CN102782502A - 微芯片和微粒分析装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种微芯片，包括第一引入通道、被配置为将第一引入通道夹在中间并从两侧与第一引入通道合并的第二引入通道，以及与第一引入通道和第二引入通道连接的合并通道，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并和流动，其中，所述合并通道具有锥形部分，使第一引入通道被第二引入通道夹在中间的夹合方向上的通道宽度沿流体供给方向逐渐增大。

Description

微芯片和微粒分析装置
技术领域
本发明涉及一种微芯片和微粒分析装置。更具体地说，本发明涉及一种用于以光学、电气或磁性方式分析通道中的微粒，例如细胞或微珠的特性的微芯片等。
背景技术
近年来开发了微芯片，在微芯片中，通过应用半导体行业中使用的微加工技术提供用于进行化学和生物分析的区域和/或通道。这些微芯片开始用于液相色谱法中的电化学检测器、医疗服务场所的小型电化学传感器等。
使用这种微芯片的分析系统称为micro-TAS（微型全分析系统）、芯片实验室、生物芯片等，作为一种可提高化学和生物分析的速度、效率和集成度或可减小分析装置尺寸的技术而受到关注。
micro-TAS可通过少量样品进行分析并能实现微芯片的一次性使用，特别有望应用于对珍贵微量样品或大量标本进行处理的生物分析。
micro-TAS的一种应用示例是微粒分析技术，其中，诸如细胞和微珠等微粒的特性在设于微芯片上的通道中以光学、电气或磁性方式进行分析。在微粒分析技术中，还可基于微粒的分析结果对微粒中满足预定条件的群体进行分级分离。
例如，专利文献1公开了“一种具有用于引入含微粒溶液的通道和设于引入通道的至少一个侧面的鞘流形成通道的微粒分级微芯片”。所述微粒分级微芯片进一步具有“用于测量引入的微粒的微粒测量段、布置在微粒测量段的下游侧，以对微粒进行分级分离的至少两个微粒分级通道，以及布置在从微粒测量段开到微粒分级通道内的通道端口旁边，以控制微粒移动方向的至少两个电极”。
专利文献1公开的微粒分级微芯片典型设计为，通过具有用于引入含微粒溶液的通道和两个鞘流形成通道的“三叉通道”而形成流体层流（见该文献中的“图1”）。
图17A和17B示出了根据相关技术的三叉通道结构（图17A），以及该通道结构形成的样本液层流（图17B）。在三叉通道中，流经图17A中的实线箭头方向的通道101的样本液层流可由通过图中的虚线箭头方向的通道102、102引入的鞘液层流从左侧和右侧夹在中间。由此，如图17B所示，所述样本液层流可通过通道中央供给。另外，在图17B中，所述样本液层流用实线表示，通道结构用虚线表示。
根据图17A和17B中所示的三叉通道，所述样本液层流由鞘液层流从左侧和右侧夹在中间，由此，在夹合方向（图17A和17B中的Y轴方向），所述样本液层流可在偏转到通道内的任意位置的状态下进行供给。但是，在通道的垂直方向（图17A和17B中的Z轴方向），控制样本液供给位置非常困难。换句话说，在根据相关技术的三叉通道中，仅可形成在Z轴方向为长圆形的示例层流。
因此，根据相关技术的具有三叉通道的微芯片存在以下问题：在（例如）作为样本液的含微粒溶液流经通道，并经受光学分析的情况下，通道的垂直方向（深度方向）上的微粒的供给位置将会分散。因此，问题在于，微粒的流动速度随着微粒的供给位置的不同而不同，检测信号的变化增加，分析精度减弱。
专利文献2公开了一种将样本液从通道中央的开口引入鞘液层流中央，鞘液层流通过所述通道进行供给，从而对鞘液层流包围的样本液层流进行供给的通道结构（见该文献的图2和图3）。所述通道结构使样本液引入鞘液层流中央，从而消除通道深度方向上微粒供给位置的分散，因此可获得较高分析精度。
图18A和18B示出了根据相关技术的用于将样本液引入鞘液层流中央的通道结构（图18A），以及所述通道结构形成的样本液层流（图18B）。在该通道结构中，所述鞘液层流在图18A的箭头T的方向引入通道102和102的每个通道，并供给到通道103中。随后，在箭头S的方向供给到通道101中的样本液可从开口104引入通过通道103供给的鞘液层流的中央。由此可供给样本液层流，将其汇聚到通道103的中央，如图18B所示。在图18B中，所述样本液层流用实线表示，通道结构用虚线表示。
另一方面，专利文献2指出，将样本液层流引入这种通道结构内的鞘液层流中时，样本液层流会出现湍流，增加了样本液层流不是平坦稳定层流的情况（见该文献第4页右栏中第12至46行）。注意，“平坦层流”指在图18A和18B中的通道的深度方向（Z轴方向）上汇聚的层流，“非平坦层流”指在通道的深度方向上分散和扩展的层流。
上述专利文献提出提供通道开口，通过一对板状突起（见该文献的图10中的参考数字18）等经由该开口将样本液层流引入，以抑制样本液层流和鞘液层流的合并部分的层流湍流（尾流）。所述板状突起18从引入样本液层流的通道的开口壁在样本液层流的流动方向延伸，并引导从开口中流出的样本液。
文献列表
专利文献
PTL 1日本专利公开No.2003-107099
PTL 2日本已审查专利公开No.7-119686号
发明内容
技术问题
通过上述专利文献2公开的板状突起18，可引导从开口中流出的样本液，并使经过通道的样本液成为在通道深度方向上汇聚的稳定层流。
但是，在引入样本液层流的通道的开口处提供这种引导结构时，通道结构会复杂化。进一步，需要将三个或多个基板互相层叠，以在微芯片上形成这种通道结构。因此，每个基板上通道结构的形成和基板的层叠需要高精度，增加了微芯片的制造成本。
鉴于前述原因，需要提供一种能对汇聚到通道中央的样本液层流进行供给，并易于制造的微芯片。
问题解决方案
根据本发明的一个实施方式，提供了一种微芯片，包括第一引入通道、被配置为将第一引入通道夹在中间并从两侧与第一引入通道合并的第二引入通道，以及与第一引入通道和第二引入通道连接的合并通道，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并和流动，其中，所述合并通道具有锥形部分，使第一引入通道被第二引入通道夹在中间的夹合方向上的通道宽度沿流体供给方向逐渐增加。在所述微芯片中，所述合并通道可具有锥形部分，使与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种微芯片，包括第一引入通道、被配置为将第一引入通道夹在中间并从两侧与第一引入通道合并的两个第二引入通道，以及与第一引入通道和第二引入通道连接的合并通道，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并和流动，其中，所述合并通道具有锥形部分，使与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。
在上述微芯片中，所述第一引入通道的通道深度可小于第二引入通道的通道深度，所述第一引入通道与合并通道的连通口可布置在第二引入通道的通道深度方向上的大致中央位置。
进一步，所述第一引入通道与合并通道的连通口优选在包括第二引入通道的各个通道壁的区域内打开。
在上述微芯片中，收缩部分可布置在锥形部分的供给方向上的下游侧，所述收缩部分用于使通道宽度沿流体供给方向再次逐渐减小，所述锥形部分用于使通道宽度沿流体供给方向逐渐增加。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种包括上述微芯片的微粒分析装置，其中，所述微芯片具有检测部分，所述检测部分对从合并通道内的收缩部分的下游侧的第一引入通道供给的流体中包含的微粒进行检测。
应注意的是，本实施方式中的“微粒”广泛包括微观生物颗粒，例如，细胞、微生物、脂质体等，以及合成颗粒，例如，胶乳颗粒、凝胶颗粒、工业颗粒等。
所述微观生物颗粒包括构成各种细胞的染色体、脂质体、线粒体、细胞器等。此处所述的细胞包括动物细胞（血球细胞等）和植物细胞。所述微生物包括细菌（例如大肠杆菌等）、病毒（例如，烟草花叶病毒等）以及真菌（例如，酵母等）。进一步，所述微观生物颗粒还可包括微观生物聚合物，例如，核酸、蛋白质及其络合物。
例如，所述工业颗粒可为有机或无机聚合材料、金属等。所述有机聚合材料包括聚苯乙烯、苯乙烯-乙烯苯和聚甲基丙烯酸甲酯。所述无机聚合材料包括玻璃、硅石和磁性材料。所述金属包括金胶体和铝。这些微粒的形状一般为球形，但也可为非球形。另外，所述微粒的尺寸、质量等并没有特别限制。
发明的有益效果
根据上文所述的本发明的实施方式，提供了一种能对汇聚到通道中央的样本液层流进行供给，并易于制造的微芯片。
附图说明
[图1]图1A和图1B为根据本发明第一实施方式的微芯片上的通道结构的示意图，其中，图1A为顶视图，图1B为截面图；
[图2]图2A、图2B和图2C分别为图1A和图1B中的根据本发明第一实施方式的微芯片的合并通道12的截面示意图，其中，图2A示出了截面P-P，图2B示出了截面Q-Q，图2C示出了截面R-R；
[图3]图3为根据本发明第一实施方式的微芯片的连通口111的结构的示意图；
[图4]图4A和图4B为根据本发明第一实施方式的微芯片的连通口111的结构（图4A）和根据图18A和18B所示的相关技术的通道结构的开口104的示意图；
[图5]图5A、图5B和图5C为根据本发明第一实施方式的微芯片的锥形部分122的替代示例的示意图，其中，上部为顶视图，下部为截面图；
[图6]图6A和图6B为根据本发明第二实施方式的微芯片上的通道结构的示意图，其中，图6A为顶视图，图6B为截面图；
[图7]图7A、图7B和图7C分别为图6A和图6B中的根据本发明第二实施方式的微芯片的合并通道12的截面示意图，其中，图7A示出了截面P-P，图7B示出了截面Q-Q，图7C示出了截面R-R；
[图8]图8为根据本发明第二实施方式的微芯片的锥形部分123的替代示例的示意图，其中，上部为顶视图，下部为截面图；
[图9]图9为根据本发明第二实施方式的微芯片的锥形部分123的通道深度方向上的锥角示意图，其中，上部为顶视图，下部为截面图；
[图10]图10A和图10B为根据本发明第二实施方式的微芯片的锥形部分123和收缩部分121的替代示例的示意图，其中，图10A为顶视图，图10B为截面图；
[图11]图11A和图11B为根据本发明第三实施方式的微芯片上的通道结构的示意图，其中，图11A为顶视图，图11B为截面图；
[图12]图12A、图12B和图12C分别为图11A和图11B中的根据本发明第三实施方式的微芯片的合并通道12的截面示意图，其中，图12A示出了截面P-P，图12B示出了截面Q-Q，图12C示出了截面R-R；
[图13]图13为根据本发明第三实施方式的微芯片的锥形部分122和123的替代示例的示意图，其中，上部为顶视图，下部为截面图；
[图14]图14A和图14B为根据本发明第三实施方式的微芯片的锥形部分123和收缩部分121的替代示例的示意图，其中，图14A为顶视图，图14B为截面图；
[图15]图15A和图15B为根据本发明一个实施方式的微芯片的制造方法的示意图，示出了构成芯片的基板的顶部视示意图；
[图16]图16A和图16B为根据本发明一个实施方式的微芯片的制造方法的示意图，其中，图16B示出了沿图16A中的P-P的截面；
图17A和图17B为根据相关技术的三叉通道结构（图17A）和该通道结构形成的样本液层流（图17B）的示意图；
[图18]图18A和图18B为根据相关技术的用于将样本液引入鞘液层流中央的通道结构（图18A）和该通道结构形成的样本液层流（图18B）的示意图；
[图19]图19A和图19B为图18A和图18B所示的根据相关技术的通道结构的示意图，其中图19A为顶视图，图19B为截面图；
[图20]图20A、图20B和图20C分别为图19A和19B中的根据图18A和18B所示的相关技术的通道结构的流体速度矢量场的示意图，其中，图20A示出了截面P-P，图20B示出了截面Q-Q，图20C示出了截面R-R；
[图21]图21为根据图18A和图18B所示的相关技术的通道结构的流体速度矢量场的示意图。
具体实施方式
下文将根据附图对实施本发明的优选实施方式进行说明。注意，下文所述的实施方式为本发明的典型例示性实施方式，本发明不应由于这些实施方式而被狭义地理解。本说明将按以下顺序提供。
1.根据相关技术的通道结构内的流体速度矢量场
2.根据发明第一实施方式的微芯片
3.根据第一实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
4.根据发明的第二实施方式的微芯片
5.根据第二实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
6.根据发明第三实施方式的微芯片
7.根据第三实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
8.根据本发明的微芯片的制造
9.根据本发明的微粒分析装置
1.根据相关技术的通道结构内的流体速度矢量场
根据相关技术的用于将样本液引入鞘液层流中央的通道结构，如图18A和18B所示，存在以下问题：将样本液层流引入鞘液层流中时，样本液层流会出现湍流，而样本液层流不会汇聚到通道中央。
具体地说，如图19A和19B所示，在样本液层流S从开口104引入到分别引入通道102和102并流经103的鞘液层流T的中央的情况下，所述样本液层流S在某些情况下在通道的深度方向（Z轴方向）分散。如果所述样本液层流S没有汇聚到通道中央，样本液层流S中所含微粒的供给位置会在通道深度方向分散，因此，微粒的检测信号也会产生变化，导致分析精度减弱。
本发明的发明人曾在通道结构中对流体速度矢量场（流场）进行过数值计算，以确定根据相关技术的通道结构中出现的样本液层流湍流的系数。结果，他们发现，样本液层流与鞘液层流合并之后产生的螺旋流场使样本液层流出现湍流。
根据相关技术的通道结构中的流体速度矢量场如图19A和19B及图20A至20C所示。图20A至20C分别为图19A和19B中的根据相关技术的通道结构的截面示意图，其中，图20A示出了截面P-P，图20B示出了截面Q-Q，图20C示出了截面R-R。
所述样本液层流S从开口104引入到通过通道103供给的鞘液层流T的中央时，引入之后通道深度方向的中央会立即出现高速矢量（见图20A中的箭头）。人们认为所述高速矢量出现的原因在于，合并的样本液层流S和鞘液层流T在通道深度方向的中央集中，以更快流动。
进一步，在来自通道101和通道102和102的流场合并成一个流场的过程中，通道深度方向的中央出现的高速矢量变成在Z轴正向或反向旋转的流场，如图20B所示，并进一步变成螺旋流场，如图20C所示。随后，人们发现，样本液层流S在Z轴正向或反向延伸，并在通道深度方向分散。人们还发现，螺旋流场造成的样本液层流S的变形随着从通道102和102供给的鞘液的流量而变得更大。
另外，本发明的发明人还发现，流体速度矢量场（流场）的数值计算的结果为，用于将样本液层流引入鞘液层流中央的开口附近的慢速流场使样本液层流出现湍流。
图21图解示出了图18A和18B所示的根据相关技术的用于将样本流体引入鞘液层流中央的通道结构的开口104附近出现的慢速流场。
在开口104附近，鞘液层流T与样本液层流S之间由于从通道102和102供给的鞘液与流出开口104的样本液合并而出现剪切力。人们发现，由于剪切力，开口104附近出现慢速矢量，并产生具有停滞流的不稳定流场。由于停滞流场，所述样本液层流S变得不稳定，并在通道深度方向分散。人们还发现，样本液层流S由于停滞流场而产生的变形随着流出开口104的样本液的流率降低而变得更大。
2.根据发明第一实施方式的微芯片
根据本发明一个实施方式的微芯片的第一特征在于，提供一种抑制样本液层流和鞘液层流合并之后产生的上述螺旋流场，从而避免样本液层流出现湍流的通道结构。根据本发明一个实施方式的微芯片的第二特征在于，提供一种抑制用于将样本液层流引入鞘液层流中央的开口附近产生的上述停滞流场，从而避免样本液层流出现湍流的通道结构。
图1A和1B为根据本发明第一实施方式的微芯片上形成的通道结构的示意图，其中，图1A为顶视图，图1B为截面图。
在附图中，参考数字11表示引入第一流体（下文称为样本液）的第一引入通道（下文称为样本液引入通道11）。参考数字21和22表示用于将样本液引入通道11夹在中间，从其两侧与样本液引入通道11合并，引入第二流体（下文称为鞘液）的第二引入通道（下文称为鞘液引入通道21和22）。进一步，参考数字12表示与样本液引入通道11和鞘液引入通道21和22连接，从各个通道供给的样本液和鞘液合并和流动的合并通道。
所述样本液引入通道11在与鞘液引入通道21和22的合并部分具有连通口111，所述连通口111用于将样本液引入鞘液层流T流动的合并通道12的中央。所述样本液引入通道11在Z轴方向的通道深度设计为小于鞘液引入通道21和22的通道深度，所述连通口111布置在鞘液引入通道21和22的通道深度方向上的大致中央位置。进一步，所述连通口111也布置在合并通道12的通道宽度方向（Y轴方向）上的大致中央位置。
通过将样本液层流S从连通口111引入鞘液层流T的中央，所述样本液层流S可在被鞘液层流T包围的状态下进行供给（见下文所述的图2A、2B和2C）。注意，所述连通口111所处的位置并不限于鞘液引入通道21和22的通道深度方向的中央位置，只要其可使样本液层流S在被鞘液层流T包围的状态下供给到合并通道12内，也可位于其附近。同样，所述连通口111在合并通道12的通道宽度方向上的位置并不限于中央位置，可位于其附近。
在附图中，参考数字122表示锥形部分，所述锥形部分用于抑制图20所示的样本液层流和鞘液层流合并之后产生的螺旋流场。所述锥形部分122布置在样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分紧邻的合并通道12内。所述锥形部分122用于使样本液引入通道11被鞘液引入通道21和22夹在中间的夹合方向（Y轴方向）上的通道宽度沿供给方向逐渐增加。
所述合并通道12中的流体速度矢量场和锥形部分122的功能如图1A和1B及图2A至2C所示。图2A至2C分别为图1A和1B中的合并通道12的截面示意图，其中，图2A示出了截面P-P，图2B示出了截面Q-Q，图2C示出了截面R-R。
所述样本液层流S从开口111引入到流经合并通道12的鞘液层流T的中央时，引入之后通道深度方向的中央会立即出现高速矢量（见图2A中的虚线箭头）。所述高速矢量出现的原因在于，合并的样本液层流S和鞘液层流T在通道深度方向的中央集中，以更快流动，如上所述。
在所述锥形部分122，合并的样本液层流S和鞘液层流T的层流宽度在Y轴方向增加时，产生与通道深度方向的中央产生的高速矢量方向相反的流场（见图2B中的实线箭头）。通过产生反向流场，所述锥形部分122抵消了通道深度方向的中央产生的流场，从而防止流场变成螺旋流场。因此，所述样本液层流S保持为汇聚到通道中央，但不会因螺旋流场而在Z轴方向延伸的状态（见图2B和2C）。
在附图中，参考数字121表示收缩部分，所述收缩部分用于减小合并的样本液层流S和鞘液层流T在Y轴方向和Z轴方向的层流宽度。所述收缩部分121布置在锥形部分122的下游侧。所述收缩部分121用于使通道宽度沿供给方向逐渐减小。进一步，所述收缩部分121用于使通道深度沿供给方向也逐渐减小。具体地说，所述收缩部分121的通道壁沿Y轴和Z轴方向的供给方向变窄，所述收缩部分121用于使相对于供给方向（X轴正向）的垂直段的面积逐渐减小。由于这种形状，所述收缩部分121通过减小合并的样本液层流S和鞘液层流T在Y轴方向和Z轴方向的层流宽度而对流体进行供给。
图3和图4A和4B为所述连通口111的结构的示意图。所述样本液引入通道11在Z轴方向的通道深度设计为小于鞘液引入通道21和22的通道深度，所述连通口111布置在鞘液引入通道21和22的通道深度方向上的大致中央位置（见图3）。进一步，为了抑制附近产生的停滞流场，所述连通口111在包括鞘液引入通道21和鞘液引入通道22的通道壁211和221的区域内开口。
具体如图4A和4B所示。首先，根据相关技术（图18A和18B）的通道结构内的开口104的结构如图4B所示。在根据相关技术的通道结构内，通过由于从通道102和102供给的鞘液与流出开口104的样本液的合并而在鞘液层流T与样本液层流S之间出现的剪切力，开口104附近产生具有停滞流（图4B中的对角线阴影区域）的不稳定流场（见图21）。
这种情况下，样本液从开口104中流到停滞不稳定流场中。因此，所述样本液层流S在与从通道102和102供给的快速流动鞘液接触之前变得不稳定并在通道深度方向分散。
另一方面，由于根据本实施方式的微芯片的连通口111在包括鞘液引入通道21和鞘液引入通道22的通道壁211和221的区域内开口，流出连通口111的样本液与通过鞘液引入通道21和22供给的快速流动鞘液直接接触。因此，所述样本液层流S在流出连通口111之后立即被鞘液加速，从而保持为汇聚到通道中央，但不会在深度方向分散的稳定状态。
注意，本文所述的连通口111的形状可为以下形状：所述样本液引入通道11的连通口111的侧端被鞘液引入通道21和鞘液引入通道22的通道壁211和221截断。由于所述连通口111的形状被鞘液引入通道21和鞘液引入通道22的通道壁211和221截断，图4A中符号W表示的通道宽度设计为小于符号C表示的截断之后的通道宽度。
3.根据第一实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
图1A图解了锥形部分122布置在连通口111的下游侧的合并通道12内的情况，所述连通口111是样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分。但是，只要所述锥形部分122紧邻样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分，锥形部分122所处的位置并不限于图1A所示的位置。
图5A、5B和5C示出了锥形部分122的替代示例，其中，上部为顶视图，下部为截面图。如图5A所示，例如，所述锥形部分122的位置可设置为，Y轴方向的通道宽度开始增加的点位于连通口111的上游侧。进一步，如图5B所示，所述锥形部分122的位置可设置为，Y轴方向的通道宽度开始增加的点位于与连通口111重合的位置。注意，图5C示出了Y轴方向的通道宽度开始增加的点位于连通口111的下游侧，锥形部分122位于连通口111的下游侧的情况。
4.根据发明第二实施方式的微芯片
图6A和6B为根据本发明第二实施方式的微芯片上的通道结构的示意图，其中，图6A为顶视图，图6B为截面图。
在附图中，参考数字11表示引入样本液的样本液引入通道。参考数字21和22表示用于将样本液引入通道11夹在中间，从其两侧与样本液引入通道11合并，引入鞘液的鞘液引入通道。进一步，参考数字12表示与样本液引入通道11和鞘液引入通道21和22连接，从各个通道供给的样本液和鞘液合并和流动的合并通道。
所述样本液引入通道11在与鞘液引入通道21和22的合并部分具有连通口111，所述连通口111用于将样本液引入鞘液层流T流动的合并通道12的中央。
所述样本液引入通道11在Z轴方向的通道深度设计为小于鞘液引入通道21和22的通道深度，所述连通口111大体布置在鞘液引入通道21和22的通道深度方向上的中央位置。进一步，所述连通口111还是大体布置在合并通道12的通道宽度方向（Y轴方向）上的中央位置。
通过将样本液层流S从连通口111引入鞘液层流T的中央，所述样本液层流S可在被鞘液层流T包围的状态下进行供给（见下文所述的图7）。注意，所述连通口111所处的位置并不限于鞘液引入通道21和22的通道深度方向的中央位置，只要其可使样本液层流S在被鞘液层流T包围的状态下供给到合并通道12内，也可位于其附近。同样，所述连通口111在合并通道12的通道宽度方向上的位置并不限于中央位置，可位于其附近。
在附图中，参考数字123表示锥形部分，所述锥形部分用于抑制图20所示的样本液层流和鞘液层流合并之后产生的螺旋流场。所述锥形部分123布置在样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分紧邻的合并通道12内。所述锥形部分123用于使与含有样本液引入通道11和鞘液引入通道21和22的平面（X-Y平面）垂直的垂直方向（Z轴方向）上的通道深度沿供给方向逐渐减小。
所述合并通道12中的流体速度矢量场和锥形部分123的功能如图6A和6B及图7A至7C所示。图7A、7B和7C分别为图6A和6B中的合并通道12的截面示意图，其中，图7A示出了截面P-P，图7B示出了截面Q-Q，图7C示出了截面R-R。
所述样本液层流S从开口111引入到流经合并通道12的鞘液层流T的中央时，引入之后通道深度方向的中央会立即出现高速矢量（见图7A中的虚线箭头）。所述高速矢量出现的原因在于，合并的样本液层流S和鞘液层流T在通道深度方向的中央集中，以更快流动，如上所述。
在所述锥形部分123，合并的样本液层流S和鞘液层流T的层流宽度在Z轴方向减小时，产生与通道深度方向的中央产生的高速矢量方向相反的流场（见图7B中的实线箭头）。通过产生反向流场，所述锥形部分123抵消了通道深度方向的中央产生的流场，从而防止流场变成螺旋流场。因此，所述样本液层流S保持为汇聚到通道中央，但不会因螺旋流场而在Z轴方向延伸的状态（见图7B和7C）。
在附图中，参考数字121表示收缩部分，所述收缩部分用于减小合并的样本液层流S和鞘液层流T在Y轴方向和Z轴方向的层流宽度。所述收缩部分121的结构和作用与根据本发明第一实施方式的微芯片中的结构和作用相同，不再重复说明。进一步，所述连通口111的结构和作用也与根据第一实施方式的微芯片中的结构和作用相同。
5.根据第二实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
图6B图解了锥形部分123布置为Z轴方向的通道深度开始减小的点与连通口111的位置重合的情况。但是，只要所述锥形部分123紧邻样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分，锥形部分123所处的位置并不限于图6B所示的位置。
图8A、8B和8C示出了锥形部分123的替代示例，其中，上部为锥形部分123的顶视图，下部为截面图。如图8A所示，例如，所述锥形部分123的位置可设置为，Z轴方向的通道深度开始减小的点位于连通口111的上游侧。进一步，如图8C所示，所述锥形部分123的位置可设置为，Z轴方向的通道深度开始减小的点位于连通口111的下游侧。注意，图8B示出了Z轴方向的通道深度开始减小的点位于与连通口111重合的位置的情况，与图6A和6B的情况相同。
只要可发挥所述锥形部分123的功能，锥形部分123的通道深度方向的锥角（见图9A和9B中的符号（θ）z）可设为任何值。通过将锥角（θ）z设为大于鞘液引入通道21和22与样本液引入通道11的合并角（见图9A中的符号（θ）y）的值，可增强抑制产生螺旋流场的效果。进一步，在所述合并通道12的通道宽度设计为沿供给方向逐渐减小的情况下，通过将锥角（θ）z设为大于合并通道12的拉深角（draw angle）（见图9B中的符号（θ）y），可获得抑制螺旋流场的显著效果。
尽管图6A和6B图解了所述锥形部分123和收缩部分121不连续形成的情况，但锥形部分123和收缩部分121也可连续形成，如图10A和10B所示。
6.根据发明第三实施方式的微芯片
图11A和11B为根据本发明第三实施方式的微芯片上的通道结构的示意图，其中，图11A为微芯片的顶视图，图11B为截面图。
在附图中，参考数字11表示引入样本液的样本液引入通道。参考数字21和22表示用于将样本液引入通道11夹在中间，从其两侧与样本液引入通道11合并，引入鞘液的鞘液引入通道。进一步，参考数字12表示与样本液引入通道11和鞘液引入通道21和22连接，从各个通道供给的样本液和鞘液合并和流动的合并通道。
所述样本液引入通道11在与鞘液引入通道21和22的合并部分具有连通口111，所述连通口111用于将样本液引入鞘液层流T流动的合并通道12的中央。
所述样本液引入通道11在Z轴方向的通道深度设计为小于鞘液引入通道21和22的通道深度，所述连通口111布置在鞘液引入通道21和22的通道深度方向上的大致中央位置。进一步，所述连通口111也布置在合并通道12的通道宽度方向（Y轴方向）上的大致中央位置。
通过将样本液层流S从连通口111引入鞘液层流T的中央，所述样本液层流S可在被鞘液层流T包围的状态下进行供给（见下文所述的图12）。注意，所述连通口111所处的位置并不限于鞘液引入通道21和22的通道深度方向的中央位置，只要其可使样本液层流S在被鞘液层流T包围的状态下供给到合并通道12内，也可位于其附近。同样，所述连通口111在合并通道12的通道宽度方向上的位置并不限于中央位置，可位于其附近。
在附图中，参考数字122和123表示锥形部分，所述锥形部分用于抑制图20所示的样本液层流和鞘液层流合并之后产生的螺旋流场。所述锥形部分122和123布置在样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分紧邻的合并通道12内。所述锥形部分122用于使样本液引入通道11被鞘液引入通道21和22夹在中间的夹合方向（Y轴方向）上的通道宽度沿供给方向逐渐增加。进一步，所述锥形部分123用于使与含有样本液引入通道11和鞘液引入通道21和22的平面（X-Y平面）垂直的垂直方向（Z轴方向）上的通道深度沿供给方向逐渐减小。在根据本实施方式的微芯片中，所述锥形部分122和123形成于合并通道12的部分重合区域内。
所述合并通道12中的流体速度矢量场和锥形部分122和123的功能如图11A和11B及图12A至12C所示。图12A、12B和12C分别为图11A和11B中的合并通道12的截面示意图，其中，图12A示出了截面P-P，图12B示出了截面Q-Q，图12C示出了截面R-R。
所述样本液层流S从开口111引入到流经合并通道12的鞘液层流T的中央时，引入之后通道深度方向的中央会立即出现高速矢量（见图12A中的虚线箭头）。所述高速矢量出现的原因在于，合并的样本液层流S和鞘液层流T在通道深度方向的中央集中，以更快流动，如上所述。
在所述锥形部分122，合并的样本液层流S和鞘液层流T的层流宽度在Y轴方向增加时，在所述锥形部分123，合并的样本液层流S和鞘液层流T的层流宽度在Z轴方向减小时，产生与通道深度方向的中央产生的高速矢量方向相反的流场（见图12B中的实线箭头）。通过产生反向流场，所述锥形部分122和123抵消了通道深度方向的中央产生的流场，从而防止流场变成螺旋流场。因此，所述样本液层流S保持为汇聚到通道中央，但不会因螺旋流场而在Z轴方向延伸的状态（见图12B和12C）。
在附图中，参考数字121表示收缩部分，所述收缩部分用于减小合并的样本液层流S和鞘液层流T在Y轴方向和Z轴方向的层流宽度。所述收缩部分121的结构和作用与根据本发明第一实施方式的微芯片中的结构和作用相同，不再重复说明。进一步，所述连通口111的结构和作用也与根据第一实施方式的微芯片中的结构和作用相同。
7.根据第三实施方式的微芯片的通道结构的替代示例
图11A图解了锥形部分122布置在连通口111的下游侧的合并通道12内的情况，所述连通口111是样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分。但是，只要所述锥形部分122紧邻样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分，锥形部分122所处的位置并不限于图11A所示的位置。
进一步，图11B图解了锥形部分123布置为Z轴方向的通道深度开始增加的点与连通口111的位置重合的情况。但是，只要所述锥形部分123紧邻样本液引入通道11与鞘液引入通道21和22的合并部分，锥形部分123所处的位置并不限于图11B所示的位置。
另外，图11A和11B图解了Z轴方向的通道深度开始减小的锥形部分123的点布置在Y轴方向的通道宽度开始增加的锥形部分122的点的上游侧的情况。但是，所述锥形部分122开始的点和锥形部分123开始的点可不同或相同。同样，虽然图11A和11B图解了Y轴方向的通道宽度停止增加的锥形部分122的点和Z轴方向的通道深度停止减小的锥形部分123的点布置在相同位置的情况，但是，所述锥形部分122停止的点和锥形部分123停止的点可不同或相同。
图13示出了锥形部分122和123的替代示例。在该替代示例中，Y轴方向的通道宽度开始增加的锥形部分122的点和Z轴方向的通道深度开始减小的锥形部分123的点都与连通口111重合。进一步，所述锥形部分122停止的点和锥形部分123停止的点的位置也互相重合。
进一步，虽然图11A和11B图解了所述锥形部分123和收缩部分121不连续形成的情况，但锥形部分123和收缩部分121也可连续形成，如图14A和14B所示。
8.根据本发明的微芯片的制造
根据本发明实施方式的微芯片的材料可为玻璃或各种塑料（PP、PC、COP、PDMS）。在以光学方式使用微芯片进行分析的情况下，优选选择具有透光性，自发荧光性低，光学误差由于波长色散小而较小的材料。
为了保持微芯片的透光性，其表面优选涂敷有用于光盘的硬涂层。如果指纹等污渍附着在微芯片的表面上，特别是光学检测器的表面上，透光量会降低，使光分析精度降低。通过在微芯片表面沉积具有高透明度和防污性的硬涂层，可防止分析精度的降低。
所述硬涂层可由通常使用的一种硬涂层剂而形成，例如，混合有指纹防污剂，例如，氟或硅酮防污剂的紫外线固化型硬涂层剂。2003-157579号日本专利公开公开了一种作为硬涂层剂的活性能量射线固化组合物（P），所述活性能量射线固化组合物（P）含有多功能复合物（A）、改性硅胶体（B）和光致聚合引发剂（C），所述多功能复合物（A）具有能在活性能量射线下聚合的至少两种可聚合官能团，所述改性硅胶体（B）的平均粒径为1nm至200nm，其表面通过巯基硅烷复合物进行改性，在巯基硅烷复合物中，具有巯基团的有机基团和可水解基团或羟基键合为硅原子。
设于所述微芯片中的样本液引入通道11、鞘液引入通道21和22、具有锥形部分122和123和收缩部分121的合并通道12等的形成可通过对玻璃材质基板层进行湿法蚀刻或干法蚀刻，或通过对塑料材质基板层实施纳米压印技术或注塑或切割而进行。随后，形成有样本液引入通道11等的两个基板互相层叠，由此可制造微芯片。所述基板的互相层叠可采用适当已知方法进行，例如，热熔、用粘合剂粘合、阳极键合、使用压敏粘合剂涂层纸键合、等离子活化键合、超声焊接等。
下文根据图15A和15B和图16A和16B对根据本发明实施方式的微芯片的制造方法进行了说明。图15A和15B为构成根据本发明实施方式的微芯片的基板的顶视示意图。图16A和16B为根据本发明实施方式的微芯片的截面图。图16B示出了图16A中的截面P-P。
首先，将所述鞘液引入通道21和22的一部分和合并通道12的一部分制作在基板a上（见图15A）。还在基板a上制作用于将样本液提供给样本液引入通道11的样本液供给口3、用于将鞘液提供给鞘液引入通道21和22的鞘液供给口4和用于从合并通道12中排出样本液和鞘液的排出口。接下来，在基板b上制作样本液引入通道11、鞘液引入通道21和22的一部分和合并通道12的一部分（见图15B）。
接下来，所述基板a和基板b通过热压键合等而互相层叠，如图16A和16B所示，由此可制造微芯片。在该步骤中，所述鞘液引入通道21和22制作在基板a和b的不同深度处，使样本液引入通道11基本位于鞘液引入通道21和22的通道深度方向的中央。
如上所述，根据本发明实施方式的微芯片可通过对形成有样本液引入通道11等的基板a和b进行层叠而制造。因此，与在用于引入样本液层流的通道的开口处设有引导结构的上述专利文献2公开的微芯片的不同之处在于，根据本发明实施方式的微芯片可通过仅对两个基板进行层叠而制造。因此，通道结构在每个基板上的形成，以及基板的层叠较为容易，从而降低了微芯片的制造成本。
9.根据本发明的微粒分析装置
上述微芯片可组合在根据本发明一个实施方式的微粒分析装置中。所述微粒分析装置可作为微粒分级装置，用于分析微粒特性并根据分析结果对微粒进行分级。
在所述微粒分析装置中，用于检测从样本液引入通道11供给的样本液中所含微粒的检测器（见图15B中的符号D）位于微芯片的合并通道12内的锥形部分122或123和收缩部分121的下游侧。
根据本发明实施方式的微芯片，通过所述锥形部分122,123，可将样本液层流S在汇聚到合并通道12的中央的状态下进行供给，从而消除微粒在通道深度方向上的供给位置的分散以及由分散造成的微粒的流动速度的差异（见图2等）。因此，通过将检测部分D置于锥形部分122,123的下游侧并对微粒进行检测，可消除微粒流动速度的差异造成的检测信号的变化，从而实现具有高精度的微粒检测。
并且，根据本发明实施方式的微芯片，通过所述收缩部分121，可通过减小样本液层流S和鞘液层流T在通道宽度方向和深度方向上的层流宽度而对流体进行供给。通过减小样本液层流S和鞘液层流T的层流宽度，所述微粒可设于样本液层流S中的行内，可进一步减小微粒在通道深度方向上的供给位置的分散和由分散造成的微粒的流动速度的差异。因此，通过将检测部分D置于收缩部分121的下游侧并对微粒进行检测，可对微粒进行逐个检查，并尽可能通过消除由微粒流动速度的差异造成的检测信号的变化来进行检测。
所述检测部分D可配置为光学检测系统、电气检测系统或磁性检测系统。这些检测系统可以与使用根据相关技术的微芯片的微粒分析系统相同的方式配置。
具体地说，所述光学检测系统包括激光束源、由用于凝聚激光束并用激光束照射每个微粒的聚光透镜等组成的照射段、以及使用二向色镜、带通滤波器等检测用激光束照射时从微粒产生的光的检测系统。微粒产生的光的检测可由区域图像拾取单元，例如，PMT（光电倍增管）、CCD或CMOS等装置进行。
进一步，所述电气检测系统或磁性检测系统将微电极置于检测部分D的通道上，从而测量（例如）电阻、电容、电感、阻抗、电极等之间电场的变化，或者磁性、磁场变化等。
所述检测部分D内检测的微粒产生的光、电阻、磁性等转换成电信号，并输出给总控制单元。注意，要检测的光可为来自微粒的前向散射光或侧向散射光，或Reyleigh散射、米氏散射（Mie scattering）等产生的散射光、荧光等。
所述总控制单元根据输入的电信号对微粒的光学特性进行测量。光学特性的测量参数根据所研究的微粒和分级分离的目的而选择。具体地说，在确定微粒尺寸的情况下，采用前向散射光，在确定结构的情况下，采用侧向散射光，在确定是否存在对微粒进行标记的荧光材料的情况下，采用荧光。
进一步，根据本发明实施方式的微粒分析装置可设有上述专利文献1公开的微粒分级通道和用于控制布置在通道端口附近的微粒向微粒分级通道移动的移动方向的电极，以由总控制单元分析微粒的特性，并根据分析结果进行微粒分级。
工业适用性
根据本发明实施方式的微芯片易于制造，并能对汇聚到通道中央的样本液层流进行供给。因此，经过通道供给含有微粒的溶液，作为样本液，从而分析微粒特性时，可通过消除微粒在通道深度方向的供给位置的分散而获得高分析精度。因此，根据本发明实施方式的微芯片适用于以光学、电气或磁性方式对细胞和微珠等微粒的特性进行分析的微粒分析技术。
参考符号列表
11第一引入通道（样本液引入通道        111连通口
12合并通道                            121收缩部分
122，123锥形部分                      21，22第二引入通道（鞘液引入通道）
3样本液供给口                         4鞘液供给口
5排出口                               a，b基板
D检测部分                             S样本液层流
T鞘液层流
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.（修改后）一种微芯片，包括：
包括流体通道结构的基板，所述流体通道结构包括第一流体引入通道和第二流体引入通道以及锥形部分，第一流体引入通道和第二流体引入通道被配置为相汇合以使得从第一流体通道引入的第一流体与从第二流体引入通道引入的第二流体合并；所述锥形部分被配置为位于来自第一和第二流体引入通道的第一流体和第二流体合并之后的位置。
2.（修改后）根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述锥形部分被配置为在第一方向上线性地增大。
3.（修改后）根据权利要求2所述的微芯片，其中，第一方向是Y轴方向。
4.（修改后）根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述锥形部分被配置为在第二方向上线性地减小。
5.（修改后）根据权利要求4所述的微芯片，其中，第二方向是Z轴方向。
6.（修改后）根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述锥形部分被配置为在第一方向上线性地增大并在第二方向上线性地减小。
7.（修改后）根据权利要求6所述的微芯片，其中，第一方向是Y轴方向且第二方向是Z轴方向。
8.（增加的）根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述流体通道结构还包括位于所述锥形部分下游的收缩部分。
9.（增加的）根据权利要求1所述的微芯片，其中，第一流体引入通道包括位于第二流体引入通道的通道深度方向的大致中央位置的连通口。
10.（增加的）根据权利要求1所述的微芯片，其中，第一流体引入通道包括被配置为在包括第二流体引入通道的区域中开口的连通口。
11.（增加的）根据权利要求1所述的微芯片，其中，第一流体引入通道在深度方向的第一通道深度小于第二流体引入通道在深度方向的第二通道深度。
12.（增加的）一种包括微芯片的微粒分析装置，所述微芯片包括包含流体通道结构的基板，所述流体通道结构包括第一流体引入通道和第二流体引入通道以及锥形部分，第一流体引入通道和第二流体引入通道被配置为相汇合以使得从第一流体通道引入的第一流体与从第二流体引入通道引入的第二流体合并；所述锥形部分被配置为位于来自第一和第二流体引入通道的第一流体和第二流体合并之后的位置。
13.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，所述锥形部分被配置为在第一方向上线性地增大。
14.（增加的）根据权利要求13所述的微粒分析装置，其中，所述第一方向是Y轴方向。
15.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，所述锥形部分被配置为在第二方向上线性地减小。
16.（增加的）根据权利要求15所述的微粒分析装置，其中，所述第二方向是Z轴方向。
17.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，所述锥形部分被配置为在第一方向上线性地增大并在第二方向上线性地减小。
18.（增加的）根据权利要求17所述的微粒分析装置，其中，第一方向是Y轴方向且第二方向是Z轴方向。
19.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，所述流体通道结构还包括位于所述锥形部分下游的收缩部分。
20.（增加的）根据权利要求19所述的微粒分析装置，还包括被配置用于检测流体中的微粒并且位于所述收缩部分的下游的检测器。
21.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，第一流体引入通道包括位于第二流体引入通道的通道深度方向的大致中央位置的连通口。
22.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，第一流体引入通道包括被配置为在包括第二流体引入通道的区域中开口的连通口。
23.（增加的）根据权利要求12所述的微粒分析装置，其中，第一流体引入通道在深度方向的第一通道深度小于第二流体引入通道在深度方向的第二通道深度。
24.（增加的）一种制造微芯片的方法，所述方法包括形成包括流体通道结构的基板，所述流体通道结构包括第一流体引入通道和第二流体引入通道以及锥形部分，第一流体引入通道和第二流体引入通道被配置为相汇合以使得从第一流体通道引入的第一流体与从第二流体引入通道引入的第二流体合并；所述锥形部分被配置为位于来自第一和第二流体引入通道的第一流体和第二流体合并之后的位置。
25.（增加的）权利要求24所述的方法，还包括制造包括所述微芯片的微粒分析装置。
26.（增加的）根据权利要求25所述的方法，其中，所述流体通道结构还包括位于所述锥形部分的下游的收缩部分。
27.（增加的）根据权利要求26所述的方法，其中，所述微粒分析装置还包括被配置用于检测流体中的微粒并且位于所述收缩部分的下游的检测器。
28.（增加的）一种微芯片，包括：
第一引入通道；
第二引入通道，被配置为将第一引入通道夹在中间，并从两侧与第一引入通道合并；以及
合并通道，与第一引入通道和第二引入通道连接，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并、流动，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为在第一引入通道被第二引入通道夹在中间的夹合方向上的通道宽度沿流体供给方向逐渐增大。
29.（增加的）根据权利要求28所述的微芯片，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。
30.（增加的）根据权利要求29所述的微芯片，其中，
第一引入通道的通道深度小于第二引入通道的通道深度，并且
第一引入通道与所述合并通道的连通口布置在第二引入通道的通道深度方向上的大致中央位置。
31.（增加的）根据权利要求30所述的微芯片，其中，
第一引入通道与所述合并通道的连通口在包括第二引入通道的各自的通道壁的区域内开口。
32.（增加的）根据权利要求28中任一项所述的微芯片，其中，
收缩部分布置在所述锥形部分的供给方向上的下游侧，所述收缩部分被形成为使通道宽度沿流体供给方向再次逐渐减小，所述锥形部分被形成为使通道宽度沿流体供给方向逐渐增大。
33.（增加的）一种微粒分析装置，包括：
根据权利要求32所述的微芯片，其中，
所述微芯片具有检测部分，所述检测部分对所述合并通道中的所述收缩部分的下游侧的、从第一引入通道供给的流体中包含的微粒进行检测。
34.（增加的）一种微芯片，包括：
第一引入通道；
两个第二引入通道，被配置为将第一引入通道夹在中间，并从两侧与第一引入通道合并；以及
合并通道，与第一引入通道和第二引入通道连接，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并、流动，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为在与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。

Claims (7)

1.一种微芯片，包括：
第一引入通道；
第二引入通道，被配置为将第一引入通道夹在中间，并从两侧与第一引入通道合并；以及
合并通道，与第一引入通道和第二引入通道连接，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并、流动，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为在第一引入通道被第二引入通道夹在中间的夹合方向上的通道宽度沿流体供给方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的微芯片，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的微芯片，其中，
第一引入通道的通道深度小于第二引入通道的通道深度，并且
第一引入通道与所述合并通道的连通口布置在第二引入通道的通道深度方向上的大致中央位置。
4.根据权利要求3所述的微芯片，其中，
第一引入通道与所述合并通道的连通口在包括第二引入通道的各自的通道壁的区域内开口。
5.根据权利要求1中任一项所述的微芯片，其中，
收缩部分布置在所述锥形部分的供给方向上的下游侧，所述收缩部分被形成为使通道宽度沿流体供给方向再次逐渐减小，所述锥形部分被形成为使通道宽度沿流体供给方向逐渐增大。
6.一种微粒分析装置，包括：
根据权利要求5所述的微芯片，其中，
所述微芯片具有检测部分，所述检测部分对所述合并通道中的所述收缩部分的下游侧的、从第一引入通道供给的流体中包含的微粒进行检测。
7.一种微芯片，包括：
第一引入通道；
两个第二引入通道，被配置为将第一引入通道夹在中间，并从两侧与第一引入通道合并；以及
合并通道，与第一引入通道和第二引入通道连接，从第一和第二引入通道供给的流体在合并通道中合并、流动，其中，
所述合并通道具有锥形部分，该锥形部分形成为在与包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流体供给方向逐渐减小。
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