JP4686683B2 - 血漿分離用マイクロ流路 - Google Patents

Description

本発明は血漿分離用マイクロ流路に関し、詳しくは、血液検査用マイクロチップ等において血液試料中の血球と血漿を分離するための流路構造に関する。

血液検査は、健康診断のための最も一般的な手段である。近年、血液検査をマイクロチップ上で行うための技術開発が進んでおり、このようなオンチップ化により、必要な血液量減少にともなう採血の苦痛の低減、装置の小型化、ポイントオブケアでの検査を通じた検査の迅速化、試薬量低減による検査のローコスト化などが期待されている。

ところで、血液検査の検査項目のほとんどは、血中の可溶性成分にかかわるものであり、血液中のおよそ５０％の体積を占める血球は、これらの検査においては妨害成分となる。そこで、検査に先だって、血液から血球を分離して血漿のみを取り出すことが必要になる。

従来の手法においては、この血漿分離のためには、フィルターを用いる方法、遠心機により血球を沈殿させる方法、薬剤の添加により血球を凝集させる方法などが用いられてきた。このような方法を、血液検査をマイクロチップ上で行う場合にも適用することが考えられる。

例えば特許文献１には、前処理要素に多孔質体を用いて血球を分離する分析チップが開示されている。

また、特許文献２、３には、血液を連続的に流す過程において、重力により血液成分を分離することが提案されている。例えば図１２の部分断面斜視図に示す密閉容器１０１を有する血液の成分分離装置は、抗凝固剤を加えられた血液が、導入路１０３を通り、血液導入口１０３ａから血液流路１０２の一方に継続的に導入される。血液が血液流路１０２に沿って流れるに従って、多血小板血漿よりなる上清層１０４と、赤血球、白血球等の血球よりなる沈殿層１０５とに分離される。そして、血液流路１０２の下流の末端において、上清層１０４の多血小板血漿は、最も浅い部位に設けられた排出口１０６ａを通って排出路１０６から排出され、沈殿層１０５の血球は、最も深い部位に設けられた排出口１０７ａを通って排出路１０７から排出される。例えば、血液流路１０２の容積は約３００ｍｌであり、約２０ｍｌ／分の流量で導入された血液が、密閉容器１０１内における約１５分の滞留時間で分離される。
特開２００６−５８２８０号公報 特開昭５７−１３１４５１号公報 特開昭５８−４１８２２号公報

しかしながら、フィルターを用いる方法には、溶血が発生しやすい、フィルターに吸収された血漿が無駄になるなどの欠点がある。遠心機による方法には、装置自体が大がかりでマイクロチップ化との適合性が必ずしもよくないなどの欠点がある。凝集剤を用いる方法には、凝集剤自体が検査の妨害成分になり得るし、またマイクロ流路を閉塞してしまうおそれがあるなどの欠点がある。

また、図１２に示した血液の成分分離装置は、血液流路１０２の下流の末端に排出口１０６ａ，１０７ａが上下に離れて設けられ、流路断面が急激に変化する構成となっており、血液流路１０２の下流で血液成分が分離している状態が乱れてしまわないように、血液の供給・排出の流量を調整し、時間をかけてゆっくりと血液の成分を分離する必要がある。血液流路１０２での流速は、排出路１０６，１０７での流速よりも小さい。このような構成をそのまま小型化しても、微小量の血液を効率よく分離することは困難である。

本発明は、かかる実情に鑑み、マイクロチップ上で血漿分離を簡便に行うことができる血漿分離用マイクロ流路を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した血漿分離用マイクロ流路を提供する。

血漿分離用マイクロ流路は、（ａ）基板体と、（ｂ）前記基板体の内部に形成され、前記基板体の延在方向と平行に延在する分離用流路と、（ｃ）前記分離用流路の一端に、前記基板体の延在方向に垂直な厚み方向に近接して形成された少なくとも２つの第１及び第２の連通口と、（ｃ）前記基板体の内部に形成され、前記第１及び第２の連通口にそれぞれ連通する第１及び第２の分岐流路とを備える。前記基板体が重力方向に対して垂直に延在する状態で、前記分離用流路の他端側から、血球と血漿を含む血液試料が流され、前記血液試料が前記分離用流路の前記一端に達する前に、前記血液試料中の前記血球が沈降する。前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向下側の一方には、沈降した前記血球が導かれ、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向上側の他方には、前記血漿の大部分が導かれる。

上記構成において、血液試料が分離用流路を流れるときに血球が沈降し、下流側では、血球が分離用流路の下側を流れるようにする。そして、血球が分離用流路の下側を流れる状態を維持したまま、血液試料を、上下に近接して形成されている第１及び第２の連通口から第１及び第２の分岐流路に導いて分岐させ、下側の分岐流路に血球が流れ、上側の分岐流路に血球以外の上澄みが流れるようにする。これによって、上側の分岐流路から血球を含まない上澄み、すなわち血漿を取り出すことができる。

上記構成によれば、第１及び第２の連通口を近接して形成することによって、分離用流路を流れながら血液成分が分離している血液試料を、分離用流路の一端側において、血液成分の分離状態（特に、血液成分の境界面）が乱れることなく第１及び第２の連通口に導いて分岐させることができ、分岐前後の流速を略一定にすることができるので、微小量の血液試料でも効率よく分離することができる。

好ましくは、前記分離用流路の前記一端から前記他端側に突出し、前記分離用流路の前記一端側を、前記厚み方向に少なくとも２つの部分に分割するセパレータ構造をさらに備える。前記セパレータ構造により分割された部分がそれぞれ前記第１及び第２の連通口に連通する。

この場合、セパレータ構造によって、分離用流路内において血球が分離用流路の下側を流れる層流状態を乱すことなく、流れを上下に分離することができ、血漿分離の精度を高めることができる。

好ましくは、前記基板体は、互いに接合された第１及び第２の基板を含む。前記第１の基板には前記分離用流路の前記厚み方向一側の部分が形成され、前記第２の基板には前記分離用流路の前記厚み方向他側の部分が形成される。前記セパレータ構造は、前記分離用流路の前記一端側を横断するように、前記第１及び第２の基板の間に挟持されたシート状の部材により構成される。

この場合、基板の間にシート状の部材を挟み込むことによって、セパレータ構造を簡単に形成することができる。

より好ましくは、前記第１及び第２の基板に形成された前記分離用流路の前記第１及び第２の部分の前記一端側に、それぞれ、前記厚み方向に延在する第１及び第２の柱状構造が形成される。前記第１の柱状構造と前記第２の柱状構造との間に、前記セパレータ構造を構成する前記シート状の部材が挟持される。

この場合、セパレータ構造を構成するシート状の部材は、第１の基板側の第１の柱状構造と第２の基板側の第２の柱状構造との間に挟持され、機械的に支持されているため、血液試料がセパレータ構造（シート状の部材）に進入する際の表面張力による変形を防止することができる。

好ましくは、前記分離用流路の内面は、前記血液試料に対する接触角が７０度以上である。

この場合、血液試料は、分離用流路内で血球が分離するとき、一様な流れとなるので、血漿分離精度を向上することができる。

好ましくは、前記分離用流路の前記法線方向の深さが１ｍｍ以下である。

この場合、短時間で血球を沈降させるとともに、レイノルズ数を低くして層流状態を保ち、微量の血液試料から血漿を分離することができる。

また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した血漿分離用マイクロ流路を提供する。

血漿分離用マイクロ流路は、（ａ）互いに平行な第１及び第２の平面を有する第１の基板と、互いに平行な第３及び第４の平面を有する第２の基板とを含み、前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記３の平面とが接合された、基板体と、（ｂ）前記第１の基板の前記第２の平面に形成された第１の溝と、前記第２の基板の前記第３の平面に形成された第２の溝とが互いに対向して配置されてなり、前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記第３の平面との界面に沿って延在する、主流路と、（ｃ）前記主流路の一端側において、前記第１の基板の前記第１の溝と前記第２の基板の前記第２の溝とにそれぞれ形成された第１及び第２の連通口と、（ｄ）前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記第３の平面とに、それぞれ、前記第１の連通口と前記第２の連通口とに連通して形成され、前記界面に沿って互いに離れて延在する、第１及び第２の分岐流路とを備える。前記主流路は、前記界面が重力方向に対して垂直に延在するように配置された状態で、前記主流路の他端から前記一端に血球と血漿を含む血液試料が層流状態で流れる構造を有し、前記血液試料が前記主流路の前記一端に達する前に、前記血液試料中の前記血球が重力方向下側に沈降し、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向下側の一方には、前記血球が導かれ、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向上側の他方には、前記血漿の大部分が導かれる。

好ましくは、前記主流路の前記一端から前記他端側に突出し、前記主流路の前記一端側を、前記界面に垂直方向に少なくとも２つの部分に分割するセパレータ構造をさらに備える。前記セパレータ構造により分割された部分がそれぞれ前記第１及び第２の連通口に連通する。

好ましくは、前記セパレータ構造は、前記主流路の前記一端側を横断するように、前記第１及び第２の基板の間に挟持されたシート状の部材により構成される。

好ましくは、前記第１及び第２の基板に形成された前記主流路の前記第１及び第２の溝の前記一端側に、それぞれ、前記界面に垂直方向に延在する第１及び第２の柱状構造が形成される。前記第１の柱状構造と前記第２の柱状構造との間に、前記セパレータ構造を構成する前記シート状の部材が挟持される。

好ましくは、前記主流路の内面は、前記血液試料に対する接触角が７０度以上である。

好ましくは、前記主流路の前記界面に垂直方向の深さが１ｍｍ以下である。

本発明によれば、マイクロ流路内での血球の沈降を利用し、流路内での層流状態を維持し、分岐流路により血漿を含む上澄みを取り出すことにより、マイクロチップ上で血漿分離を簡便に行うことができる。

血液検査用マイクロチップの（ａ）平面透視図、（ｂ）断面図である。（実施例１） 血液検査用マイクロチップの分解斜視図である。（実施例１） 流路分岐部の断面図である。（実施例１） 基板の作製工程の説明図である。（実施例１） 血液検査用マイクロチップの（ａ）平面透視図、（ｂ）側面透視図である。（実施例２） 上側基板の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例２） 下側基板の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。（実施例２） 流路分岐部付近の拡大写真である。（実施例２） 血液検査用マイクロチップアレイの平面透視図である。（実施例３） 図９の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。（実施例３） 図９の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。（実施例３） 血液の成分分離装置の部分断面斜視図である。（従来例）

符号の説明

１０ 血液検査用マイクロチップ（血漿分離用マイクロ流路）
１０ａ 基板体
１１ 分離用流路（主流路）
１３，１４ 分岐流路（第１及び第２の分岐流路）
１３ａ，１４ａ 連通口（第１及び第２の連通口）
１６ セパレータ構造
２０ 下基板（第１の基板）
２８ 柱状構造（第１の柱状構造）
３０ 上基板（第２の基板）
３８ 柱状構造（第２の柱状構造）
４０ 薄板（シート状の部材）
１００ 血液検査用マイクロチップ（血漿分離用マイクロ流路）
１１０ 分離用流路（主流路）
１１３，１１４ 分岐流路
１２０ 下基板（第１の基板）
１３０ 上基板（第２の基板）
１４０ 薄板（シート状の部材）
２００ 血液検査用マイクロチップアレイ（血漿分離用マイクロ流路）
２１０ 基板体
２１２ 基板（第１の基板）
２１４ 基板（第２の基板）
２３０ 主流路（分離用流路）
２３２，２３４ 分岐流路

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図１１を参照しながら説明する。

＜実施例１＞ 本発明の実施例１の血液検査用マイクロチップ（以下、単に「マイクロチップ」ともいう。）について、図１〜図４を用いて説明する。

マイクロチップ１０の基本構成について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は平面透視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の線ｂ−ｂに沿って切断した断面図である。

図１（ａ）に示すように、マイクロチップ１０は、マイクロチップ１０の本体である基板体１０ａの内部に、基板体１０ａの延在方向と実質的に平行に、略Ｙ字状に流路１１，１３，１４が形成されている。すなわち、分離用流路１１の一端１１ｂ側において基板体１０ａの延在方向に垂直な厚み方向に近接して形成された連通口１３ａ，１４ａから、第１の分岐流路１３と第２の分岐流路１４とが分岐している。

分離用流路１１には、他端１１ａ側から血液試料が供給される。血液試料は、分離用流路１１を流れるときに血球が沈降し、下流側では、血球が分離用流路１１の下側を流れる。そして、血液試料は、分離用流路１１の下側を血球が流れる状態を維持したまま、上下に近接して形成されている連通口１３ａ，１４ａから分岐流路１３，１４に導かれ、分岐される。このとき、下側の分岐流路１４に血球が流れ、上側の分岐流路１３に血球以外の上澄みが流れるようにして、上側の分岐流路１３から、血球を含まない上澄み、すなわち血漿を取り出すことができる。

連通口１３ａ，１４ａは近接して形成されているので、分離用流路１１を流れて血液成分が分離している血液試料を、分離用流路１１の一端１１ｂ側において、血液成分の分離状態（特に血液成分の境界面）が乱れることなく連通口１３ａ，１４ｂに導くことができる。また、血液試料は、分離用流路１１から分岐流路１３，１４へ略一定の流速で流れるようにすることができる。したがって、微小量の血液試料でも効率よく分離することができる。

さらに、分離用流路１１の一端１１ｂ付近に、分離用流路１１を上下に分割するセパレータ構造１６（斜線を付した五角形の部分）を設けると、血液成分をより効率よく分離することができる。セパレータ構造１６は、分離用流路１１の一端１１ｂ付近を横断する薄板４０のうち分離用流路１１内に配置された部分によって構成される。セパレータ構造１６は、分離用流路１１から分岐流路１３，１４が分岐を開始する位置（分岐開始位置）１２よりも分離用流路１１の他端１１ａ側まで延在している。セパレータ構造１６の先端１６ａと分岐開始位置１２との間の距離Ｔは、分岐の際に流れに乱れが生じないように、Ｔ≧０とすることが好ましい。

図１（ｂ）に示すように、セパレータ構造１６は分離用流路１１の延在方向と平行に延在し、分離用流路１１を２つの部分１１ｓ，１１ｔに分割する。第１の分岐流路１３と第２の分岐流路１４とは、このセパレータ構造１６により分割された部分１１ｓ，１１ｔにそれぞれ連通している。

基板体１０ａは実質的に水平に配置され、各流路１１，１３，１４は、矢印１８で示す重力方向に対して実質的に垂直方向、すなわち実質的に水平方向に延在するように配置され、矢印１１ｘで示すように、分離用流路１１の他端１１ａから血液試料が供給される。血液試料が分離用流路１１を流れるとき、血液試料中の血球は、重力によって、矢印１１ｙで示すように沈降し、下流（分離用流路１１の一端１１ｂ側）に行くほど、分離用流路１１の重力方向下側を流れる。一方、血液試料中の血漿は、下流に行くほど、血球とは反対側、すなわち、分離用流路１１の重力方向上側を流れる。

血液試料が分離用流路１１を流れるときの流速ｖと、セパレータ構造１６の先端１６ａに達するまでの間に血液試料が流れる距離Ｌを適宜に設定することにより、血液試料がセパレータ構造１６の先端１６ａに達したときに、血球を重力方向下側に、血漿を重力方向上側に分離することができる。

すなわち、臨床検査における血沈の基準値は、男性で１時間に１０ｍｍ以内、女性では１５ｍｍ以内が臨床検査の基準であるので、通常の重力下における血球の沈降速度ｖ_ｓは約３〜４μｍ／ｓｅｃである。分離用流路の他端１１ａからセパレータ構造１６の先端１６ａまでの分離用流路１１の長さをＬ、分離用流路１１の深さをＤ、血液試料の流速をｖ、血液試料中の血球の沈降速度ｖ_ｓとすると、
Ｌ＞（ｖ／ｖ_ｓ）・ｄ ・・・（１）
を満たすように設定すれば、血液試料がセパレータ構造１６の先端１６ａに達したときに、血球は重力方向下側に、血漿は重力方向上側に分離する。

セパレータ構造１６の高さＨが、セパレータ構造１６の先端１６ａに達したときに沈降している血球の高さと同程度となるようにすると、血球の全部又は大部分がセパレータ構造１６の重力方向下側の部分１１ｔに流れ込み、血漿の大部分がセパレータ構造よりも重力方向上側の部分１１ｓに流れ込むようになる。これによって、第１の分岐流路１３には血漿を導き、第２の分岐流路１４には血球を導くことができる。

なお、図１におけるセパレータ構造１６は薄板状の構造であるが、これに限るものではなく、エッジ状の尖端を持つ構造など、流れを重力方向に二分できるものであればどのような構造であってもよい。

また、流路１１，１３，１４は、断面が一様で水平方向に延在するように構成すると、流れの乱れが少なくなり、好ましいが、これに限るものではない。例えば、流路１１，１３，１４の断面が変化してもよい。また、分離用流路１１は、重力を利用して血球を沈降させることができれば、非水平方向に延在してもよい。また、流路１３，１４も、非水平方向に延在してもよい。

また、図１（ａ）に示したように、第１及び第２の分岐流路１３，１４が分離用流路１１に対して分岐する角度θ_１，θ_２は、１８０°に近いと流れの乱れが少なくなるため好ましいが、任意の値とすることができる。

図２の分解斜視図に示すように、マイクロチップ１０は、一方主面に溝２２，２４；３２，３４が形成された２つの基板２０，３０を、間に薄板４０を挟むようにして貼り合わせることによって作製することができる。基板２０，３０には、インジェクションやエンボシングによって、分離用流路１１の一部となる溝２２，３２と、第２の分岐流路１４となる溝又は第１の分岐流路１３となる溝３４とを、それぞれ予め形成しておく。そして、分離用流路１１となる部分の溝２２，３２の位置を合わせ、間に薄板４０を挟むようにして、基板２０，３０同士を貼り合わせる。

なお、マイクロチップ１０の製作方法は、これに限定されるものではない。例えば、光硬化性樹脂を用いて基板体１０ａの内部に流路１１，１３，１４やセパレータ構造１６を形成してもよい。

セパレータ構造１６を薄板４０で構成する場合、薄板４０の厚さ、材質等によっては、血液試料がセパレータ構造１６に進入する際の表面張力によって、例えば図３（ａ）に示すように薄板４０が引張られ、セパレータ構造１６が変形してしまうことがある。

これを防止するため、図３（ｂ）に示すように、分離用流路１１（図１参照）となる基板２０，３０の溝２２，３２に、柱状構造２８，３８を作り、薄板４０を柱状構造２８，３８の間に挟み込んで、セパレータ構造１６を機械的に支持するようにしてもよい。

なお、柱状構造２８，３８を分岐流路１３，１４内にも設け、分岐流路１３，１４に露出する薄板４０を流路壁面に押圧するようにしてもよい。

マイクチップ１０を用いて血漿の分離に要する時間は、血液の沈降に要する時間で決まり、分離用流路１１の深さに比例する。一般に、チップ上での血液検査は、数分程度で終了することが望ましいので、分離用流路１１の深さＤ（図１（ｂ）参照）は１ｍｍを越えないことが好ましい。

マイクロチップ１０により血漿分離がうまくいくための条件は、分離用流路１１中で流れが層流状態を保つことにある。この状態が崩れると、血球の沈降が乱され、あるいは分離した血清と血球が再混合することになる。したがって、レイノルズ数を低くして層流状態を保つためにも、分離用流路１１の深さＤは１ｍｍ以下である必要がある。

一般に、流路が親水性であると、毛管現象により水溶性の流体が流路内に自発的に引き込まれる。この時、親水性が強すぎると、毛管現象が流路断面の角の部分で強く働くため、流体がこの角に沿ってまず引き込まれてしまい、流路内断面で一様な流れにならず、層流状態が乱される。血球が沈降するように分離用流路１１で一様な流れとするためには、分離用流路１１の流路壁面は、血液との接触角が７０度以上であるような、比較的疎水的である必要がある。そのため、分離用流路１１を形成する基板２０，３０の材料としてガラスを用いるには、有機材料、例えばパリレンやシランカプラーなどによる管路内壁のコーティングが必要になる。

＜作製例＞ 次に、マイクロチップ１０の作製例について説明する。

（１）鋳型の作製
図４（ａ）に示すように、ガラス基板２上に、ネガレジスト３としてＳＵ−８−２（ｍｉｃｒｏｃｈｅｍ社製）をスピンコートし、オーブンで加熱して、半硬化させる。

次いで、半硬化状態のネガレジスト３上にフォトレジストを塗布し、露光、現像を行い、図４（ｂ）に示すように、開口５を有するマスク４を形成する。マスク４には、流路となる溝２２，２４；３２，３４のパターンとともに、分岐開始位置１２（図１参照）付近の溝２２，２４；３２，３４内には、柱状構造２８，３８のパターンも形成する。

次いで、図４（ｃ）において矢印６で示すように、マスク４の開口５から、ネガレジスト３に紫外線を露光した後、再び、オーブンで加熱する。これによって、ネガレジスト３は、マスク４の開口５に対向する部分３ａのみが本硬化する。

次いで、ネガレジスト３を、ＳＵ−８専用の現像液で現像した後、水洗いして、ネガレジストの不要部分３ｂを除去する。次いで、乾燥することにより、流路となる部分３ａがガラス基板２上に形成された鋳型が完成する。

（２）流路の作製
完成した鋳型にバリアコート(離型剤)をスピンコートする。次いで、図４（ｅ）に示すように、上面に流路の凸パターン３ａが形成されたガラス基板２の周囲をスペーサ（図示せず）で囲み、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）樹脂７を流し込み、オーブンで加熱して、硬化させる。

次いで、冷ました後に硬化したＰＤＭＳ樹脂７を剥がすことにより、一方主面に流路パターンが形成されたＰＤＭＳ製の基板２０，３０（図２参照）が完成する。

（３）基板の接合
流路パターンが形成された面同士を対向させ、基板２０，３０の間に、薄板４０として厚さ７μｍのポリイミドフィルムを配置し、基板２０，３０同士を密着させる。ＰＤＭＳは粘着性があるので、薄板４０は、基板２０，３０の間に挟まれ、接合される。薄板４０が溝２２，３２を横断する部分は、溝２２，３２内に形成された柱状構造２８，３８の間に挟まれ、支持される。薄板４０が溝２４，３４内に露出する部分については、溝２４，３４内にも柱状構造２８，３８を設け、柱状構造２８，３８の先端で薄板４０を他方の基板２０，３０に押圧することにより、固定する。

このようにして作製したマイクロチップ１０は、薄板４０のポリイミドフィルムが非常に薄いため、ポリイミドフィルムのふちの部分でも、上下の基板２０，３０のＰＤＭＳは十分に密着し、特にシールをしなくても、血液試料の漏れが問題になることはなかった。

ところで、ＰＤＭＳは元来疎水性であり、そのままでは毛細管現象で血液を流し込むことはできないので、流路１１，１３，１４の内面は何らかの方法で親水化する必要がある。そこで、基板２０，３０は、親水化剤の添加を添加したＰＤＭＳを用いて作製する。

親水化剤の添加の代わりに、酸素プラズマにより親水化してもよい。例えば、リアクティブイオンエッチング装置を用い、酸素プラズマにより、基板の流路の内面を親水化処理する。酸素プラズマによって、ＰＤＭＳの表面のメチル基がヒドロキシル基に置き換わることにより、親水化される。

親水化処理しても、血液試料に対する接触角が７０度未満では、毛管現象により矩形断面の流路１１，１３，１４の角の部分のみを血液が流れ、断面内で一様な流れとならない。血液試料に対する接触角が７０度以上では、毛細管現象で血液試料が流路１１，１３，１４内を進むとき、断面内で一様な流れとなる。

したがって、少なくとも分離用流路１１の内面については、血液試料に対する接触角が７０度以上であるように親水化処理し、断面内で一様な流れの状態で血球を沈降させることが、好ましい。

上記のようにして作製したマイクロチップ１０は、基板２０，３０は透明であり、薄板４０は半透明であるため、マイクロチップ１０の内部の状態を、外部から内部を観察することができる。したがって、流路内での反応を光学的に検出することができ、血液検査用に好適である。

＜実施例２＞ 実施例２の血液検査用マイクロチップ（以下、単に「マイクロチップ」ともいう。）１００について、図５〜図８を用いて説明する。

実施例２のマイクロチップ１００は、実施例１のマイクロチップ１０と略同様に構成されている。図５はマイクロチップ１００の（ａ）平面透視図、（ｂ）側面透視図である。図６は上基板１３０の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。図７は下基板１２０の（ａ）平面図、（ｂ）側面図である。

図５〜図７に示すように、マイクロチップ１００は、実施例１と同様に、Ｙ字状流路となる溝１２２，１２４；１３２，１３４が形成された基板１２０，１３０の間に、セパレータ構造を形成するための薄板１４０が挟持され、分離用流路１１０が第１の分岐流路１１３と第２の分岐流路１１４に分岐するようになっている。

実施例１と異なり、上基板１３０には、分離用流路１１０となる溝１３４は、途中までしか形成されていない。

また、下基板１２０は、分離用流路１１０となる溝として、幅と深さが異なる第１の溝１２４と第２の溝１２６とが形成されている。第１の溝１２４の一端は、第２の分岐流路１１４となる溝１２２に接続され、他端は第２の溝１２６に接続されている。第２の溝１２６は、第１の溝１２４よりも、幅及び深さが相対的に大きく、底面には段差１２３が形成されている。

第１の溝１２４の上には、上基板１３０の溝１３４が重なり、下基板１２０の溝１２４と上基板１３０の溝１３４とによって、分離用流路１１０の下流側流路１１２が形成される。

第２の溝１２６の上には、上基板１３０の溝が形成されていない部分が重なり、第２の溝１２６のみで、分離用流路１１０の上流側流路１１１が形成される。分離用流路１１０の上流側流路１１１と下流側流路１１２とは、第１の溝１２４と第２の溝１２６との間を連通する開口１２５のみを介して、接続されている。

また、下基板１２０には、第２の溝１２６に接続された溝１２８が形成されている。この溝１２８の上には、上基板１３０の溝が形成されていない部分が途中まで重ねられ、第２の溝１２６とは反対側が露出し、外部から血液試料を供給するための開口が形成されるようになっている。

このように、ａ）分離用流路１１０の中間に断面積が減少する開口１２５を設けて流路を絞り、流体抵抗を増やし、ｂ）分離用流路１１０の上流側流路１１１を太くすることにより、毛管現象で引き込まれる血液試料の流速を遅くし、血球が沈降する時間が確実に得られるようにする。

また、分離用流路１１０の上流側流路１１１と下流側流路１１２との間に設けた段差１２３に血球がひっかかるので、分離用流路１１０の上流側流路１１１の下側が血球により満たされるまでは、分離用流路１１０の下流側流路１１２に流れる血液試料中の血球の割合を少なくすることができる。

その結果、実施例２のマイクロチップ１００は、血漿をより精度よく分離することができる。

図８は、実施例１の作製例と同様に作製したマイクロチップ１００の分岐開始位置付近の領域１５０（図５参照）付近を拡大した写真の一例である。図の左側は分離用流路１１０であり、図の右上の流路は血球が流れる第２の分岐流路１１４、図の右下の流路は血漿が流れる第１の流路１１３である。血球は色が濃く、血漿は透明であり、図の右上の第２の分岐流路１１４にのみ血球が流れ出しており、図の右下の第１の分岐流路１１３からは血漿のみが取り出されていることが示されている。このとき、流速は１００μｍ／秒で流れる血液試料から、血球を９９％以上分離することができた。

この写真のマイクロチップは、分離用流路１１０の下流側流路１１２及び分岐流路１１３，１１４の幅（図１のＷ_０，Ｗ_１，Ｗ_２に対応する）が１０００μｍ、分離用流路１１０の下流側流路１１２の深さが１００μｍ、分岐流路１１３，１１４の深さがどちらも５０μｍである。分離用流路１１０の上流側流路１１１を形成する第１の溝１２４の幅は２５００μｍ、深さは１５０μｍであり、分離用流路１１０の下流側流路１１２の下側部分を形成する第２の溝１２４の幅は１０００μｍ、深さは５０μｍである。

分岐開始位置付近には、セパレータ構造のたわみを防止するため、直径５０μｍの多数の柱状構造が１００μｍ間隔で形成され、薄板１４０を挟持している。隣り合う柱状構造の間には、血球の直径（８μｍ程度）よりも大きい５０μｍの隙間が設けられている。

また、薄板１４０の厚さは７μｍであり、基板１２０，１３０との間の隙間からの血球の漏れはなかった。

＜実施例３＞ 実施例３の血液検査用マイクロチップアレイ（以下、単に「マイクロチップアレイ」ともいう。）２００について、図９〜図１１を参照しながら説明する。図９は、マイクロチップアレイ２００の平面透視図である。図１０は、図９の線Ａ−Ａに沿って切断した断面図である。図１１は、図９の線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図である。

実施例３のマイクロチップアレイ２００は、実施例１及び実施例２と同様に構成される。以下では、実施例１及び実施例２との相違点を中心に説明する。

図９〜図１１に示すように、マイクロチップアレイ２００は、互いに平行な一対の平面を有する基板２１２，２１４同士が接合された基板体２１０に、２組の流路構造２２０が形成されている。例えば、基板２１２，２１４にガラス基板を用い、ＣＨ_３Ｆなどのフッ素系のガスを使ったプラズマエッチングやイオンビームエッチングにより、流路構造２２０を形成する。

流路構造２２０は、主流路２３０と、２本の分岐流路２３２，２３４とを含む。実施例２と同様に、主流路２３０は、各基板２１２，２１４の接合面（すなわち、接合された基板２１２，２１４間の界面）に互いに対向するように設けられた溝によって形成されている。分岐流路２３２，２３４は、一方の基板２１２又は２１４の接合面に設けられた溝と他方の基板２１４又は２１２の溝が形成されていない部分との間に形成され、互いに離れている。各基板２１２，２１４の接合面において、主流路２３０を形成する溝と分岐流路２３２，２３４を形成する溝とは、一端同士が接続されて連通し、一端同士の接続部分に連通口２３３，２３５が形成されている。

図において上側の一方の基板２１２には、主流路２３０の他端に連通する血液導入口２２２が形成されている。

一方の分岐流路２３２の他端は血漿槽２４０に連通し、他方の分岐流路２３４の他端は血球溜め２３６に連通している。

血漿槽２４０は、図１０に示すように、各基板２１２，２１４の接合面に対向して設けられた凹部によって形成される。血漿槽２４０は、図９に模式的に示した仕切り板２４２により、複数の検査領域２４４に仕切られる。仕切り板２４２は、血漿槽２４０内に差し込まれるように構成しても、血漿槽２４０内に予め配置され開閉するように構成してもよい。仕切り板２４２で仕切られた各検査領域２４４には、それぞれ、図において上側の一方の基板２１２に形成された試薬液入口２２４及び試薬流路２５０を介して試薬液が供給される。

マイクロチップアレイ２００を用いて血液試料を検査する場合、マイクロチップアレイ２００を実質的に水平方向に配置し、各流路構造２２０の血液導入口２２２に血液試料を供給する。供給された血液試料は、主流路２３０を層流状態で流れながら、血液試料中の血球が沈降し、血漿と血球とが上下方向に分離する。そして、主流路２３０の一端側において、血球は図において下側の分岐流路２３４を流れ、血球溜め２３６に導かれる。一方、血漿の大部分は、図において上側の分岐流路２３２を流れ血漿槽２４０に導かれる。血漿槽２４０に血漿が溜まると、仕切り板２４２によって血漿槽２４０が複数の検査領域２４４に仕切られる。次いで、仕切られた各検査領域２４４に、それぞれ、試薬液入口２２４から試薬流路２５０を介して試薬液が供給され、試薬との反応が検査される。

例えば、マイクロチップアレイ２００は血液検査装置内に装着され、血液検査装置から矢印２４６で示すように血漿槽２４０に向けてレーザ光が照射され、血漿槽２４０を透過した透過光が、血液検査装置の光センサ２４８で測定され、透過光の変化に基づいて試薬との反応が検査される。このとき、血漿槽２４０の各検査領域２４４に一つのレーザ光をスキャンするようにしても、各検査領域２４４にそれぞれ別個のレーザ光を照射するようにしてもよい。また、透過光を測定する代りに、血漿槽２４０からの反射光を測定し、検査するように構成してもよい。

なお、検査のために十分な光が透過するように、必要に応じて、基板２１２，２１４を薄くしたり、孔や窓を設けたりすればよい。また、上記以外の方法で、血液試料の検査を行うようにしてもよい。例えば、電気的特性を測定するようにしてもよい。

また、図１０において仮想線で示すように、血液導入口２２２の底面２２３を、主流路２３０より下になるように構成すれば、血液導入口２２２から血液試料を供給したときに血液導入口２２２の底面２２３付近に沈降した血球が主流路２３０に進入しにくくなり、主流路２３０には血球が少ない血液試料の上澄み部分が進入するため、血漿の分離精度を高めることができる。

主流路２３０で血球が沈降するように一様な流れとするため、主流路２３０の内面は、必要に応じて表面を処理して、血液との接触角が７０度以上であるように構成する。主流路２３０の深さ（基板２３２，２３４の界面に垂直方向の寸法）は、主流路２３０中で流れが層流状態を保つように、１ｍｍ以下である。また、主流路２３０の分岐流路２３２，２３４側に、実施例１及び実施例２と同様に、セパレータ構造を設けてもよい。

実施例３のマイクロチップアレイ２００を用いると、数種類の血液検査を一度まとめて行うことができる。

＜まとめ＞ 以上に説明したように、血液検査用マイクロチップ及び血液検査用マイクロチップアレイは、マイクロチップ上で血漿分離を簡便に行うことができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。

例えば、基板体内に流路を作るため、３枚以上の基板を用いてもよい。２枚の基板を接合して基板体を作る場合、一方の基板のみに流路を形成するようにしてもよい。基板体を１枚の基板のみで構成することも可能である。基板体は、互いに平行な一対の平面を有する基板を接合した平板形状のものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。

Claims (10)

1. 基板体と、
   前記基板体の内部に形成され、前記基板体の延在方向と平行に延在する分離用流路と、
   前記分離用流路の一端に、前記基板体の延在方向に垂直な厚み方向に近接して形成された少なくとも２つの第１及び第２の連通口と、
   前記基板体の内部に形成され、前記第１及び第２の連通口にそれぞれ連通する第１及び第２の分岐流路と、
   を備え、
   前記基板体が重力方向に対して垂直に延在する状態で、前記分離用流路の他端側から、血球と血漿を含む血液試料が流され、前記血液試料が前記分離用流路の前記一端に達する前に、前記血液試料中の前記血球が沈降し、
   前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向下側の一方には、沈降した前記血球が導かれ、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向上側の他方には、前記血漿の大部分が導かれることを特徴とする、血漿分離用マイクロ流路。
2. 互いに平行な第１及び第２の平面を有する第１の基板と、互いに平行な第３及び第４の平面を有する第２の基板とを含み、前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記３の平面とが接合された、基板体と、
   前記第１の基板の前記第２の平面に形成された第１の溝と、前記第２の基板の前記第３の平面に形成された第２の溝とが互いに対向して配置されてなり、前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記第３の平面との界面に沿って延在する、主流路と、
   前記主流路の一端側において、前記第１の基板の前記第１の溝と前記第２の基板の前記第２の溝とにそれぞれ形成された第１及び第２の連通口と、
   前記第１の基板の前記第２の平面と前記第２の基板の前記第３の平面とに、それぞれ、前記第１の連通口と前記第２の連通口とに連通して形成され、前記界面に沿って互いに離れて延在する、第１及び第２の分岐流路と、
   を備え、
   前記主流路は、前記界面が重力方向に対して垂直に延在するように配置された状態で、前記主流路の他端から前記一端に血球と血漿を含む血液試料が層流状態で流れる構造を有し、前記血液試料が前記主流路の前記一端に達する前に、前記血液試料中の前記血球が重力方向下側に沈降し、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向下側の一方には、前記血球が導かれ、前記第１及び第２の分岐流路のうち重力方向上側の他方には、前記血漿の大部分が導かれることを特徴とする、血漿分離用マイクロ流路。
3. 前記分離用流路の前記一端から前記他端側に突出し、前記分離用流路の前記一端側を、前記厚み方向に少なくとも２つの部分に分割するセパレータ構造をさらに備え、
   前記セパレータ構造により分割された部分がそれぞれ前記第１及び第２の連通口に連通することを特徴とする、請求項１に記載の血漿分離用マイクロ流路。
4. 前記主流路の前記一端から前記他端側に突出し、前記主流路の前記一端側を、前記界面に垂直方向に少なくとも２つの部分に分割するセパレータ構造をさらに備え、
   前記セパレータ構造により分割された部分がそれぞれ前記第１及び第２の連通口に連通することを特徴とする、請求項２に記載の血漿分離用マイクロ流路。
5. 前記基板体は、互いに接合された第１及び第２の基板を含み、
   前記第１の基板には前記分離用流路の前記厚み方向一側の第１の部分が形成され、前記第２の基板には前記分離用流路の前記厚み方向他側の第２の部分が形成され、
   前記セパレータ構造は、前記分離用流路の前記一端側を横断するように、前記第１及び第２の基板の間に挟持されたシート状の部材により構成されることを特徴とする、請求項３に記載の血漿分離用マイクロ流路。
6. 前記セパレータ構造は、前記主流路の前記一端側を横断するように、前記第１及び第２の基板の間に挟持されたシート状の部材により構成されることを特徴とする、請求項４に記載の血漿分離用マイクロ流路。
7. 前記第１及び第２の基板に形成された前記分離用流路の前記第１及び第２の部分の前記一端側に、それぞれ、前記厚み方向に延在する第１及び第２の柱状構造が形成され、
   前記第１の柱状構造と前記第２の柱状構造との間に、前記セパレータ構造を構成する前記シート状の部材が挟持されることを特徴とする、請求項５に記載の血漿分離用マイクロ流路。
8. 前記第１及び第２の基板に形成された前記主流路の前記第１及び第２の溝の前記一端側に、それぞれ、前記界面に垂直方向に延在する第１及び第２の柱状構造が形成され、
   前記第１の柱状構造と前記第２の柱状構造との間に、前記セパレータ構造を構成する前記シート状の部材が挟持されることを特徴とする、請求項６に記載の血漿分離用マイクロ流路。
9. 前記分離用流路又は前記主流路の内面は、前記血液試料に対する接触角が７０度以上であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の血漿分離用マイクロ流路。
10. 前記分離用流路の前記法線方向の深さ又は前記主流路の前記界面に垂直方向の深さが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の血漿分離用マイクロ流路。

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