JP2009139120A - Microtest chip, liquid quantitation method of microtest chip and test device - Google Patents

Microtest chip, liquid quantitation method of microtest chip and test device Download PDF

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楠 東野
Yasuhiro Santo
康博 山東
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彰久 中島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microtest chip having a high degree of freedom in disposing flow channels and wasting less specimens and reagents for accurately quantitating and dividing specimens and reagents individually for respective flow channels with a simple operation, and a liquid quantitation method of the microtest chip and a test device. <P>SOLUTION: The microtest chip having a high degree of freedom in disposing the flow channels and wasting less specimens and reagents for accurately quantitating and dividing specimens and reagents individually for respective flow channels with a simple operation by delivering a liquid stored in a liquid storing part to a plurality of liquid quantitation parts via a plurality of branched flow channels and delivering downstream the liquid filling a plurality of the liquid quantitation parts, the liquid quantitation method of the microtest chip and the test device is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

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 Patent Document 2, the liquid introduced into the first flow path is drawn into the third flow path connecting the first flow path and the second flow path by capillarity, After removing the liquid in the flow path, the liquid in the third flow path is sent to the second flow path, thereby forming a liquid droplet having a volume corresponding to the volume of the third flow path. A method is disclosed.

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。
特開2004−28589号公報 特開2002−357616号公報 特表2000−514928号公報
Patent Document 3 discloses a method of quantifying the amount of liquid by the volume of a flow path by using a centrifugal force generated by rotating the chip to move the liquid in the chip.
JP 2004-28589 A JP 2002-357616 A JP 2000-514928 gazette

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 Patent Document 2, three flow paths are necessary only for quantifying the liquid, and the structure of the micro test chip becomes complicated. Further, when switching between the step of removing the liquid in the first flow path and the step of feeding the liquid in the third flow path to the second flow path, the force of the liquid feed pump is switched, It is necessary to devise measures such as sealing the end of the flow path in the middle of the liquid feeding process, which complicates the operation of the micro inspection chip. Furthermore, it is necessary to remove all the liquid remaining in the first flow path after the liquid is stored in the third flow path, and there is a lot of waste of specimens and reagents.

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 Patent Document 3 has a problem in that it cannot be individually quantified for each flow path because liquid feeding by centrifugal force is simultaneously performed in all flow paths. Furthermore, since it is necessary to arrange the flow path in the direction from the center of rotation to the outside, there is a problem that the degree of freedom of arrangement of the flow path is small.

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 micro inspection chip 100, a micro pump unit 210, a heating / cooling unit 230, a detection unit 250, a drive control unit 270, and the like.

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 micro inspection chip 100 is equivalent to what is generally called an analysis chip, a microreactor chip, and the like. For example, the micro inspection chip 100 is made of resin, glass, silicon, ceramics, and the like. Is formed with a fine flow path having a level of several μm to several hundred μm. The size and shape of the micro inspection chip 100 is usually a plate shape having a length and width of several tens of mm and a thickness of several mm.

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 micro test chip 100 is formed of a water-repellent resin material such as polypropylene, for example, and has a channel substrate 101 on the surface of which a groove-shaped channel for flowing a liquid such as a reagent or a specimen is formed. Suppose that it is composed of a top plate 103 that is bonded to the surface of the flow path substrate 101 on which the flow path is formed and functions as a groove-shaped flow path cover of the flow path substrate 101. Further, the top plate 103 is provided with a connection port between the micro pump unit 210 and the micro test chip 100.

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 micro pump unit 210 is a pump unit for performing liquid feeding in the micro test chip 100, and includes a micro pump 211, a chip connection unit 213, a driving liquid tank 215, a driving liquid supply unit 217, and the like. The micropump unit 210 includes one or a plurality of micropumps 211. The micropump 211 feeds the liquid in the micro test chip 100 by injecting or sucking the driving liquid 216 into the micro test chip 100. The micro pump will be described in detail with reference to FIG. The chip connection unit 213 connects the micropump 211 and the micro inspection chip 100.

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 liquid supply unit 217 supplies the driving liquid 216 from the driving liquid tank 215 to the micropump 211. The driving liquid tank 215 can be removed and replaced from the driving liquid supply unit 217 to replenish the driving liquid 216. One or a plurality of pumps are formed on the micropump 211, and the plurality of pumps can be driven independently or in conjunction with each other.

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 micro test chip 100 and the micro pump 211 are connected and communicated with each other by a chip connection unit 213, and the micro pump 211 is driven to be injected or sucked from the micro pump 211 to the micro test chip 100 via the chip connection unit 213. With the liquid 216, various reagents and specimens stored in a plurality of storage units in the micro test chip 100 are sent in the micro test chip 100.

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 / cooling unit 230 includes a cooling unit 231, a heating unit 233, and the like, and heats and cools a specimen, a reagent, a mixed solution thereof, and the like in order to promote and suppress a reaction in the micro test chip 100. The cooling unit 231 includes a Peltier element or the like. The heating unit 233 includes a heater or the like. Of course, the heating unit 233 may also be formed of a Peltier element.

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 detection unit 250 includes a light source 251 such as a light emitting diode (LED) or a laser, a light receiving element 253 such as a photodiode (PD), and the like, and a target substance contained in a generated liquid obtained by a reaction in the micro inspection chip 100. Is detected optically at the position of the detection region 255 on the micro inspection chip 100.

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 drive control unit 270 includes a microcomputer, a memory, and the like (not shown), and drives, controls, and detects each unit in the inspection apparatus 1.

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 micro inspection chip 100 according to the present invention.

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 flow path substrate 101 of the micro test chip 100, there are a liquid supply air flow path 141, a liquid reservoir 113, a liquid inlet 113i, a first flow path 111a, and a second flow path 111b. Is formed. Here, an example is shown in which the liquid stored in the liquid storage unit 113 is divided into the first flow path 111a and the second flow path 111b and quantified. Splitting is also effective.

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 air flow path 141 and the liquid storage portion 113 are communicated with each other via a connection flow path 145. As will be described later with reference to FIG. 3, the liquid 151 is injected into the liquid reservoir 113 from the liquid inlet 113 i. The liquid inlet 113i is sealed with a sealing member 113s such as an adhesive tape as necessary.

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 first channel 111a includes a first branch channel 119a, a first liquid metering unit 125a, a first downstream channel 131a, a first metering air channel 143a, and the like. The first branch channel 119a has a first high-resistance channel 117a in which, for example, the channel resistance is set high by narrowing the channel cross-sectional area. The first liquid quantitative unit 125a and the first quantitative air flow path 143a are communicated with each other by a water repellent valve 123a.

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 liquid quantification unit 125a and the first downstream flow path 131a are communicated with each other by a water repellent valve 127a. The first branch channel 119a and the first liquid metering unit 125a communicate with each other at the position of the water repellent valve 123a via the first narrow channel 121a. The water repellent valve will be described in detail with reference to FIG.

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 second channel 111b is the same, and “first” in the configuration of the first channel 111a described above may be read as “second” and the suffix “a” may be read as “b”. The first branch flow path 119a and the second branch flow path 119b communicate with the liquid storage section 113 at the branch section 115.

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 liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification unit 125b have different volumes by changing the channel length. However, of course, the same volume may be used if it is determined to be the same volume. Moreover, the liquid storage part 113 needs to have a volume more than the sum of the volume of the 1st liquid fixed_quantity | quantitative_assay part 125a and the volume of the 2nd liquid fixed_quantity | quantitative_assay part 125b at least.

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 air flow channel 141, the first quantitative air flow channel 143a, and the second quantitative air flow channel 143b, communication ports P1 and P2 with the micropump 211 shown in FIG. And P3 are provided. When the micro test chip 100 is inserted into the test apparatus 1, the communication ports P 1, P 2 and P 3 are communicated with the micro pump 211, and the driving liquid 216 is injected from the micro pump 211. Each flow path is filled with air 153 before the liquid is injected into the liquid reservoir 113.

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 liquid reservoir 113i from the liquid injection port 113i using a pipette or the like (injection process). After the liquid injection is completed, the liquid injection port 113i is sealed with the sealing member 113s in step S111 (sealing process). The steps so far are steps performed by the micro inspection chip 100 alone.

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 micro test chip 100 is inserted into the test apparatus 1, and the communication ports P1, P2, and P3 are communicated with the micro pump 211. In step S131, the driving liquid 216 is injected from the micro pump 211 into the liquid supply air flow path 141 through the communication port P1. The liquid 151 stored in the liquid storage section 113 is pushed out to the branch section 115 side by the pressure P1A of the air 153 in the liquid supply air flow path 141 pressed by the driving liquid 216.

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 water repellent valves 123a, 123b, 127a, and 127b by the pressure P1A of the air 153 pushed by the driving liquid 216.

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 unit 115 side is divided into the first liquid quantifying unit 125a and the second liquid quantifying unit 125b via the first branch channel 119a and the second branch channel 119b. Liquid is fed (liquid feeding process).

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 air 153 is fed to the middle of the first liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification unit 125b via the first branch channel 119a and the second branch channel 119b. Yes.

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 air 153 is fully filled in the first liquid quantitative unit 125a and the second liquid quantitative unit 125b. Since the liquid 151 cannot pass through the water repellent valves 123a, 123b, 127a, and 127b, when the liquid 151 is fully filled in the first liquid metering unit 125a and the second liquid metering unit 125b, the liquid feed is in that state. Stopped. In a state where the liquid 151 is fully filled, the injection of the driving liquid 216 from the micropump 211 is stopped.

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 liquid 216 is injected from the micro pump 211 into the first quantitative air channel 143a and the second quantitative air channel 143b through the communication ports P2 and P3. The The injection pressures P2L and P3L of the driving liquid 216 at this time are set to pressures at which the liquid 151 can pass through the water repellent valves 127a and 127b by the pressures P2A and P3A of the air 153 pushed by the driving liquid 216.

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 liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification are determined by the pressures P2A and P3A of the air 153 in the first quantification air channel 143a and the second quantification air channel 143b pushed by the driving liquid 216. The liquid 151 fully filled in the portion 125b is sent to the first downstream channel 131a and the second downstream channel 131b via the water repellent valves 127a and 127b (quantitative process).

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 branch flow path 119a and the second branch flow path 119b is stored by the air 153 in the first quantitative air flow path 143a and the second quantitative air flow path 143b. Since it is pushed back slightly to the part 113 side, it does not flow out into the first liquid quantifying part 125a and the second liquid quantifying part 125b.

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 downstream channel 131a and the second downstream channel 131b is equal to the volume of the first liquid metering unit 125a and the second liquid metering unit 125b, and is accurate. The liquid is quantified and sent.

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 quantitative unit 125a and the second liquid quantitative unit 125b is pushed into the air 153 in the first quantitative air channel 143a and the second quantitative air channel 143b. Then, the liquid is fed to the first downstream channel 131a and the second downstream channel 131b via the water repellent valves 127a and 127b.

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 micropump 211 described in detail in FIG. 7 is used. The advantages will be described.

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 liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification unit 125b are in communication with each other via the first branch channel 119a and the second branch channel 119b. The liquid 151 is divided and sent. In such a case, due to variations in the damper component of the air 153 in the first quantitative air flow path 143a and in the second quantitative air flow path 143b, the first quantitative air flow path 143a An imbalance occurs in time series between the air pressure P2A and the air pressure P3A in the second quantitative air flow path 143b.

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 branch flow path 119a and the second branch flow path 119b, together with the liquid 151 in the first liquid determination unit 125a and the second liquid determination unit 125b, A phenomenon that the liquid flows out to the first downstream flow path 131a and the second downstream flow path 131b occurs, which causes the quantitative property of the liquid 151 to deteriorate.

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 micropump 211 described in detail with reference to FIG. The liquid was fed by the pressure of the air 153 sandwiched between them.

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 air 153 to which the pressures P2A and P3A for feeding the liquid are applied is set to a constant fine amount of about the volume of the first quantitative air flow path 143a and the second quantitative air flow path 143b. Can be kept to a small amount. As a result, variation in the damper component of the air 153 in the first quantitative air flow path 143a and in the second quantitative air flow path 143b can be suppressed to be small, and accurate quantitative determination can be performed. .

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 first branch channel 119a and the second branch channel 119b is set to have a high channel resistance by, for example, reducing the channel cross-sectional area. The channel 117a and the second high resistance channel 117b were used. As a result, even if some variation remains in the damper component of the air in the first quantitative air flow path 143a and the second quantitative air flow path 143b, the pressure between the air pressures P2A and P3A Time series imbalances can be mitigated from being transmitted via the first branch channel 119a and the second branch channel 119b.

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 branch flow path 119a and the second branch flow path 119b, together with the liquid 151 in the first liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification unit 125b, The phenomenon of flowing out into the downstream flow channel 131a and the second downstream flow channel 131b can be alleviated, and accurate quantification can be performed.

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-resistance channel 117a and the second high-resistance channel 117b are sufficiently higher than the channel resistance values of the first downstream channel 131a and the second downstream channel 131b. It is desirable to be high. For example, when it is necessary to make the variation of the liquid 151 within about 10%, the first high resistance channel 117a and the second high resistance channel 117b, the first downstream channel 131a, The ratio of the channel resistance value to the second downstream channel 131b is desirably 10: 1 or more.

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 liquid storage unit 113 is changed into the first branch flow path 119a and the second flow path by the pressure of the air 153 in the liquid supply air flow path 141. The liquid is fed through the branch flow path 119b, and the first liquid quantification unit 125a and the second liquid quantification unit 125b are fully filled. Next, the liquid 151 fully filled in the first liquid quantitative unit 125a and the second liquid quantitative unit 125b is used as the air 153 in the first quantitative air channel 143a and the second quantitative air channel 143b. Liquid is fed to the first downstream channel 131a and the second downstream channel 131b.

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 micropump 211 used in the above-described embodiment will be described with reference to FIG. As the micro pump 211, various types such as a check valve type pump provided with a check valve in an inflow / outflow hole of a valve chamber provided with an actuator can be used, but a piezoelectric pump using a piezoelectric element as a drive source is used. Is preferred. 7 is a schematic diagram showing an example of the configuration of the micropump 211. FIG. 7A is a cross-sectional view showing an example of a piezo pump, FIG. 7B is a top view thereof, and FIG. 7C. FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a piezo pump.

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 micropump 211 includes a substrate 402 on which a first liquid chamber 408, a first channel 406, a pressurizing chamber 405, a second channel 407, and a second liquid chamber 409 are formed. The upper substrate 401 stacked on the substrate 402, the vibration plate 403 stacked on the upper substrate 401, the piezoelectric element 404 stacked on the side of the vibration plate 403 facing the pressurizing chamber 405, and the driving of the piezoelectric element 404 A drive unit (not shown) is provided.

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 piezoelectric element 404 are connected by wiring using a flexible cable or the like, and a drive voltage is applied to the piezoelectric element 404 by the drive circuit of the drive unit through the wiring. . The first liquid chamber 408, the first flow path 406, the pressurizing chamber 405, the second flow path 407, and the second liquid chamber 409 are filled with the driving liquid 216.

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 substrate 402, and etching is performed until the depth reaches 100 μm, whereby the first liquid chamber 408, the first flow path 406, the pressurizing chamber 405, the second A flow path 407 and a second liquid chamber 409 are formed. The first channel 406 has a width of 25 μm and a length of 20 μm. The second channel 407 has a width of 25 μm and a length of 150 μm.

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 upper substrate 401, which is a glass substrate, on the substrate 402, the upper surfaces of the first liquid chamber 408, the first flow path 406, the second liquid chamber 409, and the second flow path 407 are formed. A portion of the upper substrate 401 that corresponds to the upper surface of the pressurizing chamber 405 is processed by etching or the like to penetrate therethrough.

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 vibration plate 403 made of thin glass having a thickness of 50 μm is laminated on the upper surface of the upper substrate 401, and a piezoelectric element 404 made of, for example, lead zirconate titanate (PZT) ceramic having a thickness of 50 μm is laminated thereon. It is affixed. Due to the drive voltage from the drive unit, the piezoelectric element 404 and the vibration plate 403 attached thereto are vibrated, whereby the volume of the pressurizing chamber 405 is increased or decreased.

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 first flow path 406 and the second flow path 407 have the same width and depth, and the length of the second flow path 407 is longer than that of the first flow path 406. Then, when the differential pressure increases, turbulent flow is generated at and around the entrance / exit of the flow path, and the flow path resistance increases. On the other hand, since the length of the flow path in the second flow path 407 is long, it tends to become a laminar flow even if the differential pressure increases, and the rate of change in flow path resistance with respect to the change in differential pressure is smaller than that in the first flow path 406. Become. That is, the relationship of the ease of liquid flow between the first channel 406 and the second channel 407 changes depending on the magnitude of the differential pressure. Utilizing this, the drive voltage waveform for the piezoelectric element 404 is controlled to perform liquid feeding.

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 vibration plate 403 is quickly displaced inward of the pressurizing chamber 405 by the driving voltage for the piezoelectric element 404 to reduce the volume of the pressurizing chamber 405 while applying a large differential pressure, and then is removed from the pressurizing chamber 405. If the volume of the pressurizing chamber 405 is increased while slowly displacing the vibration plate 403 in the direction and applying a small differential pressure, the fluid moves from the pressurizing chamber 405 to the second liquid chamber 409 (B in FIG. 7A). Direction).

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 diaphragm 403 is quickly displaced outward from the pressurizing chamber 405 to increase the volume of the pressurizing chamber 405 while applying a large differential pressure, and then the diaphragm 403 is slowly moved inward from the pressurizing chamber 405. When the volume of the pressurizing chamber 405 is decreased while being displaced and a small differential pressure is applied, the fluid is fed from the pressurizing chamber 405 toward the first liquid chamber 408 (A direction in FIG. 7A). .

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 first flow path 406 and the second flow path 407 is not necessarily due to the difference in the length of the flow path, but is based on other geometric differences. It may be a thing.

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 micropump 211 configured as described above, the liquid feeding direction and the liquid feeding speed of a desired fluid can be controlled by changing the driving voltage and frequency of the pump. Although not shown in FIGS. 7A and 7B, the first liquid chamber 408 is provided with a port connected to the driving liquid tank 215 shown in FIG. It plays the role and receives the driving liquid 216 from the driving liquid tank 215 at the port. The second liquid chamber 409 forms a flow path of the micropump unit 210 shown in FIG. 1, and has a chip connection part 213 shown in FIG. 1 at the tip thereof, and is connected to the micro test chip 100 shown in FIG.

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 micropump 211 includes a silicon substrate 471, a piezoelectric element 404, a substrate 474, and a flexible wiring (not shown). The silicon substrate 471 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique, and by etching, a pressurizing chamber 405, a diaphragm 403, a first channel 406, a first liquid chamber 408, a second channel 407, A second liquid chamber 409 is formed. The pressurizing chamber 405, the first channel 406, the first liquid chamber 408, the second channel 407, and the second liquid chamber 409 are filled with the driving liquid 216.

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 substrate 474 is provided with a port 472 above the first liquid chamber 408 and a port 473 above the second liquid chamber 409. For example, when the micropump 211 is separate from the micro test chip 100 Can communicate with the pump connection of the micro test chip 100 via the port 473. For example, the micro pump 211 can be connected to the micro test chip 100 by superimposing the substrate 474 in which the ports 472 and 473 are perforated and the vicinity of the pump connection part of the micro test chip 100 on each other.

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 micropump 211 is obtained by processing a silicon wafer into a predetermined shape by photolithography technology, a plurality of micropumps 211 can be formed on one silicon substrate. . In this case, it is desirable that the driving liquid tank 215 is connected to the port 472 opposite to the port 473 connected to the micro test chip 100. When there are a plurality of micropumps 211, their ports 472 may be connected to a common drive fluid tank 215.

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 micropump 211 is small in size, has a small dead volume due to piping from the micropump 211 to the micro inspection chip 100, etc., has a small pressure fluctuation, and can instantaneously and accurately control discharge pressure. Accurate liquid feed control at 270 is possible.

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 micro test chip 100 according to the present invention, water repellent valves 123a, 123b, 127a, and 127b are provided at both ends of the first liquid quantifying unit 125a and the second liquid quantifying unit 125b. Here, the general structure and operation of the water repellent valve will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a general structure and operation of a water repellent valve. FIG. 8A shows a state where liquid feeding is blocked by the water repellent valve. FIG. Indicates a state in which liquid is fed beyond the water repellent valve.

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 water repellent valve 501 is configured by a small-diameter liquid feed control passage 511. The liquid feed control passage 511 has a cross sectional area S1 (a cross sectional area of a cross section perpendicular to the liquid feeding direction) smaller than a cross sectional area S2 of the upstream flow path 521 and a cross sectional area S3 of the downstream flow path 523. It is a narrow channel.

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 flow path wall 531 is formed of a water-repellent material such as a plastic resin, the liquid 541 filled in the upstream flow path 521 is controlled by a weak liquid supply pressure P1 (for example, about 3 kPa). The flow into the channel 511 and the passage to the downstream channel 523 are restricted by the difference in surface tension between the channel wall 531 at the boundary between the liquid feeding control channel 511 and the downstream channel 523.

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 downstream channel 523, a liquid feed pressure P2 (for example, about 10 kPa) higher than a predetermined pressure is applied by a micropump (not shown), and thereby the surface tension is increased. Against this, the liquid 541 is pushed out from the liquid feeding control passage 511 to the downstream flow passage 523. After the liquid 541 flows out to the downstream channel 523, the liquid 541 moves to the downstream channel 523 without maintaining the liquid feeding pressure P required to push the tip of the liquid 541 to the downstream channel 523. It will flow.

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 supply control passage 511 to the previous passage is blocked until the liquid supply pressure in the positive direction from the upstream flow path 521 to the downstream flow path 523 reaches the predetermined pressure P2. The liquid 541 passes through the liquid supply control passage 511 by applying a liquid supply pressure equal to or higher than P2.

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 upstream flow path 521, the downstream flow path 523, and the liquid supply control passage 511 are not particularly limited as long as the passage of the liquid 541 to the upstream flow path 521 and the downstream flow path 523 can be regulated. However, as an example, the liquid supply control passage 511 is formed so that the vertical and horizontal dimensions are about 25 μm × 25 μm with respect to the upstream flow path 521 and the downstream flow path 523 whose vertical and horizontal dimensions are 150 μm × 300 μm.

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 supply control path 511, the flow in the portion of the downstream channel 523 in contact with the liquid supply control path 511 is increased. As shown in FIG. 8, the wall surface 531 a of the road wall 531 desirably rises at a right angle with respect to the liquid feeding control passage 511.

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.

本発明における検査装置の1例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the test | inspection apparatus in this invention. 本発明におけるマイクロ検査チップの実施の形態の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of embodiment of the micro test | inspection chip in this invention. 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る。It is a flowchart which shows the liquid fixed_quantity | assay method in embodiment. 実施の形態における送液工程の途中での状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in the middle of the liquid feeding process in embodiment. 実施の形態における送液工程終了時点での状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in the end of the liquid feeding process in embodiment. 実施の形態における定量工程の途中での状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in the middle of the fixed_quantity | assay process in embodiment. マイクロポンプの構成の1例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one example of a structure of a micropump. 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ある。It is a schematic diagram for demonstrating the general structure and operation | movement of a water repellent valve.

符号の説明Explanation of symbols

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 Inspection apparatus 100 Micro test | inspection chip 101 Flow path board | substrate 103 Top plate 111a 1st flow path 111b 2nd flow path 113 Liquid storage part 113i Liquid injection port 113s Sealing member 115 Branch part 117a 1st high resistance flow path 117b Second high resistance flow path 119a First branch flow path 119b Second branch flow path 121a First narrow flow path 121b Second narrow flow path 123a Water repellent valve 123b Water repellent valve 125a First liquid metering section 125b First 2 liquid quantification unit 127a water repellent valve 127b water repellent valve 131a first downstream flow path 131b second downstream flow path 141 liquid feeding air flow path 143a first quantitative air flow path 143b second quantitative air Flow path 145 Connection flow path 151 Liquid 153 Air 210 Micro pump unit 211 Micro pump 213 Chip Connection portion 215 driving liquid tank 216 driving liquid 217 driving liquid supply section 230 of the heating and cooling units 231 cool section 233 heating unit 250 detecting unit 251 light source 253 light receiving element 255 detect regions 270 drive controller

Claims (6)

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。
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.
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請求項1または2に記載のマイクロ検査チップ。 The micro test chip according to claim 1, wherein the plurality of branch channels include a high resistance channel having a high channel resistance value at least in a part thereof. 請求項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 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:
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請求項4に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法。 The injection of air from the liquid feeding air channel and the quantitative air channel is performed by a driving liquid injected into the micro test chip from the outside of the micro test chip. The liquid quantification method of the micro test | inspection chip of description. 請求項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。 An inspection apparatus for quantifying a liquid using the liquid quantification method for a micro inspection chip according to claim 4 or 5.
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