マイクロ流体チップ
【課題】複数の流体を混合する場合に混合した混合液に気泡が混入することを防ぐマイクロ流体チップを提供すること。
【解決手段】流体を収容する複数の収容部Ｄ１０，Ｄ１１と、各収容部から移送された流体を収容する混合部Ｍ１と、を有するマイクロ流体チップ１において、収容部Ｄ１０，Ｄ１１と混合部Ｍ１とを接続し、ラプラス力によって流体の流通を制御する複数の移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１を備え、収容部Ｄ１０，Ｄ１１は、収容部Ｄ１０，Ｄ１１内に流体を導入する流体導入口１１，１２を有し、混合部Ｍ１は、各収容部Ｄ１０，Ｄ１１側に設けられた複数の排気口２１，２２と、混合部Ｍ１に流入する流体の流入方向末端部に設けられた排気口２３と、を有する。
【解決手段】流体を収容する複数の収容部Ｄ１０，Ｄ１１と、各収容部から移送された流体を収容する混合部Ｍ１と、を有するマイクロ流体チップ１において、収容部Ｄ１０，Ｄ１１と混合部Ｍ１とを接続し、ラプラス力によって流体の流通を制御する複数の移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１を備え、収容部Ｄ１０，Ｄ１１は、収容部Ｄ１０，Ｄ１１内に流体を導入する流体導入口１１，１２を有し、混合部Ｍ１は、各収容部Ｄ１０，Ｄ１１側に設けられた複数の排気口２１，２２と、混合部Ｍ１に流入する流体の流入方向末端部に設けられた排気口２３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の流体を混合するマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、血液や体液等の検体に含まれる免疫成分などを自動的に分析する技術として自動分析装置が知られている。この自動分析装置は、試薬が入った反応容器に検体を加え、反応容器内の試薬との間で生じた反応を光学的に検出するものである。この自動分析装置による検体の分析に必要な試薬量は、一つの検体に対して数ｍｌ（ミリリットル）〜数十ｍｌ程度と少量で済むが、コスト的な観点から見て、分析に用いる試薬量をさらに低減することのできる技術が待望されていた。また、従来の自動分析装置は、検体や試薬を分注する分注ノズルの洗浄に用いる洗浄水の廃液量も多く、この点においてもコスト面で改善の余地があった。
【０００３】
このような状況を解決しうる技術として、検体の分析に必要な要素を微小なチップ上に集積化することによって流体の秤量および混合を行うことが可能なマイクロ流体チップがある（例えば、特許文献１参照）。このマイクロ流体チップに関しては、流体を収容して秤量することが可能な複数の収容部と、各収容部に収容された流体を収容して混合可能な混合部とを有し、各収容部と混合部との連結部にラプラスバルブを設けて送液を制御するという技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すマイクロ流体チップは、各流体が各流路を介して収容部から混合部に移送される際に、混合液中に気泡が混入してしまうおそれがあった。混合部に気泡が混入してしまうことによって、各流体の混合比率が変化し、分析結果に影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の流体を混合する場合に混合した混合液に気泡が混入することを防ぐマイクロ流体チップ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流体を収容する複数の収容部と、各収容部から移送された前記流体を収容する移送側収容部とを有するマイクロ流体チップにおいて、前記収容部と前記移送側収容部とを接続し、ラプラス力によって前記流体の流通を制御する複数の移送制御流路を備え、前記収容部は、該収容部内に流体を導入する流体導入口を有し、前記移送側収容部は、各収容部側に設けられた複数の第１排気口と、前記移送側収容部に流入する前記流体の流入方向末端部に設けられた第２排気口と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、前記第１の排気口は、前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°以上である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．１ｍｍ以下となるように形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、前記第１の排気口は、前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°未満である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．５ｍｍ程度となるように形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、一端が前記収容部に接続され、他端に調整排気口を設けた調節流路をさらに備え、前記調節流路は、前記収容部の容量を超えた前記流体を流通させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、少なくとも前記移送制御流路の内部表面が疎水性であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるマイクロ流体チップは、混合部の各収容部側に排気口を設けるようにしたので、段階的に複数の流体が混合部に送液された場合においても気泡の混入がなく、分析精度を向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すマイクロ流体チップのＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図３】図３は、図１，２に示す収容セルＤ１０に流体Ｓを収容した場合を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。
【図５】図５は、従来のマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる排気口の直径に対する接触角とストップ力との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出を示す図である。
【図８】図８は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明のマイクロ流体チップを実施するための形態について説明する。本発明は、以下に例示する実施の形態や変形例に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの構成を示す模式図であり、図２は、図１に示すマイクロ流体チップ１のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すマイクロ流体チップ１は、光の８０％以上を透過する光学的に透明な素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス、環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂を用いて本体部１０が形成され、本体部１０は、流体導入口１１，１２、収容セルＤ１０，Ｄ１１、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、混合セルＭ１、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１、排気口２１〜２５を有し、収容セルＤ１０，Ｄ１１と混合セルＭ１とが移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１によって連結されている。
【００１６】
流体導入口１１，１２は、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有する。流体導入口１１，１２にプローブ等を挿入して検体または試薬である流体を分注することによって、収容セルＤ１０，Ｄ１１に流体を送り込む。また、流体導入口１１，１２は、収容セルＤ１０，Ｄ１１に収容された流体を混合セルＭ１に送液する場合に、エア等の加圧処理を行うためのプローブまたはチューブ等の挿入口としても使用される。
【００１７】
収容セルＤ１０，Ｄ１１は、所定の体積となるように形成され、送り込まれた流体が充填された場合に所定体積と秤量することも可能である。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００１８】
移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、収容セルＤ１０，Ｄ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１と比して最も断面積が小さくなるように形成され、その断面積は、０．０６ｍｍ２以下であることが好ましく、特に、０．０２ｍｍ２以下が好ましい。流路の断面積と流体の表面張力とによって、流路出口において流体に流通方向とは逆向きのラプラス力がかかり、流体の流通が停止する。この流体の流通停止によって流体導入口１１，１２から分注された流体が収容セルＤ１０，Ｄ１１、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１に充填される。本発明にかかる移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、角形で形成されたものとして説明するが、円形で形成されていてもよい。
【００１９】
なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、収容セルＤ１０，Ｄ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１内の気体は、流体の流入に従って排気口２３、または排気口２１，２２から排出される。収容した流体を秤量する場合は、収容セルＤ１０，Ｄ１１からなる秤量部と、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１とを秤量単位とし、流路およびセルに充填された流体の総量が対象となる。
【００２０】
調節流路Ｆ１０，Ｆ１１は、一方が収容セルＤ１０，Ｄ１１の各流体導入口１１，１２近傍に接続され、分注された流体が移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、収容セルＤ１０，Ｄ１１に充填された後、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１に過剰量の流体が流れ込み、分注された流体の収容量の調節を行なう。また、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１の他方端部には、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１内の気体の排気を行なう排気口２４，２５を有する。
【００２１】
なお、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１の断面積は、収容セルＤ１０，Ｄ１１の断面積と比して小さく形成される。これにより、流体導入口１１，１２から分注された流体は、収容セルＤ１０，Ｄ１１を優先的に選択して流通する。
【００２２】
混合セルＭ１は、収容セルＤ１０の体積と収容セルＤ１１の体積とを加算し、さらに若干量の体積を加算した体積となるように形成される。また、混合セルＭ１内の気体は、接続流路Ｆ１２によって混合セルＭ１と接続された排気口２３によって排出される。なお、排気口２３は、混合セルＭ１に収容された混合物を吸引する吸引口として用いてもよい。また、接続流路Ｆ１２は、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１と同様に、ラプラス力がかかる径で形成されていてもよい。
【００２３】
排気口２１，２２は、混合セルＭ１の各移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１近傍に設けられ、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１を介して各収容セルＤ１０，Ｄ１１から混合セルＭ１に送り込まれる各流体中の気泡、または混合中に生じた気泡を排出する。
【００２４】
ここで、収容セルＤ１０に流体が収容された場合について、図３を参照して説明する。図３は、図１，２に示す収容セルＤ１０に流体Ｓを収容した場合を示す断面図である。流体導入口１１から分注された流体Ｓは、毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１０に入り込むが、移送制御流路ＬＦ１０の混合セルＭ１側の端部にかかる流通方向とは逆向きのラプラス力によって流体Ｓの流通が停止する。この流通停止によって流体Ｓは、収容セルＤ１０に充填される。
【００２５】
なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１の断面積は、下式（１）によって決定される。ラプラス力は、流体の表面張力、流路壁面に対する検体、試薬、または反応液の接触角、流路幅、流路深さによって決定され、毛細管力による液の流通を抑制している。ここで、γを表面張力、θを接触角（０＜θ≦１８０）、ｗを流路幅、ｈを流路深さ（移送流路の断面が円であればｗと同値）とした場合、下式（１）によって決定されるラプラス力Ｐをもとに移送制御流路ＬＦ１０の断面積を構成するｗおよびｈが設定される。ラプラス力Ｐは、任意に設定されるものとする。
Ｐ＝２γ（１／ｗ＋１／ｈ）Ｓｉｎθ ・・・（１）
【００２６】
つぎに、マイクロ流体チップ１内における流体の移送について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップ１の流体の移送を示す模式図である。まず、流体導入口１１から第１流体Ｓ１を分注すると、分注された第１流体Ｓ１は、収容セルＤ１０に送り込まれる。収容セルＤ１０に送り込まれた第１流体Ｓ１は、毛細管力によって移送制御流路ＬＦ１０に入り込み、ラプラス力により移送制御流路ＬＦ１０の混合セルＭ１側端部で流通を停止する。第１流体Ｓ１は、移送制御流路ＬＦ１０端部に停止後、収容セルＤ１０を充填する（図４（ａ））。また、収容セルＤ１０内に予め収容されていた気体は、排気口２３または排気口２１から排出される。第１流体Ｓ１は、収容セルＤ１０を充填後、調節流路Ｆ１０に流れ込む（図４（ｂ））。なお、調節流路Ｆ１０に予め収容されている気体は、排気口２４から排出される。
【００２７】
第１流体Ｓ１の分注が終了すると、第１流体Ｓ１と同様にして、第２流体Ｓ２の分注を行なう（図４（ｃ））。第２流体Ｓ２は、流体導入口１２から分注され、収容セルＤ１１に流れ込み、移送制御流路ＬＦ１１の混合セルＭ１側端部で流通を停止した後、収容セルＤ１１内を充填する。また、余剰量の第２流体Ｓ２は、調節流路Ｆ１１に送り込まれる。このとき、収容セルＤ１１、移送制御流路ＬＦ１１および調節流路Ｆ１１内の気体は、排気口２３，２２、排気口２５によってそれぞれ排気される。
【００２８】
第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２の分注が終了すると、排気口２４を封止部材によって封止し、流体導入口１１からプローブ等を用いて送風等により第１流体Ｓ１を加圧し、移送制御流路ＬＦ１０にかかる流通抑止力を解除する（図４（ｄ））。加圧されることによって調節流路Ｆ１０の収容分を除く第１流体Ｓ１は、混合セルＭ１内に流入する。調節流路Ｆ１０に収容された第１流体Ｓ１は、排気口２４の封止による内部圧力によって収容セルＤ１０内には流入しない。なお、この封止に用いる部材は、樹脂等で形成されたキャップ等の封止部材またはシール部材が好ましい。
【００２９】
ここで、流体導入口１１から加圧されて流動する第１流体Ｓ１は、混合セルＭ１に流入した際に、送風による加圧によって第１流体Ｓ１内に混入した気泡がある場合でも、排気口２１から気泡を排出することができる。従って、第１流体Ｓ１は、流体内に気泡の混入なく、混合セルに流入することができる。
【００３０】
続いて、排気口２５を封止部材等によって封止して、第１流体Ｓ１と同様に、流体導入口１２からプローブ等を用いて送風等により第２流体Ｓ２を加圧し、移送制御流路ＬＦ１１にかかる流通抑止力を解除する（図４（ｅ））。流体導入口１２からの加圧によって、第２流体Ｓ２が混合セルＭ１に流れ込み、第１流体Ｓ１と第２流体Ｓ２とが混合セルＭ１内において混合して混合液Ｓ３となる。なお、第１流体Ｓ１と同様に、調節流路Ｆ１１内の第２流体Ｓ２は収容セルＤ１１内には流入しない。
【００３１】
さらに、流体導入口１１，１２から収容セルＤ１０，Ｄ１１の加圧を行なうと、混合セルＭ１に収容された混合液Ｓ３は、排気口２３側に流動する（図４（ｆ））。図４（ｆ）に示す処理を行うことによって、送風等の加圧によって混入しうる気泡を除去した混合液Ｓ３を混合セルＭ１内に収容することができる。
【００３２】
なお、混合セルＭ１に送液した第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２が収容セルＤ１０，Ｄ１１へ逆流することを防止するため、第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２の各送液終了後に、流体導入口１１，１２を封止部材によって封止してもよい。
【００３３】
一方、従来の流体の移送について、図５を参照して説明する。図５は、従来のマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。従来のマイクロ流体チップは、流路の合流点近傍に排気口が設けられていない構成である。図５に示すように、流路１００を流通する第１流体Ｓ４と流路１０１を流通する第２流体Ｓ５とを、混合するための流路１０２に流通する場合、２液が共に流通している場合に気泡の混入はなく混合でき、混合した混合液Ｓ６が流路１０２を流通する（図５（ａ））。
【００３４】
しかしながら、流体の体積または送液のタイミングの差異によっては、図５（ｂ）に示すように、流体の流通の終点が異なる場合があり、一方の流体、図５の場合は第２流体Ｓ５の終端が流路１０１を通過すると、送液するための加圧用気体が第２流体Ｓ５端部と第１流体Ｓ４との間、または第１流体Ｓ４中に入り込み（図５（ｃ））、その結果、混合液Ｓ６と第１流体Ｓ４との間に気泡Ｂとして残ってしまうおそれがあった（図５（ｄ））。この気泡の混入によって混合する比率が変化し、分析結果に影響を及ぼしていた。また、段階的に流体を送液した場合、同時に送液した場合と比して、気泡の混入が顕著に現れるおそれがある。
【００３５】
これに対して、移送制御流路近傍に設けられた本発明にかかる排気口が、収容セルに収容された流体を気泡の混入なく混合させ、保持させることを可能とする。さらに、２液を同時に混合セルに送液した場合においても、排気口２１，２２から気体（気泡）を排出することが可能であるため、段階的に送液した場合でも、同時に送液した場合でも混合液に気泡の混入なく、混合セルに収容させることができる。なお、混合セルＭ１に対して測光装置を配置して、混合された流体の測光処理を行うことも可能である。
【００３６】
つぎに、排気口２１，２２が行う気体の排出について説明する。気体の排出は、収容する流体との接触角によって排出様態が異なる。まず、流体に対する排気口のストップ力について図６および表１を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態にかかる排気口の直径に対する接触角とストップ力との関係を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、ストップ力が正の値の場合、流体は、排気口２１，２２には浸入せず、ストップ力が負の値の場合、流体は、排気口２１，２２にかかる毛細管現象によって排気口２１，２２内に浸入する。グラフから、各排気口の直径においても、接触角が９０°付近を境にストップ力の正負の値が逆転していることがわかる。
【００３７】
また、表１は、図６に示すグラフにおける接触角が８５°〜１２０°の各排気口の直径に対するストップ力の値を示す表である。この表においても、各直径において接触角が９０°を境に正負の値が逆転し、接触角θが高くなるにつれてストップ力が大きくなっていることが読み取れる。なお、グラフ、表ともに、このときの流体の表面張力は０．０７２Ｎ／ｍである。
【００３８】
【表１】
【００３９】
なお、図６に示すグラフおよび表１にかかるストップ力ＰＳは、下式（２）によって与えられる。ここで、γは流体の表面張力、θは接触角（０＜θ≦１８０）、ｗは流路幅、ｈは流路深さ（移送流路の断面が円であればｗと同値）である。式（２）から、ストップ力の正負の基準点は、接触角θが９０°となることがわかる。
ＰＳ＝−２γ（１／ｗ＋１／ｈ）Ｃｏｓθ ・・・（２）
【００４０】
ここで、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出について、図７を参照して説明する。図７は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出を示す図である。図７は、図１，２に示すマイクロ流体チップと同等の構成における排気口２１ａ近傍を示す断面図であり、壁面に対する流体Ｓ７の接触角は、９０°以上である。
【００４１】
図７（ａ）において、混合セルＭ１に流体Ｓ７が収容され、この流体Ｓ７が排気口２１ａ近傍に差しかかった場合においても、上述したストップ力によって流体Ｓ７は排気口２１ａには浸入しない。なお、排気口の直径（φ）は、図６または表１で挙げたいずれかの値である。
【００４２】
その後、送風等による加圧によって、流体Ｓ７が排気口２１ａの下部領域を通過すると、混合セルＭ１のこの下部領域に空間が形成されるが、加圧の気体は、破線矢印で示す経路を辿って外部に排出される（図７（ｂ））。このため、混合セルＭ１に流体Ｓ７を所定位置まで送液した後にも余分な圧力がかかることなく処理することができる。
【００４３】
なお、送風等に加圧は、ポンプ圧力によって制御することが可能である。表２は、ポンプ圧力（ｋＰａ）によって各直径（φ）の排気口にかかる圧力（Ｐａ）を示している。この圧力は、排気口のストップ力に対して逆方向の力であるため、圧力がストップ力を超えた場合、流体が排気口内に浸入することとなる。流体が排気口内に一度浸入してしまうと、連続的に流れ出してしまうおそれもある。表２に示す圧力は、図１に示すマイクロ流体チップ１の流体導入口１１からポンプ圧力によって送り込まれた気体による排気口２１ａにかかる圧力を示している。
【００４４】
【表２】
【００４５】
たとえば、表１において、接触角が９５°で排気口の直径（φ）が０．１ｍｍの場合、排気口のストップ力は２５４Ｐａである。一方、排気口の直径（φ）が０．１ｍｍの場合にポンプ圧力によって排気口にかかる圧力は、ポンプ圧力が５ｋＰａで２２Ｐａ、２０ｋＰａで８８Ｐａ、１００ｋＰａで４４１Ｐａとなっている。ここで、表１の接触角が９５°の場合に戻ると、排気口のストップ力は２５４Ｐａであるため、送液のためのポンプ圧力を１００ｋＰａに設定すると、排気口に４４１Ｐａにかかり、排気口内に流体が浸入し、外部に排出されてしまう。そのため、表１および表２から、接触角が９５°の場合は、送液のためのポンプ圧力を５０ｋＰａ以下に設定する。
【００４６】
上述したように、表１および表２から接触角、ストップ力および排気口にかかる圧力の関係を参照し、ポンプ圧力を設定することによって、排気口に流体が外部に排出されるのを防止し、気泡のみを排出させることが可能となる。なお、表２に示すように、排気口の直径（φ）が小さくなるにつれて、排気口にかかる圧力は小さくなるため、比較的大きいポンプ圧力に設定できる。また、この場合の排気口２１ａの直径（φ）は、０．１ｍｍ以下となるように形成されることが好ましい。
【００４７】
これに対し、接触角がマイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出について、図８を参照して説明する。図８は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出を示す図である。図８は、図１，２に示すマイクロ流体チップと同等の構成における排気口２１ｂ近傍を示す断面図であり、壁面に対する流体Ｓ８の接触角は、９０°未満、たとえば７５°であるとする。
【００４８】
図８（ａ）において、混合セルに収容された流体Ｓ８は、接触角が７５°と低いため図６のグラフに示すように、排気口２１ｂから吸引される方向の力を受ける。そのため、流体Ｓ８は、排気口２１ｂに入り込んだ状態となる。また、排気口２１ｂの外部側の開口部では、ラプラス力が働き、流体Ｓ８は外部には排出されず、排気口２１ｂ端部に保持される。
【００４９】
その後、送液のための加圧を継続すると、混合セルＭ１内の流体Ｓ８は、加圧方向（図右方向）に流動する。また、排気口２１ｂ内に保持されている流体Ｓ８は、ラプラス力または流体の張力によって、排気口２１ｂ内に残る（図８（ｂ））。
【００５０】
さらに加圧を継続すると、排気口２１ｂに保持されている流体Ｓ８が外部に排出され、排気口２１ｂから気体を排出することが可能となる（図８（ｃ））。排気口２１ｂから流体Ｓ８が排出されると、図７（ｂ）と同様、混合セルＭ１に流体Ｓ８を所定位置まで送液した後にも余分な圧力がかかることなく処理することができる。
【００５１】
なお、排気口２１ｂから一部の流体Ｓ８が排出されるが、分析処理においては、この排出量を誤差範囲として分析処理を行うか、もしくは排出される体積分を予め計算して収容セルを形成することによって、分析処理を行うことが可能となる。
【００５２】
ここで、排気口２１ｂにおける気体の排出は、排気口２１ｂに保持された流体Ｓ８を外部に排出する必要がある。流体Ｓ８には、排気口２１ｂからのラプラス力がかかっている。流体Ｓ８を排気口２１ｂ外部に排出するには、ラプラス力による制止を解除できる力を加える必要がある一方で、必要量以上の流体Ｓ８の排出を防止するため、ラプラス力による流通抑制力も必要となる。
【００５３】
表３は、排気口２１ｂの各直径（φ）に対するラプラス力を示している。また、流体の表面張力γは０．０７２Ｎ／ｍであり、壁面に対する流体の接触角θは７５°である。
【００５４】
【表３】
【００５５】
この場合、排気口２１ｂ上部でラプラス力によって流体Ｓ８の流通を停止させ、かつ加圧によって流体Ｓ８を外部に排出するために適したラプラス力は、０．５ｋＰａ程度であり、表３を参照すると、排気口２１ｂの直径（φ）は、０．５ｍｍ前後となる。なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、断面積が０．０６ｍｍ２以下であり、この流路にかかるラプラス力は、およそ１ｋＰａである。断面積が小さくなるに従ってかかるラプラス力は大きくなるため、本発明における移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１にかかるラプラス力は１ｋＰａ以上となる（式（１）参照）。
【００５６】
なお、接触角θは、マイクロ流体チップの内部壁面の形状を変化させて形成することによって調節可能である。たとえば、表面を加工もしくは樹脂を表面に塗布することで、接触角を変化させることができる。また、マイクロ流体チップを形成する樹脂を変更することによって接触角を調節することも可能である。樹脂としては、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）樹脂等が挙げられる。
【００５７】
上述したマイクロ流体チップを用いることによって、各収容セルに収容された流体を気泡の混入なく混合セルに移送して、流体を混合させることができる。また、送液を行なうために送液ポンプを使用する場合においても、流体の粘性等に関わらず、一定のポンプ圧力によって各流体を気泡の混入なく送り込むことが可能である。
【００５８】
なお、接触角θが異なる、特に、９０°以上と９０°未満の流体を使用する場合、図７，８に示した排気口２１ａ，２１ｂに示す排気口を流体に対応させてそれぞれ形成させることで処理を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかるマイクロ流体チップは、複数の流体を混合するのに有用であり、特に、微量分析に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１ マイクロ流体チップ
１０ 本体部
１１，１２ 流体導入口
２１，２１ａ，２１ｂ，２２〜２５ 排気口
Ｄ１０，Ｄ１１ 収容セル
Ｆ１０，Ｆ１１ 調節流路
Ｆ１２ 接続流路
ＬＦ１０，ＬＦ１１ 移送制御流路
Ｍ１ 混合セル
Ｓ，Ｓ７，Ｓ８ 流体
Ｓ１，Ｓ４ 第１流体
Ｓ２，Ｓ５ 第２流体
Ｓ３，Ｓ６ 混合液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の流体を混合するマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、血液や体液等の検体に含まれる免疫成分などを自動的に分析する技術として自動分析装置が知られている。この自動分析装置は、試薬が入った反応容器に検体を加え、反応容器内の試薬との間で生じた反応を光学的に検出するものである。この自動分析装置による検体の分析に必要な試薬量は、一つの検体に対して数ｍｌ（ミリリットル）〜数十ｍｌ程度と少量で済むが、コスト的な観点から見て、分析に用いる試薬量をさらに低減することのできる技術が待望されていた。また、従来の自動分析装置は、検体や試薬を分注する分注ノズルの洗浄に用いる洗浄水の廃液量も多く、この点においてもコスト面で改善の余地があった。
【０００３】
このような状況を解決しうる技術として、検体の分析に必要な要素を微小なチップ上に集積化することによって流体の秤量および混合を行うことが可能なマイクロ流体チップがある（例えば、特許文献１参照）。このマイクロ流体チップに関しては、流体を収容して秤量することが可能な複数の収容部と、各収容部に収容された流体を収容して混合可能な混合部とを有し、各収容部と混合部との連結部にラプラスバルブを設けて送液を制御するという技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に示すマイクロ流体チップは、各流体が各流路を介して収容部から混合部に移送される際に、混合液中に気泡が混入してしまうおそれがあった。混合部に気泡が混入してしまうことによって、各流体の混合比率が変化し、分析結果に影響を及ぼすという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の流体を混合する場合に混合した混合液に気泡が混入することを防ぐマイクロ流体チップ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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流体を収容する複数の収容部と、各収容部から移送された前記流体を収容する移送側収容部とを有するマイクロ流体チップにおいて、前記収容部と前記移送側収容部とを接続し、ラプラス力によって前記流体の流通を制御する複数の移送制御流路を備え、前記収容部は、該収容部内に流体を導入する流体導入口を有し、前記移送側収容部は、各収容部側に設けられた複数の第１排気口と、前記移送側収容部に流入する前記流体の流入方向末端部に設けられた第２排気口と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、前記第１の排気口は、前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°以上である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．１ｍｍ以下となるように形成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、前記第１の排気口は、前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°未満である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．５ｍｍ程度となるように形成されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、一端が前記収容部に接続され、他端に調整排気口を設けた調節流路をさらに備え、前記調節流路は、前記収容部の容量を超えた前記流体を流通させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるマイクロ流体チップは、上記の発明において、少なくとも前記移送制御流路の内部表面が疎水性であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかるマイクロ流体チップは、混合部の各収容部側に排気口を設けるようにしたので、段階的に複数の流体が混合部に送液された場合においても気泡の混入がなく、分析精度を向上させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すマイクロ流体チップのＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【図３】図３は、図１，２に示す収容セルＤ１０に流体Ｓを収容した場合を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。
【図５】図５は、従来のマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態にかかる排気口の直径に対する接触角とストップ力との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出を示す図である。
【図８】図８は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明のマイクロ流体チップを実施するための形態について説明する。本発明は、以下に例示する実施の形態や変形例に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップの構成を示す模式図であり、図２は、図１に示すマイクロ流体チップ１のＡ−Ａ線断面図である。図１に示すマイクロ流体チップ１は、光の８０％以上を透過する光学的に透明な素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス、環状オレフィンやポリスチレン等の合成樹脂を用いて本体部１０が形成され、本体部１０は、流体導入口１１，１２、収容セルＤ１０，Ｄ１１、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、混合セルＭ１、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１、排気口２１〜２５を有し、収容セルＤ１０，Ｄ１１と混合セルＭ１とが移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１によって連結されている。
【００１６】
流体導入口１１，１２は、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有する。流体導入口１１，１２にプローブ等を挿入して検体または試薬である流体を分注することによって、収容セルＤ１０，Ｄ１１に流体を送り込む。また、流体導入口１１，１２は、収容セルＤ１０，Ｄ１１に収容された流体を混合セルＭ１に送液する場合に、エア等の加圧処理を行うためのプローブまたはチューブ等の挿入口としても使用される。
【００１７】
収容セルＤ１０，Ｄ１１は、所定の体積となるように形成され、送り込まれた流体が充填された場合に所定体積と秤量することも可能である。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００１８】
移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、収容セルＤ１０，Ｄ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１と比して最も断面積が小さくなるように形成され、その断面積は、０．０６ｍｍ２以下であることが好ましく、特に、０．０２ｍｍ２以下が好ましい。流路の断面積と流体の表面張力とによって、流路出口において流体に流通方向とは逆向きのラプラス力がかかり、流体の流通が停止する。この流体の流通停止によって流体導入口１１，１２から分注された流体が収容セルＤ１０，Ｄ１１、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１に充填される。本発明にかかる移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、角形で形成されたものとして説明するが、円形で形成されていてもよい。
【００１９】
なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、収容セルＤ１０，Ｄ１１および調節流路Ｆ１０，Ｆ１１内の気体は、流体の流入に従って排気口２３、または排気口２１，２２から排出される。収容した流体を秤量する場合は、収容セルＤ１０，Ｄ１１からなる秤量部と、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１とを秤量単位とし、流路およびセルに充填された流体の総量が対象となる。
【００２０】
調節流路Ｆ１０，Ｆ１１は、一方が収容セルＤ１０，Ｄ１１の各流体導入口１１，１２近傍に接続され、分注された流体が移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１、収容セルＤ１０，Ｄ１１に充填された後、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１に過剰量の流体が流れ込み、分注された流体の収容量の調節を行なう。また、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１の他方端部には、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１内の気体の排気を行なう排気口２４，２５を有する。
【００２１】
なお、調節流路Ｆ１０，Ｆ１１の断面積は、収容セルＤ１０，Ｄ１１の断面積と比して小さく形成される。これにより、流体導入口１１，１２から分注された流体は、収容セルＤ１０，Ｄ１１を優先的に選択して流通する。
【００２２】
混合セルＭ１は、収容セルＤ１０の体積と収容セルＤ１１の体積とを加算し、さらに若干量の体積を加算した体積となるように形成される。また、混合セルＭ１内の気体は、接続流路Ｆ１２によって混合セルＭ１と接続された排気口２３によって排出される。なお、排気口２３は、混合セルＭ１に収容された混合物を吸引する吸引口として用いてもよい。また、接続流路Ｆ１２は、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１と同様に、ラプラス力がかかる径で形成されていてもよい。
【００２３】
排気口２１，２２は、混合セルＭ１の各移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１近傍に設けられ、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１を介して各収容セルＤ１０，Ｄ１１から混合セルＭ１に送り込まれる各流体中の気泡、または混合中に生じた気泡を排出する。
【００２４】
ここで、収容セルＤ１０に流体が収容された場合について、図３を参照して説明する。図３は、図１，２に示す収容セルＤ１０に流体Ｓを収容した場合を示す断面図である。流体導入口１１から分注された流体Ｓは、毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１０に入り込むが、移送制御流路ＬＦ１０の混合セルＭ１側の端部にかかる流通方向とは逆向きのラプラス力によって流体Ｓの流通が停止する。この流通停止によって流体Ｓは、収容セルＤ１０に充填される。
【００２５】
なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１の断面積は、下式（１）によって決定される。ラプラス力は、流体の表面張力、流路壁面に対する検体、試薬、または反応液の接触角、流路幅、流路深さによって決定され、毛細管力による液の流通を抑制している。ここで、γを表面張力、θを接触角（０＜θ≦１８０）、ｗを流路幅、ｈを流路深さ（移送流路の断面が円であればｗと同値）とした場合、下式（１）によって決定されるラプラス力Ｐをもとに移送制御流路ＬＦ１０の断面積を構成するｗおよびｈが設定される。ラプラス力Ｐは、任意に設定されるものとする。
Ｐ＝２γ（１／ｗ＋１／ｈ）Ｓｉｎθ ・・・（１）
【００２６】
つぎに、マイクロ流体チップ１内における流体の移送について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかるマイクロ流体チップ１の流体の移送を示す模式図である。まず、流体導入口１１から第１流体Ｓ１を分注すると、分注された第１流体Ｓ１は、収容セルＤ１０に送り込まれる。収容セルＤ１０に送り込まれた第１流体Ｓ１は、毛細管力によって移送制御流路ＬＦ１０に入り込み、ラプラス力により移送制御流路ＬＦ１０の混合セルＭ１側端部で流通を停止する。第１流体Ｓ１は、移送制御流路ＬＦ１０端部に停止後、収容セルＤ１０を充填する（図４（ａ））。また、収容セルＤ１０内に予め収容されていた気体は、排気口２３または排気口２１から排出される。第１流体Ｓ１は、収容セルＤ１０を充填後、調節流路Ｆ１０に流れ込む（図４（ｂ））。なお、調節流路Ｆ１０に予め収容されている気体は、排気口２４から排出される。
【００２７】
第１流体Ｓ１の分注が終了すると、第１流体Ｓ１と同様にして、第２流体Ｓ２の分注を行なう（図４（ｃ））。第２流体Ｓ２は、流体導入口１２から分注され、収容セルＤ１１に流れ込み、移送制御流路ＬＦ１１の混合セルＭ１側端部で流通を停止した後、収容セルＤ１１内を充填する。また、余剰量の第２流体Ｓ２は、調節流路Ｆ１１に送り込まれる。このとき、収容セルＤ１１、移送制御流路ＬＦ１１および調節流路Ｆ１１内の気体は、排気口２３，２２、排気口２５によってそれぞれ排気される。
【００２８】
第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２の分注が終了すると、排気口２４を封止部材によって封止し、流体導入口１１からプローブ等を用いて送風等により第１流体Ｓ１を加圧し、移送制御流路ＬＦ１０にかかる流通抑止力を解除する（図４（ｄ））。加圧されることによって調節流路Ｆ１０の収容分を除く第１流体Ｓ１は、混合セルＭ１内に流入する。調節流路Ｆ１０に収容された第１流体Ｓ１は、排気口２４の封止による内部圧力によって収容セルＤ１０内には流入しない。なお、この封止に用いる部材は、樹脂等で形成されたキャップ等の封止部材またはシール部材が好ましい。
【００２９】
ここで、流体導入口１１から加圧されて流動する第１流体Ｓ１は、混合セルＭ１に流入した際に、送風による加圧によって第１流体Ｓ１内に混入した気泡がある場合でも、排気口２１から気泡を排出することができる。従って、第１流体Ｓ１は、流体内に気泡の混入なく、混合セルに流入することができる。
【００３０】
続いて、排気口２５を封止部材等によって封止して、第１流体Ｓ１と同様に、流体導入口１２からプローブ等を用いて送風等により第２流体Ｓ２を加圧し、移送制御流路ＬＦ１１にかかる流通抑止力を解除する（図４（ｅ））。流体導入口１２からの加圧によって、第２流体Ｓ２が混合セルＭ１に流れ込み、第１流体Ｓ１と第２流体Ｓ２とが混合セルＭ１内において混合して混合液Ｓ３となる。なお、第１流体Ｓ１と同様に、調節流路Ｆ１１内の第２流体Ｓ２は収容セルＤ１１内には流入しない。
【００３１】
さらに、流体導入口１１，１２から収容セルＤ１０，Ｄ１１の加圧を行なうと、混合セルＭ１に収容された混合液Ｓ３は、排気口２３側に流動する（図４（ｆ））。図４（ｆ）に示す処理を行うことによって、送風等の加圧によって混入しうる気泡を除去した混合液Ｓ３を混合セルＭ１内に収容することができる。
【００３２】
なお、混合セルＭ１に送液した第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２が収容セルＤ１０，Ｄ１１へ逆流することを防止するため、第１流体Ｓ１および第２流体Ｓ２の各送液終了後に、流体導入口１１，１２を封止部材によって封止してもよい。
【００３３】
一方、従来の流体の移送について、図５を参照して説明する。図５は、従来のマイクロ流体チップの流体の移送を示す模式図である。従来のマイクロ流体チップは、流路の合流点近傍に排気口が設けられていない構成である。図５に示すように、流路１００を流通する第１流体Ｓ４と流路１０１を流通する第２流体Ｓ５とを、混合するための流路１０２に流通する場合、２液が共に流通している場合に気泡の混入はなく混合でき、混合した混合液Ｓ６が流路１０２を流通する（図５（ａ））。
【００３４】
しかしながら、流体の体積または送液のタイミングの差異によっては、図５（ｂ）に示すように、流体の流通の終点が異なる場合があり、一方の流体、図５の場合は第２流体Ｓ５の終端が流路１０１を通過すると、送液するための加圧用気体が第２流体Ｓ５端部と第１流体Ｓ４との間、または第１流体Ｓ４中に入り込み（図５（ｃ））、その結果、混合液Ｓ６と第１流体Ｓ４との間に気泡Ｂとして残ってしまうおそれがあった（図５（ｄ））。この気泡の混入によって混合する比率が変化し、分析結果に影響を及ぼしていた。また、段階的に流体を送液した場合、同時に送液した場合と比して、気泡の混入が顕著に現れるおそれがある。
【００３５】
これに対して、移送制御流路近傍に設けられた本発明にかかる排気口が、収容セルに収容された流体を気泡の混入なく混合させ、保持させることを可能とする。さらに、２液を同時に混合セルに送液した場合においても、排気口２１，２２から気体（気泡）を排出することが可能であるため、段階的に送液した場合でも、同時に送液した場合でも混合液に気泡の混入なく、混合セルに収容させることができる。なお、混合セルＭ１に対して測光装置を配置して、混合された流体の測光処理を行うことも可能である。
【００３６】
つぎに、排気口２１，２２が行う気体の排出について説明する。気体の排出は、収容する流体との接触角によって排出様態が異なる。まず、流体に対する排気口のストップ力について図６および表１を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態にかかる排気口の直径に対する接触角とストップ力との関係を示すグラフである。図６に示すグラフにおいて、ストップ力が正の値の場合、流体は、排気口２１，２２には浸入せず、ストップ力が負の値の場合、流体は、排気口２１，２２にかかる毛細管現象によって排気口２１，２２内に浸入する。グラフから、各排気口の直径においても、接触角が９０°付近を境にストップ力の正負の値が逆転していることがわかる。
【００３７】
また、表１は、図６に示すグラフにおける接触角が８５°〜１２０°の各排気口の直径に対するストップ力の値を示す表である。この表においても、各直径において接触角が９０°を境に正負の値が逆転し、接触角θが高くなるにつれてストップ力が大きくなっていることが読み取れる。なお、グラフ、表ともに、このときの流体の表面張力は０．０７２Ｎ／ｍである。
【００３８】
【表１】
【００３９】
なお、図６に示すグラフおよび表１にかかるストップ力ＰＳは、下式（２）によって与えられる。ここで、γは流体の表面張力、θは接触角（０＜θ≦１８０）、ｗは流路幅、ｈは流路深さ（移送流路の断面が円であればｗと同値）である。式（２）から、ストップ力の正負の基準点は、接触角θが９０°となることがわかる。
ＰＳ＝−２γ（１／ｗ＋１／ｈ）Ｃｏｓθ ・・・（２）
【００４０】
ここで、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出について、図７を参照して説明する。図７は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°以上である場合の気体の排出を示す図である。図７は、図１，２に示すマイクロ流体チップと同等の構成における排気口２１ａ近傍を示す断面図であり、壁面に対する流体Ｓ７の接触角は、９０°以上である。
【００４１】
図７（ａ）において、混合セルＭ１に流体Ｓ７が収容され、この流体Ｓ７が排気口２１ａ近傍に差しかかった場合においても、上述したストップ力によって流体Ｓ７は排気口２１ａには浸入しない。なお、排気口の直径（φ）は、図６または表１で挙げたいずれかの値である。
【００４２】
その後、送風等による加圧によって、流体Ｓ７が排気口２１ａの下部領域を通過すると、混合セルＭ１のこの下部領域に空間が形成されるが、加圧の気体は、破線矢印で示す経路を辿って外部に排出される（図７（ｂ））。このため、混合セルＭ１に流体Ｓ７を所定位置まで送液した後にも余分な圧力がかかることなく処理することができる。
【００４３】
なお、送風等に加圧は、ポンプ圧力によって制御することが可能である。表２は、ポンプ圧力（ｋＰａ）によって各直径（φ）の排気口にかかる圧力（Ｐａ）を示している。この圧力は、排気口のストップ力に対して逆方向の力であるため、圧力がストップ力を超えた場合、流体が排気口内に浸入することとなる。流体が排気口内に一度浸入してしまうと、連続的に流れ出してしまうおそれもある。表２に示す圧力は、図１に示すマイクロ流体チップ１の流体導入口１１からポンプ圧力によって送り込まれた気体による排気口２１ａにかかる圧力を示している。
【００４４】
【表２】
【００４５】
たとえば、表１において、接触角が９５°で排気口の直径（φ）が０．１ｍｍの場合、排気口のストップ力は２５４Ｐａである。一方、排気口の直径（φ）が０．１ｍｍの場合にポンプ圧力によって排気口にかかる圧力は、ポンプ圧力が５ｋＰａで２２Ｐａ、２０ｋＰａで８８Ｐａ、１００ｋＰａで４４１Ｐａとなっている。ここで、表１の接触角が９５°の場合に戻ると、排気口のストップ力は２５４Ｐａであるため、送液のためのポンプ圧力を１００ｋＰａに設定すると、排気口に４４１Ｐａにかかり、排気口内に流体が浸入し、外部に排出されてしまう。そのため、表１および表２から、接触角が９５°の場合は、送液のためのポンプ圧力を５０ｋＰａ以下に設定する。
【００４６】
上述したように、表１および表２から接触角、ストップ力および排気口にかかる圧力の関係を参照し、ポンプ圧力を設定することによって、排気口に流体が外部に排出されるのを防止し、気泡のみを排出させることが可能となる。なお、表２に示すように、排気口の直径（φ）が小さくなるにつれて、排気口にかかる圧力は小さくなるため、比較的大きいポンプ圧力に設定できる。また、この場合の排気口２１ａの直径（φ）は、０．１ｍｍ以下となるように形成されることが好ましい。
【００４７】
これに対し、接触角がマイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出について、図８を参照して説明する。図８は、マイクロ流体チップの内部壁面と流体との接触角が９０°未満である場合の気体の排出を示す図である。図８は、図１，２に示すマイクロ流体チップと同等の構成における排気口２１ｂ近傍を示す断面図であり、壁面に対する流体Ｓ８の接触角は、９０°未満、たとえば７５°であるとする。
【００４８】
図８（ａ）において、混合セルに収容された流体Ｓ８は、接触角が７５°と低いため図６のグラフに示すように、排気口２１ｂから吸引される方向の力を受ける。そのため、流体Ｓ８は、排気口２１ｂに入り込んだ状態となる。また、排気口２１ｂの外部側の開口部では、ラプラス力が働き、流体Ｓ８は外部には排出されず、排気口２１ｂ端部に保持される。
【００４９】
その後、送液のための加圧を継続すると、混合セルＭ１内の流体Ｓ８は、加圧方向（図右方向）に流動する。また、排気口２１ｂ内に保持されている流体Ｓ８は、ラプラス力または流体の張力によって、排気口２１ｂ内に残る（図８（ｂ））。
【００５０】
さらに加圧を継続すると、排気口２１ｂに保持されている流体Ｓ８が外部に排出され、排気口２１ｂから気体を排出することが可能となる（図８（ｃ））。排気口２１ｂから流体Ｓ８が排出されると、図７（ｂ）と同様、混合セルＭ１に流体Ｓ８を所定位置まで送液した後にも余分な圧力がかかることなく処理することができる。
【００５１】
なお、排気口２１ｂから一部の流体Ｓ８が排出されるが、分析処理においては、この排出量を誤差範囲として分析処理を行うか、もしくは排出される体積分を予め計算して収容セルを形成することによって、分析処理を行うことが可能となる。
【００５２】
ここで、排気口２１ｂにおける気体の排出は、排気口２１ｂに保持された流体Ｓ８を外部に排出する必要がある。流体Ｓ８には、排気口２１ｂからのラプラス力がかかっている。流体Ｓ８を排気口２１ｂ外部に排出するには、ラプラス力による制止を解除できる力を加える必要がある一方で、必要量以上の流体Ｓ８の排出を防止するため、ラプラス力による流通抑制力も必要となる。
【００５３】
表３は、排気口２１ｂの各直径（φ）に対するラプラス力を示している。また、流体の表面張力γは０．０７２Ｎ／ｍであり、壁面に対する流体の接触角θは７５°である。
【００５４】
【表３】
【００５５】
この場合、排気口２１ｂ上部でラプラス力によって流体Ｓ８の流通を停止させ、かつ加圧によって流体Ｓ８を外部に排出するために適したラプラス力は、０．５ｋＰａ程度であり、表３を参照すると、排気口２１ｂの直径（φ）は、０．５ｍｍ前後となる。なお、移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１は、断面積が０．０６ｍｍ２以下であり、この流路にかかるラプラス力は、およそ１ｋＰａである。断面積が小さくなるに従ってかかるラプラス力は大きくなるため、本発明における移送制御流路ＬＦ１０，ＬＦ１１にかかるラプラス力は１ｋＰａ以上となる（式（１）参照）。
【００５６】
なお、接触角θは、マイクロ流体チップの内部壁面の形状を変化させて形成することによって調節可能である。たとえば、表面を加工もしくは樹脂を表面に塗布することで、接触角を変化させることができる。また、マイクロ流体チップを形成する樹脂を変更することによって接触角を調節することも可能である。樹脂としては、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）樹脂等が挙げられる。
【００５７】
上述したマイクロ流体チップを用いることによって、各収容セルに収容された流体を気泡の混入なく混合セルに移送して、流体を混合させることができる。また、送液を行なうために送液ポンプを使用する場合においても、流体の粘性等に関わらず、一定のポンプ圧力によって各流体を気泡の混入なく送り込むことが可能である。
【００５８】
なお、接触角θが異なる、特に、９０°以上と９０°未満の流体を使用する場合、図７，８に示した排気口２１ａ，２１ｂに示す排気口を流体に対応させてそれぞれ形成させることで処理を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかるマイクロ流体チップは、複数の流体を混合するのに有用であり、特に、微量分析に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１ マイクロ流体チップ
１０ 本体部
１１，１２ 流体導入口
２１，２１ａ，２１ｂ，２２〜２５ 排気口
Ｄ１０，Ｄ１１ 収容セル
Ｆ１０，Ｆ１１ 調節流路
Ｆ１２ 接続流路
ＬＦ１０，ＬＦ１１ 移送制御流路
Ｍ１ 混合セル
Ｓ，Ｓ７，Ｓ８ 流体
Ｓ１，Ｓ４ 第１流体
Ｓ２，Ｓ５ 第２流体
Ｓ３，Ｓ６ 混合液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収容する複数の収容部と、各収容部から移送された前記流体を収容する移送側収容部とを有するマイクロ流体チップにおいて、
前記収容部と前記移送側収容部とを接続し、ラプラス力によって前記流体の流通を制御する複数の移送制御流路を備え、
前記収容部は、該収容部内に流体を導入する流体導入口を有し、
前記移送側収容部は、
各収容部側に設けられた複数の第１排気口と、
前記移送側収容部に流入する前記流体の流入方向末端部に設けられた第２排気口と、
を有することを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記第１の排気口は、
前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°以上である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．１ｍｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記第１の排気口は、
前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°未満である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．５ｍｍ程度となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
一端が前記収容部に接続され、他端に調整排気口を設けた調節流路をさらに備え、
前記調節流路は、前記収容部の容量を超えた前記流体を流通させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
少なくとも前記移送制御流路の内部表面が疎水性であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１】
流体を収容する複数の収容部と、各収容部から移送された前記流体を収容する移送側収容部とを有するマイクロ流体チップにおいて、
前記収容部と前記移送側収容部とを接続し、ラプラス力によって前記流体の流通を制御する複数の移送制御流路を備え、
前記収容部は、該収容部内に流体を導入する流体導入口を有し、
前記移送側収容部は、
各収容部側に設けられた複数の第１排気口と、
前記移送側収容部に流入する前記流体の流入方向末端部に設けられた第２排気口と、
を有することを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記第１の排気口は、
前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°以上である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．１ｍｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記第１の排気口は、
前記移送側収容部に対する前記流体の接触角が９０°未満である場合、前記第１排気口と前記移送側収容部との接続部の直径が０．５ｍｍ程度となるように形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
一端が前記収容部に接続され、他端に調整排気口を設けた調節流路をさらに備え、
前記調節流路は、前記収容部の容量を超えた前記流体を流通させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
少なくとも前記移送制御流路の内部表面が疎水性であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１１７８０５（Ｐ２０１１−１１７８０５Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４７５５（Ｐ２００９−２７４７５５）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５１０００５８８９）ベックマン コールター， インコーポレイテッド (174)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５１０００５８８９）ベックマン コールター， インコーポレイテッド (174)
【Ｆターム（参考）】
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