JP2010025854A - マイクロ検査チップ - Google Patents

Abstract

【課題】液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供すること。
【解決手段】液体を貯留する貯留部を備え、貯留部の壁面に、親水性を有する四角柱状や円柱状の突起あるいは薄板状の突起等の凹凸構造を形成して、表面張力により凹凸構造の間に第１の液体を貯留することで、液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロ検査チップに関し、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に関する。

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）。

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。

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等の複数の液体をマイクロ検査チップ内に分けて貯留する必要がある。そして、分けて貯留された複数の液体を必要に応じて正確に送液して混合することにより、反応を起こさせ、検出を行う。検体や試薬等の複数の液体を精度良く送液して混合できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。そして、複数の液体を混合するためには、複数の液体間の空気や不活性ガス等の気体を除去する必要がある。

複数の液体を分けて貯留する方法として、特許文献２には、液体を試薬袋に入れてチップ内に保管し、必要時にピンで試薬袋を開口し、液体を流出させて使用する方法が開示されている。

また、複数の液体間の気体を除去する方法として従来からよく用いられているものとして、Ｙ字流路で合流のタイミングを合わせて気体を除去する方法がある。この場合、複数の液体の貯留部を並列に配置する必要があり、マイクロ検査チップが大きくなる方向である。また、送液用のポンプが沢山必要になる。さらに、Ｙ字流路での混合の場合、合流後の流路内での送液は層流が主であるために、混合のための流路が長く必要であり、これもマイクロ検査チップが大きくなる方向である。

これに対し、複数の液体の貯留部を直列に配置した場合、送液用のポンプは１つで済むが、液体間の気体を除去することが難しい。

そこで、特許文献３の図４には、２つの導管の間に細管を複数設け、細管の流路抵抗差により液体の侵入を防止することで、細管を通して複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合する方法が開示されている。この方法によれば、複数の液体の塊に間の気体を除去して混合することが可能である。
特開２００４−２８５８９号公報 特表平４−５０１７６８号公報 特開２０００−２７８１３号公報

しかしながら、特許文献２で提案された方法では、微量の液体を試薬袋中に保管することは難しく、必要以上の液体が必要となり、検査チップの大型化やコストアップを招く。また、検体が微量しか得られず試薬袋への保管量に満たなければ、検査そのものが行えないことになる。さらに、複数の液体を別々の試薬袋に保管することで、検査チップの大型化を招く。

また、特許文献３で提案された方法では、混合した液体をさらに下流に送液するためには、構成上、送液方向を切り替えるためのバルブが必須であり、マイクロ検査チップの構成が複雑となり、高価なものとなる。また送液制御も複雑となり、検査システム自体の複雑化、高価格化を招く要因となる。

さらに、別の課題として、例えば酵素のような濡れ性のよい液体を貯留する場合、濡れ性がよいために、送液時に貯留部や流路に液体が残留し、定量性が保たれなくなるという課題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、流路の構成の工夫のみで、液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することを目的としている。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．液体を貯留する貯留部を備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記貯留部は、親水性を有する凹凸構造が壁面に形成され、
表面張力により前記凹凸構造の間に第１の液体を貯留することを特徴とするマイクロ検査チップ。

２．前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であることを特徴とする前記１に記載のマイクロ検査チップ。

３．前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする前記２に記載のマイクロ検査チップ。

４．前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の薄板状の突起であることを特徴とする前記１に記載のマイクロ検査チップ。

５．前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする前記１乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。

６．前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
前記流路基板に貼り合わされることで前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え、
前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする前記１乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。

７．前記貯留部の上流側に連通し、前記貯留部に、間を気体で区切られた少なくとも１つの第２の液体を送液する上流流路を備え、
前記貯留部は、前記第１の液体と、前記第２の液体とを混合して混合液を得、前記混合液の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする前記１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。

本発明によれば、液体を貯留する貯留部を備え、前記貯留部の壁面に親水性を有する凹凸構造を形成して、表面張力により凹凸構造の間に第１の液体を貯留することで、液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。

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。

まず、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。

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。

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。

ここでは、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留する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との連通口等が設けられる。

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。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。

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。

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る。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検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。あるいは駆動液２１６に押された空気等の気体によって、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検体や試薬等の液体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。

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はペルチエ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もペルチエ素子で構成してもよい。

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。ここでは、光源２５１と受光素子２５３とがマイクロ検査チップ１００を挟んで対向する透過光型の検出部を例示しているが、これに限るものではなく、光源２５１と受光素子２５３とが並置された反射光型であってもよい。

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。

ここでは、マイクロ検査チップ１００内の送液用のポンプとして、駆動液２１６を注入あるいは吸引するマイクロポンプ２１１を用いる例を示したが、必要に応じて、空気等の気体を注入あるいは吸引する空気ポンプ等の他の方式のポンプに置き換えてもよい。

次に、本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を、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の全体構成の１例を示す模式図である。上述したように、マイクロ検査チップ１００は、検体や試薬等の液体を送液あるいは貯留する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。

図２（ａ）は、マイクロ検査チップ１００の流路９００の構成の１例を示す模式図で、流路９００を天板１０３の側、即ち図２（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。流路９００は、試薬収容部９０１、検体収容部９０３、混合反応部９０５、ポンプ連通口９０７、排気口９０９および上述した各部を接続する微細流路等で構成される。

試薬収容部９０１には、試薬注入口９０１ａが設けられ、試薬注入後、試薬注入口９０１ａは封止部材９０１ｂで封止される。同様に、検体収容部９０３には、検体注入口９０３ａが設けられ、検体注入後、検体注入口９０３ａは封止部材９０３ｂで封止される。

試薬収容部９０１に収容された試薬および検体収容部９０３に収容された検体は、図示しないマイクロポンプによってポンプ連通口９０７から注入される駆動液に押されて、順次混合反応部９０５に送液されて混合される。試薬と検体とが混合された混合液は反応し、反応によって得られる標的物質が混合反応部９０５で検出される。ここに、混合反応部９０５は、本発明における貯留部および反応検出部として機能する。

図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。流路基板１０１には、幅が狭く深さの浅い微細流路と、幅が広く深さが深い試薬収容部９０１、検体収容部９０３および混合反応部９０５等の各流路とを形成する溝が形成され、天板１０３で蓋がされて各流路が形成されている。天板１０３にはポンプ連通口９０７が設けられ、チップ接続部２１３を介して図示しないマイクロポンプと接続される。

同様に、天板１０３には排気口９０９が設けられ、試薬および検体の送液時に、流路内の空気が排気口９０９から外部に排気される。さらに、天板１０３を介して混合反応部９０５に対向した位置に、検出部２５０が設けられる。図１では、検出部２５０は透過光型の例を示したが、ここでは、光源２５１と受光素子２５３とが天板１０３側に並置された反射光型を例示してある。

また、天板１０３には試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａが設けられており、試薬および検体注入後は、試薬注入口９０１ａおよび検体注入口９０３ａは封止部材９０１ｂおよび封止部材９０３ｂで封止される。

本発明は、主として、上述した混合反応部９０５等の検体や試薬等の液体を貯留し、他の検体や試薬等の液体と混合、反応させ、あるいは反応結果を検出するための流路である貯留部に用いられる。

（第１の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第１の実施の形態について、図３を用いて説明する。図３は、マイクロ検査チップ１００の第１の実施の形態の構成を示す模式図で、図３（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。また、図３（ｃ）は貯留部１１１の他の構成を示す図３（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。ここでは、貯留部１１１は図２の混合反応部９０５である。

図３（ａ）および（ｂ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａには、四角柱状の突起１１２ｒが全面に配列されている。ここに、四角柱状の突起１１２ｒは、本発明における凹凸構造として機能する。

図３（ｃ）においては、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａには、上述した四角柱状の突起１１２ｒに代えて、円柱状の突起１１２ｃが全面に配列されている。ここに、円柱状の突起１１２ｃも、本発明における凹凸構造として機能する。なお、図３（ｃ）のＣ−Ｃ’断面は図３（ｂ）と同じである。

上述した四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃ（以下、区別せずに、突起１１２と呼ぶ）自体、および突起１１２の根本の貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａは、親水性を有しており、図４（ａ）で後述するように、液体を突起１１２の配列内に保持する。

突起１１２の断面積、長さ、突起間の間隔等は、突起１１２の配列の隙間が、突起１１２の配列内に保持される液体の体積よりも大きい容積を持つこと、および、突起１１２の配列内に保持された液体が、その表面張力により突起１１２の配列内に留まり、配列外に流出しないような微細な寸法に設定される。詳細は後述する。表面張力の効果をより大きくするために、突起１１２の先端は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。

親水性を持たせるには、例えば流路基板１０１を親水性の材料で形成してもよいし、流路基板１０１に撥水性の材料を用いる必要がある場合には、突起１１２自体、および突起１１２の根本の貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａにＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）を塗布する、プラズマ処理を施す、あるいは親水性の表面処理剤で処理する等の親水処理を行えばよい。

突起１１２を、貯留部１１１の天板１０３側の壁面に配列することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、突起１１２の親水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体を突起１１２の配列の間に保持できず、漏れ出すことも考えられる。流路基板１０１側に配列すれば、成型によって突起１１２の配列を形成できるので、安定した親水性が得られる。

続いて、第１の実施の形態における複数の液体の混合方法について、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施の形態における複数の液体の混合方法を説明する模式図である。ここでは、図２の検体と試薬を混合して下流へと送液する例について説明するが、３液以上であっても動作は同じである。

図４（ａ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通しており、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１０１ａには、突起１１２が全面に配列されている。そして、貯留部１１１の内部には予め第１の液体１５１が注入されており、表面張力により、第１の液体１５１（例えば試薬）が突起１１２の配列内に保持されている。第１の液体１５１の注入方法は、貯留部１１１に注入口を設けて外部から注入してもよいし、上流流路１１３から貯留部１１１に送液してもよい。

本構成であれば、第１の液体１５１は、後述するように、第２の液体１５５と混合されるまで貯留部１１１から下流に送液されることがないので、例えば酵素のような濡れ性がよい液体であっても、送液残りが発生して定量性が保たれなくなる心配がない。

ここで、図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて、第２の液体１５５（例えば検体）が、上流流路１１３から貯留部１１１に送液される。貯留部１１１と第２の液体１５５との間には、流路に存在した空気や不活性ガス等の気体１５３が存在するが、気体１５３は突起１１２の配列以外の貯留部１１１内の空間を通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出する。

図４（ｂ）において、第２の液体１５５が貯留部１１１に流入し始めると、第２の液体１５５は、突起１１２の配列内に保持されている第１の液体１５１と混合されて第１の混合液１５６が形成され始める。

図４（ｃ）において、第２の液体１５５と突起１１２の配列内に保持されている第１の液体１５１とは混合されて第１の混合液１５６となる。ここまでが本発明における混合工程である。第１の混合液１５６は、気体１５３を介して図示しないマイクロポンプから注入される駆動液２１６に押されて下流流路１１５へと送液される。ここまでが本発明における下流送液工程である。

なお、第１の実施の形態では、突起１１２を四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃとしたが、これに限るものではなく、例えば三角柱や六角柱等の多角形の断面を持つ柱状の突起であってもよい。

上述したように、本第１の実施の形態によれば、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａに、親水性を有する四角柱状または円柱状の突起を配列することで、第１の液体１５１を貯留部１１１内に予め保持できるので、送液による液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの第２の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、マイクロ検査チップ１００の第２の実施の形態の構成を示す模式図で、図５（ａ）は流路基板１０１の表面に形成された貯留部１１１の構成を示す図５（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’断面図である。ここに、矢印Ｂ方向は、図２（ｂ）の矢印Ｂ方向と同じである。ここでも、貯留部１１１は図２の混合反応部９０５である。

図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通している。そして、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａと側面平面部１１１ｂとに跨って、複数の薄板状の突起１１２ｓが部分的に配列されている。ここに、薄板状の突起１１２ｓは、本発明における凹凸構造として機能する。

薄板状の突起１１２ｓ自体、および、薄板状の突起１１２ｓの根本の貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａと側面平面部１１１ｂとは、親水性を有しており、図６（ａ）および（ｂ）で後述するように、液体を薄板状の突起１１２ｓの配列内に保持する。

薄板状の突起１１２ｓの面積、高さ、突起間の間隔等は、薄板状の突起１１２ｓの配列の隙間が、薄板状の突起１１２ｓの配列内に保持される液体の体積よりも大きい容積を持つこと、および、薄板状の突起１１２ｓの配列内に保持された液体が、その表面張力により薄板状の突起１１２ｓの配列内に留まり、配列外に流出しないような微細な寸法に設定される。詳細は後述する。表面張力の効果をより大きくするために、薄板状の突起１１２ｓの端部は、角が丸みを帯びておらず、所謂シャープエッジとなっていることが望ましい。

親水性を持たせるには、例えば流路基板１０１を親水性の材料で形成してもよいし、流路基板１０１に撥水性の材料を用いる必要がある場合には、薄板状の突起１１２ｓ自体、および薄板状の突起１１２ｓの貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａと側面平面部１１１ｂとにＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）を塗布する、プラズマ処理を施す、あるいは親水性の表面処理剤で処理する等の親水処理を行えばよい。

薄板状の突起１１２ｓを、貯留部１１１の天板１０３側の壁面に配列することも考えられるが、天板１０３側に設けると、流路基板１０１と天板１０３との貼り合わせ状態のバラツキによって、薄板状の突起１１２ｓの親水性にバラツキが生じる可能性があり、最悪の場合、液体を薄板状の突起１１２ｓの配列の間に保持できず、漏れ出すことも考えられる。流路基板１０１側に配列すれば、成型によって薄板状の突起１１２ｓの配列を安定した形状に形成できるので、安定した親水性が得られる。

続いて、第２の実施の形態における第１の液体の保持方法について、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態における第１の液体１５１の保持方法を説明する模式図で、図６（ａ）は、図５（ａ）と同じく、図５（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図、図６（ｂ）は、図５（ｂ）と同じく、図５（ａ）のＤ−Ｄ’断面図である。

図６（ａ）および（ｂ）において、貯留部１１１は、上流流路１１３および下流流路１１５と連通しており、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａと側面平面部１１１ｂとに跨って、親水性を有する複数の薄板状の突起１１２ｓが部分的に配列されている。そして、貯留部１１１の内部には予め第１の液体１５１が注入されており、表面張力により、第１の液体１５１（例えば試薬）が薄板状の突起１１２ｓの配列内に保持されている。第１の液体１５１の注入方法は、貯留部１１１に注入口を設けて外部から注入してもよいし、上流流路１１３から貯留部１１１に送液してもよい。

本構成であれば、第１の液体１５１は、後述するように、第２の液体１５５と混合されるまで貯留部１１１から下流に送液されることがないので、例えば酵素のような濡れ性がよい液体であっても、送液残りが発生して定量性が保たれなくなる心配がない。

図示したように、薄板状の突起１１２ｓは、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａの片端に寄せて形成されている。また、貯留部１１１の天板１０３との間にも隙間が設けられている。従って、突起１１２の配列内に保持されている第１の液体１５１と、上流流路１１３から送液されてくる例えば第２の液体１５５とを混合する際に、貯留部１１１と第２の液体１５５との間に存在する気体１５３は、薄板状の突起１１２ｓの配列以外の貯留部１１１内の空間を通り抜け、第１の液体１５１を追い越して、下流流路１１５へと流出することができる。

図６（ｃ）は、第２の実施の形態と第１の実施の形態とを合わせた形の、第２の実施の形態の他の例で、図５（ａ）と同じく、図５（ｂ）の矢印Ｂ方向から見た平面図である。

図６（ｃ）において、ここでは、薄板状の突起１１２ｓの代わりに、図３（ａ）に示した四角柱状の突起１１２ｒが、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａの片端に寄せて形成されている。この場合の断面図は、図６（ｂ）と同じである。もちろん、四角柱状の突起１１２ｒの代わりに図３（ｃ）に示した円柱状の突起１１２ｃを用いてもよいし、その他の多角形の断面を有する柱状の突起であってもよい。逆に、第１の実施の形態において、四角柱状の突起１１２ｒあるいは円柱状の突起１１２ｃの代わりに、第２の実施の形態の薄板状の突起１１２ｓを、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａ全面に配列してもよい。

第２の実施の形態における複数の液体の混合方法については、図４に示した第１の実施の形態における複数の液体の混合方法と同じであるので、説明は省略する。

上述したように、第２の実施の形態によれば、貯留部１１１の流路基板１０１側の底面平面部１１１ａと側面平面部１１１ｂとに跨って、親水性を有する複数の薄板状の突起１１２ｓを部分的に配列することで、第１の液体１５１を貯留部１１１内に予め保持できるので、送液による液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。

ここで、四角柱状の突起１１２ｒ、円柱状の突起１１２ｃあるいは薄板状の突起１１２ｓにおける、液体１５１を内部に保持し、外部に流出させない寸法について説明する。

例として、薄板状の突起１１２ｓについて考えると、例えば図６（ａ）のように、薄板状の突起１１２ｓの配列に液体１５１が保持されている場合に、薄板状の突起１１２ｓの配列の間隔をｄ、液体１５１の表面張力をγ、液体を薄板状の突起１１２ｓの配列の外に押し出そうとする力（具体的には、マイクロ検査チップ１の落下や衝撃等により液体１５１が動かされる力）をＰとすると、これらの関係は、
Ｐ＝２×γ／ｄ
で与えられる。

一例として、Ｐ＝１ｋＰａの力が加わったとして、液体１５１を水とすると、常温での水の表面張力は７３×１０^−３Ｎ／ｍであるので、上式から、ｄ＝１４６μｍとなる。つまり、薄板状の突起１１２ｓの配列の間隔ｄが１４６μｍ以下であれば、常温では液体１５１（この場合は水）は１ｋＰａの力が加わっても、薄板状の突起１１２ｓの配列から外部に漏れ出すことはない、ということになる。

ここで、薄板状の突起１１２ｓの配列の深さを仮に１ｍｍとすると、水頭圧は１０Ｐａであるので、上述したように１ｋＰａの力まで耐えられるということは、水頭圧の１００倍つまり１００Ｇまで耐えられることを意味し、かなり大きな衝撃でも耐えられることになる。

ただし、表面張力は一般的には温度が上がると小さくなるので、実際には、実使用温度範囲を考慮して薄板状の突起１１２ｓの配列の間隔ｄを決定する必要がある。さらに、液体の種類、薄板状の突起１１２ｓの撥水条件等も考慮される必要がある。

また、薄板状の突起１１２ｓの深さについては、マイクロ検査チップを成形で作成する場合には、成形性の観点から間隔ｄの数倍以下が好ましい。

以上から、薄板状の突起１１２ｓの間隔ｄは、１０μｍ乃至２００μｍ、深さは間隔ｄの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、間隔ｄ＝５０μｍ、深さ＝１００μｍである。

四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃの配列の場合も、ほぼ同様の考え方が適用できると考えられ、薄板状の突起１１２ｓの間隔ｄに相当する四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃの間隔は、１０μｍ乃至２００μｍが好ましく、１０μｍ乃至５０μｍがより好ましい。

四角柱状の突起１１２ｒまたは円柱状の突起１１２ｃの太さと高さについては特に制限はないが、薄板状の突起１１２ｓと同様に成形性の観点から太さ（四角柱の場合は、一辺の長さ、円柱の場合は直径）は１０μｍ乃至１ｍｍ、高さは太さの２乃至３倍程度が好ましい。例えば、太さ＝１００μｍ、高さ＝２００μｍ、間隔＝５０μｍである。

これらの条件に、上述した「四角柱状の突起１１２ｒ、円柱状の突起１１２ｃあるいは薄板状の突起１１２ｓの配列の隙間が、四角柱状の突起１１２ｒ、円柱状の突起１１２ｃあるいは薄板状の突起１１２ｓの配列内に保持される液体の体積よりも大きい容積を持つ」という条件を加味して各寸法を決定すればよい。

以上に述べたように、本発明によれば、液体を貯留する貯留部を備え、前記貯留部の壁面に親水性を有する凹凸構造を形成して、表面張力により凹凸構造の間に第１の液体を貯留することで、液体の残留がなく、複数の液体間の気体を除去して、複数の液体を混合することのできるマイクロ検査チップを提供することができる。

なお、本発明に係るマイクロ検査チップ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。

本発明のマイクロ検査チップを用いた検査装置の１例を示す模式図である。 本発明におけるマイクロ検査チップの全体構成の１例を示す模式図である。 マイクロ検査チップの第１の実施の形態の構成を示す模式図である。 第１の実施の形態における複数の液体の混合方法を説明する模式図である。 マイクロ検査チップの第２の実施の形態の構成を示す模式図である。 第２の実施の形態における第１の液体の保持方法を説明する模式図である。

符号の説明

１ 検査装置
１００ マイクロ検査チップ
１０１ 流路基板
１０３ 天板
１１１ 貯留部
１１１ａ （貯留部１１１の流路基板１０１側の）底面平面部
１１１ｂ （貯留部１１１の流路基板１０１側の）側面平面部
１１２ 突起
１１２ｃ 円柱状の突起
１１２ｒ 四角柱状の突起
１１２ｓ 薄板状の突起
１１３ 上流流路
１１５ 下流流路
１５１ 第１の液体
１５３ 気体
１５５ 第２の液体
１５６ 第１の混合液
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
９００ 流路
９０１ 試薬収容部
９０１ａ 試薬注入口
９０１ｂ 封止部材
９０３ 検体収容部
９０３ａ 検体注入口
９０３ｂ 封止部材
９０５ 混合反応部
９０７ ポンプ連通口
９０９ 排気口

Claims (7)

1. 液体を貯留する貯留部を備えたマイクロ検査チップにおいて、
   前記貯留部は、親水性を有する凹凸構造が壁面に形成され、
   表面張力により前記凹凸構造の間に第１の液体を貯留することを特徴とするマイクロ検査チップ。
2. 前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の柱状の突起であ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。
3. 前記柱状の突起は、多角形または円形の断面を有する柱状の突起であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ検査チップ。
4. 前記凹凸構造は、前記壁面に配列された複数の薄板状の突起であ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。
5. 前記凹凸構造の先端は、シャープエッジであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
6. 前記貯留部を構成する溝が表面に形成された流路基板と、
   前記流路基板に貼り合わされることで前記貯留部の蓋として機能する天板とを備え、
   前記凹凸構造は、前記溝の壁面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。
7. 前記貯留部の上流側に連通し、前記貯留部に、間を気体で区切られた少なくとも１つの第２の液体を送液する上流流路を備え、
   前記貯留部は、前記第１の液体と、前記第２の液体とを混合して混合液を得、前記混合液の反応結果を検出する反応検出部であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロ検査チップ。

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