試料操作素子
【課題】 試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上することが可能な試料操作素子を提供する。
【解決手段】 操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材３０とを備えて試料操作素子を構成する。また、シート部材３０は、その下面側に、下部基板の載置面との間で試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部３１と、下部基板の載置面に対してシート部材３０の下面を密着させる際に、下部基板と上部シート部材３０との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部３３とを有する。
【解決手段】 操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材３０とを備えて試料操作素子を構成する。また、シート部材３０は、その下面側に、下部基板の載置面との間で試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部３１と、下部基板の載置面に対してシート部材３０の下面を密着させる際に、下部基板と上部シート部材３０との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部３３とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作対象となる試料の微小空間内での封止操作、または微小流路内での移動操作などを行うための試料操作素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な微量液体の簡便な取扱い、あるいは、その反応プロセスの計測等を目的として、微量液体試料の操作を行うための微小成形加工された操作素子が提案されている。そのような素子の１つとして、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）と呼ばれるシリコーンゴムを材料としたシート部材を用い、凹状または溝状などの構造が下面側に形成されたシート部材を基板に密着させることで試料に対する微小な封止構造、流路構造等を構成する素子がある（試料操作素子については、特許文献１、２、非特許文献１〜３参照）。
【０００３】
このような素子では、試料を操作するための微小な操作構造に対応するパターンが形成されたマスクによって型を作製し、この型を用いてＰＤＭＳのシート部材を作製する。この方法では、マスクが繰り返し使用可能であること、マスクによって作製した型についても精度を保持したまま数回〜１０回程度の微小構造素子の作製に耐えること、等の利点がある。すなわち、上記構成の試料操作素子によれば、一度マスク、型を作ってしまえば、簡単な操作で同じ素子を繰り返し作製して、試料の操作に利用することができる。また、ＰＤＭＳのシート部材は、ガラス基板などの基板に対する吸着性が高く、基板及びシート部材を密着させることによる微小構造の作成に適している。また、このような素子は、ＰＤＭＳ以外の材料によるシート部材を用いても同様に構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３９１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４０５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Rondelez et al.,"Highly coupled ATP synthesis by F1-ATPase single molecules", NatureVol.433 (2005) pp.773-777
【非特許文献２】Y. Rondelez et al.,"Microfabricated arrays of femtoliter chambers allow single moleculeenzymology", Nature Biotechnology Vol.23 (2005) pp.361-365
【非特許文献３】D. C. Duffy et al.,"Rapid Prototyping of Microfluidic Systems inPoly(dimethylsiloxane)", Anal. Chem. Vol.70 (1998) pp.4974-4984
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記したような基板とシート部材とを用いた試料操作素子において、その構造のさらなる微細化、高機能化がすすめられている。一方、このように素子が微細化、あるいはその構造が複雑化すると、基板とシート部材との間での充分な密着性の確保が難しいという問題が生じる可能性がある。これに対して、シート部材を基板に押し付けることで密着性を高める方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、例えば操作対象の試料自体に影響を与える可能性があること等を考慮すると、基板とシート部材との密着は慎重に行う必要がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上することが可能な試料操作素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明による試料操作素子は、（１）操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、（２）下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、（３）上部シート部材は、その下面側に、下部基板の載置面との間で試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部と、下部基板の載置面に対して上部シート部材の下面を密着させる際に、下部基板と上部シート部材との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記した試料操作素子においては、基板に対して密着性を有する所定材料からなる上部シート部材を、下部基板の載置面上に配置して操作素子を構成する。そして、シート部材の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造として機能する第２凹状構造部を設けている。このように、基板とシート部材との間で操作構造とは別に排出構造を設けることにより、基板とシート部材とを密着させる際の妨げとなる気体または液体が、この排出構造を介して外部へと逃げることとなり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【００１０】
ここで、基板とシート部材との間で第２凹状構造部によって形成される排出構造は、上部シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、または上部シート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような構成によれば、基板とシート部材とを密着させる際に、気体または液体を排出通路構造によって好適に外部へと逃がすことができる。
【００１１】
また、基板とシート部材との間で第１凹状構造部によって形成される操作構造は、試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような微小封止空間構造、あるいは微小流路構造等を含む操作構造については、具体的には、その素子において目的とする試料の操作内容に応じて、適宜に設定することができる。
【００１２】
基板の載置面に密着して素子の上部を構成するシート部材の材料については、上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることが好ましい。特に、上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分かつ迅速に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の試料操作素子によれば、上部シート部材を下部基板の載置面に密着するように配置して素子を構成するとともに、シート部材の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造となる第２凹状構造部を設けることにより、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、それらを密着させる際に速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】基板及びシート部材からなる試料操作素子の作製方法を示す模式図である。
【図２】基板及びシート部材からなる試料操作素子の作製方法を示す模式図である。
【図３】微小封止構造を有する試料操作素子の使用例を示す図である。
【図４】微小流路構造を有する試料操作素子の構成例を示す図である。
【図５】試料操作素子における試料の封止状態について示す図である。
【図６】試料操作素子の第１実施形態の構成を示す平面図である。
【図７】試料操作素子の第２実施形態の構成を示す平面図である。
【図８】試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。
【図９】試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。
【図１０】試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。
【図１１】試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。
【図１２】試料操作素子の第５実施形態の構成を示す平面図である。
【図１３】試料操作素子の第６実施形態の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面とともに、本発明による試料操作素子の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１６】
本発明による試料操作素子は、試料に対する微小な封止構造、流路構造等の操作構造を有する素子であり、操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に配置される上部シート部材とによって構成される。また、上部シート部材の下面には、凹状または溝状などの微小構造が形成され、基板の載置面とシート部材の下面とが密着することで試料の操作構造が構成される。最初に、このような試料操作素子について、その作製方法、及び基本的な構成、使用形態について説明する。
【００１７】
ここで、以下においては、素子上部のシート部材を構成する材料については、主にＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane、ポリジメチルシロキサン）を用いる場合を例として説明する。ＭＥＭＳ技術を利用したＰＤＭＳの微細構造（マイクロ流路等）は、試料が微量ですむこと、他のデバイスと組み合わせて小型化できること、廉価であることなどにより、工業的な発展が期待されており、既に実用化されているものもある。
【００１８】
ＰＤＭＳは、モールディングによりサブミクロンの構造までが転写できること、自己吸着性があるので基板に貼り付けるだけでシールが可能であること、無色透明であること、自家蛍光もほとんど見られないこと、生体試料に対して悪影響を及ぼさないこと、等の利点を有する。ＰＤＭＳを用いた試料操作素子については、バイオ・化学分野では、マイクロ流路そのものに機能を持たせて発展を図ろうという試みもある。微小なポンプを組み込んだ立体的な流路の配置、部分的な酵素の添加による高機能化等がその例である。
【００１９】
図１、図２は、上記した下部基板、及び上部シート部材からなる試料操作素子の作製方法の一例を示す模式図である。この方法では、まず、図１（ａ）に示すように、シート部材作製用の型に用いられる基板８０を用意し、その上面上に、スピンコータによって、例えばＳＵ−８などの光硬化性樹脂８２を塗布する。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板８５上にマスクパターン８６が形成されたマスク８４を用い、基板８０上の光硬化性樹脂８２に対して、例えば水銀ランプからの光を照射してパターンの露光を行う。このとき、マスク８４のうちでマスクパターン８６が形成されていない光透過部分について、光硬化性樹脂８２での対応部分が硬化する。マスク８４の基板８５としては、例えば光透過性が高いＢＫ７、ソーダガラス、石英等の基板が用いられる。このようなマスク基板については、素子作製において目標とする空間分解能を考慮して選択することが好ましい。また、マスクパターン８６については、例えばクロム等の金属が用いられる。
【００２１】
パターンの露光後、図１（ｃ）に示すように、基板８０、及び光硬化性樹脂８２を加熱して硬化を促進させ、さらに、図１（ｄ）に示すように、現像及び洗浄を行って、光硬化性樹脂８２のうちで硬化しなかった部分を取り除く。これにより、基板８０上に光硬化性樹脂が硬化した凸状部８３が所定パターン（マスク８４でのパターンが転写されたパターン）で形成された型が完成する。
【００２２】
続いて、上記した基板８０及び凸状部８３からなる型を用いて、上部シート部材を作製する。ここでは、図２（ａ）に示すように、凸状部８３が形成された基板８０上に熱硬化性樹脂であるＰＤＭＳを塗布し、ＰＤＭＳを加熱して硬化させる。これにより、ＰＤＭＳによる上部シート部材２０が形成される。また、このシート部材２０では、その下面側で型の凸状部８３に対応する部分に凹状構造部２２が形成される。
【００２３】
凹状構造部２２を有するシート部材２０が完成したら、冷却後、図２（ｂ）に示すように、ＰＤＭＳが硬化した上部シート部材２０を型から引き剥がす。一方、このシート部材２０とは別に、その上面１２が操作対象の試料の載置面となる下部基板１０を用意する。そして、図２（ｃ）に示すように、この基板１０上にシート部材２０を載せることで試料操作素子とする。上部シート部材２０は、その下面が、下部基板１０の載置面１２と密着するように配置される。また、このとき、シート部材２０の下面側に形成された凹状構造部２２により、基板１０の載置面１２とシート部材２０の下面との間で、試料の操作を行うための操作構造２３が形成される。下部基板１０としては、例えば観察用のガラス基板（スライドグラス）を用いることができる。
【００２４】
このような作製方法では、基板１０とシート部材２０との間での凹状構造部２２による操作構造パターンは、シート部材２０の型作製に用いられるマスク８４のマスクパターン８６によって任意に設定することができる。この方法は、微細構造の廉価な製作技術であり、例えばバイオセンサ等のチップとして発展が期待されている技術である。
【００２５】
ここで、シート部材２０に形成される凹状構造部２２の深さは、図１（ｂ）の工程における水銀ランプでの露光時間等によって設定される。また、シート部材２０の厚さは、図２（ａ）の工程における樹脂の塗布厚さによって設定される。このようなシート部材２０の厚さは、操作素子の具体的な構成に応じて、例えば１０μｍ程度から、数ｍｍあるいは数ｃｍ程度になる場合もある。なお、シート部材の作製については、図１、図２に示した方法以外にも、例えばマスクを用いないタイプの専用装置を用いる場合など、具体的には様々な方法、作製装置を用いることが可能である。
【００２６】
試料操作素子に設けられる微小操作構造としては、具体的には例えば、試料に対して所定サイズ（好ましくは最大幅１ｍｍ以下のサイズ）の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造（試料を封止するマイクロチャンバ）を用いることができる。図３は、微小封止構造を有する試料操作素子の使用例を示す図である。
【００２７】
この使用例では、まず、図３（ａ）に示すように、下部基板１０の載置面１２上に、操作用の磁性ビーズを取り付けた分子機械９２が調整された試料溶液９０をあらかじめ用意しておく。この状態で、図３（ｂ）に示すように、平面構造が円形となる微小な凹状構造部２２が下面側に複数形成された上部シート部材２０を、基板１０上に配置する。これにより、図３（ｃ）に示すように、基板１０とシート部材２０との間で凹状構造部２２による封止構造であるマイクロチャンバ２３が構成され、このマイクロチャンバ２３内に分子機械９２を含む試料溶液９０が封止される。
【００２８】
また、試料操作素子に設けられる微小操作構造の他の例としては、試料に対して所定幅（好ましくは１ｍｍ以下の幅）の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造（試料を流すマイクロ流路）を用いることができる。図４は、微小流路構造を有する試料操作素子の構成例を示す図である。
【００２９】
この構成例では、基板１０上に配置されるシート部材２０の下面側に溝状の凹状構造部２４が形成されており、この凹状構造部２４によって流路構造であるマイクロ流路が構成されている。また、この凹状構造部２４は、試料溶液が入力される入力流路部２４１と、入力流路部２４１からの試料溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部２４２及び第２出力流路部２４３とを有している。これにより、本構成例の試料操作素子はソータ型の構成となっている。
【００３０】
入力流路部２４１の端部には、シート部材２０を上面から下面へと貫通する貫通孔からなる入力口２４６が設けられており、この入力口に試料溶液入力用の入力チューブ２５１が接続されている。また、出力流路部２４２、２４３の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口２４７、第２出力口２４８が設けられており、これらの出力口に出力チューブ２５２、２５３が接続されている。
【００３１】
なお、上記構成において、入力口２４６、及び出力口２４７、２４８へのチューブ２５１、２５２、２５３の取り付けは、例えば特殊な治具を用いて行われる。また、このようにチューブ等を取り付ける構成では、好ましくはシート部材２０として、数ｍｍ程度の厚い部材が用いられる。また、各流路での入力溶液、出力溶液の流量については、例えば高性能ポンプによってコントロールすることができる。一般的には、出力流路部２４２、２４３からの流路は、そのまま検出器の入力系に誘導されることになるが、微小流路の各部分で溶液の成分の計測あるいは弁別を行う場合もある。今後、試料操作素子のそのような使用法が増加していくものと考えられる。
【００３２】
上記したように基板１０とシート部材２０とによって構成される試料操作素子では、その構造の微細化、複雑化に伴って、基板とシート部材との間での充分な密着性の確保が難しくなるという問題が生じる。図５は、微小封止構造を有する試料操作素子における試料の封止状態について示す図である。ここでは、試料の操作構造として直径１０μｍ、容量約１ｐＬのマイクロチャンバが複数形成されたＰＤＭＳによるシート部材２０を上記方法でモールディングによって作製し、そのシート部材２０を用いてガラス基板１０上に用意された分子機械の試料溶液の封止を行った例を示している。
【００３３】
図５において、図５（ａ）は、複数のマイクロチャンバが形成されたＰＤＭＳシート部材２０の平面構造の光学顕微鏡像を示している。また、図５（ｂ）は、基板１０上の試料溶液の封止を行った状態でのマイクロチャンバの拡大光学顕微鏡像を示している。なお、図５（ｂ）中において、黒い点は、分子機械操作のために添加してある直径０．７μｍの磁性ビーズである。
【００３４】
この例では、本来は基板に対する吸着性が高いＰＤＭＳシート部材であるが、マイクロチャンバの縁部において基板とシート部材との間に溶液が残留して、その密着が実現していないことがわかる。このような場合、シート部材を上方から機械的に押さえ付けて溶液を抜く方法が考えられるが、μｍの領域では、それによって生じる機械的な圧力や溶液の流れによって試料溶液中の分子機械が基板から外れてしまうなど、試料自体に影響が出る可能性がある。また、このような基板とシート部材との密着の問題は、シート部材が薄くなった場合に顕著になると考えられる。また、このような問題は、上記したような基板とシート部材との間での液体の残留に限らず、気体（ガス）が残留する場合にも同様な問題を生じる可能性がある。
【００３５】
一方、ＰＤＭＳによるシート部材の加工において、オゾンあるいはプラズマ処理、パリレン蒸着などの表面処理によって、ガラス基板への吸着性の向上、疎水面への吸着、有機溶媒への耐性の向上等が行われる場合がある。しかしながら、これらの方法を用いた場合でも、下部基板の載置面と上部シート部材の下面とを密着させる際に、基板とシート部材との間に残留して密着の妨げとなる気体または液体を完全に排除することは難しい。本発明による試料操作素子は、このような場合においても、素子を構成する基板とシート部材との良好な密着を実現するものである。
【００３６】
図６は、本発明による試料操作素子の第１実施形態の構成を示す平面図である。以下に示す各実施形態においては、試料操作素子を構成する下部基板１０、及び上部シート部材のうちで、シート部材の平面構造、特に、シート部材の下面側に形成される凹状構造部のパターンによって、操作素子の構成について説明する。各実施形態におけるシート部材の断面構造、シート部材と基板１０との密着による試料操作素子の全体構成、及びその作製方法等については、図１〜図４に関して説明したものと同様である。
【００３７】
図６において、図６（ａ）は、本実施形態によるシート部材３０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部３１のパターン構造を示し、図６（ｂ）は、第２凹状構造部３３のパターン構造を示し、図６（ｃ）は、第１、第２凹状構造部３１、３３を含むシート部材３０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をリアクタ型の構成とした例を示している。
【００３８】
シート部材３０の下面側に設けられる凹状構造部のうちで、第１凹状構造部３１は、下部基板１０の載置面１２との間で試料の操作を行う操作構造（図２（ｃ）における操作構造２３を参照）を形成するためのものである。本実施形態では、第１凹状構造部３１は、それぞれ試料溶液が入力される第１入力流路部３１１及び第２入力流路部３１２と、入力流路部３１１、３１２からの試料溶液が合流して、それらの反応路となる中間流路部３１３と、中間流路部３１３からの試料溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部３１４及び第２出力流路部３１５とによって構成されている。
【００３９】
入力流路部３１１、３１２の中間流路部３１３とは反対側の端部には、それぞれシート部材３０を上面から下面へと貫通する貫通孔からなる第１入力口３２１、第２入力口３２２が設けられている。また、出力流路部３１４、３１５の中間流路部３１３とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口３２４、第２出力口３２５が設けられている。これらの入力口３２１、３２２、出力口３２４、３２５の貫通孔は、２重露光、あるいは後からの加工等の方法によってシート部材３０に形成される。
【００４０】
上部シート部材３０の下面側に第１凹状構造部３１として形成されたこれらの各流路部により、下部基板との間で、試料の操作構造として、試料に対して微小流路（好ましくは幅１ｍｍ以下の流路）内で移動操作を行うための溝状の流路構造が形成される。このような流路構造の構成条件は、例えば、流路の幅が１００μｍ程度、入力口及び出力口の貫通孔の直径が５ｍｍ程度である。これらの流路幅などの流路構造の具体的な構成条件は、各操作素子の目的に応じて適宜設定、変更される。
【００４１】
このような第１凹状構造部３１に対して、第２凹状構造部３３は、下部基板１０の載置面１２に対して上部シート部材３０の下面を密着させる際に、基板１０とシート部材３０との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造（気体または液体の排出流路）を、第１凹状構造部３１とは物理的に干渉しないパターンで付加的に形成するためのものである。このような凹状構造部３３による排出構造は、好ましくは、シート部材３０の所定の側面から同一または他の側面まで延びる所定幅（好ましくは１ｍｍ以下の幅）の溝状の通路構造によって構成される。
【００４２】
本実施形態では、第２凹状構造部３３は、シート部材３０の図中の左辺及び流路部３１１、３１２によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３１と、シート部材３０の上辺及び流路部３１１、３１３、３１４によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３２と、シート部材３０の下辺及び流路部３１２、３１３、３１５によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３３と、シート部材３０の右辺及び流路部３１４、３１５によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３４とによって構成されている。
【００４３】
これらの排出構造部３３１〜３３４は、それぞれ、シート部材３０の側面から同一の側面まで延びる複数の溝状の通路構造の集合体によって構成されている。このような通路構造の幅については、第１凹状構造部３１による流路構造と同様の幅としても良く、あるいは異なる幅としても良い。シート部材３０の型を作製する際のマスクにガラス基板を用いた場合、１０μｍ程度の幅の流路の設計が可能である。また、マスクに石英基板を用いた場合、１．５μｍ程度の幅の流路の設計が可能である。
【００４４】
上記実施形態による試料操作素子の効果について説明する。
【００４５】
図６に示した試料操作素子においては、下部基板１０に対して密着性を有する所定材料からなる上部シート部材３０を、基板１０の載置面上に配置して操作素子を構成する。そして、シート部材３０の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部３１に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造として機能する第２凹状構造部３３を設けている。このように、基板１０とシート部材３０との間で目的とする操作構造とは別に付加的な排出構造を設けることにより、基板とシート部材とを密着させる際の妨げとなる気体または液体が、この排出構造を介して外部へと逃げることとなり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【００４６】
このような第２凹状構造部３３による排出構造のパターンは、第１凹状構造部３１による操作構造のパターンと合わせて、シート部材３０の型作製に用いられるマスクでのマスクパターンによって任意に設定することができる。したがって、各操作素子での具体的な操作構造に対して好適な排出流路パターンとなるように設定することが可能である。
【００４７】
ここで、基板とシート部材との間で第２凹状構造部によって形成される排出構造は、上述したように、シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造を含むことが好ましい。また、一般には、第２凹状構造部による排出構造は、シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、またはシート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含む構成としても良い。このような構成によれば、下部基板と上部シート部材とを密着させる際に、余分な気体または液体を排出通路構造によって好適に外部へと逃がすことができる。
【００４８】
基板１０の載置面１２に密着して素子の上部を構成するシート部材３０の材料については、シリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム）を用いることが好ましい。特に、シート部材の材料としては、基板に対する密着性に優れる上述したＰＤＭＳを用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分かつ迅速に確保することができる。また、シート部材の材料については、上記以外にも、基板に密着して操作構造、排出構造を形成可能なものであれば様々な材料を用いて良い。そのような材料としては、例えば、ポリジエン系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエチレン等の合成樹脂、あるいは天然ゴム等が挙げられる。
【００４９】
図７は、試料操作素子の第２実施形態の構成を示す平面図である。図７において、図７（ａ）は、本実施形態によるシート部材３５における凹状構造部のうちで第１凹状構造部３６のパターン構造を示し、図７（ｂ）は、第２凹状構造部３７のパターン構造を示し、図７（ｃ）は、第１、第２凹状構造部３６、３７を含むシート部材３５の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造を反応槽型（反応井戸型）の構成とした例を示している。
【００５０】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部３６は、所定の２次元配列で形成されて平面形状がそれぞれ円形である複数の封止部（凹状部、円形ドット）３６１によって構成されている。上部シート部材３５の下面側のこれらの封止部３６１により、下部基板との間で、試料に対して微小空間（好ましくは最大幅１ｍｍ以下の空間、円形の場合は直径１ｍｍ以下の空間）内で封止操作を行うための凹状の封止構造が形成される。このような封止構造の構成条件は、例えば、凹状封止部３６１の円形ドットの直径が２μｍ程度、ドットの２次元での配列構造が６方格子状の配置、ドット間の６０°方向のピッチが４μｍ程度である。これらのドット直径などの封止構造の具体的な構成条件は、流路構造の場合と同様に、各操作素子の目的に応じて適宜設定、変更される。例えば、一般的には、試料を封止するマイクロチャンバとなる封止部３６１の直径は２μｍ〜１０μｍ程度に設定することができる。
【００５１】
このような第１凹状構造部３６に対して、第２凹状構造部３７は、ドット間を直線で結んだ六角形状の通路構造を２次元的に組み合わせた排出構造部３７１によって構成されている。この場合、排出構造部３７１における溝状の通路構造の幅は、好ましくは凹状封止部３６１の直径と同一の幅に設定される。また、このような排出構造部３７１では、図７（ｃ）において破線３８で例示するように、シート部材を切り出すことで、各通路構造の端部がシート部材の側面に露出し、これによって気体または液体の逃げ道となる排出流路が形成される。
【００５２】
これらの図６、図７に示したように、基板とシート部材との間で第１凹状構造部によって形成される操作構造については、試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような微小封止空間構造、あるいは微小流路構造等を含む操作構造については、具体的には、その素子において目的とする試料の操作内容に応じて、適宜に設定することができる。
【００５３】
また、図７に示すような封止構造を有するシート部材では、流路構造等のシート部材に比べて平面構造における対称性が高いため、大型のシートを作製しておき、それからシート部材を切り出して用いる場合がある。このような場合、上記のような六角形状の通路構造が組み合わされた排出構造部３７１は、試料を封止するマイクロチャンバの数は犠牲になるが、切り出したシート部材のどの辺からでも気体または液体の排出を充分に行うことができるという利点がある。
【００５４】
ただし、このような封止構造を有するシート部材においても、気体、液体の排出構造については、具体的には上記した六角形状の通路構造以外にも様々な構成を用いて良い。例えば、封止部３６１の円形ドットパターン間に設けた直線状の通路構造によって排出構造を構成しても良い。一般的には、シート部材の下面側における第１、第２凹状構造部のパターンを決定する型作製用のマスクパターンは、ＣＡＤによって設計されるが、例えば、このマスクパターン設計の際に、先に気体または液体の排出流路となる通路構造パターンを設計し、後からその間隙に封止構造パターンを配置しても良い。
【００５５】
また、図３に関して上述したように、基板の載置面上に試料溶液をあらかじめ用意しておき、その後に基板上にシート部材を設置してマイクロチャンバ内に試料溶液を封止する場合には、例えば、シート部材の全面に適当な力を加えつつ、シート部材の縁部において吸水性が高い濾紙などを用いて、排出構造から排出される溶液を吸い取ることにより、基板とシート部材との密着をより確実に実現することができる。また、基板とシート部材との間の気体を排出する場合には、例えば、シート部材を載置面上に設置した基板を真空チャンバ内に設置し、ある程度の真空状態とすることで残留気体、残留液体を排出する方法を用いることができる。
【００５６】
試料操作素子の実施例として、図７に示した構成の上部シート部材を、図１、図２に示した方法によって作製し、下部基板と組み合わせることで試料操作素子を作製した。この実施例では、まず、上面上にＳＵ−８がスピンコートされたシリコンウエハを用意し、図７（ｃ）に示した構成に対応するマスクパターンを有するマスクをシリコンウエハに接着させ、紫外線照射によるパターン露光を行った。ＳＵ−８を塗布する際のスピンコータの設定条件については、プレスピン１０００ｒｐｍで１０秒間保持、トップスピン４０００ｒｐｍで３０秒間保持した。
【００５７】
ソフトベーク（ホットプレート９０℃上で２分、オーブン９０℃中で１分）の後、露光は汎用の露光装置を用い、マスクをＳＵ−８に直接接触させて行った。その際、ＳＵ−８とマスク面とのスティッキングを避けるために、一般的に行われるプリベーキング（９０℃、２分）に加えて、９５℃オーブンで２分間のベーキングを追加的に行った。さらに、ワイプ上で３分間自然冷却し、３０秒間の露光を行った。この際の露光エネルギーは、３００ｍＪ／ｃｍ２となった。
【００５８】
その後、露光後加熱（ＰＥＢ）をホットプレート上で行い（６０℃で１分間、９０℃で３分間）、ワイプ上で３分間自然冷却し、専用現像液（ＳＵ−８デベロッパー）中で現像を行った（１次現像を２分間、２次現像を１分間）。さらに、２−プロパノール溶液で３０秒間洗浄リンスを行い、窒素ガスを吹き付けて乾燥させ、９０℃オーブンで９０分間インキュベートしてＳＵ−８樹脂を完全に硬化させた。ＳＵ−８が硬化したウエハはクリーンな条件下で保存した。
【００５９】
上部シート部材の材料となるＰＤＭＳは、コーニング社から市販されているものを用いた。重合開始剤１／１０容量を操作直前に樹脂溶液に加え、攪拌後、約１０分間、真空盤中でアスピレータで脱気した。そして、プラスチックシャーレ中に並べたＳＵ−８による型パターンが形成されたシリコンウエハ上にＰＤＭＳを滴下し、シャーレ全体を回転させて（広げるように回して）薄くのばした。その後、再度、シャーレごと真空盤中でアスピレータで脱気を行い、９０℃オーブン中に９０分間静置して、ＰＤＭＳを硬化させた。冷却後、マイクロチャンバの封止構造パターン及び排出構造パターンが作成された部分のうちで、利用する領域をウエハ上からカッターで切り出して、ピンセットを用いて剥がして上部シート部材とし、利用時までクリーンな条件下で保存した。
【００６０】
試料としては、分子機械（Ｆ１−ＡＴＰａｓｅ）を用いた。この分子機械には、共通のサブユニットが３つ存在し、遺伝子工学的にそのサブユニットのＮ端にＨｉｓ−Ｔａｇが十残基延ばしてある。Ｎｉ−ＮＴＡ修飾したガラス基板に分子機械を向きをそろえて並べることができる。この分子機械は、ＡＴＰを消費して回転する回転分子モータであることがわかっており、ロータサブユニットの２つの残基をＣｙｓに改変して、マレイミドビオチンと反応させ、ストレプトアビジン修飾したビーズが特異的に吸着するように設計してある。
【００６１】
一般的な手法により、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅをガラス基板上に向きをそろえて設置し、ビーズ（〜１μｍ）を回転の目印としてロータに取り付けた。これらの全ての操作は溶液中で行う。約２０μＬの溶液を残すようにして、吸着できなかったＦ１−ＡＴＰａｓｅ、ビーズは溶液の交換を繰り返して取り除く。最終溶液には、２ｍＭ ＭｇＡＴＰが含まれている。
【００６２】
ガラス基板上に用意された上記の試料溶液に対し、ＰＤＭＳのシート部材を静かに載せて、観測を開始した。ある程度ＰＤＭＳシートの厚みが薄くなると、シート部材を均一に溶液に載せる操作が困難になる。シート部材を載せた後、シートの辺にしみ出てくる溶液は、濾紙片によって吸い取る。上記のように封止構造パターンに加えて、気体または液体の逃げ道となる排出構造パターンを設けたシート部材では、余分な溶液がスムースにしみ出てくるため、シート内に気体、液体が残留するケースはなかった。
【００６３】
上記構成のシート部材を用い、その縁部からの濾紙による溶液の吸い出しも充分に行った基板の顕微鏡観察では、各マイクロチャンバの領域が完全に封止されていることを光学顕微鏡によって確認した。ここで、溶液の交換によって除き切れなかったチャンバ内のフリーのビーズはブラウン運動をしており、チャンバ外（縁部）にあるビーズは、ＰＤＭＳに押し付けられて動かないことにより、容易に確認することができる。
【００６４】
なお、ＰＤＭＳからなるシート部材については、上述したようにパリレン蒸着などの表面処理によって、有機溶媒への耐性の向上等の効果を得ることができる。パリレンは、ポリパラキシリレンの通称であり、一般的には、反応性ガスの重合によって被コーティング材の表面をコーティングするので、ピンホールのないコンフォーマル・コーティングを実現することができる。
【００６５】
コーティングされたパリレンは、絶縁性が高いこと、また、機械的特性に優れ、光学的にも、化学的にも安定しているので、各種のＩＣをはじめとした機械の信頼性向上のために用いられている。また、ＰＤＭＳシートの表面やその基板表面の絶縁性、疎水性を高めるために用いる場合もある。疎水性表面の利用は、例えば微量な酵素溶液を用いる場合には、流路あるいは反応槽への非特異的な吸着を避けることができる。
【００６６】
本発明による試料操作素子の構成について、さらに説明する。
【００６７】
図８及び図９は、試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。図８において、図８（ａ）は、本実施形態によるシート部材４０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部４１のパターン構造を示し、図８（ｂ）は、第２凹状構造部４３のパターン構造を示している。また、図９は、第１、第２凹状構造部４１、４３を含むシート部材４０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をリアクタ型の構成とした例を示している。リアクタ型の試料操作素子は、試料溶液の微小流路中において複数種類の溶液の反応槽を少なくとも１つ持ち、反応槽での多数種類の溶液の混合、及びその後の反応の達成を目的としたものである。
【００６８】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部４１は、それぞれ試料溶液が入力される第１入力流路部４１１及び第２入力流路部４１２と、入力流路部４１１、４１２からの試料溶液が合流して出力される出力流路部４１３とによって構成されている。
【００６９】
入力流路部４１１、４１２の出力流路部４１３とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１入力口４２１、第２入力口４２２が設けられている。また、出力流路部４１３の入力流路部４１１、４１２とは反対側の端部には、貫通孔からなる出力口４２３が設けられている。また、入力流路部４１１、４１２と、出力流路部４１３との間には、入力流路部４１１、４１２からの溶液の混合、反応が起こるとともに、反応後の溶液を出力流路部４１３へと送り出す反応槽（反応チャンバ）４２５が設けられている。
【００７０】
このような第１凹状構造部４１に対して、基板とシート部材４０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部４３は、シート部材４０の左辺及び流路部４１１、４１２によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の左辺への逃げ道となる排出構造部４３１と、シート部材３０の上辺、右辺及び流路部４１１、４１３によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の上辺、右辺への逃げ道となる排出構造部４３２と、シート部材３０の下辺、右辺及び流路部４１２、４１３によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の下辺、右辺への逃げ道となる排出構造部４３３とによって構成されている。これらの排出構造部４３１〜４３３は、それぞれ複数の溝状の通路構造の集合体として構成され、各方向に対して一様に気体または液体が排出されるような通路構造パターンで形成されている。
【００７１】
なお、図９においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズを示している。図中に示した各サイズの単位はμｍである。また、以下において、流路間、通路間の距離を示す場合は、原則として流路の中心間の距離を示している。また、第２凹状構造部４３を構成する溝状の通路構造の幅（排出流路の幅）は、例えば１００μｍである。
【００７２】
ここで、一般に、試料の操作を行うための操作構造と、気体、液体の逃げ道となる排出通路構造とを有する試料操作素子の構成において、操作構造における各封止構造、流路構造と、逃げ道の通路構造との間の距離については、流路構造の幅、あるいは逃げ道の通路構造の幅と同程度あいていれば、シート部材の接着が可能である。また、封止構造や流路構造が微細になるほど、逃げ道の通路構造をそれらの操作構造に接近させて形成することが好ましい。その際、両者の間の距離は、逃げ道の通路構造の幅程度あれば良い。
【００７３】
図１０及び図１１は、試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。図１０において、図１０（ａ）は、本実施形態によるシート部材５０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部５１のパターン構造を示し、図１０（ｂ）は、第２凹状構造部５３のパターン構造を示している。また、図１１は、第１、第２凹状構造部５１、５３を含むシート部材５０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をソータ型の構成とした例を示している。ソータ型の試料操作素子は、入力される試料溶液に含まれる目的物質の弁別を目的としたものである。
【００７４】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部５１は、試料溶液が入力される入力流路部５１１と、シース流（試料溶液を包み込むように外側を流れる支持流）用の溶液を導入するための導入流路部５１２、５１３と、入力流路部５１１からの試料溶液及び導入流路部５１２、５１３からのシース流用溶液が合流して層流状態で流れる中間流路部５１４と、中間流路部５１４からの溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部５１５及び第２出力流路部５１６とによって構成されている。これらの出力流路部は、例えば、第１出力流路部５１５を弁別された目的物質出力用の目的溶液出力流路、第２出力流路部５１６を廃液出力用の廃液出力流路として構成される。
【００７５】
入力流路部５１１の中間流路部５１４とは反対側の端部には、貫通孔からなる入力口５２１が設けられている。また、導入流路部５１２、５１３の中間流路部５１４とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる導入口５２２、５２３が設けられている。また、出力流路部５１５、５１６の中間流路部５１４とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口（目的溶液出力口）５２５、第２出力口（廃液出力口）５２６が設けられている。
【００７６】
試料溶液に含まれる目的物質としては、例えば、蛍光抗体法で目的細胞あるいはビーズに特異的に蛍光色素を吸着、結合させたものが用いられる。また、中間流路部５１４は、入力流路部５１１側から出力流路部５１５、５１６側に向けて、その流路幅が次第に細くなるように形成されており、その一部が目的物質の検出に用いられる検出部５１７となっている。この検出部５１７での目的物質の検出は、例えば、上記したような目的物質での蛍光色素からの発光を検出することで行われる。また、中間流路部５１４から出力流路部５１５、５１６への分岐部は、目的物質を含む試料溶液と、目的物質を含まない廃液との弁別に用いられる弁別部５１８となっている。この弁別部５１８での目的物質の弁別は、例えば、磁場、電場、光輻射等によって目的物質の流路を変えることで行われる。
【００７７】
このような第１凹状構造部５１に対して、基板とシート部材５０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部５３は、入力流路部５１１及び導入流路部５１２、５１３の左側の領域に形成され、シート部材５０の左辺への逃げ道となる排出構造部５３１と、中間流路部５１４及び出力流路部５１５の上方の領域に形成され、シート部材５０の上辺への逃げ道となる排出構造部５３２と、中間流路部５１４及び出力流路部５１６の下方の領域に形成され、シート部材５０の下辺への逃げ道となる排出構造部５３３と、出力流路部５１５、５１６の右側の領域に形成され、シート部材５０の右辺への逃げ道となる排出構造部５３４とによって構成されている。これらの排出構造部５３１〜５３４は、それぞれ複数の溝状の通路構造の集合体として構成されている。
【００７８】
なお、図１１においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズ（μｍ）を示している。図中に示した各サイズの数値のうち、出力流路部と外側の排出構造部との間の距離１８０μｍ、及び出力流路部と内側の排出構造部との間の距離４４０μｍについては、流路の中心間の距離ではなく、流路の縁から縁までの距離となっている。
【００７９】
また、入力流路部５１１、導入流路部５１２、５１３、及び中間流路部５１４の前半部分の各流路の幅は、例えば２００μｍである。また、中間流路部５１４の後半部分及び出力流路部５１５、５１６の各流路の幅は、例えば４０μｍである。また、入力口５２１、導入口５２２、５２３、及び出力口５２５、５２６の各貫通孔の直径は、例えば２０００μｍである。また、第２凹状構造部５３を構成する溝状の通路構造の幅は、例えば１００μｍである。
【００８０】
図１２は、試料操作素子の第５実施形態の構成を示す平面図である。図１２において、図１２（ａ）は、本実施形態によるシート部材６０における凹状構造部の全体の構造を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した構造の一部拡大図を示し、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示した構造のさらなる一部拡大図を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をトラップ型の構成とした例を示している。トラップ型の試料操作素子は、ビーズあるいは細胞などの目的物質を観察視野の特定部位に固定するための工夫を施した微小流路素子である。
【００８１】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部６１は、試料溶液を入力する左側の入力口６１２と、溶液を出力する右側の出力口６１３との間に設けられたトラップ流路部６１１によって構成されている。トラップ流路部６１１は、図１２（ａ）に具体的な構造を省略して模式的に示すように、上下方向に３段階の流路部に分割されて構成されており、そのうちの上段のトラップ流路部は、入力口６１２からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流すように構成されている。また、中段のトラップ流路部は、上段のトラップ流路部からの試料溶液を上下に蛇行させつつ右から左へと流すように構成されている。また、下段のトラップ流路部は、中段のトラップ流路部からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流して出力口６１３へと出力するように構成されている。
【００８２】
トラップ流路部６１１において上下に蛇行する各流路６１６には、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の拡大図に示すように、蛇行する流路６１６間をショートカットで接続するとともに、その途中で試料溶液中の目的物質がトラップされるような形状に構成されたトラップ流路６１７が複数、流路に沿って配列されている。このような構成において、試料溶液中の目的物質は、複数のトラップ流路６１７のそれぞれにおいて、上流側のトラップ流路６１７から順にトラップされる。このようなトラップ流路６１７は、例えば、上、中、下段のトラップ流路部において、それぞれ３０００個ずつ配置される。
【００８３】
このような第１凹状構造部６１に対して、基板とシート部材６０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部６３は、トラップ流路部６１１、入力口６１２、及び出力口６１３が設けられている領域を除く周囲の領域全体に対して形成されている。この凹状構造部６３は、複数の溝状の通路構造の集合体によって、シート部材６０の四隅では左右及び上下に残留気体、液体を排出でき、トラップ流路部６１１付近では左右に排出できるように構成されている。
【００８４】
なお、図１２（ａ）においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズ（μｍ）を示している。また、第２凹状構造部６３を構成する溝状の通路構造のサイズは、例えば、トラップ流路部６１１の近傍の領域で幅４０μｍ、ピッチ１００μｍ、その外側（図中の上方及び下方）の領域で幅１００μｍ、ピッチ１０００μｍ程度である。
【００８５】
図１３は、試料操作素子の第６実施形態の構成を示す図である。なお、この図１３においては、気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部については図示を省略している。また、試料の操作構造のための第１凹状構造部については、その構造を簡略化して模式的に示している。
【００８６】
本実施形態においては、下部基板１０上に、流路構造となる第１凹状構造部７２が形成された第１シート部材７０、及び同じく流路構造となる第１凹状構造部７７が形成された第２シート部材７５の２枚のシート部材を積層し、これによって、試料の操作構造として３次元的な流路構造を実現している。また、これらのシート部材７０、７５には、それぞれ気体、液体の排出構造となる第２凹状構造部が付加的に設けられている。
【００８７】
このようにシート部材を２枚以上積層することで高機能化を図る構成の試料操作素子では、各シート部材を薄く形成する必要がある。例えば、現在のシートは多くの場合、サブミリメートル程度の厚さであるが、積層構造を用いる場合、数１０μｍ程度のフィルム上での構造形成が必要になるのではないかと考えられる。
【００８８】
このようにシート部材が薄くなった場合、シート部材自体の剛性が無くなるため、基板及びシート部材の接着時における残留気体及び液体の排出の問題は一層深刻になる。これに対して、上記したようにシート部材に、試料の操作構造に加えて、気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成する構成を適用することにより、このように複数のシート部材を積層する構成においても、残留気体及び液体を好適に排出して、基板及び複数のシート部材を好適に密着、積層させることができる。
【００８９】
なお、このように複数のシート部材を積層する構成では、シート部材間の位置合わせは例えば顕微鏡観察下で行われる。図１３に示した構成例においては、下方のシート部材７０の流路構造７２では、横方向に延びる３本の流路が形成されるとともに、流路上の所定位置にそれぞれ反応槽が設けられている。また、上方のシート部材７５の流路構造７７では、縦方向に延びる３本の流路が形成されるとともに、流路上の所定位置にそれぞれ反応槽が設けられている。このような構成では、シート部材７０、７５のそれぞれでの３つの反応槽の位置によって、シート部材７０、７５の間で位置を合わせることができる。
【００９０】
本発明による試料操作素子は、上記実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、試料の操作を行うための操作構造、及びそれに対応するシート部材での第１凹状構造部については、試料の種類、及び試料に対する具体的な操作の内容等に応じて適宜に設定することが可能である。また、気体または液体の逃げ道の排出構造、及びそれに対応する第２凹状構造部の排出構造パターンについても、操作構造での封止構造パターン、流路構造パターンに対応して適宜に設定することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上することが可能な試料操作素子として利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…下部基板、１２…載置面、２０…上部シート部材、２２、２４…凹状構造部、２３…操作構造、
３０、３５、４０、５０、６０、７０、７５…上部シート部材、３１、３６、４１、５１、６１、７２、７７…第１凹状構造部（操作構造）、３３、３７、４３、５３、６３…第２凹状構造部（排出構造）、
８０…基板、８２…光硬化性樹脂、８３…凸状部、８４…マスク、８５…基板、８６…マスクパターン、９０…試料溶液、９２…分子機械。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作対象となる試料の微小空間内での封止操作、または微小流路内での移動操作などを行うための試料操作素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な微量液体の簡便な取扱い、あるいは、その反応プロセスの計測等を目的として、微量液体試料の操作を行うための微小成形加工された操作素子が提案されている。そのような素子の１つとして、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）と呼ばれるシリコーンゴムを材料としたシート部材を用い、凹状または溝状などの構造が下面側に形成されたシート部材を基板に密着させることで試料に対する微小な封止構造、流路構造等を構成する素子がある（試料操作素子については、特許文献１、２、非特許文献１〜３参照）。
【０００３】
このような素子では、試料を操作するための微小な操作構造に対応するパターンが形成されたマスクによって型を作製し、この型を用いてＰＤＭＳのシート部材を作製する。この方法では、マスクが繰り返し使用可能であること、マスクによって作製した型についても精度を保持したまま数回〜１０回程度の微小構造素子の作製に耐えること、等の利点がある。すなわち、上記構成の試料操作素子によれば、一度マスク、型を作ってしまえば、簡単な操作で同じ素子を繰り返し作製して、試料の操作に利用することができる。また、ＰＤＭＳのシート部材は、ガラス基板などの基板に対する吸着性が高く、基板及びシート部材を密着させることによる微小構造の作成に適している。また、このような素子は、ＰＤＭＳ以外の材料によるシート部材を用いても同様に構成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３９１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４０５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Rondelez et al.,"Highly coupled ATP synthesis by F1-ATPase single molecules", NatureVol.433 (2005) pp.773-777
【非特許文献２】Y. Rondelez et al.,"Microfabricated arrays of femtoliter chambers allow single moleculeenzymology", Nature Biotechnology Vol.23 (2005) pp.361-365
【非特許文献３】D. C. Duffy et al.,"Rapid Prototyping of Microfluidic Systems inPoly(dimethylsiloxane)", Anal. Chem. Vol.70 (1998) pp.4974-4984
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、上記したような基板とシート部材とを用いた試料操作素子において、その構造のさらなる微細化、高機能化がすすめられている。一方、このように素子が微細化、あるいはその構造が複雑化すると、基板とシート部材との間での充分な密着性の確保が難しいという問題が生じる可能性がある。これに対して、シート部材を基板に押し付けることで密着性を高める方法が考えられる。しかしながら、このような方法では、例えば操作対象の試料自体に影響を与える可能性があること等を考慮すると、基板とシート部材との密着は慎重に行う必要がある。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上することが可能な試料操作素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明による試料操作素子は、（１）操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、（２）下部基板上に、その下面が下部基板の載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、（３）上部シート部材は、その下面側に、下部基板の載置面との間で試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部と、下部基板の載置面に対して上部シート部材の下面を密着させる際に、下部基板と上部シート部材との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部とを有することを特徴とする。
【０００９】
上記した試料操作素子においては、基板に対して密着性を有する所定材料からなる上部シート部材を、下部基板の載置面上に配置して操作素子を構成する。そして、シート部材の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造として機能する第２凹状構造部を設けている。このように、基板とシート部材との間で操作構造とは別に排出構造を設けることにより、基板とシート部材とを密着させる際の妨げとなる気体または液体が、この排出構造を介して外部へと逃げることとなり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【００１０】
ここで、基板とシート部材との間で第２凹状構造部によって形成される排出構造は、上部シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、または上部シート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような構成によれば、基板とシート部材とを密着させる際に、気体または液体を排出通路構造によって好適に外部へと逃がすことができる。
【００１１】
また、基板とシート部材との間で第１凹状構造部によって形成される操作構造は、試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような微小封止空間構造、あるいは微小流路構造等を含む操作構造については、具体的には、その素子において目的とする試料の操作内容に応じて、適宜に設定することができる。
【００１２】
基板の載置面に密着して素子の上部を構成するシート部材の材料については、上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることが好ましい。特に、上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分かつ迅速に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の試料操作素子によれば、上部シート部材を下部基板の載置面に密着するように配置して素子を構成するとともに、シート部材の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造となる第２凹状構造部を設けることにより、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、それらを密着させる際に速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】基板及びシート部材からなる試料操作素子の作製方法を示す模式図である。
【図２】基板及びシート部材からなる試料操作素子の作製方法を示す模式図である。
【図３】微小封止構造を有する試料操作素子の使用例を示す図である。
【図４】微小流路構造を有する試料操作素子の構成例を示す図である。
【図５】試料操作素子における試料の封止状態について示す図である。
【図６】試料操作素子の第１実施形態の構成を示す平面図である。
【図７】試料操作素子の第２実施形態の構成を示す平面図である。
【図８】試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。
【図９】試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。
【図１０】試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。
【図１１】試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。
【図１２】試料操作素子の第５実施形態の構成を示す平面図である。
【図１３】試料操作素子の第６実施形態の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面とともに、本発明による試料操作素子の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１６】
本発明による試料操作素子は、試料に対する微小な封止構造、流路構造等の操作構造を有する素子であり、操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、下部基板上に配置される上部シート部材とによって構成される。また、上部シート部材の下面には、凹状または溝状などの微小構造が形成され、基板の載置面とシート部材の下面とが密着することで試料の操作構造が構成される。最初に、このような試料操作素子について、その作製方法、及び基本的な構成、使用形態について説明する。
【００１７】
ここで、以下においては、素子上部のシート部材を構成する材料については、主にＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane、ポリジメチルシロキサン）を用いる場合を例として説明する。ＭＥＭＳ技術を利用したＰＤＭＳの微細構造（マイクロ流路等）は、試料が微量ですむこと、他のデバイスと組み合わせて小型化できること、廉価であることなどにより、工業的な発展が期待されており、既に実用化されているものもある。
【００１８】
ＰＤＭＳは、モールディングによりサブミクロンの構造までが転写できること、自己吸着性があるので基板に貼り付けるだけでシールが可能であること、無色透明であること、自家蛍光もほとんど見られないこと、生体試料に対して悪影響を及ぼさないこと、等の利点を有する。ＰＤＭＳを用いた試料操作素子については、バイオ・化学分野では、マイクロ流路そのものに機能を持たせて発展を図ろうという試みもある。微小なポンプを組み込んだ立体的な流路の配置、部分的な酵素の添加による高機能化等がその例である。
【００１９】
図１、図２は、上記した下部基板、及び上部シート部材からなる試料操作素子の作製方法の一例を示す模式図である。この方法では、まず、図１（ａ）に示すように、シート部材作製用の型に用いられる基板８０を用意し、その上面上に、スピンコータによって、例えばＳＵ−８などの光硬化性樹脂８２を塗布する。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板８５上にマスクパターン８６が形成されたマスク８４を用い、基板８０上の光硬化性樹脂８２に対して、例えば水銀ランプからの光を照射してパターンの露光を行う。このとき、マスク８４のうちでマスクパターン８６が形成されていない光透過部分について、光硬化性樹脂８２での対応部分が硬化する。マスク８４の基板８５としては、例えば光透過性が高いＢＫ７、ソーダガラス、石英等の基板が用いられる。このようなマスク基板については、素子作製において目標とする空間分解能を考慮して選択することが好ましい。また、マスクパターン８６については、例えばクロム等の金属が用いられる。
【００２１】
パターンの露光後、図１（ｃ）に示すように、基板８０、及び光硬化性樹脂８２を加熱して硬化を促進させ、さらに、図１（ｄ）に示すように、現像及び洗浄を行って、光硬化性樹脂８２のうちで硬化しなかった部分を取り除く。これにより、基板８０上に光硬化性樹脂が硬化した凸状部８３が所定パターン（マスク８４でのパターンが転写されたパターン）で形成された型が完成する。
【００２２】
続いて、上記した基板８０及び凸状部８３からなる型を用いて、上部シート部材を作製する。ここでは、図２（ａ）に示すように、凸状部８３が形成された基板８０上に熱硬化性樹脂であるＰＤＭＳを塗布し、ＰＤＭＳを加熱して硬化させる。これにより、ＰＤＭＳによる上部シート部材２０が形成される。また、このシート部材２０では、その下面側で型の凸状部８３に対応する部分に凹状構造部２２が形成される。
【００２３】
凹状構造部２２を有するシート部材２０が完成したら、冷却後、図２（ｂ）に示すように、ＰＤＭＳが硬化した上部シート部材２０を型から引き剥がす。一方、このシート部材２０とは別に、その上面１２が操作対象の試料の載置面となる下部基板１０を用意する。そして、図２（ｃ）に示すように、この基板１０上にシート部材２０を載せることで試料操作素子とする。上部シート部材２０は、その下面が、下部基板１０の載置面１２と密着するように配置される。また、このとき、シート部材２０の下面側に形成された凹状構造部２２により、基板１０の載置面１２とシート部材２０の下面との間で、試料の操作を行うための操作構造２３が形成される。下部基板１０としては、例えば観察用のガラス基板（スライドグラス）を用いることができる。
【００２４】
このような作製方法では、基板１０とシート部材２０との間での凹状構造部２２による操作構造パターンは、シート部材２０の型作製に用いられるマスク８４のマスクパターン８６によって任意に設定することができる。この方法は、微細構造の廉価な製作技術であり、例えばバイオセンサ等のチップとして発展が期待されている技術である。
【００２５】
ここで、シート部材２０に形成される凹状構造部２２の深さは、図１（ｂ）の工程における水銀ランプでの露光時間等によって設定される。また、シート部材２０の厚さは、図２（ａ）の工程における樹脂の塗布厚さによって設定される。このようなシート部材２０の厚さは、操作素子の具体的な構成に応じて、例えば１０μｍ程度から、数ｍｍあるいは数ｃｍ程度になる場合もある。なお、シート部材の作製については、図１、図２に示した方法以外にも、例えばマスクを用いないタイプの専用装置を用いる場合など、具体的には様々な方法、作製装置を用いることが可能である。
【００２６】
試料操作素子に設けられる微小操作構造としては、具体的には例えば、試料に対して所定サイズ（好ましくは最大幅１ｍｍ以下のサイズ）の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造（試料を封止するマイクロチャンバ）を用いることができる。図３は、微小封止構造を有する試料操作素子の使用例を示す図である。
【００２７】
この使用例では、まず、図３（ａ）に示すように、下部基板１０の載置面１２上に、操作用の磁性ビーズを取り付けた分子機械９２が調整された試料溶液９０をあらかじめ用意しておく。この状態で、図３（ｂ）に示すように、平面構造が円形となる微小な凹状構造部２２が下面側に複数形成された上部シート部材２０を、基板１０上に配置する。これにより、図３（ｃ）に示すように、基板１０とシート部材２０との間で凹状構造部２２による封止構造であるマイクロチャンバ２３が構成され、このマイクロチャンバ２３内に分子機械９２を含む試料溶液９０が封止される。
【００２８】
また、試料操作素子に設けられる微小操作構造の他の例としては、試料に対して所定幅（好ましくは１ｍｍ以下の幅）の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造（試料を流すマイクロ流路）を用いることができる。図４は、微小流路構造を有する試料操作素子の構成例を示す図である。
【００２９】
この構成例では、基板１０上に配置されるシート部材２０の下面側に溝状の凹状構造部２４が形成されており、この凹状構造部２４によって流路構造であるマイクロ流路が構成されている。また、この凹状構造部２４は、試料溶液が入力される入力流路部２４１と、入力流路部２４１からの試料溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部２４２及び第２出力流路部２４３とを有している。これにより、本構成例の試料操作素子はソータ型の構成となっている。
【００３０】
入力流路部２４１の端部には、シート部材２０を上面から下面へと貫通する貫通孔からなる入力口２４６が設けられており、この入力口に試料溶液入力用の入力チューブ２５１が接続されている。また、出力流路部２４２、２４３の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口２４７、第２出力口２４８が設けられており、これらの出力口に出力チューブ２５２、２５３が接続されている。
【００３１】
なお、上記構成において、入力口２４６、及び出力口２４７、２４８へのチューブ２５１、２５２、２５３の取り付けは、例えば特殊な治具を用いて行われる。また、このようにチューブ等を取り付ける構成では、好ましくはシート部材２０として、数ｍｍ程度の厚い部材が用いられる。また、各流路での入力溶液、出力溶液の流量については、例えば高性能ポンプによってコントロールすることができる。一般的には、出力流路部２４２、２４３からの流路は、そのまま検出器の入力系に誘導されることになるが、微小流路の各部分で溶液の成分の計測あるいは弁別を行う場合もある。今後、試料操作素子のそのような使用法が増加していくものと考えられる。
【００３２】
上記したように基板１０とシート部材２０とによって構成される試料操作素子では、その構造の微細化、複雑化に伴って、基板とシート部材との間での充分な密着性の確保が難しくなるという問題が生じる。図５は、微小封止構造を有する試料操作素子における試料の封止状態について示す図である。ここでは、試料の操作構造として直径１０μｍ、容量約１ｐＬのマイクロチャンバが複数形成されたＰＤＭＳによるシート部材２０を上記方法でモールディングによって作製し、そのシート部材２０を用いてガラス基板１０上に用意された分子機械の試料溶液の封止を行った例を示している。
【００３３】
図５において、図５（ａ）は、複数のマイクロチャンバが形成されたＰＤＭＳシート部材２０の平面構造の光学顕微鏡像を示している。また、図５（ｂ）は、基板１０上の試料溶液の封止を行った状態でのマイクロチャンバの拡大光学顕微鏡像を示している。なお、図５（ｂ）中において、黒い点は、分子機械操作のために添加してある直径０．７μｍの磁性ビーズである。
【００３４】
この例では、本来は基板に対する吸着性が高いＰＤＭＳシート部材であるが、マイクロチャンバの縁部において基板とシート部材との間に溶液が残留して、その密着が実現していないことがわかる。このような場合、シート部材を上方から機械的に押さえ付けて溶液を抜く方法が考えられるが、μｍの領域では、それによって生じる機械的な圧力や溶液の流れによって試料溶液中の分子機械が基板から外れてしまうなど、試料自体に影響が出る可能性がある。また、このような基板とシート部材との密着の問題は、シート部材が薄くなった場合に顕著になると考えられる。また、このような問題は、上記したような基板とシート部材との間での液体の残留に限らず、気体（ガス）が残留する場合にも同様な問題を生じる可能性がある。
【００３５】
一方、ＰＤＭＳによるシート部材の加工において、オゾンあるいはプラズマ処理、パリレン蒸着などの表面処理によって、ガラス基板への吸着性の向上、疎水面への吸着、有機溶媒への耐性の向上等が行われる場合がある。しかしながら、これらの方法を用いた場合でも、下部基板の載置面と上部シート部材の下面とを密着させる際に、基板とシート部材との間に残留して密着の妨げとなる気体または液体を完全に排除することは難しい。本発明による試料操作素子は、このような場合においても、素子を構成する基板とシート部材との良好な密着を実現するものである。
【００３６】
図６は、本発明による試料操作素子の第１実施形態の構成を示す平面図である。以下に示す各実施形態においては、試料操作素子を構成する下部基板１０、及び上部シート部材のうちで、シート部材の平面構造、特に、シート部材の下面側に形成される凹状構造部のパターンによって、操作素子の構成について説明する。各実施形態におけるシート部材の断面構造、シート部材と基板１０との密着による試料操作素子の全体構成、及びその作製方法等については、図１〜図４に関して説明したものと同様である。
【００３７】
図６において、図６（ａ）は、本実施形態によるシート部材３０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部３１のパターン構造を示し、図６（ｂ）は、第２凹状構造部３３のパターン構造を示し、図６（ｃ）は、第１、第２凹状構造部３１、３３を含むシート部材３０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をリアクタ型の構成とした例を示している。
【００３８】
シート部材３０の下面側に設けられる凹状構造部のうちで、第１凹状構造部３１は、下部基板１０の載置面１２との間で試料の操作を行う操作構造（図２（ｃ）における操作構造２３を参照）を形成するためのものである。本実施形態では、第１凹状構造部３１は、それぞれ試料溶液が入力される第１入力流路部３１１及び第２入力流路部３１２と、入力流路部３１１、３１２からの試料溶液が合流して、それらの反応路となる中間流路部３１３と、中間流路部３１３からの試料溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部３１４及び第２出力流路部３１５とによって構成されている。
【００３９】
入力流路部３１１、３１２の中間流路部３１３とは反対側の端部には、それぞれシート部材３０を上面から下面へと貫通する貫通孔からなる第１入力口３２１、第２入力口３２２が設けられている。また、出力流路部３１４、３１５の中間流路部３１３とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口３２４、第２出力口３２５が設けられている。これらの入力口３２１、３２２、出力口３２４、３２５の貫通孔は、２重露光、あるいは後からの加工等の方法によってシート部材３０に形成される。
【００４０】
上部シート部材３０の下面側に第１凹状構造部３１として形成されたこれらの各流路部により、下部基板との間で、試料の操作構造として、試料に対して微小流路（好ましくは幅１ｍｍ以下の流路）内で移動操作を行うための溝状の流路構造が形成される。このような流路構造の構成条件は、例えば、流路の幅が１００μｍ程度、入力口及び出力口の貫通孔の直径が５ｍｍ程度である。これらの流路幅などの流路構造の具体的な構成条件は、各操作素子の目的に応じて適宜設定、変更される。
【００４１】
このような第１凹状構造部３１に対して、第２凹状構造部３３は、下部基板１０の載置面１２に対して上部シート部材３０の下面を密着させる際に、基板１０とシート部材３０との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造（気体または液体の排出流路）を、第１凹状構造部３１とは物理的に干渉しないパターンで付加的に形成するためのものである。このような凹状構造部３３による排出構造は、好ましくは、シート部材３０の所定の側面から同一または他の側面まで延びる所定幅（好ましくは１ｍｍ以下の幅）の溝状の通路構造によって構成される。
【００４２】
本実施形態では、第２凹状構造部３３は、シート部材３０の図中の左辺及び流路部３１１、３１２によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３１と、シート部材３０の上辺及び流路部３１１、３１３、３１４によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３２と、シート部材３０の下辺及び流路部３１２、３１３、３１５によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３３と、シート部材３０の右辺及び流路部３１４、３１５によって挟まれる領域に形成された排出構造部３３４とによって構成されている。
【００４３】
これらの排出構造部３３１〜３３４は、それぞれ、シート部材３０の側面から同一の側面まで延びる複数の溝状の通路構造の集合体によって構成されている。このような通路構造の幅については、第１凹状構造部３１による流路構造と同様の幅としても良く、あるいは異なる幅としても良い。シート部材３０の型を作製する際のマスクにガラス基板を用いた場合、１０μｍ程度の幅の流路の設計が可能である。また、マスクに石英基板を用いた場合、１．５μｍ程度の幅の流路の設計が可能である。
【００４４】
上記実施形態による試料操作素子の効果について説明する。
【００４５】
図６に示した試料操作素子においては、下部基板１０に対して密着性を有する所定材料からなる上部シート部材３０を、基板１０の載置面上に配置して操作素子を構成する。そして、シート部材３０の下面側に形成される微小構造として、試料の操作構造となる第１凹状構造部３１に加えて、気体または液体の逃げ道の排出構造として機能する第２凹状構造部３３を設けている。このように、基板１０とシート部材３０との間で目的とする操作構造とは別に付加的な排出構造を設けることにより、基板とシート部材とを密着させる際の妨げとなる気体または液体が、この排出構造を介して外部へと逃げることとなり、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上するとともに、速やかな密着の完成を実現することが可能となる。
【００４６】
このような第２凹状構造部３３による排出構造のパターンは、第１凹状構造部３１による操作構造のパターンと合わせて、シート部材３０の型作製に用いられるマスクでのマスクパターンによって任意に設定することができる。したがって、各操作素子での具体的な操作構造に対して好適な排出流路パターンとなるように設定することが可能である。
【００４７】
ここで、基板とシート部材との間で第２凹状構造部によって形成される排出構造は、上述したように、シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造を含むことが好ましい。また、一般には、第２凹状構造部による排出構造は、シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、またはシート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含む構成としても良い。このような構成によれば、下部基板と上部シート部材とを密着させる際に、余分な気体または液体を排出通路構造によって好適に外部へと逃がすことができる。
【００４８】
基板１０の載置面１２に密着して素子の上部を構成するシート部材３０の材料については、シリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム）を用いることが好ましい。特に、シート部材の材料としては、基板に対する密着性に優れる上述したＰＤＭＳを用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、基板とシート部材との間の密着性を充分かつ迅速に確保することができる。また、シート部材の材料については、上記以外にも、基板に密着して操作構造、排出構造を形成可能なものであれば様々な材料を用いて良い。そのような材料としては、例えば、ポリジエン系ポリマー、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリフッ化ビニリデン、ポリハロゲン化ビニリデン、ポリエチレン等の合成樹脂、あるいは天然ゴム等が挙げられる。
【００４９】
図７は、試料操作素子の第２実施形態の構成を示す平面図である。図７において、図７（ａ）は、本実施形態によるシート部材３５における凹状構造部のうちで第１凹状構造部３６のパターン構造を示し、図７（ｂ）は、第２凹状構造部３７のパターン構造を示し、図７（ｃ）は、第１、第２凹状構造部３６、３７を含むシート部材３５の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造を反応槽型（反応井戸型）の構成とした例を示している。
【００５０】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部３６は、所定の２次元配列で形成されて平面形状がそれぞれ円形である複数の封止部（凹状部、円形ドット）３６１によって構成されている。上部シート部材３５の下面側のこれらの封止部３６１により、下部基板との間で、試料に対して微小空間（好ましくは最大幅１ｍｍ以下の空間、円形の場合は直径１ｍｍ以下の空間）内で封止操作を行うための凹状の封止構造が形成される。このような封止構造の構成条件は、例えば、凹状封止部３６１の円形ドットの直径が２μｍ程度、ドットの２次元での配列構造が６方格子状の配置、ドット間の６０°方向のピッチが４μｍ程度である。これらのドット直径などの封止構造の具体的な構成条件は、流路構造の場合と同様に、各操作素子の目的に応じて適宜設定、変更される。例えば、一般的には、試料を封止するマイクロチャンバとなる封止部３６１の直径は２μｍ〜１０μｍ程度に設定することができる。
【００５１】
このような第１凹状構造部３６に対して、第２凹状構造部３７は、ドット間を直線で結んだ六角形状の通路構造を２次元的に組み合わせた排出構造部３７１によって構成されている。この場合、排出構造部３７１における溝状の通路構造の幅は、好ましくは凹状封止部３６１の直径と同一の幅に設定される。また、このような排出構造部３７１では、図７（ｃ）において破線３８で例示するように、シート部材を切り出すことで、各通路構造の端部がシート部材の側面に露出し、これによって気体または液体の逃げ道となる排出流路が形成される。
【００５２】
これらの図６、図７に示したように、基板とシート部材との間で第１凹状構造部によって形成される操作構造については、試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことが好ましい。このような微小封止空間構造、あるいは微小流路構造等を含む操作構造については、具体的には、その素子において目的とする試料の操作内容に応じて、適宜に設定することができる。
【００５３】
また、図７に示すような封止構造を有するシート部材では、流路構造等のシート部材に比べて平面構造における対称性が高いため、大型のシートを作製しておき、それからシート部材を切り出して用いる場合がある。このような場合、上記のような六角形状の通路構造が組み合わされた排出構造部３７１は、試料を封止するマイクロチャンバの数は犠牲になるが、切り出したシート部材のどの辺からでも気体または液体の排出を充分に行うことができるという利点がある。
【００５４】
ただし、このような封止構造を有するシート部材においても、気体、液体の排出構造については、具体的には上記した六角形状の通路構造以外にも様々な構成を用いて良い。例えば、封止部３６１の円形ドットパターン間に設けた直線状の通路構造によって排出構造を構成しても良い。一般的には、シート部材の下面側における第１、第２凹状構造部のパターンを決定する型作製用のマスクパターンは、ＣＡＤによって設計されるが、例えば、このマスクパターン設計の際に、先に気体または液体の排出流路となる通路構造パターンを設計し、後からその間隙に封止構造パターンを配置しても良い。
【００５５】
また、図３に関して上述したように、基板の載置面上に試料溶液をあらかじめ用意しておき、その後に基板上にシート部材を設置してマイクロチャンバ内に試料溶液を封止する場合には、例えば、シート部材の全面に適当な力を加えつつ、シート部材の縁部において吸水性が高い濾紙などを用いて、排出構造から排出される溶液を吸い取ることにより、基板とシート部材との密着をより確実に実現することができる。また、基板とシート部材との間の気体を排出する場合には、例えば、シート部材を載置面上に設置した基板を真空チャンバ内に設置し、ある程度の真空状態とすることで残留気体、残留液体を排出する方法を用いることができる。
【００５６】
試料操作素子の実施例として、図７に示した構成の上部シート部材を、図１、図２に示した方法によって作製し、下部基板と組み合わせることで試料操作素子を作製した。この実施例では、まず、上面上にＳＵ−８がスピンコートされたシリコンウエハを用意し、図７（ｃ）に示した構成に対応するマスクパターンを有するマスクをシリコンウエハに接着させ、紫外線照射によるパターン露光を行った。ＳＵ−８を塗布する際のスピンコータの設定条件については、プレスピン１０００ｒｐｍで１０秒間保持、トップスピン４０００ｒｐｍで３０秒間保持した。
【００５７】
ソフトベーク（ホットプレート９０℃上で２分、オーブン９０℃中で１分）の後、露光は汎用の露光装置を用い、マスクをＳＵ−８に直接接触させて行った。その際、ＳＵ−８とマスク面とのスティッキングを避けるために、一般的に行われるプリベーキング（９０℃、２分）に加えて、９５℃オーブンで２分間のベーキングを追加的に行った。さらに、ワイプ上で３分間自然冷却し、３０秒間の露光を行った。この際の露光エネルギーは、３００ｍＪ／ｃｍ２となった。
【００５８】
その後、露光後加熱（ＰＥＢ）をホットプレート上で行い（６０℃で１分間、９０℃で３分間）、ワイプ上で３分間自然冷却し、専用現像液（ＳＵ−８デベロッパー）中で現像を行った（１次現像を２分間、２次現像を１分間）。さらに、２−プロパノール溶液で３０秒間洗浄リンスを行い、窒素ガスを吹き付けて乾燥させ、９０℃オーブンで９０分間インキュベートしてＳＵ−８樹脂を完全に硬化させた。ＳＵ−８が硬化したウエハはクリーンな条件下で保存した。
【００５９】
上部シート部材の材料となるＰＤＭＳは、コーニング社から市販されているものを用いた。重合開始剤１／１０容量を操作直前に樹脂溶液に加え、攪拌後、約１０分間、真空盤中でアスピレータで脱気した。そして、プラスチックシャーレ中に並べたＳＵ−８による型パターンが形成されたシリコンウエハ上にＰＤＭＳを滴下し、シャーレ全体を回転させて（広げるように回して）薄くのばした。その後、再度、シャーレごと真空盤中でアスピレータで脱気を行い、９０℃オーブン中に９０分間静置して、ＰＤＭＳを硬化させた。冷却後、マイクロチャンバの封止構造パターン及び排出構造パターンが作成された部分のうちで、利用する領域をウエハ上からカッターで切り出して、ピンセットを用いて剥がして上部シート部材とし、利用時までクリーンな条件下で保存した。
【００６０】
試料としては、分子機械（Ｆ１−ＡＴＰａｓｅ）を用いた。この分子機械には、共通のサブユニットが３つ存在し、遺伝子工学的にそのサブユニットのＮ端にＨｉｓ−Ｔａｇが十残基延ばしてある。Ｎｉ−ＮＴＡ修飾したガラス基板に分子機械を向きをそろえて並べることができる。この分子機械は、ＡＴＰを消費して回転する回転分子モータであることがわかっており、ロータサブユニットの２つの残基をＣｙｓに改変して、マレイミドビオチンと反応させ、ストレプトアビジン修飾したビーズが特異的に吸着するように設計してある。
【００６１】
一般的な手法により、Ｆ１−ＡＴＰａｓｅをガラス基板上に向きをそろえて設置し、ビーズ（〜１μｍ）を回転の目印としてロータに取り付けた。これらの全ての操作は溶液中で行う。約２０μＬの溶液を残すようにして、吸着できなかったＦ１−ＡＴＰａｓｅ、ビーズは溶液の交換を繰り返して取り除く。最終溶液には、２ｍＭ ＭｇＡＴＰが含まれている。
【００６２】
ガラス基板上に用意された上記の試料溶液に対し、ＰＤＭＳのシート部材を静かに載せて、観測を開始した。ある程度ＰＤＭＳシートの厚みが薄くなると、シート部材を均一に溶液に載せる操作が困難になる。シート部材を載せた後、シートの辺にしみ出てくる溶液は、濾紙片によって吸い取る。上記のように封止構造パターンに加えて、気体または液体の逃げ道となる排出構造パターンを設けたシート部材では、余分な溶液がスムースにしみ出てくるため、シート内に気体、液体が残留するケースはなかった。
【００６３】
上記構成のシート部材を用い、その縁部からの濾紙による溶液の吸い出しも充分に行った基板の顕微鏡観察では、各マイクロチャンバの領域が完全に封止されていることを光学顕微鏡によって確認した。ここで、溶液の交換によって除き切れなかったチャンバ内のフリーのビーズはブラウン運動をしており、チャンバ外（縁部）にあるビーズは、ＰＤＭＳに押し付けられて動かないことにより、容易に確認することができる。
【００６４】
なお、ＰＤＭＳからなるシート部材については、上述したようにパリレン蒸着などの表面処理によって、有機溶媒への耐性の向上等の効果を得ることができる。パリレンは、ポリパラキシリレンの通称であり、一般的には、反応性ガスの重合によって被コーティング材の表面をコーティングするので、ピンホールのないコンフォーマル・コーティングを実現することができる。
【００６５】
コーティングされたパリレンは、絶縁性が高いこと、また、機械的特性に優れ、光学的にも、化学的にも安定しているので、各種のＩＣをはじめとした機械の信頼性向上のために用いられている。また、ＰＤＭＳシートの表面やその基板表面の絶縁性、疎水性を高めるために用いる場合もある。疎水性表面の利用は、例えば微量な酵素溶液を用いる場合には、流路あるいは反応槽への非特異的な吸着を避けることができる。
【００６６】
本発明による試料操作素子の構成について、さらに説明する。
【００６７】
図８及び図９は、試料操作素子の第３実施形態の構成を示す平面図である。図８において、図８（ａ）は、本実施形態によるシート部材４０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部４１のパターン構造を示し、図８（ｂ）は、第２凹状構造部４３のパターン構造を示している。また、図９は、第１、第２凹状構造部４１、４３を含むシート部材４０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をリアクタ型の構成とした例を示している。リアクタ型の試料操作素子は、試料溶液の微小流路中において複数種類の溶液の反応槽を少なくとも１つ持ち、反応槽での多数種類の溶液の混合、及びその後の反応の達成を目的としたものである。
【００６８】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部４１は、それぞれ試料溶液が入力される第１入力流路部４１１及び第２入力流路部４１２と、入力流路部４１１、４１２からの試料溶液が合流して出力される出力流路部４１３とによって構成されている。
【００６９】
入力流路部４１１、４１２の出力流路部４１３とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１入力口４２１、第２入力口４２２が設けられている。また、出力流路部４１３の入力流路部４１１、４１２とは反対側の端部には、貫通孔からなる出力口４２３が設けられている。また、入力流路部４１１、４１２と、出力流路部４１３との間には、入力流路部４１１、４１２からの溶液の混合、反応が起こるとともに、反応後の溶液を出力流路部４１３へと送り出す反応槽（反応チャンバ）４２５が設けられている。
【００７０】
このような第１凹状構造部４１に対して、基板とシート部材４０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部４３は、シート部材４０の左辺及び流路部４１１、４１２によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の左辺への逃げ道となる排出構造部４３１と、シート部材３０の上辺、右辺及び流路部４１１、４１３によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の上辺、右辺への逃げ道となる排出構造部４３２と、シート部材３０の下辺、右辺及び流路部４１２、４１３によって挟まれる領域に形成され、主にシート部材４０の下辺、右辺への逃げ道となる排出構造部４３３とによって構成されている。これらの排出構造部４３１〜４３３は、それぞれ複数の溝状の通路構造の集合体として構成され、各方向に対して一様に気体または液体が排出されるような通路構造パターンで形成されている。
【００７１】
なお、図９においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズを示している。図中に示した各サイズの単位はμｍである。また、以下において、流路間、通路間の距離を示す場合は、原則として流路の中心間の距離を示している。また、第２凹状構造部４３を構成する溝状の通路構造の幅（排出流路の幅）は、例えば１００μｍである。
【００７２】
ここで、一般に、試料の操作を行うための操作構造と、気体、液体の逃げ道となる排出通路構造とを有する試料操作素子の構成において、操作構造における各封止構造、流路構造と、逃げ道の通路構造との間の距離については、流路構造の幅、あるいは逃げ道の通路構造の幅と同程度あいていれば、シート部材の接着が可能である。また、封止構造や流路構造が微細になるほど、逃げ道の通路構造をそれらの操作構造に接近させて形成することが好ましい。その際、両者の間の距離は、逃げ道の通路構造の幅程度あれば良い。
【００７３】
図１０及び図１１は、試料操作素子の第４実施形態の構成を示す平面図である。図１０において、図１０（ａ）は、本実施形態によるシート部材５０における凹状構造部のうちで第１凹状構造部５１のパターン構造を示し、図１０（ｂ）は、第２凹状構造部５３のパターン構造を示している。また、図１１は、第１、第２凹状構造部５１、５３を含むシート部材５０の下面側における凹状構造パターンの全体を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をソータ型の構成とした例を示している。ソータ型の試料操作素子は、入力される試料溶液に含まれる目的物質の弁別を目的としたものである。
【００７４】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部５１は、試料溶液が入力される入力流路部５１１と、シース流（試料溶液を包み込むように外側を流れる支持流）用の溶液を導入するための導入流路部５１２、５１３と、入力流路部５１１からの試料溶液及び導入流路部５１２、５１３からのシース流用溶液が合流して層流状態で流れる中間流路部５１４と、中間流路部５１４からの溶液が分岐してそれぞれ出力される第１出力流路部５１５及び第２出力流路部５１６とによって構成されている。これらの出力流路部は、例えば、第１出力流路部５１５を弁別された目的物質出力用の目的溶液出力流路、第２出力流路部５１６を廃液出力用の廃液出力流路として構成される。
【００７５】
入力流路部５１１の中間流路部５１４とは反対側の端部には、貫通孔からなる入力口５２１が設けられている。また、導入流路部５１２、５１３の中間流路部５１４とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる導入口５２２、５２３が設けられている。また、出力流路部５１５、５１６の中間流路部５１４とは反対側の端部には、それぞれ貫通孔からなる第１出力口（目的溶液出力口）５２５、第２出力口（廃液出力口）５２６が設けられている。
【００７６】
試料溶液に含まれる目的物質としては、例えば、蛍光抗体法で目的細胞あるいはビーズに特異的に蛍光色素を吸着、結合させたものが用いられる。また、中間流路部５１４は、入力流路部５１１側から出力流路部５１５、５１６側に向けて、その流路幅が次第に細くなるように形成されており、その一部が目的物質の検出に用いられる検出部５１７となっている。この検出部５１７での目的物質の検出は、例えば、上記したような目的物質での蛍光色素からの発光を検出することで行われる。また、中間流路部５１４から出力流路部５１５、５１６への分岐部は、目的物質を含む試料溶液と、目的物質を含まない廃液との弁別に用いられる弁別部５１８となっている。この弁別部５１８での目的物質の弁別は、例えば、磁場、電場、光輻射等によって目的物質の流路を変えることで行われる。
【００７７】
このような第１凹状構造部５１に対して、基板とシート部材５０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部５３は、入力流路部５１１及び導入流路部５１２、５１３の左側の領域に形成され、シート部材５０の左辺への逃げ道となる排出構造部５３１と、中間流路部５１４及び出力流路部５１５の上方の領域に形成され、シート部材５０の上辺への逃げ道となる排出構造部５３２と、中間流路部５１４及び出力流路部５１６の下方の領域に形成され、シート部材５０の下辺への逃げ道となる排出構造部５３３と、出力流路部５１５、５１６の右側の領域に形成され、シート部材５０の右辺への逃げ道となる排出構造部５３４とによって構成されている。これらの排出構造部５３１〜５３４は、それぞれ複数の溝状の通路構造の集合体として構成されている。
【００７８】
なお、図１１においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズ（μｍ）を示している。図中に示した各サイズの数値のうち、出力流路部と外側の排出構造部との間の距離１８０μｍ、及び出力流路部と内側の排出構造部との間の距離４４０μｍについては、流路の中心間の距離ではなく、流路の縁から縁までの距離となっている。
【００７９】
また、入力流路部５１１、導入流路部５１２、５１３、及び中間流路部５１４の前半部分の各流路の幅は、例えば２００μｍである。また、中間流路部５１４の後半部分及び出力流路部５１５、５１６の各流路の幅は、例えば４０μｍである。また、入力口５２１、導入口５２２、５２３、及び出力口５２５、５２６の各貫通孔の直径は、例えば２０００μｍである。また、第２凹状構造部５３を構成する溝状の通路構造の幅は、例えば１００μｍである。
【００８０】
図１２は、試料操作素子の第５実施形態の構成を示す平面図である。図１２において、図１２（ａ）は、本実施形態によるシート部材６０における凹状構造部の全体の構造を示し、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示した構造の一部拡大図を示し、図１２（ｃ）は、図１２（ｂ）に示した構造のさらなる一部拡大図を示している。また、本実施形態においては、試料の操作構造をトラップ型の構成とした例を示している。トラップ型の試料操作素子は、ビーズあるいは細胞などの目的物質を観察視野の特定部位に固定するための工夫を施した微小流路素子である。
【００８１】
本実施形態では、試料の操作構造のための第１凹状構造部６１は、試料溶液を入力する左側の入力口６１２と、溶液を出力する右側の出力口６１３との間に設けられたトラップ流路部６１１によって構成されている。トラップ流路部６１１は、図１２（ａ）に具体的な構造を省略して模式的に示すように、上下方向に３段階の流路部に分割されて構成されており、そのうちの上段のトラップ流路部は、入力口６１２からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流すように構成されている。また、中段のトラップ流路部は、上段のトラップ流路部からの試料溶液を上下に蛇行させつつ右から左へと流すように構成されている。また、下段のトラップ流路部は、中段のトラップ流路部からの試料溶液を上下に蛇行させつつ左から右へと流して出力口６１３へと出力するように構成されている。
【００８２】
トラップ流路部６１１において上下に蛇行する各流路６１６には、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）の拡大図に示すように、蛇行する流路６１６間をショートカットで接続するとともに、その途中で試料溶液中の目的物質がトラップされるような形状に構成されたトラップ流路６１７が複数、流路に沿って配列されている。このような構成において、試料溶液中の目的物質は、複数のトラップ流路６１７のそれぞれにおいて、上流側のトラップ流路６１７から順にトラップされる。このようなトラップ流路６１７は、例えば、上、中、下段のトラップ流路部において、それぞれ３０００個ずつ配置される。
【００８３】
このような第１凹状構造部６１に対して、基板とシート部材６０との間での気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部６３は、トラップ流路部６１１、入力口６１２、及び出力口６１３が設けられている領域を除く周囲の領域全体に対して形成されている。この凹状構造部６３は、複数の溝状の通路構造の集合体によって、シート部材６０の四隅では左右及び上下に残留気体、液体を排出でき、トラップ流路部６１１付近では左右に排出できるように構成されている。
【００８４】
なお、図１２（ａ）においては、本実施形態による試料操作素子を具体的に構成した場合の一例について、その各部のサイズ（μｍ）を示している。また、第２凹状構造部６３を構成する溝状の通路構造のサイズは、例えば、トラップ流路部６１１の近傍の領域で幅４０μｍ、ピッチ１００μｍ、その外側（図中の上方及び下方）の領域で幅１００μｍ、ピッチ１０００μｍ程度である。
【００８５】
図１３は、試料操作素子の第６実施形態の構成を示す図である。なお、この図１３においては、気体または液体の逃げ道となる排出構造のための第２凹状構造部については図示を省略している。また、試料の操作構造のための第１凹状構造部については、その構造を簡略化して模式的に示している。
【００８６】
本実施形態においては、下部基板１０上に、流路構造となる第１凹状構造部７２が形成された第１シート部材７０、及び同じく流路構造となる第１凹状構造部７７が形成された第２シート部材７５の２枚のシート部材を積層し、これによって、試料の操作構造として３次元的な流路構造を実現している。また、これらのシート部材７０、７５には、それぞれ気体、液体の排出構造となる第２凹状構造部が付加的に設けられている。
【００８７】
このようにシート部材を２枚以上積層することで高機能化を図る構成の試料操作素子では、各シート部材を薄く形成する必要がある。例えば、現在のシートは多くの場合、サブミリメートル程度の厚さであるが、積層構造を用いる場合、数１０μｍ程度のフィルム上での構造形成が必要になるのではないかと考えられる。
【００８８】
このようにシート部材が薄くなった場合、シート部材自体の剛性が無くなるため、基板及びシート部材の接着時における残留気体及び液体の排出の問題は一層深刻になる。これに対して、上記したようにシート部材に、試料の操作構造に加えて、気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成する構成を適用することにより、このように複数のシート部材を積層する構成においても、残留気体及び液体を好適に排出して、基板及び複数のシート部材を好適に密着、積層させることができる。
【００８９】
なお、このように複数のシート部材を積層する構成では、シート部材間の位置合わせは例えば顕微鏡観察下で行われる。図１３に示した構成例においては、下方のシート部材７０の流路構造７２では、横方向に延びる３本の流路が形成されるとともに、流路上の所定位置にそれぞれ反応槽が設けられている。また、上方のシート部材７５の流路構造７７では、縦方向に延びる３本の流路が形成されるとともに、流路上の所定位置にそれぞれ反応槽が設けられている。このような構成では、シート部材７０、７５のそれぞれでの３つの反応槽の位置によって、シート部材７０、７５の間で位置を合わせることができる。
【００９０】
本発明による試料操作素子は、上記実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、試料の操作を行うための操作構造、及びそれに対応するシート部材での第１凹状構造部については、試料の種類、及び試料に対する具体的な操作の内容等に応じて適宜に設定することが可能である。また、気体または液体の逃げ道の排出構造、及びそれに対応する第２凹状構造部の排出構造パターンについても、操作構造での封止構造パターン、流路構造パターンに対応して適宜に設定することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、試料の操作に用いられる微小構造を形成するための基板とシート部材との密着性を向上することが可能な試料操作素子として利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…下部基板、１２…載置面、２０…上部シート部材、２２、２４…凹状構造部、２３…操作構造、
３０、３５、４０、５０、６０、７０、７５…上部シート部材、３１、３６、４１、５１、６１、７２、７７…第１凹状構造部（操作構造）、３３、３７、４３、５３、６３…第２凹状構造部（排出構造）、
８０…基板、８２…光硬化性樹脂、８３…凸状部、８４…マスク、８５…基板、８６…マスクパターン、９０…試料溶液、９２…分子機械。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、
前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、
前記上部シート部材は、その前記下面側に、
前記下部基板の前記載置面との間で前記試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部と、
前記下部基板の前記載置面に対して前記上部シート部材の前記下面を密着させる際に、前記下部基板と前記上部シート部材との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部と
を有することを特徴とする試料操作素子。
【請求項２】
前記第２凹状構造部によって形成される前記排出構造は、前記上部シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、または前記上部シート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の試料操作素子。
【請求項３】
前記第１凹状構造部によって形成される前記操作構造は、前記試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または前記試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１または２記載の試料操作素子。
【請求項４】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の試料操作素子。
【請求項５】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項４記載の試料操作素子。
【請求項１】
操作対象となる試料が載置面上に載置される下部基板と、
前記下部基板上に、その下面が前記下部基板の前記載置面と密着するように配置される上部シート部材とを備え、
前記上部シート部材は、その前記下面側に、
前記下部基板の前記載置面との間で前記試料の操作を行うための操作構造を形成するための第１凹状構造部と、
前記下部基板の前記載置面に対して前記上部シート部材の前記下面を密着させる際に、前記下部基板と前記上部シート部材との間に介在する気体または液体の逃げ道となる排出構造を形成するための第２凹状構造部と
を有することを特徴とする試料操作素子。
【請求項２】
前記第２凹状構造部によって形成される前記排出構造は、前記上部シート部材の所定の側面から同一または他の側面まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造、または前記上部シート部材の所定の側面から内部の所定位置まで延びる幅１ｍｍ以下の溝状の通路構造の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１記載の試料操作素子。
【請求項３】
前記第１凹状構造部によって形成される前記操作構造は、前記試料に対して最大幅１ｍｍ以下の空間内で封止操作を行う凹状の封止構造、または前記試料に対して幅１ｍｍ以下の流路内で移動操作を行う溝状の流路構造の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１または２記載の試料操作素子。
【請求項４】
前記上部シート部材を構成する材料はシリコーンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の試料操作素子。
【請求項５】
前記上部シート部材を構成する材料はＰＤＭＳであることを特徴とする請求項４記載の試料操作素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１２７９１９（Ｐ２０１１−１２７９１９Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８４１３９（Ｐ２００９−２８４１３９）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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