JP2013253938A - 定量用マイクロチャンバー - Google Patents

Abstract

【課題】定量化のための外部装置と煩雑な操作を必要とせず、マイクロ流路を流れる微量のサンプル液から自動的にマイクロチャンバーへ分取・定量化できる構造・装置を提供する。
【解決手段】サンプル液のマイクロ流路４、サンプル液を分取・定量化するマイクロチャンバー６及びマイクロ流路４を流れるサンプル液を排出するための排出部５を備えた微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造であって、前記流路の入口１側に前記流路４と前記マイクロチャンバー６を接続する接続部２を備え、前記マイクロチャンバー６内の空気が排出室７を通って前記排出部５から排出するための挟隙部３を備え、前記マイクロチャンバー６は前記流路４よりも深い構造を有することを特徴とする微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、定量用マイクロチャンバーに関する。

微量なサンプル液を用いた物質の分離・分析、生化学反応、化学反応を、微小な流路から成るマイクロ検査チップで行う技術は、試料や試薬の必要量が少ない、反応時間が短い、安価で廃棄物が少ないなどのメリットがあり、医療診断や環境分野等での応用が注目されている。一方で、これらのマイクロ検査チップは検体や試薬を精度良く定量できないと、反応及びその検出結果に多大な影響が生ずる。そこで、高価な外部装置を使用せず安価で簡便なシステム構成で、微量のサンプル液を定量化する技術が注目されている。

マイクロ検査チップ上での微量サンプル液の定量方法として、複数の流路の大気開放穴からの吸引操作を利用した定量技術（特許文献1）や、回転駆動装置での遠心力による検出チャンバーへの分注・定量化技術（特許文献2）、流路幅の大きさとマイクロ流路表面の濡れ易さを変える事による定量化技術（特許文献3）が公開されている。

特開2009-133719 特開2006-126011 特開2008-64748

高精度な外部装置を使って定量化する方法は、複雑で高価なシステムを必要とするため、マイクロ検査チップの技術的メリットを低下させる。

特許文献１では、サンプル液の注入後に大気開放穴を適時開放・封止させ、下流流路の開放穴から吸引操作を行う事で定量化を実現するが、多段階の操作が必要になり煩雑である。

特許文献2では、円盤状のマイクロチップの中心部へサンプル液を注入し、中心部から円周状又は円弧状に形成された定量チャンバへ、遠心駆動により同時に送液を行い定量化を実現するが、流路を個別に設定、流体を個別に定量する事ができず、更に流路配置の自由度が小さいという問題がある。

特許文献3では、サンプル液が流れる第１流路に接続した定量用のマイクロチャンバーへ液が流れ込み、その後、第１流路とマイクロチャンバーの接続部からサンプル液が取り除かれる事で、定量化を行うが、マイクロチャンバーへの接続部は狭い構造を実現していないため、定量化のための取り除き操作時に、サンプル液の粘性や流速の影響を大きく受ける事から、正確な定量化を困難にするという問題が発生する。

このように、マイクロ流路の形状や送液を工夫する方法が公開されているが、何れも定量化には複数の操作や送液のOn/Offを必要としたり、定量精度が不安定、流路配置の自由度が低いといった問題がある。

本発明は、このような従来技術の欠点のない定量用マイクロチャンバーを提供することを目的とする。

本発明によれば、下記のような定量用マイクロチャンバーが提供される。
項１． サンプル液のマイクロ流路４、サンプル液を分取・定量化するマイクロチャンバー６及びマイクロ流路４を流れるサンプル液を排出するための排出部５を備えた微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造であって、前記流路の入口１側に前記流路４と前記マイクロチャンバー６を接続する接続部２を備え、前記マイクロチャンバー６内の空気が排出室７を通って前記排出部５から排出するための挟隙部３を備え、前記マイクロチャンバー６は前記流路４よりも深い構造を有することを特徴とする微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造。
項２． 項１に記載のマイクロチャンバー構造を備える微量サンプル液定量用検査チップ。

本発明は、定量化のための外部装置と煩雑な操作を一切必要とせず、マイクロ流路を流れているサンプル液自身の流力（慣性力）、表面張力、重力を活用し、適時これらの力を競合させる事が可能なマイクロチャンバー構造を実現する事により、マイクロ流路を流れる微量のサンプル液から自動的にマイクロチャンバーへ分取・定量化できる
大気開孔穴５を必要最低限の１つしか必要としないため、危険な試料をマイクロチップに封じ込めた状態で定量化する事を容易にし、かつ定量後もチャンバーに留めてチップごと廃棄できる。

定量マイクロチャンバーの構造 ２つのマイクロチャンバーを連結させた構造

１ 流路の入口
２ 接続部
３ 挟隙部
４ 流路
５ 排出部
６ マイクロチャンバー
７ 排出室

本発明では、マイクロ流路を流れているサンプル液自身の流力（慣性力）、表面張力、重力を活用する事で、外部装置と煩雑な操作を必要とせず、微量サンプル液を自動的に定量化できるマイクロチャンバー構造を提供する。

本発明の微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造を図１に示し、微量サンプル液が定量化される原理を下記表1に示す。以下、図１、2と表１を用いて本発明を説明するが、本発明がこれら図１、２及び表１に限定されないことはいうまでもない。

定量化の原理は、まず、ポンプからの吐出によりマイクロ流路４を流れるサンプル液は、吐出軸方向の入口１から排出部５へ流れようとする(図１の矢印)。マイクロチャンバーとの接続部２の幅は、図１では流路４と同等程度であるが、マイクロチャンバー６は流路４よりも深い溝構造になっているため、接続部２のサンプル液は重力によりマイクロチャンバー内に流れ込む。いったんマイクロチャンバーへのサンプル液の流れが生じると、サンプル液は排出部５の方向へは流れず、マイクロチャンバーの方に流入していく(表１の(I))。接続部２から流入してくるサンプル液により、チャンバー内の空気は挟隙部３から排出室７に押し出され、排出部としての開孔穴５へ抜ける(表１の(II))。サンプル液がマイクロチャンバー６内を満たすと、吐出軸上にあるサンプル液は接続部２から排出部５へ流れようとする力と、挟隙部３から排出室７へ流れようとする力が競合する。挟隙部３の幅は狭く、サンプル液は流路４よりも流れ難く、吐出軸方向の接続部２から排出部５へ流れる方が優位になるため、吐出軸方向の排出部５に向かって流れ始める(表１の(III))。その後、吐出軸上にあるサンプル液が接続部２から取り除かれるため、マイクロチャンバーの容積に相当するサンプル液が分取・定量化される(表１の(IV))。

流路４とマイクロチャンバー６をつなぐ接続部２は、マイクロチャンバー６が空のときにサンプル液がマイクロチャンバーに優先して流れるのに必要な幅があればよく、流路４と同程度の幅であってもよく、流路４よりも広い幅であってもよい。

一方、挟隙部３は、接続部２からマイクロチャンバー６にサンプル液が流れ込む間は空気が通過し、マイクロチャンバー６がサンプル液で満たされた場合には、サンプル液は流出せず、サンプル液が流路4の入口１から排出部５へ流れる必要があるので、挟隙部の幅は流路4の幅より十分狭いことが好ましい。

流路４は、送液装置からのサンプル液の吐出軸方向に沿って形成されるのが好ましい。

また、本発明のマイクロチャンバー構造従来の検査チップに組み込むことで、外部装置を使うことなく、自動でサンプル液を定量することができる。

図２に示すように、本発明の複数のマイクロチャンバー構造を連結させることで、マイクロ流路を流れる試料液から、其々のマイクロチャンバーの容積に応じた定量化を自動かつ連続的に行う事が出来る。

現場で外部装置を使わず、微小流体技術でセンシングを完了させる、小型・集積化マイクロ検査チップの作製全般への応用が可能。例えば、危険なウイルスや細菌等の遺伝子をマイクロ流路を活用してポリメラーゼ連鎖反応(PCR)させた後に、本発明のマイクロチャンバーへ自動的に分取・定量化する事で、マイクロ検査チップ内に封じ込めた状態で、簡便で安全安心な蛍光や電気化学測定が可能になる。

Claims (2)

1. サンプル液のマイクロ流路４、サンプル液を分取・定量化するマイクロチャンバー６及びマイクロ流路４を流れるサンプル液を排出するための排出部５を備えた微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造であって、前記流路の入口１側に前記流路４と前記マイクロチャンバー６を接続する接続部２を備え、前記マイクロチャンバー６内の空気が排出室７を通って前記排出部５から排出するための挟隙部３を備え、前記マイクロチャンバー６は前記流路４よりも深い構造を有することを特徴とする微量サンプル液定量用マイクロチャンバー構造。
2. 請求項１に記載のマイクロチャンバー構造を備える微量サンプル液定量用検査チップ。