マイクロ流体チップ
【課題】簡易な機構で流体の流通を制御し、セルに収容された流体の秤量を正確に行なう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】当該秤量セルＤ１１内に流体を導入する流体導入口１１ａおよび当該秤量セルＤ１１の収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口１２ａを有する秤量セルＤ１１と、一方の端部が前記秤量セルＤ１１と連結し、前記流体の流通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動を停止させる移送制御流路ＬＦ１１とを備えたマイクロ流体チップ１において、移送制御流路ＬＦ１１の収容セルＤ１２側の端部にかかるラプラス力によって、毛細管現象により流れ込む流体の流通を停止させることで秤量セルＤ１１に流体を充填する。
【解決手段】当該秤量セルＤ１１内に流体を導入する流体導入口１１ａおよび当該秤量セルＤ１１の収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口１２ａを有する秤量セルＤ１１と、一方の端部が前記秤量セルＤ１１と連結し、前記流体の流通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動を停止させる移送制御流路ＬＦ１１とを備えたマイクロ流体チップ１において、移送制御流路ＬＦ１１の収容セルＤ１２側の端部にかかるラプラス力によって、毛細管現象により流れ込む流体の流通を停止させることで秤量セルＤ１１に流体を充填する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の液体を秤量し、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（例えば、特許文献１，２参照）。このマイクロ流体チップに関しては、弾性部材を押圧することによって流路間の流体の流通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２００４−２７０９３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２８９９号公報
【特許文献３】特開２００７−１０８０８７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１，２に示すマイクロ流体チップは、弾性部材を押圧した状態を維持して流体の流通制御を行なうため、装置構成が複雑となり、処理にかかる労力も大きいという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な機構で流体の流通を制御し、セルに収容された流体の秤量を正確に行なう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】
【０００７】
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、秤量対象の流体を導入する流体導入口および当該秤量セルの収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口を有し、前記収容体積分の流体を秤量する秤量セルと、一端が前記秤量セルと連結し、該一端から前記秤量セル内で秤量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とを備えたことを特徴とする。
【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、前記移送制御流路は、他端が、前記秤量セルで秤量された前記流体を収容する収容セルと接続し、前記収容セルは、該収容セル内の気体を排出する排気口を有す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、前記移送制御流路は、該移送制御流路途中の一部の断面積を増大して形成される液溜部を有し、前記移送制御流路と前記液溜部とで形成される拡径領域に生じる前記ラプラス力によって前記流体の流出を停止す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、前記液溜部は、外部に連通する外部排気口を有す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、前記液溜部は、複数の前記移送制御流路と連結す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、前記移送制御流路は、少なくとも一部の内部壁面が疎水性となるように形成されることを特徴とする。
【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、前記流体排出口および前記排気口および／または前記外部排気口を封止する封止部材を備えたことを特徴とする。
【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、前記流体導入口を封止する流体導入口封止部材をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セル間を繋ぐ移送流路にかかるラプラス力によって流体の流通を停止させ、簡易な機構によって流体の流通を解除できるようにしたので、マイクロ流体チップに収容された流体を正確に秤量し、移送流路を介して隣接するセルに送液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２に示す秤量セルに流体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１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５】図５は、本発明の実施の形態１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６】図６は、本発明の実施の形態１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７】図７は、本発明の実施の形態１の変形例３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８】図８は、本発明の実施の形態１の変形例４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９】図９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１０】図１０は、図９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１１】図１１は、図１０に示す秤量セルに流体を収容した場合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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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模式図である。
【図１７】図１７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。
【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である。図１，２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形成され、流体導入口１１ａ、秤量セルＤ１１および収容セルＤ１２、移送制御流路ＬＦ１１、流体排出口１２ａおよび排気口１３ａを有し、秤量セルＤ１１と収容セルＤ１２とが移送制御流路ＬＦ１１によって連結されている。
【００１９】
流体導入口１１ａは、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、秤量セルＤ１１に連通している。流体導入口１１ａ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、秤量セルＤ１１に流体を送り込む。
【００２０】
流体排出口１２ａは、流体導入口１１ａと同様、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、秤量セルＤ１１に連通している。流体の秤量を行なう場合に、流体排出口１２ａから秤量セルＤ１１内の気体および流体を排出することによって秤量セルＤ１１内を流体で充填することができ、充填された流体の秤量を行なう。なお、流体排出口１２ａから流体を導入する場合は、流体導入口１１ａが、秤量セルＤ１１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。
【００２１】
秤量セルＤ１１および収容セルＤ１２は、所定の体積となるように形成される。特に、秤量セルＤ１１においては、送り込まれた流体がセル内に充填された場合に所定体積と秤量できる。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００２２】
移送制御流路ＬＦ１１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。秤量セルＤ１１に注入された流体が毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１１に流れ込むが、移送制御流路ＬＦ１１と収容セルＤ１２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Ｄ１２に流体が流れ込まない。また、移送制御流路ＬＦ１１および秤量セルＤ１１、収容セルＤ１２内の気体は、流体の流入に従って排気口１３ａから排出される。流体の秤量は、秤量セルＤ１１と移送制御流路ＬＦ１１と流体導入口１１ａおよび流体排出口１２ａとを秤量単位とし、充填された流体の総量が対象となる。
【００２３】
ここで、秤量セルＤ１１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、秤量セルＤ１１に流体Ｆ１を収容した場合を示す断面図である。流体導入口１１ａから分注された流体Ｆ１は、毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１１に入り込むが、移送制御流路ＬＦ１１の収容セルＤ１２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Ｆ１の流通が停止する。この流通停止によって流体Ｆ１は、秤量セルＤ１１に順次充填される。
【００２４】
なお、移送制御流路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、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ＬＦ１１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）
【００２５】
また、収容セルＤ１２の配置において、収容セルＤ１２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４は、本発明の実施の形態１の変形例１であるマイクロ流体チップ２の構成を示す断面図である。図４に示すマイクロ流体チップ２は、移送制御流路ＬＦ１１ａが収容セルＤ１３の側面と連結し、移送制御流路ＬＦ１１ａの底部と収容セルＤ１３の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ１１ａの収容セルＤ１３側端部において、移送制御流路ＬＦ１１ａ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２，３と同様、収容セルＤ１３内の気体は、排気口１３ｂから外部に排出される。
【００２６】
なお、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５は、本発明の実施の形態１の変形例２であるマイクロ流体チップ２ａの構成を示す断面図である。図５に示すマイクロ流体チップ２ａは、秤量セルＤ１１と収容セルＤ１３ａとを連結させる移送制御流路ＬＦ１１ｂが、移送制御流路ＬＦ１１ｂの上部と収容セルＤ１３ａの上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ１１ｂの収容セルＤ１３ａ側の端部では、図３に示すラプラス力と同様の効果によって流体Ｆ１の流通を停止する。秤量セルＤ１１に収容され、秤量された流体Ｆ１が収容セルＤ１３ａに送液された場合、収容セルＤ１３ａ内部の気体は、排気口１３ｃから外部に排出される。移送制御流路ＬＦ１１ｂを収容セルＤ１３ａの上部側に設けたことによって、外的な力による秤量セルＤ１１への逆流が生じた場合でも、逆流する流体Ｆ１を最小限に抑えることが可能である。
【００２７】
つぎに、流体Ｆ１を秤量セルＤ１１において秤量し、秤量された流体Ｆ１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６を参照して説明する。図６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を用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【００２８】
まず、流体導入口１１ａから分注対象の流体Ｆ１を注入する（図６（ａ））。流体Ｆ１を注入すると、秤量セルＤ１１底部から毛細管現象により移送制御流路ＬＦ１１内に流体Ｆ１が入り込み、ラプラス力によって収容セルＤ１２側の端部で流通が停止して、秤量セルＤ１１内に流体Ｆ１が充填される。流体Ｆ１の注入は、秤量のため流体排出口１２ａから流体Ｆ１が外部に排出されるまで注入を継続する（図６（ｂ））。
【００２９】
移送制御流路ＬＦ１１および秤量セルＤ１１への流体Ｆ１の注入が完了すると、排出された流体Ｆ１を取り除き、流体排出口１２ａを封止部材１４ａによって封止する（図６（ｃ））。この封止によって、収容された流体Ｆ１が秤量セルＤ１１内に所定量収容されたこととなり、秤量できる。封止部材１４ａによる封止によって流体導入口１１ａ、排気口１３ａのみが開放された状態になると、プローブ等を用いてエアを流体導入口１１ａから秤量セルＤ１１内部に注入し、流体Ｆ１を押圧する。流体Ｆ１が押圧されることによって、流体Ｆ１の流通方向に対する力が、移送制御流路ＬＦ１１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Ｄ１２に流体Ｆ１が流れ込む（図６（ｄ））。エアによる押圧を継続し、秤量セルＤ１１に収容された流体Ｆ１を収容セルＤ１２に移送完了すると、流体導入口１１ａを流体導入口封止部材１４ｂによって封止する（図６（ｅ））。
【００３０】
なお、図６（ｅ）に示す流体導入口１１ａの封止を行うか否かは、任意であるが、秤量セルＤ１１内の内部圧力によって流体Ｆ１の秤量セルＤ１１側への逆流を防止できるため、封止部材１４ｂによって流体導入口１１ａを封止することが好ましい。また、秤量された流体Ｆ１を回収する場合は、排気口１３ａからピペット等によって吸引することで回収できる。さらに、封止部材１４ａは、別体であってもよく、一体であってもよい。
【００３１】
上述したマイクロ流体チップによって、秤量した流体を簡易な機構で確実に移送することが可能となる。また、特許文献１，２に示すマイクロ流体チップのように、一部を弾性部材等で形成する必要がないため、簡易な構成でマイクロ流体チップを作成することができる。なお、特許文献３に示す流通制御は、光応答ゲルを用いているため、流路の開閉に時間を要していた。これに対して本実施の形態にかかるマイクロ流体チップは、光応答反応にかかる時間を要さずに流体の移送を行なうことができる。
【００３２】
ここで、図１に示すマイクロ流体チップ１において、秤量セルを複数設け、各秤量された流体を混合するようにしてもよい。図７は、本発明の実施の形態１の変形例３であるマイクロ流体チップ３の構成を示す模式図である。図７に示すマイクロ流体チップ３は、複数の秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７を設け、各秤量セルを移送制御流路ＬＦ１２ａ，ＬＦ１２ｂ，ＬＦ１２ｃ，ＬＦ１２ｄによって、収容セルとしての混合セルＭ１に連結している。これにより、秤量した各流体を混合セルＭ１に送り込むことで秤量した流体を混合することが可能となる。なお、各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７は、秤量すべき体積に対応して形成されるため、形状または収容体積が異なる場合がある。
【００３３】
図６に示す流れで各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７に流体が収容されると、流体排出口１２ｂ〜１２ｅを封止し、各流体導入口１１ｂ〜１１ｅからエアを注入して、混合セルＭ１に送り込む。このとき、混合セルＭ１内の気体は、排気口１３ｄから排出される。これにより、混合セルＭ１に送り込まれた各流体を混合させることができる。なお、各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７および排気口１３ｄの配置は、処理が可能であれば如何なる位置でも配置可能である。
【００３４】
さらに、混合セルを複数設けて段階的に混合させてもよい。図８は、本発明の実施の形態１の変形例４であるマイクロ流体チップ４の構成を示す模式図である。図８に示すマイクロ流体チップ４は、混合セルＭ２，Ｍ３が移送制御流路ＬＦ１３ｃによって連結され、混合セルＭ２は、移送制御流路ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂを介して秤量セルＤ１８，Ｄ１９と接続し、混合セルＭ３は、移送制御流路ＬＦ１３ｄを介して秤量セルＤ２０と接続されている。また、混合セルＭ２，Ｍ３は、排気口１３ｅ，１３ｆによって、内部の気体を外部に排出する。
【００３５】
秤量セルＤ１８，Ｄ１９において秤量された各流体を、流体導入口１１ｆ，１１ｇからエアによって押圧することで混合セルＭ２に送液して混合する。混合セルＭ２で混合された流体は、移送制御流路ＬＦ１３ｃにかかるラプラス力によって流通が停止され、混合セルＭ２内にとどまる。また、秤量セルＤ２０において秤量された流体を混合セルＭ３に送液した後、流体導入口１１ｆおよび／または流体導入口１１ｇから混合セルＭ２内の流体を混合セルＭ３に送液することによって、秤量された各流体を段階的に混合することができる。ここで、混合セルＭ３に送液する流体の順序は、混合セルＭ２内の流体を先に送液してもよい。
【００３６】
なお、送液時に、各流体排出口１２ｆ〜１２ｈを封止部材によって封止する。また、送液後に、流体導入口１１ｆ〜１１ｈを流体導入口封止部材で封止してもよい。さらに、混合セルＭ２内の流体を送液する場合に、たとえば、流体導入口１１ｆからエアを注入して押圧する場合、流体導入口１１ｇ，１１ｈおよび流体排出口１２ｆ〜１２ｈが、流体導入口封止部材および封止部材によって封止されていることが好ましい。
【００３７】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図９は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ５の概略構成を示す模式図であり、図１０は、図９に示すマイクロ流体チップ５のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。図９，１０に示すマイクロ流体チップ５は、実施の形態１と同様、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形成され、流体導入口２１ａ、秤量セルＤ２１および収容セルＤ２２、移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂ、液溜部Ｃ２１、流体排出口２２ａおよび排気口２３ａを有し、秤量セルＤ２１と収容セルＤ２２とが、液溜部Ｃ２１を介して移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂによって連結されている。
【００３８】
液溜部Ｃ２１は、移送制御流路ＬＦ２１ａと移送制御流路ＬＦ２１ｂとの間に設けられ、流体の流通方向に対して垂直方向の径が移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂと比して大きくなるように形成されている。
【００３９】
ここで、流体Ｆ２が秤量セルＤ２１に収容された場合について、図１１を参照して説明する。図１１は、図１０に示す秤量セルＤ２１に流体Ｆ２を収容した場合を示す断面図である。秤量セルＤ２１に収容された流体Ｆ２は、毛細管現象によって、移送制御流路ＬＦ２１ａに流れ込むが、移送制御流路ＬＦ２１ａを流通した流体Ｆ２は、移送制御流路ＬＦ２１ａと液溜部Ｃ２１との接点における拡径によって各接点でラプラス力がかかり、流体Ｆ２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２１ａから分注された流体Ｆ２が秤量セルＤ２１および移送制御流路ＬＦ２１ａに充填される。
【００４０】
なお、実施の形態１と同様、移送制御流路の底部と収容セルの底部とに高低差を設けてもよい。図１２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６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６は、移送制御流路ＬＦ２１ｃが収容セルＤ２３の側面部と連結し、移送制御流路ＬＦ２１ｃの底部と収容セルＤ２３の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ２１ｃ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。特に、外的な力によって移送制御流路ＬＦ２１ａの流通停止が解除された場合でも、移送制御流路ＬＦ２１ｃにかかるラプラス力によって流通停止できるため、秤量にかかる誤差を最小限に抑えることが可能である。また、図１０，１１に示すマイクロ流体チップ５と同様に、収容セルＤ２３内の気体を排出する排気口２３ｂを有する。
【００４１】
さらに、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２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１３に示すマイクロ流体チップ６ａは、液溜部Ｃ２１と収容セルＤ２３ａとを連結させる移送制御流路ＬＦ２１ｄが、移送制御流路ＬＦ２１ｄの上部と収容セルＤ２３ａの上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ２１ｄの収容セルＤ２３ａ側の端部では、移送制御流路ＬＦ２１ａの液溜部Ｃ２１側端部にかかるラプラス力と同様の効果によって流体Ｆ２の流通を停止する。段階的な流体の流通停止および送液を行なうことが可能であるとともに、外的な力による秤量セルＤ２１への逆流が生じた場合でも、逆流する流体Ｆ２を最小限に抑えることが可能である。なお、収容セル２３ａは、図１２に示すマイクロ流体チップ６と同様に、収容セルＤ２３ａ内の気体を排出する排気口２３ｃを有する。
【００４２】
また、液溜部の上部に気体の排出を行なう排気口を設けてもよい。図１４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７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７は、液溜部Ｃ２２から上部に連通する外部排気口２４ａを有する。外部排気口２４ａによって、一層効率的にマイクロ流体チップ７内の気体を外部に排出でき、注入作業にかかる効率が向上する。なお、秤量セルＤ２１に収容された流体を収容セルＤ２２に移送する場合は、外部排気口２４ａを封止部材によって封止する。
【００４３】
特に、図１５に示すように、秤量セルを隣接して設けた場合に有効である。図１５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８の構成を示す断面図である。図１５に示すマイクロ流体チップ８は、秤量セルＤ２１が、移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂを介して、流体導入口２５ａと流体排出口２６ａとを有する秤量セルＤ２４に接続されている。このとき、たとえば、秤量セルＤ２１に流体Ｆ２が収容されている場合、流体導入口２５ａから秤量セルＤ２４に流体Ｆ３を注入した際に、外部排気口２４ａが、秤量セルＤ２４内の気体を外部に排出する役割を担う。
【００４４】
さらに、本実施の形態２の構成を、図７，８に示すマイクロ流体チップ３，４に適用することができる。図１６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９の構成を示す模式図であり、図１７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１０の構成を示す模式図である。図１６に示すマイクロ流体チップ９は、各秤量セルＤ２５〜２８が移送制御流路ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２５ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２５ｂを介して混合セルＭ４に接続されている。また、移送制御流路ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２５ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２５ｂの間に液溜部Ｃ２３〜Ｃ２６が設けられ、混合セルＭ４の中央部には、上部に連通する排気口２３ｄが形成されている。なお、各秤量セルＤ２５〜２８には、流体導入口２１ｂ〜２１ｅおよび流体排出口２２ｂ〜２２ｅが形成され、各秤量セルＤ２５〜２８に収容される流体の秤量を行なうことができる。
【００４５】
図１６に示すマイクロ流体チップ９の構成によって、たとえば、秤量セルＤ２５，２６に収容された流体を混合セルＭ４に送液した場合に、混合セルＭ４に収容された流体は、移送制御流路ＬＦ２４ｂ，ＬＦ２５ｂによって流通が停止し、秤量セルＤ２７，２８に収容されている各流体は、移送制御流路ＬＦ２４ａ，ＬＦ２５ａによって流通が停止しているため、液溜部Ｃ２５，Ｃ２６が形成する空間により混合セルＭ４に収容された流体と秤量セルＤ２７，２８に収容された流体とが接触しないため、一層確実な流体の混合を行なうことができる。
【００４６】
また、図１７に示すマイクロ流体チップ１０においても、液溜部Ｃ２７，Ｃ２８によって、混合セルＭ５と各秤量セルＤ２９〜３１とに収容された各流体が接触することなく、各流体の処理を行うことができる。そのため、混合セルを複数設けることなく、秤量された流体を段階的に混合することが可能となる。
【００４７】
マイクロ流体チップ１０において、各秤量セルＤ２９〜３１は、流体導入口２１ｆ〜２１ｈおよび流体排出口２２ｆ〜２２ｈを有し、液溜部Ｃ２７，Ｃ２８を介して移送制御流路ＬＦ２６ａ〜ＬＦ２６ｃ，ＬＦ２７ａ，ＬＦ２７ｂによって混合セルＭ５と連通している。また、秤量セルＤ２９，Ｄ３０において注入される流体は、移送制御流路ＬＦ２６ａ，ＬＦ２６ｂにかかるラプラス力によって流通が停止され、各秤量セルＤ２９，Ｄ３０に流体が充填される。
【００４８】
ここで、液溜部Ｃ２７は、外部排気口２４ｂを有する。外部排気口２４ｂが秤量セルＤ２９，Ｄ３０内の気体を排出することによって、秤量セルＤ２９，Ｄ３０内の排気効率が向上し、一層効率的な注入処理が可能となる。また、秤量セルＤ２９および／または秤量セルＤ３０に収容された流体を混合セルＭ５に送液する場合は、流体排出口２２ｆ，２２ｇに加え、外部排気口２４ｂを封止部材によって封止する。秤量セルＤ３１も同様に、流体は流体導入口２１ｈから注入され、送液の際に流体排出口２２ｈを封鎖する。このとき、流体導入口２１ｆ，２１ｇ、流体排出口２２ｆ，２２ｇおよび外部排気口２４ｂが封止されていることが好ましい。
【００４９】
なお、秤量セルＤ２９または秤量セルＤ３０の一方に流体が収容されていない場合、たとえば、秤量セルＤ２９に流体を収容し、秤量セルＤ３０に流体が収容されていない場合には、秤量セルＤ２９に収容された流体を混合セルＭ５に送液する際に、収容されていない秤量セルＤ３０の流体導入口２１ｇおよび流体排出口２２ｇが流体導入口封止部材によって封止されることが好ましい。さらに、混合セルＭ５への流体の移送は、送液を行なう秤量セルＤ２９〜Ｄ３１の流体導入口２１ｆ〜２１ｈおよび排気口２３ｅのみが開放されていることが好ましい。
【００５０】
上述した実施の形態２にかかるマイクロ流体チップによって、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。
【００５１】
また、外的な力によって、たとえば、図９に示すマイクロ流体チップ５の移送制御流路ＬＦ２１ａにおいてラプラス力による流通静止力が解除され、液溜部Ｃ２１に流体の一部が漏れた場合においても、移送制御流路ＬＦ２１ｂにかかるラプラス力によって流通を停止させることができるため、秤量に対する影響を最小限に抑えることが可能である。
【００５２】
上述した実施の形態１，２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、秤量可能であれば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】
【００５３】
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】
【００５４】
１，２，２ａ，３，４，５，６，６ａ，７，８，９，１０ マイクロ流体チップ
１１ａ〜１１ｈ，２１ａ〜２１ｈ 流体導入口
１２ａ〜１２ｈ，２２ａ〜２２ｈ 流体排出口
１３ａ〜１３ｆ，２３ａ〜２３ｅ 排気口
１４ａ 封止部材
１４ｂ 流体導入口封止部材
２４ａ，２４ｂ 外部排気口
Ｄ１１，Ｄ１４〜Ｄ２１，Ｄ２４〜Ｄ３１ 秤量セル
Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１３ａ，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２３ａ 収容セル
ＬＦ１１，ＬＦ１１ａ，ＬＦ１１ｂ，ＬＦ１２ａ〜ＬＦ１２ｄ，ＬＦ１３ａ〜ＬＦ１３ｄ，ＬＦ２１ａ〜ＬＦ２１ｄ，ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２７ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２７ｂ 移送制御流路
Ｃ２１〜Ｃ２８ 液溜部
Ｆ１〜Ｆ３ 流体
Ｍ１〜Ｍ５ 混合セル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微少量の液体を秤量し、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（例えば、特許文献１，２参照）。このマイクロ流体チップに関しては、弾性部材を押圧することによって流路間の流体の流通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２００４−２７０９３５号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２８９９号公報
【特許文献３】特開２００７−１０８０８７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１，２に示すマイクロ流体チップは、弾性部材を押圧した状態を維持して流体の流通制御を行なうため、装置構成が複雑となり、処理にかかる労力も大きいという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な機構で流体の流通を制御し、セルに収容された流体の秤量を正確に行なう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】
【０００７】
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、秤量対象の流体を導入する流体導入口および当該秤量セルの収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口を有し、前記収容体積分の流体を秤量する秤量セルと、一端が前記秤量セルと連結し、該一端から前記秤量セル内で秤量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とを備えたことを特徴とする。
【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、前記移送制御流路は、他端が、前記秤量セルで秤量された前記流体を収容する収容セルと接続し、前記収容セルは、該収容セル内の気体を排出する排気口を有す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、前記移送制御流路は、該移送制御流路途中の一部の断面積を増大して形成される液溜部を有し、前記移送制御流路と前記液溜部とで形成される拡径領域に生じる前記ラプラス力によって前記流体の流出を停止す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、前記液溜部は、外部に連通する外部排気口を有す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、前記液溜部は、複数の前記移送制御流路と連結す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、前記移送制御流路は、少なくとも一部の内部壁面が疎水性となるように形成されることを特徴とする。
【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、前記流体排出口および前記排気口および／または前記外部排気口を封止する封止部材を備えたことを特徴とする。
【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、前記流体導入口を封止する流体導入口封止部材をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、セル間を繋ぐ移送流路にかかるラプラス力によって流体の流通を停止させ、簡易な機構によって流体の流通を解除できるようにしたので、マイクロ流体チップに収容された流体を正確に秤量し、移送流路を介して隣接するセルに送液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２に示す秤量セルに流体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１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５】図５は、本発明の実施の形態１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６】図６は、本発明の実施の形態１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７】図７は、本発明の実施の形態１の変形例３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８】図８は、本発明の実施の形態１の変形例４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９】図９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１０】図１０は、図９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１１】図１１は、図１０に示す秤量セルに流体を収容した場合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１３】図１３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１４】図１４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１５】図１５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１６】図１６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模式図である。
【図１７】図１７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。
【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である。図１，２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形成され、流体導入口１１ａ、秤量セルＤ１１および収容セルＤ１２、移送制御流路ＬＦ１１、流体排出口１２ａおよび排気口１３ａを有し、秤量セルＤ１１と収容セルＤ１２とが移送制御流路ＬＦ１１によって連結されている。
【００１９】
流体導入口１１ａは、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、秤量セルＤ１１に連通している。流体導入口１１ａ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、秤量セルＤ１１に流体を送り込む。
【００２０】
流体排出口１２ａは、流体導入口１１ａと同様、マイクロ流体チップ１の上部平面に開口を有し、秤量セルＤ１１に連通している。流体の秤量を行なう場合に、流体排出口１２ａから秤量セルＤ１１内の気体および流体を排出することによって秤量セルＤ１１内を流体で充填することができ、充填された流体の秤量を行なう。なお、流体排出口１２ａから流体を導入する場合は、流体導入口１１ａが、秤量セルＤ１１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。
【００２１】
秤量セルＤ１１および収容セルＤ１２は、所定の体積となるように形成される。特に、秤量セルＤ１１においては、送り込まれた流体がセル内に充填された場合に所定体積と秤量できる。なお、セルの形状は、円形でもよく、角形でもよい。
【００２２】
移送制御流路ＬＦ１１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。秤量セルＤ１１に注入された流体が毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１１に流れ込むが、移送制御流路ＬＦ１１と収容セルＤ１２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Ｄ１２に流体が流れ込まない。また、移送制御流路ＬＦ１１および秤量セルＤ１１、収容セルＤ１２内の気体は、流体の流入に従って排気口１３ａから排出される。流体の秤量は、秤量セルＤ１１と移送制御流路ＬＦ１１と流体導入口１１ａおよび流体排出口１２ａとを秤量単位とし、充填された流体の総量が対象となる。
【００２３】
ここで、秤量セルＤ１１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、秤量セルＤ１１に流体Ｆ１を収容した場合を示す断面図である。流体導入口１１ａから分注された流体Ｆ１は、毛細管現象によって移送制御流路ＬＦ１１に入り込むが、移送制御流路ＬＦ１１の収容セルＤ１２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Ｆ１の流通が停止する。この流通停止によって流体Ｆ１は、秤量セルＤ１１に順次充填される。
【００２４】
なお、移送制御流路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、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ＬＦ１１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）
【００２５】
また、収容セルＤ１２の配置において、収容セルＤ１２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４は、本発明の実施の形態１の変形例１であるマイクロ流体チップ２の構成を示す断面図である。図４に示すマイクロ流体チップ２は、移送制御流路ＬＦ１１ａが収容セルＤ１３の側面と連結し、移送制御流路ＬＦ１１ａの底部と収容セルＤ１３の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ１１ａの収容セルＤ１３側端部において、移送制御流路ＬＦ１１ａ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２，３と同様、収容セルＤ１３内の気体は、排気口１３ｂから外部に排出される。
【００２６】
なお、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５は、本発明の実施の形態１の変形例２であるマイクロ流体チップ２ａの構成を示す断面図である。図５に示すマイクロ流体チップ２ａは、秤量セルＤ１１と収容セルＤ１３ａとを連結させる移送制御流路ＬＦ１１ｂが、移送制御流路ＬＦ１１ｂの上部と収容セルＤ１３ａの上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ１１ｂの収容セルＤ１３ａ側の端部では、図３に示すラプラス力と同様の効果によって流体Ｆ１の流通を停止する。秤量セルＤ１１に収容され、秤量された流体Ｆ１が収容セルＤ１３ａに送液された場合、収容セルＤ１３ａ内部の気体は、排気口１３ｃから外部に排出される。移送制御流路ＬＦ１１ｂを収容セルＤ１３ａの上部側に設けたことによって、外的な力による秤量セルＤ１１への逆流が生じた場合でも、逆流する流体Ｆ１を最小限に抑えることが可能である。
【００２７】
つぎに、流体Ｆ１を秤量セルＤ１１において秤量し、秤量された流体Ｆ１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６を参照して説明する。図６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を用いた秤量および移送方法を示す模式図である。
【００２８】
まず、流体導入口１１ａから分注対象の流体Ｆ１を注入する（図６（ａ））。流体Ｆ１を注入すると、秤量セルＤ１１底部から毛細管現象により移送制御流路ＬＦ１１内に流体Ｆ１が入り込み、ラプラス力によって収容セルＤ１２側の端部で流通が停止して、秤量セルＤ１１内に流体Ｆ１が充填される。流体Ｆ１の注入は、秤量のため流体排出口１２ａから流体Ｆ１が外部に排出されるまで注入を継続する（図６（ｂ））。
【００２９】
移送制御流路ＬＦ１１および秤量セルＤ１１への流体Ｆ１の注入が完了すると、排出された流体Ｆ１を取り除き、流体排出口１２ａを封止部材１４ａによって封止する（図６（ｃ））。この封止によって、収容された流体Ｆ１が秤量セルＤ１１内に所定量収容されたこととなり、秤量できる。封止部材１４ａによる封止によって流体導入口１１ａ、排気口１３ａのみが開放された状態になると、プローブ等を用いてエアを流体導入口１１ａから秤量セルＤ１１内部に注入し、流体Ｆ１を押圧する。流体Ｆ１が押圧されることによって、流体Ｆ１の流通方向に対する力が、移送制御流路ＬＦ１１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Ｄ１２に流体Ｆ１が流れ込む（図６（ｄ））。エアによる押圧を継続し、秤量セルＤ１１に収容された流体Ｆ１を収容セルＤ１２に移送完了すると、流体導入口１１ａを流体導入口封止部材１４ｂによって封止する（図６（ｅ））。
【００３０】
なお、図６（ｅ）に示す流体導入口１１ａの封止を行うか否かは、任意であるが、秤量セルＤ１１内の内部圧力によって流体Ｆ１の秤量セルＤ１１側への逆流を防止できるため、封止部材１４ｂによって流体導入口１１ａを封止することが好ましい。また、秤量された流体Ｆ１を回収する場合は、排気口１３ａからピペット等によって吸引することで回収できる。さらに、封止部材１４ａは、別体であってもよく、一体であってもよい。
【００３１】
上述したマイクロ流体チップによって、秤量した流体を簡易な機構で確実に移送することが可能となる。また、特許文献１，２に示すマイクロ流体チップのように、一部を弾性部材等で形成する必要がないため、簡易な構成でマイクロ流体チップを作成することができる。なお、特許文献３に示す流通制御は、光応答ゲルを用いているため、流路の開閉に時間を要していた。これに対して本実施の形態にかかるマイクロ流体チップは、光応答反応にかかる時間を要さずに流体の移送を行なうことができる。
【００３２】
ここで、図１に示すマイクロ流体チップ１において、秤量セルを複数設け、各秤量された流体を混合するようにしてもよい。図７は、本発明の実施の形態１の変形例３であるマイクロ流体チップ３の構成を示す模式図である。図７に示すマイクロ流体チップ３は、複数の秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７を設け、各秤量セルを移送制御流路ＬＦ１２ａ，ＬＦ１２ｂ，ＬＦ１２ｃ，ＬＦ１２ｄによって、収容セルとしての混合セルＭ１に連結している。これにより、秤量した各流体を混合セルＭ１に送り込むことで秤量した流体を混合することが可能となる。なお、各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７は、秤量すべき体積に対応して形成されるため、形状または収容体積が異なる場合がある。
【００３３】
図６に示す流れで各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７に流体が収容されると、流体排出口１２ｂ〜１２ｅを封止し、各流体導入口１１ｂ〜１１ｅからエアを注入して、混合セルＭ１に送り込む。このとき、混合セルＭ１内の気体は、排気口１３ｄから排出される。これにより、混合セルＭ１に送り込まれた各流体を混合させることができる。なお、各秤量セルＤ１４，Ｄ１５，Ｄ１６，Ｄ１７および排気口１３ｄの配置は、処理が可能であれば如何なる位置でも配置可能である。
【００３４】
さらに、混合セルを複数設けて段階的に混合させてもよい。図８は、本発明の実施の形態１の変形例４であるマイクロ流体チップ４の構成を示す模式図である。図８に示すマイクロ流体チップ４は、混合セルＭ２，Ｍ３が移送制御流路ＬＦ１３ｃによって連結され、混合セルＭ２は、移送制御流路ＬＦ１３ａ，ＬＦ１３ｂを介して秤量セルＤ１８，Ｄ１９と接続し、混合セルＭ３は、移送制御流路ＬＦ１３ｄを介して秤量セルＤ２０と接続されている。また、混合セルＭ２，Ｍ３は、排気口１３ｅ，１３ｆによって、内部の気体を外部に排出する。
【００３５】
秤量セルＤ１８，Ｄ１９において秤量された各流体を、流体導入口１１ｆ，１１ｇからエアによって押圧することで混合セルＭ２に送液して混合する。混合セルＭ２で混合された流体は、移送制御流路ＬＦ１３ｃにかかるラプラス力によって流通が停止され、混合セルＭ２内にとどまる。また、秤量セルＤ２０において秤量された流体を混合セルＭ３に送液した後、流体導入口１１ｆおよび／または流体導入口１１ｇから混合セルＭ２内の流体を混合セルＭ３に送液することによって、秤量された各流体を段階的に混合することができる。ここで、混合セルＭ３に送液する流体の順序は、混合セルＭ２内の流体を先に送液してもよい。
【００３６】
なお、送液時に、各流体排出口１２ｆ〜１２ｈを封止部材によって封止する。また、送液後に、流体導入口１１ｆ〜１１ｈを流体導入口封止部材で封止してもよい。さらに、混合セルＭ２内の流体を送液する場合に、たとえば、流体導入口１１ｆからエアを注入して押圧する場合、流体導入口１１ｇ，１１ｈおよび流体排出口１２ｆ〜１２ｈが、流体導入口封止部材および封止部材によって封止されていることが好ましい。
【００３７】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図９は、本発明の実施の形態２にかかるマイクロ流体チップ５の概略構成を示す模式図であり、図１０は、図９に示すマイクロ流体チップ５のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。図９，１０に示すマイクロ流体チップ５は、実施の形態１と同様、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形成され、流体導入口２１ａ、秤量セルＤ２１および収容セルＤ２２、移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂ、液溜部Ｃ２１、流体排出口２２ａおよび排気口２３ａを有し、秤量セルＤ２１と収容セルＤ２２とが、液溜部Ｃ２１を介して移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂによって連結されている。
【００３８】
液溜部Ｃ２１は、移送制御流路ＬＦ２１ａと移送制御流路ＬＦ２１ｂとの間に設けられ、流体の流通方向に対して垂直方向の径が移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂと比して大きくなるように形成されている。
【００３９】
ここで、流体Ｆ２が秤量セルＤ２１に収容された場合について、図１１を参照して説明する。図１１は、図１０に示す秤量セルＤ２１に流体Ｆ２を収容した場合を示す断面図である。秤量セルＤ２１に収容された流体Ｆ２は、毛細管現象によって、移送制御流路ＬＦ２１ａに流れ込むが、移送制御流路ＬＦ２１ａを流通した流体Ｆ２は、移送制御流路ＬＦ２１ａと液溜部Ｃ２１との接点における拡径によって各接点でラプラス力がかかり、流体Ｆ２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２１ａから分注された流体Ｆ２が秤量セルＤ２１および移送制御流路ＬＦ２１ａに充填される。
【００４０】
なお、実施の形態１と同様、移送制御流路の底部と収容セルの底部とに高低差を設けてもよい。図１２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６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６は、移送制御流路ＬＦ２１ｃが収容セルＤ２３の側面部と連結し、移送制御流路ＬＦ２１ｃの底部と収容セルＤ２３の底部に高低差を設けてある。これにより、移送制御流路ＬＦ２１ｃ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。特に、外的な力によって移送制御流路ＬＦ２１ａの流通停止が解除された場合でも、移送制御流路ＬＦ２１ｃにかかるラプラス力によって流通停止できるため、秤量にかかる誤差を最小限に抑えることが可能である。また、図１０，１１に示すマイクロ流体チップ５と同様に、収容セルＤ２３内の気体を排出する排気口２３ｂを有する。
【００４１】
さらに、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２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１３に示すマイクロ流体チップ６ａは、液溜部Ｃ２１と収容セルＤ２３ａとを連結させる移送制御流路ＬＦ２１ｄが、移送制御流路ＬＦ２１ｄの上部と収容セルＤ２３ａの上部とが一致するように配置される。移送制御流路ＬＦ２１ｄの収容セルＤ２３ａ側の端部では、移送制御流路ＬＦ２１ａの液溜部Ｃ２１側端部にかかるラプラス力と同様の効果によって流体Ｆ２の流通を停止する。段階的な流体の流通停止および送液を行なうことが可能であるとともに、外的な力による秤量セルＤ２１への逆流が生じた場合でも、逆流する流体Ｆ２を最小限に抑えることが可能である。なお、収容セル２３ａは、図１２に示すマイクロ流体チップ６と同様に、収容セルＤ２３ａ内の気体を排出する排気口２３ｃを有する。
【００４２】
また、液溜部の上部に気体の排出を行なう排気口を設けてもよい。図１４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７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７は、液溜部Ｃ２２から上部に連通する外部排気口２４ａを有する。外部排気口２４ａによって、一層効率的にマイクロ流体チップ７内の気体を外部に排出でき、注入作業にかかる効率が向上する。なお、秤量セルＤ２１に収容された流体を収容セルＤ２２に移送する場合は、外部排気口２４ａを封止部材によって封止する。
【００４３】
特に、図１５に示すように、秤量セルを隣接して設けた場合に有効である。図１５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８の構成を示す断面図である。図１５に示すマイクロ流体チップ８は、秤量セルＤ２１が、移送制御流路ＬＦ２１ａ，ＬＦ２１ｂを介して、流体導入口２５ａと流体排出口２６ａとを有する秤量セルＤ２４に接続されている。このとき、たとえば、秤量セルＤ２１に流体Ｆ２が収容されている場合、流体導入口２５ａから秤量セルＤ２４に流体Ｆ３を注入した際に、外部排気口２４ａが、秤量セルＤ２４内の気体を外部に排出する役割を担う。
【００４４】
さらに、本実施の形態２の構成を、図７，８に示すマイクロ流体チップ３，４に適用することができる。図１６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９の構成を示す模式図であり、図１７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１０の構成を示す模式図である。図１６に示すマイクロ流体チップ９は、各秤量セルＤ２５〜２８が移送制御流路ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２５ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２５ｂを介して混合セルＭ４に接続されている。また、移送制御流路ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２５ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２５ｂの間に液溜部Ｃ２３〜Ｃ２６が設けられ、混合セルＭ４の中央部には、上部に連通する排気口２３ｄが形成されている。なお、各秤量セルＤ２５〜２８には、流体導入口２１ｂ〜２１ｅおよび流体排出口２２ｂ〜２２ｅが形成され、各秤量セルＤ２５〜２８に収容される流体の秤量を行なうことができる。
【００４５】
図１６に示すマイクロ流体チップ９の構成によって、たとえば、秤量セルＤ２５，２６に収容された流体を混合セルＭ４に送液した場合に、混合セルＭ４に収容された流体は、移送制御流路ＬＦ２４ｂ，ＬＦ２５ｂによって流通が停止し、秤量セルＤ２７，２８に収容されている各流体は、移送制御流路ＬＦ２４ａ，ＬＦ２５ａによって流通が停止しているため、液溜部Ｃ２５，Ｃ２６が形成する空間により混合セルＭ４に収容された流体と秤量セルＤ２７，２８に収容された流体とが接触しないため、一層確実な流体の混合を行なうことができる。
【００４６】
また、図１７に示すマイクロ流体チップ１０においても、液溜部Ｃ２７，Ｃ２８によって、混合セルＭ５と各秤量セルＤ２９〜３１とに収容された各流体が接触することなく、各流体の処理を行うことができる。そのため、混合セルを複数設けることなく、秤量された流体を段階的に混合することが可能となる。
【００４７】
マイクロ流体チップ１０において、各秤量セルＤ２９〜３１は、流体導入口２１ｆ〜２１ｈおよび流体排出口２２ｆ〜２２ｈを有し、液溜部Ｃ２７，Ｃ２８を介して移送制御流路ＬＦ２６ａ〜ＬＦ２６ｃ，ＬＦ２７ａ，ＬＦ２７ｂによって混合セルＭ５と連通している。また、秤量セルＤ２９，Ｄ３０において注入される流体は、移送制御流路ＬＦ２６ａ，ＬＦ２６ｂにかかるラプラス力によって流通が停止され、各秤量セルＤ２９，Ｄ３０に流体が充填される。
【００４８】
ここで、液溜部Ｃ２７は、外部排気口２４ｂを有する。外部排気口２４ｂが秤量セルＤ２９，Ｄ３０内の気体を排出することによって、秤量セルＤ２９，Ｄ３０内の排気効率が向上し、一層効率的な注入処理が可能となる。また、秤量セルＤ２９および／または秤量セルＤ３０に収容された流体を混合セルＭ５に送液する場合は、流体排出口２２ｆ，２２ｇに加え、外部排気口２４ｂを封止部材によって封止する。秤量セルＤ３１も同様に、流体は流体導入口２１ｈから注入され、送液の際に流体排出口２２ｈを封鎖する。このとき、流体導入口２１ｆ，２１ｇ、流体排出口２２ｆ，２２ｇおよび外部排気口２４ｂが封止されていることが好ましい。
【００４９】
なお、秤量セルＤ２９または秤量セルＤ３０の一方に流体が収容されていない場合、たとえば、秤量セルＤ２９に流体を収容し、秤量セルＤ３０に流体が収容されていない場合には、秤量セルＤ２９に収容された流体を混合セルＭ５に送液する際に、収容されていない秤量セルＤ３０の流体導入口２１ｇおよび流体排出口２２ｇが流体導入口封止部材によって封止されることが好ましい。さらに、混合セルＭ５への流体の移送は、送液を行なう秤量セルＤ２９〜Ｄ３１の流体導入口２１ｆ〜２１ｈおよび排気口２３ｅのみが開放されていることが好ましい。
【００５０】
上述した実施の形態２にかかるマイクロ流体チップによって、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。
【００５１】
また、外的な力によって、たとえば、図９に示すマイクロ流体チップ５の移送制御流路ＬＦ２１ａにおいてラプラス力による流通静止力が解除され、液溜部Ｃ２１に流体の一部が漏れた場合においても、移送制御流路ＬＦ２１ｂにかかるラプラス力によって流通を停止させることができるため、秤量に対する影響を最小限に抑えることが可能である。
【００５２】
上述した実施の形態１，２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、秤量可能であれば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】
【００５３】
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】
【００５４】
１，２，２ａ，３，４，５，６，６ａ，７，８，９，１０ マイクロ流体チップ
１１ａ〜１１ｈ，２１ａ〜２１ｈ 流体導入口
１２ａ〜１２ｈ，２２ａ〜２２ｈ 流体排出口
１３ａ〜１３ｆ，２３ａ〜２３ｅ 排気口
１４ａ 封止部材
１４ｂ 流体導入口封止部材
２４ａ，２４ｂ 外部排気口
Ｄ１１，Ｄ１４〜Ｄ２１，Ｄ２４〜Ｄ３１ 秤量セル
Ｄ１２，Ｄ１３，Ｄ１３ａ，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２３ａ 収容セル
ＬＦ１１，ＬＦ１１ａ，ＬＦ１１ｂ，ＬＦ１２ａ〜ＬＦ１２ｄ，ＬＦ１３ａ〜ＬＦ１３ｄ，ＬＦ２１ａ〜ＬＦ２１ｄ，ＬＦ２２ａ〜ＬＦ２７ａ，ＬＦ２２ｂ〜ＬＦ２７ｂ 移送制御流路
Ｃ２１〜Ｃ２８ 液溜部
Ｆ１〜Ｆ３ 流体
Ｍ１〜Ｍ５ 混合セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
秤量対象の流体を導入する流体導入口および当該秤量セルの収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口を有し、前記収容体積分の流体を秤量する秤量セルと、
一端が前記秤量セルと連結し、該一端から前記秤量セル内で秤量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と
を備えたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記移送制御流路は、他端が、前記秤量セルで秤量された前記流体を収容する収容セルと接続し、
前記収容セルは、該収容セル内の気体を排出する排気口を有す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】
前記移送制御流路は、該移送制御流路途中の一部の断面積を増大して形成される液溜部を有し、
前記移送制御流路と前記液溜部とで形成される拡径領域に生じる前記ラプラス力によって前記流体の流出を停止す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】
前記液溜部は、外部に連通する外部排気口を有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記液溜部は、複数の前記移送制御流路と連結す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６】
前記移送制御流路は、少なくとも一部の内部壁面が疎水性となるように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記流体排出口および前記排気口および／または前記外部排気口を封止する封止部材を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記流体導入口を封止する流体導入口封止部材をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１】
秤量対象の流体を導入する流体導入口および当該秤量セルの収容体積を越えた余剰量の流体を排出する流体排出口を有し、前記収容体積分の流体を秤量する秤量セルと、
一端が前記秤量セルと連結し、該一端から前記秤量セル内で秤量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と
を備えたことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記移送制御流路は、他端が、前記秤量セルで秤量された前記流体を収容する収容セルと接続し、
前記収容セルは、該収容セル内の気体を排出する排気口を有す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】
前記移送制御流路は、該移送制御流路途中の一部の断面積を増大して形成される液溜部を有し、
前記移送制御流路と前記液溜部とで形成される拡径領域に生じる前記ラプラス力によって前記流体の流出を停止す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】
前記液溜部は、外部に連通する外部排気口を有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記液溜部は、複数の前記移送制御流路と連結す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６】
前記移送制御流路は、少なくとも一部の内部壁面が疎水性となるように形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記流体排出口および前記排気口および／または前記外部排気口を封止する封止部材を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記流体導入口を封止する流体導入口封止部材をさらに備えたことを特徴とする請求項７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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−２７５９０（Ｐ２０１１−２７５９０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４４７４（Ｐ２００９−１７４４７４）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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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