JP2008164480A - 流体の注入方法、および液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】注入口から逆流させることなく、流体をマイクロチップの流体回路内へ注入できる方法、および当該注入方法を用いた液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロチップに設けられた、１０ｍｍ以下の深さを有する１以上の流体貯蔵槽内へ流体を注入する方法であって、当該流体は、流体貯蔵槽に設けられた流体注入口にノズルを差込み、該ノズルの先端から流体を吐出することにより、上記流体貯蔵槽内に注入され、かつ、上記ノズル先端からの流体の吐出方向は、上記ノズル長手方向から傾きを有することを特徴とする流体の注入方法、および当該方法を用いて液体試薬を流体貯蔵槽内に注入することを特徴とする液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫または血液等の生化学検査、化学合成または環境分析などに使用されるμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップ内へ流体を注入する方法に関する。また本発明は、当該注入方法を用いた液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法に関する。

内部に流体回路を有するマイクロチップ（以下、単にチップと称することがある。）は、実験室で行なっている一連の実験操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ程度のチップ内で行なえることから、サンプルおよび試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、サンプルを採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有し、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

マイクロチップを用いて検査・分析等を行なう場合、検査・分析対象となるサンプル（たとえば、血液）を処理する、またはサンプルと混合、反応させる試薬溶液を用いる。そして、液体試薬内蔵型マイクロチップでは、一連のマイクロチップ製造工程を経て作製されたマイクロチップに、ノズル（ニードル）を用いて試薬貯め槽が有する試薬注入口から、試薬貯め槽内に液体試薬を注入する工程が必要となる。

ここで、従来の液体試薬の試薬貯め槽への注入方法を図５に示す。図５（ａ）に示されるように、従来、マイクロチップ５０１の試薬貯め槽５０２への液体試薬の導入は、試薬注入口５０４に差込んだノズル（ニードル）５０３を用いて行なわれていたが、ノズルから吐出された液体試薬が試薬貯め槽５０２内に広がらず試薬注入口５０４から逆流するという問題があった。

また、試薬注入口５０４が試薬貯め槽５０２の中心ではなく、偏った位置に設けられたマイクロチップにおいては、図５（ｂ）に示されるように、試薬貯め槽５０２の、試薬注入口５０４により近い側の壁面に液体試薬が衝突し、これがさらなる要因となって液体試薬が試薬注入口５０４から逆流するという問題があった。

したがって、吐出した液体試薬がどの方向に広がっても壁面からの跳ね返りによる試薬注入口からの流出が起こらないようにするためには、図６に示されるように、試薬貯め槽６０２の壁面６０４と試薬注入口６０５との距離ｌを大きくする必要があり、このことは、試薬貯め槽６０２を大きくしなければならず、液体試薬が充填されない無駄な領域が生じるという問題をもたらしていた。

上記のような問題は、図７に示されるように、液体試薬の注入に用いられるニードルの先端が単純な直線状であって（たとえば、非特許文献１参照）、液体試薬が該ノズル方向にしか吐出されないことに起因すると考えられる。
武蔵エンジニアリング株式会社 カタログ「液体精密定量吐出用パーツアクセサリ＆バルブ／タンク」、Ｖｏｌ．３、ｐ８（発行日：２００４年９月）

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、注入口から逆流させることなく、流体をマイクロチップの流体回路内へ注入できる方法、および当該注入方法を用いた液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法を提供することである。

本発明は、マイクロチップに設けられた、１０ｍｍ以下の深さを有する１以上の流体貯蔵槽内へ流体を注入する方法であって、当該流体は、流体貯蔵槽に設けられた流体注入口にノズルを差込み、該ノズルの先端から流体を吐出することにより、上記流体貯蔵槽内に注入され、かつ、上記ノズル先端からの流体の吐出方向は、上記ノズル長手方向から傾きを有することを特徴とする流体の注入方法を提供する。

ここで、上記流体貯蔵槽は、少なくとも天井面および前記流体注入口の側面が撥水処理された槽であることが好ましく、上記流体貯蔵槽の底面は撥水処理されていないことがより好ましい。

上記ノズル先端からの流体の吐出方向は、上記流体貯蔵槽の底面と略平行であることが好ましい。

また、上記ノズルは、該ノズルと垂直な方向から傾きを有する先端面を備えていることが好ましい。

２以上の流体貯蔵槽を有するマイクロチップにおいては、複数のノズルを固定するためのノズル固定具に備えられた２以上のノズルの先端から流体を吐出するようにしてもよい。

また本発明は、上記いずれかの方法を用いて液体試薬を流体貯蔵槽内に注入することを特徴とする液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法を提供する。

本発明の流体の注入方法によれば、ノズル先端からの流体の吐出方向を制御することが可能となる。これにより、流体を流体貯蔵槽内のより広い空間に向けて吐出できるため、吐出された流体が流体貯蔵槽内に広がらずに流体注入口から逆流するという問題を解消することができる。また、流体を流体注入口から最も離れた壁面に向かって吐出することができるため、吐出された流体が流体注入口により近い壁面に衝突して流体注入口から逆流するという問題を解消することができる。さらに、流体貯蔵槽内に流体注入口から一方向にのみ吐出された流体が広がる空間を設ければよいため、流体貯蔵槽の大きさを大幅に低減することができる。

さらに本発明の液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法によれば、流体注入口から液体試薬を逆流させることなく液体試薬を注入でき、さらには、試薬貯蔵槽の大きさが削減された液体試薬内蔵型マイクロチップを製造することができる。

＜流体の注入方法＞
（マイクロチップの構造）
ここでは、本発明の流体の注入方法に係るマイクロチップの構造について説明する。本発明に係るマイクロチップは、その流体回路の一部として流体を貯蔵するための、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下の深さを有する１以上の流体貯蔵槽を有する。該流体貯蔵槽は、典型的には、マイクロチップを用いて行なわれる検査・分析の対象となるサンプル（たとえば、血液等）を処理する、あるいは該サンプルと反応させるための液体試薬を貯蔵するために用いられるものである。

本発明に係るマイクロチップの流体貯蔵槽の構造の一例を示す模式断面図を図１に示す。図１に示されるように、本発明に係るマイクロチップ１０１は、流体貯蔵槽１０３を有する。流体貯蔵槽１０３は、その上部に、液体試薬等の流体を注入するための流体注入口１０２を有している。ここで、本発明に係るマイクロチップ１０１の流体貯蔵槽１０３は、少なくともその天井面１０５および流体注入口１０２の側面１０４が撥水処理された槽であることが好ましい。このような撥水処理は、注入される流体とのなじみ性を低下させ、流体注入口１０２からの逆流防止に寄与する。流体注入口１０２と対向する面、すなわち流体貯蔵槽１０３の底面１０７には、撥水処理を施さないことが好ましい。これにより、注入された流体は、底面１０７上で広がりやすくなるため、流体注入口１０２からの逆流を防ぎやすくなる。

撥水処理は、たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂からなるマイクロチップ基板上に、フッ素樹脂を塗布することにより行なうことができる。フッ素樹脂としては、特に限定されないが、たとえばフッ素アモルファス樹脂、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等を挙げることができる。フッ素アモルファス樹脂としては、たとえばサイトップ（ＣＹＴＯＰ（登録商標）、旭ガラス株式会社製）を挙げることができる。

（流体の注入方法）
本発明の流体の注入方法は、上記したような構成を有するマイクロチップの流体貯蔵槽内に、ノズルを用いて流体を注入する方法に関する。より具体的には、ノズルを流体注入口に差込み、該ノズルの先端から流体を吐出することにより、流体貯蔵槽内に流体を注入する方法に関し、ノズル先端からの流体の吐出方向がノズル長手方向から傾きを有することを特徴とするものである。このように流体の吐出方向をノズル長手方向から傾いた方向とすることにより、流体がノズル方向に吐出される場合と比較して、流体注入口からの逆流を効果的に防止することができる。

ここで、「流体の吐出方向がノズル長手方向から傾いた方向である」とは、流体の吐出方向が、流体注入口に差し込まれた、直線形状またはおよそ直線形状のノズル長手方向の向きと同一方向でないことを意味する。流体の吐出方向と流体貯蔵槽との関係は、特に制限されるものではないが、流体の逆流をより効果的に防止するためには、流体の吐出方向と流体貯蔵槽の底面とは平行であるか、または略平行であることが好ましい。

流体の吐出方向をノズル長手方向から傾いた方向にするために、ノズル長手方向と垂直な方向から傾きを有する先端面を備えたノズルを用いる方法を好適に採用することができる。図２は、本発明の流体の注入方法に好適に用いられるノズルの先端部を示す断面図である。図２（ａ）のノズルは、ノズル長手方向と垂直な方向からＸ°の傾きを有する先端面を有するよう、先端が斜めにカットされたような構造を有するノズルである。また、図２（ｂ）のノズルは、ノズル先端が湾曲しており、ノズル長手方向とおよそ平行な先端面を有するノズルである。

図２（ａ）に示されるノズルにおいて、先端面と、ノズル長手方向と垂直な方向とがなす角度Ｘは、特に制限されるものではないが、好ましくは４５°程度である。また、図２（ｂ）のノズルにおいて、先端面は、ノズル長手方向とおよそ平行であるが、これに限定されるものではなく、図２（ａ）の場合と同様に４５°程度とすることもできる。ノズルの材質は特に限定されず、たとえばＳＵＳ製とすることができる。また、ノズルの外径および内径も特に限定されない。このように、先端面をノズル長手方向と垂直な方向から傾けることにより、流体は、ノズル長手方向から傾いた方向に吐出されることとなる。

図３は、図２（ａ）のノズルを用いた場合の、本発明の流体の注入方法の一例を示す概念図である。図３に示すように、先端が斜めにカットされたノズル３０３を用いることにより、流体の吐出方向をノズル長手方向から傾いた方向に制御することが可能となる。これにより、ノズル長手方向と同一の方向に流体を吐出する場合と異なり、流体貯蔵槽３０２の広がっている空間に流体を吐出することができるようになるため、流体注入口から流体が逆流するのを防止することが可能となる。特に、流体の吐出方向を図３のＡ方向のような、流体貯蔵槽３０２の底面と略平行とすることにより、より逆流は起こりにくくなる。さらに、図３に示されるように、流体注入口を流体貯蔵槽３０２の中央部に設けるのではなく、端の方に設ける場合には、流体の吐出方向を、流体貯蔵槽３０２内のより広い空間（図３の流体貯蔵槽３０２内におけるノズル３０３より右側の空間）側に制御する、すなわちノズル３０３の先端面を該空間側に向けることにより、流体貯蔵槽３０２の壁面との衝突による流体の逆流が防止できるだけでなく、流体貯蔵槽３０２の容量を低く抑えることができる。

なお、図３は図２（ａ）のノズルを用いた場合を示しているが、図２（ｂ）のノズルを用いた場合にも全く同様のことがいえる。

マイクロチップが２以上の流体貯蔵槽を有する場合には、たとえば図４に示されるようなノズルシステムを用いれば、複数の流体を異なる流体貯蔵槽に同時に注入することが可能である。図４のノズルシステムは、ノズル４０１〜４０４と、これらを固定するためのノズル固定具４０５から構成されるものである。ここで、ノズル４０１〜４０４の先端面は、上記図２（ａ）と同様の先端面であるが、これに限定されるものではなく、たとえば図２（ｂ）に示される先端面を有していてもよい。また、ノズルシステムが有するノズルは４つである必要はなく、２つ以上であればよい。

＜液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法＞
本発明の液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法は、上記流体の注入方法を、液体試薬の流体貯蔵槽（試薬貯蔵槽）への注入に適用したことを特徴とする。上記した本発明の流体の注入方法を用いて、液体試薬を流体貯蔵槽へ注入する時期は特に限定されるものではないが、典型的には、一連のマイクロチップ製造工程を経てマイクロチップ構造が作製された後であって、包装材によって液体試薬内蔵型マイクロチップが封止される前である。一連のマイクロチップ製造工程を経て作製されたマイクロチップの流体貯蔵槽（試薬貯蔵槽）に、上記した本発明の流体の注入方法により、ノズル（ニードル）を用いて流体注入口から液体試薬を注入した後、流体注入口を封止することにより液体試薬内蔵型マイクロチップが完成される。

本発明の液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法によれば、流体注入口から液体試薬を逆流させることなく液体試薬を注入でき、さらには、流体貯蔵槽の大きさが削減された液体試薬内蔵型マイクロチップを製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図２（ａ）に示されるノズル（Ｘ＝４５°、ＳＵＳ製、ノズル外径０．５０ｍｍ、ノズル内径０．２５ｍｍ）を用い、図３と同様の構造を有するマイクロチップ（ポリエチレンテレフタレート製）の流体貯蔵槽（流体注入口径１．０ｍｍ、流体貯蔵槽深さ２．０ｍｍ）内に、生化学検査用試薬（γ−ＧＴＰ基質液）を２０μＬ注入した。その結果、図３に示されるＡ方向に試薬の吐出方向を制御することができ、注入口から逆流して飛び出すことなく全量を流体貯蔵槽内に導入することができた。

＜実施例２＞
図２（ｂ）に示されるノズル（ＳＵＳ製、ノズル外径０．５０ｍｍ、ノズル内径０．２５ｍｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして生化学検査用試薬（γ−ＧＴＰ基質液）の注入を行なった。その結果、図３に示されるＡ方向に試薬の吐出方向を制御することができ、注入口から逆流して飛び出すことなく全量を流体貯蔵槽内に導入することができた。なお、図２（ｂ）に示されるノズルは、直線形状のノズルをおよそ９０度に曲げた後、図２（ｂ）のノズルの先端面に相当する位置で切断（または切削）することにより作製した。切断面は、ノズルと平行とした。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るマイクロチップの流体貯蔵槽の構造の一例を示す模式断面図である。 本発明の流体の注入方法に好適に用いられるノズルの先端部を示す断面図である。 本発明の流体の注入方法の一例を示す概念図である。 本発明の流体の注入方法に好適に用いられるノズルシステムの一例を示す模式図である。 従来の液体試薬の試薬貯め槽への注入方法を示す図である。 従来の試薬貯め槽の構造の一例を示す概略図である。 従来のノズルの構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１０１，３０１ マイクロチップ、１０２ 流体注入口、１０３，３０２ 流体貯蔵槽、１０４ 流体注入口の側面、１０５ 流体貯蔵槽の天井面、１０６ 流体貯蔵槽の壁面、１０７ 流体貯蔵槽の底面、３０３，４０１，４０２，４０３，４０４ ノズル、４０５ ノズル固定具。

Claims (7)

1. マイクロチップに設けられた、１０ｍｍ以下の深さを有する１以上の流体貯蔵槽内へ流体を注入する方法であって、
   前記流体は、前記流体貯蔵槽に設けられた流体注入口にノズルを差込み、該ノズルの先端から流体を吐出することにより、前記流体貯蔵槽内に注入され、かつ、
   前記ノズル先端からの流体の吐出方向は、前記ノズル長手方向から傾きを有することを特徴とする、流体の注入方法。
2. 前記流体貯蔵槽は、少なくとも天井面および前記流体注入口の側面が撥水処理された槽である、請求項１に記載の流体の注入方法。
3. 前記流体貯蔵槽の底面は撥水処理されていない、請求項２に記載の流体の注入方法。
4. 前記ノズル先端からの流体の吐出方向は、前記流体貯蔵槽の底面と略平行である、請求項１〜３のいずれかに記載の流体の注入方法。
5. 前記ノズルは、該ノズルと垂直な方向から傾きを有する先端面を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の流体の注入方法。
6. 前記マイクロチップは、２以上の流体貯蔵槽を有し、
   複数のノズルを固定するためのノズル固定具に備えられた２以上のノズルの先端から流体を吐出することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の流体の注入方法。
7. 請求項１〜６のいずれかの方法を用いて液体試薬を流体貯蔵槽内に注入することを特徴とする、液体試薬内蔵型マイクロチップの製造方法。

Images