マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法
【課題】複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合し、さらに下流に送液することのできるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を提供すること。
【解決手段】液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【解決手段】液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化した分析用チップ（以下、マイクロ検査チップと言う）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に、遺伝子検査に見られるように煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化に優れたマイクロ検査チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とするので、その恩恵は多大と言える。
【０００４】
上記のようなマイクロ検査チップでは、検査に用いられる検体や試薬等の複数の液体を、必要に応じて正確に送液して混合することが重要である。検体や試薬等の複数の液体を精度良く送液して混合できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。そして、検体や試薬等の複数の液体を混合するためには、複数の液体間の空気や不活性ガス等の気体を除去する必要がある。
【０００５】
そこで、従来からよく用いられている方法としては、Ｙ字流路で合流のタイミングを合わせて気体を除去する方法がある。この場合、複数の液体の貯留部を並列に配置する必要があり、マイクロ検査チップが大きくなる方向である。また、送液用のポンプが沢山必要になる。さらに、Ｙ字流路での混合の場合、合流後の流路内での送液は層流が主であるために、混合のための流路が長く必要であり、これもマイクロ検査チップが大きくなる方向である。
【０００６】
これに対し、複数の液体の貯留部を直列に配置した場合、送液用のポンプは１つで済むが、液体間の気体を除去することが難しい。
【０００７】
そこで、特許文献２の図４には、２つの導管の間に細管を複数設け、細管の流路抵抗差により液体の侵入を防止することで、細管を通して複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合する方法が開示されている。この方法によれば、複数の液体の塊に間の気体を除去して混合することが可能である。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２で提案された方法では、混合した液体をさらに下流に送液するためには、構成上、送液方向を切り替えるためのバルブが必須であり、マイクロ検査チップの構成が複雑となり、高価なものとなる。また送液制御も複雑となり、検査システム自体の複雑化、高価格化を招く要因となる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路の構成の工夫のみで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合し、さらに下流に送液することのできるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【００１２】
２．前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする前記１に記載のマイクロ検査チップ。
【００１３】
３．前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする前記１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１４】
４．前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする前記３に記載のマイクロ検査チップ。
【００１５】
５．前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた１本または複数本の溝であることを特徴とする前記１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１６】
６．前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする前記３乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１７】
７．前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする前記１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１８】
８．前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする前記１乃至７の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１９】
９．前記貯留部には、間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第１の液体から第（ｎ−１）の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第１の液体から第ｎの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする前記１乃至８の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２０】
１０．前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２１】
１１．前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２２】
１２．前記９に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２５】
まず、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。
【００２６】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、マイクロポンプユニット２１０、加熱冷却ユニット２３０、検出部２５０および駆動制御部２７０等で構成される。
【００２７】
マイクロ検査チップ１００は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、その上に、微細加工技術により、幅および高さが数μｍ〜数百μｍのレベルの微細な流路を形成したものである。マイクロ検査チップ１００のサイズおよび形状は、通常、縦横が数十ｍｍ、厚さが数ｍｍ程度の板状である。
【００２８】
ここでは、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板１０１と、流路基板１０１の流路が形成された面に接着され、流路基板１０１の溝状の流路の蓋として機能する天板１０３とで構成されているとする。また、天板１０３には、マイクロポンプユニット２１０とマイクロ検査チップ１００との連通口等が設けられる。
【００２９】
マイクロポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内の送液を行うためのポンプユニットで、マイクロポンプ２１１、チップ接続部２１３、駆動液タンク２１５および駆動液供給部２１７等で構成される。マイクロポンプユニット２１０は、１つあるいは複数のマイクロポンプ２１１を備えている。マイクロポンプ２１１は、マイクロ検査チップ１００内に駆動液２１６を注入あるいは吸引することで、マイクロ検査チップ１００内の送液を行う。チップ接続部２１３は、マイクロポンプ２１１とマイクロ検査チップ１００とを接続する。
【００３０】
駆動液供給部２１７は、駆動液タンク２１５からマイクロポンプ２１１に駆動液２１６を供給する。駆動液タンク２１５は、駆動液２１６の補充のために駆動液供給部２１７から取り外して交換可能である。マイクロポンプ２１１上には１個または複数個のポンプが形成されており、複数個の場合は、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。
【００３１】
マイクロ検査チップ１００とマイクロポンプ２１１とはチップ接続部２１３で接続されて連通される。マイクロポンプ２１１が駆動されてマイクロポンプ２１１からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に注入あるいは吸引される駆動液２１６によって、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。あるいは駆動液２１６に押された空気等の気体によって、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。
【００３２】
加熱冷却ユニット２３０は、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応の促進および抑制のために、検体、試薬およびその混合液等の加熱および冷却を行う。冷却部２３１はペルチエ素子等で構成される。加熱部２３３は、ヒータ等で構成される。もちろん、加熱部２３３もペルチエ素子で構成してもよい。
【００３３】
検出部２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ等の光源２５１と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子２５３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を、マイクロ検査チップ１００上の検出領域２５５の位置で光学的に検出する。ここでは、光源２５１と受光素子２５３とがマイクロ検査チップ１００を挟んで対向する透過光型の検出部を例示しているが、これに限るものではなく、光源２５１と受光素子２５３とが並置された反射光型であってもよい。
【００３４】
駆動制御部２７０は、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等で構成され、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
【００３５】
ここでは、マイクロ検査チップ１００内の送液用のポンプとして、駆動液２１６を注入あるいは吸引するマイクロポンプ２１１を用いる例を示したが、必要に応じて、空気等の気体を注入あるいは吸引する空気ポンプ等の他の方式のポンプに置き換えてもよい。
【００３６】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を、図２を用いて説明する。図２は、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を示す模式図である。上述したように、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板１０１と、流路基板１０１の流路が形成された面に接着され、流路基板１０１の溝状の流路の蓋として機能する天板１０３とで構成されているとする。
【００３７】
図２（ａ）は、マイクロ検査チップ１００の流路９００の構成の１例を示す模式図で、流路９００を天板１０３の側、即ち図２（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。流路９００は、試薬収容部９０１、検体収容部９０３、混合反応部９０５、ポンプ連通口９０７、排気口９０９および上述した各部を接続する微細流路等で構成される。
【００３８】
試薬収容部９０１には、試薬注入口９０１ａが設けられ、試薬注入後、試薬注入口９０１ａは封止部材９０１ｂで封止される。同様に、検体収容部９０３には、検体注入口９０３ａが設けられ、検体注入後、検体注入口９０３ａは封止部材９０３ｂで封止される。
【００３９】
試薬収容部９０１に収容された試薬、および検体収容部９０３に収容された検体は、図示しないマイクロポンプによってポンプ連通口９０７から注入される駆動液に押されて、順次混合反応部９０５に送液されて混合される。試薬と検体とが混合された混合液は反応し、反応によって得られる標的物質が混合反応部９０５で検出される。ここに、混合反応部９０５は、本発明における貯留部、混合部および反応検出部として機能する。
【００４０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。流路基板１０１には、幅が狭く深さの浅い微細流路と、幅が広く深さが深い試薬収容部９０１、検体収容部９０３および混合反応部９０５等の各流路とを形成する溝が形成され、天板１０３で蓋がされて各流路が形成されている。天板１０３にはポンプ連通口９０７が設けられ、チップ接続部２１３を介して図示しないマイクロポンプと接続される。
【００４１】
同様に、天板１０３には排気口９０９が設けられ、試薬および検体の送液時に、流路内の空気が排気口９０９から外部に排気される。さらに、天板１０３を介して混合反応部９０５に対向した位置に、検出部２５０が設けられる。図１では、検出部２５０は透過光型の例を示したが、ここでは、光源２５１と受光素子２５３とが天板１０３側に並置された反射光型を例示してある。
【００４２】
また、天板１０３には試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａが設けられており、試薬および検体注入後は、試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａは封止部材９０１ｂおよび封止部材９０３ｂで封止される。
【００４３】
本発明は、主として、上述した混合反応部９０５等の検体や試薬等の複数の液体を混合、反応させ、あるいは反応結果を検出するための流路である貯留部に用いられる。
【００４４】
（第１の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第１の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、マイクロ検査チップ１００の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図３（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。また、図３（ｃ）は貯留部１１１の他の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。
【００４５】
図３（ａ）および（ｂ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、四角柱状の突起１１２ｒが全面に配列されている。ここに、四角柱状の突起１１２ｒは、本発明における凹凸構造として機能する。
【００４６】
図３（ｃ）においては、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上述した四角柱状の突起１１２ｒに代えて、円柱状の突起１１２ｃが全面に配列されている。ここに、円柱状の突起１１２ｃも、本発明における凹凸構造として機能する。なお、図３（ｃ）のＣ−Ｃ’断面は図３（ｂ）と同じである。
【００４７】
上述した四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃ（以下、区別せずに、突起１１２と呼ぶ）の断面積、長さ、突起間の間隔等は、貯留部１１１に流入した液体が、その表面張力により、突起１１２の配列の間には侵入することができず、気体のみが突起１１２の配列の間に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
【００４８】
表面張力の効果をより大きくするために、突起１１２の先端は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、突起１１２自体および突起部１１２の根本の貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面は、撥水性を有していることが望ましい。
【００４９】
撥水性を持たせるには、例えば流路基板１０１をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板１０１に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは上述した撥水性が必要な部分をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
【００５０】
突起１１２を、貯留部１１１の天板１０３側の内壁面に配列することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、突起１１２の撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が突起１１２の配列の間に侵入することも考えられる。流路基板１０１側に配列すれば、成型によって突起１１２の配列を形成できるので、安定した撥水性が得られる。
【００５１】
続いて、第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図２の検体と試薬（試薬Ａとする）に加えて、他の試薬（試薬Ｂとする）を含めた３液体を混合して下流へと送液する例について説明する。
【００５２】
図４（ａ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通しており、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、突起１１２が全面に配列されている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第１の液体１５１（例えば検体）が、上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。ここで、貯留部１１１の容積は、送液されてくる第１の液体１５１の体積に比べて充分に大きく設定されている。
【００５３】
図４（ｂ）において、第１の液体１５１の全量が貯留部１１１に流入すると、第１の液体１５１は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の液体１５１は突起１１２の配列の間には侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第２の液体１５５（例えば試薬Ａ）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。第１の液体１５１と第２の液体１５５との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体１５３が存在するが、気体１５３は突起１１２の配列の間に侵入できるため、第２の液体１５５の送液によって、気体１５３は、図示した矢印のように突起１１２の配列の間を通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００５４】
図４（ｃ）において、第２の液体１５５の送液によって第１の液体１５１と第２の液体１５５との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の液体１５１と第２の液体１５５とが合流し、混合されて第１の混合液１５６となる。ここで、貯留部１１１の容積は、第１の混合液１５６の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第１の混合液１５６は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の混合液１５６は突起１１２の配列の間には侵入できない。
【００５５】
続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第３の第３の液体１５７（例えば試薬Ｂ）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。第３の液体１５７の送液によって、第１の混合液１５６と第３の液体１５７との間の気体１５３も突起１１２の配列の間を通り抜け、第１の混合液１５６を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００５６】
図４（ｄ）において、第１の混合液１５６と第３の液体１５７との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の混合液１５６と第３の液体１５７とが合流し、混合されて第２の混合液１５８となる。ここまでが本発明における混合工程である。
【００５７】
図４（ｅ）において、貯留部１１１の容積は、第２の混合液１５８の体積よりも少し小さく設定されている。第１の混合液１５６と第３の液体１５７とが混合された第２の混合液１５８の体積が貯留部１１１の容積を越えると、第２の混合液１５８と駆動液２１６との間の気体１５３が突起１１２の配列の間を通り抜けることができなくなる。よって、第２の混合液１５８は、上流流路１１３内の気体１５３を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、下流流路１１５へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
【００５８】
なお、第１の実施の形態では、突起１１２を四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃとしたが、これに限るものではなく、例えば三角柱や六角柱等の多角形の断面を持つ柱状の突起であってもよい。
【００５９】
上述したように、第１の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面の全面に、撥水性を有する四角柱状または円柱状の突起を配列することで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、マイクロ検査チップ１００の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図５（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’断面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。
【００６１】
図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３と上流側連通部１１１ａで連通し、下流流路１１５と下流側連通部１１１ｂで連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上流側連通部１１１ａと下流側連通部１１１ｂとを結ぶようにして１本の溝１１２ｓが設けられている。ここに、溝１１２ｓは、本発明における凹凸構造として機能する。
【００６２】
上述した溝１１２ｓの幅、深さ等は、貯留部１１１に流入した液体が、その表面張力により、溝１１２ｓの内部には侵入することができず、気体のみが溝１１２ｓの内部に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
【００６３】
表面張力の効果をより大きくするために、溝１１２ｓの貯留部１１１への開口部は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、溝１１２ｓの内部は、撥水性を有していることが望ましい。
【００６４】
撥水性を持たせるには、例えば流路基板１０１をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板１０１に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは溝１１２ｓの内部をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
【００６５】
溝１１２ｓを、貯留部１１１の天板１０３側の内壁面に形成することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、溝１１２ｓの撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が溝１１２ｓの内部に侵入することも考えられる。流路基板１０１側に形成すれば、成型によって溝１１２ｓを形成できるので、安定した撥水性が得られる。
【００６６】
続いて、第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図２の検体と試薬を混合して下流へと送液する例について説明する。
【００６７】
図６（ａ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３と上流側連通部１１１ａで連通し、下流流路１１５と下流側連通部１１１ｂで連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上流側連通部１１１ａと下流側連通部１１１ｂとを結ぶようにして１本の溝１１２ｓが設けられている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第１の液体１５１（例えば検体）が、上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。
【００６８】
ここで、貯留部１１１の容積は、送液されてくる第１の液体１５１の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第１の液体１５１の全量が貯留部１１１に流入すると、第１の液体１５１は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の液体１５１は溝１１２ｓには侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第２の液体１５５（例えば試薬）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。
【００６９】
第１の液体１５１と第２の液体１５５との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体１５３が存在するが、気体１５３は溝１１２ｓに侵入できるため、第２の液体１５５の送液によって、気体１５３は、図示した矢印のように溝１１２ｓを通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００７０】
図６（ｂ）において、第２の液体１５５の送液によって第１の液体１５１と第２の液体１５５との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の液体１５１と第２の液体１５５とが合流し、混合されて混合液１５６となる。ここまでが本発明における混合工程である。
【００７１】
図６（ｃ）において、貯留部１１１の容積は、混合液１５６の体積よりも少し小さく設定されている。第１の液体１５１と第２の液体１５５とが混合された混合液１５６の体積が貯留部１１１の容積を越えると、混合液１５６と駆動液２１６との間の気体１５３が溝１１２ｓを通り抜けることができなくなる。よって、混合液１５６は、上流流路１１３内の気体１５３を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、下流流路１１５へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
【００７２】
なお、第２の実施の形態では、溝１１２ｓは１本としたが、これに限るものではなく、２本あるいはそれ以上の複数本の溝であってもよい。
【００７３】
上述したように、第２の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面に、撥水性を有し、上流側流路と下流側流路とを結ぶようにして溝を設けることで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００７４】
ここで、本発明における液体が侵入できず、気体のみが侵入できる突起１１２の配列あるいは溝１１２ｓの大きさについて説明する。例として、溝１１２ｓについて考えると、例えば図６（ａ）のように貯留部１１１に液体１５１が送液された場合、溝１１２ｓの幅をｄ、液体１５１の圧力をＰ、液体１５１の表面張力をγとすると、これらの関係は、
Ｐ＝２×γ／ｄ
で与えられる。
【００７５】
一例として、液体１５１の送液により１ｋＰａの圧力が貯留部１１１の壁面に加えられているとして、液体１５１を水とすると、常温での水の表面張力は７３×１０−３Ｎ／ｍであるので、上式から、ｄ＝１４６μｍとなる。つまり、溝１１２ｓの幅が１４６μｍ以下であれば、常温では液体１５１（この場合は水）は溝１１２ｓ内には侵入できない、ということになる。表面張力は一般的には温度が上がると小さくなるので、実際には、実使用温度範囲を考慮して溝１１２ｓの幅を決定する必要がある。さらに、液体の種類、溝１１２ｓの撥水条件等も考慮される必要がある。
【００７６】
溝の深さについては、表面張力との関連では特に制限はないが、マイクロ検査チップを成形で作成する場合には、成形性の観点から幅ｄの数倍以下が好ましい。
【００７７】
以上から、溝１１２ｓの幅ｄは、１０μｍ乃至２００μｍ、深さは幅ｄの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、幅ｄ＝５０μｍ、深さ＝１００μｍである。
【００７８】
突起１１２の配列の場合もほぼ同様の考え方が適用できると考えられ、突起１１２の間隔は、１０μｍ乃至２００μｍが好ましく、１０μｍ乃至５０μｍがより好ましい。突起１１２の太さと高さについては特に制限はないが、溝１１２ｓと同様に成形性の観点から太さ（四角柱の場合は、一辺の長さ、円柱の場合は直径）は１０μｍ乃至１ｍｍ、高さは太さの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、太さ＝１００μｍ、高さ＝２００μｍ、間隔＝５０μｍである。
【００７９】
以上に述べたように、本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００８０】
なお、本発明に係るマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を示す模式図である。
【図３】マイクロ検査チップの第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図４】第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。
【図５】マイクロ検査チップの第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図６】第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 検査装置
１００ マイクロ検査チップ
１０１ 流路基板
１０３ 天板
１１１ 貯留部
１１１ａ 上流側連通部
１１１ｂ 下流側連通部
１１２ 突起
１１２ｃ 円柱状の突起
１１２ｒ 四角柱状の突起
１１２ｓ 溝
１１３ 上流流路
１１５ 下流流路
１５１ 第１の液体
１５３ 気体
１５５ 第２の液体
１５６ 第１の混合液
１５７ 第３の液体
１５８ 第２の混合液
２１０ マイクロポンプユニット
２１１ マイクロポンプ
２１３ チップ接続部
２１５ 駆動液タンク
２１６ 駆動液
２１７ 駆動液供給部
２３０ 加熱冷却ユニット
２３１ 冷却部
２３３ 加熱部
２５０ 検出部
２５１ 光源
２５３ 受光素子
２５５ 検出領域
２７０ 駆動制御部
９００ 流路
９０１ 試薬収容部
９０１ａ 試薬注入口
９０１ｂ 封止部材
９０３ 検体収容部
９０３ａ 検体注入口
９０３ｂ 封止部材
９０５ 混合反応部
９０７ ポンプ連通口
９０９ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化した分析用チップ（以下、マイクロ検査チップと言う）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に、遺伝子検査に見られるように煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化に優れたマイクロ検査チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とするので、その恩恵は多大と言える。
【０００４】
上記のようなマイクロ検査チップでは、検査に用いられる検体や試薬等の複数の液体を、必要に応じて正確に送液して混合することが重要である。検体や試薬等の複数の液体を精度良く送液して混合できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。そして、検体や試薬等の複数の液体を混合するためには、複数の液体間の空気や不活性ガス等の気体を除去する必要がある。
【０００５】
そこで、従来からよく用いられている方法としては、Ｙ字流路で合流のタイミングを合わせて気体を除去する方法がある。この場合、複数の液体の貯留部を並列に配置する必要があり、マイクロ検査チップが大きくなる方向である。また、送液用のポンプが沢山必要になる。さらに、Ｙ字流路での混合の場合、合流後の流路内での送液は層流が主であるために、混合のための流路が長く必要であり、これもマイクロ検査チップが大きくなる方向である。
【０００６】
これに対し、複数の液体の貯留部を直列に配置した場合、送液用のポンプは１つで済むが、液体間の気体を除去することが難しい。
【０００７】
そこで、特許文献２の図４には、２つの導管の間に細管を複数設け、細管の流路抵抗差により液体の侵入を防止することで、細管を通して複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合する方法が開示されている。この方法によれば、複数の液体の塊に間の気体を除去して混合することが可能である。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２で提案された方法では、混合した液体をさらに下流に送液するためには、構成上、送液方向を切り替えるためのバルブが必須であり、マイクロ検査チップの構成が複雑となり、高価なものとなる。また送液制御も複雑となり、検査システム自体の複雑化、高価格化を招く要因となる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路の構成の工夫のみで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合し、さらに下流に送液することのできるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【００１２】
２．前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする前記１に記載のマイクロ検査チップ。
【００１３】
３．前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする前記１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１４】
４．前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする前記３に記載のマイクロ検査チップ。
【００１５】
５．前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた１本または複数本の溝であることを特徴とする前記１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１６】
６．前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする前記３乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１７】
７．前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする前記１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１８】
８．前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする前記１乃至７の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１９】
９．前記貯留部には、間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第１の液体から第（ｎ−１）の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第１の液体から第ｎの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする前記１乃至８の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２０】
１０．前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２１】
１１．前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする前記１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２２】
１２．前記９に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００２５】
まず、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。
【００２６】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、マイクロポンプユニット２１０、加熱冷却ユニット２３０、検出部２５０および駆動制御部２７０等で構成される。
【００２７】
マイクロ検査チップ１００は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、その上に、微細加工技術により、幅および高さが数μｍ〜数百μｍのレベルの微細な流路を形成したものである。マイクロ検査チップ１００のサイズおよび形状は、通常、縦横が数十ｍｍ、厚さが数ｍｍ程度の板状である。
【００２８】
ここでは、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板１０１と、流路基板１０１の流路が形成された面に接着され、流路基板１０１の溝状の流路の蓋として機能する天板１０３とで構成されているとする。また、天板１０３には、マイクロポンプユニット２１０とマイクロ検査チップ１００との連通口等が設けられる。
【００２９】
マイクロポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内の送液を行うためのポンプユニットで、マイクロポンプ２１１、チップ接続部２１３、駆動液タンク２１５および駆動液供給部２１７等で構成される。マイクロポンプユニット２１０は、１つあるいは複数のマイクロポンプ２１１を備えている。マイクロポンプ２１１は、マイクロ検査チップ１００内に駆動液２１６を注入あるいは吸引することで、マイクロ検査チップ１００内の送液を行う。チップ接続部２１３は、マイクロポンプ２１１とマイクロ検査チップ１００とを接続する。
【００３０】
駆動液供給部２１７は、駆動液タンク２１５からマイクロポンプ２１１に駆動液２１６を供給する。駆動液タンク２１５は、駆動液２１６の補充のために駆動液供給部２１７から取り外して交換可能である。マイクロポンプ２１１上には１個または複数個のポンプが形成されており、複数個の場合は、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。
【００３１】
マイクロ検査チップ１００とマイクロポンプ２１１とはチップ接続部２１３で接続されて連通される。マイクロポンプ２１１が駆動されてマイクロポンプ２１１からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に注入あるいは吸引される駆動液２１６によって、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。あるいは駆動液２１６に押された空気等の気体によって、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。
【００３２】
加熱冷却ユニット２３０は、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応の促進および抑制のために、検体、試薬およびその混合液等の加熱および冷却を行う。冷却部２３１はペルチエ素子等で構成される。加熱部２３３は、ヒータ等で構成される。もちろん、加熱部２３３もペルチエ素子で構成してもよい。
【００３３】
検出部２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ等の光源２５１と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子２５３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を、マイクロ検査チップ１００上の検出領域２５５の位置で光学的に検出する。ここでは、光源２５１と受光素子２５３とがマイクロ検査チップ１００を挟んで対向する透過光型の検出部を例示しているが、これに限るものではなく、光源２５１と受光素子２５３とが並置された反射光型であってもよい。
【００３４】
駆動制御部２７０は、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等で構成され、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
【００３５】
ここでは、マイクロ検査チップ１００内の送液用のポンプとして、駆動液２１６を注入あるいは吸引するマイクロポンプ２１１を用いる例を示したが、必要に応じて、空気等の気体を注入あるいは吸引する空気ポンプ等の他の方式のポンプに置き換えてもよい。
【００３６】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を、図２を用いて説明する。図２は、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を示す模式図である。上述したように、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板１０１と、流路基板１０１の流路が形成された面に接着され、流路基板１０１の溝状の流路の蓋として機能する天板１０３とで構成されているとする。
【００３７】
図２（ａ）は、マイクロ検査チップ１００の流路９００の構成の１例を示す模式図で、流路９００を天板１０３の側、即ち図２（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。流路９００は、試薬収容部９０１、検体収容部９０３、混合反応部９０５、ポンプ連通口９０７、排気口９０９および上述した各部を接続する微細流路等で構成される。
【００３８】
試薬収容部９０１には、試薬注入口９０１ａが設けられ、試薬注入後、試薬注入口９０１ａは封止部材９０１ｂで封止される。同様に、検体収容部９０３には、検体注入口９０３ａが設けられ、検体注入後、検体注入口９０３ａは封止部材９０３ｂで封止される。
【００３９】
試薬収容部９０１に収容された試薬、および検体収容部９０３に収容された検体は、図示しないマイクロポンプによってポンプ連通口９０７から注入される駆動液に押されて、順次混合反応部９０５に送液されて混合される。試薬と検体とが混合された混合液は反応し、反応によって得られる標的物質が混合反応部９０５で検出される。ここに、混合反応部９０５は、本発明における貯留部、混合部および反応検出部として機能する。
【００４０】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。流路基板１０１には、幅が狭く深さの浅い微細流路と、幅が広く深さが深い試薬収容部９０１、検体収容部９０３および混合反応部９０５等の各流路とを形成する溝が形成され、天板１０３で蓋がされて各流路が形成されている。天板１０３にはポンプ連通口９０７が設けられ、チップ接続部２１３を介して図示しないマイクロポンプと接続される。
【００４１】
同様に、天板１０３には排気口９０９が設けられ、試薬および検体の送液時に、流路内の空気が排気口９０９から外部に排気される。さらに、天板１０３を介して混合反応部９０５に対向した位置に、検出部２５０が設けられる。図１では、検出部２５０は透過光型の例を示したが、ここでは、光源２５１と受光素子２５３とが天板１０３側に並置された反射光型を例示してある。
【００４２】
また、天板１０３には試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａが設けられており、試薬および検体注入後は、試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａは封止部材９０１ｂおよび封止部材９０３ｂで封止される。
【００４３】
本発明は、主として、上述した混合反応部９０５等の検体や試薬等の複数の液体を混合、反応させ、あるいは反応結果を検出するための流路である貯留部に用いられる。
【００４４】
（第１の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第１の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、マイクロ検査チップ１００の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図３（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。また、図３（ｃ）は貯留部１１１の他の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。
【００４５】
図３（ａ）および（ｂ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、四角柱状の突起１１２ｒが全面に配列されている。ここに、四角柱状の突起１１２ｒは、本発明における凹凸構造として機能する。
【００４６】
図３（ｃ）においては、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上述した四角柱状の突起１１２ｒに代えて、円柱状の突起１１２ｃが全面に配列されている。ここに、円柱状の突起１１２ｃも、本発明における凹凸構造として機能する。なお、図３（ｃ）のＣ−Ｃ’断面は図３（ｂ）と同じである。
【００４７】
上述した四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃ（以下、区別せずに、突起１１２と呼ぶ）の断面積、長さ、突起間の間隔等は、貯留部１１１に流入した液体が、その表面張力により、突起１１２の配列の間には侵入することができず、気体のみが突起１１２の配列の間に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
【００４８】
表面張力の効果をより大きくするために、突起１１２の先端は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、突起１１２自体および突起部１１２の根本の貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面は、撥水性を有していることが望ましい。
【００４９】
撥水性を持たせるには、例えば流路基板１０１をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板１０１に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは上述した撥水性が必要な部分をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
【００５０】
突起１１２を、貯留部１１１の天板１０３側の内壁面に配列することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、突起１１２の撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が突起１１２の配列の間に侵入することも考えられる。流路基板１０１側に配列すれば、成型によって突起１１２の配列を形成できるので、安定した撥水性が得られる。
【００５１】
続いて、第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図２の検体と試薬（試薬Ａとする）に加えて、他の試薬（試薬Ｂとする）を含めた３液体を混合して下流へと送液する例について説明する。
【００５２】
図４（ａ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通しており、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、突起１１２が全面に配列されている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第１の液体１５１（例えば検体）が、上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。ここで、貯留部１１１の容積は、送液されてくる第１の液体１５１の体積に比べて充分に大きく設定されている。
【００５３】
図４（ｂ）において、第１の液体１５１の全量が貯留部１１１に流入すると、第１の液体１５１は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の液体１５１は突起１１２の配列の間には侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第２の液体１５５（例えば試薬Ａ）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。第１の液体１５１と第２の液体１５５との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体１５３が存在するが、気体１５３は突起１１２の配列の間に侵入できるため、第２の液体１５５の送液によって、気体１５３は、図示した矢印のように突起１１２の配列の間を通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００５４】
図４（ｃ）において、第２の液体１５５の送液によって第１の液体１５１と第２の液体１５５との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の液体１５１と第２の液体１５５とが合流し、混合されて第１の混合液１５６となる。ここで、貯留部１１１の容積は、第１の混合液１５６の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第１の混合液１５６は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の混合液１５６は突起１１２の配列の間には侵入できない。
【００５５】
続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第３の第３の液体１５７（例えば試薬Ｂ）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。第３の液体１５７の送液によって、第１の混合液１５６と第３の液体１５７との間の気体１５３も突起１１２の配列の間を通り抜け、第１の混合液１５６を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００５６】
図４（ｄ）において、第１の混合液１５６と第３の液体１５７との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の混合液１５６と第３の液体１５７とが合流し、混合されて第２の混合液１５８となる。ここまでが本発明における混合工程である。
【００５７】
図４（ｅ）において、貯留部１１１の容積は、第２の混合液１５８の体積よりも少し小さく設定されている。第１の混合液１５６と第３の液体１５７とが混合された第２の混合液１５８の体積が貯留部１１１の容積を越えると、第２の混合液１５８と駆動液２１６との間の気体１５３が突起１１２の配列の間を通り抜けることができなくなる。よって、第２の混合液１５８は、上流流路１１３内の気体１５３を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、下流流路１１５へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
【００５８】
なお、第１の実施の形態では、突起１１２を四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃとしたが、これに限るものではなく、例えば三角柱や六角柱等の多角形の断面を持つ柱状の突起であってもよい。
【００５９】
上述したように、第１の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面の全面に、撥水性を有する四角柱状または円柱状の突起を配列することで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、マイクロ検査チップ１００の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図５（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’断面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。
【００６１】
図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３と上流側連通部１１１ａで連通し、下流流路１１５と下流側連通部１１１ｂで連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上流側連通部１１１ａと下流側連通部１１１ｂとを結ぶようにして１本の溝１１２ｓが設けられている。ここに、溝１１２ｓは、本発明における凹凸構造として機能する。
【００６２】
上述した溝１１２ｓの幅、深さ等は、貯留部１１１に流入した液体が、その表面張力により、溝１１２ｓの内部には侵入することができず、気体のみが溝１１２ｓの内部に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
【００６３】
表面張力の効果をより大きくするために、溝１１２ｓの貯留部１１１への開口部は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、溝１１２ｓの内部は、撥水性を有していることが望ましい。
【００６４】
撥水性を持たせるには、例えば流路基板１０１をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板１０１に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは溝１１２ｓの内部をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
【００６５】
溝１１２ｓを、貯留部１１１の天板１０３側の内壁面に形成することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、溝１１２ｓの撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が溝１１２ｓの内部に侵入することも考えられる。流路基板１０１側に形成すれば、成型によって溝１１２ｓを形成できるので、安定した撥水性が得られる。
【００６６】
続いて、第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図２の検体と試薬を混合して下流へと送液する例について説明する。
【００６７】
図６（ａ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３と上流側連通部１１１ａで連通し、下流流路１１５と下流側連通部１１１ｂで連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の内壁面には、上流側連通部１１１ａと下流側連通部１１１ｂとを結ぶようにして１本の溝１１２ｓが設けられている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第１の液体１５１（例えば検体）が、上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。
【００６８】
ここで、貯留部１１１の容積は、送液されてくる第１の液体１５１の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第１の液体１５１の全量が貯留部１１１に流入すると、第１の液体１５１は、貯留部１１１内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第１の液体１５１は溝１１２ｓには侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第２の液体１５５（例えば試薬）が上流流路１１３から貯留部１１１に送液されてくる。
【００６９】
第１の液体１５１と第２の液体１５５との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体１５３が存在するが、気体１５３は溝１１２ｓに侵入できるため、第２の液体１５５の送液によって、気体１５３は、図示した矢印のように溝１１２ｓを通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出する。
【００７０】
図６（ｂ）において、第２の液体１５５の送液によって第１の液体１５１と第２の液体１５５との間の気体１５３が全て下流流路１１５へと流出すると、第１の液体１５１と第２の液体１５５とが合流し、混合されて混合液１５６となる。ここまでが本発明における混合工程である。
【００７１】
図６（ｃ）において、貯留部１１１の容積は、混合液１５６の体積よりも少し小さく設定されている。第１の液体１５１と第２の液体１５５とが混合された混合液１５６の体積が貯留部１１１の容積を越えると、混合液１５６と駆動液２１６との間の気体１５３が溝１１２ｓを通り抜けることができなくなる。よって、混合液１５６は、上流流路１１３内の気体１５３を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、下流流路１１５へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
【００７２】
なお、第２の実施の形態では、溝１１２ｓは１本としたが、これに限るものではなく、２本あるいはそれ以上の複数本の溝であってもよい。
【００７３】
上述したように、第２の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面に、撥水性を有し、上流側流路と下流側流路とを結ぶようにして溝を設けることで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００７４】
ここで、本発明における液体が侵入できず、気体のみが侵入できる突起１１２の配列あるいは溝１１２ｓの大きさについて説明する。例として、溝１１２ｓについて考えると、例えば図６（ａ）のように貯留部１１１に液体１５１が送液された場合、溝１１２ｓの幅をｄ、液体１５１の圧力をＰ、液体１５１の表面張力をγとすると、これらの関係は、
Ｐ＝２×γ／ｄ
で与えられる。
【００７５】
一例として、液体１５１の送液により１ｋＰａの圧力が貯留部１１１の壁面に加えられているとして、液体１５１を水とすると、常温での水の表面張力は７３×１０−３Ｎ／ｍであるので、上式から、ｄ＝１４６μｍとなる。つまり、溝１１２ｓの幅が１４６μｍ以下であれば、常温では液体１５１（この場合は水）は溝１１２ｓ内には侵入できない、ということになる。表面張力は一般的には温度が上がると小さくなるので、実際には、実使用温度範囲を考慮して溝１１２ｓの幅を決定する必要がある。さらに、液体の種類、溝１１２ｓの撥水条件等も考慮される必要がある。
【００７６】
溝の深さについては、表面張力との関連では特に制限はないが、マイクロ検査チップを成形で作成する場合には、成形性の観点から幅ｄの数倍以下が好ましい。
【００７７】
以上から、溝１１２ｓの幅ｄは、１０μｍ乃至２００μｍ、深さは幅ｄの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、幅ｄ＝５０μｍ、深さ＝１００μｍである。
【００７８】
突起１１２の配列の場合もほぼ同様の考え方が適用できると考えられ、突起１１２の間隔は、１０μｍ乃至２００μｍが好ましく、１０μｍ乃至５０μｍがより好ましい。突起１１２の太さと高さについては特に制限はないが、溝１１２ｓと同様に成形性の観点から太さ（四角柱の場合は、一辺の長さ、円柱の場合は直径）は１０μｍ乃至１ｍｍ、高さは太さの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、太さ＝１００μｍ、高さ＝２００μｍ、間隔＝５０μｍである。
【００７９】
以上に述べたように、本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【００８０】
なお、本発明に係るマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を示す模式図である。
【図３】マイクロ検査チップの第１の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図４】第１の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。
【図５】マイクロ検査チップの第２の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図６】第２の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 検査装置
１００ マイクロ検査チップ
１０１ 流路基板
１０３ 天板
１１１ 貯留部
１１１ａ 上流側連通部
１１１ｂ 下流側連通部
１１２ 突起
１１２ｃ 円柱状の突起
１１２ｒ 四角柱状の突起
１１２ｓ 溝
１１３ 上流流路
１１５ 下流流路
１５１ 第１の液体
１５３ 気体
１５５ 第２の液体
１５６ 第１の混合液
１５７ 第３の液体
１５８ 第２の混合液
２１０ マイクロポンプユニット
２１１ マイクロポンプ
２１３ チップ接続部
２１５ 駆動液タンク
２１６ 駆動液
２１７ 駆動液供給部
２３０ 加熱冷却ユニット
２３１ 冷却部
２３３ 加熱部
２５０ 検出部
２５１ 光源
２５３ 受光素子
２５５ 検出領域
２７０ 駆動制御部
９００ 流路
９０１ 試薬収容部
９０１ａ 試薬注入口
９０１ｂ 封止部材
９０３ 検体収容部
９０３ａ 検体注入口
９０３ｂ 封止部材
９０５ 混合反応部
９０７ ポンプ連通口
９０９ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【請求項２】
前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項３】
前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項４】
前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項５】
前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた１本または複数本の溝であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項６】
前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項７】
前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項８】
前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項９】
前記貯留部には、間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第１の液体から第（ｎ−１）の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第１の液体から第ｎの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１０】
前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１１】
前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１２】
請求項９に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
【請求項１】
液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【請求項２】
前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項３】
前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項４】
前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項５】
前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた１本または複数本の溝であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項６】
前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項７】
前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項８】
前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項９】
前記貯留部には、間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第１の液体から第（ｎ−１）の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第１の液体から第ｎの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１０】
前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１１】
前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１２】
請求項９に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第１の液体から第ｎの液体（ｎは正の整数）が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２５６２１（Ｐ２０１０−２５６２１Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４７１９（Ｐ２００８−１８４７１９）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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