マイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法
【課題】 電界、磁界、超音波の他の外力や複雑な流体制御機構を用いることなく容易な構成を用いることにより３次元的な流れを作りだしてサンプル流を確実に収束させることができるマイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法を提供すること。
【解決手段】 流入側の流路８３と、流出側の流路８４と、流入側の流路８３の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂとを備え、サンプル液の流れＳをシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 で挟み込まれたサンプル液の流れＳを収束させる段差部２を流入側の流路８３に設けてある。
【解決手段】 流入側の流路８３と、流出側の流路８４と、流入側の流路８３の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂとを備え、サンプル液の流れＳをシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 で挟み込まれたサンプル液の流れＳを収束させる段差部２を流入側の流路８３に設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば粒度分布を測定したり、粒子量を計測したり、あるいは、血液中の赤血球、白血球、血小板などの血球を計数する手法の一つとして電気抵抗法（コールター法）が知られている。この電気抵抗法は、例えば血球を計数する場合、血液細胞を等張性希釈液に懸濁させ、粒子が絞り部を通過するときに、血球が占める容積に比例した電気抵抗（インピーダンス）の変化が生じ、このインピーダンス変化に対応して生ずるパルス数を計数することにより、血球の個数を検出することができ、また、前記パルスの高さを検出することにより、血球の容積（白血球、赤血球、血小板であるかの種類）を検出することができる。
【０００３】
ところで、近年においては、電気抵抗法のマイクロ化が進められており、前記電気抵抗法に則ったチップ状のマイクロコールターカウンタが開発されるに至っている。そのマイクロコールターカウンタの測定部では、例えばシリコン基板に測定対象である微粒子が混入したサンプル液が流れる流入側の流路および流出側の流路と、これら流路の途中に形成される絞り部と、前記流入側の流路および流出側の流路にそれぞれ設けられる電極とが備えられている。
【０００４】
図１２は従来のこの種マイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップ構成を示す上面図である。図１２において、８０はシリコン基板で、例えば厚さが５００μｍ、長さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ程度の大きさに形成されている。８１はシリコン基板８０の上面に形成される流路で、例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ）プロセスや、マイクロマシニングや、エッチング、あるいは光造型などによる加工技術を用いて形成される適宜の深さａ〔図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）参照〕の溝よりなる。前記光造型とは、光線を照射すると硬化する樹脂に紫外線レーザを当てて成形する方法である。なお、図１３（Ａ）は、図１２から後述する電極８５，８６、電極リード部９０，９１、信号端子９２，９３を除いたものを示し、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）は流路測定部のチップ断面図を示し、それぞれ、図１３（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図、Ｙ−Ｙ´線断面図およびＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【０００５】
この流路８１は、絞り部８２とこの絞り部８２の上流側に形成される流入側の流路８３と、絞り部８２の下流側に形成される流出側の流路８４とから主としてなる。絞り部８２は、流路８１のほぼ中間において流路幅が一定長さの例えば１０〜６０μｍと狭くなるよう形成され、流路８３，８４は、例えば１００〜１０００μｍと比較的幅広の一定長さの流路幅を有する。流路８３，８４の断面は図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）に示すように例えば逆台形形状をなしており、深さ（高さ）ａが例えば４０μｍ、下底の幅ｂが例えば５００μｍ、上底の幅ｃが例えば５１０μｍである。また、絞り部８２の断面も例えば逆台形形状をなしており、深さ（高さ）が例えば４０μｍ、下底の幅が例えば５０μｍ、上底の幅が例えば６０μｍである。そして、前記流路８１などを覆うようにしてシリコン基板８０上に例えば陽極接合などの手法で例えば透明なガラス板（閉塞部）Ｇが接合されている。このガラス板Ｇはシリコン基板８０と同じ寸法を有し、ガラス板Ｇがシリコン基板８０に接合されることにより、流路８１の各部である流入側の流路８３と絞り部８２と流出側の流路８４は、外部と遮断された状態で閉塞される。８５は流入側の流路８３におけるガラス板底面に形成される電極であり、８６は流出側の流路８４におけるガラス板底面に形成される電極である。これらの電極８５，８６はサンプル液８７が絞り部８２を通過するときに生ずるインピーダンス変化を検出するためのものである。８８，８９は、例えば血球を計数する場合、例えば生理食塩水などの液体（以下、シース液という）で、サンプル液８７を挟む形で流路８３に導入される。８３ａ，８３ｂは流路８３の上流側に設けたシース液導入路で流路８３に連通するようシリコン基板８０の上面に形成される。８７ａは、流路８３の上流側に設けたサンプル液導入路で流路８３に連通するようシリコン基板８０の上面に形成される。なお、シリコン基板８０以外に、アクリル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどが基板の材料として適用可能である。
【０００６】
すなわち、流路８１の上流の導入側においては、流路８１の上流側からみてサンプル液導入路８７ａの左右にシース液導入路８３ａ，８３ｂが位置しており、サンプル液導入路８７ａを右側のシース液導入路８３ａと左側のシース液導入路８３ｂで挟むように合流させ、この合流流路を流入側の流路８３としている。９４は前記導入路８３ａ，８３ｂ，８７ａの合流位置を示す。
【０００７】
９０および９１は電極８５および８６にそれぞれ連なる電極リード部である。９２および９３は、サンプル液８７の測定時に、マイクロコールターカウンタの計器本体（図示せず）に接続するための信号端子であり、これらの信号端子９２，９３は電極リード部９０，９１にそれぞれ接続される。
【０００８】
なお、Ｓはサンプル液８７の流れ（サンプル流）を示し、Ｆ1 ，Ｆ2 はシース液の流れ（シース流）を示す。
【０００９】
上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいて、サンプル液８７の測定を行う場合、流入側の流路８３の最上流側である合流位置９４においてサンプル液８７をシース液８８，８９で挟み込むように合流させ、この状態で、サンプル液８７が流入側の流路８３に導入される。流路８３を流れるサンプル液８７は、幅ｅがμｍオーダーのため層流状態であり、乱流ではない。そして、サンプル液８７が流入側の流路８３から絞り部８２を流れ、流出側の流路８４に導かれ、サンプル流出口９５から排出される。ここで、サンプル液８７が絞り部８２を流れるとき、電極８５と電極８６間のインピーダンスが変化し、このインピーダンスの変化を示す検出信号が電極リード部９０，９１を介して信号端子９２，９３から取り出され、計器本体（図示せず）に入力され、計器本体において所定の演算が行われることによって、例えば粒度分布を測定したり、粒子量を計測したり、あるいは、血液中の赤血球、白血球、血小板などの血球が計数される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、前記検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるには、サンプル液８７が絞り部８２に来るまでにシース液８８，８９によって挟まれるサンプル液８７の領域を、少なくとも深さ方向〔図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）における両矢印Ｄで示す方向〕においてできるだけ収束させるのが好ましいけれども、上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいては難しかった。
【００１１】
例えば、レーザ光の散乱を利用したパーティクルカウンタに用いられ、サンプル流を一点に集中させて検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるための構造として、従来から図１４に示すようなシースフロー構造が一般的である。図１４において、前記シースフロー構造は、パイプ９６，９７を２重にし、外側のパイプ９６よりシース液、内側のパイプ９７のノズル部分よりサンプル液を流すことによりサンプル液の流れがシース液に囲まれてなる層流が発生するとともに、この流れを絞り部９８で絞り込むことによって流れの中にサンプル液を収束でき、この状態でレーザ光が照射されるものである。
【００１２】
しかし、上記構成のマイクロコールターカウンタではマイクロチップの特性上マイクロチップ中において前記シースフロー構造のような３次元構造を作成することが難しく、図１２に示したような２次元的な構造を採用せざるを得なかった。
【００１３】
そのため、上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいて、サンプル液８７は、サンプル流Ｓの少なくともＤ方向における流路断面形状が図１３（Ｂ）で示す合流位置９４での略矩形１００のまま高さａが絞られることなく図１３（Ｃ）で示すような状態で流入側の流路８３を流れることになり、この流路８３を流れるサンプル液８７の流れＳ1 を、流路８１の幅方向〔図１３における両矢印Ｗで示す方向；Ｄ方向に直交する方向〕における流路断面形状が幅ｅよりも小さな例えば１〜１０μｍの幅ｂ’〔図１３（Ｄ）参照〕になるよう絞り部８２において絞れても、Ｄ方向には絞り込むことはできなかった。結果として、流入側の流路８３の流れＳ1 を絞りきれず、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるのが難しかった。
【００１４】
これを解消するために、図１５〜図１７に示すごとくマイクロチップ中において流れを制御できる方法が考えられるが、複雑な流体制御機構を用いたり、電界、磁界、超音波の他の外力を用いることによって流れを変えるようにしなければならないといった欠点があった。
【００１５】
図１５に示すマイクロチップは、導入路８３ａ，８３ｂ，８７ａの合流位置９４の下流に設けた流入側の流路８３における底部に導入孔１０１を介して三つ目のシース液導入路８３ｃを連通させ、導入孔１０１から導入するシース流Ｆ3 によってサンプル流Ｓを上部に押し上げるように構成されている。しかし、マイクロチップに導入孔１０１を形成する加工上の問題とシース流Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 やサンプル流Ｓを制御する上での複雑な流体制御上の問題がある。
【００１６】
図１６に示すマイクロチップは、流入側の流路８３に電極１０２あるいは磁界発生手段を形成し、電界あるいは磁界を印加することにより、微粒子を中央部に引き寄せるように制御する構成を有しているが、電界あるいは磁界の影響を受けない流体中の微粒子で構成されるサンプル液には用いることはできない。
【００１７】
図１７に示すマイクロチップは、超音波振動子１０３を設け、その周波数をコントロールすることにより共振させて発生する波のノードに流体中の微粒子を集めるように構成されているが、超音波振動子１０３を用いなければならないという問題点がある。
【００１８】
また、外部から供給した複数種類の微量な液体を混合して取り出すマイクロミキサ（マイクロチップ）において、混合流路に沿ってその底面側には流路を横切る方向に延在する複数条の凸条絞り部を形成すること、すなわち、混合流路に沿って局部的に流路断面を狭める複数の絞り部を直列に並べて形成するようにしたものが下記特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３４６３５５
【００１９】
しかし、上記文献には、混合流路が狭められる部分を有することが記載されているだけで、試料液の流れが試薬液に囲まれてなる層流が発生するとともに、この流れを絞り部で絞り込むことによって流れの中に試料液を収束させるという技術思想はない。
【００２０】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、電界、磁界、超音波の他の外力や複雑な流体制御機構を用いることなく容易な構成を用いることにより３次元的な流れを作りだしてサンプル流を確実に収束させることができるマイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、この発明のマイクロチップは、流入側の流路と、流出側の流路と、流入側の流路の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路およびシース液導入路とを備え、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けてあることを特徴とする（請求項１）。
【００２２】
また、この発明は別の観点から、サンプル液導入路およびシース液導入路をこれらの下流に設けた流入側の流路に合流させてサンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込み、さらに、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを、流入側の流路に設けた段差部によって収束させるようにしたことを特徴とするマイクロチップ中における流体制御方法を提供する（請求項８）。
【発明の効果】
【００２３】
この発明のマイクロチップ（請求項１，８）では、段差部を例えば図３，４に示すようにサンプル液導入路およびシース液導入路が合流する流入側の流路における下面側に設ける場合、段差部により、サンプル液の流れは上部に押し上げられる（図３）とともに、両サイドのシース液は段差部の上流側側面によって段差部の中央に流れを変更されるため（図４）、さらにサンプル液の流れを押し上げる作用が生じ、段差部を通過したサンプル液は、流路断面形状が図２（Ｂ）で示す合流位置での幅および高さのままではなく、図２（Ｃ）で示すように少なくとも高さが絞られて小さくなった、いわゆる、収束状態で流入側の流路を流れることになる。
【００２４】
そして、この状態で流入側の流路を通過したサンプル液は、流入側の流路と流出側の流路との間に設けた絞り部を流れるときに高さがさらに絞られて小さくなる。すなわち、絞り部において、サンプル液は流路の中央上部へ収束される。そのため、サンプル液が絞り部を流れるとき、得られる検出信号、例えば電極と電極間のインピーダンスの変化を示す検出信号や、例えばレーザ光散乱によって得られる検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
要するに、例えば平面視Ｖ型形状の段差部を、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成した場合、中央のサンプル液の流れは段差部により持ち上げられる。一方、外側のシース液の流れも段差部により持ち上げられるが、このシース液の流れの方向は段差部と直交する方向に変化する。つまり、平面視Ｖ型形状の段差部の場合は流路外側にシース液の流れがシフトする。その結果、流路外側のシース液の流速が速くなり、中央のサンプル液の流れは上方に持ち上げられた後、流路外側のシース液の流速が速いためサンプル液の流れは相対的に収束する。
【００２６】
また、例えば平面視Ｖ型形状の段差部を、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成した場合、流路外側のシース液の流れは段差部に入ると段差部壁面に当たることにより、中央方向に流れがシフトする。段差部中央では外側から入ってくるシース液の流れの影響によりサンプル液の流れは狭められ持ち上げられる。これにより、中央上部にサンプル液の流れが収束される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下にこの発明の実施の形態について説明する。なお、それによって、この発明は限定されるものではない。
図１〜図４は、この発明の第１の実施の形態を示す。図１〜図４において、図１２〜図１７に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００２８】
この発明が従来例と異なる点は、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けた点である。
【００２９】
図１〜図４において、サンプル液導入路８７ａは、平面視において一対のシース液導入路８３ａ，８３ｂ間に設けられている。そして、流入側の流路８３と流出側の流路８４との間にはインピーダンス変化検出用の絞り部８２が設けられており、絞り部８２を挟む状態で、流入側の流路８３には電極８５が、流出側の流路８４には電極８６が設けられている。この実施の形態では、電極８５は絞り部８２の直上流側に設けられ、電極８６は絞り部８２の直下流側に設けられている。また、流入側の流路８３、絞り部８２、流出側の流路８４、サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂは、シリコン基板８０上に形成された微小な幅ｂ（例えば１００μｍ），ｃ（例えば１１０μｍ）と微小な深さａ（例えば４０μｍ）を有する溝１によって形成されている。そして、流入側の流路８３、絞り部８２、流出側の流路８４、サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂは、シリコン基板８０上に接合されたガラス板Ｇによって外部と遮断された状態で閉塞されている。サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂの溝１ａ，１ｂ，１ｂの幅は、流入側の流路８３および流出側の流路８４の溝１ｃ，１ｄの幅よりも小さく設定されている。
【００３０】
以下この発明の特徴的構成について説明する。
２は段差部で、この実施の形態では、サンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂが合流する流入側の流路８３における下面側に設けられている。すなわち、この実施の形態では、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。具体的には、前記段差部２は、この実施の形態では平面視Ｖ型形状をなしており、この平面視Ｖ型形状の段差部２は、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されている。この突出長さＩは溝１の深さａの１０〜９０％、好ましくは溝１の深さａの５０％の長さに設定するのがよく、この実施の形態では溝１の深さａの半分の長さ（２０μｍ）に設定されている。そして、平面視Ｖ型形状の段差部２は、この両端４，５が流入側の流路８３の合流位置９４の溝側壁６に連設されており、両端４，５から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって突出する先端７を有している。
なお、この実施の形態では前記段差部２の縦断面形状を図４に示すように矩形形状に形成しているがこの形状に限られるものではなく、台形形状、なだらかに湾曲した頂上部分を有する山形形状、鋭角的に尖った頂上部分を有する山形形状、対向する脚部分が互いに内側になだらかに湾曲している台形形状などの縦断面形状の段差部も適用できる。
【００３１】
而して、段差部２により、サンプル液の流れＳは上部に押し上げられる（図３）とともに、両サイドのシース液８８，８９は段差部２の上流側壁面８によって段差部２の中央の先端７の方向に流れＦ1 ，Ｆ2 が変更される。さらにサンプル液の流れＳを押し上げる作用が生じ、段差部２を通過したサンプル液８７は、流路断面形状が図２（Ｂ）で示す合流位置９４での高さ（深さ）のままではなく、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 がサンプル液の流れＳの下部にもぐり込み、サンプル液の流れＳの下方でシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 が合体し、図２（Ｃ）で示すように高さ（深さ）がＤ方向に大きく絞られてａ’と小さくなった状態となるとともに、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 は段差部２を超えることで、サンプル液の流れＳよりも流速が速まり、この流速の差によりシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によってサンプル液の流れＳはＷ方向に絞られてｅ’と小さくなった状態となる。このように段差部２を通過したサンプル液の流れＳの高さ（深さ）が大きく収束するとともにサンプル液の流れＳの幅も収束し、この状態でサンプル液８７は流入側の流路８４を流れることになる。流入側の流路８４を通過したサンプル液８７は絞り部８２を流れるときに前記幅ｅ’が絞り部８２の幅に見合った幅ｅ’’に絞られて小さくなる。すなわち、段差部２が底面３から凸状に突出してなる上向き突起に形成されたこの実施形態では、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央上部に収束される。そのため、サンプル液８７が絞り部８２を流れるとき、得られる検出信号、例えば電極と電極間のインピーダンスの変化を示す検出信号や、例えばレーザ光散乱によって得られる検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３２】
図５は、平面視Ｖ型形状の段差部２を、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３を凹ませてなる下向き凹所によって形成したこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。図５において、図１〜図４に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００３３】
この実施の形態では、段差部２の壁面によってシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 が段差部２の中央の先端７の方向に変更され、これによってサンプル液の流れＳの幅方向が収束される。また、段差部２によってシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 がサンプル液の流れＳの下にもぐることになり、サンプル液の流れＳがシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によって押し上げられる。これによってサンプル液の流れＳの高さ方向が収束される。そして、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央上部に収束される。なお、段差部２の凹み長さＴは例えば溝１の深さａの１０〜９０％、好ましくは溝１の深さａの５０％の長さに設定するのがよく、この実施の形態では溝１の深さａの半分の長さ（２０μｍ）に設定されている。なお、この実施の形態では前記段差部２の縦断面形状を図５に示すように矩形形状に形成しているがこの形状に限られるものではなく、逆台形形状など適宜の縦断面形状に形成された段差部も適用できる。
【００３４】
図６は、平面視Ｖ型形状の段差部２を、ガラス板Ｇの底面１０から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成したこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。図６において、図１〜図５に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００３５】
この実施の形態では、作用は上記第１の実施の形態の場合と同じであり、上記第１の実施の形態の場合と異なる点は、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央下部に収束される点である。
【００３６】
なお、平面視Ｖ型形状の段差部２を、ガラス板Ｇの底面１０を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成してもよい。この場合の作用は上記第２の実施の形態の場合と同じであり、上記第２の実施の形態の場合と異なる点は、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央下部に収束される点である。
【００３７】
また、上記各実施の形態では、平面視Ｖ型形状の段差部２を、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３やガラス板Ｇの底面１０に一つずつ設けたものを示したが、平面視Ｖ型形状の段差部２を底面３，１０の両方に設けた場合にもこの発明は適用できる。
【００３８】
ここまでの各実施の形態では、平面視Ｖ型形状の段差部２をサンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂが合流する流入側の流路８３における上面側および／または下面側に設けたものを示したが、平面視Ｖ型形状に限らず、段差部２を、図７，８に示すような平面視山型形状に形成してもよく、また、段差部２を、図９および１０に示すようなそれぞれ平面視Ｕ型形状および平面視Ｗ型形状に形成してもよい。
【００３９】
図７に示す平面視山型形状の段差部２は、両端１２，１３から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって両辺ｍ，ｎが流れ中央側に湾曲しながら突出してなるものである。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。
【００４０】
また、図８に示す平面視山型形状の段差部２は、両端１２，１３から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって両辺ｍ，ｎが流れ中央側から外側に湾曲しながら突出してなるものである。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。
【００４１】
上記各実施の形態では、段差部２を流入側の流路８３の入口部分に設けたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図１１は、平面視Ｖ型形状の段差部２を流入側の流路８３の途中に設けたこの発明の実施の形態を示す。図１１において、図１〜図１０に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００４２】
図１１において、平面視Ｖ型形状の段差部２は、この両端４，５が流入側の流路８３の溝側壁６における中間部に連設されており、両端４，５から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって突出する先端７を有している。すなわち、この実施の形態では、段差部２の両端４，５が合流位置９４から流入側の流路８３における下流側に所定距離Ｋだけ離れて位置している。
【００４３】
また、この発明では、図１１に仮想線で示すように、流入側の流路８３の途中に流路幅が部分的に絞られた絞り部分２００を設けてもよい。
【００４４】
なお、上記各実施の形態では、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むように二つのシース液導入路間にサンプル液導入路を設けるタイプのマイクロチップを示したが、一つのシース液導入路とサンプル液導入路を設けるタイプのマイクロチップにもこの発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】（Ａ）は、上記実施の形態における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図を示す。（Ｃ）は、図２（Ａ）におけるＹ−Ｙ´線断面図を示す。（Ｄ）は、図２（Ａ）におけるＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【図３】上記実施の形態における流路を示す斜視図である。
【図４】上記実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図７】この発明で用いる段差部の第１の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図８】この発明で用いる段差部の第２の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図９】この発明で用いる段差部の第３の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図１０】この発明で用いる段差部の第４の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図１１】この発明の更に他の変形例を示す平面図である。
【図１２】従来例を示す平面図である。
【図１３】（Ａ）は、従来例における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図１３（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図を示す。（Ｃ）は、図１３（Ａ）におけるＹ−Ｙ´線断面図を示す。（Ｄ）は、図１３（Ａ）におけるＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【図１４】比較例を示す正面図である。
【図１５】（Ａ）は、別の比較例における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図１５（Ａ）におけるＨ−Ｈ´線断面図を示す。
【図１６】更に別の比較例における流路を示す平面図である。
【図１７】別の比較例における流路を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２ 段差部
８２ 絞り部
８３ 流入側の流路 ８３ａ，８３ｂ シース液導入路
８４ 流出側の流路
８７ａ サンプル液導入路
８７ サンプル液
８８，８９ シース液
Ｓ サンプル液の流れ
Ｆ1 ，Ｆ2 シース液の流れ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば粒度分布を測定したり、粒子量を計測したり、あるいは、血液中の赤血球、白血球、血小板などの血球を計数する手法の一つとして電気抵抗法（コールター法）が知られている。この電気抵抗法は、例えば血球を計数する場合、血液細胞を等張性希釈液に懸濁させ、粒子が絞り部を通過するときに、血球が占める容積に比例した電気抵抗（インピーダンス）の変化が生じ、このインピーダンス変化に対応して生ずるパルス数を計数することにより、血球の個数を検出することができ、また、前記パルスの高さを検出することにより、血球の容積（白血球、赤血球、血小板であるかの種類）を検出することができる。
【０００３】
ところで、近年においては、電気抵抗法のマイクロ化が進められており、前記電気抵抗法に則ったチップ状のマイクロコールターカウンタが開発されるに至っている。そのマイクロコールターカウンタの測定部では、例えばシリコン基板に測定対象である微粒子が混入したサンプル液が流れる流入側の流路および流出側の流路と、これら流路の途中に形成される絞り部と、前記流入側の流路および流出側の流路にそれぞれ設けられる電極とが備えられている。
【０００４】
図１２は従来のこの種マイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップ構成を示す上面図である。図１２において、８０はシリコン基板で、例えば厚さが５００μｍ、長さが１０ｍｍ、幅が５ｍｍ程度の大きさに形成されている。８１はシリコン基板８０の上面に形成される流路で、例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ）プロセスや、マイクロマシニングや、エッチング、あるいは光造型などによる加工技術を用いて形成される適宜の深さａ〔図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）参照〕の溝よりなる。前記光造型とは、光線を照射すると硬化する樹脂に紫外線レーザを当てて成形する方法である。なお、図１３（Ａ）は、図１２から後述する電極８５，８６、電極リード部９０，９１、信号端子９２，９３を除いたものを示し、図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）は流路測定部のチップ断面図を示し、それぞれ、図１３（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図、Ｙ−Ｙ´線断面図およびＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【０００５】
この流路８１は、絞り部８２とこの絞り部８２の上流側に形成される流入側の流路８３と、絞り部８２の下流側に形成される流出側の流路８４とから主としてなる。絞り部８２は、流路８１のほぼ中間において流路幅が一定長さの例えば１０〜６０μｍと狭くなるよう形成され、流路８３，８４は、例えば１００〜１０００μｍと比較的幅広の一定長さの流路幅を有する。流路８３，８４の断面は図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）に示すように例えば逆台形形状をなしており、深さ（高さ）ａが例えば４０μｍ、下底の幅ｂが例えば５００μｍ、上底の幅ｃが例えば５１０μｍである。また、絞り部８２の断面も例えば逆台形形状をなしており、深さ（高さ）が例えば４０μｍ、下底の幅が例えば５０μｍ、上底の幅が例えば６０μｍである。そして、前記流路８１などを覆うようにしてシリコン基板８０上に例えば陽極接合などの手法で例えば透明なガラス板（閉塞部）Ｇが接合されている。このガラス板Ｇはシリコン基板８０と同じ寸法を有し、ガラス板Ｇがシリコン基板８０に接合されることにより、流路８１の各部である流入側の流路８３と絞り部８２と流出側の流路８４は、外部と遮断された状態で閉塞される。８５は流入側の流路８３におけるガラス板底面に形成される電極であり、８６は流出側の流路８４におけるガラス板底面に形成される電極である。これらの電極８５，８６はサンプル液８７が絞り部８２を通過するときに生ずるインピーダンス変化を検出するためのものである。８８，８９は、例えば血球を計数する場合、例えば生理食塩水などの液体（以下、シース液という）で、サンプル液８７を挟む形で流路８３に導入される。８３ａ，８３ｂは流路８３の上流側に設けたシース液導入路で流路８３に連通するようシリコン基板８０の上面に形成される。８７ａは、流路８３の上流側に設けたサンプル液導入路で流路８３に連通するようシリコン基板８０の上面に形成される。なお、シリコン基板８０以外に、アクリル樹脂、ＰＥＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどが基板の材料として適用可能である。
【０００６】
すなわち、流路８１の上流の導入側においては、流路８１の上流側からみてサンプル液導入路８７ａの左右にシース液導入路８３ａ，８３ｂが位置しており、サンプル液導入路８７ａを右側のシース液導入路８３ａと左側のシース液導入路８３ｂで挟むように合流させ、この合流流路を流入側の流路８３としている。９４は前記導入路８３ａ，８３ｂ，８７ａの合流位置を示す。
【０００７】
９０および９１は電極８５および８６にそれぞれ連なる電極リード部である。９２および９３は、サンプル液８７の測定時に、マイクロコールターカウンタの計器本体（図示せず）に接続するための信号端子であり、これらの信号端子９２，９３は電極リード部９０，９１にそれぞれ接続される。
【０００８】
なお、Ｓはサンプル液８７の流れ（サンプル流）を示し、Ｆ1 ，Ｆ2 はシース液の流れ（シース流）を示す。
【０００９】
上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいて、サンプル液８７の測定を行う場合、流入側の流路８３の最上流側である合流位置９４においてサンプル液８７をシース液８８，８９で挟み込むように合流させ、この状態で、サンプル液８７が流入側の流路８３に導入される。流路８３を流れるサンプル液８７は、幅ｅがμｍオーダーのため層流状態であり、乱流ではない。そして、サンプル液８７が流入側の流路８３から絞り部８２を流れ、流出側の流路８４に導かれ、サンプル流出口９５から排出される。ここで、サンプル液８７が絞り部８２を流れるとき、電極８５と電極８６間のインピーダンスが変化し、このインピーダンスの変化を示す検出信号が電極リード部９０，９１を介して信号端子９２，９３から取り出され、計器本体（図示せず）に入力され、計器本体において所定の演算が行われることによって、例えば粒度分布を測定したり、粒子量を計測したり、あるいは、血液中の赤血球、白血球、血小板などの血球が計数される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで、前記検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるには、サンプル液８７が絞り部８２に来るまでにシース液８８，８９によって挟まれるサンプル液８７の領域を、少なくとも深さ方向〔図１３（Ｂ）および図１３（Ｃ）における両矢印Ｄで示す方向〕においてできるだけ収束させるのが好ましいけれども、上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいては難しかった。
【００１１】
例えば、レーザ光の散乱を利用したパーティクルカウンタに用いられ、サンプル流を一点に集中させて検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるための構造として、従来から図１４に示すようなシースフロー構造が一般的である。図１４において、前記シースフロー構造は、パイプ９６，９７を２重にし、外側のパイプ９６よりシース液、内側のパイプ９７のノズル部分よりサンプル液を流すことによりサンプル液の流れがシース液に囲まれてなる層流が発生するとともに、この流れを絞り部９８で絞り込むことによって流れの中にサンプル液を収束でき、この状態でレーザ光が照射されるものである。
【００１２】
しかし、上記構成のマイクロコールターカウンタではマイクロチップの特性上マイクロチップ中において前記シースフロー構造のような３次元構造を作成することが難しく、図１２に示したような２次元的な構造を採用せざるを得なかった。
【００１３】
そのため、上記構成のマイクロコールターカウンタにおける測定部のマイクロチップにおいて、サンプル液８７は、サンプル流Ｓの少なくともＤ方向における流路断面形状が図１３（Ｂ）で示す合流位置９４での略矩形１００のまま高さａが絞られることなく図１３（Ｃ）で示すような状態で流入側の流路８３を流れることになり、この流路８３を流れるサンプル液８７の流れＳ1 を、流路８１の幅方向〔図１３における両矢印Ｗで示す方向；Ｄ方向に直交する方向〕における流路断面形状が幅ｅよりも小さな例えば１〜１０μｍの幅ｂ’〔図１３（Ｄ）参照〕になるよう絞り部８２において絞れても、Ｄ方向には絞り込むことはできなかった。結果として、流入側の流路８３の流れＳ1 を絞りきれず、検出信号のＳ／Ｎ比を向上させるのが難しかった。
【００１４】
これを解消するために、図１５〜図１７に示すごとくマイクロチップ中において流れを制御できる方法が考えられるが、複雑な流体制御機構を用いたり、電界、磁界、超音波の他の外力を用いることによって流れを変えるようにしなければならないといった欠点があった。
【００１５】
図１５に示すマイクロチップは、導入路８３ａ，８３ｂ，８７ａの合流位置９４の下流に設けた流入側の流路８３における底部に導入孔１０１を介して三つ目のシース液導入路８３ｃを連通させ、導入孔１０１から導入するシース流Ｆ3 によってサンプル流Ｓを上部に押し上げるように構成されている。しかし、マイクロチップに導入孔１０１を形成する加工上の問題とシース流Ｆ1 ，Ｆ2 ，Ｆ3 やサンプル流Ｓを制御する上での複雑な流体制御上の問題がある。
【００１６】
図１６に示すマイクロチップは、流入側の流路８３に電極１０２あるいは磁界発生手段を形成し、電界あるいは磁界を印加することにより、微粒子を中央部に引き寄せるように制御する構成を有しているが、電界あるいは磁界の影響を受けない流体中の微粒子で構成されるサンプル液には用いることはできない。
【００１７】
図１７に示すマイクロチップは、超音波振動子１０３を設け、その周波数をコントロールすることにより共振させて発生する波のノードに流体中の微粒子を集めるように構成されているが、超音波振動子１０３を用いなければならないという問題点がある。
【００１８】
また、外部から供給した複数種類の微量な液体を混合して取り出すマイクロミキサ（マイクロチップ）において、混合流路に沿ってその底面側には流路を横切る方向に延在する複数条の凸条絞り部を形成すること、すなわち、混合流路に沿って局部的に流路断面を狭める複数の絞り部を直列に並べて形成するようにしたものが下記特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３４６３５５
【００１９】
しかし、上記文献には、混合流路が狭められる部分を有することが記載されているだけで、試料液の流れが試薬液に囲まれてなる層流が発生するとともに、この流れを絞り部で絞り込むことによって流れの中に試料液を収束させるという技術思想はない。
【００２０】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、電界、磁界、超音波の他の外力や複雑な流体制御機構を用いることなく容易な構成を用いることにより３次元的な流れを作りだしてサンプル流を確実に収束させることができるマイクロチップおよびマイクロチップ中における流体制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、この発明のマイクロチップは、流入側の流路と、流出側の流路と、流入側の流路の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路およびシース液導入路とを備え、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けてあることを特徴とする（請求項１）。
【００２２】
また、この発明は別の観点から、サンプル液導入路およびシース液導入路をこれらの下流に設けた流入側の流路に合流させてサンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込み、さらに、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを、流入側の流路に設けた段差部によって収束させるようにしたことを特徴とするマイクロチップ中における流体制御方法を提供する（請求項８）。
【発明の効果】
【００２３】
この発明のマイクロチップ（請求項１，８）では、段差部を例えば図３，４に示すようにサンプル液導入路およびシース液導入路が合流する流入側の流路における下面側に設ける場合、段差部により、サンプル液の流れは上部に押し上げられる（図３）とともに、両サイドのシース液は段差部の上流側側面によって段差部の中央に流れを変更されるため（図４）、さらにサンプル液の流れを押し上げる作用が生じ、段差部を通過したサンプル液は、流路断面形状が図２（Ｂ）で示す合流位置での幅および高さのままではなく、図２（Ｃ）で示すように少なくとも高さが絞られて小さくなった、いわゆる、収束状態で流入側の流路を流れることになる。
【００２４】
そして、この状態で流入側の流路を通過したサンプル液は、流入側の流路と流出側の流路との間に設けた絞り部を流れるときに高さがさらに絞られて小さくなる。すなわち、絞り部において、サンプル液は流路の中央上部へ収束される。そのため、サンプル液が絞り部を流れるとき、得られる検出信号、例えば電極と電極間のインピーダンスの変化を示す検出信号や、例えばレーザ光散乱によって得られる検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２５】
要するに、例えば平面視Ｖ型形状の段差部を、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成した場合、中央のサンプル液の流れは段差部により持ち上げられる。一方、外側のシース液の流れも段差部により持ち上げられるが、このシース液の流れの方向は段差部と直交する方向に変化する。つまり、平面視Ｖ型形状の段差部の場合は流路外側にシース液の流れがシフトする。その結果、流路外側のシース液の流速が速くなり、中央のサンプル液の流れは上方に持ち上げられた後、流路外側のシース液の流速が速いためサンプル液の流れは相対的に収束する。
【００２６】
また、例えば平面視Ｖ型形状の段差部を、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成した場合、流路外側のシース液の流れは段差部に入ると段差部壁面に当たることにより、中央方向に流れがシフトする。段差部中央では外側から入ってくるシース液の流れの影響によりサンプル液の流れは狭められ持ち上げられる。これにより、中央上部にサンプル液の流れが収束される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下にこの発明の実施の形態について説明する。なお、それによって、この発明は限定されるものではない。
図１〜図４は、この発明の第１の実施の形態を示す。図１〜図４において、図１２〜図１７に示した符号と同一のものは、同一または相当物である。
【００２８】
この発明が従来例と異なる点は、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けた点である。
【００２９】
図１〜図４において、サンプル液導入路８７ａは、平面視において一対のシース液導入路８３ａ，８３ｂ間に設けられている。そして、流入側の流路８３と流出側の流路８４との間にはインピーダンス変化検出用の絞り部８２が設けられており、絞り部８２を挟む状態で、流入側の流路８３には電極８５が、流出側の流路８４には電極８６が設けられている。この実施の形態では、電極８５は絞り部８２の直上流側に設けられ、電極８６は絞り部８２の直下流側に設けられている。また、流入側の流路８３、絞り部８２、流出側の流路８４、サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂは、シリコン基板８０上に形成された微小な幅ｂ（例えば１００μｍ），ｃ（例えば１１０μｍ）と微小な深さａ（例えば４０μｍ）を有する溝１によって形成されている。そして、流入側の流路８３、絞り部８２、流出側の流路８４、サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂは、シリコン基板８０上に接合されたガラス板Ｇによって外部と遮断された状態で閉塞されている。サンプル液導入路８７ａおよび二つのシース液導入路８３ａ，８３ｂの溝１ａ，１ｂ，１ｂの幅は、流入側の流路８３および流出側の流路８４の溝１ｃ，１ｄの幅よりも小さく設定されている。
【００３０】
以下この発明の特徴的構成について説明する。
２は段差部で、この実施の形態では、サンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂが合流する流入側の流路８３における下面側に設けられている。すなわち、この実施の形態では、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。具体的には、前記段差部２は、この実施の形態では平面視Ｖ型形状をなしており、この平面視Ｖ型形状の段差部２は、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されている。この突出長さＩは溝１の深さａの１０〜９０％、好ましくは溝１の深さａの５０％の長さに設定するのがよく、この実施の形態では溝１の深さａの半分の長さ（２０μｍ）に設定されている。そして、平面視Ｖ型形状の段差部２は、この両端４，５が流入側の流路８３の合流位置９４の溝側壁６に連設されており、両端４，５から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって突出する先端７を有している。
なお、この実施の形態では前記段差部２の縦断面形状を図４に示すように矩形形状に形成しているがこの形状に限られるものではなく、台形形状、なだらかに湾曲した頂上部分を有する山形形状、鋭角的に尖った頂上部分を有する山形形状、対向する脚部分が互いに内側になだらかに湾曲している台形形状などの縦断面形状の段差部も適用できる。
【００３１】
而して、段差部２により、サンプル液の流れＳは上部に押し上げられる（図３）とともに、両サイドのシース液８８，８９は段差部２の上流側壁面８によって段差部２の中央の先端７の方向に流れＦ1 ，Ｆ2 が変更される。さらにサンプル液の流れＳを押し上げる作用が生じ、段差部２を通過したサンプル液８７は、流路断面形状が図２（Ｂ）で示す合流位置９４での高さ（深さ）のままではなく、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 がサンプル液の流れＳの下部にもぐり込み、サンプル液の流れＳの下方でシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 が合体し、図２（Ｃ）で示すように高さ（深さ）がＤ方向に大きく絞られてａ’と小さくなった状態となるとともに、シース液の流れＦ1 ，Ｆ2 は段差部２を超えることで、サンプル液の流れＳよりも流速が速まり、この流速の差によりシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によってサンプル液の流れＳはＷ方向に絞られてｅ’と小さくなった状態となる。このように段差部２を通過したサンプル液の流れＳの高さ（深さ）が大きく収束するとともにサンプル液の流れＳの幅も収束し、この状態でサンプル液８７は流入側の流路８４を流れることになる。流入側の流路８４を通過したサンプル液８７は絞り部８２を流れるときに前記幅ｅ’が絞り部８２の幅に見合った幅ｅ’’に絞られて小さくなる。すなわち、段差部２が底面３から凸状に突出してなる上向き突起に形成されたこの実施形態では、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央上部に収束される。そのため、サンプル液８７が絞り部８２を流れるとき、得られる検出信号、例えば電極と電極間のインピーダンスの変化を示す検出信号や、例えばレーザ光散乱によって得られる検出信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３２】
図５は、平面視Ｖ型形状の段差部２を、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３を凹ませてなる下向き凹所によって形成したこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。図５において、図１〜図４に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００３３】
この実施の形態では、段差部２の壁面によってシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 が段差部２の中央の先端７の方向に変更され、これによってサンプル液の流れＳの幅方向が収束される。また、段差部２によってシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 がサンプル液の流れＳの下にもぐることになり、サンプル液の流れＳがシース液の流れＦ1 ，Ｆ2 によって押し上げられる。これによってサンプル液の流れＳの高さ方向が収束される。そして、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央上部に収束される。なお、段差部２の凹み長さＴは例えば溝１の深さａの１０〜９０％、好ましくは溝１の深さａの５０％の長さに設定するのがよく、この実施の形態では溝１の深さａの半分の長さ（２０μｍ）に設定されている。なお、この実施の形態では前記段差部２の縦断面形状を図５に示すように矩形形状に形成しているがこの形状に限られるものではなく、逆台形形状など適宜の縦断面形状に形成された段差部も適用できる。
【００３４】
図６は、平面視Ｖ型形状の段差部２を、ガラス板Ｇの底面１０から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成したこの発明の第３の実施の形態を示す。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。図６において、図１〜図５に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００３５】
この実施の形態では、作用は上記第１の実施の形態の場合と同じであり、上記第１の実施の形態の場合と異なる点は、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央下部に収束される点である。
【００３６】
なお、平面視Ｖ型形状の段差部２を、ガラス板Ｇの底面１０を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成してもよい。この場合の作用は上記第２の実施の形態の場合と同じであり、上記第２の実施の形態の場合と異なる点は、絞り部８２において、サンプル液の流れＳは流路８１の中央下部に収束される点である。
【００３７】
また、上記各実施の形態では、平面視Ｖ型形状の段差部２を、流入側の流路８３の溝１ｃの底面３やガラス板Ｇの底面１０に一つずつ設けたものを示したが、平面視Ｖ型形状の段差部２を底面３，１０の両方に設けた場合にもこの発明は適用できる。
【００３８】
ここまでの各実施の形態では、平面視Ｖ型形状の段差部２をサンプル液導入路８７ａおよびシース液導入路８３ａ，８３ｂが合流する流入側の流路８３における上面側および／または下面側に設けたものを示したが、平面視Ｖ型形状に限らず、段差部２を、図７，８に示すような平面視山型形状に形成してもよく、また、段差部２を、図９および１０に示すようなそれぞれ平面視Ｕ型形状および平面視Ｗ型形状に形成してもよい。
【００３９】
図７に示す平面視山型形状の段差部２は、両端１２，１３から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって両辺ｍ，ｎが流れ中央側に湾曲しながら突出してなるものである。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。
【００４０】
また、図８に示す平面視山型形状の段差部２は、両端１２，１３から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって両辺ｍ，ｎが流れ中央側から外側に湾曲しながら突出してなるものである。この実施の形態でも、段差部２は流入側の流路８３の入口部分に設けられている。
【００４１】
上記各実施の形態では、段差部２を流入側の流路８３の入口部分に設けたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図１１は、平面視Ｖ型形状の段差部２を流入側の流路８３の途中に設けたこの発明の実施の形態を示す。図１１において、図１〜図１０に示した符号と同一のものは同一または相当物である。
【００４２】
図１１において、平面視Ｖ型形状の段差部２は、この両端４，５が流入側の流路８３の溝側壁６における中間部に連設されており、両端４，５から流入側の流路８３における下流側の流れ中央に向かって突出する先端７を有している。すなわち、この実施の形態では、段差部２の両端４，５が合流位置９４から流入側の流路８３における下流側に所定距離Ｋだけ離れて位置している。
【００４３】
また、この発明では、図１１に仮想線で示すように、流入側の流路８３の途中に流路幅が部分的に絞られた絞り部分２００を設けてもよい。
【００４４】
なお、上記各実施の形態では、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むように二つのシース液導入路間にサンプル液導入路を設けるタイプのマイクロチップを示したが、一つのシース液導入路とサンプル液導入路を設けるタイプのマイクロチップにもこの発明は適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】（Ａ）は、上記実施の形態における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図２（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図を示す。（Ｃ）は、図２（Ａ）におけるＹ−Ｙ´線断面図を示す。（Ｄ）は、図２（Ａ）におけるＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【図３】上記実施の形態における流路を示す斜視図である。
【図４】上記実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態における流路を示す縦断面図である。
【図７】この発明で用いる段差部の第１の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図８】この発明で用いる段差部の第２の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図９】この発明で用いる段差部の第３の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図１０】この発明で用いる段差部の第４の変形例を含む流路を示す平面図である。
【図１１】この発明の更に他の変形例を示す平面図である。
【図１２】従来例を示す平面図である。
【図１３】（Ａ）は、従来例における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図１３（Ａ）におけるＸ−Ｘ´線断面図を示す。（Ｃ）は、図１３（Ａ）におけるＹ−Ｙ´線断面図を示す。（Ｄ）は、図１３（Ａ）におけるＺ−Ｚ´線断面図を示す。
【図１４】比較例を示す正面図である。
【図１５】（Ａ）は、別の比較例における流路を示す平面図である。（Ｂ）は、図１５（Ａ）におけるＨ−Ｈ´線断面図を示す。
【図１６】更に別の比較例における流路を示す平面図である。
【図１７】別の比較例における流路を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
２ 段差部
８２ 絞り部
８３ 流入側の流路 ８３ａ，８３ｂ シース液導入路
８４ 流出側の流路
８７ａ サンプル液導入路
８７ サンプル液
８８，８９ シース液
Ｓ サンプル液の流れ
Ｆ1 ，Ｆ2 シース液の流れ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入側の流路と、流出側の流路と、流入側の流路の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路およびシース液導入路とを備え、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けてあることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
段差部を、前記流入側の流路の上面側および／または下面側に設けてある請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
サンプル液導入路は、平面視において一対のシース液導入路間に設けられており、また、流入側の流路、流出側の流路、サンプル液導入路およびシース液導入路は、基板上に形成された微小な幅を有する溝によって形成されるとともに、これらは閉塞部によって外部と遮断された状態で閉塞されており、サンプル液導入路およびシース液導入路の溝の幅は、流入側の流路および流出側の流路の溝の幅よりも小さく設定される一方、段差部は、平面視Ｖ型形状で、両端が流入側の流路の溝側壁に連設され、下流側の流れ中央に向かって突出する先端を有する請求項１または請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
平面視Ｖ型形状の段差部は、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されるか、または、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成されるか、または、閉塞部の底面から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成されるか、または、閉塞部の底面を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成されるかのいずれか、またはこれらの組み合わせによって形成される請求項３に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
段差部は、平面視Ｕ型形状、平面視Ｗ型形状、両端から流入側の流路における下流側の流れ中央に向かって両辺が流れ中央側に湾曲しながら突出してなる平面視山型形状、両端から流入側の流路における下流側の流れ中央に向かって両辺が流れ中央側から外側に湾曲しながら突出してなる平面視山型形状を有する請求項１または請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記平面視Ｕ型形状、前記平面視Ｗ型形状および前記二種類の平面視山型形状の段差部は、それぞれ、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されるか、または、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成されるか、または、閉塞部の底面から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成されるか、または、閉塞部の底面を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成されるかのいずれか、またはこれらの組み合わせによって形成される請求項５に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
流入側の流路と流出側の流路との間に絞り部を設けてある請求項１〜請求項６のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項８】
サンプル液導入路およびシース液導入路をこれらの下流に設けた流入側の流路に合流させてサンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込み、さらに、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを、流入側の流路に設けた段差部によって収束させるようにしたことを特徴とするマイクロチップ中における流体制御方法。
【請求項９】
シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを段差部によって収束させた後、これが通過する絞り部を流入側の流路と流出側の流路との間に設けている請求項８に記載のマイクロチップ中における流体制御方法。
【請求項１】
流入側の流路と、流出側の流路と、流入側の流路の上流側に合流するよう設けたサンプル液導入路およびシース液導入路とを備え、サンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込むようにしてあるマイクロチップにおいて、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを収束させる段差部を流入側の流路に設けてあることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
段差部を、前記流入側の流路の上面側および／または下面側に設けてある請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
サンプル液導入路は、平面視において一対のシース液導入路間に設けられており、また、流入側の流路、流出側の流路、サンプル液導入路およびシース液導入路は、基板上に形成された微小な幅を有する溝によって形成されるとともに、これらは閉塞部によって外部と遮断された状態で閉塞されており、サンプル液導入路およびシース液導入路の溝の幅は、流入側の流路および流出側の流路の溝の幅よりも小さく設定される一方、段差部は、平面視Ｖ型形状で、両端が流入側の流路の溝側壁に連設され、下流側の流れ中央に向かって突出する先端を有する請求項１または請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
平面視Ｖ型形状の段差部は、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されるか、または、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成されるか、または、閉塞部の底面から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成されるか、または、閉塞部の底面を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成されるかのいずれか、またはこれらの組み合わせによって形成される請求項３に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
段差部は、平面視Ｕ型形状、平面視Ｗ型形状、両端から流入側の流路における下流側の流れ中央に向かって両辺が流れ中央側に湾曲しながら突出してなる平面視山型形状、両端から流入側の流路における下流側の流れ中央に向かって両辺が流れ中央側から外側に湾曲しながら突出してなる平面視山型形状を有する請求項１または請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記平面視Ｕ型形状、前記平面視Ｗ型形状および前記二種類の平面視山型形状の段差部は、それぞれ、流入側の流路の溝の底面から凸状に突出してなる上向き突起によって形成されるか、または、流入側の流路の溝の底面を凹ませてなる下向き凹所によって形成されるか、または、閉塞部の底面から下方側に凸状に突出してなる下向き突起によって形成されるか、または、閉塞部の底面を上方側に凹ませてなる上向き凹所によって形成されるかのいずれか、またはこれらの組み合わせによって形成される請求項５に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
流入側の流路と流出側の流路との間に絞り部を設けてある請求項１〜請求項６のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項８】
サンプル液導入路およびシース液導入路をこれらの下流に設けた流入側の流路に合流させてサンプル液の流れをシース液の流れによって挟み込み、さらに、シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを、流入側の流路に設けた段差部によって収束させるようにしたことを特徴とするマイクロチップ中における流体制御方法。
【請求項９】
シース液の流れで挟み込まれたサンプル液の流れを段差部によって収束させた後、これが通過する絞り部を流入側の流路と流出側の流路との間に設けている請求項８に記載のマイクロチップ中における流体制御方法。
【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】
【公開番号】特開２００６−７１３８８（Ｐ２００６−７１３８８Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５３６７１（Ｐ２００４−２５３６７１）
【出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１日（２００４．９．１）
【出願人】（０００１５５０２３）株式会社堀場製作所 (638)
【出願人】（５９１２４３１０３）財団法人神奈川科学技術アカデミー (271)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]