JP4312029B2 - 微小流路素子 - Google Patents

Description

本発明は、微量な試料の成分分析するための微小流路素子に関している。

近年、キャピラリ電気泳動法やクロマトグラフィなどを用いて、液体の成分分析を行うために、微小流路素子が用いられている。この微小流路素子は、ガラス基板や樹脂基板に、幅及び深さ数十μｍの溝を形成するとともに、この溝をカバーにより覆うことにより、液体流路を形成する。このような微小流路素子は、前記液体流路と、この液体流路の両端に配置された液体保持部を有している。このような微小流路素子は、試料である液体を、一端の液体保持部から他端の液体保持部まで流し、前記液体の成分分析を行う。

このような微小流路素子は、例えば、非特許文献１に記載の装置、特許文献１に記載の装置、特許文献２に記載の装置、及び特許文献３に記載の装置等を含んでいる。

非特許文献１に記載の微小流路素子は、溝加工を施した基板に、カバーガラスを接合することにより、液体流路が形成される。また、この微小流路素子は、前記溝の端部（液体流路の端部）に別体で形成された液体保持部を接着する。

特許文献１に記載の微小流路素子は、溝加工を施した基板と、孔を備えているカバーガラスとを有している。前記液体流路は、前記基板とカバーガラスとを接合することにより形成される。なお、この微小流路素子において、液体保持部は、前記カバーガラスに設けられた孔を、前記溝の端部に配置することにより形成される。従って、この微小流路素子は、前記基板とカバーガラスとを接合するのみで形成され得るため、量産可能である。

特許文献２に記載の微小流路素子は、熱可塑性樹脂で構成されており、溝を有している第１チップと、溝が設けられていない第２チップとを接合して構成されている。この微小流路素子においても、前記液体流路は、前記第１チップと第２チップとを接合することにより形成される。また、前記第１又は第２チップには、貫通孔が設けられている。この貫通孔は、前記溝と連通する液体保持部を形成する。従って、この微小流路素子もまた、前記基板とカバーガラスとを接合するのみで、前記液体流路と前記液体保持部とを形成し得る。また、この微小流路素子は、熱可塑性樹脂で構成されているため、高精度の溝を形成し得る。

特許文献３に記載の微小流路素子もまた、特許文献１に記載の微小流路素子と同様に、溝加工を施した基板と、孔を備えているカバーガラスとを有しているとともに、前記孔により液体保持部を形成している。この特許文献３に記載の微小流路素子は、上記構成に加え、前記液体保持部に導電膜を有しているとともに、前記導電膜に接続するカートリッジ式の電極を有している。このため、この微小流路素子は、前記液体保持部に、電極の挿入が不要である。
Analytical Chemistry １９９５，６７，２０５９−２０６３ 特開２０００−３４６７９３号公報 特開平１１−２４５２７０号 特許第２９３７０６４号公報

非特許文献１に記載の微小流路素子は、溝の端部に、前記液体保持部をひとつひとつ接着する必要があり、実験的に作成するにはよいが、量産するのは困難である。

特許文献１、及び特許文献３に記載の微小流路素子は、前記基板に張り合わせるカバーガラスに貫通孔が設けられている。一般的に、貫通孔を形成した場合、溝を形成した場合に比べ、開口を含む面の平面度が低下してしまう。このため、カバーガラスの前記基板と対面する面の平面度は、カバーガラスに貫通孔が形成されていない場合に比べ、低くなってしまう。その結果、前記基板とカバーガラスとは、接合不良を起こし、製品の不良率は、増大する虞がある。特に、ガラスに前記貫通孔を設けた場合、ばりを発生する恐れが高い。このばりは、前記基板とカバーガラスとの接合不良の可能性を増大させる。なお、前記ばり取りの処理を施す場合、工数が増大し、加工が煩雑になるとともに、コスト高になってしまう。

また、特許文献２の微小流路素子は、溝が設けられている前記第１チップ及び溝が設けられていない第２チップのどちらか一方に、貫通孔が設けられている。前記第２チップに貫通孔が設けられている場合、特許文献１並びに特許文献３に記載の微小流路素子と同様に、前記第２チップの平面度が低下し、第１チップと第２チップとの接合不良を起こす恐れがある。また、前記第１チップに貫通孔が設けられている場合、前記第１チップには、溝並びに貫通孔を形成するため、複雑な形状に加工しなければならず、コスト高になってしまう。

上記課題を鑑みて、本発明の目的は、加工が容易で、安価に量産可能な微小流路素子を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の微小流路素子は、以下の構成を有している。

本発明の一態様の微小流路素子は、溝形成面と、前記溝形成面に形成された溝とを有している第１部材と、前記第１部材と接合される実質的に平面な接合面を有し、前記接合面が前記溝の前記溝形成面側の開口の少なくとも１部分を覆う第２部材と、前記第１並びに第２部材と共に、前記溝と連通する液体保持部を画定する凹部を有している第３部材とを具備している。

本発明は、加工が容易で、安価に量産可能な微小流路素子を提供し得る。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第一の実施の形態について図１並びに図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態の微小流路素子を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態の微小流路素子１は、第１部材１０と、第２部材２０と、第３部材３０とを有している。
第１部材１０は、図２中に示されるように、板状に構成されており、実質的に平面である溝形成面１２を有している。また、第１部材１０は、自身の長手方向の両端に、溝形成面１２と直交する端面１３を有している。端面１３もまた実質的に平面に形成されている。なお、本明細書中において、溝形成面１２に沿って互いに直交する２軸をＸ軸並びにＹ軸とする。さらに、本実施の形態において、溝形成面１２の長手方向に沿った軸をＸ軸とする。また、Ｘ並びにＹ軸と直交する軸を、Ｚ軸とする。従って、板状の第１部材１０の厚さは、Ｚ軸における寸法である。

本実施の形態において、第１部材１０は、ガラスにより形成されている。しかしながら、第１部材１０を形成する材料は、公知の材料から任意に選定し得る。この溝形成面１２には、溝加工により、溝１１が形成されている。上記溝加工は、公知のいかなる方法で行うことも可能である。本実施の形態において、前記溝加工は、集積プリント配線回路を製作するように形成されている。具体的には、本実施の形態においては、フォトリソグラフィーを応用してフォトマスクを形成する。これとともに溝形成面１２上には、レジスト液が塗布される。そして、露光、現像、並びにフッ酸によるエッチングが、溝形成面１２に対して行われ、溝形成面１２上に溝１１が形成される。前記溝加工は、ダイシングソーによる削り加工や、レーザーアブレーションプラズマエッチング等により行うことも可能である。

溝１１は、図２中に示されるように、溝形成面１２で開口した溝形成面開口１４を有している。即ち、溝形成面開口１４は、Ｚ軸に沿った方向に向いた（ＸＹ平面に沿って）開口である。また、溝１１は、第１部材１０の長手方向（Ｘ軸）において両端まで延びている。従って、この溝１１は、両端面１３において、夫々端部開口１５を有している。言い換えると溝１１は、Ｘ軸において、両端で開口している。これらの端部開口１５は、本実施の形態において、第１部材１０のＹ軸においての中央部に配置されている。なお、本実施の形態において溝１１は、深さ（Ｚ軸寸法）並びに幅（Ｙ軸寸法）とが１ｍｍ以下に設定されている。しかしながら、溝１１は、寸法において限定されることはない。

第２部材２０は、板状に構成されており、実質的に平面な接合面２１を有している。この接合面２１は、微小流路素子１が組み立てられた際に、第１並びに第３部材１０，３０の全体を覆い得る大きさに設定されている。この第２部材２０もまた、ガラスにより形成されているが、材料において限定されることはない。

第３部材３０は、枠状に形成されている枠体であり、第１部材１０と実質的に同一の厚さを有している。第３部材３０は、この枠体の内壁により画定される中心孔３５を有している。中心孔３５は、第１部材１０の外径と実質的に一致している。即ち、枠状の第３部材３０は、中心孔３５に、第１部材１０を嵌合させ得る。この第３部材３０は、アクリルなどのプラスチックにより構成されており、型成型により上記枠状に構成されている。この第３部材３０の材料は、型成型が行える材料であれば限定されないが、安価に製造し得るため、プラスチックが好ましい。

この第３部材３０は、第２部材２０と接続される下面を有している。この下面は、実質的に平面に構成されている。また、この第３部材３０は、自身の長手方向において互いに対向する内壁３１を有している。この内壁３１は、前記下面に対して直交する方向に延びている。また、これらの内壁３１の夫々に、凹部３２を有している。凹部３２は、第３部材３０の下面と平行な面内において、溝１１の端部開口１５よりも大きい断面形状を有している。これらの凹部３２の夫々は、第３部材３０に対して第１部材が嵌め込まれた際に、Ｘ軸において、端部開口１５と対向する位置に配置が設定されている。本実施の形態においては、凹部３２は、第３部材３０の幅方向において、中央部に形成されている。この凹部３２は、上記型形成時に形成されている。

上述のように構成された第１部材１０と、第２部材２０とは、Ｚ軸において積層されて、互いに張り合わせている。具体的には、第１部材１０の溝形成面１２と、第２部材２０の接合面２１とが、互いに張り合わされている。このとき、第１部材１０は、第２部材２０の略中央部に配置される。この張り合わせにより、溝１１は、溝形成面開口１４の全体が第２部材２０により覆われ、液体検査時の液体流路を形成する。

続いて、第３部材３０は、第１部材１０と嵌め合わせる。これにより、第３部材３０の２つの内壁３１は、Ｘ軸において対面する端面１３と張り合わされる。なお、第１部材１０は、第３部材３０の枠内の形状（中心孔３５の形状）と凹部３２以外実質的に同一であるとともに、第３部材３０と実質的に同一な厚さ（Ｚ軸における寸法）を有している。このため、互いに嵌合された第１並びに第３部材１０，３０は、一枚の板状に構成される。

また、第３部材３０は、第１部材１０に嵌め合わされた際に、第１部材１０とともに、第２部材２０の接合面２１上に固定される。即ち、第３部材３０は、第２部材２０にＺ軸において積層される。この固定により、第３部材３０の下面は、Ｚ軸において対面する第２部材２０の接合面２１と張り合わされる。なお、第２部材２０は、互いに嵌合されて板状にされた第１並びに第３部材１０，３０と実質的に同一なＸ並びにＹ軸の寸法を有している。このため、組み立てられた微小流路素子１は、板状に形成される。

なお、凹部３２は、上述のように、Ｘ軸において、第１部材１０の端面１３と張り合わされ、Ｚ軸において一方の側が接合面２１と張り合わされている。この結果、凹部３２は、第１並びに第２部材２０，３０と共に、Ｚ軸において、接合面２１と反対側で開口した穴４０（図３参照）を画定する。

また、各凹部３２は、Ｘ軸において、溝１１の両端部と対向する位置に配置されている。このため、各穴４０は、Ｘ軸において、溝１１と連通している。言い換えると、一方の穴４０は、Ｘ軸において、前記液体流路の一端と連通し、他方の穴４０は、前記液体流路の他端と連通している。これにより、一方の穴４０は、流体の検査時の液体流入口として用いられ、流入時の液体の一時溜まりとなる。また、他方の穴４０は、検査後の液体を排出する前の一時溜まりとなる。従って、これらの穴４０は、液体流路の入口並びに出口のための液体保持部であり、第１乃至第３部材１０，２０，３０により画定されている。即ち、穴４０である液体保持部は、溝１１の一部を、凹部３２と第１並びに２部材１０、２０とにより囲むことにより構成されている。

前記構成に示すように、第１部材１０と第２部材２０とを接合することにより、液体検査用の液体流路を構成している。従って、本実施の形態の微小流路素子１は、容易に前記液体流路を形成し得る。

また、前記液体流路と連通する穴４０は、溝１１の端部開口１５より大きい開口を有する凹部により開口が画定されている。このため、実施の形態の微小流路素子１は、穴４０により、検査用の液体を、流入並びに排出をスムーズに行い得る。

また、本実施の形態の液体保持部である穴４０は、溝１１の一部を、凹部３２と第１並びに２部材１０、２０とにより囲むことにより構成されている。従って、穴４０は、第１乃至第３部材１０，２０，３０に対して、貫通孔等を加工することなく構成され得る。従って、第１乃至第３部材１０、２０、３０の接合される面の平面度は、貫通孔が加工されている場合に比べて、高くし得る。平面度の高いこれらの部材は、確実に張り合わされ得る。従って、本実施の形態の微小流路素子１は、張り合わせ不良に起因した製品不良の確率を低減し得る。このように、本実施の形態の微小流路素子１は、溝１１の溝加工以外の加工が不要である。このため、微小流路素子１は、液体保持部も加工して形成する場合に比べて、安価に製造され得る。

また、Ｘ軸において溝１１に連通する各穴４０は、Ｚ軸に沿った方向に向いた開口を有している。このため、微小流路素子１は、Ｚ軸に沿っての液体の流入並びに排出を行い得るため、使用者が前記液体保持部に対してアクセスし易い。このように、本実施の形態の微小流路素子１は、第１乃至第３部材１０、２０、３０に対して、Ｚ軸において溝１１と連通させる貫通孔により液体保持部を形成することなく、アクセスを向上させ得る。

また、液体保持部を構成する第３部材３０は、液体流路を構成する第１並びに第２部材１０，２０と別体で構成されている。これとともに、第３部材３０は、加工が容易な材料により構成されている。この構成により、第３部材３０は、液体の成分分析に使用される前記液体流路に使用されない。従って、本実施の形態の微小流路素子１は、前記成分分析の性能に影響を及ぼすことなく、液体保持部を構成する材料を任意に選定し得る。従って、本実施の形態の微小流路素子１は、高精度な測定が可能でありながら、材料選定が容易になり得る。

なお、本実施の形態において、第１並びに第２部材２０は、ガラスにより構成され、第３部材３０はプラスチックにより構成されている。このように、液体流路をガラスで構成することにより、本実施の形態の微小流路素子１は、液体の吸光度測定などの光を用いた成分分析においても、より高精度に行い得る。これとともに、第３部材３０は、プラスチックの型成型により、大量に安価に製造され得る。また、上記構成に示すように、第３部材３０を、プラスチックのような、第１並びに第２部材１０，２０を構成する材料より光透過性の低い材料で構成した場合、成分検査時に、検査と関係ない第３部材を透過した光が、液体流路に拡散することを防止し得る。

また、第３部材３０は、溝の端部の数と同数の凹部を有している。このため、１つの第３部材３０を取り付けることにより、全ての端部に対して凹部を配置し得る。従って、上記構成により、より容易に、微小流路素子を組み立て得る。

また、本実施の形態において、組み立てられた微小流路素子１は、板状に構成され、余計な突起を有していない。このため、本実施の形態の微小流路素子１は、突起が有る場合にくらべて、梱包が容易であるとともに、保管も少ないスペースで行い得る。

以下に、本実施の形態の変形例について説明する。

（変形例１）
上記微小流路素子１は、第１部材に直線状の溝１１が形成されている。しかしながら、溝１１は、第１部材１０の溝形成面１２の全体が第２部材２０により覆われている場合、第１部材のＸ並びにＹ軸に沿った面（例えば第１部材１０の前記下面）以外で開口しているならば、形状は任意である。

例えば、変形例１の微小流路素子１ａは、図４中に示されるように、第１乃至第３部材１０、２０、３０が円盤状に形成されている。これとともに、第１部材１０には、互いに直交する十字形状の溝１１ａが設けられている。この溝１１ａの各端部は、第１部材１０の半径方向において、開口している。第３部材３０には、溝１１ａの各端部に対応する位置に、凹部３２が形成されている。即ち、溝１１ａの４つの端部に対応して、凹部３２は、４つ設けられている。このような溝形状であっても、微小流路素子１ａは、微小流路素子１と同様に、貫通孔を加工することなく構成された液体保持部が設けられ得る。また、複数の液体保持部を設けることにより、複数箇所から液体の流入を行える。これにより、幅広い検査の種類に対応した微小流路素子１が構成され得る。

また、溝１１は、直線並びに曲線の少なくとも一方により構成されることも可能であるし、複数に分岐して構成されることも可能である。

（変形例２）
上記微小流路素子１において、第１部材１０には、１つの溝１１のみが形成されている。しかしながら、第１部材１０には、複数の溝１１を形成することも可能である。

例えば、変形例２の微小流路素子１ｂは、図５中に示されるように、半円形状の２つの第１部材１０を有している。２つの第１部材１０は、半径方向の中心部に、この第１部材と同心の半円形状の切り欠きを有している。このため、２つの第１部材１０は、互いのＸ軸並びにＹ軸を一致させて接合された際に、環状の板を構成する。このとき、これらの切り欠きは、前記環状の板の中心孔を構成する。

また、第１部材１０には、半径方向に全体に延びる複数の溝１１を有している。本実施の形態において、溝１１は、各第１部材１０に３つ設けられている。また、これらの溝１１は、各第１部材１０が互いに接合された際に、環状の板の中心から、放射状に延びるように配置されている。従って、各溝１１は、環状の板の内壁（前記中心孔の内壁面）から、前記環状の板の外周面まで延びている。

また、この微小流路素子１ｂは、２つの第３部材３０ａ、ｂを有している。第３部材３０ａは、環状に組み合わされた第１部材１０の中心孔の内径と実質的に同一な外径を有している。従って、第３部材３０ａは、前記中心孔中に嵌合可能に構成されている。第３部材３０ｂは、環状に形成されており、組み合わされた第１部材１０の外径と実質的に同一な内径を有している。従って、この環状の第３部材３０ｂの中心孔には、組み合わされた第１部材１０が嵌合可能である。

また、第３部材３０ａ，ｂには、各溝１１の端部と対向する位置に凹部３２が設けられている。このため、前記環状の板の半径方向において、これらの凹部３２は、各溝１１の両端と対向する位置に配置される。

また、第１並びに第３部材１０，３０には、微小流路素子１と同様に、これらの全体を覆うように第２部材３０が張り合わされている。

上記構成により、微小流路素子１ｂは、第１部材１０に複数の溝１１を夫々独立した液体流路として形成することが可能である。これとともに、第１乃至第３部材１０，２０，３０に対して貫通孔を設けることなく、各液体流路に対して、液体保持部を提供し得る。

また、上述のように、第１並びに第３部材１０，３０は、１つの微小流路素子に対して、複数の設けることが可能である。

また、本実施の形態の第３部材３０には、測定を観察するための窓を設けることが可能である。

（第２の実施の形態）
続いて、第２の実施の形態に従った微小流路素子１ｃについて図６並びに図７を参照して説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１の実施の形態の微小流路素子１と同一の構成は、同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態の微小流路素子１ｃは、第３部材３０ｃの構成が、第１の実施の形態と異なっている。

本実施の形態の第３部材３０ｃは、溝１１の端部の数と対応して、２つ設けられている。各第３部材３０ｃは、夫々１つの凹部３２を有するように、コの字形状を有している。また、各第３部材３０ｃは、導電性の部材により形成されている。本実施の形態においては、各第３部材３０ｃは、導電性のプラスチックにより形成されている。

第１並びに第２部材１０，２０は、第１の実施の形態と同様に互いに張り合わされ、各第３部材３０ｃは、第１の実施の形態の同様に、各溝１１の端部開口１５と対向する位置に配置され、第１並びに第２部材１０，２０に固定される。

上記構成により、本実施の形態の微小流路素子１は、第１の実施の形態と同様に、貫通孔を加工する必要がないため、加工が容易で、不良率を低減し、安価に量産可能な微小流路素子を提供し得る。

また、本実施の形態の第３部材３０ｃは、導電性の部材により形成されている。このため、微小流路素子１ｃは、キャピラリ電気泳動法により液体を検査する場合においても、前記液体流路に対して、第３部材３０ｃを介して電流を流し得る。従って、微小流路素子１ｃは、ガラス基板上にスパッタリングなどの電極膜を液体保持部に対して形成する場合に比べて、安価でかつ容易に形成し得る。また、この場合、第１乃至第３部材１０，２０，３０ｃ上には、金属膜が形成されていないため、これらの接合時に充分にこれらに熱をかけることが可能である。このため、これらの接合をより確実に行うことが出来る。従って、この微小流路素子１ｃは、より歩留まりが向上し、安価に製造され得る。

なお、本実施の形態の微小流路素子１ｃにおいて、各第３部材３０ｃは、導電性の部材により構成せず、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の貴金属膜が被覆されることにより、電極として構成されることも可能である。

また、本実施の形態の第３部材３０ｃは、各溝毎に設けられているため、第１部材１０の端面１３と接合される面と、第２部材２０の接合面と接合される面との精度のみを高めるだけで、接合の精度を高め得る。従って、本実施の形態の第３部材３０ｃは、複数の溝１１の端部に対して凹部３２を提供する場合に比べて、より容易に製造され得る。

なお、本実施の形態の微小流路素子１ｃにおいて、溝１１は、第１部材１０の長手方向全体に渡って延びているが、図８中に示すように、長手方向全体の寸法より小さい寸法に形成されることも可能である。この場合、第２部材２０の長手方向の寸法は、溝１１の長手方向の寸法より小さく設定される。そして、互いに接合された第２並びに第３部材２０，３０が、溝１１を覆い、液体流路並びに液体保持部を形成する。このような構成の微小流路素子１ｄにおいても、第１の実施の形態と同様に、貫通孔を加工する必要がないため、加工が容易で、不良率を低減し、安価に量産可能な微小流路素子を提供し得る。

これまで、いくつかの実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明したが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で行なわれるすべての実施を含む。

図１は、第１の実施の形態に従った微小流路素子を示す概略的な分解斜視図である。 図２は、図１中の第１部材を示す大略的な斜視図である。 図３は、第１の実施の形態の微小流路素子の上面図である。 図４は、第１の実施の形態の微小流路素子の変形例を示す上面図である。 図５は、第１の実施の形態の微小流路素子のもう１つの変形例を示す上面図である。 第２の実施の形態に従った微小流路素子を示す概略的な分解斜視図である。 第２の実施の形態に従った微小流路素子を示す概略的な斜視図である。 第２の実施の形態に従った微小流路素子の変形例を示す概略的な分解斜視図である。

符号の説明

１，１ａ,１ｂ，１ｃ，１ｄ…微小流路素子；１０…第１部材；２０…第２部材；３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…第３部材；１１，１１ａ…溝；１２…溝形成面、１３…端面、１４…溝形成面開口、１５…端部開口；２１…接合面；３１…内壁；３２…凹部；３５…中心孔；４０…穴（液体保持部）

Claims (8)

1. 溝形成面と、前記溝形成面に形成された溝とを有している第１部材と、
   前記第１部材と接合される実質的に平面な接合面を有し、前記接合面が前記溝の前記溝形成面側の開口の少なくとも１部分を覆う第２部材と、
   前記第１並びに第２部材と共に、前記溝と連通する液体保持部を画定する凹部を有している第３部材と
   を具備している微小流路素子。
2. 前記第１部材は、一端と他端とを有しており、
   前記溝は、前記第１部材の一端から他端まで延びている請求項１に記載の微小流路素子。
3. 前記第１部材は、一端と他端とを有しているとともに、前記第２部材より大きい外径寸法を有しており、
   前記溝は、第１部材の両端まで到達しない請求項１に記載の微小流路素子。
4. 前記第３部材は、溝の端部の数と同数の凹部を有している請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の微小流路素子。
5. 前記第３部材を複数有している請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の微小流路素子。
6. 前記複数の第３部材のうちの少なくとも２つは、導電性である請求項５に記載の微小流路素子。
7. 前記第１及び第２部材は、ガラスにより構成されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の微小流路素子。
8. 前記第３部材は、プラスチックにより構成されている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の微小流路素子。

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