JP2009139120A - Microtest chip, liquid quantitation method of microtest chip and test device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置に関し、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、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置に関する。 The present invention relates to a micro test chip, a liquid quantification method and a test apparatus for a micro test chip, and more particularly, a test and analysis of biological materials by gene amplification reaction, antigen-antibody reaction, etc., test and analysis of other chemical substances, organic synthesis, etc. The present invention relates to a micro test chip used for chemical synthesis of a target compound by the method, a liquid quantification method of a micro test chip, and a test apparatus.
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)。 In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. An analysis chip (hereinafter referred to as a micro inspection chip) integrated on a chip has been developed (see, for example, Patent Document 1).
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。 This is also called μ-TAS (Micro Total Analysis System), bioreactor, Lab-on-chip, biochip, and it is used in the medical examination / diagnosis field, environmental measurement field, and agricultural production field. Application is expected. In particular, when complicated processes such as those found in genetic testing, skilled techniques, and operation of equipment are required, micro test chips that excel in automation, speed-up, and simplification are cost-effective and require sample volume. Because it enables analysis not only for the required time but also for any time and place, the benefits are great.
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を正確に定量することが重要である。検体や試薬を精度良く定量できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。 In the micro test chip as described above, it is important to accurately quantify the specimen and the reagent used for the test. If the sample or reagent cannot be accurately quantified, the reaction and the detection result will be greatly affected.
そこで、特許文献2には、第1の流路に導入された液体が、第1の流路と第2の流路とを繋ぐ第3の流路内に毛細管現象によって引き込まれ、第1の流路内の液体を取り除いた後に第3の流路内の液体を第2の流路に送液することで、第3の流路の容積に応じた体積の液滴を作成する液体の定量方法が開示されている。
Therefore, in
また、特許文献3には、チップを回転させることで発生する遠心力を用いて、チップ内の液体を移動させ、流路の容積で液量を定量する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献2で提案された方法では、液体を定量するためだけに3本の流路が必要であり、マイクロ検査チップの構造が複雑となる。また、第1の流路の液体を取り除く工程と、第3の流路内の液体を第2の流路に送液する工程とを切り替える時に、送液ポンプの力を切り替えるか、第1の流路の末端を送液工程の途中で封止する等の工夫が必要であり、マイクロ検査チップの動作が複雑になる。さらに、第3の流路内に液体が貯留された後に第1の流路に残った液体を全て取り除く必要があり、検体や試薬の無駄が多い。
However, in the method proposed in
また、特許文献3で提案された方法では、全ての流路で同時に遠心力による送液が行われるために、流路毎に個別に定量することが出来ないという問題がある。さらに、回転中心から外側に向かう方向に流路を配置する必要があるため、流路の配置の自由度が小さいという問題もある。
In addition, the method proposed in
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to divide a specimen, a reagent, and the like accurately and individually for each flow path with a simple operation, and has a high degree of freedom in arranging the flow path. It is an object of the present invention to provide a micro test chip with little waste of reagents and the like, a liquid quantification method of the micro test chip, and a test apparatus.
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。 The object of the present invention can be achieved by the following constitution.
1.液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部に貯留された液体を定量する複数の液体定量部と、
複数の前記液体定量部の各々に連通する複数の下流流路とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部と複数の前記液体定量部の各々とに連通された複数の分岐流路と、
前記液体貯留部に連通され、前記液体貯留部に空気を注入する送液用空気流路と、
複数の前記液体定量部の各々に連通され、複数の前記液体定量部に空気を注入する複数の定量用空気流路とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
1. A liquid reservoir for storing liquid;
A plurality of liquid quantification units for quantifying the liquid stored in the liquid storage unit;
In a micro test chip comprising a plurality of downstream flow channels communicating with each of the plurality of liquid quantification units,
A plurality of branch passages communicated with the liquid storage section and each of the plurality of liquid determination sections;
An air flow path for feeding liquid that is communicated with the liquid reservoir and injects air into the liquid reservoir;
A micro-inspection chip comprising a plurality of air flow channels for quantification that communicate with each of the plurality of liquid quantification units and inject air into the plurality of liquid quantification units.
2.複数の前記液体定量部と複数の前記定量用空気流路とは撥水バルブを介して連通され、
複数の前記液体定量部と複数の前記下流流路とは撥水バルブを介して連通されていることを特徴とする1に記載のマイクロ検査チップ。
2. The plurality of liquid quantification units and the plurality of quantification air flow paths are communicated with each other via a water repellent valve.
2. The micro test chip according to 1, wherein the plurality of liquid quantification units and the plurality of downstream flow paths are communicated with each other via a water repellent valve.
3.複数の前記分岐流路は、少なくともその一部に流路抵抗値の高い高抵抗流路を備えたことを特徴とする1または2に記載のマイクロ検査チップ。 3. 3. The micro test chip according to 1 or 2, wherein the plurality of branch channels are provided with a high resistance channel having a high channel resistance value at least in a part thereof.
4.1乃至3の何れか1項に記載のマイクロ検査チップを用いたマイクロ検査チップの液体定量方法において、
前記送液用空気流路から前記液体貯留部に注入される空気によって、前記液体貯留部に貯留された前記液体を複数の前記分岐流路に送液し、複数の前記液体定量部を前記液体によって満充填する送液工程と、
複数の前記定量用空気流路から複数の前記液体定量部に注入される空気によって、複数の前記液体定量部に満充填された前記液体を複数の前記下流流路に送液する定量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定量方法。
In the liquid test | inspection method of the micro test | inspection chip using the micro test | inspection chip of any one of 4.1 thru | or 3,
The liquid stored in the liquid storage part is supplied to the plurality of branch flow paths by the air injected from the liquid supply air flow path into the liquid storage part, and the plurality of liquid quantification parts are transferred to the liquid. A liquid feeding process that is fully filled with
A quantification step of sending the liquid fully filled in the plurality of liquid quantification units to the plurality of downstream channels by air injected from the plurality of quantification air channels into the plurality of liquid quantification units; A liquid quantification method for a micro inspection chip, comprising:
5.前記送液用空気流路および前記定量用空気流路からの空気の注入は、前記マイクロ検査チップの外部から前記マイクロ検査チップに注入される駆動液によって行われることを特徴とする4に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法。 5). 5. The injection of air from the liquid supply air flow path and the quantitative air flow path is performed by a driving liquid injected into the micro test chip from the outside of the micro test chip. Liquid quantification method for micro test chip
6.4または5に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法を用いて液体を定量することを特徴とする検査装置。 6. An inspection apparatus for quantifying a liquid by using the liquid quantification method for a micro inspection chip according to 6.4 or 5.
本発明によれば、液体貯留部に貯留された液体を、複数の分岐流路を介して複数の液体定量部に送液し、複数の液体定量部に満充填された液体を下流に送液することで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。 According to the present invention, the liquid stored in the liquid storage unit is sent to the plurality of liquid quantification units via the plurality of branch channels, and the liquid fully filled in the plurality of liquid quantification units is sent downstream. This makes it possible to divide specimens and reagents, etc., accurately and individually for each flow path with a simple operation, with a high degree of freedom in the arrangement of flow paths, and less waste of specimens and reagents, A liquid quantification method and an inspection apparatus for a micro inspection chip can be provided.
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れない。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。 Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiment, but the present invention is not limited to the embodiment. In the drawings, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
まず、本発明における検査装置について、図1を用いて説明する。図1は、本発明における検査装置の1例を示す模式図である。 First, an inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an inspection apparatus according to the present invention.
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。
In FIG. 1, the inspection apparatus 1 includes a
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。
The
ここでは、マイクロ検査チップ100は、例えばポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成されており、試薬や検体等の液体を流す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との接続口等が設けられる。
Here, the
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。マイクロポンプについては図7で詳述する。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。
The
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。
The driving
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、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各種試薬や検体が、マイクロ検査チップ100内で送液される。
The
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はペルチェ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もペルチェ素子で構成してもよい。
The heating /
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。
The
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。
The
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの実施の形態について、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100の実施の形態の構成を示す模式図である。
Next, an embodiment of a micro inspection chip according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the embodiment of the
図2において、マイクロ検査チップ100の流路基板101の表面には、送液用空気流路141、液体貯留部113、液体注入口113i、第1の流路111aおよび第2の流路111bが形成されている。ここでは、液体貯留部113に貯留された液体を、第1の流路111aと第2の流路111bとに分割して定量する例を示すが、これに限るわけではなく、3分割以上の分割でも有効である。
In FIG. 2, on the surface of the
送液用空気流路141と液体貯留部113とは、連結流路145を介して連通されている。図3に後述するように、液体貯留部113には、液体注入口113iから液体151が注入される。液体注入口113iは、必要に応じて、例えば粘着テープ等の封止部材113sで封止される。
The liquid supply
第1の流路111aは、第1の分岐流路119a、第1の液体定量部125a、第1の下流流路131a、第1の定量用空気流路143a等で構成されている。第1の分岐流路119aは、その一部に例えば流路断面積を狭くすることで流路抵抗を高く設定した第1の高抵抗流路117aを有している。第1の液体定量部125aと第1の定量用空気流路143aとは、撥水バルブ123aで連通されている。
The
また、第1の液体定量部125aと第1の下流流路131aとは、撥水バルブ127aで連通されている。第1の分岐流路119aと第1の液体定量部125aとは、撥水バルブ123aの位置で、第1の細流路121aを介して連通されている。撥水バルブについては、図8で詳述する。
Further, the first
第2の流路111bの構成も同様で、上述した第1の流路111aの構成の「第1」を「第2」に、サフィックス「a」を「b」に読み替えればよい。第1の分岐流路119aと第2の分岐流路119bとは、分岐部115で液体貯留部113と連通されている。
The configuration of the
本実施の形態では、液体を分割して異なる容積に定量するために、第1の液体定量部125aと第2の液体定量部125bとは、その流路長を変えることで異なる容積を有するものとするが、もちろん、同じ容積に定量するのであれば同じ容積であってよい。また、液体貯留部113は、少なくとも第1の液体定量部125aの容積と第2の液体定量部125bの容積との和以上の容積を有することが必要である。
In the present embodiment, in order to divide and quantitate the liquid into different volumes, the first
送液用空気流路141、第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143bの各々の上流端には、図1に示したマイクロポンプ211との連通口P1、P2およびP3が設けられている。マイクロ検査チップ100が検査装置1に挿入されると、連通口P1、P2およびP3は、マイクロポンプ211に連通され、マイクロポンプ211から駆動液216が注入される。液体貯留部113への液体の注入前には、各流路は空気153で満たされている。
At the upstream ends of the liquid feeding
続いて、本実施の形態における液体定量方法を、図3乃至図6を用いて説明する。図3は、本実施の形態における液体定量方法を示すフローチャートであり、図4は後述する送液工程の途中での流路の状態を、図5は、同じく送液工程の終了時点での流路の状態を、図6は後述する定量工程の途中での流路の状態を示す模式図である。 Subsequently, the liquid determination method in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing the liquid quantification method in the present embodiment, FIG. 4 shows the state of the flow path in the middle of the liquid feeding process described later, and FIG. 5 shows the flow at the end of the liquid feeding process. FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of the flow path in the middle of the quantitative process described later.
図3において、ステップS101で、ピペット等を用いて、試薬や検体等の液体151が液体注入口113iから液体貯留部113内に注入される(注入工程)。液体注入完了後、ステップS111で、液体注入口113iが封止部材113sで封止される(封止工程)。ここまでが、マイクロ検査チップ100単体で行われるステップである。
In FIG. 3, in step S101, a liquid 151 such as a reagent or a specimen is injected into the
次に、ステップS121で、マイクロ検査チップ100が検査装置1に挿入され、連通口P1、P2およびP3がマイクロポンプ211に連通される。ステップS131で、マイクロポンプ211から連通口P1を介して駆動液216が送液用空気流路141に注入される。駆動液216に押された送液用空気流路141内の空気153の圧力P1Aによって、液体貯留部113内に貯留された液体151が分岐部115側に押し出される。
Next, in step S121, the
この時の駆動液216の注入圧力P1Lは、駆動液216に押された空気153の圧力P1Aによって、液体151が撥水バルブ123a、123b、127aおよび127bを通過できない圧力とする。
The injection pressure P1L of the driving liquid 216 at this time is a pressure at which the liquid 151 cannot pass through the
分岐部115側に押し出された液体151は、分割されて、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bを介して第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bに送液される(送液工程)。
The liquid 151 pushed out to the branching
図4に、送液工程の途中の状態を示す。空気153に押された液体151は、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bを介して第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bの途中まで送液されている。
FIG. 4 shows a state during the liquid feeding process. The liquid 151 pushed by the
図5に、送液工程終了時点の状態を示す。空気153に押された液体151は、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125b内に満充填されている。液体151は撥水バルブ123a、123b、127aおよび127bを通過できないので、液体151が第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125b内に満充填されると、送液はその状態で停止される。液体151が満充填された状態で、マイクロポンプ211からの駆動液216の注入を停止する。
FIG. 5 shows a state at the end of the liquid feeding process. The liquid 151 pushed by the
図3に戻って、ステップS141で、マイクロポンプ211から、連通口P2およびP3を介して、駆動液216が第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143bに注入される。この時の駆動液216の注入圧力P2LおよびP3Lは、駆動液216に押された空気153の圧力P2AおよびP3Aによって、液体151が撥水バルブ127aおよび127bを通過できる圧力とする。
Returning to FIG. 3, in step S141, the driving
駆動液216に押された第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143b内の空気153の圧力P2AおよびP3Aによって、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125b内に満充填された液体151が、撥水バルブ127aおよび127bを介して第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに送液される(定量工程)。
The first
この時、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119b内の液体151は、第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143b内の空気153によって液体貯留部113側に少し押し戻されるので、第1の液体定量部125a内および第2の液体定量部125b内に流出することはない。
At this time, the liquid 151 in the first
従って、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに送液される液体151の容積は、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bの容積に等しく、正確に定量されて送液されることになる。
Therefore, the volume of the liquid 151 sent to the first
図6に定量工程の途中の状態を示す。第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125b内に満充填された液体151が、第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143b内の空気153に押されて、撥水バルブ127aおよび127bを介して第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに送液されている。
FIG. 6 shows a state in the middle of the quantitative process. The liquid 151 fully filled in the first liquid
上述したように、本実施の形態では、液体の送液に空気の圧力を用いた。空気の圧力を与える手段としては、空気を直接送り込むポンプを用いてもよいが、ここでは、図7で詳述するマイクロポンプ211を用いた。その利点について説明する。
As described above, in the present embodiment, air pressure is used for liquid feeding. As a means for giving air pressure, a pump that directly feeds air may be used, but here, a
本実施の形態では、第1の液体定量部125aと第2の液体定量部125bとが、第1の分岐流路119aと第2の分岐流路119bとを介して連通した状態のままで、液体151が分割して送液される。このような場合には、第1の定量用空気流路143a内と、第2の定量用空気流路143b内との空気153のダンパー成分のバラツキによって、第1の定量用空気流路143a内の空気の圧力P2Aと第2の定量用空気流路143b内の空気の圧力P3Aとの間に時系列的に不均衡が発生する。
In the present embodiment, the first
それによって、本来は第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bに残留すべき液体151が、第1の液体定量部125a内および第2の液体定量部125b内の液体151と共に、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに流出してしまう現象が発生し、液体151の定量性が悪化する要因となる。
As a result, the liquid 151 that should originally remain in the first
そこで、本実施の形態では、図7で詳述するマイクロポンプ211を用い、マイクロポンプ211から駆動液216を注入し、駆動液216と液体とが混じり合わないように駆動液216と液体との間に挟まれた空気153の圧力によって液体を送液する方法をとった。
Therefore, in this embodiment, the
このようにすることで、送液のための圧力P2AおよびP3Aを加える空気153の量を、第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143bの容積程度の一定の微少量に抑えることができる。それによって、第1の定量用空気流路143a内と、第2の定量用空気流路143b内との空気153のダンパー成分のバラツキを微少に押さえることができ、正確な定量を行うことができる。
In this way, the amount of the
さらに、本実施の形態では、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bの一部を、例えば流路断面積を狭くすることで流路抵抗を高く設定した第1の高抵抗流路117aおよび第2の高抵抗流路117bとした。これによって、第1の定量用空気流路143a内と第2の定量用空気流路143b内との空気のダンパー成分に多少のバラツキが残存しても、空気の圧力P2AとP3Aとの間の時系列的な不均衡が、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bを介して伝達されることを緩和することができる。
Furthermore, in the present embodiment, a first high resistance in which a part of the
それによって、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bに残留すべき液体151が、第1の液体定量部125a内および第2の液体定量部125b内の液体151と共に、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに流出してしまう現象を緩和することができ、正確な定量を行うことができる。
As a result, the liquid 151 that should remain in the first
なお、第1の高抵抗流路117aおよび第2の高抵抗流路117bの流路抵抗値は、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bの流路抵抗値と比べて充分に高いことが望ましい。例えば、液体151の定量性のバラツキを10%程度以内にする必要がある場合には、第1の高抵抗流路117aおよび第2の高抵抗流路117bと、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bとの流路抵抗値の比は10:1以上あることが望ましい。
Note that the channel resistance values of the first high-
上述したように、本実施の形態によれば、液体貯留部113に貯留された液体151を、送液用空気流路141内の空気153の圧力によって、第1の分岐流路119aおよび第2の分岐流路119bを介して送液し、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bに満充填する。次に、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bに満充填された液体151を、第1の定量用空気流路143aおよび第2の定量用空気流路143b内の空気153の圧力によって、第1の下流流路131aおよび第2の下流流路131bに送液する。
As described above, according to the present embodiment, the liquid 151 stored in the
このようにすることで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。 In this way, it is possible to divide specimens, reagents, etc., accurately and individually for each flow path with a simple operation, with a high degree of freedom in arranging the flow paths, and with little waste of specimens, reagents, etc. An inspection chip, a liquid determination method and an inspection apparatus for a micro inspection chip can be provided.
次に、上述した実施の形態に用いられるマイクロポンプ211の1例について、図7を用いて説明する。マイクロポンプ211は、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できるが、圧電素子を駆動源とするピエゾポンプを用いることが好適である。図7は、マイクロポンプ211の構成の1例を示す模式図で、図7(a)はピエゾポンプの1例を示した断面図、図7(b)はその上面図、図7(c)はピエゾポンプの他の例を示した断面図である。
Next, an example of the
図7(a)および(b)において、マイクロポンプ211は、第1液室408、第1流路406、加圧室405、第2流路407および第2液室409が形成された基板402、基板402上に積層された上側基板401、上側基板401上に積層された振動板403、振動板403の加圧室405と対向する側に積層された圧電素子404と、圧電素子404を駆動するための図示しない駆動部とが設けられている。
7A and 7B, the
駆動部と圧電素子404の両面上の2つの電極とは、フレキシブルケーブル等による配線で接続されており、該配線を通じて駆動部の駆動回路により圧電素子404に駆動電圧を印加する構成となっている。第1液室408、第1流路406、加圧室405、第2流路407および第2液室409は、駆動液216で満たされる。
The drive unit and the two electrodes on both surfaces of the
1例として、基板402として、厚さ500μmの感光性ガラス基板を用い、深さ100μmに達するまでエッチングを行うことにより、第1液室408、第1流路406、加圧室405、第2流路407および第2液室409を形成している。第1流路406は幅を25μm、長さを20μmとしている。また、第2流路407は幅を25μm、長さを150μmとしている。
As an example, a photosensitive glass substrate having a thickness of 500 μm is used as the
ガラス基板である上側基板401を基板402上に積層することにより、第1液室408、第1流路406、第2液室409および第2流路407の上面が形成される。上側基板401の加圧室405の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。
By stacking the
上側基板401の上面には、厚さ50μmの薄板ガラスからなる振動板403が積層され、その上に、例えば厚さ50μmのチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)セラミックス等からなる圧電素子404が積層され貼付されている。駆動部からの駆動電圧により、圧電素子404とこれに貼付された振動板403が振動し、これにより加圧室405の体積が増減する。
A
第1流路406と第2流路407とは、幅および深さが同じで、長さが第1流路406よりも第2流路407の方が長くなっており、第1流路406では、差圧が大きくなると流路の出入り口およびその周辺で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第2流路407では流路の長さが長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第1流路406に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。すなわち、差圧の大小によって第1流路406と第2流路407との液体の流れ易さの関係が変化する。これを利用して、圧電素子404に対する駆動電圧波形を制御して送液を行っている。
The
例えば、圧電素子404に対する駆動電圧により、加圧室405の内方向へ素早く振動板403を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室405の体積を減少させ、次いで加圧室405から外方向へゆっくり振動板403を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室405の体積を増加させると、流体は加圧室405から第2液室409の方向(図7(a)のB方向)へ送液される。
For example, the
逆に、加圧室405の外方向へ素早く振動板403を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室405の体積を増加させ、次いで加圧室405から内方向へゆっくり振動板403を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室405の体積を減少させると、流体は加圧室405から第1液室408の方向(図7(a)のA方向)へ送液される。
Conversely, the
なお、第1流路406と第2流路407における差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。
Note that the difference in the flow rate resistance change ratio with respect to the change in differential pressure in the
上記のように構成されたマイクロポンプ211によれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。図7(a)(b)には図示されていないが、第1液室408には図1に示す駆動液タンク215につながるポートが設けられており、第1液室408は「リザーバ」の役割を演じ、ポートで駆動液タンク215から駆動液216の供給を受けている。第2液室409は図1に示したマイクロポンプユニット210の流路を形成し、その先に図1に示したチップ接続部213があり、図1に示したマイクロ検査チップ100と繋がる。
According to the
図7(c)において、マイクロポンプ211は、シリコン基板471、圧電素子404、基板474および図示しないフレキシブル配線で構成される。シリコン基板471は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングにより加圧室405、ダイヤフラム403、第1流路406、第1液室408、第2流路407、および第2液室409が形成されている。加圧室405、第1流路406、第1液室408、第2流路407、および第2液室409は、駆動液216で満たされる。
In FIG. 7C, the
基板474には、第1液室408の上部にポート472が、第2液室409の上部にポート473がそれぞれ設けられており、例えばこのマイクロポンプ211をマイクロ検査チップ100と別体とする場合には、ポート473を介してマイクロ検査チップ100のポンプ接続部と連通させることができる。例えば、ポート472、473が穿孔された基板474と、マイクロ検査チップ100のポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、マイクロポンプ211をマイクロ検査チップ100に接続することができる。
The
また、上述したように、マイクロポンプ211は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであるため、1枚のシリコン基板上に複数のマイクロポンプ211を形成することも可能である。この場合、マイクロ検査チップ100と接続するポート473の反対側のポート472には、駆動液タンク215が接続されていることが望ましい。マイクロポンプ211が複数個ある場合、それらのポート472は、共通の駆動液タンク215に接続されていてもよい。
Further, as described above, since the
上述したマイクロポンプ211は、小型で、マイクロポンプ211からマイクロ検査チップ100までの配管等によるデッドボリュームが小さく、圧力変動が少ないうえに瞬時に正確な吐出圧力制御が可能なことから、駆動制御部270での正確な送液制御が可能である。
The above-described
本発明におけるマイクロ検査チップ100の実施の形態では、第1の液体定量部125aおよび第2の液体定量部125bの両端に、撥水バルブ123a、123b、127aおよび127bを設けている。ここで、撥水バルブの一般的な構造と動作について、図8を用いて説明する。図8は、撥水バルブの一般的な構造と動作について説明するための模式図で、図8(a)は液体の送液が撥水バルブで遮断されている状態を、図8(b)は撥水バルブを越えて送液されている状態を示す。
In the embodiment of the
図8(a)において、撥水バルブ501は、細径の送液制御通路511で構成されている。送液制御通路511とは、その断面積S1(送液方向に対して垂直な断面の断面積)が、上流側流路521の断面積S2および下流側流路523の断面積S3よりも小さい細流路である。
In FIG. 8A, the
流路壁531がプラスチック樹脂などの撥水性の材質で形成されている場合には、上流側流路521内に充填された液体541は、弱い送液圧力P1(例えば3kPa程度)で送液制御通路511内に流入し、送液制御通路511と下流側流路523との境界部の流路壁531との表面張力の差によって、下流側流路523へ通過することが規制される。
When the
図8(b)において、下流側流路523へ液体541を流出させる際には、マイクロポンプ(図示せず)によって所定圧力以上の送液圧力P2(例えば10kPa程度)を加え、これによって表面張力に抗して液体541を送液制御通路511から下流側流路523へ押し出す。液体541が下流側流路523へ流出した後は、液体541の先端部を下流側流路523へ押し出すのに要した送液圧力Pを維持せずとも、液体541が下流側流路523へ流れていく。
In FIG. 8B, when the liquid 541 flows out to the
すなわち、上流側流路521から下流側流路523への正方向への送液圧力が、所定圧力P2に達するまでは送液制御通路511から先への液体541の通過が遮断され、所定圧力P2以上の送液圧力が加わることにより、液体541は送液制御通路511を通過する。
That is, the passage of the liquid 541 from the liquid
上述したように、上流側流路521および下流側流路523と送液制御通路511のサイズとは、上流側流路521および下流側流路523への液体541の通過を規制できれば特に限定されないが、一例として、縦横が150μm×300μmの上流側流路521および下流側流路523に対して、縦横が25μm×25μm程度となるように送液制御通路511が形成される。
As described above, the sizes of the
また、液体541が送液制御通路511を通過するのを規制するための送液圧力差(P2−P1)を大きくするために、下流側流路523の送液制御通路511と接する部分の流路壁531の壁面531aは、図8に示したように、送液制御通路511に対して直角に立ち上がっていることが望ましい。
Further, in order to increase the liquid supply pressure difference (P2-P1) for restricting the liquid 541 from passing through the liquid
以上に述べたように、本発明によれば、液体貯留部に貯留された液体を、複数の分岐流路を介して複数の液体定量部に送液し、複数の液体定量部に満充填された液体を下流に送液することで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the liquid stored in the liquid storage unit is supplied to the plurality of liquid quantification units via the plurality of branch channels, and the plurality of liquid quantification units are fully filled. The sample and reagent can be divided and accurately quantified individually for each flow path with a simple operation, and the degree of freedom in the arrangement of the flow path is high. It is possible to provide a micro test chip with little waste, a liquid quantification method of a micro test chip, and a test apparatus.
尚、本発明に係るマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置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。 The detailed configuration and detailed operation of each component constituting the micro test chip, the liquid quantification method of the micro test chip, and the test apparatus according to the present invention can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. is there.
1 検査装置
100 マイクロ検査チップ
101 流路基板
103 天板
111a 第1の流路
111b 第2の流路
113 液体貯留部
113i 液体注入口
113s 封止部材
115 分岐部
117a 第1の高抵抗流路
117b 第2の高抵抗流路
119a 第1の分岐流路
119b 第2の分岐流路
121a 第1の細流路
121b 第2の細流路
123a 撥水バルブ
123b 撥水バルブ
125a 第1の液体定量部
125b 第2の液体定量部
127a 撥水バルブ
127b 撥水バルブ
131a 第1の下流流路
131b 第2の下流流路
141 送液用空気流路
143a 第1の定量用空気流路
143b 第2の定量用空気流路
145 連結流路
151 液体
153 空気
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記液体貯留部に貯留された液体を定量する複数の液体定量部と、
複数の前記液体定量部の各々に連通する複数の下流流路とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部と複数の前記液体定量部の各々とに連通された複数の分岐流路と、
前記液体貯留部に連通され、前記液体貯留部に空気を注入する送液用空気流路と、
複数の前記液体定量部の各々に連通され、複数の前記液体定量部に空気を注入する複数の定量用空気流路とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。 A liquid reservoir for storing liquid;
A plurality of liquid quantification units for quantifying the liquid stored in the liquid storage unit;
In a micro test chip comprising a plurality of downstream flow channels communicating with each of the plurality of liquid quantification units,
A plurality of branch passages communicated with the liquid storage section and each of the plurality of liquid determination sections;
An air flow path for feeding liquid that is communicated with the liquid reservoir and injects air into the liquid reservoir;
A micro-inspection chip comprising a plurality of air flow channels for quantification that communicate with each of the plurality of liquid quantification units and inject air into the plurality of liquid quantification units.
複数の前記液体定量部と複数の前記下流流路とは撥水バルブを介して連通されてい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。 The plurality of liquid quantification units and the plurality of quantification air flow paths are communicated with each other via a water repellent valve.
The micro test chip according to claim 1, wherein the plurality of liquid quantification units and the plurality of downstream flow paths are communicated with each other via a water repellent valve.
前記送液用空気流路から前記液体貯留部に注入される空気によって、前記液体貯留部に貯留された前記液体を複数の前記分岐流路に送液し、複数の前記液体定量部を前記液体によって満充填する送液工程と、
複数の前記定量用空気流路から複数の前記液体定量部に注入される空気によって、複数の前記液体定量部に満充填された前記液体を複数の前記下流流路に送液する定量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定量方法。 In the liquid determination method of the micro test chip using the micro test chip according to any one of claims 1 to 3,
The liquid stored in the liquid storage part is supplied to the plurality of branch flow paths by the air injected from the liquid supply air flow path into the liquid storage part, and the plurality of liquid quantification parts are transferred to the liquid. A liquid feeding process that is fully filled with
A quantification step of sending the liquid fully filled in the plurality of liquid quantification units to the plurality of downstream channels by air injected from the plurality of quantification air channels into the plurality of liquid quantification units; A liquid quantification method for a micro inspection chip, comprising:
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