JP3842681B2 - 化学分析装置 - Google Patents
化学分析装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3842681B2 JP3842681B2 JP2002084218A JP2002084218A JP3842681B2 JP 3842681 B2 JP3842681 B2 JP 3842681B2 JP 2002084218 A JP2002084218 A JP 2002084218A JP 2002084218 A JP2002084218 A JP 2002084218A JP 3842681 B2 JP3842681 B2 JP 3842681B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- main surface
- sealing member
- planar member
- convex portion
- convex portions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Electrostatic Separation (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＤＮＡ等の微細構造体をその電荷の違いで分離する電気泳動装置、あるいは微量な化学物質の反応や合成分析を行なうμ−ＴＡＳ等の微細流路を有する化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な長さに切断されたＤＮＡ断片を分離したり、あるいは化学反応を効率的に行なうために、これらを開口断面の代表寸法が数十μｍ〜数百μｍの微細流路を有する化学分析装置を用いる事がある。
【０００３】
図１５（ａ）は、キャピラリ（微細直管流路）電気泳動装置の斜視図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の透明絶縁基板６１ａを外した図である。透明絶縁基板６１ｂ上には十字形に交差する直線状の２本の微細流路４（定量用流路５５及び検出用流路５４）が凹設され、これらの微細流路４は透明絶縁基板６１ａを上部に設置することで封止されている。透明絶縁基板６１ａには試料６０を注入・抽出するための注入出口１２が設けられている。又、微細流路４の内部にはナノメートルスケールの移動用のゲル等が封入されている。凹設された微小流路４の両端には電極が設けられ、一方を接地電位に、他方をプラス電位に所定の電圧を印加すると、マイナスに帯電しているサンプル（ＤＮＡ等）はプラス電極側に移動する。この例では、試料６０は、緩衝液と共に定量用流路５５の接地側からプラス側に流され、交差点でこの部分の容積に相当する量だけ分注され、今度は検出用流路５４をプラス側に向かって流れる。この時、ＤＮＡはその長さによって帯電量が異なり、封止されたゲルの網目構造との相互作用も異なるので、短い長さのものほど速く進み、ＤＮＡの長さによる分離が可能となる。分離されたＤＮＡの観測には紫外線吸収を利用するかＤＮＡに修飾した蛍光の光量測定を用いるが、このとき光学特性に優れた石英を使用すると都合がよい。よって、透明絶縁基板６１ａ、６１ｂの材質として、石英が使用されることが多い。
【０００４】
図１６はμ−ＴＡＳの従来例の一つを示している。図１６に示すように、μ−ＴＡＳは、透明絶縁基板６１内に微細流路４が形成され、微細流路４内で試料（試薬）の混合、反応、検出等を行うことにより、創薬や医療診断の予備実験等を行う。試料注入部７０より試料を注入すると、試料は微細流路４を通り混合部７１ａで混合される。そして、反応部７１ｂで試料の化学反応が起こり、分離部７１ｃで反応後の試料の分離が行われる。反応後の試料は検出部７１ｄで検出され、不要な試料は廃液部７２で回収される。μ−ＴＡＳは、これまでの分析統合システムに比べてサンプルや試料の量を大幅に減らすことができるため、スループットの時間短縮や廃液の減少が期待される。このμ−ＴＡＳにおいても、透明絶縁基板６１上に、主にエッチングにより、様々な試薬の注入口とこれに続けて設けられた微細流路４が加工されている。電気泳動装置と同様に、μ−ＴＡＳの透明絶縁基板６１としても、耐薬品性と計測の為の光学特性に優れた石英が使用されることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石英は加工が困難であり、通常はエッチング加工により溝を掘り進んで行くが、この速度は１分間に１μｍ以下の事も稀ではなく、量産には困難であった。又、ＤＮＡを抽入する注入出口１２等も一般的に平面的な基板部材に開口部とコネクタを取着する方式がとられ、こちらも加工性と量産性の問題があった。
【０００６】
又、これらの微細流路をエッチングではなく、プレス成形で作る場合、微細流路のネガとなる金型が必要となる。この金型は、溝となる微細流路に対応する部分を突出させ、他の部分を広い面積にわたり、機械的あるいはエッチングにより削り込む必要がある。プレス成形では金型の表面が素材に正確に転写されるので、この削り込みは如何なる加工法によろうとも、精度を確保するにはかなりの時間を要するものであった。
【０００７】
更に、微細流路中の試料を電子的に計測する手段の一つとして、機能性薄膜やチップ状のシリコン回路をこの微細流路近傍に配設する場合がある。従来は、これらの計測要素部品を流路の上面あるいは下面の二方向にしか配設できず、微細流路の周囲部位を必ずしも最適な状況で使用しているとは言い難かった。計測だけでなく、微細流路周囲の温度等の物理環境を調整する場合も同様で、これらの環境調整部品も微細流路の上下にしか配設できなかった。又、光学的機能の構造的な作り込みは殆どなく、あったとしても後加工となり時間的・量産的に優れたものではなかった。
上記の問題を鑑み、本発明は、微細流路内の試料を流れ方向以外の四方向から計測及び環境調整することができ、加工性と量産性に優れた化学分析装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、（イ）一方の主面に堤防形状の第１の凸部を有する平面部材と、（ロ）一方の主面に堤防形状の第２の凸部を有する封止部材とを備え、（ハ）第１の凸部を封止部材の主面に、第２の凸部を平面部材の主面に付けることにより、第１及び第２の凸部に囲まれた微細流路を形成することである。又、平面部材及び封止部材の材質は石英であってもよい。又、化学分析装置は、（ニ）平面部材の一方の主面の裏面側に設けられ、主面側に形成された微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えていてもよい。又、化学分析装置は、（ホ）封止部材の一方の主面の裏面側と平面部材の一方の主面の裏面側とに設けられ、微細流路を流れる試料の温度を制御する環境調整部品を備えていてもよい。ここで、「化学分析装置」とは、様々な化学分析に関する機能を集積化したマイクロリアクタを指す。この化学分析装置は、電気泳動装置やμ―ＴＡＳの機能も有する。又、「計測要素部品」とは、試料の光学的性質や電磁気的性質および物理化学的な変化を測定する部品を指し、具体的には、発光部や受光部、磁石（ソレノイド）、電極、機能膜等が挙げられる。又、「環境調整部品」とは、試料の物理的な環境を調節する部品を指し、具体的には、加熱源、冷却源、加圧源、加湿源等が挙げられる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る化学分析装置によると、平面部材と封止部材の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。又、組み立て時に、流路幅の調整を任意に行うことができる。
【００１３】
又、本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、（イ）一方の主面に１対の堤防形状の凸部を有する平面部材と、（ロ）一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部を有する封止部材とを備え、（ハ）１対の堤防形状の凸部と他の１対の堤防形状の凸部の側面を付けることにより、１対の堤防形状の凸部と他の１対の堤防形状の凸部に囲まれた微細流路を形成することである。又、平面部材及び封止部材の材質は石英であってもよい。又、化学分析装置は、（ニ）平面部材の一方の主面の裏面側に設けられ、主面側に形成された微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えていてもよい。又、化学分析装置は、（ホ）封止部材の一方の主面の裏面側と平面部材の一方の主面の裏面側とに設けられ、微細流路を流れる試料の温度を制御する環境調整部品を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る化学分析装置によると、接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、接着強度が強化できる。又、平面部材と封止部材の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００１６】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る化学分析装置は、図１に示すように、微細流路４を形成するように対向配置され、微細流路４の方向に沿って伸延する１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを一方の主面に有する平面部材１と、微細流路４の上部を覆う封止部材１１とを備える。
【００１７】
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面部材１上に封止部材１１を付けた状態における、Ａ−Ａに沿った断面図を示している。図１（ｂ）に示すように、凸部２ａ、２ｂは、断面が台形あるいは三角形状である。凸部２ａ、２ｂの高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。微細流路４は、流れの方向に開口している構造なので、垂直方向ではなく、流れの断面方向で、試料の注入・抽出を行うことができる。又、同様の化学分析装置の微細流路を連結することにより、微細流路の延長などを行うことができる。
【００１８】
封止部材１１は、凸部２ａ、２ｂの上部の接着層５ａ、５ｂにより、平面部材１の上部に付けられる。ここでは、接着剤を用いて、平面部材１と封止部材１１を付けている、機械的な押圧力を用いて付けても構わない。平面部材１及び封止部材１１の材質は、石英等を用いる。
【００１９】
微細流路４は、平面部材１の壁部材５ａ、５ｂで両側を挟まれた形で形成され、封止部材１１で上部を覆われている。微細流路４は、電極１３ａ及び電極１３ｂをつなぐ試料の流路である。試料は、注入出口１２ａ、１２ｂより注入、抽出される。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着強度の強化を実現しても構わない。又、空隙６ａ、６ｂに、微細流路４内の計測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。計測要素部品や環境調整部品については、後に詳述する。
【００２０】
図２は、平面部材１を成形する方法を示している。図２（ａ）に示すように、金型は、上部金型２０と下部金型２１で構成される。上部金型２３には、平面部材１の凸部２ａ、２ｂの形状に合った溝部２３が備えられている。図２（ｂ）は、上部金型２０と下部金型２１の間に平面部材１の材料となる石英素材２２を挟んだ状態の断面図である。この状態で、加熱環境下で加圧成形が行われる。微細流路４では、耐薬品性や光学特性の点から石英が用いられるが、石英の場合、真空・高温での加工環境を要求され、金属性の金型の適用は難しくガラス状カーボンが好適材料である。しかしながら、ガラス状カーボンは加工が困難であり、現状では溝の掘り込み加工しか施す事ができない。即ち、この金型による転写品は、基本的に、平面部材１から凸部２ａ、２ｂが凸設した形状を成形することは可能であるが、図１４や図１５の様な凹設型の従来の微細流路の構築は極めて困難であると言える。成形後の成型品２４を図２（ｃ）に示す。金型が円型であるので、成型品２４も円型となる。成型品２４は、切断ライン２５ａ〜２５ｄに沿って、切断され、平面部材１となる。又、成形時の温度に耐えられる接着剤がある場合は、図３（ａ）に示す様に、溝のない平面金型２０ａに溝部金型２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを接着剤により張り付けて、図３（ｂ）に示す上部金型２０を形成しても良い。
【００２１】
石英素材２２の成形技術については、例えば、「超精密・大口径光学素子の連続成形技術の開発」（ＮＥＤＯ 平成１０年度即効型提案公募事業 成果報告 http://www.teian.nedo.go.jp/prj/fy10-3/10-12/yokou/98y15005/98y15005s.html）に記載された技術等を用いればよい。
【００２２】
微細流路４内の計測要素部品として、発光部及び受光部を化学分析装置に配設し、試料の計測を行う例を図４〜７を参照して説明する。
【００２３】
図４は、封止部材１１の内部に計測要素部品を配設し、凸部２ａ、２ｂを反射光学系に利用した例である。封止部材１１の内部には、ＬＥＤ等の発光部３１とＰＤ等の受光部３２を有するセンサ筐体部３０を平面部材１の屈折率を配慮して配設している。発光部３１から出された光は、凸部２ａで反射され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂで反射され、受光部３２へと続く光路３４を構築する。凸部２ａ、２ｂを反射光学系に利用するため、凸部２ａ、２ｂの表面に薄膜処理を施したり、全反射を利用したりしても良い。
【００２４】
図５は、平面部材１の下部に発光部３１と受光部３２を配設し、凸部２ａ、２ｂの内部反射と屈折を利用して、矢印で示す光路を構築している。図５では、凸部２ａ、２ｂの表面に反射膜３５ａ、３５ｂを形成しているが、全反射を利用しても構わない。発光部３１から出された光は、凸部２ａの反射膜３５ａで反射され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂの反射膜３５ｂで反射され、受光部３２へと進む。
【００２５】
図６は、凸部２ａ、２ｂの空隙６ａ、６ｂ側に発光部３１と受光部３２を配設し、矢印で示す光路を構築している。凸部２ａ、２ｂ上に直接、成膜処理により発光部３１及び受光部３２を形成しても良いし、平面部材１と封止部材１１の間の空隙６ａ、６ｂに、発光部３１及び受光部３２を後から組み立てても良い。この空隙６ａ、６ｂ内に充填する素材を、これらデバイスのモールド材として兼用することも可能である。発光部３１から出された光は、凸部２ａで内部反射（屈折）され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂで内部反射（屈折）され、受光部３２へと進む。
【００２６】
図７は、封止部材として、シリコン基板３６を用いた例である。シリコン基板３６により、各種センサデバイスや処理用の電子回路を微細流路４上に直接構築することが可能となる。図７では、発光部３１と受光部３２をシリコン基板３６上に作りこみ、微細流路４底面に設けた反射膜３５に反射させることにより、矢印で示す光路を形成している。又、凸部２ａ、２ｂの頂角θをシリコン結晶を異方性エッチングする際に結晶面の方位により規定される角度より狭く定める事により、容易に位置決めを行うことができる。ここでは、シリコン基板３６について説明したが、シリコン基板３６に限らず、素材に応じて位置決め用の溝加工や頂角θの設定をすれば良いことは勿論である。
【００２７】
上記のように、発光部３１や受光部３２等の観測要素部品を配設することにより、試料の速度計測や分光計測が可能となる。図４〜図７は光学デバイスを例に示したが、温度デバイスや電磁気的なデバイスを配設しても構わない。このとき、特性に応じた成膜処理等を微細流路４近傍の領域に施しても良い。又、第１の実施の形態では、観測要素部品を微細流路４を横断して計測するように配設してあるが、微細流路４を縦断するように配設しても構わない。特に光学手段で計測する場合には、適正な屈折率の石英素材を選択する事により光ファイバと同様、流路内を導光路として利用する事が可能である。流路内部あるいは外部に金属膜などで反射加工をしておけば素材の選択は不要である。
【００２８】
微細流路４内の環境調整部品として、加熱源及び冷却源を化学分析装置に配設し、試料の物理環境を調整する例を図８〜１０を参照して説明する。
【００２９】
図８は、微細流路４内の温度制御を図るために、封止部材１１上に加熱源４１を、平面部材１の下に冷却源４２を配設している。これらの加熱源４１及び冷却源４２は必要に応じて微細流路４に沿って配設しても構わない。加熱源４１としては、例えば、適正な寸法に絞ったレーザや赤外線等を用いることが考えられる。又、冷却源４２としては、ペルチェ素子やヒートシンク、あるいはファン等を用いることが考えられる。加熱源４１により加熱されると、その加熱源４１の寸法に応じた領域で温度が上昇し、加熱を止めると冷却源４２によって温度が下降する。この領域の温度を計測する温度計測部４０を配設することにより、温度計測部４０と接続された制御機器（図示せず）を用いた温度制御が可能となる。
【００３０】
図９は、微細流路４に沿って、封止部材１１に加熱源４１及び冷却用流路４２を配設した例を示す。複数台の加熱源４１（ヒータ等）がそれぞれ異なる温度で、微細流路４の一部を加熱することができるため、微細流路４を部分毎に異なる温度で制御することができる。冷却用流路４２は、低温の流体を加熱源４１の下部に流すことにより冷却を行う。
【００３１】
図１０は、微細流路４近傍に、外部から加熱管４５と冷却管４４を連結した例である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図である。加熱管２１は、高温の液体を流すことにより、微細流路４の温度を上昇させる。冷却管２０は、低温の流体を流すことにより、微細流路４の温度を下降させる。封止部材１１に配設された温度計測部４０は、微細流路４内の温度を計測する。温度計測部４０と接続された制御機器（図示せず）が、温度計測部４０の計測結果に基づき、加熱管４５及び冷却管４４を流れる流体を制御することで、微細流路４内の温度制御が可能となる。
【００３２】
図８〜図１０において説明した加熱源４１、冷却源４２、温度計測部４０及び微細流路４の形状は、任意の形が可能である。温度制御する領域の範囲も任意である。又、温度だけでなく電磁気や光学的な線源を利用する場合も同様の配設手法が可能である。
【００３３】
第１の実施の形態に係る化学分析装置によると、微細流路４は、プレス成形された部品を組み立てる事で構築され、特に石英用のプレス金型など加工性が極端に悪い素材でも、平面状ではなく線状の最小限の溝を研削やエッチングで掘り込むことで実現することができる。これまで直接加工する際に時間と費用を要していた石英等の素材に対しても、量産性の大幅な向上が期待できる。例えば、石英に深さ１００μｍ程度の溝を形成する場合、これまでは数時間の加工時間を要していたが、第１の実施の形態に係る化学分析装置の構成によれば、数分で微細流路の形成が終了する。
【００３４】
又、組み立て後の構造では、流路以外の部分にも多くの空隙がある構造となるが、これらの間には断熱性や導電性に優れた充填材を後から注入可能なので、強度の確保と共に、機能的な新規性の追加も可能となる。又、微細流路４の流れの入出力方向以外の四方向に測定等に関する要素部品の装着が可能となる。光学的な機能をプレス成形の段階から新たに造りこむ事もできる。
【００３５】
又、基本的に微細流路４は組み立てによって形成されるので、この構造部材の一部を回路パターン等が造り込まれたシリコン部材とする事も可能である。
【００３６】
又、試薬やサンプルの注入口や連結口は従来は流れと直交方向に形成されていたが、本発明では流れの入出力方向の断面をプレス成形部品の組立で正確に規定できるので、この方向での連結や注入部品の装着が非常に容易となる。
【００３７】
（第１の実施の形態の変形例）
図１１は、第１の実施の形態に係る化学分析装置をキャピラリ（微細直管流路）電気泳動装置に使用した一例を示す図である。平面部材１上には、十字形に交差する直線状の交差型微細流路５１（定量用流路５５及び検出用流路５４）が形成されている。交差型微細流路５１の両側面は、断面が三角形状又は台形状の凸部で構成されている。平面部材１と封止部材１１の間には、空隙があり、第１の実施の形態で説明した計測要素部品や環境調整部品を配設することができる。又、外接型コネクタ５２は、微細流路の外側を挟むように取り付けられたコネクタである。内接型コネクタ５３は、微細流路の内側にはめ込むように取り付けられたコネクタである。外接型コネクタ５２及び内接型コネクタ５３により、異なる化学分析装置を取り付け、微細流路の延長を行ったり、微細流路の流れの向きを変更することができる。
【００３８】
第１の実施の形態の変形例に係る化学分析装置によると、平面部材１及び封止部材１１を組み立てることにより、キャピラリ（微細直管流路）電気泳動を行うことができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１側のみが凸部を備えているが、第２の実施の形態に係る化学分析装置では、平面部材１に第１の凸部２が、封止部材１１に第２の凸部９が備えられている。第２の実施の形態に係る化学分析装置は、図１２に示すように、一方の主面に堤防形状の第１の凸部２を有する平面部材１と、一方の主面に第１の凸部２に対向する第２の凸部９を有する封止部材１１とを備え、第１の凸部２を封止部材１１の主面に、第２の凸部９を平面部材１の主面に付けることにより、第１及び第２の凸部２、９に囲まれた微細流路４を形成する。
【００４０】
図１２（ａ）は、第２の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の平面部材１上に封止部材１１を付け、Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。平面部材１には断面が台形あるいは三角形状の第１の凸部２が凸設している。同様に、封止部材１１には断面が台形あるいは三角形状の第２の凸部９が凸設している。第１の凸部２の上、第２の凸部９の下には接着層５ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂによって、平面部材１と封止部材１１は接着され、第１の凸部２と第２の凸部９の間に微細流路４を形成している。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着層５ａ、５ｂを用いず、接着を実現しても構わない。空隙６ａ、６ｂは充填材だけでなく、微細流路４内の観測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。観測要素部品や環境調整部品については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
第１の凸部２（第２の凸部９も同様）の高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。第１の凸部２と第２の凸部９の間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。
【００４２】
又、平面部材１及び封止部材１１は、図２に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第２の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１を用いて実現することも可能である。
【００４３】
第２の実施の形態に係る化学分析装置によると、平面部材１と封止部材１１の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。又、組み立て時に、流路幅の調整を任意に行うことができる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る化学分析装置は、図１３に示すように、一方の主面に１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを有する平面部材１と、一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂを有する封止部材１１とを備え、１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂの側面を付けることにより、１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂに囲まれた微細流路４を形成する。
【００４５】
平面部材１には、断面が台形あるいは三角形状の凸部２ａ、２ｂが凸設している。同様に、封止部材１１には、断面が台形あるいは三角形状の凸部９ａ、９ｂが凸設している。凸部２ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂの側面に接着層５ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂによって、平面部材１と封止部材１１は接着され、凸部２ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂの間に微細流路４を形成している。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着層５ａ、５ｂを用いず、接着を実現しても構わない。空隙６ａ、６ｂは充填材だけでなく、微細流路４内の観測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。観測要素部品や環境調整部品については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂも同様）の高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂも同様）間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。
【００４７】
又、平面部材１及び封止部材１１は、図２に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第３の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１を用いて実現することも可能である。
【００４８】
第３の実施の形態によると、接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、接着強度が強化できる。又、平面部材１と封止部材１１の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。
【００４９】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５０】
例えば、本発明の第１〜第３の実施の形態において、微細流路４は直線状の流路で図示したが、図１４に示すように、曲線型の曲線型微細流路５０を用いることも可能である。
【００５１】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、金型によるプレス（加圧）により成形された部品を用いると説明したが、例えば、平面部材１等の空隙６ａ、６ｂを形成する部分をプレスで、微細流路４を形成する部分をエッチングによって成形しても構わない。プレスとエッチングを組み合わせることにより、様々な形状の空隙６ａ、６ｂ及び微細流路４を形成することができる。
【００５２】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１上に封止部材１１を付けているが、この封止部材１１は脱着可能にしてもよい。このとき、接着的に封止部材１１を付けている場合は剥離材などを使用し、機械的（押圧的）に付けている場合は圧力の解放によって、実現することができる。封止部材１１を外すことにより、微細流路４内の洗浄が容易になる。
【００５３】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１及び封止部材１１が平面であり、壁部材はその断面が三角形あるいは台形等の矩形としてあるが、加工が可能であればこれに限るものではない。例えば、基板には起伏があっても良いし、微細流路４を形成する壁部材は、同じ高さにある必要はない。
【００５４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、微細流路内の試料を流れ方向以外の四方向から計測及び環境調整することができ、加工性と量産性に優れた化学分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第１の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造方法を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造に使用する金型の例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材に計測要素部品を配設した例である。
【図５】第１の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材に計測要素部品を配設した例である。
【図６】第１の実施の形態に係る化学分析装置の空隙に計測要素部品を配設した例である。
【図７】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材をシリコン基板とした例である。
【図８】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材及び平面部材に環境調整部品を配設した例である。
【図９】第１の実施の形態に係る化学分析装置の微細流路に沿って環境調整部品を配設した例である。
【図１０】（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置の空隙を利用して環境調整部品を配設した斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図である。
【図１１】第１の実施に形態の変形例に係る化学分析装置の斜視図である。
【図１２】（ａ）は、第２の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図１３】第３の実施に形態に係る化学分析装置の断面図である。
【図１４】その他の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図である。
【図１５】従来のキャピラリ電気泳動装置の斜視図である。
【図１６】従来のμ−ＴＡＳの斜視図である。
【符号の説明】
１ 平面部材
２ 第１の凸部
２ａ、２ｂ 凸部
４ 微細流路
５ａ、５ｂ 接着層
６ａ、６ｂ 空隙
９ 第２の凸部
９ａ、９ｂ 凸部
１１ 封止部材
１２、１２ａ、１２ｂ 注入出口
１３ａ、１３ｂ 電極
２０ 上部金型
２０ａ 平面金型
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 溝部金型
２１ 下部金型
２２ 石英素材
２３ 溝部
２４ 成型品
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 切断ライン
３０ センサ筺体部
３１ 発光部
３２ 受光部
３５ａ、２５ｂ 反射膜
３６ シリコン基板
４０ 温度計測部
４１ 加熱源
４２ 冷却源
４３ 冷却用流路
４４ 冷却管
４５ 加熱管
５０ 曲線型微細流路
５１ 交差型微細流路
５２ 外接型コネクタ
５３ 内接型コネクタ
５４ 検出用流路
５５ 定量用流路
６０ 試料
６１、６１ａ、６１ｂ 透明絶縁基板
７０ 試料注入部
７１ａ 混合部
７１ｂ 反応部
７１ｃ 分離部
７１ｄ 検出部
７２ 廃液部
【発明の属する技術分野】
本発明はＤＮＡ等の微細構造体をその電荷の違いで分離する電気泳動装置、あるいは微量な化学物質の反応や合成分析を行なうμ−ＴＡＳ等の微細流路を有する化学分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
様々な長さに切断されたＤＮＡ断片を分離したり、あるいは化学反応を効率的に行なうために、これらを開口断面の代表寸法が数十μｍ〜数百μｍの微細流路を有する化学分析装置を用いる事がある。
【０００３】
図１５（ａ）は、キャピラリ（微細直管流路）電気泳動装置の斜視図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の透明絶縁基板６１ａを外した図である。透明絶縁基板６１ｂ上には十字形に交差する直線状の２本の微細流路４（定量用流路５５及び検出用流路５４）が凹設され、これらの微細流路４は透明絶縁基板６１ａを上部に設置することで封止されている。透明絶縁基板６１ａには試料６０を注入・抽出するための注入出口１２が設けられている。又、微細流路４の内部にはナノメートルスケールの移動用のゲル等が封入されている。凹設された微小流路４の両端には電極が設けられ、一方を接地電位に、他方をプラス電位に所定の電圧を印加すると、マイナスに帯電しているサンプル（ＤＮＡ等）はプラス電極側に移動する。この例では、試料６０は、緩衝液と共に定量用流路５５の接地側からプラス側に流され、交差点でこの部分の容積に相当する量だけ分注され、今度は検出用流路５４をプラス側に向かって流れる。この時、ＤＮＡはその長さによって帯電量が異なり、封止されたゲルの網目構造との相互作用も異なるので、短い長さのものほど速く進み、ＤＮＡの長さによる分離が可能となる。分離されたＤＮＡの観測には紫外線吸収を利用するかＤＮＡに修飾した蛍光の光量測定を用いるが、このとき光学特性に優れた石英を使用すると都合がよい。よって、透明絶縁基板６１ａ、６１ｂの材質として、石英が使用されることが多い。
【０００４】
図１６はμ−ＴＡＳの従来例の一つを示している。図１６に示すように、μ−ＴＡＳは、透明絶縁基板６１内に微細流路４が形成され、微細流路４内で試料（試薬）の混合、反応、検出等を行うことにより、創薬や医療診断の予備実験等を行う。試料注入部７０より試料を注入すると、試料は微細流路４を通り混合部７１ａで混合される。そして、反応部７１ｂで試料の化学反応が起こり、分離部７１ｃで反応後の試料の分離が行われる。反応後の試料は検出部７１ｄで検出され、不要な試料は廃液部７２で回収される。μ−ＴＡＳは、これまでの分析統合システムに比べてサンプルや試料の量を大幅に減らすことができるため、スループットの時間短縮や廃液の減少が期待される。このμ−ＴＡＳにおいても、透明絶縁基板６１上に、主にエッチングにより、様々な試薬の注入口とこれに続けて設けられた微細流路４が加工されている。電気泳動装置と同様に、μ−ＴＡＳの透明絶縁基板６１としても、耐薬品性と計測の為の光学特性に優れた石英が使用されることが多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、石英は加工が困難であり、通常はエッチング加工により溝を掘り進んで行くが、この速度は１分間に１μｍ以下の事も稀ではなく、量産には困難であった。又、ＤＮＡを抽入する注入出口１２等も一般的に平面的な基板部材に開口部とコネクタを取着する方式がとられ、こちらも加工性と量産性の問題があった。
【０００６】
又、これらの微細流路をエッチングではなく、プレス成形で作る場合、微細流路のネガとなる金型が必要となる。この金型は、溝となる微細流路に対応する部分を突出させ、他の部分を広い面積にわたり、機械的あるいはエッチングにより削り込む必要がある。プレス成形では金型の表面が素材に正確に転写されるので、この削り込みは如何なる加工法によろうとも、精度を確保するにはかなりの時間を要するものであった。
【０００７】
更に、微細流路中の試料を電子的に計測する手段の一つとして、機能性薄膜やチップ状のシリコン回路をこの微細流路近傍に配設する場合がある。従来は、これらの計測要素部品を流路の上面あるいは下面の二方向にしか配設できず、微細流路の周囲部位を必ずしも最適な状況で使用しているとは言い難かった。計測だけでなく、微細流路周囲の温度等の物理環境を調整する場合も同様で、これらの環境調整部品も微細流路の上下にしか配設できなかった。又、光学的機能の構造的な作り込みは殆どなく、あったとしても後加工となり時間的・量産的に優れたものではなかった。
上記の問題を鑑み、本発明は、微細流路内の試料を流れ方向以外の四方向から計測及び環境調整することができ、加工性と量産性に優れた化学分析装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、（イ）一方の主面に堤防形状の第１の凸部を有する平面部材と、（ロ）一方の主面に堤防形状の第２の凸部を有する封止部材とを備え、（ハ）第１の凸部を封止部材の主面に、第２の凸部を平面部材の主面に付けることにより、第１及び第２の凸部に囲まれた微細流路を形成することである。又、平面部材及び封止部材の材質は石英であってもよい。又、化学分析装置は、（ニ）平面部材の一方の主面の裏面側に設けられ、主面側に形成された微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えていてもよい。又、化学分析装置は、（ホ）封止部材の一方の主面の裏面側と平面部材の一方の主面の裏面側とに設けられ、微細流路を流れる試料の温度を制御する環境調整部品を備えていてもよい。ここで、「化学分析装置」とは、様々な化学分析に関する機能を集積化したマイクロリアクタを指す。この化学分析装置は、電気泳動装置やμ―ＴＡＳの機能も有する。又、「計測要素部品」とは、試料の光学的性質や電磁気的性質および物理化学的な変化を測定する部品を指し、具体的には、発光部や受光部、磁石（ソレノイド）、電極、機能膜等が挙げられる。又、「環境調整部品」とは、試料の物理的な環境を調節する部品を指し、具体的には、加熱源、冷却源、加圧源、加湿源等が挙げられる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る化学分析装置によると、平面部材と封止部材の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。又、組み立て時に、流路幅の調整を任意に行うことができる。
【００１３】
又、本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、（イ）一方の主面に１対の堤防形状の凸部を有する平面部材と、（ロ）一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部を有する封止部材とを備え、（ハ）１対の堤防形状の凸部と他の１対の堤防形状の凸部の側面を付けることにより、１対の堤防形状の凸部と他の１対の堤防形状の凸部に囲まれた微細流路を形成することである。又、平面部材及び封止部材の材質は石英であってもよい。又、化学分析装置は、（ニ）平面部材の一方の主面の裏面側に設けられ、主面側に形成された微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えていてもよい。又、化学分析装置は、（ホ）封止部材の一方の主面の裏面側と平面部材の一方の主面の裏面側とに設けられ、微細流路を流れる試料の温度を制御する環境調整部品を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る化学分析装置によると、接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、接着強度が強化できる。又、平面部材と封止部材の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであることに留意すべきである。
【００１６】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る化学分析装置は、図１に示すように、微細流路４を形成するように対向配置され、微細流路４の方向に沿って伸延する１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを一方の主面に有する平面部材１と、微細流路４の上部を覆う封止部材１１とを備える。
【００１７】
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面部材１上に封止部材１１を付けた状態における、Ａ−Ａに沿った断面図を示している。図１（ｂ）に示すように、凸部２ａ、２ｂは、断面が台形あるいは三角形状である。凸部２ａ、２ｂの高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。微細流路４は、流れの方向に開口している構造なので、垂直方向ではなく、流れの断面方向で、試料の注入・抽出を行うことができる。又、同様の化学分析装置の微細流路を連結することにより、微細流路の延長などを行うことができる。
【００１８】
封止部材１１は、凸部２ａ、２ｂの上部の接着層５ａ、５ｂにより、平面部材１の上部に付けられる。ここでは、接着剤を用いて、平面部材１と封止部材１１を付けている、機械的な押圧力を用いて付けても構わない。平面部材１及び封止部材１１の材質は、石英等を用いる。
【００１９】
微細流路４は、平面部材１の壁部材５ａ、５ｂで両側を挟まれた形で形成され、封止部材１１で上部を覆われている。微細流路４は、電極１３ａ及び電極１３ｂをつなぐ試料の流路である。試料は、注入出口１２ａ、１２ｂより注入、抽出される。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着強度の強化を実現しても構わない。又、空隙６ａ、６ｂに、微細流路４内の計測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。計測要素部品や環境調整部品については、後に詳述する。
【００２０】
図２は、平面部材１を成形する方法を示している。図２（ａ）に示すように、金型は、上部金型２０と下部金型２１で構成される。上部金型２３には、平面部材１の凸部２ａ、２ｂの形状に合った溝部２３が備えられている。図２（ｂ）は、上部金型２０と下部金型２１の間に平面部材１の材料となる石英素材２２を挟んだ状態の断面図である。この状態で、加熱環境下で加圧成形が行われる。微細流路４では、耐薬品性や光学特性の点から石英が用いられるが、石英の場合、真空・高温での加工環境を要求され、金属性の金型の適用は難しくガラス状カーボンが好適材料である。しかしながら、ガラス状カーボンは加工が困難であり、現状では溝の掘り込み加工しか施す事ができない。即ち、この金型による転写品は、基本的に、平面部材１から凸部２ａ、２ｂが凸設した形状を成形することは可能であるが、図１４や図１５の様な凹設型の従来の微細流路の構築は極めて困難であると言える。成形後の成型品２４を図２（ｃ）に示す。金型が円型であるので、成型品２４も円型となる。成型品２４は、切断ライン２５ａ〜２５ｄに沿って、切断され、平面部材１となる。又、成形時の温度に耐えられる接着剤がある場合は、図３（ａ）に示す様に、溝のない平面金型２０ａに溝部金型２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを接着剤により張り付けて、図３（ｂ）に示す上部金型２０を形成しても良い。
【００２１】
石英素材２２の成形技術については、例えば、「超精密・大口径光学素子の連続成形技術の開発」（ＮＥＤＯ 平成１０年度即効型提案公募事業 成果報告 http://www.teian.nedo.go.jp/prj/fy10-3/10-12/yokou/98y15005/98y15005s.html）に記載された技術等を用いればよい。
【００２２】
微細流路４内の計測要素部品として、発光部及び受光部を化学分析装置に配設し、試料の計測を行う例を図４〜７を参照して説明する。
【００２３】
図４は、封止部材１１の内部に計測要素部品を配設し、凸部２ａ、２ｂを反射光学系に利用した例である。封止部材１１の内部には、ＬＥＤ等の発光部３１とＰＤ等の受光部３２を有するセンサ筐体部３０を平面部材１の屈折率を配慮して配設している。発光部３１から出された光は、凸部２ａで反射され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂで反射され、受光部３２へと続く光路３４を構築する。凸部２ａ、２ｂを反射光学系に利用するため、凸部２ａ、２ｂの表面に薄膜処理を施したり、全反射を利用したりしても良い。
【００２４】
図５は、平面部材１の下部に発光部３１と受光部３２を配設し、凸部２ａ、２ｂの内部反射と屈折を利用して、矢印で示す光路を構築している。図５では、凸部２ａ、２ｂの表面に反射膜３５ａ、３５ｂを形成しているが、全反射を利用しても構わない。発光部３１から出された光は、凸部２ａの反射膜３５ａで反射され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂの反射膜３５ｂで反射され、受光部３２へと進む。
【００２５】
図６は、凸部２ａ、２ｂの空隙６ａ、６ｂ側に発光部３１と受光部３２を配設し、矢印で示す光路を構築している。凸部２ａ、２ｂ上に直接、成膜処理により発光部３１及び受光部３２を形成しても良いし、平面部材１と封止部材１１の間の空隙６ａ、６ｂに、発光部３１及び受光部３２を後から組み立てても良い。この空隙６ａ、６ｂ内に充填する素材を、これらデバイスのモールド材として兼用することも可能である。発光部３１から出された光は、凸部２ａで内部反射（屈折）され、微細流路４を横切り、反対側の凸部２ｂで内部反射（屈折）され、受光部３２へと進む。
【００２６】
図７は、封止部材として、シリコン基板３６を用いた例である。シリコン基板３６により、各種センサデバイスや処理用の電子回路を微細流路４上に直接構築することが可能となる。図７では、発光部３１と受光部３２をシリコン基板３６上に作りこみ、微細流路４底面に設けた反射膜３５に反射させることにより、矢印で示す光路を形成している。又、凸部２ａ、２ｂの頂角θをシリコン結晶を異方性エッチングする際に結晶面の方位により規定される角度より狭く定める事により、容易に位置決めを行うことができる。ここでは、シリコン基板３６について説明したが、シリコン基板３６に限らず、素材に応じて位置決め用の溝加工や頂角θの設定をすれば良いことは勿論である。
【００２７】
上記のように、発光部３１や受光部３２等の観測要素部品を配設することにより、試料の速度計測や分光計測が可能となる。図４〜図７は光学デバイスを例に示したが、温度デバイスや電磁気的なデバイスを配設しても構わない。このとき、特性に応じた成膜処理等を微細流路４近傍の領域に施しても良い。又、第１の実施の形態では、観測要素部品を微細流路４を横断して計測するように配設してあるが、微細流路４を縦断するように配設しても構わない。特に光学手段で計測する場合には、適正な屈折率の石英素材を選択する事により光ファイバと同様、流路内を導光路として利用する事が可能である。流路内部あるいは外部に金属膜などで反射加工をしておけば素材の選択は不要である。
【００２８】
微細流路４内の環境調整部品として、加熱源及び冷却源を化学分析装置に配設し、試料の物理環境を調整する例を図８〜１０を参照して説明する。
【００２９】
図８は、微細流路４内の温度制御を図るために、封止部材１１上に加熱源４１を、平面部材１の下に冷却源４２を配設している。これらの加熱源４１及び冷却源４２は必要に応じて微細流路４に沿って配設しても構わない。加熱源４１としては、例えば、適正な寸法に絞ったレーザや赤外線等を用いることが考えられる。又、冷却源４２としては、ペルチェ素子やヒートシンク、あるいはファン等を用いることが考えられる。加熱源４１により加熱されると、その加熱源４１の寸法に応じた領域で温度が上昇し、加熱を止めると冷却源４２によって温度が下降する。この領域の温度を計測する温度計測部４０を配設することにより、温度計測部４０と接続された制御機器（図示せず）を用いた温度制御が可能となる。
【００３０】
図９は、微細流路４に沿って、封止部材１１に加熱源４１及び冷却用流路４２を配設した例を示す。複数台の加熱源４１（ヒータ等）がそれぞれ異なる温度で、微細流路４の一部を加熱することができるため、微細流路４を部分毎に異なる温度で制御することができる。冷却用流路４２は、低温の流体を加熱源４１の下部に流すことにより冷却を行う。
【００３１】
図１０は、微細流路４近傍に、外部から加熱管４５と冷却管４４を連結した例である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図である。加熱管２１は、高温の液体を流すことにより、微細流路４の温度を上昇させる。冷却管２０は、低温の流体を流すことにより、微細流路４の温度を下降させる。封止部材１１に配設された温度計測部４０は、微細流路４内の温度を計測する。温度計測部４０と接続された制御機器（図示せず）が、温度計測部４０の計測結果に基づき、加熱管４５及び冷却管４４を流れる流体を制御することで、微細流路４内の温度制御が可能となる。
【００３２】
図８〜図１０において説明した加熱源４１、冷却源４２、温度計測部４０及び微細流路４の形状は、任意の形が可能である。温度制御する領域の範囲も任意である。又、温度だけでなく電磁気や光学的な線源を利用する場合も同様の配設手法が可能である。
【００３３】
第１の実施の形態に係る化学分析装置によると、微細流路４は、プレス成形された部品を組み立てる事で構築され、特に石英用のプレス金型など加工性が極端に悪い素材でも、平面状ではなく線状の最小限の溝を研削やエッチングで掘り込むことで実現することができる。これまで直接加工する際に時間と費用を要していた石英等の素材に対しても、量産性の大幅な向上が期待できる。例えば、石英に深さ１００μｍ程度の溝を形成する場合、これまでは数時間の加工時間を要していたが、第１の実施の形態に係る化学分析装置の構成によれば、数分で微細流路の形成が終了する。
【００３４】
又、組み立て後の構造では、流路以外の部分にも多くの空隙がある構造となるが、これらの間には断熱性や導電性に優れた充填材を後から注入可能なので、強度の確保と共に、機能的な新規性の追加も可能となる。又、微細流路４の流れの入出力方向以外の四方向に測定等に関する要素部品の装着が可能となる。光学的な機能をプレス成形の段階から新たに造りこむ事もできる。
【００３５】
又、基本的に微細流路４は組み立てによって形成されるので、この構造部材の一部を回路パターン等が造り込まれたシリコン部材とする事も可能である。
【００３６】
又、試薬やサンプルの注入口や連結口は従来は流れと直交方向に形成されていたが、本発明では流れの入出力方向の断面をプレス成形部品の組立で正確に規定できるので、この方向での連結や注入部品の装着が非常に容易となる。
【００３７】
（第１の実施の形態の変形例）
図１１は、第１の実施の形態に係る化学分析装置をキャピラリ（微細直管流路）電気泳動装置に使用した一例を示す図である。平面部材１上には、十字形に交差する直線状の交差型微細流路５１（定量用流路５５及び検出用流路５４）が形成されている。交差型微細流路５１の両側面は、断面が三角形状又は台形状の凸部で構成されている。平面部材１と封止部材１１の間には、空隙があり、第１の実施の形態で説明した計測要素部品や環境調整部品を配設することができる。又、外接型コネクタ５２は、微細流路の外側を挟むように取り付けられたコネクタである。内接型コネクタ５３は、微細流路の内側にはめ込むように取り付けられたコネクタである。外接型コネクタ５２及び内接型コネクタ５３により、異なる化学分析装置を取り付け、微細流路の延長を行ったり、微細流路の流れの向きを変更することができる。
【００３８】
第１の実施の形態の変形例に係る化学分析装置によると、平面部材１及び封止部材１１を組み立てることにより、キャピラリ（微細直管流路）電気泳動を行うことができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１側のみが凸部を備えているが、第２の実施の形態に係る化学分析装置では、平面部材１に第１の凸部２が、封止部材１１に第２の凸部９が備えられている。第２の実施の形態に係る化学分析装置は、図１２に示すように、一方の主面に堤防形状の第１の凸部２を有する平面部材１と、一方の主面に第１の凸部２に対向する第２の凸部９を有する封止部材１１とを備え、第１の凸部２を封止部材１１の主面に、第２の凸部９を平面部材１の主面に付けることにより、第１及び第２の凸部２、９に囲まれた微細流路４を形成する。
【００４０】
図１２（ａ）は、第２の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１の斜視図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の平面部材１上に封止部材１１を付け、Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。平面部材１には断面が台形あるいは三角形状の第１の凸部２が凸設している。同様に、封止部材１１には断面が台形あるいは三角形状の第２の凸部９が凸設している。第１の凸部２の上、第２の凸部９の下には接着層５ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂによって、平面部材１と封止部材１１は接着され、第１の凸部２と第２の凸部９の間に微細流路４を形成している。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着層５ａ、５ｂを用いず、接着を実現しても構わない。空隙６ａ、６ｂは充填材だけでなく、微細流路４内の観測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。観測要素部品や環境調整部品については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４１】
第１の凸部２（第２の凸部９も同様）の高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。第１の凸部２と第２の凸部９の間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。
【００４２】
又、平面部材１及び封止部材１１は、図２に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第２の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１を用いて実現することも可能である。
【００４３】
第２の実施の形態に係る化学分析装置によると、平面部材１と封止部材１１の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。又、組み立て時に、流路幅の調整を任意に行うことができる。
【００４４】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る化学分析装置は、図１３に示すように、一方の主面に１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂを有する平面部材１と、一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂを有する封止部材１１とを備え、１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂの側面を付けることにより、１対の堤防形状の凸部２ａ、２ｂと他の１対の堤防形状の凸部９ａ、９ｂに囲まれた微細流路４を形成する。
【００４５】
平面部材１には、断面が台形あるいは三角形状の凸部２ａ、２ｂが凸設している。同様に、封止部材１１には、断面が台形あるいは三角形状の凸部９ａ、９ｂが凸設している。凸部２ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂの側面に接着層５ａ、５ｂがある。接着層５ａ、５ｂによって、平面部材１と封止部材１１は接着され、凸部２ａ、２ｂと凸部９ａ、９ｂの間に微細流路４を形成している。平面部材１と封止部材１１の間には、微細流路４以外の空隙６ａ、６ｂがあり、この部分に充填材を注入し、接着層５ａ、５ｂを用いず、接着を実現しても構わない。空隙６ａ、６ｂは充填材だけでなく、微細流路４内の観測要素部品や環境調整部品を装着しても良い。観測要素部品や環境調整部品については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００４６】
凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂも同様）の高さＬ１、即ち微細流路４の深さは、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。凸部２ａ、２ｂ（凸部９ａ、９ｂも同様）間の距離Ｌ２、即ち微細流路４の幅は、例えば５０μｍ〜１ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の高さＬ１、距離Ｌ２としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の高さ及び距離も可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば、凸部２ａ、２ｂの高さＬ１及び距離Ｌ２を２０μｍ〜２ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。
【００４７】
又、平面部材１及び封止部材１１は、図２に示すように、第１の実施の形態で説明したものと同様の方法で成型することができる。更に、第１の実施の形態の変形例において説明した交差型微細流路５１を、第３の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材１及び封止部材１１を用いて実現することも可能である。
【００４８】
第３の実施の形態によると、接着面積を大きく取れるので空間部に充填材を注入しなくても、接着強度が強化できる。又、平面部材１と封止部材１１の形状は同じであるので、成形する部品の種類を低減できる。
【００４９】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５０】
例えば、本発明の第１〜第３の実施の形態において、微細流路４は直線状の流路で図示したが、図１４に示すように、曲線型の曲線型微細流路５０を用いることも可能である。
【００５１】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、金型によるプレス（加圧）により成形された部品を用いると説明したが、例えば、平面部材１等の空隙６ａ、６ｂを形成する部分をプレスで、微細流路４を形成する部分をエッチングによって成形しても構わない。プレスとエッチングを組み合わせることにより、様々な形状の空隙６ａ、６ｂ及び微細流路４を形成することができる。
【００５２】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１上に封止部材１１を付けているが、この封止部材１１は脱着可能にしてもよい。このとき、接着的に封止部材１１を付けている場合は剥離材などを使用し、機械的（押圧的）に付けている場合は圧力の解放によって、実現することができる。封止部材１１を外すことにより、微細流路４内の洗浄が容易になる。
【００５３】
又、本発明の第１〜第３の実施の形態に係る化学分析装置は、平面部材１及び封止部材１１が平面であり、壁部材はその断面が三角形あるいは台形等の矩形としてあるが、加工が可能であればこれに限るものではない。例えば、基板には起伏があっても良いし、微細流路４を形成する壁部材は、同じ高さにある必要はない。
【００５４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、微細流路内の試料を流れ方向以外の四方向から計測及び環境調整することができ、加工性と量産性に優れた化学分析装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第１の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造方法を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る化学分析装置の製造に使用する金型の例を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材に計測要素部品を配設した例である。
【図５】第１の実施の形態に係る化学分析装置の平面部材に計測要素部品を配設した例である。
【図６】第１の実施の形態に係る化学分析装置の空隙に計測要素部品を配設した例である。
【図７】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材をシリコン基板とした例である。
【図８】第１の実施の形態に係る化学分析装置の封止部材及び平面部材に環境調整部品を配設した例である。
【図９】第１の実施の形態に係る化学分析装置の微細流路に沿って環境調整部品を配設した例である。
【図１０】（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置の空隙を利用して環境調整部品を配設した斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図である。
【図１１】第１の実施に形態の変形例に係る化学分析装置の斜視図である。
【図１２】（ａ）は、第２の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図１３】第３の実施に形態に係る化学分析装置の断面図である。
【図１４】その他の実施に形態に係る化学分析装置の斜視図である。
【図１５】従来のキャピラリ電気泳動装置の斜視図である。
【図１６】従来のμ−ＴＡＳの斜視図である。
【符号の説明】
１ 平面部材
２ 第１の凸部
２ａ、２ｂ 凸部
４ 微細流路
５ａ、５ｂ 接着層
６ａ、６ｂ 空隙
９ 第２の凸部
９ａ、９ｂ 凸部
１１ 封止部材
１２、１２ａ、１２ｂ 注入出口
１３ａ、１３ｂ 電極
２０ 上部金型
２０ａ 平面金型
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 溝部金型
２１ 下部金型
２２ 石英素材
２３ 溝部
２４ 成型品
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 切断ライン
３０ センサ筺体部
３１ 発光部
３２ 受光部
３５ａ、２５ｂ 反射膜
３６ シリコン基板
４０ 温度計測部
４１ 加熱源
４２ 冷却源
４３ 冷却用流路
４４ 冷却管
４５ 加熱管
５０ 曲線型微細流路
５１ 交差型微細流路
５２ 外接型コネクタ
５３ 内接型コネクタ
５４ 検出用流路
５５ 定量用流路
６０ 試料
６１、６１ａ、６１ｂ 透明絶縁基板
７０ 試料注入部
７１ａ 混合部
７１ｂ 反応部
７１ｃ 分離部
７１ｄ 検出部
７２ 廃液部
Claims (8)
- 一方の主面に堤防形状の第１の凸部を有する平面部材と、
一方の主面に堤防形状の第２の凸部を有する封止部材とを備え、
前記第１の凸部を前記封止部材の前記主面に、前記第２の凸部を前記平面部材の前記主面に付けることにより、前記第１及び第２の凸部に囲まれた微細流路を形成することを特徴とする化学分析装置。 - 一方の主面に１対の堤防形状の凸部を有する平面部材と、
一方の主面に他の１対の堤防形状の凸部を有する封止部材とを備え、
前記１対の堤防形状の凸部と前記他の１対の堤防形状の凸部の側面を付けることにより、前記１対の堤防形状の凸部と前記他の１対の堤防形状の凸部に囲まれた微細流路を形成することを特徴とする化学分析装置。 - 前記平面部材の前記一方の主面の裏面側に設けられ、前記主面側に形成された前記微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学分析装置。
- 前記第１の凸部の前記第２の凸部に対向する側面は、前記平面部材の前記一方の主面に対して傾斜し、
前記第２の凸部の前記第１の凸部に対向する側面は、前記封止部材の前記一方の主面に対して傾斜し、
前記平面部材の前記一方の主面の裏面側に設けられ、前記裏面側を出射及び入射側とし、前記第１の凸部の前記側面と前記第２の凸部の前記側面とを反射面として前記微細流路を横切る光路を形成する計測要素部品を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学分析装置。 - 前記平面部材と前記封止部材の間の空隙に設けられ、前記平面部材と前記封止部材の間に形成された前記微細流路を流れる試料の性質を測定するための計測要素部品を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学分析装置。
- 前記計測要素部品は、前記微細流路を横切る光路を形成する発光部及び受光部であることを特徴とする請求項５に記載の化学分析装置。
- 前記封止部材の前記一方の主面の裏面側に設けられ、前記微細流路を流れる試料を加熱するための加熱源を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学分析装置。
- 前記平面部材の前記一方の主面の裏面側に設けられ、前記微細流路を流れる試料を冷却するための冷却源を備えることを特徴とする請求項７に記載の化学分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084218A JP3842681B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 化学分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002084218A JP3842681B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 化学分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003279537A JP2003279537A (ja) | 2003-10-02 |
| JP3842681B2 true JP3842681B2 (ja) | 2006-11-08 |
Family
ID=29231666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002084218A Expired - Fee Related JP3842681B2 (ja) | 2002-03-25 | 2002-03-25 | 化学分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3842681B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4353417B2 (ja) | 2004-04-14 | 2009-10-28 | 日立マクセル株式会社 | 反応装置 |
| CN101048338B (zh) * | 2004-10-27 | 2013-10-30 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 由两块板构成的流体容器 |
| US8075752B2 (en) * | 2005-02-15 | 2011-12-13 | Perkinelmer Health Sciences, Inc. | Method and apparatus for providing an electrochemical sensor at an elevated temperature |
| JP2007078393A (ja) * | 2005-09-12 | 2007-03-29 | Yamaha Corp | マイクロチップ |
| JP2012093285A (ja) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Arkray Inc | マイクロチップ |
| JP6433804B2 (ja) * | 2015-02-09 | 2018-12-05 | 株式会社東芝 | マイクロ分析パッケージ及びパッケージ基板 |
| CN114364786B (zh) * | 2019-09-27 | 2024-07-19 | 富士胶片株式会社 | 容器及检测试剂盒 |
-
2002
- 2002-03-25 JP JP2002084218A patent/JP3842681B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003279537A (ja) | 2003-10-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ro et al. | Integrated light collimating system for extended optical-path-length absorbance detection in microchip-based capillary electrophoresis | |
| US7058244B2 (en) | Microchip, method of manufacturing microchip, and method of detecting compositions | |
| KR100613398B1 (ko) | 캔틸레버 센서형 분석 시스템, 제조 방법 및 이를 이용한극미세 물질 감지 방법 | |
| US10843922B2 (en) | Compact fluid analysis device and method to fabricate | |
| JP5585138B2 (ja) | 流路チップ及び治具 | |
| WO2004008142A1 (ja) | 分析用チップ、分析用チップユニット、分析装置及びそれを用いた分析方法並びに分析用チップの作製方法 | |
| WO2007093939A1 (en) | Microfluidic device for molecular diagnostic applications | |
| US9506870B2 (en) | Flow-channel device for detecting light emission | |
| WO1999064846A1 (en) | Analyzer | |
| JP2004093558A (ja) | 分析用チップ、分析用チップユニット及び分析装置ならびに分析用チップの作製方法 | |
| JP2004077305A (ja) | 検出装置 | |
| JP3842681B2 (ja) | 化学分析装置 | |
| JP4728573B2 (ja) | マイクロ化学反応装置 | |
| JP2004340758A (ja) | 微細流路およびこれを含むマイクロ化学チップ | |
| JP4532457B2 (ja) | マイクロ化学反応装置 | |
| JP4532458B2 (ja) | マイクロ化学反応装置 | |
| US11946909B2 (en) | Microfluidic asymmetric flow field-flow fractionation device and method of using the same | |
| US11241687B2 (en) | Compact glass-based fluid analysis device and method to fabricate | |
| US20200298236A1 (en) | Fluidic apparatus and method | |
| US20060021666A1 (en) | Microsystem, microopening film, and system and method for analizing interaction between biomolecules | |
| CN211603213U (zh) | 光波导多微流道检测系统 | |
| JP4371745B2 (ja) | 光学測定用マイクロリアクター及びそれを用いた光学測定方法 | |
| JP4630264B2 (ja) | マイクロ化学反応装置の製造方法 | |
| CN111157727B (zh) | 光波导多微流道检测系统 | |
| JP4630263B2 (ja) | マイクロ化学反応装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050415 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050726 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050926 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060801 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060810 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |