JP2016165704A - マイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロ流路内を流れる反応溶液中の気泡の成長を抑制できるマイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置を提供する。
【解決手段】反応溶液が流れるマイクロ流路１００と、マイクロ流路１００の内部に設けられ、流れる反応溶液中の気泡２００を分断する分断部１１１と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置に関する。

マイクロ流路チップは、試料である標的核酸を増幅させるためのマイクロ流路を有するチップであり、例えば、標的核酸を含む反応溶液（反応流体）に所望の温度変化を繰り返し与えることによって標的核酸を増幅させる。

例えば、特許文献１には、マイクロ流路チップのマイクロ流路を複数の異なる温度領域に分割しておき、反応溶液が各温度領域を繰り返して通過するように蛇行した流路（蛇行流路）を設けることが開示されている。

特開２００２−１８２７１号公報

ところで、マイクロ流路チップのマイクロ流路を流れる反応溶液には、チップに反応溶液を注液する際の気泡の巻き込み、反応溶液の加熱による沸騰、流路内の流れの不均一による泡噛み、又は、反応溶液自身からの発泡等により、気泡が発生する。そして、発生した気泡同士が結合し成長することで、送液速度のばらつき、又は、反応溶液の反応の阻害等を引き起こしてしまうという課題がある。

そこで、本発明は、マイクロ流路内を流れる反応溶液中の気泡の成長を抑制できるマイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るマイクロ流路チップは、反応溶液が流れるマイクロ流路と、前記マイクロ流路の内部に設けられ、流れる反応溶液中の気泡を分断する構造物である分断部と、を有する。

また、本発明の一態様に係るマイクロ流路装置は、上記のマイクロ流路チップと、ヒータと、を有し、前記ヒータは、前記マイクロ流路が有する所定の流路を所定の温度に設定する。

本発明の一態様に係るマイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置は、マイクロ流路内を流れる反応溶液中の気泡の成長を抑制できる。

実施の形態に係るマイクロ流路装置の斜視図である。 実施の形態に係るマイクロ流路装置の分解斜視図である。 実施の形態に係る折返し部の上面図である。 実施の形態に係る折返し部の断面図である。 変形例１に係る捕獲部を有する折返し部の上面図である。 変形例１に係る捕獲部を有する折返し部の断面図である。 変形例２に係る直線部の上面図である。 変形例３に係る捕獲部を有する直線部の上面図である。 変形例３に係る捕獲部を有する直線部の第２流路の断面図である。

以下では、本発明の実施の形態に係るマイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。

（実施の形態）
以下、図１〜図４を用いて、実施の形態を説明する。

［全体構成］
まず、本発明の実施の形態に係るマイクロ流路チップ１及びマイクロ流路装置２の構成について説明する。

図１は、実施の形態に係るマイクロ流路装置２の斜視図である。

図２は、実施の形態に係るマイクロ流路装置２の分解斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施の形態に係るマイクロ流路装置２は、試料となる標的核酸を増幅させるためのデバイスであって、マイクロ流路チップ１とヒータ３０とを有する。

マイクロ流路チップ１は、試料となる標的核酸を含む液体（反応溶液）が流れるマイクロ流路１００、導入部１３０及び排出部１４０を備える。また、マイクロ流路チップ１は、後述するヒータ３０に載置される。

導入部１３０は、反応溶液が導入される試料導入口（インレット）である。

マイクロ流路１００は、標的核酸を含む反応溶液を送液するための流路であり、導入部１３０に導入された反応溶液に含まれる標的核酸を増幅させるための流路である。また、マイクロ流路１００は、反応溶液が一方通行的に流れる１本の流路で構成され、一方の端部が導入部１３０に、他方の端部が排出部１４０に繋がっている。

排出部１４０は、マイクロ流路１００で増幅された標的核酸を含む反応溶液を排出するための試料排出口（ドレイン）である。

本実施の形態において、導入部１３０を介してマイクロ流路１００に導入された反応溶液は、マイクロ流路１００内を毛管力（キャピラリ力）により送液される。例えば、マイクロ流路１００の内面を、接触角が鋭角である親水性表面とすることによって、反応溶液を毛管力によって送液することができる。

マイクロ流路１００に導入される反応溶液は、少なくとも試料となる標的核酸を含む溶液であり、本実施の形態では、標的核酸と標的核酸を増幅させるための反応試薬とを含む水溶液である。なお、反応溶液には、ある種のアルコールや界面活性剤等が含まれていてもよい。

本実施の形態では、マイクロ流路チップ１を用いてＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応：Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法を実施する場合について説明する。

ＰＣＲ法は、ターゲットＤＮＡを温度サイクルにより増幅させる技術である。反応溶液には、ターゲットＤＮＡの他に、ＰＣＲプライマやポリメラーゼ酵素、バッファー等が含まれている。このような反応溶液に温度サイクルを付与することで、ターゲットＤＮＡを増幅することができる。増幅したＤＮＡの増幅量は、反応検出機構によって検出することができる。

ヒータ３０は、マイクロ流路チップ１に対向するように配置され、マイクロ流路１００が有する所定の流路を所定の温度に設定するための加熱装置である。マイクロ流路１００に送液される反応溶液は、ヒータ３０によって所定の温度に調整される。ヒータ３０は、例えば、反応溶液に温度サイクルを付与するために、ヒータ３０を図２に示されるｙ軸方向において２等分したときの、＋ｙ軸方向側と−ｙ軸方向側とを所定の異なる温度にする。ここで、第１温度となるヒータ３０の＋ｙ軸方向側の領域を第１温度領域とする（図示せず）。また、第２温度となるヒータ３０の−ｙ軸方向側の領域を第２温度領域とする（図示せず）。

なお、ヒータ３０は、例えば、直方体のアルミニウムやステンレス等の金属からなる金属ブロックを組み合わせたヒータである。つまり、それぞれ所定の異なる温度の複数の金属ブロックによりマイクロ流路１００の所定の流路は異なる温度に設定される。また、ヒータ３０としては、金属ブロック以外に、ガラス基板上に金属薄膜を印刷等により形成した金属薄膜ヒータ等を用いることもできる。

また、ヒータ３０は、温度制御部（図示せず）に接続される。これにより、温度制御部がヒータ３０を構成する例えば複数の金属ブロックのそれぞれを異なる温度に制御することで、マイクロ流路１００の所定の領域を、異なる温度に設定することができる。

本実施の形態では、第１温度領域の温度が第２温度領域の温度よりも高くなるように制御される。つまり、第１温度領域は高温領域であり、第２温度領域は低温領域である。

高温領域での第１温度は、例えば９３℃〜９８℃であり、一方、低温領域での第２温度は、例えば５０℃〜７５℃である。

また、マイクロ流路１００は、折返し部１１０及び直線部１２０を有する。

直線部１２０は、ライン状の流路である。

折返し部１１０は、反応溶液の流れる方向を折り返させる流路であり、直線部１２０を折り返すように形成される。

このように、マイクロ流路１００は、２つの温度領域を複数サイクルで往復するように、複数の直線部１２０と複数の折返し部１１０とを有する。つまり、マイクロ流路１００は、蛇行するように形成された蛇行流路であり、第１温度領域の上と第２温度領域の上とを交互に繰り返して通過するように構成されている。マイクロ流路１００は、直線部１２０が、所定間隔毎に折返し部１１０で折り曲げられながら連続的に折り返すように（往復するように）形成されている。マイクロ流路１００の折り返し回数は、例えば２０〜７０サイクル程度であるが、これに限らない。

また、本実施の形態におけるマイクロ流路チップ１は、第１基板１０と、第２基板２０とによって構成されている。なお、マイクロ流路チップ１の外形は、例えば縦（ｘ軸方向）の長さが４０ｍｍで横（ｙ軸方向）の長さが２０ｍｍの略矩形状である。

第１基板１０は、図２に示されるように、導入部１３０の一部を構成する第１凹部１２と、排出部１４０の一部を構成する第２凹部１３と、マイクロ流路１００を構成する溝部１１とを備える。第１基板１０は、例えばシリコン基板である。

溝部１１（マイクロ流路１００）は、第１凹部１２（導入部１３０）と第２凹部１３（排出部１４０）とをつなぐように形成されている。溝部１１には反応溶液が流れる。具体的には、第１凹部１２に反応溶液が導入されると、導入された反応溶液は、第２凹部１３に向かって溝部１１内を進行する。

このように構成されるマイクロ流路１００は、例えば、後述する図４で説明するように、矩形状の断面形状を有する。この場合、マイクロ流路１００を構成する溝部１１の幅及び深さは、例えば１００〜３００μｍ程度である。マイクロ流路１００は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）等を利用して微細加工されることにより形成される。

なお、溝部１１の断面形状は、矩形に限らず、半円形又は逆三角形としてもよい。また、第１基板１０は、透明基板等の透光性基板及び不透光性基板のいずれであってもよく、また、シリコン基板に限らず、樹脂基板又はガラス基板等であってもよい。

第２基板２０は、図２に示されるように、第１基板１０を覆う蓋部であり、第１基板１０上に載置される。第２基板２０は、例えば、透明樹脂基板又はガラス基板等である。第２基板２０には、導入部１３０の一部として、第２基板２０を貫通する第１貫通孔２１が設けられている。また、第２基板２０には、排出部１４０の一部として、第２基板２０を貫通する第２貫通孔２２が設けられている。

図１に示されるように、第１基板１０上に第２基板２０を載置することによって、溝部１１の開口部分が塞がれて全方位が密閉されたマイクロ流路１００が構成される。これにより、マイクロ流路１００は、反応溶液の送液方向（進行方向）に垂直な断面における壁面全周が閉じられた構成となり、かつ、導入部１３０及び排出部１４０においてのみ外部空間と繋がる構成となる。このように、マイクロ流路１００の全方位を閉じることによって、マイクロ流路１００における毛管力を増強させることができるとともに、送液中に反応溶液が揮発することを抑制できる。

なお、第２基板２０の材料は、樹脂やガラスに限らず、シリコン等であってもよい。

［折返し部］
次に、本実施の形態のマイクロ流路１００が有する折返し部１１０の構成について図３及び図４を用いて説明する。

図３は、実施の形態に係る折返し部１１０の上面図である。

図４は、実施の形態に係る折返し部１１０の断面図である。

図３に示される折返し部１１０は図１に示される折返し部１１０を拡大したものである。また、図４では、図３に示されるＩＶ−ＩＶ線における断面が示される。

本実施の形態に係る折返し部１１０は、図３に示されるように、分断部１１１、第１流路１１２、第２流路１１３、及び分岐前流路１１４を備える（図１及び図２には図示せず）。

ところで、マイクロ流路１００を流れる反応溶液には、導入部１３０に反応溶液を注液する際の気泡の巻き込み、反応溶液の加熱による沸騰、流路内の流れの不均一による泡噛み、又は、反応溶液自身からの発泡等により、気泡２００が発生する。反応溶液中に発生した複数の気泡２００同士は、お互いに結合して成長していく。

分断部１１１は、マイクロ流路１００の内部に設けられ、流れる反応溶液中の気泡を分断する。分断部１１１は、具体的には、マイクロ流路１００の折返し部１１０の内部に設けられる。ここで、マイクロ流路１００（又は折返し部１１０）の内部とは、マイクロ流路１００の一方の側壁と他方の側壁との間のことである。

分断部１１１は、マイクロ流路１００を第１流路１１２及び第２流路１１３に分岐する。具体的には、分断部１１１は、反応溶液を第１流路１１２及び第２流路１１３に分岐させた後に合流させる。

より具体的には、図４に示されるように、分断部１１１は、折返し部１１０の内部において、第１基板１０の溝部１１の底面から垂直に延び、分断部１１１の高さが、溝部１１の側壁の高さ、つまり、溝部１１の深さと同じになるように設けられる。また、図３に示されるように、分断部１１１は、溝部１１の一方の側壁と他方の側壁との間において、溝部１１の側壁に沿った方向に設けられる。従って、第２基板２０が第１基板１０に載置されることで、分断部１１１が第２基板２０に接触し、かつ、溝部１１の開口部分が塞がれるため、反応溶液の送液方向に垂直な断面における壁面全周が閉じられた２つの流路が折返し部１１０に形成される。つまり、分断部１１１は、反応溶液の送液方向における所定の区間に亘ってマイクロ流路１００を第１流路１１２及び第２流路１１３に区切る壁体となる。ここで、反応溶液の送液方向における所定の区間の長さは、長いほうが好ましい。反応溶液の送液方向における所定の区間の長さは、例えば、マイクロ流路１００の幅の少なくとも３倍以上である。例えば、マイクロ流路１００の幅が１００μｍの場合、分断部１１１はマイクロ流路１００を３００μｍに亘って区切る。従って、分断部１１１は、ピラーのように細長い柱でマイクロ流路１００を一部分で区切るのではなく、所定の区間に亘ってマイクロ流路１００を完全に区切る。また、詳細は後述するが、マイクロ流路１００は、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合を抑制する構造を有する。

また、分断部１１１の幅は、図３に示されるように、分断部１１１の送液方向における両端部において狭くなる。なお、分断部１１１の幅は、分断部１１１の送液方向における両端部において狭くなるとは限らない。例えば、分断部１１１の幅は、分断部１１１の送液方向における両端のうち、分岐前流路１１４側の端部において狭くなってもよい。また、分断部１１１の幅は、分断部１１１の送液方向における両端部において狭くならなくてもよく、一定の幅でもよい。

また、第１流路１１２と第２流路１１３とは、流路断面積が異なる。具体的には、分断部１１１が、マイクロ流路１００の一方の側壁と他方の側壁との間のうちのどちらかの側壁側に寄って設けられることで、第１流路１１２と第２流路１１３とは、流路断面積が異なるように形成される。本実施の形態では、分断部１１１は、第１流路１１２の流路断面積が第２流路１１３の流路断面積よりも大きくなるようにマイクロ流路１００を区切る。ここでは、流路断面積とは、反応溶液の送液方向に亘って断面積がほぼ一定である流路の断面積としている。

分岐前流路１１４は、分断部１１１で分岐される直前の流路であって、反応溶液の送液方向において、マイクロ流路１００の第１流路１１２及び第２流路１１３への分岐が始まる直前の流路である。

なお、分断部１１１は、マイクロ流路１００が有する複数の折返し部１１０のうちの少なくとも１つの折返し部１１０に設けられればよいが、例えば、２つ以上の折返し部１１０に設けられてもよいし、全ての折返し部１１０に設けられてもよい。

［気泡の分断及び再結合の抑制方法］
次に、反応溶液中に発生した気泡２００の分断及び再結合の抑制方法について説明する。

まず、反応溶液中に発生した気泡２００の分断方法について説明する。

反応溶液中に発生した気泡２００は、反応溶液と共にマイクロ流路１００内を送液方向に流れていき、折返し部１１０に到達する。折返し部１１０に到達した気泡２００のうち、分岐された第１流路１１２又は第２流路１１３の断面積よりも外形が大きい気泡２００は、第１流路１１２又は第２流路１１３に入ることができず、分断部１１１に接触する。分断部１１１に接触した気泡２００は、送液方向への圧力により分断部１１１との接触面から力を受けるため、分断部１１１で分断される。本実施の形態では、分断部１１１の幅は、分断部１１１の送液方向における両端部において狭くなるため、気泡２００と分断部１１１との接触面は小さくなる。従って、気泡２００が分断部１１１との接触面から受ける力はより強くなり、気泡２００はより分断されやすくなる。そして、気泡２００は、図３に示されるように、第１流路１１２に気泡２００ａ、第２流路１１３に気泡２００ｂに分断される。

次に、分断された気泡２００ａ及び２００ｂの再結合の抑制方法について説明する。ここでは、流路を流れる反応溶液の速さを、流路の流速と呼ぶ。

マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変える構造を有する。具体的に、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変える構造とは、第１流路１１２と第２流路１１３との流路断面積が異なる構造である。本実施の形態では、マイクロ流路１００は、第２流路１１３の断面積が、第１流路１１２の断面積よりも小さくなるように分断部１１１によって区切られている。ここで、一般的には、流路の流速は、流路の断面積が小さくなるほど速くなる。従って、第２流路１１３の流速は第１流路１１２の流速よりも、より速くなる。

このように、分断部１１１が、第１流路１１２と第２流路１１３との流路断面積が異なるようにマイクロ流路１００を区切ることで、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速が変えられる。

図３に示されるように、第２流路１１３の断面積は、第１流路１１２の断面積よりも小さいため、第２流路１１３の流速はより速く、第１流路１１２の流速はより遅くなる。これにより、気泡２００ｂは、気泡２００ａよりも早く第２流路１１３を通り抜けるため、気泡２００ａ及び２００ｂの再結合は抑制される。しかし、例えば、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速が変えられない場合、分断部１１１で分断された気泡２００ａ及び２００ｂは、第１流路１１２及び第２流路１１３を同じタイミングで通り抜けて合流する可能性がある。従って、同じタイミングで第１流路１１２及び第２流路１１３を通り抜けた気泡２００ａ及び２００ｂは、再結合をする可能性がある。

このように、マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３との流路断面積が異なる構造を有することで、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変えるため、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合が抑制される。

また、その他の方法で、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速が変えられることで、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合が抑制されてもよい。

一般的に、流路の流速は、流路を流れる液体の粘性が低いほど速くなる。そして、液体の粘性は液体の温度が高くなるほど低くなる。従って、流路を流れる液体の温度が高くなるほど、流路の流速は速くなる。

例えば、第１流路１１２と第２流路１１３とが異なる温度に設定されることで、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速が変えられてもよい。例えば、ヒータ３０が第１流路１１２と第２流路１１３とを異なる温度に設定する。具体的には、ヒータ３０の第２流路１１３に対応する領域が、ヒータ３０の第１流路１１２に対応する領域より高い温度に制御される。これにより、第２流路１１３を流れる反応溶液の温度は高くなり、第２流路１１３の流速は第１流路１１２の流速よりも、より速くなる。

このように、第１流路１１２と第２流路１１３とが異なる温度に設定されることで、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速が変えられ、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合が抑制されてもよい。

さらに、その他の方法で、気泡２００が分断部１１１で分断されてもよく、そして、分断された気泡２００の再結合が抑制されてもよい。

一般的に、液体中の気泡は、液体の温度が高くなると大きくなる。また、液体中の気泡は、液体の温度が低くなると小さくなり、小さくなった気泡は結合しにくくなる。

例えば、第１流路１１２及び第２流路１１３と、マイクロ流路１００の分断部１１１で分岐される直前の流路（分岐前流路１１４）とが異なる温度に設定されてもよい。例えば、ヒータ３０が第１流路１１２及び第２流路１１３と、分岐前流路１１４とを異なる温度に設定する。具体的には、ヒータ３０の分岐前流路１１４に対応する領域が、ヒータ３０の第１流路１１２及び第２流路１１３に対応する領域より高い温度に制御される。これにより、分岐前流路１１４では、反応溶液の温度が高く気泡２００は大きくなるため、分断部１１１でより分断されやすくなる。また、第１流路１１２及び第２流路１１３では、反応溶液の温度が低く、分断された気泡２００ａ及び２００ｂが小さくなる。従って、第１流路１１２及び第２流路１１３を通り抜けた気泡２００ａ及び２００ｂは小さくなっているため、結合しにくくなる。

このように、第１流路１１２及び第２流路１１３と、マイクロ流路１００の分断部１１１で分岐される直前の流路とが異なる温度に設定されることで、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合が抑制される。

以上のように、マイクロ流路１００は、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合を抑制する構造を有する。

［効果等］
マイクロ流路チップのマイクロ流路を流れる反応溶液には、チップに反応溶液を注液する際の気泡の巻き込み、反応溶液の加熱による沸騰、流路内の流れの不均一による泡噛み、又は、反応溶液自身からの発泡等により、気泡が発生する。そして、発生した気泡同士が結合し成長することで、送液速度のばらつき、又は、反応溶液の反応の阻害等を引き起こしてしまうという課題がある。

そこで、本実施の形態に係るマイクロ流路チップ１は、反応溶液が流れるマイクロ流路１００と、マイクロ流路１００の内部に設けられ、流れる反応溶液中の気泡２００を分断する分断部１１１と、を有する。

これにより、分断部１１１が気泡２００を分断するため、気泡２００の大きさが小さくなり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長を抑制できる。

また、分断部１１１は、マイクロ流路１００を第１流路１１２及び第２流路１１３に分岐する構造である。

これにより、分断部１１１が気泡２００を第１流路１１２に気泡２００ａ、第２流路１１３に気泡２００ｂに分断するため、気泡２００の大きさが小さくなり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長を抑制できる。

さらに、マイクロ流路１００は、分断部１１１によって第１流路１１２及び第２流路１１３に分岐した後に、合流する構造を有し、分断部１１１は、反応溶液の送液方向における所定の区間に亘ってマイクロ流路１００を第１流路１１２及び第２流路１１３に区切る壁体である。

これにより、マイクロ流路１００のうちの一部の流路に所定の長さの分断部１１１を設けることで、マイクロ流路１００は、第１流路１１２及び第２流路１１３に区切られる。従って、分断部１１１を容易に設けることができるので、容易に気泡２００を分断することができる。

さらに、マイクロ流路１００は、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合を抑制する構造を有する。

これにより、マイクロ流路１００は、分断部１１１で分断された気泡２００が再結合することで元の大きさに戻ることを抑制するため、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長を抑制できる。

また、マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変える構造を有する。

これにより、分断部１１１で分断され、第１流路１１２を流れる気泡２００ａと第２流路１１３を流れる気泡２００ｂとが第１流路１１２及び第２流路１１３を通り抜けるときに同じタイミングで合流しない。従って、マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変えるため、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合を抑制できる。

例えば、第１流路１１２と第２流路１１３とは、流路断面積が異なる。

これにより、例えば、分断部１１１が、マイクロ流路１００の一方の側壁と他方の側壁との間のうちのどちらかの側壁側に寄って設けられることで、第１流路１１２と第２流路１１３とは、流路断面積が異なる構造となる。従って、第１流路１１２と第２流路１１３とが、流路断面積が異なる構造を有するため、マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変えることができる。

また、例えば、第１流路１１２と第２流路１１３とは、異なる温度に設定される。

これにより、例えば、ヒータ３０が第１流路１１２と第２流路１１３とを異なる温度に設定する。従って、第１流路１１２と第２流路１１３とが異なる温度に設定されるため、マイクロ流路１００は、第１流路１１２と第２流路１１３とでの流速を変えることができる。

また、第１流路１１２及び第２流路１１３と、マイクロ流路１００の分断部１１１で分岐される直前の流路とが異なる温度に設定される。

これにより、例えば、ヒータ３０が分岐前流路１１４を第１流路１１２及び第２流路１１３よりも高い温度に設定することで、気泡２００は分岐前流路１１４で大きくなり分断部１１１で分断されやすくなる。また、分断された気泡２００ａ及び２００ｂは、第１流路１１２及び第２流路１１３が低い温度に設定されることで小さくなるため、再結合しにくくなる。従って、第１流路１１２及び第２流路１１３と、マイクロ流路１００の分断部１１１で分岐される直前の流路とが異なる温度に設定されるため、分断部１１１で分断された気泡２００の再結合を抑制できる。

また、マイクロ流路１００は、折返し部１１０を有する蛇行流路であって、分断部１１１、第１流路１１２及び第２流路１１３は折返し部１１０に設けられる。

これにより、蛇行流路であるマイクロ流路１００において、分断部１１１、第１流路１１２及び第２流路１１３が折返し部１１０に設けられるため、マイクロ流路チップ１の省スペース化ができる。具体的には、マイクロ流路チップ１では、マイクロ流路１００に分断部１１１を設けるために、マイクロ流路１００は流路の幅を、例えば分断部１１１の幅だけ大きくして設けられる。従って、分断部１１１が複数の折返し部１１０に設けられる場合、マイクロ流路チップ１は、図１に示されるｙ軸方向に最大でも２つの分断部１１１の幅だけ大きくなる。具体的には、図１に示される１６箇所の折返し部１１０に分断部１１１が設けられた場合でも、マイクロ流路チップ１の大きさは、図１に示されるｙ軸方向に２つの分断部１１１の幅だけ大きくなるだけである。しかし、例えば、分断部１１１が複数の直線部１２０に設けられる場合、マイクロ流路チップ１は、図１に示されるｘ軸方向に、複数の分断部１１１の幅だけ大きくなる。具体的には、図１に示される１７箇所の直線部１２０に分断部１１１が設けられた場合、マイクロ流路チップ１の大きさは、図１に示されるｘ軸方向に１７個の分断部１１１の幅だけ大きくなる。このように、蛇行流路であるマイクロ流路１００において、分断部１１１が折返し部１１０に設けられるため、マイクロ流路チップ１の省スペース化ができる。

また、本実施の形態に係るマイクロ流路装置２は、マイクロ流路チップ１と、ヒータ３０と、を有し、ヒータ３０はマイクロ流路１００が有する所定の流路を所定の温度に設定する。

これにより、マイクロ流路１００が有する所定の流路を容易に所定の温度に設定することができる。例えば、第１流路１１２と第２流路１１３とを異なる温度に設定できる。また、例えば、第１流路１１２及び第２流路１１３と、マイクロ流路１００の分断部１１１で分岐される直前の流路とを異なる温度に設定できる。

（変形例）
以下、本発明の変形例に係るマイクロ流路チップについて説明する。なお、以下に説明するマイクロ流路チップは、上記の実施の形態におけるマイクロ流路チップ１と同様の構造であり、各変形例において特徴となる構成のみを説明する。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る捕獲部１５０を有する折返し部１１０の上面図である。

図６は、変形例１に係る捕獲部１５０を有する折返し部１１０の断面図である。図６では、図５に示されるＶＩ−ＶＩ線における断面が示される。

図５及び図６に示されるように、本変形例に係るマイクロ流路１００は、実施の形態における折返し部１１０に、さらに、反応溶液中の気泡２００を捕獲する捕獲部１５０を有する。本変形例に係るマイクロ流路１００では、第２流路１１３が捕獲部１５０を有する。

捕獲部１５０は、マイクロ流路１００内に設けられた段差又は突起等であり、気泡２００を捕獲する気泡トラップである。捕獲部１５０は、例えば、２０〜３０μｍ角の直方体状の突起である。捕獲部１５０と同程度以下の大きさの気泡２００は、捕獲部１５０に引っ掛かり捕獲されやすくなる。つまり、捕獲部１５０が分断部１１１で分岐された流路に設けられることで、分断部１１１で分断され捕獲部１５０と同程度以下の大きさにまで小さくなった気泡２００が、捕獲部１５０に捕獲されやすくなる。具体的には、分断部１１１で分断され第２流路１１３を流れる気泡２００ｂは捕獲部１５０に捕獲されることで、気泡２００ｂは、分断部１１１で分断され第１流路１１２を流れる気泡２００ａが第１流路１１２を通り抜けるときに気泡２００ａに合流しない。つまり、分断部１１１で分断された気泡２００ａ及び２００ｂは、気泡２００ｂが合流してこないため、再結合しない。

このように、マイクロ流路１００は、流れる反応溶液中の気泡２００を捕獲する捕獲部１５０を有する。これにより、気泡２００が捕獲部１５０に捕獲されることで気泡２００の再結合が抑制され、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長を抑制できる。

また、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられる。

図６に示されるように、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方（重力の加わる方向と反対）側の壁面、つまり、マイクロ流路１００を構成する第２基板２０の面に設けられる。なお、捕獲部１５０は、第２基板２０の面に接するように設けられてもよい。例えば、図６に示されるように、捕獲部１５０が溝部１１の側壁の第２基板２０側に設けられてもよい。これにより、第２基板２０が第１基板１０に載置されることで、捕獲部１５０が、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられる。

このように、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられる。これにより、気泡２００は、重力の加わる方向と反対方向に昇っていくため、捕獲部１５０がマイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられることで、気泡２００がより捕獲されやすくなる。

また、気泡２００は、蒸気圧が下がると発生しやすくなる。例えば、流速の速い流路では蒸気圧が下り、気泡２００が発生しやすくなる。従って、本変形例の第２流路１１３は、第１流路１１２よりも断面積が小さいため、流路の流速が速くなり気泡が発生しやすくなる。また、気泡２００は、反応溶液の温度が高くなると発生しやすくなる。従って、例えば、ヒータ３０の第２流路１１３に対応する領域が高い温度に制御されることで、第２流路１１３を流れる反応溶液の温度が高くなり、気泡２００は発生しやすくなる。

このように、第２流路１１３では、流路の断面積が小さくなる、又は、流路を流れる反応溶液の温度が高くなることで脱泡効果が高まり、これにより発生した気泡２００は、第２流路１１３に設けられた捕獲部１５０に捕獲される。従って、第２流路１１３で気泡２００ｂが脱泡されることで、第２流路１１３以外の流路において、気泡２００が発生しにくくなり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中で発生する気泡２００同士の結合による成長を抑制できる。

また、図５に示されるように、マイクロ流路１００は、捕獲部１５０を複数有する。これにより、マイクロ流路１００の折返し部１１０において、気泡２００が捕獲される可能性が高まり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長をより抑制できる。

（変形例２）
図７は、変形例２に係る直線部１２０の上面図である。

図７に示される直線部１２０は図１に示される直線部１２０を拡大したものである。

本変形例に係る直線部１２０は、図７に示されるように、分断部１２１、第１流路１２２及び第２流路１２３を備える（図１及び図２には図示せず）。

実施の形態では分断部１１１は、マイクロ流路１００の折返し部１１０の内部に設けられたが、本変形例では、分断部１２１は、マイクロ流路１００の直線部１２０の内部に設けられる。分断部１２１は、実施の形態の分断部１１１と同様に、反応溶液を第１流路１２２及び第２流路１２３に分岐させた後に合流させる。つまり、分断部１２１は、反応溶液の送液方向における所定の区間に亘ってマイクロ流路１００を第１流路１２２及び第２流路１２３に区切る壁体となる。

また、分断部１２１の幅は、図７に示されるように、分断部１２１の送液方向における両端部において狭くなる。従って、気泡２００が分断部１２１との接触面から受ける力はより強くなり、気泡２００は分断されやすくなる。

このように、実施の形態と同様に、本変形例における直線部１２０における分断部１２１は、気泡２００を分断する。

また、第１流路１２２と第２流路１２３とは、流路断面積が異なる。具体的には、分断部１２１が、マイクロ流路１００の一方の側壁と他方の側壁との間のうちのどちらかの側壁側に寄って設けられることで、第１流路１２２と第２流路１２３とは、流路断面積が異なるように形成される。本変形例では、分断部１２１は、第１流路１２２の流路断面積が第２流路１２３の流路断面積よりも大きくなるようにマイクロ流路１００を区切る。

このように、実施の形態と同様に、マイクロ流路１００は、第１流路１２２と第２流路１２３との流路断面積が異なる構造を有することで、第１流路１２２と第２流路１２３とでの流速を変えるため、分断部１２１で分断された気泡２００の再結合が抑制される。

これにより、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長を抑制できる。

なお、実施の形態と同様に、第１流路１２２と第２流路１２３とが異なる温度に設定されることで、第１流路１２２と第２流路１２３とでの流速が変えられてもよい。

また、実施の形態と同様に、第１流路１２２及び第２流路１２３と、マイクロ流路１００の分断部１２１で分岐される直前の流路とが異なる温度に設定されてもよい。

また、分断部１２１は、マイクロ流路１００が有する複数の直線部１２０のうちの少なくとも１つの直線部１２０に設けられればよいが、例えば、２つ以上の直線部１２０に設けられてもよいし、全ての直線部１２０に設けられてもよい。但し、上記実施の形態のように、折返し部１１０に分断部１１１が設けられたほうが、マイクロ流路チップの省スペース化ができる。

（変形例３）
図８は、変形例３に係る捕獲部１５０を有する直線部１２０の上面図である。

図８に示されるように、本変形例に係るマイクロ流路１００は、変形例２における直線部１２０に、さらに、流れる反応溶液中の気泡２００を捕獲する捕獲部１５０を有する。本変形例に係るマイクロ流路１００では、第２流路１２３が捕獲部１５０を有する。

このように、変形例１と同様に、捕獲部１５０が分断部１２１で分岐された流路に設けられることで、分断部１２１で分断され捕獲部１５０と同程度以下の大きさにまで小さくなった気泡２００が、捕獲部１５０に捕獲されやすくなる。

また、変形例１と同様に、第２流路１２３では、流路の断面積が小さくなる、又は、流路を流れる反応溶液の温度が高くなることで脱泡効果が高まり、これにより発生した気泡２００は、第２流路１２３に設けられた捕獲部１５０に捕獲される。従って、第２流路１２３で気泡２００が脱泡されることで、第２流路１２３以外の流路において、気泡２００が発生しにくくなり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中で発生する気泡２００同士の結合による成長を抑制できる。

また、図８に示されるように、マイクロ流路１００は、捕獲部１５０を複数有する。これにより、マイクロ流路１００の直線部１２０において、気泡２００が捕獲される可能性が高まり、マイクロ流路１００内を流れる反応溶液中の気泡２００の成長をより抑制できる。

また、捕獲部１５０は、変形例１と同様に、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられる。

図９は、変形例３に係る捕獲部１５０を有する直線部１２０の第２流路１２３の断面図である。図９では、図８に示されるＩＸ−ＩＸ線における断面が示される。

図９に示されるように、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方（重力の加わる方向と反対）側の壁面、つまり、マイクロ流路１００を構成する第２基板２０の面に設けられる。なお、捕獲部１５０は、第２基板２０の面に接するように設けられてもよい。変形例１では、捕獲部１５０が溝部１１の側壁に設けられたが、例えば、図８に示されるように、捕獲部１５０が分断部１２１の側壁（溝部１１の側壁と平行な面）の第２基板２０側に設けられてもよい。これにより、第２基板２０が第１基板１０に載置されることで、捕獲部１５０が、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられる。

これにより、気泡２００は、重力の加わる方向と反対方向に昇っていくため、捕獲部１５０がマイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面に設けられることで、気泡２００がより捕獲されやすくなる。

（その他）
以上、本発明に係るマイクロ流路チップ及びマイクロ流路装置について、上記実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態及び変形例に限定されるものではない。

上記実施の形態及び変形例では、マイクロ流路１００は、分断部１１１、１２１によって第１流路１１２、１２２及び第２流路１１３、１２３に分岐した後に、合流する構造を有したがこれに限らない。例えば、マイクロ流路１００は、分断部１１１、１２１によって第１流路１１２、１２２及び第２流路１１３、１２３に分岐した後に、合流しない構造を有してもよい。但し、上記実施の形態及び変形例のように、マイクロ流路１００が、分断部１１１、１２１によって分岐した後に合流する構造を有するほうが、分断部１１１、１２１をマイクロ流路１００の一部に設ければよいため、容易に分断部１１１、１２１を設けることができる。

また、上記実施の形態及び変形例では、分断部１１１、１２１は、折返し部１１０又は直線部１２０のどちらかに設けられたが、これに限らない。例えば、分断部１１１、１２１は、折返し部１１０及び直線部１２０の両方に設けられてもよい。

また、上記変形例では、捕獲部１５０は、図６に示されるように、溝部１１の側壁の第２基板２０側に設けられたが、これに限らない。例えば、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面全体に設けられてもよい。具体的には、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面において、溝部１１の側壁からｙ軸方向に延び、分断部１１１まで設けられてもよい。また、例えば、捕獲部１５０は、溝部１１の側壁全体に設けられてもよい。具体的には、捕獲部１５０は、溝部１１の側壁において、溝部１１の底面からｚ軸方向に延び、マイクロ流路１００の鉛直上方側の壁面まで設けられてもよい。 また、上記変形例では、捕獲部１５０は、断面積の小さい第２流路１１３、１２３に設けられたが、これに限らない。例えば、捕獲部１５０は、第１流路１１２、１２２に設けられてもよく、第１流路１１２、１２２及び第２流路１１３、１２３の両方に設けられてもよい。また、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００のうち、分断部１１１、１２１により分岐されない流路において設けられてもよい。

また、上記変形例では、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００の折返し部１１０又は直線部１２０において、鉛直上方側の壁面に設けられたが、これに限らない。例えば、捕獲部１５０は、マイクロ流路１００のうち、分断部１１１、１２１により分岐されない流路において、鉛直上方側の壁面に設けられてもよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、分断部１１１、１２１は、マイクロ流路１００を分岐したが、これに限らない。例えば、分断部１１１、１２１は、網目状の構造を有してもよい。網目状の構造とは、例えば、反応溶液の送液方向に垂直な板状であり、送液方向に貫通する複数の孔が設けられた構造である。これにより、気泡２００は、網目状の構造により、細かく分断される。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１ マイクロ流路チップ
２ マイクロ流路装置
３０ ヒータ
１１０ 折返し部
１１１、１２１ 分断部
１１２、１２２ 第１流路
１１３、１２３ 第２流路
１５０ 捕獲部
２００、２００ａ、２００ｂ 気泡

Claims (14)

1. 反応溶液が流れるマイクロ流路と、
   前記マイクロ流路の内部に設けられ、流れる反応溶液中の気泡を分断する構造物である分断部と、を有する
   マイクロ流路チップ。
2. 前記分断部は、前記マイクロ流路を第１流路及び第２流路に分岐する
   請求項１に記載のマイクロ流路チップ。
3. 前記分断部は、前記反応溶液の送液方向における所定の区間に亘って前記マイクロ流路を前記第１流路及び前記第２流路に区切る壁体であり、前記反応溶液を前記第１流路及び前記第２流路に分岐させた後に合流させる
   請求項２に記載のマイクロ流路チップ。
4. 前記マイクロ流路は、前記分断部で分断された気泡の再結合を抑制する構造を有する
   請求項３に記載のマイクロ流路チップ。
5. 前記マイクロ流路は、前記第１流路と前記第２流路とでの流速を変える構造を有する
   請求項４に記載のマイクロ流路チップ。
6. 前記第１流路と前記第２流路とは、流路断面積が異なる
   請求項５に記載のマイクロ流路チップ。
7. 前記第１流路と前記第２流路とは、異なる温度に設定される
   請求項５又は６に記載のマイクロ流路チップ。
8. 前記第１流路及び前記第２流路と、前記マイクロ流路の前記分断部で分岐される直前の流路とは、異なる温度に設定される
   請求項４〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
9. 前記マイクロ流路は、前記反応溶液の流れる方向を折り返させる折返し部を有する蛇行流路であって、
   前記分断部、前記第１流路及び前記第２流路は前記折返し部に設けられる
   請求項２〜８のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
10. 前記分断部は、網目状の構造を有する
    請求項１に記載のマイクロ流路チップ。
11. 前記マイクロ流路は、さらに、前記反応溶液中の気泡を捕獲する捕獲部を有する
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
12. 前記マイクロ流路は、前記捕獲部を複数有する
    請求項１１に記載のマイクロ流路チップ。
13. 前記捕獲部は、前記マイクロ流路の鉛直上方側の壁面に設けられる
    請求項１１又は１２に記載のマイクロ流路チップ。
14. 請求項７又は８に記載のマイクロ流路チップと、
    ヒータと、を有し、
    前記ヒータは、前記マイクロ流路が有する所定の流路を所定の温度に設定する
    マイクロ流路装置。

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