送液構造体及びこれを用いたマイクロ分析チップならびに分析装置
【課題】送液用の駆動源を必要とすることなく、毛細管力のみで送液を行うことのできる送液構造体を提供する。
【解決手段】外部に開放された開放孔１１３に接続された第１流路１１５と、第１流路に連続し且つ第1流路より流路断面積が小さい第２流路１１６と、第２流路に連続し且つ第２流路より流路断面積が大きい第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を少なくとも備え、前記各流路のうち少なくとも第２流路１１６の内壁面の一部が疎水性であり、第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造の送液構造体。
【解決手段】外部に開放された開放孔１１３に接続された第１流路１１５と、第１流路に連続し且つ第1流路より流路断面積が小さい第２流路１１６と、第２流路に連続し且つ第２流路より流路断面積が大きい第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を少なくとも備え、前記各流路のうち少なくとも第２流路１１６の内壁面の一部が疎水性であり、第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造の送液構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛細管力を利用して液体を移動させる送液構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
免疫分析法は、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等において、重要な分析・計測方法として知られている。しかし、従来の免疫分析法は、操作が煩雑である上に、分析に一日以上の時間を要するといった問題があった。
【０００３】
このため、基板にマイクロオーダーの流路を形成し、このマイクロ流路に抗体等を固定化したマイクロ分析チップが提案されている。このマイクロ分析チップによると、分析時間の短縮化や分析操作の簡略化を図ることができる。
【０００４】
このようなマイクロ分析チップを用いて分析を行うには、マイクロ分析チップ内を被検出物質を含む溶液を移動させる必要がある。従来、マイクロ分析チップにおける溶液の移送には、ポンプなどの外部の動力源を用いていた。しかし、ポンプはマイクロ分析チップに比べて大型であるため、装置全体の小型化が図りがたい。
【０００５】
そこで、化学分析装置に微細加工技術を用いてマイクロポンプを組み込む技術が提案されている（例えば特許文献１）。しかし、マイクロポンプの組み込みには複雑で高度な加工技術を必要とする。また、マイクロポンプと共にマイクロポンプを駆動するための周辺要素を組み込む必要があるので、必ずしも十分なコンパクト化を図り難い。
【０００６】
他方、毛細管力を利用した送液方式が知られている。毛細管力を利用した従来のマイクロ流路構造の基本を図１７に示す。図１７の符号１１０はチップ基板、符号１１３が溶液の入口、符号１１４が流路、符号１１１が吸液体である。入口１１３に溶液を滴下すると、毛細管力によって溶液が流路１１４を移動して吸液体１１１に移動する。よってポンプ等の外力を必要とせずに溶液を１１３側から１１１側に移動させることができる。この方式はポンプを用いないので、簡便に微小な送液システムを構築することができる。しかし、送液が不確かであるという課題を抱えている。
【０００７】
更に特許文献２は、微小な送液システムを制御する技術を提案している。この技術は、疎水性領域が一部に形成された親水性の流路面を有する第１の基板である基板と、流路面と対向する位置は親水性にされ、疎水性領域に対向する位置に作用電極が形成された第２の基板であるガラス基板と、参照電極と、を具備し、流路面と作用電極との間は距離を有して配置されることにより、流路面と、ガラス基板との間に、流路空間が形成される送液装置であって、流体を、基板とガラス基板との間に配置し、かつ、参照電極、作用電極とに接触させた状態で、参照電極と作用電極との間に電位差を生じさせて、流路空間の流体の移動を制御する。この技術は機械的力を利用しない方法であるので、マイクロ流路系の送液制御手段として有用である。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９７７６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０６０６号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した従来技術を踏まえて、本発明との関連においてマイクロ分析チップについて更に説明する。マイクロ分析チップは、その役割を十分に果すため、開閉バルブ、ミキサー、反応部、検出部等の要素を必要とするので、全ての流路の流路幅を均一に設定することができにくい。例えば図１８に示すように、主流路４１６に比べ幅広の流路４１５が存在する。
【００１０】
このように異なる流路幅が存在するマイクロ分析チップ構造において、流路系が親水性の材料で構成されている場合における毛細管力は、流路幅が小さい流路で大きく、流路幅が大きくなるに従い小さくなる。この関係は下記数式１で示される。数式１は、半径ｒの流路における毛細管力、すなわち液体に働く表面張力により発生する圧力Ｐを示す式である。
【００１１】
Ｐ＝２σlgcosθ／ｒ −−−−−−−−− 数式１
（σlgは気液界面の界面張力、θは接触角、ｒは流路の半径）
【００１２】
図１８の流路４１４では、表面張力により発生する圧力Ｐが開孔４１３方向に働き、他方、吸液体による強い毛細管力が吸液体方向に働く。それゆえ、それらが互いに反対方向に液体を引合うため、最も圧力が大きくなる流路４１５と流路４１４との界面と、流路４１６と吸引力の強い吸液体４１１の界面とで液体が分断される方向に力が働く。そして少し液体が逆流して液体と吸液体４１１との間に隙間が生じ、この段階で安定化する。
【００１３】
つまり、液体の吸収のために毛細管力が強く働く吸液体４１１を設けても、液の流れが一定程度進んだ段階で不可避的に流路４１６と吸液体との間に液体の不連続が生じる。その後は吸液体４１１が液体を吸収することができなくなる。それゆえ従来の送液構造体では液体を吸液体４１１側に完全に移動させることができない。
【００１４】
本発明者らは、先に上記問題点を解消し得た送液構造体及びマイクロ分析チップを提案している（特願2008-044794）。本発明者らの更なる検討において、送液構造体をマイクロ分析用のチップとして利用する場合、液体の移動・停止を制御する手段を設けることが好ましく、このためには加工がし易い樹脂材料を用いるのが好ましいが、このような材料を用いた場合、送液が不確実になるという問題があることを知った。
【００１５】
この問題について図１９、図２０を参照しつつ説明する。図１９、図２０は、主基板４１０に形成された下に凹形状の溝４１４、４１５、４１６（溝の深さは一定）を基板面の上方から見た平面図であり、この図においては流路構造を図り易くするため蓋基板が省略されている。樹脂製（疎水性）の主基板４１０に溝を形成し、これを親水性蓋基板で蓋して流路系を構成する図１９に示す流路構造体においては、流路を構成する４つの壁面のうち、上面のみが親水性であり、底面及び両側面が疎水性となる。溝の深さが一定である場合には、両側面の面積は一定（K）であり、溝幅が広狭に変動すると、上下面の面積が変動する。ここで、流路断面における親水性/疎水性の比は、X1/〔K+X2〕で表され、X1とＸ2の大きさは正の一次関数的である（溝幅が小さくなると、上面（ｘ1）と下面（X2）の双方の面積が小さくり、溝幅が大きくなるとその逆になる）ので、溝幅が小さくなるほど流路壁面の親水性比率（親水性／疎水性）が小さくなる。
【００１６】
図１９に示す流路構造では、注入口４１３から液体が注入されると、液体は下流方向（吸液体４１１の方向）に進む（図１９（ｂ）〜（ｄ））。この際、流体の後尾には気液界面が形成されるが、後尾の気液界面が流路４１５に入ると、流路４１５は主流路４１６よりも幅が広いために、表面張力により液体に発生する圧力が他の流路のそれより大きくなるので、図２０（ｂ）に示すように、主流路４１６側から幅の狭い流路４１５に向かう毛細管力（図中矢印）が働く。他方、吸液体４１１により吸液体方向に強い毛細管力が働いている。この両者の力が液体を引っ張り合うため、主流路４１６と吸液体４１１の界面に気体が入り液体（流体）が分断される（図１９（ｅ）、図２０（ｃ））。これにより吸液体方向への液体の輸送が遮断され、流路内に液体が残留したままとなる。つまり、流路内に注入した全ての液体を吸液体４１１に吸収させきることができない。
【００１７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされた発明である。本発明の目的は、加工性、作業性、生産性に優れ、かつ確実な送液を行なうことができ、しかも液体の移動停止手段組み込みこむことが容易な送液構造体を提供することにある。より詳しくは、本発明は、毛細管力を利用した流路送液システムであって流路壁面の一部に疎水性部分を有する流路を用いてなる送液システムにおいて、液体を円滑かつ確実に送液することのできる送液構造を提供することにある。
【００１８】
なお、流路断面の全てが疎水性である場合には、毛細管力によって液を流すことができない。よって本発明課題を生じさせるのは、親水性部分と疎水性部分とが共存している流路における「疎水性部分」である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決する本発明は次のように構成される。第１の発明は、外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、前記第１流路に連続し且つ前記第1流路より流路断面積が小さい第２流路と、前記第２流路に連続し且つ前記第２流路より流路断面積が大きい第３流路と、前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備え、前記各流路のうち少なくとも第２流路の一部が疎水性であり、前記第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、前記第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、前記第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造であることを特徴とする送液構造体である。
【００２０】
この構成では、第1流路と第３流路との間に、隘路である第２流路を設け、かつ第３流路において液体に発生する表面張力による圧力Ｐ３が、第１流路において液体に発生する表面張力による圧力Ｐ１と同等以上になるように構成されている。よって、液体が移動していく過程で図４に示すように、第１流路１１５に液体後尾の気液界面が生じとき、逆流する方向に強い毛細管力５０１が働き、この引っ張り力のために第３流路１１７と吸液体１１１との間に分断力が作用し気液界面が生じようとするが、この気液界面が発生した瞬間に、上記逆流方向の力と同等以上の毛細管力５０２（順流方向の力）が発生する。このため、実質的に液体と吸液体との接触が維持される。それゆえ、全ての液体が吸液体側に吸収されるので、送液構造体内部に液が残留することがない。
【００２１】
ここで、上記流路断面積は、流れ方向に直交する方向における断面の面積をいう。また、親水性とは、比抵抗が１８ｍΩ・ｃｍよりも大きい純水（２５℃）を用い、１気圧、２５℃で測定した接触角が９０°未満である場合をいい、疎水性とは、上記純水の接触角が９０°以上である場合をいう。ただし、接触角の流れ方向に作用する成分である余弦（コサイン）は、９０°付近で大きく変動すること、及び本発明は毛細管力を利用して液を順方向に流そうとするものであることから、上記構成における「親水性」としては、純水に対する接触角を好ましくは８５°以下とし、より好ましくは７５°以下、さらに好ましくは６０°以下とする。
【００２２】
上記第１の発明構成において、前記送液構造体が、少なくとも前記各流路用の溝が形成された主基板と、前記主基板を蓋する蓋基板と、を有し、前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされて前記各流路が構成されてなるものとすることができる。
【００２３】
また、上記構造において、前記主基板が疎水性材料からなり、前記蓋基板が親水性材料からなるものとすることができる。
【００２４】
これらの構成であると、第1の発明構造を容易に実現することができる。
【００２５】
また、上記構造において、前記主基板に形成された溝が、三つの壁面を有する凹形状の溝とすることができる。
【００２６】
主基板の表面に三つの壁面を有する形状の下に凹の溝を形成することは極めて容易であり、これにより簡単に第1の発明構成を実現することができる。
【００２７】
また、上記構造において、前記第３流路が、溝幅が均一か又は先太りする形状であり、前記第１流路の溝幅の最大値をＬ１とし、前記第２流路の溝幅の最大値をＬ２とし、前記第３流路における吸液体と直接接続する部分の溝幅をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造とすることができる。
【００２８】
上記課題を解決する第２の発明は、外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、前記第１流路に連続する、前記第１流路よりも溝幅が狭い第２流路と、前記第２流路に連続する、溝幅が均一か又は先太りする形状である第３流路と、前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備える送液構造体であって、前記第1流路、第２流路、第３流路は、各流路用の溝が形成された疎水性の主基板と、前記主基板を蓋する親水性の蓋基板とが重ね合わされて構成され、前記第１流路における最大溝幅をＬ１とし、前記第２流路の最大溝幅をＬ２とし、前記第３流路と前記吸液体との接続部の溝幅をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、ことを特徴とする送液構造体である。
【００２９】
この構成においても、第1の発明と同様な作用効果が得られる。この構成においては、溝深さを均一か又は概ね均一とするのが好ましい。概ね均一の溝深さの流路系は、そうでないものに比べて作製が容易である一方、各々の流路の溝深さが、溝幅以上に各々の流路の毛管力を決定する要因となると、円滑かつ確実に送液させることのできる送液構造体を実現することが困難になるからである。
【００３０】
主基板と蓋基板を構成要素とする第１の発明及び上記第２の発明においては、前記主基板がポリジメチルシロキサンからなり、前記蓋基板がガラスからなるものとすることができる。
【００３１】
また、上記各構成において、更に、前記開放孔と第1流路の間に第1流路よりも流路幅の狭い第４流路を有し、当該第４流路に液体の流れを制御する開閉バルブが設けられている構成とすることができる。
【００３２】
液体の流れを制御するには、流路に流れを開閉するバルブを設ける必要があるが、流路幅が狭い第４流路に開閉バルブを設けると、効率よく液体の流れを制御できるので好ましい。
【００３３】
また、上記構成において、前記開閉バルブがエレクトロウエッティングバルブであり、少なくとも前記第４流路内にエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極が設けられた構成とすることができる。
【００３４】
エレクトロウエッティングバルブは微小かつ簡単な構造で液体の流れを制御できるのでマイクロ流路用の開閉バルブとして好適である。エレクトロウエッティングバルブは作用電極と参照電極を必要とするが、作用電極は液体の流れを止める本体となるべきものであるので、これを流路幅が狭い第４流路（隘路）に設ける。
【００３５】
また、上記構成において、前記作用電極と対になるエレクトロウエッティングバルブ用の参照電極は前記第４流路よりも上流側に設けられた構成とすることができる。
【００３６】
エレクトロウエッティングバルブの要素である参照電極は、作用電極よりも上流側に設ける必要があるが、必ずしも隘路に設ける必要がない。よって作用電極から離れた位置、すなわち第４流路よりも上流側に設けるのが、作製し易さや短絡防止の点で好ましい。
【００３７】
また、前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜上に形成された疎水性膜とを有するものとすることができる。
【００３８】
この構成であると、電圧無印加状態で液体の流れを止め（バブルを閉じる）、電圧印加状態で液体を流す（バブルを開放する）ことができる。
【００３９】
また、前記金薄膜上に形成された疎水性膜は、テトラフルオロエチレンからなるものとすることができる。
【００４０】
テトラフルオロエチレンは金薄膜上に極薄膜を形成し易く、また適度な疎水性（接触角90°〜120°）を有するので好ましい。
【００４１】
また、前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜の表面を空気に曝して形成させた自然酸化膜と、を有する構成とすることもできる。
【００４２】
金表面を自然空気に曝すと、表面にカーボン堆積物などからなる自然酸化膜（接触角６０°〜８５°）が形成される。この膜は接触角が９０°以上の疎水性膜ではないが、接触角６０°〜８５°の、親水性が低い膜（以下、近疎水性膜という）であり、かつ１ｎｍ以下の極めて薄い膜であるのでエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極として十分に機能する。
【００４３】
上記各構成における溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下とするのがよい。
【００４４】
流路壁面に疎水性部分を有する流路の溝幅が５０μｍ未満となると液体が流れにくくなる一方、溝幅が１ｍｍを超えると毛細管力により液体を流すことができにくくなる。よって、溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。
【００４５】
また、エレクトロウエッティングバルブ用作用電極を有する前記第４流路の溝幅は、５０μｍ以上、１００μｍ以下とするのがよい。
【００４６】
５０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲の溝幅であると、液体の「流れ」と「停止」をエレクトロウエッティングバルブに対する電圧のＯＮ、ＯＦＦによって確実に行わせることができるので好ましい。
【００４７】
本発明にかかる第３の発明は、上記した送液構造体の何れかを必須要素として備えた分析チップである。
【００４８】
本発明にかかる第４の発明は、上記分析チップを必須要素として備えた分析装置である。
【発明の効果】
【００４９】
上記で説明したように、本発明によると、流路に注入した液体を毛細管力を用いて確実に流しきることのできる送液構造体を提供することができる。特に、開閉バルブを組み込んだ本発明送液構造体は、簡素な構造であるのにもかかわらず、確実な送液と高い信頼性を持った送液制御が行なえる。このような送液構造体を利用した本発明マイクロ分析チップ及びマイクロ分析装置は、簡素で使い勝手性に優れ、コンパクト性、経済性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて順次説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
実施の形態１の送液構造体１１０は、図１に示すように、液体を構造体内に導入する開放孔１１３を備えた第１流路１１５と、第１流路に連続する隘路である第２流路１１６と、前記第２流路に連続する第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有している。第１流路１１５、第２流路（隘路）１１６、第３流路１１７のそれぞれの深さは略一定で、幅は各流路について一定である。各流路間では、第２流路（隘路）の流路幅がその上流側の第1流路１１５及び下流側の第３流路１１７の何れよりも狭くなっている。
【００５２】
この送液構造体は、流路用の溝が形成されているＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなる主基板と、主基板を蓋するガラスからなる蓋基板とを貼りあわせることにより構成されている。ポリジメチルシロキサンよりなる基板は、疎水性（接触角１００°〜１２０°）であり、ガラスよりなる基板は、親水性（接触角５°〜３０°）であるので、流路の４つの壁面のうち、ガラスで構成された１つの壁面が親水性となり、他の３つの壁面が疎水性（ＰＤＭＳ）となる。
【００５３】
この構造においては、溝幅が狭くなるに従い流路を構成する４つの壁面全体に占める親水性壁面（ガラス）の割合が相対的に小さくなり、疎水性壁面（ＰＤＭＳ）の割合が相対的に大きくなるので、全体として毛細管力が小さくなる。他方、流路幅が広くなるに従い毛細管力が大きくなる。この原理を利用して、第３流路１１７に作用する毛細管力を第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上にする。すなわち、第１流路１１５において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、隘路１１６（第２流路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、前記第３流路１１７において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立するように、各流路の溝幅が設定される。この原理の詳細を次に説明する。
【００５４】
流路の断面が円形で、その全壁面が親水性である典型的な流路の場合、圧力Ｐが液体の流れる方向へ働き、この圧力Ｐは、図１２の式１で表される（σは気液界面の界面張力、θは接触角、ｒは流路の半径。）。
【００５５】
流路壁面の全面が疎水性の場合は、液体を流さない圧力Ｐが発生する。よって親水性と疎水性の両方を存在させることによって、毛細管現象が生じる状態と毛細管現象が生じない状態を設計することが可能となる。流路高さをｈ、幅をｗとする４つの壁面を有する流路形状において、疎水性の主基板の接触角θ１、親水性の蓋基板の接触角をθ２、気液界面の界面張力をσ、としたとき、流路の上面で働く界面張力をＦ１、下面で働く界面張力をＦ２、左右両側面で働く界面張力をＦ３とするとき、これらはそれぞれ、図１２の式２、式３、式４で示される。流路に働く圧力Ｐは、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の和を断面積ｗｈで割ったものであるので、この場合の流路に働く圧力Ｐは図１２の式５で示すことができる。圧力Ｐが正の値になるとき、毛細管現象が生じて液体が進み、圧力Ｐが負の値になる場合は毛細管現象が生じず、液体の動きが停止する。
【００５６】
式１から流路の全体が親水性の壁面で構成されている場合、毛細管力は流路が細くなるにつれ強くなるが、流路径の大小のみで液体の移動を制御することは容易でないので、実施の形態１では流路壁面の一部を疎水性とすることにより、合目的的に流れを制御する。
【００５７】
すなわち、疎水性の主基板に流路用の溝を設け、親水性の蓋基板で前記溝の蓋をして流路を構成する。そして溝深さを略均一とし、図４に示すように、第１流路１１５における流路幅をＬ１とし、第２流路（隘路）１１６における流路幅をＬ２とし、第３流路１１７における流路幅をＬ３とするとき、Ｌ２＜Ｌ１≦Ｌ３となるようにし、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３を成立させる。この構造がＰ２＜Ｐ１≦Ｐ３を成立させる最も簡単な構造の１つである。
【００５８】
なお、各流路間における溝深さは、溝幅で規制する各流路間の毛細管力の大小関係を逆転させない範囲内において異なっていてもよい。
【００５９】
図２に、実施の形態１にかかる送液構造体の断面図を示す。図２に示すように、実施の形態１にかかる送液構造体は、外部に開放された開放孔１１３が設けられると共に、流路１１４、第１流路１１５、第２流路（隘路）１１６、第３流路１１７用の溝が形成された主基板２０１と、これらの流路を下方から蓋し、かつ第３流路１１７の下流側に吸液体１１１を載置する蓋基板２０２と、で送液構造体が形成されている。
【００６０】
主基板２０１の厚みは０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、蓋基板２０２の厚みは０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。開放孔１１３は直径が１０μｍ以上の貫通孔とする。流路１１４、第１流路１１５、第２流路１１６（隘路）、および第３流路１１７部の流路高さ（溝深さ）は１μｍ〜５ｍｍとし、例えば全て略一定（５０μｍ程度）とする。溝深さは必ずしも一定とする必要はないが、一定であると作製が容易である。
【００６１】
溝幅はＬ２＜Ｌ１≦Ｌ３が満たされればよい。ただし、毛細管力を利用するため、流路幅は１μｍ以上、１０ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上、５ｍｍ以下、より好ましくは４０μｍ以上、１ｍｍ以下とする。
【００６２】
主基板２０１としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板などの疎水性基板を用る。蓋基板２０２としては、ガラス基板などの親水性基板を用いる。ただし、これらに限定されるものではない。送液構造体の利用用途に応じて適切な素材を選択するのがよく、例えば送液構造体に光学的検出を行う検出部を組み込む場合には、主基板２０１および蓋基板２０２の何れか一方または双方の材料として、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。
【００６３】
このような透明または半透明な材料としては、ガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、フィルム等が挙げられる。なかでも、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂は、透明性、成型性の観点から好ましい。励起光による発光が少ないプラスチック材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレート等が挙げられる。
【００６４】
他方、送液構造体の流路内で電気的な制御や電気的な測定を行う場合には、主基板２０１または蓋基板２０２の表面に電極を形成する必要があるので、主基板２０１または蓋基板２０２の一方または両方を電極形成可能な材料とする。電極形成可能な材料としては、平坦性、加工性の観点からガラス、石英、シリコンが好ましい。また、電極は、作製が容易である点で、溝を形成しない蓋基板に形成するのが好ましい。
【００６５】
流路の形成方法としては、例えば、機械加工による方法、レーザー加工による方法、薬品やガスによるエッチングによる方法、金型を用いた射出成型法、プレス成型法、鋳造による方法等があるが、形状寸法の再現性が高い点で、金型を用いる方法、エッチングを用いる方法が好ましい。
【００６６】
図３、図４に、実施の形態１にかかる送液構造体の液の流れを示す。図３（ａ）〜（ｅ）までは、従来構造の場合と同様の流れ（通常の液の流れ）であるが、従来構造の送液構造体では、図３（ｅ）と図３（ｄ）の間において毛細管力によって第２流路（隘路）１１６から第１流路１１５に液の逆流が発生し、第３流路１１７に気液界面が生じる（図１９（ｅ）、図２０（ｂ）〜（ｃ）参照）。実施の形態１にかかる送液構造体ではそのような気液界面は生じない
【００６７】
すなわち、実施の形態１にかかる送液構造体では、図４に示すように、第３流路１１７の流路幅Ｌ３は、第１流路１１５の流路幅Ｌ１以上としてあるので、第３流路１１７に働く毛細管力５０２が、第１流路１１５に働く毛細管力５０１と同等か、または下流方向への毛細管力５０２が勝る。それゆえ第３流路と吸液体界面で液体が逆流し空気の流入を生じることがない。これにより図３（ｆ）に示すように、液体が完全に吸液体１１１に吸収される。
【００６８】
なお、各流路の内壁面の「親水性」や「疎水性」は、基板材料が親水性の基板又は疎水性の基板を用いることにより容易に実現できるが、本発明でいう親水性や疎水性は基板材料自身の持つ性質に由来するものに限定されない。例えば、疎水性である流路の一部に親水性処理を施すことにより、「流路の内壁面の一部が疎水性」を実現することができる。また、親水性材料からなる基板表面の一部に疎水膜の形成等の疎水処理を施すことにより「流路の内壁面の一部が疎水性」としてもよい。親水化処理としては、例えば酸素プラズマ処理やＵＶ処理などを用いることができる。また、界面活性剤や親水性の官能基を持つ試薬を表面に塗布することによっても親水性を高めてもよい。他方、疎水化処理としては、フッ酸処理や、テトラフルオロエチレン被膜の形成する等の方法がある。
【００６９】
また、上記では流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形である場合について説明したが、流路形状はこれに限定されるものではない。円形状、楕円形状、半円状、逆三角形状等であってもよい。流路断面形状が矩形以外の場合であっても、断面の特定の領域ごとの界面張力を求め、構成比率に応じて界面張力積算して流路全体に働く圧力Ｐを求めればよい（図１２の式５参照）。
【００７０】
また、上記した流路１１４は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００７１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、第２流路内にエレクトロウエッティング技術を用いた開閉バルブを設けた点に特徴を有する送液構造体に関する。この送液構造体を図７に示す。図７（ａ）は送液構造体の全容を示す図であり、図７（ｂ）は主基板、図７（ｃ）は蓋基板を示す概念図である。
【００７２】
図７（ａ）に示すように、実施の形態２の送液構造体は、液体を送液構造体に注液するための開放孔１１３と、開放孔１１３に続く第４流路１３４と、第４流路に続く隘路である第５流路１４４（以下、隘路ともいう）と、第５流路１４４に続く第１流路１１５と、第１流路に続く第２流路１１６（隘路）と、これに続く第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有する。
【００７３】
この送液構造体１１０は、主基板２０１と蓋基板２０２とが重ね合わされた構造である。図７（ｂ）が主基板であり、図７（ｂ）に示すように、主基板２０１には、開放孔１１３と各流路用の溝が形成されている。また、図７（ｃ）が蓋基板２０２であり、図７（ｃ）に示すように、蓋基板２０２には、エレクトロウエッティング用の参照電極１７１、作用電極１７２、引き出し線、引き出し電極１７３・１７４、検出用電極２０３ａが形成されている。更に、蓋基板２０２には、検出部２０３用の電極が形成されている。
【００７４】
更に、蓋基板の端部には、吸液体１１１が第３流路１１７の下流端に接するところに位置決めされて載置されている。引き出し電極１７３・１７４は、外部電源と接続できるように主基板が重ならない蓋基板部分に形成されている。検出部を形成する方法については下記する。
【００７５】
実施の形態２の送液構造体１１０においても、上記実施の形態１と同様、各流路の深さは略均一であり、各流路の幅は、第１流路１１５において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路１１６（隘路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路１１７において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立するように設定されている。
【００７６】
更にこの送液構造体１１０においては、第４流路及び第５流路の幅が、第４流路１３４において液体に発生する表面張力による圧力をＰ４とし、第５流路１４４（隘路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ５とするとき、Ｐ５＜Ｐ４≦Ｐ３が成立するように設定されている。
【００７７】
この構造の送液構造体では、第３流路１１７に作用する毛細管力が、第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上となり、且つ第３流路１１７に作用する毛細管力は、第４流路１３４に作用する毛細管力と同等以上となるので、上記実施の形態１と同様に、送液の停止が起こらず、各流路からスムースに液を流しきることができる。
【００７８】
更にこの構造の送液構造体では、エレクトロウエッティング用作用電極１７２と参照電極１７１とが協働して、液体の流れを停止させ又は液体の流入を可能にする開閉バルブとして機能する。よって、第1流路側への液体の流入を任意に制御することができる。なお、開閉バルブとして直接作用するのは作用電極１７２である。
【００７９】
この実施の形態２にかかる送液構造体用の主基板には、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの疎水性の樹脂材料を用いることができる。また、蓋基板には、ガラスなどの親水性材料からなるものを用いることができる。また、溝幅としては、第４流路１３４の溝幅を例えば２００μｍ、第５流路１４４（隘路）の溝幅を例えば５０μｍ、第１流路１１５の溝幅を例えば６００μｍ、第２流路１１６（隘路）の溝幅を例えば５０μｍ、第３流路１１７の溝幅を例えば６００μｍに設定し、主基板２０１に形する各流路の溝深さを例えば５０μｍ均一とする。開放孔１１３は、例えばポンチ加工によって形成する。吸液体としては、例えばコットンを用いる。
【００８０】
なお、吸液体は、蓋基板に載置することなく、主基板の下流側端部に直接固定してもよい。また、図７（ａ）、（ｃ）では、模式的に直流電源と接続されている状態を示しているが、これに限らず、交流電源やスイッチ回路などを組み合わせた電圧印加装置を接続することができる。更に、第１流路１１５に、検出用電極２０３ａが設けられており、検出用電極２０３ａにも当然引き出し電極が形成されるが、ここでは説明を省略している。
【００８１】
（検出用電極の形成方法）
検出部２０３の一部である電極１５３（図６参照）の作製は、フォトリソ法によりレジストをパターニング後、スパッタ法によって銀層を１μｍ形成し、リフトオフ法によってパターニングされた電極１５３を形成した。電極１５３作成後、Ａｇの表面の塩化処理を行い、Ａｇ／ＡｇＣｌ層の電極１５３を作成した。塩化処理には０．１Ｍ塩酸中で電極１５３に＋１００ｍＶ、５０秒の電圧印加を行った。
【００８２】
（各種電極の形成方法）
エレクトロウエッティングバルブ用電極、引き出し電極等の作成方法について説明する。エレクトロウエッティングバルブ用の参照電極１７１、作用電極１７２、引き出し電極１７３・１７４及び引き出し線は、フォトリソ法によりレジストをパターニングした後、スパッタ法によってチタン層（またはクロム層）５０ｎｍ、金層１００ｎｍを形成し、リフトオフ法によってレジストとレジスト上に形成されたチタン層および金層を除去し、所望の形にパターニングする方法により形成した。
【００８３】
その後、作用電極については、電極表面をテトラフルオロエチレンで覆い、テトラフルオロエチレン被膜により表面を絶縁すると共に疎水性とした。この参照電極１７２部分がエレクトロウエッティングバルブ本体となる。
【００８４】
エレクトロウエッティングバルブ用参照電極の表面は、テトラフルオロエチレン以外の疎水性の表面コート剤で覆ってもよい。また、作用電極を形成した蓋基板を空気中（自然大気中）に２４時間以上放置することによって金表面に形成される自然酸化膜（接触角６０°〜８５°）をテトラフルオロエチレンなどからなる疎水膜に代わる近疎水性膜（親水性の低い膜）として用いることもできる。なお、エレクトロウエッティングバルブを低電圧で駆動させるためには、疎水性の膜または上記近疎水性膜は可能な限り薄いことが望ましく、好ましくは膜厚みを１ｎｍ以下とする。
【００８５】
（エレクトロウエッティングバルブの動作原理）
図７（ａ）、（ｃ）に示されるように、作用電極１７２は流路壁面の１面を構成する親水性の蓋基板２０２の流路部分を覆うように形成されており、作用電極１７２の表面は疎水性膜で被覆されている。よって、作用電極１７２が配置された部分の流路全壁面（４面）が疎水性となり、作用電極１７２が設けられた第５流路（隘路）１４４の溝幅および溝深さはそれぞれ５０μｍと狭いので、液体はエレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２が設けられた箇所を通過することができない。他方、作用電極１７２と参照電極１７１との間に電圧が印加（０．８Ｖ〜１．５Ｖ程度）されると、作用電極１７２上を液体が通過することができるようになる。
【００８６】
このことを図７、８を参照しつつ説明する。開放孔１１３から注液された液体はエレクトロウエッティングバルブ用参照電極１７１上に接しながら第４流路１３４を流れ、第５流路（隘路）１４４の流路に設けられたエレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２部分に達する。エレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２は疎水性膜または親水性の低い近疎水性膜で被覆されており、電圧を印加していない場合は、液体との接触角が６０°以上になる。その結果、表面張力により発生する圧力Ｐが０又はマイナスとなり、液体の流れが停止させられる（図８及び図１２参照）。すなわち、電圧印加がＯＦＦのとき、開閉バルブは閉じた状態となる。
【００８７】
他方、引き出し電極１７１・１７４に電圧が印加されると、参照電極１７１上を通過した液体は負に帯電して、作用電極１７２と液体の間で仮想的なキャパシタが形成され、液体が作用電極１７２に引き寄せられる。この結果、液体の作用電極に対する接触角が小さくなる。例えば接触角が４０°程度となる。つまり、見掛け上、作用電極表面の親水性が強くなり、親水性の影響が大きくなるので、表面張力により発生する圧力（毛細管力）が正となる。これにより、液体が当該隘路を通過することができることになる。すなわち、電圧印加ＯＮのとき、開閉バルブは開放された状態となる。
【００８８】
ここにおいて、上記原理からして、エレクトロウエッティングバルブで液体の流れを的確にＯＮ，ＯＦＦさせるためには、親水性部分と疎水性部分の影響が全体として打ち消しあうように調整しておく必要があるので、流路壁面の少なくとも一部を疎水性にする必要がある。蓋基板に親水性基板を用い、各流路用溝を形成する主基板に疎水性基板を用いる場合においては、流路幅を狭くすることにより疎水性の影響を大きくできるので（毛細管力が小さくなる方向に働く）、これと作用電極１７２表面の接触角の変化をバランスさせることにより、液体の流れを的確に制御できるようにする。このためには、好ましくは第４流路の流路幅、流路高さをそれぞれ１００〜５００μｍとし、第１流路１１５の流路幅、流路高さを、それぞれ５００μｍ〜１ｍｍとし、第５流路（隘路）１４４の流路幅、流路高さを、それぞれ１０以上〜３００μｍ未満とする。
【００８９】
さらに、作用電極１７２表面の疎水性膜の疎水性を適正なものとし、電圧を印加し作用電極１７２表面の接触角が減少したときに、疎水性壁面の効果より親水性壁面の効果が大きくなるように設計する。疎水性の程度としては、例えば接触角９０°〜１４５°、好ましくは
１００°〜１２０°である。
【００９０】
ところで、第５流路（隘路）１４４以外の流路は、親水性の影響を大きくして液体の流れを良くするのがよく、このためには、流路幅を大きくすることが有効である。しかし、各流路に流路幅の広狭があると、吸液体方向に液体が前進する過程で連続する流体の末尾（気液界面）が幅の広い流路に入ったときに当該流路における毛細管力が逆方向（逆流する方向）の力を生じる。つまり、連続する流体の後側と前側とで逆方向の毛細管力が作用する。このため、強い毛細管力が作用している吸液体と、これに接続されている第三流路の境界に気泡が入りで流体が分断される。これにより吸液体がもはや流路内の液体を吸い出しできなくなる。実施の形態２では、流路終端部である第３流路１１７を、全流路中で最も毛細管力の強い部分（同等を含む）とする条件を満たしつつ、各流路幅を好適に設定している。それゆえ、流路内に液体が残留するということがない。
【００９１】
（実施の形態３）
実施の形態３は本発明送液構造体を利用したマイクロ分析チップに関する。実施の形態３にかかるマイクロ分析チップは、図９に示すように、開放孔１１３と、第４流路１１８と、第５流路（隘路）１１４と、第１流路１１５と、第１流路に連続する第２流路（隘路）１１６と、前記第２流路に連続する第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有している（図９参照）。なお、流路１１９は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００９２】
ここで、各流路は、第１流路１１５における液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路１１６における液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路１１７における液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造としてある。また、第４流路１１８における液体に発生する表面張力による圧力をＰ４とし、第５流路（隘路）１１４における液体に発生する表面張力による圧力をＰ５とするとき、Ｐ５＜Ｐ４≦Ｐ３が成立する構造としてある。それゆえ、第３流路１１７に作用する毛細管力は、第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上となり、且つ第３流路１１７に作用する毛細管力は、第４流路１１８に作用する毛細管力と同等以上となる。このため、上記実施の形態２と同様に、送液の停止が起こらず、スムースに液を流しきることができる。
【００９３】
更に、本実施の形態では、第５流路（隘路）１１４に抗体等の反応物質が固定化された反応部を備える。また、第２流路（隘路）１１６には、検出部が設けられ、例えば第２流路の壁面に検出部の一部を構成する検出用電極が設けられている。なお、反応部は反応させる機能を有する部分であればよい。また、検出部は目的物質を検出できる機能を有する部分であればよい。そして両者ともに特段の制約はないので、図９には反応部及び検出部を図示していない。
【００９４】
実施の形態３のマイクロ分析チップでは、第５流路（隘路）１１４に反応部が設けられ、抗体などが固定されているが、第５流路は幅が狭いので液体（被検液）に含まれる抗原等の検出目的物質は少ない拡散距離でもって抗体等の反応物質と接触することができる。それゆえ、素通りしてしまう検出目的物質が少ないので、反応効率が高い。
【００９５】
また、検出部が幅の狭い第２流路（隘路）１１６に設けられている。この構造であると、第1流路より幅が狭い第２流路に入った液体は流れを速め、渋滞なく均一に流れるので、検出精度が高まる。また、第５流路の場合と同様、検出目的物質の素通りが減少するので、この側面からも検出精度が高まる。
【００９６】
なお、検出部における検出方法は、電極を用いて電気量を測定する方法（電気化学的方法）や、外部より光を照射しその反射光や透過光を測定する光学的方法などがあるが、いずれの方式であっても、液の流れが渋滞することがない効果（検出精度や検出再現性の向上効果）が得られる。
【００９７】
更に、開放孔１１３から例えば複数の液体を注入した場合、液体は先ず第４流路１１８に入るが、第４流路１１８の容積は抗原が固定された第５流路１１４よりも容積が大きいので、ここで拡散混合されて、容積の小さい幅狭の第５流路１１４内に入ることになる。
【００９８】
また、第５流路１１４に続く第1流路１１５は、第５流路１１４及び第２流路よりも容積が大きいので、例えば酵素基質反応により第５流路１１４で生成された物質は容積の大きい第1流路１１５内で拡散混合され均一な溶液となり（又は例えば他の溶液と反応し電極活性物質となり）、容積の小さい幅狭の第２流路（隘路）１１６に入り、ここで検出されることになる。つまり、第４流路や第１流路は、拡散混合領域として機能する。これは、マイクロ分析チップとして好都合である。
【００９９】
以上から、実施の形態３によると、簡単な構造でもって簡便かつ迅速に目的物質の検出が行え、しかも検出精度に優れたマイクロ分析チップを実現することができる。
【０１００】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態３にかかるマイクロ分析チップを更に発展させたものである。実施の形態４にかかるマイクロ分析チップの具体的構成の詳細を順次説明する。
【０１０１】
（全体構成）
実施の形態にかかるマイクロ分析チップの全体構成図を、図１０に示す。図１０に示すように、実施の形態４のマイクロ分析チップは、第１の液体用の第1開放孔２００１と、第２の液体用の第２開放孔２００２と、これらの開放孔に連続する第1液溜め部２００３、第２液溜め部２００４と、ミキサー部２００７と、第１隘路２００９と、第４流路２００８と、第５流路（第２隘路）２０１１と、第１流路２０１０と、第２流路（第３隘路）２０１３と、第３流路２０１６と、第３流路の終端に直接接する吸液体２０１４と、を有し、第４流路２００８には、反応部２０１７が設けられ、第1流路２０１０には、検出部２０１２が設けられている。
【０１０２】
更に、チップの端部に、外部接続端子２０１５が設けられている。
【０１０３】
第１開放孔２００１から第１の液体が注入されると第１液溜め部２００３に第１の液体が注入される。第２開放孔２００２も同様に、第２の液体が注入されると第２液溜め部２００４に第２の液体が注入される。
【０１０４】
上記第１液溜め部および第２液溜め部の下流側には、注入された液体のミキサー部２００７への流入を停止または開始することのできる第１開閉バルブ２００５および第２開閉バルブ２００６がそれぞれ設けられている。ミキサー部２００７は第１の液体と第２の液体を混合できる構造としてある。
【０１０５】
ミキサー部２００７には、第４流路２００８が第１隘路２００９を介して接続されている。第４流路２００８に設けられた反応部２０１７には、溶液に含まれる被検出物質と反応する物質が配置されている。
【０１０６】
なお、図１０の例では、ミキサー部と反応部は第１隘路２００９を介して接続されているが、第１隘路２００９を介すことなく直接接続されていてもよい。
【０１０７】
第１流路２０１０は、第５流路（第２隘路）２０１１を介して第４流路２００８と接続されており、第１流路２０１０には検出部２０１２が設けられている。検出部は被検出物質を直接または間接的に検出することができるよう構成されている。なお、被検出物質を直接検出できる構成である場合には、第１流路２０１０を有さない構成とすることができる。この場合には、上記第４流路が第1流路の機能を果すことになる。
【０１０８】
次に、吸液体２０１４が第３流路２０１６及び第２流路（第３隘路）２０１３を介して第１流路２０１０に接続されている。流路を流れて来た液体は吸液体２０１４により吸収される。
【０１０９】
このマイクロ分析チップは、外部接続端子２０１５を要しており、当該端子を介して外部電源への接続、電気的制御信号の入力、検出信号の出力などを行えるようになっている。これにより、電源やＩＣなどの制御回路を外付けとすることができるので、その分、チップのコンパクト化を図れる。
【０１１０】
なお、このマイクロ分析チップにおいても、上記実施の形態２と同様、最下流に位置する第３流路２０１６の毛細管力が前記第１流路２０１０および第４流路２００８の毛細管力より大きくなるように、各流路サイズが調整されているので、第１および第４流路に液体が残留することなく全ての液体が吸液体２０１４に排出される。
【０１１１】
実施の形態４にかかるマイクロ分析チップについて更に説明する。
〈液体の注入〉
第１の液体用の開放孔２００１および第２の液体用の開放孔２００２より、それぞれ第１の液体および第２の液体を注入する。これにより、液溜め部２００３、２００４にそれぞれの液体を注入できる。
【０１１２】
開放孔２００１・２００２は、外部（大気）に開放された孔であって毛細管力が働かない程度の大きさ（例えば２ｍｍΦ）としてある。毛細管力が働かない大きさである場合には、開放孔が疎水性であっても液体を円滑に注入することができる。開放孔２００１・２００２は、毛細管力の働く大きさであってもよいが、この場合には液体を円滑に注入できるように、開放孔に親水性処理を施す等する必要がある。
【０１１３】
なお、開放孔に液体を充填したカートリッジを接続する方法で液体を注入させることもできる。この場合にはカートリッジ内の液体が流路系に充分に流れ込むよう、開放孔に空気抜き用の隙間が確保できるようにするか、または別途空気抜き孔を設けるのが好ましい。
【０１１４】
図１０の例は、２つの開放孔を有する構造であるが、開放孔は２つに限られず、３つ以上とすることもできる。例えば、第１の液体用の開放孔に被検出物質を含む試料を、第２の液体用の開放孔に試薬を、第３の液体用の開放孔に標準試料を、第４の液体用の開放孔に洗浄液を注入する等とすることができる。
【０１１５】
洗浄液を注入する第４開放孔を設けた構造であると、チップ内を洗浄し繰り返し使用することによって、チップのコストパフォーマンスを高めることができる。なお、検出処理前後に第１の液体用の開放孔等から洗浄液を注入して流路内を洗浄することにより、試料等の汚染を低減することもできる。これにより検出誤差を少なくすることができる。
【０１１６】
〈開閉バルブ〉
開閉バルブを設ける流路は、液体を適切に停止または流入させるための空間容積を必要とするが、この容積は開閉バルブの種類によって異なる。開閉バブルとしては、エレクトロウエッティングバルブや、ダイアフラム型バルブを用いることができる。エレクトロウエッティングバルブは設置に多くの空間容積を必要としないので好ましい。
【０１１７】
〈ミキサー部〉
ミキサー部は第１の液体と第２の液体を充分混合できるように構成する。例えば、ミキサー部に、第１開閉バルブおよび第２開閉バルブから流入して来た液体が自然混合されるように、マイクロピラー構造設けるのもよい。また、Ｔ字型ミキサー、Ｍａｎｚミキサー、３次元蛇行流路を用いたミキサーなどを設けることもできる。
【０１１８】
図１０の例は２液を混合する場合であるが、３液以上の液体を混合するように構成してもよい。この場合、第３の液体の注入と、流入タイミングを制御するために流路内の適切な位置に第３の液体用の開放孔及び第３開閉バルブを設けるのが好ましい。
【０１１９】
〈第４流路〉
第４流路２００８は、反応を行う反応領域として機能する。第４流路２００８に設けられる反応部２０１７は第４流路２００８の全部であってもよいし、その一部であってもよい。反応部２０１７には、例えばサンプル溶液に含まれる被検出物質を特異的に認識し反応する分子が配置される。被検出物質が抗原である場合は、抗体を反応部に固定化するとよい。被検出物質を検出するためには、酵素免疫反応のサンドイッチ法を用いることができ、この場合、抗原を酵素標識抗体（二次抗体）と反応させ、抗原と酵素標識抗体が結合した複合体とする。この複合体を反応部に予め固定化しておき抗体（一次抗体）と反応させる。次に基質を導入し、二次抗体に標識されている酵素と反応させ、反応により生成された電気化学的に活性のある物質を検出部の電極上で電気化学的に検出を行う。反応部では、検出部にて検出できる物質が被検出物質の量に応じて生成される。なお、反応部における検出手段が光学的な手段であってもよい。
【０１２０】
〈第３流路〉
第３流路２０１６は、ここで発生する表面張力による圧力が注入側の他の流路における表面張力による圧力と同等以上となるように構成されている。これ以外の事項、例えば材質、形状など条件に特段の制約はない。例えば主基板としてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板が使用されている場合には、第３流路部分に酸素プラズマ処理を施して部分的に親水性を高めることにより、第３流路で発生する毛細管力を大きくすることができる。
【０１２１】
〈吸液体〉
吸液体２０１４は、液体を吸収することのできるものであれば特段の制約がない。液体を吸収することのできる材質としては、多孔性物質、親水性のメッシュ、海綿体、綿、濾紙、水分保持力の強い高分子網状体などが挙げられる。
【０１２２】
なお、吸液体が円滑に液体を吸収することができるように、液体を注液するための開放孔以外の大気開放孔を設けるのもよい。また、吸液体の一部が第３流路に入り込んでいてもよい。ただし、その分、第３流路の容積が減少する。
【０１２３】
〈外部接続端子〉
外部接続端子２０１５は、外部よりチップに駆動電源や駆動情報を入力し、また外部に検出結果等を出力するためのものである。この端子の形成に金薄膜を用いると、外部接続端子の形成をエレクトロウエッティングバルブや検出電極などと同様に行うことができるので生産効率がよい。なお、金に代えて、銅や鉄またはアルミニウムなどの他の導電性材料を用いてもよいことは勿論である。
【０１２４】
〈２層構造体〉
実施の形態４にかかるマイクロ分析チップは第1基板（主基板）２１０１と第２基板（蓋基板）２１０２を重ね合わせた２層構造になっている。２層構造の各々の層構造について図１１を用いて説明する。
【０１２５】
第1基板（主基板）２１０１は、透明性および加工性が高いものが良く、また液体の移動の制御を行うために疎水性を有するものがよい。このような基板としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるものがよい。他方、第２基板（蓋基板）は、電極が形成し易い材料が良く、第1基板を疎水性とした場合においては親水性とする必要がある。このような基板として、ガラス、石英、シリコン等からなる基板が好適である。
【０１２６】
第1基板及び/又は第２基板は上記親水性または疎水性の特性を有することに加え、蛍光やＵＶ光を用いて検出目的物質を測定するために、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。このような材質としては、実施の形態１に記載したものや、特開２００３−１４９２５２号公報で提案される材質を用いることができる。
【０１２７】
各基板に対し次のような加工を行なう。第1基板（主基板）に対しては、上部に第１の液体用の開放孔２００１および第２の液体用の開放孔２００２を上向きに開口する。また、液溜め部２００３・２００４、第１開閉バルブ２００５・第２開閉バルブ２００６を設ける流路、ミキサー部２００７・第４流路２００８・第１隘路２００９・第１流路２０１０・第５流路（第２隘路）２０１１・第２流路２０１３、第３流路２０１６用の凹状溝を形成する。また吸液体２０１４を収納する凹状空間を下向きに形成する。この凹状空間に吸液体２０１４が配置される。
【０１２８】
第２基板（蓋基板）２１０２に対しては、その表面に第１開閉バルブ用の電極２１０５・第２開閉のバルブ用電極２１０６、検出用電極２１１２を形成し、また第２基板の端部に外部接続端子２０１５を形成する。更に各電極を外部接続端子２０１５に接続する引き出し線を形成する。各電極の形成は、公知の方法を用いればよい。なお、開閉バルブとしてエレクトロウエッティング方式を用いる場合には、第１開閉バルブ用電極２１０５および第２開閉バルブ用電極２１０６は作用電極と参照電極を含むものとなり、接続は各々２端子または３端子で行なうことになる。
【０１２９】
上記のように加工した両基板２１０１・２１０２を加工面を内側にして張り合わせる。これにより実施の形態４にかかるマイクロ分析チップが完成する。
【０１３０】
（実施の形態５）
実施の形態５は、携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置に関する。実施の形態５の内容を図１３に基づいて説明する。図１３は、実施の形態５にかかる携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置の概要を説明するための概念図である。
【０１３１】
このハンディ型マイクロ分析装置は、マイクロ分析チップ２３０２と、このマイクロ分析チップを駆動制御する制御用ハンディ機器２３０１とで構成されている。マイクロ分析チップ２３０２は、上記実施の形態４で説明したと同じマイクロ分析チップである。よって、ここではマイクロ分析チップの詳細な説明は省略する。
【０１３２】
図１３に示すように、制御用ハンディ機器２３０１の下部には、実施の形態４で説明したと同様なマイクロ分析チップ２３０２の外部接続端子２０１５を挿入するチップ接続口２３０３が設けられており、このチップ接続口の奥には、外部接続端子２０１５と電気的に接続する外部入出力端子（図示せず）が設けられている。マイクロ分析チップの外部接続端子２０１５をチップ接続口２３０３に挿入すると、制御用ハンディ機器２３０１内の外部入出力端子とマイクロ分析チップ２３０２の外部接続端子とが電気的に接続される。
【０１３３】
制御用ハンディ機器２３０１には、分析チップの測定結果（被検出物質の量など）を表示することができる表示部２３０４、および、測定の開始、停止や、測定パラメータを特定するための様々なデータを入力することのできる入力部２３０５が設けられている。入力部２３０５としては、例えばタッチパネル構造が採用できる。
【０１３４】
更に制御用ハンディ機器２３０１には、図示しないが、データを処理することのできるＣＰＵや入力情報および出力情報を処理するＩ／Ｏ論理回路などの情報処理システムが組み込まれている。
【０１３５】
マイクロ分析チップ２３０２を制御用ハンディ機器２３０１に接続し、各種データを入力し、測定開始ボタンを押す。これにより、予めマイクロ分析チップに備えられ、且つ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や試料液（被検液）などの溶液が流路内内に順次進入する。これにより各流路内で所定の反応が行われて検出可能物質になり検出部に至り、ここで被検出物質の量に応じた電気信号が発せられる。この電気信号は外部接続端子２０１５から外部に出力される。
【０１３６】
外部接続端子２０１５から出力された信号は、外部接続端子２０１５と電気的に接続された制御用ハンディ機器の外部入力端子が受け取り、この信号を制御用ハンディ機器に予め格納されたソフト情報に基づいて分析する。これにより、被検出物質の量または種類などを特定することができる。
【０１３７】
上記制御用ハンディ機器しては、例えば携帯電話やＰＤＡなどの携帯電子機器を活用することができる。ここでは携帯電話を例に挙げて説明する。例えばコンピュータ機能を備えた携帯電話に、上記したチップ接続口を設け、この携帯電話にマイクロ分析チップから発信されたデータを処理する分析ソフトを格納する。この携帯電話は通常は携帯電話として機能し、必要に応じて制御用ハンディ機器として機能させることができる。
【０１３８】
操作方法を例示する。携帯電話にマイクロ分析チップを接続し、携帯電話のボタンにより各種データを入力した後、測定開始ボタンとして設定されたボタンを押す。これにより、あらかじめマイクロ分析チップに準備され、かつ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や被検液などが流路内へ進行する。この後、分析チップが順次動作して検出部において検出された被検出物質量に応じた電気信号を携帯電話に出力する。携帯電話のコンピュータがこの信号をソフト的に解析し被検出物質の量や種類などを特定する。これを携帯電話のディスプレイに表示する。また、オペレータの指示を受け、その電送機能を利用して解析情報を離れた場所にまで電送する。
【０１３９】
このように、携帯機器を利用することにより、コストパフォーマンスに優れ、かつ利便性・使い勝って性に優れたマイクロ分析装置を実現することができる。
【０１４０】
なお、分析チップと携帯電子機器との間の信号伝達方式は、両者間で電気信号がやり取りできる限りどのような方式・形態でもよく、必ずしも上記のようなチップ接続口を介する方式である必要はない。
【０１４１】
（実施の形態６）
実施の形態６のマイクロ分析装置は、試料（被検液）の採取、検出データの分析、分析結果の出力等、の各機能が複数の基板にそれぞれ形成され、これが積層され一体化された一体型マイクロ分析装置に関する。
【０１４２】
図１４に一体型マイクロ分析装置の平面見取り図を示す。図１４に示すように、この一体型マイクロ分析装置は、サンプル採取部２４０１、液体流路部２４０２、駆動分析処理部２４０３、入出力論理処理部２４０４および出入力部２４０５が、それぞれ１つの基板に形成されている。ただし、全ての要素を一つの基板に形成してもよいし、関連する要素ごとを１つの基板に形成する等してもよい。
【０１４３】
サンプル採取部２４０１には、内部に毛細管が有する針が配置されており、この針を人体又は試料体に針を刺す等することにより血液や試料を採取する。針は、低侵襲のマイクロプローブとすると人体等に針を刺し血液等の体液を抽出する際に痛みが緩和されるので好ましい。また、サンプル採取部２４０１に、針と共に、又は針の代わりに、非侵襲型の採取器具、例えば皮膚表面の汗、口腔内の唾液、涙や尿等を採取する吸液体を設けるのもよい。
【０１４４】
また、液体流路部２４０２としては、実施の形態１〜４の送液構造体およびマイクロ分析チップと同様な流路構造を使用する。このうち、好ましくは実施の形態４で説明した流路構造を用いる。サンプル採取部２４０１に配置されている針の毛細管は液体流路部２４０２の液溜め部２４１４と接続されており、針に設けられている毛細管の毛管現象によりサンプルが液溜め部に流入するように構成されている。
【０１４５】
また、液体流路部２４０２は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニル等の基板を用いて作製される。液体流路部２４０２に、複数の検出部を配置してもよい。また、複数の流路系（マイクロ分析用送液構造体）が並存する構造としてもよい。
【０１４６】
駆動分析処理部２４０３は、ＣＰＵ、メモリ、バッテリー（図示せず）等が設けられており、液体流路部２０４２の検出部や、後で説明するＩ／Ｏ論理回路などと接続されている。この実施の形態は、全ての要素を含む一体型であるので、各種測定に対応した開閉バルブコントロールや、測定データの処理等が可能となるように、駆動分析処理部２４０３にＣＰＵやメモリが設けられており、メモリには、各種測定に対応したバルブコントロールシークエンス情報や、測定データの処理情報が格納されている。
【０１４７】
駆動分析処理部２４０３は、予め格納された上記情報に基づいて、測定開始時に開閉バルブを開き試薬液や試料液（被検液）などを流路内に流入させ、検出部が検出された電気信号を処理して、被検出物質の量または種類を特定する。このように、駆動分析処理部２４０３は、マイクロ分析チップを制御し、かつマイクロ分析チップで得た測定データをＩ／Ｏ論理回路（下記）に出力できる構成になっている。なお、駆動分析処理部２４０３は、上記実施の形態４における図１１の蓋基板２１０２と同様に構成することができ、また実施の形態５で記載した駆動制御要素を盛り込むことができる。
【０１４８】
入出力論理処理部２４０４は、Ｉ／Ｏ論理回路を有し、このＩ／Ｏ論理回路は駆動分析処理部２４０３のＣＰＵに接続されると共に、電気接続線を介して出入力部の各ボタン及び表示部に接続されている。入出力論理処理部２４０４は、駆動分析処理部２４０３のＣＰＵと協働して、Ｉ／Ｏデータを処理し、出入力部のディスプレイ（ＬＣＤ）に測定結果を表示すると共に、出入力部２４０５の入力ボタンで入力された電気信号に基づいてマイクロ分析チップを制御する。なお、この制御には、少なくとも開閉バルブの制御と検出部電極の制御が含まれる。
【０１４９】
出入力部２４０５には、ＣＰＵに指示を与える入力ボタンとディスプレイ（ＬＣＤ）が設けられている。なお、ディスプレイはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）に限られるものではなく、有機ＥＬ表示モジュール等であってもよい。
【０１５０】
ディスプレイは、駆動ドライバー回路をＩ／Ｏ論理回路とＣＰＵが協働し駆動することにより表示動作を行なう。表示形式としては、例えば数値表示、グラフ表示、「ある・なし」表示、更には経時変化表示など、多様な表示形式を採用することができる。
【０１５１】
さらに出入力部には、図１４に図示しないが、外部との入出力を処理する端子、または、無線送受信機を設けることができる。そうすることにより、パソコンやＰＤＡ端末などと接続でき、またネットワーク接続が可能になり、利便性が高まる。
【０１５２】
実施の形態６のマイクロ分析チップ装置は、サンプルの採取からその測定と出力を一つの装置で行なうことができる。特に外部との双方向の情報のやり取りを可能にする無線送受信機を組み込んだ実施の形態６のマイクロ分析チップ装置によると、例えば自宅で測定した人の健康に関する測定結果を直ちにネットワークを介して病院や健康管理センターなどに電送することができる。これにより、迅速かつ的確な診断や治療に関するアドバイスを受けることが可能になる。
すなわち、実施の形態６によると、いつでも、どこでも、だれでも、が利用可能な、小型で利便性に優れたマイクロ分析チップ装置を提供することができる。
【実施例】
【０１５３】
本発明の内容を実施例により更に具体的に説明する。
【０１５４】
（実施例１）
実施例１は、上記実施の形態１と同様な内容を備えた送液路構造体に関する。図５に、実施例１にかかる送液構造体を示す。この送液構造体１１０は、２つの開放孔１１３ａ、１１３ｂと、これらに続く第４の流路１５１ａ、１５１ｂと、第４の流路に続く第1の隘路１５２ａ、１５２ｂと、第１の隘路にそれぞれ設けられた開閉バルブ１４１、１４２と、上記２つの第１の隘路に続く、第1流路１１５、これに続く第２流路１１６（第２の隘路）、これに続く第３流路１１７、第３流路に直接接した吸液体１１１と、を有し、更に第1流路１１５には検出部２０３が設けられた構造である。
【０１５５】
この送液構造体は、上記実施の形態１と同様に２つの基板、主基板２０１（ポリジメチルシロキサン）および蓋基板２０２（石英）で構成されており、主基板への溝の形成は、金型による樹脂成型方法を用いた。金型は、シリコン基板にフォトリソ法でレジストパターンを形成後、ドライエッチングプロセス法によりエッチングを行って作製した。作製された金型型枠に、シリコンゴム（ポリジメチルシロキサン：ＰＤＭＳ）（東レダウコーニング社製 ジルポット１８４）を厚みが２ｍｍになるまで流し込み、１００℃、１５分の加熱を行い、硬化させた。硬化後、金型と硬化したシリコンゴムを分離させ、シリコンゴムを縦１５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み２ｍｍに整形し、主基板２０１を作製した。
【０１５６】
主基板２０１の第４の流路１５１ａ、１５１ｂの幅を２００μｍ、第１流路１１５の幅を６００μｍ、第１の隘路１５２ａ、１５２ｂの幅を５０μｍ、第３流路１１７の幅を６００μｍに設定した。流路高さは全て５０μｍとした。主基板の２つの開放孔１１３ａ、１１３ｂはポンチ加工によって形成した。
【０１５７】
また、蓋基板２０２は、厚み６００μｍの石英基板をダイシングソーで縦１８ｍｍ、横１６ｍｍに切断して作製した。蓋基板には、予めダイアフラム型の開閉バルブを組み込むと共に、検出部２０３を作製した。
【０１５８】
検出部２０３用の電極の作製は、フォトリソ法でレジストをパターニング後、スパッタ法によってチタンを積層したチタン層５０ｎｍ、金を積層した金層１００ｎｍを形成した後、リフトオフ法によってパターニングした、図６に示すような作用電極１５７、対向電極１５４、引き出し線１５５、引き出し電極１５６を形成した。更に検出部２０３の一部である参照電極１５３の作製には、フォトリソ法でレジストをパターニング後、スパッタ法によって銀を積層した銀層を１μｍ形成し、リフトオフ法によってパターニングして参照電極１５３を形成した。参照電極１５３作製後、銀の表面の塩化処理を行い、銀／塩化銀層の参照電極１５３を作製した。塩化処理は、０．１Ｍの塩酸中で電極１５３に＋１００ｍＶ、５０秒間の電圧印加を行う条件で行った。作成された検出部とポテンショスタットを接続することによって、検出部へ導入された電気的に活性のある物質の電気化学測定を行った。
【０１５９】
更に蓋基板の内側面に対し、１００Ｗ、酸素流量３０ｓｃｃｍ、６０秒間の条件で酸素プラズマ処理を行い、蓋基板の内側表面の親水性を高めた。
【０１６０】
以上のようにして作製した主基板２０１と蓋基板２０２とを自己吸着作用を利用して貼り合わせ、第３流路１１７の下流側末端にコットン製の吸液体１１１を配置し、実施例１にかかる送液構造体を完成させた。
【０１６１】
（比較例１）
比較例１の送液構造体を図１５に示す。図１５に示すように、第２流路１５３に続く第３流路を形成せず、第２流路１５３の端に吸液体１１１を接触させたこと以外については、上記実施例１と同様にして、比較例１にかかる送液構造体４１０を作製した。
【０１６２】
≪送液試験１≫
実施例１、比較例１にかかる送液構造体のそれぞれの開放孔に適当量の蛍光色素（ＦＩＴＣ）を含む試験液（水溶液）を滴下し、試験液が吸液体１１１側に流れ切るか否かを調べる送液試験を行った。実施例１にかかる送液構造体では、開放孔に試験液を滴下すると、毛細管現象により送液構造体内に溶液３００が満たされ、試験液３００が吸液体１１１に達した後、吸液体１１１が流路内の試験液を徐々に吸収し流路内の試験液が全て吸液体に吸収された。
【０１６３】
他方、比較例１にかかる送液構造体においても、試験液３００が吸液体に達し、吸液体への吸収が始まったが、図２０に示すように、第１流路４１５において気液界面が生じた時点で開放孔側への溶液の戻りが生じて、吸液体４１１１と試験液３００との間に空隙が生じ、この段階で吸液体の吸液が遮断され、流路内の試験液の送液が停止した。これにより、流路内に試験液３００が残留することが確認された。
【０１６４】
以上により、実施例１の送液構造体では、スムースに液体を流しきることができることが確かめられた。
【０１６５】
（実施例２）
上記実施の形態２と同様にして実施例２の送液構造体を作製した。
【０１６６】
（比較例２）
図１６に示すように、第３流路を形成しなかったこと以外は、上記実施の形態２と同様にして、比較例２にかかる送液構造体を作製した。
【０１６７】
≪送液試験２≫
実施例２と比較例２にかかる送液構造体に液を流す試験を行った。実施例２の送液構造体では、開放孔に蛍光色素（ＦＩＴＣ）溶液を滴下すると、毛細管現象により送液構造体内に溶液が入る。この後、エレクトロウエッティングバルブの作用電極に液体が達した時点で液の流れが停止した。作用電極及び参照電極に電圧を印加すると、作用電極上を液が通過し、溶液が吸液体に達し、この時点から途切れることなく吸液体が流路内の溶液を吸収した。よって、流路内に溶液が残留することなく流路内の溶液が全て吸液体に吸収された。
【０１６８】
他方、比較例２の送液構造体では、溶液が吸液体に達し吸液体が流路内の溶液を吸収し始めるまでは実施例２と同様であったが、吸液体への吸収がすすみ、溶液の上流端部（末尾）が第1流路に入り気液界面が第１流路内にできた時点で、上流側（開放孔側）への戻り（逆流）が生じ、吸液体と吸液体に接している流路（最下流側流路）との間に空隙が形成され吸液体への溶液吸収が遮断された。これ以降は、下流側への溶液の移動が停止してしまった。
【０１６９】
以上により、実施例２にかかる送液構造体は、流路内に流路幅の狭いところや流路幅の大きいところを有し、且つ送液のための動力装置を備えていないが、注液された溶液の全てを毛細管力により吸液体側に流すことができることが確認できた。
【０１７０】
本発明は上述した実施の形態や実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記した各実施の形態に記載された技術要素を組み合わせた構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上に説明したように、流路壁面に親水性部分と疎水性部分とを有する流路を用いてなる送液構造体にかかる本発明によると、送液用駆動源を必要とすることなく、液体を送液することができるので、微量分析用の送液手段として極めて有用である。本発明にかかる送液構造体は、特に、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等において使用するマイクロ分析チップ及び装置の簡素化・コンパクト化を図るのに極めて有用であり、その産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる送液構造体の平面図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる送液構造体の断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる送液構造体の液の流れを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかる送液構造体の第１流路及び第３流路における液の流れを示す概念図である。
【図５】図５は、実施例１にかかる送液構造体の平面図である。
【図６】図６は、検出部を構成する電極構造を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる送液構造体の平面図である。
【図８】図８は、エレクトロウエッティングバルブの原理を説明するための図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる送液構造体を示す平面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかるマイクロ分析チップを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかるマイクロ分析チップの２層構成を説明する図である。
【図１２】図１２は、液体の表面張力による発生する流路圧力を算出するための式である。
【図１３】図１３は、実施の形態５にかかるマイクロ分析装置を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態６にかかるマイクロ分析装置の積層構造を説明するための図である。
【図１５】図１５は、比較例１にかかる送液構造体の平面図である。
【図１６】図１６は、比較例２にかかる送液構造体の平面図である。
【図１７】図１７は、従来技術にかかる送液構造体の平面図である。
【図１８】図１８は、幅の異なる流路を備えた従来の送液構造体の平面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示す送液構造体の液の流れを示す概念図である。
【図２０】図２０は、図１８に示す送液構造体の第１流路及び第３流路における液の流れを示す概念図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１１０ 送液構造体
１１１ 吸液体
１１３、１１３ａ、１１３ｂ 開放孔
１１４ 流路
１１５ 第１流路
１１６ 第２流路（第１隘路）
１１７ 第３流路
１１８ 第３流路
１１９ 流路
１３４ 第４流路
１４０、１４１、１４２ 開閉バルブ
１４４ 第５流路
２０３ 検出部
２０３ａ 検出用電極
２０１ 主基板
２０２ 蓋基板
５０１、５０２ 毛細管力
１５１ａ、１５１ｂ 第４の流路
１５２ 第1の隘路
１５２ａ、１５２ｂ 第４の流路に続く第1の隘路
１５３ 参照電飾
１５４ 対向電極
１５５ 引き出し線
１５６ 引き出し電極
１５７ 作用電極
１７１ 参照電極
１７２ 作用電極
１７３、１７４ 引き出し電極
２００１ 第1開放孔
２００２ 第２開放孔
２００３ 第１液溜め部
２００４ 第２液溜め部
２００５ 第１開閉バルブ
２００６ 第２開閉バルブ
２００７ ミキサー部
２００８ 第４流路
２００９ 第１隘路
２０１０ 第１流路
２０１１ 第５流路（第２隘路）
２０１２ 検出部
２０１３ 第２流路（第３隘路）
２０１４ 吸液体
２０１５ 外部接続端子
２０１６ 第３流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛細管力を利用して液体を移動させる送液構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
免疫分析法は、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等において、重要な分析・計測方法として知られている。しかし、従来の免疫分析法は、操作が煩雑である上に、分析に一日以上の時間を要するといった問題があった。
【０００３】
このため、基板にマイクロオーダーの流路を形成し、このマイクロ流路に抗体等を固定化したマイクロ分析チップが提案されている。このマイクロ分析チップによると、分析時間の短縮化や分析操作の簡略化を図ることができる。
【０００４】
このようなマイクロ分析チップを用いて分析を行うには、マイクロ分析チップ内を被検出物質を含む溶液を移動させる必要がある。従来、マイクロ分析チップにおける溶液の移送には、ポンプなどの外部の動力源を用いていた。しかし、ポンプはマイクロ分析チップに比べて大型であるため、装置全体の小型化が図りがたい。
【０００５】
そこで、化学分析装置に微細加工技術を用いてマイクロポンプを組み込む技術が提案されている（例えば特許文献１）。しかし、マイクロポンプの組み込みには複雑で高度な加工技術を必要とする。また、マイクロポンプと共にマイクロポンプを駆動するための周辺要素を組み込む必要があるので、必ずしも十分なコンパクト化を図り難い。
【０００６】
他方、毛細管力を利用した送液方式が知られている。毛細管力を利用した従来のマイクロ流路構造の基本を図１７に示す。図１７の符号１１０はチップ基板、符号１１３が溶液の入口、符号１１４が流路、符号１１１が吸液体である。入口１１３に溶液を滴下すると、毛細管力によって溶液が流路１１４を移動して吸液体１１１に移動する。よってポンプ等の外力を必要とせずに溶液を１１３側から１１１側に移動させることができる。この方式はポンプを用いないので、簡便に微小な送液システムを構築することができる。しかし、送液が不確かであるという課題を抱えている。
【０００７】
更に特許文献２は、微小な送液システムを制御する技術を提案している。この技術は、疎水性領域が一部に形成された親水性の流路面を有する第１の基板である基板と、流路面と対向する位置は親水性にされ、疎水性領域に対向する位置に作用電極が形成された第２の基板であるガラス基板と、参照電極と、を具備し、流路面と作用電極との間は距離を有して配置されることにより、流路面と、ガラス基板との間に、流路空間が形成される送液装置であって、流体を、基板とガラス基板との間に配置し、かつ、参照電極、作用電極とに接触させた状態で、参照電極と作用電極との間に電位差を生じさせて、流路空間の流体の移動を制御する。この技術は機械的力を利用しない方法であるので、マイクロ流路系の送液制御手段として有用である。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２９７７６１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０６０６号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した従来技術を踏まえて、本発明との関連においてマイクロ分析チップについて更に説明する。マイクロ分析チップは、その役割を十分に果すため、開閉バルブ、ミキサー、反応部、検出部等の要素を必要とするので、全ての流路の流路幅を均一に設定することができにくい。例えば図１８に示すように、主流路４１６に比べ幅広の流路４１５が存在する。
【００１０】
このように異なる流路幅が存在するマイクロ分析チップ構造において、流路系が親水性の材料で構成されている場合における毛細管力は、流路幅が小さい流路で大きく、流路幅が大きくなるに従い小さくなる。この関係は下記数式１で示される。数式１は、半径ｒの流路における毛細管力、すなわち液体に働く表面張力により発生する圧力Ｐを示す式である。
【００１１】
Ｐ＝２σlgcosθ／ｒ −−−−−−−−− 数式１
（σlgは気液界面の界面張力、θは接触角、ｒは流路の半径）
【００１２】
図１８の流路４１４では、表面張力により発生する圧力Ｐが開孔４１３方向に働き、他方、吸液体による強い毛細管力が吸液体方向に働く。それゆえ、それらが互いに反対方向に液体を引合うため、最も圧力が大きくなる流路４１５と流路４１４との界面と、流路４１６と吸引力の強い吸液体４１１の界面とで液体が分断される方向に力が働く。そして少し液体が逆流して液体と吸液体４１１との間に隙間が生じ、この段階で安定化する。
【００１３】
つまり、液体の吸収のために毛細管力が強く働く吸液体４１１を設けても、液の流れが一定程度進んだ段階で不可避的に流路４１６と吸液体との間に液体の不連続が生じる。その後は吸液体４１１が液体を吸収することができなくなる。それゆえ従来の送液構造体では液体を吸液体４１１側に完全に移動させることができない。
【００１４】
本発明者らは、先に上記問題点を解消し得た送液構造体及びマイクロ分析チップを提案している（特願2008-044794）。本発明者らの更なる検討において、送液構造体をマイクロ分析用のチップとして利用する場合、液体の移動・停止を制御する手段を設けることが好ましく、このためには加工がし易い樹脂材料を用いるのが好ましいが、このような材料を用いた場合、送液が不確実になるという問題があることを知った。
【００１５】
この問題について図１９、図２０を参照しつつ説明する。図１９、図２０は、主基板４１０に形成された下に凹形状の溝４１４、４１５、４１６（溝の深さは一定）を基板面の上方から見た平面図であり、この図においては流路構造を図り易くするため蓋基板が省略されている。樹脂製（疎水性）の主基板４１０に溝を形成し、これを親水性蓋基板で蓋して流路系を構成する図１９に示す流路構造体においては、流路を構成する４つの壁面のうち、上面のみが親水性であり、底面及び両側面が疎水性となる。溝の深さが一定である場合には、両側面の面積は一定（K）であり、溝幅が広狭に変動すると、上下面の面積が変動する。ここで、流路断面における親水性/疎水性の比は、X1/〔K+X2〕で表され、X1とＸ2の大きさは正の一次関数的である（溝幅が小さくなると、上面（ｘ1）と下面（X2）の双方の面積が小さくり、溝幅が大きくなるとその逆になる）ので、溝幅が小さくなるほど流路壁面の親水性比率（親水性／疎水性）が小さくなる。
【００１６】
図１９に示す流路構造では、注入口４１３から液体が注入されると、液体は下流方向（吸液体４１１の方向）に進む（図１９（ｂ）〜（ｄ））。この際、流体の後尾には気液界面が形成されるが、後尾の気液界面が流路４１５に入ると、流路４１５は主流路４１６よりも幅が広いために、表面張力により液体に発生する圧力が他の流路のそれより大きくなるので、図２０（ｂ）に示すように、主流路４１６側から幅の狭い流路４１５に向かう毛細管力（図中矢印）が働く。他方、吸液体４１１により吸液体方向に強い毛細管力が働いている。この両者の力が液体を引っ張り合うため、主流路４１６と吸液体４１１の界面に気体が入り液体（流体）が分断される（図１９（ｅ）、図２０（ｃ））。これにより吸液体方向への液体の輸送が遮断され、流路内に液体が残留したままとなる。つまり、流路内に注入した全ての液体を吸液体４１１に吸収させきることができない。
【００１７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされた発明である。本発明の目的は、加工性、作業性、生産性に優れ、かつ確実な送液を行なうことができ、しかも液体の移動停止手段組み込みこむことが容易な送液構造体を提供することにある。より詳しくは、本発明は、毛細管力を利用した流路送液システムであって流路壁面の一部に疎水性部分を有する流路を用いてなる送液システムにおいて、液体を円滑かつ確実に送液することのできる送液構造を提供することにある。
【００１８】
なお、流路断面の全てが疎水性である場合には、毛細管力によって液を流すことができない。よって本発明課題を生じさせるのは、親水性部分と疎水性部分とが共存している流路における「疎水性部分」である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決する本発明は次のように構成される。第１の発明は、外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、前記第１流路に連続し且つ前記第1流路より流路断面積が小さい第２流路と、前記第２流路に連続し且つ前記第２流路より流路断面積が大きい第３流路と、前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備え、前記各流路のうち少なくとも第２流路の一部が疎水性であり、前記第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、前記第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、前記第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造であることを特徴とする送液構造体である。
【００２０】
この構成では、第1流路と第３流路との間に、隘路である第２流路を設け、かつ第３流路において液体に発生する表面張力による圧力Ｐ３が、第１流路において液体に発生する表面張力による圧力Ｐ１と同等以上になるように構成されている。よって、液体が移動していく過程で図４に示すように、第１流路１１５に液体後尾の気液界面が生じとき、逆流する方向に強い毛細管力５０１が働き、この引っ張り力のために第３流路１１７と吸液体１１１との間に分断力が作用し気液界面が生じようとするが、この気液界面が発生した瞬間に、上記逆流方向の力と同等以上の毛細管力５０２（順流方向の力）が発生する。このため、実質的に液体と吸液体との接触が維持される。それゆえ、全ての液体が吸液体側に吸収されるので、送液構造体内部に液が残留することがない。
【００２１】
ここで、上記流路断面積は、流れ方向に直交する方向における断面の面積をいう。また、親水性とは、比抵抗が１８ｍΩ・ｃｍよりも大きい純水（２５℃）を用い、１気圧、２５℃で測定した接触角が９０°未満である場合をいい、疎水性とは、上記純水の接触角が９０°以上である場合をいう。ただし、接触角の流れ方向に作用する成分である余弦（コサイン）は、９０°付近で大きく変動すること、及び本発明は毛細管力を利用して液を順方向に流そうとするものであることから、上記構成における「親水性」としては、純水に対する接触角を好ましくは８５°以下とし、より好ましくは７５°以下、さらに好ましくは６０°以下とする。
【００２２】
上記第１の発明構成において、前記送液構造体が、少なくとも前記各流路用の溝が形成された主基板と、前記主基板を蓋する蓋基板と、を有し、前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされて前記各流路が構成されてなるものとすることができる。
【００２３】
また、上記構造において、前記主基板が疎水性材料からなり、前記蓋基板が親水性材料からなるものとすることができる。
【００２４】
これらの構成であると、第1の発明構造を容易に実現することができる。
【００２５】
また、上記構造において、前記主基板に形成された溝が、三つの壁面を有する凹形状の溝とすることができる。
【００２６】
主基板の表面に三つの壁面を有する形状の下に凹の溝を形成することは極めて容易であり、これにより簡単に第1の発明構成を実現することができる。
【００２７】
また、上記構造において、前記第３流路が、溝幅が均一か又は先太りする形状であり、前記第１流路の溝幅の最大値をＬ１とし、前記第２流路の溝幅の最大値をＬ２とし、前記第３流路における吸液体と直接接続する部分の溝幅をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造とすることができる。
【００２８】
上記課題を解決する第２の発明は、外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、前記第１流路に連続する、前記第１流路よりも溝幅が狭い第２流路と、前記第２流路に連続する、溝幅が均一か又は先太りする形状である第３流路と、前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備える送液構造体であって、前記第1流路、第２流路、第３流路は、各流路用の溝が形成された疎水性の主基板と、前記主基板を蓋する親水性の蓋基板とが重ね合わされて構成され、前記第１流路における最大溝幅をＬ１とし、前記第２流路の最大溝幅をＬ２とし、前記第３流路と前記吸液体との接続部の溝幅をＬ３としたとき、Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、ことを特徴とする送液構造体である。
【００２９】
この構成においても、第1の発明と同様な作用効果が得られる。この構成においては、溝深さを均一か又は概ね均一とするのが好ましい。概ね均一の溝深さの流路系は、そうでないものに比べて作製が容易である一方、各々の流路の溝深さが、溝幅以上に各々の流路の毛管力を決定する要因となると、円滑かつ確実に送液させることのできる送液構造体を実現することが困難になるからである。
【００３０】
主基板と蓋基板を構成要素とする第１の発明及び上記第２の発明においては、前記主基板がポリジメチルシロキサンからなり、前記蓋基板がガラスからなるものとすることができる。
【００３１】
また、上記各構成において、更に、前記開放孔と第1流路の間に第1流路よりも流路幅の狭い第４流路を有し、当該第４流路に液体の流れを制御する開閉バルブが設けられている構成とすることができる。
【００３２】
液体の流れを制御するには、流路に流れを開閉するバルブを設ける必要があるが、流路幅が狭い第４流路に開閉バルブを設けると、効率よく液体の流れを制御できるので好ましい。
【００３３】
また、上記構成において、前記開閉バルブがエレクトロウエッティングバルブであり、少なくとも前記第４流路内にエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極が設けられた構成とすることができる。
【００３４】
エレクトロウエッティングバルブは微小かつ簡単な構造で液体の流れを制御できるのでマイクロ流路用の開閉バルブとして好適である。エレクトロウエッティングバルブは作用電極と参照電極を必要とするが、作用電極は液体の流れを止める本体となるべきものであるので、これを流路幅が狭い第４流路（隘路）に設ける。
【００３５】
また、上記構成において、前記作用電極と対になるエレクトロウエッティングバルブ用の参照電極は前記第４流路よりも上流側に設けられた構成とすることができる。
【００３６】
エレクトロウエッティングバルブの要素である参照電極は、作用電極よりも上流側に設ける必要があるが、必ずしも隘路に設ける必要がない。よって作用電極から離れた位置、すなわち第４流路よりも上流側に設けるのが、作製し易さや短絡防止の点で好ましい。
【００３７】
また、前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜上に形成された疎水性膜とを有するものとすることができる。
【００３８】
この構成であると、電圧無印加状態で液体の流れを止め（バブルを閉じる）、電圧印加状態で液体を流す（バブルを開放する）ことができる。
【００３９】
また、前記金薄膜上に形成された疎水性膜は、テトラフルオロエチレンからなるものとすることができる。
【００４０】
テトラフルオロエチレンは金薄膜上に極薄膜を形成し易く、また適度な疎水性（接触角90°〜120°）を有するので好ましい。
【００４１】
また、前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜の表面を空気に曝して形成させた自然酸化膜と、を有する構成とすることもできる。
【００４２】
金表面を自然空気に曝すと、表面にカーボン堆積物などからなる自然酸化膜（接触角６０°〜８５°）が形成される。この膜は接触角が９０°以上の疎水性膜ではないが、接触角６０°〜８５°の、親水性が低い膜（以下、近疎水性膜という）であり、かつ１ｎｍ以下の極めて薄い膜であるのでエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極として十分に機能する。
【００４３】
上記各構成における溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下とするのがよい。
【００４４】
流路壁面に疎水性部分を有する流路の溝幅が５０μｍ未満となると液体が流れにくくなる一方、溝幅が１ｍｍを超えると毛細管力により液体を流すことができにくくなる。よって、溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。
【００４５】
また、エレクトロウエッティングバルブ用作用電極を有する前記第４流路の溝幅は、５０μｍ以上、１００μｍ以下とするのがよい。
【００４６】
５０μｍ以上、１００μｍ以下の範囲の溝幅であると、液体の「流れ」と「停止」をエレクトロウエッティングバルブに対する電圧のＯＮ、ＯＦＦによって確実に行わせることができるので好ましい。
【００４７】
本発明にかかる第３の発明は、上記した送液構造体の何れかを必須要素として備えた分析チップである。
【００４８】
本発明にかかる第４の発明は、上記分析チップを必須要素として備えた分析装置である。
【発明の効果】
【００４９】
上記で説明したように、本発明によると、流路に注入した液体を毛細管力を用いて確実に流しきることのできる送液構造体を提供することができる。特に、開閉バルブを組み込んだ本発明送液構造体は、簡素な構造であるのにもかかわらず、確実な送液と高い信頼性を持った送液制御が行なえる。このような送液構造体を利用した本発明マイクロ分析チップ及びマイクロ分析装置は、簡素で使い勝手性に優れ、コンパクト性、経済性にも優れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて順次説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
実施の形態１の送液構造体１１０は、図１に示すように、液体を構造体内に導入する開放孔１１３を備えた第１流路１１５と、第１流路に連続する隘路である第２流路１１６と、前記第２流路に連続する第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有している。第１流路１１５、第２流路（隘路）１１６、第３流路１１７のそれぞれの深さは略一定で、幅は各流路について一定である。各流路間では、第２流路（隘路）の流路幅がその上流側の第1流路１１５及び下流側の第３流路１１７の何れよりも狭くなっている。
【００５２】
この送液構造体は、流路用の溝が形成されているＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）からなる主基板と、主基板を蓋するガラスからなる蓋基板とを貼りあわせることにより構成されている。ポリジメチルシロキサンよりなる基板は、疎水性（接触角１００°〜１２０°）であり、ガラスよりなる基板は、親水性（接触角５°〜３０°）であるので、流路の４つの壁面のうち、ガラスで構成された１つの壁面が親水性となり、他の３つの壁面が疎水性（ＰＤＭＳ）となる。
【００５３】
この構造においては、溝幅が狭くなるに従い流路を構成する４つの壁面全体に占める親水性壁面（ガラス）の割合が相対的に小さくなり、疎水性壁面（ＰＤＭＳ）の割合が相対的に大きくなるので、全体として毛細管力が小さくなる。他方、流路幅が広くなるに従い毛細管力が大きくなる。この原理を利用して、第３流路１１７に作用する毛細管力を第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上にする。すなわち、第１流路１１５において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、隘路１１６（第２流路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、前記第３流路１１７において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立するように、各流路の溝幅が設定される。この原理の詳細を次に説明する。
【００５４】
流路の断面が円形で、その全壁面が親水性である典型的な流路の場合、圧力Ｐが液体の流れる方向へ働き、この圧力Ｐは、図１２の式１で表される（σは気液界面の界面張力、θは接触角、ｒは流路の半径。）。
【００５５】
流路壁面の全面が疎水性の場合は、液体を流さない圧力Ｐが発生する。よって親水性と疎水性の両方を存在させることによって、毛細管現象が生じる状態と毛細管現象が生じない状態を設計することが可能となる。流路高さをｈ、幅をｗとする４つの壁面を有する流路形状において、疎水性の主基板の接触角θ１、親水性の蓋基板の接触角をθ２、気液界面の界面張力をσ、としたとき、流路の上面で働く界面張力をＦ１、下面で働く界面張力をＦ２、左右両側面で働く界面張力をＦ３とするとき、これらはそれぞれ、図１２の式２、式３、式４で示される。流路に働く圧力Ｐは、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の和を断面積ｗｈで割ったものであるので、この場合の流路に働く圧力Ｐは図１２の式５で示すことができる。圧力Ｐが正の値になるとき、毛細管現象が生じて液体が進み、圧力Ｐが負の値になる場合は毛細管現象が生じず、液体の動きが停止する。
【００５６】
式１から流路の全体が親水性の壁面で構成されている場合、毛細管力は流路が細くなるにつれ強くなるが、流路径の大小のみで液体の移動を制御することは容易でないので、実施の形態１では流路壁面の一部を疎水性とすることにより、合目的的に流れを制御する。
【００５７】
すなわち、疎水性の主基板に流路用の溝を設け、親水性の蓋基板で前記溝の蓋をして流路を構成する。そして溝深さを略均一とし、図４に示すように、第１流路１１５における流路幅をＬ１とし、第２流路（隘路）１１６における流路幅をＬ２とし、第３流路１１７における流路幅をＬ３とするとき、Ｌ２＜Ｌ１≦Ｌ３となるようにし、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３を成立させる。この構造がＰ２＜Ｐ１≦Ｐ３を成立させる最も簡単な構造の１つである。
【００５８】
なお、各流路間における溝深さは、溝幅で規制する各流路間の毛細管力の大小関係を逆転させない範囲内において異なっていてもよい。
【００５９】
図２に、実施の形態１にかかる送液構造体の断面図を示す。図２に示すように、実施の形態１にかかる送液構造体は、外部に開放された開放孔１１３が設けられると共に、流路１１４、第１流路１１５、第２流路（隘路）１１６、第３流路１１７用の溝が形成された主基板２０１と、これらの流路を下方から蓋し、かつ第３流路１１７の下流側に吸液体１１１を載置する蓋基板２０２と、で送液構造体が形成されている。
【００６０】
主基板２０１の厚みは０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、蓋基板２０２の厚みは０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。開放孔１１３は直径が１０μｍ以上の貫通孔とする。流路１１４、第１流路１１５、第２流路１１６（隘路）、および第３流路１１７部の流路高さ（溝深さ）は１μｍ〜５ｍｍとし、例えば全て略一定（５０μｍ程度）とする。溝深さは必ずしも一定とする必要はないが、一定であると作製が容易である。
【００６１】
溝幅はＬ２＜Ｌ１≦Ｌ３が満たされればよい。ただし、毛細管力を利用するため、流路幅は１μｍ以上、１０ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上、５ｍｍ以下、より好ましくは４０μｍ以上、１ｍｍ以下とする。
【００６２】
主基板２０１としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板などの疎水性基板を用る。蓋基板２０２としては、ガラス基板などの親水性基板を用いる。ただし、これらに限定されるものではない。送液構造体の利用用途に応じて適切な素材を選択するのがよく、例えば送液構造体に光学的検出を行う検出部を組み込む場合には、主基板２０１および蓋基板２０２の何れか一方または双方の材料として、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。
【００６３】
このような透明または半透明な材料としては、ガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、フィルム等が挙げられる。なかでも、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂は、透明性、成型性の観点から好ましい。励起光による発光が少ないプラスチック材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレート等が挙げられる。
【００６４】
他方、送液構造体の流路内で電気的な制御や電気的な測定を行う場合には、主基板２０１または蓋基板２０２の表面に電極を形成する必要があるので、主基板２０１または蓋基板２０２の一方または両方を電極形成可能な材料とする。電極形成可能な材料としては、平坦性、加工性の観点からガラス、石英、シリコンが好ましい。また、電極は、作製が容易である点で、溝を形成しない蓋基板に形成するのが好ましい。
【００６５】
流路の形成方法としては、例えば、機械加工による方法、レーザー加工による方法、薬品やガスによるエッチングによる方法、金型を用いた射出成型法、プレス成型法、鋳造による方法等があるが、形状寸法の再現性が高い点で、金型を用いる方法、エッチングを用いる方法が好ましい。
【００６６】
図３、図４に、実施の形態１にかかる送液構造体の液の流れを示す。図３（ａ）〜（ｅ）までは、従来構造の場合と同様の流れ（通常の液の流れ）であるが、従来構造の送液構造体では、図３（ｅ）と図３（ｄ）の間において毛細管力によって第２流路（隘路）１１６から第１流路１１５に液の逆流が発生し、第３流路１１７に気液界面が生じる（図１９（ｅ）、図２０（ｂ）〜（ｃ）参照）。実施の形態１にかかる送液構造体ではそのような気液界面は生じない
【００６７】
すなわち、実施の形態１にかかる送液構造体では、図４に示すように、第３流路１１７の流路幅Ｌ３は、第１流路１１５の流路幅Ｌ１以上としてあるので、第３流路１１７に働く毛細管力５０２が、第１流路１１５に働く毛細管力５０１と同等か、または下流方向への毛細管力５０２が勝る。それゆえ第３流路と吸液体界面で液体が逆流し空気の流入を生じることがない。これにより図３（ｆ）に示すように、液体が完全に吸液体１１１に吸収される。
【００６８】
なお、各流路の内壁面の「親水性」や「疎水性」は、基板材料が親水性の基板又は疎水性の基板を用いることにより容易に実現できるが、本発明でいう親水性や疎水性は基板材料自身の持つ性質に由来するものに限定されない。例えば、疎水性である流路の一部に親水性処理を施すことにより、「流路の内壁面の一部が疎水性」を実現することができる。また、親水性材料からなる基板表面の一部に疎水膜の形成等の疎水処理を施すことにより「流路の内壁面の一部が疎水性」としてもよい。親水化処理としては、例えば酸素プラズマ処理やＵＶ処理などを用いることができる。また、界面活性剤や親水性の官能基を持つ試薬を表面に塗布することによっても親水性を高めてもよい。他方、疎水化処理としては、フッ酸処理や、テトラフルオロエチレン被膜の形成する等の方法がある。
【００６９】
また、上記では流れ方向に直交する流路断面の形状が矩形である場合について説明したが、流路形状はこれに限定されるものではない。円形状、楕円形状、半円状、逆三角形状等であってもよい。流路断面形状が矩形以外の場合であっても、断面の特定の領域ごとの界面張力を求め、構成比率に応じて界面張力積算して流路全体に働く圧力Ｐを求めればよい（図１２の式５参照）。
【００７０】
また、上記した流路１１４は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００７１】
（実施の形態２）
実施の形態２は、第２流路内にエレクトロウエッティング技術を用いた開閉バルブを設けた点に特徴を有する送液構造体に関する。この送液構造体を図７に示す。図７（ａ）は送液構造体の全容を示す図であり、図７（ｂ）は主基板、図７（ｃ）は蓋基板を示す概念図である。
【００７２】
図７（ａ）に示すように、実施の形態２の送液構造体は、液体を送液構造体に注液するための開放孔１１３と、開放孔１１３に続く第４流路１３４と、第４流路に続く隘路である第５流路１４４（以下、隘路ともいう）と、第５流路１４４に続く第１流路１１５と、第１流路に続く第２流路１１６（隘路）と、これに続く第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有する。
【００７３】
この送液構造体１１０は、主基板２０１と蓋基板２０２とが重ね合わされた構造である。図７（ｂ）が主基板であり、図７（ｂ）に示すように、主基板２０１には、開放孔１１３と各流路用の溝が形成されている。また、図７（ｃ）が蓋基板２０２であり、図７（ｃ）に示すように、蓋基板２０２には、エレクトロウエッティング用の参照電極１７１、作用電極１７２、引き出し線、引き出し電極１７３・１７４、検出用電極２０３ａが形成されている。更に、蓋基板２０２には、検出部２０３用の電極が形成されている。
【００７４】
更に、蓋基板の端部には、吸液体１１１が第３流路１１７の下流端に接するところに位置決めされて載置されている。引き出し電極１７３・１７４は、外部電源と接続できるように主基板が重ならない蓋基板部分に形成されている。検出部を形成する方法については下記する。
【００７５】
実施の形態２の送液構造体１１０においても、上記実施の形態１と同様、各流路の深さは略均一であり、各流路の幅は、第１流路１１５において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路１１６（隘路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路１１７において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立するように設定されている。
【００７６】
更にこの送液構造体１１０においては、第４流路及び第５流路の幅が、第４流路１３４において液体に発生する表面張力による圧力をＰ４とし、第５流路１４４（隘路）において液体に発生する表面張力による圧力をＰ５とするとき、Ｐ５＜Ｐ４≦Ｐ３が成立するように設定されている。
【００７７】
この構造の送液構造体では、第３流路１１７に作用する毛細管力が、第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上となり、且つ第３流路１１７に作用する毛細管力は、第４流路１３４に作用する毛細管力と同等以上となるので、上記実施の形態１と同様に、送液の停止が起こらず、各流路からスムースに液を流しきることができる。
【００７８】
更にこの構造の送液構造体では、エレクトロウエッティング用作用電極１７２と参照電極１７１とが協働して、液体の流れを停止させ又は液体の流入を可能にする開閉バルブとして機能する。よって、第1流路側への液体の流入を任意に制御することができる。なお、開閉バルブとして直接作用するのは作用電極１７２である。
【００７９】
この実施の形態２にかかる送液構造体用の主基板には、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの疎水性の樹脂材料を用いることができる。また、蓋基板には、ガラスなどの親水性材料からなるものを用いることができる。また、溝幅としては、第４流路１３４の溝幅を例えば２００μｍ、第５流路１４４（隘路）の溝幅を例えば５０μｍ、第１流路１１５の溝幅を例えば６００μｍ、第２流路１１６（隘路）の溝幅を例えば５０μｍ、第３流路１１７の溝幅を例えば６００μｍに設定し、主基板２０１に形する各流路の溝深さを例えば５０μｍ均一とする。開放孔１１３は、例えばポンチ加工によって形成する。吸液体としては、例えばコットンを用いる。
【００８０】
なお、吸液体は、蓋基板に載置することなく、主基板の下流側端部に直接固定してもよい。また、図７（ａ）、（ｃ）では、模式的に直流電源と接続されている状態を示しているが、これに限らず、交流電源やスイッチ回路などを組み合わせた電圧印加装置を接続することができる。更に、第１流路１１５に、検出用電極２０３ａが設けられており、検出用電極２０３ａにも当然引き出し電極が形成されるが、ここでは説明を省略している。
【００８１】
（検出用電極の形成方法）
検出部２０３の一部である電極１５３（図６参照）の作製は、フォトリソ法によりレジストをパターニング後、スパッタ法によって銀層を１μｍ形成し、リフトオフ法によってパターニングされた電極１５３を形成した。電極１５３作成後、Ａｇの表面の塩化処理を行い、Ａｇ／ＡｇＣｌ層の電極１５３を作成した。塩化処理には０．１Ｍ塩酸中で電極１５３に＋１００ｍＶ、５０秒の電圧印加を行った。
【００８２】
（各種電極の形成方法）
エレクトロウエッティングバルブ用電極、引き出し電極等の作成方法について説明する。エレクトロウエッティングバルブ用の参照電極１７１、作用電極１７２、引き出し電極１７３・１７４及び引き出し線は、フォトリソ法によりレジストをパターニングした後、スパッタ法によってチタン層（またはクロム層）５０ｎｍ、金層１００ｎｍを形成し、リフトオフ法によってレジストとレジスト上に形成されたチタン層および金層を除去し、所望の形にパターニングする方法により形成した。
【００８３】
その後、作用電極については、電極表面をテトラフルオロエチレンで覆い、テトラフルオロエチレン被膜により表面を絶縁すると共に疎水性とした。この参照電極１７２部分がエレクトロウエッティングバルブ本体となる。
【００８４】
エレクトロウエッティングバルブ用参照電極の表面は、テトラフルオロエチレン以外の疎水性の表面コート剤で覆ってもよい。また、作用電極を形成した蓋基板を空気中（自然大気中）に２４時間以上放置することによって金表面に形成される自然酸化膜（接触角６０°〜８５°）をテトラフルオロエチレンなどからなる疎水膜に代わる近疎水性膜（親水性の低い膜）として用いることもできる。なお、エレクトロウエッティングバルブを低電圧で駆動させるためには、疎水性の膜または上記近疎水性膜は可能な限り薄いことが望ましく、好ましくは膜厚みを１ｎｍ以下とする。
【００８５】
（エレクトロウエッティングバルブの動作原理）
図７（ａ）、（ｃ）に示されるように、作用電極１７２は流路壁面の１面を構成する親水性の蓋基板２０２の流路部分を覆うように形成されており、作用電極１７２の表面は疎水性膜で被覆されている。よって、作用電極１７２が配置された部分の流路全壁面（４面）が疎水性となり、作用電極１７２が設けられた第５流路（隘路）１４４の溝幅および溝深さはそれぞれ５０μｍと狭いので、液体はエレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２が設けられた箇所を通過することができない。他方、作用電極１７２と参照電極１７１との間に電圧が印加（０．８Ｖ〜１．５Ｖ程度）されると、作用電極１７２上を液体が通過することができるようになる。
【００８６】
このことを図７、８を参照しつつ説明する。開放孔１１３から注液された液体はエレクトロウエッティングバルブ用参照電極１７１上に接しながら第４流路１３４を流れ、第５流路（隘路）１４４の流路に設けられたエレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２部分に達する。エレクトロウエッティングバルブ用作用電極１７２は疎水性膜または親水性の低い近疎水性膜で被覆されており、電圧を印加していない場合は、液体との接触角が６０°以上になる。その結果、表面張力により発生する圧力Ｐが０又はマイナスとなり、液体の流れが停止させられる（図８及び図１２参照）。すなわち、電圧印加がＯＦＦのとき、開閉バルブは閉じた状態となる。
【００８７】
他方、引き出し電極１７１・１７４に電圧が印加されると、参照電極１７１上を通過した液体は負に帯電して、作用電極１７２と液体の間で仮想的なキャパシタが形成され、液体が作用電極１７２に引き寄せられる。この結果、液体の作用電極に対する接触角が小さくなる。例えば接触角が４０°程度となる。つまり、見掛け上、作用電極表面の親水性が強くなり、親水性の影響が大きくなるので、表面張力により発生する圧力（毛細管力）が正となる。これにより、液体が当該隘路を通過することができることになる。すなわち、電圧印加ＯＮのとき、開閉バルブは開放された状態となる。
【００８８】
ここにおいて、上記原理からして、エレクトロウエッティングバルブで液体の流れを的確にＯＮ，ＯＦＦさせるためには、親水性部分と疎水性部分の影響が全体として打ち消しあうように調整しておく必要があるので、流路壁面の少なくとも一部を疎水性にする必要がある。蓋基板に親水性基板を用い、各流路用溝を形成する主基板に疎水性基板を用いる場合においては、流路幅を狭くすることにより疎水性の影響を大きくできるので（毛細管力が小さくなる方向に働く）、これと作用電極１７２表面の接触角の変化をバランスさせることにより、液体の流れを的確に制御できるようにする。このためには、好ましくは第４流路の流路幅、流路高さをそれぞれ１００〜５００μｍとし、第１流路１１５の流路幅、流路高さを、それぞれ５００μｍ〜１ｍｍとし、第５流路（隘路）１４４の流路幅、流路高さを、それぞれ１０以上〜３００μｍ未満とする。
【００８９】
さらに、作用電極１７２表面の疎水性膜の疎水性を適正なものとし、電圧を印加し作用電極１７２表面の接触角が減少したときに、疎水性壁面の効果より親水性壁面の効果が大きくなるように設計する。疎水性の程度としては、例えば接触角９０°〜１４５°、好ましくは
１００°〜１２０°である。
【００９０】
ところで、第５流路（隘路）１４４以外の流路は、親水性の影響を大きくして液体の流れを良くするのがよく、このためには、流路幅を大きくすることが有効である。しかし、各流路に流路幅の広狭があると、吸液体方向に液体が前進する過程で連続する流体の末尾（気液界面）が幅の広い流路に入ったときに当該流路における毛細管力が逆方向（逆流する方向）の力を生じる。つまり、連続する流体の後側と前側とで逆方向の毛細管力が作用する。このため、強い毛細管力が作用している吸液体と、これに接続されている第三流路の境界に気泡が入りで流体が分断される。これにより吸液体がもはや流路内の液体を吸い出しできなくなる。実施の形態２では、流路終端部である第３流路１１７を、全流路中で最も毛細管力の強い部分（同等を含む）とする条件を満たしつつ、各流路幅を好適に設定している。それゆえ、流路内に液体が残留するということがない。
【００９１】
（実施の形態３）
実施の形態３は本発明送液構造体を利用したマイクロ分析チップに関する。実施の形態３にかかるマイクロ分析チップは、図９に示すように、開放孔１１３と、第４流路１１８と、第５流路（隘路）１１４と、第１流路１１５と、第１流路に連続する第２流路（隘路）１１６と、前記第２流路に連続する第３流路１１７と、第３流路の終端に直接接する吸液体１１１と、を有している（図９参照）。なお、流路１１９は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００９２】
ここで、各流路は、第１流路１１５における液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、第２流路１１６における液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、第３流路１１７における液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造としてある。また、第４流路１１８における液体に発生する表面張力による圧力をＰ４とし、第５流路（隘路）１１４における液体に発生する表面張力による圧力をＰ５とするとき、Ｐ５＜Ｐ４≦Ｐ３が成立する構造としてある。それゆえ、第３流路１１７に作用する毛細管力は、第１流路１１５に作用する毛細管力と同等以上となり、且つ第３流路１１７に作用する毛細管力は、第４流路１１８に作用する毛細管力と同等以上となる。このため、上記実施の形態２と同様に、送液の停止が起こらず、スムースに液を流しきることができる。
【００９３】
更に、本実施の形態では、第５流路（隘路）１１４に抗体等の反応物質が固定化された反応部を備える。また、第２流路（隘路）１１６には、検出部が設けられ、例えば第２流路の壁面に検出部の一部を構成する検出用電極が設けられている。なお、反応部は反応させる機能を有する部分であればよい。また、検出部は目的物質を検出できる機能を有する部分であればよい。そして両者ともに特段の制約はないので、図９には反応部及び検出部を図示していない。
【００９４】
実施の形態３のマイクロ分析チップでは、第５流路（隘路）１１４に反応部が設けられ、抗体などが固定されているが、第５流路は幅が狭いので液体（被検液）に含まれる抗原等の検出目的物質は少ない拡散距離でもって抗体等の反応物質と接触することができる。それゆえ、素通りしてしまう検出目的物質が少ないので、反応効率が高い。
【００９５】
また、検出部が幅の狭い第２流路（隘路）１１６に設けられている。この構造であると、第1流路より幅が狭い第２流路に入った液体は流れを速め、渋滞なく均一に流れるので、検出精度が高まる。また、第５流路の場合と同様、検出目的物質の素通りが減少するので、この側面からも検出精度が高まる。
【００９６】
なお、検出部における検出方法は、電極を用いて電気量を測定する方法（電気化学的方法）や、外部より光を照射しその反射光や透過光を測定する光学的方法などがあるが、いずれの方式であっても、液の流れが渋滞することがない効果（検出精度や検出再現性の向上効果）が得られる。
【００９７】
更に、開放孔１１３から例えば複数の液体を注入した場合、液体は先ず第４流路１１８に入るが、第４流路１１８の容積は抗原が固定された第５流路１１４よりも容積が大きいので、ここで拡散混合されて、容積の小さい幅狭の第５流路１１４内に入ることになる。
【００９８】
また、第５流路１１４に続く第1流路１１５は、第５流路１１４及び第２流路よりも容積が大きいので、例えば酵素基質反応により第５流路１１４で生成された物質は容積の大きい第1流路１１５内で拡散混合され均一な溶液となり（又は例えば他の溶液と反応し電極活性物質となり）、容積の小さい幅狭の第２流路（隘路）１１６に入り、ここで検出されることになる。つまり、第４流路や第１流路は、拡散混合領域として機能する。これは、マイクロ分析チップとして好都合である。
【００９９】
以上から、実施の形態３によると、簡単な構造でもって簡便かつ迅速に目的物質の検出が行え、しかも検出精度に優れたマイクロ分析チップを実現することができる。
【０１００】
（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態３にかかるマイクロ分析チップを更に発展させたものである。実施の形態４にかかるマイクロ分析チップの具体的構成の詳細を順次説明する。
【０１０１】
（全体構成）
実施の形態にかかるマイクロ分析チップの全体構成図を、図１０に示す。図１０に示すように、実施の形態４のマイクロ分析チップは、第１の液体用の第1開放孔２００１と、第２の液体用の第２開放孔２００２と、これらの開放孔に連続する第1液溜め部２００３、第２液溜め部２００４と、ミキサー部２００７と、第１隘路２００９と、第４流路２００８と、第５流路（第２隘路）２０１１と、第１流路２０１０と、第２流路（第３隘路）２０１３と、第３流路２０１６と、第３流路の終端に直接接する吸液体２０１４と、を有し、第４流路２００８には、反応部２０１７が設けられ、第1流路２０１０には、検出部２０１２が設けられている。
【０１０２】
更に、チップの端部に、外部接続端子２０１５が設けられている。
【０１０３】
第１開放孔２００１から第１の液体が注入されると第１液溜め部２００３に第１の液体が注入される。第２開放孔２００２も同様に、第２の液体が注入されると第２液溜め部２００４に第２の液体が注入される。
【０１０４】
上記第１液溜め部および第２液溜め部の下流側には、注入された液体のミキサー部２００７への流入を停止または開始することのできる第１開閉バルブ２００５および第２開閉バルブ２００６がそれぞれ設けられている。ミキサー部２００７は第１の液体と第２の液体を混合できる構造としてある。
【０１０５】
ミキサー部２００７には、第４流路２００８が第１隘路２００９を介して接続されている。第４流路２００８に設けられた反応部２０１７には、溶液に含まれる被検出物質と反応する物質が配置されている。
【０１０６】
なお、図１０の例では、ミキサー部と反応部は第１隘路２００９を介して接続されているが、第１隘路２００９を介すことなく直接接続されていてもよい。
【０１０７】
第１流路２０１０は、第５流路（第２隘路）２０１１を介して第４流路２００８と接続されており、第１流路２０１０には検出部２０１２が設けられている。検出部は被検出物質を直接または間接的に検出することができるよう構成されている。なお、被検出物質を直接検出できる構成である場合には、第１流路２０１０を有さない構成とすることができる。この場合には、上記第４流路が第1流路の機能を果すことになる。
【０１０８】
次に、吸液体２０１４が第３流路２０１６及び第２流路（第３隘路）２０１３を介して第１流路２０１０に接続されている。流路を流れて来た液体は吸液体２０１４により吸収される。
【０１０９】
このマイクロ分析チップは、外部接続端子２０１５を要しており、当該端子を介して外部電源への接続、電気的制御信号の入力、検出信号の出力などを行えるようになっている。これにより、電源やＩＣなどの制御回路を外付けとすることができるので、その分、チップのコンパクト化を図れる。
【０１１０】
なお、このマイクロ分析チップにおいても、上記実施の形態２と同様、最下流に位置する第３流路２０１６の毛細管力が前記第１流路２０１０および第４流路２００８の毛細管力より大きくなるように、各流路サイズが調整されているので、第１および第４流路に液体が残留することなく全ての液体が吸液体２０１４に排出される。
【０１１１】
実施の形態４にかかるマイクロ分析チップについて更に説明する。
〈液体の注入〉
第１の液体用の開放孔２００１および第２の液体用の開放孔２００２より、それぞれ第１の液体および第２の液体を注入する。これにより、液溜め部２００３、２００４にそれぞれの液体を注入できる。
【０１１２】
開放孔２００１・２００２は、外部（大気）に開放された孔であって毛細管力が働かない程度の大きさ（例えば２ｍｍΦ）としてある。毛細管力が働かない大きさである場合には、開放孔が疎水性であっても液体を円滑に注入することができる。開放孔２００１・２００２は、毛細管力の働く大きさであってもよいが、この場合には液体を円滑に注入できるように、開放孔に親水性処理を施す等する必要がある。
【０１１３】
なお、開放孔に液体を充填したカートリッジを接続する方法で液体を注入させることもできる。この場合にはカートリッジ内の液体が流路系に充分に流れ込むよう、開放孔に空気抜き用の隙間が確保できるようにするか、または別途空気抜き孔を設けるのが好ましい。
【０１１４】
図１０の例は、２つの開放孔を有する構造であるが、開放孔は２つに限られず、３つ以上とすることもできる。例えば、第１の液体用の開放孔に被検出物質を含む試料を、第２の液体用の開放孔に試薬を、第３の液体用の開放孔に標準試料を、第４の液体用の開放孔に洗浄液を注入する等とすることができる。
【０１１５】
洗浄液を注入する第４開放孔を設けた構造であると、チップ内を洗浄し繰り返し使用することによって、チップのコストパフォーマンスを高めることができる。なお、検出処理前後に第１の液体用の開放孔等から洗浄液を注入して流路内を洗浄することにより、試料等の汚染を低減することもできる。これにより検出誤差を少なくすることができる。
【０１１６】
〈開閉バルブ〉
開閉バルブを設ける流路は、液体を適切に停止または流入させるための空間容積を必要とするが、この容積は開閉バルブの種類によって異なる。開閉バブルとしては、エレクトロウエッティングバルブや、ダイアフラム型バルブを用いることができる。エレクトロウエッティングバルブは設置に多くの空間容積を必要としないので好ましい。
【０１１７】
〈ミキサー部〉
ミキサー部は第１の液体と第２の液体を充分混合できるように構成する。例えば、ミキサー部に、第１開閉バルブおよび第２開閉バルブから流入して来た液体が自然混合されるように、マイクロピラー構造設けるのもよい。また、Ｔ字型ミキサー、Ｍａｎｚミキサー、３次元蛇行流路を用いたミキサーなどを設けることもできる。
【０１１８】
図１０の例は２液を混合する場合であるが、３液以上の液体を混合するように構成してもよい。この場合、第３の液体の注入と、流入タイミングを制御するために流路内の適切な位置に第３の液体用の開放孔及び第３開閉バルブを設けるのが好ましい。
【０１１９】
〈第４流路〉
第４流路２００８は、反応を行う反応領域として機能する。第４流路２００８に設けられる反応部２０１７は第４流路２００８の全部であってもよいし、その一部であってもよい。反応部２０１７には、例えばサンプル溶液に含まれる被検出物質を特異的に認識し反応する分子が配置される。被検出物質が抗原である場合は、抗体を反応部に固定化するとよい。被検出物質を検出するためには、酵素免疫反応のサンドイッチ法を用いることができ、この場合、抗原を酵素標識抗体（二次抗体）と反応させ、抗原と酵素標識抗体が結合した複合体とする。この複合体を反応部に予め固定化しておき抗体（一次抗体）と反応させる。次に基質を導入し、二次抗体に標識されている酵素と反応させ、反応により生成された電気化学的に活性のある物質を検出部の電極上で電気化学的に検出を行う。反応部では、検出部にて検出できる物質が被検出物質の量に応じて生成される。なお、反応部における検出手段が光学的な手段であってもよい。
【０１２０】
〈第３流路〉
第３流路２０１６は、ここで発生する表面張力による圧力が注入側の他の流路における表面張力による圧力と同等以上となるように構成されている。これ以外の事項、例えば材質、形状など条件に特段の制約はない。例えば主基板としてポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板が使用されている場合には、第３流路部分に酸素プラズマ処理を施して部分的に親水性を高めることにより、第３流路で発生する毛細管力を大きくすることができる。
【０１２１】
〈吸液体〉
吸液体２０１４は、液体を吸収することのできるものであれば特段の制約がない。液体を吸収することのできる材質としては、多孔性物質、親水性のメッシュ、海綿体、綿、濾紙、水分保持力の強い高分子網状体などが挙げられる。
【０１２２】
なお、吸液体が円滑に液体を吸収することができるように、液体を注液するための開放孔以外の大気開放孔を設けるのもよい。また、吸液体の一部が第３流路に入り込んでいてもよい。ただし、その分、第３流路の容積が減少する。
【０１２３】
〈外部接続端子〉
外部接続端子２０１５は、外部よりチップに駆動電源や駆動情報を入力し、また外部に検出結果等を出力するためのものである。この端子の形成に金薄膜を用いると、外部接続端子の形成をエレクトロウエッティングバルブや検出電極などと同様に行うことができるので生産効率がよい。なお、金に代えて、銅や鉄またはアルミニウムなどの他の導電性材料を用いてもよいことは勿論である。
【０１２４】
〈２層構造体〉
実施の形態４にかかるマイクロ分析チップは第1基板（主基板）２１０１と第２基板（蓋基板）２１０２を重ね合わせた２層構造になっている。２層構造の各々の層構造について図１１を用いて説明する。
【０１２５】
第1基板（主基板）２１０１は、透明性および加工性が高いものが良く、また液体の移動の制御を行うために疎水性を有するものがよい。このような基板としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなるものがよい。他方、第２基板（蓋基板）は、電極が形成し易い材料が良く、第1基板を疎水性とした場合においては親水性とする必要がある。このような基板として、ガラス、石英、シリコン等からなる基板が好適である。
【０１２６】
第1基板及び/又は第２基板は上記親水性または疎水性の特性を有することに加え、蛍光やＵＶ光を用いて検出目的物質を測定するために、励起光による発光が少ない透明または半透明の材質を用いることが望ましい。このような材質としては、実施の形態１に記載したものや、特開２００３−１４９２５２号公報で提案される材質を用いることができる。
【０１２７】
各基板に対し次のような加工を行なう。第1基板（主基板）に対しては、上部に第１の液体用の開放孔２００１および第２の液体用の開放孔２００２を上向きに開口する。また、液溜め部２００３・２００４、第１開閉バルブ２００５・第２開閉バルブ２００６を設ける流路、ミキサー部２００７・第４流路２００８・第１隘路２００９・第１流路２０１０・第５流路（第２隘路）２０１１・第２流路２０１３、第３流路２０１６用の凹状溝を形成する。また吸液体２０１４を収納する凹状空間を下向きに形成する。この凹状空間に吸液体２０１４が配置される。
【０１２８】
第２基板（蓋基板）２１０２に対しては、その表面に第１開閉バルブ用の電極２１０５・第２開閉のバルブ用電極２１０６、検出用電極２１１２を形成し、また第２基板の端部に外部接続端子２０１５を形成する。更に各電極を外部接続端子２０１５に接続する引き出し線を形成する。各電極の形成は、公知の方法を用いればよい。なお、開閉バルブとしてエレクトロウエッティング方式を用いる場合には、第１開閉バルブ用電極２１０５および第２開閉バルブ用電極２１０６は作用電極と参照電極を含むものとなり、接続は各々２端子または３端子で行なうことになる。
【０１２９】
上記のように加工した両基板２１０１・２１０２を加工面を内側にして張り合わせる。これにより実施の形態４にかかるマイクロ分析チップが完成する。
【０１３０】
（実施の形態５）
実施の形態５は、携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置に関する。実施の形態５の内容を図１３に基づいて説明する。図１３は、実施の形態５にかかる携帯可能なハンディ型のマイクロ分析装置の概要を説明するための概念図である。
【０１３１】
このハンディ型マイクロ分析装置は、マイクロ分析チップ２３０２と、このマイクロ分析チップを駆動制御する制御用ハンディ機器２３０１とで構成されている。マイクロ分析チップ２３０２は、上記実施の形態４で説明したと同じマイクロ分析チップである。よって、ここではマイクロ分析チップの詳細な説明は省略する。
【０１３２】
図１３に示すように、制御用ハンディ機器２３０１の下部には、実施の形態４で説明したと同様なマイクロ分析チップ２３０２の外部接続端子２０１５を挿入するチップ接続口２３０３が設けられており、このチップ接続口の奥には、外部接続端子２０１５と電気的に接続する外部入出力端子（図示せず）が設けられている。マイクロ分析チップの外部接続端子２０１５をチップ接続口２３０３に挿入すると、制御用ハンディ機器２３０１内の外部入出力端子とマイクロ分析チップ２３０２の外部接続端子とが電気的に接続される。
【０１３３】
制御用ハンディ機器２３０１には、分析チップの測定結果（被検出物質の量など）を表示することができる表示部２３０４、および、測定の開始、停止や、測定パラメータを特定するための様々なデータを入力することのできる入力部２３０５が設けられている。入力部２３０５としては、例えばタッチパネル構造が採用できる。
【０１３４】
更に制御用ハンディ機器２３０１には、図示しないが、データを処理することのできるＣＰＵや入力情報および出力情報を処理するＩ／Ｏ論理回路などの情報処理システムが組み込まれている。
【０１３５】
マイクロ分析チップ２３０２を制御用ハンディ機器２３０１に接続し、各種データを入力し、測定開始ボタンを押す。これにより、予めマイクロ分析チップに備えられ、且つ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や試料液（被検液）などの溶液が流路内内に順次進入する。これにより各流路内で所定の反応が行われて検出可能物質になり検出部に至り、ここで被検出物質の量に応じた電気信号が発せられる。この電気信号は外部接続端子２０１５から外部に出力される。
【０１３６】
外部接続端子２０１５から出力された信号は、外部接続端子２０１５と電気的に接続された制御用ハンディ機器の外部入力端子が受け取り、この信号を制御用ハンディ機器に予め格納されたソフト情報に基づいて分析する。これにより、被検出物質の量または種類などを特定することができる。
【０１３７】
上記制御用ハンディ機器しては、例えば携帯電話やＰＤＡなどの携帯電子機器を活用することができる。ここでは携帯電話を例に挙げて説明する。例えばコンピュータ機能を備えた携帯電話に、上記したチップ接続口を設け、この携帯電話にマイクロ分析チップから発信されたデータを処理する分析ソフトを格納する。この携帯電話は通常は携帯電話として機能し、必要に応じて制御用ハンディ機器として機能させることができる。
【０１３８】
操作方法を例示する。携帯電話にマイクロ分析チップを接続し、携帯電話のボタンにより各種データを入力した後、測定開始ボタンとして設定されたボタンを押す。これにより、あらかじめマイクロ分析チップに準備され、かつ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や被検液などが流路内へ進行する。この後、分析チップが順次動作して検出部において検出された被検出物質量に応じた電気信号を携帯電話に出力する。携帯電話のコンピュータがこの信号をソフト的に解析し被検出物質の量や種類などを特定する。これを携帯電話のディスプレイに表示する。また、オペレータの指示を受け、その電送機能を利用して解析情報を離れた場所にまで電送する。
【０１３９】
このように、携帯機器を利用することにより、コストパフォーマンスに優れ、かつ利便性・使い勝って性に優れたマイクロ分析装置を実現することができる。
【０１４０】
なお、分析チップと携帯電子機器との間の信号伝達方式は、両者間で電気信号がやり取りできる限りどのような方式・形態でもよく、必ずしも上記のようなチップ接続口を介する方式である必要はない。
【０１４１】
（実施の形態６）
実施の形態６のマイクロ分析装置は、試料（被検液）の採取、検出データの分析、分析結果の出力等、の各機能が複数の基板にそれぞれ形成され、これが積層され一体化された一体型マイクロ分析装置に関する。
【０１４２】
図１４に一体型マイクロ分析装置の平面見取り図を示す。図１４に示すように、この一体型マイクロ分析装置は、サンプル採取部２４０１、液体流路部２４０２、駆動分析処理部２４０３、入出力論理処理部２４０４および出入力部２４０５が、それぞれ１つの基板に形成されている。ただし、全ての要素を一つの基板に形成してもよいし、関連する要素ごとを１つの基板に形成する等してもよい。
【０１４３】
サンプル採取部２４０１には、内部に毛細管が有する針が配置されており、この針を人体又は試料体に針を刺す等することにより血液や試料を採取する。針は、低侵襲のマイクロプローブとすると人体等に針を刺し血液等の体液を抽出する際に痛みが緩和されるので好ましい。また、サンプル採取部２４０１に、針と共に、又は針の代わりに、非侵襲型の採取器具、例えば皮膚表面の汗、口腔内の唾液、涙や尿等を採取する吸液体を設けるのもよい。
【０１４４】
また、液体流路部２４０２としては、実施の形態１〜４の送液構造体およびマイクロ分析チップと同様な流路構造を使用する。このうち、好ましくは実施の形態４で説明した流路構造を用いる。サンプル採取部２４０１に配置されている針の毛細管は液体流路部２４０２の液溜め部２４１４と接続されており、針に設けられている毛細管の毛管現象によりサンプルが液溜め部に流入するように構成されている。
【０１４５】
また、液体流路部２４０２は、例えばポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニル等の基板を用いて作製される。液体流路部２４０２に、複数の検出部を配置してもよい。また、複数の流路系（マイクロ分析用送液構造体）が並存する構造としてもよい。
【０１４６】
駆動分析処理部２４０３は、ＣＰＵ、メモリ、バッテリー（図示せず）等が設けられており、液体流路部２０４２の検出部や、後で説明するＩ／Ｏ論理回路などと接続されている。この実施の形態は、全ての要素を含む一体型であるので、各種測定に対応した開閉バルブコントロールや、測定データの処理等が可能となるように、駆動分析処理部２４０３にＣＰＵやメモリが設けられており、メモリには、各種測定に対応したバルブコントロールシークエンス情報や、測定データの処理情報が格納されている。
【０１４７】
駆動分析処理部２４０３は、予め格納された上記情報に基づいて、測定開始時に開閉バルブを開き試薬液や試料液（被検液）などを流路内に流入させ、検出部が検出された電気信号を処理して、被検出物質の量または種類を特定する。このように、駆動分析処理部２４０３は、マイクロ分析チップを制御し、かつマイクロ分析チップで得た測定データをＩ／Ｏ論理回路（下記）に出力できる構成になっている。なお、駆動分析処理部２４０３は、上記実施の形態４における図１１の蓋基板２１０２と同様に構成することができ、また実施の形態５で記載した駆動制御要素を盛り込むことができる。
【０１４８】
入出力論理処理部２４０４は、Ｉ／Ｏ論理回路を有し、このＩ／Ｏ論理回路は駆動分析処理部２４０３のＣＰＵに接続されると共に、電気接続線を介して出入力部の各ボタン及び表示部に接続されている。入出力論理処理部２４０４は、駆動分析処理部２４０３のＣＰＵと協働して、Ｉ／Ｏデータを処理し、出入力部のディスプレイ（ＬＣＤ）に測定結果を表示すると共に、出入力部２４０５の入力ボタンで入力された電気信号に基づいてマイクロ分析チップを制御する。なお、この制御には、少なくとも開閉バルブの制御と検出部電極の制御が含まれる。
【０１４９】
出入力部２４０５には、ＣＰＵに指示を与える入力ボタンとディスプレイ（ＬＣＤ）が設けられている。なお、ディスプレイはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）に限られるものではなく、有機ＥＬ表示モジュール等であってもよい。
【０１５０】
ディスプレイは、駆動ドライバー回路をＩ／Ｏ論理回路とＣＰＵが協働し駆動することにより表示動作を行なう。表示形式としては、例えば数値表示、グラフ表示、「ある・なし」表示、更には経時変化表示など、多様な表示形式を採用することができる。
【０１５１】
さらに出入力部には、図１４に図示しないが、外部との入出力を処理する端子、または、無線送受信機を設けることができる。そうすることにより、パソコンやＰＤＡ端末などと接続でき、またネットワーク接続が可能になり、利便性が高まる。
【０１５２】
実施の形態６のマイクロ分析チップ装置は、サンプルの採取からその測定と出力を一つの装置で行なうことができる。特に外部との双方向の情報のやり取りを可能にする無線送受信機を組み込んだ実施の形態６のマイクロ分析チップ装置によると、例えば自宅で測定した人の健康に関する測定結果を直ちにネットワークを介して病院や健康管理センターなどに電送することができる。これにより、迅速かつ的確な診断や治療に関するアドバイスを受けることが可能になる。
すなわち、実施の形態６によると、いつでも、どこでも、だれでも、が利用可能な、小型で利便性に優れたマイクロ分析チップ装置を提供することができる。
【実施例】
【０１５３】
本発明の内容を実施例により更に具体的に説明する。
【０１５４】
（実施例１）
実施例１は、上記実施の形態１と同様な内容を備えた送液路構造体に関する。図５に、実施例１にかかる送液構造体を示す。この送液構造体１１０は、２つの開放孔１１３ａ、１１３ｂと、これらに続く第４の流路１５１ａ、１５１ｂと、第４の流路に続く第1の隘路１５２ａ、１５２ｂと、第１の隘路にそれぞれ設けられた開閉バルブ１４１、１４２と、上記２つの第１の隘路に続く、第1流路１１５、これに続く第２流路１１６（第２の隘路）、これに続く第３流路１１７、第３流路に直接接した吸液体１１１と、を有し、更に第1流路１１５には検出部２０３が設けられた構造である。
【０１５５】
この送液構造体は、上記実施の形態１と同様に２つの基板、主基板２０１（ポリジメチルシロキサン）および蓋基板２０２（石英）で構成されており、主基板への溝の形成は、金型による樹脂成型方法を用いた。金型は、シリコン基板にフォトリソ法でレジストパターンを形成後、ドライエッチングプロセス法によりエッチングを行って作製した。作製された金型型枠に、シリコンゴム（ポリジメチルシロキサン：ＰＤＭＳ）（東レダウコーニング社製 ジルポット１８４）を厚みが２ｍｍになるまで流し込み、１００℃、１５分の加熱を行い、硬化させた。硬化後、金型と硬化したシリコンゴムを分離させ、シリコンゴムを縦１５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み２ｍｍに整形し、主基板２０１を作製した。
【０１５６】
主基板２０１の第４の流路１５１ａ、１５１ｂの幅を２００μｍ、第１流路１１５の幅を６００μｍ、第１の隘路１５２ａ、１５２ｂの幅を５０μｍ、第３流路１１７の幅を６００μｍに設定した。流路高さは全て５０μｍとした。主基板の２つの開放孔１１３ａ、１１３ｂはポンチ加工によって形成した。
【０１５７】
また、蓋基板２０２は、厚み６００μｍの石英基板をダイシングソーで縦１８ｍｍ、横１６ｍｍに切断して作製した。蓋基板には、予めダイアフラム型の開閉バルブを組み込むと共に、検出部２０３を作製した。
【０１５８】
検出部２０３用の電極の作製は、フォトリソ法でレジストをパターニング後、スパッタ法によってチタンを積層したチタン層５０ｎｍ、金を積層した金層１００ｎｍを形成した後、リフトオフ法によってパターニングした、図６に示すような作用電極１５７、対向電極１５４、引き出し線１５５、引き出し電極１５６を形成した。更に検出部２０３の一部である参照電極１５３の作製には、フォトリソ法でレジストをパターニング後、スパッタ法によって銀を積層した銀層を１μｍ形成し、リフトオフ法によってパターニングして参照電極１５３を形成した。参照電極１５３作製後、銀の表面の塩化処理を行い、銀／塩化銀層の参照電極１５３を作製した。塩化処理は、０．１Ｍの塩酸中で電極１５３に＋１００ｍＶ、５０秒間の電圧印加を行う条件で行った。作成された検出部とポテンショスタットを接続することによって、検出部へ導入された電気的に活性のある物質の電気化学測定を行った。
【０１５９】
更に蓋基板の内側面に対し、１００Ｗ、酸素流量３０ｓｃｃｍ、６０秒間の条件で酸素プラズマ処理を行い、蓋基板の内側表面の親水性を高めた。
【０１６０】
以上のようにして作製した主基板２０１と蓋基板２０２とを自己吸着作用を利用して貼り合わせ、第３流路１１７の下流側末端にコットン製の吸液体１１１を配置し、実施例１にかかる送液構造体を完成させた。
【０１６１】
（比較例１）
比較例１の送液構造体を図１５に示す。図１５に示すように、第２流路１５３に続く第３流路を形成せず、第２流路１５３の端に吸液体１１１を接触させたこと以外については、上記実施例１と同様にして、比較例１にかかる送液構造体４１０を作製した。
【０１６２】
≪送液試験１≫
実施例１、比較例１にかかる送液構造体のそれぞれの開放孔に適当量の蛍光色素（ＦＩＴＣ）を含む試験液（水溶液）を滴下し、試験液が吸液体１１１側に流れ切るか否かを調べる送液試験を行った。実施例１にかかる送液構造体では、開放孔に試験液を滴下すると、毛細管現象により送液構造体内に溶液３００が満たされ、試験液３００が吸液体１１１に達した後、吸液体１１１が流路内の試験液を徐々に吸収し流路内の試験液が全て吸液体に吸収された。
【０１６３】
他方、比較例１にかかる送液構造体においても、試験液３００が吸液体に達し、吸液体への吸収が始まったが、図２０に示すように、第１流路４１５において気液界面が生じた時点で開放孔側への溶液の戻りが生じて、吸液体４１１１と試験液３００との間に空隙が生じ、この段階で吸液体の吸液が遮断され、流路内の試験液の送液が停止した。これにより、流路内に試験液３００が残留することが確認された。
【０１６４】
以上により、実施例１の送液構造体では、スムースに液体を流しきることができることが確かめられた。
【０１６５】
（実施例２）
上記実施の形態２と同様にして実施例２の送液構造体を作製した。
【０１６６】
（比較例２）
図１６に示すように、第３流路を形成しなかったこと以外は、上記実施の形態２と同様にして、比較例２にかかる送液構造体を作製した。
【０１６７】
≪送液試験２≫
実施例２と比較例２にかかる送液構造体に液を流す試験を行った。実施例２の送液構造体では、開放孔に蛍光色素（ＦＩＴＣ）溶液を滴下すると、毛細管現象により送液構造体内に溶液が入る。この後、エレクトロウエッティングバルブの作用電極に液体が達した時点で液の流れが停止した。作用電極及び参照電極に電圧を印加すると、作用電極上を液が通過し、溶液が吸液体に達し、この時点から途切れることなく吸液体が流路内の溶液を吸収した。よって、流路内に溶液が残留することなく流路内の溶液が全て吸液体に吸収された。
【０１６８】
他方、比較例２の送液構造体では、溶液が吸液体に達し吸液体が流路内の溶液を吸収し始めるまでは実施例２と同様であったが、吸液体への吸収がすすみ、溶液の上流端部（末尾）が第1流路に入り気液界面が第１流路内にできた時点で、上流側（開放孔側）への戻り（逆流）が生じ、吸液体と吸液体に接している流路（最下流側流路）との間に空隙が形成され吸液体への溶液吸収が遮断された。これ以降は、下流側への溶液の移動が停止してしまった。
【０１６９】
以上により、実施例２にかかる送液構造体は、流路内に流路幅の狭いところや流路幅の大きいところを有し、且つ送液のための動力装置を備えていないが、注液された溶液の全てを毛細管力により吸液体側に流すことができることが確認できた。
【０１７０】
本発明は上述した実施の形態や実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記した各実施の形態に記載された技術要素を組み合わせた構成とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上に説明したように、流路壁面に親水性部分と疎水性部分とを有する流路を用いてなる送液構造体にかかる本発明によると、送液用駆動源を必要とすることなく、液体を送液することができるので、微量分析用の送液手段として極めて有用である。本発明にかかる送液構造体は、特に、医療分野、生化学分野、アレルゲンなどの測定分野等において使用するマイクロ分析チップ及び装置の簡素化・コンパクト化を図るのに極めて有用であり、その産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１７２】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる送液構造体の平面図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかる送液構造体の断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかる送液構造体の液の流れを示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかる送液構造体の第１流路及び第３流路における液の流れを示す概念図である。
【図５】図５は、実施例１にかかる送液構造体の平面図である。
【図６】図６は、検出部を構成する電極構造を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる送液構造体の平面図である。
【図８】図８は、エレクトロウエッティングバルブの原理を説明するための図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかる送液構造体を示す平面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態４にかかるマイクロ分析チップを示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態４にかかるマイクロ分析チップの２層構成を説明する図である。
【図１２】図１２は、液体の表面張力による発生する流路圧力を算出するための式である。
【図１３】図１３は、実施の形態５にかかるマイクロ分析装置を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態６にかかるマイクロ分析装置の積層構造を説明するための図である。
【図１５】図１５は、比較例１にかかる送液構造体の平面図である。
【図１６】図１６は、比較例２にかかる送液構造体の平面図である。
【図１７】図１７は、従来技術にかかる送液構造体の平面図である。
【図１８】図１８は、幅の異なる流路を備えた従来の送液構造体の平面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示す送液構造体の液の流れを示す概念図である。
【図２０】図２０は、図１８に示す送液構造体の第１流路及び第３流路における液の流れを示す概念図である。
【符号の説明】
【０１７３】
１１０ 送液構造体
１１１ 吸液体
１１３、１１３ａ、１１３ｂ 開放孔
１１４ 流路
１１５ 第１流路
１１６ 第２流路（第１隘路）
１１７ 第３流路
１１８ 第３流路
１１９ 流路
１３４ 第４流路
１４０、１４１、１４２ 開閉バルブ
１４４ 第５流路
２０３ 検出部
２０３ａ 検出用電極
２０１ 主基板
２０２ 蓋基板
５０１、５０２ 毛細管力
１５１ａ、１５１ｂ 第４の流路
１５２ 第1の隘路
１５２ａ、１５２ｂ 第４の流路に続く第1の隘路
１５３ 参照電飾
１５４ 対向電極
１５５ 引き出し線
１５６ 引き出し電極
１５７ 作用電極
１７１ 参照電極
１７２ 作用電極
１７３、１７４ 引き出し電極
２００１ 第1開放孔
２００２ 第２開放孔
２００３ 第１液溜め部
２００４ 第２液溜め部
２００５ 第１開閉バルブ
２００６ 第２開閉バルブ
２００７ ミキサー部
２００８ 第４流路
２００９ 第１隘路
２０１０ 第１流路
２０１１ 第５流路（第２隘路）
２０１２ 検出部
２０１３ 第２流路（第３隘路）
２０１４ 吸液体
２０１５ 外部接続端子
２０１６ 第３流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、
前記第１流路に連続し且つ前記第1流路より流路断面積が小さい第２流路と、
前記第２流路に連続し且つ前記第２流路より流路断面積が大きい第３流路と、
前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、
を少なくとも備え、
前記各流路のうち少なくとも第２流路の内壁面の一部が疎水性であり、
前記第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、
前記第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、
前記第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、
Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の送液構造体において、
前記送液構造体は、少なくとも前記各流路用の溝が形成された主基板と、前記主基板を蓋する蓋基板と、を有し、
前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされて前記各流路が構成されている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項３】
請求項２に記載の送液構造体において、
前記主基板は、疎水性材料からなり、
前記蓋基板は、親水性材料からなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の送液構造体において、
前記主基板に形成された溝は、三つの壁面を有する凹形状である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項５】
請求項３に記載の送液構造体において、
前記第３流路は、溝幅が均一か又は先太りする形状であり、
前記第１流路の溝幅の最大値をＬ１とし、
前記第２流路の溝幅の最大値をＬ２とし、
前記第３流路における吸液体と直接接続する部分の溝幅をＬ３としたとき、
Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項６】
外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、
前記第１流路に連続する、前記第１流路よりも溝幅が狭い第２流路と、
前記第２流路に連続する、溝幅が均一か又は先太りする形状である第３流路と、
前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備える送液構造体であって、
前記第1流路、第２流路、第３流路は、各流路用の溝が形成された疎水性の主基板と、前記主基板を蓋する親水性の蓋基板とが重ね合わされて構成され、
前記第１流路における最大溝幅をＬ１とし、前記第２流路の最大溝幅をＬ２とし、
前記第３流路と前記吸液体との接続部の溝幅をＬ３としたとき、
Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、
前記蓋基板はガラスからなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項８】
請求項２ないし６いずれか１項に記載の送液構造体において、
前記開放孔と第1流路の間に第1流路よりも流路幅の狭い第４流路を有し、当該第４流路に液体の流れを制御する開閉バルブが設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項９】
請求項８に記載の送液構造体において、
前記開閉バルブがエレクトロウエッティングバルブであり、少なくとも前記第４流路内にエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極が設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１０】
請求項９に記載の送液構造体において、
前記作用電極と対になるエレクトロウエッティングバルブ用の参照電極は、前記第４流路よりも上流側に設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１１】
請求項９ないし１０の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜上に形成された疎水性膜と、を有する、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１２】
請求項１１に記載の送液構造体において、
前記金薄膜上に形成された疎水性膜は、テトラフルオロエチレンからなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１３】
請求項９ないし１０の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜の表面を空気に曝して形成させた自然酸化膜と、を有する、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１４】
請求項２ないし１３の何れか１項に記載の送液構造体において、
上記各構成における溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１５】
請求項８ないし１４の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記第４流路の溝幅は、５０μｍ以上、１００μｍ以下である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１６】
請求項１ないし１５いずれか１項に記載の送液構造体を必須要素として備えた分析チップ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の分析チップを必須要素として備えた分析装置。
【請求項１】
外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、
前記第１流路に連続し且つ前記第1流路より流路断面積が小さい第２流路と、
前記第２流路に連続し且つ前記第２流路より流路断面積が大きい第３流路と、
前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、
を少なくとも備え、
前記各流路のうち少なくとも第２流路の内壁面の一部が疎水性であり、
前記第１流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ１とし、
前記第２流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ２とし、
前記第３流路において液体に発生する表面張力による圧力をＰ３とするとき、
Ｐ２＜Ｐ１≦Ｐ３が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の送液構造体において、
前記送液構造体は、少なくとも前記各流路用の溝が形成された主基板と、前記主基板を蓋する蓋基板と、を有し、
前記主基板と前記蓋基板とが重ね合わされて前記各流路が構成されている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項３】
請求項２に記載の送液構造体において、
前記主基板は、疎水性材料からなり、
前記蓋基板は、親水性材料からなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項４】
請求項３に記載の送液構造体において、
前記主基板に形成された溝は、三つの壁面を有する凹形状である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項５】
請求項３に記載の送液構造体において、
前記第３流路は、溝幅が均一か又は先太りする形状であり、
前記第１流路の溝幅の最大値をＬ１とし、
前記第２流路の溝幅の最大値をＬ２とし、
前記第３流路における吸液体と直接接続する部分の溝幅をＬ３としたとき、
Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項６】
外部に開放された開放孔に接続された第１流路と、
前記第１流路に連続する、前記第１流路よりも溝幅が狭い第２流路と、
前記第２流路に連続する、溝幅が均一か又は先太りする形状である第３流路と、
前記第３流路の終端に直接接する吸液体と、を少なくとも備える送液構造体であって、
前記第1流路、第２流路、第３流路は、各流路用の溝が形成された疎水性の主基板と、前記主基板を蓋する親水性の蓋基板とが重ね合わされて構成され、
前記第１流路における最大溝幅をＬ１とし、前記第２流路の最大溝幅をＬ２とし、
前記第３流路と前記吸液体との接続部の溝幅をＬ３としたとき、
Ｌ２＜Ｌ３≦Ｌ１が成立する構造である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記主基板はポリジメチルシロキサンからなり、
前記蓋基板はガラスからなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項８】
請求項２ないし６いずれか１項に記載の送液構造体において、
前記開放孔と第1流路の間に第1流路よりも流路幅の狭い第４流路を有し、当該第４流路に液体の流れを制御する開閉バルブが設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項９】
請求項８に記載の送液構造体において、
前記開閉バルブがエレクトロウエッティングバルブであり、少なくとも前記第４流路内にエレクトロウエッティングバルブ用の作用電極が設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１０】
請求項９に記載の送液構造体において、
前記作用電極と対になるエレクトロウエッティングバルブ用の参照電極は、前記第４流路よりも上流側に設けられている、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１１】
請求項９ないし１０の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜上に形成された疎水性膜と、を有する、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１２】
請求項１１に記載の送液構造体において、
前記金薄膜上に形成された疎水性膜は、テトラフルオロエチレンからなる、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１３】
請求項９ないし１０の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記作用電極は、金薄膜と、前記金薄膜の表面を空気に曝して形成させた自然酸化膜と、を有する、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１４】
請求項２ないし１３の何れか１項に記載の送液構造体において、
上記各構成における溝幅は、５０μｍ以上、１ｍｍ以下である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１５】
請求項８ないし１４の何れか１項に記載の送液構造体において、
前記第４流路の溝幅は、５０μｍ以上、１００μｍ以下である、
ことを特徴とする送液構造体。
【請求項１６】
請求項１ないし１５いずれか１項に記載の送液構造体を必須要素として備えた分析チップ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の分析チップを必須要素として備えた分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−８５３３３（Ｐ２０１０−８５３３３Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５６８７２（Ｐ２００８−２５６８７２）
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１日（２００８．１０．１）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]