マイクロ流体チップ
【課題】簡易な構成でセルに収容される流体の流速分布を均一にして気泡の発生を防止することができるマイクロ流体チップを提供すること。
【解決手段】流体を収容可能な内部空間を形成する収容セルＤ１０と、内部空間内に前記流体を導入する流体導入口１１と、内部空間内の気体または／および内部空間内に収容された流体を排出可能な排出口１２と、を備えたマイクロ流体チップ１であって、内部空間の長手方向に垂直な断面を所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定することによって、内部空間に注入された流体の流速分布を均一にすることができ、内部空間に収容された流体中への気泡の混入を防止することが可能となる。
【解決手段】流体を収容可能な内部空間を形成する収容セルＤ１０と、内部空間内に前記流体を導入する流体導入口１１と、内部空間内の気体または／および内部空間内に収容された流体を排出可能な排出口１２と、を備えたマイクロ流体チップ１であって、内部空間の長手方向に垂直な断面を所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定することによって、内部空間に注入された流体の流速分布を均一にすることができ、内部空間に収容された流体中への気泡の混入を防止することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の液体を収容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μｌ（マイクロリットル）〜数ｍｌ（ミリリットル）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。このマイクロ流体チップは、たとえば、数μｌ以下の検体および試薬をそれぞれ収容可能な複数の収容部（収容セル）と、各セルに収容された検体および試薬を混合する混合セルとを有し、各収容セルが流路によって混合セルに連結されている。マイクロ流体チップを用いることによって、微少量の検体および試薬を収容セルに収容させ、流路を介して混合セルで混合させることができるため、使用量をさらに低減させることが可能となった。
【０００４】
ところで、このマイクロ流体チップを用いた分析では、秤量または混合を行なう場合に所定量の検体および試薬を所定のセルまたはセル間を連結する流路に充填することが一層重要となる。特に、セルまたは流路への気泡の混入によって収容する検体または試薬が所定量以下となり、反応効率および目的物質の検出精度が低下してしまうというおそれがあった。これに対して、流路内に制御板部材を設けて、流路内を流通する流体の流速分布を制御するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２２８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示すマイクロ流体チップは、制御板部材を設けることによって構成が複雑になっていた。なお、制御板部材によって流体の流速を制御できるものの、流路壁面または制御板流路壁面の抵抗等によって流速分布を均一にすることは困難であり、制御板部材によって分割された流体が再び合流する際に、流体の張力等によっては、気泡が発生してしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でセルに収容される流体の流速分布を均一にして気泡の発生を防止することができる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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるマイクロ流体チップは、流体を収容可能な内部空間を形成する収容部と、前記内部空間内に前記流体を導入する流体導入口と、前記内部空間内の気体または／および前記内部空間内に収容された前記流体を排出可能な排出口と、を備え、前記内部空間の長手方向に垂直な断面は、所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定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、前記比は、０．２〜１．０に設定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、前記比は、０．４であ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、前記排出口は、前記流体が前記内部空間内を流通する流通方向の終端側に設けられることを特徴とする。
【００１２】
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、一端が前記内部空間と連結し、該一端から前記内部空間内に収容された流体を流出可能であるとともに、該流出方向に対して逆方向に働くラプラス力によって前記流体の流出を停止させる移送制御流路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
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、前記移送制御流路は、他端が前記内部空間に収容された前記流体を収容可能な収容空間を形成する他の収容部と連結し、前記排出口は、前記他の収容部に設けられることを特徴とする。
【００１４】
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、前記内部空間の前記移送制御流路近傍は、傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内部空間の水平成分と垂直成分との比を所定範囲内となるように形成するようにしたので、簡易な構成で内部空間に注入された液体の流速分布を均一にし、内部空間に収容された液体中への気泡の混入を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるマイクロ流体チップの概略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に示すマイクロ流体チップのＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明にかかるマイクロ流体チップの収容セルに流体が収容される様子を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１の変形例であるマイクロ流体チップの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、図６に示すマイクロ流体チップのＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。
【図８】図８は、秤量セルに流体を収容した場合を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２の変形例１であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップを用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２の変形例３であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２の変形例４であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２の変形例５であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２の変形例６であるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、図１５に示すマイクロ流体チップのＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１５に示すマイクロ流体チップのＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２の変形例７であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２の変形例８であるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるマイクロ流体チップ１の概略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線断面を示す断面図、図３は、図１に示すマイクロ流体チップ１のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。図１〜３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、たとえば、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、内部空間としての収容セルＤ１０、流体導入口１１、排出口１２を有する。
【００１９】
収容セルＤ１０は、所定の体積となるような内部空間を有する収容部である。特に、収容セル１０内が流体で充填された場合においては、注入された流体が所定体積であるか否かを判定し、秤量することができる。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００２０】
流体導入口１１は、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、収容セルＤ１０に連通している。流体導入口１１にプローブ等を挿入して検体または試薬としての流体を分注することによって、収容セルＤ１０に流体を送り込む。
【００２１】
排出口１２は、流体導入口１１と同様、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、収容セルＤ１０に連通している。流体の秤量を行なう場合、排出口１２から収容セルＤ１０内の気体および流体を排出することによって収容セルＤ１０内を流体で充填することができ、充填された流体を秤量することが可能となる。なお、排出口１２から流体を導入する場合は、流体導入口１１が、収容セルＤ１０内の気体および流体の排出を行なう排出口としての役割を担う。
【００２２】
また、流体導入口１１および排出口１２は、それぞれ排出口、流体導入口の役割を状況に応じて担うことができる。たとえば、排出口１２から流体を収容セルＤ１０内に導入した場合は、流体導入口１１が排出口の役割を担い、収容セルＤ１０内の気体の排出を行なう。
【００２３】
ここで、収容セルＤ１０の断面について、図３を参照して説明する。図３に示すＢ−Ｂ線断面において、収容セルＤ１０の最大高さＬ１と最大幅Ｌ２との比であるアスペクト比が０．２〜１．０の範囲になるように設定する。特に、アスペクト比が０．４に設定されることが好ましい。なお、アスペクト比の算出においては、最大高さＬ１と最大幅Ｌ２との値の大きい方が分母となる。図３の場合、最大高さＬ１に比して最大幅Ｌ２の方の数値が大きいため、最大高さ／最大幅（Ｌ１／Ｌ２）としてアスペクト比を算出する。
【００２４】
収容セルＤ１０の断面を上述したアスペクト比に設定することによって、流体導入口１１から導入された流体が収容セルＤ１０内に浸入する場合に、流体の流速分布を一定とすることができ、流速分布の不均一によって生ずる気泡の発生を防止することができる。なお、上述したアスペクト比の効果は、流体の粘性・浸透性等に因らない。
【００２５】
つづいて、収容セルＤ１０に流体を収容する流れを、図４を参照して説明する。図４は、本発明にかかるマイクロ流体チップ１の収容セルＤ１０に流体が収容される様子を示す模式図である。図４における模式図は、マイクロ流体チップ１の上面図と、図１のＡ−Ａ線断面に対応する断面図とを示している。まず、流体導入口１１から流体Ｆを注入すると、流体Ｆは、収容セルＤ１０に浸入する（図４（ａ））。このとき、予め収容セルＤ１０内に存在した気体は、流体の浸入に伴う圧力によって排出口１２から外部へと放出される。
【００２６】
その後、流体導入口１１から流体Ｆの注入を継続すると、流体Ｆは、収容セルＤ１０内を排出口１２側へと浸入していく（図４（ｂ））。ここで、収容セルＤ１０の流体の流通方向に垂直な断面が、上述したアスペクト比に設定されているため、流体Ｆの最前面は、浸入方向に対して垂直になり、流速分布が均一な状態で収容セルＤ１０に浸入する。
【００２７】
さらに注入を継続すると、収容セルＤ１０内に流体Ｆが充填される（図４（ｃ））。流体Ｆの均一な流速分布によって、収容セルＤ１０内に気体が混入することなく、流体Ｆを収容セルＤ１０内に充填することができる。また、収容セルＤ１０、流体導入口１１および排出口１２の体積を予め設定しておくことで、収容された流体Ｆの体積を秤量することが可能である。
【００２８】
なお、１つの収容セルに複数種の流体を連続して注入し、混合することも可能であり、予め収容セルの体積を設定することで、混合した流体の秤量を行なうことができる。さらに、収容セルの上方または下方に光源と、光源に対応する位置に受光部とを配置することで、反応物の光学的測定も可能となる。
【００２９】
また、流体Ｆの最前面は、流体の性質によって若干弧を形成して浸入する場合もある。この場合においても、流体導入口と排出口とを結ぶ直線を軸に緩やかな弧を形成する程度であるため、流速分布はほぼ均一であるとみなすことができ、気泡の混入を防止することが可能である。
【００３０】
ここで、実施の形態１にかかるマイクロ流体チップにおいて、流体導入口を収容セルの中央部に配置してもよい。図５は、本発明の実施の形態１の変形例であるマイクロ流体チップ２の概略構成を示す模式図である。図５に示すマイクロ流体チップ２は、収容セルＤ１１の中央部に流体導入口１１ａを有している。流体導入口１１ａから注入された流体Ｆは、図中、矢印Ｙ１，Ｙ２方向に収容セルＤ１１内を浸入していく。このとき、流体の浸入方向に対する終端は２箇所となるため、収容セルＤ１１内に存在する気体を排出する排出口１２ａ，１２ｂを、それぞれの流通終端側に設ける。排出口を流体の流通方向によって複数設けることで、各流通方向に存在する気体を排出でき、収容セル内に流体を充填することができる。
【００３１】
上述した実施の形態１にかかるマイクロ流体チップによって、簡易な構成で収容セルに流体を収容した際に起こる気体空間の形成等による気泡混入を防止することができる。本発明にかかるマイクロ流体チップは、たとえば、生化学、免疫学分析における検体または試薬の秤量、混合に用いることが可能であり、気泡混入の防止によって、分析精度を向上させることができる。一方、従来のマイクロ流体チップは、流体の流速分布が不均一であり、流体の各最前面の流通端部に到達するまでの時間に差が生じることによって、流体の最前面が気泡空間を形成し、その結果、流体中に気泡を保持した状態となっていた。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図６，７を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ３の概略構成を示す模式図であり、図７は、図６に示すマイクロ流体チップ３のＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。図１，２に示したマイクロ流体チップ１と同様、マイクロ流体チップ３は、光の８０％以上を透過する光学的に透明な素材、たとえば、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形成され、内部空間としての収容セルＤ１２，Ｄ１３、流体導入口１３、排出口１４を有し、収容セルＤ１２，Ｄ１３は、移送制御流路ＬＦ１０によって連結されている。
【００３３】
収容セルＤ１２，Ｄ１３は、上述したアスペクト比となるように断面が形成された内部空間を有する。また、収容セルＤ１２は、収容セルＤ１３に対して逆方向の端部に流体導入口１３を有し、収容セルＤ１３は、収容セルＤ１２に対して逆方向の端部に排出口１４を有し、流体導入口１３から収容セルＤ１２に注入された流体を、移送制御流路ＬＦ１０を介して収容セルＤ１３に送液することが可能である。
【００３４】
移送制御流路ＬＦ１０は、流体の流通方向に対して垂直な断面積が、１ｍｍ２以下となるように形成されることが好ましく、特に、０．１ｍｍ２以下が好ましい。収容セルＤ１２に注入された流体が毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１０に流れ込むが、移送制御流路ＬＦ１０と収容セルＤ１３との境界における拡径領域で流体の流通方向とは逆向きの力であるラプラス力が生じ、このラプラス力によって流体の流通が停止し、収容セルＤ１３に流体が流れ込まない。また、移送制御流路ＬＦ１０および収容セルＤ１２、収容セルＤ１３内の気体は、流体の流入に従って排気口１４から排出される。流体を秤量する場合は、収容セルＤ１２と移送制御流路ＬＦ１０と流体導入口１３および排出口１４とを秤量単位とし、充填された流体の総量が対象となる。
【００３５】
ここで、収容セルＤ１２に流体が収容された場合について、図８を参照して説明する。図８は、収容セルＤ１２に流体Ｆを収容した場合を示す断面図である。流体導入口１３から分注された流体Ｆ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の収容セルＤ１３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Ｆの流通が停止する。この流通停止によって流体Ｆは、収容セルＤ１２に充填される。
【００３６】
なお、移送制御流路ＬＦ１０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、移送流路に対する検体、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、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）
【００３７】
また、図７に示すマイクロ流体チップ３において、収容セルＤ１２，Ｄ１３の移送制御流路ＬＦ１０近傍が傾斜していてもよい。図９は、本発明の実施の形態２の変形例１であるマイクロ流体チップ３ａの構成を示す断面図である。図９に示すマイクロ流体チップ３ａは、収容セルＤ１２ａ，Ｄ１３ａの移送制御流路ＬＦ１０近傍において、上部が傾斜して形成されている。この構成によって、収容セルＤ１２ａから移送制御流路ＬＦ１０に流体が浸入する場合に、図７に示すマイクロ流体チップ３のように流体の流通方向に対して垂直に形成される壁面と比して、流体が壁面から受ける圧力が低減されて、流体の流通にかかる圧力変化が緩和されるため、一層気泡の発生を防止することが可能となる。
【００３８】
つづいて、図６，７に示すマイクロ流体チップ３を用いて、流体Ｆを収容セルＤ１２において収容・秤量し、秤量された流体Ｆを収容セルＤ１２に移送させる秤量および移送方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ３を用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【００３９】
まず、流体導入口１３から分注対象の流体Ｆを注入する（図１０（ａ））。流体Ｆを注入すると、収容セルＤ１２底部から毛細管現象により移送制御流路ＬＦ１０内に流体Ｆが入り込み、ラプラス力によって収容セルＤ１３側の端部で流通が停止して、収容セルＤ１２内に流体Ｆが充填される（図１０（ｂ））。
【００４０】
移送制御流路ＬＦ１０および収容セルＤ１２への流体Ｆの注入が完了すると、プローブ等を用いてエアを流体導入口１３から収容セルＤ１２内部に注入し、流体Ｆを押圧する。流体Ｆが押圧されることによって、流体Ｆの流通方向に対する力が、移送制御流路ＬＦ１０にかかるラプラス力を超えることで、ラプラス力による流通停止が解除され、収容セルＤ１３に流体Ｆが流れ込む（図１０（ｃ））。エアによる押圧を継続し、収容セルＤ１２に収容された流体Ｆを収容セルＤ１３に移送完了すると、流体導入口１３を封止部材Ｃによって封止する（図１０（ｄ））。
【００４１】
なお、図１０（ｄ）に示す流体導入口１３の封止を行うか否かは、任意であるが、流体導入口１３を封止することによって、収容セルＤ１２内の気体の流出が抑制でき、収容セルＤ１２内の内部圧力を維持できるため、収容セルＤ１２内への逆流を防止できるため、封止部材Ｃによって流体導入口１３を封止することが好ましい。また、秤量された流体Ｆを回収する場合は、排気口１４からピペット等によって吸引することで回収できる。
【００４２】
また、収容セルの配置において、収容セルの底部が移送制御流路の底部と一致していなくてもよい。図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２であるマイクロ流体チップ４の構成を示す断面図である。図１１に示すマイクロ流体チップ４は、移送制御流路ＬＦ１１が収容セルＤ１４，Ｄ１５の側面と連結し、移送制御流路ＬＦ１１の底部と収容セルＤ１４，Ｄ１５の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ１１の各収容セルＤ１４，Ｄ１５側端部において、移送制御流路ＬＦ１１の底部方向にも拡径領域が形成されるため、一層ラプラス力の効力を確実なものとすることができる。ここで、図７と同様、収容セルＤ１５内の気体は、排気口１４から外部に排出される。
【００４３】
なお、図１１に示すマイクロ流体チップ４の構成において、図９に示すマイクロ流体チップ３ａのように、各収容セルの移送制御流路ＬＦ１１近傍が傾斜していてもよい。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例３であるマイクロ流体チップ４ａの構成を示す断面図である。図１２に示すマイクロ流体チップ４ａは、各収容セルＤ１４ａ，Ｄ１５ａの移送制御流路ＬＦ１１近傍が傾斜して移送制御流路ＬＦ１１と連結されている。収容セルＤ１４ａ内に粒子等が含まれる場合、図１１に示すマイクロ流体チップ４の構成では、収容セルＤ１４の移送制御流路ＬＦ１１側の底部に滞留してしまうおそれがあるが、マイクロ流体チップ４ａのように傾斜を設けることによって粒子を円滑に収容セルＤ１５ａに送り込むことが可能となる。
【００４４】
また、移送制御流路の上部が、収容セルの上部と一致するように配置されていてもよい。図１３は、本発明の実施の形態２の変形例４であるマイクロ流体チップ５の構成を示す断面図である。図１３に示すマイクロ流体チップ５は、収容セルＤ１６と収容セルＤ１７とを連結させる移送制御流路ＬＦ１２が、移送制御流路ＬＦ１２の上部と収容セルＤ１７の上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ１２の収容セルＤ１７側の端部では、図８に示すラプラス力と同様の効果によって流体の流通を停止する。流体が収容セルＤ１６に収容され、秤量された流体が収容セルＤ１７に送液された場合、収容セルＤ１７内部の気体は、排気口１５から外部に排出される。移送制御流路ＬＦ１２を収容セルＤ１７の上部側に設けたことによって、外的な力による収容セルＤ１６への逆流が生じた場合でも、逆流する流体を最小限に抑えることが可能である。
【００４５】
なお、図１３に示すマイクロ流体チップ５においても、収容セルの移送制御流路ＬＦ１２近傍を傾斜するように構成してもよい。図１４は、本発明の実施の形態２の変形例５であるマイクロ流体チップ５ａの構成を示す断面図である。図１４に示すマイクロ流体チップ５ａは、収容セルＤ１６ａ，Ｄ１７ａの移送制御流路ＬＦ１２近傍が傾斜して移送制御流路ＬＦ１２と連結されている。傾斜を設けることによって一層確実に移送制御流路ＬＦ１２を介した送液が可能となる。
【００４６】
さらに、移送制御流路内に排出口を設けてもよい。図１５は、本発明の実施の形態２の変形例６であるマイクロ流体チップ６の構成を示す模式図であり、図１６は、図１５に示すマイクロ流体チップ６のＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。図１５，１６に示すマイクロ流体チップ６は、所定のアスペクト比で形成された収容セルＤ１８，Ｄ１９が移送制御流路ＬＦ１３ａ，１３ｂを介して連結されるが、移送制御流路ＬＦ１３ａ，１３ｂ間に液溜部ＣＦ１０が形成されている。液溜部ＣＦ１０は、外部に連通する排出口１８を有する。図１６に示すように、流体導入口１６から注入された流体Ｆは、移送制御流路ＬＦ１３ａにかかるラプラス力によって移送制御流路ＬＦ１３ａの液溜部ＣＦ１０側で停止する。このとき、収容セルＤ１８内部の気体は、排出口１７または１８から外部に排出される。
【００４７】
液溜部ＣＦ１０を設けることによって、一方の収容セルに収容された流体が移送制御流路を介して連結される他方の収容セルの壁面近傍に到達することがないため、他方の収容セルの内部環境を未使用状態として一層確実に維持できる。また、外的な力によって移送制御流路ＬＦ１３ａのラプラス力による流通停止力が解除された場合でも、移送制御流路ＬＦ１３ｂにかかるラプラス力によって流体の流通を停止させることができるため、収容セルＤ１９側への流体の流れ込みを防止するという効果を奏する。
【００４８】
特に、図６〜１４に示したマイクロ流体チップでは、各収容セルに流体を収容する場合、一方の流体によって移送制御流路が封止されてしまい、他方の収容セルに流体を注入する際の予め収容セル内に存在する気体の排出先がないため、同時に２液を収容することができないが、図１７に示すように、収容セルＤ１８，Ｄ１９にそれぞれ流体Ｆ１，Ｆ２を収容する場合、マイクロ流体チップ６の構成では、一方の流体が収容セルに収容された際に、排出口１８によって他方の収容セルの気体が排出可能なため、２液を同時に収容することができる。
【００４９】
また、収容セルの移送制御流路近傍に傾斜を設けてもよい。図１８は、本発明の実施の形態２の変形例７であるマイクロ流体チップ６ａの構成を示す断面図である。図１８に示すマイクロ流体チップ６ａは、収容セルＤ１８ａの移送制御流路ＬＦ１３ａ近傍および収容セルＤ１９ａの移送制御流路ＬＦ１３ｂ近傍が傾斜して、移送制御流路ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂとそれぞれ連結している。この傾斜によって、収容セルから移送制御流路に浸入または移送制御流路から収容セルに浸入した場合に、流体の流通を円滑にすることが可能となる。
【００５０】
上述した各構成は、例えば検体と試薬との反応を分析する処理に応用することができる。図１９は、本発明の実施の形態２の変形例８であるマイクロ流体チップ７の構成を示す模式図である。図１９に示すマイクロ流体チップ７は、検体または試薬を収容・秤量可能な収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２と、収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２に収容された検体および試薬を収容可能な収容セルＤ２３とを有し、各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２は、移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５を介して収容セルＤ２３に連結されている。また、移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間は、液溜部ＣＦ１１によって接続され、液溜部ＣＦ１１は、排出口２４を有する。各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２は、検体または試薬を注入可能な流体導入口２０，２１，２２を有し、収容セルＤ２３は、収容セルまたは移送制御流路内の気体または流体を排出可能な排出口２３を有する。
【００５１】
各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３は、流路方向に垂直な断面が所定のアスペクト比となるように形成され、各流体導入口２０，２１，２２または移送制御流路ＬＦ１４ｃ，１５から送り込まれた流体を均一な流速分布で流通させることができる。また、収容セルＤ２３は、少なくとも収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２を加算した体積以上の内部空間を有するように形成される。
【００５２】
液溜部ＣＦ１１は、収容セルＤ２０，Ｄ２１に収容された検体または試薬を合流させ、移送制御流路ＬＦ１４ｃを介して収容セルＤ２３に送り込む。移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂに対して液溜部ＣＦ１１側にかかるラプラス力によって、収容セルＤ２０に収容された流体と、収容セルＤ２１に収容された流体とが接触しないため、反応前にコンタミネーションが起こらず、一層精度の高い分析処理を行うことができる。なお、各収容セルＤ２０，Ｄ２１に予め存在する気体は、各収容セルＤ２０，Ｄ２１に検体または試薬を注入した場合に、移送制御流路ＬＦ１４ｃを介して排出口２３から外部に放出することが可能なため、排出口２４を設けない構成でも実現可能である。より効率良く気体の排出を行なうため、排出口２４を設けることが好ましい。
【００５３】
図１９に示すマイクロ流体チップ７の構成において、たとえば、生化学分析処理を行う場合、検体を収容セルＤ２０に収容し、第１試薬を収容セルＤ２１、第２試薬を収容セルＤ２２に収容する。このとき、検体、第１試薬および第２試薬は、それぞれの移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１５によって、流通が停止しており、検体と試薬が接触しない。
【００５４】
検体、第１試薬を収容セルＤ２３に送液する場合は、逆流を防止するため、排出口２４および流体導入口２２を封止部材によって封止した後、流体導入口２０，２１からポンプ等によってエアを送り込み、収容セルＤ２３に送液する。また、収容セルＤ２２に収容された第２試薬を収容セルＤ２３に送液する場合は、流体導入口２０，２１および排出口２４を封止して送液を行なう。ここで、排出口２３の配置は、収容セルＤ２０，Ｄ２１を加算した体積に応じて、気体の排出を容易に行なうことができる位置に配置されることが好ましい。なお、各流体導入口２０，２１，２２からの送液のタイミングは反応の順序によって如何なる順序でもよい。
【００５５】
各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２から検体または試薬が収容セルＤ２３に送液され、所定条件下で反応処理を行った後、マイクロ流体チップ７の上方または下方に光源、対応する位置に受光部を設置することによって反応物の光学的測定が可能である。
【００５６】
上述した実施の形態２にかかるマイクロ流体チップを用いることで、簡易な構成によって、気泡の混入なく、所望の流体を収容セルに収容させることができ、また、移送制御流路を介して送液することで複数の流体を混合することが可能である。
【００５７】
なお、移送制御流路を介して収容セルに流体を送液する場合も、送液先が所定範囲内にアスペクト比が設定された収容セルであるため、気泡の発生を防止し、気泡の混入なく、流体を混合することができる。また、液溜部を設けることで、各セルに収容された流体が接触することなく、秤量および混合することが可能となるため、一層確実な処理を行うことが可能であり、段階的な処理にも対応できる。
【００５８】
さらに、上述した実施の形態２において、移送制御流路の内部表面は、少なくともラプラス力が生じうる箇所が疎水性となるように形成されることが好ましい。また、移送制御流路の流路長は、如何なる流路長でもよく、流路が屈曲していてもよい。
【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、正確な秤量を行なう場合に有用であり、特に、微量分析における秤量・混合処理に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１〜７，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ マイクロ流体チップ
１１，１１ａ，１３，１６，２０，２１，２２ 流体導入口
１２，１２ａ，１２ｂ，１４，１５，１７，１８，２３，２４ 排出口
Ｄ１０〜Ｄ２３，Ｄ１２ａ，Ｄ１３ａ，Ｄ１４ａ，Ｄ１５ａ，Ｄ１６ａ，Ｄ１７ａ，Ｄ１８ａ，Ｄ１９ａ 収容セル
ＬＦ１０，ＬＦ１１，ＬＦ１２，ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂ，ＬＦ１４ａ，ＬＦ１４ｂ，ＬＦ１４ｃ，ＬＦ１５ 移送制御流路
Ｃ 封止部材
ＣＦ１０，ＣＦ１１ 液溜部
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ 流体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の液体を収容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μｌ（マイクロリットル）〜数ｍｌ（ミリリットル）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。このマイクロ流体チップは、たとえば、数μｌ以下の検体および試薬をそれぞれ収容可能な複数の収容部（収容セル）と、各セルに収容された検体および試薬を混合する混合セルとを有し、各収容セルが流路によって混合セルに連結されている。マイクロ流体チップを用いることによって、微少量の検体および試薬を収容セルに収容させ、流路を介して混合セルで混合させることができるため、使用量をさらに低減させることが可能となった。
【０００４】
ところで、このマイクロ流体チップを用いた分析では、秤量または混合を行なう場合に所定量の検体および試薬を所定のセルまたはセル間を連結する流路に充填することが一層重要となる。特に、セルまたは流路への気泡の混入によって収容する検体または試薬が所定量以下となり、反応効率および目的物質の検出精度が低下してしまうというおそれがあった。これに対して、流路内に制御板部材を設けて、流路内を流通する流体の流速分布を制御するという技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２２８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示すマイクロ流体チップは、制御板部材を設けることによって構成が複雑になっていた。なお、制御板部材によって流体の流速を制御できるものの、流路壁面または制御板流路壁面の抵抗等によって流速分布を均一にすることは困難であり、制御板部材によって分割された流体が再び合流する際に、流体の張力等によっては、気泡が発生してしまうおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でセルに収容される流体の流速分布を均一にして気泡の発生を防止することができる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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるマイクロ流体チップは、流体を収容可能な内部空間を形成する収容部と、前記内部空間内に前記流体を導入する流体導入口と、前記内部空間内の気体または／および前記内部空間内に収容された前記流体を排出可能な排出口と、を備え、前記内部空間の長手方向に垂直な断面は、所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定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、前記比は、０．２〜１．０に設定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、前記比は、０．４であ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、前記排出口は、前記流体が前記内部空間内を流通する流通方向の終端側に設けられることを特徴とする。
【００１２】
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、一端が前記内部空間と連結し、該一端から前記内部空間内に収容された流体を流出可能であるとともに、該流出方向に対して逆方向に働くラプラス力によって前記流体の流出を停止させる移送制御流路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
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、前記移送制御流路は、他端が前記内部空間に収容された前記流体を収容可能な収容空間を形成する他の収容部と連結し、前記排出口は、前記他の収容部に設けられることを特徴とする。
【００１４】
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、前記内部空間の前記移送制御流路近傍は、傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内部空間の水平成分と垂直成分との比を所定範囲内となるように形成するようにしたので、簡易な構成で内部空間に注入された液体の流速分布を均一にし、内部空間に収容された液体中への気泡の混入を防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるマイクロ流体チップの概略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に示すマイクロ流体チップのＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明にかかるマイクロ流体チップの収容セルに流体が収容される様子を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１の変形例であるマイクロ流体チップの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップの概略構成を示す模式図である。
【図７】図７は、図６に示すマイクロ流体チップのＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。
【図８】図８は、秤量セルに流体を収容した場合を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２の変形例１であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップを用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態２の変形例３であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２の変形例４であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態２の変形例５であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態２の変形例６であるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【図１６】図１６は、図１５に示すマイクロ流体チップのＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。
【図１７】図１７は、図１５に示すマイクロ流体チップのＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２の変形例７であるマイクロ流体チップの構成を示す断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２の変形例８であるマイクロ流体チップの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるマイクロ流体チップ１の概略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線断面を示す断面図、図３は、図１に示すマイクロ流体チップ１のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。図１〜３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、たとえば、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、内部空間としての収容セルＤ１０、流体導入口１１、排出口１２を有する。
【００１９】
収容セルＤ１０は、所定の体積となるような内部空間を有する収容部である。特に、収容セル１０内が流体で充填された場合においては、注入された流体が所定体積であるか否かを判定し、秤量することができる。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００２０】
流体導入口１１は、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、収容セルＤ１０に連通している。流体導入口１１にプローブ等を挿入して検体または試薬としての流体を分注することによって、収容セルＤ１０に流体を送り込む。
【００２１】
排出口１２は、流体導入口１１と同様、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、収容セルＤ１０に連通している。流体の秤量を行なう場合、排出口１２から収容セルＤ１０内の気体および流体を排出することによって収容セルＤ１０内を流体で充填することができ、充填された流体を秤量することが可能となる。なお、排出口１２から流体を導入する場合は、流体導入口１１が、収容セルＤ１０内の気体および流体の排出を行なう排出口としての役割を担う。
【００２２】
また、流体導入口１１および排出口１２は、それぞれ排出口、流体導入口の役割を状況に応じて担うことができる。たとえば、排出口１２から流体を収容セルＤ１０内に導入した場合は、流体導入口１１が排出口の役割を担い、収容セルＤ１０内の気体の排出を行なう。
【００２３】
ここで、収容セルＤ１０の断面について、図３を参照して説明する。図３に示すＢ−Ｂ線断面において、収容セルＤ１０の最大高さＬ１と最大幅Ｌ２との比であるアスペクト比が０．２〜１．０の範囲になるように設定する。特に、アスペクト比が０．４に設定されることが好ましい。なお、アスペクト比の算出においては、最大高さＬ１と最大幅Ｌ２との値の大きい方が分母となる。図３の場合、最大高さＬ１に比して最大幅Ｌ２の方の数値が大きいため、最大高さ／最大幅（Ｌ１／Ｌ２）としてアスペクト比を算出する。
【００２４】
収容セルＤ１０の断面を上述したアスペクト比に設定することによって、流体導入口１１から導入された流体が収容セルＤ１０内に浸入する場合に、流体の流速分布を一定とすることができ、流速分布の不均一によって生ずる気泡の発生を防止することができる。なお、上述したアスペクト比の効果は、流体の粘性・浸透性等に因らない。
【００２５】
つづいて、収容セルＤ１０に流体を収容する流れを、図４を参照して説明する。図４は、本発明にかかるマイクロ流体チップ１の収容セルＤ１０に流体が収容される様子を示す模式図である。図４における模式図は、マイクロ流体チップ１の上面図と、図１のＡ−Ａ線断面に対応する断面図とを示している。まず、流体導入口１１から流体Ｆを注入すると、流体Ｆは、収容セルＤ１０に浸入する（図４（ａ））。このとき、予め収容セルＤ１０内に存在した気体は、流体の浸入に伴う圧力によって排出口１２から外部へと放出される。
【００２６】
その後、流体導入口１１から流体Ｆの注入を継続すると、流体Ｆは、収容セルＤ１０内を排出口１２側へと浸入していく（図４（ｂ））。ここで、収容セルＤ１０の流体の流通方向に垂直な断面が、上述したアスペクト比に設定されているため、流体Ｆの最前面は、浸入方向に対して垂直になり、流速分布が均一な状態で収容セルＤ１０に浸入する。
【００２７】
さらに注入を継続すると、収容セルＤ１０内に流体Ｆが充填される（図４（ｃ））。流体Ｆの均一な流速分布によって、収容セルＤ１０内に気体が混入することなく、流体Ｆを収容セルＤ１０内に充填することができる。また、収容セルＤ１０、流体導入口１１および排出口１２の体積を予め設定しておくことで、収容された流体Ｆの体積を秤量することが可能である。
【００２８】
なお、１つの収容セルに複数種の流体を連続して注入し、混合することも可能であり、予め収容セルの体積を設定することで、混合した流体の秤量を行なうことができる。さらに、収容セルの上方または下方に光源と、光源に対応する位置に受光部とを配置することで、反応物の光学的測定も可能となる。
【００２９】
また、流体Ｆの最前面は、流体の性質によって若干弧を形成して浸入する場合もある。この場合においても、流体導入口と排出口とを結ぶ直線を軸に緩やかな弧を形成する程度であるため、流速分布はほぼ均一であるとみなすことができ、気泡の混入を防止することが可能である。
【００３０】
ここで、実施の形態１にかかるマイクロ流体チップにおいて、流体導入口を収容セルの中央部に配置してもよい。図５は、本発明の実施の形態１の変形例であるマイクロ流体チップ２の概略構成を示す模式図である。図５に示すマイクロ流体チップ２は、収容セルＤ１１の中央部に流体導入口１１ａを有している。流体導入口１１ａから注入された流体Ｆは、図中、矢印Ｙ１，Ｙ２方向に収容セルＤ１１内を浸入していく。このとき、流体の浸入方向に対する終端は２箇所となるため、収容セルＤ１１内に存在する気体を排出する排出口１２ａ，１２ｂを、それぞれの流通終端側に設ける。排出口を流体の流通方向によって複数設けることで、各流通方向に存在する気体を排出でき、収容セル内に流体を充填することができる。
【００３１】
上述した実施の形態１にかかるマイクロ流体チップによって、簡易な構成で収容セルに流体を収容した際に起こる気体空間の形成等による気泡混入を防止することができる。本発明にかかるマイクロ流体チップは、たとえば、生化学、免疫学分析における検体または試薬の秤量、混合に用いることが可能であり、気泡混入の防止によって、分析精度を向上させることができる。一方、従来のマイクロ流体チップは、流体の流速分布が不均一であり、流体の各最前面の流通端部に到達するまでの時間に差が生じることによって、流体の最前面が気泡空間を形成し、その結果、流体中に気泡を保持した状態となっていた。
【００３２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図６，７を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ３の概略構成を示す模式図であり、図７は、図６に示すマイクロ流体チップ３のＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。図１，２に示したマイクロ流体チップ１と同様、マイクロ流体チップ３は、光の８０％以上を透過する光学的に透明な素材、たとえば、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形成され、内部空間としての収容セルＤ１２，Ｄ１３、流体導入口１３、排出口１４を有し、収容セルＤ１２，Ｄ１３は、移送制御流路ＬＦ１０によって連結されている。
【００３３】
収容セルＤ１２，Ｄ１３は、上述したアスペクト比となるように断面が形成された内部空間を有する。また、収容セルＤ１２は、収容セルＤ１３に対して逆方向の端部に流体導入口１３を有し、収容セルＤ１３は、収容セルＤ１２に対して逆方向の端部に排出口１４を有し、流体導入口１３から収容セルＤ１２に注入された流体を、移送制御流路ＬＦ１０を介して収容セルＤ１３に送液することが可能である。
【００３４】
移送制御流路ＬＦ１０は、流体の流通方向に対して垂直な断面積が、１ｍｍ２以下となるように形成されることが好ましく、特に、０．１ｍｍ２以下が好ましい。収容セルＤ１２に注入された流体が毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１０に流れ込むが、移送制御流路ＬＦ１０と収容セルＤ１３との境界における拡径領域で流体の流通方向とは逆向きの力であるラプラス力が生じ、このラプラス力によって流体の流通が停止し、収容セルＤ１３に流体が流れ込まない。また、移送制御流路ＬＦ１０および収容セルＤ１２、収容セルＤ１３内の気体は、流体の流入に従って排気口１４から排出される。流体を秤量する場合は、収容セルＤ１２と移送制御流路ＬＦ１０と流体導入口１３および排出口１４とを秤量単位とし、充填された流体の総量が対象となる。
【００３５】
ここで、収容セルＤ１２に流体が収容された場合について、図８を参照して説明する。図８は、収容セルＤ１２に流体Ｆを収容した場合を示す断面図である。流体導入口１３から分注された流体Ｆ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の収容セルＤ１３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Ｆの流通が停止する。この流通停止によって流体Ｆは、収容セルＤ１２に充填される。
【００３６】
なお、移送制御流路ＬＦ１０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、移送流路に対する検体、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、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）
【００３７】
また、図７に示すマイクロ流体チップ３において、収容セルＤ１２，Ｄ１３の移送制御流路ＬＦ１０近傍が傾斜していてもよい。図９は、本発明の実施の形態２の変形例１であるマイクロ流体チップ３ａの構成を示す断面図である。図９に示すマイクロ流体チップ３ａは、収容セルＤ１２ａ，Ｄ１３ａの移送制御流路ＬＦ１０近傍において、上部が傾斜して形成されている。この構成によって、収容セルＤ１２ａから移送制御流路ＬＦ１０に流体が浸入する場合に、図７に示すマイクロ流体チップ３のように流体の流通方向に対して垂直に形成される壁面と比して、流体が壁面から受ける圧力が低減されて、流体の流通にかかる圧力変化が緩和されるため、一層気泡の発生を防止することが可能となる。
【００３８】
つづいて、図６，７に示すマイクロ流体チップ３を用いて、流体Ｆを収容セルＤ１２において収容・秤量し、秤量された流体Ｆを収容セルＤ１２に移送させる秤量および移送方法について、図１０を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ３を用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【００３９】
まず、流体導入口１３から分注対象の流体Ｆを注入する（図１０（ａ））。流体Ｆを注入すると、収容セルＤ１２底部から毛細管現象により移送制御流路ＬＦ１０内に流体Ｆが入り込み、ラプラス力によって収容セルＤ１３側の端部で流通が停止して、収容セルＤ１２内に流体Ｆが充填される（図１０（ｂ））。
【００４０】
移送制御流路ＬＦ１０および収容セルＤ１２への流体Ｆの注入が完了すると、プローブ等を用いてエアを流体導入口１３から収容セルＤ１２内部に注入し、流体Ｆを押圧する。流体Ｆが押圧されることによって、流体Ｆの流通方向に対する力が、移送制御流路ＬＦ１０にかかるラプラス力を超えることで、ラプラス力による流通停止が解除され、収容セルＤ１３に流体Ｆが流れ込む（図１０（ｃ））。エアによる押圧を継続し、収容セルＤ１２に収容された流体Ｆを収容セルＤ１３に移送完了すると、流体導入口１３を封止部材Ｃによって封止する（図１０（ｄ））。
【００４１】
なお、図１０（ｄ）に示す流体導入口１３の封止を行うか否かは、任意であるが、流体導入口１３を封止することによって、収容セルＤ１２内の気体の流出が抑制でき、収容セルＤ１２内の内部圧力を維持できるため、収容セルＤ１２内への逆流を防止できるため、封止部材Ｃによって流体導入口１３を封止することが好ましい。また、秤量された流体Ｆを回収する場合は、排気口１４からピペット等によって吸引することで回収できる。
【００４２】
また、収容セルの配置において、収容セルの底部が移送制御流路の底部と一致していなくてもよい。図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２であるマイクロ流体チップ４の構成を示す断面図である。図１１に示すマイクロ流体チップ４は、移送制御流路ＬＦ１１が収容セルＤ１４，Ｄ１５の側面と連結し、移送制御流路ＬＦ１１の底部と収容セルＤ１４，Ｄ１５の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ１１の各収容セルＤ１４，Ｄ１５側端部において、移送制御流路ＬＦ１１の底部方向にも拡径領域が形成されるため、一層ラプラス力の効力を確実なものとすることができる。ここで、図７と同様、収容セルＤ１５内の気体は、排気口１４から外部に排出される。
【００４３】
なお、図１１に示すマイクロ流体チップ４の構成において、図９に示すマイクロ流体チップ３ａのように、各収容セルの移送制御流路ＬＦ１１近傍が傾斜していてもよい。図１２は、本発明の実施の形態２の変形例３であるマイクロ流体チップ４ａの構成を示す断面図である。図１２に示すマイクロ流体チップ４ａは、各収容セルＤ１４ａ，Ｄ１５ａの移送制御流路ＬＦ１１近傍が傾斜して移送制御流路ＬＦ１１と連結されている。収容セルＤ１４ａ内に粒子等が含まれる場合、図１１に示すマイクロ流体チップ４の構成では、収容セルＤ１４の移送制御流路ＬＦ１１側の底部に滞留してしまうおそれがあるが、マイクロ流体チップ４ａのように傾斜を設けることによって粒子を円滑に収容セルＤ１５ａに送り込むことが可能となる。
【００４４】
また、移送制御流路の上部が、収容セルの上部と一致するように配置されていてもよい。図１３は、本発明の実施の形態２の変形例４であるマイクロ流体チップ５の構成を示す断面図である。図１３に示すマイクロ流体チップ５は、収容セルＤ１６と収容セルＤ１７とを連結させる移送制御流路ＬＦ１２が、移送制御流路ＬＦ１２の上部と収容セルＤ１７の上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ１２の収容セルＤ１７側の端部では、図８に示すラプラス力と同様の効果によって流体の流通を停止する。流体が収容セルＤ１６に収容され、秤量された流体が収容セルＤ１７に送液された場合、収容セルＤ１７内部の気体は、排気口１５から外部に排出される。移送制御流路ＬＦ１２を収容セルＤ１７の上部側に設けたことによって、外的な力による収容セルＤ１６への逆流が生じた場合でも、逆流する流体を最小限に抑えることが可能である。
【００４５】
なお、図１３に示すマイクロ流体チップ５においても、収容セルの移送制御流路ＬＦ１２近傍を傾斜するように構成してもよい。図１４は、本発明の実施の形態２の変形例５であるマイクロ流体チップ５ａの構成を示す断面図である。図１４に示すマイクロ流体チップ５ａは、収容セルＤ１６ａ，Ｄ１７ａの移送制御流路ＬＦ１２近傍が傾斜して移送制御流路ＬＦ１２と連結されている。傾斜を設けることによって一層確実に移送制御流路ＬＦ１２を介した送液が可能となる。
【００４６】
さらに、移送制御流路内に排出口を設けてもよい。図１５は、本発明の実施の形態２の変形例６であるマイクロ流体チップ６の構成を示す模式図であり、図１６は、図１５に示すマイクロ流体チップ６のＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。図１５，１６に示すマイクロ流体チップ６は、所定のアスペクト比で形成された収容セルＤ１８，Ｄ１９が移送制御流路ＬＦ１３ａ，１３ｂを介して連結されるが、移送制御流路ＬＦ１３ａ，１３ｂ間に液溜部ＣＦ１０が形成されている。液溜部ＣＦ１０は、外部に連通する排出口１８を有する。図１６に示すように、流体導入口１６から注入された流体Ｆは、移送制御流路ＬＦ１３ａにかかるラプラス力によって移送制御流路ＬＦ１３ａの液溜部ＣＦ１０側で停止する。このとき、収容セルＤ１８内部の気体は、排出口１７または１８から外部に排出される。
【００４７】
液溜部ＣＦ１０を設けることによって、一方の収容セルに収容された流体が移送制御流路を介して連結される他方の収容セルの壁面近傍に到達することがないため、他方の収容セルの内部環境を未使用状態として一層確実に維持できる。また、外的な力によって移送制御流路ＬＦ１３ａのラプラス力による流通停止力が解除された場合でも、移送制御流路ＬＦ１３ｂにかかるラプラス力によって流体の流通を停止させることができるため、収容セルＤ１９側への流体の流れ込みを防止するという効果を奏する。
【００４８】
特に、図６〜１４に示したマイクロ流体チップでは、各収容セルに流体を収容する場合、一方の流体によって移送制御流路が封止されてしまい、他方の収容セルに流体を注入する際の予め収容セル内に存在する気体の排出先がないため、同時に２液を収容することができないが、図１７に示すように、収容セルＤ１８，Ｄ１９にそれぞれ流体Ｆ１，Ｆ２を収容する場合、マイクロ流体チップ６の構成では、一方の流体が収容セルに収容された際に、排出口１８によって他方の収容セルの気体が排出可能なため、２液を同時に収容することができる。
【００４９】
また、収容セルの移送制御流路近傍に傾斜を設けてもよい。図１８は、本発明の実施の形態２の変形例７であるマイクロ流体チップ６ａの構成を示す断面図である。図１８に示すマイクロ流体チップ６ａは、収容セルＤ１８ａの移送制御流路ＬＦ１３ａ近傍および収容セルＤ１９ａの移送制御流路ＬＦ１３ｂ近傍が傾斜して、移送制御流路ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂとそれぞれ連結している。この傾斜によって、収容セルから移送制御流路に浸入または移送制御流路から収容セルに浸入した場合に、流体の流通を円滑にすることが可能となる。
【００５０】
上述した各構成は、例えば検体と試薬との反応を分析する処理に応用することができる。図１９は、本発明の実施の形態２の変形例８であるマイクロ流体チップ７の構成を示す模式図である。図１９に示すマイクロ流体チップ７は、検体または試薬を収容・秤量可能な収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２と、収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２に収容された検体および試薬を収容可能な収容セルＤ２３とを有し、各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２は、移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５を介して収容セルＤ２３に連結されている。また、移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ間は、液溜部ＣＦ１１によって接続され、液溜部ＣＦ１１は、排出口２４を有する。各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２は、検体または試薬を注入可能な流体導入口２０，２１，２２を有し、収容セルＤ２３は、収容セルまたは移送制御流路内の気体または流体を排出可能な排出口２３を有する。
【００５１】
各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３は、流路方向に垂直な断面が所定のアスペクト比となるように形成され、各流体導入口２０，２１，２２または移送制御流路ＬＦ１４ｃ，１５から送り込まれた流体を均一な流速分布で流通させることができる。また、収容セルＤ２３は、少なくとも収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２を加算した体積以上の内部空間を有するように形成される。
【００５２】
液溜部ＣＦ１１は、収容セルＤ２０，Ｄ２１に収容された検体または試薬を合流させ、移送制御流路ＬＦ１４ｃを介して収容セルＤ２３に送り込む。移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂに対して液溜部ＣＦ１１側にかかるラプラス力によって、収容セルＤ２０に収容された流体と、収容セルＤ２１に収容された流体とが接触しないため、反応前にコンタミネーションが起こらず、一層精度の高い分析処理を行うことができる。なお、各収容セルＤ２０，Ｄ２１に予め存在する気体は、各収容セルＤ２０，Ｄ２１に検体または試薬を注入した場合に、移送制御流路ＬＦ１４ｃを介して排出口２３から外部に放出することが可能なため、排出口２４を設けない構成でも実現可能である。より効率良く気体の排出を行なうため、排出口２４を設けることが好ましい。
【００５３】
図１９に示すマイクロ流体チップ７の構成において、たとえば、生化学分析処理を行う場合、検体を収容セルＤ２０に収容し、第１試薬を収容セルＤ２１、第２試薬を収容セルＤ２２に収容する。このとき、検体、第１試薬および第２試薬は、それぞれの移送制御流路ＬＦ１４ａ，１４ｂ，１５によって、流通が停止しており、検体と試薬が接触しない。
【００５４】
検体、第１試薬を収容セルＤ２３に送液する場合は、逆流を防止するため、排出口２４および流体導入口２２を封止部材によって封止した後、流体導入口２０，２１からポンプ等によってエアを送り込み、収容セルＤ２３に送液する。また、収容セルＤ２２に収容された第２試薬を収容セルＤ２３に送液する場合は、流体導入口２０，２１および排出口２４を封止して送液を行なう。ここで、排出口２３の配置は、収容セルＤ２０，Ｄ２１を加算した体積に応じて、気体の排出を容易に行なうことができる位置に配置されることが好ましい。なお、各流体導入口２０，２１，２２からの送液のタイミングは反応の順序によって如何なる順序でもよい。
【００５５】
各収容セルＤ２０，Ｄ２１，Ｄ２２から検体または試薬が収容セルＤ２３に送液され、所定条件下で反応処理を行った後、マイクロ流体チップ７の上方または下方に光源、対応する位置に受光部を設置することによって反応物の光学的測定が可能である。
【００５６】
上述した実施の形態２にかかるマイクロ流体チップを用いることで、簡易な構成によって、気泡の混入なく、所望の流体を収容セルに収容させることができ、また、移送制御流路を介して送液することで複数の流体を混合することが可能である。
【００５７】
なお、移送制御流路を介して収容セルに流体を送液する場合も、送液先が所定範囲内にアスペクト比が設定された収容セルであるため、気泡の発生を防止し、気泡の混入なく、流体を混合することができる。また、液溜部を設けることで、各セルに収容された流体が接触することなく、秤量および混合することが可能となるため、一層確実な処理を行うことが可能であり、段階的な処理にも対応できる。
【００５８】
さらに、上述した実施の形態２において、移送制御流路の内部表面は、少なくともラプラス力が生じうる箇所が疎水性となるように形成されることが好ましい。また、移送制御流路の流路長は、如何なる流路長でもよく、流路が屈曲していてもよい。
【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、正確な秤量を行なう場合に有用であり、特に、微量分析における秤量・混合処理に適している。
【符号の説明】
【００６０】
１〜７，３ａ，４ａ，５ａ，６ａ マイクロ流体チップ
１１，１１ａ，１３，１６，２０，２１，２２ 流体導入口
１２，１２ａ，１２ｂ，１４，１５，１７，１８，２３，２４ 排出口
Ｄ１０〜Ｄ２３，Ｄ１２ａ，Ｄ１３ａ，Ｄ１４ａ，Ｄ１５ａ，Ｄ１６ａ，Ｄ１７ａ，Ｄ１８ａ，Ｄ１９ａ 収容セル
ＬＦ１０，ＬＦ１１，ＬＦ１２，ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂ，ＬＦ１４ａ，ＬＦ１４ｂ，ＬＦ１４ｃ，ＬＦ１５ 移送制御流路
Ｃ 封止部材
ＣＦ１０，ＣＦ１１ 液溜部
Ｆ，Ｆ１，Ｆ２ 流体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を収容可能な内部空間を形成する収容部と、
前記内部空間内に前記流体を導入する流体導入口と、
前記内部空間内の気体または／および前記内部空間内に収容された前記流体を排出可能な排出口と、
を備え、前記内部空間の長手方向に垂直な断面は、所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定されることを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記比は、０．２〜１．０に設定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】
前記比は、０．４であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記排出口は、前記流体が前記内部空間内を流通する流通方向の終端側に設けられ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】
一端が前記内部空間と連結し、該一端から前記内部空間内に収容された流体を流出可能であるとともに、該流出方向に対して逆方向に働くラプラス力によって前記流体の流出を停止させる移送制御流路をさらに備えた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６】
前記移送制御流路は、他端が前記内部空間に収容された前記流体を収容可能な収容空間を形成する他の収容部と連結し、
前記排出口は、前記他の収容部に設けられることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記内部空間の前記移送制御流路近傍は、傾斜していることを特徴とする請求項５または６に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１】
流体を収容可能な内部空間を形成する収容部と、
前記内部空間内に前記流体を導入する流体導入口と、
前記内部空間内の気体または／および前記内部空間内に収容された前記流体を排出可能な排出口と、
を備え、前記内部空間の長手方向に垂直な断面は、所定範囲となる最大幅と最大高さとの比に設定されることを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記比は、０．２〜１．０に設定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】
前記比は、０．４であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記排出口は、前記流体が前記内部空間内を流通する流通方向の終端側に設けられ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】
一端が前記内部空間と連結し、該一端から前記内部空間内に収容された流体を流出可能であるとともに、該流出方向に対して逆方向に働くラプラス力によって前記流体の流出を停止させる移送制御流路をさらに備えた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６】
前記移送制御流路は、他端が前記内部空間に収容された前記流体を収容可能な収容空間を形成する他の収容部と連結し、
前記排出口は、前記他の収容部に設けられることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記内部空間の前記移送制御流路近傍は、傾斜していることを特徴とする請求項５または６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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１３７７８４（Ｐ２０１１−１３７７８４Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４２（Ｐ２０１０−２４２）
【出願日】平成２２年１月４日（２０１０．１．４）
【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７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月４日（２０１０．１．４）
【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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