JP2012220204A - 流体取扱装置及び流体取扱システム - Google Patents

Abstract

【課題】流路が形成されたチップ本体に、カーボンインクが印刷されたフィルムを接合するマイクロ流路チップにおいて、ラミネート不良に起因する液体の漏れを防止し、電気泳動装置（電極）の汚染や、電気泳動の精度の低下を防止すること。
【解決手段】マイクロ流路チップのチップ本体１２の下面２１にフィルム１４を接合することにより、有底の第１領域２３ａ’、２３ｂ’、第２領域２４ａ’、２４ｂ’が形成される。第３領域２５ａ’、２５ｂ’は、第１領域２３ａ’、２３ｂ’と第２領域２４ａ’、２４ｂ’との間であって、カーボンインク１６ａ、１６ｂ上に位置するように形成される。第３領域２５ａ’、２５ｂ’の幅は、カーボンインク１６ａ、１６ｂの幅より長くなるように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体試料の分析や処理等に用いられる流体取扱装置及びこれを具備する流体取扱システムに関する。

近年、生化学や分析化学等の科学分野あるいは医学分野において、タンパクや核酸（例えば、ＤＮＡ）などの微量な物質の検査分析を精度良く高速に行うために、マイクロ分析システムが使用されている。

マイクロ分析システムの一例として、マイクロ流路チップに形成された流路を泳動液（緩衝液）で満たし、流路に繋がる注入口から試料を注入し、流路の両端に電圧をかけ、試料を電気泳動させて分析を行うシステムがある。

マイクロ流路チップは、流路が形成されたチップ本体にフィルム（薄膜）または薄板を接合することにより作製される。流路の両端には、液体が注入されるリザーバが形成され、そのリザーバ内には電極が形成される。電極形成方法の例として、カーボンインクにてフィルムまたは薄板上に電極パターンを印刷する方法が知られている（特許文献１参照）。そのように形成される電極パターンの一端は、リザーバ内に位置するように形成され、他端はリザーバ外に位置するように形成されている。そして、電極パターンの他端に電気泳動装置の電極を接触させ、リザーバ内に注入される液体試料に触れることなく液体試料に電圧がかけられるように構成されている。

米国特許第６９３９４５１号明細書

上記の電極形成方法では、カーボンインクの厚みにより、フィルムまたは薄板のカーボンインクの周辺部分がチップ本体に未接着となり（ラミネート不良）、液体の漏れが発生するおそれがある。

しかしながら、従来技術では、この液体の漏れについて対策が採られておらず、液体が漏れた場合に、電気泳動装置（電極）が汚染するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、マイクロ流路チップ等の流体取扱装置から外部への液体の漏れを防止することができ、外部環境の汚染を防止することができる流体取扱装置及び流体取扱システムを提供することを目的とする。

本発明の流体取扱装置は、板状の基板部材と、薄膜または薄板であって、前記基板部材の一面に接合される蓋部材と、前記蓋部材に、前記基板部材との接合面の一部を覆うように層状に形成され、電気または熱を伝達する伝達機能部と、を有し、前記基板部材の前記一面の前記伝達機能部の一端に対応する部分には、凹みまたは貫通孔が形成され、前記基板部材と前記蓋部材とが接合された際に前記一面側の開口部が前記蓋部材によって閉塞されることにより第１領域が形成され、前記伝達機能部の他端に対応する部分には、前記基板部材と前記蓋部材とが接合された際に外部に連通する第２領域が形成され、前記伝達機能部は、前記第１領域と前記第２領域との間を電気的または熱的に接続し、前記基板部材の前記一面には、前記第１領域と前記第２領域の間に延びる前記伝達機能部の縁部に架かるように溝部が形成され、前記溝部の前記一面側の開口部が前記蓋部材によって閉塞されることにより第３領域が形成される、構成を採る。

本発明の流体取扱システムは、上記流体取扱装置を備える構成を採る。

本発明によれば、基板部材に溝部を形成し、層状の伝達機能部の厚みによって生じる基板部材と蓋部材との隙間を伝わって漏れてきた液体を、当該溝部で止める、あるいは、溜めることができるので、液体の外部への漏れを防止することができ、外部環境の汚染を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状を示す図 図１のマイクロ流路チップのチップ本体の形状を示す図 図１のマイクロ流路チップのカーボンインク印刷後のフィルムの形状を示す図 図１（Ａ）のＥ−Ｅ線拡大断面図 本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状を示す図（バリエーション１） 図５のマイクロ流路チップのチップ本体の形状を示す図 本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状を示す図（バリエーション２） 図７のマイクロ流路チップのチップ本体の形状の一部を示す図 本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状の一部を示す図（バリエーション３） 図９のマイクロ流路チップのチップ本体の形状の一部を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、流体取扱装置の代表例として、マイクロ流路チップを用いて説明する。

〔マイクロ流路チップの構成〕
図１は、本実施の形態に係る流体取扱装置としてのマイクロ流路チップの形状を示す図である。図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）はＡ−Ａ線正面断面図、図１（Ｃ）は底面図、図１（Ｄ）はＢ−Ｂ線左側面断面図である。なお、図１（Ａ）、図１（Ｂ）には、電極棒１ａ、１ｂをともに示す。

図１に示すように、マイクロ流路チップ１０は、透明な略矩形の平板のチップ本体（基板部材）１２とフィルム（蓋部材となる薄膜）１４と、カーボンインク（伝達機能部としての電極）１６ａ、１６ｂと、から構成される。

チップ本体１２の厚さは１ｍｍ程度であり、フィルム１４の厚さは１００μｍ程度であり、カーボンインク１６ａ、１６ｂの厚さは１０μｍ程度である。

チップ本体１２およびフィルム１４は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、塩化ビニール、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレンなどの樹脂材料によって形成されている。なお、チップ本体１２とフィルム１４とで、互いに異なる材料を用いても良い。

カーボンインク１６ａ、１６ｂは、フィルム１４に印刷される。フィルム１４は、有機接着剤による接着あるいは熱圧着等によりチップ本体１２に接合される。

図２は、チップ本体１２の形状を示す図である。図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）はＣ−Ｃ線正面断面図、図２（Ｃ）は底面図、図２（Ｄ）はＤ−Ｄ線左側面断面図である。

チップ本体１２には、フィルム１４に対向する面である下面２１に、細長い微細溝２２が形成される。微細溝２２は、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形の断面を有する。チップ本体１２とフィルム１４とが接合された状態において、微細溝２２の開口部分がフィルム１４によって閉塞されることにより流路２２’が形成される。

チップ本体１２の微細溝２２のそれぞれの両端には、外部に開口する、断面が略円形の貫通孔２３ａ、２３ｂが形成される。貫通孔２３ａ、２３ｂは、直径が数１００μｍ〜数ｍｍである。チップ本体１２とフィルム１４とが接合された状態において、貫通孔２３ａ、２３ｂの開口部分がフィルム１４によって閉塞されることにより、泳動液、試料の注入口又は排出口としての機能を有する有底の第１領域２３ａ’、２３ｂ’が形成される。

チップ本体１２には、断面が略円形の貫通孔２４ａ、２４ｂが形成される。貫通孔２４ａ、２４ｂは、直径が数１００μｍ〜数ｍｍである。チップ本体１２とフィルム１４とが接合された状態において、貫通孔２４ａ、２４ｂの開口部分がフィルム１４によって閉塞されることにより、電極棒１ａ、１ｂの挿入口としての機能を有する有底の第２領域２４ａ’、２４ｂ’が形成される。

チップ本体１２の下面２１には、貫通孔２３ａと貫通孔２４ａとの間の位置に溝部２５ａが形成される。また、貫通孔２３ｂと貫通孔２４ｂとの間の位置に溝部２５ｂが形成される。そして、チップ本体１２とフィルム１４とが接合された状態において、溝部２５ａ、２５ｂの開口部がフィルム１４によって閉塞されることにより、第３領域２５ａ’、２５ｂ’が形成される。第３領域２５ａ’、２５ｂ’は、カーボンインク１６ａ、１６ｂ上に位置する。第３領域２５ａ’、２５ｂ’の幅は、カーボンインク１６ａ、１６ｂの幅より長くなるように形成される（図４参照）。第３領域２５ａ’、２５ｂ’は、カーボンインク１６ａ、１６ｂの厚みによって生じる未接着部分が予期しない流路となって第１領域２３ａ’、２３ｂ’から漏れてきた液体を止める、あるいは、溜める機能を有する。第３領域２５ａ’、２５ｂ’の機能についての詳細は後述する。

図３は、カーボンインク１６ａ、１６ｂ印刷後のフィルム１４の形状を示す図である。図３（Ａ）は平面図、図３（Ｂ）は正面図、図３（Ｃ）は左側面図である。

カーボンインク１６ａ、１６ｂが印刷されたフィルム１４は、少なくとも微細溝２２、貫通孔２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、溝部２５ａ、２５ｂを覆うように、チップ本体１２の下面２１に、透明な有機接着剤による接着あるいは熱圧着等により接合される。

フィルム１４をチップ本体１２に接合した際には、カーボンインク１６ａの両端が第１領域２３ａ’の中および第２領域２４ａ’の中に位置し、カーボンインク１６ｂの両端が第１領域２３ｂ’の中および第２領域２４ｂ’の中に位置する。カーボンインク１６ａ、１６ｂは、導電性があり、電極としての機能を有する。

〔マイクロ流路チップによる電気泳動〕
まず、マイクロ流路チップ１０において、第１領域（注入口）２３ａ’に泳動液を注入し、流路２２’内を充填する。次に分析用の試料を注入する。また、電極棒１ａ、１ｂを、第２領域２４ａ’、２４ｂ’に挿入してカーボンインク１６ａ、１６ｂに接触させる。

そして、電極棒１ａ、１ｂに通電することにより、流路２２’の両端に電圧をかける。これにより、試料は、貫通孔（排出口）２３ｂに向かって流路２２’内を電気泳動する。

流路２２’内において、試料は、分子量毎の電気泳動速度の違いによって分離される。試験者は、蛍光強度を検出することにより、電気泳動の結果を得ることができる。

〔本実施の形態の効果〕
図４は、図１（Ａ）のＥ−Ｅ線拡大断面図である。図４に示すように、カーボンインクの１６ａ（１６ｂ）の厚みに起因して、フィルム１４のカーボンインクの１６ａ（１６ｂ）の周辺部分がチップ本体１２に未接着となり（ラミネート不良）、カーボンインクの１６ａ（１６ｂ）の縁部において、チップ本体１２とフィルム１４との間に隙間３１ａ、３１ｂが生じる虞がある。

隙間３１ａ、３１ｂは、予期しない流路となり第１領域２３ａ’（２３ｂ’）に繋がっている。したがって、マイクロ流路チップ１０の流路２２’に注入した液体（泳動液、試料）が、毛細管現象により、第１領域２３ａ’（２３ｂ’）から隙間３１ａ、３１ｂを伝わって漏れてくる。

本実施の形態に係るマイクロ流路チップ１０には、第３領域２５ａ’（２５ｂ’）が形成される。第３領域２５ａ’（２５ｂ’）の幅Ｗ１は、カーボンインク１６ａ（１６ｂ）の幅Ｗ２より長くなるように形成される。このため、第３領域２５ａ’（２５ｂ’）は隙間３１ａ、３１ｂと繋がる。

したがって、隙間３１ａ、３１ｂを伝わって漏れてきた液体は、第３領域２５ａ’（２５ｂ’）に止められ、あるいは、溜められるため、第２領域２４ａ’（２４ｂ’）には行かない。

この結果、本実施の形態によれば、液体の外部への漏れを防止することができ、電極や外部環境の汚染を防止することができる。

［バリエーション］
以下、本実施の形態に係るマイクロ流路チップのバリエーションについて説明する。

［バリエーション１］
図５は、本実施の形態に係るマイクロ流路チップのバリエーション１の形状を示す図である。バリエーション１のマイクロ流路チップは、試料をヒータで加熱するために用いられる。図５（Ａ）は平面図、図５（Ｂ）はＦ−Ｆ線正面断面図、図５（Ｃ）は底面図である。なお、図５（Ａ）、図５（Ｂ）には、電熱ヒータ１ａ−１をともに示す。なお、図５において、図１と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図６は、図５のマイクロ流路チップのチップ本体の形状を示す図である。図６（Ａ）は平面図、図６（Ｂ）はＧ−Ｇ線正面断面図、図６（Ｃ）は底面図である。なお、図６において、図２と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

バリエーション１は、伝達機能部としての伝熱性に富む金属膜１６ａ−１が一つのみの場合である。図５において、マイクロ流路チップ１０−１は、チップ本体１２−１、フィルム１４−１の形状が図１のチップ本体１２、フィルム１４と異なる。

また、図６において、チップ本体１２−１には、貫通孔２３ａ、貫通孔２４ａが一つずつ形成される。また、チップ本体１２−１の下面２１−１には、溝部２５ａが一つ形成される。なお、チップ本体１２−１には、微細溝が形成されない。

バリエーション１によっても、第１領域２３ａ’から漏れてきた液体が、第３領域２５ａ’に止められ、あるいは、溜められるため、第２領域２４ａ’に到達するのを防ぐことができる。この結果、液体の漏れを防止することができ、外部環境の汚染を防止することができ、電熱ヒータ１ａ−１によって安全に第１領域２３ａ’内に注入された試料を加熱することができる。

［バリエーション２］
図７は、本実施の形態に係るマイクロ流路チップのバリエーション２の形状を示す図である。本バリエーション２では、本発明が実施されているマイクロ流路チップの一部を示して本発明の構成を説明する。図７（Ａ）は平面図、図７（Ｂ）はＨ−Ｈ線正面断面図、図７（Ｃ）は底面図、図７（Ｄ）はＪ−Ｊ線左側面断面図である。なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）には、電極棒１ａ、１ｂをともに示す。なお、図７において、図１と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図８は、図７のマイクロ流路チップのチップ本体の形状の一部を示す図である。図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）はＫ−Ｋ線正面断面図、図８（Ｃ）は底面図、図８（Ｄ）はＬ−Ｌ線左側面断面図である。なお、図８において、図２と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

バリエーション２は、貫通孔２３ａの代わりに凹み部２６を形成した場合である。図７において、マイクロ流路チップ１０−２は、チップ本体１２−２の形状が図１のチップ本体１２と異なる。

また、図８において、チップ本体１２−２には、貫通孔２３ａの代わりに凹み部２６が形成される。凹み部２６は、チップ本体１２−２とフィルム１４とが接合された状態において、フィルム１４側の開口部が閉塞されて第１領域２６’を形成する。バリエーション２では、第１領域２３ｂ’に注入された試料が、流路２２’を伝って第１領域２６’に蓄えられる。

バリエーション２によっても、第１領域２６’、２３ｂ’から漏れてきた液体が、第３領域２５ａ’、２５ｂ’に止められ、あるいは、溜められるため、貫通孔２４ａ、２４ｂには行かない。この結果、液体の漏れを防止することができ、電極や外部環境の汚染を防止することができる。

［バリエーション３］
図９は、本実施の形態に係るマイクロ流路チップのバリエーション３の形状を示す図である。図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）はＭ−Ｍ線正面断面図、図９（Ｃ）は底面図、図９（Ｄ）はＮ−Ｎ線左側面断面図である。なお、図９（Ａ）、図９（Ｂ）には、電極棒１ａ、１ｂをともに示す。なお、図９において、図１と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図１０は、図９のマイクロ流路チップのチップ本体の形状を示す図である。図１０（Ａ）は平面図、図１０（Ｂ）はＰ−Ｐ線正面断面図、図１０（Ｃ）は底面図、図１０（Ｄ）はＱ−Ｑ線左側面断面図である。なお、図１０において、図２と共通する部分には、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

バリエーション３は、貫通孔２４ａ、２４ｂを形成せず、電極棒１ａ、１ｂと接するカーボンインク１６ａ、１６ｂの端部を露出するようにフィルム１４よりも小さなチップ本体１２−３を用いて第２領域２７を形成した場合である。図９、図１０において、マイクロ流路チップ１０−３は、チップ本体１２−３の形状が図１のチップ本体１２と異なる。

バリエーション３によっても、第１領域２３ａ’、２３ｂ’から漏れてきた液体が、第３領域２５ａ’、２５ｂ’に止められ、あるいは、溜められるため、第２領域２７には行かない。この結果、液体の漏れを防止することができ、電極や外部環境の汚染を防止することができる。

なお、上記実施の形態では、導電部材としてカーボンインク１６ａ、１６ｂ、伝熱部材として金属膜１６ａ−１を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限られず、他の導電部材や伝熱部材を用いても同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、カーボンインク１６ａ、１６ｂを印刷する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、導電部材や伝熱部材を貼り付ける、あるいは蒸着する等、他の方法を用いても同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、フィルム１４をチップ本体１２に接合する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、特許文献１の図１のように、薄板をチップ本体に接合する場合にも同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、電極棒１ａ、１ｂ、電熱ヒータ１ａ−１を挿入するための貫通孔２４ａ、２４ｂを形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、特許文献１の図１のような、導電部材（伝熱部材）の一端がチップ本体の外に露出する形態のマイクロ流路チップに対しても同様の効果を得ることができる。

本発明は、上記実施の形態に示す通り、液体が導入される空間（第１領域）と、これに電気的または熱的に伝達機能部によって接続されている空間（第２領域）との間に、伝達機能部の縁部に生じ得る隙間（予期しない流路）に連通する空間（第３領域）を形成することによって、第１領域の空間に導入される液体が第２領域の空間に漏れ出るのを防ぐものである。この効果が得られるものであれば、第１領域および第２領域を形成するための基板部材の形状は上記実施の形態において示した形状に限られない。

本発明に係る流体取扱装置及び流体取扱システムは、生化学や分析化学等の科学分野あるいは医学分野において、微量な物質の検査分析を精度良く高速に行う装置に使用することができる。

１０、１０−１、１０−２、１０−３ マイクロ流路チップ
１２、１２−１、１２−２、１２−３ チップ本体
１４、１４−１ フィルム
１６ａ、１６ｂ カーボンインク
１６ａ−１ 金属膜
２２ 微細溝
２２’ 流路
２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ 貫通孔
２３ａ’、２３ｂ’、２６’ 第１領域
２４ａ’、２４ｂ’、２７ 第２領域
２５ａ、２５ｂ 溝部
２５ａ’、２５ｂ’ 第３領域
２６ 凹み部

Claims (2)

1. 板状の基板部材と、
   薄膜または薄板であって、前記基板部材の一面に接合される蓋部材と、
   前記蓋部材に、前記基板部材との接合面の一部を覆うように層状に形成され、電気または熱を伝達する伝達機能部と、を有し、
   前記基板部材の前記一面の前記伝達機能部の一端に対応する部分には、凹みまたは貫通孔が形成され、前記基板部材と前記蓋部材とが接合された際に前記一面側の開口部が前記蓋部材によって閉塞されることにより第１領域が形成され、
   前記伝達機能部の他端に対応する部分には、前記基板部材と前記蓋部材とが接合された際に外部に連通する第２領域が形成され、
   前記伝達機能部は、前記第１領域と前記第２領域との間を電気的または熱的に接続し、
   前記基板部材の前記一面には、前記第１領域と前記第２領域の間に延びる前記伝達機能部の縁部に架かるように溝部が形成され、
   前記溝部の前記一面側の開口部が前記蓋部材によって閉塞されることにより第３領域が形成される、
   流体取扱装置。
2. 請求項１に記載の流体取扱装置を具備する流体取扱システム。

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