マイクロ検査チップおよび送液システム
【課題】安価な空気ポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供すること。
【解決手段】液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供することができる。
【解決手段】液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システム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送液システムに関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応等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等に用いられるマイクロ検査チップおよび送液システムに関する。
【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、化学合成等を行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサー等）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、検体や試薬等の液体を正確に送液することが求められる。検体や試薬等の液体の送液は、マイクロ検査チップの外部に設けられたポンプを用いて、マイクロ検査チップに駆動液や空気等を注入することで行われる。ところが、一般的な空気ポンプでは、注入される空気の圧力が高いために、送液速度が速すぎて、検体や試薬の混合、送液、送液停止といった送液動作が不安定になる。一方で、ゆっくりと送液できるようなシリンジ方式のポンプを用いると、ポンプのコストが高いという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献２には、マイクロ検査チップの外部に設けられたポンプから、ポートを介してマイクロ検査チップ内の流路に流体を送り込むことによって、マイクロ検査チップ内の液体を移動させる方法が提示されている。
【０００６】
また、例えば特許文献３には、マイクロ検査チップの外部からエネルギーポテンシャルを与えることによって、マイクロ検査チップ内の液体を移動させる方法が提示されており、そのなかで、「理想的には、流動媒体、例えば圧縮ガス、または印加した真空によって輸送は達成される」ことが提示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００５−６５６０７号公報
【特許文献３】特表２００３−５０２６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、マイクロ検査チップ内の液体の移動速度はポンプの送液速度に支配されるため、微小流量で安定して送液を行うためには、一般的な空気ポンプは使用できず、高価なポンプが必要になる。
【０００８】
また、特許文献２の方法でも、圧縮ガス、または印加した真空の圧力によって輸送する場合、液体の輸送開始から終了に至るまで所望の速度範囲を逸脱しないように送液するには、下記に記すような課題があって容易に達成できるものではない。
【０００９】
液体の送液速度は、送液圧力を液体が流れる流路の流路抵抗値と流路断面積で割った値で決まる。従って、送液速度を所望の速度範囲に収めようとすると、流路抵抗値が常にほぼ一定な場合を除けば、複雑な送液圧力の制御が必要になる。
【００１０】
液体に対する流路抵抗値を常にほぼ一定にしようとすると、流路幅が一定の流路にする等、単純な形状の流路しか作れなくなり、流路構成の自由度が低くなる。また、仮に流路抵抗値が常にほぼ一定の流路だとしても、送液圧力をほぼ一定に保ち続ける必要があるという課題がある。ところが、圧縮空気の圧力は、送液によって液体が移動することで、圧力開放されて圧力が低下する。
【００１１】
そこで、常に一定の圧力を保つためには、送液中に常に外部から圧力を加え続けるか、あるいは、圧力開放による圧力低下が充分に小さくなるように、容積が大きな圧縮ガスリザーバを設ける等の工夫が必要になる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１４】
１．液体を貯留する液体貯留部を備え、
外部から注入される流体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【００１５】
２．前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液であることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップ。
【００１６】
３．前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液と、前記減速液が収納された前記流路の下流に設けられた狭小流路とであり、
前記狭小流路は、前記液体が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い流路であることを特徴とする２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１７】
４．前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする２または３に記載のマイクロ検査チップ。
【００１８】
５．前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１９】
６．前記流体は気体であることを特徴とする１乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２０】
７．前記流体は気体であり、
前記減速手段は、外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部であることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップ。
【００２１】
８．前記高流路抵抗部は、多孔質体、網目状フィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする７に記載のマイクロ検査チップ。
【００２２】
９．前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする７または８に記載のマイクロ検査チップ。
【００２３】
１０．前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする７乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２４】
１１．液体を貯留する液体貯留部を備え、外部から注入される気体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップと、
前記マイクロ検査チップに前記気体を注入する気体注入手段とを備えた送液システムにおいて、
外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部を備えたことを特徴とする送液システム。
【００２５】
１２．前記高流路抵抗部は、多孔質体、穴あきフィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする１１に記載の送液システム。
【００２６】
１３．前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップと前記気体注入手段とを接続する流路に設けられたことを特徴とする１１または１２に記載の送液システム。
【００２７】
１４．前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップおよび前記気体注入手段と着脱可能であることを特徴とする１３に記載の送液システム。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システム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】
【００２９】
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れない。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。
【００３０】
まず、本発明のマイクロ検査チップおよび送液システムを備えた検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、検査装置の１例を示す模式図である。
【００３１】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、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。また、送液システム１０は、マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１０とで構成される。
【００３２】
ポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内に流体を送り込み、その圧力によって、マイクロ検査チップ１００内の送液を行う。ポンプユニット２１０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。
【００３３】
マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１０とはチップ接続部２１３で接続されて連通され、ポンプユニット２１０が駆動されることにより、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各種試薬や検体が、ポンプユニット２１０からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に送り込まれる流体２１６の圧力により送液される。
【００３４】
加熱冷却ユニット２３０は、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もので、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成される。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、加熱部もペルチエ素子で構成してもよい。
【００３５】
検出部２５０は、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検出するもので、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等で構成される。これによって、マイクロ検査チップ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。
【００３６】
駆動制御部２７０は、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
【００３７】
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等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、セラミックス等を材料とし、その上に、微細加工技術により、その幅および高さが数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。
【００３８】
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２を用いて説明する。図２は、マイクロ検査チップ１００の第１の実施の形態を示す模式図である。
【００３９】
図２において、マイクロ検査チップ１００は、チップ接続部２１３を介してポンプユニット２１１に連通しており、ポンプユニット２１１からチップ接続部２１３を介して、マイクロ検査チップ１００内に流体２１６が送り込まれることで、マイクロ検査チップ１００内の液体１５１が送液される。
【００４０】
マイクロ検査チップ１００の上には、上述したように、微細加工技術により微細な流路１１０が形成されている。以下、流路１１０を構成する各部について説明する。
【００４１】
マイクロ検査チップ１００には、複数（ここでは４個）の液体貯留部１０１が直列に連通されており、各々の液体貯留部１０１には予め試薬や検体等の液体１５１が貯留されている。上流側から順に、液体貯留部１０１ｄに貯留された液体１５１ｄ、液体貯留部１０１ｃに貯留された液体１５１ｃ、液体貯留部１０１ｂに貯留された液体１５１ｂ、液体貯留部１０１ａに貯留された液体１５１ａである。
【００４２】
各々の液体貯留部１０１の上流側には、枝管１０９と空気抜き穴１１１とが設けられ、下流側には液体注入口１０７と注入枝管１２５とが設けられている。これらは液体１５１ａ乃至１５１ｄの注入時に使用されるもので、液体１５１の注入完了後は、空気抜き穴１１１および液体注入口１０７が封止部材１１９および１１７で封止される。
【００４３】
液体貯留部１０１ａの下流には、液体１５１ａ乃至１５１ｄを混合するための混合部１３１と、混合された液体１５１ａ乃至１５１ｄを反応させて検出するための、反応・検出部１３３とが設けられている。反応・検出部１３３の下流は、流路１３５を介して大気開放穴１３７に連通されている。
【００４４】
混合部１３１は、混合部１３１を流れる液体１５１ａ乃至１５１ｄ同士が攪拌混合されやすいように、流路断面積が広い部分と狭い部分とが交互に配置された断面積変動領域を有している。
【００４５】
液体１５１ａ乃至１５１ｄの間には、微量な空気が挟まっていて、送液が開始されるまでは液体１５１ａ乃至１５１ｄ同士が混じりあわないが、送液が開始されて、液体１５１ａ乃至１５１ｄが下流の混合部１３１の流路断面積が広い部分に達した時には、液体１５１ａ乃至１５１ｄの界面が接して、互いに混ざり合うような構成になっている。
【００４６】
混合される液体１５１ａ乃至１５１ｄの総液量はおよそ１０ｍｍ３程度であり、混合部１３１の流路断面積が広い部分は幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍ程度、流路断面積が狭い部分は幅０．６ｍｍ、深さ０．６ｍｍ程度である。また、液体１５１ａ乃至１５１ｄが流路中を送液される移動量は４６ｍｍ３程度であり、この量を３０秒から９０秒程度かけて送液されて混合される。従って、液体１５１ａ乃至１５１ｄが送液される時の流量は、常に２３〜６９ｍｍ３／分の範囲内にあることが望まれる。
【００４７】
第１の実施の形態においては、さらに、液体貯留部１０１ｄとチップ接続部２１３との間に、空気室１６７を介して減速液１６３ａが収納された減速液室１６１ａが設けられている。また、減速液室１６１ａと空気室１６７との間には、液体１５１が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い狭小流路１６５ａが配置されている。この狭小流路１６５ａは、減速液１６３ａが通過する時には高流路抵抗部として働く。
【００４８】
また、第１の実施の形態においては、反応・検出部１３３の下流にも、同様に、減速液１６３ｂが収納された減速液室１６１ｂとその下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ｂとが設けられている。減速液１６３ａおよび１６３ｂ、または、減速液１６３ａおよび１６３ｂとその下流の狭小流路１６５ａおよび１６５ｂとは、本発明における減速手段として機能する。
【００４９】
ここで、減速液１６３ａおよび１６３ｂと、その下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂの役割について説明する。
【００５０】
ポンプユニット２１１から送り込まれる流体２１６は気体でも液体でもよいが、液体を用いる場合は、液体を供給するためのタンクが必要になるというデメリットがある。また、タンク内の液体の長期保存性の問題や、ポンプ内の液体に気泡が混入した時のポンプの出力低下の問題があるため、メンテナンスのし易さを考慮すると、流体２１６は気体の方が好ましい。
【００５１】
しかし、気体を送出するポンプの場合、市販品では、無負荷状態で上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の微小な流量を安定して送出できるものがなく、２〜３桁以上流量が大きいものが一般的である。そこで、気体を送出するポンプとマイクロ検査チップ１００との組合せで、上述した微小流量での安定した送液を達成するためには、マイクロ検査チップ１００内を液体１５１が流れる時の流路抵抗と、ポンプから送出される気体の圧力のバランスをとって流量を制御する必要がある。
【００５２】
しかしながら、上述したように混合部１３１の断面積変動領域を液体１５１が流れる時は、流路断面積が一定でないために流路抵抗値が一定ではないので、一定のポンプ圧力で送液すると送液速度が不安定になるという問題が生じる。
【００５３】
また、上述した程度の狭い流路断面積（混合部１３１の流路断面積が狭い部分で、幅０．６ｍｍ、深さ０．６ｍｍ程度）では送液速度を充分に減速させるほどの高い流路抵抗値が得られないため、送液速度を上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の所望の範囲まで下げるのが困難である。
【００５４】
そこで、これを解決するために、流路の上流側と下流側とに減速液１６３ａよび１６３ｂが収納された減速液室１６１ａおよび１６１ｂと、その下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂとを設けることによって、送液速度を上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の所望の範囲に抑えられるようにした。
【００５５】
さらに、流路抵抗の変動による送液速度の変動量を減らすために、減速液１６３ａおよび１６３ｂと狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂとによって得られる流路抵抗値が、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を流れる時の流路抵抗値の最大値よりも充分高くなるようにした。
【００５６】
減速液１６３ａおよび１６３ｂの粘度ηは、液体１５１と同程度か、それ以上が望ましい。組成は特に問わないが、水、または水にポリエチレングリコール等を混ぜて粘度を上げた溶液等が考えられる。
【００５７】
高流路抵抗部となる幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂは、例えば幅０．１ｍｍ、深さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度のものを用い、気体を送出するポンプユニット２１１の気体送出圧力は、例えば１０ｋＰａ程度のものを用いることで、上記の所望の送液速度を達成することが可能となる。
【００５８】
断面が長方形の流路における流路抵抗値の計算式は、以下の（１式）で求められる。
【００５９】
Ｒ＝８×η×Ｌ×（Ｗ＋Ｈ）２／（Ｗ×Ｈ）３ ・・・（１式）
ここで、Ｒ：流路抵抗値、η：液体の粘度、Ｗ：流路幅、Ｈ：流路深さである。
【００６０】
第１の実施の形態では、減速液１６３ａおよび１６３ｂと幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂとによる流路抵抗値Ｒは、（１式）から約１×１０１３（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。それに対して、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を通る時の流路抵抗値Ｒは、（１式）から高々１×１０９（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。
【００６１】
従って、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を通ることによる流路抵抗値Ｒの最大値よりも、減速液１６３ａおよび１６３ｂと幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂとによる流路抵抗値Ｒの方が常に大きくなるので、送液速度の変動も抑制され、安定した送液が可能になる。
【００６２】
なお、第１の実施の形態では、減速液１６３と狭小流路（高流路抵抗部）１６５の組合せを、流路の上流側と下流側の両方に設けたが、どちらか一方にだけ設ければ充分であり、上流側だけであっても下流側だけであっても構わない。
【００６３】
上述したように、本第１の実施の形態によれば、液体１５１を貯留する液体貯留部１０１に連通する流路の一部に、減速液１６３と狭小流路（高流路抵抗部）１６５とで構成される減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確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。
【００６４】
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３を用いて説明する。図３は、マイクロ検査チップ１００の第２の実施の形態を示す模式図である。
【００６５】
図３において、第２の実施の形態のマイクロ検査チップ１００では、液体貯留部１０１ｄとチップ接続部２１３との間に、気体の流量を減じる高流路抵抗部１７３ａが設けられている。さらに、反応・検出部１３３の下流にも、同様に、高流路抵抗部１７３ｂが設けられている。高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂは、本発明における減速手段として機能する。その他の部分は、図２の第１の実施の形態と同じである。
【００６６】
この気体に対する高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂとしては、マイクロ検査チップ１００の内部に作り込まれた多孔質体、網目状フィルム、あるいは細管流路等が考えられる。
【００６７】
多孔質体としては、ウレタンフォーム材が代表的である。マイクロ検査チップ１００に多孔質体を埋め込むための窪み１７１ａおよび１７１ｂを設けておき、その窪み１７１ａおよび１７１ｂと同等の大きさに細分割したウレタンフォームの細片を、窪み１７１ａおよび１７１ｂに埋め込んで蓋をすることで、高流路抵抗部１７３を形成することができる。または、集塵フィルター等に用いられる不織布タイプの素材を埋め込んでもよい。
【００６８】
網目状フィルムとしては、樹脂の細線や繊維等を網目状に織ったシート等が考えられる。これらのフィルムを、マイクロ検査チップ１００のチップ接続部２１３との接続用の開口部に貼り付けてもよい。
【００６９】
細管流路としては、マイクロ検査チップ１００に細い溝を掘り、その上から蓋をすることで作ることができる。細い溝の大きさとしては、例えば、幅３０μｍ、深さ３０μｍ、長さ７．５ｍｍ程度が適当である。なお、断面が長方形の流路における流路抵抗値は、上述した（１式）で得られる。但し、ここでいう流体粘度ηは気体の粘度であり、例えば２０℃の空気であれば、約０．０１８（ｍＰａ・ｓ）である。
【００７０】
第１の実施の形態と同様に、気体を送出するポンプの場合、市販品では微小な流量を安定して送出できるものがなく、２〜３桁以上流量が大きいものが一般的である。しかも、混合部１３１の断面積変動領域を液体１５１が流れる時は、流路断面積が一定でないために流路抵抗値が一定ではないので、一定のポンプ圧力で送液すると送液速度が不安定になる。
【００７１】
そこで、これを解決するために、流路の上流側と下流側とに高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂを設けることによって、送液速度を所望の範囲に抑えられるようにした。
【００７２】
さらに、流路抵抗の変動による送液速度の変動量を減らすために、高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂによって得られる流路抵抗値が、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を流れる時の流路抵抗値の最大値よりも充分高くなるようにした。
【００７３】
ここでは、高流路抵抗部１７３ａよび１７３ｂの流路抵抗値Ｒが約１×１０１３（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度とし、気体を送出するポンプの流体圧力が１０ｋＰａ程度のものを用いることで、送液速度を達成することが可能となる。
【００７４】
液体１５１が混合部１３１を通る時の流路抵抗値Ｒは、高々１×１０９（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。よって、液体１５１が混合部１３１を通ることによる流路抵抗値の最大値よりも、高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂの流路抵抗値の方が常に大きくなるので、送液速度の変動も抑制され、安定した送液が可能になる。
【００７５】
なお、第２の実施の形態では、高流路抵抗部１７３を、流路の上流側と下流側の両方に設けたが、どちらか一方にだけ設ければ充分であり、上流側だけであっても下流側だけであっても構わない。
【００７６】
上述したように、本第２の実施の形態によれば、液体１５１を貯留する液体貯留部１０１に連通する流路の一部に、多孔質体、網目状フィルム、あるいは細管流路等で構成され、減速手段として機能する高流路抵抗部１７３を備えることにより、安価な空気ポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確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。
【００７７】
次に、本発明における送液システムの例を、図４および図５を用いて説明する。図４および図５は、送液システム１０の第１および第２の例を示す模式図である。
【００７８】
第１および第２の実施の形態では、減速液１６３、または減速液１６３とその下流の狭小流路１６５、あるいは高流路抵抗部１７３等の減速手段を、マイクロ検査チップ１００の流路１１０の内部に組み込んでいた。しかし、これに限るものではなく、例えばマイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１１の間に設けられてもよい。
【００７９】
図４において、送液システム１０の第１の例は、複数（例えば３個）のポンプ２１１ａを有するポンプユニット２１１と、複数（例えば３個）の流路１１０を有するマイクロ検査チップ１００とで構成される。
【００８０】
流路１１０は、図２の第１の実施の形態に示した流路１１０から、流路の上流側と下流側とに設けられた、減速液１６３が収納された減速液室１６１とその下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５とを除いた部分と同じ構成である。
【００８１】
各ポンプ２１１ａとチップ接続部２１３との間には、気体の流量を減じる高流路抵抗部２７３がそれぞれ設けられ、各ポンプ２１１ａから高流路抵抗部２７３を介して、マイクロ検査チップ１００内の各流路１１０に気体が注入される。
【００８２】
図５において、送液システム１０の第２の例は、１個のポンプ２１１ａを有するポンプユニット２１１と、複数（例えば３個）の流路１１０を有するマイクロ検査チップ１００とで構成される。流路１１０の構成は、図４の例と同じである。
【００８３】
ポンプ２１１ａからの配管２１７は、複数（例えば３本）に分岐し、各配管２１７毎に気体の流量を減じる高流路抵抗部２７３が設けられている。この構成の場合は、分岐した各配管２１７を個別に駆動できるように、各配管２１７毎にバルブ２１５が設けられているとよい。
【００８４】
送液システム１０の第１および第２の例において、ポンプユニット２１０は本発明における気体注入手段として機能し、高流路抵抗部２７３は本発明における減速手段として機能する。
【００８５】
送液システム１０の第１および第２の例の高流路抵抗部２７３の構成、材料、作り方等は、図２および図３に示したマイクロ検査チップ１００の第１および第２の実施の形態と同様でよい。
【００８６】
あるいは、高流路抵抗部２７３を円筒状の配管の途中に作り込めるため、例えば円筒配管内に多孔質材を直接押し込んで構成する等の方法も考えられる。
【００８７】
また、この高流路抵抗部２７３を含む抵抗部材を配管とは別個に作り、それらの抵抗部材を配管の間に挟みこむようにしてもよい。その際、抵抗部材を着脱可能にしておくと、高流路抵抗部２７３を随時取り替え可能にすることができる。これによって、高流路抵抗部２７３が劣化したり目詰まりした場合に、個別に取り替え可能になる。
【００８８】
さらに、マイクロ検査チップ１００の種類や使用目的に合わせて、流路抵抗値が異なる高流路抵抗部２７３を取り替えて、送液速度を任意に変えることも可能である。また、ポンプ２１１ａの特性劣化やばらつきを補正するために、流路抵抗値が異なる高流路抵抗部２７３を取り替えて、流量特性の微調整に用いることも可能になる。
【００８９】
上述したように、送液システム１０の例によれば、マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１１の間に高流路抵抗部２７３で構成される減速手段を備えることにより、安価な空気ポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできる送液システムを提供することができる。
【００９０】
以上に述べたように、本発明によれば、液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供することができる。
【００９１】
なお、本発明に係るマイクロ検査チップおよび送液システム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】
【００９２】
【図１】検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】マイクロ検査チップの第１の実施の形態を示す模式図である。
【図３】マイクロ検査チップの第２の実施の形態を示す模式図である。
【図４】送液システムの第１の例を示す模式図である。
【図５】送液システムの第２の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
１ 検査装置
１０ 送液システム
１００ マイクロ検査チップ
１０１ 液体貯留部
１１０ 流路
１３１ 混合部
１３３ 反応・検出部
１３５ 流路
１３７ 大気開放穴
１５１ （試薬や検体等の）液体
１６１、１６１ａ、１６１ｂ 減速液室
１６３、１６３ａ、１６３ｂ 減速液
１６５、１６５ａ、１６５ｂ 狭小流路
１６７ 空気室
１６９ 空気
１７１、１７１ａ、１７１ｂ 窪み
１７３、１７３ａ、１７３ｂ 高流路抵抗部
２１１ ポンプユニット
２１１ａ ポンプ
２１３ チップ接続部
２１５ バルブ
２１６ 流体
２７３ 高流路抵抗部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ検査チップおよび送液システムに関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応等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等に用いられるマイクロ検査チップおよび送液システムに関する。
【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、化学合成等を行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサー等）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、検体や試薬等の液体を正確に送液することが求められる。検体や試薬等の液体の送液は、マイクロ検査チップの外部に設けられたポンプを用いて、マイクロ検査チップに駆動液や空気等を注入することで行われる。ところが、一般的な空気ポンプでは、注入される空気の圧力が高いために、送液速度が速すぎて、検体や試薬の混合、送液、送液停止といった送液動作が不安定になる。一方で、ゆっくりと送液できるようなシリンジ方式のポンプを用いると、ポンプのコストが高いという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特許文献２には、マイクロ検査チップの外部に設けられたポンプから、ポートを介してマイクロ検査チップ内の流路に流体を送り込むことによって、マイクロ検査チップ内の液体を移動させる方法が提示されている。
【０００６】
また、例えば特許文献３には、マイクロ検査チップの外部からエネルギーポテンシャルを与えることによって、マイクロ検査チップ内の液体を移動させる方法が提示されており、そのなかで、「理想的には、流動媒体、例えば圧縮ガス、または印加した真空によって輸送は達成される」ことが提示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００５−６５６０７号公報
【特許文献３】特表２００３−５０２６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法では、マイクロ検査チップ内の液体の移動速度はポンプの送液速度に支配されるため、微小流量で安定して送液を行うためには、一般的な空気ポンプは使用できず、高価なポンプが必要になる。
【０００８】
また、特許文献２の方法でも、圧縮ガス、または印加した真空の圧力によって輸送する場合、液体の輸送開始から終了に至るまで所望の速度範囲を逸脱しないように送液するには、下記に記すような課題があって容易に達成できるものではない。
【０００９】
液体の送液速度は、送液圧力を液体が流れる流路の流路抵抗値と流路断面積で割った値で決まる。従って、送液速度を所望の速度範囲に収めようとすると、流路抵抗値が常にほぼ一定な場合を除けば、複雑な送液圧力の制御が必要になる。
【００１０】
液体に対する流路抵抗値を常にほぼ一定にしようとすると、流路幅が一定の流路にする等、単純な形状の流路しか作れなくなり、流路構成の自由度が低くなる。また、仮に流路抵抗値が常にほぼ一定の流路だとしても、送液圧力をほぼ一定に保ち続ける必要があるという課題がある。ところが、圧縮空気の圧力は、送液によって液体が移動することで、圧力開放されて圧力が低下する。
【００１１】
そこで、常に一定の圧力を保つためには、送液中に常に外部から圧力を加え続けるか、あるいは、圧力開放による圧力低下が充分に小さくなるように、容積が大きな圧縮ガスリザーバを設ける等の工夫が必要になる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１４】
１．液体を貯留する液体貯留部を備え、
外部から注入される流体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【００１５】
２．前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液であることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップ。
【００１６】
３．前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液と、前記減速液が収納された前記流路の下流に設けられた狭小流路とであり、
前記狭小流路は、前記液体が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い流路であることを特徴とする２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１７】
４．前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする２または３に記載のマイクロ検査チップ。
【００１８】
５．前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００１９】
６．前記流体は気体であることを特徴とする１乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２０】
７．前記流体は気体であり、
前記減速手段は、外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部であることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップ。
【００２１】
８．前記高流路抵抗部は、多孔質体、網目状フィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする７に記載のマイクロ検査チップ。
【００２２】
９．前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする７または８に記載のマイクロ検査チップ。
【００２３】
１０．前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする７乃至９の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【００２４】
１１．液体を貯留する液体貯留部を備え、外部から注入される気体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップと、
前記マイクロ検査チップに前記気体を注入する気体注入手段とを備えた送液システムにおいて、
外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部を備えたことを特徴とする送液システム。
【００２５】
１２．前記高流路抵抗部は、多孔質体、穴あきフィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする１１に記載の送液システム。
【００２６】
１３．前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップと前記気体注入手段とを接続する流路に設けられたことを特徴とする１１または１２に記載の送液システム。
【００２７】
１４．前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップおよび前記気体注入手段と着脱可能であることを特徴とする１３に記載の送液システム。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システム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】
【００２９】
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れない。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。
【００３０】
まず、本発明のマイクロ検査チップおよび送液システムを備えた検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、検査装置の１例を示す模式図である。
【００３１】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、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。また、送液システム１０は、マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１０とで構成される。
【００３２】
ポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内に流体を送り込み、その圧力によって、マイクロ検査チップ１００内の送液を行う。ポンプユニット２１０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。
【００３３】
マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１０とはチップ接続部２１３で接続されて連通され、ポンプユニット２１０が駆動されることにより、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各種試薬や検体が、ポンプユニット２１０からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に送り込まれる流体２１６の圧力により送液される。
【００３４】
加熱冷却ユニット２３０は、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もので、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成される。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、加熱部もペルチエ素子で構成してもよい。
【００３５】
検出部２５０は、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検出するもので、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等で構成される。これによって、マイクロ検査チップ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。
【００３６】
駆動制御部２７０は、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
【００３７】
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等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、セラミックス等を材料とし、その上に、微細加工技術により、その幅および高さが数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。
【００３８】
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２を用いて説明する。図２は、マイクロ検査チップ１００の第１の実施の形態を示す模式図である。
【００３９】
図２において、マイクロ検査チップ１００は、チップ接続部２１３を介してポンプユニット２１１に連通しており、ポンプユニット２１１からチップ接続部２１３を介して、マイクロ検査チップ１００内に流体２１６が送り込まれることで、マイクロ検査チップ１００内の液体１５１が送液される。
【００４０】
マイクロ検査チップ１００の上には、上述したように、微細加工技術により微細な流路１１０が形成されている。以下、流路１１０を構成する各部について説明する。
【００４１】
マイクロ検査チップ１００には、複数（ここでは４個）の液体貯留部１０１が直列に連通されており、各々の液体貯留部１０１には予め試薬や検体等の液体１５１が貯留されている。上流側から順に、液体貯留部１０１ｄに貯留された液体１５１ｄ、液体貯留部１０１ｃに貯留された液体１５１ｃ、液体貯留部１０１ｂに貯留された液体１５１ｂ、液体貯留部１０１ａに貯留された液体１５１ａである。
【００４２】
各々の液体貯留部１０１の上流側には、枝管１０９と空気抜き穴１１１とが設けられ、下流側には液体注入口１０７と注入枝管１２５とが設けられている。これらは液体１５１ａ乃至１５１ｄの注入時に使用されるもので、液体１５１の注入完了後は、空気抜き穴１１１および液体注入口１０７が封止部材１１９および１１７で封止される。
【００４３】
液体貯留部１０１ａの下流には、液体１５１ａ乃至１５１ｄを混合するための混合部１３１と、混合された液体１５１ａ乃至１５１ｄを反応させて検出するための、反応・検出部１３３とが設けられている。反応・検出部１３３の下流は、流路１３５を介して大気開放穴１３７に連通されている。
【００４４】
混合部１３１は、混合部１３１を流れる液体１５１ａ乃至１５１ｄ同士が攪拌混合されやすいように、流路断面積が広い部分と狭い部分とが交互に配置された断面積変動領域を有している。
【００４５】
液体１５１ａ乃至１５１ｄの間には、微量な空気が挟まっていて、送液が開始されるまでは液体１５１ａ乃至１５１ｄ同士が混じりあわないが、送液が開始されて、液体１５１ａ乃至１５１ｄが下流の混合部１３１の流路断面積が広い部分に達した時には、液体１５１ａ乃至１５１ｄの界面が接して、互いに混ざり合うような構成になっている。
【００４６】
混合される液体１５１ａ乃至１５１ｄの総液量はおよそ１０ｍｍ３程度であり、混合部１３１の流路断面積が広い部分は幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍ程度、流路断面積が狭い部分は幅０．６ｍｍ、深さ０．６ｍｍ程度である。また、液体１５１ａ乃至１５１ｄが流路中を送液される移動量は４６ｍｍ３程度であり、この量を３０秒から９０秒程度かけて送液されて混合される。従って、液体１５１ａ乃至１５１ｄが送液される時の流量は、常に２３〜６９ｍｍ３／分の範囲内にあることが望まれる。
【００４７】
第１の実施の形態においては、さらに、液体貯留部１０１ｄとチップ接続部２１３との間に、空気室１６７を介して減速液１６３ａが収納された減速液室１６１ａが設けられている。また、減速液室１６１ａと空気室１６７との間には、液体１５１が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い狭小流路１６５ａが配置されている。この狭小流路１６５ａは、減速液１６３ａが通過する時には高流路抵抗部として働く。
【００４８】
また、第１の実施の形態においては、反応・検出部１３３の下流にも、同様に、減速液１６３ｂが収納された減速液室１６１ｂとその下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ｂとが設けられている。減速液１６３ａおよび１６３ｂ、または、減速液１６３ａおよび１６３ｂとその下流の狭小流路１６５ａおよび１６５ｂとは、本発明における減速手段として機能する。
【００４９】
ここで、減速液１６３ａおよび１６３ｂと、その下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂの役割について説明する。
【００５０】
ポンプユニット２１１から送り込まれる流体２１６は気体でも液体でもよいが、液体を用いる場合は、液体を供給するためのタンクが必要になるというデメリットがある。また、タンク内の液体の長期保存性の問題や、ポンプ内の液体に気泡が混入した時のポンプの出力低下の問題があるため、メンテナンスのし易さを考慮すると、流体２１６は気体の方が好ましい。
【００５１】
しかし、気体を送出するポンプの場合、市販品では、無負荷状態で上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の微小な流量を安定して送出できるものがなく、２〜３桁以上流量が大きいものが一般的である。そこで、気体を送出するポンプとマイクロ検査チップ１００との組合せで、上述した微小流量での安定した送液を達成するためには、マイクロ検査チップ１００内を液体１５１が流れる時の流路抵抗と、ポンプから送出される気体の圧力のバランスをとって流量を制御する必要がある。
【００５２】
しかしながら、上述したように混合部１３１の断面積変動領域を液体１５１が流れる時は、流路断面積が一定でないために流路抵抗値が一定ではないので、一定のポンプ圧力で送液すると送液速度が不安定になるという問題が生じる。
【００５３】
また、上述した程度の狭い流路断面積（混合部１３１の流路断面積が狭い部分で、幅０．６ｍｍ、深さ０．６ｍｍ程度）では送液速度を充分に減速させるほどの高い流路抵抗値が得られないため、送液速度を上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の所望の範囲まで下げるのが困難である。
【００５４】
そこで、これを解決するために、流路の上流側と下流側とに減速液１６３ａよび１６３ｂが収納された減速液室１６１ａおよび１６１ｂと、その下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂとを設けることによって、送液速度を上述した２３〜６９ｍｍ３／分程度の所望の範囲に抑えられるようにした。
【００５５】
さらに、流路抵抗の変動による送液速度の変動量を減らすために、減速液１６３ａおよび１６３ｂと狭小流路（高流路抵抗部）１６５ａおよび１６５ｂとによって得られる流路抵抗値が、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を流れる時の流路抵抗値の最大値よりも充分高くなるようにした。
【００５６】
減速液１６３ａおよび１６３ｂの粘度ηは、液体１５１と同程度か、それ以上が望ましい。組成は特に問わないが、水、または水にポリエチレングリコール等を混ぜて粘度を上げた溶液等が考えられる。
【００５７】
高流路抵抗部となる幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂは、例えば幅０．１ｍｍ、深さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度のものを用い、気体を送出するポンプユニット２１１の気体送出圧力は、例えば１０ｋＰａ程度のものを用いることで、上記の所望の送液速度を達成することが可能となる。
【００５８】
断面が長方形の流路における流路抵抗値の計算式は、以下の（１式）で求められる。
【００５９】
Ｒ＝８×η×Ｌ×（Ｗ＋Ｈ）２／（Ｗ×Ｈ）３ ・・・（１式）
ここで、Ｒ：流路抵抗値、η：液体の粘度、Ｗ：流路幅、Ｈ：流路深さである。
【００６０】
第１の実施の形態では、減速液１６３ａおよび１６３ｂと幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂとによる流路抵抗値Ｒは、（１式）から約１×１０１３（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。それに対して、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を通る時の流路抵抗値Ｒは、（１式）から高々１×１０９（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。
【００６１】
従って、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を通ることによる流路抵抗値Ｒの最大値よりも、減速液１６３ａおよび１６３ｂと幅狭流路１６５ａおよび１６５ｂとによる流路抵抗値Ｒの方が常に大きくなるので、送液速度の変動も抑制され、安定した送液が可能になる。
【００６２】
なお、第１の実施の形態では、減速液１６３と狭小流路（高流路抵抗部）１６５の組合せを、流路の上流側と下流側の両方に設けたが、どちらか一方にだけ設ければ充分であり、上流側だけであっても下流側だけであっても構わない。
【００６３】
上述したように、本第１の実施の形態によれば、液体１５１を貯留する液体貯留部１０１に連通する流路の一部に、減速液１６３と狭小流路（高流路抵抗部）１６５とで構成される減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確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。
【００６４】
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３を用いて説明する。図３は、マイクロ検査チップ１００の第２の実施の形態を示す模式図である。
【００６５】
図３において、第２の実施の形態のマイクロ検査チップ１００では、液体貯留部１０１ｄとチップ接続部２１３との間に、気体の流量を減じる高流路抵抗部１７３ａが設けられている。さらに、反応・検出部１３３の下流にも、同様に、高流路抵抗部１７３ｂが設けられている。高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂは、本発明における減速手段として機能する。その他の部分は、図２の第１の実施の形態と同じである。
【００６６】
この気体に対する高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂとしては、マイクロ検査チップ１００の内部に作り込まれた多孔質体、網目状フィルム、あるいは細管流路等が考えられる。
【００６７】
多孔質体としては、ウレタンフォーム材が代表的である。マイクロ検査チップ１００に多孔質体を埋め込むための窪み１７１ａおよび１７１ｂを設けておき、その窪み１７１ａおよび１７１ｂと同等の大きさに細分割したウレタンフォームの細片を、窪み１７１ａおよび１７１ｂに埋め込んで蓋をすることで、高流路抵抗部１７３を形成することができる。または、集塵フィルター等に用いられる不織布タイプの素材を埋め込んでもよい。
【００６８】
網目状フィルムとしては、樹脂の細線や繊維等を網目状に織ったシート等が考えられる。これらのフィルムを、マイクロ検査チップ１００のチップ接続部２１３との接続用の開口部に貼り付けてもよい。
【００６９】
細管流路としては、マイクロ検査チップ１００に細い溝を掘り、その上から蓋をすることで作ることができる。細い溝の大きさとしては、例えば、幅３０μｍ、深さ３０μｍ、長さ７．５ｍｍ程度が適当である。なお、断面が長方形の流路における流路抵抗値は、上述した（１式）で得られる。但し、ここでいう流体粘度ηは気体の粘度であり、例えば２０℃の空気であれば、約０．０１８（ｍＰａ・ｓ）である。
【００７０】
第１の実施の形態と同様に、気体を送出するポンプの場合、市販品では微小な流量を安定して送出できるものがなく、２〜３桁以上流量が大きいものが一般的である。しかも、混合部１３１の断面積変動領域を液体１５１が流れる時は、流路断面積が一定でないために流路抵抗値が一定ではないので、一定のポンプ圧力で送液すると送液速度が不安定になる。
【００７１】
そこで、これを解決するために、流路の上流側と下流側とに高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂを設けることによって、送液速度を所望の範囲に抑えられるようにした。
【００７２】
さらに、流路抵抗の変動による送液速度の変動量を減らすために、高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂによって得られる流路抵抗値が、液体１５１が混合部１３１の断面積変動領域を流れる時の流路抵抗値の最大値よりも充分高くなるようにした。
【００７３】
ここでは、高流路抵抗部１７３ａよび１７３ｂの流路抵抗値Ｒが約１×１０１３（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度とし、気体を送出するポンプの流体圧力が１０ｋＰａ程度のものを用いることで、送液速度を達成することが可能となる。
【００７４】
液体１５１が混合部１３１を通る時の流路抵抗値Ｒは、高々１×１０９（Ｐａ・ｓｅｃ／ｍ３）程度である。よって、液体１５１が混合部１３１を通ることによる流路抵抗値の最大値よりも、高流路抵抗部１７３ａおよび１７３ｂの流路抵抗値の方が常に大きくなるので、送液速度の変動も抑制され、安定した送液が可能になる。
【００７５】
なお、第２の実施の形態では、高流路抵抗部１７３を、流路の上流側と下流側の両方に設けたが、どちらか一方にだけ設ければ充分であり、上流側だけであっても下流側だけであっても構わない。
【００７６】
上述したように、本第２の実施の形態によれば、液体１５１を貯留する液体貯留部１０１に連通する流路の一部に、多孔質体、網目状フィルム、あるいは細管流路等で構成され、減速手段として機能する高流路抵抗部１７３を備えることにより、安価な空気ポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確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。
【００７７】
次に、本発明における送液システムの例を、図４および図５を用いて説明する。図４および図５は、送液システム１０の第１および第２の例を示す模式図である。
【００７８】
第１および第２の実施の形態では、減速液１６３、または減速液１６３とその下流の狭小流路１６５、あるいは高流路抵抗部１７３等の減速手段を、マイクロ検査チップ１００の流路１１０の内部に組み込んでいた。しかし、これに限るものではなく、例えばマイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１１の間に設けられてもよい。
【００７９】
図４において、送液システム１０の第１の例は、複数（例えば３個）のポンプ２１１ａを有するポンプユニット２１１と、複数（例えば３個）の流路１１０を有するマイクロ検査チップ１００とで構成される。
【００８０】
流路１１０は、図２の第１の実施の形態に示した流路１１０から、流路の上流側と下流側とに設けられた、減速液１６３が収納された減速液室１６１とその下流の狭小流路（高流路抵抗部）１６５とを除いた部分と同じ構成である。
【００８１】
各ポンプ２１１ａとチップ接続部２１３との間には、気体の流量を減じる高流路抵抗部２７３がそれぞれ設けられ、各ポンプ２１１ａから高流路抵抗部２７３を介して、マイクロ検査チップ１００内の各流路１１０に気体が注入される。
【００８２】
図５において、送液システム１０の第２の例は、１個のポンプ２１１ａを有するポンプユニット２１１と、複数（例えば３個）の流路１１０を有するマイクロ検査チップ１００とで構成される。流路１１０の構成は、図４の例と同じである。
【００８３】
ポンプ２１１ａからの配管２１７は、複数（例えば３本）に分岐し、各配管２１７毎に気体の流量を減じる高流路抵抗部２７３が設けられている。この構成の場合は、分岐した各配管２１７を個別に駆動できるように、各配管２１７毎にバルブ２１５が設けられているとよい。
【００８４】
送液システム１０の第１および第２の例において、ポンプユニット２１０は本発明における気体注入手段として機能し、高流路抵抗部２７３は本発明における減速手段として機能する。
【００８５】
送液システム１０の第１および第２の例の高流路抵抗部２７３の構成、材料、作り方等は、図２および図３に示したマイクロ検査チップ１００の第１および第２の実施の形態と同様でよい。
【００８６】
あるいは、高流路抵抗部２７３を円筒状の配管の途中に作り込めるため、例えば円筒配管内に多孔質材を直接押し込んで構成する等の方法も考えられる。
【００８７】
また、この高流路抵抗部２７３を含む抵抗部材を配管とは別個に作り、それらの抵抗部材を配管の間に挟みこむようにしてもよい。その際、抵抗部材を着脱可能にしておくと、高流路抵抗部２７３を随時取り替え可能にすることができる。これによって、高流路抵抗部２７３が劣化したり目詰まりした場合に、個別に取り替え可能になる。
【００８８】
さらに、マイクロ検査チップ１００の種類や使用目的に合わせて、流路抵抗値が異なる高流路抵抗部２７３を取り替えて、送液速度を任意に変えることも可能である。また、ポンプ２１１ａの特性劣化やばらつきを補正するために、流路抵抗値が異なる高流路抵抗部２７３を取り替えて、流量特性の微調整に用いることも可能になる。
【００８９】
上述したように、送液システム１０の例によれば、マイクロ検査チップ１００とポンプユニット２１１の間に高流路抵抗部２７３で構成される減速手段を備えることにより、安価な空気ポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできる送液システムを提供することができる。
【００９０】
以上に述べたように、本発明によれば、液体を貯留する液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えることにより、安価なポンプを用いても、検体や試薬等の液体を正確に送液することのできるマイクロ検査チップおよび送液システムを提供することができる。
【００９１】
なお、本発明に係るマイクロ検査チップおよび送液システム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】
【００９２】
【図１】検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】マイクロ検査チップの第１の実施の形態を示す模式図である。
【図３】マイクロ検査チップの第２の実施の形態を示す模式図である。
【図４】送液システムの第１の例を示す模式図である。
【図５】送液システムの第２の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
１ 検査装置
１０ 送液システム
１００ マイクロ検査チップ
１０１ 液体貯留部
１１０ 流路
１３１ 混合部
１３３ 反応・検出部
１３５ 流路
１３７ 大気開放穴
１５１ （試薬や検体等の）液体
１６１、１６１ａ、１６１ｂ 減速液室
１６３、１６３ａ、１６３ｂ 減速液
１６５、１６５ａ、１６５ｂ 狭小流路
１６７ 空気室
１６９ 空気
１７１、１７１ａ、１７１ｂ 窪み
１７３、１７３ａ、１７３ｂ 高流路抵抗部
２１１ ポンプユニット
２１１ａ ポンプ
２１３ チップ接続部
２１５ バルブ
２１６ 流体
２７３ 高流路抵抗部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する液体貯留部を備え、
外部から注入される流体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【請求項２】
前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液であ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】
前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液と、前記減速液が収納された前記流路の下流に設けられた狭小流路とであり、
前記狭小流路は、前記液体が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い流路であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項４】
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項５】
前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項６】
前記流体は気体であることを特徴とする請求項１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】
前記流体は気体であり、
前記減速手段は、外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部であ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８】
前記高流路抵抗部は、多孔質体、網目状フィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項９】
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項７または８に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１０】
前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項７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】
液体を貯留する液体貯留部を備え、外部から注入される気体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップと、
前記マイクロ検査チップに前記気体を注入する気体注入手段とを備えた送液システムにおいて、
外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部を備えたことを特徴とする送液システム。
【請求項１２】
前記高流路抵抗部は、多孔質体、穴あきフィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組み合わせであることを特徴とする請求項１１に記載の送液システム。
【請求項１３】
前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップと前記気体注入手段とを接続する流路に設けられたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の送液システム。
【請求項１４】
前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップおよび前記気体注入手段と着脱可能であることを特徴とする請求項１３に記載の送液システム。
【請求項１】
液体を貯留する液体貯留部を備え、
外部から注入される流体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部に連通する流路の一部に、前記液体の送液速度を減じるための減速手段を備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【請求項２】
前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液であ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】
前記減速手段は、前記液体貯留部に連通する流路に、前記液体と気体を介して離間されて収納された減速液と、前記減速液が収納された前記流路の下流に設けられた狭小流路とであり、
前記狭小流路は、前記液体が送液される流路の平均的な断面積よりも断面積が狭い流路であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項４】
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項５】
前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記減速液が下流に送液される時の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項６】
前記流体は気体であることを特徴とする請求項１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】
前記流体は気体であり、
前記減速手段は、外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部であ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８】
前記高流路抵抗部は、多孔質体、網目状フィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組合せであることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項９】
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が下流に送液される時の流路抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項７または８に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項１０】
前記液体が送液される下流の流路には、流路の断面積が一定ではない断面積変動領域を有し、
前記高流路抵抗部の流路抵抗値は、前記液体が前記断面積変動領域を送液される時の最大の流路抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項７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】
液体を貯留する液体貯留部を備え、外部から注入される気体の圧力によって前記液体を送液するマイクロ検査チップと、
前記マイクロ検査チップに前記気体を注入する気体注入手段とを備えた送液システムにおいて、
外部から注入される前記気体の流量を減じる高流路抵抗部を備えたことを特徴とする送液システム。
【請求項１２】
前記高流路抵抗部は、多孔質体、穴あきフィルムあるいは細管流路の何れか１つあるいはその組み合わせであることを特徴とする請求項１１に記載の送液システム。
【請求項１３】
前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップと前記気体注入手段とを接続する流路に設けられたことを特徴とする請求項１１または１２に記載の送液システム。
【請求項１４】
前記高流路抵抗部は、前記マイクロ検査チップおよび前記気体注入手段と着脱可能であることを特徴とする請求項１３に記載の送液システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５０９６１（Ｐ２００９−２５０９６１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０３４５１（Ｐ２００８−１０３４５１）
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【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２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１１日（２００８．４．１１）
【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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