JP2004249381A - マトリックス型可変マイクロ流路及びそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】基板上の任意の位置にマイクロ流路を形成することができるマトリックス型可変マイクロ流路およびそれを用いたシステムを提供するものである。
【解決手段】ガラス基板２上に複数の刺激感応部材３を二次元マトリックス状に配置する。また、ガラス基板２上に複数の刺激感応部材３を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路２１と、ガラス基板２上の物質を検出する検出手段２２と、刺激感応部材３に刺激を与える刺激付与手段２３と、検出手段２２からの信号に基づき刺激付与手段２３を制御する制御手段２４とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な液体流路を流れる液体の流れを制御するマイクロ流路およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のナノテクノロジーの進歩により、ガラスなどのチップ上にマイクロメーターオーダーの液体流路を形成し、この液体流路に試料を流すことによって、試料物質の分析、または反応などを行なわせるマイクロシステムの開発が進められている。このようなマイクロシステムは、試料が少量であっても試料物質の分析が可能であるなどの利点を有しており、非常に注目を浴びている。
【０００３】
ところが、このようなマイクロシステムにおいては、試料物質の流れを制御するためのバルブを液体流路に設けることが難しく、試料物質の流れを制御することが困難であるという問題があった。
【０００４】
この問題を解決する手段として、特開２００２−１６３０２２号公報（特許文献１）に、マイクロシステムのマイクロ流路を流れる液体に、外部レーザーなどからの熱の刺激によりゾル−ゲル転移する物質を添加し、マイクロ流路上の所望の箇所に刺激を与え、流体をゲル化させて流れを制御する方法が開示されている。この方法によれば、複雑なバルブ構造を用いることなく、流体の流れを停止し、また、流量や流速を簡便に調整することができる。そして、流路の一部に分岐を設け、分岐後の流路に対し選択した流路において液体に刺激を与えれば、その物質のゲル化によってその流路が閉塞されることによって液体の流れる方向を選択することができる。そして、刺激を停止することで、その物質はゾル化して、再びその流路が開放されるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６３０２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法は、従来の微細加工技術を用いて基板にあらかじめマイクロ流路を形成し、その形成されたマイクロ流路を流体が流れるものである。
【０００７】
そして、このマイクロ流路を形成する方法としては、例えば、基板を化学反応によるエッチングや光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂による型抜きによるものがある。この方法ではマイクロ流路の形成に複雑なプロセスを要し、また時間もかかるという課題があった。
【０００８】
また、この方法では、ゲル化によりマイクロ流路を流れる流体の流れを止めたり、流量を調節することは可能であるが、あくまで既存のマイクロ流路しか利用できず、マイクロ流路自体を新たに形成したり、消滅させたりすることはできず、目的ごとに異なった流路形状を有するマイクロ流路を準備する必要があるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、壁やバルブの構造体を自由に形成することにより、マイクロ流路を任意の位置で形成し消滅することができるマトリックス型可変マイクロ流路およびそれを制御することができるシステムを提供するものである。また、あらかじめ基板にマイクロ流路を形成する必要がないマトリックス型可変マイクロ流路およびそれを制御することができるシステムを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、基板上に複数の刺激感応部材を二次元マトリックス状に配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、二次元マトリックス状に配置された刺激感応部材を刺激することにより任意の位置で、可逆的にゾル−ゲル転移により壁やバルブの構造体を構成することができるので、マイクロ流路の作製が容易である。また、刺激感応部材を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなる。さらに、流路形状を自由に変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。
【００１２】
刺激感応部材としては、例えば、刺激により発熱する金属片を用いることができ、この金属片としてはチタン、クロムなどを用いることができる。そして、生体反応を考慮した場合は、生体と反応しないチタンを用いるのが好ましい。
【００１３】
請求項２のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項１において、前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明によれば、刺激感応部材に間隔があることで任意の位置でのゲル化が容易となる。
【００１５】
請求項３のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２において、前記刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明によれば、刺激感応部材を刺激し、この刺激感応部材の大きさに対応させてゾル−ゲル転移を起こす物質をゲル化させることができる。そして、刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であるのは、２μｍ未満ではゲル化による壁やバルブの構造体の厚さが薄くなるので好ましくなく、２０μｍを超えるとゲル化による壁やバルブの構造体の厚さが厚くなり、特に厚い壁やバルブの構造体が要求される以外は必要がないからである。
【００１７】
請求項４のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２または３において、前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されていることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４の発明によれば、刺激によりゾル−ゲル転移を起こす物質がゲル化する領域は刺激感応部材より大きく、刺激感応部材を適当な間隔で空けておいてもゲル化領域が接続するので壁やバルブの構造体を形成することができる。そして、刺激感応部材の間隔が２μｍ以上２０μｍ以下であるのは、２μｍ未満では、間隔が狭く、２０μｍを超えると、ゲル化領域が接続し難くなるからである。
【００１９】
請求項５のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２〜４のいずれか１項において、前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されたことを特徴とするものである。
【００２０】
請求項５の発明によれば、蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，スクリーン印刷を用いることにより、容易に刺激感応部材を基板上に形成することができる。
【００２１】
請求項６のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記刺激感応部材に、電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成したことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項６の発明によれば、前記刺激感応部材に電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成されているので、刺激感応部材の温度を調整でき、ゾル−ゲル転移を容易に起こさせることができる。
【００２３】
請求項７のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、基板上に複数の刺激感応部材を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路と、前記基板上の物質を検出する検出手段と、前記刺激感応部材に刺激を与える刺激付与手段と、前記検出手段からの信号に基づき前記刺激付与手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
請求項７の発明によれば、刺激付与手段により、二次元マトリックス状に配置された刺激感応部材が刺激され、その刺激感応部材に対応する位置で、可逆的にゾル−ゲル転移により壁やバルブの構造体を構成することができるので、マイクロ流路の作製が容易となる。また、刺激感応部材を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなる。そして、この刺激付与手段を制御することにより基板上の流路形状を容易に変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。さらに、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００２５】
刺激感応部材としては、例えば、刺激により発熱する金属片を用いることができ、この金属片としてはチタン、クロムなどを用いることができる。そして、生体反応を考慮した場合は、生体と反応しないチタンを用いるのが好ましい。
【００２６】
請求項８のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項７において、前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されていることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項８の発明によれば、刺激感応部材に間隔があることにより任意の位置でのゲル化が容易となる。そして、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００２８】
請求項９のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８において、前記刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項９の発明によれば、刺激感応部材を刺激し、この刺激感応部材の大きさに対応させてゾル−ゲル転移を起こす物質をゲル化させることができる。そして、刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であるのは、２μｍ未満ではゲル化による壁やバルブの構造体の厚さが薄くなるので好ましくなく、２０μｍを超えるとゲル化による壁やバルブの構造体の厚さが厚くなり、特に厚い壁やバルブの構造体が要求される以外は必要がないからである。
【００３０】
そして、このような構成により、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００３１】
請求項１０のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８または９において、前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されていることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１０の発明によれば、刺激によりゾル−ゲル転移を起こす物質がゲル化する領域は刺激感応部材より大きく、刺激感応部材を適当な間隔で空けておいてもゲル化領域が接続するので壁やバルブの構造体を形成することができる。そして、刺激感応部材の間隔が２μｍ以上２０μｍ以下であるのは、２μｍ未満では、間隔が狭く、２０μｍを超えると、ゲル化領域が接続し難くなるからである。
【００３３】
そして、このような構成により、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００３４】
請求項１１のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８〜１０のいずれか１項において、前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されたことを特徴とするものである。
【００３５】
請求項１１の発明によれば、蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷を用いることにより、容易に刺激感応部材を基板上に形成することができる。
【００３６】
そして、このような構成により、システムを安価にすることができる。
【００３７】
請求項１２のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項７〜１１のいずれか１項において、前記刺激付与手段として、前記刺激感応部材に電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成したことを特徴とするものである。
【００３８】
請求項１２の発明によれば、前記刺激付与手段として、刺激感応部材に電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成されているので、刺激感応部材の温度を調整でき、ゾル−ゲル転移を容易に起こさせることができる。
【００３９】
そして、このような構成により、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００４１】
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００４２】
はじめに、図１および２に基づき、本発明のマトリックス型可変マイクロ流路について説明する。
【００４３】
マトリックス型可変マイクロ流路は、縦２００μｍ、横２００μｍ、厚さ５μｍの大きさのガラス基板２上に、刺激感応部材として縦１０μｍ、横１０μｍ、厚さ６ｎｍの金属片３が、１０μｍの間隔を空けて縦横の二次元マトリックス状、すなわち、二次元の行列で配置さるように構成されている。
【００４４】
この刺激感応部材３の形状としては、平面正方形に限られず、長方形や多角形、さらには円形でも良い。
【００４５】
この刺激感応部材である金属片３は、チタン、クロムなどの金属を蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により、マスキング法などの通常の方法で形成することができる。
【００４６】
ガラス基板２の四辺には、幅２０μｍ、深さ５μｍの外部接続流路４が複数設けられており、そのうちの二辺には、流入路４ａと流出路４ｂが対向するようにそれぞれ４個並べられている。残りの二辺には、流入出路４ｃ、４ｄが対向するようにそれぞれ４個並べられている。
【００４７】
そして、ガラス基板２（マトリックス型可変マイクロ流路）は、図３に示すように、基礎台１の中央部分に収まっている。この基礎台１の大きさは、一辺が２０ｍｍ程度であって、ガラスやシリコンなどからなっている。
【００４８】
なお、基礎台１とガラス基板２は必ずしも分けて構成されている必要はなく、一体的に構成されていて良い。例えば、後述するように、光を用いて刺激感応部材３を刺激する場合は、基礎台１側から刺激感応部材３に光を照射する場合があり、基礎台１とガラス基板２をガラスなどで一体として構成しても良い。一方、スイッチ制御装置により刺激感応部材３を刺激する場合は、基礎台１とガラス基板２との間に必要なダイオードなどの素子を埋め込むのに便利であることから、基礎台１とガラス基板２を分けて構成するのが良い。
【００４９】
また、この基礎台１には、ガラス基板２と接続する外部接続流路４が設けられ、ガラス基板２と反対の側には、基礎台１を貫通して形成されている貫通路５が設けられており、ここから、図示しないシリンダポンプなどを用いて溶液を外部接続流路４に流入させ、またガラス基板２上を流れた溶液を外部接続流路４を通して貫通路５へ流出させることができるようになっている。
【００５０】
そして、この基礎台１上には、ガラス基板２および外部接続流路４を全面的に覆うように厚さ１００μｍのカバーガラス８が設けられている。これにより、ガラス基板上の溶液は、ガラス基板２とカバーガラス８とで挟まれた空間を流れることになる。このガラス基板２とカバーガラス８の間隔（高さ）は、５〜２０μｍが好ましい。
【００５１】
なお、図３では、貫通路５は基礎台１に設けられているが、特にこれに限定されるものではなく、試料の検出に支障をきたさないような位置であれば良く、例えば、カバーガラス８や基礎台１のサイドに設けても良い。
【００５２】
刺激感応部材としての金属片３に刺激を付与する方法としては、スイッチ制御装置により金属片３に電圧をかけ、これを加熱する方法、スキャナーミラーや音響光学偏向器を用いてレーザー光を金属片３に照射する方法、デジタルミラーデバイスを用いてレーザー光やランプの光を金属片３に照射する方法などを用いることができる。
【００５３】
図４は、スイッチ制御装置により金属片３加熱する方法の概念を示した図である。この方法では、ガラス基板２に抵抗体（刺激感応部材）としての金属片３とダイオード１１のマトリックスからなる回路を組み込み、スイッチング素子１２により金属片３を発熱させるものである。
【００５４】
図４では、例として、ｉ行の回路を模式的に示しているが、同様な回路が１行からｍ行（ｍは任意の整数）と１列からｎ列（ｎは任意の整数）にも設けられており、行と列が交差する箇所には金属片３が設けられている。そして、例えば、ｉ行とｊ列に入力する（例えば電圧をＬｏｗにする。）と、ｉ行ｊ列の金属片３に電圧がかかり、電流が流れ発熱するものである。そして、この入力はコンピュータを用いて制御することができる。
【００５５】
また、光を用いて金属片３を加熱する方法として、例えば以下の方法がある。１つは、レーザーをスキャナーミラーや音響光学偏向器を用いて金属片３に照射する方法である。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（発振波長１０６４ｎｍ、８００ｍＷ）などの赤外線レーザーを用いて、ビームが流路のパターンに沿って移動するように、コンピュータに搭載したＤＡ変換ボードからの出力をスキャナーミラーのサーボドライバ、あるいは、例えばＮＥＯＳ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製の音響光学偏向器Ｎ４５０００に入力することにより、金属片３を加熱することができる。この場合発振波長が約３００〜約１６００ｎｍのレーザーを使用することが可能であるが、特に発振波長が約７００〜約１６００ｎｍの半導体レーザー（赤外線レーザー）が、生体試料の検出の妨げにならず好ましい。
【００５６】
デジタルミラーデバイスを用いて金属片３に照射する方法は、例えば、コンピュータにデュアルモニターを搭載し、１番目のモニターは、画像解析する像の出力と操作に使用し、２番目のモニターにマイクロ流路のパターンを出力するようなプログラムによりパターン出力をする。そして、２番目のモニター出力をデジタルミラーデバイスにマイクロ流路のパターンとして出力する。そして、デジタルミラーデバイスをマトリックス型可変マイクロ流路と光学的に共役な位置に置き、これにレーザーやランプ（水銀ランプやキセノンランプ）の光を照射することにより、金属片３を加熱することができる。
【００５７】
つぎに、マイクロ流路を形成する壁やバルブの構造体について説明する。
【００５８】
外部接続流路４からガラス基板２上に流れ出る溶液には、例えば、熱感受性物質を含ませ、この熱感受性物質に刺激である熱を加えることにより可逆的にゾル−ゲル化させることができる。
【００５９】
熱感受性物質としては、３７℃でゾル−ゲル転移し、３７℃未満ではゾル状、３７℃を超えるとゲル状となる熱可逆性ハイドロゲルを用いることができ、この熱可逆性ハイドロゲルとしては、温度変化に対応して完全な可逆性を有するものが好ましく、例えば、特開平５−２６２８８２号公報に開示されているものなどを用いることができる。好ましいものとしては、例えば、メチルセルロースやメビオールゲル（ゾル−ゲル変換温度が約３６℃）がある。
【００６０】
ゾル−ゲル転移の温度は、低すぎると室温でゲル化してしまうので好ましくなく、高すぎるとゲル化の際に、例えば溶液に含まれるタンパク質などの試料物質が熱変性してしまうので好ましくない。なお、使用する熱可逆性ハイドロゲル材料を選択することにより、適宜、好ましいゾル−ゲル転移の温度に変更しても良い。
【００６１】
また、使用する熱可逆性ハイドロゲルは、溶液やこの溶液に含まれる試料物質と反応したり影響を与えたりしないように、種類や濃度などを選択、調整する。
【００６２】
そして、ガラス基板２上に流出した溶液に、上述したスイッチ制御装置により金属片３を加熱する方法、赤外線レーザーをスキャナーミラーや音響光学偏向器を用いて金属片３に照射する方法、光をデジタルミラーデバイスを用いて金属片３に照射する方法などにより、ガラス基板２上の金属片３を加熱することにより、溶液中に含まれている熱感受性物質をゾル−ゲル転移によりゲル化し、このゲルがマイクロ流路を形成する壁やバルブの構造体となる。
【００６３】
なお、試料物質をガラス基板２上に流出させる前にマイクロ流路の形成しておきたい場合は、あらかじめ、ガラス基板２上を熱感受性物質を含む溶液で満たしておき、この状態で任意の位置の金属片３を加熱することによりマイクロ流路を形成させておくことができる。
【００６４】
図５は、図１に示すガラス基板に刺激を付与して任意の位置をゲル化させて壁やバルブの構造体を作製した様子を示したもので、図１と同じ部分については同じ符号を用いたのでその説明を省略する。
【００６５】
図５では、流入路４ａのうち、１番目（Ｉｎ１）、２番目（Ｉｎ２）および４番目（Ｉｎ４）の流入路から、熱感受性物質を含む溶液をガラス基板２上に流出させ、上述した電圧や光などによる刺激を付与する手段により任意の金属片３を加熱することにより、金属片３上に流れている熱感受性物質をゲル化させ、ガラス基板２上に壁６を形成した状態を示している。
【００６６】
そして、７は溶液中に含まれる試料物質を示しており、先端の矢印は、この試料物質７が流れていく方向を示している。
【００６７】
なお、図５では、流出口４ｂのうち、１番目（Ｏｕｔ１）および３番目（Ｏｕｔ３）の流出口から、外部接続流路４へ溶液とともに試料物質７が流出するようになっている。
【００６８】
そして、一定量の試料物質７が１番目（Ｏｕｔ１）および３番目（Ｏｕｔ３）の流出口から流出した場合や、他の試料物質がガラス基板２上に流出してきた場合など、必要に応じて、上述した刺激を付与する手段により、ゲル化して壁６を構成している部分をゾル化し、新たな部分の金属片３に刺激を与えてゲル化させて壁やバルブの構造体６を形成することにより、マイクロ流路を変更することができる。
【００６９】
さらに、目的とする試料物質７がガラス基板２上に流出してきた場合、この試料物質７を囲むような位置の金属片３に刺激を与えてゲル化させれば、試料物質７をガラス基板２上に滞在させることができるので、これにより試料の分析をおこなうこともできる。
【００７０】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ガラス基板２上に複数の刺激感応部材３を二次元マトリックス状に配置したことにより、刺激感応部材３を刺激することで任意の位置で、可逆的にゾル−ゲル転移による壁やバルブの構造体６を構成することができるので、マイクロ流路の作製が容易である。また、流路形状を自由に変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。
【００７１】
また、刺激感応部材３を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなり、刺激感応部材３に間隔があることにより任意の位置でのゲル化が容易となる。そして、ゲル化領域が接続することで壁やバルブの構造体６を形成することができる。
【００７２】
また、刺激感応部材３は蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されるので、形成が容易である。
【００７３】
さらに、電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激感応部材３に刺激を付与するように構成されているので、刺激感応部材３の温度を調整でき、ゾル−ゲル転移を容易に起こさせることができる。
【００７４】
つぎに、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００７５】
図６は、本発明のマトリックス型可変マイクロ流路システムの概要を示す図である。
【００７６】
本発明のマトリックス型可変マイクロ流路システムは、ガラス基板２上に複数の刺激感応部材３を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路２１と、ガラス基板２上の物質を検出する検出手段２２と、刺激感応部材３に刺激を与える刺激付与手段２３と、検出手段２２からの信号に基づき刺激付与手段２３を制御する制御手段２４とを備えている。
【００７７】
このマトリックス型可変マイクロ流路２１については、第１の実施の形態で説明した基礎台１に収まったマトリックス型可変マイクロ流路を用いることができるので、ここではその説明は省略する。
【００７８】
検出手段２２は、マトリックス型可変マイクロ流路２１のガラス基板２上の物質を検出するもので、対物レンズ２２ａを含む顕微鏡２２ｂ、検出装置２２ｃ、解析装置２２ｄとで構成されている。
【００７９】
検出装置２２ｃとしては、ビデオカメラ、アバランシェフォトダイオードや光電子増倍管などの一般的なセンサーを用いることができる。また、解析装置２２ｄとしては、画像解析装置や一般的なセンサーの検出結果を解析する装置を用いることができる。そして、検出装置２２ｃとしてビデオカメラを用いた場合は、画像解析装置を解析装置２２ｄとして用い、検出装置２２ｃとして一般的なセンサーを用いた場合は、これらの検出結果を解析する装置を解析装置２２ｄとして用いることができる。
【００８０】
刺激付与手段２３は、マトリックス型可変マイクロ流路２１のガラス基板２上に形成されている刺激感応部材３に刺激を与えるものである。
【００８１】
この刺激付与手段２３については、第１の実施の形態で説明した、スイッチ制御装置により刺激感応部材３に電圧をかけ、これを加熱する方法、スキャナーミラーや音響光学偏向器を用いてレーザー光を刺激感応部材３に照射する方法、デジタルミラーデバイスを用いてレーザー光やランプの光を刺激感応部材３に照射する方法などを用いることができるので、ここではその説明は省略する。
【００８２】
制御手段２４は、検出手段２２からの信号に基づき刺激付与手段２３を制御するものである。そして、この制御手段２４により、マトリックス型可変マイクロ流路２１のガラス基板２上に形成されている刺激感応部材３のどの位置の刺激感応部材を刺激するか、また、その刺激の強さ、時間などを制御することができる。
【００８３】
以上のような構成により、マトリックス型可変マイクロ流路２１のガラス基板２上を試料物質と熱感受性物質とを含む溶液が流れると、この流れを対物レンズ２２ａでとらえ、これを光学顕微鏡２２ｂに導き、この光学顕微鏡２２ｂに接続されている検出装置２２ｃでデータとしてとらえる。そして、このデータを解析装置２２ｄで解析するようになっている。
【００８４】
そして、この解析装置２２ｄの解析結果をもとに、制御手段２４によりスイッチ制御して、ガラス基板２上の任意の刺激感応部材である金属片３を刺激する。そしてこの刺激により金属片３が加熱され、熱感受性物質がゾル化−ゲル転移によりゲル化し、ガラス基板２上に壁やバルブの構成物６を形成する。このようにして流路を自由に設計することができる。
【００８５】
そして、解析装置２２ｄとして画像解析装置を用いた場合は、例えば、ガラス基板２上に壁やバルブの構成物６を形成する前のマイクロ流路の状態を示す図１や、ガラス基板２上に壁やバルブの構造体６が構成されマイクロ流路が設けられ、この流路に沿って目的試料物質７が流れている状態を示す図５のような画像が表示される。
【００８６】
この画像解析装置２２ｄでマイクロ流路を目的物質が流れてきたのを確認した場合、制御手段２４によりガラス基板２上の金属片３を刺激して、熱感受性物質をゲル化し、ガラス基板２上の任意の位置に壁やバルブの構成物６を形成して流路を変更したり、目的とする試料物質７を壁６で囲みガラス基板２上に滞留させたりすることができる。
【００８７】
なお、これらは、目視による制御に限らず、コンピュータなどにより自動的に制御する手段を用いてもよい。
【００８８】
また、マイクロ流路を流れている試料物質や、ガラス基板２上に滞留している試料物質について、あらかじめ分析機能を搭載した解析装置２２ｄや、検出装置２２ｃに接続できる図示しない分析装置などにより分析するようにしても良い。
【００８９】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、ガラス基板２上に複数の刺激感応部材３を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路２１と、ガラス基板２上の物質を検出する検出手段２２と、刺激感応部材３に刺激を与える刺激付与手段２３と、検出手段２２からの信号に基づき刺激付与手段２３を制御する制御手段２４とを備えたものであり、刺激を受けた刺激感応部材３に対応する位置で、可逆的にゾル−ゲル転移により壁やバルブの構造体６を構成することができるので、マイクロ流路の形成が容易となる。そして、この刺激付与手段２３を制御することにより容易に流路形状を変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。さらに、ガラス基板２上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００９０】
また、刺激感応部材３を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなり、刺激感応部材３に間隔があることにより任意の位置でのゲル化が容易となる。
【００９１】
そして、ゲル化領域が接続することで壁やバルブの構造体６を形成することができるのでガラス基板２上の流路を容易に変更でき、ガラス基板２上の任意の位置で物質の検出、目的とする試料物質の分離、分析が容易になる。
【００９２】
また、刺激感応部材３は蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されるので、形成が容易であり、システムを安価にすることができる。
【００９３】
さらに、刺激付与手段２３として、電圧をかけることまたは光を照射する手段を用いるので、刺激感応部材３に容易に刺激を付与することができ、刺激感応部材３の温度を調整でき、ゾル−ゲル転移を容易に起こさせることができる。
【００９４】
そして、このような構成により、基板上の流路を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【００９５】
次に、本発明の応用例１〜４について、図７〜１４を用いて説明する。なお、本応用例において、上記実施の形態と同じ部分については同じ符号を用いているのでそれらの説明は省略する。また、マトリックス型可変マイクロ流路システムの構成については上記第２の実施の形態と同じであるので、特に図示せず、説明も省略する。
【００９６】
（応用例１）
図７は、試料物質７ａをゲル化した壁６で囲み、これを移動させて固定する状態を示す概念図である。
【００９７】
まず、図の上部の流入口（Ｉｎ１）からガラス基板２上に熱感受性物質および試料物質７ａを含む溶液を流し、図の下部の流出口（Ｏｕｔ２）から溶液を流出させる。そして、刺激感応部材である金属片３を刺激して熱感受性物質をゲル化しマイクロ流路を形成する（図７においては、溶液が流れるマイクロ流路は図示していない。）。
【００９８】
そして、このマイクロ流路を流れてきた試料物質７ａを検出手段２２により認識した場合、この試料物質７ａを囲むように金属片３にレーザーを照射し、熱感受性物質をゲル化させた壁６を形成する。次に、壁６により囲まれた試料物質７ａを矢印で示すようにガラス基板２に図示しないヒーターが設けられている箇所に移動して、壁６’で囲んだまま試料物質７ａ’を固定する。
【００９９】
この試料物質７ａの移動は、まず、ゲル化している壁６の金属片の一つ右の金属片をゲル化させ、次にそれまででゲル化していた左部の壁６をゾル化させることによりおこなわれる。これにより、壁６全体を金属片１個分右に移動させることができる。これを複数回繰り返すことにより、試料物質７ａを壁６で囲んだままガラス基板２のヒーターが設けられている箇所まで移動させることができる。そして、ヒーターにより試料物質７ａ’に熱を加え、試料物質の熱変化を観察することができる。試料物質として、細胞、オルガネラ、核酸、タンパク質などの様々な生体物質を使用することができる。
【０１００】
（応用例２）
応用例１と同様の方法により、図８に示すように第１の試料物質７ａ’をゲル化した壁６’で囲み、図示しないヒーターが設けられている箇所で固定する。
【０１０１】
次に、図８に示すように、図の上部の流入口（Ｉｎ２）からガラス基板２上に熱感受性物質および試料物質７ｂを含む溶液を流し、図の下部の流出口（Ｏｕｔ３）から溶液を流出させる。そして、金属片３を刺激して熱感受性物質をゲル化しマイクロ流路を形成する（図８においては、溶液が流れるマイクロ流路は図示していない。）。そして、第２の試料物質７ｂを応用例１と同様の方法で、ゲル化した壁６で囲む。
【０１０２】
この第２の試料物質７ｂを応用例１と同様の方法により、第１の試料物質７ａ’が固定されている壁６’の箇所まで移動させ、ゲル化した壁６および壁６’のそれぞれ一部を開き、第１の試料物質７ａ’と第２の試料物質７ｂ’を同一の壁の中に存在させる。その後、図９に示すように、第１の試料物質７ａ’と第２の試料物質７ｂ’が反応できるよう壁の大きさを変更する。そして、ヒーターの加熱や図示しない電界などにより第１の試料物質７ａと第２の試料物質７ｂを接触させて化学反応させることができる。
【０１０３】
試料物質として、細胞、オルガネラ、核酸、タンパク質などの様々な生体物質や薬剤を使用し、相互作用や反応を分析することもできる。
【０１０４】
（応用例３）
図１０〜１２は、試料の一定量を採取し分析システムなどへ移送する状態を示す概念図である。
【０１０５】
図１０において、図の上部の流入口（Ｉｎ１、Ｉｎ２）からガラス基板２上に熱感受性物質を含む溶液を流し、任意の位置の刺激感応部材である金属片３にレーザーを照射してマイクロ流路を作製する。次に熱感受性物質およびサンプル７ｃが混合された溶液を図の上部の流入口（Ｉｎ１、Ｉｎ２）からガラス基板２上に流すと、溶液はあらかじめ決められた流路を通過し、図の下部の流出口（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）から溶液が流出する。溶液が流路を通過している状態を検出手段２２で確認したら、流路の流入口側および流出口側の金属片３にレーザーを照射して熱感受性物質をゲル化し、液体の流入を止める。この状態を図１１に示す。これによりガラス基板２上で一定量のサンプル７ｃを確保することができる。
【０１０６】
次に、図１２に示すように、図の左部の流入口（Ｉｎ２’）から移送用溶液をガラス基板２上に流して、図の右部の流出口（Ｏｕｔ２’）から図示しない分析装置に移送できるように、金属片３にレーザーを照射して熱感受性物質をゲル化して新たな流路を形成し、流入口（Ｉｎ２’）から移送用溶液を流す。これにより、サンプル７ｃの一定量を流出口（Ｏｕｔ２’）から分析装置に移送することができる。
【０１０７】
（応用例４）
図１３および１４は、電気泳動による分子分離の概念を示す図である。
【０１０８】
図１３において、図１の左右一対の流入出口４ｃ、４ｄの代わりにガラス基板２を挟むように一対の電極９、９が設けられている。そして、図１３の上部の流入口（Ｉｎ１）からガラス基板２上に熱感受性物質を含む溶液を流し、図の下部の流出口（Ｏｕｔ１）から溶液を流出させるように刺激感応部材である金属片３にレーザーを照射して熱感受性物質をゲル化しマイクロ流路を形成する。次に熱感受性物質およびサンプル７ｄが混合された溶液を図の上部の流入口（Ｉｎ１）からガラス基板２上に流すと、溶液はあらかじめ決められた流路を通過する。
【０１０９】
溶液が流路を通過している状態を検出手段２２で確認したら、流路の流入口付近および流出口付近の金属片３にレーザーを照射して熱感受性物質をゲル化し、溶液がガラス基板２上を流れないようにする。この状態を図１４に示す。
【０１１０】
そして、この状態で一対の電極９，９に電界をかけることにより、電気泳動によりサンプル７ｄの分子分離をおこなうことができる。
【０１１１】
以上本発明の実施の形態および応用例を説明したが、本発明は、前記実施の形態や応用例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、基板上に複数の刺激感応部材が二次元マトリックス状に配置されているので、任意の位置で、可逆的にゾル−ゲル転移により壁やバルブの構造体を構成することができ、マイクロ流路の作製が容易である。また、刺激感応部材を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなる。さらに、流路形状を自由に変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。
【０１１３】
請求項２のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項１において、前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されているので、任意の位置でのゲル化が容易となる。
【０１１４】
請求項３のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２において、前記金属片の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であるので、刺激感応部材を刺激し、この刺激感応部材の大きさに対応させてゾル−ゲル転移を起こす物質をゲル化させることができる。
【０１１５】
請求項４のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２または３において、前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されているので、刺激によりゾル−ゲル転移を起こす物質がゲル化する領域は刺激感応部材より大きく、刺激感応部材を適当な間隔で空けておいてもゲル化領域が接続するので壁やバルブの構造体を形成することができる。
【０１１６】
請求項５のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項２〜４のいずれか１項において、前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されているので、容易に刺激感応部材を基板上に形成することができる。
【０１１７】
請求項６のマトリックス型可変マイクロ流路の発明は、請求項１〜５のいずれか１項において、前記刺激感応部材に、電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成されているので、刺激感応部材の温度を調整でき、ゾル−ゲル転移を容易に起こさせることができる。
【０１１８】
請求項７のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、基板上に複数の刺激感応部材を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路と、前記基板上の物質を検出する検出手段と、前記刺激感応部材に刺激を与える刺激付与手段と、前記検出手段からの信号に基づき前記刺激付与手段を制御する制御手段とを備えているので、刺激付与手段により二次元マトリックス状に配置された刺激感応部材が刺激され、その刺激感応部材に対応する位置で、可逆的にゾル−ゲル転移により壁やバルブの構造体を構成することができるので、マイクロ流路の形成が容易となる。また、刺激感応部材を刺激するのでゾル−ゲル転移を起こす物質のゲル化速度が速くなる。そして、この刺激付与手段を制御することにより流路形状を容易に変更できるので、異なった流路形状を有するマイクロ流路の準備が不要となる。さらに、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【０１１９】
請求項８のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項７において、前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されているので、任意の位置でのゲル化が容易となる。そして、基板上の流路を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離や、分析が容易になる。
【０１２０】
請求項９のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８において、前記刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であるので、刺激感応部材を刺激し、刺激感応部材の大きさに対応させてゾル−ゲル転移を起こす物質をゲル化させることができる。
【０１２１】
そして、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離、分析が容易になる。
【０１２２】
請求項１０のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８または９において、前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されているので、刺激によりゾル−ゲル転移を起こす物質がゲル化する領域は刺激感応部材より大きく刺激感応部材を適当な間隔で空けておいても、これによりゲル化領域が接続するので壁やバルブの構造体を形成することができる。
【０１２３】
そして、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離、分析が容易になる。
【０１２４】
請求項１１のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項８〜１０のいずれか１項において、前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されているので、容易に刺激感応部材を基板上に形成することができ、システムを安価にすることができる。
【０１２５】
請求項１２のマトリックス型可変マイクロ流路システムの発明は、請求項７〜１１のいずれか１項において、前記刺激付与手段として、前記刺激感応部材に電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成されているので、刺激感応部材の温度を調整でき、ゾル−ゲルル転移を容易に起こさせることができる。
【０１２６】
そして、基板上の流路形状を容易に変更できるので、基板上の任意の位置で物質の検出ができ、目的とする試料物質の分離、分析が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマトリックス型可変マイクロ流路の平面図である。
【図２】本発明のマトリックス型可変マイクロ流路の断面図である。
【図３】本発明のマトリックス型可変マイクロ流路が基礎台に収まっている状態を示す平面図である。
【図４】電圧をかけることにより刺激を付与する刺激付与手段の概念図である。
【図５】本発明のマトリックス型可変マイクロ流路を試料物質が流れている状態を示す概念図である。
【図６】本発明のマトリックス型可変マイクロ流路システムを示す概念図である。
【図７】本発明の応用例１において、試料物質移動の状態を示すマトリックス型可変マイクロ流路の概念図である。
【図８】本発明の応用例２において、試料物質移動の状態を示すマトリックス型可変マイクロ流路の概念図である。
【図９】上記応用例２において、試料物質移動後の状態を示すマトリックス型可変マイクロ流路の概念図である。
【図１０】本発明の応用例３において、マトリックス型可変マイクロ流路をサンプルが流れている状態を示す概念図である。
【図１１】上記応用例３において、壁でサンプルを囲んでいる状態を示す平面図である。
【図１２】上記応用例３において、マイクロ流路を変形した状態を示す平面図である。
【図１３】本発明の応用例４において、マトリックス型可変マイクロ流路をサンプルが流れている状態を示す概念図である。
【図１４】上記応用例４において、電気泳動をさせている状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 基礎台
２ ガラス基板
３ 刺激感応部材（金属片）
４ 外部接続流路
５ 貫通路
６ 壁やバルブの構造体（ゲル化領域）
７ 試料物質
８ カバーガラス
９ 電極
１１ ダイオード
１２ スイッチング素子
２１ マトリックス型可変マイクロ流路
２２ 検出手段
２２ａ 対物レンズ
２２ｂ 光学顕微鏡
２２ｃ 検出装置（ビデオカメラ）
２２ｄ 解析装置（画像解析装置）
２３ 刺激付与手段
２４ 制御手段

Claims (12)

1. 基板上に複数の刺激感応部材を二次元マトリックス状に配置したことを特徴とするマトリックス型可変マイクロ流路。
2. 前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されていることを特徴とする請求項１記載のマトリックス型可変マイクロ流路。
3. 前記刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のマトリックス型可変マイクロ流路。
4. 前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されていることを特徴とする請求項２または３記載のマトリックス型可変マイクロ流路。
5. 前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のマトリックス型可変マイクロ流路。
6. 前記刺激感応部材に、電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマトリックス型可変マイクロ流路。
7. 基板上に複数の刺激感応部材を二次元マトリックス状に配置したマトリックス型可変マイクロ流路と、前記基板上の物質を検出する検出手段と、前記刺激感応部材に刺激を与える刺激付与手段と、前記検出手段からの信号に基づき前記刺激付与手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするマトリックス型可変マイクロ流路システム
8. 前記基板上の刺激感応部材が間隔をおいて配列されていることを特徴とする請求項７記載のマトリックス型可変マイクロ流路システム。
9. 前記刺激感応部材の大きさが２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載のマトリックス型可変マイクロ流路システム。
10. 前記刺激感応部材が２μｍ以上２０μｍ以下の間隔で配列されていることを特徴とする請求項８または９記載のマトリックス型可変マイクロ流路システム。
11. 前記刺激感応部材が蒸着，スパッタリング，化学気層成長（ＣＶＤ），めっき，プラズマ重合，又はスクリーン印刷により形成されたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のマトリックス型可変マイクロ流路システム。
12. 前記刺激付与手段として、前記刺激感応部材に電圧をかけることまたは光を照射することにより刺激を付与するように構成したことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載のマトリックス型可変マイクロ流路システム。

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