JP2010531455A - 流体を解析するためのチップ - Google Patents

Abstract

流体解析チップであり、そのチップ内に形成されたマイクロチャネルを含む流体解析チップが開示される。そのチップは、そのチップの外部と連通するサンプル入口及びサンプル出口を含み、また、そのサンプル入口とそのサンプル出口とがその閉鎖チャネルを通じて互いに連通する構造を有する。互いに対応する内壁対がその一部又は全体でより大きな断面積を有するといった態様でチャネルの長手方向に形成される拡張部が形成されている。それ故に、その拡張部に隣接するチャネルを通過する流体群は、そのチャネルにおける、互いに対応する別の内壁対のみと接触しながら移動する。

Description

本発明は、流体が移動するマイクロチャネルを有するチップに関し、より具体的には、サンプル入口及びサンプル出口を含み、そのサンプル入口とそのサンプル出口とがパイプ形状を持つ閉鎖チャネルを通じて互いに連通する構造を有する、サンプル流体を解析するためのチップに関する。

一般的に、サンプル流体の生物学的、化学的、及び／又は光学的解析は、化学分野及びバイオテクノロジー分野に加え、患者から臨床的に回収された血液を解析するとき、及び、病気を診断するときに用いられる。より小さなサイズを有し、より効率的な態様でサンプル流体の解析を実行する、解析及び／又は診断のための装置を提供するために、様々な種類のチップ構造が開発され且つ用いられている。このように、ラボチップ（lab-on-a-chip）の開発の目的は、病気の解析及び／又は診断における効率を増大させるために、様々な機能が一つのチップで実行され得るようにすることであり、また、簡易なキットの製造を可能にすることである。

ラボチップは、例えば、サンプルの分離、精製、混合、ラベリング、解析、及び洗浄等の、ラボラトリーで実施される様々なテストプロセスを、小さなサイズを有するチップ上に実装することを意味する。通常、マイクロ流体工学及びマイクロＬＨＳに関する技術が、ラボチップを設計する際に用いられる。また、マイクロ流体工学及びマイクロＬＨＳを実装するチップ構造を製造する際に、半導体回路設計技術を用いることによって、マイクロチャネルが内部に形成されたチップが、市場に投入されている。

一般的に、血液、体液、尿等のサンプル流体に含まれる、極めて微量な検体を検出し且つ解析することは、蛍光物質等の検出を通じて、サンプル流体が、そのチップの内部に形成されたパイプ形状の構造を有するチャネルを通って移動しながら、抗原、抗体等のタンパク質、又は、チップ上に予め固定化された他の物質に対して反応するかどうかを解析することを含む。それ故に、チャネルを有するチップ内をそのチャネルを通じて移動する流体の動きを観察するための技術、及び、チャネル構造を製造するための技術は、流体解析を実行するための小型チップを製造する際、及び、そのようなチップを用いることによって正確な解析結果を得る際に、最も重要なコアとなる技術である。

流体がマイクロチャネルによって形成された内部空間を通じて流れるようにするために、マイクロ流体工学を実装するマイクロチャネルを有するチップ（又は構造）では、小型モータが用いられ、或いは、流体が毛管現象によってマイクロチャネル中を移動できるように、チャネルの幅及び高さを限定する方法が用いられる。このとき、流体の移動を引き起こす主要な駆動力が毛管力であるチップにおいて、調査結果は、チャネルによって形成された空間を流れる流体が不規則で不均一な移動パターンを有するという事実を示した。そのような現象は、チャネルの上下の内壁群と流体群との間の相対的な作用による作用力が、そのチャネルの左及び下の内壁と流体群との間の相対的な作用による作用力とは異なるために、発生するものと理解される。結果として、流体のそのような不均一な移動パターンは、その流体群における極めて微量な検体の検出及び解析に対する大きな障害となっていた。

ところで、チップであり、その両端にサンプル入口及びサンプル出口を有し、そのサンプル入口に注入された流体が、パイプに似た形状の閉鎖チャネルを通ってそのサンプル出口を通じて放出される構造を有するチップは、上下の基板が製造されそして互いに組み立てられるといった態様で製造される。しかしながら、数十マイクロメートル未満のサイズを有するマイクロチャネル構造を製造するために、チャネルのエッジ部分を、その他の部分を失うことなく加工することは困難であり、また、大量生産における製品の基準及び品質を管理することも困難である。また、そのようなチャネル構造の微細な違いは、流体群の均一な流れを妨害し、極めて微量の検体を微量のサンプルから検出するときに用いられるチップでの、一貫性のないサンプル解析結果をもたらすこととなる。

例えば、図１及び２で示されるチップは、従来型のチップの一例である。そのチップは、第一基板１１及び第二基板１２が互いに組み立てられるといった態様で形成されるボディ１０を含む。所定の幅及び深さを有するチャネル凹部１３ｂは、第一基板１１に形成される。サンプルで満たされる空間を形成するために、チャネル凹部１３ｂは、所定の幅及び所定の深さを有しながら、その基板の長手方向に延びるといった態様で、第一基板１１に形成される。それ故に、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられるときに、チャネル１３は、気密空間を有する。また、サンプルがチャネル１３内に注入され得るように、そのチャネルの外部に延びるサンプル入口１４が、チャネル１３の一端に形成され、また、そのサンプルが放出され得るように、そのチャネルの外部に延びるサンプル出口１５が、そのチャネルの他端に形成される。解析対象のサンプル流体がチャネル１３内に注入されると、その注入されたサンプル流体は、チャネル１３に沿って、サンプル出口１５に向かって移動する。図３で示されるように、サンプル流体が移動しながらパターンを形成するときに、そのチャネルを通過する流体とそのチャネルの上下左右の内壁群１３ａとの間の相対的な作用の差が、そのマイクロチャネル内における流体の移動の主要な駆動力である毛管力の差をもたらし得る。結果として、パターンが第一に左右の内壁群１３ａに沿って形成されるところの不規則なパターンが生成される。従って、多くのバブルがその流体内で生成され、それにより、そのサンプル流体を解析する際に多くの問題を引き起こす。

チャネルを有するチップであり、流体群が流れるようにする空間を有し、また、そのチャネルの一方の側に形成されるサンプル入口とそのチャネルの他方の側に形成されるサンプル出口とを有するチップにおいて、発明者たちは、そのチャネルの左右の内壁のそれぞれの全体又は一部に形成される、そのチャネルの左右の内壁群の断面積よりも大きな断面積を有する拡張部を有するチップを製造し、流体群の動きのパターンを解析した。結果として、発明者たちは、本発明に従ったチップ内において、そのチャネルを通過する流体群の動きの形状が極めて規則的で均一なパターンを有することを確認し、発明者たちは、本発明を完成させた。

それ故に、本発明は、上述の問題に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、チップの外部に延びるサンプル入口とサンプル出口とを含み、そのサンプル入口とそのサンプル出口とがパイプのような形状の閉鎖チャネルを通じて互いに連通する構造を有する流体解析チップであり、そのチャネルを通って流れる流体が規則的で均一なパターンを持ちながら移動するところの流体解析チップを提供することである。

また、本発明は、流体解析チップの製造方法を提供する。

また、本発明は、その流体解析チップを用いたサンプル流体解析方法を提供する。

本発明の一態様に従って、チップであり、そのチップの外部と連通するサンプル入口とサンプル出口とを含むチップが提供され、このチップは、そのサンプル入口とそのサンプル出口とが閉鎖チャネルを通じて互いに連通する構造を有し、拡張部が、互いに対応する内壁対がそれらの一部又は全体でより大きな断面積を有するといった態様で、そのチャネルの長手方向に形成され、それにより、その拡張部に隣接するチャネルを通過する流体が、そのチャネルにおける、互いに対応する別の内壁対のみと接触しながら移動する。このように、本発明に従った流体解析チップにおいて、その閉鎖チャネルにおける左右の内壁群は、そのチャネルを通過する流体が、そのチャネルの上下の内壁群のみと接触しながら移動できるように、実質的に拡張される。結果として、流体の動きに関する相対的な作用は、そのチャネルの上下の内壁群に依存し、それにより、流体群の均一な移動パターンを得ることが可能となる。

また、本発明に従った流体解析チップを製造する際に、拡張凹部群が、そのチャネルの側部内壁のそれぞれにおける断面積よりも大きな断面積を有するといった態様で、その左右の内壁のそれぞれの全体部分又はそれぞれの一部分にそれぞれ形成される。これは、そのチャネルのエッジを形成する精密なプロセスを必要としないため、その流体解析チップは、大量生産に適したものとなる。

上述のように、本発明に従った流体解析チップは、拡張された形状を有する内部空間であり、チャネルと連通する内部空間を有する拡張された凹部を含む。それ故に、そのチャネルを通過する流体の規則的な動作パターンが形成され、それにより、バブルの発生が低減され、再現が保証され、且つ、流体群における検体からの信号を検出することが容易に実現される。また、基板にマイクロチャネルを実装する際に、そのチャネルの各エッジの損失やその変形に配慮することなくそのチャネルを製造することができる。それ故に、大量生産及び品質管理の実現が容易である。

本発明の上述の並びに他の目的、特徴、及び有利点は、添付図面を参照しながらの以下の詳細な説明により、更に明確なものとなる。

従来型のチップの構造を示す斜視図である。 図１で示されたチップの断面図である。 図１で示されたチップの平面図である。 本発明の第一実施例に従った流体解析チップの断面図である。 本発明に従った、図４で示された流体解析チップの平面図であり、そのチップ内を流れる流体の動作パターンが示されている。 本発明の第二実施例に従った流体解析チップの断面図である。 本発明の第三実施例に従った流体解析チップの断面図である。 本発明の第四実施例に従った流体解析チップの断面図である。

以下では、添付図面を参照しながら、本発明の実施例に係る流体解析チップが詳細に説明される。本発明に従った流体解析チップの説明において、従来型のチップにおける構造及び部品と等しい構造及び部品は、同じ参照符号によって指定され、図１を参照しながら詳細に説明される。

本発明で用いられる用語として、閉鎖チャネルは、チップの外部にさらされることなく、流体がそのチャネルを通って流れることができるように、そのチップの内部に形成されるチャネルを意味し、パイプに似た形状を有する。

本発明で用いられる用語として、チャネル内壁は、流体がその内部を流れることができる空間を限定するチャネル面のそれぞれを意味する。

図４は、本発明の第一実施例に従った流体解析チップの断面図であり、また、図５は、その流体解析チップの平面図である。

図示されるように、本発明の第一実施例に従った流体解析チップは、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられるといった態様で形成されるメインボディ１０を有する。チャネル凹部１３ｂは、第一基板１１に形成され、所定の深さと所定の長さを有し、単純流体で満たされる空間を形成すべく、その第一基板の長さ方向に延びる。それ故に、チャネル１３は、第一基板１１と第二基板１２とが組み立てられたときに、気密空間を有し、サンプル入口１４及びサンプル出口１５が、チャネル１３の両端に、それぞれ形成される。

また、拡張凹部群２０は、それぞれ、チャネル１３の左右の内壁に沿って、その第一基板上に形成され、それぞれが、チャネル１３の深さより深い深さを有し、そのチャネルの長さ方向においてチャネル１３の左右の内壁に沿って延びる。その第一基板が第二基板１２と共に組み立てられると、チャネル１３によって形成される空間の両側と連通する拡張空間としての拡張部が形成される。

本発明の第一実施例に従った流体解析チップでは、図５で示されるように、検体群を含むサンプル流体がチャネル１３内に注入されると、その注入されたサンプル流体は、パターンが形成されるようにそのチャネルの上下の内壁群と接触しながら、チャネル１３及び拡張凹部群２０に沿って出口１５の方に移動する。このとき、そのサンプル流体とチャネル１３の両側壁との間の相対的な作用は、そのサンプル流体の動きの均一なパターンが形成されるように、拡張凹部群２０によって低減される。それ故に、バブルの発生が低減され、再現が保証され、また、検体群からの信号の検出が容易に実行される。

本発明の第二実施例は、図６に示される。第二実施例に従った流体解析チップは、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられるといった態様で形成されるメインボディ１０を含む。チャネル凹部１３ｂは、第一基板１１に形成され、所定の深さ及び所定の長さを有し、サンプル流体群で満たされる空間を形成するように、その第一基板の長手方向に延びる。チャネル１３は、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられたときに気密空間を有し、サンプル入口１４及びサンプル出口１５は、チャネル１３の両端にそれぞれ形成される。また、図６で示されるように、それぞれの拡張凹部の内面群の双方の間で、チャネル１３の方に曲げられる内面は、チャネル１３に向かって浅くなる深さを有する傾斜面２１である。残りの構造、及び、形成されるサンプルパターンは、本発明の第一実施例と同じである。

図７は、本発明の第三実施例を図示する。本発明の第三実施例に従った流体解析チップは、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられるといった態様で形成されるメインボディ１０を含む。チャネル凹部１３ｂは、第一基板１１に形成され、所定の深さ及び所定の長さを有し、サンプル流体群で満たされる空間を形成するように、その第一基板の長手方向に延びる。チャネル１３は、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられたときに気密空間を有し、サンプル入口１４及びサンプル出口１５は、チャネル１３の両端にそれぞれ形成される。図７で示されるように、チャネル１３の両境界面に沿って第一基板１１を通じてそれぞれ延びる拡張穴群３０は、拡張部を形成するために、第一基板１１に形成される。拡張穴３０のそれぞれは、チャネル１３の内面群の双方に沿って延び、好適には、製品が破断するのを防止するために、間隔毎に形成される接続部３１を有する。残りの構造、及び、形成されるサンプルパターンは、第一実施例と同じである。

図８は、本発明の第四実施例を図示する。本発明の第四実施例に従った流体解析チップは、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられるといった態様で形成されるメインボディ１０を含む。チャネル凹部１３ｂは、第一基板１１に形成され、所定の深さ及び所定の長さを有し、サンプル流体群で満たされる空間を形成するように、その第一基板の長手方向に延びる。チャネル１３は、第一基板１１と第二基板１２とが互いに組み立てられたときに気密空間を有し、サンプル入口１４及びサンプル出口１５は、チャネル１３の両端にそれぞれ形成される。また、図８で示されるように、それぞれの拡張凹部４０の内面群の双方の間で、チャネル４３の方に曲げられる内面は、チャネル４３に向かって浅くなる深さを有する傾斜面４１である。

このように、本発明に従った流体解析チップは、左右双方の内壁に沿って延びる空間群である、拡張凹部群２０及び４０、又は、拡張穴３０を含む。それ故に、サンプル流体がそのチャネル内に注入され、拡張凹部群２０及び４０、又は拡張穴３０によって移動すると、チャネル１３及び４３の左右の内壁群とそのサンプル流体との間の相対的な作用は、そのサンプル流体の移動パターンがチャネル１３及び４３の表面群に沿って均一に形成されるように、消失し、或いは低減される。それ故に、その流体内におけるバブルの発生が低減され、再現が保証され、また、その流体内の検体群からの信号の検出が容易に実現可能となる。

拡張凹部群２０及び４０並びに拡張穴３０のそれぞれの構造の特性は、本発明に従った流体解析チップがインジェクションによって形成される場合の収縮によって、チャネル１３及び４３の平坦さが低下するのを防止できるようにする。

更に、本発明の任意の実施例は、少なくとも二つのチャネルであり、互いに異なるサンプル入口群と互いに異なるサンプル出口群とをそれぞれ連通させる少なくとも二つのチャネルが、一つのチップに含まれるといった態様で製造され得る。また、一つのサンプル入口と一つのサンプル出口とが少なくとも二つのチャネルを通じて互いに連通する構造を有する流体解析チップを製造することも可能である。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではない。当業者は、添付の特許請求の範囲で開示されるような本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変形、追加、及び置換が実現可能であることを十分に認識するであろう。

Claims (7)

1. 流体解析チップであって：
   当該チップの外部と連通する、サンプル入口及びサンプル出口と、
   互いに対応する内壁対がそれぞれの壁の一部又は全体でより大きな断面積を有するといった態様でチャネルの長手方向に形成される拡張部と、を有し、
   前記サンプル入口と前記サンプル出口とが閉鎖チャネルを通じて互いに連通し、前記拡張部に隣接する前記チャネルを通過する流体が、互いに対応する前記チャネルの別の内壁対のみと接触しながら移動する、
   流体解析チップ。
2. 前記チャネルは、前記チャネルの長手方向に沿って延びるチャネル凹部であり、所定の深さと所定の深さとを有するチャネル凹部を有する第一基板と、第二基板とが互いに組み立てられるといった態様で形成され、前記チャネル凹部と連通する前記サンプル入口は、前記第一基板に形成され、前記拡張部は、前記第一基板の前記チャネル凹部の深さより深い深さを有する拡張凹部を含む、
   請求項１に記載の流体解析チップ。
3. 前記チャネルは、第一基板と、前記チャネルの長手方向に沿って延びるチャネル凹部であり、所定の幅と所定の深さとを有するチャネル凹部を有する第二基板とが互いに組み立てられるといった態様で形成され、前記チャネル凹部と連通する前記サンプル入口は、前記第一基板に形成され、前記拡張部は、前記第二基板の前記チャネル凹部の深さより深い深さを有する拡張凹部を含む、
   請求項１に記載の流体解析チップ。
4. 前記チャネルは、前記チャネルの長手方向に沿って延びるチャネル凹部であり、所定の深さと所定の深さとを有するチャネル凹部を有する第一基板と、第二基板とが互いに組み立てられるといった態様で形成され、前記チャネル凹部と連通する前記サンプル入口は、前記第一基板に形成され、前記拡張部は、前記第一基板の間隔毎に、前記チャネル凹部に沿って形成される拡張穴群を含む、
   請求項１に記載の流体解析チップ。
5. 前記拡張部は、前記チャネルと接触する内面を有し、該内面は、前記拡張部の深さが前記チャネルに向かって浅くなるといった態様で傾斜させられる、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の流体解析チップ。
6. 互いに異なるサンプル入口群及び互いに異なるサンプル出口群のそれぞれと連通する少なくとも二つのチャネルが含まれる、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の流体解析チップ。
7. 一つのサンプル入口と一つのサンプル出口とが少なくとも二つのチャネルを通じて互いに連通する、
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の流体解析チップ。

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