JP2010203779A - 検査用マイクロチップ - Google Patents

Abstract

【課題】液体検出センサを必要とすることなく送液を所望箇所で自動的に停止させることのできる検査用マイクロチップを得る。
【解決手段】基板２に微細流路４２ａ〜４２ｅを形成するとともにマイクロポンプ１０を搭載した検査用マイクロチップ。基板２にはマイクロポンプ１０に駆動液を供給するタンク５が設けられ、該タンク５内の駆動液は検査で必要とする試薬や検体の送液量に対応した量が充填されている。従って、マイクロポンプ１０がタンク５内の駆動液を充填量だけ送液すると、送液が停止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、検査用マイクロチップ、特に、基板に微細流路を形成するとともにマイクロポンプを搭載した検査用マイクロチップに関する。

近年、バイオ検査や化学分析、創薬などの分野においては、マイクロ流体システムが少量の試薬や検体を用いて検査作業が可能である点で注目されている。マイクロ流体システムとは、シリコンやガラスなどの材料に微細流路を形成し、電鋳により型取りを行い、検査用マイクロチップを成形機で成形加工する。微細流路の途中に設けた複数の凹所に予め検体や試薬を挿入し、マイクロポンプで駆動液を毎秒７００ナノリットルという微量で微細流路に取り込むことで、試薬と検体を送液しつつ混合して反応させ、センサで計測する。従来、広いスペースの実験室で行っていた反応検査を、５０×７０ｍｍ程度のマイクロチップ上で行うことができる。このような検査においては、検出部や反応部に液体を停止させる必要がある場合が多い。

特許文献１には、マイクロポンプをチップに一体化した試料処理チップについて開示している。但し、送液量をコントロールすることには触れていない。この試料処理チップで反応部や検出部で送液を停止させる必要がある場合は、チップに液体検出センサを設ける必要があり、これではチップが大型化する。

また、特許文献２には、マイクロポンプをチップに一体化した試験システムについて開示している。この試験システムでは送液の停止のために液体検出センサを用いているが、チップの大型化を来すことになる。

特開２００４−１９５５８４号公報 特開２００５−３２３５１９号公報

そこで、本発明の目的は、液体検出センサを必要とすることなく送液を所望箇所で自動的に停止させることのできる検査用マイクロチップを提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一形態である検査用マイクロチップは、
基板に微細流路を形成するとともにマイクロポンプを搭載した検査用マイクロチップにおいて、
前記基板に前記マイクロポンプに駆動液を供給するタンクが一体的に又は別体として設けられており、
前記タンク内の駆動液は検査で必要とする試薬や検体の送液量に対応した量が充填されていること、
を特徴とする。

本発明によれば、タンク内には駆動液が検査で必要とする試薬や検体の送液量に対応した量が充填されているため、マイクロポンプがタンク内の駆動液を充填量だけ送液すると、送液が停止される。これにて、液体検出センサを必要とすることなく送液を所望箇所で自動的に停止させることができる。

本発明の第１実施例である検査用マイクロチップを示す斜視図である。 検査用マイクロチップに搭載されているマイクロポンプの送液可能状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 前記マイクロポンプの送液停止状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 本発明の第２実施例である検査用マイクロチップを示す斜視図である。 マイクロポンプにおける順方向送液の動作原理を示す説明図である。 マイクロポンプにおける逆方向送液の動作原理を示す説明図である。

以下、本発明に係る検査用マイクロチップの実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

（第１実施例、図１〜図３参照）
図１に本発明の第１実施例である検査用マイクロチップ１Ａを示す。この検査用マイクロチップ１Ａは、シリコン基板２の表面に、図１の左側から、タンク５、マイクロポンプ１０、試薬注入口４１ａ，４１ｂ、検体注入口４１ｃ、微細流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、微細流路４２ａ，４２ｂが合流した微細流路４２ｄ、微細流路４２ｃ，４２ｄが合流した微細流路４２ｅ、検出部４３、検出部４３から延在する大気連通口４４が形成されている。

流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃには従来周知の流量検出センサ５１が設けられている。流路４２ｄには、混合された試薬と検体を反応させるための反応領域４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄが形成されている。

なお、このシリコン基板２の表面はガラス基板１１（図２（Ｂ）参照）によって覆われるが、図１ではガラス基板１１の図示は省略されている。

試薬は予め必要なものが充填されている場合が多い。検査作業者は、所定量の検体を注入口４１ｃに充填してチップ１Ａを図示しない検査装置にセットする。検査装置はセットされたチップ１Ａのマイクロポンプ１０に送液の指令を送り、タンク５に充填されている駆動液を送液する。マイクロポンプ１０から送液された駆動液は下流側に配置されている試薬や検体を微細流路４２ａ，４２ｂ，４２ｃに押し出し、合流した試薬と検体が反応領域４５ａ〜４５ｄで反応し、検出部４３にて反応の結果が検出される。

マイクロポンプ１０は、シリコン基板２に一体的に形成されたもので、図２及び図３に示すように、チャンバ２１、絞り流路２２，２３、導入部２４を有し、チャンバ２１の裏面に設けた圧電素子２９を駆動することによって毎秒７００ナノリットル程度の駆動液（水）を一定の周期で送液する。

マイクロポンプ１０の動作原理に関して図５及び図６を参照して説明する。マイクロポンプ１０は、ガラス基板１１とシリコン基板２とを接合して構成されている。基板２にはエッチングによってチャンバ２１、絞り流路２２，２３が形成されている。絞り流路２２は絞り流路２３よりも流路長が短い。チャンバ２１の裏面にはアクチュエータとしての圧電素子２９が貼り付けられており、チャンバ２１を構成する薄膜部分がダイヤフラムとして機能する。

具体的な寸法の一例を示すと、シリコン基板２の厚さは２００μｍ、チャンバ２１を構成する薄膜ダイヤフラムの厚さは３０μｍ、絞り流路２２，２３の隙間は２５μｍである。

このマイクロポンプ１０は、概念的には、チャンバ２１の両端部にそれぞれ流路抵抗が差圧に応じて変化する絞り流路２２，２３を有し、絞り流路２２の流路抵抗の変化の割合は絞り流路２３の流路抵抗の変化の割合よりも大きく、圧電素子２９によってチャンバ２１内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも短い第１のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路２２から絞り流路２３に向かって送液する（順方向送液、図５参照）。また、圧電素子２９によってチャンバ２１内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも長い第２のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路２３から絞り流路２２に向かって送液する（逆方向送液、図６参照）。

具体的には、図５は順方向の送液状態（第１のパターン）を示し、（Ａ）に示す波形の電圧を圧電素子２９に印加することにより、チャンバ２１内の液体を速く加圧すると、絞り流路２２では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体はチャンバ２１から絞り流路２３を通じて排出される。そして、チャンバ２１内の液体を遅く減圧することにより、流路抵抗が小さい絞り流路２２を通じて液体がチャンバ２１内に導入される。

図６は逆方向の送液状態（第２のパターン）を示し、（Ａ）に示す波形の電圧を圧電素子２９に印加することにより、チャンバ２１内の液体を遅く加圧すると、流路抵抗が小さい絞り流路２２を通じて液体がチャンバ２１から排出される。そして、チャンバ２１内の液体を速く減圧することにより、絞り流路２２では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体は絞り流路２３を通じてチャンバ２１内に導入される。

以上のごとく、絞り流路２２，２３の流路抵抗の差圧に応じて動作するダイヤフラム型のマイクロポンプ１０は、図２に示すように、ポンプ１０に駆動液が全体的に充填されている場合にのみ送液が可能である。タンク５内の駆動液が全て送り出されると、空気がチャンバ２１に入り込み（図３参照）、これにて送液が自動的に停止する。なお、図２及び図３において、駆動液が充填されている部分をクロスのハッチングで示している。

そこで、本第１実施例では、タンク５内に検査で必要とする試薬や検体の送液量に対応した量の駆動液を充填することとした。検査で必要とする試薬や検体の送液量とは、注入口４１ａ，４１ｂに注入された試薬や注入口４１ｃに注入された検体を流路４２ａ〜４２ｅを通じて検出部４３まで搬送するのに必要な量を意味し、この送液量は流路４２ａ〜４２ｅの容積に基づいて計算で求められる。

このように、試薬や検体が検出部４３に到達するのに必要な量の駆動液をタンク５に充填しておくことにより、マイクロポンプ１０がタンク５内の駆動液を充填量だけ送液すると、送液が停止される。勿論、それぞれのタンク５から供給される駆動液の量は流路長に応じて異なっており、流路長に対応した量の駆動液がそれぞれのタンク５に充填されている。これにて、送液を必要な箇所で自動的に停止させることができる。送液の停止のために液体検出センサを必要とすることがなく、チップ１Ａの大型化を避け、コストダウンを図ることができる。

また、タンク５の容量は検査で必要とする試薬や検体の送液量と同じであってもよい。この場合、タンク５には駆動液を満杯に充填すればよく、計量する必要がないので作業性が良好である。

（第２実施例、図４参照）
図４に本発明の第２実施例である検査用マイクロチップ１Ｂを示す。この検査用マイクロチップ１Ｂは、前記第１実施例で示した一体型のタンク５に代えて、基板２とは別体に形成したタンク６を基板２上に搭載したものである。本第２実施例における他の構成は第１実施例と同様であり、その作用効果も第１実施例と同様である。

（他の実施例）
なお、本発明に係る検査用マイクロチップは前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

特に、検査用マイクロチップの微細流路の細部の形状、試薬や検体の注入口の配置、検出部の配置などは任意である。また、マイクロポンプの細部の構造、形状は任意であり、駆動液のエンプティによって送液が自動的に停止されるものであれば、必ずしも圧電素子を駆動源とするものである必要はない。

以上のように、本発明は、検査用マイクロチップに有用であり、特に、液体検出センサを必要とすることなく送液を所望箇所で自動的に停止させることができる点で優れている。

１Ａ，１Ｂ…検査用マイクロチップ
２…シリコン基板
５，６…タンク
１０…マイクロポンプ
１１…ガラス基板
２１…チャンバ
２２，２３…絞り流路
４２ａ〜４２ｅ…微細流路

Claims (4)

1. 基板に微細流路を形成するとともにマイクロポンプを搭載した検査用マイクロチップにおいて、
   前記基板に前記マイクロポンプに駆動液を供給するタンクが一体的に又は別体として設けられており、
   前記タンク内の駆動液は検査で必要とする試薬や検体の送液量に対応した量が充填されていること、
   を特徴とする検査用マイクロチップ。
2. 前記マイクロポンプは、ダイヤフラムによって駆動されるチャンバを有し、該チャンバに気体が入ることで送液が停止すること、を特徴とする請求項１に記載の検査用マイクロチップ。
3. 前記タンクの容量は検査で必要とする試薬や検体の送液量と同じであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査用マイクロチップ。
4. 複数のマイクロポンプに対応して複数のタンクが設けられており、それぞれのタンクには送液すべき流路長に対応した量の駆動液が充填されていること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の検査用マイクロチップ。

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