JP2012021956A - 流路構造体及びその製造方法、並びに、分析チップ及び分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流路114に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極132と、作用電極132との間に所定の電位差を生じさせて駆動力を生じさせる参照電極131とが形成され、作用電極132の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水性部分135と親水性の高い親水性部分134とが形成されている。
【選択図】図1
Description
まず、図19〜21に基づき、毛細管力を利用したマイクロ流路(以下、単に「流路」と称する)における溶液の流れについて説明する。毛細管力による溶液に作用する圧力(駆動力)Pは、流路内面と溶液との接触角(図19参照)に大きく影響される。
図1〜3に基づき、本発明の実施の形態1に関する流路構造体10について説明する。図1(a)は、流路構造体10の全体構造を示す組立構造図であり、図1(b)は、流路構造体10を分解したときの第2基板110の構成を示す構成図であり、図1(c)は、第1基板111の構成を示す構成図である。
次に、流路構造体10の製造方法は、以下の(1)〜(4)の各工程を少なくとも含んでいれば良い。
(1)第1基板111上に流路形成溝114aを形成する(流路形成溝形成工程)。
(2)親水性の導電性材料で作用電極132を作成し、作用電極132の一部を疎水化処理して作用電極132の溶液と接触する表面上に、疎水性部分135と親水性部分134とを形成する(疎水化処理工程)。
(3)第2基板110上に作用電極132を設置する(作用電極設置工程)。
(4)第1基板111に形成された流路形成溝114aを第2基板110で封止する(流路形成溝封止工程)。なお、上述した(1)〜(4)の各工程の順序は、必要に応じて適宜決定すれば良い。これにより、上述した流路構造体10を容易に作成することができる。
cosθw=Sr×cosθとなる。
図5に本実施の形態にかかる流路構造体10の流路114における溶液の流れを示す。図5(a)は、電圧印加OFFの状態、図5(b)は、電圧印加ONの状態を示している。
次に、上記実施の形態1とは異なる構造の流路構造体20について、図6〜図7を用いて詳細に説明する。
中間層116の流路形成孔114b、並びに、注入孔112及び排出孔113(貫通孔)の形成方法としては、例えば、機械加工による方法、レーザー加工による方法、薬品やガスによるエッチングによる方法等がある。また、上述のとおり、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストに流路形成孔114b、注入孔112、及び排出孔113のパターンを形成してもよい。
次に、流路構造体20の製造方法は、以下の(1)〜(4)の各工程を少なくとも含んでいれば良い。
(1)中間層116に流路形成孔114bを形成する(流路形成孔形成工程)。
(2)親水性の導電性材料で作用電極132を作成し、作用電極132の一部を疎水化処理して作用電極132の溶液と接触する表面上に、疎水性部分135と親水性部分134とを形成する(疎水化処理工程)。
(3)第2基板110上に作用電極132を設置する(作用電極設置工程)。
(4)中間層116に形成された流路形成孔114bを、中間層116の一方側から第3基板115で封止すると共に、中間層116の他方側から第2基板110で封止する(流路形成孔封止工程)なお、上述した(1)〜(4)の各工程の順序は、必要に応じて適宜決定すれば良い。これにより、上述した流路構造体20を容易に作成することができる。
次に、本実施の形態にかかる流路構造体30を、図8に示す。
次に、図10に基づき、実施の形態3の流路構造体30の変形例である流路構造体40について説明する。図10は、流路構造体30の全体構成を示す組立構造図である。
次に、図11に基づき、実施の形態4の流路構造体50について説明する。図11は、実施の形態4の流路構造体50の全体構成を示す組立構造図である。
次に、図12に基づき、実施の形態4の流路構造体50の変形例である流路構造体60について説明する。図12は、流路構造体60の全体構成を示す組立構造図である。
次に、図13に基づき、実施の形態5の流路構造体70について説明する。図13は、実施の形態5の流路構造体70の全体構成を示す組立構造図である。
次に、図14に基づき、実施の形態5の流路構造体70の変形例である流路構造体80について説明する。図14は、流路構造体70の全体構成を示す組立構造図である。
次に、図15に基づき、実施の形態6の流路構造体90について説明する。図15(a)は、流路構造体90の全体構造を示す組立構造図であり、図15(b)は、流路構造体90を分解したときの第2基板110の構成を示す構成図であり、図15(c)は、第1基板111の構成を示す構成図である。
実施の形態1〜6にかかる流路構造体10〜90は、流路に抗体等を固定化し、電極を設け、抗原抗体反応、酵素標識付き抗体と抗原−抗体複合体との反応、酵素基質反応を行わせ、酵素基質反応により生じた電極活性物質の量を電極で検出するというマイクロ分析チップとして利用できる。
次に、図16に基づき、実施の形態7のマイクロ分析チップ(分析チップ)2302の全体構造について説明する。図16は、マイクロ分析チップ2302の全体構造を示す構成図である。
第1の溶液用の第1注入孔2001及び第2の溶液用の第2注入孔2002より、それぞれ第1の溶液及び第2の溶液を注入する。これにより、第1液溜め部2003及び第2液溜め部2004にそれぞれの溶液を注入できる。
ミキサー部2007は第1の溶液と第2の溶液を充分混合できるように構成する。例えば、ミキサー部2007に、第1開閉バルブ及び第2開閉バルブから流入して来た溶液が自然混合されるように、マイクロピラー構造設けるのもよい。また、T字型ミキサー、Manzミキサー、3次元蛇行流路を用いたミキサーなどを設けることもできる。
第1流路2008は、反応を行う反応領域として機能する。第1流路2008に設けられる反応部2017は、第1流路2008の全部であってもよいし、その一部であってもよい。反応部2017には、例えば、サンプル溶液に含まれる被検出物質を特異的に認識し反応する分子が配置される。被検出物質が抗原である場合は、抗体を反応部2017に固定化するとよい。被検出物質を検出するためには、酵素免疫反応のサンドイッチ法を用いることができ、この場合、抗原を酵素標識抗体(二次抗体)と反応させ、抗原と酵素標識抗体が結合した複合体とする。この複合体を反応部2017に予め固定化しておき抗体(一次抗体)と反応させる。次に基質を導入し、二次抗体に標識されている酵素と反応させ、反応により生成された電気化学的に活性のある物質を検出部2012の電極上で電気化学的に検出を行う。反応部2017では、検出部2012にて検出できる物質が被検出物質の量に応じて生成される。なお、反応部2017における検出手段が光学的な手段であってもよい。
外部接続端子2015は、外部の駆動電源からマイクロ分析チップ2302への駆動電力を受け取ったり、駆動信号(制御信号)を受け取ったり、外部に検出結果等を出力するためのインターフェイスである。
実施の形態7にかかるマイクロ分析チップは第1基板2101と第2基板2102を重ね合わせた2層構造になっている。2層構造の各々の層構造について図17を用いて説明する。
次に、図18に基づき、実施の形態8の携帯可能なハンディ型の制御用ハンディ機器(分析装置)2301について説明する。図18は、制御用ハンディ機器2301及び装着前のマイクロ分析チップ2302の外観を示す斜視図である。
次に、実施例により本発明の説明を行うが、本発明の範囲は実施例に限定されるものではない。
作用電極に疎水性膜の形成を行わない以外は、上記実施例と同様にして流路構造体を作製した。
フッ化炭素膜を作用電極全面に形成したこと以外は、上記実施例と同様にして流路構造体を作製した。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
110 第2基板(第4基板)
111 第1基板
112,112a,112b 注入孔(液導入孔)
113 排出孔(液排出孔)
114 流路
114a 流路形成溝
114b 流路形成孔
114c 隘路(流路)
114d 段差部(流路)
115 第3基板
116 中間層(流路形成層)
131,131a,131b 参照電極
132,132a,132b 作用電極
133 引き出し電極
134 親水性部分(親水部,グルーブ部)
135 疎水性部分(疎水部,ランド部)
136 外部接続端子用電極(外部接続端子)
137 対向電極
151a,151b 第2流路(流路)
152a,152b 第3流路(流路)
2001 第1注入孔(液導入孔)
2002 第2注入孔(液導入孔)
2003 第1液溜め部(流路)
2004 第2液溜め部(流路)
2005,2006 注入路(流路)
2007 ミキサー部(流路)
2008 第1流路(流路)
2009 第1隘路(流路)
2010 第2流路(流路)
2011 第2隘路(流路)
2012 検出部(分析部)
2013 第3隘路(流路)
2014 排出孔(液排出孔)
2015 外部接続端子
2016 第3流路(流路)
2017 反応部(分析部)
2101 第1基板
2102 第2基板
2105,2106 電極
2112 検出用電極(分析部)
2301 制御用ハンディ機器(分析装置)
2302 マイクロ分析チップ(分析チップ)
2303 チップ接続口
2304 表示部
2305 入力部
a 比(疎水部全長/流路幅)
b 比
σ 界面張力
θ,θ1〜θ3,θA,θB,θw 接触角
F1〜F3 成分
h,h’ 流路高さ
P 圧力(駆動力)
r 半径
w,w’ 流路幅
Claims (19)
- 流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成された流路構造体において、
前記作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とが形成されていることを特徴とする流路構造体。 - 前記疎水部と前記親水部とが配列する配列方向が、前記駆動力に対して直交する方向であることを特徴とする請求項1に記載の流路構造体。
- 前記駆動力に対して直交する方向に沿って前記作用電極の両端間に引かれる複数の線分を定義し、各線分上における前記疎水部の長さの総和を疎水部全長とするとき、
前記作用電極上において、前記流路の流路幅に対する前記疎水部全長の割合が互いに異なる線分の組みが少なくとも1組存在することを特徴とする請求項1又は2に記載の流路構造体。 - 前記疎水部が複数存在し、
前記作用電極の表面上で、各疎水部がランド部を形成し、前記親水部が前記各疎水部を取り囲むグルーブ部を形成していることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の流路構造体。 - 前記疎水部が複数存在し、
各疎水部が、前記駆動力の方向に沿って縞模様を形成していることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の流路構造体。 - 前記流路の流路幅が、前記作用電極上で狭くなっている部分が存在していることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の流路構造体。
- 前記流路の流路高さが、前記作用電極上で高くなっている部分が存在していることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の流路構造体。
- 前記流路を形成するための流路形成溝が少なくとも形成された第1基板と、
前記第1基板に形成された前記流路形成溝を封止する第2基板とを備えていることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の流路構造体。 - 前記第1基板は、疎水性材料で構成されており、
前記第2基板は、親水性材料で構成されていることを特徴とする請求項8に記載の流路構造体。 - 前記第1基板を構成する疎水性材料は、ポリジメチルシロキサンであり、
前記第2基板を構成する親水性材料は、ガラスであることを特徴とする請求項9に記載の流路構造体。 - 前記流路を構成するための流路形成孔が少なくとも形成された流路形成層と、
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から封止する第3基板と、
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の他方側から封止する第4基板とを備えていることを特徴とする請求項1から7までのいずれか1項に記載の流路構造体。 - 前記流路形成層は、疎水性材料で構成されていることを特徴とする請求項11に記載の流路構造体。
- 請求項1から12までのいずれか1項に記載の流路構造体を備えた分析チップ。
- 請求項13に記載の分析チップを備えた分析装置。
- 流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成され、前記流路を形成するための流路形成溝が少なくとも形成された第1基板と、前記第1基板に形成された前記流路形成溝を封止する第2基板とを備えた流路構造体の製造方法であって、
前記第1基板上に前記流路形成溝を形成する流路形成溝形成工程と、
親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、
前記第2基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、
前記第1基板に形成された前記流路形成溝を前記第2基板で封止する流路形成溝封止工程とを含んでいることを特徴とする流路構造体の製造方法。 - 流路に沿って溶液を送液する駆動力を生じさせる作用電極と、該作用電極との間に所定の電位差を生じさせて前記駆動力を生じさせる参照電極とが形成され、前記流路を構成するための流路形成孔が少なくとも形成された流路形成層と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から封止する第3基板と、前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の他方側から封止する第4基板とを備えた流路構造体の製造方法であって、
前記流路形成層に前記流路形成孔を形成する流路形成孔形成工程と、
親水性の導電性材料で前記作用電極を作成し、該作用電極の一部を疎水化処理して該作用電極の溶液と接触する表面上に、疎水性の高い疎水部と親水性の高い親水部とを形成する疎水化処理工程と、
前記第4基板上に前記作用電極を設置する作用電極設置工程と、
前記流路形成層に形成された前記流路形成孔を、前記流路形成層の一方側から前記第3基板で封止すると共に、前記流路形成層の他方側から前記第4基板で封止する流路形成孔封止工程とを含んでいることを特徴とする流路構造体の製造方法。 - 前記疎水化処理工程で、疎水処理剤を使用することで、前記作用電極の一部を疎水化処理することを特徴とする請求項15又は16に記載の流路構造体の製造方法。
- 前記疎水化処理工程で、前記作用電極の一部に疎水性膜を形成することで、前記作用電極の一部を疎水化処理することを特徴とする請求項15又は16に記載の流路構造体の製造方法。
- 前記疎水化処理工程で、前記疎水化処理の後に、さらに前記作用電極の一部の表面粗さを調整することを特徴とする請求項17又は18に記載の流路構造体の製造方法。
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