JP2009150810A

JP2009150810A - Microchip

Info

Publication number: JP2009150810A
Application number: JP2007329851A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Aoki; 洋一青木; Akihisa Nakajima; 彰久中島; Yasuhiro Santo; 康博山東; Kusunoki Higashino; 楠東野; Yoshikazu Kurihara; 義一栗原
Original assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Current assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchip capable of feeding liquid to a prescribed location in a fine channel, without having to depend on the pressure difference, even if the channel constitution is simple. <P>SOLUTION: The microchip comprises the fine channel (r) and a reservoir part 139 for storing a liquid fed through the fine channel (r), and the reservoir part 139 is provided with bypass section 139s which communicates with a fine channel r1, on the upstream side of the reservoir part 139 and a fine channel r2 on its downstream side and having a cross section smaller than that of the fine channel (r1) on the upstream side. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本願発明は液体を送液する微細流路を有するマイクロチップに関する。 The present invention relates to a microchip having a fine channel for feeding a liquid.

近年、マイクロマシン技術及び超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば特許文献１）。これは、μ−ＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ）とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、検体（例えば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液を処理して抽出したＤＮＡ処理した抽出溶液など）と試薬を混合させ、その反応を検出することにより検体の特性を調べる方法である。 In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. A system integrated on a chip has been developed (for example, Patent Document 1). This is also referred to as μ-TAS (Micro Total Analysis System), and a sample (for example, a DNA-treated extraction solution obtained by processing urine, saliva, blood, etc. of a subject to be examined) on a member called a microchip. And the reagent are mixed, and the characteristics of the specimen are examined by detecting the reaction.

マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工を行い、試薬や検体を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える貯留部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。 Microchips use a photolithographic process (a method of creating a groove by etching a pattern image with a chemical) or a groove using a laser beam on a substrate made of a resin material or glass material, and flow a reagent or specimen. A fine flow path that can be used and a reservoir for storing the reagent are provided, and various patterns have been proposed.

そして、これらマイクロチップを用いて検体の特性を調べる際は、マイクロポンプなどでマイクロチップ内に収容されている試薬や検体等の液体を流路内へ送液することにより、試薬と検体とを反応させて被検出部に導き検出を行う。被検出部では、例えば光学的な検出方法などによって目的物質の検出が行われる。 When investigating the characteristics of a specimen using these microchips, the reagent and the specimen are separated by feeding a liquid such as a reagent or specimen contained in the microchip with a micropump. The reaction is led to the detected part and detected. In the detected portion, the target substance is detected by, for example, an optical detection method.

マイクロチップにおいては、流路内の微量の液体を任意の位置で制御できるようにすることは大変重要なことである。このような課題に対して特許文献２では二つの導管を内壁面が疎水性に形成された細管で連通させた微量液体制御機構が開示されている。そして当該微量液体制御機構では、細管が疎水性で形成されていることにより液体の侵入に対しては抵抗するが気体は容易に通過できるように構成されている。そして二つの導管内の圧力差により一方の導管内において液体を任意の位置に制御するものである。
特開２００４−２８５８９号公報特開２０００−２７８１３号公報 In a microchip, it is very important to be able to control a small amount of liquid in a flow path at an arbitrary position. In order to solve such a problem, Patent Document 2 discloses a trace liquid control mechanism in which two conduits are communicated with each other through a thin tube whose inner wall surface is formed to be hydrophobic. The minute liquid control mechanism is configured so that the gas can easily pass through the capillary because the capillary is formed with a hydrophobic property but resists the intrusion of the liquid. Then, the liquid is controlled to an arbitrary position in one conduit by the pressure difference between the two conduits.
JP 2004-28589 A JP 2000-27813 A

特許文献２に開示された微量液体制御機構は、細管の流路抵抗により液体の侵入を防止させるものであり、このような構成においては二つの導管の圧力差が臨界圧力差△Ｐｃを超えてしまうような場合には導管内の液体は細管を通過してしまうために、液体の位置制御を適正に行えないという問題がある。またこのような細管を複数設けた場合には流路構成が複雑になるという問題がある。 The trace liquid control mechanism disclosed in Patent Document 2 prevents liquid from entering due to the flow resistance of the thin tube. In such a configuration, the pressure difference between the two conduits exceeds the critical pressure difference ΔPc. In such a case, since the liquid in the conduit passes through the narrow tube, there is a problem that the position control of the liquid cannot be performed properly. Further, when a plurality of such thin tubes are provided, there is a problem that the flow path configuration is complicated.

本発明は上記問題に鑑み、簡単な流路構成であっても、圧力差に依存せずに微細流路内の液体を所定の位置に送液することが可能なマイクロチップを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a microchip capable of feeding a liquid in a fine channel to a predetermined position without depending on a pressure difference even with a simple channel configuration. Objective.

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。 The above object is achieved by the invention described below.

（１）微細流路と、
前記微細流路を送液された液体を貯留する貯留部と、
を有するマイクロチップであって、
前記貯留部は、該貯留部に対する上流側の微細流路と該貯留部に対する下流側の微細流路とを連通し、断面積が前記上流側の微細流路の断面積よりも小さい側道路、を備えていることを特徴とするマイクロチップ。 (1) a fine channel;
A reservoir for storing the liquid fed through the fine channel;
A microchip having
The storage section communicates the upstream fine flow path with respect to the storage section and the downstream fine flow path with respect to the storage section, and the side road has a smaller cross-sectional area than the cross-sectional area of the upstream fine flow path, A microchip comprising:

（２）前記側道路は、内壁面が撥水性であることを特徴とする（１）に記載のマイクロチップ。 (2) The microchip according to (1), wherein an inner wall surface of the side road is water repellent.

（３）前記貯留部に送液される液体は、該液体の上流側から気体を介して下流側への送液圧力を付与されることを特徴とする（１）又は（２）に記載のマイクロチップ。 (3) The liquid to be fed to the storage unit is given a liquid feeding pressure from the upstream side of the liquid to the downstream side through the gas, as described in (1) or (2) Microchip.

（４）微細流路と、
前記微細流路を送液された液体を貯留する貯留部と、
一方の端部を前記貯留部に対する上流側の微細流路に接続し、他方の端部を前記貯留部に対する下流側の微細流路に接続する前記上流側の微細流路よりも断面積が小さい側道路、
を有することを特徴とするマイクロチップ。 (4) a fine channel;
A reservoir for storing the liquid fed through the fine channel;
The cross-sectional area is smaller than that of the upstream microchannel where one end is connected to the microchannel on the upstream side with respect to the reservoir and the other end is connected to the microchannel on the downstream side with respect to the reservoir. Side road,
A microchip comprising:

（５）前記側道路は、内壁面が撥水性であることを特徴とする（４）に記載のマイクロチップ。 (5) The microchip according to (4), wherein an inner wall surface of the side road is water-repellent.

本発明によれば、簡単な流路構成であっても、圧力差に依存せずに微細流路内の液体を所定の位置に送液することが可能なマイクロチップを提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a microchip capable of feeding a liquid in a fine channel to a predetermined position without depending on a pressure difference even with a simple channel configuration. Become.

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。 Although the present invention will be described based on an embodiment, the present invention is not limited to the embodiment.

［分析システムの装置構成］
図１は、本実施形態に係るマイクロチップを用いるマイクロチップ分析システム８の外観図である。マイクロチップ分析システム８は、マイクロチップ１に予め注入された検体と試薬とを自動的に反応させ、反応結果を自動的に出力する装置である。 [Analytical system configuration]
FIG. 1 is an external view of a microchip analysis system 8 using the microchip according to the present embodiment. The microchip analysis system 8 is a device that automatically reacts a sample and a reagent previously injected into the microchip 1 and automatically outputs a reaction result.

マイクロチップ分析システム８の筐体８２には、マイクロチップ１を装置内部に挿入するための挿入口８３、表示部８４、メモリカードスロット８５、プリント出力口８６、操作パネル８７、外部入出力端子８８が設けられている。 A housing 82 of the microchip analysis system 8 includes an insertion port 83 for inserting the microchip 1 into the apparatus, a display unit 84, a memory card slot 85, a print output port 86, an operation panel 87, and an external input / output terminal 88. Is provided.

検査担当者は、図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。マイクロチップ分析システム８の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶したりすることができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。検査終了後、検査担当者はマイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。 The person in charge of inspection inserts the microchip 1 in the direction of the arrow in FIG. 1 and operates the operation panel 87 to start the inspection. In the microchip analysis system 8, the reaction in the microchip 1 is automatically inspected, and when the inspection is completed, the result is displayed on the display unit 84. The inspection result can be output from the print output port 86 or stored in a memory card inserted in the memory card slot 85 by operating the operation panel 87. Further, data can be stored in the personal computer or the like from the external input / output terminal 88 using, for example, a LAN cable. After completion of the inspection, the inspection person takes out the microchip 1 from the insertion port 83.

図２は、本実施形態に係るマイクロチップを用いるマイクロチップ分析システム８の概略斜視図であり、図３は構成図である。図２及び図３においては、マイクロチップが図１に示す挿入口８３から挿入され、セットが完了している状態を示している。 FIG. 2 is a schematic perspective view of a microchip analysis system 8 using the microchip according to the present embodiment, and FIG. 3 is a configuration diagram. 2 and 3, the microchip is inserted through the insertion port 83 shown in FIG. 1 and the setting is completed.

マイクロチップ分析システム８は、マイクロチップ１に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液Ｌ０を貯留する駆動液タンク７０、マイクロチップ１に駆動液Ｌ０を供給するためのマイクロポンプ５、マイクロポンプ５とマイクロチップ１とを駆動液Ｌ０が漏れないように接続するポンプ接続部６、マイクロチップ１の必要部分を温調する温度調節ユニット３、マイクロチップ１をずれないように温度調節ユニット３及びポンプ接続部６に密着させるためのチップ押圧板２、チップ押圧板２を昇降させるための押圧板駆動部２１、マイクロチップ１をマイクロポンプ５に対して精度良く位置決めする規制部材２２、マイクロチップ１内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部４（４ａ及び４ｂ）、等を備えている。 The microchip analysis system 8 includes a driving liquid tank 70 that stores a driving liquid L0 for feeding a sample and a reagent previously injected into the microchip 1, and a micropump 5 for supplying the driving liquid L0 to the microchip 1. The pump connection part 6 that connects the micropump 5 and the microchip 1 so that the driving liquid L0 does not leak, the temperature control unit 3 that controls the temperature of the necessary part of the microchip 1, and the temperature control so that the microchip 1 does not deviate. A chip pressing plate 2 for bringing the chip pressing plate 2 into close contact with the unit 3 and the pump connection unit 6; a pressing plate driving unit 21 for moving the chip pressing plate 2 up and down; a regulating member 22 for positioning the microchip 1 with respect to the micro pump 5 with high accuracy; A light detection unit 4 (4a and 4b) for detecting a reaction state between the specimen and the reagent in the microchip 1 is provided.

チップ押圧板２は、初期状態においては、図３に示す位置より上方に退避している。これにより、マイクロチップ１は矢印Ｘ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３（図１参照）から規制部材２２に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。その後、チップ押圧板２は、押圧板駆動部２１により下降してマイクロチップ１に当接し、マイクロチップ１の下面が温度調節ユニット３及びポンプ接続部６に密着される。 The chip pressing plate 2 is retracted upward from the position shown in FIG. 3 in the initial state. Thereby, the microchip 1 can be inserted / removed in the direction of the arrow X, and the person inspecting inserts the microchip 1 from the insertion port 83 (see FIG. 1) until it comes into contact with the regulating member 22. Thereafter, the chip pressing plate 2 is lowered by the pressing plate driving unit 21 and comes into contact with the microchip 1, and the lower surface of the microchip 1 is in close contact with the temperature adjustment unit 3 and the pump connection unit 6.

温度調節ユニット３は、マイクロチップ１と対向する面にペルチェ素子３１及びヒータ３２を備え、マイクロチップ１がマイクロチップ分析システム８にセットされたときに、ペルチェ素子３１及びヒータ３２がマイクロチップ１に密着するようになっている。試薬が収容されている部分をペルチェ素子３１で冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とを合流させて反応させる貯留部１３９をヒータ３２で加熱して反応を促進させたりする。 The temperature control unit 3 includes a Peltier element 31 and a heater 32 on the surface facing the microchip 1. When the microchip 1 is set in the microchip analysis system 8, the Peltier element 31 and the heater 32 are attached to the microchip 1. It comes to adhere closely. The portion containing the reagent is cooled by the Peltier element 31 so that the reagent is not denatured, or the reservoir 139 that combines and reacts the specimen and the reagent is heated by the heater 32 to promote the reaction.

発光部４ａ及び受光部４ｂから構成される光検出部４では、例えば水銀ランプからなる発光部４ａからの光を特定領域の波長の光を通過させる励起フィルタを介して励起光としてマイクロチップ１に照射し、マイクロチップ１の検出部１４８に存在する蛍光物質から発せられた蛍光を透過させて当該透過光を受光部４ｂにより検出する。受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に一体的に設けられている。発光部４ａ及び受光部４ｂは、図３に示すマイクロチップ１の検出部１４８に対向するように設けられている。 In the light detection unit 4 composed of the light emitting unit 4a and the light receiving unit 4b, the light from the light emitting unit 4a made of, for example, a mercury lamp is supplied to the microchip 1 as excitation light through an excitation filter that allows light of a wavelength in a specific region to pass. Irradiation is performed, and fluorescence emitted from the fluorescent material present in the detection unit 148 of the microchip 1 is transmitted, and the transmitted light is detected by the light receiving unit 4b. The light receiving portion 4b is integrally provided inside the chip pressing plate 2. The light emitting unit 4a and the light receiving unit 4b are provided to face the detecting unit 148 of the microchip 1 shown in FIG.

マイクロポンプ５は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２のマイクロチップ１側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室の駆動液タンク７０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。 The micropump 5 is located on the pump chamber 52, the piezoelectric element 51 that changes the volume of the pump chamber 52, the first throttle channel 53 located on the microchip 1 side of the pump chamber 52, and the driving fluid tank 70 side of the pump chamber. The second throttle channel 54 is formed. The first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 are narrow and narrow channels, and the first throttle channel 53 is longer than the second throttle channel 54.

駆動液Ｌ０を順方向（マイクロチップ１に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液Ｌ０は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液Ｌ０が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液Ｌ０が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液Ｌ０が順方向に送液されることになる。 When the driving liquid L0 is fed in the forward direction (the direction toward the microchip 1), first, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is rapidly reduced. Then, a turbulent flow is generated in the second throttle channel 54 that is a short throttle channel, and the channel resistance in the second throttle channel 54 is relatively larger than that of the first throttle channel 53 that is a throttle channel. growing. As a result, the driving liquid L0 in the pump chamber 52 is predominantly pushed toward the first throttle channel 53 and fed. Next, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is gradually increased. Then, the driving liquid L0 flows from the first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 as the volume in the pump chamber 52 increases. At this time, since the length of the second throttle channel 54 is shorter than that of the first throttle channel 53, the channel resistance of the second throttle channel 54 is smaller than that of the first throttle channel 53. Thus, the driving liquid L 0 flows into the pump chamber 52 predominantly from the second throttle channel 54. When the piezoelectric element 51 repeats the above operation, the driving liquid L0 is fed in the forward direction.

一方、駆動液Ｌ０を逆方向（駆動液タンク７０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液Ｌ０は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液Ｌ０が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液Ｌ０が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液Ｌ０が逆方向に送液されることになる。また圧電素子５１への駆動電圧を変更することにより駆動液Ｌ０の送液圧力を変更することが可能である。 On the other hand, when the driving liquid L0 is fed in the reverse direction (direction toward the driving liquid tank 70), first, the piezoelectric element 51 is driven so that the volume of the pump chamber 52 is gradually reduced. Then, since the length of the second throttle channel 54 is shorter than that of the first throttle channel 53, the channel resistance of the second throttle channel 54 is smaller than that of the first throttle channel 53. . As a result, the driving liquid L0 in the pump chamber 52 is predominantly pushed out toward the second throttle channel 54 and fed. Next, the piezoelectric element 51 is driven so as to rapidly increase the volume of the pump chamber 52. Then, the driving liquid L0 flows from the first throttle channel 53 and the second throttle channel 54 as the volume in the pump chamber 52 increases. At this time, turbulent flow is generated in the second throttle channel 54, which is a short throttle channel, and the channel resistance in the second throttle channel 54 is relatively larger than that of the first throttle channel 53, which is a throttle channel. Become bigger. As a result, the driving liquid L 0 flows into the pump chamber 52 predominantly from the first throttle channel 53. When the piezoelectric element 51 repeats the above operation, the driving liquid L0 is fed in the reverse direction. Further, it is possible to change the liquid feeding pressure of the driving liquid L0 by changing the driving voltage to the piezoelectric element 51.

ポンプ接続部６は、必要なシール性を確保して駆動液の漏出を防止するために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコン樹脂などの柔軟性（弾性、形状追随性）をもつ樹脂によって密着面が形成されることが好ましい。このような柔軟性を有する密着面は、例えばマイクロチップの構成基材自体によるものであってもよく、また、ポンプ接続部６における流路開口の周囲に貼着された柔軟性を有する別途の部材によるものであってもよい。 The pump connection portion 6 is formed of a contact surface made of a resin having flexibility (elasticity, shape followability) such as polytetrafluoroethylene or silicon resin in order to ensure necessary sealing performance and prevent leakage of driving liquid. It is preferred that Such a close contact surface having flexibility may be, for example, due to the constituent substrate of the microchip itself, or may be a separate additional having flexibility attached around the flow path opening in the pump connection portion 6. It may be due to a member.

［マイクロチップ１の構成］
図４は、本実施形態に係るマイクロチップ１の一例を示すものである。同図においてはシート状の被覆基板が取り外された状態での微細流路ｒ及び貯留部１３９の主要部の配置を模式的に示している。 [Configuration of Microchip 1]
FIG. 4 shows an example of the microchip 1 according to the present embodiment. In the same figure, arrangement | positioning of the principal part of the fine flow path r and the storage part 139 in the state from which the sheet-like coating substrate was removed is shown typically.

マイクロチップ１には、撥水性（疎水性ともいう）の基材を用いて、液状の試薬と同じく液状の検体（試料）をマイクロチップ１上で混合・反応させるための微細流路ｒ及び流路エレメントが配設されている。このような基材の材質として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、フルオロカーボン、飽和環状ポリオレフィンなどの樹脂が例示される。中でもポリスチレンは、透明性、機械的特性及び成型性に優れて微細加工がしやすく、溝形成基板の形成材料として好ましい。また不図示の被覆基板にも同様に撥水性の基材を用いている。 The microchip 1 uses a water repellent (also referred to as hydrophobic) base material, and a microchannel r and a flow for mixing and reacting a liquid specimen (sample) on the microchip 1 as well as a liquid reagent. A road element is disposed. Examples of the material of the base material include resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene vinyl alcohol, polycarbonate, polymethylpentene, fluorocarbon, and saturated cyclic polyolefin. Among them, polystyrene is excellent as transparency, mechanical properties, and moldability, and can be easily finely processed. Therefore, polystyrene is preferable as a material for forming a groove forming substrate. Similarly, a water-repellent substrate is used for a coated substrate (not shown).

微細流路ｒはマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば、幅ｗは数十〜数百μｍ、好ましくは５０〜３００μｍで、高さｈは２５〜１０００μｍ程度、好ましくは５０〜３００μｍである。 The fine channel r is formed in the order of micrometers, for example, the width w is several tens to several hundreds μm, preferably 50 to 300 μm, and the height h is about 25 to 1000 μm, preferably 50 to 300 μm.

ｇは、マイクロチップ１の一方の面から外部へ解放された上流開口部である。これらの複数の上流開口部ｇはポンプ接続部６を介してマイクロチップ１をマイクロポンプ５に重ね合わせて接続した際に、マイクロポンプ５の接続面に設けられた流路開口と位置合わせされてマイクロポンプ５に連通される。そして当該上流開口部ｇから送液を行うための駆動液Ｌ０が注入される。 g is an upstream opening which is released from one surface of the microchip 1 to the outside. The plurality of upstream openings g are aligned with the channel openings provided on the connection surface of the micropump 5 when the microchip 1 is overlapped and connected to the micropump 5 via the pump connection 6. It communicates with the micropump 5. Then, a driving liquid L0 for feeding liquid is injected from the upstream opening g.

ｉ（ｉ１乃至ｉ５）は試薬或いは検体等の液体（以下、単に液体ともいう）を注入する注入孔であり、マイクロチップ１の上方の面から外部へ解放された開口となっている。各注入孔ｉには上流開口部ｇを開口した状態で液体を注入する。注入された液体は、近傍の上流開口部ｇに向かって微細流路を送られることになる。同図に示す本実施形態においては、下流側の注入孔ｉ５から上流側の注入孔ｉ１まで順番に液体を注入する。注入した当該液体は、貯留部１３９よりも上流側の微細流路ｒ１に貯留させておく。液体注入時には、上流開口部ｇ及び注入孔ｉが開いており、試薬注入後に注入孔ｉのみを封止する。そして上流開口部ｇに連通するマイクロポンプ５から送り込まれる駆動液Ｌ０により空気或いは不活性ガス等の気体を間に介して試薬或いは検体等の液体に送液圧力が付与されることにより、当該液体は微細流路ｒ内を送液される。 i (i1 to i5) are injection holes for injecting a liquid such as a reagent or a specimen (hereinafter also simply referred to as a liquid), and are openings opened from the upper surface of the microchip 1 to the outside. A liquid is injected into each injection hole i with the upstream opening g opened. The injected liquid is sent through the fine channel toward the nearby upstream opening g. In the present embodiment shown in the figure, the liquid is sequentially injected from the downstream injection hole i5 to the upstream injection hole i1. The injected liquid is stored in the fine flow path r1 upstream of the storage unit 139. At the time of liquid injection, the upstream opening g and the injection hole i are opened, and only the injection hole i is sealed after the reagent injection. Then, a liquid supply pressure is applied to a liquid such as a reagent or a sample through a gas such as air or an inert gas by the driving liquid L0 sent from the micro pump 5 communicating with the upstream opening g, whereby the liquid Is fed through the fine channel r.

ここで図５乃至図７に基づいて貯留部１３９の構成について説明する。図５は、図４に示したマイクロチップの貯留部１３９周辺の拡大図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は断面図、図５（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。図６は、貯留部１３９の下流側出口周辺の拡大図であり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図７は貯留部１３９の中央断面の斜視図である。 Here, the configuration of the reservoir 139 will be described with reference to FIGS. 5 is an enlarged view of the periphery of the storage part 139 of the microchip shown in FIG. 4, FIG. 5 (a) is a top view, FIG. 5 (b) is a sectional view, and FIG. 5 (c) is an AA section. FIG. FIG. 6 is an enlarged view of the vicinity of the outlet on the downstream side of the reservoir 139, FIG. 6 (a) is a top view, and FIG. 6 (b) is a BB cross-sectional view. FIG. 7 is a perspective view of the central cross section of the reservoir 139.

図５乃至図７に示すように、貯留部１３９は、主部１３９ｍと側道路１３９ｓから構成される。そして側道路１３９ｓは上流側の微細流路ｒ１と下流側の微細流路ｒ２に連通部ＣＮで連通している。同図に示す例では貯留部１３９の主部１３９ｍの両脇にそれぞれ一つずつの側道路１３９ｓを設けているが、これに限らず片方のみに側道路１３９ｓを設けるようにしてもよい。 As shown in FIG. 5 thru | or FIG. 7, the storage part 139 is comprised from the main part 139m and the side road 139s. The side road 139s communicates with the upstream microchannel r1 and the downstream microchannel r2 through the communication part CN. In the example shown in the figure, one side road 139s is provided on each side of the main part 139m of the storage part 139, but the present invention is not limited to this, and the side road 139s may be provided only on one side.

同図に示す実施形態においては、側道路１３９ｓと微細流路ｒとは上面の位置は同じであるが、その高さ（深さ）及び幅を異ならしている。側道路１３９ｓは幅が２５０μｍ、高さ１００μｍの矩形形状でありその断面積は２５×１０^-9ｍ²である。微細流路ｒ１、ｒ２は幅が２００μｍ、高さが２５０μｍの矩形形状であり、その断面積は５０×１０^-9ｍ²である。つまり側道路１３９ｓの断面積は、上流側の微細流路ｒ１よりも断面積が小さくなるように形成されている。なお、側道路１３９ｓの断面積を更に狭くして幅２５０μｍ、高さ５０μｍとしてもよい。 In the embodiment shown in the figure, the side road 139s and the fine channel r have the same upper surface position, but their height (depth) and width are different. The side road 139s has a rectangular shape with a width of 250 μm and a height of 100 μm, and its cross-sectional area is 25 × 10 ⁻⁹ m ² . The microchannels r1 and r2 have a rectangular shape with a width of 200 μm and a height of 250 μm, and the cross-sectional area is 50 × 10 ⁻⁹ m ² . That is, the cross-sectional area of the side road 139s is formed so that the cross-sectional area is smaller than that of the fine flow path r1 on the upstream side. Note that the cross-sectional area of the side road 139s may be further reduced to a width of 250 μm and a height of 50 μm.

また不図示の上面に貼り付ける被覆基板、及び側道路１３９ｓの内壁面ｓ１、ｓ２は共に撥水性の材質でその表面が形成されている。このように上流側の微細流路ｒ１よりも断面積を小さくし、かつ撥水性の材質で形成していることから微細流路ｒ１に比べて側道路１３９ｓの流路抵抗は非常に大きい。つまり側道路１３９ｓは、液体はその通過が困難であるが、気体は容易に通過可能としている。 Further, the coated substrate to be attached to the upper surface (not shown) and the inner wall surfaces s1, s2 of the side road 139s are both made of a water-repellent material and have their surfaces formed. Thus, since the cross-sectional area is made smaller than that of the fine flow path r1 on the upstream side and the water-repellent material is used, the flow resistance of the side road 139s is very large compared to the fine flow path r1. That is, in the side road 139s, it is difficult for liquid to pass therethrough, but gas can easily pass through.

貯留部１３９の主部１３９ｍは最も断面積が大きい平坦な底面部において（図５（ｃ）を参照）幅が２０００μｍで高さが１５００μｍであり、微細流路ｒよりも、幅及び高さを共に大きくしている。また貯留部１３９の容積は、貯留部１３９に送液される液体の総量よりも、十分大きくしている。なお、貯留部１３９の主部１３９ｍの高さを微細流路ｒ１と同じ高さの２５０μｍとして幅方向のみを広げた形状としてもよい。このようにすることによりマイクロチップ１を単純な形状とすることができる。 The main part 139m of the storage part 139 has a width of 2000 μm and a height of 1500 μm on a flat bottom surface having the largest cross-sectional area (see FIG. 5C), and has a width and height higher than those of the fine flow path r. Both are getting bigger. Further, the volume of the reservoir 139 is sufficiently larger than the total amount of liquid fed to the reservoir 139. The main portion 139m of the reservoir 139 may have a height of 250 μm, which is the same height as the fine channel r1, and may have a shape in which only the width direction is widened. By doing so, the microchip 1 can be made into a simple shape.

図８は、微細流路ｒ１に配置させた複数の異なる液体を貯留部１３９へ送液する手順を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram illustrating a procedure for feeding a plurality of different liquids arranged in the fine flow path r1 to the storage unit 139.

図８（ａ）は初期配置であり、注入孔ｉ１乃至ｉ５からそれぞれ異なる液体Ｌ１乃至Ｌ５を注入させた状態を示す図である。前述のとおり注入孔ｉは、液体を注入した後は封止されている。そしてそれぞれの液体Ｌの間には、空気ａｉｒを介しているので隣接する液体Ｌ間では非接触状態が保たれているので、それぞれの液体は同図に示す初期配置においては混ざり合うことはない。 FIG. 8A shows the initial arrangement, and shows a state in which different liquids L1 to L5 are injected from the injection holes i1 to i5, respectively. As described above, the injection hole i is sealed after the liquid is injected. Since the air L is interposed between the liquids L, a non-contact state is maintained between the adjacent liquids L, so that the liquids do not mix in the initial arrangement shown in FIG. .

図８（ｂ）は上流開口部ｇからマイクロポンプ５により駆動液Ｌ０を注入させることにより送液している状態を示す図である。駆動液Ｌ０の送液圧力により、微細流路ｒ１内に配置させていた液体Ｌは貯留部１３９に送液される。送液される液体の先端が貯留部１３９に侵入した時点では、側道路１３９ｓと微細流路ｒ１の連通部ＣＮは、当該液体でふさがれているために、液体の後方にある空気ａｉｒは側道路１３９ｓを通過することはできない。送液される液体の後端が側道路１３９ｓと微細流路ｒ１の連通部ＣＮを通過した時点で、前述の連通部は開放されるので当該液体の後方にある空気は液体を追い越して下流側の微細流路ｒ２に方に抜けていく。 FIG. 8B is a diagram showing a state in which liquid is fed by injecting the driving liquid L0 from the upstream opening g by the micro pump 5. The liquid L arranged in the fine flow path r1 is sent to the storage unit 139 by the liquid feeding pressure of the driving liquid L0. When the leading end of the liquid to be fed enters the storage part 139, the communication part CN between the side road 139s and the fine flow path r1 is blocked by the liquid, so that the air air behind the liquid is on the side It cannot pass through the road 139s. When the rear end of the liquid to be fed passes through the communication part CN between the side road 139s and the fine flow path r1, the communication part is opened, so that the air behind the liquid overtakes the downstream side. To the fine flow path r2.

図８（ｂ）に示す状態では、初期配置で微細流路ｒ１の中間貯留部１３９側に配置されていた液体Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５は貯留部１３９（主部１３９ｍ）で混ざり合った状態となっており、図８（ｃ）では全ての液体Ｌ（Ｌ１乃至Ｌ５）が貯留部１３９で混ざり合った状態となっている。 In the state shown in FIG. 8B, the liquids L3, L4, and L5, which are arranged on the intermediate reservoir 139 side of the fine channel r1 in the initial arrangement, are mixed in the reservoir 139 (main portion 139m). In FIG. 8C, all the liquids L (L1 to L5) are mixed in the reservoir 139.

そして、これらの液体Ｌの間に存在していた空気ａｉｒは、側道路１３９ｓを経由して下流側の微細流路ｒ２に抜けている。また微細流路ｒ１において液体Ｌは、送液方向の後方に存在していた空気ａｉｒを介して送液圧力が付与されていたが、貯留部１３９に到着することにより当該空気ａｉｒは側道路１３９ｓを抜けていくために、液体Ｌには送液圧力は付与されなくなり、当該液体Ｌは後方の液体Ｌが到着するまでは貯留部１３９で停止することになる。つまり液体Ｌの間に存在していた空気ａｉｒを取り除いた状態で貯留部１３９においてそれぞれの液体Ｌを合流させることができる。またこのような構成とすることで空気ａｉｒによる送液圧力が増大しても、その送液圧力に依存せずに液体Ｌを貯留部１３９で停止させることが可能であり、更に、駆動液Ｌ０が来るまで時間的余裕を持って、マイクロポンプ５を停止させることができる。また、駆動液を用いない送液の場合、駆動液が貯留部１３９に入ってくることがないため、液体Ｌは貯留部１３９で停止したままとなる。この場合、貯留部１３９を検出部として機能させることにより当該貯留部１３９での反応を光学的に検出するようにしてもよい。 And the air air which existed between these liquids L has escaped to the downstream fine flow path r2 via the side road 139s. Further, in the fine channel r1, the liquid L has been supplied with the liquid supply pressure via the air air that has existed in the rear of the liquid supply direction. Therefore, the liquid L is no longer supplied with the liquid supply pressure, and the liquid L stops at the reservoir 139 until the rear liquid L arrives. That is, the respective liquids L can be merged in the reservoir 139 in a state where the air air existing between the liquids L is removed. Further, with such a configuration, even if the liquid feeding pressure by air air increases, the liquid L can be stopped at the storage unit 139 without depending on the liquid feeding pressure, and further, the driving liquid L0. It is possible to stop the micropump 5 with a time allowance until the time elapses. Further, in the case of liquid feeding without using the driving liquid, the driving liquid does not enter the storage unit 139, so that the liquid L remains stopped at the storage unit 139. In this case, you may make it optically detect the reaction in the said storage part 139 by making the storage part 139 function as a detection part.

また、貯留部１３９で停止した液体Ｌを送液させる場合、図８（ｄ）に示すように、駆動液Ｌ０で液体Ｌを貯留部１３９から押し出すことができる。駆動液Ｌ０は、液体Ｌと同様に側道路１３９ｓを抜けることはできないので、貯留部１３９の主部１３９ｍに送液され、同主部１３９ｍに滞留していた液体Ｌを下流側の微細流路ｒ２に押し出す。押し出された液体Ｌは検出部１４８で反応を光学的に検出され、検査工程が終了する。 Further, when the liquid L stopped in the storage unit 139 is fed, the liquid L can be pushed out from the storage unit 139 with the driving liquid L0 as shown in FIG. Since the driving liquid L0 cannot pass through the side road 139s like the liquid L, the driving liquid L0 is sent to the main part 139m of the storage part 139 and the liquid L staying in the main part 139m is transferred to the downstream fine channel. Extrude to r2. The reaction of the extruded liquid L is optically detected by the detection unit 148, and the inspection process is completed.

本実施形態によれば、簡単な流路構成であっても、圧力差に依存せずに微細流路内の液体を所定の位置に送液することが可能なマイクロチップを提供することが可能となる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a microchip capable of feeding the liquid in the fine channel to a predetermined position without depending on the pressure difference even with a simple channel configuration. It becomes.

［他の実施形態］
図９は、他の実施形態におけるマイクロチップ１の貯留部１３９周辺の拡大図である。同図に示した以外の構成は図１乃至図４と同様であり説明を省略する。 [Other Embodiments]
FIG. 9 is an enlarged view around the storage portion 139 of the microchip 1 in another embodiment. The configuration other than that shown in the figure is the same as that shown in FIGS.

同図に示す側道路１４０は貯留部１３９とは独立した流路を備えており、側道路の一方の端部は分岐部ＳＰで微細流路ｒ１及び貯留部１３９と接続しており、他方の端部は合流部ＪＣで微細流路ｒ２及び貯留部１３９と接続している。 The side road 140 shown in the figure has a flow path independent of the storage section 139, and one end of the side road is connected to the fine flow path r1 and the storage section 139 at the branching section SP, The end portion is connected to the fine flow path r2 and the storage portion 139 at the junction portion JC.

側道路１４０は幅が２５０μｍ、高さ１００μｍの矩形形状でありその断面積は２５×１０^-9ｍ²である。微細流路ｒ１、ｒ２は幅が２００μｍ、高さが２５０μｍの矩形形状であり、その断面積は５０×１０^-9ｍ²である。つまり側道路１４０の断面積は、上流側の微細流路ｒ１よりも断面積が小さくなるように形成されている。 The side road 140 has a rectangular shape with a width of 250 μm and a height of 100 μm, and its cross-sectional area is 25 × 10 ⁻⁹ m ² . The microchannels r1 and r2 have a rectangular shape with a width of 200 μm and a height of 250 μm, and the cross-sectional area is 50 × 10 ⁻⁹ m ² . That is, the cross-sectional area of the side road 140 is formed so that the cross-sectional area is smaller than that of the fine flow path r1 on the upstream side.

また側道路１４０の内壁面は撥水性の材質でその表面が形成されている。このように上流側の微細流路ｒ１よりも断面積を小さくし、かつ撥水性の材質で形成していることから微細流路ｒ１に比べて側道路１４０の流路抵抗は非常に大きい。つまり液体はその通過が困難であるが、微細流路ｒを通過する気体のみを通過させることが可能な側道路１４０としている。 The inner wall surface of the side road 140 is formed of a water-repellent material. Thus, since the cross-sectional area is made smaller than that of the fine flow path r1 on the upstream side and the water-repellent material is used, the flow resistance of the side road 140 is very large compared to the fine flow path r1. That is, although the liquid is difficult to pass, the side road 140 is configured to allow only the gas passing through the fine channel r to pass therethrough.

このような構成とすることにより、簡単な流路構成であっても、圧力差に依存せずに微細流路内の液体を所定の位置に送液することが可能なマイクロチップを提供することが可能となる。 By providing such a configuration, it is possible to provide a microchip capable of feeding a liquid in a fine channel to a predetermined position without depending on a pressure difference even with a simple channel configuration. Is possible.

本実施形態に係るマイクロチップを用いるマイクロチップ分析システム８の外観図である。It is an external view of the microchip analysis system 8 using the microchip which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るマイクロチップを用いるマイクロチップ分析システム８の概略斜視図でありIt is a schematic perspective view of the microchip analysis system 8 using the microchip which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るマイクロチップを用いるマイクロチップ分析システム８の構成図である。It is a block diagram of the microchip analysis system 8 using the microchip which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るマイクロチップ１の一例を示すものである。1 shows an example of a microchip 1 according to the present embodiment. 図５（ａ）は貯留部１３９周辺の上面図、図５（ｂ）は貯留部１３９周辺の断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。5A is a top view around the storage section 139, FIG. 5B is a cross-sectional view around the storage section 139, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図６（ａ）は貯留部１３９の下流側出口周辺の上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。6A is a top view of the vicinity of the outlet on the downstream side of the reservoir 139, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 6A. 貯留部１３９周辺の中央断面の斜視図である。It is a perspective view of the center section around storage part 139. 微細流路ｒ１に配置させた複数の異なる液体を貯留部１３９へ送液する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which sends the several different liquid arrange | positioned to the microchannel r1 to the storage part 139. FIG. 他の実施形態におけるマイクロチップ１の貯留部１３９周辺の拡大図である。It is an enlarged view of the storage part 139 periphery of the microchip 1 in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１マイクロチップ
５マイクロポンプ
６ポンプ接続部
ｇ上流開口部
ｉ注入孔
ＪＣ合流部
ＳＰ分割部
１３９貯留部
１３９ｍ主部
１３９ｓ、１４０側道路
１４８検出部
１６０廃液部
７０駆動液タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchip 5 Micropump 6 Pump connection part g Upstream opening part i Injection hole JC Merge part SP Split part 139 Reservoir part 139m Main part 139s, 140 Side road 148 Detection part 160 Waste liquid part 70 Drive liquid tank

Claims

微細流路と、
前記微細流路を送液された液体を貯留する貯留部と、
を有するマイクロチップであって、
前記貯留部は、該貯留部に対する上流側の微細流路と該貯留部に対する下流側の微細流路とを連通し、断面積が前記上流側の微細流路の断面積よりも小さい側道路、を備えていることを特徴とするマイクロチップ。 A fine channel,
A reservoir for storing the liquid fed through the fine channel;
A microchip having
The storage section communicates the upstream fine flow path with respect to the storage section and the downstream fine flow path with respect to the storage section, and the side road has a smaller cross-sectional area than the cross-sectional area of the upstream fine flow path, A microchip comprising:

前記側道路は、内壁面が撥水性であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。 The microchip according to claim 1, wherein an inner wall surface of the side road is water repellent.

前記貯留部に送液される液体は、該液体の上流側から気体を介して下流側への送液圧力を付与されることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップ。 3. The microchip according to claim 1, wherein the liquid fed to the storage unit is given a liquid feeding pressure from the upstream side of the liquid to the downstream side through a gas. 4.

微細流路と、
前記微細流路を送液された液体を貯留する貯留部と、
一方の端部を前記貯留部に対する上流側の微細流路に接続し、他方の端部を前記貯留部に対する下流側の微細流路に接続する前記上流側の微細流路よりも断面積が小さい側道路、
を有することを特徴とするマイクロチップ。 A fine channel,
A reservoir for storing the liquid fed through the fine channel;
The cross-sectional area is smaller than that of the upstream microchannel where one end is connected to the microchannel on the upstream side with respect to the reservoir and the other end is connected to the microchannel on the downstream side with respect to the reservoir. Side road,
A microchip comprising:

前記側道路は、内壁面が撥水性であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。 The microchip according to claim 4, wherein an inner wall surface of the side road is water repellent.