チップ（２１５）において、基板（２１６）に、導入口（２１７）と、主流路（２２１）と、分離領域（２１８）と、分注流路（２２２）を形成する。複数の分注流路（２２２）は主流路（２２１）に連通し、それぞれの分注流路（２２２）に検出槽（２２３）が連通する構成とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の分離および分析が可能なチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、試料の前処理・反応・分離・検出などの化学操作をマイクロチップ上で行うマイクロ化学分析（μ−ＴＡＳ）が急速に発展しつつある。マイクロ化学分析によれば、使用する試料が微量ですみ、環境負荷も小さく高感度な分析が可能となる。このような分析に用いるマイクロチップは、従来１枚のチップ上に分離、分析等のうちの１つの機能が設けられた単一素子であった（たとえば、特許文献１）。
【０００３】
ところが、単一の機能のみを有するチップでは、チップで所定の処理を行った後、次の処理をするために試料を抽出し、他の装置に供する必要があった。たとえば、分離機能のみを有するチップを用いて試料の分離を行った場合、分離された試料を抽出し、大型の外部装置等を用いて分析等を行っていた。このため、操作が煩雑であった。また、微量の試料である場合、試料を移動する際のロスが生じたり、充分な感度で検出することが困難であった。
【０００４】
このため、多機能を有する複合チップの開発が求められていた。ところが、従来、１枚のチップ上に複数の機能をもたせ、試料を連続的に処理することは困難であった。
【特許文献１】特開２０００−２６２８７１号公報
【発明の開示】
【０００５】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、従来複数の装置を用いて行われていた分離および分析を、一枚のチップ上で実現する技術を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、微量の試料を簡便な操作で分離し、高精度または高感度で分析する技術を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部の上流に設けられ、前記試料導入部に導入された前記液体試料に所定の前処理を施す前処理部と、
前記分離部で分離された前記成分を分析する分析部と、
を有することを特徴とするチップが提供される。
【０００８】
本明細書において、「チップ」とは、導入された試料に対し所定の操作を行う機能が付与された基板のことをいう。本発明におけるチップは、たとえば、基板表面に流路溝が設けられ、この流路溝中に液体試料が流動するように構成することができる。液体試料は、毛細管現象等を利用して流路溝中を移動するようにしてもよいし、電界や圧力などの外力を付与することにより移動するようにしてもよい。試料導入部から導入された液体試料が、前処理部、分離部、および分析部を順次移動する。
【０００９】
本発明のチップでは、基板に試料導入部、分離部、および分析部が必須の部材として設けられている。分離部では、液体試料中の成分の分離が行われる。また、分析部では、分離部にて分離された成分の分析が行われる。このため、一枚のチップ上で試料の分離と分析の各操作を連続して行うことができる。従来のチップは単位操作ごとに構成されており、分離後の試料を分析機器に移す必要があったが、本発明の構成によれば、試料を移す必要がないため、簡便である。また、移動による試料のロスが生じないため、試料が微量であってもこれを確実に分離し、そして高感度で分析することができる。
【００１０】
本発明に係るチップにおいて、分離部や分析部は、外力の付与によりその機能を果たす形態とすることもできるが、液体試料の流動にしたがって自動的に所定成分の分離および分離された成分の分析が順次実行されるように構成することが好ましい。こうした構成は、液体試料を移動させる駆動力として毛細管現象等を利用することにより実現できる。
【００１１】
また、本発明のチップには、前記分離部の上流に、前記試料導入部に導入された前記液体試料に所定の前処理を施す前処理部がさらに設けられている。このため、分離に先立ち試料に所定の前処理を施すことができる。よって、分離部と分析部を単に接続した構成では、分離効率や分析感度に劣る試料についても、分離部において確実に分離し、分離された成分について所定の分析を行うことができる。
【００１２】
本発明のチップにおいて、前記前処理部は、前処理槽と、前記前処理槽の下流に設けられ、前記前処理部から前記分離部への前記液体試料の供給を制御するスイッチと、を含み、前記スイッチは、前記前処理槽中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有してもよい。この構成によれば、液溜めの下流にスイッチが設けられているため、所定のタイミングまでスイッチが閉じられている。スイッチが閉じられている間、液溜め中に試料を保持することができるため、液溜め中の液体の分離部への移動を防止することができる。したがって、前処理を所望の期間確実に行うことができる。また、前処理後、所定のタイミングでスイッチが開くことにより、液溜め中の液体を速やかに分離部へと移動させることができる。
【００１３】
上記構成において、スイッチは、堰き止め部に連通するトリガー流路を有する。このため、トリガー流路の長さや断面形状を調節すれば、トリガー流路中を流れる液体が堰き止め部に達するタイミングを調節することができる。このため、外部の制御装置を設けることなく、トリガー流路からの液体の導入により、流路の開通を所望のタイミングで制御性良く実行することができる。よって、液体試料を所定のタイミングで分離部へと導くことができる。なお、トリガー流路を流れる液体は、液体試料の一部とすることもできるし、他の液体とすることもできる。
【００１４】
本発明のチップにおいて、前記液体試料が不溶成分を含み、前記前処理槽は前記不溶成分を可溶化する可溶化物質を有してもよい。このような構成とすれば、液体試料が前処理部に移動した際に、可溶化物質が液体試料に触れて液体試料と可溶化物質が混和し、不溶成分を確実に可溶化することができる。
【００１５】
本発明のチップにおいて、前記分離部および前記分析部に連通し、前記分離部で分離された前記成分を含む液体中の前記成分の濃度を均質化する混合部を有してもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部および分析部に連通し、前記分離部で分離された前記成分を含む液体中の前記成分の濃度を均質化する混合部と、
前記混合部で均質化された前記成分を含む液体中の前記成分を分析する前記分析部と、
を有することを特徴とするチップが提供される。
【００１７】
この構成においては、試料導入部から導入された液体試料が、分離部、混合部、および分析部を順次移動する。一枚のチップで分離と分析の複数の機能を実現し、分離部で分離された液体試料が自動的に分析部へ導かれるようにした構成においては、被分離試料を分析に適した形で分析部へ導くことが重要な技術的課題となる。混合部を有する上記構成は、こうした課題を解決するものであり、分離された試料中の分析対象となる成分の濃度が均質化され、安定した分析結果を得ることが可能となる。
【００１８】
こうした混合部は、外力を付与することなく、液体試料の流動にしたがって自動的に混合操作を実行するように構成することが好ましい。こうした構成は、流路中にある液体試料の毛細管現象や対向流を利用することにより実現することができる。
【００１９】
本発明のチップにおいて、前記混合部は、前記流路の一の領域と他の領域とが、微細流路を介して連通した構成であってもよい。このようにすれば、流路内における液体試料中の成分濃度のばらつきを簡素な構成で効果的に低減することができる。
【００２０】
本発明のチップにおいて、前記混合部は、前記流路に設けられ、前記混合部から前記分析部への前記液体試料の供給を制御するスイッチを含み、前記スイッチは、前記流路中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有してもよい。こうすることにより、液体試料の成分濃度が一定になるまで堰き止め部の上流に液体試料を保持しておくようにトリガー流路を設計することができる。このため、液体試料中の成分濃度を確実に均質化することができる。また、所定のタイミングで堰き止め部を開放することができるため、外部制御装置を設けることなくチップ内で成分濃度の均質化を行うことができる。
【００２１】
本発明のチップにおいて、前記混合部は、前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを制御する移動制御部を有し、前記移動制御部は、前記液体試料を所定の時間保持した後、前記液体試料を前記分析部へ導くように構成されてもよい。移動制御部を設けることにより、液体試料を分析部の上流側に所定の時間保持しておくことができる。このため、成分濃度の均質化をさらに確実に行うことができる。また、成分濃度を均質化された液体試料は、所定のタイミングで分析部に移動させることができる。
【００２２】
本発明のチップにおいて、前記移動制御部は前記混合部から前記分析部への前記液体試料の供給を制御するスイッチを含み、前記スイッチは、前記流路中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有してもよい。こうすることにより、液体試料を分析部の上流側に所定の時間確実に保持しておくことができる。このため、混合部から分析部への液体試料の移動をより一層確実に制御することができる。
【００２３】
本発明のチップにおいて、前記トリガー流路は、前記液体試料を保持し前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを遅らせる時間遅れ流路を含んでもよい。こうすることにより、液体試料を時間遅れ流路中に迂回させ、流路中を移動させながら、分析部の上流側に保持しておくことができる。時間遅れ流路の長さや太さを調節することにより、液体試料を分析部に移動させるタイミングを調節することができる。
【００２４】
本発明のチップにおいて、前記トリガー流路に、前記液体試料を保持し前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを遅らせる時間遅れ槽が設けられてもよい。こうすることにより、液体試料を時間遅れ槽内に滞留させておくことができる。このため、分析部の上流側に液体試料を保持しておくことができる。
【００２５】
本発明のチップにおいて、前記分離部で分離された前記成分に所定の反応を生じさせる反応部を有してもよい。
【００２６】
また、本発明によれば、基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部で分離された前記成分に所定の反応を生じさせる反応部と、
前記分離部で分離された前記成分を分析する分析部と、
を有することを特徴とするチップが提供される。
【００２７】
この構成においては、試料導入部から導入された液体試料が、分離部、反応部、および分析部を順次移動する。一枚のチップで分離と分析の複数の機能を実現し、分離部で分離された液体試料が自動的に分析部へ導かれるようにした構成においては、さらに、分離された試料の成分に特異的な反応を利用するなどして成分の検出感度を向上させることが、重要な技術的課題となる。反応部を有する上記構成は、こうした課題を解決するものであり、分離部で分離された成分を所定の反応に供した後、分析することにより、分離後の試料を直接分析することが困難である場合であっても、反応部で所定の反応に関与させ、分析部における分析に適した試料を調製することができる。また、チップ上で実現可能な分析の種類を増加させることができる。
【００２８】
本発明のチップにおいて、前記反応部は、反応槽と、前記反応槽の下流に設けられたスイッチと、を含み、前記スイッチは、前記反応槽中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有してもよい。こうすることにより、反応部にて反応を行う間に液体試料が分析部に移動しないようにすることができる。また、所定の時間が経過するとトリガー流路中の液体が堰き止め部に到達し、液体スイッチが開放されるため、反応時間の制御と反応後の試料の分析部への移動の制御に関する外部装置を設けることなく、チップ自体の機能によってこれらを制御することが可能となる。
【００２９】
本発明のチップにおいて、前記反応槽中に、前記液体試料中の前記成分に作用する反応物質を有してもよい。このような構成とすれば、液溜め中に到達した液体試料に反応物質が混和するため、液体試料を確実に反応に関与させることができる。また、本発明のチップにおいて、前記反応槽中に、前記液体試料中の所定の成分に作用する反応物質を有してもよい。こうすれば、液体試料中の成分の分析前に、所定の成分を反応に関与させて、より一層分析に適した状態を得ることができる。
【００３０】
本発明のチップにおいて、前記基板の表面を被覆するシールを有してもよい。こうすることにより、使用前のチップの汚染を防止することができる。この構成において、前記シールは前記基板の全面を被覆してもよい。こうすれば、使用前のチップの汚染をさらに確実に防止することができる。
【００３１】
本発明のチップにおいて、前記基板と前記シールとにより形成された空間に不活性ガスが充填されていてもよい。また、本発明のチップにおいて、前記基板と前記シールとにより形成された空間が減圧されていてもよい。こうすることにより、保存に伴う基板表面の親水性の低下を好適に抑制することができる。よって、液体試料を毛細管現象により流路中で確実に移動させることができる。
【００３２】
本発明のチップにおいて、前記基板の表面が親水性樹脂により構成されていてもよい。こうすることにより、試料導入部に導入された試料を毛細管現象により確実に流路に導き、流路中を移動させることができる。また、基板の表面に液体試料中の成分が非特異吸着するのを抑制することができる。このため、液体試料の分離および分析をさらに確実に行うことができる。
【００３３】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記試料導入部に導入された前記液体試料を所定のタイミングで前記流路に移動させるスイッチを含んでもよい。こうすることにより、試料の分離を開始するタイミングをチップ自体の構成によって制御することができる。
【００３４】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記流路に設けられた複数の柱状体を有してもよい。こうすることにより、液体試料中の成分をその形状や大きさなどに基づいて確実に分離することができる。
【００３５】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記流路に設けられた複数の凹部を有してもよい。こうすることにより、液体試料中の成分の分離を好適に行うことができる。
【００３６】
本発明のチップにおいて、前記分離部を構成する前記流路の表面は、離間して配置された複数の第一の領域と、該第一の領域を除く前記分離部の表面を占める第二の領域と、を有し、前記第一の領域および前記第二の領域のうち、一方が疎水性領域であり、他方が親水性領域であってもよい。
【００３７】
このような構成として、具体的には、
（ｉ）第一の領域を疎水性領域とし、第二の領域を親水性領域とする構成
（ｉｉ）第一の領域を親水性領域とし、第二の領域を疎水性領域とする構成
のいずれかを採用することができる。なお、本発明における親水性領域とは、疎水性領域よりも親水性が高い領域のことをいう。親水性の程度はたとえば水接触角の測定により把握することができる。
【００３８】
以下、本発明における試料の分離の原理について、上記（ｉ）の場合を例に挙げて説明する。この場合、分離対象となる試料を、比較的親水性の高い溶媒中に溶解または分散させた状態として装置内に導入する。このような溶媒は、分離部において、疎水性領域（第一の領域）の表面を避け親水性領域（第二の領域）にのみ分布する。したがって、疎水性領域の間隙部が分離対象となる試料の通過する経路となり、この結果、疎水性領域間の間隔と試料のサイズとの関係によって分離部の通過に要する時間が決定されることとなる。これにより、サイズに応じて試料の分離がなされる。
【００３９】
また、本発明においては、サイズに応じた分離のほか試料の極性に応じた分離もなされる。すなわち、親水性／疎水性の程度の異なる複数種類の試料を分離することができる。上記（ｉ）の例では、疎水性の高い試料は疎水性領域に捕捉されやすく流出時間が比較的長くなる一方、親水性の高い試料は疎水性領域に捕捉されにくく、流出時間が比較的短くなる。このように本発明は、試料のサイズだけでなく極性をも含めた分離がなされ、従来では分離困難であった多成分系の分離を実現することができる。
【００４０】
本発明の場合、障害物となる構造体により分離を行う方式とは異なり、流路表面に設けられた分離部を分離手段とする。たとえば従来用いられている膜分離の場合は膜中の細孔の大きさを精度良く制御することが必要となるが、所望のサイズ、形状の細孔を有する膜を安定的に製造することは必ずしも容易ではない。これに対し本発明は、流路の表面処理により分離部を形成することができ、第一の領域の間隔を制御することによって所望の分離性能が得られるため、分離目的に応じた適切な構成を比較的容易に実現することができる。
【００４１】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記液体試料を特定の性状に従って展開する試料吸着粒子を有してもよい。展開とは、試料の性状にしたがって、試料分離領域に試料を分布させることをいう。基板に試料吸着用粒子を付着させた分離部は、流路中に微細加工を施す場合よりも簡便な方法で容易に形成することができる。そして、たとえば試料を展開するための展開液と試料との親和性に応じて試料を展開することができる。また、試料を極性に応じて展開することも可能となる。このため、試料を確実に分離することができる。また、本発明によれば、試料をある程度乾燥させた状態で分離を開始することができる。このため、試料のバンド幅を細くすることが可能となる。
【００４２】
本発明のチップにおいて、前記分離部を構成する前記流路の底面上に、前記流路を分割するように前記流路の進行方向に沿って土手部が設けられ、前記土手部の高さが前記流路の深さよりも低い構成とすることができる。こうすることにより、土手部と流路の底面との間に形成される隙間を介して二本の流路が連通された構成とすることができる。このため、隙間を通過することが可能な成分のみを確実に分離し、分析に供することができる。
【００４３】
本発明のチップにおいて、前記分離部を覆う蓋を有し、前記蓋の面のうち、前記基板側の面上に、前記流路を分割するように前記流路の進行方向に沿って土手部が設けられ、前記土手部の高さが前記流路の深さよりも低い構成としてもよい。このような構成は、流路中に柱状体を設ける構成に比べ、容易に作製することができる。このため、分析感度にすぐれたチップを簡便な方法で安定的に製造することができる。
【００４４】
本発明のチップにおいて、前記土手部は、前記蓋の前記基板側の面上に形成された樹脂膜であってもよい。こうすることにより、さらに容易に分離部を作製することができる。また、試料中の成分の分離を確実に行うことができる。
【００４５】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記流路の一部をなす第一の流路と、前記流路を通過する前記液体試料から分離された特定成分を含む液体の通過する第二の流路と、前記第一の流路および前記第二の流路を連通させ、前記特定成分のみを通過させる分離流路を含んでもよい。こうすることにより、第一の流路中を流れる液体試料のうち、所定の成分を選択的に第二の流路に移動させることができる。よって、試料中の成分の分離を確実に行うことができる。
【００４６】
たとえば、前記第一の流路および前記第二の流路の進行方向に沿って、これらを分割する土手部が設けられ、前記土手部の高さが前記第一の流路および前記第二の流路の深さよりも低い構成とすることができる。こうすれば、第一の流路と第二の流路とが土手部で隔てられ、かつ土手部が形成されていない隙間を介して連通する構成とすることができる。このため、隙間を通過することができる成分のみを選択的に第一の流路から第二の流路へと移動させることができる。
【００４７】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記流路の一部をなす第一の流路と、前記流路を通過する流体から分離された特定成分を含む液体の通過する第二の流路と、前記第一の流路および前記第二の流路を連通させ、前記特定成分のみを通過させる複数の分離流路を含んでもよい。複数の分離流路を設けることにより、第一の流路中を流れる液体試料のうち、所定の成分のみをさらに確実に第二の流路に移動させることができる。よって、試料中の成分の分離をさらに確実に行うことができる。
【００４８】
本発明のチップにおいて、前記分析部は、前記成分が分取される複数の液溜めを有してもよい。こうすることにより、分離後の液体試料を複数の液溜めに分注することができ、これらの液溜めの光透過度を測定する等により、同一試料に含まれる複数の成分について分析することができる。
【００４９】
本発明のチップにおいて、前記液溜めまたは前記液溜めに連通する前記流路の前記液溜めの近傍に空気孔を有してもよい。こうすることにより、分離後の液体試料を確実に液溜めに導くことができる。
【００５０】
本発明のチップにおいて、前記空気孔周辺の表面が疎水化されていてもよい。こうすることにより、空気孔からの液体試料の漏出をさらに抑制することができる。このため、一定量の液体試料を液溜めに確実に分注することができる。
【００５１】
本発明のチップにおいて、前記分析部は、前記成分を検出する検出部を有してもよい。このような構成とすれば、外部の検出装置を用いることなくチップ自体の構成を用いて分離された試料の分析を行うことが可能となる。
【００５２】
本発明のチップにおいて、前記検出部を覆う被覆部材をさらに備え、該被覆部材とマイクロレンズとが一体成形されてもよい。こうすることにより、検出部における検出反応の結果を目視により容易に視認することができる。
【００５３】
本発明のチップにおいて、前記分析部の下流側で前記流路に連通する廃液溜めを有し、前記廃液溜めへの前記液体の移動に伴い前記流路中の前記液体が前記流路の下流に向かって移動するように構成されてもよい。こうすることにより、液体の一部が廃液溜めに達した後も、流路中の液体を下流に向かって確実に移動させることができる。よって、試料の分離、分析を外部の駆動装置を用いることなく毛細管現象を利用してさらに確実に行うことができる。
【００５４】
本発明のチップにおいて、前記廃液溜めに液体保持部が設けられてもよい。こうすることにより、流路中の液体を廃液溜めに向かってさらに確実に移動させることができる。
【００５５】
本発明のチップにおいて、前記廃液溜めまたは前記廃液溜めに連通する前記流路の前記廃液溜めの近傍に空気孔を有してもよい。こうすることにより、分離後の液体試料を確実に廃液溜めに導くことができる。
【００５６】
本発明のチップにおいて、前記空気孔周辺の表面が疎水化されていてもよい。こうすることにより、廃液溜めに排出された液体試料が空気孔から漏出しないようにすることができる。
【００５７】
本発明のチップにおいて、前記流路は分岐部を有し、前記分岐部は複数の前記液溜めに連通してもよい。こうすることにより、各分析部に分注される液体中の成分濃度を均質化することができる。
【００５８】
本発明のチップにおいて、毛細管現象により前記液体試料が前記流路中を移動するように構成されてもよい。こうすることにより、試料を試料導入部に導入した後は、外部の駆動装置を用いることなくチップ自体の構成により試料を分離し、分析することが可能となる。
【００５９】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記液体試料中の所定の成分に特異的に吸着して凝集する粒子を備える構成とすることができる。こうすることにより、液体試料中の所定の成分をさらに確実に分離することができる。
【００６０】
本発明のチップにおいて、前記分離部は、前記粒子を保持する粒子保持槽と、前記粒子保持槽から前記流路への前記粒子の移動を制御するスイッチと、を含み、前記スイッチは、前記粒子保持槽中の前記粒子を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記粒子を導くトリガー流路と、を有する構成とすることができる。このようにすれば、液体試料中の所定の成分をより一層確実に分離することができる。
【００６１】
本発明のチップにおいて、前記分析部は、前記分離部に連通する分析用流路と、前記基板の前記分析用流路の上部に設けられ前記粒子の凝集状態を検知させる窓部と、を有する構成とすることができる。こうすることにより、分離部で分離される所定の成分を簡素な構成でさらに確実に分析することができる。
【００６２】
以上説明したように本発明によれば、従来複数の装置を用いて行われていた分離および分析が、一枚のチップ上で実現される。また、本発明によれば、微量の試料を簡便な操作で分離し、高精度または高感度で分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
【００６４】
【図１】実施の形態に係るチップの基本的な機能ブロックを示す図である。
【図２】図１の機能を有するチップの構成を示す図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】実施の形態に係るチップの検出部の構成を示す図である。
【図６】実施の形態に係るチップの検出部の構成を示す図である。
【図７】実施の形態に係るチップの基本的な機能ブロックを示す図である。
【図８】図７の機能を有するチップの構成を示す図である。
【図９】実施の形態に係るチップの測定部の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態に係るチップの測定部の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【図１２】図１１の測定装置に実施の形態に係るチップを挿入する様子を示す図である。
【図１３】実施の形態に係る測定装置の構成を示す図である。
【図１４】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１６】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図１７】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図１８】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図１９】実施の形態に係るチップの混合部の構成を示す図である。
【図２０】実施の形態に係るチップの混合部の構成を示す図である。
【図２１】図１９の液体スイッチ部分を拡大した上面図である。
【図２２】図１９の液体スイッチにおける堰き止め部の上面図である。
【図２３】実施の形態に係るトリガー流路の構成を示す図である。
【図２４】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図２５】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図２６】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図２７】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図２８】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図２９】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図３０】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図３１】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図３２】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図３３】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図３４】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図３５】実施の形態に係るチップの分離部の構成を示す図である。
【図３６】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図３７】図３６のバンド形成用液体スイッチの拡大図である。
【図３８】図３６中の分離領域の構造を詳細に示したものである。
【図３９】図３６の分離領域の断面図である。
【図４０】実施の形態に係るチップの分離部の分離方式を説明する図である。
【図４１】実施の形態に係るチップの分離部に設けるナノ構造体の構成を示す図である。
【図４２】図４１に示したナノ構造体の形成方法について説明する図である。
【図４３】図４１に示したナノ構造体の形成方法について説明する図である。
【図４４】図４１に示したナノ構造体の形成方法について説明する図である。
【図４５】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図４６】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図４７】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図４８】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図４９】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図５０】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図５１】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５２】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図５３】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図５４】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５５】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５６】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５７】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５８】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図５９】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６０】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６１】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６２】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６３】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６４】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６５】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６６】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６７】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６８】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図６９】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７０】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７１】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７２】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を説明する図である。
【図７３】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７４】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を説明する図である。
【図７５】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を説明する図である。
【図７６】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７７】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図７８】実施の形態に係るチップの分離方式を説明する図である。
【図７９】実施の形態に係るチップの分離方式を説明する図である。
【図８０】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図８１】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図８２】実施の形態に係るチップの分離領域の形成方法を示す図である。
【図８３】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を示す図である。
【図８４】実施の形態に係るチップの試料導入部の構成を示す図である。
【図８５】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図８６】図８５の分離領域を用いた分離方法を説明する図である。
【図８７】実施の形態に係るチップの分離部の構成を示す図である。
【図８８】図８７の分離領域の拡大上面図である。
【図８９】実施の形態に係るチップの分注経路の構成を示す図である。
【図９０】実施の形態に係るチップの反応部の構成を示す図である。
【図９１】実施の形態に係るチップの流路の構成を示す図である。
【図９２】図９１の断面図である。
【図９３】実施の形態に係るチップの制御部の構成を示す図である。
【図９４】実施の形態に係るチップの試料導入部の構成を示す図である。
【図９５】実施の形態に係るチップの試料導入部の構成を説明する図である。
【図９６】実施の形態に係るチップの試料導入部の構成を説明する図である。
【図９７】実施の形態に係るチップのバッファー導入口の構成を示す図である。
【図９８】実施の形態に係るチップの試料採取部の構成を示す図である。
【図９９】実施の形態に係るチップの検出部の構成を示す図である。
【図１００】実施の形態に係るチップの検出部の構成を示す図である。
【図１０１】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図１０２】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図１０３】実施の形態に係るチップの分離領域の構成を説明する図である。
【図１０４】実施の形態に係るチップの構成を示す図である。
【図１０５】実施の形態に係るチップの分離部の構成を示す図である。
【図１０６】実施の形態に係るチップの分離部の構成を示す図である。
【図１０７】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【図１０８】実施の形態に係るチップの機能ブロックを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通する構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
【００６６】
はじめに、第一および第二の実施形態において、試料の分離および分析がなされるチップの基本構成を説明する。以下の実施形態で説明するチップは、基本構成として試料導入部、分離部、および分析部を含む。分析部においては、分離された試料中の成分の分析が行われる。分析部は、たとえば所定の成分の検出反応が行われる結果、目視にて検出可能となるような検出部とすることができる。また、分析部は、外部装置を用いた測定に供する試料成分が貯留される測定部とすることもできる。第一の実施形態は、分析部が検出部である構成であり、第二の実施形態は分析部が測定部である構成である。
【００６７】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係るチップの基本的な機能を示す機能ブロック図である。図１のチップ２１１は、試料の分離および分析を行うことができるチップであり、試料導入部２１２、分離部２１３、および分析部である検出部２１４を含む。チップ２１１では、たとえばシリコン、ガラス、石英、各種プラスチック材料、またはゴム等の弾性材料により構成される基板の表面に形成することができる。たとえば、基板の表面に溝部を設け、これを表面部材によって封止し、これらによって囲まれた空間内に図１に示した機能を果たす部材やそれらを連通させる流路を形成することができる。また、複数の基板を貼り合わせ、チップ２１１としてもよい。たとえば、２枚の基板のそれぞれに溝を形成し、これら溝の位置が一致するように２枚の基板を当接させ、接合してもよい。こうすれば、管状の流路を形成することができる。
【００６８】
図２は、図１の機能を有するチップ２１１の構成の一例を示す図である。図２のチップ２１５は、基板２１６上に、導入口２１７、分離領域２１８、廃液溜め２１９、バッファー導入口２２０、主流路２２１、分注流路２２２、検出槽２２３、液溜め２２４が設けられている。
【００６９】
また、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。なお、図３では、主流路２２１等の構成部材を省略し、基板２１６、蓋２２６、およびシール２２７の積層構造のみを示した。チップ２１５において、基板２１６の上部に蓋２２６が設けられている。蓋２２６には、廃液溜め２１９、液溜め２２４および各検出槽２２３に連通する空気孔２２５が設けられている。また、蓋２２６の上面は、シール２２７で封止されている。
【００７０】
基板２１６の大きさは、たとえば３〜５ｃｍ×２〜３ｃｍ程度とすることができる。また、基板２１６の厚さは、たとえば０．５ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。蓋２２６の材料は、たとえば、基板２１６に用いられる材料とすることができる。なお、基板２１６の表面および蓋２２６の底面すなわち基板２１６と接合される面は、親水性であることが好ましい。親水性の表面とすることにより、毛細管現象を用いて試料をチップ２１５中に導入し、移動させることができる。ポンプや電極等の外部駆動装置を設けることなく試料の導入または移動が可能となるため、簡便な装置構成とすることができる。
【００７１】
主流路２２１および分注流路２２２は、たとえば幅１００μｍ程度、深さ２０μｍ程度とすることができる。また、導入口２１７は、φ３ｍｍ程度の円柱形の液溜めとし、蓋２２６にも同サイズの穴を貫通させることによって形成することができる。
【００７２】
検出槽２２３は、たとえばφ１００μｍ〜２ｍｍ程度の円柱形や、１００μｍ〜２ｍｍ角程度の直方体の液溜めとし、蓋の対応する位置に空気孔２２５を形成することによって得られる。検出槽２２３の深さは、たとえば深さ１００μｍ〜２ｍｍ程度とすることができる。また、検出槽２２３の深さを分注流路２２２と同程度とするか、または基板２１６の厚さよりわずかに浅い程度としてもよい。こうすることにより、深さ方向に光路長を増すことができるため、検出感度を向上させることができる。また、検出槽２２３の表面は親水性であることが好ましい。検出槽２２３の表面を親水性とすることにより、分離後の試料を確実に導くことができる。
【００７３】
空気孔２２５は、検出槽２２３の近傍で検出槽２２３に連通していれば検出槽２２３の直上に設けられていなくてもよい。空気孔２２５はたとえばφ５０μｍ〜１ｍｍ程度の大きさとすることができる。こうすることにより、検出槽２２３に確実に液体を導くことができる。また、空気孔２２５周辺の表面は疎水化されていることが好ましい。空気孔２２５の表面を疎水化することにより、検出槽２２３に分注された液体が空気孔２２５から漏出しないようにすることができる。このため、検出槽２２３に一定量の液体を分取することができる。また、試料の損失を防止することができる。
【００７４】
空気孔２２５の上部は、剥離可能な封止部により封止されていてもよい。こうすれば、チップ２１５を使用する際に所定のタイミングで封止部を剥離し、空気孔２２５を露出させることができる。
【００７５】
廃液溜め２１９は、たとえばφ５ｍｍ程度の円柱形の液溜めとし、蓋の対応する位置に空気孔２２５を形成することによって得られる。廃液溜め２１９近傍の空気孔２２５の構成は、検出槽２２３近傍の空気孔２２５と同様に、その周辺の表面を疎水性とすることが好ましい。空気孔２２５は廃液溜め２１９の近傍で廃液溜め２１９に連通していれば廃液溜め２１９の直上に設けられていなくてもよい。空気孔２２５はたとえばφ５０μｍ〜２ｍｍ程度の大きさとすることができる。また、検出槽２２３近傍の空気孔２２５よりも大きくしてもよい。
【００７６】
空気孔２２５は、ゴム系の接着剤などにより着脱可能に封止されていてもよい。こうすれば、チップ２１５の使用時に空気孔２２５を露出させ、使用後は再び封止することができる。このため、使用後も安全にチップ２１５を廃棄することができる。
【００７７】
廃液溜め２１９の表面は親水性であることが好ましい。廃液溜め２１９の表面を親水性とすることにより、主流路２２１中の液体を毛細管効果により廃液溜め２１９に向かって確実に移動させることができる。また、液体の一部が廃液溜め２１９に達した後も、毛細管効果により主流路２２１中の液体を下流に向かって移動させる駆動力を維持することができる。
【００７８】
廃液溜め２１９には、吸水性材料が充填されていてもよい。こうすることにより、液体をさらに確実に下流に向かって移動させることができる。吸水性材料として、たとえば吸水ポリマーを用いることができる。また、廃液溜め２１９の表面に多数の柱状体を設ける方法などにより、廃液溜め２１９の表面積を増加させることもできる。この場合にも、廃液溜め２１９側への液体の移動を促進することができる。
【００７９】
シール２２７は、チップ２１５を使用する際に剥離可能に形成されていればよい。たとえば各種プラスチック材料の薄膜の表面に酢酸ビニルなどのエマルジョン系粘着剤が塗布された構成とするとすることができる。また、エポキシ系やシリコーン系の接着剤を用いてもよい。
【００８０】
試料導入部２１２に対応する導入口２１７には、所定の試料が導入され、チップ２１５では液溜めとなっている。
【００８１】
チップ２１５を使用する際には、まず、シール２２７をはがす。シール２２７をはがすことにより、導入口２１７および空気孔２２５が開放され、外気に接触する。次いで、開放された導入口２１７に試料を添加する。添加された試料は、毛細管現象により分離領域２１８に導かれる。なお、空気孔２２５の上部が封止部により封止されている構成の場合には、シール２２７を剥離した後、所望のタイミングで封止部を剥離し、空気孔２２５の上部を開放することができる。
【００８２】
分離領域２１８は、流路２３０、主流路２２１およびこれらを連通させる複数の微細流路２２９を有し、フィルタ状に構成されている。流路２３０に連通して不要な試料を排出する廃液溜め２１９が設けられている。また、主流路２２１に連通して、バッファー導入口２２０が形成されている。なお、チップ２１５において、分離領域２１８の構成は図２の構成には限定されず、たとえば、後出の実施形態で説明する構成等とすることができる。
【００８３】
図８５は、分離領域２１８の構成を説明する図である。図８５においては、基板２１６上に流路溝１６１ａおよび流路溝１６１ｂ（いずれも幅Ｗ、深さＤ）が形成され、これらの間に隔壁１６５が介在している。ここで、１６１ａおよび１６１ｂのいずれか一方が主流路２２１となり、他方が流路２３０となる。隔壁１６５には、分離流路が規則的に形成されている。ここでいう「分離流路」は、微細流路２２９に対応する構成である。分離流路は、流路溝１６１ａおよび流路溝１６１ｂと直交し、幅ｄ１の分離流路が所定の間隔ｄ２で規則的に形成されている。図中に示された各寸法は、分離する試料等に応じて適宜な値に設定されるが、たとえば以下のような範囲から好適な数値が選択される。
【００８４】
Ｗ：１０μｍ〜１０００μｍ
Ｌ：１０μｍ〜１０００μｍ
Ｄ：５０ｎｍ〜１０００μｍ
ｄ１：１０ｎｍ〜１μｍ
ｄ２：１０ｎｍ〜１μｍ
このうち、分離流路の長さに相当するＬの数値は、分離特性に直接影響するため、分離目的に応じて精密に設計することが重要となる。たとえば高分子の分離においては、分離流路を通過する際に分子のコンフォーメーションが変化し、エンタルピー変化が生じる。したがって、分離流路の長さによって分子の通過に伴うエンタルピー変化の総量が相違することとなり、分離特性が変化するのである。本発明においては、流路を溝により構成しているため、エッチングや成型加工により作製することができ、形状やサイズを精密に制御することができる。この結果、所望の分離特性を有する分離装置を安定的に製造することができる。なお、流路溝１６１ａ、流路溝１６１ｂおよび分離流路は、様々は方法で形成することができるが、ｄ１やｄ２の値を１００ｎｍ以下に設定した場合、微細加工性の点で電子線露光技術を組み合わせたドライエッチングを用いることが望ましい。
【００８５】
図８５に示した構造の分離領域２１８を用いた分離方法について図８６を参照して説明する。図８６は、この分離装置を上から見たときの概略構造を示した模式図である。まず、試料の分離を行う前の準備として、各流路溝にキャリアとなる緩衝液を満たしておく。図８６では、流路溝１６１ｂ中に、図中下向きに混合物１５０を含む試料原液が流れる。すると、混合物中の小さな分子１５１が、図の中央に示される隔壁に設けられた分離流路を通過し、隣接する流路溝１６１ａに進入する。流路溝１６１ａには、分離目的成分と化学反応を起こさない溶媒が図中上向きに流れている。したがって、流路溝１６１ａに進入した小さな分子１５１は、その流れにのって図中上向きの方向に運搬される。一方、流路溝１６１ｂ中の大きな分子１５２は、分離流路を通過できないので、流路溝１６１ｂ中をそのまま流れていき、流路の末端で回収される。以上のようにして、小さな分子１５１および大きな分子１５２が分離される。
【００８６】
図８５では、流路溝１６１ａおよび流路溝１６１ｂの流れの方向を逆向きとした。同じ向きとすることもできるが、逆向きにした場合、分離効率が向上する。たとえば流路溝１６１ａの流れの方向を図中下向きとした場合、流れの進行方向に向かうにしたがって小さな分子１５１の濃度が高くなっていく。したがって、流路溝１６１ａと流路溝１６１ｂにおける大きな分子１５２の濃度差が、流れの進行方向に向かうにしたがって小さくなり、ある地点で等濃度となる。この地点から先の領域では、流路溝１６１ｂから流路溝１６１ａへの大きな分子１５２の移動は起こりにくくなり、分離できなくなる。これに対して本実施形態のように逆向きの方向にした場合は、流路溝１６１ａと流路溝１６１ｂにおける大きな分子１５２の濃度差は担保されるので、分離流路を一定の長さの領域にわたって形成した場合でも、高い分離能力を確保することができる。
【００８７】
また、以上においては、分離流路となる複数の微細流路２２９が形成された隔壁を有する構成を示したが、分離領域２１８は、以下の構成としてもよい。
【００８８】
図１０３は分離領域２１８の構成を示す図であり、分図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ断面図、斜視図である。図１０３（Ａ）に示されるように、基板２１６には二本の流路溝１６１ａ、ｂが設けられ、それらを分けるようにして隔壁３０８が設けられている。基板１６６の上には蓋２２６が配設される。便宜上、蓋２２６は図１０３（Ｂ）には示していない。なお、隔壁３０８は上述の土手部に相当する。
【００８９】
図１０３（Ａ）から分かるように、隔壁３０８と蓋２２６との間には空間が確保されているため、この空間を介して流路溝１６１ａおよび流路溝１６１ｂは互いに連通している。この空間は、上記の分離領域２１８の隔壁１６５に設けられた分離流路に相当する。したがって、例えば流路溝１６１ａに分離対象物質を含む試料を流し、流路溝１６１ｂに緩衝液を流すことにより分離操作を実行することができる。
【００９０】
なお、この場合、蓋２２６にはポリジメチルシロキサンやポリカーボネートなどの疎水性材料からなるものを選択することが好ましい。このようにすることにより、各々の流路溝に試料あるいは緩衝液を他の流路溝に浸入させることなく導入することができ、かつ両方の流路溝に試料等が満たされた段階で、上記空間を介して両流路溝内の試料および緩衝液の混和を生じさせることができる。このような効果は、蓋２２６を取り付けない状態で操作実施することによっても得ることができる。このとき、空気自体が疎水性物質として蓋２２６と同様に機能しているものと考えられる。
【００９１】
また、ポリエチレンテレフタレートなどの親水性の樹脂材料からなる蓋２２６を取り付けた状態で、例えば流路溝１６１ａに試料を流すと、当該試料は他方の流路溝１６１ｂへ浸入する。この浸入の際に、蓋２２６と隔壁３０８との間に形成された空間よりも小さなサイズの成分のみが濾しとられるため、試料中の成分の分離が実現する。
【００９２】
この構成によれば、隔壁３０８を設けることにより、流路溝１６１ａおよび流路溝１６１ｂを、微細流路２２９を有する隔壁１６５に比較して広い面積で接続するため、分離効率を向上させることができる。また、細長い物質であっても詰まりにくく、流路間を容易に移動できるため、こうした物質を含む試料の分離に好適に用いることができる。
【００９３】
このような流路溝１６１ａ、流路溝１６１ｂおよび隔壁１６５は、例えば（１００）Ｓｉ基板をウェットエッチング処理することにより得られる。（１００）Ｓｉ基板を用いた場合、＜００１＞方向に直交あるいは平行な方向では、図示されるように台形型にエッチングが進行する。そのため、エッチング時間を調節することにより隔壁１６５の高さを調節することが可能である。
【００９４】
また、図１０２に示されるように、隔壁３０８を蓋２２６上に設けることもできる。このような隔壁３０８を備えた蓋２２６は、ポリスチレンなど樹脂を射出成形することにより容易に得ることが可能である。また、基板２１６には１本の流路をエッチング等により設けるだけでよい。したがって、この分離領域２１８は上記のような簡便なプロセスにより得られるため、大量生産に適している。
【００９５】
本実施形態の分離装置では、たとえば試料原液の毛細管現象による導入と、拡散により分離できる。また、分子の浸透圧差を利用して分離することができる。
【００９６】
図２にもどり、導入口２１７に導入された試料は、毛細管現象により流路２３０に導かれる。試料が流路２３０を満たしたら、バッファー導入口２２０に所定のバッファーを導入する。バッファーは、試料中の成分の分離用展開液として用いられる。バッファー導入口２２０に導入されたバッファーは、毛細管現象により主流路２２１に導かれ、流路２３０中の試料の移動方向と逆向きに移動する。
【００９７】
ここで、流路２３０と主流路２２１とを連通させている微細流路２２９は、流路２３０よりも幅または深さが小さいため、流路２３０中の試料成分のうち、所定の大きさまたは形状を有する成分のみが微細流路２２９を通過し、主流路２２１に移動することができる。また、微細流路２２９中を通過できない成分は、廃液溜め２１９に排出される。こうして、試料中の成分を、その移動相中での大きさまたは形状に従って分離することができる。なお、微細流路２２９は、流路２３０と主流路２２１とを隔てる隔壁中に小孔が形成された構成とすることができる。
【００９８】
このような分離領域２１８を用いて、たとえば試料の粗分離、精製等を行うことができる。粗分離の場合として、試料中の固形成分や細胞等を分離除去することができる。また、液体試料の場合、たとえば低分子量成分と高分子量成分との分離等が可能である。
【００９９】
主流路２２１中の試料成分は、主流路２２１に連通する分注流路２２２から、検出槽２２３に導かれ、分注される。ここで、検出槽２２３は、図１における検出部２１４に対応する。分注流路２２２および検出槽２２３は基板２１６上に所定の数だけ設けることができる。図２のチップ２１５では、主流路２２１から複数の分注流路２２２が順次分岐しており、分注流路２２２は主流路２２１よりも細い流路であるため、毛細管現象によって上流側の分注流路２２２に連通する検出槽２２３に順に試料成分が導入される。また、すべての検出槽２２３に試料成分が導かれた後の不要な試料は、液溜め２２４に排出される。
【０１００】
このような構成とすれば、チップ２１５への試料の導入および移動を毛細管現象を利用して自動的に生じさせることができるため、外部の駆動装置を用いることなくチップ自体の構成により試料を分離し、分析することが可能となる。なお、必要に応じて、ポンプや電極等を有する外部装置にチップ２１５を接続してもよい。
【０１０１】
また、本実施形態および以降の実施形態において、バッファー導入口２２０その他の液溜めを有する部分には、チップの使用前からあらかじめ試薬を導入しておいてもよいし、チップを使用する際に必要に応じて所望のタイミングで注入することもできる。
【０１０２】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、図２のＢ−Ｂ’断面図であり、検出槽２２３を主たる構成要素とする検出部２１４の構成例を示す図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）において、検出槽２２３は、底面に検出試薬２３１を有している。検出試薬２３１は、試料中に含まれる特定成分と相互作用することによりたとえば発色、発光、変色、脱色または消光する物質ないし試薬とすることができる。分離領域２１８で分離された試料が検出槽２２３に達すると、検出試薬２３１が移動相中に溶解または分散し、検出槽２２３中で所定の検出反応が行われる。なお、複数の検出槽２２３を有するチップ２１５については、このうち一つの検出槽２２３には検出試薬２３１を導入せず、参照用の液溜めとして用いることもできる。
【０１０３】
図４（Ａ）の構成では、検出反応による発色等を、蓋２２６越しに目視で観察する構成となっている。また、図４（Ｂ）では、蓋２２６にマイクロレンズ２２８が形成されているため、検出槽２２３内の様子を拡大して観察できる。したがって、検出槽２２３中における発色、発光、変色、脱色または消光をより詳細に視認することが可能である。さらに、検出槽２２３が極めて小さい場合でも当該発色、発光、変色、脱色または消光を視認することができる。したがって、分析に供する試料を少量化することができる。
【０１０４】
また、図５および図６は、検出部２１４のまた別の構成を示す図である。図５は図２のＢ−Ｂ’断面図であり、図６は図２のＣ−Ｃ’断面図である。図５および図６に示したように、マイクロレンズ２２８は、複数の検出槽２２３間にわたって形成してもよい。この場合、マイクロレンズ２２８はたとえばかまぼこ型とすることができる。こうすれば、蓋２２６の構成をより簡素化することができる。
【０１０５】
図２のチップ２１５の作製は、たとえば次のようにして行う。基板２１６に溝を形成し、主流路２２１、流路２３０および分注流路２２２とする。また、主流路２２１に連通する導入口２１７、検出部１１３、および検出部１１５を形成する。これらの形成は、基板２１６としてプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板２１６の材料の種類に適した方法で行うことができる。主流路２２１の幅は、分離目的に応じて適宜設定される。たとえば、細胞の液状分画成分（細胞質）のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）の抽出を行う場合、５μｍ〜１０００μｍ、とする。また、蓋２２６に、試料導入部２１７、および空気孔２２５を形成する。
【０１０６】
得られた基板２１６および蓋２２６を接合する、さらに、蓋２２６の上面をシール２２７で封止する。こうして、チップ２１５が得られる。
【０１０７】
なお、基板２１６および蓋２２６がプラスチック材料である場合、たとえばこれらを熱融着により接合することができる。この場合、基板２１６および蓋２２６を構成する樹脂のガラス転移温度付近まで加温した状態で、当接させ、圧着した後、室温まで降温させ、その後圧力を解除すればよい。
また、溶媒を用いた融着を行ってもよい。この場合、基板２１６および蓋２２６を溶解させる溶剤をこれらの表面に極めて薄くスプレーした後、これらを当接させて、接合させることができる。
【０１０８】
また、基板２１６と蓋２２６とを当接させた状態でこれらに超音波振動を与え，そのエネルギーで基板２１６および蓋２２６の表面を融解し、接着してもよい。
【０１０９】
また、基板２１６および蓋２２６の種類に応じて選択される接着剤を用いて接着してもよい。接着剤を用いる場合、主流路２２１等の微小空間が接着剤により埋設されないようにする必要がある。そこでたとえば接着剤を蓋２２６にのみ極めて薄く塗布または展開することができる。また、マスクを用いて基板２１６の微小構造以外の部分にのみ接着剤を塗布または展開し、蓋２２６を接着してもよい。
【０１１０】
また、基板２１６および蓋２２６がたとえばガラス、石英、または表面を酸化したシリコン基板である場合には、たとえば、溶媒によりこれらを融着することができる。具体的には、フッ化水素水溶液を基板２１６または蓋２２６の表面に極めて薄くスプレーした後、これらを押し当てた状態で加温し、接着することができる。また、ＳＯＧ（シリコンオキサイドゲル）などの接着剤を用いてもよい。ＳＯＧを用いる場合、基板２１６または蓋２２６の表面にＳＯＧを塗布、展開した後これらを当接させ、オーブン中で２００℃程度に加熱してもよい。加熱によりＳＯＧをガラス化し、確実に接着することができる。
【０１１１】
また、基板２１６および蓋２２６がゴムである場合には、架橋剤を接着剤として用いることができる。基板２１６または蓋２２６の表面に接着剤を塗布し、これらを押し付けた状態で架橋反応を生じさせることにより、これらが接合される。
【０１１２】
なお、主流路２２１または流路２３０の壁面にＤＮＡやタンパク質などの分子が粘着することを防ぐために、流路壁をコーティングすることが好ましい。こうすれば、チップ２１５が良好な分離能を発揮することができる。コーティング材料としては、たとえば、細胞膜を構成するリン脂質に類似した構造を有する物質等が挙げられる。また、流路壁をフッ素系樹脂などの撥水性樹脂、あるいは牛血清アルブミンなどの親水性物質によりコーティングすることによって、ＤＮＡなどの分子が流路壁に粘着することを防止することもできる。また、ＭＰＣ（２−メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン）ポリマー等の親水性高分子等のコーティング等により、基板２１６表面を親水性樹脂で構成することもできる。また、親水性のシランカップリング剤により基板２１６の表面をコーティングしてもよい。
【０１１３】
基板２１６の表面の親水化をＭＰＣポリマーを用いて行う場合、具体的には、リピジュア（登録商標、日本油脂社製）などを用いることができる。リピジュア（登録商標）を用いる場合、たとえばこれを０．５ｗｔ％となるようにＴＢＥ（トリスボレイト＋ＥＤＴＡ）バッファーなどの緩衝液に溶解させ、この溶液を主流路２２１または流路２３０内に満たし、数分間放置することによって流路壁をコーティングすることができる。
【０１１４】
また、流路壁をはじめとする基板２１６の表面を親水化することにより、毛細管現象を利用して導入口２１７に試料を確実に導入することができる。また、導入口２１７に導入された試料をより一層確実に流路２３０に導入し、毛細管現象により流路２３０および主流路２２１中を移動させることができる。基板２１６の表面を親水化する方法として、流路２３０の表面にシリコン酸化膜等の親水性膜を形成することが有効である。親水性膜の形成により、特に外力を付与しなくとも緩衝液が円滑に導入される。
【０１１５】
また、基板２１６の少なくとも表面を、ＰＨＥＭＡ（ポリヒドロキシエチルメタクリレート）等の親水性高分子材料で構成することにより、毛細管効果が促進される。さらに、基板２１６表面への試料成分の非特異的な吸着を抑制することができる。このため、試料が微量であっても確実に分離および検出または測定を行うことができる。また、基板２１６の表面を酸化チタンで構成し、この表面に紫外線照射を行うことにより、基板２１６表面を親水化することができる。また、基板２１６の表面を酸素プラズマによりアッシングしてもよい。
【０１１６】
また、蓋２２６の表面をシール２２７でシールする際に、基板２１６と蓋２２６の接合体の表面をシール２２７で封止する際には、開口部に窒素等の不活性ガスを充填した後封止してもよい。こうすれば、チップ２１５を使用する直前まで基板２１６の表面が空気中に曝されないようにすることができる。このため、チップ２１５が空気中に曝されることによる表面の親水性の低下を抑制することができる。よって、毛細管現象による試料の導入および移動を確実に行わせることができる。なお、不活性ガスを充填せずに、接合体の表面を減圧下でシール２２７により封止してもよい。また、シール２２７により封止されたチップ２１５を、外装体中に収納し、保存することもできる。このとき、外装体中に不活性ガスを充填するか、減圧下で外装体中にチップ２１５を収納することが好ましい。
【０１１７】
また、図３では、シール２２７が設けられているチップ２１５を例示したが、本実施形態および以降の実施形態におけるチップは、シール２２７を有さない構成であってもよい。シール２２７を設けない構成とすることにより、チップの構成を簡素化することができる。また、シール２２７を設けることにより、導入口２１７や空気孔２２５等の開口部分が外気に接触しないようにすることができる。このため、搬送時等の取り扱いをさらに簡便化することができる。また、チップ中に塵芥が入らないようにすることができる。また、検出槽２２３中に検出試薬２３１が保持されている場合、検出試薬２３１の変質を抑制することができる。
【０１１８】
以上のように、本実施形態に係るチップ２１１を用いることにより、試料中の所定の成分を分離し、さらに検出を行うことができる。
【０１１９】
たとえば、検出槽２２３において呈色反応が行われる場合、これを比色して試料中の特定の成分の有無を判断したり、濃度を測定したりすることができる。この場合、基板２１６が透明な材料により形成されていることが好ましい。こうすることにより、より正確な検出を行うことができる。透明な材料として、具体的には、石英、環状ポリオレフィン、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等を用いることができる。
【０１２０】
チップ２１１を用いた検出として、たとえば血糖値の測定が挙げられる。この場合、血液を試料として導入口２１７に導入すると、分離領域２１８にて血球が分離される。検出槽２２３には、バッファー導入口２２０に導入されたバッファーによって希釈された血漿成分が分注される。検出試薬２３１として、ＮＡＤ（β−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド酸化型）、ＡＴＰ（アデノシン３リン酸２ナトリウム）、ヘキソキナーゼ、グルコース−６−リン酸脱水素酵素、および酢酸マグネシウムを用いれば、検出槽２２３における発色の程度によって、血糖値を容易に判断することができる。
【０１２１】
なお、図２のチップ２１５において、廃液溜め２１９がトリガー流路２５６を介してバッファー導入口２２０に連通する構成としてもよい。図１０１は、このような構成を模式的に示す図である。図１０１において、廃液溜め２１９とバッファー導入口２２０とを接続するトリガー流路２５６には、フィルタ３０７が設けられている。フィルタ３０７を設けることにより、流路２３０中の成分のうち、分離領域２１８を通過できない成分がトリガー流路２５６の下流側に侵入しないようにすることができる。
【０１２２】
また、主流路２２１とトリガー流路２５６との交差点に液体スイッチ２５７が形成されている。液体スイッチ２５７を設けることにより、導入口２１７に導入された液体試料が流路２３０およびトリガー流路２５６を経由して液体スイッチ２５７に到達した時点で液体スイッチ２５７が開き、バッファー導入口２２０にあらかじめ導入されていたバッファーが主流路２２１中を移動する構成とすることができる。なお、液体スイッチ２５７の具体的な構成については、第三の実施形態において後述する。
【０１２３】
この構成によれば、バッファー導入口２２０中にあらかじめ所定のバッファーを導入しておくことにより、毛細管力による導入口２１７への試料の導入以降の処理をチップ２１５自体の構成により自動的に進行させることが可能となる。このため、試料中の成分の分離および検出をさらに効率よく行うことができる。
【０１２４】
（第二の実施形態）
図７は、本実施形態に係るチップの基本的な構成の一例を示す機能ブロック図である。チップ２３２は、第一の実施形態に記載のチップ２１１において、検出部２１４に代わり分析部として測定部２３３を有する点が異なる。測定部２３３は、外部装置を用いた測定に供する試料成分が貯留される領域である。
【０１２５】
図８は、図７の機能を有するチップ２３４の構成の一例を示す図である。チップ２３４の基本構成は第一の実施形態に記載のチップ２１５（図２）と同様であるが、検出槽２２３に代わり分取部２３５を有する点が異なる。分取部２３５は、分離領域２１８で分離された試料成分が分取される液溜めである。
【０１２６】
図９および図１０は、分取部２３５を主たる構成要素とする測定部２３３の構成を例示する図である。分取部２３５は、図９に示したように試料を貯留する液溜めのみからなっていてもよい。または、図１０に示したように、測定試薬２３６を有していてもよい。測定試薬として、たとえば、第一の実施形態に記載のチップ２１５において、検出試薬２３１として利用可能な物質を用いることができる。測定試薬を用いることにより、発色反応等を利用して、試料中の特定成分について確実に分析を行うことができる。具体的には、２８０〜８５０ｎｍ程度の波長領域における透過光強度を測定することができる。
【０１２７】
図１１は、チップ２３４を挿入して分取部２３５の試料成分に関する光学測定を行う測定装置２３７の構成を模式的に示す図である。測定装置２３７は、チップ２３４が挿入される挿入部２４４と、挿入部２４４に挿入されたチップ２３２の分取部２３５に光を照射し、また光学特性を測定する測定ユニット２４２を有する。測定ユニット２４２は、光源２３８、集光部２４３、および受光部２３９を含む。
【０１２８】
測定ユニット２４２の大きさは、分取部２３５の大きさに対応して設計される。たとえば、チップ２３４において、分取部２３５の深さを１００μｍ〜２ｍｍ程度とし、分取部２３５の間隔を１００μｍ〜２ｍｍ程度とすることができ、このとき、光源２３８、集光部２４３、および受光部２３９の大きさもこれに合わせて設計される。
【０１２９】
光源２３８は、たとえばＬＥＤ、レーザダイオード、半導体レーザ等とすることができる。光源の種類は、測定波長によって異なるため、測定試薬２３６によって生じる発色等の波長に合わせて適宜選択される。集光部２４３は、たとえばセルフォックスレンズを所定の形状、大きさに加工して用いることができる。受光部２３９は、たとえばフォトトランジスタ、光電セル等とすることができる。
【０１３０】
図１２は、図１１の測定装置２３７にチップ２３４を挿入する様子を示す図である。測定装置２３７の挿入部２４４にチップ２３４を挿入すると、測定ユニット２４２に対応する位置に分取部２３５が挿入される。このため、チップ２３４に形成された分取部２３５の数だけ測定ユニット２４２を設けておけば、それぞれの分取部２３５について、光学測定を一度に行うことができる。よって、短時間での測定が可能となる。また、測定装置２３７は測定ユニット２４２を１個有するものとし、チップ２３２を挿入部２４４中でスライドさせることにより、複数の分取部２３５について順次光学測定を行う構成としてもよい。
【０１３１】
また、図１３は、測定装置２３７の別の構成を示す図である。図１３の測定装置２３７は、図１１の装置と基本構成が同様であるが、光源２３８を１台とし、また光学フィルタ２４０および遮光板２４１を有する点が異なる。なお、図１３では、集光部２４３を設けない構成としたが、集光部２４３を設ける構成とすることもできる。
【０１３２】
光学フィルタ２４０を設けることにより、光源２３８からの出射光のうち、所定の波長範囲にある光のみを分取部２３５に照射することができる。このため、ランプ光源など、出射光の波長分布がブロードな光源２３８を用いる際にも、測定波長に対応する光学フィルタ２４０で分光し、測定するこができる。また、光学フィルタ２４０は遮光板２４１に支持されているため、他の測定ユニット２４２に光源２３８からの出射光が漏洩するのを防止することができる。
【０１３３】
光学フィルタ２４０には、光学フィルタとして既知の材料を所定の大きさに加工して用いることができる。
【０１３４】
なお、図１１または図１３に示した測定装置２３７において、光源２３８を設けずに、外部の光源からの光を光ファイバ等により導入し、分取部２３５の挿入される位置に照射する構成としてもよい。また、以上においては分取部２３５における透過度を測定するとして説明したが、測定ユニット２４２は、吸光度や散乱度を測定するように構成されていてもよい。
【０１３５】
また、チップ２３２の構成および測定装置２３７の構成は、上述したものに限られず、種々の構成とすることができる。
【０１３６】
たとえば、図１４に示すように、分取部２３５を分注流路２２２上に設け、分取部２３５の下方に光導波路２４５を形成することもできる。ここで、光導波路２４５は、たとえば石英系材料または有機系ポリマー材料により形成することができる。光導波路２４５は、周囲の材料よりも屈折率が高くなるように構成される。この場合、光導波路２４５にはチップの底面から光が導入され、同様に、チップの底面から光が取り出される。図１５は、図１４のＤ−Ｄ’断面図である。図１５に示したように、光導波路２４５の一端が投光用投光用光導波路２４６に接続され、他端が受光用光導波路２４７に接続されている。投光用光導波路２４６および受光用光導波路２４７は、基板２１６の水平面の法線方向に延在し、光導波路２４５から基板２１６の表面にわたって設けられている。
【０１３７】
この場合、たとえば、測定装置２３７の底面等に、チップの投光用光導波路２４６へ光を導入する光源２３８および受光用光導波路２４７からの光を受光するための受光部２３９を設けておくことができる。このような構成にすれば、測定装置２３７の底面等に、チップの投光用光導波路２４６および受光用光導波路２４７が露出した面を接触させることにより、分注流路２２２自体を測定用の分取部２３５として用い、分取部２３５への光の導入および分取部２３５からの光の検出を行うことができる。
【０１３８】
また、図１４および図１５に示したチップにおいて、光導波路２４５を設けない構成としてもよい。このとき、投光用光導波路２４６および受光用光導波路２４７を設けることにより、光源２３８からの出射光を投光用光導波路２４６を介して分取部２３５に導入し、分取部２３５からの出射光を受光用光導波路２４７を介して受光部２３９にて受光することができる。この構成についても、分取部２３５に分取された液体中の所定の成分に関する光学測定を行うことができる。また、光導波路２４５を設けないため、チップの構成を簡素化することができる。
【０１３９】
本実施形態においては、測定部２３３を有するチップ２３２を用いることにより、外部装置による測定に適した試料を容易に調製することができる。たとえば、チップ２３４を用いて分離および分取を行った試料に対し、チップ２３４をそのまま測定装置２３７に挿入して分離された成分に関する光学測定を行うことができる。このため、簡便な手法で確実に試料中の成分に関する分析を行うことができる。
【０１４０】
なお、チップ２３４をそのまま測定装置に供する構成とせず、チップ２３４の分取部２３５に分取された試料を抽出して外部装置の測定に供する態様としてもよい。
【０１４１】
チップ２３２を用いた測定として、たとえば血糖値の検出が挙げられる。この場合、血液を試料として導入口２１７に導入すると、分離領域２１８にて血球が分離される。分取部２３５には、バッファー導入口２２０に導入されたバッファーによって希釈された血漿成分が分注される。測定試薬２３６として、第一の実施形態の検出試薬と同様にＮＡＤ（β−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド酸化型）、ＡＴＰ（アデノシン３リン酸２ナトリウム）、ヘキソキナーゼ、グルコース−６−リン酸脱水素酵素、および酢酸マグネシウムを用いれば、分取部２３５における発色の程度を測定装置２３７によって測定し、血糖値レベルを容易に判断することができる。また、肝酵素ＡＳＴの検出等も可能である。
【０１４２】
第一または第二の実施形態に記載の基本構成を有するチップは、さらに以下のいずれかの実施形態に記載の構成を有する。
【０１４３】
（第三の実施形態）
本実施形態に係るチップは、第一または第二の実施形態に記載の基本構成を有し、分離部２１３と分析部（検出部２１４または測定部２３３）との間に、検出または測定に先立ち、試料濃度を均質化するための混合部を有する。図１６および図１７は、本実施形態に係るチップの構成を示す機能ブロック図である。図１６のチップ２４９では、分離部２１３と分析部（検出部２１４または測定部２３３）との間に混合部２４８が形成されている。また、図１７のチップ２５０では、分離部２１３と測定部２３３との間に混合部２４８が形成されている。以下、検出部２１４を有する構成の場合を例に説明する。
【０１４４】
図１８は、混合部２４８を有するチップの構成の一例を示す図である。図１８のチップ２５１の基本構成は図２のチップ２１５と同様であるが、分離領域２１８と分注流路２２２との間の主流路２２１に混合部２４８が設けられている点が異なる。
【０１４５】
チップ２５１において、混合部２４８は、主流路２２１中を流れる液体中の試料成分濃度を均質化することができるように構成されていれば、特に制限はないが、たとえば以下のように構成することができる。
【０１４６】
図１９は、混合部２４８の構成の一例を示す図である。図１９の混合部２４８は、対向流による均質化効果を利用した助走流路である。この流路は、主流路２２１の往路２５２と復路２５３とを混合用微細流路２５４により連通させた構成となっている。混合用微細流路２５４は、たとえば往路２５２と復路２５３とを隔てる隔壁に設けられた小孔とすることができる。
【０１４７】
混合用微細流路２５４の表面は往路２５２に比べて疎水性とする。こうすることにより、分離領域２１８を通過した液体が往路２５２を満たすまで、混合用微細流路２５４から復路２５３に流入しない構成とすることができる。往路２５２が液体で満たされ、復路２５３に至ると、混合用微細流路２５４中に往路２５２側と復路２５３側から液体が侵入することにより、往路２５２と復路２５３とが混合用微細流路２５４を介して互いに連通する。そして、往路２５２内の液体と復路２５３内の液体との間で相互拡散が起こり、液体の濃度を均質化することができる。均質化された液体は、主流路２２１から分注流路２２２を通って検出槽２２３に導かれる。
【０１４８】
このような構成とすれば、復路２５３を通過して分注流路２２２に流入する液体の濃度を均質化することができる。したがって、分離領域２１８を通過した液体中の試料成分濃度にむらがある場合にも、複数の検出槽２２３に供給される液体中の試料成分濃度を一定とすることができる。よって、検出反応の精度を向上させることができる。
【０１４９】
たとえば、試料成分濃度が高い領域が、主流路２２１中を流れる液体の先端領域にある場合、往路２５２を進むほど、既に希釈化された低濃度の復路２５３中の液体と交換されて、平均的濃度に均質化される。逆に、高濃度領域が主流路２２１中を流れる液体の先端から遠く、復路２５３に液体が侵入した後も往路２５２に存在する場合、復路２５３を進行する低濃度の液体は、復路２５３内の高濃度の液体と混合されて平均的な濃度に均質化される。なお、図１９では、主流路２２１を一直線の形状としたが、ジグザグ形状やらせん状としてもよい。こうすることにより、混合部２４８をコンパクトな形状とすることができる。よって、チップ２５１を小型化することができる。
【０１５０】
また、図２０は、混合部２４８の別の構成を示す図である。図２０の混合部２４８においては、主流路２２１中に液溜め２５５が設けられ、液溜め２５５の下流において主流路２２１の２箇所を連通させるトリガー流路２５６が設けられている。トリガー流路２５６は、流路内の親水性の程度や流路径等を適宜に調整することによって、流路内の液体の進行速度を調整することができる。これにより、スイッチ動作の速度を調整できる。トリガー流路２５６と主流路２２１との２箇所の交差点のうち、下流側すなわち分注流路２２２側の交差点に、液体スイッチ２５７を有する。
【０１５１】
このような混合部２４８では、当初は液体スイッチ２５７が閉じており、分離領域２１８を通過した液体は、液溜め２５５に貯留され、濃度が均質化される。液溜め２５５が液体で満たされると、その一部がトリガー流路２５６へと流入する。そして、トリガー流路２５６中に液体が満たされ、液体スイッチ２５７の形成領域に達すると、液体スイッチ２５７が開くため、液溜め２５５中で均質化された液体が分注流路２２２へと流入する。
【０１５２】
図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、図１９の液体スイッチ２５７部分を拡大した上面図である。液体スイッチ２５７は、液体の流動を制御するスイッチであり、液体がスイッチ開閉のトリガーとなる。図２１（Ａ）はスイッチ閉状態、図２１（Ｂ）および図２１（Ｃ）はスイッチ開状態を示す。図中、主流路２２１の側面にトリガー流路２５６が接続している。トリガー流路２５６は、流路内の親水性の程度や流路径等を適宜に調整することによって、流路内の液体の進行速度を調整することができる。これにより、スイッチ動作の速度を調整できる。主流路２２１とトリガー流路２５６の交差する領域の上流側（図中上側）に堰き止め部２５８が設けられている。堰き止め部２５８は、流路の他の部分よりも強い毛細管力を有する部分となっている。堰き止め部２５８の具体的構成としては、以下のものが例示される。
【０１５３】
（ｉ）複数の柱状体が配設された構成
この構成では、堰き止め部２５８における流路単位体積あたりの流路表面積が、流路の他の部分のそれよりも大きくなっている。すなわち、主流路２２１に液体が満たされたとき、堰き止め部２５８においては、流路の他の部分よりも固液界面が大きくなるように構成されている。
【０１５４】
（ｉｉ）多孔質体やビーズが複数充填された構成
この構成では、堰き止め部２５８において、流路の他の部分よりも固液界面が大きくなるように構成されている。
【０１５５】
上記（ｉ）の構成とする場合、柱状体は、基板の種類に応じて適宜な方法で形成することができる。ガラス基板や石英基板を用いる場合、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を利用して形成することができる。プラスチック基板を用いる場合、形成しようとする柱状体のパターンの反転パターンを有する金型を作製し、この金型を用いて成形を行い所望の柱状体パターン面を得ることができる。なお、このような金型は、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を利用することにより形成することができる。
【０１５６】
上記（ｉｉ）の構成とする場合、多孔質体やビーズは、これらを流路の所定箇所に直接充填、接着することにより形成することができる。
【０１５７】
本実施形態では、上記（ｉ）の構成を採用する。
【０１５８】
図２２は、堰き止め部２５８の上面図である。複数の柱状体２６０が、略等間隔で規則的に配置されている。柱状体２６０以外の領域は微細流路２６１となっている。堰き止め部２５８では、流路単位体積あたりの流路表面積が、流路の他の部分のそれよりも大きい。このため、堰き止め部２５８に浸入した液体は、毛細管力により、微細流路２６１に保持される。
【０１５９】
図２１（Ａ）はスタンバイ状態にある液体スイッチ２５７を示している。主流路２２１に導入された液体試料２５９が堰き止め部２５８で保持されている。この状態から所望のタイミングでトリガー流路２５６を迂回してきたトリガー液２６２が導入されると、図２１（Ｂ）のようにトリガー液２６２の液面の先端部分が前進し、堰き止め部２５８と接触することとなる。図２１（Ａ）の状態では、液体試料２５９は毛細管力により堰き止め部２５８に保持されているが、液体試料２５９がトリガー液２６２と接触した図２１（Ｂ）の状態になると、液体試料２５９が図中下方向（下流側）に移動し、図２１（Ｃ）の主流路２２１下流側に液体試料２５９が流出する。すなわち、トリガー液２６２が呼び水としての役割を果たし、液体試料２５９を下流側に引き出す液体スイッチとしての動作が発現する。
【０１６０】
以上において、液体試料２５９およびトリガー液２６２は、液溜め２５５を通過した液体である。したがって、この構成によれば、分離領域２１８を通過した液体が液溜め２５５を満たし、さらにトリガー流路２５６の先端すなわち主流路２２１の下流側の交差点に達するまでの間、液体が分注流路２２２側に流入しないようにすることができる。よって、液溜め２５５において確実に試料成分濃度の均質化を図ることができる。また、トリガー流路２５６の構成によって、分注流路２２２へと流入するタイミングを好適に調節することができる。
【０１６１】
図２３（Ａ）〜図２３（Ｃ）は、トリガー流路２５６の構成を例示する図である。図２３（Ａ）では、トリガー流路２５６の一部に流路拡張領域２６３が形成されている。流路拡張領域２６３は、トリガー流路２５６中で時間遅れ槽として機能する。こうすることにより、液体スイッチ２５７を開くタイミングを遅延させることができる。
【０１６２】
図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の構成のトリガー流路２５６において、流路拡張領域２６３に疎水性領域２６４が形成されている。疎水性領域２６４は、トリガー流路２５６中の液体の進行方向に垂直な方向に流路拡張領域２６３を横切るように形成されている。このような疎水性領域２６４を設けることにより、流路拡張領域２６３において、液体が壁面のみをつたって他端に到達するのを抑制することができる。
【０１６３】
図２３（Ｃ）は、じぐざぐ形状のトリガー流路２５６の例を示している。このようにトリガー流路２５６の形状、長さを最適化することにより、所望のタイミングで液体スイッチ２５７を開放することが可能となる。トリガー流路２５６の形状は、占有面積が小さいような形状であれば図２３（Ｃ）の形状に限られず、たとえばらせん形とすることもできる。
【０１６４】
本実施形態に係るチップ２４９またはチップ２５０によれば、分離部２１３と検出部２１４または測定部２３３との間に混合部２４８を有するため、分離部２１３を通過した液体の濃度を均質化した後、検出部２１４または測定部２３３へと導くことができる。このため、検出部２１４または測定部２３３に導入される液体中の試料成分のむらを解消することができる。よって、検出部２１４における検出反応や測定部２３３における測定の精度を向上させることができる。
【０１６５】
（第四の実施形態） 本実施形態は、以上の実施形態に記載のチップにおいて、試料導入部２１２と分離部２１３との間に、分離に先立ち、試料に所定の前処理を施す前処理部が設けられたチップに関する。本実施形態のチップは、第一または第二の実施形態に記載の基本構成を有する。
【０１６６】
図２４および図２５は、本実施形態に係るチップの構成を示す機能ブロック図である。図２４および図２５では、分析部としてそれぞれ検出部２１４および測定部２３３が設けられている。図２４のチップ２６５、図２５のチップ２６７のいずれにおいても、試料導入部２１２と分離部２１３との間に前処理部２６６が形成されている。以下、分析部として検出部２１４を有する場合、具体的には図２４に示した検出部２１４を有する構成の場合を例に説明する。
【０１６７】
図２６は、チップ２６５として利用可能なチップの構成の一例を示す図である。図２６のチップ２６８では、導入口２１７と分離領域２１８との間に、前処理部２６６が形成されている。前処理部２６６は、主流路２２１中に設けられた前処理槽２６９と、液体スイッチ２５７と、トリガー流路２５６とを含む。トリガー流路２５６中には、時間遅れ槽としての流路拡張領域２６３が形成されている。
【０１６８】
前処理槽２６９には、導入口２１７に導入された試料に対し、所定の前処理を行うための液溜めである。図示していないが、前処理槽２６９には前処理に用いる酵素等の前処理試薬があらかじめ導入されている。
【０１６９】
導入口２１７に導入された試料は、主流路２２１から前処理槽２６９に流入し、前処理試薬と混和し、前処理がなされる。前処理槽２６９の下流には液体スイッチ２５７が設けられているため、当初は前処理槽２６９を通過した液体が液体スイッチ２５７よりも下流側に流入することはない。トリガー流路２５６は、前処理槽２６９における前処理時間に合わせてその構成を設計することができる。たとえば、前処理時間が長時間であれば、流路拡張領域２６３を大きくすることができる。
【０１７０】
主流路２２１からトリガー流路２５６中を進行する試料が液体スイッチ２５７まで到達すると、主流路２２１側からの試料とトリガー流路２５６側からの試料とが接触することにより液体スイッチ２５７が開く。そして、前処理槽２６９で前処理された試料は主流路２２１中を進み、分離領域２１８で所定の分離操作がなされた後、分注流路２２２から検出槽２２３に分注され、検出槽２２３で所定の検出反応が行われる。
【０１７１】
前処理槽２６９で行われる前処理として、たとえば、試料中の不溶成分の可溶化が挙げられる。導入口２１７に導入される試料が生体試料である場合、試料中の細胞の可溶化を行う必要があることがある。細胞を可溶化するためには、細胞膜、細胞骨格を可溶化する必要がある。また、動物細胞においては細胞外マトリックス、植物細胞の場合は細胞壁を破壊する必要がある。前処理槽２６９を有するチップ２６８を用いることにより、これらの前処理を行うことができる。以下、前処理として細胞外マトリックスや細胞壁の破壊を行う場合を例に説明する。
【０１７２】
前処理槽２６９には、可溶化酵素をあらかじめ導入しておく。たとえば、試料が唾液や鼻汁である場合には、可溶化酵素として塩化リゾチームを用いることができる。また、試料が組織である場合、たとえばコラゲナーゼを用いることができる。また、試料が植物細胞である場合、たとえばセルラーゼなどの細胞壁を可溶化する酵素を用いることができる。なお、前処理槽２６９での処理を行う間、所定の温度でインキュベートしてもよい。
【０１７３】
所定の時間前処理がなされた後、液体スイッチ２５７が開くことによって主流路２２１中を進行する試料は、分離領域２１８において分離される。ここで、分離領域２１８では、細胞周囲の余分な液体が分離除去され、細胞の洗浄をすることできる。バッファー導入口２２０に分離用バッファー、この場合は洗浄用バッファーを導入すると、微細流路２２９を介して主流路２２１と流路２３０とが連通し、主流路２２１中の余剰な液体成分が除去される。たとえば、コラゲナーゼ処理液や血漿等が洗浄用バッファーと混和抽出され、液溜め２７０に除去される。
【０１７４】
洗浄用バッファーが液溜め２７０を満たすと、液溜め２７０に連通するトリガー流路２５６中に液体が侵入し、これが液体スイッチ２５７に達すると、液体スイッチ２５７が開放される。液体スイッチ２５７が開放されると、主流路２２１中で洗浄された細胞が、分注流路２２２およびこれに連通する検出槽２２３へと順次分取される。
【０１７５】
この構成によれば、導入口２１７と分離領域２１８との間に形成された前処理部２６６において、試料に所定の前処理を施すことが可能となる。このため、チップ２６８上での分離および検出をさらに好適な条件で実施することができる。なお、前処理槽２６９への反応試薬の導入は、チップ２６８の作製時にあらかじめ行っておいてもよいし、チップ２６８を使用する際に所定のタイミングで行ってもよい。
【０１７６】
なお、前処理槽２６９でなされる前処理は、可溶化処理に限らず、種々の処理とすることができる。たとえば、試料中の成分がＤＮＡである場合、前処理槽２６９においてＰＣＲ反応を行ってもよい。
【０１７７】
（第五の実施形態）
本実施形態は、第四の実施形態に記載のチップにおいて、分離部２１３と分析部（検出部２１４または測定部２３３）との間にさらに混合部２４８を有する構成に関する。図２７および図２８は、本実施形態に係るチップの構成を示す機能ブロック図である。図２７のチップ２７１では、分離部２１３と分析部（検出部２１４）との間に混合部２４８が設けられ、図２８のチップ２７２では、分離部２１３と分析部（測定部２３３）との間に混合部２４８が設けられる。
【０１７８】
ここでは、図２７に示したチップ２７１に対応する構成を例に説明する。図２９は、チップ２７１に対応するチップの構成の一例を示す図である。図２９のチップ２７３は、図２６に示したチップ２６８において、分離領域２１８と分注流路２２２との間に混合部２４８が形成されている。混合部２４８の構成は、たとえば第三の実施形態に記載の構成とすることができる。
【０１７９】
このような構成とすることにより、前処理槽２６９および分離領域２１８でそれぞれ前処理および分離がなされた試料の主流路２２１中での濃度を均質化した後、それぞれの分注流路２２２に順次流入させることができる。このため、分離領域２１８の試料濃度に分布がある場合にもこれを平均化することが可能となり、それぞれの検出槽２２３中に導入された液体の試料成分濃度のばらつきを抑制することができる。よって、検出槽２２３における検出反応の精度を向上させることができる。
【０１８０】
なお、以上においては一種類の試料の濃度分布を減少させる場合を例に説明したが、複数の液溜めが混合部２４８に連通する構成としてもよい。こうすれば、それぞれの液溜め中に含まれる試料を混合することができる。
【０１８１】
（第六の実施形態）
本実施形態は、以上の実施形態に記載のチップにおいて、分離部２１３と分析部（検出部２１４または測定部２３３）との間にさらに反応部２７５を有する構成に関する。図１０７および図１０８は、本実施形態に係るチップの構成を示す機能ブロック図である。図１０７および図１０８に示したチップは、それぞれ、第一および第二の実施形態１に記載の基本構成を有し、それぞれ、分離部２１３と分析部（検出部２１４）との間、分離部２１３と分析部（測定部２３３）との間に反応部２７５が設けられている。
【０１８２】
また、図３０および図３１は、本実施形態に係るチップの別の構成を示す機能ブロック図である。図３０および図３１では、分析部としてそれぞれ検出部２１４および測定部２３３が設けられている。図３０のチップ２７４および図３１のチップ２７６では、いずれも分離部２１３と混合部２４８との間に反応部２７５が設けられる。
【０１８３】
ここでは、チップ２７４に対応する構成を例に説明する。図３２は、チップ２７４に対応するチップの構成の一例を示す図である。図３２のチップ２７７は、図２９に示したチップ２６８において、前処理部２６６、分離領域２１８に次いで反応部２７５が設けられている。さらに反応部２７５の下流に分離領域２１８および混合部２４８、が設けられ、これらの下流に分注流路２２２および検出槽２２３が形成されている。また、チップ２７７では、導入口２１７に連通する第一の主流路２７８および分注流路２２２に連通する第二の主流路２７９が形成されている。第一の主流路２７８と第二の主流路２７９とは、反応部２７５の下流に形成された分離領域２１８を介して互いに連通する。
【０１８４】
反応部２７５は、第一の主流路２７８中に設けられた反応槽２８０と、第二の主流路２７９に連通する液溜め２８４と、液体スイッチ２５７と、トリガー流路２５６とを含む。トリガー流路２５６中は、液溜め２８４と第一の主流路２７８に連通し、時間遅れ槽としての流路拡張領域２６３を有する。
【０１８５】
反応槽２８０は、分離領域２１８で分離された試料に対し、所定の前処理を行うための液溜めである。図示していないが、反応槽２８０には反応に用いる酵素等の反応試薬があらかじめ導入されていてもよい。また、所定のタイミングで２８０に反応試薬を導入する態様とすることもできる。また、液溜め２８４に反応試薬を導入しておき、所定のタイミングで反応槽２８０に移動させてもよい。
【０１８６】
また、液溜め２８４に反応試薬を導入しておき、所定のタイミングで反応槽２８０に移動させてもよい。この場合、分離領域２１８で分離された試料は、反応槽２８０に流入し、液溜め２８４に導入された反応試薬と混和し、所定の反応に供される。反応槽２８０の下流には液体スイッチ２５７が設けられているため、当初は反応槽２８０を通過した液体が液体スイッチ２５７よりも下流側に流入することはない。トリガー流路２５６は、反応槽２８０における前処理時間に合わせてその構成を設計することができる。たとえば、前処理時間が長時間であれば、流路拡張領域２６３を大きくすることができる。
【０１８７】
液溜め２８４からトリガー流路２５６中を進行する反応試薬が液体スイッチ２５７まで到達すると、第一の主流路２７８側からの試料とトリガー流路２５６側からの試料とが接触することにより液体スイッチ２５７が開く。そして、反応槽２８０で前処理された試料は第一の主流路２７８中を進み、分離領域２１８で所定の分離操作がなされる。
【０１８８】
分離領域２１８の構成は、以上の実施形態と同様、たとえば図示したように第一の主流路２７８と第二の主流路２７９とが微細流路２２９を介して連通した構成とすることができる。こうすれば、第一の主流路２７８中の反応後の試料のうち、所定の大きさまたは形状を有する成分のみが第二の主流路２７９中に移動することができる。よって、反応後の試料から所定の成分のみを分離することができる。分離領域２１８にて分離され、第二の主流路２７９に達した試料は、混合部２４８において濃度の均質化をなされた後、分注流路２２２から検出槽２２３に分注され、検出槽２２３で所定の検出反応が行われる。
【０１８９】
反応槽２８０で行われる反応として、たとえば、細胞膜や細胞骨格の可溶化反応が挙げられる。この場合、第四の実施形態で示したように、前処理槽２６９において細胞膜や細胞骨格の可溶化に先立つ細胞外マトリクスや細胞壁成分の破壊を行うことができる。そして、分離領域２１８において余剰の液体成分を分離除去された試料中の細胞について、第一の主流路２７８上に設けられた二つの反応槽２８０において、細胞膜の可溶化および細胞骨格の可溶化の処理を順次行うことができる。
【０１９０】
そこでこの場合、二つの反応槽２８０のうち、上流側の反応槽２８０に連通する液溜め２８４には、細胞膜すなわち脂質膜の界面活性剤およびリパーゼを反応試薬として導入する。こうすることにより、反応槽２８０に導入された試料がこれらの反応試薬と混和し、細胞膜が可溶化される。
【０１９１】
細胞膜が可溶化された試料は、上流側の反応槽２８０に連通する液溜め２８４中の余剰の反応試薬によって第一の主流路２７８中を進行し、下流側の反応槽２８０に貯留される。下流側の反応槽２８０では、細胞骨格の可溶化がなされる。下流側の反応槽２８０に連通する液溜め２８４には、反応試薬として、たとえば４５０ｍＭの酢酸カリウム、２００ｍＭのＴｒｉｓ−ＨＣｌ（ｐＨ８．５）、２５０ｍＭのＭｇＯＡｃ２、０．５ｍＭのＡＴＰ、および２％のＰＴＥを含むバッファーを導入する。これらの試薬が反応槽２８０に導入されると、反応槽２８０中で可溶化反応が起こる。
【０１９２】
こうしてそれぞれの反応を所定の時間なされた後、下流側の反応槽２８０の下流に設けられた液体スイッチ２５７が開くことによって、反応後の試料は第一の主流路２７８中をさらに進行する。試料は、反応槽２８０の下流に形成された分離領域２１８においてさらに分離される。よって、以上の一連の反応によっても可溶化されなかった不溶成分は、反応槽２８０の下流に設けられた分離領域２１８において除去することができる。
【０１９３】
この構成によれば、分離領域２１８と検出槽２２３との間に形成された反応槽２８０において、試料に所定の反応処理を施すことが可能となる。このため、試料中の成分の検出をさらに好適な条件で行うことができる。なお、反応槽２８０または液溜め２８４への反応試薬の導入は、チップ２７７の作製時にあらかじめ行っておいてもよいし、チップ２７７を使用する際に所定のタイミングで行ってもよい。
【０１９４】
なお、反応部２７５を有する構成は、第四の実施形態以外の上述した実施形態に対しても適用可能である。他の実施形態に記載のチップにおいても、たとえば、分離部２１３と検出部２１４との間、分離部２１３と混合部２４８との間、分離部２１３と測定部２３３との間、あるいは分離部２１３と混合部２４８との間に反応部２７５を設けることができる。このようにすれば、試料導入部２１２に導入された試料の所定の成分を分離した後、検出または測定に先立ち種々の反応に供することができる。よって、より多様な検出または測定を簡便な構成で安定的に実施することができる。
【０１９５】
さらに、反応部２７５は、図９０に示す構成としてもよい。図９０に示した反応部は、主流路２２１に連通する２個の反応部２７５が形成されている。反応部２７５は、流路３００と、流路３００に連通する反応槽２８０、反応槽２８０に連通する試薬槽３０１および試薬槽３０２、反応槽２８０と試薬槽３０１との間に設けられた液体スイッチ２５７、反応槽２８０と試薬槽３０２との間に設けられた液体スイッチ２５７を有する。これらの二つの液体スイッチ２５７は、流路拡張領域２６３を介して連通している。また、二つの液体スイッチ２５７は、トリガー流路２５６を介しても主流路２２１に連通している。
【０１９６】
図９０の構成では、主流路２２１中に試料が流れると、流路３００から反応槽２８０に試料が充填される。ここでは、二つの反応槽２８０に順次充填される。試料は反応槽２８０を満たした後も主流路２２１中を進み、一部がトリガー流路２５６に迂回する。トリガー流路２５６中を流れる試料は、まず反応槽２８０と試薬槽３０１との間の液体スイッチ２５７を開放する。すると、試薬槽３０１中に保持されていた試薬が反応槽２８０へと移動し、試料と混和する。こうして、反応槽２８０において、最初の反応が行われる。
【０１９７】
また、トリガー流路２５６中を流れる試料の一部は流路拡張領域２６３にて時間遅れを生じた後に、試薬槽３０２と反応槽２８０との間に形成された液体スイッチ２５７を所定のタイミングで開放する。すると、試薬槽３０２中に保持されていた試薬がさらに反応槽２８０に移動するため、反応槽２８０において次の反応が行われる。
【０１９８】
この構成では、反応槽２８０が液体スイッチ２５７を介して複数の試薬槽と連通しており、それぞれの液体スイッチ２５７が順次開放される構成が実現されている。このため、チップ自体の構成によって所定のタイミングで多段階反応を実施することが可能となる。
【０１９９】
このような反応部を用いることにより、分離された液体試料に対して多段階の反応処理を施すことができる。このため、従来の装置構成では困難であったインシュリン濃度の測定や感染症への罹患度判定等が可能となる。また、試薬との混合と洗浄を順次実施することが可能となるため、酵素抗体法に適用することもできる。
【０２００】
（第七の実施形態）
以上の実施形態に係るチップにおいて、制御部をさらに有していてもよい。以下、第六の実施形態に記載の機能を有するチップにさらに制御部を設けた構成を例に説明する。図３３および図３４は、本実施形態に係るチップの構成を示す機能ブロック図である。図３３に示したチップ２８１および図３４に示したチップ２８２には、試料導入部２１２、前処理部２６６、分離部２１３、反応部２７５、混合部２４８、および分析部（検出部２１４または測定部２３３）における各処理条件を制御する制御部２８３が設けられる。
【０２０１】
制御部２８３を有するチップの例として、クロックラインを設け、これに基づいてチップ上の流路における試料の移動を制御する構成が挙げられる。図９１は、クロックラインを配設したチップの構成を示す上面図である。図９１のチップにおいては、試料の通る主流路２２１に直交する方向にクロック流路１２０１が設けられている。これらは、図９２に示すように、多層の流路構造となっている。図９２は、図９１のチップの断面図である。このチップは、主流路用基板１２２０およびクロック流路用基板１２１０が張り合わされた構造を有する。主流路用基板１２２０の表面には主流路２２１が形成され、クロック流路用基板１２１０の表面にはクロック流路１２０１が形成されている。これらの流路は、制御用流路１２１２により接続されている。主流路２２１には、スイッチ１２０７が設けられている。
【０２０２】
図９１に戻り、主流路２２１上の液体は、スイッチ１２０７が開くまでは、スイッチ１２０７の下流側に移動することができず、堰き止められる。クロック流路１２０１に導入されたクロック用流体は、時間遅れチャンバ１２０２によって流動が制御された後、制御用流路１２１２を経由してスイッチ１２０７に到達する。するとスイッチ１２０７が開状態となり、主流路２２１中の液体が下流側に移動する。
【０２０３】
その後、クロック用流体はクロック流路１２０１下流側に移動し、別の時間遅れチャンバを経た後、スイッチ１２０８に到達する。このように、クロック用流体をトリガー液としてスイッチを順次開放していくことにより、主流路２２１を通過する試料に所定の処理を所定の時間施すことができる。
【０２０４】
クロック流路１２０１におけるクロック用流体の流動は、あらかじめ、流路中の任意の位置に到達する所用時間が正確に再現されるようになっている。このため、このクロック流路の利用により、チップ上で任意の処理を時間制御性良く実行することが可能となる。
【０２０５】
また、制御部２８３は以下の構成としてもよい。ここでは、図８のチップ２５１を例に説明する。チップ２５１においては、下記（ｉ）および（ｉｉ）のタイミングを制御することが重要である。
（ｉ）バッファー導入口２２０から、主流路２２１にバッファーを流すタイミング、
（ｉｉ）混合部２４８で成分濃度が均質化された試料を分注流路２２２に流すタイミング。
【０２０６】
そこで、これらのタイミングを制御するために、チップ２５１上に、下記（Ｉ）〜（ＩＶ）を設けることができる。
（Ｉ）廃液溜め２１９内部に試料が到達したことを、対電極の導通を指標としてセンシングするセンサ、
（ＩＩ）バッファー導入口２２０からのバッファーの流出をコントロールするための磁石を用いた液体スイッチ、
（ＩＩＩ）混合部２４８がたとえば図１９に示した助走流路を有する構成である場合、混合部２４８に溶液が到達したことを検出する対電極を有するセンサ、
（ＩＶ）助走流路の出口にて液体の進行を制御する磁石を用いた液体スイッチ。
【０２０７】
チップ２１５に上記（Ｉ）〜（ＩＶ）を設け、チップ２５１の液体スイッチ部分の下にソレノイド等に接続して可動となっている磁石がセットされた制御用のステージを用いることにより、上記（ｉ）および（ｉｉ）のタイミングを確実に制御することが可能である。
【０２０８】
図９３は、チップ２５１上に設けられた磁石を有する液体スイッチの構成と、磁石の移動を制御するステージの構成を模式的に示す断面図である。図９３において、主流路２２１の一部に疎水性領域が設けられ、疎水性領域よりもバッファー導入口２２０側に、磁性ビーズがあらかじめ導入されている。疎水性領域と磁性ビーズを液体スイッチとして用いることができる。
【０２０９】
このチップ２５１の動作は以下の通りである。すなわち、まず、チップ２５１を制御用のステージ上に設置する。そして、廃液溜め２１９の内部に試料が到達したことを，対電極の導通を指標としてセンシングする。廃液溜め２１９に試料が到達したタイミングで、疎水性領域よりもバッファー導入口２２０側に位置する磁石を、疎水性領域を流路に沿って移動させる。すると、磁性ビーズが主流路２２１中を移動し、疎水性領域を横切る。このとき、主流路２２１の手前で堰き止められていた液体は、磁性ビーズとともに移動し、スイッチが開通する。
【０２１０】
スイッチが開通すると、分離領域２１８にて所定の分離がなされる。分離された試料は、混合部２４８に向かって移動する。そこで混合部２４８に溶液が到達したことを、対電極を用いて検出する。混合部２４８に試料が到達したタイミングで、制御用のステージの直下にある磁石を動かし、助走用流路上に設けられた液体スイッチを開通させる。すると、混合部２４８で均質化された試料は分注流路２２２に分注される。
【０２１１】
このように、制御部２８３を設けることにより、たとえば各機能ブロックに対する洗浄操作等を制御して行うことができる。このため、チップ２８１または２８２を再利用した際にも、基板２１６表面の汚染を抑制し、チップ上での一連の操作を確実に行うことができる。
【０２１２】
（第八の実施形態）
以上の実施形態に記載のチップにおいて、分離部２１３の構成は次のようにしてもよい。図３５（Ａ）〜図３５（Ｃ）は、分離部２１３をさらに詳細に説明する機能ブロック図である。図３５（Ａ）〜図３５（Ｃ）に示した分離部２１３は、それぞれ粗分離部２８６、分画部２８７、精製処理部２８８を有する。このため、それぞれの分離部２１３では、試料の粗分離、分画、および精製処理部２８８を行うことができる。また、図３５（Ａ）〜図３５（Ｃ）に示した分離部２１３では、粗分離部２８６、分画部２８７、または精製処理部２８８の上流に、バンド形成部２８５を有する。
【０２１３】
粗分離部２８６または精製処理部２８８として利用可能な構成として、たとえば以上の実施形態に記載のチップ２１５に設けられた分離領域２１８が挙げられる。また、試料中の成分の粗分離、分画、および精製に利用可能な分離部２１３の構成として、たとえば図３６に示した構成が挙げられる。
【０２１４】
図３６は、本実施形態に係るチップの構成の一例を模式的に示す図である。図３６に示したチップ２８９は、導入口２１７と分離領域２９５との間にバンド形成部２８５が形成されている。バンド形成部２８５は、導入口２１７に連通するバンド形成用流路２９２と、バンド形成用流路２９２に連通する液溜め２９０と、主流路２２１に連通する展開バッファー槽２９１と、主流路２２１とバンド形成用流路２９２との交差点に設けられた液体スイッチ２５７と、を有する。
【０２１５】
また、図３７は、図３６のバンド形成用液体スイッチ２９３の拡大図である。バンド形成用液体スイッチ２９３においては、主流路２２１とバンド形成用流路２９２との交差点に堰き止め部２５８が形成されている。堰き止め部２５８の構成は、たとえば第三の実施形態に例示した構成とすることができる。また、主流路２２１には、堰き止め部２５８の両側にギャップ２９４が形成されている。ギャップ２９４は、たとえば、主流路２２１表面が疎水性処理された領域とすることができる。
【０２１６】
このようなバンド形成用液体スイッチ２９３を有するチップ２８９を用いる際には、まず、展開バッファー槽２９１に試料を展開する展開用バッファーを導入しておく。展開用バッファーは主流路２２１に形成されたギャップ２９４により、ギャップ２９４より下流側に侵入することができない。ところが、導入口２１７に試料を導入すると、毛細管力により堰き止め部２５８に速やかに試料が流入し、堰き止め部２５８に保持される。堰き止め部２５８に試料が保持されると、その両側に形成されたギャップ２９４に試料が一部はみ出す。すると、ギャップ２９４の手前で堰き止められていた展開用バッファーとはみ出した液とがつながり、展開用バッファーが主流路２２１中を移動する。このとき、主流路２２１中にバンド形成用流路２９２の幅で保持されていた試料が展開用バッファーと一緒に流れ、分離領域２９５へと導かれる。
【０２１７】
バンド形成用液体スイッチ２９３を設けることにより、導入口２１７に導入した試料のバンド幅を狭くした後主流路２２１中を移動させることができる。このため、試料の分離効率を向上させることができる。
【０２１８】
分離領域２９５は、主流路２２１中に形成される。分離領域２９５の構成として、たとえば
（Ａ）複数の柱状体が設けられた構成、
（Ｂ）複数の凹部が設けられた構成、
（Ｃ）疎水性パッチが設けられた構成、
が挙げられる。（Ａ）から（Ｃ）の具体的な構成については、第九〜第十一の実施形態において順に説明する。
【０２１９】
主流路２２１中の試料は分離領域２９５で分離され、各成分は分離領域２９５上の異なる位置に分布するようになる。分離領域２９５の側壁には、小孔が多数設けられており、この小孔を微細流路２２９として、流路２３０に連通している。微細流路２２９の表面は弱い疎水性であるため、当初は微細流路２２９から流路２３０に液体が移動することはない。
【０２２０】
分離領域２９５での展開が終わったら、液溜め２８４に発色試薬を含む液体を導入する。発色試薬が流路２３０中を移動すると、微細流路２２９中に主流路２２１と流路２３０から液体がはみ出ることにより両者が連通する。そして、主流路２２１中の成分と流路２３０中の成分が相互拡散する。ここで、流路２３０中を進行する発色試薬の移動速度は、分離領域２９５上の全域に展開されるのに充分速い。
【０２２１】
分離領域２９５上に展開された発色試薬は、主流路２２１上に展開された成分に応じて発色するため、分離領域２９５上に発色の濃淡パターンが形成される。そして、これらのパターンを順次検出槽２２３に分取することができる。なお、分離領域２９５に形成された濃淡パターンを画像解析に供して解析を行ってもよい。
【０２２２】
このような構成は、たとえばＬＤＨアイソザイム群の解析に利用することができる。導入口２１７に導入されたＬＤＨアイソザイム群は、その分子量に応じて分離領域２９５上に展開される。このため、濃淡パターンはアイソザイム群の量の多少を反映する。たとえば、心筋由来のＬＤＨの位置において他の領域よりも濃く染まっている場合、心筋の疾病の可能性がある。
【０２２３】
以上のようにチップ２８９の構成を用いれば、さらに分離効率を向上させることができるため、試料中の成分の分析精度、感度を向上させることができる。なお、以上においては検出部２１４を有するチップ２８９を例に説明したが、測定部２３３を有するチップについても、本実施形態に係る分離部２１３の構成を適用することが可能である。
【０２２４】
なお、分離領域２９５は、主流路２２１に微粒子が充填された構成としてもよい。このとき、試料中の成分のうち、バッファー導入口２２０中に導入されたバッファーとの親和性が高い成分ほど速やかに移動し、試料中の成分の親和性に応じて展開される。主流路２２１に充填する微粒子としては、ＴＬＣ（薄層クロマトグラフィー）において吸着剤として用いる材料等を用いることができる。具体的には、たとえば、シリカゲル、アルミナ、セルロース等を用い、粒径はたとえば５〜４０ｎｍとすることができる。たとえば微粒子としてシリカゲルを用いる場合、分離領域２９５へのシリカゲル粉体の充填は、主流路２２１の下流側に堰き止め部材を設けた上で、シリカゲル粉体、バインダ、および水の混合体を流路に流し込み、その後、この混合体を乾燥、固化させることにより、行うことができる。
【０２２５】
（第九の実施形態）
本実施形態では、第八の実施形態における
（Ａ）複数の柱状体が設けられた構成
について具体的に説明する。
【０２２６】
この構成では、分離領域２９５には、複数の柱状体が設けられる。柱状体は、たとえば、基板を所定のパターン形状にエッチングすることにより形成することができるが、その作製方法は特に制限はない。
【０２２７】
柱状体の形状は、円柱、楕円柱等、擬円柱形状；円錐、楕円錐、三角錐等の錐体；三角柱、四角柱等の角柱のほか、ストライプ状の突起等、様々な形状を含む。柱状体のサイズは、幅はたとえば１０ｎｍ〜１ｍｍ程度、高さはたとえば１０ｎｍ〜１ｍｍ程度とすることができる。
【０２２８】
隣接する柱状体の間隔は、分離目的に応じて適宜設定される。たとえば、
（ｉ）細胞とその他の成分の分離、濃縮、
（ｉｉ）細胞を破壊して得られる成分のうち、固形物（細胞膜の断片、ミトコンドリア、小胞体）と液状分画（細胞質）の分離、濃縮、
（ｉｉｉ）液状分画の成分のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）と低分子量成分（ステロイド、ブドウ糖等）の分離、濃縮、
といった処理において、
（ｉ）の場合、１μｍ〜１ｍｍ、
（ｉｉ）の場合、１００ｎｍ〜１０μｍ、
（ｉｉｉ）の場合、１ｎｍ〜１μｍ、
とすることができる。
【０２２９】
また、分離領域２９５中に一または二以上の柱状体配設部を設けることができる。柱状体配設部は柱状体群を含む。各柱状体配設部中の柱状体群は、互いに異なるサイズ、間隔で任意の配置とすることができる。また、柱状体を同一サイズとしてほぼ等間隔に規則正しく形成してもよい。
【０２３０】
隣接する柱状体配設部間の間隔には、試料の通過し得るパスが形成される。ここで、柱状体配設部間の間隔を柱状体間の間隔よりも大きくすると、巨大サイズの分子等を円滑に移動させることができるので、分離効率を一層向上させることができる。
【０２３１】
図３８は、図３６中の分離領域２９５の構造を詳細に示したものである。なお、図３８に示した構造は、図３８以降の図においても適用することが可能である。図３８中、基板２１６に幅Ｗ、深さＤの溝部が形成され、この中に、直径φ、高さＤの円柱形状のピラー１２５が等間隔で規則正しく形成されている。ピラー１２５間の間隙を試料が透過する。隣接するピラー１２５間の平均間隔はｐである。各寸法は、たとえば図６中に示された範囲とすることができる。
【０２３２】
なお、本明細書における実施形態中、「ピラー」は柱状体の一形態として示したものであり、円柱ないし楕円柱の形状を有する微小な柱状体をいう。また、「ピラーパッチ」および「パッチ領域」は、柱状体配設部の一形態として示したものであり、多数のピラーが群をなして形成された領域をいう。
【０２３３】
図３９は、図３６の分離領域２９５の断面図である。基板２１６に形成された溝部によって形成される空間内に多数のピラー１２５が形成されている。ピラー１２５の間隙は、分離用の流路となる。
【０２３４】
多数のピラー１２５が密集して形成された構造を試料分離手段として用いる場合、主として２つの分離方式が考えられる。一つは、図４０に示す分離方式である。もう一つについては、図５１を参照して後述する。図４０の方式では、分子サイズが大きい程、ピラー１２５が障害となり、図中の分離領域２９５の通過時間が長くなる。分子サイズの小さいものは、ピラー１２５間の間隙を比較的スムーズに通過し、分子サイズが大きいものに比べて短時間で分離領域を通過する。
【０２３５】
ピラー１２５を用いることにより、試料中の複数の成分を確実に分離することができる。
【０２３６】
また、以上においては柱状体を一定間隔で配設した例を示したが、柱状体配設部内において柱状体を異なる間隔で配設することもできる。こうすることで、大、中、小等の複数の大きさの分子またはイオンをさらに効率的に分離することができる。また、柱状体の配置に関し、試料の進行方向に対して互い違いに柱状体を配置する方法を採用することも有効である。こうすることにより、目詰まりを効果的に防止しつつ目的の成分を効率的に分離することができる。
【０２３７】
また、分離領域２９５に設けられる柱状体は、その頂部の直径が底部の直径よりも小さい形状を有することが好ましい。すなわち、柱状体が錐体ないし擬錐体形状を有し、断面が末広がりになっていることが好ましい。特に柱状体表面にシリコン酸化膜等の親水性膜を形成する場合、このような形状とすることによる効果が顕著となる。たとえば、柱状体を熱酸化してその表面に熱酸化膜を設けようとすると、柱状体の底部近傍で酸化が進み、柱状体の高さが減少してアスペクト比が低下することがある。柱状体の形状を上記のようにすると、このような酸化によるアスペクト比の低下を効果的に防止することができる。
【０２３８】
また、柱状体の形状として上述の形状を採用した上で、試料分離領域に設けられた柱状体を、隣接する柱状体の側面が、該柱状体の底部において互いに接する程度に近接して形成することが望ましい。こうすることによって、酸化によるアスペクト比の低下を一層効果的に防止することができる。図４１は、このような構造を採用した柱状体の一例である。図４１に示したナノ構造体では、基板２１６表面に円錐状の柱状体が設けられ、その表面がシリコン酸化膜１０４により覆われている。柱状体は、隣接する柱状体の側面が、該柱状体の底部において互いに接する程度に近接して形成されている。
【０２３９】
このような配置とすることにより、基板２１６を熱酸化して表面をシリコン酸化膜で覆った場合、柱状体底部のシリコン酸化膜１０４の膜厚が薄くなり、柱状体のアスペクト比を良好に維持できる。この理由は必ずしも明らかではないが、円錐状の柱状体の側面が互いに接した構造となっているため、柱状体の底部近傍で酸化が進行した際、圧縮応力が発生し、それ以上の酸化が進みにくくなることによるものと推察される。
【０２４０】
次に、基板２１６がシリコンの基板１１０である場合を例に、図４１に示したナノ構造体の形成方法について図４２（Ａ）〜図４２（Ｄ）および図４３（Ｅ）〜図４３（Ｇ）を参照して説明する。ここでは、まず図４２（Ａ）のように、基板１１０上にシリコン酸化膜１０５、レジスト膜１０７をこの順で成膜する。次いで電子線露光等によりレジスト膜１０７をパターニングして所定の開口部を有するパターンを形成する（図４２（Ｂ））。
【０２４１】
次いでこのレジスト膜１０７を用いてシリコン酸化膜１０５をドライエッチング等することにより、シリコン酸化膜１０５からなるハードマスクが形成される（図４２（Ｃ））。レジスト膜１０７を除去した後（図４２（Ｄ））、基板１１０をドライエッチングすることにより（図４３（Ｅ））、アスペクト比の高い柱状体が得られる。シリコン酸化膜１０５を除去後（図４３（Ｆ））、たとえば８５０℃以上の高温で表面を酸化し、シリコン酸化膜１０４を形成する（図４３（Ｇ））。以上の工程により、図４１に示すナノ構造体が得られる。このナノ構造体を主流路２２１上に形成し、試料の分離に用いることができる。
【０２４２】
図４２（Ａ）〜図４２（Ｄ）および図４３（Ｅ）〜図４３（Ｇ）においては、レジストマスクを用いて形成したハードマスクにより基板１１０をエッチングしたが、レジストマスクを用いて直接基板１１０をエッチングすることもできる。図４４（Ａ）〜図４４（Ｃ）はこの方法を示す図である。図４４（Ａ）〜図４４（Ｃ）に示したプロセスでは、基板１１０上にレジスト９００を形成した後（図４４（Ａ））、パターニングし（図４４（Ｂ））、これをマスクとして基板１１０をエッチングして柱状体を形成している（図４４（Ｃ））。
【０２４３】
次に、柱状体を有する分離領域２９５を形成する別の方法について図４５（Ａ）〜図４９を用いて説明する。図４５（Ａ）〜図４９において、右側の図は上面図であり、左側の図は断面図である。基板２１６として、シリコン基板２０１を用いる。まず、図４５（Ａ）に示すように、シリコン基板２０１上にシリコン酸化膜２０２、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト２０３をこの順で形成する。シリコン酸化膜２０２、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト２０３の膜厚は、それぞれ３５ｎｍ、５５ｎｍとする。次に、電子ビーム（ＥＢ）を用い、試料の流路となるアレー領域を露光する。現像はキシレンを用いて行い、イソプロピルアルコールによりリンスする。この工程により、図４５（Ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト２０４が得られる。
【０２４４】
なお、下記に示す構造を有するカリックスアレーン電子ビームネガレジスト２０３は、電子線露光用のレジストとして用いられ、ナノ加工用のレジストとして好適に利用することができる。
【０２４５】
【化１】

【０２４６】
つづいて全面にポジ型フォトレジスト２０５を塗布する（図４５（Ｃ））。膜厚は１．８μｍとする。その後、アレー領域が露光するようにマスク露光をし、現像を行う（図４５（Ｄ））。
【０２４７】
次に、シリコン酸化膜２０２をＣＦ４、ＣＨＦ３の混合ガスを用いてＲＩＥエッチングする。エッチング後の膜厚を３５ｎｍとする（図４６（Ａ））。レジストをアセトン、アルコール、水の混合液を用いた有機洗浄により除去した後、酸化プラズマ処理をする（図４６（Ｂ））。つづいて、シリコン基板２０１をＨＢｒガスを用いてＥＣＲエッチングする。エッチング後のシリコン基板２０１の膜厚を４００ｎｍとする（図４６（Ｃ））。つづいてＢＨＦバッファードフッ酸でウェットエッチングを行い、シリコン酸化膜２０２を除去する（図４６（Ｄ））。
【０２４８】
次に、シリコン基板２０１上にＣＶＤシリコン酸化膜２０６を堆積する（図４７（Ａ））。膜厚は１００ｎｍとする。つづいて全面にポジ型フォトレジスト２０７を塗布する（図４７（Ｂ））。膜厚は１．８μｍとする。つづいて図４７（Ｃ）のように、流路領域をマスク露光し（アレー領域を保護）、現像する。その後、ＣＶＤシリコン酸化膜２０６をバッファードフッ酸でウェットエッチングする（図４７（Ｄ））。その後、有機洗浄によりポジ型フォトレジスト２０７を除去し（図４８（Ａ））、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド）を用いてシリコン基板２０１をウェットエッチングする（図４８（Ｂ））。つづいてＣＶＤシリコン酸化膜２０６をバッファードフッ酸でウェットエッチングして除去する（図４８（Ｃ））。
【０２４９】
そして、この状態のシリコン基板２０１を炉に入れてシリコン熱酸化膜２０９を形成する（図４８（Ｄ））。このとき、シリコン熱酸化膜２０９の膜厚がたとえば２０ｎｍとなるように熱処理条件を選択する。このような膜を形成することにより、流路の表面を親水化し、流路内に緩衝液を導入する際の困難を解消することができる。その後、流路上に被覆２１０を設けてもよい（図４９）。被覆２１０は、図３に示した蓋２２６として用いることができる。
【０２５０】
以上により、柱状体を有する流路が得られる。この方法では、微細な柱状体配列構造を精度よく確実に形成することが可能である。
【０２５１】
さらに、柱状体を有する流路の別の作製方法として、金型を用いてマスクのパターニングを行う方法について説明する。図５０（Ａ）〜図５０（Ｄ）は、分離領域２９５の製造方法を示す工程断面図である。まず図５０（Ａ）に示すように、表面に樹脂膜１６０が形成されたシリコンからなる基板１１０と、成型面を所定の凹凸形状に加工した金型１０６とを用意する。樹脂膜１６０の材質はポリメチルメタクリレート系材料とし、その厚みは２００ｎｍ程度とする。金型１０６の材質は特に制限がないが、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＣ等を用いることができる。
【０２５２】
次いで図５０（Ｂ）に示すように、金型１０６の成型面を樹脂膜１６０表面に当接させた状態で加熱しながら加圧する。圧力は６００〜１９００ｐｓｉ程度とし、温度は１４０〜１８０℃程度とする。その後、基板１１０を脱型し、酸素プラズマアッシングを行い、樹脂膜１６０をパターニングする（図５０（Ｃ））。
【０２５３】
つづいて樹脂膜１６０をマスクとして基板１１０をドライエッチングする（図５０（Ｄ））。エッチングガスは、たとえばハロゲン系ガスを用いる。エッチング深さは約０．４μｍであり、エッチングにより形成される柱状体の間隔は約１００ｎｍである。エッチングのアスペクト比（縦横比）は４：１程度である。このとき、エッチングによって生じた凹部の底近傍では、マイクロローディング効果によりエッチングの進行が鈍化し、凹部の先端が狭まり、曲面となる。この結果、柱状体は末広がりになり、その断面形状は、頂部よりも底部において幅広となる。また、柱状体間の距離が狭いため、各柱状体は、隣接する柱状体の側面が、該柱状体の底部において互いに接する程度に近接して形成されることとなる。
【０２５４】
図５０（Ｄ）の後、８００〜９００℃の炉アニールにより熱酸化を行い、柱状体の側壁にシリコン熱酸化膜（図５０（Ａ）〜図５０（Ｄ）では不図示）を形成する。このとき、柱状体および凹部の形状が上述した末広がりの形状となっているため、図４１を用いて前述したように、柱状体底部の酸化膜厚が薄くなり、柱状体のアスペクト比を良好に維持できる。
【０２５５】
以上の工程により、基板１１０上に柱状体群が形成される。このようにすれば、電子線露光によるマスク開口部の形成工程が不要となるため、生産性が顕著に向上する。
【０２５６】
図５０（Ａ）〜図５０（Ｄ）においては、マスクとなる樹脂膜１６０のパターニングを行う際に金型を用いたが、この金型を用いて直接柱状体を形成することもできる。具体的には、所定のプラスチック材料を基板上にコートした後、上記と同様の工程により囲う成型することができる。基板上にコートするプラスチック材料は、成型性が良好で、かつ、適度な親水性を有するものが好ましく用いられる。たとえば、ポリビニルアルコール系樹脂、特にエチレン−ビニルアルコール樹脂（ＥＶＯＨ）、ポリエチレンテレフタレート等が好ましく用いられる。疎水性樹脂であっても、成型後、上記コーティングを行えば流路表面を親水性とすることができるので利用可能である。
【０２５７】
なお、分離領域２９５を図４０のように構成した場合、試料中に巨大なサイズの物質を含む際に目詰まりを起こすことがある。いったん発生した目詰まりを解消することは一般に困難である。
【０２５８】
目詰まりの問題は、分子サイズの小さい物質を多種類含む試料を高い分離能で分離しようとしたとき、より顕著となる。分子サイズの小さい物質を多種類含む試料を高い分離能で分離するためには、ピラー１２５間の間隙をある程度小さく設定することが必要となる。ところが、そのようにすると、大きいサイズの分子にとっては、より目詰まりしやすい形態となる。
【０２５９】
この点、図５１に示す分離方式とすると、このような問題が解消される。図５１中、分離領域２９５には、複数の柱状体配設部（ピラーパッチ１２１）が離間して形成されている。各柱状体配設部には、それぞれ、同一サイズのピラー１２５が等間隔に配置されている。この分離領域２９５では、大きな分子が小さな分子よりも先に通過していく。分子サイズが小さいほど、分離領域中でトラップされて長い経路を通ることになる一方、大きいサイズの物質は、隣接するピラーパッチ１２１間のパスを円滑に通過するからである。
【０２６０】
この結果、小さいサイズの物質は、大きいサイズの物質よりも後から排出される形で分離がなされる。サイズの大きい物質は比較的スムーズに分離領域を通過する方式となるので、目詰まりの問題が低減され、スループットが顕著に改善される。こうした効果をより顕著にするためには、隣接するピラーパッチ１２１間のパスの幅を、ピラーパッチ１２１中のピラー１２５間の間隙よりも大きくするのが良い。パスの幅は、ピラー１２５間の間隙の好ましくは２〜２０倍程度、より好ましくは５〜１０倍程度とする。
【０２６１】
複数の柱状体配設部を有する分離領域２９５は、たとえば以下のようにして作製することができる。図５２（Ａ）〜図５２（Ｃ）および図５３（Ｄ）〜図５３（Ｅ）は、分離領域２９５の作製工程を示す図である。
【０２６２】
まず、図５２（Ａ）に示したように、シリコン基板２０１上に膜厚３５ｎｍのシリコン酸化膜２０２を形成する。次に、膜厚５５ｎｍのカリックスアレーン電子ビームネガレジストを形成し、電子ビーム（ＥＢ）を用い、試料の流路となるアレー領域を露光する。現像はキシレンを用いて行うことができる。また、リンスはイソプロピルアルコールにより行うことができる。この工程により、図５２（Ｂ）に示すように、パターニングされたレジスト２０４が得られる。
【０２６３】
次に、シリコン酸化膜２０２をＣＦ４、ＣＨＦ３の混合ガスを用いてＲＩＥエッチングする（図５２（Ｃ））。そして、レジストをアセトン、アルコール、水の混合液を用いた有機洗浄により除去した後、酸化プラズマ処理し、シリコン基板２０１をＨＢｒガスおよび酸素ガスを用いてＥＣＲエッチングする（図５３（Ｄ））。その後、ＢＨＦバッファードフッ酸でウェットエッチングを行い、シリコン酸化膜を除去する。こうして得られた基板を炉に入れてシリコン熱酸化膜２０９を形成する（図５３（Ｅ））。以上により、複数の柱状体配設部を有する流路が得られる。
【０２６４】
なお、この構成においても、柱状体配設部内において柱状体を異なる間隔で配設することもできる。
【０２６５】
たとえば、図５４（Ａ）のように、流れの向きにしたがってピラーの間隔を小さくした柱状体配設部を採用することができる。この場合、柱状体配設部に進入した分子は移動するほど移動速度が低下するため、柱状体配設部に進入することができない大きめの分子との保持時間差が顕著となる。その結果、分離能の向上が実現される。一方、図５４（Ｂ）のように、流れの向きにしたがってピラーの間隔を大きくした柱状体配設部を採用することもできる。このようにすることにより、柱状体配設部における目詰まりを抑制することができるため、スループットの向上を図ることが可能となる。なお、流れの向きにしたがってピラーの間隔を小さくしたり、大きくしたりする形態は、柱状体配設部を有しない分離領域にも適用することができる。
【０２６６】
さらに、複数の柱状体配設部をまとめてさらに大きな柱状体配設部とし、その大きな柱状体配設部同士の間隔を、もとの柱状体配設部同士の間隔よりも広くするような階層的な配置も可能である。その一例を図５５に示す。小さなピラーパッチ７１２が七つ集合することにより中程度のピラーパッチ７１３を形成し、さらに中程度のピラーパッチ７１３が七つ集合することにより大きなピラーパッチ７１４を形成している。このように、柱状体配設部を階層的に構成することにより、幅広いサイズレンジの分子を同時にかつ大きい順に分離することが可能になる。すなわち、より大きな分子はより大きな柱状体配設部の間を通過するのに対して、中等度のサイズの分子は中等度のサイズの柱状体配設部の内部に捕捉されて分離される。さらに小さな分子は、さらに小さな柱状体配設部の内部に捕捉されて分離される。このため、小さな分子ほど流出に時間がかかり、大きさが異なる複数の分子を、大きい順に分離することが可能になる。
【０２６７】
図５１に示した分離方式を実現する試料分離領域の構造について、図５６を参照して説明する。図５６に示したように、この試料分離領域は、流路の壁１２９によって囲まれた空間内にピラーパッチ１２１が等間隔で配置された構造となっている。ピラーパッチ１２１は、それぞれ多数のピラーにより構成されている。ここでは、ピラーパッチ１２１の幅Ｒは、１０μｍ以下とする。一方、ピラーパッチ１２１間の間隔Ｑは２０μｍ以下とする。
【０２６８】
図５１においては、ピラーが密集してなるピラーパッチ１２１は、上面からみて円形の領域として形成されているが、円形に限らず他の形状であってもよい。図５７の例では上面からみてストライプ状の領域にパッチ領域１３０が形成されている。この形態においては、パッチ領域１３０の幅Ｒは１０μｍ以下、パッチ領域１３０間の間隔Ｑは１０〜１００μｍとする。
【０２６９】
また、図５８は菱形のピラーパッチ１２１を採用し、さらに複数のピラーパッチ１２１を菱形状になるように配置させた例である。この場合、パスと流れの向きとが一定の角度をなしており、分子とピラーパッチ１２１との接触頻度が上昇するため、ピラーパッチ１２１を構成するピラーの間隔よりも小さい分子がピラーパッチ１２１に捕捉される確率は上昇する。そのため、ピラーパッチ１２１に捕捉された分子と捕捉されない大きめの分子との保持時間差が顕著となるため、分離能の向上を図ることができる。また、分離目的の分子の直径をＲとした場合、ピラーパッチ１２１同士の間隔ｈ、ピラーパッチ１２１の対角線ｄおよびＤ、ピラーパッチを構成するピラーの間隔ｐについては次の条件を満たすことが好ましい。こうすることにより目的とする分子を精度良く分離することができる。
ｈ：Ｒ≦ｈ＜１０Ｒ
ｐ：０．５Ｒ≦ｐ＜２Ｒ
ｄ：５ｈ≦ｄ＜２０ｈ
Ｄ：５ｈ≦Ｄ＜２０ｈ
【０２７０】
また、パッチ領域を構成するものはピラーに限られない。たとえば、板状体が一定の間隔で配置されてなるパッチ領域とすることもできる。図５９（Ａ）〜図５９（Ｃ）にこの例を示す。図５９（Ａ）は上面図であり、図中のＡ−Ａ’断面図を図５９（Ｂ）に示す。このパッチ領域を図５９（Ｃ）に示すように配置する。一旦パッチ領域１３０に捕捉された分子は主流路２２１に脱出するまでパッチ領域１３０に留まることとなる。したがって、パッチ領域に捕捉された分子と捕捉されない分子との保持時間の差が顕著となるため分離能が向上する。また、分離目的の分子の直径をＲとした場合、パッチ領域１３０同士の間隔Λ、パッチ領域１３０を構成する板状体同士の間隔λについては次の条件を満たすことが好ましい。こうすることにより、目的とする分子を精度良く分離することができる。
Λ：Ｒ≦Λ＜１０Ｒ
λ：０．５Ｒ≦λ＜２Ｒ
【０２７１】
また、上記の柱状体または板状体の頂部と流路の上面とは接していてもよいし、離間していてもよい。離間している場合は、柱状体あるいは板状体と流路上面との間に間隙が存在するため、大きな分子の通過機会が増加する。このため、さらなる目詰まりの解消を図ることができる。また、小さな分子についても、この間隙を経由して上方からパッチ領域へ入り込む機会が増加することから、分離効果がさらに向上する。このような形態は、流路の上面となる部材（カバーガラスなど）にあらかじめ溝部を設けておくこと、または柱状体や板状体の高さを流路の深さよりも低く作製することによって容易に実現することが可能である。
【０２７２】
また、柱状体配設部間のパスの幅及び、柱状体配設部内の柱状体の間隔は、分離しようとする成分、たとえば核酸、アミノ酸、ペプチド、タンパク質などの有機分子やキレートした金属イオンなどの分子またはイオンのサイズに合わせて適宜に選択される。たとえば柱状体の間隔は、分離したい分子群のサイズの中央値に相当する慣性半径と同程度か、それよりもわずかに小さめあるいは大きめとするのが好ましい。具体的には、上記中央値に相当する慣性半径と、柱状体の間隔との差異を、１００ｎｍ以内、より好ましくは１０ｎｍ以内、最も好ましくは１ｎｍ以内とする。柱状体の間隔を適切に設定することにより、分離能が一層向上する。
【０２７３】
隣接する柱状体配設部間の間隔（パスの幅）は、試料中に含まれる最大サイズの分子の慣性半径と同程度か、それよりもわずかに小さめあるいは大きめとするのが好ましい。具体的には、試料中に含まれる最大サイズの分子の慣性半径と柱状体配設部間の間隔との差異を、当該分子の慣性半径の１０％以内、より好ましくは５％以内、最も好ましくは１％以内とする。柱状体配設部間の間隔が広すぎると、サイズの小さい分子の分離が充分に行われなくなることがあり、柱状体配設部間の間隔が狭すぎると、目詰まりが発生しやすくなる場合がある。
【０２７４】
以上においては柱状体を基板２１６側に設ける構成を例に説明したが、柱状体は、蓋２２６に設けてもよい。図８７は、分離領域２９５の他の構成を示す図であり、図３６の分離領域２９５のＥ−Ｅ’方向の断面図である。図８７および分離領域２９５では、蓋２２６にレジストパターン２９９が形成されている。また、図８８は、レジストパターン２９９の平面図である。図８８では、ストライプ状の柱状体が互いに平行に複数配置された構成のレジストパターン２９９を示している。
【０２７５】
レジストパターン２９９の材料は、たとえば、樹脂とすることができる。また、レジストパターン２９９は、蓋２２６の所定の領域を覆う樹脂膜とすることができる。主流路２２１において、レジストパターン２９９の下部の領域は流路の深さが浅いのに対し、レジストパターン２９９が設けられていない領域は深い。このような構成を利用すれば、レジストパターン２９９の下部の領域を通過できる成分と通過できない成分とに試料中の成分を分離することができる。
【０２７６】
図８７および図８８に示した構成は、基板２１６に対してナノスケールのリソグラフィーを行うことなく形成することができる。このため、チップを安価で安定的に生産することができる。たとえば、蓋２２６をガラス基板とする場合、ガラス基板表面にレジストを塗布し、これをパターニングする。こうしてレジストパターン２９９が形成された蓋２２６を、レジストパターン２９９の形成面が基板２１６側となるようにして接合すれば、図８７の分離領域２９５が得られる。
【０２７７】
なお、図８７および図８８の構成において、流路の深さは分離対象に応じて適宜選択できるが、たとえば分離対象が１０ｋｂ程度のＤＮＡ分子である場合、レジストパターン２９９の下部における流路深さを数１００ｎｍ程度とし、レジストパターン２９９の形成されていない領域の下部の流路深さを数〜数十μｍ程度とすることができる。
【０２７８】
本実施形態の構成では、分離領域２９５に複数の柱状体が配設されるため、試料中の成分の分離を効率よく確実に行うことができる。
【０２７９】
（第十の実施形態）
本実施形態では、第八の実施形態における
（Ｂ）複数の凹部が設けられた構成
について具体的に説明する。
【０２８０】
凹部は、円柱、楕円柱、円錐、楕円錐のものが好適に用いられるが、直方体、三角錐等、さまざまな形状を採用することができる。また、凹部のサイズは、分離目的に応じて適宜設定される。たとえば、
（ｉ）細胞とその他の成分の分離、濃縮
（ｉｉ）細胞を破壊して得られる成分のうち、固形物（細胞膜の断片、ミトコンドリア、小胞体）と液状分画（細胞質）の分離、濃縮
（ｉｉｉ）液状分画の成分のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）と低分子量成分（ステロイド、ブドウ糖等）の分離、濃縮
といった処理において、
（ｉ）の場合、１μｍ〜１ｍｍ、
（ｉｉ）の場合、１００ｎｍ〜１０μｍ、
（ｉｉｉ）の場合、１ｎｍ〜１μｍ、
とすることができる。
【０２８１】
凹部の深さについても用途に応じて適宜設定することができるが、たとえば５〜２０００ｎｍとすることができる。また、隣接する凹部の平均間隔は、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下、さらに好ましくは７０ｎｍとする。下限については特にないが、たとえば５ｎｍ以上とすることができる。なお、凹部の間隔とは、凹部の中心点間距離をいう。
【０２８２】
図６０は、本実施形態に係るチップの分離領域２９５の構造を詳細に示したものである。図６０中、基板２１６に幅Ｗ、深さＤの溝部が形成され、この溝の底部に、直径φ、深さｄの円柱形状の穴が等間隔ｐで規則正しく形成されている。なお、流路の幅Ｗ、流路の深さＤ、穴の直径φ、穴の深さｄ、穴の間隔ｐについては、たとえば図示されたサイズとすることができる。また、後述の図６２、図６３、図６４、図６５に示される形態においても、Ｗ、Ｄ、φ、ｄ、ｐについて同様のサイズとすることができる。
【０２８３】
次に、多数の穴が設けられた構造が試料分離手段として機能する理由について、図６１を参照して説明する。図６１中、分離領域２９５には、複数の穴部が所定の間隔で形成されている。この領域を通過する際、穴の径よりも大きなサイズの分子は、穴にトラップされることなく流路を素通りするため、短い時間でこの領域を通過する。一方小さいサイズの分子は、基板に設けられた穴にトラップされて長い経路を通ることになる。この結果、小さいサイズの物質は、大きいサイズの物質よりも後から排出される形で試料が分離される。
【０２８４】
このように、分離領域２９５に凹部が形成された構成では、目詰まりの原因となりやすいサイズの大きい物質は比較的スムーズに分離領域を通過する方式となるので、目詰まりの問題が低減され、スループットが顕著に改善される。
【０２８５】
図６１に示した分離方式を実現する試料分離領域の構造の例について、図６２を参照して説明する。図６２に示したように、この試料分離領域は、開口部最大径φの凹部が間隔ｐにて規則的に形成されている。
【０２８６】
図６３は他の試料分離領域の例である。この例では凹部が列をなして整然と配列されている。
【０２８７】
図６４は他の試料分離領域の例である。この例では流路を進むにしたがってサイズの大きな凹部が配列された構成となっている。
【０２８８】
図６５は他の試料分離領域の例である。この例では開口径の異なる凹部がランダムに配列された構成となっている。
【０２８９】
図６６は他の試料分離領域の例である。この例では凹部がストライプ状に形成されている。すなわち、凹部はホールではなく、溝となっている。この場合、φ、ｐはそれぞれ溝の幅、溝と溝との間隔を表している。
【０２９０】
図６７は他の試料分離領域の例である。この例では、流路を進むにしたがって幅が広くなる溝が流路中に設けられた構成となっている。
【０２９１】
図６８は他の試料分離領域の例である。図６６と同様、凹部がストライプ状に形成されているが、試料の流れ方向に対するストライプの方向が、図６６では平行であったのに対し、図６８では垂直の関係となっている。この場合においても、φ、ｐはそれぞれ溝の幅、溝と溝との間隔を表している。
【０２９２】
分離領域２９５を、図６４、図６５、図６７に示すような構成とすることにより下記のような効果が得られる。
【０２９３】
穴や溝のサイズよりも大きな分子には、穴による分離効果が得られ難い。従って、穴や溝のサイズを一定にすると、その穴や溝のサイズよりも大きなサイズの分子に対する分解能は小さい分子に比べて低下してしまう。また、穴や溝のサイズを一定にすると、大きな分離効果が得られる分子サイズのレンジが狭くなってしまう。そのため、分離領域２９５を図６４、図６５、図６７に示すような構造とすることにより、大きなサイズの分子に対する分解能を高くすることができるとともに、十分な分離効果が得られる分子サイズのレンジを広くすることができる。
【０２９４】
凹部の開口部の最大径は、分離しようとする成分のサイズに合わせて適宜に選択される。たとえば、分離したい分子群のサイズの中央値に相当する慣性半径と同程度か、それよりもわずかに小さめあるいは大きめとしてもよい。
具体的には、上記中央値に相当する慣性半径と、凹部の開口部の最大径との差異を、１００ｎｍ以内、より好ましくは１０ｎｍ以内、最も好ましくは１ｎｍ以内とする。凹部の開口部の最大径を適切に設定することにより、分離能が一層向上する。
【０２９５】
また、以上の構成では、凹部を一定間隔で配設した例を示したが、試料分離領域内において凹部を異なる間隔で配設することもできる。こうすることで大・中・小等の複数の大きさの分子・イオンを効率的に分離することができる。また、凹部の配置に関し、図６２に示されるように、試料の進行方向に対して互い違いに凹部を配置する方法を採用することも有効である。こうすることにより、凹部と分子との遭遇機会が増すため、目詰まりを効果的に防止しつつ目的の成分を効率的に分離することができる。
【０２９６】
また、以上の構成では、凹部が円柱状である例を示したが、凹部の形状はこれに限られない。たとえば、凹部の内径が底面に近づくに従って小さくなっているテーパー状の形態を採用することもできる。具体的には、図６９（Ａ）に示されるように、凹部の内径が段階的に小さくなっている形態や、図６９（Ｂ）または図６９（Ｃ）に示されるような、凹部の内径が連続的に小さくなっている形態が挙げられる。これらの場合、小さい分子ほど凹部の奥深くまで移動可能であるため、当該凹部に滞在する時間が長くなる。その結果、分離能がさらに向上する。
【０２９７】
このようなテーパー状の凹部は種々の手法により設けることができる。例えば上記した陽極酸化法により凹部を設ける際に、電圧を徐々に降下させることにより、テーパー状の凹部を設けることができる。
【０２９８】
また、エッチングによりテーパー状の凹部を設けることも可能である。例えば基板としてシリコンを用いる場合、まず、設けようとする凹部の底面の内径と同程度の内径を有する縦穴をドライエッチングにより設ける。次に、この縦穴に対して等方性のエッチング液を用いたウェットエッチングを行う。このとき、縦穴におけるエッチング液の交換速度は、縦穴の底面において最も小さく、縦穴の底面から開口部へ向かうにつれて大きくなる。このため、縦穴の底面付近ではサイドエッチングがほとんど生じず、内径はほとんど広がらない。その一方で、底面から開口部へ近づくにつれてサイドエッチングの程度が大きくなることから、それに伴って内径も広がることになる。こうしてテーパー状の凹部を設けることもできる。
【０２９９】
さらに、以上の構成においては、凹部を平面上に配置させた例を示したが、凹部を立体的に配置させることも可能である。例えば、流路に分離板を設けることにより流路を二層に分割し、分離板および流路壁に凹部を設けることができる。
【０３００】
本実施形態の構成では、小さい分子ほど流出が遅くなるという特性を有している。大きな分子と同様の迅速さで小さい分子を分取するために、上記の分離板に目的の分子のサイズと同程度の口径の貫通孔を設けることができる。このようにすれば、目的とする小さい分子は、凹部の設けられた流路を迂回することができる。そのため、大きな分子と同様の迅速さで小さな分子を分取することができるとともに、それ以外の分子の分離を実現することが可能となる。
【０３０１】
図７０（Ａ）〜図７０（Ｃ）は流路を二層に分割した形態の一例を示す図である。図７０（Ａ）は、流れ方向に対する垂直断面図である。ここでは、基板２１６がシリコン基板４１７である場合を例に説明する。シリコン基板４１７に設けられた流路４０９が分離板４１９により二層に分割されている。図７０（Ｂ）は、図７０（Ａ）中のＡ−Ａ’面における断面図である。分離板４１９には部分的に貫通孔４２０および凹部４２１が設けられており、貫通孔４２０を通過可能な分子は図中の下方の流路４０９に移動する。このような構造を採用することにより、流路が一層である構造では流出時間が遅い、小さな分子を迅速に分取することが可能となる。さらに分離板４１９に、凹部４２１よりも小さな凹部４２２を設けることもできる（図７０（Ｃ））。このようにすることにより、下方の流路４０９において小さな分子の精密な分離を実現できる。
【０３０２】
また、図７１（Ａ）または図７１（Ｂ）のように、流路にピラーや突起を設け、そのピラーまたは突起および流路壁に凹部を設けることもできる。このようにすることにより、凹部を備えた分離領域の面積を増大させることができるため、分離能の向上を図ることができる。
【０３０３】
次に、基板への凹部の形成方法について説明する。凹部は、基板にエッチングを施すことによって作製することができる。図７２（Ａ）〜図７２（Ｊ）は、基板への凹部の作製工程を説明するための図である。ここでは、基板２１６がシリコン基板２０１である場合を例に説明する。
【０３０４】
まず、図７２（Ａ）に示すように、シリコン基板２０１を用意し、その上にカリックスアレーン電子ビームネガレジスト２０３を塗布する（図７２（Ｂ））。次に、電子ビーム（ＥＢ）を用い、試料の流路となる部分を露光する。現像はキシレンを用いて行い、イソプロピルアルコールによりリンスする。この工程により、図７２（Ｃ）に示すように、パターニングされたレジスト２０４が得られる。
【０３０５】
つづいて、これをマスクとして、シリコン基板２０１をエッチングする（図７２（Ｄ））。レジストを除去した後（図７２（Ｅ））、再度全面にポジ型フォトレジスト２０５を塗布する（図７２（Ｆ））。その後、流路部分が露光するようにマスク露光をし、現像を行う（図７２（Ｇ））。ポジ型フォトレジスト２０５は、シリコン基板２０１に所望の凹部（穴部）が形成されるようにパターニングされている。
【０３０６】
次に、シリコン基板２０１をＣＦ４、ＣＨＦ３の混合ガスを用いてＲＩＥエッチングする（図７２（Ｈ））。レジストをアセトン、アルコール、水の混合液を用いた有機洗浄により除去した後（図７２（Ｉ））、必要に応じて被覆２１０を設け、凹部を完成する（図７２（Ｊ））。なお、被覆２１０は、以上の実施形態で示した蓋２２６として用いることができる。
【０３０７】
また、凹部は陽極酸化法によっても形成することができる。陽極酸化法とは、電解液中で酸化させたい金属（例えばアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、タンタルなど）を陽極として通電し、酸化させる処理のことをいう。この処理法においては、酸性電解液を用い、通電による水の電気分解により、陰極では水素が生成するが、陽極では酸素が生成せず、金属表面に酸化被膜層が形成される。アルミニウムの場合、この酸化被膜層はポーラスアルミナと呼ばれ、図７３に示されるように、ポーラスアルミナ層４１６は各セル４３１の中央に細孔４３０を持った周期的構造を有する。これらの構造は自己組織的に形成されるため、パターニングを必要とせず、容易にナノ構造を得ることができる。セルの間隔は酸化電圧に比例（２．５ｎｍ／Ｖ）し、アルミニウムの場合では酸化電圧により硫酸（〜３０Ｖ）、シュウ酸（〜５０Ｖ）、リン酸（〜２００Ｖ）が酸性電解液として使用される。
【０３０８】
一方、細孔のサイズは酸化条件および酸化後の表面処理に依存する。酸化電圧の上昇に従って細孔の直径は拡大する。例えば、酸化電圧を５Ｖ、２５Ｖ、８０Ｖ、１２０Ｖとしたとき、それぞれ１０ｎｍ、２０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ程度の最大径を有する、開口部が円形ないし楕円形の細孔ができる。また、ポーラスアルミナを形成後、例えば３ｗｔ％のリン酸によりその表面をエッチングする表面処理が行われるが、この表面処理の時間が長いほど、細孔の直径は拡大することになる。
【０３０９】
以上のように、酸化電圧や表面処理の時間を適宜選択することにより、規則正しく整列し、かつ所望の間隔および直径を有する凹部を設けることが可能となる。
【０３１０】
なお、ポーラスアルミナをより均質に設けるためには、図７４または図７５に示したように、陽極酸化する対象のアルミニウム層の周辺部を絶縁膜で覆いつつ、上記の陽極酸化を実施することが好ましい。たとえば図７４は、絶縁性基板の上に形成されたアルミニウム層４０２の周辺部が絶縁膜４１１で覆われた状態を示す上面図である。絶縁膜４１１としては、たとえば感光性ポリイミドなどの絶縁性の樹脂を用いることができる。このようにすることにより、電極取付部４１２の周辺でのみ陽極酸化反応が速く進み、陽極から遠い部分では酸化されない領域ができる現象を抑制することができるため、アルミニウム層４０２全体にポーラスアルミナを均質に設けることが可能となる。
【０３１１】
また、阿相らの方法（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｂ，１９（２），５６９（２００１））により、ポーラスアルミナを設けたい箇所に、モールドを用いて予め窪みを設けてから陽極酸化を実施することにより、ポーラスアルミナを所望の配置に設けることもできる。この場合も上記同様、電圧を制御することにより凹部の最大径を望みのものとすることができる。
【０３１２】
また、図７５は、アルミニウム層４０２の周辺部が導電体層４１３で覆われた状態を示す図である。図７５（Ａ）が上面図、図７５（Ｂ）が断面図である。図７５（Ａ）、図７５（Ｂ）に示したように、陽極酸化されない導電体（金など）をスライドガラス４０１上に設けられたアルミニウム層４０２に蒸着させることにより導電体層４１３を形成後、陽極酸化を実施することによってもアルミニウム層４０２全体にポーラスアルミナを均質に設けることが可能となる。なお、陽極酸化実施後、導電体層４１３は導電体が金の場合、金エッチャントにより取り除かれる。金エッチャントはヨウ化カリウムとヨウ素の水溶液を混合することによって得られる。混合比はヨウ化カリウム：ヨウ素：水＝１：１：３（重量比）とする。
【０３１３】
さらに、流路壁に対してＤＮＡやタンパク質などの分子が粘着することを防ぐために、流路壁をコーティングするなど、親水化処理をすることが好ましい。この結果、良好な分離能を発揮することができる。コーティング材料としては、例えば、細胞膜を構成するリン脂質に類似した構造を有する物質が挙げられる。このような物質としてはリピジュア（登録商標、日本油脂社製）などが例示される。リピジュア（登録商標）を用いる場合は、０．５ｗｔ％となるようにＴＢＥバッファーなどの緩衝液に溶解させ、この溶液を流路内に満たし、数分間放置することによって流路壁をコーティングすることができる。
【０３１４】
分離領域２９５を以上のように構成することにより、チップ上での試料の分離を効率よく確実に行うことができる。
【０３１５】
（第十一の実施形態）
本実施形態では、第八の実施形態における
（Ｃ）疎水性パッチが設けられた構成
について具体的に説明する。
【０３１６】
本実施形態の分離領域２９５の表面は、２次元的に略等間隔で配置された複数の疎水性領域と、疎水性領域を除く試料分離部表面を占める親水性領域とからなっている。図７６は、第八の実施形態における分離領域２９５の構造を詳細に示したものである。図７６中、基板７０１に深さＤの溝部が形成され、この溝部に、直径φの疎水性領域７０５が等間隔で規則正しく形成されている。なお、基板７０１は、以上の実施形態で述べたチップの基板２１６として用いることができる。
【０３１７】
本実施形態において、疎水性領域７０５は、疎水基を有するカップリング剤を基板７０１表面に付着ないし結合することにより形成している。
【０３１８】
図７６中、各部の寸法は、たとえば以下のようにする。
Ｗ：１０〜２０μｍ
Ｄ：５０ｎｍ〜１０μｍ
Φ：１０〜１０００ｎｍ
ｐ：５０ｎｍ〜１０μｍ
【０３１９】
各部のサイズは、分離目的に応じて適宜設定される。たとえば、ｐについては、
（ｉ）細胞とその他の成分の分離、濃縮
（ｉｉ）細胞を破壊して得られる成分のうち、固形物（細胞膜の断片、ミトコンドリア、小胞体）と液状分画（細胞質）の分離、濃縮
（ｉｉｉ）液状分画の成分のうち、高分子量成分（ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質、糖鎖）と低分子量成分（ステロイド、ブドウ糖等）の分離、濃縮
といった処理において、
（ｉ）の場合、１μｍ〜１ｍｍ、
（ｉｉ）の場合、１００ｎｍ〜１０μｍ、
（ｉｉｉ）の場合、１ｎｍ〜１μｍ、
とする。
【０３２０】
また、深さＤの大きさは、分離性能を支配する重要な因子であり、分離対象となる試料の慣性半径の１〜１０倍程度とすることが好ましく、１〜５倍程度とすることがより好ましい。
【０３２１】
図７７（Ａ）および図７７（Ｂ）は、図７６の構造の上面図（図７７（Ａ））および側面図（図７７（Ｂ））である。疎水性領域７０５は、通常、０．１〜１００ｎｍ程度の膜厚となる。疎水性領域７０５以外の部分は基板７０１の表面が露出した状態となっている。基板７０１としてガラス基板のように親水性材料を選択することにより、図７６の構造において、親水性表面上に疎水性表面が所定のパターンをもって形成された構成となり、試料分離機能が発現する。すなわち、キャリア溶媒として親水性の緩衝液等を用いると、試料は親水性表面上のみを通過し、疎水性表面上は通過しない。このため、疎水性領域７０５が試料通過の障害物として機能し、試料分離機能が発現するのである。
【０３２２】
次に、疎水性領域７０５のパターン形成による分離領域２９５での分離方式について、分子サイズに着目して説明する。分離方式として主として２つの方式が考えられる。一つは、図７８に示す分離方式である。この方式では、分子サイズが大きい程、疎水性領域７０５が障害となり、図示した分離部を通過するのに要する時間が長くなる。分子サイズの小さいものは、疎水性領域７０５間の間隙を比較的スムーズに通過し、分子サイズが大きいものに比べて短時間で分離領域２９５を通過する。
【０３２３】
図７９は、図７８とは逆に大きな分子が早く、小さな分子が遅く流出する方式となっている。図７８の方式では、試料中に巨大なサイズの物質を含む場合、このような物質が疎水性領域７０５の間隔を塞いでしまい、分離効率が低下する場合がある。図６３に示す分離方式では、このような問題が解消される。図７９中、主流路２２１中に複数の試料分離部７０６が離間して形成されている。各試料分離部７０６内には、それぞれ、略同一サイズの疎水性領域７０５が等間隔に配置されている。
【０３２４】
試料分離部７０６間には、大きな分子が通り抜けられるような広幅のパスが設けられているため、図７８とは逆に大きな分子が早く、小さな分子が遅く流出するようになる。分子サイズが小さいほど、分離領域中でトラップされて長い経路を通ることになる一方、大きいサイズの物質は、隣接する試料分離部７０６間のパスを円滑に通過するからである。この結果、小さいサイズの物質は、大きいサイズの物質よりも後から排出される形で分離がなされる。サイズの大きい物質は比較的スムーズに分離領域を通過する方式となるので、前述した疎水性領域７０５間に大きな分子がトラップされて分離効率が低下するといった問題が低減され、分離効率が顕著に改善される。こうした効果をより顕著にするためには、隣接する試料分離部７０６間のパスの幅を、試料分離部７０６中の疎水性領域７０５間の間隙よりも大きくするのが良い。パスの幅は、疎水性領域７０５間の間隙の好ましくは２〜２００倍程度、より好ましくは５〜１００倍程度とする。
【０３２５】
なお、図７９の例では、各試料分離部に同じサイズ、間隔の疎水性領域７０５を形成しているが、それぞれの試料分離部で、異なるそれぞれサイズ、間隔の疎水性領域７０５を形成してもよい。
【０３２６】
分子サイズの物質を分離する場合、試料分離部間のパスの幅及び、試料分離部内の疎水性領域７０５の間隔は、分離しようとする成分（核酸、アミノ酸、ペプチド・タンパク質などの有機分子、キレートした金属イオンなどの分子・イオン）のサイズに合わせて適宜に選択される。たとえば疎水性領域７０５の間隔は、試料中に含まれる最小サイズの分子の慣性半径と同程度か、それよりもわずかに小さめあるいは大きめとするのが好ましい。具体的には、試料中に含まれる最小サイズの分子の慣性半径と、疎水性領域７０５の間隔との差異を、１００ｎｍ以内、より好ましくは５０ｎｍ以内、最も好ましくは１０ｎｍ以内とする。第一の領域の間隔を適切に設定することにより、分離能が一層向上する。
【０３２７】
隣接する試料分離部７０６間の間隔（パスの幅）は、試料中に含まれる最大サイズの分子の慣性半径と同程度か、それよりもわずかに小さめあるいは大きめとするのが好ましい。具体的には、試料中に含まれる最大サイズの分子の慣性半径と試料分離部間の間隔との差異を、当該分子の慣性半径の１０％以内、より好ましくは５％以内、最も好ましくは１％以内とする。試料分離部７０６間の間隔が広すぎると、サイズの小さい分子の分離が充分に行われなくなることがあり、試料分離部７０６間の間隔が狭すぎると、目詰まりが発生しやすくなる場合がある。
【０３２８】
また、上記実施形態では疎水性領域を一定間隔で配設した例を示したが、試料分離部７０６内において疎水性領域を異なる間隔で配設することもできる。こうすることで大・中・小等の複数の大きさの分子またはイオンを効率的に分離することができる。また、疎水性領域の配置に関し、試料の進行方向に対して互い違いに疎水性領域を配置する方法を採用することも有効である。こうすることにより、目的の成分を効率的に分離することができる。
【０３２９】
次に、本実施形態の構成を有する分離領域２９５の製造方法について、図８０（Ａ）〜図８０（Ｄ）および図８１（Ａ）〜図８１（Ｂ）を用いて説明する。初めに、図８０（Ａ）のように、基板７０１上に電子ビーム露光用レジスト７０２を形成する。続いて、電子ビームを用い、電子ビーム露光用レジスト７０２を所定の形状にパターン露光する（図８０（Ｂ））。露光部分を溶解除去すると、図８０（Ｃ）のように所定の形状にパターニングされた開口部が形成される。その後、図８０（Ｄ）のように酸素プラズマアッシングを行う。なお、酸素プラズマアッシングは、サブミクロンオーダーのパターンを形成する際には必要となる。酸素プラズマアッシングを行えばカップリング剤の付着する下地が活性化し、精密なパターン形成に適した表面が得られるからである。一方、ミクロンオーダー以上の大きなパターンを形成する場合においては必要性が少ない。
【０３３０】
アッシング終了後、図８１（Ａ）の状態となる。図中、親水性領域７０３はレジスト残さおよび汚染物が堆積して形成されたものである。この状態で、疎水性領域７０５を形成する（図８１（Ｂ））。疎水性領域７０５を構成する膜の成膜法としては、たとえば気相法を用いることができる。この場合、密閉容器中に基板７０１と疎水基を有するカップリング剤を含む液とを配置し、所定時間放置することにより膜を形成する。この方法によれば、基板７０１の表面に溶剤等が付着しないため、所望どおりの精密なパターンの処理膜を得ることができる。他の成膜法としてスピンコート法を用いることもできる。この場合、疎水基を有するカップリング剤溶液を塗布して表面処理を行い、疎水性領域７０５を形成する。疎水基を有するカップリング剤としては、３−チオールプロピルトリエトキシシランを用いることができる。成膜方法として、ほかにディップ法等を用いることもできる。疎水性領域７０５は、親水性領域７０３の上部には堆積せず、基板７０１の露出部のみに堆積するため、図７７（Ａ）および図７７（Ｂ）に示すように、多数の疎水性領域７０５が離間して形成された表面構造が得られる。
【０３３１】
以上述べたプロセスの他、以下のような方法により上記と同様の表面構造を得ることもできる。この方法では、図８０（Ｃ）のようにパターニングされた未露光部７０２ａを形成した後、酸素プラズマアッシングを行わずに図８２（Ａ）のようにレジスト開口部に３−チオールプロピルトリエトキシシランを堆積して疎水性領域７０５を形成する。その後、未露光部７０２ａを選択的に除去できる溶媒を用い、ウェットエッチングを行って、図８２（Ｂ）の構造を得る。この際、溶媒としては、疎水性領域７０５を構成する膜に損傷を与えないものを選択することが重要である。このような溶媒として、たとえばアセトン等を例示することができる。
【０３３２】
上記実施の形態では、流路の溝部に疎水性領域を形成したが、これ以外に以下のような方法を採用することもできる。まず図８３（Ａ）、図８３（Ｂ）のように二種類の基板を用意する。図８３（Ａ）の基板は、ガラス基板９０１上に３−チオールプロピルトリエトキシシラン等の疎水基を有する化合物からなる疎水性膜９０３が形成された構成となっている。疎水性膜９０３は、所定のパターニング形状にて形成される。この疎水性膜９０３の設けられた箇所が試料分離部となる。一方、図８３（Ｂ）の基板は、ガラス基板９０２表面にストライプ状の溝が設けられた構成となっている。この溝の部分が試料流路となる。疎水性膜９０３の形成方法は、上述のとおりである。ガラス基板９０２表面へのストライプの溝の形成も上述のように、マスクを用いたウェットエッチングにより容易に行うことができる。これらを図７１（Ａ）および図７１（Ｂ）のように張り合わせることによって、本実施形態の構成を得ることができる。２枚の基板によって形成される空間９０４が試料流路となる。この方法によれば、平坦な表面に疎水性膜９０３を形成することとなるので、製造が容易であり、製造安定性が良好である。
【０３３３】
カップリング剤膜の作製方法としては、たとえばＬＢ膜引き上げ法により基板全面にシランカップリング剤からなる膜を形成し、親水性／疎水性のマイクロパターンを形成する方法を用いることができる。
【０３３４】
さらに、本実施形態において、分離領域２９５には一つの疎水性領域のみを設けることもできる。この場合、たとえば、親水性表面を有する分離用流路内に、試料の流れ方向に延在する一つの疎水性領域を形成することもできる。このようにしても、試料が分離用流路を通過する際に、試料分離領域の表面特性によって試料を分離することができる。
【０３３５】
さらに、上述した疎水性処理および親水性処理により主流路２２１自体を形成することもできる。
【０３３６】
疎水性処理により流路を形成する場合、ガラス基板など親水性の基板を用いて、流路の壁に相当する部分を疎水性領域で形成する。親水性である緩衝液は、疎水性領域を避けて進入するため、壁部分の間に流路が形成される。流路には被覆を被せても被せなくてもよいが、被覆を被せる場合は基板から数μｍの隙間をあけるのが好ましい。隙間は被覆の断端付近をのりしろとして、ＰＤＭＳやＰＭＭＡなどの粘稠性の樹脂をのりとして基板に接着することで実現できる。断端付近だけの接着でも、緩衝液を導入すると疎水性領域が水をはじくため、流路が形成される。
【０３３７】
一方、親水性処理により流路を形成する場合、疎水性の基板、もしくはシラザン処理等で疎水性とした基板表面に親水性の流路を形成する。この場合も、親水性領域にのみ緩衝液が進入するので親水性領域を流路とすることができる。
【０３３８】
さらに、この疎水性処理、あるいは親水性処理はスタンプやインクジェットプリントなどの印刷技術を用いて行うこともできる。スタンプによる方法では、ＰＤＭＳ樹脂を用いる。ＰＤＭＳ樹脂はシリコーンオイルを重合して樹脂化するが、樹脂化した後も分子間隙にシリコーンオイルが充填された状態となっている。そのため、ＰＤＭＳ樹脂を親水性の表面、例えば、ガラス表面に接触させると、接触した部分が強い疎水性となり水をはじく。これを利用して、流路部分に対応する位置に凹部を形成したＰＤＭＳブロックをスタンプとして、親水性の基板に接触させることにより、前記の疎水性処理による流路が簡単に製造できる。
【０３３９】
インクジェットプリントによる方法では、粘稠性が低いタイプのシリコーンオイルをインクジェットプリントのインクとして用い、印刷紙として親水性の樹脂薄膜、例えばポリエチレン、ＰＥＴ、酢酸セルロース、セルロース薄膜（セロハン）などを用いる。流路壁部分にシリコーンオイルが付着するようなパターンに印刷することによっても同じ効果が得られる。
【０３４０】
さらに、疎水性処理および親水性処理により、所定形状の疎水性パッチまたは親水性パッチを形成し、特定のサイズ未満の物質を通過させ、特定のサイズ以上の物質を通過させないようなフィルタを流路中に形成することもできる。
【０３４１】
例えば疎水性パッチによりフィルタを構成する場合、パッチを一定の間隔をあけて直線的に繰り返し配置することにより、破線状のフィルタパターンを得ることができる。疎水性パッチどうしの間隔は、通過させたい物質のサイズよりも大きく、通過させたくない物質のサイズよりも小さくする。例えば１００μｍ以上の物質を除去したい場合、疎水性パッチどうしの間隔は、１００μｍより狭く、例えば５０μｍに設定する。
【０３４２】
フィルタは、流路を形成するための疎水性領域パターンと、前記、破線状に形成された疎水性パッチのパターンを一体に形成することで実現できる。形成方法としては、前述のフォトリソグラフィーとＳＡＭ膜形成による方法、スタンプによる方法、インクジェットによる方法等を適宜用いることができる。
【０３４３】
なお、流路中にフィルタを構成する場合、流れ方向に対して垂直にフィルタ面を設けてもよく、流れ方向に平行にフィルタ面を設けてもよい。フィルタ面を流れ方向に平行に設ける場合は、垂直に設ける場合と比べて、物質が詰まりにくく、フィルタの面積を広く取れるという長所がある。この場合、流路部分の幅を広めに、たとえば１０００μｍとし、その中央部分に５０μｍ×５０μｍの正方形の疎水性パッチを、互いに５０μｍの隙間を有するように流路の流れの方向に形成することで、流路を流れ方向に並行に２分割することができる。分割された流路の一方の側から、分離したい物質を含む液体を導入すると、その液体に含まれる５０μｍよりも大きな物質が除かれた濾液が、他方の流路に流出する。これにより、流路の一方の側で物質を濃縮することができる。
【０３４４】
分離領域２９５を以上のように構成することにより、チップ上での試料の分離を効率よく確実に行うことができる。
【０３４５】
（第十二の実施形態）
以上の実施形態において、流路上の１つの領域から複数の分注流路２２２が分岐する構成としてもよい。図８９は、本実施形態に係るチップの流路構成を示す図である。図８９のチップには、分離領域２１８の下流で主流路２２１上に設けられた液溜め３０６から複数の分注流路２２２が分岐している。それぞれの分注流路２２２の下流に検出槽２２３を備えた流路が複数設けられ、その流路と交差し、かつ当該分離領域に試料を導入する目的の試料導入用流路が設けられている。
【０３４６】
このような構成とすることにより、液溜め３０６で試料中の成分濃度を均質化した後分注流路２２２に導くことができる。このため、検出槽２２３において正確な検出反応を行うことができる。
【０３４７】
なお、図８９には、液溜め３０６から５本の分注流路２２２が分岐した構成が示されているが、分注流路２２２の本数は、検出項目または測定項目に応じて任意に選択することができる。また、以上においては分析部として検出部２１４を有し、分注流路２２２の下流に検出槽２２３が設けられた構成の場合を例に説明をしたが、分析部として測定部２３３を有するチップの場合にも、分注流路２２２の下流に分取部２３５を設けることにより、同様に放射状の分注経路が形成可能である。
【０３４８】
（第十三の実施形態）
以上の実施形態に係るチップにおいて、主流路２２１から分析部を構成する液溜め（検出槽２２３または分取部２３５）への試料の分注経路を以下のように構成してもよい。以下、検出部２１４を有するチップの場合を例に説明するが、測定部２３３を有するチップについても同様の構成を適用可能である。
【０３４９】
図９９は、検出部２１４の構成を示す図である。この検出部２１４において、分注流路２２２が主流路２２１および検出槽２２３に向かって拡大した形状となっている。このように、分注流路２２２に曲率をもたせることにより、主流路２２１から検出槽２２３への試料の分注が、泡を生じることなくスムーズに行われる。また、図９９において、検出槽２２３への分岐点における主流路２２１の開口幅Ａは主流路２２１の幅Ｂよりも広くなっている。このようにすれば、検出槽２２３への試料の分注がさらに効率よくなされる。
【０３５０】
図１００は、検出部２１４の他の構成を示す図である。この検出部２１４では、検出槽２２３にトリガー流路２５６が連通している。トリガー流路２５６は、分注流路２２２の下流側で主流路２２１に液体スイッチ２５７を介して連通している。このような構成とすれば、上流側に設けられた検出槽２２３から順に液体が充填されてゆき、１つの検出槽２２３に液体が満たされた後、次の検出槽２２３が満たされる。このため、検出槽２２３に一定量の液体を効率よく分注することができる。なお、図１００では検出槽２２３が２個の場合を例に説明したが、検出槽２２３の数は任意に選択可能である。
【０３５１】
（第十四の実施形態）
以上に示した実施形態において、試料導入部２１２の構成は以下のようにすることもできる。以下、試料導入部２１２が主流路２２１に連通する構成を例に説明するが、試料導入部２１２が他の流路に連通している場合にも同様の構成とすることができる。
【０３５２】
図９４は、本実施形態の試料導入部２１２の構成を示す断面図である。図９４の試料導入部２１２では、導入口２１７の上面が主流路２２１の上面よりも高く構成されている。導入口２１７の上面が主流路２２１の上面、あるいは反応槽２８０その他の液溜めの上面よりも高くすることにより、導入口２１７中の試料の水位を主流路２２１等における水位よりも高く保つことができる。このため、導入口２１７に導入された試料に好適な圧力を付与することができる。よって、試料を確実に主流路２２１へと移動させ、さらに主流路２２１で確実に下流側に向かって移動させることができる。
【０３５３】
図９５は、導入口２１７の上面が主流路２２１の上面よりも高く構成された試料導入部２１２の別の例を示す断面図である。図９５に示したように、基板２１６と蓋２２６との間の空隙を主流路２２１とする構成の場合にも、たとえば蓋２２６を貫通させる孔を導入口２１７とすることにより、導入口２１７における試料の水位を主流路２２１等における水位よりも高く維持することができる。
【０３５４】
図９６は、試料導入部２１２の他の構成の例を示す断面図である。図９６は、図９５と同様に基板２１６と蓋２２６との間の空隙に主流路２２１が形成された構成であるが、導入口２１７の側壁となる凸部が蓋２２６に設けられている。こうすれば、導入口２１７における試料の水位を主流路２２１等における水位よりも高い位置により一層確実に維持することができる。
【０３５５】
また、図９６においては、主流路２２１上の所定の位置に目盛り３０４が設けられている。蓋２２６を透明材料で構成し、目盛り３０４を設けることにより、一定量の試料を導入口２１７からチップ中に確実に導入することが可能となる。
【０３５６】
なお、試料導入部２１２以外の液溜めについても、主流路２２１よりも高い水位を確保するような構成としてもよい。たとえば、第一の実施形態に係る図１０１の構成において、バッファー導入口２２０を図９７の断面図に示した構成としてもよい。図９７においても、バッファー導入口２２０の上面が主流路２２１よりも高くなるように蓋２２６の一部が突出する形状となっている。また、図９７のバッファー導入口２２０の上面は封止部３０３により封止されている。この構成では、所定のタイミングで封止部３０３を剥離することにより、空気孔２２５が露出し、バッファー導入口２２０中のバッファーの移動が開始する。よって、所望のタイミングで主流路２２１にバッファーを確実に流すことができる。また、図９７に示したように、所望のタイミングで主流路２２１にバッファー導入口に導入されたバッファーを流すための液体スイッチ２５７をさらに設ける構成としてもよい。
【０３５７】
（第十五の実施形態）
以上に示した実施形態において、試料導入部２１２の構成は次のようにすることもできる。図８４は、試料導入部２１２の構成をさらに詳細に示す機能ブロック図である。図８４において、試料導入部２１２は、試料採取部２９６、試料貯留部２９７および不活化部２９８を備える。
【０３５８】
試料採取部２９６は、チップに導入する試料を採取する機能を有する。このような構成として、たとえば、チップの側面に穿刺針を備えた構成が挙げられる。
【０３５９】
図９８は、血液を採取するための試料採取部２９６の構成の一例を示す断面図である。図９８の試料採取部２９６は、基板２１６上に数本の微細な注射針が固定された構成である。注射針は、たとえば２７Ｇ（ゲージ）以下３０Ｇ程度、外径０．２ｍｍ、内径０．１ｍｍ程度のステンレス製とすることができる。
【０３６０】
注射針の内腔は，血液吸収材に連通する。血液吸収材として、たとえば、シリカゲル粉末層、微細グラスウール層などを用いることができる。また、血液吸収材の表面には、血液凝固阻害剤（不図示）がコーティングされている。血液凝固阻害剤として、たとえば、微量のヘパリンナトリウムやＥＤＴＡなどを用いることができる。コーティングは、血液凝固阻害剤を含む液体中に血液吸収材を浸漬し、乾燥させて行うことができる。
【０３６１】
また、血液吸収材は主流路２２１に連通しており、主流路２２１の一部に観察窓が設けられている。観察窓を設けることにより、血液吸収材が血液で満たされたかどうかを容易に判断することができる。血液吸収材に吸収された血液は、バッファー導入口２２０に導入された抽出用バッファーで洗い流される。こうして、血液が主流路２２１中に導入される。
【０３６２】
また、注射針は周囲をスポンジゴムによりカバーされている。スポンジゴムの表面に、局所麻酔剤を含む局所麻酔剤シールが固定されている。局所麻酔剤シールは、たとえばリドカインを含むヒドロゲルとすることができる。また、局所麻酔剤シールの強度は、注射針によって容易に貫通できる程度とする。
【０３６３】
図９８の試料採取部２９６は、下記（ｉ）〜（ｖｉ）の手順に沿って使用する。こうすることにより、血液が採取され、主流路２２１中に導入される。
（ｉ）チップのシール２２７をはがし、穿刺部を露出させる。
（ｉｉ）穿刺部を２分程度度弱くつまむ。これにより、指先の皮膚表面が麻酔される。
（ｉｉｉ）スポンジをつぶす程度に強くつまむ。これにより、注射針が皮膚に刺さる。
（ｉｖ）のつまんだ圧力をゆるめる。すると、血液が血液吸収材へと毛細管効果によって導かれる。
（ｖ）血液吸収材に血液がみたされたかどうかを観察窓から色の変化を観察することにより確認する。血液吸収剤に血液がみたされたら、つまんでいた指をはなす。
（ｖｉ）バッファー導入口２２０に抽出用バッファーを導入し、血液を主流路２２１中に抽出する。あるいは、図９８中に示したように、血液吸収材とバッファー導入口２２０とを連通させる経路上に液体スイッチを設け、血液が充填されたら液体スイッチが開通する構成としてもよい。
【０３６４】
図９８の構成によれば、指でスポンジをつまむ間に採血されるため、採血時の痛みを軽減することができる。また、採取される血液が見えない構成であるため、採血に対する心理的な負担を軽減することができる。
【０３６５】
図８４にもどり、試料貯留部２９７は、採取した試料が投入され、貯留される機能を有する。たとえば、以上の実施形態における導入口２１７等とすることができる。
【０３６６】
また、不活化部２９８は、試料貯留部２９７等に残存する試料を不活化する機能を有する部位である。たとえば、消毒液を貯留する液溜めと、液溜め中の消毒液を所定のタイミングで導入口２１７に導く流路とを備える構成とすることができる。
【０３６７】
このような構成とすれば、たとえば血液を採取して、血液中の所定の成分を分離し、検出あるいは測定を行うという一連の手順を、一枚のチップを用いて連続的に実施することができる。また、さらに。使用後はチップの消毒をチップ内の構成要素により行うことが可能であるため、簡便にチップを消毒し、安全な状態で廃棄することができる。
【０３６８】
（第十六の実施形態）
以上の実施形態に係るチップにおいて、試料中の成分の分離および分析は、以下のようにすることもできる。本実施形態では、凝集ビーズを分離する免疫学的検出方法により、試料中の被検出物質を免疫学的に検出または定量する。この仕組みを用いたチップでは、ビーズの凝集によって被検出物質を検出または定量する。
【０３６９】
ビーズの凝集を利用して被検出物質を定量する方法としては、ラテックスビーズ凝集法がある。この方法では、ラテックス等からなる直径数μｍから数十μｍの微細なビーズの表面に、検出したい抗体に対する抗原または検出したい抗原に対する抗体をコーティングしておく。このビーズをバッファー中に懸濁したビーズ液と試料とを混合すると、たとえばビーズ表面の抗原と試料中の抗体が結合する。このとき、抗体は結合部分（エピトープ）を複数もつため、抗原をまたいでビーズ同士が結合することによりビーズが凝集し、沈殿する。
【０３７０】
分析部として測定部２３３を有するチップを用いる場合、この凝集状態を散乱強度として測定部２３３（図７等）にて光学的に測定することができる。また、分析部として検出部２１４を有するチップを用いる場合、ビーズが沈殿して濁りが消えることを検出部２１４（図１等）にて検知することにより、試料中の被検出物質の分析がなされる。被検出物質の濃度は、たとえば凝集を生じる試料の希釈倍率によっても測定できる。また、被検出物質の濃度が高い程ビーズは速く凝集するので、濁度の時間変化や沈殿の速さを測定することによっても被検出物質の濃度を測定できる。
【０３７１】
本実施形態のチップでは、ビーズが凝集塊をつくりその直径が大きくなると、流路の分離領域（分離流路）内での移動速度が変化することを利用して被検出物質を検出する。この方法では、たとえば第八〜第十一の実施形態で前述したピラー等が配置された分離流路内に試料液と混和したビーズ液を流す。具体的には、分離流路内のピラーは第九の実施形態にて前述したパッチ状に形成される。このとき、凝集したビーズ塊はピラーパッチの内部に進入できず、パッチ間を移動するようなサイズに設計される。
【０３７２】
分離流路内では、凝集したビーズ塊は凝集していないビーズよりも速く移動する。このため、所定の時間内に一定の距離にビーズが到達したか否かを判定窓５０２を用いて判定することで、ビーズの凝集が起こったか否かを判定できる。これにより、試料中の被検出物質を検出できる。また、ラテックスなどのビーズ基材を視認可能に着色しておくことで、さらに明瞭な判定が可能である。
【０３７３】
図１０４（Ａ）は、本実施形態に係るチップの構成を模式的に示す平面図である。また、図１０４（Ｂ）〜図１０４（Ｄ）は、図１０４（Ａ）のＦ−Ｆ’断面図である。図１０４（Ａ）および図１０４（Ｂ）に示したように、本実施形態に係るチップの基板５００の内部には、分離部２１３として分離流路５０１が設けられており、その下流には検出部２１４として判定窓５０２が開けられている。分離流路５０１は、たとえば以上の実施形態に記載のチップの主流路２２１の一部であり、その具体的構成はたとえば第九の実施形態において前述したピラーをパッチ状に配置した流路である。
【０３７４】
図１０４（Ａ）および図１０４（Ｂ）において、図中右側からビーズと試料の混合液が流れてくると、試料中に被検出物質が存在する場合、凝集したビーズ塊を生じているため、ビーズはピラーパッチ内に捕捉されずに分離流路５０１を速やかに移動し、凝集ビーズ５０４が一定時間の後に判定窓５０２部分に到達する。また、着色されたビーズ基材を用いた場合、所定時間経過後、凝集ビーズ５０４の出現により流路内の所定の領域がビーズ基材に由来する色に染まる（図１０４（Ｃ））ことを、判定窓５０２を介して視認することで、ビーズが到達したことを知ることができる。
【０３７５】
一方、試料に被検出物質が含まれない場合、ビーズは凝集しないまま未凝集ビーズ５０３の状態で移動する。未凝集ビーズ５０３は分離流路５０１中ではピラー間の領域に捕捉されて減速し、一定時間内には判定窓５０２に到達しない。その結果、所定時間経過後、分離流路５０１内の判定窓５０２の直下の領域が着色しない。
【０３７６】
従って、試料と混和されたビーズが分離流路５０１に導入されてから一定時間後に判定窓５０２近傍の分離流路５０１内が着色しているか否かを判定し、着色していれば被検出物質が試料に含まれていた（陽性（＋）：図１０４（Ｃ））と判断し、着色がなければ被検出物質が含まれていなかった（陰性（−）：図１０４（Ｄ））と判断することができる。
【０３７７】
さらに、判定窓５０２を分離流路５０１に沿って複数設けること、または分離流路５０１の上面全面に透明な蓋２２６（図３）を設け、分離流路５０１に沿ってスケールを設けることにより、試料中の被検出物質の濃度を定量することが可能になる。試料中の被検出物質の濃度が高いと凝集ビーズ５０４のビーズ塊が速く成長してその直径が大きくなるため、分離流路５０１の下流側の端部により速く到達する。
【０３７８】
たとえば、図１０４（Ａ）および図１０４（Ｂ）に示したチップにおいて、分離流路５０１上に流路の延在方向に沿って複数の判定窓５０２を設け、これらの判定窓５０２の着色状態を一定時間後に判定する場合、分離流路５０１の図中左端に近い判定窓５０２まで着色していることは、試料中の被検出物質の濃度が高いことを意味し、左端から遠い判定窓５０２しか着色しないことは、被検出物質の濃度が低いことを意味する。それゆえ、判定窓５０２の位置と試料中の被検出物質の濃度を対応づけておけば、どの判定窓５０２まで着色したかを検知することで、試料中の被検出物質の濃度が測定できる。また、着色部分の先端位置には、最も成長した凝集ビーズ５０４のビーズ塊が存在するため、着色部分の先端位置が一定時間後にどの位置に到達しているかを、スケールを利用して読むことによっても試料中の被検出物質の濃度が測定できる。最も成長したビーズ塊の大きさもまた、試料中の被検出物質の濃度を反映するからである。
【０３７９】
なお、以上においては、大きなビーズ塊ほど速く移動するような分離流路５０１を用いた例を示した。逆に、凝集していない小さなビーズほど速く移動するような分離流路を用いても、被検出物質の分離および検出が可能である。その場合、分離流路内には、たとえば第九の実施形態において前述したピラーなどの障害物をビーズの直径の数倍程度離隔して一様に配置する。分離流路を流れる粒子の大きさが小さいほど、障害物の隙間をぬって速く移動できるが、粒子サイズが大きくなると障害物に衝突する頻度が増し、その結果ゆっくりとしか移動できない。このような分離流路を用いる場合、ビーズの大きな凝集塊ほど、手前側に残ることになるので、複数の判定窓５０２を設けて被検出物質の濃度を測定する場合は、分離流路の上流側（図１０４（Ａ）中左側）の試料導入路（不図示）から見て、手前側の判定窓が着色しているほど被検出物質の濃度が高いと解釈し、スケールを利用して測定する場合、最大の凝集塊が存在するビーズの最後縁の位置を読みとることで被検出物質の濃度が測定できる。
【０３８０】
次に、分離部２１３（図１等）において、試料液とビーズ液を混合して分離流路５０１へと導入する導入機構の構成を説明する。図１０５（Ａ）、図１０５（Ｂ）、図１０６（Ａ）および図１０６（Ｂ）は、試料液およびビーズ液の導入機構を、液体スイッチを利用して実現した例を示す平面図である。図１０５（Ａ）および図１０５（Ｂ）は、たとえば試料と混合されたビーズ液を必ずしもパルス状に分布させず、着色したビーズの流れの先端位置を読む構成のチップに用いられる。着色部分の先端には、最も大きく成長したビーズ塊が存在するため、その先端の位置に注目することでも被検出物質が定量できる。
【０３８１】
図１０５（Ａ）に示した導入機構は、試料導入路５０５、ビーズ槽５０６、分離流路５０７、および液体スイッチからなる。液体スイッチは、トリガー流路５０９、遅延流路５１１、堰き止め部５０８、および空気穴５１０から構成される。試料導入路５０５は、たとえば以上の実施形態における導入口２１７（図２等）に連通している構成とすることができる。また、試料導入路５０５が前処理部２６６（図２４等）に連通しており前処理後の試料が試料導入路５０５に移動する構成とすることもできる。ビーズ槽５０６は、試料導入路５０５に連通しており、また、堰き止め部５０８を介して分離流路５０７に接続されている。また、本実施形態のチップにおいて、液体スイッチの基本構成および動作は、第三の実施形態において前述した通りである。
【０３８２】
はじめビーズ槽５０６には、検出用の抗原等をコートした微小ビーズの懸濁液（ビーズ液）が保持されている。ビーズ槽５０６の内部は分離流路５０７と連通しているものの、疎水性の表面処理を施すなどして形成された堰き止め部５０８が介在しているため、堰き止め部５０８より下流（図中左側）には流れない状態となっている。
【０３８３】
試料導入路５０５に試料液が導入されると、試料液はビーズ槽５０６へ流入してビーズ液と混合する他、ビーズ槽５０６の手前でトリガー流路５０９へと分岐する。堰き止め部５０８の下流で分離流路５０７に連通しているトリガー流路５０９には遅延流路５１１が設けられており、ビーズ槽５０６内でビーズ液と試料液とが充分混和された頃、試料液が堰き止め部５０８部分へと導かれ堰き止め部５０８を開通させる。その結果、試料と混和されたビーズ液は分離流路５０７へと流れ出す。
【０３８４】
図１０５（Ａ）では、トリガー流路５０９はビーズ槽５０６へ入る前に試料導入路５０５から分岐したが、図１０５（Ｂ）のように、トリガー流路５０９をビーズ槽５０６から分岐させることも可能である。その場合、トリガー流路５０９の基点をビーズ槽５０６の最も上端に位置させることで、ビーズ槽５０６に試料が充分に導入されてはじめてトリガー流路５０９が満たされる構成とすることができる。このため、操作の確実性をさらに向上させることができる。
【０３８５】
また、図１０５（Ａ）および図１０５（Ｂ）では、ビーズ液はパルス状に分布しておらず着色したビーズの先端部分の位置を観測するだけであるため、先端部分のビーズ塊の量が充分でないとその位置を正確に読みとりにくい場合が生じうる。図１０６（Ａ）に示す導入機構では、ビーズ液を分離流路５０７の延在方向に沿ってパルス状に分布させることで、これを改善する。
【０３８６】
図１０６（Ａ）の導入機構は、試料導入路５１２、バッファー槽５１３、分離流路５０７、ビーズ槽５１６、ならびに液体スイッチを構成するバッファー槽トリガー流路５１５、ビーズ槽トリガー流路５１４、バッファー槽堰き止め部５１７、ビーズ槽堰き止め部５１８、空気穴５１０、および遅延流路５１１からなる。はじめ、バッファー槽５１３とビーズ槽５１６には、それぞれバッファー液、ビーズ液が充填されている。
【０３８７】
バッファー槽５１３およびビーズ槽５１６のそれぞれの内部は、分離流路５０７と連通しているが、それぞれバッファー槽堰き止め部５１７、ビーズ槽堰き止め部５１８があるために、分離流路５０７中を進行できないよう保持されている。特にビーズ槽５１６は、バッファー槽堰き止め部５１７およびビーズ槽堰き止め部５１８に挟まれることにより、分離流路５０７の延在方向に沿ってパルス状の分布を保っている。バッファー槽堰き止め部５１７は、ビーズ槽５１６からバッファー槽トリガー流路５１５への逆流を防ぐために２カ所に設けられているが、バッファー槽トリガー流路５１５が満たされると、堰き止め部が一つの場合と同様に堰止効果がなくなる。
【０３８８】
試料導入路５１２に試料液が導入されると、ビーズ槽５１６に流入し、そこで試料液はビーズ液と混ざる。試料液は一方、ビーズ槽５１６に流入する前にバッファー槽トリガー流路５１５、ビーズ槽トリガー流路５１４の２本のトリガー流路に分岐する。各トリガー流路には遅延流路５１１が設けられており、ビーズ槽５１６内でビーズ液と試料液が充分に混和されたタイミングで、バッファー槽堰き止め部５１７、ビーズ槽堰き止め部５１８を開通させる。その結果、パルス状に分布しているビーズ液がバッファー液に押し流される形で分離流路５０７内を移動する。
【０３８９】
なお、図１０６（Ａ）では、トリガー流路は試料液がビーズ槽５１６に到達する前に分岐したが、図１０５（Ｂ）の場合と同様に、ビーズ槽５１６に到達した後に分岐させることも可能ある。図１０６（Ｂ）のように、ビーズ槽５１６に到達した後分岐させる構造とすることにより、操作の確実性をさらに向上させることができる。
【０３９０】
本実施形態のチップには、分離部２１３に試料中の所定の成分（被検出物質）に特異的に吸着して凝集するビーズが設けられているため、試料中の所定の成分をさらに確実に分離するとともに、分離された成分を検出部２１４または測定部２３３にて分析することが可能である。
【０３９１】
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０３９２】
たとえば、以上においては、チップに設けられている検出槽２２３や分取部２３５の形状が主として円柱形である場合を例示したが、これらは内容物の分析（検出または測定）を行うような形状であればよく、円柱形に限られず適宜選択することができる。たとえば、検出槽２２３や分取部２３５の形状を、四角柱等の角柱とすることができる。また、検出槽２２３や分取部２３５は憩室状でなくてもよく、たとえば図１４を参照して前述したように、検出槽２２３や分取部２３５を流路状としてもよい。
【０３９３】
また、以上においては、検出槽２２３および分取部２３５以外のチップに設けられている他の液溜め、たとえば、図２に示したチップに設けられた導入口２１７、廃液溜め２１９、バッファー導入口２２０、液溜め２２４等についても、それぞれの液溜めに導入または回収される液体を保持するのに充分な体積が確保されていればよく、円柱以外の形状とすることができる。チップに設ける液溜めの形状は、たとえば、四角柱等の角柱や、所定の平面形状の流路状とすることができる。また、廃液溜めの形状をたとえば平面視においてジグザグ型の流路状としたり、内面に凹凸が形成された柱状とすることもできる。こうすれば、廃液溜めの表面積を増加させることができるので、毛細管効果をさらに向上させ、廃液をさらに確実に回収可能な構成とすることができる。
【０３９４】
また、測定部２３３を有するチップにおいて、分取部２３５に分取された試料中の成分を抽出して外部装置による測定に供する態様としてもよい。具体的には、チップ上に分取された各成分を、電気浸透流等によってＥＳＩ（エレクトロスプレーイオン化）装置に導入してもよい。このとき、チップ上の各分注流路２２２に連通するクロック流路を設け、分取された成分が順次ＥＳＩ装置に導入される構成としてもよい。このようにすれば、分取された各成分についての質量分析を効率よく行うことができる。
【０３９５】
また、分取された試料中の成分を外部装置による測定に供する場合、各分注流路２２２の先端に、キャピラリー分光分析装置のキャピラリーを設けてもよい。キャピラリーをチップの先端に突出させておけば、突出したキャピラリーをキャピラリーセルの代わりに分光分析装置に挿入し、測定することが可能となる。
【０３９６】
また、以上においては、毛細管効果により試料をチップに導入し、チップ中で移動させる場合を例に説明したが、マイクロシリンジポンプ等の外部装置を用いることもできる。
【０３９７】
また、検出部２１４を有するチップにおいて、検出部２１４を肉眼で観察し、試料中の成分の定量を行うことができる構成としてもよい。具体的には、下記（ｉ）〜（ｖｉ）の方法を用いることができる。
（ｉ）化学物質感受性ゲル（ＣＳＧ）の利用
（ｉｉ）化学物質感受性流体の利用
（ｉｉｉ）成分濃度別検出槽アレーの利用
（ｉｖ）光沢層の利用
（ｖ）検出槽表面での全反射の利用
（ｖｉ）干渉縞の利用
【０３９８】
上記（ｉ）において、ＣＳＧは検出したい物質の濃度に依存して体積が膨潤または収縮するゲルのことである。これを用いる場合、検出槽２２３を、下流側ほど幅の狭い流路状とし、着色したＣＳＧビーズを検出槽２２３に導入しておけば、検出対象の成分濃度に応じてＣＳＧビーズの大きさが変化する。ＣＳＧビーズが膨張するほど検出槽２２３の下流側に進行することができず、上流側で堰き止められる。このため、あらかじめ成分濃度とＣＳＧ位置との関係を求めて蓋２２６上に目盛りを設けておけば、検出槽２２３中でのＣＳＧビーズの停止位置に応じて成分濃度を目視により定量することができる。
【０３９９】
上記（ｉｉ）において、化学物質感受性流体は、検出したい物質の濃度に応じて粘度が変化する流体のことである。このような流体として、たとえばポリマー溶液等を用いることができる。これを用いる場合、検出槽２２３を細長い流路状に形成し、検出槽２２３中に化学物質感受性流体および目視可能なビーズを充填しておく。検出槽２２３中に分注された液体中の成分濃度に応じて流体の粘度が変化すると、ビーズの移動速度が変化する。このため、一定時間経過後のビーズの位置を目視で観察することにより、成分濃度を定量することができる。
【０４００】
上記（ｉｉｉ）の場合、１つの検出対象を複数の検出槽２２３に分注する構成とし、これらの検出槽２２３に分注される成分濃度が一定の割合で異なるようにする。そして、それぞれの検出槽２２３における検出反応を目視で認識できる発色反応等とする。こうすれば、発色がどの成分濃度の検出槽２２３まで生じるかによって、成分濃度に換算することができる。
【０４０１】
上記（ｉｖ）の場合、検出槽２２３下方の基板２１６の底面に銀紙等の光沢層を設けておく。検出槽２２３を上方から一定の確度で観察すると、検出槽２２３中の液体の屈折率によって光沢層が観察されて明るく見える場合と光沢層が観察されず暗く見える場合とが生じる。これを用いれば、試料中の成分に応じた液体の屈折率変化を目視により検知することができる。たとえば、上記（ｉ）の場合において、ビーズが着色されていなくてもビーズの停止位置を容易に目視で測定することができる。
【０４０２】
上記（ｖ）の場合、検出槽２２３の表面に低屈折率材料からなる層を形成する。このような検出槽２２３中に液体が侵入すると、液体の屈折率に応じて検出槽２２３の表面と液体との界面にて全反射が生じる場合がある。全反射が生じる場合、検出槽２２３が明るく見える。よって、全反射の発生の有無を用いて、液体の屈折率を見積もり、これを成分濃度に換算することができる。
【０４０３】
上記（ｖｉ）の場合、検出槽２２３の形状を高さまたは幅が可視光の数倍程度の長さの流路状とする。そして、その流路幅が下流ほど狭い構成とする。基板２１６に透明材料を用いれば、検出槽２２３中の液体の屈折率に応じて干渉縞の生じる位置が変動するため、干渉縞の位置から液体の屈折率を見積もり、これを成分濃度に換算することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部の上流に設けられ、前記試料導入部に導入された前記液体試料に所定の前処理を施す前処理部と、
前記分離部で分離された前記成分を分析する分析部と、
を有することを特徴とするチップ。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載のチップにおいて、前記前処理部は、前処理槽と、前記前処理槽の下流に設けられ、前記前処理部から前記分離部への前記液体試料の供給を制御するスイッチと、を含み、
前記スイッチは、前記前処理槽中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有することを特徴とするチップ。
【請求項３】
請求の範囲第２項に記載のチップにおいて、前記液体試料が不溶成分を含み、前記前処理槽は前記不溶成分を可溶化する可溶化物質を有することを特徴とするチップ。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部および前記分析部に連通し、前記分離部で分離された前記成分を含む液体中の前記成分の濃度を均質化する混合部を有することを特徴とするチップ。
【請求項５】
基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部および分析部に連通し、前記分離部で分離された前記成分を含む液体中の前記成分の濃度を均質化する混合部と、
前記混合部で均質化された前記成分を含む液体中の前記成分を分析する前記分析部と、
を有することを特徴とするチップ。
【請求項６】
請求の範囲第４項または第５項に記載のチップにおいて、前記混合部は、前記流路の一の領域と他の領域とが、微細流路を介して連通した構成であることを特徴とするチップ。
【請求項７】
請求の範囲第４項または第５項に記載のチップにおいて、前記混合部は、前記流路に設けられ、前記混合部から前記分析部への前記液体試料の供給を制御するスイッチを含み、
前記スイッチは、前記流路中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有することを特徴とするチップ。
【請求項８】
請求の範囲第４項乃至第７項いずれかに記載のチップにおいて、前記混合部は、前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを制御する移動制御部を有し、前記移動制御部は、前記液体試料を所定の時間保持した後、前記液体試料を前記分析部へ導くように構成されたことを特徴とするチップ。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載のチップにおいて、前記移動制御部は前記混合部から前記分析部への前記液体試料の供給を制御するスイッチを含み、
前記スイッチは、前記流路中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有することを特徴とするチップ。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載のチップにおいて、前記トリガー流路は、前記液体試料を保持し前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを遅らせる時間遅れ流路を含むことを特徴とするチップ。
【請求項１１】
請求の範囲第９項に記載のチップにおいて、前記トリガー流路に、前記液体試料を保持し前記液体試料が前記分析部に移動するタイミングを遅らせる時間遅れ槽が設けられたことを特徴とするチップ。
【請求項１２】
請求の範囲第１項乃至第１１項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部で分離された前記成分に所定の反応を生じさせる反応部を有することを特徴とするチップ。
【請求項１３】
基板と、
該基板上に設けられた試料導入部と、
前記試料導入部に連通する流路と、
前記流路の一部を含み、前記試料導入部に導入された液体試料中の成分を分離する分離部と、
前記分離部で分離された前記成分に所定の反応を生じさせる反応部と、
前記分離部で分離された前記成分を分析する分析部と、
を有することを特徴とするチップ。
【請求項１４】
請求の範囲第１２項または第１３項に記載のチップにおいて、
前記反応部は、反応槽と、前記反応槽の下流に設けられたスイッチと、を含み、
前記スイッチは、前記反応槽中の液体を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記液体を導くトリガー流路と、を有することを特徴とするチップ。
【請求項１５】
請求の範囲第１４項に記載のチップにおいて、前記反応槽中に、前記液体試料中の前記成分に作用する反応物質を有することを特徴とするチップ。
【請求項１６】
請求の範囲第１項乃至第１５項いずれかに記載のチップにおいて、前記基板の表面を被覆するシールを有することを特徴とするチップ。
【請求項１７】
請求の範囲第１６項に記載のチップにおいて、前記基板と前記シールとにより形成された空間に不活性ガスが充填されていることを特徴とするチップ。
【請求項１８】
請求の範囲第１６項に記載のチップにおいて、前記基板と前記シールとにより形成された空間が減圧されていることを特徴とするチップ。
【請求項１９】
請求の範囲第１項乃至第１８項いずれかに記載のチップにおいて、前記基板の表面が親水性樹脂により構成されていることを特徴とするチップ。
【請求項２０】
請求の範囲第１項乃至第１９項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記試料導入部に導入された前記液体試料を所定のタイミングで前記流路に移動させるスイッチを含むことを特徴とするチップ。
【請求項２１】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記流路に設けられた複数の柱状体を有することを特徴とするチップ。
【請求項２２】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記流路に設けられた複数の凹部を有することを特徴とするチップ。
【請求項２３】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部を構成する前記流路の表面は、離間して配置された複数の第一の領域と、該第一の領域を除く前記分離部の表面を占める第二の領域と、を有し、
前記第一の領域および前記第二の領域のうち、一方が疎水性領域であり、他方が親水性領域であることを特徴とするチップ。
【請求項２４】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記液体試料を特定の性状に従って展開する試料吸着粒子を有することを特徴とするチップ。
【請求項２５】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部を構成する前記流路の底面上に、前記流路を分割するように前記流路の進行方向に沿って土手部が設けられ、前記土手部の高さが前記流路の深さよりも低いことを特徴とするチップ。
【請求項２６】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、
前記分離部を覆う蓋を有し、
前記蓋の面のうち、前記基板側の面上に、前記流路を分割するように前記流路の進行方向に沿って土手部が設けられ、
前記土手部の高さが前記流路の深さよりも低いことを特徴とするチップ。
【請求項２７】
請求の範囲第２６項に記載のチップにおいて、前記土手部は、前記蓋の前記基板側の面上に形成された樹脂膜であることを特徴とするチップ。
【請求項２８】
請求の範囲第１項乃至第２０項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記流路の一部をなす第一の流路と、前記流路を通過する前記液体試料から分離された特定成分を含む液体の通過する第二の流路と、前記第一の流路および前記第二の流路を連通させ、前記特定成分のみを通過させる分離流路を含むことを特徴とするチップ。
【請求項２９】
請求の範囲第１項乃至第２８項いずれかに記載のチップにおいて、前記分析部は、前記成分が分取される複数の液溜めを有することを特徴とするチップ。
【請求項３０】
請求の範囲第２９項に記載のチップにおいて、前記液溜めまたは前記液溜めに連通する前記流路の前記液溜めの近傍に空気孔を有することを特徴とするチップ。
【請求項３１】
請求の範囲第３０項に記載のチップにおいて、前記空気孔周辺の表面が疎水化されていることを特徴とするチップ。
【請求項３２】
請求の範囲第１項乃至第３１項いずれかに記載のチップにおいて、前記分析部は、前記成分を検出する検出部を有することを特徴とするチップ。
【請求項３３】
請求の範囲第３２項に記載のチップにおいて、前記検出部を覆う被覆部材をさらに備え、該被覆部材とマイクロレンズとが一体成形されたことを特徴とするチップ。
【請求項３４】
請求の範囲第１項乃至第３３項いずれかに記載のチップにおいて、前記分析部の下流側で前記流路に連通する廃液溜めを有し、前記廃液溜めへの前記液体の移動に伴い前記流路中の前記液体が前記流路の下流に向かって移動するように構成されたことを特徴とするチップ。
【請求項３５】
請求の範囲第３４項に記載のチップにおいて、前記廃液溜めに液体保持部が設けられたことを特徴とするチップ。
【請求項３６】
請求の範囲第３４項または第３５項に記載のチップにおいて、前記廃液溜めまたは前記廃液溜めに連通する前記流路の前記廃液溜めの近傍に空気孔を有することを特徴とするチップ。
【請求項３７】
請求の範囲第３６項に記載のチップにおいて、前記空気孔周辺の表面が疎水化されていることを特徴とするチップ。
【請求項３８】
請求の範囲第２９項乃至第３７項いずれかに記載のチップにおいて、前記流路は分岐部を有し、前記分岐部は複数の前記液溜めに連通することを特徴とするチップ。
【請求項３９】
請求の範囲第１項乃至第３８項いずれかに記載のチップにおいて、毛細管現象により前記液体試料が前記流路中を移動するように構成されたことを特徴とするチップ。
【請求項４０】
請求の範囲第１項乃至第３９項いずれかに記載のチップにおいて、前記分離部は、前記液体試料中の所定の成分に特異的に吸着して凝集する粒子を備えることを特徴とするチップ。
【請求項４１】
請求の範囲第４０項に記載のチップにおいて、前記分離部は、前記粒子を保持する粒子保持槽と、前記粒子保持槽から前記流路への前記粒子の移動を制御するスイッチと、を含み、
前記スイッチは、前記粒子保持槽中の前記粒子を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側で前記流路に連通し、前記堰き止め部へ前記粒子を導くトリガー流路と、を有することを特徴とするチップ。
【請求項４２】
請求の範囲第４０項または第４１項に記載のチップにおいて、前記分析部は、前記分離部に連通する分析用流路と、前記基板の前記分析用流路の上部に設けられ前記粒子の凝集状態を検知させる窓部と、を有することを特徴とするチップ。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７】

【図３８】

【図３９】

【図４０】

【図４１】

【図４２】

【図４３】

【図４４】

【図４５】

【図４６】

【図４７】

【図４８】

【図４９】

【図５０】

【図５１】

【図５２】

【図５３】

【図５４】

【図５５】

【図５６】

【図５７】

【図５８】

【図５９】

【図６０】

【図６１】

【図６２】

【図６３】

【図６４】

【図６５】

【図６６】

【図６７】

【図６８】

【図６９】

【図７０】

【図７１】

【図７２】

【図７３】

【図７４】

【図７５】

【図７６】

【図７７】

【図７８】

【図７９】

【図８０】

【図８１】

【図８２】

【図８３】

【図８４】

【図８５】

【図８６】

【図８７】

【図８８】

【図８９】

【図９０】

【図９１】

【図９２】

【図９３】

【図９４】

【図９５】

【図９６】

【図９７】

【図９８】

【図９９】

【図１００】

【図１０１】

【図１０２】

【図１０３】

【図１０４】

【図１０５】

【図１０６】

【図１０７】

【図１０８】

【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２２１６９
【国際公開日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【発行日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１３５２５（Ｐ２００５−５１３５２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１２６６１
【国際出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】