JP2013101081A - Microchip - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、逆流を防止することが可能なマイクロチップに関する。より詳しくは、流路壁の変形によって逆流防止が可能なマイクロチップに関する。 The present technology relates to a microchip capable of preventing backflow. More specifically, the present invention relates to a microchip that can prevent backflow by deformation of a flow path wall.
近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコーン製やガラス製の基板上に化学的分析又は生物学的分析を行うためのウェルや流路を設けたマイクロチップが開発されている。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサなどに利用され始めている。 In recent years, microchips having wells and flow paths for performing chemical analysis or biological analysis on a silicon or glass substrate have been developed by applying microfabrication technology in the semiconductor industry. These microchips are beginning to be used in, for example, electrochemical detectors for liquid chromatography and small electrochemical sensors in medical settings.
このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−TAS(micro−Total−Analysis System)やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは、分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。μ−TASは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ(使い捨て)が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。 Such an analysis system using a microchip is called μ-TAS (micro-Total-Analysis System), a lab-on-chip, a biochip, and the like. As a technology that enables downsizing, integration, or downsizing of analyzers, it is attracting attention. Since μ-TAS can be analyzed with a small amount of sample and can be used as a disposable microchip, it is expected to be applied to biological analysis, especially for handling precious trace samples and many specimens. Has been.
上記のマイクロチップにおいて、精度の高い分析を行うためには、マイクロチップ内へ導入されたサンプル溶液等が、設計された順行方向に正しく送液され、意図しない流路へ通流又は逆行しないことが求められる。例えば、複数のウェルが形成されているマイクロチップでは、各々のウェルに、異なる組成や混合比からなる溶液を充填し、複数の分析を同時に行うことも可能である。そのような場合、ウェル間を溶液が逆流してしまうと、ウェル内が汚染(コンタミネーション)され、正確な分析を困難にする。 In the above microchip, in order to perform highly accurate analysis, the sample solution or the like introduced into the microchip is correctly fed in the designed forward direction, and does not flow or reverse to the unintended flow path. Is required. For example, in a microchip in which a plurality of wells are formed, each well can be filled with solutions having different compositions and mixing ratios, and a plurality of analyzes can be performed simultaneously. In such a case, if the solution flows backward between the wells, the inside of the well is contaminated, making accurate analysis difficult.
上記の課題に対して、例えば特許文献1には、マイクロチップ内の流路断面積を上流と下流で変えることによって圧力差を形成して、溶液の逆流を防止する構造が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a structure that prevents a back flow of a solution by forming a pressure difference by changing a cross-sectional area of a flow channel in a microchip between upstream and downstream.
また、液体が通流する経路内空に逆流防止用の構造物が設けられる例として、浮遊弁体を流路内に保持するマイクロバルブが開示されている(特許文献2、3)。マイクロバルブ内に液体が順行方向に送液されている時、浮遊弁体は下流への通流を妨げない位置に留まるが、逆行方向へ溶液が流れる時には浮遊弁体が上流へ連通する開口部を塞ぎ、逆流が防止される。 In addition, as an example in which a structure for preventing a backflow is provided in the space through which a liquid flows, a microvalve that holds a floating valve body in a flow path is disclosed (Patent Documents 2 and 3). When liquid is fed in the forward direction in the microvalve, the floating valve body remains in a position that does not prevent downstream flow, but when the solution flows in the backward direction, the floating valve body communicates upstream. Blocks the part and prevents backflow.
本技術は、逆流を防止することが可能なマイクロチップを提供することを、主な目的とする。 The main object of the present technology is to provide a microchip capable of preventing backflow.
上記課題解決のため、本技術は、溶液の導入口と、前記溶液に含まれる物質又は該物質の反応生成物の分析場となるウェルと、前記導入口に導入された前記溶液を前記ウェルへ送液する流路と、が配設され、前記流路は、一端で前記導入口に連通する主流路と、該主流路から分岐して前記ウェルに接続する分岐流路と、からなり、前記分岐流路には、流路壁の変形によって流路内空が狭窄又は閉塞される逆流防止構造が形成されるマイクロチップを提供する。前記逆流防止構造は、前記分岐流路に近接して設けられた加圧部の膨張によって前記流路壁が圧迫され、前記流路内空へ突出して形成されても良い。また、前記溶液を充填可能な前記加圧部への該溶液の導入圧によって、該加圧部が膨張するものとしても良い。 In order to solve the above problems, the present technology provides a solution introduction port, a well serving as an analysis site for a substance contained in the solution or a reaction product of the substance, and the solution introduced into the introduction port into the well. A flow path for supplying liquid, and the flow path includes a main flow path communicating with the introduction port at one end, and a branch flow path branched from the main flow path and connected to the well, The branch channel is provided with a microchip having a backflow prevention structure in which the inner space of the channel is narrowed or closed by deformation of the channel wall. The backflow prevention structure may be formed so that the flow path wall is pressed by the expansion of a pressurizing portion provided in the vicinity of the branch flow path and protrudes into the flow path. The pressurizing part may be expanded by the introduction pressure of the solution into the pressurizing part that can be filled with the solution.
前記マイクロチップは、一端で一又は二以上の前記加圧部と接続し、もう一端で、前記導入口から最遠方位置のウェルに連通する分岐流路との分岐の後に前記主流路と接続する、調節流路が配設されたものとすることもできる。また、前記マイクロチップは、一端で前記分岐流路と前記ウェルとの連通部と対向する位置で前記ウェルと接続し、もう一端で一又は二以上の加圧部に接続した調節流路が配設されたものとすることもできる。更に、前記マイクロチップにおいては、前記調節流路が一端で接続する前記ウェルは、前記導入口から最遠方位置に配設された1又は二以上のウェルのみであっても良い。 The microchip is connected to one or more of the pressure units at one end, and connected to the main channel at the other end after branching from a branch channel communicating with the farthest well from the inlet. In addition, an adjustment channel may be provided. The microchip has an adjustment channel connected to the well at one end of the microchip and facing the communicating portion between the branch channel and the well, and connected to one or more pressure units at the other end. It can also be provided. Furthermore, in the microchip, the well to which the control channel is connected at one end may be only one or two or more wells arranged at the farthest position from the introduction port.
本技術はまた、熱膨張部材を保持可能な前記加圧部への加熱によって、該加圧部が膨張するマイクロチップを提供する。前記熱膨張部材は、コイル状の金属又は熱膨張性樹脂からなるものであっても良い。 The present technology also provides a microchip in which the pressurizing unit expands by heating the pressurizing unit capable of holding a thermal expansion member. The thermal expansion member may be made of a coiled metal or a thermal expansion resin.
本技術により、流路内に逆流防止構造が形成され、逆流の防止によって分析対象の汚染が防がれ、精度の高い分析を可能とするマイクロチップが提供される。 According to the present technology, a backflow prevention structure is formed in a flow path, and contamination of an analysis target is prevented by preventing backflow, and a microchip that enables highly accurate analysis is provided.
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。説明は以下の順序で行う。
1.本技術における第一実施形態について
(1)マイクロチップAの構成
(2)逆流防止構造の形成
(3)第一実施形態の変形例の構成
2.本技術における第二実施形態について
(1)マイクロチップBの構成
(2)逆流防止構造の形成
3.本技術における第三実施形態について
Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present technology will be described. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this technique, and, thereby, the scope of this technique is not interpreted narrowly. The description will be made in the following order.
1. 1. First Embodiment of the Present Technology (1) Configuration of Microchip A (2) Formation of Backflow Prevention Structure (3) Configuration of Modified Example of First Embodiment 2. Second Embodiment of the Present Technology (1) Configuration of Microchip B (2) Formation of Backflow Prevention Structure About the third embodiment of the present technology
1.本技術における第一実施形態について
(1)マイクロチップAの構成
本技術に係るマイクロチップの第一実施形態を図1に模式的に示す。符号Aで示すマイクロチップは、外部から溶液が導入される導入口1と、溶液に含まれる物質又は物質の反応生成物の分析場となるウェル6と、一端において導入口1に連通する主流路21と、主流路21から分岐してウェル6に連通する分岐流路22と、からなる。
1. First Embodiment of the Present Technology (1) Configuration of Microchip A A first embodiment of a microchip according to the present technology is schematically shown in FIG. The microchip denoted by reference symbol A includes an introduction port 1 through which a solution is introduced from the outside, a well 6 serving as an analysis site for a substance contained in the solution or a reaction product of the substance, and a main channel that communicates with the introduction port 1 at one end. 21 and a
また、マイクロチップAには調節流路23が形成され、一端で主流路21と連通し、もう一端は分岐して複数の加圧部4に連通している。図1に示すマイクロチップAでは、調節流路23の一部に溶液を一時的に貯留する貯留部3を備えている。このように、調節流路23は一部に断面積や構造の変化した部分が設けられていても良い。
The microchip A is formed with an
図1においては、1本の主流路21に対して5個のウェル6が配設され、1個のマイクロチップAについて5本の主流路21が配設された場合を例示するが、本実施形態に係るマイクロチップAに配設される主流路21及びウェル6は、図1に示す数に限定されない。また、分岐流路22等もウェル6等の数に応じて、適宜配設されるものとできる。
FIG. 1 illustrates a case where five
マイクロチップAに導入する溶液とは、分析対象物、又は他の物質と反応して分析対象物を生成する物質を含む溶液を指す。分析対象物としては、DNAやRNA等の核酸、ペプチド、抗体等を含めたタンパク質など、を挙げることができる。また血液等、前記の分析対象物を含んだ生体試料自体、又はその希釈溶液も、本技術に係るマイクロチップに導入する溶液とすることができる。 The solution introduced into the microchip A refers to a solution containing an analyte or a substance that reacts with another substance to generate the analyte. Examples of the analysis target include nucleic acids such as DNA and RNA, proteins including peptides, antibodies, and the like. Moreover, the biological sample itself containing the said analysis target object, such as blood, or its diluted solution can also be used as the solution introduce | transduced into the microchip based on this technique.
マイクロチップAは複数の基板層から構成される。基板層の材質は、ガラスや各種プラスチック(ポリプロピレン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリジメチルシロキサン等)とすることができる。マイクロチップAを構成する基板層は複数であるが、枚数は限定されない。また、ガラスからなる基板層にプラスチックの基板層を貼り合わせるといった、異なる材質からなる基板層を貼り合わせて成るマイクロチップAとすることもできる。なお、分岐流路22と加圧部4が形成される基板層は、各々弾性を有する材質がからなるものであることが好ましい。
The microchip A is composed of a plurality of substrate layers. The material of the substrate layer can be glass or various plastics (polypropylene, polycarbonate, cycloolefin polymer, polydimethylsiloxane, etc.). Although there are a plurality of substrate layers constituting the microchip A, the number of the substrate layers is not limited. Alternatively, the microchip A may be formed by bonding substrate layers made of different materials, such as bonding a plastic substrate layer to a glass substrate layer. In addition, it is preferable that the board | substrate layer in which the
弾性を有する材質としては、ポリジメチルシロキサン等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどが挙げられる。ウェル6内に保持された物質を光学的に分析する場合においては、基板層の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく波長分散が小さいことで光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。
Examples of the material having elasticity include acrylic elastomers, urethane elastomers, fluorine elastomers, styrene elastomers, epoxy elastomers, natural rubber, etc., in addition to silicone elastomers such as polydimethylsiloxane. In the case of optically analyzing the substance held in the
基板層への各流路、ウェル6、加圧部4等の成形は、例えばガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、又はプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工等の方法によって行うことができる。基板層の貼り合わせには、例えば接着剤や粘着性を有したシートを用いる方法や、熱融着、陽極接合、超音波接合等の方法を用いることができる。また、基板層の表面を酸素プラズマ処理や真空紫外光処理により活性化して貼り合わせることも可能である。
The molding of each flow path to the substrate layer, the
ポリジメチルシロキサン等のプラスチックの場合、ガラスとの親和性が高く、表面を酸素プラズマ処理等によって活性化し接触させると、ダングリングボンドが反応して強固な共有結合であるSi−O−Siシラノール結合を形成し、十分な強度の接合が得られる。また複数の基板層の貼り合わせを、大気圧に対して負圧下で行うことにより、主流路21、分岐流路22、調節流路23、貯留部3、加圧部4、ウェル6等のマイクロチップA内の各領域が、大気圧に対して負圧となって気密に封止される。この場合、マイクロチップ内を負圧下に保持するために、導入口1は封止されていることが好ましい。また、導入口1の封止には、溶液の穿刺注入が可能でかつ注入後に注入口が自己の弾性変形による復元力によって封止可能な弾性材質の材料を用いることが好ましい。
In the case of plastics such as polydimethylsiloxane, Si-O-Si silanol bond, which has high affinity with glass, and when the surface is activated and brought into contact with oxygen plasma treatment etc., the dangling bond reacts and is a strong covalent bond And a sufficiently strong bond can be obtained. Further, by bonding the plurality of substrate layers under a negative pressure relative to the atmospheric pressure, the
マイクロチップAの使用時、溶液は、導入口1に注入される際に加えられる圧力によってマイクロチップA内に設けられた各領域へ送液される。また複数の基板層を負圧下で貼り合わせて作製されたマイクロチップAにおいては、マイクロチップの内側と外側の圧力差によって、溶液は、導入後マイクロチップ内に形成されたウェル6等の各領域へ加圧せずとも通流される。
When the microchip A is used, the solution is sent to each region provided in the microchip A by the pressure applied when being injected into the inlet 1. Moreover, in the microchip A produced by bonding a plurality of substrate layers under a negative pressure, the solution is introduced into each region such as the
加圧による導入、マイクロチップの内外の圧力差による導入、の何れによる導入方法で行っても、マイクロチップAにおいて、溶液が導入口1から導入されると、溶液は主流路21を通流し、分岐流路22を経て、各々ウェル6に充填される。分岐流路22へ分岐しなかった一部の溶液は、主流路21を経て、調節流路23に通流し、調節流路23の途中に設けられた貯留部3に集まる。溶液は貯留部3を充填させた後、調節流路23の端部から各加圧部4へ充填される(図1参照)。
Regardless of the introduction method by pressurization or introduction by the pressure difference between the inside and outside of the microchip, when the solution is introduced from the introduction port 1 in the microchip A, the solution flows through the
(2)逆流防止構造の形成
図2及び図3は、マイクロチップA及びその変形例における逆流防止構造の形成を説明する図である。図2は、加圧部4が分岐流路22の近傍に、ウェル6の底面に対して水平方向に1カ所形成された例を示す。図3は、加圧部4が分岐流路22の近傍に、ウェル6の底面に対して垂直方向に2カ所形成された例を示す。
(2) Formation of Backflow Prevention Structure FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining the formation of the backflow prevention structure in the microchip A and its modification. FIG. 2 shows an example in which one
図2(A)に示すP−P’は、図1に示すP−P’の部分断面に対応する。マイクロチップAは、分岐流路22及び加圧部4が形成された基板層a1と基板層a2とが貼り合わされた、2層の基板層から構成される。分岐流路22及び加圧部4が形成された基板層a1は弾性を有する材質からなるものであることが望ましい。図2(A)は、溶液が図1に示す流路等を経て加圧部4に到達する前の状態である。分岐流路22は狭窄も閉塞もされず溶液が通流可能な状態である。
PP ′ shown in FIG. 2A corresponds to a partial cross section of PP ′ shown in FIG. The microchip A is composed of two substrate layers in which a substrate layer a 1 and a substrate layer a 2 on which the
一方、図2(B)は、加圧部4に溶液が充填された状態を示す。溶液の導入圧によって、加圧部4は膨張し、分岐流路22の流路壁を圧迫する。加圧部4による圧迫により、分岐流路22の流路壁が変形され流路内空へ突出し、分岐流路22は狭窄、又は閉塞される。すなわち分岐流路22に逆流防止構造が形成された状態である。マイクロチップAにおいて、図2(B)に示す逆流防止構造が形成されることで、分岐流路22を介した溶液の逆流を防ぐことが可能となる。
On the other hand, FIG. 2 (B) shows a state where the pressurizing
図2(B)に示す逆流防止構造の形成の適時は、図1に示す溶液が通流する流路の構成によって調節されている。溶液は主流路21を通流し、ウェル6へ連通する分岐流路22と接続した後に、調節流路23に到達する。調節流路23には貯留部3が備わっているため、溶液が貯留部3に充填されるまでの一定時間、溶液は調節流路23内保持される。一定時間後、溶液は再び調節流路23を通流し、加圧部4に充填される。このように調節流路23及び貯留部3を設けることによって、一定時間後に逆流防止構造が形成されることとなり、溶液のウェル6への充填以前に分岐流路22が狭窄、又は閉塞されてしまうことが防止されている。なお、貯留部3は調節流路23に必須の構成要素ではない。貯留部3を備えない調節流路23については、溶液がウェル6に充填されたのちに加圧部4に到達するように、流路長や流路径を構成すれば良い。
The appropriate time for forming the backflow prevention structure shown in FIG. 2B is adjusted by the configuration of the flow path through which the solution shown in FIG. 1 flows. The solution flows through the
上記のように、逆流防止構造の形成の適時は、前述の調節流路23及び貯留部3の構成によって適時が調節されているため、溶液をマイクロチップAへ加圧によって導入する場合であっても、マイクロチップの内外の圧力差によって導入する場合であっても、逆流防止構造の形成は、溶液の導入後、追加の操作を必要とせず、自動的に行われる。
As described above, the timely formation of the backflow prevention structure is a time when the solution is introduced into the microchip A by pressurization because the timeliness is adjusted by the configuration of the
本実施形態の変形例における加圧部4及び分岐流路22の部分断面図を、図3(A)及び(B)に示す。図3に示す断面部分において、マイクロチップは、4層の基板層、a1、a2、a3、a4から構成される。加圧部4が形成された基板層a1及びa3と分岐流路22が形成された基板層a2と、が貼り合わされ、基板層a4によって加圧部4が封止されている。なお、図2と同様に加圧部4及び分岐流路22が形成される基板層a1、a2、及びa3は、弾性を有する材質からなるものであることが望ましい。図3(A)は、溶液が図1に示す各流路を経て加圧部4に到達する前の状態である。分岐流路22は狭窄も閉塞されず、溶液が通流可能な状態となっている。
3A and 3B are partial cross-sectional views of the pressurizing
一方、図3(B)は、加圧部4に溶液が充填され、膨張した状態を示す。加圧部4の膨張によって分岐流路22の流路壁が圧迫され変形し、流路内空に突出し、分岐流路22は狭窄、又は閉塞される。加圧部4が、分岐流路22が形成された基板層とは異なる基板層に形成された場合であっても、加圧部4に溶液が充填されて膨張することによって、図3(B)に示す分岐流路22の流路壁への圧迫を生じ、マイクロチップ内に逆流防止構造を設けることが可能である。逆流防止構造の形成の適時の調節は、前述の図2の場合と同様に、調節流路23及び貯留部3をマイクロチップ内に形成することによって行われる。また、マイクロチップAと同様に本変形例においても逆流防止構造は、溶液のマイクロチップ内への導入操作の後、追加の操作を必要とせず、自動的に形成される。
On the other hand, FIG. 3B shows a state where the pressurizing
上記のように、マイクロチップにおける逆流防止構造の形成は、加圧部4への溶液の導入圧によって加圧部4が膨張して分岐流路22を外側から圧迫し、分岐流路22の流路壁が変形され流路内空へ突出することによって行われる(図2(B)、図3(B)参照)。また、加圧部4は、分岐流路22に近接していれば何れの基板層に形成されても良く、1本の分岐流路に対して設ける加圧部4の数も限定されない。
As described above, the backflow prevention structure in the microchip is formed by expanding the
(3)第一実施形態の変形例の構成
本技術に係るマイクロチップの、第一実施形態の調節流路及び加圧部の構成における変形例について図4(A)−(D)に示す。
(3) Configuration of Modified Example of First Embodiment FIGS. 4A to 4D show a modified example of the configuration of the adjustment channel and the pressurizing unit of the first embodiment of the microchip according to the present technology.
本実施形態において、調節流路23は、主流路21ではなく、ウェル6と接続している構成としても良い。図4(A)に示す調節流路23は、導入口1(図4(A)では省略)から最遠方位置のウェル6において、分岐流路22とウェル6の連通部と対向する位置で接続している。溶液はマイクロチップに導入後、主流路21を通流し分岐流路22を経てウェル6に到達する。導入口1から最遠方位置のウェル6に溶液が到達し、ウェル6が充填された後、溶液の一部は調節流路23を通流し、各分岐流路22に対して逆流防止構造を形成するために設けられた加圧部4に充填される。このような構成においては、調節流路23への溶液の通流は、1本の主流路21によって溶液が充填される全てのウェル6に溶液が充填された後に行われることとなり、マイクロチップAの場合と同様に逆流防止構造の形成の適時が調整される。
In the present embodiment, the
本実施形態において、調節流路23が接続するウェル6は、必ずしも導入口1から最遠方位置のウェル6のみとは限らず、マイクロチップに配設された全てのウェル6に各々調節流路23が接続している構成とすることもできる。図4(B)及び(C)に示すように、調節流路23は、一端で分岐流路22とウェル6との連通部と対向する位置でウェル6に接続し、もう一端でその接続しているウェル6からの逆流を防止する逆流防止構造を形成するための加圧部4と連通している。
In the present embodiment, the well 6 to which the
一の調節流路23と接続される加圧部4の数は、一とすることも(図4(B))、複数とすることも(図4(C))可能であり、数は限定されない。このような構成においても、調節流路23への溶液の通流は、ウェル6への溶液の充填が完了した後となり、マイクロチップAの場合と同様に逆流防止構造の形成の適時が調整される。
The number of pressurizing
前述の逆流防止構造のように、マイクロチップに配設された全てのウェル6に、各々調節流路23が接続されている場合、調節流路23が連通する加圧部4は、各々の調節流路23が接続するウェル6からの逆流を防止する逆流防止機構を形成するための加圧部4には限定されない。
When the
図4(D)は本実施形態の変形例についての部分模式図である。ウェル6aとウェル6bとは隣接して配設されており、各々に連通する分岐流路を介して同一の主流路21から溶液が充填される。導入口1に対しては、ウェル6bがウェル6aに比べ、遠方に位置する(図4(D)では主流路及び分岐流路の一部を省略)。分岐流路22bを経てウェル6bに到達した溶液は、ウェル6bを充填した後、調節流路23bへ通流される。調節流路23bは、加圧部4bに接続しており、加圧部4bへ溶液が充填されることよって、ウェル6aからの逆流が防止される。上記のように、導入口1からより遠方に形成されたウェル6bから調節流路23bに通流する溶液が、導入口1により近いウェル6aに連通する分岐流路に対して逆流防止構造を形成する加圧部4bに充填されることで、溶液の充填が完了していないウェルに連通する分岐流路に逆流防止構造が形成されることが防止される。従って、上記の調節流路等の構成においても、マイクロチップAの場合と同様に、逆流防止構造の形成の適時が調整される。
FIG. 4D is a partial schematic view of a modification of the present embodiment. The well 6a and the well 6b are disposed adjacent to each other, and are filled with the solution from the same
本実施形態においては、図5に示すようにウェル6に溶液が充填される順序と同じ順序で、加圧部4に溶液が到達して逆流防止構造が形成されるように、調節流路23を形成しても良い。図5(A)は、調節流路23が主流路21に連通する例を示し、図5(B)は、調節流路23がウェル6に連通する例を示す。何れの構成であっても、図示する調節流路23の配設によって、加圧部4の膨張による逆流防止構造の形成は、導入口1に近いウェルと連通する分岐流路から、順に行われる(図5(A)、(B)では、主流路の一部を省略)。従って、上記の調節流路23等の構成においてもマイクロチップAの場合と同様に逆流防止構造の形成の適時が調整される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
上述したように、本実施形態であるマイクロチップA及びその変形例においては、マイクロチップ内へ溶液が導入されることにより、溶液の一部が加圧部4に到達し、溶液の導入圧によって加圧部4が膨張され、分岐流路22の流路壁を圧迫し、流路壁が変形して流路内空へ突出し、分岐流路22が狭窄、又は閉塞される。この逆流防止構造の形成は、マイクロチップへの溶液導入の後、自動で行われ、上述した調節流路等の構成により形成の適時が調節される。そのため、逆流防止構造を形成するための煩雑な操作や専用の用具を必要としない。逆流防止構造の形成の適時の調整は、溶液がウェルの充填後に加圧部4に到達するように、調節流路23を各ウェル6又は主流路21等と連通されていれば良く、上述した実施形態の構成に限定されない。
As described above, in the microchip A according to the present embodiment and the modification thereof, a part of the solution reaches the pressurizing
本実施形態のマイクロチップにおいては、溶液導入後に自動的にウェルに連通する分岐流路22内に逆流防止構造が形成され、ウェル6からの逆流が防止されるため、ウェル6間での溶液の移動等によるウェル6の汚染が生じない。そのため、本技術に係るマイクロチップを用いて、精度の高い分析が可能となる。
In the microchip of this embodiment, a backflow prevention structure is formed in the
核酸増幅反応等、反応時又は反応後の溶液の分析にマイクロチップを用いる場合、予め反応に必要な物質の一部を反応場であるウェル6内に保持させておくことによって、マイクロチップの使用時に、反応に必要な残りの物質のみを導入して反応を開始させることが可能となり、操作が簡便となる。また、組成の異なる物質を、各ウェルに保持しておくことで、同時に複数の分析が行えるようになる。しかし、各ウェルに、組成の異なる物質が保持されていると、分析開始時にウェル内に導入された溶液が逆流して、ウェルと他のウェルとの間で溶液が汚染された場合、精度の高い分析が困難となる。本技術に係るマイクロチップにおける逆流防止構造の形成は、上記のような組成の異なる物質が保持されたウェルを備えるマイクロチップで分析を行う場合、ウェル間での汚染を防ぎ、精度の高い分析を可能とする。すなわち、本技術に係る、逆流防止構造が形成可能なマイクロチップによって、複数の分析を1個のマイクロチップ内で同時に行うことを可能とし、分析における簡便性が向上する。
When a microchip is used for analysis of a solution during or after a reaction, such as a nucleic acid amplification reaction, the use of the microchip is performed by holding a part of a substance necessary for the reaction in the
2.本技術における第二実施形態について
(1)マイクロチップBの構成
本技術に係るマイクロチップの第二実施形態を図6に模式的に示す。符号Bで示すマイクロチップは、外部から溶液が導入される導入口1と、溶液に含まれる物質又は物質の反応生成物の分析場となるウェル6と、一端において導入口1に連通する主流路21と、主流路21から分岐してウェル6に連通する分岐流路22からなる。また、マイクロチップBには、分岐流路22に近接して加圧部4が配設されている。図6においては、1本の主流路21に対して5個のウェル6が配設され、1個のマイクロチップBについて5本の主流路21が配設された場合を例示したが、本実施形態に係るマイクロチップBに配設される主流路21及びウェル6は、図6に示す数に限定されない。また、分岐流路22等も、ウェル6の数に応じて適宜配設されるものとできる。
2. Second Embodiment of Present Technology (1) Configuration of Microchip B A second embodiment of a microchip according to the present technology is schematically shown in FIG. The microchip denoted by reference symbol B includes an introduction port 1 through which a solution is introduced from the outside, a well 6 serving as an analysis site for a substance contained in the solution or a reaction product of the substance, and a main channel that communicates with the introduction port 1 at one end. 21 and a
マイクロチップBは複数の基板層から構成される。基板層の材質、基板層への流路等の形成方法及び基板層を貼り合わせる方法については、前述の第一実施形態におけるマイクロチップAと同様の材質及び方法を用いることができる。一方、マイクロチップBの加圧部4内には、熱膨張部材5が保持されている。熱膨張部材5とは、熱が加わることによって膨張する性質を有する材質からなるものである。本実施形態に係るマイクロチップBに内蔵される熱膨張部材としては、例えば、コイル状に成形した金属等のように熱膨張性を有する材質のみからなるものであっても、有機溶媒等をマイクロカプセルに封入させた熱膨張粒子等のように熱膨張性を有する材質と他の材質のものとを組み合わせた複合材であっても良い。
The microchip B is composed of a plurality of substrate layers. With respect to the material of the substrate layer, the method of forming the flow path to the substrate layer, and the method of bonding the substrate layer, the same material and method as those of the microchip A in the first embodiment described above can be used. On the other hand, a
(2)逆流防止構造の形成
図7及び図8は、マイクロチップB及びその変形例における逆流防止構造の形成を説明する図である。図7は加圧部4が分岐流路22の近傍に、ウェル6の底面に対して水平方向に2カ所形成された例を示す。図8は加圧部4が分岐流路22の近傍に、ウェル6の底面に対して垂直方向に2カ所形成された例を示す。
(2) Formation of Backflow Prevention Structure FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining the formation of the backflow prevention structure in the microchip B and its modifications. FIG. 7 shows an example in which two pressurizing
図7(A)に示すQ−Q’は、図6のQ−Q’の部分断面に対応する。マイクロチップBは、分岐流路22及び加圧部4が形成された基板層a1と基板層a2とが貼り合わされた、2層の基板層から構成される。分岐流路22及び加圧部4が形成された基板層a1は弾性を有する材質からなるものであることが望ましい。図7(A)は、加圧部4に保持された熱膨張部材5が加熱される前の状態である。分岐流路22は狭窄も閉塞もされず、溶液が通流可能な状態である。
QQ ′ shown in FIG. 7A corresponds to a partial cross section of QQ ′ in FIG. Microchip B is composed of the
一方、図7(B)は、マイクロチップBが加熱され、加圧部4に保持された熱膨張部材5が膨張した状態を示す。熱膨張部材5の膨張によって、加圧部4は分岐流路22の流路壁を圧迫する。加圧部4による圧迫により、分岐流路22の流路壁が変形し、流路内空へ突出して、分岐流路22が狭窄、又は閉塞される。すなわち分岐流路22に逆流防止構造が形成された状態である。このように、マイクロチップBにおいて、図7(B)に示す逆流防止構造が形成されることによって、分岐流路22を介した溶液の逆流を防ぐことが可能となる。
On the other hand, FIG. 7B shows a state in which the microchip B is heated and the
図7(B)に示す逆流防止構造の形成は、マイクロチップBに保持された熱膨張部材5が加熱されることによって行われる。そのため、マイクロチップBにおける逆流防止構造の形成の適時は、操作者によって決定される。また、マイクロチップBを用いて、温度サイクルを実施する従来のPCR(Polymerase Chain Reaction)法や、温度サイクルを伴わない各種等温増幅法等の核酸増幅反応を行う場合、マイクロチップB内に導入された溶液の加熱が必要となる。核酸増幅反応におけるこの加熱手順を利用して、熱膨張部材5を膨張させて、図7(B)に示す逆流防止構造を形成することもできる。
The backflow prevention structure shown in FIG. 7B is formed by heating the
本実施形態の変形例における加圧部4及び分岐流路22の形成部分の断面図を、図8(A)及び(B)に示す。図8に示す断面部分においてマイクロチップは4層の基板層、a1、a2、a3、a4から構成される。加圧部4が形成された基板層a1及びa3と、分岐流路22が形成された基板層a2とが貼り合わされ、基板層a4によって加圧部4が封止されている。なお、図7と同様に加圧部4及び分岐流路22が形成される基板層a1、a2、及びa3は、弾性を有する材質からなるものであることが望ましい。図8(A)は加圧部4に保持された熱膨張部材5が加熱される前の状態である。分岐流路22は狭窄も閉塞もされず溶液が通流可能な状態である。
8A and 8B are cross-sectional views of a portion where the pressurizing
一方、図8(B)は、マイクロチップが加熱され、加圧部4に保持された熱膨張部材5が膨張した状態を示す。加圧部4の膨張によって、分岐流路22の流路壁が圧迫され変形し、流路内空に突出し、分岐流路22は狭窄、又は閉塞される。加圧部4を、分岐流路22を形成した基板層とは異なる基板層に形成した場合であっても、マイクロチップの加熱によって加圧部4に保持された熱膨張部材5が膨張し、図8(B)に示す分岐流路22の流路壁への圧迫を生じ、流路壁の変形による流路内空への突出を形成して、逆流防止構造が設けられる。本実施形態における逆流防止構造の形成の適時は、前述の図7の場合と同様、操作者が決定する。
On the other hand, FIG. 8B shows a state in which the microchip is heated and the
上述したように本実施形態であるマイクロチップB及びその変形例においては、加圧部に保持された熱膨張部材5が、加熱によって膨張することで加圧部4が膨張され、分岐流路22の流路壁を圧迫し、流路壁が変形して流路内空へ突出し、分岐流路22が狭窄、又は閉塞される(図7、8)。本実施形態のマイクロチップにおいて、熱膨張部材5を保持する加圧部4の形成位置は、膨張時に分岐流路の流路壁を圧迫することが可能な位置であれば何れの基板層であっても良く、1本の分岐流路22に対して設ける加圧部4の数も限定されない。
As described above, in the microchip B according to this embodiment and the modification thereof, the
上記逆流防止構造の形成は、マイクロチップの加熱のみで生じるため、操作者が決めた時期にマイクロチップを加熱する操作のみが必要であり、逆流防止構造を形成するための煩雑な操作や専用の用具を必要としない。 Since the formation of the backflow prevention structure occurs only by heating the microchip, only the operation of heating the microchip at the time determined by the operator is necessary. Does not require tools.
本実施形態のマイクロチップにおいては、溶液導入後の適時に操作者による加熱操作で、ウェル6に連通する分岐流路22内に逆流防止構造が形成され、ウェル6からの逆流が防止されるため、ウェル6間での溶液の移動等によるウェル6の汚染が生じない。そのため、本技術に係るマイクロチップを用いて、精度の高い分析が可能となる。またウェル6の汚染を防ぐことにより、複数のウェル6で同時に異なる分析が可能となり、分析の簡便性が向上する。このため、本技術に係る、逆流防止構造の形成が可能なマイクロチップは、予め複数のウェルに、分析に必要な物質が保持されているマイクロチップとして使用する際、分析精度を高めるため、特に有効である。
In the microchip of this embodiment, a backflow prevention structure is formed in the
3.本技術における第三実施形態について
本技術に係る第三実施形態であるマイクロチップCは、前述した第一実施形態や第二実施形態におけるマイクロチップA及びマイクロチップBと同様に、外部から溶液が導入される導入口と、溶液に含まれる物質又は物質の反応生成物の分析場となるウェルと、一端において導入口に連通する主流路と、主流路から分岐して前記ウェルに連通する分岐流路から構成される。一方、マイクロチップA又はマイクロチップBと異なり、加圧部、調節流路、貯留部は、必須の構成ではない。また、マイクロチップCを構成する基板層について、基板層の材質、基板層への流路等の形成方法及び基板層を貼り合わせる方法は、前述の第一実施形態におけるマイクロチップAと同様の方法を用いることができる。
3. About 3rd Embodiment in this technology The microchip C which is 3rd embodiment which concerns on this technology is a solution from the exterior similarly to the microchip A and microchip B in 1st embodiment mentioned above or 2nd embodiment. An introduction port to be introduced, a well serving as an analysis site for a substance contained in the solution or a reaction product of the substance, a main channel communicating with the introduction port at one end, and a branch flow branched from the main channel and communicating with the well Consists of roads. On the other hand, unlike the microchip A or the microchip B, the pressurizing unit, the adjustment channel, and the storage unit are not essential components. Further, with respect to the substrate layer constituting the microchip C, the material of the substrate layer, the method of forming the flow path to the substrate layer, and the method of bonding the substrate layers are the same as the method of the microchip A in the first embodiment described above. Can be used.
図9に、マイクロチップCにおける逆流防止構造の形成を模式的に示す。図9(A)はマイクロチップCに溶液が導入される前の分岐流路22の状態である。分岐流路22は、逆止弁7によって閉塞状態にある。逆止弁7は、流路断面が四角形の分岐流路22に対して四辺で接着しているが、三辺の厚みは残りの一辺に比べ薄く、流路壁との接着面積が少ないため、三辺の流路壁への接着力は脆弱である。
FIG. 9 schematically shows the formation of the backflow prevention structure in the microchip C. FIG. 9A shows the state of the
マイクロチップCへの溶液の導入は、前述の加圧による導入であっても、マイクロチップの内外の圧力差による導入であっても良い。何れの場合であってもマイクロチップC内に溶液が導入され、図9(B)示す矢印Fの方向に、分岐流路22内へ溶液が流入すると、逆止弁7を境に圧力差が生じる。逆止弁7は、接着力が脆弱な三辺において流路壁との接着が破綻し、低圧側に倒れることで分岐流路22が開通される。溶液導入後、溶液が分岐流路22の下流に設けられたウェルまで到達し、ウェル内の充填が完了すると、分岐流路22内は等圧となり、逆止弁7は流路壁と接着している一辺を軸に、図9(A)に示す逆止弁7の成形時の状態に戻り、再び分岐流路22を閉塞状態にする。これにより、溶液導入後、分岐流路22内に逆流防止構造が形成される。
The introduction of the solution into the microchip C may be introduction by the aforementioned pressurization or introduction by a pressure difference between the inside and outside of the microchip. In any case, when the solution is introduced into the microchip C and flows into the
逆止弁7は、マイクロチップCを構成する基板層の何れか一層と一体に成形されたものであっても良く、一部品として作製してから分岐流路22に設置しても良い。逆止弁7と分岐流路22の壁面との接着部分は、三辺の脆弱な接着部分を除いて、弾性変形による復元力を有する材質から構成されることが好ましく、弾性を有する材質で分岐流路22と一体成形されているものが好適である。
The
図9においては分岐流路22の断面を四角形としたが、円形、多角形等何れの形であっても良く、流路断面の形に応じて、逆止弁7の形状を選択すれば良い。また、逆止弁7の接着力が脆弱な部分は、図9に示すように接着面積を減少することによって形成する方法の他、破断線を逆止弁に設ける方法でも良い。
In FIG. 9, the cross section of the
上記の何れの形状であっても、逆止弁7は、流路壁との接着が、一部を残して脆弱であるため、分岐流路22への溶液導入時に破綻して、分岐流路22が開通し、かつ逆止弁7の流路壁に対する一部の接着が導入圧に耐え得る接着力であることにより、分岐流路22の所定の位置に留まり、溶液の充填後に復元して逆流防止構造の形成が可能である。また、マイクロチップ内への溶液の導入によって同様の動作をする逆止弁7であれば、上記の構成に限定されない。逆止弁7の配設位置は分岐流路22に限らず、主流路や導入口と主流路との連通部でとすることもできる。
Regardless of the shape of the above, the
本実施形態のマイクロチップCにおいては、逆支弁7を設けた流路内に、自動的に逆流防止構造が形成され、分岐流路22における逆流が防止される。ウェルに連通する分岐流路22に逆支弁7を設けた場合は、溶液導入後のウェル間での溶液の移動等によるウェルの汚染が生じない。そのため、本実施形態のマイクロチップCを用いて、精度の高い分析が可能となる。また、ウェルの汚染を防ぐことにより、複数のウェルにおいて同時に異なる分析が可能となり、マイクロチップにおける分析の簡便性が向上する。このため、本技術における逆流防止構造は、予め複数のウェルに分析に必要な物質が保持されているマイクロチップを使用する際に、分析精度を高めるために特に有効である。
In the microchip C of the present embodiment, a backflow prevention structure is automatically formed in the flow path provided with the
本技術に係るマイクロチップにおいては、流路壁が変形して流路内空へ突出することにより流路を狭窄、又は閉塞して溶液の逆流を防止する逆流防止構造が形成され、溶液の逆流によるウェル等領域間での汚染が防止できる。従って、本技術に係るマイクロチップによれば、ウェル毎に異なる分析を同時に行う場合においても高精度な分析を行うことができる。そのため、医療分野や公衆衛生分野等において疾患の診断や感染病原体判定のために用いられ得る。 In the microchip according to the present technology, the backflow of the solution is formed by preventing the backflow of the solution by narrowing or closing the flow path by deforming the flow path wall and projecting into the air flow path. Contamination between regions such as wells can be prevented. Therefore, according to the microchip according to the present technology, high-precision analysis can be performed even when different analyzes are performed for each well at the same time. Therefore, it can be used for diagnosis of diseases and determination of infectious pathogens in the medical field and public health field.
A、B:マイクロチップ、a1、a2、a3、a4:基板層、1:導入口、21:主流路、22、22b:分岐流路、23、23b:調節流路、3:貯留部、4、4b、4c:加圧部、5:熱膨張部材、6、6a、6b:ウェル、7:逆止弁 A, B: Microchip, a 1 , a 2 , a 3 , a 4 : Substrate layer, 1: Inlet port, 21: Main channel, 22, 22b: Branch channel, 23, 23b: Control channel, 3: Reserving part, 4, 4b, 4c: pressurizing part, 5: thermal expansion member, 6, 6a, 6b: well, 7: check valve
Claims (8)
前記溶液に含まれる物質又は該物質の反応生成物の分析場となるウェルと、前記導入口に導入された前記溶液を前記ウェルへ送液する流路と、が配設され、
前記流路は、一端で前記導入口に連通する主流路と、該主流路から分岐して前記ウェルに接続する分岐流路と、からなり、
前記分岐流路には、流路壁の変形によって流路内空が狭窄又は閉塞される逆流防止構造が形成されるマイクロチップ。 A solution inlet;
A well serving as an analysis site for a substance contained in the solution or a reaction product of the substance, and a flow path for feeding the solution introduced into the introduction port to the well;
The flow path comprises a main flow path communicating with the inlet at one end, and a branch flow path branched from the main flow path and connected to the well,
A microchip in which the backflow prevention structure is formed in the branch flow path so that the air in the flow path is narrowed or closed by deformation of the flow path wall.
請求項1に記載のマイクロチップ。 2. The microchip according to claim 1, wherein the backflow prevention structure is formed so that the flow path wall is pressed by expansion of a pressurizing portion provided in proximity to the branch flow path and protrudes into the flow path. .
請求項2に記載のマイクロチップ。 The pressure part expands due to the introduction pressure of the solution into the pressure part that can be filled with the solution.
The microchip according to claim 2.
請求項3に記載のマイクロチップ。 An adjustment flow path connected to one or more of the pressurizing sections at one end and connected to the main flow path after branching with the branch flow path communicating with the farthest well from the introduction port at the other end Arranged,
The microchip according to claim 3.
請求項3に記載のマイクロチップ。 The control channel connected to the well at a position opposite to the communicating portion between the branch channel and the well at one end, and connected to one or more pressurizing units at the other end,
The microchip according to claim 3.
請求項5に記載のマイクロチップ。 The well to which the adjustment channel is connected at one end is only one or two or more wells arranged at the farthest position from the introduction port.
The microchip according to claim 5.
請求項2に記載のマイクロチップ。 The pressure part expands by heating to the pressure part capable of holding a thermal expansion member.
The microchip according to claim 2.
The microchip according to claim 7, wherein the thermal expansion member is made of a coiled metal or a thermal expansion resin.
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