TWI670114B - 微細輸液結構體及分析裝置 - Google Patents

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Abstract

使複數個微細突起(60)並排成一列，且，將鄰接之微細突起(60)的間隙作為輸液路(61)而使單位列以周期性來配置，使每個微細突起(60)的間隔，配置成能夠引起毛細管現象的間隔，於每個單位列，將輸液路(61)之中的至少一個，設為流動抵抗比其他輸液路(61b)還要相對地降低的低流動抵抗輸液路(61a)，並將低流動抵抗輸液路(61a)沿著既定的輸液方向配置，來排列微細突起(60)。藉此，於輸液方向不會產生偏差，可重現性良好地控制輸液方向。

Description

微細輸液結構體及分析裝置
本發明，係關於利用毛細管現象來作為移送液體之推進力的微細輸液結構體，特別是關於可任意地控制液體之移送方向的微細輸液結構體、及具備該微細輸液結構體的分析裝置。
例如，於專利文獻1提案有微細結構，其構成為：以引起毛細管現象的間隔配置複數個微細突起，將毛細管現象作為用來移送液體的推進力來利用之液體的流動系統。
且，在非專利文獻1，對於上述般之利用毛細管現象的流動系統(毛細泵)，對液體之流動性的控制進行了檢討。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特表2005-532151號公報
[非專利文獻]
[專利文獻2]Capillary pumps for autonomous capillary systems; Lab on a Chip, 2007,7,119-125
但是，本發明者們進行檢証後，發現即使是非專利文獻1的流動系統亦不足以重現性良好地控制液體的流動性。例如，將在非專利文獻1所示例之毛細泵的內部流動之液體之情況的一例示於圖10，但是非專利文獻1的流動系統，係如圖10所示般，會於輸液方向產生偏差，同樣的圖亦示於非專利文獻1的Fig.4(a)。
本發明者經過反覆深入研究，認為上述輸液方向之偏差的產生，可能係因為液體在鄰接之各自的微細突起之間流動時，該流動抵抗並無差異，而導致輸液方向無法固定。
本發明，係有鑑於上述情事而完成者，其目的在於提供一種微細輸液結構體，以及具備該微細輸液結構體的分析裝置，該微細輸液結構體係以引起毛細管現象的間隔配列複數個微細突起而成，且對於在微細突起之間所形成之輸液路的流動抵抗賦予差別，藉此可任意地控制輸液方向。
關於本發明的微細輸液結構體，係以引起毛細管現象的間隔配列複數個微細突起而成，使前述微細突起並排成一列，且，將鄰接之前述微細突起的間隙作為輸液路而使單位列以周期性來配置，於每個前述單位列，將前述輸液路之中的至少一個，設為流動抵抗比其他輸液路還要相對地降低的低流動抵抗輸液路，並將前述低流動抵抗輸液路沿著既定的輸液方向配置而構成。
關於本發明的分析裝置，係具備上述般的微細輸液結構體，藉由前述微細輸液結構體來得到推進力而將含有分析對象的調製液予以輸液的構造。
根據本發明，係藉由以引起毛細管現象的間隔配列複數個微細突起所成的微細輸液結構體來得到輸液的推進力，且該輸液方向不會產生偏差，可重現性良好地任意控制輸液方向。
1‧‧‧分析裝置
60(60a、60b、60c)‧‧‧微細突起
61‧‧‧輸液路
61a‧‧‧低流動抵抗輸液路
61b‧‧‧其他輸液路
61c‧‧‧列間輸液路
62(62a、62b)‧‧‧邊緣部
圖1為表示關於本發明之實施形態之分析裝置之一例的立體圖。
圖2為表示關於本發明之實施形態之分析裝置之一例的分解立體圖。
圖3為關於本發明之實施形態之分析裝置之一例中檢出部的說明圖。
圖4為關於本發明之實施形態之分析裝置之一例中基板的概略俯視圖。
圖5為在關於本發明之實施形態之微細輸液結構體的一例中，將其重要部予以擴大表示的概略俯視圖。
圖6為針對釘止效果進行說明的說明圖。
圖7為在關於本發明之實施形態之微細輸液結構體的一例中，將液體流動的樣子予以表示的說明圖。
圖8為在關於本發明之實施形態之微細輸液結構體的一例中，將任意誘導輸液方向的例子予以表示的說明圖。
圖9為在關於本發明之實施形態之分析裝置的一例中，檢出部之其他例子的說明圖。
圖10為在以往之微細輸液結構體的一例中，將液體流動的樣子予以表示的說明圖。
以下，針對本發明之較佳的實施形態，參照圖式進行說明。
[分析裝置]
圖1為表示關於本實施形態之分析裝置之一例的立體圖，圖2為其分解立體圖。
該等圖所示之例中，分析裝置1，係構成為使用親和 層析法的流感診斷試劑盒，具備：基板2、覆蓋基板2表面的覆蓋體3、將與流感抗原結合之膠態金標識抗體予以含浸的共軛墊(Conjugate pad)4、以及將分析後之殘液予以吸收的吸收墊5。
於基板2的表面，形成有共軛墊抵接部4a、第1毛細泵部6a、輸液流路部7、檢出部8、第2毛細泵部6b、以及吸收墊抵接部5a。
於檢出部8，設有：試驗流路8a，係塗布有將與膠態金標識抗體結合的流感抗原予以捕捉的捕捉抗體、以及控制流路8b，係塗布有將沒有與流感抗原結合的膠態金標識抗體予以捕捉的捕捉抗體。試驗流路8a，係例如圖3所示般，形成寬幅淺底，在其底面塗布捕捉抗體CA，藉此可容易捕捉與膠態金標識抗體結合的流感抗原LA。雖未特別圖示，但控制流路8b亦可為相同。
且，圖3(b)係圖3(a)的A-A剖面圖。
且，第1毛細泵部6a與第2毛細泵部6b，雖然係藉由將含有分析對象的調製液以利用毛細管現象來作為輸液之推進力的微細輸液結構體所構成，但針對該微細輸液結構體暫挪後述。
且，圖4係基板2的概略俯視圖，在圖中以網點表示的部位形成有微細輸液結構體。基板2，只要可良好地轉印形成微細形狀的話，可藉由使用聚二甲基矽氧烷等之紫外線硬化性、熱硬化性或二液硬化性樹脂來鑄型而成形，亦可使用聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸 酯、環烯烴共聚物、環烯烴聚合物等之熱可塑性樹脂來以射出成形、奈米印刷等來成形。且，亦可使用玻璃或矽膠以蝕刻、超精密機械加工等來成形。
覆蓋體3，可為樹脂製或玻璃製，以可透視形成於基板2表面的檢出部8之程度的透明者為佳。該覆蓋體3，在形成於一端側的切口部4b、5b，分別保持著共軛墊4與吸收墊5，且將第1毛細泵部6a、輸液流路部7、檢出部8(試驗流路8a及控制流路8b)、第2毛細泵部6b，接合於基板2而予以密封。
此時，共軛墊抵接部4a，係形成為與第1毛細泵部6a的底面為相同深度，或是比其更深一些，使以覆蓋體3所密封的第1毛細泵部6a，朝共軛墊抵接部4a側開口。藉此，透過該開口，使共軛墊4與第1毛細泵部6a連接。
同樣地，吸收墊抵接部5a，係形成為與第2毛細泵部6b的底面為相同深度，或是比其更深一些，使以覆蓋體3所密封的第2毛細泵部6b，朝吸收墊抵接部5a側開口。藉此，透過該開口，使吸收墊5與第2毛細泵部6b連接。
使用上述般的分析裝置1，診斷受驗者是否感染流感時，首先，將含有從受驗者採取之鼻水等的檢體(分析對象)之檢體調製液，滴下至共軛墊4。
滴下至共軛墊4的檢體調製液，係從共軛墊4滲出而浸入第1毛細泵部6a。然後，檢體調製液，係以毛細管 現象作為推進力在第1毛細泵部6a內行進而被輸送至輸液流路部7。被輸送至輸液流路部7的檢體調製液，係藉由毛細管現象而在輸液流路部7內流動，而被輸送至形成在該流路上的檢出部8。
當通過檢出部8的檢體調製液之殘液，到達第2毛細泵部6b時，係以該毛細管現象作為推進力在第2毛細泵部6b內行進。
此時，若增加檢體調製液的流動長度時，伴隨於此，流動抵抗亦會累積地增加而使檢體調製液的輸液速度降低，但藉由將第2毛細泵部6b如圖示般形成為末端寬廣狀，使後述之微細輸液結構體中形成於微細突起60間之輸液路61的數量沿著流動方向來增加，可抑制因流動抵抗所導致之輸液速度的降低。如此一來，不需使用外部泵，可用一定的流量來輸液檢體調製液，使重現性高的分析(診斷)成為可能。
檢體調製液的殘液，係在第2毛細泵部6b內行進之後被吸收墊5所吸收。
在將檢體調製液滴下至共軛墊4時，含浸於共軛墊4的膠態金標識抗體會溶出檢體調製液。然後，若患者有感染流感的話，由於檢體調製液含有流感抗原，溶出檢體調製液的膠態金標識抗體之一部分會與流感抗原結合，未與流感抗原結合之剩餘的膠態金標識抗體，會一起被輸送至輸液流路部7之流路上所形成的檢出部8。
如前述般，於檢出部8設有：試驗流路8a， 係塗布有將與膠態金標識抗體結合的流感抗原予以捕捉的捕捉抗體、以及控制流路8b，係塗布有將沒有與流感抗原結合的膠態金標識抗體予以捕捉的捕捉抗體。因此，在檢體調製液通過檢出部8之後，若只有在控制流路8b目視到膠態金粒子所致之顯色的話，便可診斷出被驗者未感染流感，若在試驗流路8a也目視到膠態金粒子所致之顯色的話，便可診斷出被驗者感染流感。
[微細輸液結構體]
接著，於前述的分析裝置1中，針對利用毛細管現象作為輸液的推進力來將含有分析對象的調製液予以輸液的微細輸液結構體進行說明。
圖5為關於本實施形態之微細輸液結構體的一例中，將其重要部予以擴大表示的概略俯視圖。該微細輸液結構體，係將複數個微細突起60並排成一列，且，將鄰接之微細突起60的間隙作為輸液路61而使單位列以周期性來配置，各自微細突起60的間隔，係配列成能夠引起毛細管現象的間隔(例如，一個單位列中鄰接之微細突起60間的間隔為1~1000μm，鄰接之單位列間的間隔為1~1000μm)。
且，圖5所示之例中，微細突起60係設為縱120μm、橫30μm、高30μm，且一個單位列中鄰接之微細突起60間的間隔為30μm，鄰接之單位列間的間隔為60μm。前述的分析裝置1中，微細突起60的高度，係相 當於關於本實施形態之由微細輸液結構體所成的第1毛細泵部6a及第2毛細泵部6b之底面的深度，微細突起60的前端係密接於覆蓋體3。藉此，微細突起60的周圍空間係藉由覆蓋體3所密封。
且，本實施形態中，在一個單位列所形成的輸液路61、和與其鄰接之單位列所形成的輸液路61，係如圖示般互相在不同的位置均等地配列微細突起60。如此一來，藉由毛細管現象使液體通過一個單位列所形成的輸液路61，並使其液面接觸鄰接之單位列的微細突起60時，會藉由毛細管現象使液體反覆在該等的單位列之間擴散。此外，藉由設成上述配列，使利用毛細管現象之液體的輸液路形成為並聯回路狀，與將輸液路形成串連回路狀的情況相比可減低流動抵抗，故可更有效率地得到利用毛細管現象之輸液的推進力。
且，圖5所示之例子中，形成輸液路61而鄰接的微細突起60，係在各自之輸液路61的出口側，形成用來產生釘止效果的邊緣部。
在此的釘止效果，係指：如圖6所示般，當以接觸角θ在平面行進的液面到達邊緣部時(參照圖6(a))，該液面，係在將平面與邊緣部之外側的面所夾的角設為α時，接觸角在成為θ+(π-α)為止(參照圖6(b))之前都不會跨越邊緣部的現象，本實施形態中，將此時的平面與邊緣部之外側的面所夾的角度α定義為釘止角。
在圖5所示之例子中，將形成於輸液路61之 出口側的邊緣部62之釘止角予以適當設定，藉此在一個單位列中，使在各自微細突起60之間所形成的輸液路61之中的至少一個，成為比其他輸液路61b還要相對地降低流動抵抗的低流動抵抗輸液路61a。
亦即，除了低流動抵抗輸液路61a之外，將形成其他輸液路61b之鄰接的微細突起60b、60c之該輸液路61b的出口側處形成的邊緣部62b的釘止角，設定成比形成低流動抵抗輸液路61a之鄰接的微細突起60a、60b之該低流動抵抗輸液路61a的出口側處形成的邊緣部62a的釘止角還要小，藉此使低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗，比其他輸液路61a的流動抵抗還要相對地減少。
且，圖5所示之例子中，係將微細突起60a形成矩形狀，且在兩端形成有釘止角90°的邊緣部62a。且，微細突起60b，係在一端形成有釘止角90°的邊緣部62a，在另一端形成有釘止角45°的邊緣部62b，而微細突起60c，係在兩端形成有釘止角45°的邊緣部62b。於邊緣部62a、62b的前端，亦可加上不妨礙釘止效果作用之程度的R(倒角)。
且，圖5所示之例子中，在每個單位列中，將輸液路61之中的至少一個，設成比其他的輸液路61b還要相對地降低流動抵抗的低流動抵抗輸液路61a，並且配列微細突起60a、60b、60c，使低流動抵抗輸液路61a沿著既定的輸液方向配置。伴隨於此，將鄰接之單位列間的間隔予以適宜調整(例如，考量形成低流動抵抗輸液路 61a而鄰接之微細突起60a、60b間的間隔來變寬)等，將形成於單位列間之列間輸液路61c的流動抵抗，成為比低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗還要相對降低。
如此一來，如圖7所示般，在一個單位列所形成的輸液路61之中，使液體優先通過流動抵抗較低的低流動抵抗輸液路61a(參照圖7(a)~(c))，以此為關鍵，藉由毛細管現象使液體擴展於與下一個單位列之間所形成的列間輸液路61c(參照圖7(c)~(e))，由於列間輸液路61c的流動抵抗最低，故列間輸液路61c在被液體填滿為止，液體的前端係不會在下一個單位列與下下一個單位列之間所形成的列間輸液路61c行進(參照圖7(e))。此外，當液體充滿列間輸液路61c時，液體會優先通過下一個單位列的低流動抵抗輸液路61a(參照圖7(f))，藉由反覆進行上述動作而使液體流動(參照圖7(f)~(h))。
藉此，根據本實施形態，於輸液方向不會產生偏差，可再現性良好地控制利用毛細管現象之輸液之際的流動性。
且，前述的分析裝置1中，係將第1毛細泵部6a與第2毛細泵部6b，分別形成為等腰三角形狀，且沿著從該頂點往底邊畫下的垂線配置低流動抵抗輸液部61a，藉此可有效率地得到因微細輸液結構體所致之利用毛細管現象之輸液的推進力，但低流動抵抗輸液部61a的配置，可因應所期望的輸液方向來適宜設定。
例如，如圖8(a)所示般，在欲使輸液方向彎曲的情況、或如圖8(b)所示般，在欲使輸液方向朝二個以上的方向分歧的情況，沿著圖中虛線所示的方向來配置低流動抵抗輸液部61a，藉此可將輸液方向誘導至任意的方向。
如上述般，根據本實施形態，藉由以引起毛細管現象的間隔配列複數個微細突起所成的微細輸液結構體來得到輸液的推進力，且該輸液方向不會產生偏差，可再現性良好地任意控制輸液方向。
以上，針對本發明雖說明了較佳的實施形態，但本發明並不限定於前述實施形態，當然可以在本發明的範圍內進行各種的變更實施。
例如，關於前述微細輸液結構體的實施形態中，係為了將低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗設定成比其他輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低，而在形成輸液路61之鄰接的微細突起60之該輸液路61的出口側，形成產生釘止效果的邊緣部62，而藉由適宜設定邊緣部62的釘止角，來將低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗設定成比其他的輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低，但並不限定於此。
為了將低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗，設定成比其他的輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低，例如還可以使用以下方法。
1)僅在形成其他輸液路61b之鄰接的微細突 起60處，在該輸液路61b的出口側形成具有釘止效果的邊緣部62，例如，在形成低流動抵抗輸液路61a之鄰接的微細突起之該輸液路61a的出口側形狀，係設為不具有釘止效果的R形狀(倒角)，而將低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗，設為比其他輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低。
2)在形成其他輸液路61b之鄰接的微細突起60之輸液路61b側的部位，施予疏水處理來提高流動抵抗，藉此使低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗，成為比其他輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低。
3)將低流動抵抗輸液路61a的剖面積變大，藉此使低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗，成為比其他輸液路61b的流動抵抗還要相對地降低。
且，關於將形成於單位列間之列間輸液路61c的流動抵抗，設成比低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗還要相對地降低之中，在前述的實施形態，雖然舉出了適宜調整鄰接之單位列間的間隔為例，但並不限定於此。亦可使用上述1)~3)所示的手法等，來使列間輸液路61c的流動抵抗成為比低流動抵抗輸液路61a的流動抵抗還要相對地降低。
且，微細突起60的形狀並不限定於前述的實施形態，在不妨礙本發明的效果之範圍內可適宜設計。
且，關於前述分析裝置的實施形態，係將設在檢出部8的試驗流路8a與控制流路8b形成為為寬幅淺 底，並於其底面塗布捕捉抗體為例來進行了說明，但並不限定於此。如圖9所示般，亦可於設在檢出部8的試驗流路8a與控制流路8b，形成前述般的微細輸液結構體，而控制通過該等流路8a、8b之檢體調製液的輸液方向。此時，藉由也在微細突起60塗布捕捉抗體CA，例如，在試驗流路8a中，更容易捕捉到與膠態金標識抗體結合的流感抗原LA，並且與膠態金標識抗體結合的流感抗原LA亦會沿著微細突起60的高度方向被捕捉，故更容易目視到膠態金粒子所致之顯色。
且，圖9(b)係圖9(a)的B-B剖面圖。
且，關於前述分析裝置的實施形態，係舉出流感診斷試劑盒為一例進行說明，但並不限定於此。可以適用於：作為輸液手段並不使用外部泵，而是利用毛細管現象作為推進力將含有分析對象的調製液予以輸液之各種的分析裝置。
[實施例]
接著，舉出具體的實施例，詳細說明本發明。
在以光刻法施以微細加工所製作的模組模具中，澆鑄聚二甲基矽氧烷(東麗道康寧公司製SILPOT184；與硬化劑的重量比為10：1)，使與圖5所示之例為相同配列的毛細泵(微細輸液結構體)轉印形成於表面的基板予以成形。在如上述般所得之基板的表面， 將作為覆蓋體的大型玻璃載片(松浪硝子工業公司製)以聚二甲基矽氧烷的自我吸附來密著並密封毛細泵。
[比較例1]
除了將所有的微細突起，作為與圖5所示之例中的微細突起60a為相同者來配列的毛細泵予以轉印形成於基板表面以外，與實施例1同樣形成。
[比較例2]
除了將所有的微細突起，作為與圖5所示之例中的微細突起60c為相同者來配列的毛細泵予以轉印形成於基板表面以外，與實施例1同樣形成。
[評價]
使用3%TRITON-X100(陶氏化學公司製)作為調整液，從設在覆蓋體的投入口以滴下量5μL進行滴下。將在毛細泵內以毛管力流動的調製液藉由數位顯微鏡(基恩斯公司製VHK-1000)進行攝影，來測量調製液通過毛細泵的時間，算出流量的變動量(CV)。進行5次測量，將其平均值示於表1。在上述CV為5%以下的情況，將可安定送液之良好的微細輸液結構體評價為「○」，將上述CV超過5%者評價為「×」，並一併示於表1。
[產業上的可利用性]
本發明並不限定於流感診斷試劑盒等之醫療領域的分析裝置，可適用於各種領域的分析裝置來進行利用。
將本說明書中所記載的文獻以及成為本案之巴黎優先權之基礎的日本申請案說明書的內容全部援用於此。

Claims (7)

  1. 一種微細輸液結構體，係以引起毛細管現象的間隔配列複數個微細突起所成，其特徵為：使前述微細突起並排成一列，且，將鄰接之前述微細突起的間隙作為輸液路而使單位列以周期性來配置，於每個前述單位列，將前述輸液路之中的至少一個，設為流動抵抗比其他輸液路還要相對地降低的低流動抵抗輸液路，並將前述低流動抵抗輸液路沿著既定的輸液方向配置。
  2. 如請求項1所述之微細輸液結構體，其中，將形成於單位列間之列間輸液路的流動抵抗，設成比前述低流動抵抗輸液路的流動抵抗還要相對地降低。
  3. 如請求項1或2所述之微細輸液結構體，其中，在前述低流動抵抗輸液路以外之形成其他輸液路並鄰接之前述微細突起之該輸液路的出口側，形成用來產生釘止效果的邊緣部，藉此將前述低流動抵抗輸液路的流動抵抗，設成比其他輸液路的流動抵抗還要相對地降低。
  4. 如請求項1或2所述之微細輸液結構體，其中，在形成前述輸液路並鄰接之前述微細突起之前述輸液路的出口側，形成用來產生釘止效果的邊緣部，將前述低流動抵抗輸液路以外之形成其他輸液路並在鄰接之前述微細突起處所形成之前述邊緣部的釘止角， 設為比形成前述低流動抵抗輸液路並在鄰接之前述微細突起處所形成之前述邊緣部的釘止角還要小，藉此將前述低流動抵抗輸液路的流動抵抗，設成比其他輸液路的流動抵抗還要相對地降低。
  5. 如請求項1或2所述之微細輸液結構體，其中，在前述低流動抵抗輸液路以外之形成其他輸液路並鄰接之前述微細突起之該輸液路側的部位施予疏水處理，藉此將前述低流動抵抗輸液路的流動抵抗，設成比其他輸液路的流動抵抗還要相對地降低。
  6. 如請求項1或2所述之微細輸液結構體，其中，將前述低流動抵抗輸液路的剖面積，設為比前述低流動抵抗輸液路以外之其他輸液路的剖面積還要大，藉此將前述低流動抵抗輸液路的流動抵抗，設成比其他輸液路的流動抵抗還要相對地降低。
  7. 一種分析裝置，其特徵為，具備請求項1或2所述之微細輸液結構體，且藉由前述微細輸液結構體來得到推進力而將含有分析對象的調製液予以輸液。
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