マイクロ流体デバイス
【課題】使用すべき液体の容量を節約することができるマイクロ流体デバイスを提供する。
【解決手段】基板１１に形成された並列する複数の主流路Ａと、主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、結合流路Ｂを開閉するための結合流路バルブｂとを有する、マイクロ流体デバイス１。マイクロデバイスは、主流路Ａにおける液流をコントロールする主流路バルブａを有する。マイクロ流体デバイス１において、複数の主流路Ａのうちの一の主流路の一方の端部と、隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路Ｂによって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、隣の主流路の他方の端部とは連通されておらず、複数の主流路Ａ全てが結合流路Ｂで直列に結合される。
【解決手段】基板１１に形成された並列する複数の主流路Ａと、主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、結合流路Ｂを開閉するための結合流路バルブｂとを有する、マイクロ流体デバイス１。マイクロデバイスは、主流路Ａにおける液流をコントロールする主流路バルブａを有する。マイクロ流体デバイス１において、複数の主流路Ａのうちの一の主流路の一方の端部と、隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路Ｂによって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、隣の主流路の他方の端部とは連通されておらず、複数の主流路Ａ全てが結合流路Ｂで直列に結合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用すべき液量を低減することができるマイクロ流体デバイスに関する。本発明は、生化学分野で行われるＳＢＳ（Sequencing by Synthesis）を用いたＤＮＡシーケンサでの利用が想定される。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電子機械システム）技術を用いて形成された複数の並列流路を有するマイクロデバイスが知られている。マイクロデバイスへの送液は、並列流路それぞれにチューブをつなぎ、タンクに入った複数種類の溶液をバルブで切り替えながら行われる。並列流路はそれぞれ独立しているため、溶液は別々の流路へ送液される。
より具体的には、マイクロデバイスは、ガラスや、シリコーンその他の樹脂に形成された複数の流路それぞれにチューブをジョイント可能な構造を有している。
【０００３】
一般的に、管中における流体の流れをコントロールするバルブには、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バラフライバルブなどが知られている（非特許文献１）。
一方、マイクロ流体デバイスにおける流路における流体の流れをコントロールするマイクロバルブには、シリコーンラバーマイクロバルブ（非特許文献２、非特許文献３）、電磁駆動型マイクロバルブ（非特許文献４）、スライドマイクロバルブ（非特許文献５）などが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“バルブの基礎知識”、［online］、株式会社キッツ、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.kitz.co.jp/kiso/hajimete_03.html＞
【非特許文献２】「ジャーナル・オブ・マイクロメカニクス・アンド・マイクロエンジニアリング（Journal of Micromechanics and Microengineering）」、第10巻、2000年、p.415-420
【非特許文献３】島津評論、第60巻、第1・2号、2004年10月、p.91-98
【非特許文献４】“電磁駆動型マイクロバルブの開発”、［online］、岡山大学自然科学研究科、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.act.sys.okayama-u.ac.jp/kouseigaku/research/nakahira_micro_valve_07/nakahira_micro_valve_07-j.html＞
【非特許文献５】“スライドマイクロバルブ”、［online］、株式会社東芝、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/fields/06_t36.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それぞれの流路に異なる試薬（由来の異なるＤＮＡや種類の異なる反応液など）を送液する場合は、流路が分かれていたほうが好ましい。一方、同じ試薬（リンス液など）を送液する場合は、流路が分かれていないほうが、液量の観点から好ましい。溶液バルブとマイクロデバイスとをつなぐチューブ内に存在する容量は送液に寄与するに過ぎず、流路の本数が多くなるほど溶液のロスが多くなるためである。
【０００６】
以上に鑑み、本発明は、使用すべき液体の容量を節約することができるマイクロ流体デバイス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】
本発明者らは、鋭意検討の結果、並列する流路同士をショートカットする流路と、その流路を開閉するバルブとをさらに設けることによって、上記本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、以下の発明を含む。
（１）
基板に形成された並列する複数の主流路と、
前記主流路同士を連通させる結合流路と、
前記結合流路を開閉するための結合流路バルブとを有する、マイクロ流体デバイス。
（２）
前記主流路の両端部に送排液チューブが接続している、（１）に記載のマイクロ流体デバイス。
【０００８】
（３）
前記送排液チューブが、基板上に設けられたチューブ取付板に取り付けられることによって前記主流路の両端部に接続している、（２）に記載のマイクロ流体デバイス。
（４）
前記複数の主流路のうちの一の主流路の一方の端部と、前記一の主流路の隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路によって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、前記隣の主流路の他方の端部とは連通されていない、（１）〜（３）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【０００９】
（５）
前記一の主流路の一方の端部と、前記隣の主流路の反対側において前記一の主流路の隣に位置する主流路の一方の端部とは連通されておらず、前記一の主流路の他方の端部と、前記反対側の隣に位置する主流路の他方の端部とが前記結合流路によって連通されていることによって、前記複数の主流路全てが前記結合流路で直列に結合される、（４）に記載のマイクロ流体デバイス。
【００１０】
（６）
前記結合流路が、前記送排液チューブ同士を結合するチューブである、（２）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（７）
前記結合流路が、前記チューブ取付板に、前記送排液チューブとは別に取り付けられたチューブである、（３）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（８）
前記結合流路が、前記チューブ取付板に形成された内部流路である、（３）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（９）
前記チューブ取付板に形成された内部流路の一部が上方開口とされ且つ前記結合流路バルブとしてのゲートバルブが設けられている、（８）に記載のマイクロ流体デバイス。
【００１１】
（１０）
基板に形成された並列する複数の主流路Ａと、前記主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、前記主流路Ａにおける液流をコントロールするための主流路バルブａと、前記結合流路を開閉するための結合流路バルブｂと、前記主流路Ａの両端部にそれぞれ接続された送液チューブ及び排液チューブとを有するマイクロ流体デバイスを用いる送液方法であって、以下の工程：
（I）送液すべき複数の主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、
前記送液すべき複数の主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉め、
前記送液チューブから送液し、且つ
前記排液チューブから排液することによって、並列液流を生じさせる工程；及び
（II）送液すべき複数の主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開け、
より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩを閉め、
前記主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを開け、
前記主流路ＡＥ１の一方の端部に接続された送液チューブから送液し、且つ
前記主流路ＡＥ２の一方の端部に接続された排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせる工程
を含む方法。
【００１２】
（１１）
前記工程（I）において送液される液体の少なくともいずれかと、前記工程（II）において送液される液体との組成が異なる、（１０）に記載の方法。
（１２）
核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が行われる、（１０）又は（１１）に記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、使用すべき液体の容量を節約することができる省液型マイクロ流体デバイスを提供することができる。
本発明によると、由来の異なるＤＮＡや種類の異なる反応液などを用いる場合、並列流を生じさせることによって、一枚のマイクロ流体デバイス上で復数種の処理に対応できると共に、同じ種類の試薬を用いる場合、同じマイクロ流体デバイスの同じ流路を用いた直列流を生じさせることによって、使用する試薬量を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの一例を模式的に示したものである。
【図２】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの他の一例を模式的に示したものである。
【図３】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける基板の断面図（i）〜（iii）及びそれらの構成部材（i’）〜（iii’）を示したものである。
【図４】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの外観斜視図の例を示したものである。
【図５】図４におけるV-V線に沿う部分断面図である。
【図６】図４におけるVI-VI線に沿う部分断面図であり、本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂの一態様を示したものである。
【図７】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂの他の一態様を示したものである。
【図８】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂのさらなる他の一態様を示したものである。
【図９】本発明の省液型マイクロ流体デバイスを用いた送液システムの一例のブロック図を示したものである。
【符号の説明】
【００１５】
１：マイクロ流体デバイス
Ａ：主流路
Ｂ：結合流路
ａ：主流路バルブ
ｂ：結合流路バルブ
１１：基板
１２：開口部
１３:送排液チューブ
４２：チューブ取付板
４３：送排液チューブ取付用貫通穴
６１：結合流路チューブ取付用貫通穴
７２：膜
７３：弁体
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［１．省液型マイクロ流体デバイスの構成］
図１は、本発明の省液型マイクロ流体デバイスの一例を模式的に示したものである。
マイクロ流体デバイス１は、並列する複数の主流路Ａと、主流路同士を連通させる結合流路Ｂとを有する。少なくとも主流路Ａは、基板１１内部に形成されたものであり、主流路Ａの両端部は、それぞれ、基板１１上表面に開口された開口部１２に通じている。
【００１７】
主流路Ａ同士を連通させる結合流路Ｂには、結合流路Ｂを開閉するための結合流路バルブｂが設けられている。結合流路Ｂ及び結合流路バルブｂは、同一のマイクロ流体デバイス１において、並列流と直列流との両方の液流を生じさせることを可能にする。具体的には、結合流路バルブｂを閉めた場合、並列する複数の主流路Ａは互いに連通することがなく（並列流）、結合流路バルブｂを開けた場合、並列する複数の主流路Ａが結合流路Ｂを介して連通することができる（直列流）。すなわち、結合流路Ｂは、上記両方の液流を生じさせることが可能となるように、主流路Ａ同士を結合する。
ここで、図１において、矢印は液流の方向を示す。従って、図１の向かって右側を送液側、左側を排液側と記載する場合がある。
【００１８】
具体的には、図１に示すように、結合流路Ｂは、複数の主流路Ａのうちの一の主流路における一方（例えば送液側）の端部と、その一の主流路の隣に位置する主流路における同じ側の一方（送液側）の端部とを連通させる。一方、一の主流路の他方（排液側）における端部と、その一の主流路の隣に位置する主流路における他方（排液側）の端部とは連通されていない。また、一の主流路における一方（送液側）の端部と、前述の隣に位置する主流路とは反対側の隣に位置する主流路における同じ側の一方（送液側）の端部とは、連通されていない。一方、一の主流路の他方（排液側）の端部と、前記の反対側の隣に位置する主流路における他方（排液側）の端部とが、結合流路Ｂによって連通されている。このように、結合流路Ｂによって、主流路の一方の末端部と他方の末端部とが互い違いに、隣りあう主流路の末端部と（好ましくは最短距離で）結ばれる。
【００１９】
図２に、本発明のマイクロ流体デバイスの変形例を示す。結合流路Ｂは、図１に示すように主流路Ａの末端に結合していてもよいし、図２に示すように、主流路Ａの末端からやや離れた箇所に結合していてもよい。
【００２０】
また、主流路Ａにおける液流は、主流路バルブａによってコントロールされる。主流路Ａの両端部に送排液チューブ１３が接続される。主流路Ａの送液側の端部には送液チューブが、排液側の端部には排液チューブが接続される。なお、本発明においては、送液チューブと排液チューブとを総称して送排液チューブと記載し、特に、送液用又は排液用であることをいう場合には、それぞれ、送液チューブ又は排液チューブと記載することがある。
【００２１】
より具体的には、主流路Ａに通じる開口部１２に、送液又は排液するための送排液チューブ１３が接続される。従って、主流路バルブａは、図１に示すように、送排液チューブ１３に設けられることができる。好ましくは、送排液チューブ１３における、主流路Ａにできるだけ近い場所に設けられる。このような場合、主流路バルブａが送排液チューブ１３を開閉することによって、主流路Ａにおける液流がコントロールされることができる。
また、主流路バルブａは、図２に示すように、主流路Ａに設けられることもできる。好ましくは、主流路Ａの両端部に設けられる。このような場合、主流路バルブａが主流路Ａを直接開閉することによって、主流路Ａにおける液流がコントロールされることができる。また、図２において、主流路バルブａは結合流路Ｂよりも送排液チューブ１３側に設けられることができるが、反対側に設けられていてもよい。
【００２２】
図３（i）〜（iii）に、基板１１の断面図の例を示す。これら図に示すように、基板１１には、内部に少なくとも主流路Ａが形成されており、主流路Ａの両端部に通じる開口部１２が上表面に開口している。基板１１は、図３（i’）〜（iii’）に示すように、一対の板状部材３１及び３２から構成されうる。一対の板状部材のうちの少なくとも一方の表面に、並列する複数の主流路溝が形成されている。例えば、図３（i’）においては、板状部材３１に主流路溝３３が形成されている。図３（ii’）においては、板状部材３２に主流路溝３３が形成されている。さらに、図３（iii’）においては、板状部材３１及び３２の両方に主流路溝３３が形成されている。
【００２３】
さらに、板状部材３２に貫通穴３４が形成されている。
板状部材３１及び３２は、主流路溝３３が内側となるように張り合わされ、基板１１を構成する。基板１１を構成することにより、主流路溝３３は主流路Ａをなす。また、貫通穴３４の開口端は、基板１１における開口部１２をなす。
【００２４】
図４に、本発明のマイクロ流体デバイスの外観斜視図の一例を示す。なお、主流路バルブａ及び結合流路バルブｂは図示省略している。図４の例においては、主流路Ａが形成された基板１１が、固定台４１に固定され、基板１１における開口部１２付近を覆うように、基板１１上にチューブ取付板４２が設けられている。チューブ取付板４２は、結合流路Ｂを有する。
図５に、図４における主流路方向のV-V線に沿う部分断面図を示す。チューブ取付板４２には、開口部１２に通じる貫通穴４３が形成されており、貫通穴４３に、少なくとも送排液チューブ１３が取り付けられている。送排液チューブ１３と開口部１２とのジョイント部には、液漏れ防止用部材４４として、例えば可撓性又は弾性を有するゴムなど素材からなる部材を設けることができる。
【００２５】
図６〜８に、本発明のマイクロ流体デバイスの結合流路Ｂのより具体的な態様を示す。図６は、図４における主流路方向と垂直方向のVI-VI線に沿う部分断面図を示す。図７及び図８は、図６の変形態様である。なお、図６〜８においては、固定台４１を図示省略している。
【００２６】
図６及び図７の態様においては、結合流路Ｂがチューブによって構成されている。図６及び図７においては、主流路バルブａ及び結合流路バルブｂを図示省略している。
図６においては、チューブ取付板４２に形成された貫通穴４３に取り付けられた送排液チューブ１３同士を結合流路Ｂとしてのチューブで接続している。すなわち、貫通穴４３に接続されているチューブが分岐しており、それぞれの分岐が送排液チューブ１３及び結合流路チューブＢをなす。
図７においては、チューブ取付板４２に、送排液チューブ１３とは別に結合流路Ｂとしてのチューブが取り付けられている。すなわち、チューブ取付板４２に、チューブ取付板４２の上表面側で分岐する貫通穴が形成されており、一方の分岐が送排液チューブ接続用の貫通穴４３をなし、他方の分岐が結合流路Ｂチューブ接続用の貫通穴６１をなしている。貫通穴４３には送排液チューブ１３が接続され、貫通穴６１には結合流路チューブＢが接続される。
【００２７】
図８（i）は、結合流路Ｂが、チューブ取付板４２に形成された内部流路である態様を示す。図８（i）においては、主流路バルブａを図示省略し、結合流路バルブｂとして、ゲートバルブタイプのもの（開放状態）を例示している。チューブ取付板４２に形成された貫通穴４３に、送排液チューブが接続されている。また、チューブ取付板４２内部には、２つの貫通穴４３に連通する溝が内部流路として形成されており、この内部流路が結合流路Ｂをなす。結合流路Ｂは、少なくともその一部が、チューブ取付板４２上表面に上方開口することにより開口部７１をなす。開口部７１は、可撓性を有する膜７２によって完全に覆われている。膜７２は、結合流路Ｂ内の液体が漏れないように開口部７１を密閉している。膜７２上には、弁体７３が備えられている。
図８（ii）は、図８（i）におけるゲートバルブが閉鎖状態となった態様を示したものである。図８（ii）に示すように、弁体７３は、鉛直方向に移動するように開口部７１を通って押し下げられ、弁体７３の下面が結合流路Ｂの底に接触する。これによって、結合流路Ｂ内の液流が遮断される。
【００２８】
上述では、一例としてゲートバルブタイプのものを挙げたが、バルブの種類として特に限定されるものではない。バルブの他の例としては、例えば、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブが挙げられる。これらは、本発明のマイクロ流体デバイスの大きさに適合するように当業者によって適宜小型化されて用いられる。バルブの他の例としては、シリコーンラバーマイクロバルブ、電磁駆動型マイクロバルブ、スライドマイクロバルブなどのマイクロバルブとして知られているものも挙げられる。
また、可撓性を有するチューブに備えられるバルブの場合、チューブをつまむことによって液流を止めることができるようなより単純な機能を有するものであってもよい。
【００２９】
なお、バルブは、三方弁によって体現されてもよい。この場合、三方弁は、流路の分岐点に設けられ、１個の主流路バルブａと１個の結合流路バルブｂとが１個の三方弁によって機能させられる。
上に挙げたバルブの特性は、当業者によって知られている。このため、当業者は、バルブの特性を考慮したうえで、流路の態様に応じてバルブの種類を選択し、あるいは、バルブの種類に応じて流路のパターニングを選択することにより、さまざまなバルブを本発明のマイクロ流体デバイスに組み込むことができる。
【００３０】
［２．マイクロ流体デバイス構成部分の材質及びサイズ］
基板の材質は、送排液すべき液体によって不所望な影響を受けないものであればよい。ＴＩＲＦ（Total Internal Reflection Fluorescence）観察を行う観点からは、透過性の高い素材であることが好ましい。具体的には、ガラスや、ポリジメチルシロキサンなどの２液性シリコーンなどが挙げられる。
基板は、例えば図３の板状部材３１及び３２からなるものが挙げられるが、これら板状部材３１及び３２は、互いに同じ材質からなっていてもよいし、異なる材質からなっていてもよい。
【００３１】
チューブの材質としても、送排液すべき液体によって不所望な影響を受けないものであればよい。例えば、シリコーン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）などの可撓性を有する素材が好ましく挙げられる。
【００３２】
主流路Ａ及び結合流路Ｂの総容量（但し送排液チューブ容量を含まない）は、例えば、０．１０２５ｍｍ３〜６５７ｍｍ３でありうる。なお、主流路Ａの本数は２本以上であれば特に限定されるものではないが、例えば２〜２０本でありうる。
主流路Ａは、例えば、巾１ｍｍ〜３ｍｍ、深さ５μｍ〜１００μｍ、長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍでありうる。
結合流路Ｂは、結合流路Ｂが溝として形成されているものである場合は、例えば、巾０．５ｍｍ〜３ｍｍ、深さ５μｍ〜１００μｍ、長さ１ｍｍ〜１０ｍｍでありうる。結合流路Ｂがチューブである場合は、例えば、φ７５μｍ〜φ１ｍｍ、長さ１．５ｍｍ〜２０ｍｍでありうる。
少なくとも主流路Ａが形成される基板の大きさは、例えば、縦１５ｍｍ〜１２０ｍｍ、横１２ｍｍ〜１２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ〜５ｍｍでありうる。
マイクロ流体デバイスがチューブ取付板を有する場合は、チューブ取付板の大きさは、例えば、縦１５ｍｍ〜１２０ｍｍ、横１２ｍｍ〜１２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ〜２ｍｍでありうる。
送排液チューブは、例えば、φ０．２ｍｍ〜φ１ｍｍ、長さ１００ｍｍ〜５ｍｍでありうる。
【００３３】
［３．流路作成法］
本発明のマイクロ流体デバイスの流路は、作成すべき流路配置（例えば図１や図２に記載の流路配置）に基づいて、当業者によって適宜流路パターニングされることによって作成される。具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電子機械システム）技術が用いられうる。
流路作成法の一例を、図３（i）の基板を用いた場合を挙げて説明する。図３（i’）に示すように、１ｍｍ厚程度のホウ珪酸ガラス（又はポリジメチルシロキサンなどの２液性シリコーン）からなる板状部材３１に、主流路溝３３をエッチングなどによってパターニングする。一方、０．１５ｍｍ厚程度の同素材の板状部材３２に、主流路溝３３の末端部に対応する位置にサンドブラスターなどによって貫通穴３４を開ける。その後、板状部材３１及び３２を、主流路溝３３が内側となるように張り合わせ、融着させる。
【００３４】
［４．送液方法］
本発明の送液方法においては、並列流を生じさせる工程（I）と、直列流を生じさせる工程（II）とが、同一のマイクロ流体デバイスにおいて行われる。工程（I）及び工程（II）の順番は問わない。
本発明の送液方法におけるマイクロ流体デバイス内の液体流について、図１及び図２を参照して説明する。本発明の送液方法においては、マイクロ流体デバイスにおける複数の主流路Ａに液体が送られる。マイクロ流体デバイスに存在している全ての主流路Ａを送液すべき対象としてもよいし、一部の複数の主流路Ａ（通常、それらの主流路Ａは隣り合っている）を送液すべき対象としてもよい。
以下の説明において、送液すべき複数の主流路Ａは、図１及び図２において示されている全ての主流路とする。また、図１及び図２において示される矢印は、液体の流れの方向を表す。
【００３５】
並列流工程（I）においては、図１（I）及び図２（I）に示すように、送液すべき主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、送液すべき主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉める。なお、各流路に対応するバルブとは、各流路への液体の流通をコントロールするバルブをいう。従って、流路に直接設けられているバルブの場合は、その流路を開閉するバルブをいい、流路に接続しているチューブに設けられているバルブの場合は、そのチューブを開閉するバルブをいう。
【００３６】
上記のようにバルブ開閉を行うことによって、並列する複数の主流路Ａは互いに連通せず、それぞれが独立した状態となる。この状態で、主流路Ａの両端にそれぞれ連通（接続）している送液チューブから送液し、排液チューブから排液を行うことによって、並列液流を生じさせることができる。
【００３７】
以下の説明において、送液すべき主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路をそれぞれＡＥ１及びＡＥ２と記載し、それらより内側に位置する主流路をＡＩと記載する。また、主流路ＡＥ１及びＡＥ２に対応する主流路バルブをそれぞれａＥ１及びａＥ２と記載し、主流路ＡＩに対応する主流路バルブをａＩと記載する。
直列流工程（II）においては、図１（II）及び図２（II）に示すように、送液すべき主流路のうち、両端に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開ける。より具体的には、主流路ＡＥ１及びＡＥ２のうち一方の主流路（例えばＡＥ１）においては送液側の主流路バルブａＥ１を開け、他方の主流路（例えばＡＥ２）においては排液側のバルブを開ける。より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩは閉める。また、主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂは開ける。
上記のようにバルブ開閉を行うことによって、送液すべき複数の主流路Ａは結合流路Ｂを介して連通する。この状態で、主流路ＡＥ１の一方（送液側）の端部に連通する送液チューブから送液し、主流路ＡＥ２の一方（排液側）の端部に連通する排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせることができる。
【００３８】
なお、並列流と直列流との切り替えに必要な主流路バルブａ及び結合バルブｂの開閉については、主流路バルブａの開閉操作と結合バルブｂの開閉操作とを別々に行ってもよいし、それらの開閉操作を同期させることによって制御してもよい。
【００３９】
［５．送液システム］
図９に、本発明のマイクロ流体デバイスを用いたシステムの一例の構成をブロック図で示す。図９の送液システムにおいては、試薬タンクからマイクロ流体デバイスへ送液され、マイクロ流体デバイスから廃液タンクへ排液される。直列流路及び並列流路の切り替えは、バルブ切替装置によって行われる。バルブ切替装置としては、採用されているバルブの種類に応じて、バルブを開閉させることができる手段が当業者によって適宜選択される。所定の液体に供されたマイクロ流体デバイスの流路の状態は、マイクロ流体デバイス観察装置によって観察される。マイクロ流体デバイス観察装置としては、例えばＴＩＲＦ装置などが挙げられる。試薬タンクは、一枚のマイクロ流体デバイスに対して通常複数存在する。それら試薬タンクは、複数チャンネルを有する送液切替バルブを介してチューブによってマイクロ流体デバイスに接続することができる。
【００４０】
本発明のマイクロ流体デバイスは、さまざまな物質を含む液体の送排液を行うことができ、従来のマイクロ流体デバイスに適用されてきたどのような液体に用いてもよい。従って、本発明のマイクロ流体デバイスに送排液される液体に含まれる物質としては、化学物質及び生体物質を問わない。生体物質としては、タンパク質（ペプチド含む）、アミノ酸、核酸（オリゴヌクレオチド含む）、ヌクレオチド、脂質及びそれらの複合物を問わない。また、それら生体物質に化学的、生化学的、あるいは遺伝子工学的に人為的変更（例えば、修飾、変異など）を加えたものであってもよい。
【００４１】
本発明においては、核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体（特に蛍光ラベル化体など）からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が好ましく行われる場合がある。このような態様は、例えば、ＴＩＲＦ装置とマイクロ流体デバイスとを組み合わせた送液システムの例の一つであるＤＮＡシーケンサにおいて体現される。このＤＮＡシーケンサによると、ＳＢＳ（Sequencing by Synthesis）法などを行うことができる。
【００４２】
［６．使用例］
本発明のマイクロ流体デバイスの使用方法の例を以下に挙げる。以下の使用方法は、上述の図９の構成を有するＤＮＡシーケンサによって行われうる。
並列流を利用する工程においては、以下の（１）〜（４）の工程を行うことができる。
（１）試薬タンクから蛍光標識された鋳型ＤＮＡを送液することにより、流路上へ蛍光標識された鋳型ＤＮＡを固定する
（２）マイクロ流体デバイス観察装置によって、鋳型ＤＮＡの固定位置を測定する
（３）試薬タンクから所定の試薬を送液することによって、鋳型ＤＮＡの標識物質を解離させる
（４）試薬タンクからリンス液を送液することによって、解離した標識物質をリンスする
【００４３】
直列流を利用する工程においては、以下の（５）〜（８）の工程を行うことができる。
（５）試薬タンクから、４種類の塩基にそれぞれ異なる蛍光をラベルし且つターミネータを付加したヌクレオチドアナログと、ポリメラーゼとを含む核酸反応混合液を送液することによって、鋳型ＤＮＡにおいて伸長反応を行う
（６）試薬タンクから、所定の試薬を送液することによって、伸長したヌクレオチドアナログにおける蛍光ラベル及びターミネータを解離する
（７）試薬タンクからリンス液を送液することによって、解離した蛍光ラベル及びターミネータをリンスする
（８）上記（５）〜（７）の工程を繰り返す
【００４４】
［７．省液効果］
主流路Ａの本数をｎ、主流路Ａ一本あたりの容量をＶＡ、結合流路Ｂ一本あたりの容量をＶＢ、送液チューブ及び排液チューブ一対あたりの容量をＶｔとすると、並列流と直列流とを生じさせた場合のデバイス中の液体総容量は、以下の通りとなる。
並列時の総容量：ｎ×（ＶＡ＋Ｖｔ）
直列時の総容量：Ｖｔ＋ｎ×ＶＡ＋（ｎ−１）×ＶＢ
【００４５】
具体的に、代表的な流路サイズ等を挙げると以下のとおりである。
試薬タンクからマイクロ流体デバイスまでの送排液チューブのサイズと容量：
内径φ０．２５ｍｍ、長さ１ｍ、容量（Ｖｔ）４９ｍｍ３
主流路のサイズと容量：
長さ２０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．０５ｍｍ、容量（ＶＡ）１ｍｍ３
結合流路（ショートカットチューブ）のサイズと容量：
内径φ０．２５ｍｍ、長さ３ｍｍ、容量（ＶＢ）０．１５ｍｍ３
【００４６】
ｎ＝８の場合、並列時の総容量は４００ｍｍ３、直列時の総容量は５８．０５ｍｍ３となり、直列時は並列時の１／７の液量に節約することができる。
従って、主流路の本数が多くなればなるほど、並列流から直列流へ切り替えることによる省液効果は高くなる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用すべき液量を低減することができるマイクロ流体デバイスに関する。本発明は、生化学分野で行われるＳＢＳ（Sequencing by Synthesis）を用いたＤＮＡシーケンサでの利用が想定される。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電子機械システム）技術を用いて形成された複数の並列流路を有するマイクロデバイスが知られている。マイクロデバイスへの送液は、並列流路それぞれにチューブをつなぎ、タンクに入った複数種類の溶液をバルブで切り替えながら行われる。並列流路はそれぞれ独立しているため、溶液は別々の流路へ送液される。
より具体的には、マイクロデバイスは、ガラスや、シリコーンその他の樹脂に形成された複数の流路それぞれにチューブをジョイント可能な構造を有している。
【０００３】
一般的に、管中における流体の流れをコントロールするバルブには、ゲートバルブ、グローブバルブ、ボールバルブ、バラフライバルブなどが知られている（非特許文献１）。
一方、マイクロ流体デバイスにおける流路における流体の流れをコントロールするマイクロバルブには、シリコーンラバーマイクロバルブ（非特許文献２、非特許文献３）、電磁駆動型マイクロバルブ（非特許文献４）、スライドマイクロバルブ（非特許文献５）などが知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“バルブの基礎知識”、［online］、株式会社キッツ、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.kitz.co.jp/kiso/hajimete_03.html＞
【非特許文献２】「ジャーナル・オブ・マイクロメカニクス・アンド・マイクロエンジニアリング（Journal of Micromechanics and Microengineering）」、第10巻、2000年、p.415-420
【非特許文献３】島津評論、第60巻、第1・2号、2004年10月、p.91-98
【非特許文献４】“電磁駆動型マイクロバルブの開発”、［online］、岡山大学自然科学研究科、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.act.sys.okayama-u.ac.jp/kouseigaku/research/nakahira_micro_valve_07/nakahira_micro_valve_07-j.html＞
【非特許文献５】“スライドマイクロバルブ”、［online］、株式会社東芝、［平成２３年４月２１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/fields/06_t36.htm＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それぞれの流路に異なる試薬（由来の異なるＤＮＡや種類の異なる反応液など）を送液する場合は、流路が分かれていたほうが好ましい。一方、同じ試薬（リンス液など）を送液する場合は、流路が分かれていないほうが、液量の観点から好ましい。溶液バルブとマイクロデバイスとをつなぐチューブ内に存在する容量は送液に寄与するに過ぎず、流路の本数が多くなるほど溶液のロスが多くなるためである。
【０００６】
以上に鑑み、本発明は、使用すべき液体の容量を節約することができるマイクロ流体デバイス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】
本発明者らは、鋭意検討の結果、並列する流路同士をショートカットする流路と、その流路を開閉するバルブとをさらに設けることによって、上記本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明は、以下の発明を含む。
（１）
基板に形成された並列する複数の主流路と、
前記主流路同士を連通させる結合流路と、
前記結合流路を開閉するための結合流路バルブとを有する、マイクロ流体デバイス。
（２）
前記主流路の両端部に送排液チューブが接続している、（１）に記載のマイクロ流体デバイス。
【０００８】
（３）
前記送排液チューブが、基板上に設けられたチューブ取付板に取り付けられることによって前記主流路の両端部に接続している、（２）に記載のマイクロ流体デバイス。
（４）
前記複数の主流路のうちの一の主流路の一方の端部と、前記一の主流路の隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路によって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、前記隣の主流路の他方の端部とは連通されていない、（１）〜（３）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【０００９】
（５）
前記一の主流路の一方の端部と、前記隣の主流路の反対側において前記一の主流路の隣に位置する主流路の一方の端部とは連通されておらず、前記一の主流路の他方の端部と、前記反対側の隣に位置する主流路の他方の端部とが前記結合流路によって連通されていることによって、前記複数の主流路全てが前記結合流路で直列に結合される、（４）に記載のマイクロ流体デバイス。
【００１０】
（６）
前記結合流路が、前記送排液チューブ同士を結合するチューブである、（２）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（７）
前記結合流路が、前記チューブ取付板に、前記送排液チューブとは別に取り付けられたチューブである、（３）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（８）
前記結合流路が、前記チューブ取付板に形成された内部流路である、（３）〜（５）のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
（９）
前記チューブ取付板に形成された内部流路の一部が上方開口とされ且つ前記結合流路バルブとしてのゲートバルブが設けられている、（８）に記載のマイクロ流体デバイス。
【００１１】
（１０）
基板に形成された並列する複数の主流路Ａと、前記主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、前記主流路Ａにおける液流をコントロールするための主流路バルブａと、前記結合流路を開閉するための結合流路バルブｂと、前記主流路Ａの両端部にそれぞれ接続された送液チューブ及び排液チューブとを有するマイクロ流体デバイスを用いる送液方法であって、以下の工程：
（I）送液すべき複数の主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、
前記送液すべき複数の主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉め、
前記送液チューブから送液し、且つ
前記排液チューブから排液することによって、並列液流を生じさせる工程；及び
（II）送液すべき複数の主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開け、
より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩを閉め、
前記主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを開け、
前記主流路ＡＥ１の一方の端部に接続された送液チューブから送液し、且つ
前記主流路ＡＥ２の一方の端部に接続された排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせる工程
を含む方法。
【００１２】
（１１）
前記工程（I）において送液される液体の少なくともいずれかと、前記工程（II）において送液される液体との組成が異なる、（１０）に記載の方法。
（１２）
核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が行われる、（１０）又は（１１）に記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、使用すべき液体の容量を節約することができる省液型マイクロ流体デバイスを提供することができる。
本発明によると、由来の異なるＤＮＡや種類の異なる反応液などを用いる場合、並列流を生じさせることによって、一枚のマイクロ流体デバイス上で復数種の処理に対応できると共に、同じ種類の試薬を用いる場合、同じマイクロ流体デバイスの同じ流路を用いた直列流を生じさせることによって、使用する試薬量を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの一例を模式的に示したものである。
【図２】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの他の一例を模式的に示したものである。
【図３】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける基板の断面図（i）〜（iii）及びそれらの構成部材（i’）〜（iii’）を示したものである。
【図４】本発明の省液型マイクロ流体デバイスの外観斜視図の例を示したものである。
【図５】図４におけるV-V線に沿う部分断面図である。
【図６】図４におけるVI-VI線に沿う部分断面図であり、本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂの一態様を示したものである。
【図７】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂの他の一態様を示したものである。
【図８】本発明の省液型マイクロ流体デバイスにおける結合流路Ｂのさらなる他の一態様を示したものである。
【図９】本発明の省液型マイクロ流体デバイスを用いた送液システムの一例のブロック図を示したものである。
【符号の説明】
【００１５】
１：マイクロ流体デバイス
Ａ：主流路
Ｂ：結合流路
ａ：主流路バルブ
ｂ：結合流路バルブ
１１：基板
１２：開口部
１３:送排液チューブ
４２：チューブ取付板
４３：送排液チューブ取付用貫通穴
６１：結合流路チューブ取付用貫通穴
７２：膜
７３：弁体
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［１．省液型マイクロ流体デバイスの構成］
図１は、本発明の省液型マイクロ流体デバイスの一例を模式的に示したものである。
マイクロ流体デバイス１は、並列する複数の主流路Ａと、主流路同士を連通させる結合流路Ｂとを有する。少なくとも主流路Ａは、基板１１内部に形成されたものであり、主流路Ａの両端部は、それぞれ、基板１１上表面に開口された開口部１２に通じている。
【００１７】
主流路Ａ同士を連通させる結合流路Ｂには、結合流路Ｂを開閉するための結合流路バルブｂが設けられている。結合流路Ｂ及び結合流路バルブｂは、同一のマイクロ流体デバイス１において、並列流と直列流との両方の液流を生じさせることを可能にする。具体的には、結合流路バルブｂを閉めた場合、並列する複数の主流路Ａは互いに連通することがなく（並列流）、結合流路バルブｂを開けた場合、並列する複数の主流路Ａが結合流路Ｂを介して連通することができる（直列流）。すなわち、結合流路Ｂは、上記両方の液流を生じさせることが可能となるように、主流路Ａ同士を結合する。
ここで、図１において、矢印は液流の方向を示す。従って、図１の向かって右側を送液側、左側を排液側と記載する場合がある。
【００１８】
具体的には、図１に示すように、結合流路Ｂは、複数の主流路Ａのうちの一の主流路における一方（例えば送液側）の端部と、その一の主流路の隣に位置する主流路における同じ側の一方（送液側）の端部とを連通させる。一方、一の主流路の他方（排液側）における端部と、その一の主流路の隣に位置する主流路における他方（排液側）の端部とは連通されていない。また、一の主流路における一方（送液側）の端部と、前述の隣に位置する主流路とは反対側の隣に位置する主流路における同じ側の一方（送液側）の端部とは、連通されていない。一方、一の主流路の他方（排液側）の端部と、前記の反対側の隣に位置する主流路における他方（排液側）の端部とが、結合流路Ｂによって連通されている。このように、結合流路Ｂによって、主流路の一方の末端部と他方の末端部とが互い違いに、隣りあう主流路の末端部と（好ましくは最短距離で）結ばれる。
【００１９】
図２に、本発明のマイクロ流体デバイスの変形例を示す。結合流路Ｂは、図１に示すように主流路Ａの末端に結合していてもよいし、図２に示すように、主流路Ａの末端からやや離れた箇所に結合していてもよい。
【００２０】
また、主流路Ａにおける液流は、主流路バルブａによってコントロールされる。主流路Ａの両端部に送排液チューブ１３が接続される。主流路Ａの送液側の端部には送液チューブが、排液側の端部には排液チューブが接続される。なお、本発明においては、送液チューブと排液チューブとを総称して送排液チューブと記載し、特に、送液用又は排液用であることをいう場合には、それぞれ、送液チューブ又は排液チューブと記載することがある。
【００２１】
より具体的には、主流路Ａに通じる開口部１２に、送液又は排液するための送排液チューブ１３が接続される。従って、主流路バルブａは、図１に示すように、送排液チューブ１３に設けられることができる。好ましくは、送排液チューブ１３における、主流路Ａにできるだけ近い場所に設けられる。このような場合、主流路バルブａが送排液チューブ１３を開閉することによって、主流路Ａにおける液流がコントロールされることができる。
また、主流路バルブａは、図２に示すように、主流路Ａに設けられることもできる。好ましくは、主流路Ａの両端部に設けられる。このような場合、主流路バルブａが主流路Ａを直接開閉することによって、主流路Ａにおける液流がコントロールされることができる。また、図２において、主流路バルブａは結合流路Ｂよりも送排液チューブ１３側に設けられることができるが、反対側に設けられていてもよい。
【００２２】
図３（i）〜（iii）に、基板１１の断面図の例を示す。これら図に示すように、基板１１には、内部に少なくとも主流路Ａが形成されており、主流路Ａの両端部に通じる開口部１２が上表面に開口している。基板１１は、図３（i’）〜（iii’）に示すように、一対の板状部材３１及び３２から構成されうる。一対の板状部材のうちの少なくとも一方の表面に、並列する複数の主流路溝が形成されている。例えば、図３（i’）においては、板状部材３１に主流路溝３３が形成されている。図３（ii’）においては、板状部材３２に主流路溝３３が形成されている。さらに、図３（iii’）においては、板状部材３１及び３２の両方に主流路溝３３が形成されている。
【００２３】
さらに、板状部材３２に貫通穴３４が形成されている。
板状部材３１及び３２は、主流路溝３３が内側となるように張り合わされ、基板１１を構成する。基板１１を構成することにより、主流路溝３３は主流路Ａをなす。また、貫通穴３４の開口端は、基板１１における開口部１２をなす。
【００２４】
図４に、本発明のマイクロ流体デバイスの外観斜視図の一例を示す。なお、主流路バルブａ及び結合流路バルブｂは図示省略している。図４の例においては、主流路Ａが形成された基板１１が、固定台４１に固定され、基板１１における開口部１２付近を覆うように、基板１１上にチューブ取付板４２が設けられている。チューブ取付板４２は、結合流路Ｂを有する。
図５に、図４における主流路方向のV-V線に沿う部分断面図を示す。チューブ取付板４２には、開口部１２に通じる貫通穴４３が形成されており、貫通穴４３に、少なくとも送排液チューブ１３が取り付けられている。送排液チューブ１３と開口部１２とのジョイント部には、液漏れ防止用部材４４として、例えば可撓性又は弾性を有するゴムなど素材からなる部材を設けることができる。
【００２５】
図６〜８に、本発明のマイクロ流体デバイスの結合流路Ｂのより具体的な態様を示す。図６は、図４における主流路方向と垂直方向のVI-VI線に沿う部分断面図を示す。図７及び図８は、図６の変形態様である。なお、図６〜８においては、固定台４１を図示省略している。
【００２６】
図６及び図７の態様においては、結合流路Ｂがチューブによって構成されている。図６及び図７においては、主流路バルブａ及び結合流路バルブｂを図示省略している。
図６においては、チューブ取付板４２に形成された貫通穴４３に取り付けられた送排液チューブ１３同士を結合流路Ｂとしてのチューブで接続している。すなわち、貫通穴４３に接続されているチューブが分岐しており、それぞれの分岐が送排液チューブ１３及び結合流路チューブＢをなす。
図７においては、チューブ取付板４２に、送排液チューブ１３とは別に結合流路Ｂとしてのチューブが取り付けられている。すなわち、チューブ取付板４２に、チューブ取付板４２の上表面側で分岐する貫通穴が形成されており、一方の分岐が送排液チューブ接続用の貫通穴４３をなし、他方の分岐が結合流路Ｂチューブ接続用の貫通穴６１をなしている。貫通穴４３には送排液チューブ１３が接続され、貫通穴６１には結合流路チューブＢが接続される。
【００２７】
図８（i）は、結合流路Ｂが、チューブ取付板４２に形成された内部流路である態様を示す。図８（i）においては、主流路バルブａを図示省略し、結合流路バルブｂとして、ゲートバルブタイプのもの（開放状態）を例示している。チューブ取付板４２に形成された貫通穴４３に、送排液チューブが接続されている。また、チューブ取付板４２内部には、２つの貫通穴４３に連通する溝が内部流路として形成されており、この内部流路が結合流路Ｂをなす。結合流路Ｂは、少なくともその一部が、チューブ取付板４２上表面に上方開口することにより開口部７１をなす。開口部７１は、可撓性を有する膜７２によって完全に覆われている。膜７２は、結合流路Ｂ内の液体が漏れないように開口部７１を密閉している。膜７２上には、弁体７３が備えられている。
図８（ii）は、図８（i）におけるゲートバルブが閉鎖状態となった態様を示したものである。図８（ii）に示すように、弁体７３は、鉛直方向に移動するように開口部７１を通って押し下げられ、弁体７３の下面が結合流路Ｂの底に接触する。これによって、結合流路Ｂ内の液流が遮断される。
【００２８】
上述では、一例としてゲートバルブタイプのものを挙げたが、バルブの種類として特に限定されるものではない。バルブの他の例としては、例えば、グローブバルブ、ボールバルブ、バタフライバルブが挙げられる。これらは、本発明のマイクロ流体デバイスの大きさに適合するように当業者によって適宜小型化されて用いられる。バルブの他の例としては、シリコーンラバーマイクロバルブ、電磁駆動型マイクロバルブ、スライドマイクロバルブなどのマイクロバルブとして知られているものも挙げられる。
また、可撓性を有するチューブに備えられるバルブの場合、チューブをつまむことによって液流を止めることができるようなより単純な機能を有するものであってもよい。
【００２９】
なお、バルブは、三方弁によって体現されてもよい。この場合、三方弁は、流路の分岐点に設けられ、１個の主流路バルブａと１個の結合流路バルブｂとが１個の三方弁によって機能させられる。
上に挙げたバルブの特性は、当業者によって知られている。このため、当業者は、バルブの特性を考慮したうえで、流路の態様に応じてバルブの種類を選択し、あるいは、バルブの種類に応じて流路のパターニングを選択することにより、さまざまなバルブを本発明のマイクロ流体デバイスに組み込むことができる。
【００３０】
［２．マイクロ流体デバイス構成部分の材質及びサイズ］
基板の材質は、送排液すべき液体によって不所望な影響を受けないものであればよい。ＴＩＲＦ（Total Internal Reflection Fluorescence）観察を行う観点からは、透過性の高い素材であることが好ましい。具体的には、ガラスや、ポリジメチルシロキサンなどの２液性シリコーンなどが挙げられる。
基板は、例えば図３の板状部材３１及び３２からなるものが挙げられるが、これら板状部材３１及び３２は、互いに同じ材質からなっていてもよいし、異なる材質からなっていてもよい。
【００３１】
チューブの材質としても、送排液すべき液体によって不所望な影響を受けないものであればよい。例えば、シリコーン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）などの可撓性を有する素材が好ましく挙げられる。
【００３２】
主流路Ａ及び結合流路Ｂの総容量（但し送排液チューブ容量を含まない）は、例えば、０．１０２５ｍｍ３〜６５７ｍｍ３でありうる。なお、主流路Ａの本数は２本以上であれば特に限定されるものではないが、例えば２〜２０本でありうる。
主流路Ａは、例えば、巾１ｍｍ〜３ｍｍ、深さ５μｍ〜１００μｍ、長さ１０ｍｍ〜１００ｍｍでありうる。
結合流路Ｂは、結合流路Ｂが溝として形成されているものである場合は、例えば、巾０．５ｍｍ〜３ｍｍ、深さ５μｍ〜１００μｍ、長さ１ｍｍ〜１０ｍｍでありうる。結合流路Ｂがチューブである場合は、例えば、φ７５μｍ〜φ１ｍｍ、長さ１．５ｍｍ〜２０ｍｍでありうる。
少なくとも主流路Ａが形成される基板の大きさは、例えば、縦１５ｍｍ〜１２０ｍｍ、横１２ｍｍ〜１２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ〜５ｍｍでありうる。
マイクロ流体デバイスがチューブ取付板を有する場合は、チューブ取付板の大きさは、例えば、縦１５ｍｍ〜１２０ｍｍ、横１２ｍｍ〜１２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ〜２ｍｍでありうる。
送排液チューブは、例えば、φ０．２ｍｍ〜φ１ｍｍ、長さ１００ｍｍ〜５ｍｍでありうる。
【００３３】
［３．流路作成法］
本発明のマイクロ流体デバイスの流路は、作成すべき流路配置（例えば図１や図２に記載の流路配置）に基づいて、当業者によって適宜流路パターニングされることによって作成される。具体的には、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System；微小電子機械システム）技術が用いられうる。
流路作成法の一例を、図３（i）の基板を用いた場合を挙げて説明する。図３（i’）に示すように、１ｍｍ厚程度のホウ珪酸ガラス（又はポリジメチルシロキサンなどの２液性シリコーン）からなる板状部材３１に、主流路溝３３をエッチングなどによってパターニングする。一方、０．１５ｍｍ厚程度の同素材の板状部材３２に、主流路溝３３の末端部に対応する位置にサンドブラスターなどによって貫通穴３４を開ける。その後、板状部材３１及び３２を、主流路溝３３が内側となるように張り合わせ、融着させる。
【００３４】
［４．送液方法］
本発明の送液方法においては、並列流を生じさせる工程（I）と、直列流を生じさせる工程（II）とが、同一のマイクロ流体デバイスにおいて行われる。工程（I）及び工程（II）の順番は問わない。
本発明の送液方法におけるマイクロ流体デバイス内の液体流について、図１及び図２を参照して説明する。本発明の送液方法においては、マイクロ流体デバイスにおける複数の主流路Ａに液体が送られる。マイクロ流体デバイスに存在している全ての主流路Ａを送液すべき対象としてもよいし、一部の複数の主流路Ａ（通常、それらの主流路Ａは隣り合っている）を送液すべき対象としてもよい。
以下の説明において、送液すべき複数の主流路Ａは、図１及び図２において示されている全ての主流路とする。また、図１及び図２において示される矢印は、液体の流れの方向を表す。
【００３５】
並列流工程（I）においては、図１（I）及び図２（I）に示すように、送液すべき主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、送液すべき主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉める。なお、各流路に対応するバルブとは、各流路への液体の流通をコントロールするバルブをいう。従って、流路に直接設けられているバルブの場合は、その流路を開閉するバルブをいい、流路に接続しているチューブに設けられているバルブの場合は、そのチューブを開閉するバルブをいう。
【００３６】
上記のようにバルブ開閉を行うことによって、並列する複数の主流路Ａは互いに連通せず、それぞれが独立した状態となる。この状態で、主流路Ａの両端にそれぞれ連通（接続）している送液チューブから送液し、排液チューブから排液を行うことによって、並列液流を生じさせることができる。
【００３７】
以下の説明において、送液すべき主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路をそれぞれＡＥ１及びＡＥ２と記載し、それらより内側に位置する主流路をＡＩと記載する。また、主流路ＡＥ１及びＡＥ２に対応する主流路バルブをそれぞれａＥ１及びａＥ２と記載し、主流路ＡＩに対応する主流路バルブをａＩと記載する。
直列流工程（II）においては、図１（II）及び図２（II）に示すように、送液すべき主流路のうち、両端に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開ける。より具体的には、主流路ＡＥ１及びＡＥ２のうち一方の主流路（例えばＡＥ１）においては送液側の主流路バルブａＥ１を開け、他方の主流路（例えばＡＥ２）においては排液側のバルブを開ける。より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩは閉める。また、主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂは開ける。
上記のようにバルブ開閉を行うことによって、送液すべき複数の主流路Ａは結合流路Ｂを介して連通する。この状態で、主流路ＡＥ１の一方（送液側）の端部に連通する送液チューブから送液し、主流路ＡＥ２の一方（排液側）の端部に連通する排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせることができる。
【００３８】
なお、並列流と直列流との切り替えに必要な主流路バルブａ及び結合バルブｂの開閉については、主流路バルブａの開閉操作と結合バルブｂの開閉操作とを別々に行ってもよいし、それらの開閉操作を同期させることによって制御してもよい。
【００３９】
［５．送液システム］
図９に、本発明のマイクロ流体デバイスを用いたシステムの一例の構成をブロック図で示す。図９の送液システムにおいては、試薬タンクからマイクロ流体デバイスへ送液され、マイクロ流体デバイスから廃液タンクへ排液される。直列流路及び並列流路の切り替えは、バルブ切替装置によって行われる。バルブ切替装置としては、採用されているバルブの種類に応じて、バルブを開閉させることができる手段が当業者によって適宜選択される。所定の液体に供されたマイクロ流体デバイスの流路の状態は、マイクロ流体デバイス観察装置によって観察される。マイクロ流体デバイス観察装置としては、例えばＴＩＲＦ装置などが挙げられる。試薬タンクは、一枚のマイクロ流体デバイスに対して通常複数存在する。それら試薬タンクは、複数チャンネルを有する送液切替バルブを介してチューブによってマイクロ流体デバイスに接続することができる。
【００４０】
本発明のマイクロ流体デバイスは、さまざまな物質を含む液体の送排液を行うことができ、従来のマイクロ流体デバイスに適用されてきたどのような液体に用いてもよい。従って、本発明のマイクロ流体デバイスに送排液される液体に含まれる物質としては、化学物質及び生体物質を問わない。生体物質としては、タンパク質（ペプチド含む）、アミノ酸、核酸（オリゴヌクレオチド含む）、ヌクレオチド、脂質及びそれらの複合物を問わない。また、それら生体物質に化学的、生化学的、あるいは遺伝子工学的に人為的変更（例えば、修飾、変異など）を加えたものであってもよい。
【００４１】
本発明においては、核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体（特に蛍光ラベル化体など）からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が好ましく行われる場合がある。このような態様は、例えば、ＴＩＲＦ装置とマイクロ流体デバイスとを組み合わせた送液システムの例の一つであるＤＮＡシーケンサにおいて体現される。このＤＮＡシーケンサによると、ＳＢＳ（Sequencing by Synthesis）法などを行うことができる。
【００４２】
［６．使用例］
本発明のマイクロ流体デバイスの使用方法の例を以下に挙げる。以下の使用方法は、上述の図９の構成を有するＤＮＡシーケンサによって行われうる。
並列流を利用する工程においては、以下の（１）〜（４）の工程を行うことができる。
（１）試薬タンクから蛍光標識された鋳型ＤＮＡを送液することにより、流路上へ蛍光標識された鋳型ＤＮＡを固定する
（２）マイクロ流体デバイス観察装置によって、鋳型ＤＮＡの固定位置を測定する
（３）試薬タンクから所定の試薬を送液することによって、鋳型ＤＮＡの標識物質を解離させる
（４）試薬タンクからリンス液を送液することによって、解離した標識物質をリンスする
【００４３】
直列流を利用する工程においては、以下の（５）〜（８）の工程を行うことができる。
（５）試薬タンクから、４種類の塩基にそれぞれ異なる蛍光をラベルし且つターミネータを付加したヌクレオチドアナログと、ポリメラーゼとを含む核酸反応混合液を送液することによって、鋳型ＤＮＡにおいて伸長反応を行う
（６）試薬タンクから、所定の試薬を送液することによって、伸長したヌクレオチドアナログにおける蛍光ラベル及びターミネータを解離する
（７）試薬タンクからリンス液を送液することによって、解離した蛍光ラベル及びターミネータをリンスする
（８）上記（５）〜（７）の工程を繰り返す
【００４４】
［７．省液効果］
主流路Ａの本数をｎ、主流路Ａ一本あたりの容量をＶＡ、結合流路Ｂ一本あたりの容量をＶＢ、送液チューブ及び排液チューブ一対あたりの容量をＶｔとすると、並列流と直列流とを生じさせた場合のデバイス中の液体総容量は、以下の通りとなる。
並列時の総容量：ｎ×（ＶＡ＋Ｖｔ）
直列時の総容量：Ｖｔ＋ｎ×ＶＡ＋（ｎ−１）×ＶＢ
【００４５】
具体的に、代表的な流路サイズ等を挙げると以下のとおりである。
試薬タンクからマイクロ流体デバイスまでの送排液チューブのサイズと容量：
内径φ０．２５ｍｍ、長さ１ｍ、容量（Ｖｔ）４９ｍｍ３
主流路のサイズと容量：
長さ２０ｍｍ、幅１ｍｍ、深さ０．０５ｍｍ、容量（ＶＡ）１ｍｍ３
結合流路（ショートカットチューブ）のサイズと容量：
内径φ０．２５ｍｍ、長さ３ｍｍ、容量（ＶＢ）０．１５ｍｍ３
【００４６】
ｎ＝８の場合、並列時の総容量は４００ｍｍ３、直列時の総容量は５８．０５ｍｍ３となり、直列時は並列時の１／７の液量に節約することができる。
従って、主流路の本数が多くなればなるほど、並列流から直列流へ切り替えることによる省液効果は高くなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された並列する複数の主流路と、
前記主流路同士を連通させる結合流路と、
前記結合流路を開閉するための結合流路バルブとを有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記主流路の両端部に送排液チューブが接続している、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記送排液チューブが、基板上に設けられたチューブ取付板に取り付けられることによって前記主流路の両端部に接続している、請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記複数の主流路のうちの一の主流路の一方の端部と、前記一の主流路の隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路によって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、前記隣の主流路の他方の端部とは連通されていない、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記一の主流路の一方の端部と、前記隣の主流路の反対側において前記一の主流路の隣に位置する主流路の一方の端部とは連通されておらず、前記一の主流路の他方の端部と、前記反対側の隣に位置する主流路の他方の端部とが前記結合流路によって連通されていることによって、前記複数の主流路全てが前記結合流路で直列に結合される、請求項４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記結合流路が、前記送排液チューブ同士を結合するチューブである、請求項２〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記結合流路が、前記チューブ取付板に、前記送排液チューブとは別に取り付けられたチューブである、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記結合流路が、前記チューブ取付板に形成された内部流路である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記チューブ取付板に形成された内部流路の一部が上方開口とされ且つ前記結合流路バルブとしてのゲートバルブが設けられている、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
基板に形成された並列する複数の主流路Ａと、前記主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、前記主流路Ａにおける液流をコントロールするための主流路バルブａと、前記結合流路を開閉するための結合流路バルブｂと、前記主流路Ａの両端部にそれぞれ接続された送液チューブ及び排液チューブとを有するマイクロ流体デバイスを用いる送液方法であって、以下の工程：
（I）送液すべき複数の主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、
前記送液すべき複数の主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉め、
前記送液チューブから送液し、且つ
前記排液チューブから排液することによって、並列液流を生じさせる工程；及び
（II）送液すべき複数の主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開け、
より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩを閉め、
前記主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを開け、
前記主流路ＡＥ１の一方の端部に接続された送液チューブから送液し、且つ
前記主流路ＡＥ２の一方の端部に接続された排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせる工程
を含む方法。
【請求項１１】
前記工程（I）において送液される液体の少なくともいずれかと、前記工程（II）において送液される液体との組成が異なる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が行われる、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１】
基板に形成された並列する複数の主流路と、
前記主流路同士を連通させる結合流路と、
前記結合流路を開閉するための結合流路バルブとを有する、マイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記主流路の両端部に送排液チューブが接続している、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記送排液チューブが、基板上に設けられたチューブ取付板に取り付けられることによって前記主流路の両端部に接続している、請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記複数の主流路のうちの一の主流路の一方の端部と、前記一の主流路の隣の主流路の一方の端部とが前記結合流路によって連通され、前記一の主流路の他方の端部と、前記隣の主流路の他方の端部とは連通されていない、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記一の主流路の一方の端部と、前記隣の主流路の反対側において前記一の主流路の隣に位置する主流路の一方の端部とは連通されておらず、前記一の主流路の他方の端部と、前記反対側の隣に位置する主流路の他方の端部とが前記結合流路によって連通されていることによって、前記複数の主流路全てが前記結合流路で直列に結合される、請求項４に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記結合流路が、前記送排液チューブ同士を結合するチューブである、請求項２〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記結合流路が、前記チューブ取付板に、前記送排液チューブとは別に取り付けられたチューブである、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記結合流路が、前記チューブ取付板に形成された内部流路である、請求項３〜５のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記チューブ取付板に形成された内部流路の一部が上方開口とされ且つ前記結合流路バルブとしてのゲートバルブが設けられている、請求項８に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
基板に形成された並列する複数の主流路Ａと、前記主流路同士を連通させる結合流路Ｂと、前記主流路Ａにおける液流をコントロールするための主流路バルブａと、前記結合流路を開閉するための結合流路バルブｂと、前記主流路Ａの両端部にそれぞれ接続された送液チューブ及び排液チューブとを有するマイクロ流体デバイスを用いる送液方法であって、以下の工程：
（I）送液すべき複数の主流路Ａに対応する主流路バルブａを開け、
前記送液すべき複数の主流路Ａに連通する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを閉め、
前記送液チューブから送液し、且つ
前記排液チューブから排液することによって、並列液流を生じさせる工程；及び
（II）送液すべき複数の主流路Ａのうち最も外側に位置する主流路ＡＥ１及びＡＥ２それぞれの一方の端に対応する主流路バルブａＥ１及びａＥ２を開け、
より内側に位置する主流路ＡＩに対応する主流路バルブａＩを閉め、
前記主流路ＡＥ１及びＡＥ２の間に位置する結合流路Ｂに対応する結合流路バルブｂを開け、
前記主流路ＡＥ１の一方の端部に接続された送液チューブから送液し、且つ
前記主流路ＡＥ２の一方の端部に接続された排液チューブから排液することによって、直列液流を生じさせる工程
を含む方法。
【請求項１１】
前記工程（I）において送液される液体の少なくともいずれかと、前記工程（II）において送液される液体との組成が異なる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
核酸、ヌクレオチド及びそれらの修飾体からなる群から選ばれる物質を含む試料の送排液が行われる、請求項１０又は１１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３０１１（Ｐ２０１３−３０１１Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３５５７５（Ｐ２０１１−１３５５７５）
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１７日（２０１１．６．１７）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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