JP2010054492A - マイクロチップとその流路構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シース液を通流可能な流路11と、この流路11を通流するシース液層流中に、サンプル液を導入するための微小管14と、を備えるマイクロチップ1を提供する。このマイクロチップ1では、シース液層流中に微小管14によってサンプル液を導入することにより、サンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液することができる。
【選択図】図1
Description
このマイクロチップにおいて、前記流路は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に又は段階的に小さくなるように形成された絞込部を有していてもよい。この絞込部によれば、シース液層流及びサンプル液層流の層流幅を絞り込んで送液することができる。
この絞込部は、送液方向に対する垂直断面の面積が次第に小さくなるように形成することが好適であり、特に流路底面又は上面の一方が傾斜面として形成することが望ましい。絞込部の流路底面又は上面の一方を傾斜面として形成することにより、シース液層流及びサンプル液層流をマイクロチップ上面側又は下面側に偏向させながら絞り込んで送液することができる。
また、前記絞込部は、流路底面及び上面の両方を傾斜面として形成してもよく、送液方向に対する垂直断面の面積が段階的に小さくなるように流路底面又は上面の少なくとも一方を階段状に形成してもよい。さらに、流路側壁についても、送液方向に従って次第に又は段階的に狭窄させて形成してもよい。
このマイクロチップにおいて、前記微小管は、電圧を印加可能な金属により形成することができる。微小管を、電圧を印加可能な金属製とすることにより、内部を通流するサンプル液に電荷を付与することができる。
この場合において、前記流路に、前記絞込部の下流において分岐する分岐流路を設けることで、分岐流路の分岐部に配置される電極によって、前記電荷を付与されたサンプル液の分岐部における送液方向を制御することができる。
さらに、前記流路に、前記分岐部の上流において少なくとも一側方から合流し、流路内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を設けることで、流体導入部から導入される流体によって、流路内を通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断し、液滴化して送液することができる。あるいは、前記微小管内を通流するサンプル液に圧力差を加え得る圧電素子を設けることで、前記流路を通流するシース液層流中にサンプル液を液滴化して導入することができる。これにより、微小粒子を含むサンプル液を、液滴化すると同時に電荷を付与することができ、前記分岐部における送液方向の制御が可能となる。
また、本発明は、上記のマイクロチップが搭載され得る流体分析装置及び微小粒子分別
装置を提供する。
さらに、本発明は、流路を通流するシース液層流中に、微小管を用いてサンプル液を導入し、サンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液するマイクロチップ流路における送液方法を提供する。
この送液方法では、分岐流路を有する流路を通流するシース液層流中に、電圧を印加可能な金属製微小管により電荷を付与してサンプル液を導入し、分岐流路の分岐部に配置した電極によって、分岐部におけるサンプル液の送液方向の制御を行うことができる。
この場合において、シース液層流及びサンプル液層流が通流する流路内に気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入することにより、通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断、液滴化すると同時に、前記金属製微小管によってサンプル液に電荷を付与することもできる。あるいは、前記微小管内を通流するサンプル液に圧電素子によって圧力差を加えることにより、前記流路を通流するシース液層流中にサンプル液を液滴化して導入すると同時に、前記金属製微小管によってサンプル液に電荷を付与することもできる。これにより、微小粒子を含むサンプル液を、液滴化すると同時に電荷を付与して、前記分岐部において送液方向を制御することが可能となる。
図1は、本発明に係るマイクロチップの構成を示す簡略上面図である。
流路11の曲折部112には、流路11を通流するシース液層流中に、サンプル液を導入するための微小管14が配設されている。図1中、符号15はこの微小管14内にサンプル液を導入するためのサンプル液インレットを、符号141は微小管141の流路11側端の開口を、符号142はサンプル液インレット側端の開口を示す。サンプル液インレット15から開口142に供給されたサンプル液は、微小管14内を通流し、開口141から流路11を通流するシース液層流中に導入される。
図1中、符号115は、流路11に設けられた絞込部を示す。絞込部115は、送液方向に対する垂直断面の面積が、流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成されている。すなわち、絞込部115の流路側壁は送液方向に従って図中Y軸方向に狭窄するように形成されており、絞込部115はその上面視において次第に細くなる錘形としてみることができる。この形状によって、絞込部115は、シース液層流とサンプル液層流の層流幅を、図中Y軸方向に絞り込んで送液することが可能とされている。さらに、絞込部115は、その流路底面が上流から下流に向かって深さ方向(図中Z軸方向)に高くなる傾斜面となるように形成されており、同方向にも層流幅を絞り込むことが可能とされている(次に詳しく説明する)。
図2は、流路11内に形成されるシース液層流とサンプル液層流を示す模式図である。図2(A)は、図1拡大図中、P-P断面に対応する断面模式図であり、微小管14の開口141と流路11の絞込部115を拡大して示している。また、図2(B)は、図1拡大図中Q-Q断面に対応する断面模式図であり、流路下流側から正面視した開口141を拡大して示している。
絞込部115は、送液方向に対する垂直断面の面積が、流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成されている。すなわち、図2(A)に示すように、絞込部115は、その流路底面が上流から下流に向かって図中Z軸方向に高くなる傾斜面となるように形成されている。この形状によって、絞込部115へ送液されたシース液層流とサンプル液層流は、マイクロチップ1上面側に偏向されながら、図中Z軸方向に層流幅を絞り込まれることとなる。
マイクロチップ1の材質は、ガラスや各種プラスチック(PP,PC,COP、PDMS)とすることができる。マイクロチップ1を用いた分析を光学的に行う場合には、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材質を選択する。
(5-1)マイクロチップ2
図7は、電圧を印加可能な金属によって微小管14を形成したマイクロチップ2を用いて、サンプル液中に含まれる微小粒子の分別を行う方法を説明する概念図である。マイクロチップ2は、以下に特に説明する構成を除いて、マイクロチップ1と同様の構成を有する。
次に、流路11に少なくとも一側方から合流し、流路11内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を設けたマイクロチップ3を用いて、サンプル液中に含まれる微小粒子の分別を行う方法を説明する。
図12は、本発明に係る流体分析装置の構成を説明する模式図である。この流体分析装置は、微小粒子の特性を分析し、分析結果に基づいて微小粒子の分別を行う微小粒子分取装置として好適に使用されるものである。以下、この流体分析装置(微小粒子分取装置)の各構成を、上記のマイクロチップ3を搭載した場合を例として説明する。
微小粒子分取装置は、合流部117の上流において、サンプル液層流中に含まれる微小粒子を光学的に検出するための光学検出系を備えている。この光学検出系は、従来のマイクロチップを用いた微小粒子の分析システムと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対しレーザー光を集光・照射するための集光レンズなどからなる照射部102と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する光をダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等を用いて検出する検出部103と、によって構成される。検出部は、例えば、PMT(photo multiplier tube)や、CCDやCMOS素子等のエリア撮像素子等によって構成される。
微小粒子分取装置は、合流部117の下流においても、照射部104と検出部105とからなる光学検出系を備える。この光学検出系は、微小粒子の特性を判定するためのものであるが、照射部104及び検出部105の構成そのものは、先に説明した照射部102及び検出部104と同様とできる。
全体制御部101は、微小粒子の特性の判定結果に基づいて、微小管14及び金属製チューブ1163, 1164に印加する電圧を制御して、所定の特性を備えた微小粒子を含む液滴を分岐流路11a, 11bのいずれかに誘導することにより、微小粒子の分別・分取を行う。
1a, 1b, 2a, 2b 基板層
11 流路
11a, 11b 分岐流路
111, 112, 113, 114 曲折部
115 絞込部
116 分岐部
1161, 1162 電極
1163, 1164 金属製チューブ
117 合流部
12 シース液インレット
13, 131, 132 アウトレット
14, 14a, 14b, 14c, 14d 微小管
141 開口(流路側)
142 開口(サンプル液インレット側)
143 荷電部
15 サンプル液インレット
151 圧電素子
91, 92 流体導入部
911, 921 流体インレット
102, 104 照射部
103, 105 検出部
101 全体制御部
106 加圧ポンプ
c 接着剤
D 検出部
P サンプル液液滴
S サンプル液層流
T シース液層流
Claims (20)
- シース液を通流可能な流路と、
この流路を通流するシース液層流中に、サンプル液を導入するための微小管と、
を備え、
微小管から導入されるサンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液するマイクロチップ。 - 前記流路は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に又は段階的に小さくなるように形成された絞込部を有し、
絞込部において、シース液層流及びサンプル液層流の層流幅を絞り込んで送液する請求項1記載のマイクロチップ。 - 前記絞込部は、流路底面又は上面の一方が傾斜面として形成され、シース液層流及びサンプル液層流をマイクロチップ上面側又は下面側に偏向させながら絞り込んで送液する請求項2記載のマイクロチップ。
- 前記微小管は、電圧を印加可能な金属により形成され、内部を通流するサンプル液に電荷を付与し得る請求項3記載のマイクロチップ。
- 前記流路の前記絞込部の下流において分岐する分岐流路を備え、
分岐流路の分岐部に配置される電極によって、前記電荷を付与されたサンプル液の分岐部における送液方向を制御し得る請求項4記載のマイクロチップ。 - 前記流路の前記分岐部の上流に少なくとも一側方から合流し、流路内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を備え、
流体導入部から導入される流体によって、流路内を通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断し、液滴化して送液する請求項5記載のマイクロチップ。 - 前記微小管内を通流するサンプル液に圧力差を加え得る圧電素子を備え、前記流路を通流するシース液層流中にサンプル液を液滴化して導入する請求項5記載のマイクロチップ。
- 液滴化され、電荷を付与された微小粒子を含むサンプル液の前記分岐部における送液方向を制御して、微小粒子の分別を行い得る請求項6又は請求項7記載のマイクロチップ。
- 複数の微小管が束ねられて配設され、このうちの一以上の微小管から前記サンプル液が導入される請求項1記載のマイクロチップ。
- 前記絞込部は、流路底面及び上面が傾斜面として形成された請求項2記載のマイクロチップ。
- 前記絞込部は、流路底面又は上面の少なくとも一方が階段状に形成された請求項2記載のマイクロチップ。
- さらに、前記絞込部は、送液方向に従って次第に又は段階的に狭窄する流路側壁を有する請求項3、10又は11のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- 流体を通流可能な流路と、
この流路を通流する流体層流中に、他の流体を導入するための微小管と、
を備え、
微小管から導入される流体層流の周囲を、流路を通流する流体層流で取り囲んだ状態で送液する流路構造。 - 請求項1記載のマイクロチップが搭載され得る流体分析装置。
- 請求項8記載のマイクロチップが搭載され得る微小粒子分別装置。
- 流路を通流するシース液層流中に、微小管を用いてサンプル液を導入し、サンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液するマイクロチップ流路における送液方法。
- 分岐流路を有する流路を通流するシース液層流中に、電圧を印加可能な金属製微小管により電荷を付与してサンプル液を導入し、
分岐流路の分岐部に配置した電極によって、分岐部におけるサンプル液の送液方向の制御を行う請求項16記載の送液方法。 - シース液層流及びサンプル液層流が通流する流路内に気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入することにより、通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断、液滴化すると同時に、前記金属製微小管によってサンプル液に電荷を付与する請求項17記載の送液方法。
- 前記微小管内を通流するサンプル液に圧電素子によって圧力差を加えることにより、前記流路を通流するシース液層流中にサンプル液を液滴化して導入すると同時に、前記金属製微小管によってサンプル液に電荷を付与する請求項17記載の送液方法。
- 液滴化され、電荷を付与された微小粒子を含むサンプル液の前記分岐部における送液方向を制御して、微小粒子の分別を行う請求項18又は19記載の送液方法。
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