JP2018028510A - マイクロ流路チップ - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ迅速に検体の検査を行うことができ、さらにマイクロ流路チップにおいて収容された液体試薬を、低荷重負荷でマイクロ流路に導入することができる、マイクロ流路チップを提供する。
【解決手段】マイクロ流路チップ１は、液体試薬Ａが充填、密閉された容器Ｂが配置されたマイクロ流路チップ１である。容器Ｂは、ポケット部Ｄと、蓋部Ｅからなる。ポケット部Ｄは、開口部と、開口部を囲んでいる容器壁Ｈとを有する。蓋部Ｅは開口部を封止している。平面視におけるポケット部Ｄの重心を通り、かつ高さ方向Ｚに平行な容器の断面において、ポケット部Ｄと蓋部Ｅとが２つの接点を有する。該２つの接点を結ぶ直線の長さを長さｘとし、蓋部Ｅの内面Ｅ１と容器壁Ｈの内面Ｈ１との最大の距離をポケット部の最大深さｄとしたときに、長さｘを最大深さｄで除した値ｘ／ｄが２．４以上、１０．０以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ流路チップ内に液体検体を導入し、微細流路内で送液、反応を制御することで、検体内の物質または検体内の物質の反応生成物を検査、分析するためのマイクロ流路チップに関する。

近年、１枚のマイクロチップ上に微細な流路を設け、各種検体や試料の送液、反応を制御することで血液検査や遺伝子検査などを行う方法が検討されている。例えば特許文献１には、マイクロ流路チップへの試料溶液の導入を容易にするために、弾性変形による自己封止性を備える基板層と、該基板層を含んで形成される領域と、該領域内の該基板層と対向する面に突設された穿刺構造体とを備えるマイクロ流路チップが提案されている。

しかしながら上記のマイクロ流路チップでは、液体試薬を保持するためのサンプル容器が、マイクロチップと一体化されていない。そのため、例えば上記マイクロ流路チップを用いて血液検査等を行う場合は、検査時に必要試薬をマイクロ流路チップ外からマイクロチップ内に導入する必要がある。このような場合には、検査時の周囲環境によってはマイクロ流路チップ内に異物が混入して検査精度が落ちてしまうなどのおそれがあった。

これに対し、特許文献２には、液体試薬を内包したブリスターパックをマイクロチップ内に内蔵し、使用時に押圧することで液体試薬が検体および他試薬との混合空間に流入する方法が提案されている。

特開２０１３−１４５２１７公報 特許第５４６６７４５号公報

しかしながら上記のマイクロチップでは、ブリスターパックを開封して流路内に試薬を導入するために、高荷重負荷が必要な場合があり、例えば機械的にブリスターパックを押圧する機構を用いる場合、高荷重負荷機構を持たせるために機械が巨大化し、または複雑な構成を取らざるを得ないという問題があった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡便かつ迅速に検体の検査を行うことができ、さらにマイクロ流路チップにおいて収容された液体試薬を、低荷重負荷でマイクロ流路に導入することができる、マイクロ流路チップを提供するものである。

上記の課題を解決するため、本発明に係るマイクロ流路チップは、液体試薬が充填、密閉された容器が配置されたマイクロ流路チップであって、前記容器は、ポケット部と、蓋部からなり、前記ポケット部は、開口部と、該開口部を囲んでいる容器壁とを有し、前記蓋部は前記開口部を封止しており、前記容器壁および前記蓋部は、前記開口部に面する内面をそれぞれ有し、前記容器は、前記蓋部の前記内面を含む平面方向に垂直な高さ方向を有し、平面視における前記ポケット部の重心を通り、かつ前記高さ方向に平行な前記容器の断面において、前記ポケット部と前記蓋部とが２つの接点を有し、該２つの接点を結ぶ直線の長さを長さｘとし、前記蓋部の前記内面と前記容器壁の前記内面との最大の距離を前記ポケット部の最大深さｄとしたときに、前記長さｘを前記最大深さｄで除した値ｘ／ｄが２．４以上、１０．０以下であることを特徴とする。

本発明に係るマイクロ流路チップのある特定の局面では、前記ポケット部の前記容器壁が前記内面に対向する外面を有し、前記外面が曲面状の部分を有する。

本発明に係るマイクロ流路チップの他の特定の局面では、前記容器の前記断面における前記容器壁の前記外面において、前記蓋部からの前記高さ方向に沿う寸法が前記最大深さｄの１０％にあたる位置の接線と、前記２点の接点を通る直線とで形成される内角が、３０度以上、８０度以下であることを特徴とする。

本発明に係るマイクロ流路チップのさらに他の特定の局面では、前記容器の前記断面において、前記２つの接点を通る直線と、前記容器壁の前記外面の接線とで形成される内角が、いずれも８０度以下であることを特徴とする。

本発明に係るマイクロ流路チップの別の特定の局面では、前記ポケット部の平面形状が円形である。

本発明に係るマイクロ流路チップのさらに別の特定の局面では、前記ポケット部の平面形状が長さ方向を有する。

本発明に係るマイクロ流路チップのさらに別の特定の局面では、前記容器壁の厚さがいずれも０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明に係るマイクロ流路チップのさらに別の特定の局面では、前記ポケット部は少なくとも１層以上のアルミ層を含むことを特徴とする。

本発明によれば、簡便かつ迅速に検体の検査を行うことができ、さらにマイクロ流路チップにおいて収容された液体試薬を、低荷重負荷でマイクロ流路に導入し得る、マイクロ流路チップを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロ流路チップの一部を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態における容器の模式的断面図である。 本発明の一実施形態における容器の模式的斜視図である。 本発明の一実施形態における容器のポケット部の模式的平面図である。 本発明の一実施形態の第１の変形例における容器のポケット部の模式的平面図である。 本発明の一実施形態の第２の変形例における容器のポケット部の模式的平面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流路チップの一部を示す模式的断面図である。

マイクロ流路チップ１は、液体試薬Ａが送液されるマイクロ流路２ａが形成されたマイクロ流路チップ本体２を有する。液体試薬Ａの種類は特に限定されず、目的の検査、反応に合わせたものを用いることができる。ここで、液体試薬とは、本発明のマイクロ流路チップを用いた検査、反応に関わる全ての液体を総称したものであり、例えば検体そのものや、溶解物を含まない水、その他の液体単体なども含まれる。

マイクロ流路チップ本体２には、液体試薬Ａが充填、密閉された容器Ｂが配置されている。このように、マイクロ流路チップ１において、予め液体試薬Ａが収容されている。本実施形態では、マイクロ流路チップ本体２は、掘り込み部２ｂを有する。容器Ｂは、掘り込み部２ｂに配置されている。掘り込み部２ｂには段差部が設けられており、これにより、容器Ｂの下部に空間が設けられている。詳細は後述するが、掘り込み部２ｂにおける容器Ｂの下部には、容器Ｂを開封するための複数の突起２ｃが設けられている。なお、マイクロ流路チップ本体２は、掘り込み部２ｂおよび突起２ｃを有していなくともよく、容器Ｂの配置や開封の形態は、特に限定されない。

図２は、本発明の一実施形態における容器の模式的断面図である。図３は、本発明の一実施形態における容器の模式的斜視図である。

図２および図３に示すように、容器Ｂは、ポケット部Ｄと、蓋部Ｅからなる。ポケット部Ｄは、開口部Ｊと、開口部Ｊを囲んでいる容器壁Ｈとを有する。蓋部Ｅは開口部Ｊを封止している。図２に示すように、容器壁Ｈは、開口部Ｊに面する内面Ｈ１と、内面Ｈ１に対向する外面Ｈ２とを有する。本実施形態では、ポケット部Ｄはドーム状の形状を有し、上記外面Ｈ２は曲面状の部分を有する。なお、ポケット部Ｄの形状は、上記に限定されず、例えば、外面Ｈ２が平面状の部分を有していてもよい。

蓋部Ｅは、開口部Ｊに面する内面Ｅ１を有する。容器Ｂは、蓋部Ｅの内面Ｅ１を含む平面方向に垂直な高さ方向Ｚを有する。高さ方向Ｚに沿う寸法を高さとする。図２に示す容器Ｂの断面において、ポケット部Ｄと蓋部Ｅとは２つの接点Ｆ，Ｇを有する。

図４は、本発明の一実施形態における容器のポケット部の模式的平面図である。

ポケット部Ｄの平面形状は楕円形である。このように、本実施形態では、ポケット部Ｄの平面形状は長さ方向を有する。図２に示した容器Ｂの断面は、平面視におけるポケット部Ｄの重心Ｏおよび接点Ｆ，Ｇを通り、かつ高さ方向Ｚに平行な断面である。なお、上記断面は、重心Ｏを通る高さ方向Ｚに平行な任意の断面であればよく、例えば、接点Ｆ’，Ｇ’や接点Ｆ’’，Ｇ’’を通る断面であってもよい。上記平面形状は、楕円形に限られず、その他いずれの形状のものも用いることができる。例えば、図５および図６に示す第１，第２の変形例のように、上記平面形状は曲線部および直線部を有する形状であってもよく、あるいは円形であってもよい。

ここで、図２に示すように、接点Ｆ，Ｇを結ぶ直線の長さを長さｘとし、蓋部Ｅの内面Ｅ１と容器壁Ｈの内面Ｈ１との最大の距離をポケット部Ｄの最大深さｄとする。このとき、長さｘを最大深さｄで除した値ｘ／ｄは２．４以上、１０以下であることが好ましく、５．０以上、１０以下であることがより好ましい。

ｘ／ｄの値が２．４以上であると、所定容量の試薬を充填、密閉させる際に、容器Ｂの高さが低くなり、容器Ｂを開封して、図１に示した液体試薬Ａをマイクロ流路２ａ内に導入するのに低荷重負荷で短いストロークで導入させることができる。それによって、例えば機械的に押圧する機構を用いる場合は、制御装置を小型化、簡素化することができる。

ｘ／ｄの値が１０以下であると、容器Ｂへの液体試薬Ａの充填、密閉を容易に行うことができる。

上記容器Ｂの断面における容器壁Ｈの外面Ｈ２において、蓋部Ｅからの高さが最大深さｄの１０％にあたる位置の接線と、接点Ｆ，Ｇを通る直線とで形成される内角Ｉは、３０度以上、８０度以下であることが好ましく、３０度以上、６５度以下であることがより好ましく、３０度以上、５５度以下であることがさらに好ましい。

内角Ｉが８０度以下であると、容器Ｂの高さ方向Ｚの強度が低くなり、容器を押圧する際にかける負荷を低荷重にすることができる。さらに、容器Ｂのポケット部Ｄを十分に押圧することができるため、開口部Ｊ内に液体試薬Ａが残り難い。

内角Ｉが３０度以上であると、容器Ｂへの液体試薬Ａの充填、密閉を容易に行うことができる。

なお、容器Ｂを作製する際、ポケット部Ｄと蓋部Ｅの接点における内角を高角度で設計・作製しても、厳密な接点では、ポケット部Ｄの材料自体の特徴等によって低角度な部分が存在する。ただしそれらの材料起因で不可避的に存在する角度は本発明の効果には寄与せず、ポケット部Ｄの最大深さｄに対して１０％の高さにあたる位置の接線の内角Ｉが３０度以上、８０度以下であることにより、本発明の効果を好適に得られる。

ポケット部Ｄの形状としては、任意の断面において連続的に曲率を有していてもよく、部分的に直線部を有していてもよい。

ポケット部Ｄと蓋部Ｅとの接点Ｆ，Ｇを通る直線と、ポケット部Ｄの容器壁Ｈの外面Ｈ２の接線で形成される任意の内角Ｉ’の最大値は、いずれも８０度以下であることが好ましく、６５度以下であることがより好ましく、５５度以下であることがさらに好ましい。

内角Ｉ’が８０度以下であると、容器Ｂの高さ方向Ｚの強度が低くなり、容器Ｂを押圧する際にかける負荷を低荷重にすることができる。

上記ポケット部Ｄの容器壁Ｈの厚さは、いずれも０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．２５ｍｍ以下であることがより好ましい。

上記ポケット部Ｄの容器壁Ｈの厚さが０．０５ｍｍ以上であると、ポケット部Ｄの作成が容易であることに加え、容器Ｂへの液体試薬Ａの充填、密閉を容易に行うことができる。

上記ポケット部Ｄの容器壁Ｈの厚さが０．３ｍｍ以下であると、容器Ｂを押圧する際にかける負荷を低荷重にすることができる。

上記ポケット部Ｄの素材としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の各種プラスチック材料、アルミフィルム等の金属フィルム、およびそれらの積層体など、種々の材料を用いることができるが、１層以上のアルミ層を含むことが好ましい。アルミ層を含むことにより、容器を押圧する際に必要な負荷を低荷重にすることができるだけでなく、充填した試薬の貯蔵安定性を高めることができ、マイクロ流路チップを作製してから使用するまでの期限を延ばすことができる。

容器Ｂの配置方法としては特に限定されず、容器Ｂの蓋部Ｅのポケット部Ｄと重ならない外周部を両面テープにより貼りつける方法や、図１のように掘り込み部２ｃに容器Ｂを配置して上部をフィルム等で封止する方法などを用いることができる。

上記容器Ｂの開封方法としては特に限定されず、例えば押圧した際に、図１のように容器Ｂの下部に配置された突起２ｃによって、蓋部Ｅを突き破る方法を用いることができる。もっとも、容器Ｂの開封方法は上記に限定されず、ポケット部Ｄと蓋部Ｅとの接着を部分的に弱くしておき、押圧した際に接着の弱い部分を剥離させる方法などを用いてもよい。

本発明のマイクロ流路チップにおいて、上記容器は複数箇所配置されていてもよい。マイクロ流路の形状としては特に限定されず、目的の検査、反応に合わせて流路、混合・反応部を配置することができる。

図１に示すマイクロ流路チップ本体２を構成する材料としては、特に限定されず、目的の検査、反応に合わせたマイクロ流路２ａとなる凹部を形成した基板層に、カバー部材を貼り合わせる構成などを用いることができる。

基板層の材料は特に限定されず、合成樹脂、ゴムまたは金属などを材料とすることができる。例えばポリオレフィンなどの高い成形性を有する樹脂を、射出成形することにより基板層を作成することができる。

カバー部材としては特に限定されず、上記基板層と同材料の板またはフィルムを熱融着により貼り合わせる方法や、接着剤により貼り合わせる方法、または感圧接着テープを用いて感圧接着させる方法などを用いることができる。なお、容器Ｂをマイクロ流路チップ本体２の掘り込み部２ｂに配置する場合は、容器Ｂを外力で押圧できるように、エラストマーフィルムなど柔軟性のあるフィルムで封止することが好ましい。

以下、実施例１〜４と比較例１，２とを比較することにより、本発明のマイクロ流路チップについてより詳細に説明する。

（実施例１）
本実施例の容器は、図５に示す平面形状を有するように作製した。最大深さｄ、ポケット部と蓋部との接点Ｆ，Ｇの距離ｘ、および容器壁の外面において、蓋部からの高さが最大深さｄに対する１０％に相当する位置の接線と、接点Ｆ，Ｇを通る直線とで形成される内角Ｉが、それぞれ表１に示す通りの容器を作製した。より具体的には、最大深さｄを１．７ｍｍ、距離ｘを１０ｍｍ、ｘ／ｄを５．９、内角Ｉを５０度とした。

ここで、容器壁の外面の任意の接線と、該接線が位置する断面におけるポケット部と蓋部との２つの接点を通る直線とで形成される内角において、最大の内角を最大角とする。本実施例においては、最大角も５０度とした。

図５に示す接点Ｆ’，Ｇ’は、接点Ｆ，Ｇと同様に、高さ方向に平行な断面における、ポケット部と蓋部との２つの接点である。本実施例では、接点Ｆ’，Ｇ’が位置する上記断面は、接点Ｆ’，Ｇ’の距離ｘ’が最短となる断面である。接点Ｆ，Ｇが位置する断面は、接点Ｆ’，Ｇ’が位置する断面に垂直な断面である。本実施例では、ｘ’を６ｍｍとし、ｘ’／ｄを３．５とした。

（実施例２）
最大深さｄを１．２５ｍｍ、接点Ｆ，Ｇの距離ｘを３ｍｍ、接点Ｆ’，Ｇ’の距離ｘ’を８ｍｍ、ｘ／ｄを２．４、ｘ’／ｄを６．４、内角Ｉを６０度、最大角を６０度としたこと以外においては、実施例１と同様に容器を作製した。なお、本実施例においては、距離ｘが、ポケット部と蓋部との２つの接点間の距離において最短の距離である。

（実施例３）
最大深さｄを２．１ｍｍ、接点Ｆ，Ｇの距離ｘを１０ｍｍ、接点Ｆ’，Ｇ’の距離ｘ’を１０ｍｍ、ｘ／ｄを４．８、ｘ’／ｄを４．８、内角Ｉを５５度、最大角を５５度としたこと以外においては、実施例１と同様に容器を作製した。なお、本実施例におけるポケット部の平面形状は、図６に示すように円形とした。

（実施例４）
内角Ｉを９０度、最大角を９０度としたこと以外においては、実施例３と同様に容器を作製した。

（比較例１）
最大深さｄを４．８ｍｍ、ｘ／ｄを２．１、ｘ’／ｄを２．１、内角Ｉを７０度、最大角を７０度としたこと以外においては、実施例３と同様に容器を作製した。

（比較例２）
内角Ｉを８５度、最大角を８５度としたこと以外においては、比較例１と同様に容器を作製した。

実施例１〜４および比較例１，２における容器に、容積の８０％相当の水を充填、密閉したものを用いて、下記の荷重負荷試験および送液試験を行った。

（荷重負荷試験）
水を充填した各容器を、図１のような突起を配置した掘り込み部に配置し、φ６ｍｍ径のステンレス製ピンを、各容器のポケット部側にセットした。なお、上記ピンは、ポケット部の平面視における中央部にセットした。次に、荷重試験機にて１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で、高さ方向に沿い、上記ピンを介して容器を押圧し、この時の最大荷重負荷を測定した。なおピンの押し込み距離は、該容器の最大深さｄの８０％の距離とした。ここで、押し込み距離とは、上記ピンが最初にポケット部に接触した位置から、ポケット部を押圧して進行した高さ方向に沿う距離である。測定結果を下記の表１に示す。

（送液試験）
以下のように送液性を評価した。荷重試験機にて３０Ｎの荷重をかけた際の送液量を計測し、充填量に対して８０％以上の液量がマイクロ流路内に流入された場合を◎、６０％以上の場合を○、６０％未満の場合を×とした。試験結果を下記の表１に示す。

表１に示す試験結果より、ｘ／ｄの値が高いほど、また最大角は小さいほど低荷重負荷で良好な送液性を確保できることが確認できた。本発明の構成を用いることで、例えば容器からの放液を機械的に制御する場合、低荷重負荷で制御することができ、制御装置の小型化、簡素化が可能であることが確認できた。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の設計変更、修正を加えることができる。

１…マイクロ流路チップ
２…マイクロ流路チップ本体
２ａ…マイクロ流路
２ｂ…掘り込み部
２ｃ…突起
Ａ…液体試薬
Ｂ…容器
Ｄ…ポケット部
Ｅ…蓋部
Ｅ１…内面
Ｆ，Ｆ’，Ｆ’’，Ｇ，Ｇ’，Ｇ’’…接点
Ｈ…容器壁
Ｈ１…内面
Ｈ２…外面
Ｉ，Ｉ’…内角
Ｊ…開口部
Ｏ…重心

Claims (8)

1. 液体試薬が充填、密閉された容器が配置されたマイクロ流路チップであって、
   前記容器は、ポケット部と、蓋部からなり、前記ポケット部は、開口部と、該開口部を囲んでいる容器壁とを有し、前記蓋部は前記開口部を封止しており、前記容器壁および前記蓋部は、前記開口部に面する内面をそれぞれ有し、前記容器は、前記蓋部の前記内面を含む平面方向に垂直な高さ方向を有し、
   平面視における前記ポケット部の重心を通り、かつ前記高さ方向に平行な前記容器の断面において、前記ポケット部と前記蓋部とが２つの接点を有し、該２つの接点を結ぶ直線の長さを長さｘとし、前記蓋部の前記内面と前記容器壁の前記内面との最大の距離を前記ポケット部の最大深さｄとしたときに、前記長さｘを前記最大深さｄで除した値ｘ／ｄが２．４以上、１０．０以下であることを特徴とする、マイクロ流路チップ。
2. 前記ポケット部の前記容器壁が前記内面に対向する外面を有し、前記外面が曲面状の部分を有する、請求項１に記載のマイクロ流路チップ。
3. 前記容器の前記断面における前記容器壁の前記外面において、前記蓋部からの前記高さ方向に沿う寸法が前記最大深さｄの１０％にあたる位置の接線と、前記２点の接点を通る直線とで形成される内角が、３０度以上、８０度以下であることを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ流路チップ。
4. 前記容器の前記断面において、前記２つの接点を通る直線と、前記容器壁の前記外面の接線とで形成される内角が、いずれも８０度以下であることを特徴とする、請求項２または３に記載のマイクロ流路チップ。
5. 前記ポケット部の平面形状が円形である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
6. 前記ポケット部の平面形状が長さ方向を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
7. 前記容器壁の厚さがいずれも０．０５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。
8. 前記ポケット部は少なくとも１層以上のアルミ層を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流路チップ。

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