キャピラリチップにおける流体の流通方法
本発明は、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有するキャピラリチップを用いて、前記キャピラリ内の流体を流通させる流通方法であって、前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、前記流通方法は、前記流通制御部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記複数の開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替え、前記キャピラリ内の流体を流通させるステップ（ａ）、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、キャピラリチップ、特に微量試料の分析を簡便に行うための有用なキャピラリを備えたキャピラリチップに関する。
〔技術背景〕
マイクロマシン技術の応用として、化学分析システムの微小化、集積化は最も有望な分野の一つである。微小化、集積化した化学分析システムは、マイクロＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）といわれる。マイクロＴＡＳは、試料及び試薬である液体の流路となるキャピラリ、反応スペース、検出スペースが、通常約１〜２ｃｍ角程度の１枚のキャピラリチップに形成されているシステムである。このシステムは、試料の節減、分析の高速化、前処理を含めた測定の自動化、装置のポータブル化、装置のディスポーザブル化、装置の低コスト化などが図れるとして期待されている。
例えば、血液等を試料とする医療診断用途の分析装置においては、患者のベッドサイド等でも簡便に使用することができ、また試料が触れるキャピラリチップを使い捨てにすることができるマイクロＴＡＳは非常に有用である。
今後、マイクロＴＡＳを用いた高度なシステムを構築するためには、キャピラリチップ中の流路の開閉を制御するマイクロバルブや、流路において流体を流通させる送液駆動素子などの微小な流通制御素子の開発が不可欠である。
流路において、液体を流通させる方法としては、キャピラリチップ外の送液ポンプまたは吸引ポンプを用いる方法が一般的である。この方法では、外部ポンプが必要となるため、制御の応答性、連続的な変化、耐久性、医療現場において重要な静粛性、等の点で問題がある。また、装置全体が大きくなることや、キャピラリチップと外部ポンプとの接続部分での洩れの恐れもある。
その他に、流路中の液体に泳動電圧を印加することにより生じる電気浸透流を利用して流路中の流体を流通させる方法も知られている（例えば、特開平８−２６１９８６号公報参照）。この方法によると、流路内の液体に電極を介して電圧をかけるため、電極表面で測定試料や試薬の電気分解が生じて、試料組成や試薬組成が変化してしまうことがある。
また、前記マイクロバルブとして、ワックスで流路を塞ぐバルブが知られている（例えば、特表２０００−５１４９２８号公報参照）。しかしながら、ワックスを用いたバルブは、ある程度太い流路にしか採用できない、液体中の成分がワックスに吸着する、開閉の迅速な制御が困難である、等の問題がある。
また、その他のマイクロバルブとして、カップラーを用いたバルブが知られている（例えば、特開２００１−１６５９３９号公報参照）。かかるバルブは、流路に液体を供給する液溜めの大気に通じる部分に、カップラーを密着させることにより、その液溜めへ流入する、或いはその液溜めから流出する液体の流れを止める機能を有する。流体の流通は、カップラーを密着状態から取り外すことにより回復させることができる。しかしながら、このバルブによると、カップラーを液溜めと気密性が保たれる形で密着させる必要があり、その作製及び操作が煩雑となる。さらに、流路の開閉部を任意に選択できないという問題がある。
また、Ｋ．Ｔａｓｈｉｒｏ ｅｔ ａｌ，“Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｓｏｒｔｉｎｇ ｍｉｃｒｏ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ”，Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ２００１，ｐ．４７１−４７３には、レーザでの照射によりゲル化する溶液を調製し、流路中の溶液をゲル化させることにより流路を塞ぐ方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、特定の条件をみたす溶液を調製しなければならない。また、この方法は、流路を塞ぐために利用することはできるが、開閉用バルブとしての複数回の利用は、開状態が液状となるため困難である。
また、特表２００３−５０３７１６号公報には、ポリマー材料からなるプラグを流路内に設け、このポリマー材料の体積変化を利用して、流路を開閉する方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、前記プラグを任意の位置に設ける必要があり、さらにプラグを設けた位置でないと、開閉を行うことができないという問題点がある。
【発明の開示】
本発明は、キャピラリチップにおいて、試料や試薬の組成を変化させることなく、簡単な方法でキャピラリ内の流体を流通させる流通方法及び当該流通方法を実施可能な流通制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有するキャピラリチップを用いて、前記キャピラリ内の流体を流通させる流通方法であって、前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、前記流通方法は、前記流通制御部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記複数の開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替え、前記キャピラリ内の流体を流通させるステップ（ａ）、を有する。この方法においては、ポリマー組成物の温度を変化させるだけという簡単なステップ（ａ）によって、前記キャピラリ内の流体を流通させることができる。
さらに、上記流通方法において、ステップ（ａ）を繰り返して複数回行ってもよい。ステップ（ａ）を繰り返すことによって、流通制御部内の流体が繰り返し押し出されることになる。また、各ステップ（ａ）の後に、以下のステップ、すなわち、前記流通制御部において、流通方向下流端から１個または複数個の開閉部を閉状態にしたまま、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより他の開閉部を閉状態から開状態に切り替えるステップ（ｂ）、ステップ（ｂ）の後、ステップ（ｂ）において閉状態である前記開閉部を開状態に切り替えるステップ（ｃ）、を有してもよい。この場合、ステップ（ｃ）と実質的同時に、次のステップ（ａ）を開始させる。この方法により、前記流通制御部をポンプとして機能させることができる。
また、上記流通方法において、さらに以下のステップ、すなわち、前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を閉状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止するステップ（ｄ）、前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を開状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を許容するステップ（ｅ）、を有してもよい。この場合、ステップ（ａ）による流通と、ステップ（ｄ）、（ｅ）による開閉を組み合わせて、キャピラリチップ上の流体の流通をより複雑に制御することができる。
前記ポリマー組成物としては、例えば、温度上昇によって体積が増加し、温度下降によって体積が減少するポリマー組成物を用いることができる。あるいは、温度上昇によって体積が減少し、温度下降によって体積が増加するポリマー組成物を用いることができる。さらには、両者の組み合わせにより、複雑な流路において開状態と閉状態を同時に制御することも可能である。
前記ポリマー組成物の具体例として、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含むポリマー組成物を挙げることができる。
前記キャピラリチップの一形態として、前記キャピラリが前記層の表面に形成されており、前記層の表面には蓋平板が密着している構成が挙げられる。
前記キャピラリチップは、前記キャピラリに接続している流体注入口および流体排出口をさらに備えていてもよい。
ステップ（ａ）は、好適には、前記流通制御部の前記開閉部を流通方向に順次、例えばレーザーを照射することにより加熱するステップである。この場合、前記加熱を、例えばレーザーを照射することにより行うことができる。
ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）において、例えば、前記開閉部を空冷することにより前記開閉部を閉状態から開状態に切り替えてもよい。
前記ポリマー組成物として、好ましくは、その第１次溶融転移により前記体積変化するポリマー組成物が用いられる。さらに好ましくは、前記ポリマー組成物の第１次溶融転移は、８０℃以下で起こるものとする。
前記キャピラリの断面積は、例えば、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下でありうる。
前記キャピラリチップは、さらに前記キャピラリに接続している流体注入口を複数有し、前記キャピラリは各流体注入口に対応するように複数の開閉部を有する構成であっても良い。
また、本発明は、キャピラリチップ装着部と、レーザー照射部と、レーザー制御部とを備えた流通制御装置であって、前記キャピラリチップ装着部は、キャピラリチップを装着可能であり、前記キャピラリチップは、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有し、前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、前記レーザー照射部は、前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップにレーザー照射可能であり、前記レーザー制御部は、前記レーザー照射部による前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップへのレーザー照射位置を制御可能であり、前記開閉部を流通方向に順次レーザー照射することによって、前記開閉部が流通方向に順次開状態から閉状態に切り替わり、前記キャピラリ内を流体が流通する、流通制御装置である。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）Ｉｂ−Ｉｂ断面を示す断面図、（ｃ）Ｉｃ−Ｉｃ断面を示す断面図である。
図２は、開閉部の開閉制御方法を模式的に示す断面図である。
図３は、流通制御部の流通制御方法を模式的に示す断面図である。
図４は、キャピラリチップの第１の作製方法を示す図である。
図５は、キャピラリチップの第２の作製方法を示す図である。
図６は、キャピラリチップの第３の作製方法を示す図である。
図７は、第２の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す斜視図である。
図８は、第３の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面を示す断面図、（ｃ）ＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ断面を示す断面図である。
図９は、第１の実施形態における流通制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０は、図９とは異なる形態の流通制御装置の構成を示すブロック図である。
参照符号一覧表
１，１’，１３ キャピラリチップ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 蓋平板
３ａ，３ｂ 主平板（溝形成用平板）
３ｃ 主平板（スリット形成用平板）
１１ 基板
１１ａ，ｌｌｂ 流路周辺部
２１ 試料注入口
２２，２３ 試薬注入口
２４ 排出口
３１ 本流路
３２，３３ 支流路
３１ａ，３２ａ，３３ａ 溝
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ 溝
３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ スリット
３４ 本流路
３５，３６，３７，３８，３９ 支流路
３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａ 反応層
２５，２６，２７，２８，２９ 排出口
Ｐ１，Ｐ２ 合流点
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉部
Ｃ１，Ｃ２ 流通制御部
５１，５７ 流通制御装置
５２ キャピラリチップ装着部
５３ ガイド部材
５４ レーザー発生器
５５ 光学系
５６ レーザー制御部
５８ 注入手段
５９ 検出手段
６０ 分析手段
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
（第１の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図１（ａ）は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１の外観を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ断面を示す断面図である。図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１は、本流路３１、支流路３２，３３、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３、及び排出口２４が形成された矩形の平面形状を有する基板１１を備える。各流路３１，３２，３３は、キャピラリで構成されている。本流路３１には、合流点Ｐ１で支流路３２が合流し、合流点Ｐ２で支流路３３が合流する。基板１１は、好ましくは地面に対して水平に置かれる。
試料注入口２１は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から本流路３１の上流端部まで延びる。試薬注入口２２は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から支流路３２の上流端部まで延びる。試薬注入口２３は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から支流路３３の上流端部まで延びる。排出口２４は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から本流路３１の下流端部まで延びる。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３、排出口２４により、各流路３１，３２，３３が開放系となり、流体の流通を許容できるようになる。
本流路３１は、合流点Ｐ２より下流側に本流路３１の開閉を制御する開閉部Ｖ１を備える。また、本流路３１は、上流端部近傍に流路中の流体を押し出すことにより流体を移動させる機能、及び流路中の流体に下流方向の力を与え流体の流通を開始させる機能を有する流通制御部Ｃ１を備える。
流路３１，３２，３３の横断面形状は、四角形、三角形等の多角形の形状、円形、半円形、半楕円形等とすることができ、特に制限されない。キャピラリチップ１において流通させる流体は液体とする。流路３１，３２，３３の断面積は、流通させる液体の粘度及び液体中の微粒子の大きさによるが、１μｍ２以上でかつ１００００００μｍ２以下であることが好ましく、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下であことがより好ましい。１μｍ２より小さいと、微粒子により流通が乱される原因となり、また生じる表面張力に抗して流体を流通させることが困難となる。一方、１００００００μｍ２以上であると、マイクロチップ１の用途に適した大きさの基板１１に複数の流路を形成することが困難となる。
基板１１の大きさは、形成する流路パターンによって決まるが、例えば厚みは５ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、長辺は５ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、短辺は３ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下で有り得る。
試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の大きさは、ピペット、シリンジ等の注入手段による試料又は試薬の注入が可能な大きさであれば特に限定されることはない。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３は大きさによって、試料又は試薬の液溜めとして機能する。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の大きさが液溜めとして十分でない場合は、これに例えば円筒状部材を接続し、液溜めを構成しても良い。尚、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の断面形状は、円形に限定されることはなく、多角形等であっても良い。
［開閉部の構成］
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、開閉部Ｖ１は、本流路３１の周辺部１１ａ（以下、流路周辺部１１ａという）から構成されている。流路周辺部１１ａは、基板１１の本流路３１を所定の長さでかつ全周に渡って囲む部分で構成されている。流路周辺部１１ａは、ポリマー組成物よりなる。ここでは、開閉部Ｖ１を構成する流路周辺部１１ａを本流路３１の全周を囲む部分としたが、流路周辺部１１ａは本流路３１の全周の一部を囲む部分であってもかまわない。開閉部Ｖ１は、ポリマー組成物の体積に応じて開状態あるいは閉状態をとる。開閉部Ｖ１は、ポリマー組成物の温度変化による体積増加により、開状態から閉状態となり、また、ポリマー組成物の温度変化による体積減少により、閉状態から開状態となる。開閉部Ｖ１は、開状態で液体の流通を許容し、閉状態で液体の流通を阻止する。ポリマー組成物の前記体積増加、体積減少は、可逆変化である。ポリマー組成物の体積変化が可逆変化であることにより、回数に限定されない開閉の制御が可能となる。
ポリマー組成物としては、温度上昇により体積増加し、温度下降により体積減少するポリマー組成物、あるいは温度下降により体積増加し、温度上昇により体積減少するポリマー組成物、いずれをも使用することができる。前者のようなポリマー組成物は、ニッタ（株）より、クールオフタイプのインテリマー（登録商標）として入手可能である。後者のようなポリマー組成物は、ニッタ（株）より、ウォームオフタイプのインテリマー（登録商標）として入手可能である。いずれも、板状のポリマー組成物である。前記ポリマー組成物として、好ましくは、特定の温度領域において、第１次溶融転移するポリマー組成物を用いる。そして、第１次溶融転移による体積変化を開閉の制御に利用する。第１次溶融転移による体積変化は、温度変化に対する体積変化が大きく、開閉部Ｖ１の開閉の２値制御が容易となるので好ましい。本明細書において、前記ポリマー組成物が第１次溶融転移する温度領域を溶融温度領域という。第１次溶融転移するポリマー組成物を用いた場合、溶融温度領域より低い温度から溶融温度領域より高い温度へ、あるいは溶融温度領域より高い温度から溶融温度領域より低い温度へ変化させることにより、開閉部Ｖ１の開閉を制御する。
ポリマー組成物の溶融温度領域は、狭い程好ましい。開閉を制御するために必要な温度変化が小さく、開閉の迅速な制御が可能となるからである。好ましくは、溶融温度領域内の最高温度と最低温度の差が１５℃以下のポリマー組成物を使用する。さらに、流体が変性することがない温度領域において第１次溶融転移するポリマー組成物が好ましい。また、溶融温度領域内の温度が、流体の凝固点より高く、沸点より低いポリマー組成物を使用する。開閉部Ｖ１付近の流体の温度は、開閉部Ｖ１の温度の影響を受けるからである。好ましい溶融温度領域は、流通させる流体の種類によって異なるが、例えば、溶融温度領域内の温度が３０℃以上８０℃以下のポリマー組成物を使用することができる。
上記ポリマー組成物として、特開２００２−３２２４４８号公報、米国特許第５，１５６，９１１号公報、米国特許第５，３８７，４５０号公報に記載されている温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。具体的には、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含有する温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。より具体的には、側鎖結晶性繰り返しユニットとしてヘキサデシルアクリレートを、側鎖非結晶性繰り返しユニットとしてヘキシルアクリレートを含有する温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。
また、好ましくは、溶融温度領域より低い温度から溶融温度領域より高い温度へ変化させると体積増加し、溶融温度領域より高い温度から溶融温度領域より低い温度へ変化させると体積減少するポリマー組成物であって、溶融温度領域内の温度が室温（２５℃）より高いポリマー組成物を使用する。このようなポリマー組成物を使用すると、開閉部Ｖ１は、室温では開状態であり、加熱によって閉状態となり、また放置することにより、すなわち空冷により開状態となる。通常、開状態から閉状態への切り替えの方が、閉状態から開状態への切り替えより迅速性を要求される。例えば、レーザーによる加熱は、局所的な温度変化を迅速に達成することができ、開状態から閉状態への制御に適している。
加熱手段としてレーザーを用いる場合、必要な加熱能力を有するものであれば、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザーなど種類を選ばない。レーザーは、加熱対象であるポリマー組成物からなる流路周辺部１１ａの加熱に適した波長の光を発するものであれば限定されない。例えば、ＩＲレーザーにより１４５０ｎｍ〜１４９０ｎｍの波長の光を発するものを用いることができる。加熱温度は、レーザーの出力及び照射時間によって制御する。
［開閉部の開閉制御方法］
開閉部Ｖ１の開閉制御方法について説明する。ここでは、Ｔａより低い温度では開状態であり、Ｔｂより高い温度では閉状態である開閉部Ｖ１について説明する。尚、Ｔａ＜Ｔｂであり、Ｔａ＞室温（２５℃）である。以下においては、加熱手段としてレーザーを、冷却手段として空冷を用いる場合について説明する。
図２は、開閉部Ｖ１の開状態（ａ）と閉状態（ｂ）を図１（ｃ）と同一の断面において模式的に示す断面図である。室温では、図２（ａ）に示すように開閉部Ｖ１は、開状態である。この状態で、開閉部Ｖ１にビーム状のレーザー光（以下、「レーザービーム」ともいう）Ｌを照射する。すると、開閉部Ｖ１は、局部的に加熱されて、その温度が室温からＴｂより高い温度まで上昇する。すると、流路周辺部１１ａのポリマー組成物の体積が増加するが、基板１１の流路周辺部１１ａ以外の部分の体積は変化しないので、流路周辺部１１ａは、流路を狭める方向に膨張し、それにより開閉部Ｖ１が図２（ａ）に示す開状態から、図２（ｂ）に示す閉状態となる。開閉部Ｖ１の加熱を継続し、開閉部Ｖ１をＴｂより高い温度に維持すると、閉状態が維持される。一方、開閉部Ｖ１の加熱を停止し、放置すると、開閉部Ｖ１はＴｂより高い温度からＴａより低い温度である室温まで冷却され、体積が減少し、図２（ｂ）に示す閉状態から、図２（ａ）に示す開状態となる。
次に、加熱により体積が減少し、冷却により体積が増加するポリマー組成物を用いる場合について説明する。ここでは、Ｔｃより高い温度では開状態であり、Ｔｄより低い温度では閉状態である開閉部Ｖ１について説明する。尚、Ｔｄ＜Ｔｃであり、Ｔｃ＜室温（２５℃）である。室温では、図２（ａ）に示すように開閉部Ｖ１は、開状態である。この状態で、開閉部Ｖ１を冷却する。すると、開閉部Ｖ１は、局部的に冷却されて、その温度が室温からＴｄより低い温度まで下降する。このとき、流路周辺部１１ａのポリマー組成物の体積が増加するが、基板１１の流路周辺部１１ａ以外の部分の体積は変化しないので、流路周辺部１１ａは、流路を狭める方向に膨張し、それにより開閉部Ｖ１が図２（ａ）に示す開状態から、図２（ｂ）に示す閉状態となる。開閉部Ｖ１の冷却を継続し、開閉部Ｖ１をＴｄより低い温度に維持すると、閉状態が維持される。一方、開閉部Ｖ１の冷却を停止し、放置すると、開閉部Ｖ１はＴｄより低い温度からＴｃより高い温度である室温まで加熱され、体積が減少し、図２（ｂ）に示す閉状態から、図２（ａ）に示す開状態となる。
［流通制御部の構成］
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、図１（ｃ）と同一の断面において流通制御部Ｃ１の制御手順を模式的に示す部分断面部である。
図３（ａ）に示すように、流通制御部Ｃ１は、本流路３１の周辺部１１ｂ（以下、流路周辺部１１ｂという）から構成されている。流路周辺部１１ｂは、基板１１の本流路３１を所定の長さでかつ全周に渡って囲む部分で構成されている。前記流路周辺部１１ｂは、ポリマー組成物よりなり、上記開閉部Ｖ１における開閉制御と同様の制御が可能な流通制御用開閉部Ｖ２が複数隣接してなる構成である。ここでは、流路周辺部１１ｂを本流路３１の全周を囲む部分としたが、流路周辺部１１ｂは本流路３１の全周の一部を囲む部分であってもかまわない。流通制御部Ｃ１を形成するポリマー組成物として好ましい材料は開閉部Ｖ１の説明において記載した材料と同様である。
［流通制御部の制御方法］
まず、流通制御部Ｃ１を用いて流路３１内の液体を送液する方法について説明する。各流通制御用開閉部Ｖ２の開閉制御方法は、前記開閉部Ｖ１の制御方法と同様であるので、説明を省略する。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、液体で満たされた状態の流通制御部Ｃ１の各流通制御用開閉部Ｖ２を流通方向の上流側（試料注入口２１側）から流通方向の下流側（排出口２４（図１参照）側）に順次レーザービームＬを照射して加熱することにより閉状態にする。これにより、上流側から下流側に液体を押し出し、流路３１内で液体を流通させることができる。また、液体の粘度等によるが、上記押し出しにより液体に下流方向の力を与え、流通を開始させることも可能である。また、押し出す速度を調節することにより流速を制御することも可能である。さらに、上記押し出しを繰り返すことにより流通制御部Ｃ１がポンプとして機能し、本流路３１中の液体を流通させることができる。
以下、流通制御部Ｃ１をポンプとして機能させる制御方法を図３（ａ）〜図３（ｆ）を用いて説明する。流通制御部Ｃ１において、各流通制御用開閉部Ｖ２は、Ｔａより低い温度では開状態であり、Ｔｂより高い温度では閉状態であるとする。尚、Ｔａ＜Ｔｂであり、Ｔａ＞室温（２５℃）である。以下においては、加熱手段としてレーザーを、冷却手段として空冷を用いる場合について説明する。
試料注入口２１から注入された液体で満たされている本流路３１において、全ての流通制御用開閉部Ｖ２が開状態である状態（図３（ａ）から、各流通制御用開閉部Ｖ２を上流側から下流側に順次レーザービームＬを照射して加熱することにより、閉状態とし（図３（ｂ））、最後に最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態とする（図３（ｃ））。図３（ｂ）、（ｃ）に示すステップにおいて、流通制御部Ｃ１内の液体が押し出される。その後、最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態としたまま、他の流通制御用開閉部Ｖ２を開状態とすることにより、流通制御部Ｃ１は、液体で満たされる（図３（ｄ））。その後、最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を開状態にすると同時に、流通制御部Ｃ１の各流通制御用開閉部Ｖ２を上流側から下流側に順次レーザー光Ｌを照射して加熱することにより閉状態とし（図３（ｅ））、最後に最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態とする（図３（ｆ））。図３（ｅ）、（ｆ）に示すステップにおいて、流通制御部Ｃ１内の液体が押し出される。上記制御を繰り返すことにより、流通制御部Ｃ１がポンプとして機能する。
尚、流通制御部Ｃ１内の各流通制御用開閉部Ｖ２を、単独で開閉制御して、流体の流通の阻止／許容を切り替える開閉部として機能させても良いことは勿論である。
［キャピラリチップの使用方法］
図１（ａ）〜図１（ｃ）において、キャピラリチップ１は、例えば、次のように使用することができる。試料注入口２１に試料を注入し、試薬注入口２２に第１の試薬を注入する。合流点Ｐ１で、本流路３１を流通する試料流に、支流路３２を流通する試薬流が合流し混合流となる。そして、合流点Ｐ１より下流において、試料と第１の試薬とが混合され、反応が起こる。
また、適当なタイミングで、試薬注入口２３に第２の試薬を注入する。合流点Ｐ２で、前記混合流に支流路３３を流通する試薬流が合流する。合流点Ｐ２より下流において、試料と第２の試薬とが混合され、反応が起こる。反応が完了する本流路３１の位置Ｐ３において、任意の分析を行う。例えば、光熱変換法、蛍光法、吸光度法、化学発光法などの光学的検出方法などを用いて、反応溶液の検出を行うことにより、試料の分析を行うことができる。または、顕微鏡で反応溶液を観察することにより、試料の分析を行うことができる。
尚、開閉部Ｖ１を閉状態とすることにより試料と第１の試薬、第２の試薬との反応時間を調整することができる。また、流通制御部Ｃ１において、上述の流通制御を行うことにより、流路中の液体の流通を促進することができる。
生化学検査項目のように、試料と試薬とを反応させ、分離することなく必要な検出ができる場合は、キャピラリチップ１を用いることにより、混合から反応、検出まで一貫した流路で連続的に処理が可能である。
本実施形態で用いる試料としては、血液、髄液、唾液、尿等の生体試料が挙げられる。これらの生体試料を用いた場合、血液、髄液、唾液や尿中に含まれる生体成分、臓器・組織・粘膜由来の生体成分、感染源となる菌やウィルスなどの蛋白、ＤＮＡ、ＲＮＡ、アレルゲン、種々の抗原等が検出対象物質となりうる。
［その他の構成］
キャピラリチップ１における流路は、試薬や試料の移送を主な目的とした流路（本流路３１の上流端部から合流点Ｐ１まで，支流路３２，３３）、試薬や試料の混合を主な目的とした流路（本流路３１の合流点Ｐ１から合流点Ｐ２まで）、試薬や試料の混合及び反応液の検出を主な目的とした流路（本流路３１の合流点Ｐ２から下流端部まで）からなる。流路の構成は、本実施形態に示すものに限定されることはなく、用途に応じて設計しうる。
キャピラリチップ１における流路は、一つの操作（例えば、一定量のサンプリングや試料、試薬の移送等）を主な目的とした流路部分のみからなっていてもよいが、上記のように複数の各々異なった操作を主な目的とした流路を組み合わせてなるものであっても良い。このことにより単なる定性分析ではなく、定量分析を伴うような高度な分析が可能な装置を構成することができる。
また、流路の構成としては、例えば試料や試薬の混合や希釈を主な目的とした流路の形状として、１本の流路に他の流路を合流させた形状（図１に示す形状）や、１本の流路に複数本の流路を一カ所で合流させた形状などを挙げることができる。１本の流路に他の流路または複数の流路を合流させ１本の流路とすることにより、流路形状のみで、混合操作や希釈操作を行うことができる。また、合流する流路からの液体の流量を変えることにより、異なった比率での試料、試薬の混合や希釈も可能である。
液体を均一化する流路部分の平面視形状としては、直線状の形状、蛇行状や渦巻き状に曲げられた形状などの形状が挙げられる。また、流路中に他の部分より流通方向の単位長さに対する体積が大きい反応部を設ける構成（後述する第２の実施形態）とすることにより、試料と試薬との混合及び反応が進行しやすい構成とすることができる。さらに、上記とは逆に、１本の流路が多数本に別れる流路を構成する（流路を分岐する）ことにより、分流を行うことも可能である。
また、流路の設計以外に、開閉部や流通制御部を所望の位置に備える構成とすることにより、希釈や他の試薬との反応のタイミング等の制御を行うことができる。
尚、本実施形態においては、各流路３１，３２，３３が基板１１に形成されているキャピラリチップを用いたが、本発明を適用しうるキャピラリチップはこの構成に限定されることはなく、例えば、各流路３１，３２，３３が円柱状の基体に形成されているものであっても良い。
上面が開放された溝で構成されている流路を有するキャピラリチップを用いても、上述のような開閉制御、流通制御を行うことができるが、本実施形態のように、各流路の全周がポリマー組成物からなるキャピラリで構成されているキャピラリチップを用いる方が、上述の開閉制御、流通制御を効果的に行う点から好ましい。
この他、試料や試薬に悪影響を与えないことを条件として、試料注入口を構成する貫通孔２１の周囲を加熱して貫通孔２１の体積を小さくして、貫通孔２１からなる試料注入口から本流路３１に押し出すように流体を流してもよい。なお、冷却により体積が大きくなるポリマー組成物を使う場合には、当然、試料注入口を構成する貫通孔２１の周囲を冷却して貫通孔２１の体積を小さくする。
［キャピラリチップの流通制御装置］
次に、キャピラリチップ１の流路３１内における液体の流通を制御するための、流通制御装置の一形態について説明する。図９は、流通制御装置５１のブロック図である。流通制御装置５１は、キャピラリチップ装着部５２と、レーザー発生器５４、光学系５５及びレーザー制御部５６を備える。本明細書においては、レーザー発生器５４及と光学系５５とをあわせてレーザー照射部ともいう。流通制御装置５１は、キャピラリチップ装着部５２にキャピラリチップ１を装着して使用する。キャピラリチップ装着部５２は、例えばキャピラリチップ１を装着するためのガイド部材５３を有する。レーザー発生器５４から発され、光学系５５で細く絞られたレーザービームＬは、キャピラリチップ１に照射される。レーザー制御部５６は、光学系５５を制御し、光学系５５内部でレーザービームＬを偏向させることによりレーザービームＬの照射位置を制御する。レーザー制御部５６は、レーザービームＬが開閉部Ｖ１、流通制御部Ｃ１の開閉部Ｖ２に照射されるように制御する。また、レーザー制御部５６の制御により、レーザービームＬを走査しながら照射することもでき、さらには光学系５５におけるレーザービームＬの絞り具合を調整して、隣接する複数の開閉部Ｖ２を同時に照射することもできる。
したがって、流通制御装置５１により上述の開閉部Ｖ１，Ｖ２の開閉制御方法や、流通制御部Ｃ１の流通制御方法を実施することができる。
なお、流通制御装置は、複数のレーザービームＬを同時に照射することができるレーザーを備えている構成であってもよい。また、レーザービームＬの照射が、キャピラリチップ１の任意の位置になされるようにキャピラリチップ１を駆動する駆動手段を有する構成であってもよい。
図１０は、図９とは異なる形態の流通制御装置５７のブロック図である。図１０において、図９と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１０に示す流通制御装置５７は、図９に示す流通制御装置５１において、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３に試料又は試薬を注入可能な注入手段５８、排出口２４から排出液を排出可能な排出手段５９、上述した分析が可能な例えば顕微鏡などの分析手段６０を備えている構成である。このような構成により、一つの装置において、試料及び試薬の注入、開閉制御、流通制御、分析を行うことができる。
また、図９、図１０に示す流通制御装置においては、キャピラリチップ装着部５２に装着するキャピラリチップ１を取り替えるだけで、異なるキャピラリチップ１の反応を分析することができる。
［キャピラリチップの第１の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は主平板（溝形成用平板）と、蓋平板を貼り合わせて作製される。図４（ａ）は蓋平板２ａの上面図、図４（ｂ）は主平板３ａの上面図、図４（ｃ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縦断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図４（ｂ）に示すように、主平板３ａの表面に流路となる溝３１ａ，３２ａ，３３ａを形成する。図４（ａ）に示すように、蓋平板２ａに、それぞれ試料注入口、試薬注入口、排出口となる四つの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを形成する。そして、図４（ｃ）に示すように、主平板３ａと、蓋平板２ａとを、主平板３ａの溝３１ａ，３２ａ，３３ａが形成されている面を内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１を作製する。
主平板３ａとして、基板上の表面に特定のポリマー組成物からなる層（以下、ポリマー組成物層と称す）が形成されたものが用いられる。かかるポリマー組成物の詳細については、開閉部Ｖ１を形成するポリマー組成物として上述したものと同様である。基板上へのポリマー組成物層の形成方法は、限定されることはなく、例えばスプレー堆積、塗装、浸漬、グラビア印刷、圧延などの多くの方法により行うことができる。
より具体的には、ＰＥＴフィルムからなる基板の表面に第１次溶融転移するポリマー組成物からなる層が形成された感温性粘着テープであるクールオフタイプのインテリマー（登録商標）（ニッタ株式会社製）を主平板３ａの材料として用いることができる。クールオフタイプのインテリマー（登録商標）は、溶融温度領域より低い温度から高い温度に加熱することにより体積が増加し、溶融温度領域より高い温度から低い温度に冷却することにより体積が減少する。前記クールオフタイプのインテリマー（登録商標）として、溶融温度領域が略３０℃以上４０℃以下のインテリマー（登録商標）、略４０℃以上５０℃以下のインテリマー（登録商標）等が、主平板３ａの材料として適している。
溝３１ａ，３２ａ，３３ａは、ポリマー組成物層の表面に形成される。ポリマー組成物層の厚みは、溝３１ａ，３２ａ，３３ａの深さよりも厚ければ特に限定されず、主平板３ａ全体が特定のポリマー組成物で形成されたものであっても良い。本方法においては、溝全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。この場合、加熱手段として、任意の部位を照射可能な例えば移動式レーザーのような加熱手段を用いることが好ましい。
また、ここでは、蓋平板２ａの内部にも、前記のポリマー組成物層が形成されている。このような構成により、主平板３ａと蓋平板２ａとを貼り合わせることにより形成される流路３１，３２，３３の全周が、ポリマー組成物で形成される。ただし、この構成に限定されることはなく、蓋平板２ａには、前記ポリマー組成物が形成されていない構成であっても良い。この場合、流路３１，３２，３３は、その全周の一部がポリマー組成物で形成されることになる。
主平板３ａの基板（すなわちポリマー組成物層以外の部分）、及び蓋平板２ａ（ポリマー組成物層以外の部分）は、シリコンやガラス等の無機材料や有機ポリマーで作製することができる。主平板３ａの基板、及び蓋平板２ａの少なくとも一方は、加熱手段が発する光の波長に対して透明性を有する材料を使用する。例えばレーザーにより開閉部Ｖ１又は流通制御部Ｃ１を加熱する場合、キャピラリチップ１の外部からレーザー光を照射するので、外部から開閉部Ｖ１及び流通制御部Ｃ１までレーザー光を到達させる必要があり、レーザー光の光路において透明性を確保する必要があるからである。
主平板３ａの表面の溝３１ａ，３２ａ，３３ａは、切削加工やレーザーによるエッチング加工等の方法により形成する。蓋平板２ａの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、超音波加工等の方法により形成する。蓋平板２ａの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａは、主平板３ａの各溝３１ａ，３２ａ，３３ａの最上流位置に略対応する位置に形成する。貫通孔２４ａは、溝３１ａの最下流位置に略対応する位置に形成する。そして、溝３１ａ，３２ａ，３３ａが形成された主平板３ａと、貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが形成された蓋平板２ａとを溝３１ａ，３２ａ，３３ａを内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１が形成される。主平板３ａと、蓋平板２ａとの貼り合ゎせは、例えば、超音波融着、ホットメルト接着剤やＵＶ接着剤等の接着剤による接着、粘着剤による粘着、両面テープ等を介しての圧接等の方法による。
図４（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１において、溝３１ａ、３２ａ、３３ａは流路３１、３２、３３となり、貫通孔２１ａは試料注入口２１となり、貫通孔２２ａ、２３ａは試薬注入口２２、２３となり、貫通孔２４ａは排出口２４となる。
［キャピラリチップの第２の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は、主平板（溝形成用平板）と蓋平板を貼り合わせて作製される。図５（ａ）は蓋平板２ｂの上面図を、図５（ｂ）は主平板３ｂの上面図を、図５（ｃ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縱断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図５（ｂ）に示すように、主平板３ｂの表面に流路となる溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを形成する。また、主平板３ｂに、貫通孔２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを形成する。貫通孔２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、各溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂの最上流位置に形成する。貫通孔２４ｂは、溝３１ｂの最下流位置に形成する。
そして、図５（ｃ）に示すように、主平板３ｂと、蓋平板２ｂとを、主平板３ｂに形成された溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１が形成される。
本作製方法は、溝３１，３２，３３及び貫通孔２１，２２，２３，２４が同一の主平板３ｂに形成されている点を除いては第１の作製方法と同様である。また、主平板３ｂ、蓋平板２ｂとして、第１の作製方法で用いた主平板３ａ、蓋平板２ａと同様の材料からなるものを用いることができる。従って、本方法においても、溝全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。
図５（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１において、溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは流路３１，３２，３３となり、貫通孔２１ｂは試料注入口２１となり、貫通孔２２ｂ，２３ｂは試薬注入口２２，２３となり、貫通孔２４ｂは排出口２４となる。
［キャピラリチップの第３の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は、主平板（スリット形成用平板）と２枚の蓋平板を貼り合わせて作製される。図６（ａ）は第１の蓋平板２ｃの上面図を、図６（ｂ）は主平板３ｃの上面図を、図６（ｃ）は第２の蓋平板２ｄの上面図を、図６（ｄ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縦断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図６（ｂ）に示すように、主平板３ｃに流路となるスリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃを形成する。スリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、主平板３ｃの表裏面を貫通する。図６（ａ）に示すように、第１の蓋平板２ｃに、それぞれ試料注入口、試薬注入口、排出口となる四つの貫通孔２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、主平板３ｃと、第１の蓋平板２ｃと、第２の蓋平板２ｄとを、主平板３ａを二枚の蓋平板２ｃ、２ｄで挟むようにして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１を作製する。
主平板３ｂとして、ポリマー組成物からなる板を用いる。ここでいうポリマー組成物とは、開閉部Ｖ１を形成するポリマー組成物として上述したものと同様である。主平板３ｃと、第２の蓋平板２ｄとを貼り合わせることにより、第１の作製方法における主平板３ａと同様の平板が形成される点を除いては、第１の作製方法と同様である。従って、本方法においても、スリット全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。尚、二枚の蓋平板２ｃ、２ｄの内面にポリマー組成物層が形成されていると、流路３１，３２，３３の全周がポリマー組成物からなり好ましいが、この構成に限定されることはない。
図６（ｄ）に示すように、キャピラリチップ１において、スリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは流路３１，３２，３３となり、貫通孔２１ｃは試料注入口２１となり、貫通孔２２ｃ，２３ｃは試薬注入口２２，２３となり、貫通孔２４ｃは排出口２４となる。
（第２の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図７は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１’の外観を模式的に示す斜視図である。図７に示すように、キャピラリチップ１’は、各流路３１，３２，３３の上流端近傍に、試料注入口２１及び試薬注入口２２，２３に対応させて、開閉部Ｖ１と同じ構成の開閉部Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を備える。尚、開閉部Ｖ２は、流通制御部Ｃ１の開閉部を兼ねる。その他の構成は、第１の実施形態のキャピラリチップ１と同じ構成なので、同一の要素には同一の符号を付して、説明を省略する。
［キャピラリチップの使用方法］
キャピラリチップ１’は、第１の実施形態のキャピラリチップ１と同様の使用方法で使用することができる。そして、さらに、開閉部Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の開閉制御によって、試料注入口２１に注入された試料及び試薬注入口２２，２３に注入された試薬の流通開始のタイミング、流通停止のタイミング、及び流通量を制御することができる。
本実施形態のキャピラリチップ１’も第１の実施形態に示す流通制御装置を用いて、開閉制御、流通制御、分析等を行うことができる。
（第３の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図８（ａ）は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１３の外観を模式的に示す斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ断面を示す断面図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１３は、本流路３４、支流路３５，３６，３７，３８，３９、注入口４１、排出口２５，２６，２７，２８，２９が形成された上面矩形の基板１４からなる。各流路３４，３５，３６，３７，３８，３９は、キャピラリで構成されている。本流路３４は、分岐点３４ａで５本の支流路３５，３６，３７，３８，３９に分岐する。
本流路３４は、上流端近傍に流通制御部Ｃ２を備える。各支流路３５，３６，３７，３８，３９は、他の部分より流通方向の単位長さに対する体積が大きい平面視円形の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａと、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａの近傍下流側に開閉部Ｖ３を備える。各開閉部Ｖ３は、各排出口２５，２６，２７，２８，２９に対応する。
本実施形態のキャピラリチップ１３は、第１の実施形態のキャピラリチップ１とは、その流路設計が異なるのみなので、各要素の詳細な説明は省略する。開閉部Ｖ３の構成及び制御方法は、第１の実施形態の開閉部Ｖ１と同様である。流通制御部Ｃ２の構成及び制御方法は、第１の実施形態の流通制御部Ｃ１と同様である。
［キャピラリチップの使用方法］
以下、キャピラリチップ１３の使用方法を説明する。注入口４１から、培地入りの細胞の懸濁液を注入し、流通制御部Ｃ２によるポンプ機能を利用して各支流路３５，３６，３７，３８，３９の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａまで、前記懸濁液を送液する。各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａが、前記懸濁液で満たされた後、各支流路３５，３６，３７，３８，３９に設けられた開閉部Ｖ３を閉状態とする。
この状態で、２日放置し、反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａにおいて、細胞を培養する。その後、各支流路３５，３６，３７，３８，３９の開閉部Ｖ３を開状態とし、注入口４１から第１の医薬品候補化合物が溶解された試薬溶液を注入し、流通制御部Ｃ２のポンプ機能を利用して、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに上記試薬溶液を送液する。そして、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａが上記試薬で満たされたタイミングで開閉部Ｖ３を閉状態とする。
その後、キャピラリチップ１３の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａを顕微鏡で観察することにより、第１の医薬候補化合物の細胞毒性や、細胞に与える影響を分析する。尚、上記細胞として付着細胞を用いることが好ましい。付着細胞は、反応層に付着するため、培養後、試薬を送液しても大部分は反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａから流出することがないからである。
尚、上記において、分岐した各支流路３５，３６，３７，３８，３９の上流端部に開閉部を設けて、各反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに異なる医薬品候補化合物の試薬溶液を送液し、複数の試薬の細胞毒性等を同時に分析するようにしてもよい。この場合、例えば各試薬に対して上流端部のバルブが開状態となっている流路を一つのみとし、他の流路の開閉部は閉状態とすることにより、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに送液する試薬の種類を制御する。
本実施形態のキャピラリチップ１３も第１の実施形態に示す流通制御装置を用いて、開閉制御、流通制御、分析等を行うことができる。
第１から第３の実施形態では、キャピラリチップにおいて、開閉部の温度を変化させるという簡単な方法で、キャピラリの流通制御、開閉制御を達成することが可能となる。さらに、ポリマー組成物からなる層の表面または内部にキャピラリを形成するので、任意の部位を開閉部として選択できる。
また、上記実施形態の方法では、流通制御、開閉制御に際して、試料や試薬の性質に影響を及ぼすことがない。さらに、上記制御を行うために必要な手段は、静粛性を維持できる小型なもので構成可能である。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係る流通方法は、医療診断用のマイクロチップや、薬品応答性検出用のマイクロチップにおいて、試薬や試料等の液体を流通させるために有用である。
また、本発明に係る流通方法は、マイクロチップを用いて分析を行うマイクロＴＡＳに使用することができる。例えば、血液、髄液、唾液、尿等の生体試料の分析用マイクロＴＡＳに使用することができる。
本発明に係る流通方法によると、簡易な構成のマイクロチップにおいて、所望の開閉制御、流通制御を行うことができるので、特に使い捨て用のキャピラリチップに適用する方法として有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【技術分野】
本発明は、キャピラリチップ、特に微量試料の分析を簡便に行うための有用なキャピラリを備えたキャピラリチップに関する。
〔技術背景〕
マイクロマシン技術の応用として、化学分析システムの微小化、集積化は最も有望な分野の一つである。微小化、集積化した化学分析システムは、マイクロＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ）といわれる。マイクロＴＡＳは、試料及び試薬である液体の流路となるキャピラリ、反応スペース、検出スペースが、通常約１〜２ｃｍ角程度の１枚のキャピラリチップに形成されているシステムである。このシステムは、試料の節減、分析の高速化、前処理を含めた測定の自動化、装置のポータブル化、装置のディスポーザブル化、装置の低コスト化などが図れるとして期待されている。
例えば、血液等を試料とする医療診断用途の分析装置においては、患者のベッドサイド等でも簡便に使用することができ、また試料が触れるキャピラリチップを使い捨てにすることができるマイクロＴＡＳは非常に有用である。
今後、マイクロＴＡＳを用いた高度なシステムを構築するためには、キャピラリチップ中の流路の開閉を制御するマイクロバルブや、流路において流体を流通させる送液駆動素子などの微小な流通制御素子の開発が不可欠である。
流路において、液体を流通させる方法としては、キャピラリチップ外の送液ポンプまたは吸引ポンプを用いる方法が一般的である。この方法では、外部ポンプが必要となるため、制御の応答性、連続的な変化、耐久性、医療現場において重要な静粛性、等の点で問題がある。また、装置全体が大きくなることや、キャピラリチップと外部ポンプとの接続部分での洩れの恐れもある。
その他に、流路中の液体に泳動電圧を印加することにより生じる電気浸透流を利用して流路中の流体を流通させる方法も知られている（例えば、特開平８−２６１９８６号公報参照）。この方法によると、流路内の液体に電極を介して電圧をかけるため、電極表面で測定試料や試薬の電気分解が生じて、試料組成や試薬組成が変化してしまうことがある。
また、前記マイクロバルブとして、ワックスで流路を塞ぐバルブが知られている（例えば、特表２０００−５１４９２８号公報参照）。しかしながら、ワックスを用いたバルブは、ある程度太い流路にしか採用できない、液体中の成分がワックスに吸着する、開閉の迅速な制御が困難である、等の問題がある。
また、その他のマイクロバルブとして、カップラーを用いたバルブが知られている（例えば、特開２００１−１６５９３９号公報参照）。かかるバルブは、流路に液体を供給する液溜めの大気に通じる部分に、カップラーを密着させることにより、その液溜めへ流入する、或いはその液溜めから流出する液体の流れを止める機能を有する。流体の流通は、カップラーを密着状態から取り外すことにより回復させることができる。しかしながら、このバルブによると、カップラーを液溜めと気密性が保たれる形で密着させる必要があり、その作製及び操作が煩雑となる。さらに、流路の開閉部を任意に選択できないという問題がある。
また、Ｋ．Ｔａｓｈｉｒｏ ｅｔ ａｌ，“Ａ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ｓｏｒｔｉｎｇ ｍｉｃｒｏ ｆｌｏｗ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔｈｙｌ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ”，Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ ２００１，ｐ．４７１−４７３には、レーザでの照射によりゲル化する溶液を調製し、流路中の溶液をゲル化させることにより流路を塞ぐ方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、特定の条件をみたす溶液を調製しなければならない。また、この方法は、流路を塞ぐために利用することはできるが、開閉用バルブとしての複数回の利用は、開状態が液状となるため困難である。
また、特表２００３−５０３７１６号公報には、ポリマー材料からなるプラグを流路内に設け、このポリマー材料の体積変化を利用して、流路を開閉する方法が開示されている。しかしながら、この方法においては、前記プラグを任意の位置に設ける必要があり、さらにプラグを設けた位置でないと、開閉を行うことができないという問題点がある。
【発明の開示】
本発明は、キャピラリチップにおいて、試料や試薬の組成を変化させることなく、簡単な方法でキャピラリ内の流体を流通させる流通方法及び当該流通方法を実施可能な流通制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有するキャピラリチップを用いて、前記キャピラリ内の流体を流通させる流通方法であって、前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、前記流通方法は、前記流通制御部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記複数の開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替え、前記キャピラリ内の流体を流通させるステップ（ａ）、を有する。この方法においては、ポリマー組成物の温度を変化させるだけという簡単なステップ（ａ）によって、前記キャピラリ内の流体を流通させることができる。
さらに、上記流通方法において、ステップ（ａ）を繰り返して複数回行ってもよい。ステップ（ａ）を繰り返すことによって、流通制御部内の流体が繰り返し押し出されることになる。また、各ステップ（ａ）の後に、以下のステップ、すなわち、前記流通制御部において、流通方向下流端から１個または複数個の開閉部を閉状態にしたまま、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより他の開閉部を閉状態から開状態に切り替えるステップ（ｂ）、ステップ（ｂ）の後、ステップ（ｂ）において閉状態である前記開閉部を開状態に切り替えるステップ（ｃ）、を有してもよい。この場合、ステップ（ｃ）と実質的同時に、次のステップ（ａ）を開始させる。この方法により、前記流通制御部をポンプとして機能させることができる。
また、上記流通方法において、さらに以下のステップ、すなわち、前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を閉状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止するステップ（ｄ）、前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を開状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を許容するステップ（ｅ）、を有してもよい。この場合、ステップ（ａ）による流通と、ステップ（ｄ）、（ｅ）による開閉を組み合わせて、キャピラリチップ上の流体の流通をより複雑に制御することができる。
前記ポリマー組成物としては、例えば、温度上昇によって体積が増加し、温度下降によって体積が減少するポリマー組成物を用いることができる。あるいは、温度上昇によって体積が減少し、温度下降によって体積が増加するポリマー組成物を用いることができる。さらには、両者の組み合わせにより、複雑な流路において開状態と閉状態を同時に制御することも可能である。
前記ポリマー組成物の具体例として、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含むポリマー組成物を挙げることができる。
前記キャピラリチップの一形態として、前記キャピラリが前記層の表面に形成されており、前記層の表面には蓋平板が密着している構成が挙げられる。
前記キャピラリチップは、前記キャピラリに接続している流体注入口および流体排出口をさらに備えていてもよい。
ステップ（ａ）は、好適には、前記流通制御部の前記開閉部を流通方向に順次、例えばレーザーを照射することにより加熱するステップである。この場合、前記加熱を、例えばレーザーを照射することにより行うことができる。
ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）において、例えば、前記開閉部を空冷することにより前記開閉部を閉状態から開状態に切り替えてもよい。
前記ポリマー組成物として、好ましくは、その第１次溶融転移により前記体積変化するポリマー組成物が用いられる。さらに好ましくは、前記ポリマー組成物の第１次溶融転移は、８０℃以下で起こるものとする。
前記キャピラリの断面積は、例えば、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下でありうる。
前記キャピラリチップは、さらに前記キャピラリに接続している流体注入口を複数有し、前記キャピラリは各流体注入口に対応するように複数の開閉部を有する構成であっても良い。
また、本発明は、キャピラリチップ装着部と、レーザー照射部と、レーザー制御部とを備えた流通制御装置であって、前記キャピラリチップ装着部は、キャピラリチップを装着可能であり、前記キャピラリチップは、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有し、前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、前記レーザー照射部は、前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップにレーザー照射可能であり、前記レーザー制御部は、前記レーザー照射部による前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップへのレーザー照射位置を制御可能であり、前記開閉部を流通方向に順次レーザー照射することによって、前記開閉部が流通方向に順次開状態から閉状態に切り替わり、前記キャピラリ内を流体が流通する、流通制御装置である。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）Ｉｂ−Ｉｂ断面を示す断面図、（ｃ）Ｉｃ−Ｉｃ断面を示す断面図である。
図２は、開閉部の開閉制御方法を模式的に示す断面図である。
図３は、流通制御部の流通制御方法を模式的に示す断面図である。
図４は、キャピラリチップの第１の作製方法を示す図である。
図５は、キャピラリチップの第２の作製方法を示す図である。
図６は、キャピラリチップの第３の作製方法を示す図である。
図７は、第２の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す斜視図である。
図８は、第３の実施形態で用いるキャピラリチップの外観を模式的に示す（ａ）斜視図、（ｂ）ＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面を示す断面図、（ｃ）ＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ断面を示す断面図である。
図９は、第１の実施形態における流通制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０は、図９とは異なる形態の流通制御装置の構成を示すブロック図である。
参照符号一覧表
１，１’，１３ キャピラリチップ
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 蓋平板
３ａ，３ｂ 主平板（溝形成用平板）
３ｃ 主平板（スリット形成用平板）
１１ 基板
１１ａ，ｌｌｂ 流路周辺部
２１ 試料注入口
２２，２３ 試薬注入口
２４ 排出口
３１ 本流路
３２，３３ 支流路
３１ａ，３２ａ，３３ａ 溝
３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ 溝
３１ｃ，３２ｃ，３３ｃ スリット
３４ 本流路
３５，３６，３７，３８，３９ 支流路
３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａ 反応層
２５，２６，２７，２８，２９ 排出口
Ｐ１，Ｐ２ 合流点
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 開閉部
Ｃ１，Ｃ２ 流通制御部
５１，５７ 流通制御装置
５２ キャピラリチップ装着部
５３ ガイド部材
５４ レーザー発生器
５５ 光学系
５６ レーザー制御部
５８ 注入手段
５９ 検出手段
６０ 分析手段
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
（第１の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図１（ａ）は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１の外観を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ断面を示す断面図である。図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１は、本流路３１、支流路３２，３３、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３、及び排出口２４が形成された矩形の平面形状を有する基板１１を備える。各流路３１，３２，３３は、キャピラリで構成されている。本流路３１には、合流点Ｐ１で支流路３２が合流し、合流点Ｐ２で支流路３３が合流する。基板１１は、好ましくは地面に対して水平に置かれる。
試料注入口２１は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から本流路３１の上流端部まで延びる。試薬注入口２２は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から支流路３２の上流端部まで延びる。試薬注入口２３は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から支流路３３の上流端部まで延びる。排出口２４は、断面円形の孔で構成され、基板１１表面から本流路３１の下流端部まで延びる。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３、排出口２４により、各流路３１，３２，３３が開放系となり、流体の流通を許容できるようになる。
本流路３１は、合流点Ｐ２より下流側に本流路３１の開閉を制御する開閉部Ｖ１を備える。また、本流路３１は、上流端部近傍に流路中の流体を押し出すことにより流体を移動させる機能、及び流路中の流体に下流方向の力を与え流体の流通を開始させる機能を有する流通制御部Ｃ１を備える。
流路３１，３２，３３の横断面形状は、四角形、三角形等の多角形の形状、円形、半円形、半楕円形等とすることができ、特に制限されない。キャピラリチップ１において流通させる流体は液体とする。流路３１，３２，３３の断面積は、流通させる液体の粘度及び液体中の微粒子の大きさによるが、１μｍ２以上でかつ１００００００μｍ２以下であることが好ましく、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下であことがより好ましい。１μｍ２より小さいと、微粒子により流通が乱される原因となり、また生じる表面張力に抗して流体を流通させることが困難となる。一方、１００００００μｍ２以上であると、マイクロチップ１の用途に適した大きさの基板１１に複数の流路を形成することが困難となる。
基板１１の大きさは、形成する流路パターンによって決まるが、例えば厚みは５ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、長辺は５ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下、短辺は３ｍｍ以上でかつ５０ｍｍ以下で有り得る。
試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の大きさは、ピペット、シリンジ等の注入手段による試料又は試薬の注入が可能な大きさであれば特に限定されることはない。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３は大きさによって、試料又は試薬の液溜めとして機能する。試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の大きさが液溜めとして十分でない場合は、これに例えば円筒状部材を接続し、液溜めを構成しても良い。尚、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３の断面形状は、円形に限定されることはなく、多角形等であっても良い。
［開閉部の構成］
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、開閉部Ｖ１は、本流路３１の周辺部１１ａ（以下、流路周辺部１１ａという）から構成されている。流路周辺部１１ａは、基板１１の本流路３１を所定の長さでかつ全周に渡って囲む部分で構成されている。流路周辺部１１ａは、ポリマー組成物よりなる。ここでは、開閉部Ｖ１を構成する流路周辺部１１ａを本流路３１の全周を囲む部分としたが、流路周辺部１１ａは本流路３１の全周の一部を囲む部分であってもかまわない。開閉部Ｖ１は、ポリマー組成物の体積に応じて開状態あるいは閉状態をとる。開閉部Ｖ１は、ポリマー組成物の温度変化による体積増加により、開状態から閉状態となり、また、ポリマー組成物の温度変化による体積減少により、閉状態から開状態となる。開閉部Ｖ１は、開状態で液体の流通を許容し、閉状態で液体の流通を阻止する。ポリマー組成物の前記体積増加、体積減少は、可逆変化である。ポリマー組成物の体積変化が可逆変化であることにより、回数に限定されない開閉の制御が可能となる。
ポリマー組成物としては、温度上昇により体積増加し、温度下降により体積減少するポリマー組成物、あるいは温度下降により体積増加し、温度上昇により体積減少するポリマー組成物、いずれをも使用することができる。前者のようなポリマー組成物は、ニッタ（株）より、クールオフタイプのインテリマー（登録商標）として入手可能である。後者のようなポリマー組成物は、ニッタ（株）より、ウォームオフタイプのインテリマー（登録商標）として入手可能である。いずれも、板状のポリマー組成物である。前記ポリマー組成物として、好ましくは、特定の温度領域において、第１次溶融転移するポリマー組成物を用いる。そして、第１次溶融転移による体積変化を開閉の制御に利用する。第１次溶融転移による体積変化は、温度変化に対する体積変化が大きく、開閉部Ｖ１の開閉の２値制御が容易となるので好ましい。本明細書において、前記ポリマー組成物が第１次溶融転移する温度領域を溶融温度領域という。第１次溶融転移するポリマー組成物を用いた場合、溶融温度領域より低い温度から溶融温度領域より高い温度へ、あるいは溶融温度領域より高い温度から溶融温度領域より低い温度へ変化させることにより、開閉部Ｖ１の開閉を制御する。
ポリマー組成物の溶融温度領域は、狭い程好ましい。開閉を制御するために必要な温度変化が小さく、開閉の迅速な制御が可能となるからである。好ましくは、溶融温度領域内の最高温度と最低温度の差が１５℃以下のポリマー組成物を使用する。さらに、流体が変性することがない温度領域において第１次溶融転移するポリマー組成物が好ましい。また、溶融温度領域内の温度が、流体の凝固点より高く、沸点より低いポリマー組成物を使用する。開閉部Ｖ１付近の流体の温度は、開閉部Ｖ１の温度の影響を受けるからである。好ましい溶融温度領域は、流通させる流体の種類によって異なるが、例えば、溶融温度領域内の温度が３０℃以上８０℃以下のポリマー組成物を使用することができる。
上記ポリマー組成物として、特開２００２−３２２４４８号公報、米国特許第５，１５６，９１１号公報、米国特許第５，３８７，４５０号公報に記載されている温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。具体的には、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含有する温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。より具体的には、側鎖結晶性繰り返しユニットとしてヘキサデシルアクリレートを、側鎖非結晶性繰り返しユニットとしてヘキシルアクリレートを含有する温度感応性ポリマー組成物を用いることができる。
また、好ましくは、溶融温度領域より低い温度から溶融温度領域より高い温度へ変化させると体積増加し、溶融温度領域より高い温度から溶融温度領域より低い温度へ変化させると体積減少するポリマー組成物であって、溶融温度領域内の温度が室温（２５℃）より高いポリマー組成物を使用する。このようなポリマー組成物を使用すると、開閉部Ｖ１は、室温では開状態であり、加熱によって閉状態となり、また放置することにより、すなわち空冷により開状態となる。通常、開状態から閉状態への切り替えの方が、閉状態から開状態への切り替えより迅速性を要求される。例えば、レーザーによる加熱は、局所的な温度変化を迅速に達成することができ、開状態から閉状態への制御に適している。
加熱手段としてレーザーを用いる場合、必要な加熱能力を有するものであれば、ガスレーザー、固体レーザー、半導体レーザーなど種類を選ばない。レーザーは、加熱対象であるポリマー組成物からなる流路周辺部１１ａの加熱に適した波長の光を発するものであれば限定されない。例えば、ＩＲレーザーにより１４５０ｎｍ〜１４９０ｎｍの波長の光を発するものを用いることができる。加熱温度は、レーザーの出力及び照射時間によって制御する。
［開閉部の開閉制御方法］
開閉部Ｖ１の開閉制御方法について説明する。ここでは、Ｔａより低い温度では開状態であり、Ｔｂより高い温度では閉状態である開閉部Ｖ１について説明する。尚、Ｔａ＜Ｔｂであり、Ｔａ＞室温（２５℃）である。以下においては、加熱手段としてレーザーを、冷却手段として空冷を用いる場合について説明する。
図２は、開閉部Ｖ１の開状態（ａ）と閉状態（ｂ）を図１（ｃ）と同一の断面において模式的に示す断面図である。室温では、図２（ａ）に示すように開閉部Ｖ１は、開状態である。この状態で、開閉部Ｖ１にビーム状のレーザー光（以下、「レーザービーム」ともいう）Ｌを照射する。すると、開閉部Ｖ１は、局部的に加熱されて、その温度が室温からＴｂより高い温度まで上昇する。すると、流路周辺部１１ａのポリマー組成物の体積が増加するが、基板１１の流路周辺部１１ａ以外の部分の体積は変化しないので、流路周辺部１１ａは、流路を狭める方向に膨張し、それにより開閉部Ｖ１が図２（ａ）に示す開状態から、図２（ｂ）に示す閉状態となる。開閉部Ｖ１の加熱を継続し、開閉部Ｖ１をＴｂより高い温度に維持すると、閉状態が維持される。一方、開閉部Ｖ１の加熱を停止し、放置すると、開閉部Ｖ１はＴｂより高い温度からＴａより低い温度である室温まで冷却され、体積が減少し、図２（ｂ）に示す閉状態から、図２（ａ）に示す開状態となる。
次に、加熱により体積が減少し、冷却により体積が増加するポリマー組成物を用いる場合について説明する。ここでは、Ｔｃより高い温度では開状態であり、Ｔｄより低い温度では閉状態である開閉部Ｖ１について説明する。尚、Ｔｄ＜Ｔｃであり、Ｔｃ＜室温（２５℃）である。室温では、図２（ａ）に示すように開閉部Ｖ１は、開状態である。この状態で、開閉部Ｖ１を冷却する。すると、開閉部Ｖ１は、局部的に冷却されて、その温度が室温からＴｄより低い温度まで下降する。このとき、流路周辺部１１ａのポリマー組成物の体積が増加するが、基板１１の流路周辺部１１ａ以外の部分の体積は変化しないので、流路周辺部１１ａは、流路を狭める方向に膨張し、それにより開閉部Ｖ１が図２（ａ）に示す開状態から、図２（ｂ）に示す閉状態となる。開閉部Ｖ１の冷却を継続し、開閉部Ｖ１をＴｄより低い温度に維持すると、閉状態が維持される。一方、開閉部Ｖ１の冷却を停止し、放置すると、開閉部Ｖ１はＴｄより低い温度からＴｃより高い温度である室温まで加熱され、体積が減少し、図２（ｂ）に示す閉状態から、図２（ａ）に示す開状態となる。
［流通制御部の構成］
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、図１（ｃ）と同一の断面において流通制御部Ｃ１の制御手順を模式的に示す部分断面部である。
図３（ａ）に示すように、流通制御部Ｃ１は、本流路３１の周辺部１１ｂ（以下、流路周辺部１１ｂという）から構成されている。流路周辺部１１ｂは、基板１１の本流路３１を所定の長さでかつ全周に渡って囲む部分で構成されている。前記流路周辺部１１ｂは、ポリマー組成物よりなり、上記開閉部Ｖ１における開閉制御と同様の制御が可能な流通制御用開閉部Ｖ２が複数隣接してなる構成である。ここでは、流路周辺部１１ｂを本流路３１の全周を囲む部分としたが、流路周辺部１１ｂは本流路３１の全周の一部を囲む部分であってもかまわない。流通制御部Ｃ１を形成するポリマー組成物として好ましい材料は開閉部Ｖ１の説明において記載した材料と同様である。
［流通制御部の制御方法］
まず、流通制御部Ｃ１を用いて流路３１内の液体を送液する方法について説明する。各流通制御用開閉部Ｖ２の開閉制御方法は、前記開閉部Ｖ１の制御方法と同様であるので、説明を省略する。図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、液体で満たされた状態の流通制御部Ｃ１の各流通制御用開閉部Ｖ２を流通方向の上流側（試料注入口２１側）から流通方向の下流側（排出口２４（図１参照）側）に順次レーザービームＬを照射して加熱することにより閉状態にする。これにより、上流側から下流側に液体を押し出し、流路３１内で液体を流通させることができる。また、液体の粘度等によるが、上記押し出しにより液体に下流方向の力を与え、流通を開始させることも可能である。また、押し出す速度を調節することにより流速を制御することも可能である。さらに、上記押し出しを繰り返すことにより流通制御部Ｃ１がポンプとして機能し、本流路３１中の液体を流通させることができる。
以下、流通制御部Ｃ１をポンプとして機能させる制御方法を図３（ａ）〜図３（ｆ）を用いて説明する。流通制御部Ｃ１において、各流通制御用開閉部Ｖ２は、Ｔａより低い温度では開状態であり、Ｔｂより高い温度では閉状態であるとする。尚、Ｔａ＜Ｔｂであり、Ｔａ＞室温（２５℃）である。以下においては、加熱手段としてレーザーを、冷却手段として空冷を用いる場合について説明する。
試料注入口２１から注入された液体で満たされている本流路３１において、全ての流通制御用開閉部Ｖ２が開状態である状態（図３（ａ）から、各流通制御用開閉部Ｖ２を上流側から下流側に順次レーザービームＬを照射して加熱することにより、閉状態とし（図３（ｂ））、最後に最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態とする（図３（ｃ））。図３（ｂ）、（ｃ）に示すステップにおいて、流通制御部Ｃ１内の液体が押し出される。その後、最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態としたまま、他の流通制御用開閉部Ｖ２を開状態とすることにより、流通制御部Ｃ１は、液体で満たされる（図３（ｄ））。その後、最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を開状態にすると同時に、流通制御部Ｃ１の各流通制御用開閉部Ｖ２を上流側から下流側に順次レーザー光Ｌを照射して加熱することにより閉状態とし（図３（ｅ））、最後に最下流の流通制御用開閉部Ｖ２を閉状態とする（図３（ｆ））。図３（ｅ）、（ｆ）に示すステップにおいて、流通制御部Ｃ１内の液体が押し出される。上記制御を繰り返すことにより、流通制御部Ｃ１がポンプとして機能する。
尚、流通制御部Ｃ１内の各流通制御用開閉部Ｖ２を、単独で開閉制御して、流体の流通の阻止／許容を切り替える開閉部として機能させても良いことは勿論である。
［キャピラリチップの使用方法］
図１（ａ）〜図１（ｃ）において、キャピラリチップ１は、例えば、次のように使用することができる。試料注入口２１に試料を注入し、試薬注入口２２に第１の試薬を注入する。合流点Ｐ１で、本流路３１を流通する試料流に、支流路３２を流通する試薬流が合流し混合流となる。そして、合流点Ｐ１より下流において、試料と第１の試薬とが混合され、反応が起こる。
また、適当なタイミングで、試薬注入口２３に第２の試薬を注入する。合流点Ｐ２で、前記混合流に支流路３３を流通する試薬流が合流する。合流点Ｐ２より下流において、試料と第２の試薬とが混合され、反応が起こる。反応が完了する本流路３１の位置Ｐ３において、任意の分析を行う。例えば、光熱変換法、蛍光法、吸光度法、化学発光法などの光学的検出方法などを用いて、反応溶液の検出を行うことにより、試料の分析を行うことができる。または、顕微鏡で反応溶液を観察することにより、試料の分析を行うことができる。
尚、開閉部Ｖ１を閉状態とすることにより試料と第１の試薬、第２の試薬との反応時間を調整することができる。また、流通制御部Ｃ１において、上述の流通制御を行うことにより、流路中の液体の流通を促進することができる。
生化学検査項目のように、試料と試薬とを反応させ、分離することなく必要な検出ができる場合は、キャピラリチップ１を用いることにより、混合から反応、検出まで一貫した流路で連続的に処理が可能である。
本実施形態で用いる試料としては、血液、髄液、唾液、尿等の生体試料が挙げられる。これらの生体試料を用いた場合、血液、髄液、唾液や尿中に含まれる生体成分、臓器・組織・粘膜由来の生体成分、感染源となる菌やウィルスなどの蛋白、ＤＮＡ、ＲＮＡ、アレルゲン、種々の抗原等が検出対象物質となりうる。
［その他の構成］
キャピラリチップ１における流路は、試薬や試料の移送を主な目的とした流路（本流路３１の上流端部から合流点Ｐ１まで，支流路３２，３３）、試薬や試料の混合を主な目的とした流路（本流路３１の合流点Ｐ１から合流点Ｐ２まで）、試薬や試料の混合及び反応液の検出を主な目的とした流路（本流路３１の合流点Ｐ２から下流端部まで）からなる。流路の構成は、本実施形態に示すものに限定されることはなく、用途に応じて設計しうる。
キャピラリチップ１における流路は、一つの操作（例えば、一定量のサンプリングや試料、試薬の移送等）を主な目的とした流路部分のみからなっていてもよいが、上記のように複数の各々異なった操作を主な目的とした流路を組み合わせてなるものであっても良い。このことにより単なる定性分析ではなく、定量分析を伴うような高度な分析が可能な装置を構成することができる。
また、流路の構成としては、例えば試料や試薬の混合や希釈を主な目的とした流路の形状として、１本の流路に他の流路を合流させた形状（図１に示す形状）や、１本の流路に複数本の流路を一カ所で合流させた形状などを挙げることができる。１本の流路に他の流路または複数の流路を合流させ１本の流路とすることにより、流路形状のみで、混合操作や希釈操作を行うことができる。また、合流する流路からの液体の流量を変えることにより、異なった比率での試料、試薬の混合や希釈も可能である。
液体を均一化する流路部分の平面視形状としては、直線状の形状、蛇行状や渦巻き状に曲げられた形状などの形状が挙げられる。また、流路中に他の部分より流通方向の単位長さに対する体積が大きい反応部を設ける構成（後述する第２の実施形態）とすることにより、試料と試薬との混合及び反応が進行しやすい構成とすることができる。さらに、上記とは逆に、１本の流路が多数本に別れる流路を構成する（流路を分岐する）ことにより、分流を行うことも可能である。
また、流路の設計以外に、開閉部や流通制御部を所望の位置に備える構成とすることにより、希釈や他の試薬との反応のタイミング等の制御を行うことができる。
尚、本実施形態においては、各流路３１，３２，３３が基板１１に形成されているキャピラリチップを用いたが、本発明を適用しうるキャピラリチップはこの構成に限定されることはなく、例えば、各流路３１，３２，３３が円柱状の基体に形成されているものであっても良い。
上面が開放された溝で構成されている流路を有するキャピラリチップを用いても、上述のような開閉制御、流通制御を行うことができるが、本実施形態のように、各流路の全周がポリマー組成物からなるキャピラリで構成されているキャピラリチップを用いる方が、上述の開閉制御、流通制御を効果的に行う点から好ましい。
この他、試料や試薬に悪影響を与えないことを条件として、試料注入口を構成する貫通孔２１の周囲を加熱して貫通孔２１の体積を小さくして、貫通孔２１からなる試料注入口から本流路３１に押し出すように流体を流してもよい。なお、冷却により体積が大きくなるポリマー組成物を使う場合には、当然、試料注入口を構成する貫通孔２１の周囲を冷却して貫通孔２１の体積を小さくする。
［キャピラリチップの流通制御装置］
次に、キャピラリチップ１の流路３１内における液体の流通を制御するための、流通制御装置の一形態について説明する。図９は、流通制御装置５１のブロック図である。流通制御装置５１は、キャピラリチップ装着部５２と、レーザー発生器５４、光学系５５及びレーザー制御部５６を備える。本明細書においては、レーザー発生器５４及と光学系５５とをあわせてレーザー照射部ともいう。流通制御装置５１は、キャピラリチップ装着部５２にキャピラリチップ１を装着して使用する。キャピラリチップ装着部５２は、例えばキャピラリチップ１を装着するためのガイド部材５３を有する。レーザー発生器５４から発され、光学系５５で細く絞られたレーザービームＬは、キャピラリチップ１に照射される。レーザー制御部５６は、光学系５５を制御し、光学系５５内部でレーザービームＬを偏向させることによりレーザービームＬの照射位置を制御する。レーザー制御部５６は、レーザービームＬが開閉部Ｖ１、流通制御部Ｃ１の開閉部Ｖ２に照射されるように制御する。また、レーザー制御部５６の制御により、レーザービームＬを走査しながら照射することもでき、さらには光学系５５におけるレーザービームＬの絞り具合を調整して、隣接する複数の開閉部Ｖ２を同時に照射することもできる。
したがって、流通制御装置５１により上述の開閉部Ｖ１，Ｖ２の開閉制御方法や、流通制御部Ｃ１の流通制御方法を実施することができる。
なお、流通制御装置は、複数のレーザービームＬを同時に照射することができるレーザーを備えている構成であってもよい。また、レーザービームＬの照射が、キャピラリチップ１の任意の位置になされるようにキャピラリチップ１を駆動する駆動手段を有する構成であってもよい。
図１０は、図９とは異なる形態の流通制御装置５７のブロック図である。図１０において、図９と同じ構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１０に示す流通制御装置５７は、図９に示す流通制御装置５１において、試料注入口２１、試薬注入口２２，２３に試料又は試薬を注入可能な注入手段５８、排出口２４から排出液を排出可能な排出手段５９、上述した分析が可能な例えば顕微鏡などの分析手段６０を備えている構成である。このような構成により、一つの装置において、試料及び試薬の注入、開閉制御、流通制御、分析を行うことができる。
また、図９、図１０に示す流通制御装置においては、キャピラリチップ装着部５２に装着するキャピラリチップ１を取り替えるだけで、異なるキャピラリチップ１の反応を分析することができる。
［キャピラリチップの第１の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は主平板（溝形成用平板）と、蓋平板を貼り合わせて作製される。図４（ａ）は蓋平板２ａの上面図、図４（ｂ）は主平板３ａの上面図、図４（ｃ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縦断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図４（ｂ）に示すように、主平板３ａの表面に流路となる溝３１ａ，３２ａ，３３ａを形成する。図４（ａ）に示すように、蓋平板２ａに、それぞれ試料注入口、試薬注入口、排出口となる四つの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａを形成する。そして、図４（ｃ）に示すように、主平板３ａと、蓋平板２ａとを、主平板３ａの溝３１ａ，３２ａ，３３ａが形成されている面を内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１を作製する。
主平板３ａとして、基板上の表面に特定のポリマー組成物からなる層（以下、ポリマー組成物層と称す）が形成されたものが用いられる。かかるポリマー組成物の詳細については、開閉部Ｖ１を形成するポリマー組成物として上述したものと同様である。基板上へのポリマー組成物層の形成方法は、限定されることはなく、例えばスプレー堆積、塗装、浸漬、グラビア印刷、圧延などの多くの方法により行うことができる。
より具体的には、ＰＥＴフィルムからなる基板の表面に第１次溶融転移するポリマー組成物からなる層が形成された感温性粘着テープであるクールオフタイプのインテリマー（登録商標）（ニッタ株式会社製）を主平板３ａの材料として用いることができる。クールオフタイプのインテリマー（登録商標）は、溶融温度領域より低い温度から高い温度に加熱することにより体積が増加し、溶融温度領域より高い温度から低い温度に冷却することにより体積が減少する。前記クールオフタイプのインテリマー（登録商標）として、溶融温度領域が略３０℃以上４０℃以下のインテリマー（登録商標）、略４０℃以上５０℃以下のインテリマー（登録商標）等が、主平板３ａの材料として適している。
溝３１ａ，３２ａ，３３ａは、ポリマー組成物層の表面に形成される。ポリマー組成物層の厚みは、溝３１ａ，３２ａ，３３ａの深さよりも厚ければ特に限定されず、主平板３ａ全体が特定のポリマー組成物で形成されたものであっても良い。本方法においては、溝全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。この場合、加熱手段として、任意の部位を照射可能な例えば移動式レーザーのような加熱手段を用いることが好ましい。
また、ここでは、蓋平板２ａの内部にも、前記のポリマー組成物層が形成されている。このような構成により、主平板３ａと蓋平板２ａとを貼り合わせることにより形成される流路３１，３２，３３の全周が、ポリマー組成物で形成される。ただし、この構成に限定されることはなく、蓋平板２ａには、前記ポリマー組成物が形成されていない構成であっても良い。この場合、流路３１，３２，３３は、その全周の一部がポリマー組成物で形成されることになる。
主平板３ａの基板（すなわちポリマー組成物層以外の部分）、及び蓋平板２ａ（ポリマー組成物層以外の部分）は、シリコンやガラス等の無機材料や有機ポリマーで作製することができる。主平板３ａの基板、及び蓋平板２ａの少なくとも一方は、加熱手段が発する光の波長に対して透明性を有する材料を使用する。例えばレーザーにより開閉部Ｖ１又は流通制御部Ｃ１を加熱する場合、キャピラリチップ１の外部からレーザー光を照射するので、外部から開閉部Ｖ１及び流通制御部Ｃ１までレーザー光を到達させる必要があり、レーザー光の光路において透明性を確保する必要があるからである。
主平板３ａの表面の溝３１ａ，３２ａ，３３ａは、切削加工やレーザーによるエッチング加工等の方法により形成する。蓋平板２ａの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａは、超音波加工等の方法により形成する。蓋平板２ａの貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａは、主平板３ａの各溝３１ａ，３２ａ，３３ａの最上流位置に略対応する位置に形成する。貫通孔２４ａは、溝３１ａの最下流位置に略対応する位置に形成する。そして、溝３１ａ，３２ａ，３３ａが形成された主平板３ａと、貫通孔２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａが形成された蓋平板２ａとを溝３１ａ，３２ａ，３３ａを内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１が形成される。主平板３ａと、蓋平板２ａとの貼り合ゎせは、例えば、超音波融着、ホットメルト接着剤やＵＶ接着剤等の接着剤による接着、粘着剤による粘着、両面テープ等を介しての圧接等の方法による。
図４（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１において、溝３１ａ、３２ａ、３３ａは流路３１、３２、３３となり、貫通孔２１ａは試料注入口２１となり、貫通孔２２ａ、２３ａは試薬注入口２２、２３となり、貫通孔２４ａは排出口２４となる。
［キャピラリチップの第２の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は、主平板（溝形成用平板）と蓋平板を貼り合わせて作製される。図５（ａ）は蓋平板２ｂの上面図を、図５（ｂ）は主平板３ｂの上面図を、図５（ｃ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縱断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図５（ｂ）に示すように、主平板３ｂの表面に流路となる溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを形成する。また、主平板３ｂに、貫通孔２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを形成する。貫通孔２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、各溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂの最上流位置に形成する。貫通孔２４ｂは、溝３１ｂの最下流位置に形成する。
そして、図５（ｃ）に示すように、主平板３ｂと、蓋平板２ｂとを、主平板３ｂに形成された溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを内側にして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１が形成される。
本作製方法は、溝３１，３２，３３及び貫通孔２１，２２，２３，２４が同一の主平板３ｂに形成されている点を除いては第１の作製方法と同様である。また、主平板３ｂ、蓋平板２ｂとして、第１の作製方法で用いた主平板３ａ、蓋平板２ａと同様の材料からなるものを用いることができる。従って、本方法においても、溝全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。
図５（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１において、溝３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは流路３１，３２，３３となり、貫通孔２１ｂは試料注入口２１となり、貫通孔２２ｂ，２３ｂは試薬注入口２２，２３となり、貫通孔２４ｂは排出口２４となる。
［キャピラリチップの第３の作製方法］
本方法において、キャピラリチップ１は、主平板（スリット形成用平板）と２枚の蓋平板を貼り合わせて作製される。図６（ａ）は第１の蓋平板２ｃの上面図を、図６（ｂ）は主平板３ｃの上面図を、図６（ｃ）は第２の蓋平板２ｄの上面図を、図６（ｄ）は本作製方法により作製されたキャピラリチップ１の縦断面の断面図である。前記縦断面は、本流路３１を縦方向に切断する断面である。
図６（ｂ）に示すように、主平板３ｃに流路となるスリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃを形成する。スリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは、主平板３ｃの表裏面を貫通する。図６（ａ）に示すように、第１の蓋平板２ｃに、それぞれ試料注入口、試薬注入口、排出口となる四つの貫通孔２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃを形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、主平板３ｃと、第１の蓋平板２ｃと、第２の蓋平板２ｄとを、主平板３ａを二枚の蓋平板２ｃ、２ｄで挟むようにして貼り合わせることにより、キャピラリチップ１を作製する。
主平板３ｂとして、ポリマー組成物からなる板を用いる。ここでいうポリマー組成物とは、開閉部Ｖ１を形成するポリマー組成物として上述したものと同様である。主平板３ｃと、第２の蓋平板２ｄとを貼り合わせることにより、第１の作製方法における主平板３ａと同様の平板が形成される点を除いては、第１の作製方法と同様である。従って、本方法においても、スリット全体がポリマー組成物で形成されるので、流路中の任意の部位を開閉部又は流通制御部とすることができる。尚、二枚の蓋平板２ｃ、２ｄの内面にポリマー組成物層が形成されていると、流路３１，３２，３３の全周がポリマー組成物からなり好ましいが、この構成に限定されることはない。
図６（ｄ）に示すように、キャピラリチップ１において、スリット３１ｃ，３２ｃ，３３ｃは流路３１，３２，３３となり、貫通孔２１ｃは試料注入口２１となり、貫通孔２２ｃ，２３ｃは試薬注入口２２，２３となり、貫通孔２４ｃは排出口２４となる。
（第２の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図７は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１’の外観を模式的に示す斜視図である。図７に示すように、キャピラリチップ１’は、各流路３１，３２，３３の上流端近傍に、試料注入口２１及び試薬注入口２２，２３に対応させて、開閉部Ｖ１と同じ構成の開閉部Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を備える。尚、開閉部Ｖ２は、流通制御部Ｃ１の開閉部を兼ねる。その他の構成は、第１の実施形態のキャピラリチップ１と同じ構成なので、同一の要素には同一の符号を付して、説明を省略する。
［キャピラリチップの使用方法］
キャピラリチップ１’は、第１の実施形態のキャピラリチップ１と同様の使用方法で使用することができる。そして、さらに、開閉部Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の開閉制御によって、試料注入口２１に注入された試料及び試薬注入口２２，２３に注入された試薬の流通開始のタイミング、流通停止のタイミング、及び流通量を制御することができる。
本実施形態のキャピラリチップ１’も第１の実施形態に示す流通制御装置を用いて、開閉制御、流通制御、分析等を行うことができる。
（第３の実施形態）
［キャピラリチップの構成］
図８（ａ）は、本実施形態で用いるキャピラリチップ１３の外観を模式的に示す斜視図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ断面を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＶＩＩｃ−ＶＩＩｃ断面を示す断面図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、キャピラリチップ１３は、本流路３４、支流路３５，３６，３７，３８，３９、注入口４１、排出口２５，２６，２７，２８，２９が形成された上面矩形の基板１４からなる。各流路３４，３５，３６，３７，３８，３９は、キャピラリで構成されている。本流路３４は、分岐点３４ａで５本の支流路３５，３６，３７，３８，３９に分岐する。
本流路３４は、上流端近傍に流通制御部Ｃ２を備える。各支流路３５，３６，３７，３８，３９は、他の部分より流通方向の単位長さに対する体積が大きい平面視円形の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａと、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａの近傍下流側に開閉部Ｖ３を備える。各開閉部Ｖ３は、各排出口２５，２６，２７，２８，２９に対応する。
本実施形態のキャピラリチップ１３は、第１の実施形態のキャピラリチップ１とは、その流路設計が異なるのみなので、各要素の詳細な説明は省略する。開閉部Ｖ３の構成及び制御方法は、第１の実施形態の開閉部Ｖ１と同様である。流通制御部Ｃ２の構成及び制御方法は、第１の実施形態の流通制御部Ｃ１と同様である。
［キャピラリチップの使用方法］
以下、キャピラリチップ１３の使用方法を説明する。注入口４１から、培地入りの細胞の懸濁液を注入し、流通制御部Ｃ２によるポンプ機能を利用して各支流路３５，３６，３７，３８，３９の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａまで、前記懸濁液を送液する。各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａが、前記懸濁液で満たされた後、各支流路３５，３６，３７，３８，３９に設けられた開閉部Ｖ３を閉状態とする。
この状態で、２日放置し、反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａにおいて、細胞を培養する。その後、各支流路３５，３６，３７，３８，３９の開閉部Ｖ３を開状態とし、注入口４１から第１の医薬品候補化合物が溶解された試薬溶液を注入し、流通制御部Ｃ２のポンプ機能を利用して、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに上記試薬溶液を送液する。そして、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａが上記試薬で満たされたタイミングで開閉部Ｖ３を閉状態とする。
その後、キャピラリチップ１３の反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａを顕微鏡で観察することにより、第１の医薬候補化合物の細胞毒性や、細胞に与える影響を分析する。尚、上記細胞として付着細胞を用いることが好ましい。付着細胞は、反応層に付着するため、培養後、試薬を送液しても大部分は反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａから流出することがないからである。
尚、上記において、分岐した各支流路３５，３６，３７，３８，３９の上流端部に開閉部を設けて、各反応層３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに異なる医薬品候補化合物の試薬溶液を送液し、複数の試薬の細胞毒性等を同時に分析するようにしてもよい。この場合、例えば各試薬に対して上流端部のバルブが開状態となっている流路を一つのみとし、他の流路の開閉部は閉状態とすることにより、各反応部３５ａ，３６ａ，３７ａ，３８ａ，３９ａに送液する試薬の種類を制御する。
本実施形態のキャピラリチップ１３も第１の実施形態に示す流通制御装置を用いて、開閉制御、流通制御、分析等を行うことができる。
第１から第３の実施形態では、キャピラリチップにおいて、開閉部の温度を変化させるという簡単な方法で、キャピラリの流通制御、開閉制御を達成することが可能となる。さらに、ポリマー組成物からなる層の表面または内部にキャピラリを形成するので、任意の部位を開閉部として選択できる。
また、上記実施形態の方法では、流通制御、開閉制御に際して、試料や試薬の性質に影響を及ぼすことがない。さらに、上記制御を行うために必要な手段は、静粛性を維持できる小型なもので構成可能である。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
〔産業上の利用の可能性〕
本発明に係る流通方法は、医療診断用のマイクロチップや、薬品応答性検出用のマイクロチップにおいて、試薬や試料等の液体を流通させるために有用である。
また、本発明に係る流通方法は、マイクロチップを用いて分析を行うマイクロＴＡＳに使用することができる。例えば、血液、髄液、唾液、尿等の生体試料の分析用マイクロＴＡＳに使用することができる。
本発明に係る流通方法によると、簡易な構成のマイクロチップにおいて、所望の開閉制御、流通制御を行うことができるので、特に使い捨て用のキャピラリチップに適用する方法として有用である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有するキャピラリチップを用いて、前記キャピラリ内の流体を流通させる流通方法であって、
前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、
前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、
前記流通方法は、
（ａ）前記流通制御部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記複数の開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替え、前記キャピラリ内の流体を流通させるステップ、
を有するキャピラリチップにおける流体の流通方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）を繰り返して複数回行う、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項３】
各ステップ（ａ）の後に、以下のステップ、すなわち、
（ｂ）前記流通制御部において、流通方向下流端から１個または複数個の開閉部を閉状態にしたまま、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより他の開閉部を閉状態から開状態に切り替えるステップ、
（ｃ）ステップ（ｂ）の後、ステップ（ｂ）において閉状態である前記開閉部を開状態に切り替えるステップ、
を有し、ステップ（ｃ）と実質的同時に、次のステップ（ａ）を開始する、請求の範囲第２項に記載の流通方法。
【請求項４】
さらに以下のステップ、すなわち、
（ｄ）前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を閉状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止するステップ、
（ｅ）前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を開状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を許容するステップ、
を有する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項５】
前記ポリマー組成物は、温度上昇によって体積が増加し、温度下降によって体積が減少する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項６】
前記ポリマー組成物は、温度上昇によって体積が減少し、温度下降によって体積が増加する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項７】
前記ポリマー組成物は、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含む、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項８】
前記キャピラリチップにおいて、前記キャピラリが前記層の表面に形成されており、前記層の表面には蓋平板が密着している、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項９】
前記キャピラリチップは、前記キャピラリに接続している流体注入口および流体排出口をさらに備えている、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１０】
ステップ（ａ）において、前記流通制御部の前記開閉部を流通方向に順次加熱し、前記開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替える、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１１】
ステップ（ａ）において、前記加熱はレーザーを照射することによる、請求の範囲第１０項に記載の流通方法。
【請求項１２】
ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）において、前記開閉部を空冷することにより前記開閉部を閉状態から開状態に切り替える、請求の範囲第３項に記載の流通方法。
【請求項１３】
前記ポリマー組成物は、その第１次溶融転移により前記体積変化する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１４】
前記ポリマー組成物の第１次溶融転移は、８０℃以下で起こる、請求の範囲第１２項に記載の流通方法。
【請求項１５】
前記キャピラリの断面積が、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下である、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１６】
前記キャピラリチップは、さらに前記キャピラリに接続している流体注入口を複数有し、前記キャピラリは各流体注入口に対応するように複数の開閉部を有する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１７】
キャピラリチップ装着部と、レーザー照射部と、レーザー制御部とを備えた流通制御装置であって、
前記キャピラリチップ装着部は、キャピラリチップを装着可能であり、
前記キャピラリチップは、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有し、
前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、
前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、
前記レーザー照射部は、前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップにレーザー照射可能であり、
前記レーザー制御部は、前記レーザー照射部による前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップへのレーザー照射位置を制御可能であり、前記開閉部を流通方向に順次レーザー照射することによって、前記開閉部が流通方向に順次開状態から閉状態に切り替わり、前記キャピラリ内を流体が流通する、流通制御装置。
【請求項１】
ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有するキャピラリチップを用いて、前記キャピラリ内の流体を流通させる流通方法であって、
前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、
前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、
前記流通方法は、
（ａ）前記流通制御部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記複数の開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替え、前記キャピラリ内の流体を流通させるステップ、
を有するキャピラリチップにおける流体の流通方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）を繰り返して複数回行う、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項３】
各ステップ（ａ）の後に、以下のステップ、すなわち、
（ｂ）前記流通制御部において、流通方向下流端から１個または複数個の開閉部を閉状態にしたまま、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより他の開閉部を閉状態から開状態に切り替えるステップ、
（ｃ）ステップ（ｂ）の後、ステップ（ｂ）において閉状態である前記開閉部を開状態に切り替えるステップ、
を有し、ステップ（ｃ）と実質的同時に、次のステップ（ａ）を開始する、請求の範囲第２項に記載の流通方法。
【請求項４】
さらに以下のステップ、すなわち、
（ｄ）前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を閉状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止するステップ、
（ｅ）前記開閉部において、前記ポリマー組成物の温度を変化させることにより前記開閉部を開状態として前記キャピラリを流れる流体の流通を許容するステップ、
を有する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項５】
前記ポリマー組成物は、温度上昇によって体積が増加し、温度下降によって体積が減少する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項６】
前記ポリマー組成物は、温度上昇によって体積が減少し、温度下降によって体積が増加する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項７】
前記ポリマー組成物は、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖結晶性繰り返しユニットと、アクリレートまたはメタクリレートエステルから誘導される側鎖非結晶性繰り返しユニットとを含む、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項８】
前記キャピラリチップにおいて、前記キャピラリが前記層の表面に形成されており、前記層の表面には蓋平板が密着している、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項９】
前記キャピラリチップは、前記キャピラリに接続している流体注入口および流体排出口をさらに備えている、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１０】
ステップ（ａ）において、前記流通制御部の前記開閉部を流通方向に順次加熱し、前記開閉部を流通方向に順次開状態から閉状態に切り替える、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１１】
ステップ（ａ）において、前記加熱はレーザーを照射することによる、請求の範囲第１０項に記載の流通方法。
【請求項１２】
ステップ（ｂ）及びステップ（ｃ）において、前記開閉部を空冷することにより前記開閉部を閉状態から開状態に切り替える、請求の範囲第３項に記載の流通方法。
【請求項１３】
前記ポリマー組成物は、その第１次溶融転移により前記体積変化する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１４】
前記ポリマー組成物の第１次溶融転移は、８０℃以下で起こる、請求の範囲第１２項に記載の流通方法。
【請求項１５】
前記キャピラリの断面積が、１００００μｍ２以上でかつ２５００００μｍ２以下である、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１６】
前記キャピラリチップは、さらに前記キャピラリに接続している流体注入口を複数有し、前記キャピラリは各流体注入口に対応するように複数の開閉部を有する、請求の範囲第１項に記載の流通方法。
【請求項１７】
キャピラリチップ装着部と、レーザー照射部と、レーザー制御部とを備えた流通制御装置であって、
前記キャピラリチップ装着部は、キャピラリチップを装着可能であり、
前記キャピラリチップは、ポリマー組成物からなる層と、前記ポリマー組成物からなる層の表面又は内部に形成されたキャピラリとを有し、
前記キャピラリは、流通制御部を備え、前記流通制御部は、複数の連続した開閉部からなり、
前記開閉部は、前記ポリマー組成物の体積が増加することにより閉状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を阻止し、前記ポリマー組成物の体積が減少することにより開状態となって前記キャピラリを流れる流体の流通を許容し、
前記レーザー照射部は、前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップにレーザー照射可能であり、
前記レーザー制御部は、前記レーザー照射部による前記キャピラリ装着部に装着されたキャピラリチップへのレーザー照射位置を制御可能であり、前記開閉部を流通方向に順次レーザー照射することによって、前記開閉部が流通方向に順次開状態から閉状態に切り替わり、前記キャピラリ内を流体が流通する、流通制御装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６１８２
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１４６８６（Ｐ２００５−５１４６８６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１５４５３
【国際出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【特許番号】特許第３７９８０１１号（Ｐ３７９８０１１）
【特許公報発行日】平成１８年７月１９日（２００６．７．１９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【発行日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１５４５３
【国際出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【特許番号】特許第３７９８０１１号（Ｐ３７９８０１１）
【特許公報発行日】平成１８年７月１９日（２００６．７．１９）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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