マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法
【課題】試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるマイクロチップの提供。
【解決手段】弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層されたガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを含んで構成された基板からなり、前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とが配設されているとともに、前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路が、内部を大気圧に対して負圧とされた、マイクロチップを提供する。
【解決手段】弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層されたガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを含んで構成された基板からなり、前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とが配設されているとともに、前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路が、内部を大気圧に対して負圧とされた、マイクロチップを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法に関する。より詳しくは、基板に配設された領域内に物質を導入し、化学的あるいは生物学的分析を行うためのマイクロチップ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うためのウェルや流路を設けたマイクロチップが開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサなどに利用され始めている。
【０００３】
このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（micro-Total-Analysis System）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。
【０００４】
μ−ＴＡＳは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ（使い捨て）が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。
【０００５】
μ−ＴＡＳの応用例として、マイクロチップ上に配設された複数の領域内に物質を導入し、該物質を光学的に検出する光学検出装置がある。このような光学検出装置としては、マイクロチップ上の流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップ上のウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などがある。
【０００６】
μ−ＴＡＳでは、試料が微量であるがゆえに、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。その結果、各ウェル等に導入される試料溶液の量にばらつきが生じて分析精度が低下したり、分析効率が低下したりするという問題があった。また、ＰＣＲのように試料の加熱を行った際に、ウェル等の内部に残存した気泡が膨脹し、反応を阻害したり、分析精度を低下させたりするという問題があった。
【０００７】
μ−ＴＡＳにおける試料溶液の導入を容易にするため、例えば、特許文献２には、「試料を導入する試料導入部と、前記試料を収容する複数の収容部と、夫々の前記収容部に接続された複数の排気部と、を少なくとも備え、少なくとも二以上の前記排気部は、一端が開放された一の開放路に連通された基板」が開示されている。この基板では、各収容部に排気部を接続することにより、試料導入部から収容部に試料溶液が導入される際に、収容部中に存在する空気が排気部から排出されるため、収容部にスムーズに試料溶液を充填することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２１９１９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２８４７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来のμ−ＴＡＳでは、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。そのため、分析精度や分析効率に問題が生じていた。
【００１０】
そこで、本発明は、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるマイクロチップを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題解決のため、本発明は、溶液が導入される領域が、内部を大気圧に対して負圧とされて配設されたマイクロチップを提供する。
このマイクロチップは、外部から前記溶液が穿刺注入される注入領域と、溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、内部容積がウェルよりも大きくされた終端領域と、一端において注入領域に、他端において終端領域に連通し、かつ、注入領域への連通部と終端領域への連通部との間において各ウェルに分岐して接続する一本の流路と、が設けられ、注入領域及びウェル、終端領域、流路の内部が大気圧に対して負圧とされたものとして構成することができる。
このマイクロチップにおいて、前記注入領域は、弾性変形による自己封止性を備える基板層を含んで構成されることが好ましく、さらに、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層の両面に、ガス不透過性を備える基板層が積層され、ガス不透過性を備える基板層に、外部から前記溶液を前記注入領域へ穿刺注入するための穿刺孔が設けられたものとされることが好ましい。
このマイクロチップにおいて、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層は、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される一の材料から、またガス不透過性を備える基板層は、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される一の材料から形成することができる。
併せて、本発明は、溶液が導入される領域が形成された基板層を、大気圧に対して負圧下で貼り合わせ、前記領域を気密に封止する手順を含むマイクロチップの製造方法をも提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるマイクロチップが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係るマイクロチップＡの上面模式図である。
【図２】マイクロチップＡの断面模式図（図１、Ｐ−Ｐ断面）である。
【図３】マイクロチップＡの断面模式図（図１、Ｑ−Ｑ断面）である。
【図４】マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入方法を説明するための図であり、図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する断面模式図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るマイクロチップＢの上面模式図である。
【図６】マイクロチップＢの断面模式図（図５、Ｑ−Ｑ断面）である。
【図７】本発明の第三実施形態に係るマイクロチップＣの断面模式図である。
【図８】マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入方法を説明する断面模式図である。
【図９】ニードルＮの先端の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序により行う。
１．第一実施形態に係るマイクロチップＡ
（１−１）マイクロチップＡの構成と成形方法
（１−２）マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入
２．第二実施形態に係るマイクロチップＢ
（２−１）マイクロチップＢの構成
（２−２）マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入
３．第三実施形態に係るマイクロチップＣ
（３−１）マイクロチップＣの構成と成形方法
（３−２）マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入
【００１５】
１．第一実施形態に係るマイクロチップ
（１−１）マイクロチップＡの構成と成形方法
本発明の第一実施形態に係るマイクロチップの上面模式図を図１に、断面模式図を図２及び図３に示す。図２は図１中Ｐ−Ｐ断面、図３は図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する。
【００１６】
符号Ａで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２と、この主流路２から分岐する分岐流路３が配設されている。主流路２の他端は終端部（終端領域）５として構成されており、分岐流路３は、主流路２の注入部１への連通部と終端部５への連通部との間において主流路２から分岐し、各ウェル４に接続されている。
【００１７】
マイクロチップＡは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５を形成した基板層ａ１に基板層ａ２を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＡでは、基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
【００１８】
基板層ａ１，ａ２の材質は、ガラスや各種プラスチック（ポリプロピレン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリジメチルシロキサン）とすることができるが、基板層ａ１，ａ２の少なくとも一方は、弾性を有する材質とすることが好ましい。弾性を有する材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどが挙げられる。基板層ａ１，ａ２の少なくとも一方をこれらの弾性を有する材料により形成することで、マイクロチップＡに、次に説明する自己封止性を付与することができる。
【００１９】
ウェル４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ａ１，ａ２の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。
【００２０】
基板層ａ１への注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の成形は、例えば、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、あるいはプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。注入部１等は、基板層ａ２に成形されてもよく、あるいは基板層ａ１に一部を基板層ａ２に残りの部分を成形されてもよい。
基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。
【００２１】
（１−２）マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入
次に、図４も参照して、マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図４は、マイクロチップＡの断面模式図であり、図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する。
【００２２】
マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入は、図４（Ａ）に示すように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。ニードルＮは、基板層ａ１の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ａ１を貫通して穿刺される。
【００２３】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を終端部５に向かって送液され（図４中、矢印ｆ参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液が導入される（図１も参照）。
このとき、マイクロチップＡでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部５まで送液される。これにより、マイクロチップＡでは、サンプル溶液をスムーズに短時間でウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００２４】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００２５】
サンプル溶液の導入後は、図４（Ｂ）に示すように、ニードルＮを引き抜き、基板層ａ１の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ａ１をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ａ１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。本発明においては、この基板層の弾性変形によるニードル穿刺箇所の自然封止を、基板層の「自己封止性」と定義するものとする。
【００２６】
基板層ａ１の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ａ１表面から注入部１内空表面までの厚さ（図４中、符号ｄ参照）は、基板層ａ１の材質やニードルＮの径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップＡを加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。
【００２７】
基板層ａ１の弾性変形による自己封止を確実とするため、ニードルＮには、サンプル溶液の注入が可能であることを条件に、径の細いものを使用することが望ましい。具体的には、インスリン用注射針として用いられる、先端外径が０．２ｍｍ程度の無痛針が好適に使用される。サンプル溶液の注入を容易にするため、無痛針の基部には、汎用のマイクロピペット用チップの先端部を切断したものを接続してもよい。これにより、チップ先端部にサンプル溶液を充填し、無痛針を注入部１に穿刺すると、マイクロチップＡ内の陰圧によって、無痛針に接続されたチップ先端部内のサンプル溶液が注入部１内に吸引されるようにできる。
【００２８】
ニードルＮとして、先端外径０．２ｍｍの無痛針を用いる場合、ＰＤＭＳにより形成された基板層ａ１の厚みｄは０．５ｍｍ以上、加熱が行われる場合には０．７ｍｍ以上とされることが好適となる。
【００２９】
本実施形態では、マイクロチップに縦横３例で合計９つのウェル４を均等間隔で配設する場合を例に説明したが、ウェルの数や配設位置は任意とでき、ウェル４の形状も図に示す円柱形状に限定されない。また、注入部１に導入されたサンプル溶液を各ウェル４に送液するための主流路２及び分岐流路３の配設位置も図に示す態様に限定されないものとする。さらに、ここでは、基板層ａ１を弾性材料により形成し、ニードルＮを基板層ａ１の表面から穿刺する場合を説明した。しかし、ニードルＮは基板層ａ２の表面から穿刺してもよく、この場合には、基板層ａ２を弾性材料により形成し、自己封止性を付与すればよい。
【００３０】
２．第二実施形態に係るマイクロチップ
（２−１）マイクロチップＢの構成
本発明の第二実施形態に係るマイクロチップの上面模式図を図５に、断面模式図を図６に示す。図６は、図５中Ｑ−Ｑ断面に対応する。なお、図５中Ｐ−Ｐ断面は、第一実施形態に係るマイクロチップＡと同様（図２参照）であるので、ここでは図示を省略する。
【００３１】
符号Ｂで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２と、この主流路２から分岐する分岐流路３が配設されている。主流路２の他端は真空タンク（終端領域）５１として構成されており、分岐流路３は、主流路２の注入部１への連通部と真空タンク５１への連通部との間において主流路２から分岐し、各ウェル４に接続されている。
【００３２】
マイクロチップＢとマイクロチップＡは、主流路２の一端に連通する終端領域が、それぞれ真空タンク５１と終端部５として構成される点で異なる。マイクロチップＢの真空タンク５１は、その内部容積がウェル４に比して大きくされていることが特徴である。これに対して、マイクロチップＡの終端部５の内部容積については、特に限定されず、任意であってよい。
【００３３】
マイクロチップＢは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１を形成した基板層ｂ１に基板層ｂ２を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＢでは、基板層ｂ１と基板層ｂ２の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ｂ１と基板層ｂ２の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
この際、真空タンク５１には、内部容積の大きさのために、ウェル４や主流路２、分岐流路３などに比して、大きな負圧あるいは真空が蓄えられる。
なお、基板層ｂ１，ｂ２の材質及び基板層への注入部１等の成形は、マイクロチップＡと同様とできる。
【００３４】
（２−２）マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入
次に、図４も参照して、マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図４は、マイクロチップＡの図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する断面模式図であるが、同断面模式図はマイクロチップＢにも共通である。
【００３５】
マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入は、図４（Ａ）に示したように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。ニードルＮは、基板層ｂ１の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ｂ１を貫通して穿刺される。
【００３６】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を真空タンク５１に向かって送液され、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液導入される。
このとき、マイクロチップＢでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして送液される。
さらに、マイクロチップＢでは、主流路２の終端領域に、ウェル４に比して大きな内部容積を有し、大きな負圧あるいは真空が蓄えられた真空タンク５１が設けられているために、サンプル溶液を大きな陰圧によって吸引して送液できる（図６中、矢印ｆ参照）。
これにより、マイクロチップＢでは、マイクロチップＡに比して、さらに短時間でスムーズにサンプル溶液をウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００３７】
また、図５に示すように、主流路２の真空タンク５１への連通部を放射状に分岐させることで、真空タンク５１内の負圧あるいは真空をサンプル溶液に効果的に負荷することができる。
【００３８】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００３９】
サンプル溶液の導入後は、図４（Ｂ）に示したように、ニードルＮを引き抜き、基板層ｂ１の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ｂ１をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ｂ１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。
【００４０】
本実施形態では、マイクロチップに縦横３例で合計９つのウェル４を均等間隔で配設する場合を例に説明したが、ウェルの数や配設位置は任意とでき、ウェル４の形状も図に示す円柱形状に限定されない。また、注入部１に導入されたサンプル溶液を各ウェル４に送液するための主流路２及び分岐流路３の配設位置も図に示す態様に限定されないものとする。さらに、ここでは、基板層ｂ１を弾性材料により形成し、ニードルＮを基板層ｂ１の表面から注入部１に穿刺する場合を説明した。しかし、ニードルＮは基板層ｂ２の表面から穿刺してもよく、この場合には、基板層ｂ２を弾性材料により形成し、自己封止性を付与すればよい。
【００４１】
３．第三実施形態に係るマイクロチップ
（３−１）マイクロチップＣの構成と成形方法
本発明の第三実施形態に係るマイクロチップの断面模式図を図７及び図８に示す。
【００４２】
符号Ｃで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２が配設されている。また、ここでは図示を省略するが、マイクロチップＣには、マイクロチップＡと同様の構成とされた分岐流路３、終端部（終端領域）５が設けられている。
【００４３】
マイクロチップＣは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５を形成した基板層ｃ２に基板層ｃ１、ｃ３を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＣでは、注入部１等が形成された基板層ｃ２と基板層ｃ３の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ｃ２と基板層ｃ３の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
基板層ｃ１〜ｃ３の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。
【００４４】
基板層ｃ２の材質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどの弾性を有し、自己封止性を備える材質とされる。基板層ｃ２への注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の成形は、例えば、ナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。
【００４５】
ＰＤＭＳ等は、柔軟性を有し、弾性変形が可能である一方で、ガス透過性を有している。そのため、ＰＤＭＳ製の基板層では、ウェル内に導入したサンプル溶液を加熱すると、気化したサンプル溶液が基板層を透過してしまう場合がある。このようなサンプル溶液の気化による消失（液抜け）は、分析精度を低下させ、ウェル内への新たな気泡混入の原因ともなる。
【００４６】
これを防止するため、マイクロチップＣは、自己封止性を備える基板層ｃ２に、ガス不透過性を備える基板層ｃ１、ｃ３を貼り合わせて、３層構造とされていることを特徴とする。
【００４７】
基板層ｃ１、ｃ３のガス不透過性を備える材料としては、ガラスやプラスチック類、金属類、セラミック類などが採用できる。
プラスチック類としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート：アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ＳＡＮ樹脂（スチレン−アクリロニトリル共重合体）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−スチレン共重合体）、ＴＰＸ（ポリ（４−メチルペンテン−１））、ポリオレフィン、ＳｉＭＡ（シロキサニルメタクリレートモノマー）−ＭＭＡ共重合体、ＳｉＭＡ−フッ素含有モノマー共重合体、シリコーンマクロマー（Ａ）−ＨＦＢｕＭＡ（ヘプタフルオロブチルメタクリレート）−ＭＭＡ３元共重合体、ジ置換ポリアセチレン系ポリマー等が挙げられる。
金属類としては、アルミニウム、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、ケイ素、チタン、タングステン等が挙げられる。
セラミック類としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、石英等があげられる。
ウェル４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ｃ１〜ｃ３の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。
【００４８】
（３−２）マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入
マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入は、図８（Ａ）に示すように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。
【００４９】
基板層ｃ１には、外部からサンプル溶液を注入部１に穿刺注入するための穿刺孔１１が設けられている。ニードルＮは、穿刺孔１１に挿過され、基板層ｃ２の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ｃ２を貫通して穿刺される。
このとき、ニードルＮの先端を、図９に示すように平坦に加工しておくことで、注入部１内空に到達して基板層ｃ３表面に突き当たったニードルＮの先端の位置を安定化させることができる。ニードルＮの先端は、例えば、無痛針の先端の一部（図９中、符号ｔ参照）を切り落とすことによって平坦に加工することができる。
【００５０】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を終端部５に向かって送液され（図８中、矢印ｆ参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液が導入される。
このとき、マイクロチップＣでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部５まで送液される。これにより、マイクロチップＣでは、サンプル溶液をスムーズに短時間でウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００５１】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００５２】
サンプル溶液の導入後は、図８（Ｂ）に示すように、ニードルＮを引き抜き、基板層ｃ２の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ｃ２をＰＤＭＳ等の自己封止性を備える材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ｃ２の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。
【００５３】
基板層ｃ２の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ｃ２表面から注入部１内空表面までの厚さ（図８中、符号ｄ参照）は、基板層ｃ２の材質やニードルＮの径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップＣを加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。
【００５４】
以上の各実施形態においては、マイクロチップ５上に形成され、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる領域をウェル４として説明したが、この領域は流路などの任意形状とされたものであってよいものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るマイクロチップによれば、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度を得ることができる。そのため、本発明に係るマイクロチップは、マイクロチップ上の流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップ上のウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などに好適に用いられ得る。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ，Ｂ，Ｃ マイクロチップ
Ｎ ニードル
１ 注入部（注入領域）
２ 主流路
３ 分岐流路
４ ウェル
５ 終端部（終端領域）
５１ 真空タンク（終端領域）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ及びマイクロチップの製造方法に関する。より詳しくは、基板に配設された領域内に物質を導入し、化学的あるいは生物学的分析を行うためのマイクロチップ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うためのウェルや流路を設けたマイクロチップが開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサなどに利用され始めている。
【０００３】
このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（micro-Total-Analysis System）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。
【０００４】
μ−ＴＡＳは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ（使い捨て）が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。
【０００５】
μ−ＴＡＳの応用例として、マイクロチップ上に配設された複数の領域内に物質を導入し、該物質を光学的に検出する光学検出装置がある。このような光学検出装置としては、マイクロチップ上の流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップ上のウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などがある。
【０００６】
μ−ＴＡＳでは、試料が微量であるがゆえに、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。その結果、各ウェル等に導入される試料溶液の量にばらつきが生じて分析精度が低下したり、分析効率が低下したりするという問題があった。また、ＰＣＲのように試料の加熱を行った際に、ウェル等の内部に残存した気泡が膨脹し、反応を阻害したり、分析精度を低下させたりするという問題があった。
【０００７】
μ−ＴＡＳにおける試料溶液の導入を容易にするため、例えば、特許文献２には、「試料を導入する試料導入部と、前記試料を収容する複数の収容部と、夫々の前記収容部に接続された複数の排気部と、を少なくとも備え、少なくとも二以上の前記排気部は、一端が開放された一の開放路に連通された基板」が開示されている。この基板では、各収容部に排気部を接続することにより、試料導入部から収容部に試料溶液が導入される際に、収容部中に存在する空気が排気部から排出されるため、収容部にスムーズに試料溶液を充填することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２１９１９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２８４７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、従来のμ−ＴＡＳでは、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。そのため、分析精度や分析効率に問題が生じていた。
【００１０】
そこで、本発明は、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるマイクロチップを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題解決のため、本発明は、溶液が導入される領域が、内部を大気圧に対して負圧とされて配設されたマイクロチップを提供する。
このマイクロチップは、外部から前記溶液が穿刺注入される注入領域と、溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、内部容積がウェルよりも大きくされた終端領域と、一端において注入領域に、他端において終端領域に連通し、かつ、注入領域への連通部と終端領域への連通部との間において各ウェルに分岐して接続する一本の流路と、が設けられ、注入領域及びウェル、終端領域、流路の内部が大気圧に対して負圧とされたものとして構成することができる。
このマイクロチップにおいて、前記注入領域は、弾性変形による自己封止性を備える基板層を含んで構成されることが好ましく、さらに、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層の両面に、ガス不透過性を備える基板層が積層され、ガス不透過性を備える基板層に、外部から前記溶液を前記注入領域へ穿刺注入するための穿刺孔が設けられたものとされることが好ましい。
このマイクロチップにおいて、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層は、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される一の材料から、またガス不透過性を備える基板層は、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される一の材料から形成することができる。
併せて、本発明は、溶液が導入される領域が形成された基板層を、大気圧に対して負圧下で貼り合わせ、前記領域を気密に封止する手順を含むマイクロチップの製造方法をも提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるマイクロチップが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態に係るマイクロチップＡの上面模式図である。
【図２】マイクロチップＡの断面模式図（図１、Ｐ−Ｐ断面）である。
【図３】マイクロチップＡの断面模式図（図１、Ｑ−Ｑ断面）である。
【図４】マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入方法を説明するための図であり、図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する断面模式図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るマイクロチップＢの上面模式図である。
【図６】マイクロチップＢの断面模式図（図５、Ｑ−Ｑ断面）である。
【図７】本発明の第三実施形態に係るマイクロチップＣの断面模式図である。
【図８】マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入方法を説明する断面模式図である。
【図９】ニードルＮの先端の構成を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序により行う。
１．第一実施形態に係るマイクロチップＡ
（１−１）マイクロチップＡの構成と成形方法
（１−２）マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入
２．第二実施形態に係るマイクロチップＢ
（２−１）マイクロチップＢの構成
（２−２）マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入
３．第三実施形態に係るマイクロチップＣ
（３−１）マイクロチップＣの構成と成形方法
（３−２）マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入
【００１５】
１．第一実施形態に係るマイクロチップ
（１−１）マイクロチップＡの構成と成形方法
本発明の第一実施形態に係るマイクロチップの上面模式図を図１に、断面模式図を図２及び図３に示す。図２は図１中Ｐ−Ｐ断面、図３は図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する。
【００１６】
符号Ａで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２と、この主流路２から分岐する分岐流路３が配設されている。主流路２の他端は終端部（終端領域）５として構成されており、分岐流路３は、主流路２の注入部１への連通部と終端部５への連通部との間において主流路２から分岐し、各ウェル４に接続されている。
【００１７】
マイクロチップＡは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５を形成した基板層ａ１に基板層ａ２を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＡでは、基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
【００１８】
基板層ａ１，ａ２の材質は、ガラスや各種プラスチック（ポリプロピレン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリジメチルシロキサン）とすることができるが、基板層ａ１，ａ２の少なくとも一方は、弾性を有する材質とすることが好ましい。弾性を有する材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどが挙げられる。基板層ａ１，ａ２の少なくとも一方をこれらの弾性を有する材料により形成することで、マイクロチップＡに、次に説明する自己封止性を付与することができる。
【００１９】
ウェル４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ａ１，ａ２の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。
【００２０】
基板層ａ１への注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の成形は、例えば、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、あるいはプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。注入部１等は、基板層ａ２に成形されてもよく、あるいは基板層ａ１に一部を基板層ａ２に残りの部分を成形されてもよい。
基板層ａ１と基板層ａ２の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。
【００２１】
（１−２）マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入
次に、図４も参照して、マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図４は、マイクロチップＡの断面模式図であり、図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する。
【００２２】
マイクロチップＡへのサンプル溶液の導入は、図４（Ａ）に示すように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。ニードルＮは、基板層ａ１の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ａ１を貫通して穿刺される。
【００２３】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を終端部５に向かって送液され（図４中、矢印ｆ参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液が導入される（図１も参照）。
このとき、マイクロチップＡでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部５まで送液される。これにより、マイクロチップＡでは、サンプル溶液をスムーズに短時間でウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００２４】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００２５】
サンプル溶液の導入後は、図４（Ｂ）に示すように、ニードルＮを引き抜き、基板層ａ１の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ａ１をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ａ１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。本発明においては、この基板層の弾性変形によるニードル穿刺箇所の自然封止を、基板層の「自己封止性」と定義するものとする。
【００２６】
基板層ａ１の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ａ１表面から注入部１内空表面までの厚さ（図４中、符号ｄ参照）は、基板層ａ１の材質やニードルＮの径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップＡを加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。
【００２７】
基板層ａ１の弾性変形による自己封止を確実とするため、ニードルＮには、サンプル溶液の注入が可能であることを条件に、径の細いものを使用することが望ましい。具体的には、インスリン用注射針として用いられる、先端外径が０．２ｍｍ程度の無痛針が好適に使用される。サンプル溶液の注入を容易にするため、無痛針の基部には、汎用のマイクロピペット用チップの先端部を切断したものを接続してもよい。これにより、チップ先端部にサンプル溶液を充填し、無痛針を注入部１に穿刺すると、マイクロチップＡ内の陰圧によって、無痛針に接続されたチップ先端部内のサンプル溶液が注入部１内に吸引されるようにできる。
【００２８】
ニードルＮとして、先端外径０．２ｍｍの無痛針を用いる場合、ＰＤＭＳにより形成された基板層ａ１の厚みｄは０．５ｍｍ以上、加熱が行われる場合には０．７ｍｍ以上とされることが好適となる。
【００２９】
本実施形態では、マイクロチップに縦横３例で合計９つのウェル４を均等間隔で配設する場合を例に説明したが、ウェルの数や配設位置は任意とでき、ウェル４の形状も図に示す円柱形状に限定されない。また、注入部１に導入されたサンプル溶液を各ウェル４に送液するための主流路２及び分岐流路３の配設位置も図に示す態様に限定されないものとする。さらに、ここでは、基板層ａ１を弾性材料により形成し、ニードルＮを基板層ａ１の表面から穿刺する場合を説明した。しかし、ニードルＮは基板層ａ２の表面から穿刺してもよく、この場合には、基板層ａ２を弾性材料により形成し、自己封止性を付与すればよい。
【００３０】
２．第二実施形態に係るマイクロチップ
（２−１）マイクロチップＢの構成
本発明の第二実施形態に係るマイクロチップの上面模式図を図５に、断面模式図を図６に示す。図６は、図５中Ｑ−Ｑ断面に対応する。なお、図５中Ｐ−Ｐ断面は、第一実施形態に係るマイクロチップＡと同様（図２参照）であるので、ここでは図示を省略する。
【００３１】
符号Ｂで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２と、この主流路２から分岐する分岐流路３が配設されている。主流路２の他端は真空タンク（終端領域）５１として構成されており、分岐流路３は、主流路２の注入部１への連通部と真空タンク５１への連通部との間において主流路２から分岐し、各ウェル４に接続されている。
【００３２】
マイクロチップＢとマイクロチップＡは、主流路２の一端に連通する終端領域が、それぞれ真空タンク５１と終端部５として構成される点で異なる。マイクロチップＢの真空タンク５１は、その内部容積がウェル４に比して大きくされていることが特徴である。これに対して、マイクロチップＡの終端部５の内部容積については、特に限定されず、任意であってよい。
【００３３】
マイクロチップＢは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１を形成した基板層ｂ１に基板層ｂ２を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＢでは、基板層ｂ１と基板層ｂ２の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ｂ１と基板層ｂ２の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
この際、真空タンク５１には、内部容積の大きさのために、ウェル４や主流路２、分岐流路３などに比して、大きな負圧あるいは真空が蓄えられる。
なお、基板層ｂ１，ｂ２の材質及び基板層への注入部１等の成形は、マイクロチップＡと同様とできる。
【００３４】
（２−２）マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入
次に、図４も参照して、マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図４は、マイクロチップＡの図１中Ｑ−Ｑ断面に対応する断面模式図であるが、同断面模式図はマイクロチップＢにも共通である。
【００３５】
マイクロチップＢへのサンプル溶液の導入は、図４（Ａ）に示したように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。ニードルＮは、基板層ｂ１の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ｂ１を貫通して穿刺される。
【００３６】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を真空タンク５１に向かって送液され、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液導入される。
このとき、マイクロチップＢでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして送液される。
さらに、マイクロチップＢでは、主流路２の終端領域に、ウェル４に比して大きな内部容積を有し、大きな負圧あるいは真空が蓄えられた真空タンク５１が設けられているために、サンプル溶液を大きな陰圧によって吸引して送液できる（図６中、矢印ｆ参照）。
これにより、マイクロチップＢでは、マイクロチップＡに比して、さらに短時間でスムーズにサンプル溶液をウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００３７】
また、図５に示すように、主流路２の真空タンク５１への連通部を放射状に分岐させることで、真空タンク５１内の負圧あるいは真空をサンプル溶液に効果的に負荷することができる。
【００３８】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び真空タンク５１の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００３９】
サンプル溶液の導入後は、図４（Ｂ）に示したように、ニードルＮを引き抜き、基板層ｂ１の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ｂ１をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ｂ１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。
【００４０】
本実施形態では、マイクロチップに縦横３例で合計９つのウェル４を均等間隔で配設する場合を例に説明したが、ウェルの数や配設位置は任意とでき、ウェル４の形状も図に示す円柱形状に限定されない。また、注入部１に導入されたサンプル溶液を各ウェル４に送液するための主流路２及び分岐流路３の配設位置も図に示す態様に限定されないものとする。さらに、ここでは、基板層ｂ１を弾性材料により形成し、ニードルＮを基板層ｂ１の表面から注入部１に穿刺する場合を説明した。しかし、ニードルＮは基板層ｂ２の表面から穿刺してもよく、この場合には、基板層ｂ２を弾性材料により形成し、自己封止性を付与すればよい。
【００４１】
３．第三実施形態に係るマイクロチップ
（３−１）マイクロチップＣの構成と成形方法
本発明の第三実施形態に係るマイクロチップの断面模式図を図７及び図８に示す。
【００４２】
符号Ｃで示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部（注入領域）１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル４と、一端において注入部１に連通する主流路２が配設されている。また、ここでは図示を省略するが、マイクロチップＣには、マイクロチップＡと同様の構成とされた分岐流路３、終端部（終端領域）５が設けられている。
【００４３】
マイクロチップＣは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５を形成した基板層ｃ２に基板層ｃ１、ｃ３を貼り合わせて構成されている。マイクロチップＣでは、注入部１等が形成された基板層ｃ２と基板層ｃ３の貼り合わせを大気圧に対して負圧下で行うことにより、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧（例えば１／１００気圧）となるように気密に封止されている。さらに、基板層ｃ２と基板層ｃ３の貼り合わせは真空下で行い、注入部１等の内部が真空となるように気密に封止することがより好ましい。
基板層ｃ１〜ｃ３の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。
【００４４】
基板層ｃ２の材質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどの弾性を有し、自己封止性を備える材質とされる。基板層ｃ２への注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の成形は、例えば、ナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。
【００４５】
ＰＤＭＳ等は、柔軟性を有し、弾性変形が可能である一方で、ガス透過性を有している。そのため、ＰＤＭＳ製の基板層では、ウェル内に導入したサンプル溶液を加熱すると、気化したサンプル溶液が基板層を透過してしまう場合がある。このようなサンプル溶液の気化による消失（液抜け）は、分析精度を低下させ、ウェル内への新たな気泡混入の原因ともなる。
【００４６】
これを防止するため、マイクロチップＣは、自己封止性を備える基板層ｃ２に、ガス不透過性を備える基板層ｃ１、ｃ３を貼り合わせて、３層構造とされていることを特徴とする。
【００４７】
基板層ｃ１、ｃ３のガス不透過性を備える材料としては、ガラスやプラスチック類、金属類、セラミック類などが採用できる。
プラスチック類としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート：アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ＳＡＮ樹脂（スチレン−アクリロニトリル共重合体）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−スチレン共重合体）、ＴＰＸ（ポリ（４−メチルペンテン−１））、ポリオレフィン、ＳｉＭＡ（シロキサニルメタクリレートモノマー）−ＭＭＡ共重合体、ＳｉＭＡ−フッ素含有モノマー共重合体、シリコーンマクロマー（Ａ）−ＨＦＢｕＭＡ（ヘプタフルオロブチルメタクリレート）−ＭＭＡ３元共重合体、ジ置換ポリアセチレン系ポリマー等が挙げられる。
金属類としては、アルミニウム、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、ケイ素、チタン、タングステン等が挙げられる。
セラミック類としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ２）、石英等があげられる。
ウェル４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ｃ１〜ｃ３の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。
【００４８】
（３−２）マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入
マイクロチップＣへのサンプル溶液の導入は、図８（Ａ）に示すように、ニードルＮを用いてサンプル溶液を注入部１に穿刺注入することによって行う。図中、矢印Ｆ１は、ニードルＮの穿刺方向を示す。
【００４９】
基板層ｃ１には、外部からサンプル溶液を注入部１に穿刺注入するための穿刺孔１１が設けられている。ニードルＮは、穿刺孔１１に挿過され、基板層ｃ２の表面から、先端部が注入部１内空に到達するように、基板層ｃ２を貫通して穿刺される。
このとき、ニードルＮの先端を、図９に示すように平坦に加工しておくことで、注入部１内空に到達して基板層ｃ３表面に突き当たったニードルＮの先端の位置を安定化させることができる。ニードルＮの先端は、例えば、無痛針の先端の一部（図９中、符号ｔ参照）を切り落とすことによって平坦に加工することができる。
【００５０】
外部から注入部１に導入されたサンプル溶液は、主流路２を終端部５に向かって送液され（図８中、矢印ｆ参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３及びウェル４から順に内部にサンプル溶液が導入される。
このとき、マイクロチップＣでは、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部が、大気圧に対して負圧とされていることにより、注入部１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部５まで送液される。これにより、マイクロチップＣでは、サンプル溶液をスムーズに短時間でウェル４等の内部に導入することが可能である。
【００５１】
さらに、注入部１、主流路２、分岐流路３、ウェル４及び終端部５の内部を真空としておくことにより、ウェル４等の内部に空気が存在しないため、空気によってサンプル溶液の導入が阻害されたり、ウェル４等の内部に気泡が発生したりすることがない。
【００５２】
サンプル溶液の導入後は、図８（Ｂ）に示すように、ニードルＮを引き抜き、基板層ｃ２の穿刺箇所を封止する。
このとき、基板層ｃ２をＰＤＭＳ等の自己封止性を備える材料により形成しておくことにより、ニードルＮの抜去後に、基板層ｃ２の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。
【００５３】
基板層ｃ２の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ｃ２表面から注入部１内空表面までの厚さ（図８中、符号ｄ参照）は、基板層ｃ２の材質やニードルＮの径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップＣを加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。
【００５４】
以上の各実施形態においては、マイクロチップ５上に形成され、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる領域をウェル４として説明したが、この領域は流路などの任意形状とされたものであってよいものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明に係るマイクロチップによれば、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度を得ることができる。そのため、本発明に係るマイクロチップは、マイクロチップ上の流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップ上のウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などに好適に用いられ得る。
【符号の説明】
【００５６】
Ａ，Ｂ，Ｃ マイクロチップ
Ｎ ニードル
１ 注入部（注入領域）
２ 主流路
３ 分岐流路
４ ウェル
５ 終端部（終端領域）
５１ 真空タンク（終端領域）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層されたガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを含んで構成された基板からなり、
前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とが配設されているとともに、
前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路が、内部を大気圧に対して負圧とされた、マイクロチップ。
【請求項２】
前記第一の基板層が、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される一の材料とされた請求項１記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記第二及び第三の基板層が、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される一の材料とされた請求項１又は２記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記第一の基板層が、ポリジメチルシロキサンからなり、
前記第二及び第三の基板層が、プラスチック類からなる請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記複数のウェルが、均等間隔で配置されている、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記流路は、主流路と、該主流路と各ウェルとを結ぶ分岐流路と、からなる、請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項７】
前記分岐流路は、前記主流路の溶液の流れる方向に対して斜めに配置されている、請求項６記載のマイクロチップ。
【請求項８】
弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層される、ガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを用い、
前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とを配設するとともに、
前記第一の基板層の両面に、前記第二及び第三の基板層を大気圧に対して負圧下で貼り合わせて、前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路を気密に封止する手順を含むマイクロチップの製造方法。
【請求項１】
弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層されたガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを含んで構成された基板からなり、
前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とが配設されているとともに、
前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路が、内部を大気圧に対して負圧とされた、マイクロチップ。
【請求項２】
前記第一の基板層が、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される一の材料とされた請求項１記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記第二及び第三の基板層が、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される一の材料とされた請求項１又は２記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記第一の基板層が、ポリジメチルシロキサンからなり、
前記第二及び第三の基板層が、プラスチック類からなる請求項１〜３のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記複数のウェルが、均等間隔で配置されている、請求項１〜４のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記流路は、主流路と、該主流路と各ウェルとを結ぶ分岐流路と、からなる、請求項１〜５のいずれか１項記載のマイクロチップ。
【請求項７】
前記分岐流路は、前記主流路の溶液の流れる方向に対して斜めに配置されている、請求項６記載のマイクロチップ。
【請求項８】
弾性変形による自己封止性を備える第一の基板層と、該第一の基板層の両面に積層される、ガス不透過性を備える第二及び第三の基板層とを用い、
前記第一の基板層と前記第二の基板層との間に、外部から溶液が注入される注入領域と、前記溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェルと、一端において前記注入領域に連通し、かつ、各ウェルに分岐して接続する流路とを配設するとともに、
前記第一の基板層の両面に、前記第二及び第三の基板層を大気圧に対して負圧下で貼り合わせて、前記注入領域、前記複数のウェル及び前記流路を気密に封止する手順を含むマイクロチップの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０１１５４（Ｐ２０１３−１０１１５４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３６１１１（Ｐ２０１３−３６１１１）
【出願日】平成２５年２月２６日（２０１３．２．２６）
【分割の表示】特願２０１０−２８２４１（Ｐ２０１０−２８２４１）の分割
【原出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月２６日（２０１３．２．２６）
【分割の表示】特願２０１０−２８２４１（Ｐ２０１０−２８２４１）の分割
【原出願日】平成２２年２月１０日（２０１０．２．１０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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