説明

マイクロチップ

【課題】液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御できるマイクロチップを提供することである。
【解決手段】第1の基板と、第1の基板上に積層された透明基板である第2の基板とを備え、第1の基板表面に形成された溝と第2の基板表面とから構成される空洞部、または、第1の基板表面と第2の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、液体試薬保持部は、液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、液体試薬保持部の底面を構成する第1の基板の溝底面または第1の基板表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップに関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、DNA、タンパク質、細胞、免疫および血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−TAS(Micro Total Analysis System)などとして有用なマイクロチップに関し、特には、検査・分析等の対象となる検体と混合または反応させるための液体試薬を、あらかじめマイクロチップ内に内蔵する液体試薬内蔵型マイクロチップに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、DNA(Deoxyribo Nucleic Acid)や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ(以下、これらを総称してマイクロチップと称する。)が提案されている。マイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数cm角で厚さ数mm程度のチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有し、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。
【0003】
マイクロチップは、通常、その内部に流体回路を有しており、該流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体の計量、検体(たとえば、血液等)と試薬との混合などの種々の流体処理が行なわれる。このような流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことができる。
【0004】
上記マイクロチップのうち、液体試薬内蔵型マイクロチップは、検体または検体中の特定成分と混合あるいは反応させるための液体試薬を流体回路内にあらかじめ保持しているマイクロチップであり、その流体回路には、液体試薬を保持するための1または複数の液体試薬保持部が設けられる(液体試薬保持部を有するマイクロチップについては、たとえば特許文献1参照)。また、液体試薬内蔵型マイクロチップには、その一方の表面に、液体試薬保持部内に液体試薬を注入するための、該液体試薬保持部まで貫通する液体試薬注入口が1または2以上形成されるのが通常であり、該液体試薬注入口は、液体試薬が注入された後、たとえば封止用ラベル(シール)などをマイクロチップ表面に貼付することにより封止される。
【0005】
ここで、液体試薬が、たとえば液体試薬保持部の排出口近傍に位置すると、微小な温度、圧力変化により液体試薬が該排出口から流体回路内へ漏れ出す虞があり、このことは、検体との混合、反応に悪影響を及ぼしたり、検体と液体試薬との混合液の検査・分析結果に悪影響を及ぼす虞があった。
【0006】
したがって、該液体試薬注入口から、液体試薬を注入する際に、液体試薬保持部における排出口近傍からなるべく遠い位置に液体試薬を誘導することが望まれていた。
【特許文献1】特開2007−285792号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御できるマイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、第1の基板と、第1の基板上に積層された透明基板である第2の基板とを備え、第1の基板表面に形成された溝と第2の基板表面とから構成される空洞部、または、第1の基板表面と第2の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、液体試薬保持部は、液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、液体試薬保持部の底面を構成する第1の基板の溝底面または第1の基板表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップに関する。
【0009】
また、本発明のマイクロチップにおいて、突起部は、液体試薬保持部の底面を構成する第1の基板の溝底面または第1の基板表面から、液体試薬保持部の天井面を構成する第2の基板表面または第2の基板の溝底面に向かって、液体試薬排出口の方向に勾配している勾配面を有することが好ましい。
【0010】
また、本発明のマイクロチップにおいて、第2の基板に、液体試薬を注入するための液体液体試薬注入口をさらに備え、勾配面は、マイクロチップの厚み方向に導入口の下に設置されていることが好ましい。
【0011】
また、本発明のマイクロチップにおいて、勾配面は、液体試薬導入口より大きな面積を有することが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明におけるマイクロチップは、液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査・分析等を、それが有する流体回路を用いて行なうことができるチップであり、1つの好ましい態様において、第1の基板と、該第1の基板上に積層、貼合された透明基板である第2の基板とからなる。基板表面に溝を備える第1の基板と第2の基板とを、第1の基板の溝形成側表面が第2の基板に対向するように貼り合わせてなる。第2の基板における第1の基板側表面には溝が形成されており、したがって、かかる2枚の基板からなるマイクロチップは、その内部に、第2の基板表面に設けられた溝と第1の基板における第2の基板に対向する側の表面とから構成される空洞部からなる流体回路を備える。
【0014】
また、別の好ましい態様において、本発明のマイクロチップは、第3の基板と、基板の両表面に設けられた溝を備える第1の基板と、該第1の基板を狭むようにして積層、貼合された透明基板である第2の基板および第3の基板とからなる。かかる3枚の基板からなるマイクロチップは、第2の基板における第1の基板に対向する側の表面および第1の基板における第2の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第1の流体回路と、第3の基板における第1の基板に対向する側の表面および第1の基板における第3の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第2の流体回路と、の2層の流体回路を備えている。ここで、「2層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる2つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。第1の流体回路と第2の流体回路とは、第1の基板に形成された厚み方向に貫通する1または2以上の貫通穴によって連結されていてもよい。
【0015】
基板同士を貼り合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、たとえば貼り合わせる基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法(溶着法)、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法;レーザ等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法;超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。
【0016】
本発明のマイクロチップの大きさは、特に限定されず、たとえば縦横数cm程度、厚さ数mm〜1cm程度とすることができる。
【0017】
本発明のマイクロチップを構成する上記各基板の材質は、特に制限されず、たとえば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアリレート樹脂(PAR)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)、塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリメチルペンテン樹脂(PMP)、ポリブタジエン樹脂(PBD)、生分解性ポリマー(BP)、シクロオレフィンポリマー(COP)、ポリジメチルシロキサン(PDMS)などの有機材料;シリコン、ガラス、石英などの無機材料等を用いることができる。
【0018】
マイクロチップを第1および第2の基板の2枚から構成する場合において、第1の基板上に積層される、表面に溝を備える第2の基板は透明基板であることが好ましい。この点については、実施の形態を示して後で詳細に説明する。第1の基板は、透明基板であってもよいし、基板を樹脂から構成し、該樹脂中にカーボンブラック等を添加することにより黒色基板とするなど着色基板としてもよいが、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。第1の基板を着色基板とすることにより、レーザなどの光を用いたレーザー溶着法を用いることができる。また、レーザー接着法により基板の貼り合わせを行なう場合、着色基板の貼り合わせ表面が主に融解されて貼合されることとなるため、透明基板に形成された溝の変形を最小限に抑えることができる。
【0019】
また、マイクロチップを第1の基板、第2の基板および第3の基板の3枚から構成する場合、同様に、第1の基板上に積層される第2の基板は透明基板とする。第1の基板の下側(第2の基板とは反対側)に貼合される第3の基板は、透明基板とすることが好ましい。これにより、流体回路の一部として、第1の基板をその厚み方向に貫通する貫通穴と、透明な第2および第3の基板表面から構成されるキュベットを形成することができ、該キュベットに検査・分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該キュベットに対してマイクロチップ表面と垂直な方向の光を、マイクロチップ上面(または下面)側から照射し、その反対側から透過した光の強度(透過率)を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第2の基板と第3の基板との間に位置する第1の基板は、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。
【0020】
第1の基板表面または第2の基板表面に、流体回路を構成する溝(流路パターン)を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などを挙げることができる。無機材料を用いて基板を形成する場合には、エッチング法などを用いることができる。
【0021】
本発明のマイクロチップにおいて、流体回路(2層の流体回路を備える場合には、第1の流体回路および第2の流体回路)は、流体回路内の液体に対して適切な様々な処理を行なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置された種々の部位を備えており、これらの部位は、微細な流路を介して適切に接続されている。
【0022】
本発明のマイクロチップは、液体試薬をあらかじめチップ内部に保持している液体試薬内蔵型マイクロチップであり、その流体回路は、これを構成する部位の1つとして、液体試薬を保持するための液体試薬保持部を備える。液体試薬保持部は1つのみであってもよいし、2以上あってもよい。「液体試薬」とは、検査・分析の対象となる検体と混合または反応させるための液体物質である。液体試薬は、1つのマイクロチップ内に1種のみ内蔵されていてもよいし、2種以上内蔵されていてもよい。また、「検体」とは、流体回路内に導入される検査・分析の対象となる物質(たとえば血液)自体、または、該物質中の特定成分(たとえば血漿成分)を意味する。
【0023】
本発明のマイクロチップは、通常、その上側表面(すなわち第2の基板表面)に、内部の液体試薬保持部まで貫通する(第2の基板をその厚み方向に貫通する)貫通穴である液体試薬注入口が設けられる。このような本発明のマイクロチップは、通常、液体試薬注入口から液体試薬が注入された後、マイクロチップ表面(第2の基板表面)に当該液体試薬注入口を封止するためのラベルまたはシールが貼着されて、使用に供される。
【0024】
本発明において流体回路は、液体試薬保持部以外の部位を備えていてもよく、かかる部位としては、たとえば流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部;検体(検体中の特定成分を含む。以下同じ。)を計量するための検体計量部;液体試薬を計量するための液体試薬計量部;検体と液体試薬とを混合するための混合部;得られた混合液についての検査・分析(たとえば、混合液中の特定成分の検出または定量)を行なうための検出部(光学測定を行なうためのキュベット)などを挙げることができる。本発明のマイクロチップは、これら例示された部位のすべてを有していてもよく、いずれか1以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。これらの部位は、所望する流体処理を行なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置され、かつ微細な流路を介して接続されている。
【0025】
検体と液体試薬とを混合させることによって最終的に得られた混合液は、特に限定されないが、たとえば、該混合液が収容された部位(たとえば検出部)に光を照射して透過する光の強度(透過率)を検出する方法等の光学測定などに供され、検査・分析が行なわれる。
【0026】
検体からの特定成分の抽出(不要成分の分離)、検体および/または液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における種々の流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を順次印加することにより行なうことができる。マイクロチップへの遠心力の印加は、マイクロチップを、遠心力を印加可能な装置(遠心装置)に載置して行なうことができる。遠心装置は、ローター(回転子)上に回転自在なステージを備えており、該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に認定することにより、任意の方向に遠心力を印加することができる。
【0027】
ここで、本発明のマイクロチップは、上記した液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御するために突起部を備えている。以下、実施の形態を示して、本発明の突起部を備えるマイクロチップについて詳細に説明する。
【0028】
<実施形態>
図1は、本発明の一実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部を拡大して示す概略上面図である。図2は、図1におけるII−II線に沿った断面図である。図3は、本実施形態のマイクロチップにおける流体の動作を示す模式的な断面図である。以下、図1〜図3に基づいて説明する。また、以下、本実施形態において「厚み方向に上」とは、厚み方向に第2の基板102側の方向をいい、「厚み方向に下」とは、厚み方向に第1の基板101側の方向をいうものとする。
【0029】
まず、構造について図1および図2に基づいて説明する。本実施形態のマイクロチップ100は、表面に溝を備える第1の基板101上に透明基板である第2の基板102を貼り合わせてなり、第2の基板102の第1の基板101側表面と第1の基板101表面に形成された溝とから構成される流体回路を内部に有している。図1は、当該流体回路のうち、液体試薬保持部106周辺を拡大して示す図である。第1の基板101および第2の基板102はともに、上記したような有機材料からなるプラスチック基板である。液体試薬保持部106には、液体試薬排出口104が設けられており、遠心力の印加により、液体試薬保持部106内の液体試薬が排出可能となっている。また、液体試薬保持部106上部には、第2の基板102を厚み方向に貫通する液体試薬注入口105が設けられており、この液体試薬注入口105を介して液体試薬の注入が行なわれる。なお、本実施形態のマイクロチップ100は、第1の基板101の下側表面に第3の基板(図示せず)が貼合された3枚の基板からなるマイクロチップであってもよい。
【0030】
ここで、マイクロチップ100は、液体試薬保持部106の底面を構成する第1の基板101の溝底面で、かつ、液体試薬排出口104の近傍に突起部103が設置されている。より具体的には、突起部103は、断面形状が図2に示すように三角形であるものである。液体試薬排出部106の近傍とは、適宜設定することができ、後述する動作を導くものであれば、特に距離等は限定されない。ただし、液体試薬排出口104の端部と突起部103の液体試薬排出口104の端部との距離L3は、たとえば、0.5〜3mmとすることができる。
【0031】
また、図1における突起部103は、液体試薬排出口104と平行の第1の方向の長さL1および第2の方向と垂直の方向である第2の方向の長さL2は1〜3mmであることが好ましい。ただし、該長さは、適宜後述する動作を導くために設定することができる。
【0032】
また、本実施形態においては、突起部103は、液体試薬保持部106の底面を構成する第1の基板101の溝底面から、液体試薬保持部106の天井面を構成する第2の基板102表面に向かって、液体試薬排出口104の方向に勾配している勾配面を有する。
【0033】
また、本実施形態においては、「第2の基板の方向の勾配」とは、たとえば、角θ1が90度未満であることをいうものとする。なお、本実施形態において角θ1は30〜60度であることが好ましい。さらに角θ1は45度程度であることがより好ましい。該角θ1の範囲は、後述する動作から適宜導くことができる。なお、該勾配面自体の形状は特に限定されず、たとえば、球面状であっても差し支えない。
【0034】
ここで、勾配面は、液体試薬排出口104の方向に勾配していることが好ましい。液体試薬排出口104の方向に勾配しているとは、たとえば、該勾配面の液体試薬排出口104と平行の第1方向における突起部103の断面において、液体試薬排出口104から遠い側(図2における左側)が一番低い位置にあり、液体試薬排出口104に近い側が一番高い位置にあることを示す。
【0035】
また、本実施形態においては、第2の基板106に、液体試薬を注入するための液体試薬注入口105を備えるが、突起部104における勾配面は、第2の基板102の厚み方向に導入口の下に設置されている。ここで、該勾配面は、液体試薬導入口105より大きな面積を有する。このような構成を有することで、後述するように、液体試薬導入口105から注入された液体試薬は、スムーズに液体試薬保持部106における液体試薬排出口104から遠い方向に移動することができるためである。
【0036】
次に、本実施形態における流体の動作について図3に基づいて説明する。まず、液体液体試薬注入口105からノズル107を用いて液体試薬202を注入する。このとき、液体試薬202は、突起部103の勾配面をとおり、液体試薬排出口104とは、逆の方向、つまり、図3における左側の方向に導かれる。そして、液体試薬202は、液体試薬保持部106における適切は位置に維持される。
【0037】
また、該マイクロチップを運ぶ際における衝撃、微小な温度または圧力変化により液体試薬202が液体試薬保持部の液体試薬排出口104近傍に移動した場合であっても、突起部103は、液体試薬202が液体試薬排出口104に移動することを抑制することができる。つまり、図1における長さL3は、液体試薬202が液体試薬排出口104に移動することを抑制することができる程度に小さく、かつ、該マイクロチップで検体を測定する際に遠心力を印加した際には、液体試薬202が液体試薬排出口104に移動できる程度の大きさを有している必要がある。そして、長さL1およびL2は、突起部103が厚み方向に液体試薬注入口105の真下にかつ液体試薬注入口105の面積を網羅できる程度の大きさを有することが好ましい。このとき、注入された液体試薬202を所望の位置に誘導、移動させることができるためである。以上のような動作によって、液体試薬保持部内の液体試薬量を適切に保持することができる。
【0038】
本実施形態のマイクロチップは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施すことができ、たとえば、次に示す(1)〜(2)のような変形を施すことができる。図4および図5は、本実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【0039】
(1)図4に示されるマイクロチップ400のように、液体試薬保持部406を含む流体回路を構成する溝は、第1の基板401ではなく、第2の基板表面402に形成されてもよい。図4において、液体試薬保持部406を含む流体回路は、第2の基板402の表面に形成された溝と第1の基板401基板表面とから形成されている。その他の構成については図1に示されるマイクロチップ100と同様であり、液体試薬保持部406は、第1の基板401表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部403が設置されている。そして、突起部403は、液体試薬保持部406の底面を構成する第1の基板401表面から、液体試薬保持部406の天井面を構成する第2の基板402の溝底面に向かって、液体試薬排出口404の方向に勾配している勾配面を有する。また、第2の基板402には、その厚み方向に貫通する貫通穴である液体試薬注入口405が形成されている。
【0040】
(2)図5に示されるマイクロチップ600のように、第1の基板601における液体試薬保持部606の厚み方向の長さと、液体試薬排出口604における厚み方向の長さが異なっても良い。このような構造をとることで、よりいっそう、液体試薬が液体試薬排出口604側に漏れ出すことを抑制することができる。その他の構成(突起部等)は、同様であるため、説明を繰り返さない。
【0041】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の一実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部を拡大して示す概略上面図である。
【図2】図1におけるII−II線に沿った断面図である。
【図3】本発明の一実施形態のマイクロチップにおける流体の動作を示す模式的な断面図である。
【図4】本発明の一実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【図5】本発明の一実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【0043】
100,400,600 マイクロチップ、101,401,601 第1の基板、102,402,602 第2の基板、103,403 突起部、104,404,604 液体試薬排出口、105,405,605 液体試薬導入口、106,406,606 液体試薬保持部、107 ノズル、202 液体試薬。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の基板と、前記第1の基板上に積層された透明基板である第2の基板とを備え、
前記第1の基板表面に形成された溝と前記第2の基板表面とから構成される空洞部、または、前記第1の基板表面と前記第2の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、
前記流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、
前記液体試薬保持部は、前記液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、
前記液体試薬保持部の底面を構成する前記第1の基板の溝底面または前記第1の基板表面で、かつ、前記液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップ。
【請求項2】
前記突起部は、前記液体試薬保持部の底面を構成する前記第1の基板の溝底面または前記第1の基板表面から、前記液体試薬保持部の天井面を構成する前記第2の基板表面または前記第2の基板の溝底面に向かって、前記液体試薬排出口の方向に勾配している勾配面を有する請求項1に記載のマイクロチップ。
【請求項3】
前記第2の基板に、液体試薬を注入するための液体試薬注入口をさらに備え、
前記勾配面は、マイクロチップの厚み方向に前記導入口の下に設置された請求項1または2に記載のマイクロチップ。
【請求項4】
前記勾配面は、前記液体試薬導入口より大きな面積を有する請求項3に記載のマイクロチップ。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−250684(P2009−250684A)
【公開日】平成21年10月29日(2009.10.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−96430(P2008−96430)
【出願日】平成20年4月2日(2008.4.2)
【出願人】(000116024)ローム株式会社 (3,539)
【Fターム(参考)】