マイクロ流路及びマイクロ流体チップ
【課題】 本発明は、試料中に含有される気泡の影響を受けることなく、微量サンプルで、正確な分析を実現することができるマイクロ流路及びマイクロ流体チップを提供することを目的とする。
【解決手段】 液体を流すためのマイクロ流路１４であって、マイクロ流路１４の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡１６を捕獲する気泡捕獲手段１５を備えてなるマイクロ流路。これにより、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に存在する気泡を効率よく捕獲することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。
【解決手段】 液体を流すためのマイクロ流路１４であって、マイクロ流路１４の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡１６を捕獲する気泡捕獲手段１５を備えてなるマイクロ流路。これにより、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に存在する気泡を効率よく捕獲することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路及びマイクロ流体チップに関し、生体物質を分離、混合、検出するために利用されるマイクロ流路及びこれを備えたマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療、食品、創薬等の分野で、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの生体物質を、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される数センチの大きさの基板上で分離、反応、混合、測定及び検出等するLab on Chipと呼ばれる技術が近年注目されている。
【０００３】
このチップには数ｎｍから数ｍｍの流路が設けられ、その流路内で、微量の流体（気体、液体、微粒子、ゲル状物質などを含む）を移動させ、反応させ、測定するなどが実現される。このようなチップは一般にマイクロ流体チップと呼ばれ、チップ上の流路はマイクロ流路と呼ばれている。
このようなマイクロ流体チップに、微量の試料、例えば、血液サンプル等を流し込むことによって、短時間で簡便に、種々の測定、検出等を行うことができる。
【０００４】
しかし、通常、マイクロ流体チップに用いるサンプル、試薬等は、予め低温で保存され、マイクロ流体チップに適用する際に昇温される。そして、この温度上昇に伴って、サンプル中に溶解している酸素及び窒素等の気体成分の飽和溶解度が低下し、それに相当する気体成分が、マイクロ流体チップ内の、例えばマイクロ流路で気泡として発生する。その結果、気泡がマイクロ流路を部分的、特には全体的に閉塞し、流体の流れを阻害し、流体の制御性を損なう。また、試料の体積を測定するためにマイクロ流体チップを用いる場合には、気泡の発生により、正確な試料の体積の測定が困難となる。さらに、光学系を利用して試料を定量又は定性する場合には、気泡によって光の散乱を招き、正確な測定を行うことができない。また、電極を用いて試料を定量又は定性する場合においても、電極上に気泡が発生すると、正確な測定を行うことができない。
【０００５】
通常、分光測定の分野では、溶液からの気泡の発生を防止するために、サンプルの加熱攪拌、超音波攪拌等、溶液から気泡を除去するための前処理が行われている。
しかし、マイクロ流体チップを用いる場合には、サンプル自体が微量であり、簡便かつ迅速な測定を目的とするために、これらの前処理を行うことが困難であり、溶液からの気泡の発生を十分に防止することができない。
【０００６】
これに対して、マイクロ流体チップに含まれるマイクロ流路（幅：７００μｍ、深さ：５００μｍ）の底部に、マイクロ流路における液体流方向に対して平行に、幅が３００μｍ、深さが１００μｍの溝を形成し、サンプル中で発生した気泡をこの溝に集め、それを液体流で移動させて排出させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。
【非特許文献１】マイクロ化学チップの技術と応用、丸善、２００４、ｐ１５９〜ｐ１６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、マイクロ流路の大きさによっては、このような溝をその底部に形成することができない場合があり、サンプルの微量化及びマイクロ流体チップの微細化により、溝の適用はますます困難になる。また、マイクロ流路の中央部に配置する溝によって、サンプルの流れを乱すという問題がある。さらに、溝に集められた気泡を最終的に流路外に排出するため、溝はマイクロ流路の延長方向の大部分にわたって形成されるが、このために、溝に集められた気泡が互いに結合し、大きくなりすぎ、溝から脱離してサンプル中を浮遊する。その結果、気泡が、サンプルの流れを乱すとともに、測定系に対して妨害となり、正確な測定をすることができないという事態を招くことになる。
【０００８】
つまり、マイクロ流路における液体流方向に平行な溝の形成によっては、気泡による測定系に対する妨害を免れ得ず、微量の試料で正確な分析結果を迅速に得るというマイクロ流体チップの本来の目的を達成し得ることが要求されている。
そこで、本発明は、試料中に含有される気泡の影響を受けることなく、微量サンプルで、正確な分析を実現することができるマイクロ流路及び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】
【０００９】
本発明は、液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えてなることを特徴とする。
このように、マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えているために、マイクロ流路内を流れる液体の試料の温度の上昇等に伴って生じる気泡を、マイクロ流路の内表面で、確実に捕らえることができる。これにより、気泡によって液体流の流れを乱すことなく、しかも気泡による測定の妨害を防止することができる。
【００１０】
上述したマイクロ流路は、気泡捕獲手段が、複数の独立した凹部とすることができる。
これにより、マイクロ流路内表面に気泡捕獲手段を簡便にかつ有効に配置することができ、気泡の捕獲をより確実にすることができる。また、この凹部が配置されることにより、マイクロ流路内に入る外部からの光の不要な入射及び乱反射、マイクロ流路内を通る光の乱反射等を防止し得る迷光対策に有利となる。
【００１１】
また、気泡捕獲手段は、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に又は内周表面の一部に形成することができる。
気泡捕獲手段がマイクロ流路の全内表面に形成される場合には、液体流中で発生する気泡の位置にかかわらず、液体が接触するマイクロ流路の全表面で効率的に気泡を捕らえることができ、気泡による測定の妨害の防止を確実にすることができる。また、流路の一部の内表面に形成される場合には、気泡が気泡捕獲手段によって効率的に捕らえられ、流路の内表面に付着された状態であっても、光学系の測定で用いられる光の進路を、気泡にさえぎられないようにすることが可能となり、より正確な試料の検出及び測定に有用である。
【００１２】
また、本発明のマイクロ流体チップは、上述したマイクロ流路を備えることを特徴とする。
これにより、医療、食品、創薬等の種々の分野において、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質を液体の状態で、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等の種々の呼び名で提供されているマイクロ流体チップに適用する場合であっても、気泡による妨害を受けることなく、より迅速かつ正確に、測定及び検出等することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に存在する気泡を効率よく捕獲することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（１）マイクロ流路の構成
マイクロ流路は、試料（液体又は気体等、好ましくは液体）の通過が可能であるように、二次元及び／又は三次元的に所望の形状で、マイクロ流体チップの内部に形成されている。
マイクロ流路の平面形状は、特に限定されるものではなく、用途、サイズ等を考慮して、任意に設定することができる。マイクロ流路の断面（流体の流れ方向に垂直に交わる断面）形状は、例えば、四角形、台形等の多角形及びこれらの角部分が丸みを帯びた形状、円形、だ円形、ドーム形状あるいは左右非対称の不均一形等どのような形状であってもよい。マイクロ流路は微量の試料、好ましくは液体状の試料を流すものであり、その目的を適切に果たすのであれば、その大きさ及び長さは特に限定されるものではなく、例えば、断面積が０．０１μｍ2〜１００ｍｍ2程度、長さが１０μｍ〜１００ｍｍ程度のものが挙げられる。特に、流路の断面積が小さくなるほど、マイクロ流路内での流体の流れ、さらに流体に発生する気泡の影響が大きくなるため、マイクロ流路の断面積として、０．０１ｍｍ2〜１０ｍｍ2程度のものに対して本発明は有利である。マイクロ流路は、全長にわたって同じ断面形状及び大きさであってもよいが、部分的に異なる形状及び大きさであってもよい。例えば、試料を導入及び／又は排出する部分等は、完全にマイクロ流路が密閉された状態ではなく、上部の一部が開放状態になっていてもよいし、容積を測定する部分又は光学系を利用して測定を行う検出部等では、一定の断面積が維持されていればよいし、徐々に又は段階的に細く又は太くなる部分があってもよい。
【００１５】
マイクロ流路の内表面には、このマイクロ流路内に導入する液体状態の試料中に存在する気泡を捕獲するための気泡捕獲手段が設けられている。気泡捕獲手段とは、液体の試料中で発生した微細な気泡を、液体流から捕獲し、液体流による圧力が負荷されるにもかかわらず、捕獲した気泡を液体流中に放出せずに、保持した状態を維持できる手段を意味する。気泡捕獲手段は、このような機能を確保することができるものであればどのような形態のものであってもよい。具体的には、マイクロ流路内表面に形成された凹凸、厳密には凹部が挙げられる。
【００１６】
なお、マイクロ流路の内表面には、任意に、気泡捕獲手段に加えて又は気泡捕獲手段を兼ねて、流路内に存在する気体から液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えていてもよい。この気泡核導入手段は、上述した液体流中に存在する微細な気泡を液体流から捕獲するのみならず、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部が液体によって押し出されずに、マイクロ流路の内表面の一部において気泡として留まり、その結果、マイクロ流路の内表面に気泡核を導入し得る手段を意味する。気泡核導入手段は、その機能を果たすために、それを構成する材料の試料に対するぬれ性が大きく影響することが考えられるが、本発明においては、適切なぬれ性によって、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部を気泡核として導入し得るものである。つまり、液体の導入時に予め意図的に気泡核を導入し得る手段を意味する。
【００１７】
通常、液体から気泡を発生させるためには一定のエネルギー障壁を越える程度の大きなエネルギーが必要であるが、すでに気泡が存在している場合には、その気泡に新たな気泡が吸収されやすいため、エネルギー障壁を越える程大きなエネルギーが必要とならない。また、流路に液体を流す際には、その角や凹部に気泡が発生しやすい。従って、気泡核導入手段は、一見、別個の気泡についての現象、機能を互いに結びつけ、それによって気泡の除去を実現する。
【００１８】
気泡核導入手段は、このような機能を確保することができるものであればどのような形態のものであってもよい。具体的には、マイクロ流路内表面に形成された凹部が挙げられる。
このように、気泡の捕獲、保持の機能のみならず、気泡核導入の機能を有していることにより、気泡核が、液体中に存在する気泡を容易に吸収して成長させることができるため、より確実に液体中の気泡を捕獲し、保持することが可能となる。特に、一旦導入した液体に流れがない又は流れが小さい場合であっても、微細な気泡は表面張力をより小さくしようとして、気泡核に引き寄せられることとなり、効率よく気泡の発生、残留位置を制御することが可能になる。さらに、通常、マイクロ流体チップに試料を導入する場合には、脱気処理が施されるが、このような気泡核導入手段が形成されている場合には、そのような処理を省略することができるため、より迅速かつ簡便に使用することが可能となる。
【００１９】
気泡捕獲手段を設ける位置、これを構成する材質、気泡捕獲手段を構成する凹部の大きさ（幅）、深さ、密度、形状などについては、マイクロ流路自体の大きさ、長さ、これを構成する材質、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度及び容量ならびにマイクロ流路のマイクロ流体チップでの位置及び意図する作用等によって、上述した機能を確保することを考慮して、適宜選択することができる。気泡核導入手段についても同様である。
【００２０】
気泡捕獲手段を設ける位置は、長手方向の所定長さの間の一部であってもよいし、これが複数あってもよいし、全長にわたるものでもよい。例えば、単に試料を移動させるのみの流路であれば、所定長さの間の一部で、その内周の一部のみであってもよいし、全内周面であってもよい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、上下面及び左右側面の全面に、円形、ドーム形状であれば、その上方から下方に至る曲面を含む全面に配置されていることが好ましい。また、光学系の光路を確保する必要がある部分又はこれらの部分に直結する上流側、いわゆる検出部及びその近傍の流路であれば、その部分において、内周の一部のみに配置されていることが好ましい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、左右側面の全面、両側面の上方のみ又は中央から上方にかけて、断面形状が円形、ドーム形状であれば、光路等を確保できるように、その側方に位置する面のみ、上方の肩部分のみ又は中央から上方の肩部にかけてのみ等に配置されていることが好ましい。なお、気泡核導入手段についても同様であるが、気泡核導入手段の数が少ない場合、例えば、数個から数十個程度の場合には、検出部及びその近傍の流路の側面の中央部付近にのみ、あるいは側面の上部付近にのみ配置されることが好ましい。
【００２１】
気泡捕獲手段の材質は、通常、マイクロ流路を構成する材料と同じもの、さらには、マイクロ流体チップを構成する材料と同じものを用いることができるし、異なるものを用いてもよい。例えば、これらを製造する方法に応じて、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ポリシロキサン、アリルエステル樹脂、シクロオレフィンポリマー、Ｓｉゴムなどの有機化合物あるいは、Ｓｉ、Ｓｉ酸化膜、石英、ガラス、セラミック等の無機化合物等のいずれもが挙げられる。気泡核導入手段についても同様である。
【００２２】
また、気泡捕獲手段が適用されるマイクロ流路の断面積が、例えば、０．０１〜１０ｍｍ2程度の場合には、凹部の幅及び／又は深さは、０．１〜１０００μｍ、好ましくは、０．４μｍ以上、数μｍ以上、数十μｍ以上、数百μｍ以下及び／又は数十μｍ以下が挙げられる。特に、凹部の幅が０．４〜５０μｍ程度（さらに好ましくは０．４〜３０μｍ程度）であれば、そこに捕獲された気泡により試料の流れを乱すことなく、気泡の捕獲を確実に行うことができるとともに、液体流による圧力負荷にかかわらず、その気泡を過大に成長させることなく、付着させておくことができる。しかも、マイクロ流路に照射される光（特に、可視光）を散乱させて、反応、測定等に悪影響を及ぼし得る気泡を確実に捕らえることができる。なお、別の観点から、凹部の幅及び／又は深さは、マイクロ流路の幅及び／又は深さの０．００１〜１０％程度、好ましくは０．１〜１％程度であってもよい。
【００２３】
気泡核導入手段の大きさについても同様であるが、特に、気泡捕獲手段よりも大きい、例えば、１〜１０００μｍ、さらに３０〜３００μｍ程度、４０〜３００μｍ程度が好ましい。このような大きさに設定することにより、気泡核導入手段の材質に対する試料のぬれ性を考慮して、確実に気泡核を導入することができるとともに、気泡核に試料中の気体を捕獲し、かつ気泡核導入手段中に気泡を保持することができる。
【００２４】
また、凹部の密度は、マイクロ流路内に導入する全試料の容量中に含有されると予想される気体の総量を考慮して、凹部の全容積が３×１０-6〜３×１０-3ｃｍ3程度以上となるように設定することが好ましい。具体的には、１つの凹部の大きさ（断面積×深さ）が０．１６μｍ2×０．４μｍ〜２５００μｍ2×５０μｍ程度であれば、２０００個／ｍｍ2〜１×１０7個／ｍｍ2程度が挙げられる。なお、気泡核導入手段について、特に、凹部の大きさが上述したように大きめであれば、凹部の密度（数）は２個以上、４個以上、５０個以下及び／又は３０個以下であればよく、例えば６個程度、１０個程度、２０個程度であってもよい。
【００２５】
凹部の形状は、特に限定されるものではなく、半球状；半楕円状；直方体、立方等の四角柱、円柱又は多角柱状；ドーム状；円錐、三角錐、四角錐等の錐形状；錐台形状；左右対称ではない不均一形状；幅方向、高さ方向及び／又は深さ方向にテーパーを有した形状；これらの組み合わせ等いずれの形状であってもよい。ただし、凹部は、独立した凹部が優勢に形成されていることが好ましい（例えば、図５（ａ）〜（ｅ）参照）。つまり、一部の凹部同士が連なるように形成されていてもよいが、凹部の大部分は、独立して、個々に形成されていることが好ましい。凹部同士の連なる数が多くなりすぎると、捕獲された気泡が互いに接触し、大きな気泡に成長しやくすなり、気泡が流体中に再放出されやすくなることを考慮したものである。
【００２６】
特に、気泡核導入手段の場合には、液体流方向（図５中、矢印）に対して傾斜した面を含んで構成されることが好ましい。この場合の傾斜角度（図５（ｂ）等のθ参照）は、マイクロ流路を構成する材料の性質、凹部自体の深さ、幅、密度、形状、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度、ぬれ性等を考慮して、適宜調整することができる。例えば、数°〜１６０°程度の範囲が挙げられる。また、別の観点から、気泡核導入手段には、断面形状で、鋭角を構成する２つの面（これに対応する丸みを帯びた面でもよい）が含まれていることが好ましい。これにより、適用する試料の粘度等にかかわらず、気泡核の導入を確実に行うことができる。なお、気泡核導入手段の傾斜面が曲面等である場合には、その曲面の接線を含む面が所定角度傾斜していればよい。
【００２７】
凹部は、マイクロ流路の全体にわたって同じ幅及び／又は深さ、密度、形状等であってもよいが、マイクロ流路において部分的に異なっていてもよいし、不均一であってもよい。
（２）マイクロ流路の製造方法
マイクロ流路は、当該分野で公知の方法を利用することにより、簡便に製造することができる。例えば、所望のマイクロ流体チップ、マイクロ流路、気泡捕獲手段に対応する形状を有する金型を準備する。この金型は、機械的加工により形成することができ、特にマイクロ流路の形成を意図する領域内であって、気泡捕獲手段を形成する部分の金型部分は、微細な機械的加工、ブラスト処理、研磨処理等の手段により、気泡捕獲手段に対応する形状を有するように処理したものが好ましい。次に、この金型に、ＰＥＴをモールドしてマイクロ流路に対応するパターン及び気泡捕獲手段が転写された基板を得る。最後に、この基板を、このパターン同士が対向するように、２枚張り合わせることにより、所望の位置に気泡捕獲手段が形成されたマイクロ流路を備えるマイクロ流体チップを形成することができる。なお、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板を一方のみとし、他方を平板基板としてもよい。
【００２８】
また、金型を用いたモールディングに代えて、射出成型法あるいはインプリント法等を利用してもよい。
さらに、平板基板の一方又は双方に、フォトリソグラフィー工程、機械的加工等を直接施して、マイクロ流路に対応するパターンが転写された基板を得てもよい。
また、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板において、気泡捕獲手段を形成する部分に対して直接、ブラスト処理、研磨処理、グロー放電処理等の物理的方法により凹部を形成してもよいし、アルカリ溶解塩、フッ素系薬品によるエッチング、皮膜のコーティング等を施して、凹部を形成してもよい。
（３）マイクロ流路を備えたマイクロ流体チップの構成
マイクロ流体チップは、例えば、主として、一方又は双方に凹部による種々の形状のパターンを有する第１基板と第２基板とが、例えば、接着剤等によって、貼り合わせられて構成される。
【００２９】
このようなマイクロ流体チップは、医療、食品、創薬等の種々の分野において、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質（主に液体の状態）を、分析、検出、反応、測定等するための基板として利用されるものであり、例えば、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等と種々の呼び名で提供されている全てのチップを包含する。
【００３０】
このようなマイクロ流体チップは、その用途に応じて、上述したような、種々の二次元及び／又は三次元形状の直線的なあるいは屈曲又は湾曲したパターンを有するマイクロ流路を備えている。また、このマイクロ流路の端部又は途中には、試料の導入口、排出口及び／又は液溜等が形成されており、遠心分離部、秤量部、光学的又は電気的測定部、反応部、混合部、分岐部等が、それら自体又はそれらを連結させるマイクロ流路として一連構造で形成されている。
＜実施例１＞
本発明のマイクロ流路及びマイクロ流体チップは、図１（ａ）及び（ｂ）ならびに図２に示したように、厚さ１ｍｍの２枚のＰＥＴからなる基板の表面に、マイクロ流路１４、２４に対応するパターンを有した基板１１、１２により形成されている。この基板１１、１２は、金型を用いたモールディングにより形成することができる。このようにマイクロ流路１４、２４のパターンを有した基板１１、１２を、例えば、接着剤１３を介してパターン同士を対向させた状態で張り合わせることにより、内部にマイクロ流路１４、２４が形成されたマイクロ流体チップ１０が得られる。
【００３１】
このマイクロ流体チップ１０では、例えば、まず、試料を、試料導入口２０から導入する。導入された試料は、マイクロ流体チップ１０を回転させて得られる遠心力等によって、遠心分離部２１を通過し、液溜２２に移動する。試料は、液溜２２からマイクロ流路１４を通って、光学系の測定部２６に至る。ここで、例えば、光の照射が行われ、細胞数が計数されたり、吸光度が測定されたりされる。一方、試料の一部は、遠心分離部２１から、マイクロ流路２４を通って直接秤量部２３に移動し、ここで、容積が測定され、さらにマイクロ流路１４を通って排出口２５に至る。
【００３２】
マイクロ流路２４は、図１に示すように、最も狭いところで、幅１００μｍ、深さ１００μｍの断面形状四角形とした。このマイクロ流路２４の内面の上下面及び両側面には、気泡捕獲手段１５として、幅及び深さが１μｍ程度の微細な凹部が、８×１０5個／ｍｍ2の密度で部分的に形成されている。
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入した。試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を４０℃に昇温した。
【００３３】
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が気化して気泡となるが、マイクロ流路２４を通した際に、気泡捕獲手段１５によって、気泡１６のほとんどが捕獲され、マイクロ流路２４の内面に付着することによって、流れる試料中から除去された。つまり、表面張力の大きい微細な気泡１６は、その表面張力を小さくするように、マイクロ流路２４の気泡捕獲手段１５である凹部に捕獲され、その捕獲された気泡１６が泡種となって、さらに試料中に存在する微細な気泡１６を吸収し、凹部の形状に対応するように、ある程度表面張力の小さい、ある程度の大きさの気泡になることにより、安定して、気泡捕獲手段１５に保持された。
【００３４】
これにより、試料の流れを乱すことなく、スムーズに試料の移動を可能にし、例えば、秤量部２３で測定された試料について、気泡が混入していないために、精密な容積を測定することができた。
＜実施例２＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路１４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が３００μｍ、深さ１００μｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００３５】
マイクロ流路１４の内側の両側面には、幅及び深さが０．５μｍ程度の微細な凹部が、９×１０6個／ｍｍ2の密度で部分的に形成されている。
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を４０℃に昇温した。
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が気化して気泡と なるが、マイクロ流路１４を通した際に、気泡捕獲手段１５によって、気泡１６のほとんどが捕獲され、マイクロ流路１４の内側面に付着することによって、流れる試料中から除去された。つまり、表面張力の大きい微細な気泡１６は、その表面張力を小さくするように、マイクロ流路１４の気泡捕獲手段１５である凹部に捕獲され、その捕獲された気泡１６が泡種となって、さらに試料中に存在する微細な気泡１６を吸収し、凹部の形状に対応するように、ある程度表面張力の小さい、ある程度の大きさの気泡になることにより、安定して、気泡捕獲手段１５に保持された。
【００３６】
これにより、このマイクロ流路１４に、外部から幅１００μｍの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡１６が光路１７に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができた。
＜実施例３＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路３４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が１ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００３７】
マイクロ流路３４の内側の両側面の最上部には、気泡核導入手段３５として、幅×高さ×深さが７００μｍ×３００μｍ×７００μｍ程度の三角錐の微細な凹部が、片側に８個ずつ、１．１ｍｍの間隔で形成されている。なお、この気泡核導入手段３５を構成する一面は、試料の流れる方向に対して、θ＝約６０°及びθ’＝１２０°程度の傾斜面を有している。
【００３８】
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を３７℃に昇温し、試料を移動させた。気泡核導入手段３５の部分を試料が通過する際、マイクロ流路３４内に存在していた気体が残存し、気泡核導入手段３５の角部分に気泡核が導入され、試料の連続的な通過に伴って、試料中に存在する気泡が、気泡核に引き寄せられ、互いに結合し、気泡核導入手段３５を構成する凹部に確実にとどまることが確認された。
【００３９】
これにより、このマイクロ流路３４に、外部から幅１００μｍの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡１６が光路１７に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができた。
＜実施例４〜８＞
この実施例のマイクロ流路は、図５（ａ）〜（ｅ）の平面図に示したように、マイクロ流路３４に形成された気泡核導入手段３５ａ〜３５ｅを種々の形状とした以外、実施例３と同様に形成した。
【００４０】
このマイクロ流体チップにおいても、実施例３と同様の効果が得られた。
＜実施例９＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路４４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が１ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００４１】
マイクロ流路４４の内側の両側面の上部には、気泡核導入手段４５として、幅×高さ×深さが７００μｍ×３００μｍ×７００μｍ程度の直方体の微細な凹部が、片側に６個ずつ、１．４ｍｍの間隔で形成されている。また、マイクロ流路４４の内側の両側面には、気泡捕獲手段４６として気泡核導入手段４５よりも小さな凹が、密度７×１０7個／ｍｍ2程度で形成されている。
【００４２】
このマイクロ流体チップを、実施例２と同様に評価したところ、試料の連続的な通過に伴って、試料中に存在する気泡が、気泡核に引き寄せられ、互いに結合し、気泡核導入手段３５を構成する凹部に確実にとどまるとともに、気泡捕獲手段４６に気泡が付着していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、医療、食品、創薬等の分野で使用される、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される気体及び液体等に適用することができる種々の基板に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のマイクロ流路の一実施形態を示す平面図及び断面図。
【図２】図１のマイクロ流路を備えるマイクロ流体チップの平面図。
【図３】本発明のマイクロ流路の別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図４】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図５】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図。
【図６】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ マイクロ流体チップ
１１、１２ 基板
１３ 接着剤
１４、２４、３４、４４ マイクロ流路
１５、４６ 気泡捕獲手段
１６ 気泡
１７ 光路
２０ 導入口
２１ 遠心分離部
２２ 液溜
２３ 秤量部
２５ 排出口
２６ 測定部
３５、４５ 気泡核導入手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路及びマイクロ流体チップに関し、生体物質を分離、混合、検出するために利用されるマイクロ流路及びこれを備えたマイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療、食品、創薬等の分野で、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの生体物質を、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される数センチの大きさの基板上で分離、反応、混合、測定及び検出等するLab on Chipと呼ばれる技術が近年注目されている。
【０００３】
このチップには数ｎｍから数ｍｍの流路が設けられ、その流路内で、微量の流体（気体、液体、微粒子、ゲル状物質などを含む）を移動させ、反応させ、測定するなどが実現される。このようなチップは一般にマイクロ流体チップと呼ばれ、チップ上の流路はマイクロ流路と呼ばれている。
このようなマイクロ流体チップに、微量の試料、例えば、血液サンプル等を流し込むことによって、短時間で簡便に、種々の測定、検出等を行うことができる。
【０００４】
しかし、通常、マイクロ流体チップに用いるサンプル、試薬等は、予め低温で保存され、マイクロ流体チップに適用する際に昇温される。そして、この温度上昇に伴って、サンプル中に溶解している酸素及び窒素等の気体成分の飽和溶解度が低下し、それに相当する気体成分が、マイクロ流体チップ内の、例えばマイクロ流路で気泡として発生する。その結果、気泡がマイクロ流路を部分的、特には全体的に閉塞し、流体の流れを阻害し、流体の制御性を損なう。また、試料の体積を測定するためにマイクロ流体チップを用いる場合には、気泡の発生により、正確な試料の体積の測定が困難となる。さらに、光学系を利用して試料を定量又は定性する場合には、気泡によって光の散乱を招き、正確な測定を行うことができない。また、電極を用いて試料を定量又は定性する場合においても、電極上に気泡が発生すると、正確な測定を行うことができない。
【０００５】
通常、分光測定の分野では、溶液からの気泡の発生を防止するために、サンプルの加熱攪拌、超音波攪拌等、溶液から気泡を除去するための前処理が行われている。
しかし、マイクロ流体チップを用いる場合には、サンプル自体が微量であり、簡便かつ迅速な測定を目的とするために、これらの前処理を行うことが困難であり、溶液からの気泡の発生を十分に防止することができない。
【０００６】
これに対して、マイクロ流体チップに含まれるマイクロ流路（幅：７００μｍ、深さ：５００μｍ）の底部に、マイクロ流路における液体流方向に対して平行に、幅が３００μｍ、深さが１００μｍの溝を形成し、サンプル中で発生した気泡をこの溝に集め、それを液体流で移動させて排出させる方法が提案されている（例えば、非特許文献１）。
【非特許文献１】マイクロ化学チップの技術と応用、丸善、２００４、ｐ１５９〜ｐ１６１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、マイクロ流路の大きさによっては、このような溝をその底部に形成することができない場合があり、サンプルの微量化及びマイクロ流体チップの微細化により、溝の適用はますます困難になる。また、マイクロ流路の中央部に配置する溝によって、サンプルの流れを乱すという問題がある。さらに、溝に集められた気泡を最終的に流路外に排出するため、溝はマイクロ流路の延長方向の大部分にわたって形成されるが、このために、溝に集められた気泡が互いに結合し、大きくなりすぎ、溝から脱離してサンプル中を浮遊する。その結果、気泡が、サンプルの流れを乱すとともに、測定系に対して妨害となり、正確な測定をすることができないという事態を招くことになる。
【０００８】
つまり、マイクロ流路における液体流方向に平行な溝の形成によっては、気泡による測定系に対する妨害を免れ得ず、微量の試料で正確な分析結果を迅速に得るというマイクロ流体チップの本来の目的を達成し得ることが要求されている。
そこで、本発明は、試料中に含有される気泡の影響を受けることなく、微量サンプルで、正確な分析を実現することができるマイクロ流路及び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】
【０００９】
本発明は、液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えてなることを特徴とする。
このように、マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えているために、マイクロ流路内を流れる液体の試料の温度の上昇等に伴って生じる気泡を、マイクロ流路の内表面で、確実に捕らえることができる。これにより、気泡によって液体流の流れを乱すことなく、しかも気泡による測定の妨害を防止することができる。
【００１０】
上述したマイクロ流路は、気泡捕獲手段が、複数の独立した凹部とすることができる。
これにより、マイクロ流路内表面に気泡捕獲手段を簡便にかつ有効に配置することができ、気泡の捕獲をより確実にすることができる。また、この凹部が配置されることにより、マイクロ流路内に入る外部からの光の不要な入射及び乱反射、マイクロ流路内を通る光の乱反射等を防止し得る迷光対策に有利となる。
【００１１】
また、気泡捕獲手段は、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に又は内周表面の一部に形成することができる。
気泡捕獲手段がマイクロ流路の全内表面に形成される場合には、液体流中で発生する気泡の位置にかかわらず、液体が接触するマイクロ流路の全表面で効率的に気泡を捕らえることができ、気泡による測定の妨害の防止を確実にすることができる。また、流路の一部の内表面に形成される場合には、気泡が気泡捕獲手段によって効率的に捕らえられ、流路の内表面に付着された状態であっても、光学系の測定で用いられる光の進路を、気泡にさえぎられないようにすることが可能となり、より正確な試料の検出及び測定に有用である。
【００１２】
また、本発明のマイクロ流体チップは、上述したマイクロ流路を備えることを特徴とする。
これにより、医療、食品、創薬等の種々の分野において、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質を液体の状態で、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等の種々の呼び名で提供されているマイクロ流体チップに適用する場合であっても、気泡による妨害を受けることなく、より迅速かつ正確に、測定及び検出等することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マイクロ流路の大きさにかかわらず、微量のサンプル量であっても、液体状態の試料中に存在する気泡を効率よく捕獲することができる。その結果、流体の流れを乱されることなく、測定系に対して妨害とならずに正確かつ迅速な測定及び検出等を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（１）マイクロ流路の構成
マイクロ流路は、試料（液体又は気体等、好ましくは液体）の通過が可能であるように、二次元及び／又は三次元的に所望の形状で、マイクロ流体チップの内部に形成されている。
マイクロ流路の平面形状は、特に限定されるものではなく、用途、サイズ等を考慮して、任意に設定することができる。マイクロ流路の断面（流体の流れ方向に垂直に交わる断面）形状は、例えば、四角形、台形等の多角形及びこれらの角部分が丸みを帯びた形状、円形、だ円形、ドーム形状あるいは左右非対称の不均一形等どのような形状であってもよい。マイクロ流路は微量の試料、好ましくは液体状の試料を流すものであり、その目的を適切に果たすのであれば、その大きさ及び長さは特に限定されるものではなく、例えば、断面積が０．０１μｍ2〜１００ｍｍ2程度、長さが１０μｍ〜１００ｍｍ程度のものが挙げられる。特に、流路の断面積が小さくなるほど、マイクロ流路内での流体の流れ、さらに流体に発生する気泡の影響が大きくなるため、マイクロ流路の断面積として、０．０１ｍｍ2〜１０ｍｍ2程度のものに対して本発明は有利である。マイクロ流路は、全長にわたって同じ断面形状及び大きさであってもよいが、部分的に異なる形状及び大きさであってもよい。例えば、試料を導入及び／又は排出する部分等は、完全にマイクロ流路が密閉された状態ではなく、上部の一部が開放状態になっていてもよいし、容積を測定する部分又は光学系を利用して測定を行う検出部等では、一定の断面積が維持されていればよいし、徐々に又は段階的に細く又は太くなる部分があってもよい。
【００１５】
マイクロ流路の内表面には、このマイクロ流路内に導入する液体状態の試料中に存在する気泡を捕獲するための気泡捕獲手段が設けられている。気泡捕獲手段とは、液体の試料中で発生した微細な気泡を、液体流から捕獲し、液体流による圧力が負荷されるにもかかわらず、捕獲した気泡を液体流中に放出せずに、保持した状態を維持できる手段を意味する。気泡捕獲手段は、このような機能を確保することができるものであればどのような形態のものであってもよい。具体的には、マイクロ流路内表面に形成された凹凸、厳密には凹部が挙げられる。
【００１６】
なお、マイクロ流路の内表面には、任意に、気泡捕獲手段に加えて又は気泡捕獲手段を兼ねて、流路内に存在する気体から液体流中に気泡核を導入する気泡核導入手段を備えていてもよい。この気泡核導入手段は、上述した液体流中に存在する微細な気泡を液体流から捕獲するのみならず、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部が液体によって押し出されずに、マイクロ流路の内表面の一部において気泡として留まり、その結果、マイクロ流路の内表面に気泡核を導入し得る手段を意味する。気泡核導入手段は、その機能を果たすために、それを構成する材料の試料に対するぬれ性が大きく影響することが考えられるが、本発明においては、適切なぬれ性によって、液体がマイクロ流路内に導入される際に、マイクロ流路内に存在する気体の一部を気泡核として導入し得るものである。つまり、液体の導入時に予め意図的に気泡核を導入し得る手段を意味する。
【００１７】
通常、液体から気泡を発生させるためには一定のエネルギー障壁を越える程度の大きなエネルギーが必要であるが、すでに気泡が存在している場合には、その気泡に新たな気泡が吸収されやすいため、エネルギー障壁を越える程大きなエネルギーが必要とならない。また、流路に液体を流す際には、その角や凹部に気泡が発生しやすい。従って、気泡核導入手段は、一見、別個の気泡についての現象、機能を互いに結びつけ、それによって気泡の除去を実現する。
【００１８】
気泡核導入手段は、このような機能を確保することができるものであればどのような形態のものであってもよい。具体的には、マイクロ流路内表面に形成された凹部が挙げられる。
このように、気泡の捕獲、保持の機能のみならず、気泡核導入の機能を有していることにより、気泡核が、液体中に存在する気泡を容易に吸収して成長させることができるため、より確実に液体中の気泡を捕獲し、保持することが可能となる。特に、一旦導入した液体に流れがない又は流れが小さい場合であっても、微細な気泡は表面張力をより小さくしようとして、気泡核に引き寄せられることとなり、効率よく気泡の発生、残留位置を制御することが可能になる。さらに、通常、マイクロ流体チップに試料を導入する場合には、脱気処理が施されるが、このような気泡核導入手段が形成されている場合には、そのような処理を省略することができるため、より迅速かつ簡便に使用することが可能となる。
【００１９】
気泡捕獲手段を設ける位置、これを構成する材質、気泡捕獲手段を構成する凹部の大きさ（幅）、深さ、密度、形状などについては、マイクロ流路自体の大きさ、長さ、これを構成する材質、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度及び容量ならびにマイクロ流路のマイクロ流体チップでの位置及び意図する作用等によって、上述した機能を確保することを考慮して、適宜選択することができる。気泡核導入手段についても同様である。
【００２０】
気泡捕獲手段を設ける位置は、長手方向の所定長さの間の一部であってもよいし、これが複数あってもよいし、全長にわたるものでもよい。例えば、単に試料を移動させるのみの流路であれば、所定長さの間の一部で、その内周の一部のみであってもよいし、全内周面であってもよい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、上下面及び左右側面の全面に、円形、ドーム形状であれば、その上方から下方に至る曲面を含む全面に配置されていることが好ましい。また、光学系の光路を確保する必要がある部分又はこれらの部分に直結する上流側、いわゆる検出部及びその近傍の流路であれば、その部分において、内周の一部のみに配置されていることが好ましい。具体的には、流路の断面形状が四角形の場合には、左右側面の全面、両側面の上方のみ又は中央から上方にかけて、断面形状が円形、ドーム形状であれば、光路等を確保できるように、その側方に位置する面のみ、上方の肩部分のみ又は中央から上方の肩部にかけてのみ等に配置されていることが好ましい。なお、気泡核導入手段についても同様であるが、気泡核導入手段の数が少ない場合、例えば、数個から数十個程度の場合には、検出部及びその近傍の流路の側面の中央部付近にのみ、あるいは側面の上部付近にのみ配置されることが好ましい。
【００２１】
気泡捕獲手段の材質は、通常、マイクロ流路を構成する材料と同じもの、さらには、マイクロ流体チップを構成する材料と同じものを用いることができるし、異なるものを用いてもよい。例えば、これらを製造する方法に応じて、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ポリシロキサン、アリルエステル樹脂、シクロオレフィンポリマー、Ｓｉゴムなどの有機化合物あるいは、Ｓｉ、Ｓｉ酸化膜、石英、ガラス、セラミック等の無機化合物等のいずれもが挙げられる。気泡核導入手段についても同様である。
【００２２】
また、気泡捕獲手段が適用されるマイクロ流路の断面積が、例えば、０．０１〜１０ｍｍ2程度の場合には、凹部の幅及び／又は深さは、０．１〜１０００μｍ、好ましくは、０．４μｍ以上、数μｍ以上、数十μｍ以上、数百μｍ以下及び／又は数十μｍ以下が挙げられる。特に、凹部の幅が０．４〜５０μｍ程度（さらに好ましくは０．４〜３０μｍ程度）であれば、そこに捕獲された気泡により試料の流れを乱すことなく、気泡の捕獲を確実に行うことができるとともに、液体流による圧力負荷にかかわらず、その気泡を過大に成長させることなく、付着させておくことができる。しかも、マイクロ流路に照射される光（特に、可視光）を散乱させて、反応、測定等に悪影響を及ぼし得る気泡を確実に捕らえることができる。なお、別の観点から、凹部の幅及び／又は深さは、マイクロ流路の幅及び／又は深さの０．００１〜１０％程度、好ましくは０．１〜１％程度であってもよい。
【００２３】
気泡核導入手段の大きさについても同様であるが、特に、気泡捕獲手段よりも大きい、例えば、１〜１０００μｍ、さらに３０〜３００μｍ程度、４０〜３００μｍ程度が好ましい。このような大きさに設定することにより、気泡核導入手段の材質に対する試料のぬれ性を考慮して、確実に気泡核を導入することができるとともに、気泡核に試料中の気体を捕獲し、かつ気泡核導入手段中に気泡を保持することができる。
【００２４】
また、凹部の密度は、マイクロ流路内に導入する全試料の容量中に含有されると予想される気体の総量を考慮して、凹部の全容積が３×１０-6〜３×１０-3ｃｍ3程度以上となるように設定することが好ましい。具体的には、１つの凹部の大きさ（断面積×深さ）が０．１６μｍ2×０．４μｍ〜２５００μｍ2×５０μｍ程度であれば、２０００個／ｍｍ2〜１×１０7個／ｍｍ2程度が挙げられる。なお、気泡核導入手段について、特に、凹部の大きさが上述したように大きめであれば、凹部の密度（数）は２個以上、４個以上、５０個以下及び／又は３０個以下であればよく、例えば６個程度、１０個程度、２０個程度であってもよい。
【００２５】
凹部の形状は、特に限定されるものではなく、半球状；半楕円状；直方体、立方等の四角柱、円柱又は多角柱状；ドーム状；円錐、三角錐、四角錐等の錐形状；錐台形状；左右対称ではない不均一形状；幅方向、高さ方向及び／又は深さ方向にテーパーを有した形状；これらの組み合わせ等いずれの形状であってもよい。ただし、凹部は、独立した凹部が優勢に形成されていることが好ましい（例えば、図５（ａ）〜（ｅ）参照）。つまり、一部の凹部同士が連なるように形成されていてもよいが、凹部の大部分は、独立して、個々に形成されていることが好ましい。凹部同士の連なる数が多くなりすぎると、捕獲された気泡が互いに接触し、大きな気泡に成長しやくすなり、気泡が流体中に再放出されやすくなることを考慮したものである。
【００２６】
特に、気泡核導入手段の場合には、液体流方向（図５中、矢印）に対して傾斜した面を含んで構成されることが好ましい。この場合の傾斜角度（図５（ｂ）等のθ参照）は、マイクロ流路を構成する材料の性質、凹部自体の深さ、幅、密度、形状、マイクロ流路に適用する試料の種類、濃度、粘度、ぬれ性等を考慮して、適宜調整することができる。例えば、数°〜１６０°程度の範囲が挙げられる。また、別の観点から、気泡核導入手段には、断面形状で、鋭角を構成する２つの面（これに対応する丸みを帯びた面でもよい）が含まれていることが好ましい。これにより、適用する試料の粘度等にかかわらず、気泡核の導入を確実に行うことができる。なお、気泡核導入手段の傾斜面が曲面等である場合には、その曲面の接線を含む面が所定角度傾斜していればよい。
【００２７】
凹部は、マイクロ流路の全体にわたって同じ幅及び／又は深さ、密度、形状等であってもよいが、マイクロ流路において部分的に異なっていてもよいし、不均一であってもよい。
（２）マイクロ流路の製造方法
マイクロ流路は、当該分野で公知の方法を利用することにより、簡便に製造することができる。例えば、所望のマイクロ流体チップ、マイクロ流路、気泡捕獲手段に対応する形状を有する金型を準備する。この金型は、機械的加工により形成することができ、特にマイクロ流路の形成を意図する領域内であって、気泡捕獲手段を形成する部分の金型部分は、微細な機械的加工、ブラスト処理、研磨処理等の手段により、気泡捕獲手段に対応する形状を有するように処理したものが好ましい。次に、この金型に、ＰＥＴをモールドしてマイクロ流路に対応するパターン及び気泡捕獲手段が転写された基板を得る。最後に、この基板を、このパターン同士が対向するように、２枚張り合わせることにより、所望の位置に気泡捕獲手段が形成されたマイクロ流路を備えるマイクロ流体チップを形成することができる。なお、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板を一方のみとし、他方を平板基板としてもよい。
【００２８】
また、金型を用いたモールディングに代えて、射出成型法あるいはインプリント法等を利用してもよい。
さらに、平板基板の一方又は双方に、フォトリソグラフィー工程、機械的加工等を直接施して、マイクロ流路に対応するパターンが転写された基板を得てもよい。
また、マイクロ流路に対応するパターンを有する基板において、気泡捕獲手段を形成する部分に対して直接、ブラスト処理、研磨処理、グロー放電処理等の物理的方法により凹部を形成してもよいし、アルカリ溶解塩、フッ素系薬品によるエッチング、皮膜のコーティング等を施して、凹部を形成してもよい。
（３）マイクロ流路を備えたマイクロ流体チップの構成
マイクロ流体チップは、例えば、主として、一方又は双方に凹部による種々の形状のパターンを有する第１基板と第２基板とが、例えば、接着剤等によって、貼り合わせられて構成される。
【００２９】
このようなマイクロ流体チップは、医療、食品、創薬等の種々の分野において、ＤＮＡ、酵素、タンパク質、ウィルス、細胞などの種々の生体物質（主に液体の状態）を、分析、検出、反応、測定等するための基板として利用されるものであり、例えば、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップ等と種々の呼び名で提供されている全てのチップを包含する。
【００３０】
このようなマイクロ流体チップは、その用途に応じて、上述したような、種々の二次元及び／又は三次元形状の直線的なあるいは屈曲又は湾曲したパターンを有するマイクロ流路を備えている。また、このマイクロ流路の端部又は途中には、試料の導入口、排出口及び／又は液溜等が形成されており、遠心分離部、秤量部、光学的又は電気的測定部、反応部、混合部、分岐部等が、それら自体又はそれらを連結させるマイクロ流路として一連構造で形成されている。
＜実施例１＞
本発明のマイクロ流路及びマイクロ流体チップは、図１（ａ）及び（ｂ）ならびに図２に示したように、厚さ１ｍｍの２枚のＰＥＴからなる基板の表面に、マイクロ流路１４、２４に対応するパターンを有した基板１１、１２により形成されている。この基板１１、１２は、金型を用いたモールディングにより形成することができる。このようにマイクロ流路１４、２４のパターンを有した基板１１、１２を、例えば、接着剤１３を介してパターン同士を対向させた状態で張り合わせることにより、内部にマイクロ流路１４、２４が形成されたマイクロ流体チップ１０が得られる。
【００３１】
このマイクロ流体チップ１０では、例えば、まず、試料を、試料導入口２０から導入する。導入された試料は、マイクロ流体チップ１０を回転させて得られる遠心力等によって、遠心分離部２１を通過し、液溜２２に移動する。試料は、液溜２２からマイクロ流路１４を通って、光学系の測定部２６に至る。ここで、例えば、光の照射が行われ、細胞数が計数されたり、吸光度が測定されたりされる。一方、試料の一部は、遠心分離部２１から、マイクロ流路２４を通って直接秤量部２３に移動し、ここで、容積が測定され、さらにマイクロ流路１４を通って排出口２５に至る。
【００３２】
マイクロ流路２４は、図１に示すように、最も狭いところで、幅１００μｍ、深さ１００μｍの断面形状四角形とした。このマイクロ流路２４の内面の上下面及び両側面には、気泡捕獲手段１５として、幅及び深さが１μｍ程度の微細な凹部が、８×１０5個／ｍｍ2の密度で部分的に形成されている。
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入した。試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を４０℃に昇温した。
【００３３】
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が気化して気泡となるが、マイクロ流路２４を通した際に、気泡捕獲手段１５によって、気泡１６のほとんどが捕獲され、マイクロ流路２４の内面に付着することによって、流れる試料中から除去された。つまり、表面張力の大きい微細な気泡１６は、その表面張力を小さくするように、マイクロ流路２４の気泡捕獲手段１５である凹部に捕獲され、その捕獲された気泡１６が泡種となって、さらに試料中に存在する微細な気泡１６を吸収し、凹部の形状に対応するように、ある程度表面張力の小さい、ある程度の大きさの気泡になることにより、安定して、気泡捕獲手段１５に保持された。
【００３４】
これにより、試料の流れを乱すことなく、スムーズに試料の移動を可能にし、例えば、秤量部２３で測定された試料について、気泡が混入していないために、精密な容積を測定することができた。
＜実施例２＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路１４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が３００μｍ、深さ１００μｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００３５】
マイクロ流路１４の内側の両側面には、幅及び深さが０．５μｍ程度の微細な凹部が、９×１０6個／ｍｍ2の密度で部分的に形成されている。
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を４０℃に昇温した。
このとき、温度変化に対する飽和溶解度の変化量に相当する気体成分が気化して気泡と なるが、マイクロ流路１４を通した際に、気泡捕獲手段１５によって、気泡１６のほとんどが捕獲され、マイクロ流路１４の内側面に付着することによって、流れる試料中から除去された。つまり、表面張力の大きい微細な気泡１６は、その表面張力を小さくするように、マイクロ流路１４の気泡捕獲手段１５である凹部に捕獲され、その捕獲された気泡１６が泡種となって、さらに試料中に存在する微細な気泡１６を吸収し、凹部の形状に対応するように、ある程度表面張力の小さい、ある程度の大きさの気泡になることにより、安定して、気泡捕獲手段１５に保持された。
【００３６】
これにより、このマイクロ流路１４に、外部から幅１００μｍの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡１６が光路１７に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができた。
＜実施例３＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図４（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路３４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が１ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００３７】
マイクロ流路３４の内側の両側面の最上部には、気泡核導入手段３５として、幅×高さ×深さが７００μｍ×３００μｍ×７００μｍ程度の三角錐の微細な凹部が、片側に８個ずつ、１．１ｍｍの間隔で形成されている。なお、この気泡核導入手段３５を構成する一面は、試料の流れる方向に対して、θ＝約６０°及びθ’＝１２０°程度の傾斜面を有している。
【００３８】
このマイクロ流体チップに、４℃で保存しておいた試薬と試料とを、導入口２０から注入し、試薬と試料と反応を促進するため、マイクロ流体チップ全体を３７℃に昇温し、試料を移動させた。気泡核導入手段３５の部分を試料が通過する際、マイクロ流路３４内に存在していた気体が残存し、気泡核導入手段３５の角部分に気泡核が導入され、試料の連続的な通過に伴って、試料中に存在する気泡が、気泡核に引き寄せられ、互いに結合し、気泡核導入手段３５を構成する凹部に確実にとどまることが確認された。
【００３９】
これにより、このマイクロ流路３４に、外部から幅１００μｍの光を照射し、その透過率によって試料中の成分濃度を検出した際、気泡１６が光路１７に入ることによる光の乱反射を有効に防止することができ、正確な検出を行うことができた。
＜実施例４〜８＞
この実施例のマイクロ流路は、図５（ａ）〜（ｅ）の平面図に示したように、マイクロ流路３４に形成された気泡核導入手段３５ａ〜３５ｅを種々の形状とした以外、実施例３と同様に形成した。
【００４０】
このマイクロ流体チップにおいても、実施例３と同様の効果が得られた。
＜実施例９＞
この実施例のマイクロ流路は、図２に示したマイクロ流体チップにおいて、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、その測定部に対応する位置において、マイクロ流路４４に光を透過させて、その透過率によって試料中の成分濃度を検出することができるように、幅が１ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ１０ｍｍに設定されている。
【００４１】
マイクロ流路４４の内側の両側面の上部には、気泡核導入手段４５として、幅×高さ×深さが７００μｍ×３００μｍ×７００μｍ程度の直方体の微細な凹部が、片側に６個ずつ、１．４ｍｍの間隔で形成されている。また、マイクロ流路４４の内側の両側面には、気泡捕獲手段４６として気泡核導入手段４５よりも小さな凹が、密度７×１０7個／ｍｍ2程度で形成されている。
【００４２】
このマイクロ流体チップを、実施例２と同様に評価したところ、試料の連続的な通過に伴って、試料中に存在する気泡が、気泡核に引き寄せられ、互いに結合し、気泡核導入手段３５を構成する凹部に確実にとどまるとともに、気泡捕獲手段４６に気泡が付着していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、医療、食品、創薬等の分野で使用される、臨床分析チップ、環境分析チップ、遺伝子分析チップ（ＤＮＡチップ）、たんぱく質分析チップ（プロテオームチップ）、糖鎖チップ、クロマトグラフチップ、細胞解析チップ、製薬スクリーニングチップなどと称される気体及び液体等に適用することができる種々の基板に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のマイクロ流路の一実施形態を示す平面図及び断面図。
【図２】図１のマイクロ流路を備えるマイクロ流体チップの平面図。
【図３】本発明のマイクロ流路の別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図４】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【図５】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図。
【図６】本発明のマイクロ流路のさらに別の実施形態を示す平面図及び断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０ マイクロ流体チップ
１１、１２ 基板
１３ 接着剤
１４、２４、３４、４４ マイクロ流路
１５、４６ 気泡捕獲手段
１６ 気泡
１７ 光路
２０ 導入口
２１ 遠心分離部
２２ 液溜
２３ 秤量部
２５ 排出口
２６ 測定部
３５、４５ 気泡核導入手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えてなることを特徴とするマイクロ流路。
【請求項２】
気泡捕獲手段が、複数の独立した凹部である請求項１に記載のマイクロ流路。
【請求項３】
気泡捕獲手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に形成されてなる請求項１又は２に記載のマイクロ流路。
【請求項４】
気泡捕獲手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の内周表面の一部に形成されてなる請求項１又は２に記載のマイクロ流路。
【請求項５】
請求項1〜４のいずれか１つに記載のマイクロ流路を備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項１】
液体を流すためのマイクロ流路であって、該マイクロ流路の内表面の少なくとも一部に、液体流中に存在する気泡を捕獲する気泡捕獲手段を備えてなることを特徴とするマイクロ流路。
【請求項２】
気泡捕獲手段が、複数の独立した凹部である請求項１に記載のマイクロ流路。
【請求項３】
気泡捕獲手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の全内周表面に形成されてなる請求項１又は２に記載のマイクロ流路。
【請求項４】
気泡捕獲手段が、マイクロ流路の長手方向の所定位置において、該マイクロ流路の内周表面の一部に形成されてなる請求項１又は２に記載のマイクロ流路。
【請求項５】
請求項1〜４のいずれか１つに記載のマイクロ流路を備えることを特徴とするマイクロ流体チップ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２４２６０７（Ｐ２００６−２４２６０７Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５５３４３（Ｐ２００５−５５３４３）
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１日（２００５．３．１）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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