JP2010025621A - マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法 - Google Patents
マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合し、さらに下流に送液することのできるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を提供すること。
【解決手段】液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【選択図】図1
【解決手段】液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法に関する。
近年、マイクロマシン技術およ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分析用チップ(以下、マイクロ検査チップと言う)が開発されている(例えば、特許文献1参照)。
これは、μ−TAS(Micro Total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ(Lab−on−chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に、遺伝子検査に見られるように煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化に優れたマイクロ検査チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とするので、その恩恵は多大と言える。
上記のようなマイクロ検査チップでは、検査に用いられる検体や試薬等の複数の液体を、必要に応じて正確に送液して混合することが重要である。検体や試薬等の複数の液体を精度良く送液して混合できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。そして、検体や試薬等の複数の液体を混合するためには、複数の液体間の空気や不活性ガス等の気体を除去する必要がある。
そこで、従来からよく用いられている方法としては、Y字流路で合流のタイミングを合わせて気体を除去する方法がある。この場合、複数の液体の貯留部を並列に配置する必要があり、マイクロ検査チップが大きくなる方向である。また、送液用のポンプが沢山必要になる。さらに、Y字流路での混合の場合、合流後の流路内での送液は層流が主であるために、混合のための流路が長く必要であり、これもマイクロ検査チップが大きくなる方向である。
これに対し、複数の液体の貯留部を直列に配置した場合、送液用のポンプは1つで済むが、液体間の気体を除去することが難しい。
そこで、特許文献2の図4には、2つの導管の間に細管を複数設け、細管の流路抵抗差により液体の侵入を防止することで、細管を通して複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合する方法が開示されている。この方法によれば、複数の液体の塊に間の気体を除去して混合することが可能である。
特開2004−28589号公報
特開2000−27813号公報
しかしながら、特許文献2で提案された方法では、混合した液体をさらに下流に送液するためには、構成上、送液方向を切り替えるためのバルブが必須であり、マイクロ検査チップの構成が複雑となり、高価なものとなる。また送液制御も複雑となり、検査システム自体の複雑化、高価格化を招く要因となる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路の構成の工夫のみで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合し、さらに下流に送液することのできるマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を提供することを目的としている。
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
1.液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
2.前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする前記1に記載のマイクロ検査チップ。
3.前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする前記1または2に記載のマイクロ検査チップ。
4.前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする前記3に記載のマイクロ検査チップ。
5.前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた1本または複数本の溝であることを特徴とする前記1または2に記載のマイクロ検査チップ。
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた1本または複数本の溝であることを特徴とする前記1または2に記載のマイクロ検査チップ。
6.前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする前記3乃至5の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
7.前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする前記1乃至6の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする前記1乃至6の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
8.前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする前記1乃至7の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
9.前記貯留部には、間を気体で区切られた第1の液体から第nの液体(nは正の整数)が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第1の液体から第(n−1)の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第1の液体から第nの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする前記1乃至8の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
前記貯留部の容積は、前記第1の液体から第(n−1)の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第1の液体から第nの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする前記1乃至8の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
10.前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする前記1乃至9の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
11.前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする前記1乃至9の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
12.前記9に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第1の液体から第nの液体(nは正の整数)が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
間を気体で区切られた第1の液体から第nの液体(nは正の整数)が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
以下、本発明を図示の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ない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
まず、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置について、図1を用いて説明する。図1は、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の1例を示す模式図である。
図1において、検査装置1は、マイクロ検査チップ100、マイクロポンプユニット210、加熱冷却ユニット230、検出部250および駆動制御部270等で構成される。
マイクロ検査チップ100は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、その上に、微細加工技術により、幅および高さが数μm〜数百μmのレベルの微細な流路を形成したものである。マイクロ検査チップ100のサイズおよび形状は、通常、縦横が数十mm、厚さが数mm程度の板状である。
ここでは、マイクロ検査チップ100は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板101と、流路基板101の流路が形成された面に接着され、流路基板101の溝状の流路の蓋として機能する天板103とで構成されているとする。また、天板103には、マイクロポンプユニット210とマイクロ検査チップ100との連通口等が設けられる。
マイクロポンプユニット210は、マイクロ検査チップ100内の送液を行うためのポンプユニットで、マイクロポンプ211、チップ接続部213、駆動液タンク215および駆動液供給部217等で構成される。マイクロポンプユニット210は、1つあるいは複数のマイクロポンプ211を備えている。マイクロポンプ211は、マイクロ検査チップ100内に駆動液216を注入あるいは吸引することで、マイクロ検査チップ100内の送液を行う。チップ接続部213は、マイクロポンプ211とマイクロ検査チップ100とを接続する。
駆動液供給部217は、駆動液タンク215からマイクロポンプ211に駆動液216を供給する。駆動液タンク215は、駆動液216の補充のために駆動液供給部217から取り外して交換可能である。マイクロポンプ211上には1個または複数個のポンプが形成されており、複数個の場合は、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。
マイクロ検査チップ100とマイクロポンプ211とはチップ接続部213で接続されて連通される。マイクロポンプ211が駆動されてマイクロポンプ211からチップ接続部213を介してマイクロ検査チップ100に注入あるいは吸引される駆動液216によって、マイクロ検査チップ100内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ100内で送液される。あるいは駆動液216に押された空気等の気体によって、マイクロ検査チップ100内の複数の収容部に収容されている検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ100内で送液される。
加熱冷却ユニット230は、冷却部231および加熱部233等で構成され、マイクロ検査チップ100内の反応の促進および抑制のために、検体、試薬およびその混合液等の加熱および冷却を行う。冷却部231はペルチエ素子等で構成される。加熱部233は、ヒータ等で構成される。もちろん、加熱部233もペルチエ素子で構成してもよい。
検出部250は、発光ダイオード(LED)やレーザ等の光源251と、フォトダイオード(PD)等の受光素子253等で構成され、マイクロ検査チップ100内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を、マイクロ検査チップ100上の検出領域255の位置で光学的に検出する。ここでは、光源251と受光素子253とがマイクロ検査チップ100を挟んで対向する透過光型の検出部を例示しているが、これに限るものではなく、光源251と受光素子253とが並置された反射光型であってもよい。
駆動制御部270は、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等で構成され、検査装置1内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
ここでは、マイクロ検査チップ100内の送液用のポンプとして、駆動液216を注入あるいは吸引するマイクロポンプ211を用いる例を示したが、必要に応じて、空気等の気体を注入あるいは吸引する空気ポンプ等の他の方式のポンプに置き換えてもよい。
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の1例を、図2を用いて説明する。図2は、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の1例を示す模式図である。上述したように、マイクロ検査チップ100は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留するための溝状の流路が表面に形成された流路基板101と、流路基板101の流路が形成された面に接着され、流路基板101の溝状の流路の蓋として機能する天板103とで構成されているとする。
図2(a)は、マイクロ検査チップ100の流路900の構成の1例を示す模式図で、流路900を天板103の側、即ち図2(b)の矢印B方向から見た平面図である。流路900は、試薬収容部901、検体収容部903、混合反応部905、ポンプ連通口907、排気口909および上述した各部を接続する微細流路等で構成される。
試薬収容部901には、試薬注入口901aが設けられ、試薬注入後、試薬注入口901aは封止部材901bで封止される。同様に、検体収容部903には、検体注入口903aが設けられ、検体注入後、検体注入口903aは封止部材903bで封止される。
試薬収容部901に収容された試薬、および検体収容部903に収容された検体は、図示しないマイクロポンプによってポンプ連通口907から注入される駆動液に押されて、順次混合反応部905に送液されて混合される。試薬と検体とが混合された混合液は反応し、反応によって得られる標的物質が混合反応部905で検出される。ここに、混合反応部905は、本発明における貯留部、混合部および反応検出部として機能する。
図2(b)は、図2(a)のA−A’断面図である。流路基板101には、幅が狭く深さの浅い微細流路と、幅が広く深さが深い試薬収容部901、検体収容部903および混合反応部905等の各流路とを形成する溝が形成され、天板103で蓋がされて各流路が形成されている。天板103にはポンプ連通口907が設けられ、チップ接続部213を介して図示しないマイクロポンプと接続される。
同様に、天板103には排気口909が設けられ、試薬および検体の送液時に、流路内の空気が排気口909から外部に排気される。さらに、天板103を介して混合反応部905に対向した位置に、検出部250が設けられる。図1では、検出部250は透過光型の例を示したが、ここでは、光源251と受光素子253とが天板103側に並置された反射光型を例示してある。
また、天板103には試薬注入口901aおよび検体注入口903aが設けられており、試薬および検体注入後は、試薬注入口901aおよび検体注入口903aは封止部材901bおよび封止部材903bで封止される。
本発明は、主として、上述した混合反応部905等の検体や試薬等の複数の液体を混合、反応させ、あるいは反応結果を検出するための流路である貯留部に用いられる。
(第1の実施の形態)
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第1の実施の形態について、図3を用いて説明する。図3は、マイクロ検査チップ100の第1の実施の形態の構成を示す模式図で、図3(a)は流路基板101の表面に形成された貯留部111の構成を示す図3(b)の矢印B方向から見た平面図、図3(b)は図3(a)のC−C’断面図である。また、図3(c)は貯留部111の他の構成を示す図3(b)の矢印B方向から見た平面図である。ここに、矢印B方向は、図2(b)の矢印B方向と同じである。
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第1の実施の形態について、図3を用いて説明する。図3は、マイクロ検査チップ100の第1の実施の形態の構成を示す模式図で、図3(a)は流路基板101の表面に形成された貯留部111の構成を示す図3(b)の矢印B方向から見た平面図、図3(b)は図3(a)のC−C’断面図である。また、図3(c)は貯留部111の他の構成を示す図3(b)の矢印B方向から見た平面図である。ここに、矢印B方向は、図2(b)の矢印B方向と同じである。
図3(a)および(b)において、貯留部111は、上流流路113および下流流路115と連通している。そして、貯留部111の流路基板101側の内壁面には、四角柱状の突起112rが全面に配列されている。ここに、四角柱状の突起112rは、本発明における凹凸構造として機能する。
図3(c)においては、貯留部111の流路基板101側の内壁面には、上述した四角柱状の突起112rに代えて、円柱状の突起112cが全面に配列されている。ここに、円柱状の突起112cも、本発明における凹凸構造として機能する。なお、図3(c)のC−C’断面は図3(b)と同じである。
上述した四角柱状の突起112rまたは円柱状の突起112c(以下、区別せずに、突起112と呼ぶ)の断面積、長さ、突起間の間隔等は、貯留部111に流入した液体が、その表面張力により、突起112の配列の間には侵入することができず、気体のみが突起112の配列の間に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
表面張力の効果をより大きくするために、突起112の先端は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、突起112自体および突起部112の根本の貯留部111の流路基板101側の内壁面は、撥水性を有していることが望ましい。
撥水性を持たせるには、例えば流路基板101をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板101に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは上述した撥水性が必要な部分をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
突起112を、貯留部111の天板103側の内壁面に配列することも考えられるが、天板103側に設けると、流路基板101と天板103との貼り合わせ状態のバラツキによって、突起112の撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が突起112の配列の間に侵入することも考えられる。流路基板101側に配列すれば、成型によって突起112の配列を形成できるので、安定した撥水性が得られる。
続いて、第1の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図4を用いて説明する。図4は、第1の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図2の検体と試薬(試薬Aとする)に加えて、他の試薬(試薬Bとする)を含めた3液体を混合して下流へと送液する例について説明する。
図4(a)において、貯留部111は、上流流路113および下流流路115と連通しており、貯留部111の流路基板101側の内壁面には、突起112が全面に配列されている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、第1の液体151(例えば検体)が、上流流路113から貯留部111に送液されてくる。ここで、貯留部111の容積は、送液されてくる第1の液体151の体積に比べて充分に大きく設定されている。
図4(b)において、第1の液体151の全量が貯留部111に流入すると、第1の液体151は、貯留部111内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第1の液体151は突起112の配列の間には侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、第2の液体155(例えば試薬A)が上流流路113から貯留部111に送液されてくる。第1の液体151と第2の液体155との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体153が存在するが、気体153は突起112の配列の間に侵入できるため、第2の液体155の送液によって、気体153は、図示した矢印のように突起112の配列の間を通り抜け、第1の液体151を追い越して、下流流路115へと流出する。
図4(c)において、第2の液体155の送液によって第1の液体151と第2の液体155との間の気体153が全て下流流路115へと流出すると、第1の液体151と第2の液体155とが合流し、混合されて第1の混合液156となる。ここで、貯留部111の容積は、第1の混合液156の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第1の混合液156は、貯留部111内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第1の混合液156は突起112の配列の間には侵入できない。
続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、第3の第3の液体157(例えば試薬B)が上流流路113から貯留部111に送液されてくる。第3の液体157の送液によって、第1の混合液156と第3の液体157との間の気体153も突起112の配列の間を通り抜け、第1の混合液156を追い越して、下流流路115へと流出する。
図4(d)において、第1の混合液156と第3の液体157との間の気体153が全て下流流路115へと流出すると、第1の混合液156と第3の液体157とが合流し、混合されて第2の混合液158となる。ここまでが本発明における混合工程である。
図4(e)において、貯留部111の容積は、第2の混合液158の体積よりも少し小さく設定されている。第1の混合液156と第3の液体157とが混合された第2の混合液158の体積が貯留部111の容積を越えると、第2の混合液158と駆動液216との間の気体153が突起112の配列の間を通り抜けることができなくなる。よって、第2の混合液158は、上流流路113内の気体153を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、下流流路115へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
なお、第1の実施の形態では、突起112を四角柱状の突起112rまたは円柱状の突起112cとしたが、これに限るものではなく、例えば三角柱や六角柱等の多角形の断面を持つ柱状の突起であってもよい。
上述したように、第1の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面の全面に、撥水性を有する四角柱状または円柱状の突起を配列することで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第2の実施の形態について、図5を用いて説明する。図5は、マイクロ検査チップ100の第2の実施の形態の構成を示す模式図で、図5(a)は流路基板101の表面に形成された貯留部111の構成を示す図5(b)の矢印B方向から見た平面図、図5(b)は図5(a)のD−D’断面図、図5(c)は図5(b)のE−E’断面図である。ここに、矢印B方向は、図2(b)の矢印B方向と同じである。
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第2の実施の形態について、図5を用いて説明する。図5は、マイクロ検査チップ100の第2の実施の形態の構成を示す模式図で、図5(a)は流路基板101の表面に形成された貯留部111の構成を示す図5(b)の矢印B方向から見た平面図、図5(b)は図5(a)のD−D’断面図、図5(c)は図5(b)のE−E’断面図である。ここに、矢印B方向は、図2(b)の矢印B方向と同じである。
図5(a)、(b)および(c)において、貯留部111は、上流流路113と上流側連通部111aで連通し、下流流路115と下流側連通部111bで連通している。そして、貯留部111の流路基板101側の内壁面には、上流側連通部111aと下流側連通部111bとを結ぶようにして1本の溝112sが設けられている。ここに、溝112sは、本発明における凹凸構造として機能する。
上述した溝112sの幅、深さ等は、貯留部111に流入した液体が、その表面張力により、溝112sの内部には侵入することができず、気体のみが溝112sの内部に侵入することができるような微細な寸法に設定される。
表面張力の効果をより大きくするために、溝112sの貯留部111への開口部は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。また、溝112sの内部は、撥水性を有していることが望ましい。
撥水性を持たせるには、例えば流路基板101をポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成してもよいし、流路基板101に親水性の材料を用いる必要がある場合には、流路全体あるいは溝112sの内部をフッ素系の材料でコーティングする等の撥水処理を行ってもよい。
溝112sを、貯留部111の天板103側の内壁面に形成することも考えられるが、天板103側に設けると、流路基板101と天板103との貼り合わせ状態のバラツキによって、溝112sの撥水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体が溝112sの内部に侵入することも考えられる。流路基板101側に形成すれば、成型によって溝112sを形成できるので、安定した撥水性が得られる。
続いて、第2の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法について、図6を用いて説明する。図6は、第2の実施の形態における複数の液体の混合、送液方法を説明する模式図である。ここでは、図2の検体と試薬を混合して下流へと送液する例について説明する。
図6(a)において、貯留部111は、上流流路113と上流側連通部111aで連通し、下流流路115と下流側連通部111bで連通している。そして、貯留部111の流路基板101側の内壁面には、上流側連通部111aと下流側連通部111bとを結ぶようにして1本の溝112sが設けられている。ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、第1の液体151(例えば検体)が、上流流路113から貯留部111に送液されてくる。
ここで、貯留部111の容積は、送液されてくる第1の液体151の体積に比べて充分に大きく設定されている。よって、第1の液体151の全量が貯留部111に流入すると、第1の液体151は、貯留部111内に停止し、滞留する。ただし、表面張力により、第1の液体151は溝112sには侵入できない。続いて、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、第2の液体155(例えば試薬)が上流流路113から貯留部111に送液されてくる。
第1の液体151と第2の液体155との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体153が存在するが、気体153は溝112sに侵入できるため、第2の液体155の送液によって、気体153は、図示した矢印のように溝112sを通り抜け、第1の液体151を追い越して、下流流路115へと流出する。
図6(b)において、第2の液体155の送液によって第1の液体151と第2の液体155との間の気体153が全て下流流路115へと流出すると、第1の液体151と第2の液体155とが合流し、混合されて混合液156となる。ここまでが本発明における混合工程である。
図6(c)において、貯留部111の容積は、混合液156の体積よりも少し小さく設定されている。第1の液体151と第2の液体155とが混合された混合液156の体積が貯留部111の容積を越えると、混合液156と駆動液216との間の気体153が溝112sを通り抜けることができなくなる。よって、混合液156は、上流流路113内の気体153を介して、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液216に押されて、下流流路115へと流出を開始し、下流へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。
なお、第2の実施の形態では、溝112sは1本としたが、これに限るものではなく、2本あるいはそれ以上の複数本の溝であってもよい。
上述したように、第2の実施の形態によれば、貯留部の流路基板側の内壁面に、撥水性を有し、上流側流路と下流側流路とを結ぶようにして溝を設けることで、気体だけが通過できる通路を確保できるので、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
ここで、本発明における液体が侵入できず、気体のみが侵入できる突起112の配列あるいは溝112sの大きさについて説明する。例として、溝112sについて考えると、例えば図6(a)のように貯留部111に液体151が送液された場合、溝112sの幅をd、液体151の圧力をP、液体151の表面張力をγとすると、これらの関係は、
P=2×γ/d
で与えられる。
P=2×γ/d
で与えられる。
一例として、液体151の送液により1kPaの圧力が貯留部111の壁面に加えられているとして、液体151を水とすると、常温での水の表面張力は73×10−3N/mであるので、上式から、d=146μmとなる。つまり、溝112sの幅が146μm以下であれば、常温では液体151(この場合は水)は溝112s内には侵入できない、ということになる。表面張力は一般的には温度が上がると小さくなるので、実際には、実使用温度範囲を考慮して溝112sの幅を決定する必要がある。さらに、液体の種類、溝112sの撥水条件等も考慮される必要がある。
溝の深さについては、表面張力との関連では特に制限はないが、マイクロ検査チップを成形で作成する場合には、成形性の観点から幅dの数倍以下が好ましい。
以上から、溝112sの幅dは、10μm乃至200μm、深さは幅dの2乃至3倍程度が好ましい。例えば、幅d=50μm、深さ=100μmである。
突起112の配列の場合もほぼ同様の考え方が適用できると考えられ、突起112の間隔は、10μm乃至200μmが好ましく、10μm乃至50μmがより好ましい。突起112の太さと高さについては特に制限はないが、溝112sと同様に成形性の観点から太さ(四角柱の場合は、一辺の長さ、円柱の場合は直径)は10μm乃至1mm、高さは太さの2乃至3倍程度が好ましい。例えば、太さ=100μm、高さ=200μm、間隔=50μmである。
以上に述べたように、本発明によれば、液体を送液する流路と、流路から送液された液体を貯留する貯留部とを備え、貯留部の壁面に凹凸構造を形成することで、複数の液体間の気体を安定して除去し、複数の液体を容易に混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。さらに、貯留部の容積を複数の液体の混合液の総体積よりも小さくすることで、複数の液体の混合後に混合液を下流に送液することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
なお、本発明に係るマイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
1 検査装置
100 マイクロ検査チップ
101 流路基板
103 天板
111 貯留部
111a 上流側連通部
111b 下流側連通部
112 突起
112c 円柱状の突起
112r 四角柱状の突起
112s 溝
113 上流流路
115 下流流路
151 第1の液体
153 気体
155 第2の液体
156 第1の混合液
157 第3の液体
158 第2の混合液
210 マイクロポンプユニット
211 マイクロポンプ
213 チップ接続部
215 駆動液タンク
216 駆動液
217 駆動液供給部
230 加熱冷却ユニット
231 冷却部
233 加熱部
250 検出部
251 光源
253 受光素子
255 検出領域
270 駆動制御部
900 流路
901 試薬収容部
901a 試薬注入口
901b 封止部材
903 検体収容部
903a 検体注入口
903b 封止部材
905 混合反応部
907 ポンプ連通口
909 排気口
100 マイクロ検査チップ
101 流路基板
103 天板
111 貯留部
111a 上流側連通部
111b 下流側連通部
112 突起
112c 円柱状の突起
112r 四角柱状の突起
112s 溝
113 上流流路
115 下流流路
151 第1の液体
153 気体
155 第2の液体
156 第1の混合液
157 第3の液体
158 第2の混合液
210 マイクロポンプユニット
211 マイクロポンプ
213 チップ接続部
215 駆動液タンク
216 駆動液
217 駆動液供給部
230 加熱冷却ユニット
231 冷却部
233 加熱部
250 検出部
251 光源
253 受光素子
255 検出領域
270 駆動制御部
900 流路
901 試薬収容部
901a 試薬注入口
901b 封止部材
903 検体収容部
903a 検体注入口
903b 封止部材
905 混合反応部
907 ポンプ連通口
909 排気口
Claims (12)
- 液体を送液する流路と、
前記流路に連通され、前記流路から送液された前記液体を貯留する貯留部とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、その壁面に凹凸構造が形成されたことを特徴とするマイクロ検査チップ。 - 前記凹凸構造は、表面張力の作用により、その内部には前記液体が侵入できず、気体のみが侵入できる大きさおよび形状を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする請求項3に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記貯留部は、上流側の前記流路に連通する上流側連通部と下流側の前記流路に連通する下流側連通部とを有し、
前記凹凸構造は、前記上流側連通部と前記下流側連通部とを結んで前記壁面に設けられた1本または複数本の溝であることを特徴とする請求項1または2に記載のマイクロ検査チップ。 - 前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする請求項3乃至5の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記流路および前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記流路および前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。 - 前記凹凸構造は、撥液性を有することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記貯留部には、間を気体で区切られた第1の液体から第nの液体(nは正の整数)が順次送液され、
前記貯留部の容積は、前記第1の液体から第(n−1)の液体の混合液の体積よりも大きいか等しく、前記第1の液体から第nの液体の混合液の体積よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。 - 前記貯留部は、複数の前記液体を混合する混合部であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
- 前記貯留部は、複数の前記液体を混合し、混合された複数の前記液体の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載のマイクロ検査チップ。
- 請求項9に記載のマイクロ検査チップの液体混合送液方法であって、
間を気体で区切られた第1の液体から第nの液体(nは正の整数)が前記流路から前記貯留部に順次送液されて、前記貯留部で混合される混合工程と、
前記混合工程で混合された混合液が下流に送液される下流送液工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合送液方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008184719A JP2010025621A (ja) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008184719A JP2010025621A (ja) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010025621A true JP2010025621A (ja) | 2010-02-04 |
Family
ID=41731609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008184719A Withdrawn JP2010025621A (ja) | 2008-07-16 | 2008-07-16 | マイクロ検査チップおよびマイクロ検査チップの液体混合送液方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2010025621A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013533489A (ja) * | 2010-07-30 | 2013-08-22 | エスアーヴェー インストゥルメンツ ゲーエムベーハー | 試料流体中の検体の存在を検出するための改善されたセンサユニット |
JP2017024170A (ja) * | 2016-10-18 | 2017-02-02 | 大日本印刷株式会社 | マイクロ流路装置 |
-
2008
- 2008-07-16 JP JP2008184719A patent/JP2010025621A/ja not_active Withdrawn
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