在本实施例中，测定546nm和 700nm两波长的光，从其吸光度的差来定量血清中的总蛋白浓度。
在本申请中，在液体输送设备内将血清与试剂混合，来测定吸光度，由此 测定了血液内部的成分，^旦也可以使试料不与试剂反应来计测浓度，也可以设 置多个试剂混合部而与多个试剂反应。另外，通过遮挡透过光，也能够进行来 自反应液的发光计测。
图13表示排出部25的截面结构图。在排出部25中，在上侧基板28设置 排出口 9,被输送到排出部25的反应液l，从排出口 9被吸引到排出单元14的 转移部19,并被排出到废液箱20。此时，油2也一起被排出，但在废液箱20 内集中的油2和反应液1，之间比重不同而分离，从而即使多数试料及包围其的 油被排出，之后的废液处理也是容易的。
上述记载只是关于实施例的记载，本发明不限于此，在本发明的精神和权 利要求的范围内进行各种变更和修正对于本领域技术人员来说是显而易见的。
工业实用性像本发明这样，通过在液体输送设备表面设置凸凹，能够减少用于输送液 体的电极，能够将液体保持稳定。由此，能够可靠地输送液体，另外，能够容 易地进行检测部中的液体的才交准。
权利要求
1. 一种液体输送装置，其特征在于，具有第1基板；排列在上述第1基板的一个面上的多个电极；与上述第1基板的一个面相对配置的第2基板；在上述第2基板的与上述第1基板的一个面相对的面上配置的一个共通电极；在上述共通电极的表面的至少一部分上设置且在表面上具备多个凹部和多个凸部的绝缘膜；对上述共通电极和多个电极施加电压的电压施加机构。
2. —种液体输送装置，其特征在于，具有 第1基板；排列在上述第l基板的一个面上的多个电极； 与上述第1基板的一个面相对配置的第2基板；在上述第2基板的与上述第l基板的一个面相对的面上配置的、表面上具 有多个凹部和多个凸部的一个共通电才及；对上述共通电极和多个电极施加电压的电压施加机构。
3. —种液体输送装置，其特征在于，具有 第1基板；排列在上述第l基板的一个面上的多个电极； 与上述第1基板的一个面相对配置的第2基板；在上述第2基板的与上述第1基板的一个面相对的面上配置的一个共通电极；在上述共通电极的表面上至少一部分上设置的绝缘膜； 在上述绝缘膜的表面上至少一部分上^:置的、表面具有多个凹部和多个凸 部的疏水膜；对上述共通电极和多个电极施加电压的电压施加机构。
4. 如权利要求1 3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，上述凸部的一部分位于与上述电4l相对的位置。
5. 如权利要求1~3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，上述凹部 中，在凹部的中心，相对于垂直于液体输送方向的面实质上为非对称。
6. 如权利要求1 3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，上述凹部 朝向一方向宽度逐渐变小。
7. 如权利要求1-3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，上述凹部 中，在至少一部分上，液体输送方向的截面积具有差异。
8. 如权利要求1 3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，上述凹部 配置成与上述多个电极中的邻接的一个电极和其他电极之间的区域相对应。
9. 如权利要求1 3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，还具有光 源和检测部，上述凹部配置成与上述多个电极中的邻接的一个电极和其他电极 之间的区域相对应，从上述光源出射的光通过上述凹部，并被上述检测部检测。
10. 如权利要求1所述的液体输送装置，其特征在于，还具有位于上述绝 缘膜的至少 一 部分的上方的疏水膜。
11. 如权利要求2所述的液体输送装置，其特征在于，还具有分别覆盖 上述电极和上述共通电极的多个绝缘膜；位于上述多个绝缘膜中的至少一部分 的上方的疏水膜。
12. 如权利要求1~3任一项所述的液体输送装置，其特征在于，通过上 述凹部和上述凸部使;故输送液体变形，并使上述被输送液体混合。
全文摘要
在电气地控制液体位置的液体输送设备中，为解决控制电压的电极的数量多的问题，提供一种液体输送设备，在液体输送设备的表面设置凹凸，除了电力以外，通过利用液体因表面张力恢复成球状的力，能够使控制电压的电极的数量减半。
文档编号G01N35/08GK101490562SQ20078002596
公开日2009年7月22日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年7月10日
发明者原田邦男, 塚田修大, 山川宽展, 榎英雄, 足立作一部 申请人:株式会社日立高新技术