流路構造、マイクロチップ及び送流方法
【課題】検出用マイクロ流路の中心部のみにサンプル液流を形成することができる流路構造、マイクロチップ及び送流方法を提供する。
【解決手段】流路幅及び深さが１ｍｍ以下のマイクロ流路構造において、測定対象の試料が通流するサンプル液導入流路１０に、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおける位置を変えて、２対のシース液導入流路１１，１２を合流させる。その際、上流側で合流する第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０よりも流路深さを深くし、その底面がサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に位置するようにする。また、下流側で合流する第２のシース液導入流路１２は、その上面がサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に位置するようにする。
【解決手段】流路幅及び深さが１ｍｍ以下のマイクロ流路構造において、測定対象の試料が通流するサンプル液導入流路１０に、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおける位置を変えて、２対のシース液導入流路１１，１２を合流させる。その際、上流側で合流する第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０よりも流路深さを深くし、その底面がサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に位置するようにする。また、下流側で合流する第２のシース液導入流路１２は、その上面がサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に位置するようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造、この流路構造を備えたマイクロチップ及び送流方法に関する。より詳しくは、化学的及び生物学的分析が行われるマイクロチップ内において、サンプル液の周囲をシース液で取り囲んだ状態で送液するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連微小粒子を識別する場合は、フローサイトメトリー（フローサイトメーター）を用いた光学的測定方法が利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。フローサイトメトリーは、流路内を１列になって通流する微小粒子に特定波長のレーザ光を照射し、各微小粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出することで、複数の微小粒子を１個ずつ識別する方法である。
【０００３】
図８は従来のフローサイトメーターの構成を模式的に示す図である。例えば、図８に示すマイクロチップ型ＦＡＣＳ（Fluorescence Activated Cell Sorting）システムの場合、マイクロチップ１００に形成された流路１０１内に、試料１１１，１１２を含むサンプル液とシース液とを規定圧力（流速）で注入することで、試料１１１，１１２が一列となる流れを形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このシステムでは、光源１０５から出射された励起光１１３が、コリメータレンズ１０６、ダイクロックミラー１０７、対物レンズ１０８を介して、試料１１１，１１２に照射される。これにより各試料１１１，１１２から発せられた蛍光や散乱光などの戻り光１１４は、ダイクロックミラー１０７で分離された後、回折格子１０９で分光され、検出器１１０で検出される。
【０００５】
そして、検出器１１０で検出した光を電気的信号に変換して数値化し、統計解析を行うことにより、個々の試料１１１，１１２について、種類、大きさ及び構造などを判定する。また、解析結果に基づいて、試料１１１，１１２を分離し、回収する。その分取機構としては、圧電素子を使用するものや電磁バルブを使用するものなどがある。
【０００６】
例えば、図８に示すアクチュエータなどの可動デバイスを使用した分取機構１０４の場合、採取対象試料１１１であると判定されると、蛍光スペクトル、試料１１１の大きさ及び通流速度などに基づいて最適なタイミングが算出され、分取機構１０４に駆動信号が送信される。これにより、分取機構１０４が動作して、流路１０１の流れを変えて、試料１１１を回収液貯留部１０２に流入させる。また、採取対象外試料１１２であると判定された場合は、分取機構１０４は動作させずに、試料１１２を排液貯留部１０３に流入させる。
【０００７】
一方、特許文献１などに記載されている従来の流路構造は、サンプル液流を左右からシース液流で挟み込んで層流を形成しているが、従来、サンプル液流を四方から挟み込む流路構造も提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載の流路構造では、流路の中心部にサンプル液流を通流させることができるため、高精度での分析が可能となる。また、従来、流路内を通流する液体の流速を、流路断面内で均一にするため、流路中央部分に流速制御手段を設けたマイクロチップも提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０７０９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２７６１１９号公報
【特許文献３】特開２００６−３２２８２２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】中内啓光監修，「細胞工学別冊 実験プロトコルシリーズ フローサイトメトリー自由自在」，第２版，株式会社秀潤社，２００６年８月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図９（ａ）は理想的なサンプル液通流状態を示す図であり、図９（ｂ）はマイクロ流路内を通流する液の速度分布を示す図である。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。図８に示す分析チップ１００のように、測定領域と分取領域（分取機構１０４）とが離れた位置に設けられている場合、分取領域において試料１１１，１１２の位置を特定するためには、これらがマイクロ流路１０１内を一定速度で通流していることが望ましい。
【００１１】
一方、図９（ｂ）に示すように、マイクロ流路１０１内を通流する液は、ハーゲン・ポアズイユの原理により、壁面で遅く中心部で速い速度分布をもつ。このため、図９（ａ）に示すように、マイクロ流路１０１内に所望の速度でシース液を流し、その中心部にのみサンプル液を流すことにより、壁面からのダメージを受けずに、試料１１１，１１１２を一定速度で通流させることができる。
【００１２】
しかしながら、実際には、図９（ａ）に示すような流路１０１の中心部のみを通過するサンプル液流を形成することは難しい。図１０（ａ）は従来の送流方法を模式的に示す平面図であり、図１０（ｂ）はそのＣ−Ｃ線による断面図である。また、図１１は図１０に示す送流方法においてシース液の流量を多くしたときのサンプル液の状態を示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すサンプル液１２０をシース液１２１で挟み込む従来の送流方法では、分析速度を上げるためにシース液１２１の流量を増やすと、図１１に示すように、シース液１２１によってサンプル液１２０の中央部分が押しつぶされてしまう。
【００１３】
このように、サンプル液流の形状が歪になるとハーゲン・ポアズイユの原理により、サンプル流中心部と最端部とでは流速に違いが生じ、微小粒子などの試料を同じ速度で流すことが困難になる。このため、特に検出部よりも下流側で試料（微小粒子など）の分取を行う場合には、分取精度が低下するという問題点が生じる。また、検出部のビームスポットも、焦点から離れた位置になるほどビーム強度が低下するため、検出信号の感度低下や検出精度のばらつきが発生して、分析精度が低下するという問題点がある。
【００１４】
一方、特許文献３に記載のマイクロチップは、流路内に流速制御手段を設けて、液の通流速度の均一化を図っているが、流路中心部に制御板を設けているため、その近傍において微小な乱流（撹拌作用）が生じ、サンプル液流が拡散するという問題点がある。また、このように流路中心に制御板を設けると、測定対象の試料（微小粒子など）が流路壁面と接触し、ダメージを受けるという問題点もある。更に、フローサイトメーターのように高速で分析を行う装置においては、サンプル液流及びシース液流を高速で送液する必要があるため、制御板近傍における乱流が顕著になり、送液安定性が低下するという問題点もある。
【００１５】
一方、光検出エリアにおいては、流路壁面散乱による迷光の影響を抑えるため、壁面を遠ざける必要がある。このため、特許文献３に記載のマイクロチップには、光検出エリア近傍に制御板を設置することができないという問題点もある。また、特許文献３に記載のマイクロチップにおいて、流路内の流速が均一に近い状態になるのは、液が制御板を通過した直後のみであり、制御板が設けられていないエリアでは、液体の粘性により生じる剪断力の影響で、初期の速度分布に戻ってしまう。
【００１６】
そして、この初期状態に戻る距離は、液体の流速が速くなるほど短くなるため、サンプル液及びシース液を高速で送液するフローサイトメーターなどの高速の分析用途の場合、特許文献３に記載されているような流路構成は不向きである。更に、この特許文献３に記載のマイクロチップをフローサイトメーターに適用しても、サンプル液流をマイクロ流路の中心部に集め、試料（微小粒子など）を高精度で検出することは困難である。
【００１７】
そこで、本発明は、検出用マイクロ流路の中心部のみにサンプル液流を形成することができる流路構造、マイクロチップ及び送流方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る流路構造は、試料を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、該サンプル液導入流路にその両側から合流して、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する２対のシース液導入流路と、を有し、各流路の幅及び深さが１ｍｍ以下であり、かつ、各シース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路に合流する位置が、送液方向及び流路深さ方向において相互に異なるものである。
本発明においては、送液方向及び流路深さ方向を変えて、２段階でシース液を導入しているため、シース液の流速が遅い流路中心部分にサンプル液を通流させることができる。これにより、サンプル液の通流位置及び速度が安定する。
この流路構造では、上流側で合流する第１のシース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路よりも流路深さが深く、かつその底面がサンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されていてもよく、その場合サンプル液流の側方及び上方にシース液を導入することができる。
また、下流側で合流する第２のシース液導入流路対は、その上面が前記サンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されていてもよく、その場合、サンプル液流の下方にもシース液を導入することができる。
更に、前記第２のシース液導入流路対の合流部よりも下流側に、流路径が段階的に小さくなる絞込部が設けられていてもよい。
【００１９】
本発明に係るマイクロチップは、前述した流路構造を備えたものである。
本発明においては、合流位置が送液方向及び流路深さ方向において相互に異なる２対のシース液導入流路を備えているため、サンプル液の通流位置及び速度が安定している。このため、高精度で安定した分析及び分取を行うことができる。
このマイクロチップは、例えば、射出成形された２枚の基板を積層することにより形成することができる。
【００２０】
本発明に係る送流方法は、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成する。
本発明においては、シース液の通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液が通流することとなるため、サンプル液の通流位置及び速度が安定し、流路の中心部に良好な形状のサンプル液流が形成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、送液方向における位置及び流路深さ方向における位置を変えて、２段階でシース液を導入しているため、検出用マイクロ流路の中心部のみにサンプル液流を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る送流方法を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２】図１に示す送流方法におけるサンプル液の状態を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る流路構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るマイクロチップの製造方法をその工程順に示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例における流体解析モデルを示す図である。
【図６】流体解析における境界条件及び流体解析結果を示す図である。
【図７】図６に示す流路を先端部の矢印方向から見た拡大図である。
【図８】従来のフローサイトメーターの構成を模式的に示す図である。
【図９】（ａ）は理想的なサンプル液通流状態を示す図であり、（ｂ）はマイクロ流路内を通流する液の速度分布を示す図である。
【図１０】（ａ）は従来の送流方法を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。
【図１１】図１０に示す送流方法においてシース液の流量を多くしたときのサンプル液の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態 （送流方法の例）
２．第２の実施の形態 （流路構造の例）
３．第３の実施の形態 （マイクロチップの例）
【００２４】
＜１．第１の実施の形態＞
［送流方法の概要］
先ず、本発明の第１の実施形態に係る送流方法について説明する。図１（ａ）は本実施形態の送流方法を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線による断面図である。また、図２は図１に示す送流方法におけるサンプル液の通流状態を示す図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の送流方法では、サンプル液１をシース液２ａ，２ｂで挟み込んで層流を形成する際に、シース液を２回に分けて合流させる。
【００２５】
［第１の合流］
具体的には、先ず、所定速度で通流するサンプル液１の両側から、シース液２ａを、その通流上面がサンプル液１の通流上面よりも高くなるようにして合流させる。これにより、図１（ｂ）に示すように、サンプル液１の側方及び上方にシース液２が通流するようになる。なお、この第１の合流におけるサンプル液１及びシース液２ａの流速（流量）などは特に限定されるものではないが、乱流を生じない程度、具体的にはレイノルズ数が１０００以下となるような範囲にすることが望ましい。これにより、マイクロ流路内部において乱流の影響を低減し、安定した流れ（層流）を維持することができる。
【００２６】
なお、レイノルズ数Ｒｅとは、乱流及び層流の判断の指標となる値であり、下記数式１により求められる。下記数式１において、Ｕは液体の流速、Ｌは流路の断面長さ、νは液体の動粘弾性係数である。
【００２７】
【数１】
【００２８】
［第２の合流］
次に、シース液２ｂを、その通流上面がサンプル液１の通流下面と同じ高さになるようにして合流させる。これにより、図１（ｃ）に示すように、サンプル液１の下方にシース液２ｂが通流するようになるため、サンプル液１は、その周囲をシース液２ａ，２ｂで取り囲まれ、流路の中心部を安定して通流するようになる。
【００２９】
また、本実施形態の送流方法を、フローサイトメーターのように流路の中心部にのみサンプル液を通流させたい装置に適用する場合は、シース液２ｂにおける流速（流量）などの条件は、先に合流したシース液２ａと同じにすることが望ましい。一方、意図的に流路の中心部を避けてサンプル液を通流させたい装置に適用する場合は、シース液２ａとシース液２ｂとで流速（流量）などの条件を変えることにより、サンプル液１の通流位置を制御することが可能となる。
【００３０】
このように本実施形態の送流方法では、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成しているため、図２に示すように、シース液２ａ，２ｂの通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液１が通流することとなる。これにより、サンプル液１を挟み込むシース液２ａ，２ｂの慣性力の影響を軽減することができるため、サンプル液流の形状に歪みが生じることを抑制できる。
【００３１】
同様に、シース液２ａ，２ｂ及びサンプル液の流速を変化させた場合においても、サンプル液流の形状に歪みが生じることを抑制できるため、フローサイトメーターのような高速で分析を行う機器においても有効な手段となる。即ち、本実施形態の送流方法を適用することにより、検出用マイクロ流路の中心部のみに、サンプル液流を形成することが可能となるため、通流位置及び速度が安定し、高精度な分析を実現することができる。
【００３２】
＜２．第２の実施の形態＞
［流路構造の概要］
次に、本発明の第２の実施形態に係る流路構造について説明する。図３は本実施形態の流路構造を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態の流路構造は、前述した第１の実施形態の送流方法を実現するものであり、一方向に伸びるサンプル液導入流路１０と、このサンプル液導入流路１０に両側から合流する２対のシース液導入流路１１，１２とを備えている。そして、２対のシース液導入流路１１，１２がサンプル液導入流路１０に合流する位置は、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なっている。
【００３３】
［サンプル液導入流路１０］
サンプル液導入流路１０は、測定対象の試料を含有するサンプル液を導入するためのものであり、例えば、送液方向Ｙに垂直な断面が矩形状で、幅が１ｍｍ以下、深さが１ｍｍ以下とすることができる。このようなマイクロ空間においては、液体の粘性効果が生じやすいため、ハーゲン・ポアズイユの原理が支配的となり、安定した層流が形成される。
【００３４】
［第１のシース液導入流路１１］
第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０に合流して、サンプル液の周囲にシース液を導入するものであり、サンプル液導入流路１０の両側に１本ずつ設けられている。これらシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０を軸として線対称となっており、その底面はサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に、上面はサンプル液導入流路１０よりも上方に形成されている。
【００３５】
即ち、第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０よりも、流路深さが深くなっており、これにより、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成することができる。また、これら第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０との合流部よりも上流側の部分について、例えば、シース液通流方向に垂直な断面を矩形状とし、その幅を１ｍｍ以下、深さを１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３６】
［第２のシース液導入流路１２］
第２のシース液導入流路１２は、サンプル液導入流路１０と第１のシース液導入粒度１１とが合流した後の合流流路１３に合流して、サンプル液の周囲、特にサンプル液の下方にシース液を導入するものである。これら第２のシース液導入流路１２は、合流流路１３の両側に１本ずつ設けられており、合流流路１３を軸として線対称なっている。
【００３７】
また、各シース液導入流路１２は、その上面が合流流路（サンプル液導入流路１０，第１のシース液導入流路１１）の底面と同一平面上にあり、下側から合流流路１３に合流するようになっている。これにより、サンプル液流の下方にもシース液流が形成され、サンプル液流の周囲全てがシース液流で囲まれ、サンプル液が流路の中心を通流するようになる。
【００３８】
更に、第２のシース液導入流路１２は、前述した第１のシース液導入流路１１と同様に、合流流路１３との合流部よりも上流側の部分について、例えば、シース液通流方向に垂直な断面を矩形状とし、その幅を１ｍｍ以下、深さを１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
［絞込部１４］
本実施形態の流路構造においては、合流流路１３と第２のシース液導入流路１２とが合流する位置、又はそれよりも下流側に、下流側になるに従い流路幅が小さくなる絞込部１４を設けてもよい。このように、合流後に流路幅を絞り込む構成にすると、サンプル液導入流路１０の幅を大きく設計することができるため、試料が微小粒子であった場合でも目詰まり発生を防止することができる。更に、このような絞込部１４を設けることで、サンプル液及びシース液が層流を形成している状態で、その通流幅を任意の大きさに調節することが可能となるため、測定光の照射精度を向上させることもできる。
【００４０】
［サンプル液の通流状態について］
本実施形態の流路構造では、サンプル液導入流路１０から所定の流速（流量）でサンプル液を導入すると共に、シース液導入流路１１，１２から所定の流速（流量）でシース液を導入する。そうすると、先ず、サンプル液導入流路１０を通流するサンプル液が、第１のシース液導入流路１１を通流するシース液によって、流路幅方向Ｘに挟み込まれる。これにより、サンプル液導入流路１０と第１のシース液導入流路１１との合流部において、サンプル液流の側方及び上方にシース液流が形成される。
【００４１】
次に、合流流路１３を通流するサンプル液が、第２のシース液導入流路１２を通流するシース液により、流路幅方向Ｘに挟み込まれる。これにより、合流流路１３と第２のシース液導入流路との合流部において、サンプル液流の下方にもシース液流が形成され、サンプル液は流路中央部を安定して通流するようになる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態の流路構造では、合流位置が、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なる２対のシース液導入流路を設けているため、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成することができる。これにより、図２に示すように、シース液２ａ，２ｂの通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液１が通流することとなり、サンプル液１の通流位置及び速度が安定する。その結果、流路の中心部に歪みのない良好な形状のサンプル液流を形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態の流路構造は、例えば、フローサイトメトリーなどで使用されるマイクロチップ、ＤＮＡの分析装置に使用される分析チップ、微小空間で化学合成などを行うマイクロリアクターチップなどに適用することができる。例えば、フローサイトメーターに適用する場合、流路中心部にのみサンプル液流を形成することができれば、サンプル液流の流速を均一にすることができるだけでなく、光検出部の焦点位置にピンポイントで測定対象の試料（微小粒子など）を流し込むことが可能となる。
【００４４】
＜３．第３の実施の形態＞
［マイクロチップの構成］
次に、本発明の第３の実施形態に係るマイクロチップについて説明する。本実施形態のマイクロチップは、内部に前述した第２の実施形態の流路構造が形成されており、例えばマイクロチップ型ＦＡＣＳシステムなどに使用される。その材質としては、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、ガラス及びシリコン等が挙げられる。その中でも、加工性に優れ、成形装置を使用して安価に複製することができることから、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン等のプラスチック材料で形成することが好ましい。
【００４５】
［マイクロチップの製造方法］
このマイクロチップは、例えば、図３に示す合流流路１３、サンプル液導入流路１０、第１のシース液導入流路１１の底面を貼り合わせ面１５とすることで、片面金型による射出成形及び基板貼り合わせプロセスにより、容易に製造することができる。以下、本実施形態のマイクロチップの製造方法について、片面金型を用いて、プラスチック製のマイクロチップを製造する場合を例にして説明する。
【００４６】
図４は本実施形態のマイクロチップの製造方法をその工程順に示す図である。図４に示すように、本実施形態のマイクロチップを製造する際は、先ず、図４（ａ−１）示す上面用金型２０ａ，２０ｂと、図４（ｂ−１）に示す下面用金型２１ａ，２１ｂとを使用して、プラスチック材料２２を射出成形する。このとき、一方の金型２０ａ，２１ｂの表面に、微細流路及びスルーホール形状を形成可能な凸部を設け、プラスチック材料２２にこれらの形状を転写させる。
【００４７】
これにより、図４（ａ−２），（ｂ−２）に示すように、微細流路及びスルーホールを備えた１対の射出成形基板２３，２４が得られる。そして、図４（ｃ）に示すように、これら基板２３，２４を、例えば、熱や接着剤などによって貼り合わせる。これにより、図４（ｄ）に示すように、合流位置が、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なる２対のシース液導入流路を備えたマイクロチップ２５を製造することができる。
【００４８】
このように、本実施形態のマイクロチップは、片面金型による射出成形及び基板貼り合わせプロセスにより製造することが可能であるため、流路幅及び流路深さが１ｍｍ以下であっても、低コストで大量生産することができる。また、本実施形態のマイクロチップは、検出光の焦点位置に、測定対象の試料（微小粒子など）を、正確かつ安定した速度で通過させることができるため、高感度でかつ高精度の分析が可能であり、安定した分取作業を実現することができる。
【００４９】
なお、本実施形態のマイクロチップにおける上記以外の構成及び効果は、前述した第１及び第２の実施形態と同様である。また、本実施形態においては、プラスチック材料を使用して射出成形する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、低融点ガラスを用いた射出成形や紫外線硬化樹脂を用いたナノインプリント技術を適用することもできる。
【００５０】
更に、本実施形態のマイクロチップは、図８に示すようなＦＡＣＳ装置に限らず、例えばＤＮＡ解析装置、質量分析装置、リアルタイムでの細胞観察装置など、測定（観察）対象の試料の位置及び速度を制御する必要がある装置全般に適用することができる。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の実施例として、図３に示す流路構造に、サンプル液及びシース液を流したときの各液の通流状態について、コンピュータシミュレーションによる流体解析を行った。図５（ａ）及び（ｂ）はその流体解析モデルを示す図である。また、図６は流体解析における境界条件及び流体解析結果を示す図であり、図７は図６に示す流路を先端部の矢印方向から見た拡大図である。なお、図６，７には微細流路内をサンプル液流が流れる様子（Stream Line）を示しており、その色はサンプル液流の流速を表しており、流速が遅い程青く、速くなるに従い赤くしている。
【００５２】
流体解析は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すモデルを使用し、米国ＡＮＳＹＳ社製ＡＮＳＹＳ−ＣＦＸにより行った。なお、計算の離散化に用いた要素数は３０万程度とした。また、図６に示すように、サンプル液の導入流量は１ｍｌ／時間、シース液の導入流量はそれぞれ１２ｍｌ／時間とし、排出部の圧力は１ａｔｍ（０．１ＭＰａ）とした。
【００５３】
図６，７に示すように、本実施例の流体解析の結果、流路構造を、図３に示す構成にすることにより、サンプル流の形状及び通流位置が、図９（ａ）に示す理想的な状態になることが確認された。
【符号の説明】
【００５４】
１、１２０ サンプル液
２ａ、２ｂ、１２１ シース液
１０ サンプル液導入流路
１１、１２ シース液導入流路
１３ 合流流路
１４ 絞込部
１５ 貼り合わせ面
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ 金型
２２ プラスチック材料
２３、２４ 基板
２５、１００ マイクロチップ
１０１ 流路
１０２ 回収液貯留部
１０３ 排液貯留部
１０４ 分取機構
１０５ 光源
１０６ コリメータレンズ
１０７ ダイクロックミラー
１０８ 対物レンズ
１０９ 回折格子
１１０ 検出器
１１１ 採取対象試料
１１２ 採取対象外試料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造、この流路構造を備えたマイクロチップ及び送流方法に関する。より詳しくは、化学的及び生物学的分析が行われるマイクロチップ内において、サンプル液の周囲をシース液で取り囲んだ状態で送液するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、細胞、微生物及びリポソームなどの生体関連微小粒子を識別する場合は、フローサイトメトリー（フローサイトメーター）を用いた光学的測定方法が利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。フローサイトメトリーは、流路内を１列になって通流する微小粒子に特定波長のレーザ光を照射し、各微小粒子から発せられた蛍光や散乱光を検出することで、複数の微小粒子を１個ずつ識別する方法である。
【０００３】
図８は従来のフローサイトメーターの構成を模式的に示す図である。例えば、図８に示すマイクロチップ型ＦＡＣＳ（Fluorescence Activated Cell Sorting）システムの場合、マイクロチップ１００に形成された流路１０１内に、試料１１１，１１２を含むサンプル液とシース液とを規定圧力（流速）で注入することで、試料１１１，１１２が一列となる流れを形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このシステムでは、光源１０５から出射された励起光１１３が、コリメータレンズ１０６、ダイクロックミラー１０７、対物レンズ１０８を介して、試料１１１，１１２に照射される。これにより各試料１１１，１１２から発せられた蛍光や散乱光などの戻り光１１４は、ダイクロックミラー１０７で分離された後、回折格子１０９で分光され、検出器１１０で検出される。
【０００５】
そして、検出器１１０で検出した光を電気的信号に変換して数値化し、統計解析を行うことにより、個々の試料１１１，１１２について、種類、大きさ及び構造などを判定する。また、解析結果に基づいて、試料１１１，１１２を分離し、回収する。その分取機構としては、圧電素子を使用するものや電磁バルブを使用するものなどがある。
【０００６】
例えば、図８に示すアクチュエータなどの可動デバイスを使用した分取機構１０４の場合、採取対象試料１１１であると判定されると、蛍光スペクトル、試料１１１の大きさ及び通流速度などに基づいて最適なタイミングが算出され、分取機構１０４に駆動信号が送信される。これにより、分取機構１０４が動作して、流路１０１の流れを変えて、試料１１１を回収液貯留部１０２に流入させる。また、採取対象外試料１１２であると判定された場合は、分取機構１０４は動作させずに、試料１１２を排液貯留部１０３に流入させる。
【０００７】
一方、特許文献１などに記載されている従来の流路構造は、サンプル液流を左右からシース液流で挟み込んで層流を形成しているが、従来、サンプル液流を四方から挟み込む流路構造も提案されている（特許文献２参照）。この特許文献２に記載の流路構造では、流路の中心部にサンプル液流を通流させることができるため、高精度での分析が可能となる。また、従来、流路内を通流する液体の流速を、流路断面内で均一にするため、流路中央部分に流速制御手段を設けたマイクロチップも提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１０７０９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２７６１１９号公報
【特許文献３】特開２００６−３２２８２２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】中内啓光監修，「細胞工学別冊 実験プロトコルシリーズ フローサイトメトリー自由自在」，第２版，株式会社秀潤社，２００６年８月３１日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図９（ａ）は理想的なサンプル液通流状態を示す図であり、図９（ｂ）はマイクロ流路内を通流する液の速度分布を示す図である。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図に相当する。図８に示す分析チップ１００のように、測定領域と分取領域（分取機構１０４）とが離れた位置に設けられている場合、分取領域において試料１１１，１１２の位置を特定するためには、これらがマイクロ流路１０１内を一定速度で通流していることが望ましい。
【００１１】
一方、図９（ｂ）に示すように、マイクロ流路１０１内を通流する液は、ハーゲン・ポアズイユの原理により、壁面で遅く中心部で速い速度分布をもつ。このため、図９（ａ）に示すように、マイクロ流路１０１内に所望の速度でシース液を流し、その中心部にのみサンプル液を流すことにより、壁面からのダメージを受けずに、試料１１１，１１１２を一定速度で通流させることができる。
【００１２】
しかしながら、実際には、図９（ａ）に示すような流路１０１の中心部のみを通過するサンプル液流を形成することは難しい。図１０（ａ）は従来の送流方法を模式的に示す平面図であり、図１０（ｂ）はそのＣ−Ｃ線による断面図である。また、図１１は図１０に示す送流方法においてシース液の流量を多くしたときのサンプル液の状態を示す図である。図１０（ａ）及び（ｂ）に示すサンプル液１２０をシース液１２１で挟み込む従来の送流方法では、分析速度を上げるためにシース液１２１の流量を増やすと、図１１に示すように、シース液１２１によってサンプル液１２０の中央部分が押しつぶされてしまう。
【００１３】
このように、サンプル液流の形状が歪になるとハーゲン・ポアズイユの原理により、サンプル流中心部と最端部とでは流速に違いが生じ、微小粒子などの試料を同じ速度で流すことが困難になる。このため、特に検出部よりも下流側で試料（微小粒子など）の分取を行う場合には、分取精度が低下するという問題点が生じる。また、検出部のビームスポットも、焦点から離れた位置になるほどビーム強度が低下するため、検出信号の感度低下や検出精度のばらつきが発生して、分析精度が低下するという問題点がある。
【００１４】
一方、特許文献３に記載のマイクロチップは、流路内に流速制御手段を設けて、液の通流速度の均一化を図っているが、流路中心部に制御板を設けているため、その近傍において微小な乱流（撹拌作用）が生じ、サンプル液流が拡散するという問題点がある。また、このように流路中心に制御板を設けると、測定対象の試料（微小粒子など）が流路壁面と接触し、ダメージを受けるという問題点もある。更に、フローサイトメーターのように高速で分析を行う装置においては、サンプル液流及びシース液流を高速で送液する必要があるため、制御板近傍における乱流が顕著になり、送液安定性が低下するという問題点もある。
【００１５】
一方、光検出エリアにおいては、流路壁面散乱による迷光の影響を抑えるため、壁面を遠ざける必要がある。このため、特許文献３に記載のマイクロチップには、光検出エリア近傍に制御板を設置することができないという問題点もある。また、特許文献３に記載のマイクロチップにおいて、流路内の流速が均一に近い状態になるのは、液が制御板を通過した直後のみであり、制御板が設けられていないエリアでは、液体の粘性により生じる剪断力の影響で、初期の速度分布に戻ってしまう。
【００１６】
そして、この初期状態に戻る距離は、液体の流速が速くなるほど短くなるため、サンプル液及びシース液を高速で送液するフローサイトメーターなどの高速の分析用途の場合、特許文献３に記載されているような流路構成は不向きである。更に、この特許文献３に記載のマイクロチップをフローサイトメーターに適用しても、サンプル液流をマイクロ流路の中心部に集め、試料（微小粒子など）を高精度で検出することは困難である。
【００１７】
そこで、本発明は、検出用マイクロ流路の中心部のみにサンプル液流を形成することができる流路構造、マイクロチップ及び送流方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る流路構造は、試料を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、該サンプル液導入流路にその両側から合流して、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する２対のシース液導入流路と、を有し、各流路の幅及び深さが１ｍｍ以下であり、かつ、各シース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路に合流する位置が、送液方向及び流路深さ方向において相互に異なるものである。
本発明においては、送液方向及び流路深さ方向を変えて、２段階でシース液を導入しているため、シース液の流速が遅い流路中心部分にサンプル液を通流させることができる。これにより、サンプル液の通流位置及び速度が安定する。
この流路構造では、上流側で合流する第１のシース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路よりも流路深さが深く、かつその底面がサンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されていてもよく、その場合サンプル液流の側方及び上方にシース液を導入することができる。
また、下流側で合流する第２のシース液導入流路対は、その上面が前記サンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されていてもよく、その場合、サンプル液流の下方にもシース液を導入することができる。
更に、前記第２のシース液導入流路対の合流部よりも下流側に、流路径が段階的に小さくなる絞込部が設けられていてもよい。
【００１９】
本発明に係るマイクロチップは、前述した流路構造を備えたものである。
本発明においては、合流位置が送液方向及び流路深さ方向において相互に異なる２対のシース液導入流路を備えているため、サンプル液の通流位置及び速度が安定している。このため、高精度で安定した分析及び分取を行うことができる。
このマイクロチップは、例えば、射出成形された２枚の基板を積層することにより形成することができる。
【００２０】
本発明に係る送流方法は、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成する。
本発明においては、シース液の通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液が通流することとなるため、サンプル液の通流位置及び速度が安定し、流路の中心部に良好な形状のサンプル液流が形成される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、送液方向における位置及び流路深さ方向における位置を変えて、２段階でシース液を導入しているため、検出用マイクロ流路の中心部のみにサンプル液流を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る送流方法を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。
【図２】図１に示す送流方法におけるサンプル液の状態を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る流路構造を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るマイクロチップの製造方法をその工程順に示す図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例における流体解析モデルを示す図である。
【図６】流体解析における境界条件及び流体解析結果を示す図である。
【図７】図６に示す流路を先端部の矢印方向から見た拡大図である。
【図８】従来のフローサイトメーターの構成を模式的に示す図である。
【図９】（ａ）は理想的なサンプル液通流状態を示す図であり、（ｂ）はマイクロ流路内を通流する液の速度分布を示す図である。
【図１０】（ａ）は従来の送流方法を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線による断面図である。
【図１１】図１０に示す送流方法においてシース液の流量を多くしたときのサンプル液の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す各実施形態に限定されるものではない。また、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態 （送流方法の例）
２．第２の実施の形態 （流路構造の例）
３．第３の実施の形態 （マイクロチップの例）
【００２４】
＜１．第１の実施の形態＞
［送流方法の概要］
先ず、本発明の第１の実施形態に係る送流方法について説明する。図１（ａ）は本実施形態の送流方法を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線による断面図、図１（ｃ）はＢ−Ｂ線による断面図である。また、図２は図１に示す送流方法におけるサンプル液の通流状態を示す図である。図１（ａ）に示すように、本実施形態の送流方法では、サンプル液１をシース液２ａ，２ｂで挟み込んで層流を形成する際に、シース液を２回に分けて合流させる。
【００２５】
［第１の合流］
具体的には、先ず、所定速度で通流するサンプル液１の両側から、シース液２ａを、その通流上面がサンプル液１の通流上面よりも高くなるようにして合流させる。これにより、図１（ｂ）に示すように、サンプル液１の側方及び上方にシース液２が通流するようになる。なお、この第１の合流におけるサンプル液１及びシース液２ａの流速（流量）などは特に限定されるものではないが、乱流を生じない程度、具体的にはレイノルズ数が１０００以下となるような範囲にすることが望ましい。これにより、マイクロ流路内部において乱流の影響を低減し、安定した流れ（層流）を維持することができる。
【００２６】
なお、レイノルズ数Ｒｅとは、乱流及び層流の判断の指標となる値であり、下記数式１により求められる。下記数式１において、Ｕは液体の流速、Ｌは流路の断面長さ、νは液体の動粘弾性係数である。
【００２７】
【数１】
【００２８】
［第２の合流］
次に、シース液２ｂを、その通流上面がサンプル液１の通流下面と同じ高さになるようにして合流させる。これにより、図１（ｃ）に示すように、サンプル液１の下方にシース液２ｂが通流するようになるため、サンプル液１は、その周囲をシース液２ａ，２ｂで取り囲まれ、流路の中心部を安定して通流するようになる。
【００２９】
また、本実施形態の送流方法を、フローサイトメーターのように流路の中心部にのみサンプル液を通流させたい装置に適用する場合は、シース液２ｂにおける流速（流量）などの条件は、先に合流したシース液２ａと同じにすることが望ましい。一方、意図的に流路の中心部を避けてサンプル液を通流させたい装置に適用する場合は、シース液２ａとシース液２ｂとで流速（流量）などの条件を変えることにより、サンプル液１の通流位置を制御することが可能となる。
【００３０】
このように本実施形態の送流方法では、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成しているため、図２に示すように、シース液２ａ，２ｂの通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液１が通流することとなる。これにより、サンプル液１を挟み込むシース液２ａ，２ｂの慣性力の影響を軽減することができるため、サンプル液流の形状に歪みが生じることを抑制できる。
【００３１】
同様に、シース液２ａ，２ｂ及びサンプル液の流速を変化させた場合においても、サンプル液流の形状に歪みが生じることを抑制できるため、フローサイトメーターのような高速で分析を行う機器においても有効な手段となる。即ち、本実施形態の送流方法を適用することにより、検出用マイクロ流路の中心部のみに、サンプル液流を形成することが可能となるため、通流位置及び速度が安定し、高精度な分析を実現することができる。
【００３２】
＜２．第２の実施の形態＞
［流路構造の概要］
次に、本発明の第２の実施形態に係る流路構造について説明する。図３は本実施形態の流路構造を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、本実施形態の流路構造は、前述した第１の実施形態の送流方法を実現するものであり、一方向に伸びるサンプル液導入流路１０と、このサンプル液導入流路１０に両側から合流する２対のシース液導入流路１１，１２とを備えている。そして、２対のシース液導入流路１１，１２がサンプル液導入流路１０に合流する位置は、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なっている。
【００３３】
［サンプル液導入流路１０］
サンプル液導入流路１０は、測定対象の試料を含有するサンプル液を導入するためのものであり、例えば、送液方向Ｙに垂直な断面が矩形状で、幅が１ｍｍ以下、深さが１ｍｍ以下とすることができる。このようなマイクロ空間においては、液体の粘性効果が生じやすいため、ハーゲン・ポアズイユの原理が支配的となり、安定した層流が形成される。
【００３４】
［第１のシース液導入流路１１］
第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０に合流して、サンプル液の周囲にシース液を導入するものであり、サンプル液導入流路１０の両側に１本ずつ設けられている。これらシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０を軸として線対称となっており、その底面はサンプル液導入流路１０の底面と同一平面上に、上面はサンプル液導入流路１０よりも上方に形成されている。
【００３５】
即ち、第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０よりも、流路深さが深くなっており、これにより、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成することができる。また、これら第１のシース液導入流路１１は、サンプル液導入流路１０との合流部よりも上流側の部分について、例えば、シース液通流方向に垂直な断面を矩形状とし、その幅を１ｍｍ以下、深さを１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３６】
［第２のシース液導入流路１２］
第２のシース液導入流路１２は、サンプル液導入流路１０と第１のシース液導入粒度１１とが合流した後の合流流路１３に合流して、サンプル液の周囲、特にサンプル液の下方にシース液を導入するものである。これら第２のシース液導入流路１２は、合流流路１３の両側に１本ずつ設けられており、合流流路１３を軸として線対称なっている。
【００３７】
また、各シース液導入流路１２は、その上面が合流流路（サンプル液導入流路１０，第１のシース液導入流路１１）の底面と同一平面上にあり、下側から合流流路１３に合流するようになっている。これにより、サンプル液流の下方にもシース液流が形成され、サンプル液流の周囲全てがシース液流で囲まれ、サンプル液が流路の中心を通流するようになる。
【００３８】
更に、第２のシース液導入流路１２は、前述した第１のシース液導入流路１１と同様に、合流流路１３との合流部よりも上流側の部分について、例えば、シース液通流方向に垂直な断面を矩形状とし、その幅を１ｍｍ以下、深さを１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
［絞込部１４］
本実施形態の流路構造においては、合流流路１３と第２のシース液導入流路１２とが合流する位置、又はそれよりも下流側に、下流側になるに従い流路幅が小さくなる絞込部１４を設けてもよい。このように、合流後に流路幅を絞り込む構成にすると、サンプル液導入流路１０の幅を大きく設計することができるため、試料が微小粒子であった場合でも目詰まり発生を防止することができる。更に、このような絞込部１４を設けることで、サンプル液及びシース液が層流を形成している状態で、その通流幅を任意の大きさに調節することが可能となるため、測定光の照射精度を向上させることもできる。
【００４０】
［サンプル液の通流状態について］
本実施形態の流路構造では、サンプル液導入流路１０から所定の流速（流量）でサンプル液を導入すると共に、シース液導入流路１１，１２から所定の流速（流量）でシース液を導入する。そうすると、先ず、サンプル液導入流路１０を通流するサンプル液が、第１のシース液導入流路１１を通流するシース液によって、流路幅方向Ｘに挟み込まれる。これにより、サンプル液導入流路１０と第１のシース液導入流路１１との合流部において、サンプル液流の側方及び上方にシース液流が形成される。
【００４１】
次に、合流流路１３を通流するサンプル液が、第２のシース液導入流路１２を通流するシース液により、流路幅方向Ｘに挟み込まれる。これにより、合流流路１３と第２のシース液導入流路との合流部において、サンプル液流の下方にもシース液流が形成され、サンプル液は流路中央部を安定して通流するようになる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態の流路構造では、合流位置が、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なる２対のシース液導入流路を設けているため、サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成することができる。これにより、図２に示すように、シース液２ａ，２ｂの通流速度が遅い谷間の部分にサンプル液１が通流することとなり、サンプル液１の通流位置及び速度が安定する。その結果、流路の中心部に歪みのない良好な形状のサンプル液流を形成することができる。
【００４３】
また、本実施形態の流路構造は、例えば、フローサイトメトリーなどで使用されるマイクロチップ、ＤＮＡの分析装置に使用される分析チップ、微小空間で化学合成などを行うマイクロリアクターチップなどに適用することができる。例えば、フローサイトメーターに適用する場合、流路中心部にのみサンプル液流を形成することができれば、サンプル液流の流速を均一にすることができるだけでなく、光検出部の焦点位置にピンポイントで測定対象の試料（微小粒子など）を流し込むことが可能となる。
【００４４】
＜３．第３の実施の形態＞
［マイクロチップの構成］
次に、本発明の第３の実施形態に係るマイクロチップについて説明する。本実施形態のマイクロチップは、内部に前述した第２の実施形態の流路構造が形成されており、例えばマイクロチップ型ＦＡＣＳシステムなどに使用される。その材質としては、例えば、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane）、ガラス及びシリコン等が挙げられる。その中でも、加工性に優れ、成形装置を使用して安価に複製することができることから、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリプロピレン等のプラスチック材料で形成することが好ましい。
【００４５】
［マイクロチップの製造方法］
このマイクロチップは、例えば、図３に示す合流流路１３、サンプル液導入流路１０、第１のシース液導入流路１１の底面を貼り合わせ面１５とすることで、片面金型による射出成形及び基板貼り合わせプロセスにより、容易に製造することができる。以下、本実施形態のマイクロチップの製造方法について、片面金型を用いて、プラスチック製のマイクロチップを製造する場合を例にして説明する。
【００４６】
図４は本実施形態のマイクロチップの製造方法をその工程順に示す図である。図４に示すように、本実施形態のマイクロチップを製造する際は、先ず、図４（ａ−１）示す上面用金型２０ａ，２０ｂと、図４（ｂ−１）に示す下面用金型２１ａ，２１ｂとを使用して、プラスチック材料２２を射出成形する。このとき、一方の金型２０ａ，２１ｂの表面に、微細流路及びスルーホール形状を形成可能な凸部を設け、プラスチック材料２２にこれらの形状を転写させる。
【００４７】
これにより、図４（ａ−２），（ｂ−２）に示すように、微細流路及びスルーホールを備えた１対の射出成形基板２３，２４が得られる。そして、図４（ｃ）に示すように、これら基板２３，２４を、例えば、熱や接着剤などによって貼り合わせる。これにより、図４（ｄ）に示すように、合流位置が、送液方向Ｙ及び流路深さ方向Ｚにおいて相互に異なる２対のシース液導入流路を備えたマイクロチップ２５を製造することができる。
【００４８】
このように、本実施形態のマイクロチップは、片面金型による射出成形及び基板貼り合わせプロセスにより製造することが可能であるため、流路幅及び流路深さが１ｍｍ以下であっても、低コストで大量生産することができる。また、本実施形態のマイクロチップは、検出光の焦点位置に、測定対象の試料（微小粒子など）を、正確かつ安定した速度で通過させることができるため、高感度でかつ高精度の分析が可能であり、安定した分取作業を実現することができる。
【００４９】
なお、本実施形態のマイクロチップにおける上記以外の構成及び効果は、前述した第１及び第２の実施形態と同様である。また、本実施形態においては、プラスチック材料を使用して射出成形する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、低融点ガラスを用いた射出成形や紫外線硬化樹脂を用いたナノインプリント技術を適用することもできる。
【００５０】
更に、本実施形態のマイクロチップは、図８に示すようなＦＡＣＳ装置に限らず、例えばＤＮＡ解析装置、質量分析装置、リアルタイムでの細胞観察装置など、測定（観察）対象の試料の位置及び速度を制御する必要がある装置全般に適用することができる。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の実施例として、図３に示す流路構造に、サンプル液及びシース液を流したときの各液の通流状態について、コンピュータシミュレーションによる流体解析を行った。図５（ａ）及び（ｂ）はその流体解析モデルを示す図である。また、図６は流体解析における境界条件及び流体解析結果を示す図であり、図７は図６に示す流路を先端部の矢印方向から見た拡大図である。なお、図６，７には微細流路内をサンプル液流が流れる様子（Stream Line）を示しており、その色はサンプル液流の流速を表しており、流速が遅い程青く、速くなるに従い赤くしている。
【００５２】
流体解析は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すモデルを使用し、米国ＡＮＳＹＳ社製ＡＮＳＹＳ−ＣＦＸにより行った。なお、計算の離散化に用いた要素数は３０万程度とした。また、図６に示すように、サンプル液の導入流量は１ｍｌ／時間、シース液の導入流量はそれぞれ１２ｍｌ／時間とし、排出部の圧力は１ａｔｍ（０．１ＭＰａ）とした。
【００５３】
図６，７に示すように、本実施例の流体解析の結果、流路構造を、図３に示す構成にすることにより、サンプル流の形状及び通流位置が、図９（ａ）に示す理想的な状態になることが確認された。
【符号の説明】
【００５４】
１、１２０ サンプル液
２ａ、２ｂ、１２１ シース液
１０ サンプル液導入流路
１１、１２ シース液導入流路
１３ 合流流路
１４ 絞込部
１５ 貼り合わせ面
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ 金型
２２ プラスチック材料
２３、２４ 基板
２５、１００ マイクロチップ
１０１ 流路
１０２ 回収液貯留部
１０３ 排液貯留部
１０４ 分取機構
１０５ 光源
１０６ コリメータレンズ
１０７ ダイクロックミラー
１０８ 対物レンズ
１０９ 回折格子
１１０ 検出器
１１１ 採取対象試料
１１２ 採取対象外試料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、
該サンプル液導入流路にその両側から合流して、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する２対のシース液導入流路と、を有し、
各流路の幅及び深さが１ｍｍ以下であり、
かつ、各シース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路に合流する位置が、送液方向及び流路深さ方向において相互に異なる流路構造。
【請求項２】
上流側で合流する第１のシース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路よりも流路深さが深く、かつその底面がサンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されており、サンプル液流の側方及び上方にシース液を導入する請求項１に記載の流路構造。
【請求項３】
下流側で合流する第２のシース液導入流路対は、その上面が前記サンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されており、サンプル液流の下方にシース液を導入する請求項１又は２に記載の流路構造。
【請求項４】
前記第２のシース液導入流路対の合流部よりも下流側に、流路径が段階的に小さくなる絞込部が設けられている請求項３に記載の流路構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流路構造を備えたマイクロチップ。
【請求項６】
射出成形された２枚の基板を積層して形成された請求項５に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成する送流方法。
【請求項１】
試料を含むサンプル液が通流するサンプル液導入流路と、
該サンプル液導入流路にその両側から合流して、前記サンプル液の周囲にシース液を導入する２対のシース液導入流路と、を有し、
各流路の幅及び深さが１ｍｍ以下であり、
かつ、各シース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路に合流する位置が、送液方向及び流路深さ方向において相互に異なる流路構造。
【請求項２】
上流側で合流する第１のシース液導入流路対は、前記サンプル液導入流路よりも流路深さが深く、かつその底面がサンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されており、サンプル液流の側方及び上方にシース液を導入する請求項１に記載の流路構造。
【請求項３】
下流側で合流する第２のシース液導入流路対は、その上面が前記サンプル液導入流路の底面と同一平面上に形成されており、サンプル液流の下方にシース液を導入する請求項１又は２に記載の流路構造。
【請求項４】
前記第２のシース液導入流路対の合流部よりも下流側に、流路径が段階的に小さくなる絞込部が設けられている請求項３に記載の流路構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の流路構造を備えたマイクロチップ。
【請求項６】
射出成形された２枚の基板を積層して形成された請求項５に記載のマイクロチップ。
【請求項７】
サンプル液流の上方及び側方にシース液流を形成した後、サンプル液流の下方にシース液流を形成する送流方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１４５１８５（Ｐ２０１１−１４５１８５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４５９（Ｐ２０１０−６４５９）
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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