JP4911514B2 - マイクロチップ、液体分注方法 - Google Patents

Description

本発明は細胞培養や生化学分析、化学反応などを効率良く行う生化学試験用マイクロチップを用いて微量液体を分注する液体分注方法および、微量液体の分注を可能とするマイクロチップに関する。

コンビナトリアル・ケミストリーや生化学スクリーニングにおいては、微少量の液体を正確に秤取し、複数の液体を混合する技術が必要とされている。従来、少量の液体を秤量し、混合する場合、ピペットマン等のような、液体を定量的に秤取し、マイクロプレートやマイクロチューブに分注し、数種類の液体を混合する方法などがあるが、非常に手間がかかり、かつ多量のサンプルが必要になるという問題点があった。

一方、近年、半導体微細加工技術を応用して、ある特定の形状を有するマイクロ流体デバイス（以下、マイクロデバイス、または単にデバイスと呼ぶ）を作製し、そのデバイスにパルス圧などを用いて液体を流すだけで、流路構造の容積に応じた体積の液体を簡便かつ定量的に秤取できることが報告されている（例えば特許文献１−３、非特許文献１）。
また、これらのデバイスを使用することにより、２種類以上の液体を混合することが可能となる。

しかし上記の技術では、３種類以上の液体を混合するためには流路構造の立体交差が必要となるため、デバイスの作製が困難になり、また混合する液体の種類が増える場合には圧力印加の回数が増加し、操作が煩雑になるという問題があった。
また、下記特許文献４にはデバイスの構造を工夫して複数の液体の混合を可能とする構造が開示されているが、混合される液体の数はデバイスの構造に依存してしまう。さらに、この方法を用いても５種類以上の液体を混合することは現実的に困難である。
また、いずれの技術も、秤量した複数の液体を混合するためのチャンバーを多数設けるとなると、デバイス構造がかなり複雑になり、デバイスの無用な大型化、コスト上昇を招く。混合する各液体の秤量、混合のための操作も複雑化する。

一方、放射状に加工された複数のチャンバーを有するチップ状のデバイス（以下、マイクロチップ、あるいは、単にチップとも言う）の中心部に液体を導入し遠心力を用いて各チャンバーに液体を遠心分注する方法も報告されている（例えば特許文献５）。
しかしながら、この方法では複数の液体を秤量し、混合することは困難であり、これを実現した技術は発見できない。特許文献５においても、複数の液体を秤量し、混合するための技術は開示されていない。
例えば、遠心力付与装置に対するチップのセット位置のずれ等によって、チャンバーにチップの回転中心からの距離のバラツキが発生したり、チップ中心部に導入する液体の量が充分でなかった場合では、分注される液体の量に偏りが生じてしまう。また、遠心力付与装置の精度に起因する遠心力のバラツキも、チャンバーに分注される液体の量のバラツキの原因になるため、チャンバーの液体導入量に高い精度が要求される場合などでは、高精度の高価な装置が必要となる。すなわち、マイクロチップの中心部に導入した液体を、遠心力を用いて各チャンバーに分注する従来技術では、個々のチャンバーに遠心分注される液体の量が、遠心力付与装置に対するチップのセット位置のずれ等に影響を受けやすい。このため、個々のチャンバーについての液体導入量の安定化が難しく、したがって、チャンバーにて複数の液体を混合することに応用しようとしても、所望の混合比を安定に得ることが容易でなく、複数の液体を混合する技術への応用の障害になっていた。
また、例えば前記特許文献５のように、放射状に加工された流路の先にチャンバーを加工するチップ構造では、個々のチャンバーに分注される液体の量の安定化に鑑みて、チャンバーを同心円上に配置する必要があり、チャンバー位置等のチップ設計の制約が大きかった。このため、チャンバーを集積化することが困難であった。
特開２００４−１６３１０４号公報 特開２００４−１５７０９７号公報 特開２００２−３５７６１６号公報 特開２００６−２６３６９５号公報 特開２００６−１２６０１０号公報 「アナリティカル・ケミストリー(Analytical Chemistry)」（２００４）、７６、ｐｐ．８９５−８９９

特許文献５のように、マイクロチップの中心部に液体を導入し遠心力を用いて各チャンバーに液体を遠心分注する技術では、多数のチャンバーへの液体の分注を、簡単に、効率良く行える、といった利点がある。しかしながら、上述のように、これまで、複数の液体の秤量、所望の混合比での混合を実現することが難しく、実現のための技術を開示する提案も見られない。
複数の液体の秤量、混合の効率化の要求に鑑みると、既述の特許文献１−５、非特許文献１等の周知技術は一長一短であり、要求を満たせるものは無い。
このため、複数の液体の秤量、混合を、簡単に効率良く実現できる適切な技術の開発が求められていた。

本発明は、前記課題に鑑みて、複数の液体の秤量、混合を、簡単に効率良く実現でき、また、チャンバー位置等のチップ設計の自由度向上によりチャンバーの集積化も容易に実現できるマイクロチップ、液体分注方法の提供を目的としている。

上記課題を解決するために、本発明では以下の構成を提供する。
第１の発明では、送液空間と該送液空間に連通する複数の秤量空間とからなる複数の送液秤量部と、複数のマイクロチャンバーとを具備し、
前記複数の送液秤量部は、前記秤量空間に該秤量空間を介して前記マイクロチャンバーとは反対の側に位置する送液秤量部の前記秤量空間を連通させて、前記マイクロチャンバーを起点として多段に接続され、
前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間から前記マイクロチャンバーへ液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする一の流入抑制手段と、前記マイクロチャンバーからａ番目（但し、ａは１以上の整数）の送液秤量部の前記秤量空間にａ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間から液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記ａ＋１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする二の流入抑制手段とが、各送液秤量部の秤量空間に対応させて前記マイクロチャンバーを起点として多段に設けられ、
多段の前記流入抑制手段は、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、液体に与える流入抵抗圧力が大きく設定してあることを特徴とするマイクロチップを提供する。
第２の発明は、ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の合計容量が、前記マイクロチャンバーの液体容量以下であり、
しかも、ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の相互の容量比が、前記マイクロチャンバー毎に異ならせてあることを特徴とする第１の発明のマイクロチップを提供する。
第３の発明は、前記マイクロチャンバーの内面の内、少なくとも前記秤量空間側からの液体の導入口付近が、秤量空間内面に比べて液体に対する親和性を低くした低親和性面とされ、この低親和性面が、前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする第１又は２の発明のマイクロチップを提供する。
第４の発明は、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間と前記マイクロチャンバーとが、秤量空間内面に比べて液体に対する親和性が低い内面を持つ流路を介して互いに連通され、前記流路が前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする第１〜３のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第５の発明は、前記マイクロチップは、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間と前記マイクロチャンバーとの間に設けられて両者を連通させるチャンバー接続流路を具備し、
前記チャンバー接続流路は、該チャンバー接続流路と前記マイクロチャンバーから前記１番目の送液秤量部の前記秤量空間とによって構成されて前記送液空間から前記マイクロチャンバーへ液体を流入させる流路において、前記マイクロチャンバーから前記１番目の送液秤量部の前記秤量空間に比べて流路断面積が小さい狭隘部であり、前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする第１〜４のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第６の発明は、前記二の流入抑制手段が、前記マイクロチャンバーからｂ番目の送液秤量部の前記秤量空間とｂ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間との間を連通させて、両秤量空間の間の液流路において流路断面積が最も小さい狭隘部として機能する接続流路であることを特徴とする第１〜５のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第７の発明は、前記マイクロチャンバーからｃ番目の送液秤量部の前記秤量空間とｃ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間との間が接続流路を介して連通され、該接続流路は、両秤量空間の間の液流路において液体に対する流路内面の親和性が最も低く、前記二の流入抑制手段として機能することを特徴とする第１〜６のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第８の発明は、前記一の流入抑制手段及び／又は前記二の流入抑制手段が、前記送液秤量部の前記秤量空間からマイクロチャンバー側への液体送出口に連通し前記秤量空間よりも流路断面積が小さい狭隘流路であり、
前記マイクロチャンバーに連通する多段の前記送液秤量部の内の複数に設けられた前記狭隘流路が、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、流路長が長く形成されていることを特徴とする第１〜７のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第９の発明は、前記マイクロチャンバーと、前記接続流路とに、排気用のガス抜き流路が連通されていることを特徴とする第６又は７の発明のマイクロチップを提供する。
第１０の発明は、前記マイクロチャンバーと、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部を除く全ての送液秤量部の前記秤量空間とに、排気用のガス抜き流路が連通されていることを特徴とする第２２〜３１のいずれかの発明のマイクロチップを提供する。
第１１の発明は、前記各送液秤量部の前記送液空間が、一の位置から二の位置へ前記液体を流通させる流路とされ、
前記送液空間は、前記液体の流通方向の両端部の一方に気体入口、他方に気体出口を備え、前記送液空間の前記気体入口と前記気体出口との間に前記複数の秤量空間が接続されており、
前記送液空間から前記秤量空間に液体を導入した後に、前記気体入口から、前記秤量空間から前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする圧力よりも弱い圧力で気体を前記送液空間に圧送して前記送液空間内の液体を取り除くことにより、前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量できることを特徴とする第１〜１０のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第１２の発明は、前記送液空間が、一の位置に設けられている液入口から二の位置に設けられている液出口へ前記液体を流通させる流路とされ、
前記液入口から前記送液空間を介して前記秤量空間に液体を導入した後に、前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも弱い遠心力を作用させ、送液空間内の液体を前記液出口から排出して前記送液空間から液体を取り除くことにより、前記液入口と前記液出口との間に接続されている前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量できることを特徴とする第１〜１１のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第１３の発明は、１本の送液空間について設けられる前記複数の秤量空間が、前記一の位置と前記二の位置との間にて前記送液流路の前記液体の流通方向に沿った複数箇所に接続されていることを特徴とする第１１又は１２の発明のマイクロチップを提供する。
第１４の発明は、前記送液空間は、液入口が設けられている導入空間部と、この導入空間部から延在し前記導入空間部に連通する基端から液出口が設けられている終端へ前記液体を流通させる配液流路とを具備し、
前記配液流路は、前記基端からの流路長が大きい所ほど前記基端からの直線距離が大きくなるように延在形成され、
複数の前記秤量空間が、前記配液流路の前記基端と前記終端との間にて、前記配液流路の前記液体の流通方向に沿った複数箇所に接続されていることを特徴とする第１〜１３のいずれか１つの発明のマイクロチップを提供する。
第１５の発明は、第１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロチップに遠心力を作用させて、前記マイクロチップの複数のマイクロチャンバーに液体を分注する液体分注方法であって、
前記送液空間から前記秤量空間に液体を導入した後に、前記送液空間の液体を取り除くことにより前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量する秤量工程を各送液秤量部について行い、前記秤量工程にて秤量された液体を、前記各送液秤量部の前記秤量空間から、前記マイクロチップに作用させた遠心力により前記マイクロチャンバーに分注することを特徴とする液体分注方法を提供する。

本発明によれば、個々の秤量空間に液体を導入した後に、個々の秤量空間内の液体を送液空間内の液体から切り離す。これにより、秤量空間の容積に応じた量の液体を確実に秤量できる。その後に、秤量済みの液体を、マイクロチップに遠心力を作用させることにより、複数のマイクロチャンバー（以下、単にチャンバーとも言う）に分注するので、秤量済みの液体を、複数のチャンバーへの液体導入のための操作が簡単である。秤量空間の容積に応じた量の液体を分注するので、個々のチャンバーに導入される液量の安定化を図れることも言うまでも無い。また、これにより、複数の液体を、所望の混合比で混合することも容易になる。
また、秤量済みの液体を、マイクロチップに遠心力を作用させることにより、複数のチャンバーに分注する構成であれば、マイクロチップの構造も簡素化できる。複数のチャンバーにて、秤量した複数の液体を所望の混合比で混合することを、マイクロチップを無用に複雑化、大型化することなく実現できる。例えば、特許文献１−３、非特許文献１に記載の技術と比較して、簡単なチップ構造によって３種類以上の液体を混合することが可能となり、秤量する際の圧力操作も簡便になる。特許文献４に記載の技術と比較しても複数の液体の秤量及び混合は容易となる。
また、本発明では、秤量空間の容積に応じた量の秤量済みの液体を遠心力によりチャンバーに送液するので、チャンバーごとの液量の偏りが生じにくい。例えば、遠心力付与装置に対するチップのセット位置のずれや、チップ中心部に導入する液体の量、遠心力付与装置の精度等（その他には、チップにおけるチャンバーの形成位置のバラツキ等も挙げられる）に、チャンバーごとの分注液量が影響を受けにくく、秤量によって決まった量の液体を確実に分注できる。遠心力付与装置に対するチップのセット位置の精度緩和によって、マイクロチップを用いた液体の秤量、分注の作業の効率化も実現できる。
さらには、マイクロチャンバーを同心円上に配置する必要がないのでマイクロチャンバーの集積化が可能といった利点もある。

以下、本発明を実施したマイクロチップ（以下、単にチップとも言う）、液体分注方法について、図面を参照して説明する。
ここで説明するチップは、細胞培養や生化学分析、化学反応などを行うための生化学試験用マイクロチップである。
例えば図１等に示すように、このチップ１１は、内部に、微細加工技術により形成した微細流路状の送液分注部１２を有する。
送液分注部１２は、液体が導入される送液空間と、この送液空間に連通する複数の秤量空間と、前記秤量空間に連通する複数のマイクロチャンバー（以下、単に、チャンバーとも言う）とを具備し、送液空間に設けられている液入口からチャンバーまで連続する流路状の空間になっている。送液空間から導入された液体を、複数のチャンバーに送液、分注できる。

上述のように微細な流路形状の送液分注部１２を有する前記チップ１１は、例えば、ＲＩＥ（Reactiveionetching）、レーザー、ＮＣ加工機などを使用して作製することができる。
また、レプリカモールディング法を用いてＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）にて微細な流路形状を持ったマイクロチップを作製する（マイクロチップの製造方法）こともできる。例えば、Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇを用いて、厚膜フォトレジスト（ＳＵ−８）による型をＳｉ基板上に作成し、これをＰＤＭＳに転写し、流路となるチャンネルパターンが形成された一方側のポリマー基材（下方側のチップ）を作成し、他方、平らなポリマー基板を下部とし、Ｏ_２プラズマにより貼り合わせて検体試料用マイクロチップを作成する。
但し、本明細書にて説明する本発明に係るチップの構造は、上述の製造方法によって製造されるものに限定されないことは言うまでも無い。

（第１参考例）
本発明の第１参考例を説明する。
図１はチップ１１の構造を説明する説明図（平面図。但し、チップ１１内の送液分注部１２、ガス抜き流路１３を透視して図示した）、図２は前記チップ１１の送液分注部１２の秤量空間１２２及びチャンバー１２３の付近を拡大して示した図、図３（ａ）−（ｃ）はチップ１１に本発明に係る液体分注方法を適用したときの、送液分注部１２内の液体８の移動を説明する図、図４はチップ１１の断面構造を示す図である。
また、図５（ａ）、（ｂ）は、前記チップ１１と、該チップ１１に遠心力を作用させる遠心力付与装置９との関係を示す。

（チップ構造）
図５（ａ）に示すように、チップ１１は外観板状に形成されている。
図１、図２に示すように、前記チップ１１の内部に設けられている送液分注部１２は、送液流路１２１（送液空間）と、この送液流路１２１に連通させて該送液流路１２１の延在方向（流路長の方向）の複数箇所に設けられた秤量空間１２２と、個々の秤量空間１２２に連通させて設けられたチャンバー１２３と、を具備する概略構成になっている。送液分注部１２は、さらに、秤量空間１２２とチャンバー１２３との間、あるいは、チャンバー１２３内に、流入抑制手段（後述）を備えている。

前記送液流路１２１は、チップ１１において互いに離隔させて設けられた液入口１２４と液出口１２５との間を連通させ、前記液入口１２４（一の位置）から前記液出口１２５（二の位置）へ液体８を流通させる流路である。
この送液流路１２１は、液入口１２４から液出口１２５に向かって延在し、液出口１２５に到達している。
図１においては、液入口１２４と液出口１２５とは、板状のチップ１１の面方向において互いに異なる位置に形成されており、前記送液流路１２１は、チップ１１の面方向に沿って延在形成されている。

図４に示すように、秤量空間１２２及びチャンバー１２３は、チップ１１内において、一平面（仮想平面。以下、配列平面２Ｓ）に沿って配列形成されている。前記送液流路１２１も、配列平面２Ｓに沿って延在形成されている。
図４に示すように、送液分注部１２において送液流路１２１からチャンバー１２３側に位置して、秤量空間１２２とチャンバー１２３とを両端とする流路状部分である秤量分注ユニット１２６は、前記送液流路１２１から、該送液流路１２１の延在方向（液体流通方向）に直交する方向へ前記配列平面２Ｓに沿って延在形成されている。また、図４において、前記送液流路１２１は配列平面２Ｓ上（配列平面２Ｓと重なっている）に延在形成されており、前記配列平面２Ｓは送液流路１２１を介して両側に延在するが、秤量分注ユニット１２６は、送液流路１２１を介して両側の内の片側に、前記配列平面２Ｓに沿って設けられている。
つまり、チップ１１においては、流路状の秤量分注ユニット１２６の送液流路１２１からの延出方向が、全ての秤量分注ユニット１２６について、同じに揃えられている。送液流路１２１からチャンバー１２３へ送液される液体の秤量分注ユニット１２６における流通方向が、全ての秤量分注ユニット１２６について同じに揃っている。

図１−図４に例示したチップ１１においては、配列平面２Ｓは、板状のチップ１１の表裏両面に沿って延在している。このため、前記送液分注部１２は全体としてチップ１１の面方向に沿って延在するようにして形成されている。

流入抑制手段は、前記秤量空間１２２から前記チャンバー１２３へ液体８を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記送液流路１２１から前記秤量空間１２２へ液体８を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とするものである。この流入抑制手段によって、秤量空間１２２に比べてチャンバー１２３の方が、液体８が入りにくくしてある。流入抵抗圧力に対して液体８の導入を可能にするために液体８に作用させる力は、秤量空間１２２に比べてチャンバー１２３の方が、より大きい力を要する。
以下、流入抑制手段の具体例（流入抑制手段の第１−４例）を説明する。
なお、説明の便宜上、秤量分注ユニット１２６についても、流入抑制手段の構成の違いに対応させて、区別のため、１２６−１、１２６−２、…の符号を付して説明する。

（流入抑制手段の第１例、秤量分注ユニット１２６−１）
図１、図２、図３（ａ）−（ｃ）では、流入抑制手段として、秤量空間１２２とチャンバー１２３との間に設けられて両者を連通させる接続流路１２７（連通接続部）を例示している。図示例の接続流路１２７は、秤量分注ユニット１２６において、送液流路１２１側からチャンバー１２３への送液のための流路断面積が前記秤量空間１２２に比べて小さい狭隘部になっている。接続流路１２７は、該接続流路１２７と前記秤量空間１２２とによって構成されて、前記送液流路１２１から前記チャンバー１２３へ液体８を流入させる導入流路において、流路断面積が最小の部分として機能する。したがって、前記秤量空間１２２から前記チャンバー１２３へ液体８を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力が、前記送液流路１２１から前記秤量空間１２２へ液体８を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きくなっている。

（流入抑制手段の第２例、秤量分注ユニット１２６−２）
図６に示すように、秤量空間１２２とチャンバー１２３とを、秤量空間１２２内面に比べて液体８に対する親和性が低い内面を持つ接続流路１２８（連通接続部）を介して互いに連通させる。接続流路１２８が、流入抑制手段として機能する。
この場合、図６に示すように、接続流路１２８の太さ（秤量分注ユニットにおける流路断面積）を秤量空間１２２と同じに揃えることも可能である。秤量空間１２２と接続流路１２８とは、液体流通方向に沿って断面形状が一定の１本の流路を構成し、しかも、秤量空間１２２と接続流路１２８とが構成する流路のチャンバー１２３側端部は、秤量分注ユニットの第１例に例示したような狭隘な接続流路を介することなく、直接、チャンバー１２３に連通されている。この構成の場合、秤量分注ユニットの第１例に比べて、秤量分注ユニットの形状が単純になるため、チップ１１の製造上、送液分注部の形成が容易になるといった利点がある。

（流入抑制手段の第３例、秤量分注ユニット１２６−３）
流入抑制手段の第１例、秤量分注ユニット１２６−１の接続流路の内面の液体８に対する親和性を、秤量空間１２２内面に比べて低くする。この場合も、接続流路が流入抑制手段として機能することは言うまでもない。

（流入抑制手段の第４例、秤量分注ユニット１２６−４）
前記マイクロチャンバーの内面の内、少なくとも前記秤量空間側からの液体の導入口付近を、秤量空間内面に比べて液体に対する親和性を低くした低親和性面とし、前記低親和性面を前記流入抑制手段として機能させる。
この場合は、図７に示すように、秤量空間１２２を直接、チャンバー１２３に連通させた構成を採用できる。
図７は、チャンバー１２３内面全体を低親和性面１２９とした構成を例示している。

ここで説明するチップ１１にあっては、上述のいずれの構成の秤量分注ユニットも採用可能である。このことは、後述する他の参考例及び実施形態でも同様である。
また、流入抑制手段は、前記秤量空間１２２から前記チャンバー１２３へ液体８を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記送液空間１２１から前記秤量空間１２２へ液体８を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とするものであれば良く、上述の構成に限定されない。

前記チップ１１は、前記秤量空間１２２の液体容量が、前記チャンバー１２３の液体容量の半分以下になっている。
後述のように、チップ１１を用いた液体分注方法にあっては、秤量空間１２２の液体容量に応じた液量の液体８を定量的に秤量し、この秤量済みの液体８を秤量空間１２２からチャンバー１２３へ送液して、導入する。したがって、秤量空間１２２の液体容量が、前記チャンバー１２３の液体容量の半分以下になっている構成であれば、秤量済みの液体８を秤量空間１２２からチャンバー１２３へ送液して、導入する操作を複数回行える。これにより、複数種の液体８の混合も容易に実現できる。チップ１１の設計上、秤量空間１２２の液体容量と、前記チャンバー１２３の液体容量とを調整することで、１０種類以上の液体の混合も容易に実現できる。

（ガス抜き流路）
前記送液分注部１２の複数のチャンバー１２３には、それぞれ、チップ１１内部に形成された、排気用のガス抜き流路１３が連通されている。
液体導入前の空のチャンバー１２３（例えば、空気のみが入っている状態）に、秤量空間１２２から送液した液体８を導入する際に、ガス抜き流路１３からチャンバー１２３内の空気を排気できる。チャンバー１２３からの空気の排気は、チャンバー１２３に導入される液体８の流入圧によるガス抜き流路１３への押し出しの他、このガス抜き流路１３内の気体をチップ１１の外へ排気するためのガス出口１３１から吸引することによっても実現できる。
なお、液体導入前の空のチャンバー１２３内に入っている気体としては空気に限定されない。例えば、液体の酸化防止等に鑑みて、送液分注部１２への液体の導入を、不活性ガス、その他、空気以外の雰囲気中にて行う場合などでは、液体導入前の送液秤量部２に入り込んだ雰囲気の気体が、秤量空間１２２から送液した液体８をチャンバー１２３へ導入する際に、チャンバー１２３からガス抜き流路１３を介して排気すべき気体となることもあり得る。

前記ガス抜き流路１３は、チャンバー１２３からの液体８の流入を防ぐために、例えば、チャンバー１２３に連通する流路端部内面の液体８に対する親和性の調整（親和性を低くする）や、流路断面積を小さくする（特に、チャンバー１２３に連通する流路端部における流路断面積の縮小）こと、などによって、前記チャンバー１２３からガス抜き流路１３へ液体８が流入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記秤量空間１２２から前記チャンバー１２３へ液体８を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とすることが好ましい。

（液体分注方法）
次に、上述のチップ１１を用いて、液体８を複数のチャンバー１２３に分注する液体分注方法を、図３（ａ）−（ｃ）を参照して説明する。
この液体分注方法の概略は、以下の通りである。
まず、前記送液流路１２１から前記秤量空間１２２に液体８を導入（図３（ａ））した後に、前記送液流路１２１の液体８を取り除く（図３（ｂ））。これにより前記秤量空間１２２の容積に応じた液体８を秤量する（秤量工程）。
次いで、秤量された液体を前記チップ１１に作用させた遠心力により複数のチャンバー１２３に分注する（図３（ｃ）。分注工程）。

秤量工程において、送液流路１２１の液体８を取り除くための手法（液除去操作）としては、以下の（ａ）、（ｂ）を挙げることができる。
（ａ）液入口１２４（ここでは、気体入口を兼ねる）から導入した気体による液出口１２５（ここでは、気体出口を兼ねる）への圧送。
（ｂ）遠心力による液出口１２５からの排出。
液除去操作としては、（ａ）、（ｂ）のいずれか一方の採用の他、（ａ）、（ｂ）の液除去操作の併用も可能である。

上記（ａ）の手法では、気体導入用の気体入口は、液入口１２４とは別に設けられていても良い。気体導入用の気体入口を液入口１２４とは別に設ける場合も、複数の秤量分注ユニット１２６の送液流路１２１との連通位置が、送液流路１２１の延在方向において、気体入口と気体出口（液出口を兼ねる）との間になっている構成であれば、上記（ａ）の手法によって送液流路１２１の液体８を取り除くことができることは言うまでも無い。

上記（ｂ）の手法は、例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、チップ１１を、遠心力付与装置９の回転テーブル９１に取り付けて、回転テーブル９１と一体に回転させることで、遠心力を作用させる。なお、図中、符号９２は回転テーブル９１に取り付けたチップホルダであり、チップ１１を回転テーブル９１に着脱可能に保持する。チップホルダ９２は、回転テーブル９１に対する取り付け位置、及び、取り付け向きを適宜、変更できる。また、チップホルダ９２は、チップ１１の構造、サイズ等に対応するために、適宜、交換することも可能である。また、チップホルダ９２自体が、該チップホルダ９２に対するチップ１１の取り付け位置、取り付け向きが変更可能な構造になっている、構成であっても良い。
チップ１１の回転テーブル９１（詳細には回転中心９３）に対する取り付け位置、取り付け向きは、回転テーブル９１の回転中心９３と、送液流路１２１の液出口１２５側の端部との間に、送液流路１２１の液入口１２４側の端部が配置されるようにする。また、送液流路１２１内の液体８を液出口１２５から効率良く排出させることに鑑みて、チップ１１の送液流路１２１の延在方向を、回転テーブル９１の回転中心９３（チップ１１の回転中心）を中心とする半径方向に一致、あるいは、出来るだけ近付けることが良い。チップ１１の回転テーブル９１に対する取り付け位置、取り付け向きは、チップホルダ９２の回転テーブル９１に対する取り付け位置、取り付け向きの調整、あるいは、交換等により、チップ１１のサイズ、チップ１１内の送液流路１２１の配置等に、適宜対応することができる。

送液流路１２１の液体８を取り除くための上述の（ａ）、（ｂ）の手法にあっては、送液流路１２１から取り除くために送液流路１２１内の液体８に作用させる力の強さを、前記流入抑制手段によって与えられた流入抵抗圧力に対して前記チャンバー１２３への液体の流入を可能にする力よりも弱くする。これにより、秤量空間１２２内の液体８が秤量工程の完了前にチャンバー１２３に流入してしまうことを防ぐことができ、秤量空間１２２の液体容積に応じた量の液体を確実に秤量できる。
上述の（ａ）の手法では、前記送液流路１２１から前記秤量空間１２２に液体８を導入した後に、前記液入口１２４から、前記秤量空間１２２から前記チャンバー１２３への液体の流入を可能にする圧力よりも弱い圧力で気体を前記送液流路１２１に圧送して前記送液流路１２１内の液体を取り除く。
上述の（ｂ）の手法では、前記液入口１２４から前記送液流路１２１を介して前記秤量空間１２２に液体を導入した後に、前記流入抑制手段によって与えられた流入抵抗圧力に対して前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも弱い遠心力を液体に作用させ、送液流路１２１内の液体を前記液出口１２５から排出して前記送液流路１２１から取り除く。

分注工程では、遠心力を作用させるための回転中心９３とチャンバー１２３との間に秤量空間１２２が配置されるように、前記回転中心９３に対するチップ１１の位置、向きを設定して、チップ１１を回転させ、遠心力を作用させる（図５（ｂ）の想像線で示したチップ１１の位置、向きを参照）。
秤量工程において、液除去操作として（ｂ）の遠心力による液出口１２５からの排出を採用した場合は、チップホルダ９２の回転テーブル９１に対する取り付け位置、取り付け向きの調整、あるいは、交換等によって、回転テーブル９１に対するチップ１１の取り付け位置、取り付け向きを変更する。

この分注工程では、秤量空間１２２内の液体８に、前記流入抑制手段によって与えられた流入抵抗圧力に対して前記秤量空間１２２から前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする力を作用させる。これにより、秤量空間１２２の液体容積に応じた液量の液体８をチャンバー１２３に導入できる。

秤量工程の完了後、チップ１１に遠心力を作用させて、秤量済みの液体８を秤量空間１２２からチャンバー１２３に導入する構成であれば、複数のチャンバー１２３への液体８の分注を一挙に簡単に行うことができる。
また、秤量済みの液体８を秤量空間１２２からチャンバー１２３に導入するので、特許文献５のように、複数のチャンバーを同心円上に配置したチップ構造としなくても、秤量空間１２２の液体容積に応じた液量の液体を確実にチャンバー１２３に導入できる。このため、チップ１１の設計自由度が向上する。これにより、チャンバー１２３の集積化も可能となる。

分注工程の完了後、秤量工程及び分注工程を再度実行することで、チャンバー１２３にて複数の液体を混合することができる。
例えば、チャンバー１２３の液体容量が秤量空間１２２の液体容量の５倍以上であれば、秤量工程と分注工程とからなる分注プロセスを５回以上を行うことができ、チャンバー１２３にて５種類以上の液体を混合することが可能である。

以下に説明する各参考例及び実施形態のチップにおいては、上述の第１参考例と同様の構成部分に共通の符号を用い、説明を省略する場合がある。

（第２参考例）
図８は、本発明に係る第２参考例のチップ構造を示す。
図８に示すチップ２１は、屈曲部を複数有する送液流路２２を採用している点が、上述の第１参考例のチップ１１と異なる。
チップ２１は、屈曲部を複数有する１本の送液流路２２に多数の秤量分注ユニット１２６が設けられた構成の送液秤量部２３を具備する。
送液流路２２の延在方向の片端は、液入口１２４に連通され、他端は液出口１２５に連通されている。
前記送液流路２２は、互いに並行に設けられた複数の並行流路部２２１と、並行流路部２２１同士間を連通させる複数の縦続流路部２２２とを具備し、全体として１本の流路になっている。

秤量分注ユニット１２６は、並行流路部２２１に連通している。但し、全ての秤量分注ユニット１２６の送液流路２２からの延出方向は一定に揃えられている。
なお、各秤量分注ユニット１２６のチャンバー１２３には、第１参考例のチップ１１と同様に、ガス抜き流路１３が連通されている。

このチップ２１を用いた液体分注方法は、第１参考例と同様に、秤量工程及び分注工程を実施する。
但し、秤量工程においては、液除去操作として（ａ）の液入口１２４（ここでは、気体入口を兼ねる）から導入した気体による液出口１２５（ここでは、気体出口を兼ねる）への圧送、を採用することが適している。

（第３参考例）
図９は、本発明に係る第３参考例のチップ構造を示す。
図９に示すチップ３１は、送液流路３２として、液入口１２４が設けられている導入流路３２１（導入空間部）と、この導入流路３２１から延在し前記導入流路３２１に連通する基端から液出口１２５が設けられている終端へ液体を流通させる複数の配液流路３２２とを具備する構成のものを採用している点が、上述の第１参考例のチップ１１と異なる。
複数の配液流路３２２は、互いに並行に形成されている。導入流路３２１は直線状に形成されており、該導入流路３２１の延在方向に沿った複数箇所に、前記配液流路３２２が連通されている。但し、複数の配液流路３２２は、導入流路３２１の延在方向の片端に設けられている液入口１２４と、他端に設けられている液出口３２３との間にて、導入流路３２１に連通されている。
各配液流路３２２は、前記基端からの流路長が大きい所ほど前記基端からの直線距離が大きくなるように延在形成されている。

秤量分注ユニット１２６は、配液流路３２２に連通させて設けられている。但し、全ての秤量分注ユニット１２６の配液流路３２２からの延出方向は一定に揃えられている。
なお、各秤量分注ユニット１２６のチャンバー１２３には、第１参考例のチップ１１と同様に、ガス抜き流路１３が連通されている。

このチップ３１を用いた液体分注方法は、第１参考例と同様に、秤量工程及び分注工程を実施する。
秤量工程において、液除去操作として、（ｂ）の遠心力による液出口１２５からの排出、を採用する場合は、送液流路３２の内、導入流路３２１の液入口１２４が、回転中心に最も接近した部分となるようにして、チップ３１を回転させることで、送液流路３２内の液体を一挙に取り除くことができる。
また、液除去操作として（ａ）の液入口１２４（ここでは、気体入口を兼ねる）から導入した気体による液出口１２５（ここでは、気体出口を兼ねる）への圧送、を採用する場合は、栓等を用いて液出口３２３を閉じておく。
なお、（ａ）、（ｂ）の液除去操作の併用も可能である。

（第４参考例）
図１０に示すように、本発明では、円弧状の送液流路４２を具備するチップ４１も採用可能である。
このチップ４１では、円弧状の送液流路４２の湾曲中心とは反対の側に、秤量分注ユニット１２６を設ける。秤量分注ユニット１２６は、それぞれ送液流路４２に連通させて、送液流路４２の延在方向の複数箇所に設けられる。図１０では、送液流路４２と、複数の秤量分注ユニット１２６とが、同心円状に環状配置されており、チップ４１に遠心力を作用させることによって、秤量分注ユニット１２６の秤量空間１２２内の秤量済み液体をチャンバー１２３へ送液、分注する際には、送液流路４２、秤量分注ユニット１２６の環状配置の仮想円の中心付近を中心としてチップ４１を回転させる。
図１０では、複数の秤量分注ユニット１２６は、同心円上に配列させて設けられているが、複数の秤量分注ユニット１２６の位置は、１円周上に揃っている必要はない。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態を説明する。
ここで説明するチップは、図１１に示すように、送液流路と該送液流路に連通する複数の秤量空間とからなる複数（図では２つ）の送液秤量部５１、５２を、一の送液秤量部５１の前記秤量空間５１ｂに対し、他の送液秤量部５２の前記秤量空間５２ｂを連通させた状態で、前記チャンバー１２３を起点として多段に接続した構成を持つものである。
チャンバー１２３に対して、複数の送液秤量部５１、５２の秤量空間が直列に接続されている。

図１１では、チャンバー１２３に接続されている送液秤量部は２つであるので、以下、２つの送液秤量部５１、５２の内、チャンバー１２３から近い側の送液秤量部５１を第１送液秤量部、遠い側の送液秤量部５２を第２送液秤量部とも言う。また、第１送液秤量部５１の送液流路５１ａ（送液空間）を第１送液流路、第１送液秤量部５１の秤量空間５２ｂを第１秤量空間、第２送液秤量部５２の送液流路５２ａ（送液空間）を第２送液流路、第２送液秤量部５２の秤量空間５２ｂを第２秤量空間とも言う。

図１１に示す構成は、例えば第１−４参考例に例示したように、１本の送液流路を秤量空間を介してチャンバーに接続した構成の送液分注部に、送液流路と秤量空間とからなる送液秤量部を一つ追加、つまり、第２送液秤量部５２を追加した概略構成になっている。第１送液流路５１ａ及び第２秤量空間５２ｂに連通している第１秤量空間５１ｂとチャンバー１２３とを両端とする流路状部分は、秤量分注ユニット１２６を構成している。
例えば、図１７に示すように、２つの送液秤量部５１、５２に対応する２本の送液流路５１ａ、５２ａは、互いに並行に設けられる。２本の送液流路５１ａ、５２ａは、それぞれ、延在方向（液体流通方向。流路長方向）の片端に液入口１２４（気体入口を兼ねる）、他端に液出口１２５（気体出口を兼ねる）が設けられている。
さらに、各チャンバー１２３にはガス抜き流路１３が連通されている。

なお、図１７に例示した構造のチップにおいては、第１送液流路５１ａ及び第２送液流路５２ａが、それぞれ、既述の第２参考例（図８参照）にて説明したチップの送液流路２２と同様に、互いに並行に設けられた複数の並行流路部２２１と、並行流路部２２１同士間を連通させる複数の縦続流路部２２２とを具備し、全体として１本の流路になっているものである。
また、秤量分注ユニット１２６は、第１送液流路５１ａの並行流路部２２１に連通させて、この並行流路部２２１の延在方向に沿った複数箇所に設けられている。しかも、秤量分注ユニット１２６の並行流路部２２１からの延出方向は、全ての秤量分注ユニット１２６について同じに揃えられており、第１秤量空間５１ｂ内の秤量済みの液体をチップに遠心力を作用させることにより第１秤量空間５１ｂからチャンバー１２３へ分注するために適した構成になっている。
個々の送液秤量部について行う秤量工程においては、液除去操作として（ａ）の液入口１２４（ここでは、気体入口を兼ねる）から導入した気体による液出口１２５（ここでは、気体出口を兼ねる）への圧送、を採用することが適していることも、第２参考例のチップと同様である。
また、本実施形態の構成は、例えば、図１に例示したチップ構成、すなわち、液除去操作として、（ａ）の液入口１２４（ここでは、気体入口を兼ねる）から導入した気体による液出口１２５（ここでは、気体出口を兼ねる）への圧送、の他、（ｂ）の遠心力による液出口１２５からの排出、も可能なように、送液流路、秤量流路、チャンバーの配置が調整されたチップ構成にも適用可能であることは言うまでも無い。図１に例示したチップの場合は、例えば、送液分注部１２の送液流路１２１に並行する送液流路を持つ送液秤量部を、送液分注部１２の送液流路１２１を介してチャンバー１２３とは反対の側に追加する。後述のように、第２秤量空間５２ｂを、第１送液流路１２１を介することなく、第１秤量空間１２２に連通させる場合は、追加する送液秤量部は、秤量空間１２２を介してチャンバー１２３とは反対の側に設ける。

第１送液秤量部５１においては、送液流路５１ａの延在方向片端に設けられている液入口（図示略。一の位置）と、他端に設けられている液出口（図示略）との間にて、前記送液流路５１ａの前記液体の流通方向に沿った複数箇所に、秤量空間５１ｂが接続されている。
第２送液秤量部５２においても、送液流路５２ａの延在方向片端に設けられている液入口（図示略。一の位置）と、他端に設けられている液出口（図示略）との間にて、前記送液流路５２ａの前記液体の流通方向に沿った複数箇所に、秤量空間５２ｂが接続されている。
さらに、第２送液秤量部５２の秤量空間５２ｂは、第１送液秤量部５１の秤量空間５２ｂに対して、二の流入抑制手段として機能する接続流路５３（後述）を介して連通されている。

図１１に示す構成においては、詳細には、複数の第２秤量空間５２ｂは、それぞれ、前記接続流路５３を介して、第１送液流路５１ａに連通されている。第１送液流路５１ａには、第１送液流路５１ａの延在方向片端に設けられている液入口と、他端に設けられている液出口との間にて、該第１送液流路５１ａの前記液体の流通方向に沿った複数箇所に、前記接続流路５３が連通されている。
第１送液流路５１ａには、第１秤量空間５１ｂと接続流路５３とが、対向する両側から連通されており、しかも、第１送液流路５１ａにおける接続流路５３の連通位置は、第１送液流路５１ａの延在方向において、第１秤量空間５１ｂと第１送液流路５１ａとの連通位置と揃えられている。つまり、第１秤量空間５１ｂと接続流路５３とは、第１送液流路１に対して、該第１送液流路５１ａを介して互いに向かい合うようにして連通されている。このため、第１秤量空間５１ｂと接続流路５３とは、第１送液流路５１ａを介して、接続流路５３から第１秤量空間５１ｂへ送液可能に連通されている。
また、この結果、第２秤量空間５２ｂは、接続流路５３及び第１送液流路５１ａ介して、第１秤量空間５１ｂに対して連通されている。
なお、本発明では、第１送液流路５１ａを介することなく、接続流路５３を、直接、第１秤量空間５１ｂに連通させた構成も採用可能である。

ひとつのチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の合計容量は、前記チャンバー１２３の液体容量以下とする。

二の流入抑制手段は、第１秤量空間５１ｂに第２秤量空間５２ｂから液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記第２送液流路５２ａから第２秤量空間５２ｂへ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とするものである。
図１１に例示した接続流路５３（二の流入抑制手段）は、第２秤量空間５２ｂから第１秤量空間５１ｂの間の液流路において流路断面積が最も小さい狭隘部として機能している。二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力の大きさは、秤量分注ユニット１２６の流入抑制手段である一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力と同じか、一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力よりも大きくする。
なお、二の流入抑制手段としては、接続流路５３にかえて、第１参考例にて説明した流入抑制手段の第２例、第３例の技術を適用して、第２秤量空間５２ｂ内面に比べて液体８に対する親和性が低い内面を持つ接続流路を用いることも可能である。

図１２（ａ）〜（ｆ）は、図１１の構成を持つチップを用いて、複数の液体を秤量し、チャンバーに分注する手順（液体分注方法）の一例を示す。
まず、第１送液秤量部５１について、第１参考例にて説明した液体分注方法と同様に、送液流路５１ａから前記秤量空間５１ｂに液体８を導入（図１２（ａ））した後に、前記送液流路５１ａの液体を取り除く（図１２（ｂ））ことにより前記秤量空間５１ｂの容積に応じた液体８を秤量し、次いで、秤量された液体８を前記マイクロチップに作用させた遠心力によりチャンバー１２３に分注する（図１２（ｃ））。
次に、第２送液秤量部５２についても同様に、送液流路５２ａから前記秤量空間５２ｂに液体８を導入（図１２（ｄ））した後に、前記送液流路５２ａの液体を取り除く（図１２（ｅ））ことにより前記秤量空間５２ｂの容積に応じた液体８を秤量し、次いで、秤量された液体８を前記マイクロチップに作用させた遠心力によりチャンバー１２３に分注する（図１２（ｆ））。
これにより、第１送液流路５１ａに導入される液体と、第２送液流路５２ａに導入される液体とを、チャンバー１２３にて混合することができる。

図１３は、図１１の構成において、二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力の大
きさを、秤量分注ユニット１２６の流入抑制手段である一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力よりも大きくした構成を例示する。
図１３では、一の流入抑制手段として機能する接続流路１２７の流路断面積（太さ）に比べて、二の流入抑制手段として機能する接続流路５３の流路断面積（太さ）を小さくすることで、二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力の大きさを、秤量分注ユニット１２６の流入抑制手段である一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力よりも大きくした構成を例示している。
なお、二の流入抑制手段として、接続流路５３にかえて、第１参考例にて説明した流入抑制手段の第２例、第３例の技術を適用して、第２秤量空間５２ｂ内面に比べて液体８に対する親和性が低い内面を持つ接続流路も採用可能である。

図１４（ａ）〜（ｆ）は、図１３の構成を持つチップを用いた液体分注方法の一例を説明する図である。
図１４（ａ）〜（ｆ）に示す液体分注方法は、まず、第１送液秤量部５１について、送液流路５１ａから前記秤量空間５１ｂに液体８を導入（図１４（ａ））した後に、前記送液流路５１ａの液体を取り除く（図１４（ｂ））ことにより前記秤量空間５１ｂの容積に応じた液体８を秤量する（１段目秤量工程）。
次に、第２送液秤量部５２についても同様に、送液流路５２ａから前記秤量空間５２ｂに液体８を導入（図１４（ｃ））した後に、前記送液流路５２ａの液体を取り除く（図１４（ｄ））ことにより前記秤量空間５２ｂの容積に応じた液体８を秤量する（２段目秤量工程）。
次に、第１秤量空間５１ｂ内の秤量済みの液体８を、前記マイクロチップに作用させた遠心力によりチャンバー１２３に分注する（図１４（ｅ）。１段目分注工程）。
次いで、第２秤量空間５２ｂ内の秤量済みの液体８を、前記マイクロチップに作用させた遠心力によりチャンバー１２３に分注する（図１４（ｆ）。２段目分注工程）。ここでは、チップに遠心力を作用させることで、第２秤量空間５２ｂ内の秤量済みの液体８に、二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力に対して第２秤量空間５２ｂから第１秤量空間５１ｂへの液体の流入を可能にする力よりも強い力を作用させる。

既述の通り、図１３の構成を持つチップについては、二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力の大きさが、秤量分注ユニット１２６の流入抑制手段である一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力よりも大きい。
一方、第１送液秤量部５１について行う１段目秤量工程にて送液流路５１ａの液体を取り除く際に、第１送液秤量部５１内の液体に作用させる力は、一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力に対して第１秤量空間５１ｂからチャンバー１２３への液体の流入を可能にする力よりも弱くする。必然的に、１段目秤量工程にて、第１送液秤量部５１内の液体に作用する力は、二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力に対して第２秤量空間５２ｂから第１秤量空間５１ｂへの液体の流入を可能にする力よりも弱い。
このため、図１３の構成を持つチップを用いて行う液体分注方法にあっては、二の流入抑制手段によって、第１送液秤量部５１側から第２秤量空間５２ｂへの液体の流入が阻止される。その結果、例えば、第２送液流路５２ａから第２秤量空間５２ｂに液体８を導入した後に、第２秤量空間５２ｂに液体８が入ったままの状態で、１段目秤量工程を実行し、１段目秤量工程の完了後に、第２送液流路５２ａの液体を取り除いて前記秤量空間５２ｂの容積に応じた液体８を秤量するといった手順を採っても、第２秤量空間５２ｂの液体容量に応じた液量の液体の秤量を確実に行える。
図１３の構成を持つチップを用いて行う液体分注方法にあっては、液体の確実な秤量、分注を実現するための、手順の自由度が大きい。

図１３の構成を持つチップを用いる複数液体の秤量、分注では、複数の送液秤量部にて液体の秤量を完了した状態から、チップに作用させた遠心力により、二の流入抑制手段（接続流路５３）が液体に与える流入抵抗圧力に対して第２の秤量空間５２ｂから第１秤量空間５１ｂへの液体の流入を可能にする力よりも強い力を液体に作用させて、各秤量済み液体を一括して分注することも可能であるが、各秤量済み液体の液量を確実にチャンバーに導入する点では、分注工程を、チャンバーから近い側の送液秤量部の秤量空間内の秤量済み液体について行ってから、チャンバーから遠い側の送液秤量部の秤量空間内の秤量済み液体に移行していくことが好ましい。
図１４に例示した手順（液体分注方法）において、第１秤量空間５１ｂ内の秤量済みの液体８を、前記マイクロチップに作用させた遠心力によりチャンバー１２３に分注する１段目分注工程（図１４（ｅ））では、チップに遠心力を作用させることによって第１秤量空間５１ｂ内の秤量済みの液体に与える力を、一の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力に対してチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも強く、かつ、二の流入抑制手段（接続流路５３）が液体に与える流入抵抗圧力に対してチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも弱い、範囲とする。

一の流入抑制手段、二の流入抑制手段は、接続流路である場合は、接続流路の流路長によって与えられる管路抵抗によって、分注工程において秤量された液体がチャンバー１２３に導入するスピードを規定することができる。
例えば、一の流入抑制手段と二の流入抑制手段とが断面積が同じ接続流路である場合は、二の流入抑制手段として機能する接続流路の流路長を、一の流入抑制手段として機能する接続流路の流路長よりも長くすることで、分注工程において第１秤量空間５１ｂ内の秤量済みの液体がチャンバー１２３に導入されるスピードを第２秤量空間５２ｂ内の秤量済みの液体が第１秤量空間５１ｂを介してチャンバー１２３に導入されるスピードよりも速くすることができる。この場合、分注工程において一および二の流入抑制手段が液体に与える流入抵抗圧力に対してチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも強い遠心力を作用させ、第１秤量空間５１ｂ内の液体と第２秤量空間５２ｂ内の液体を一挙にチャンバー１２３に導入した場合においても、各秤量済みの液体を確実にチャンバーに導入することができる。

図１５は、図１３に例示した構成において、ひとつの前記チャンバー１２３に多段に接続されている前記秤量空間の相互の容量比を、前記チャンバー１２３毎に異ならせた構成を例示する。
図１６は、図１５に示す構成を持つチップを用いた液体分注方法の一例を説明する図である。
図１５に示す構成を持つチップを用いる、複数液体の秤量、分注にて採り得る手順は、図１３に示す構成を持つチップを用いた複数液体の秤量、分注にて採り得る手順と同じである。

図１５に示す構成を持つチップを用いる、複数液体の秤量、分注では、チャンバー１２３毎に、チャンバー１２３にて混合される液体の混合比が異なる。このため、混合比が互いに異なる複数種類の試料を、一回の分注によって得ることができる。

図１８は、接続流路５３に連通するガス抜き流路５４を設けた構成を示す。
この構成であれば、第１送液流路５１ａに液体が入っている状態であっても、第２送液流路５２ａから第２秤量空間５２ｂへの液体の導入を円滑に行える。
なお、第１送液秤量部５１について、前記送液空間から前記秤量空間に液体を導入した後に、前記送液空間の液体を取り除くことにより前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量する工程（秤量工程）が完了した状態であるときは、第１送液流路５１ａをガス抜き流路として機能させることができるため、第１秤量空間５１ｂに秤量済みの液体が入っている状態であっても、第２送液流路５２ａから第２秤量空間５２ｂへの液体の導入を円滑に行える。ガス抜き流路５４は、第１送液流路５１ａに液体が入っている状態であるときに、第２送液流路５２ａから第２秤量空間５２ｂへの液体の導入を円滑に行えるようにする点で、有効に機能するものである。
また、チャンバーに対して直列に接続した送液秤量部の段数が３段以上である場合は、送液秤量部間に設けられる各接続流路にガス抜き流路５４を連通させておくことが好ましい。

チャンバーに対して直列に接続する送液秤量部の段数は、２段に限定されず、送液秤量部を３段以上、直列に接続した構成も採用可能であるが、この場合は、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間から前記マイクロチャンバーへ液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする一の流入抑制手段と、前記マイクロチャンバーからａ番目（但し、ａは１以上の整数）の送液秤量部の前記秤量空間にａ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間から液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記ａ＋１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする二の流入抑制手段とが、各送液秤量部の秤量空間に対応させて前記マイクロチャンバーを起点として多段に設けられた構成を採用する。
より好ましくは、多段の前記流入抑制手段は、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、液体に与える流入抵抗圧力が大きく設定してある、構成である。
また、ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の合計容量が、前記マイクロチャンバーの液体容量以下であり、しかも、ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の相互の容量比が、前記マイクロチャンバー毎に異ならせてある、構成も採用可能である。
また、前記一の流入抑制手段及び／又は前記二の流入抑制手段が、前記送液秤量部の前記秤量空間からマイクロチャンバー側への液体送出口に連通し前記秤量空間よりも流路断面積が小さい狭隘流路であり、前記マイクロチャンバーに連通する多段の前記送液秤量部の内の複数に設けられた前記狭隘流路が、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、流路長が長く形成されている、構成も採用可能である。

本発明者等は、チップを試作して試験を行った。
分注されるマイクロチャンバーは直径１０００マイクロメートル、深さ５０マイクロメートルの構造を有しており、マイクロチャンバーには幅４００マイクロメートル、深さ５０マイクロメートルの秤量流路が幅５０マイクロメートル、深さ５０マイクロメートルの接続流路を介して接続している。秤量流路には送液流路より液体を導入することができる。また、分注チャンバーには幅３０マイクロメートル、深さ５０マイクロメートルの空気抜き流路が接続している。溶液を秤量流路に導入する際に空気抜き流路から空気が抜けることにより秤量流路の体積分の液体が秤量流路に導入される。
この様な送液流路より１．５ｋＰａの圧力で溶液を導入したところ、秤量流路に溶液が導入され、その後に送液流路の液体を取り除くことにより、秤量流路の体積に相当する液体を切り離すことができる。溶液を切り離した後に１０００ｇの遠心力を加えることにより、秤量された溶液を個別の分注チャンバーに導入することが可能であった。
送液流路の液体を取り除く工程では、送液流路に空気を送り込むことにより送液流路の液体を取り除くこともできるし、接続流路に液体が導入されない程度の弱い遠心力を加え
ることにより送液流路の液体を取り除くこともできる。
一方、送液流路の液体を取り除く工程を省いて、送液流路より秤量流路に液体を導入した後に遠心力により分注チャンバーに送液した場合は、送液流路に含まれる液体も分注チャンバーに導入されてしまい、液量を秤量することができず、チャンバーごとに異なる体積の液体が注入されてしまった。

マイクロチップ上で細胞を培養したり、バイオアッセイを行ったりするための細胞培養チップ、分析チップをはじめとした研究用ツールや創薬支援ツールとして製品化することが期待できる。特に、コンビナトリアル・ケミストリーや生化学スクリーニングを行うためのチップ上に本発明で開示する構造を加工することにより多種類の反応を並列に処理することが可能となる。

本発明の第１参考例のチップの構造を示す平面図であり、チップ内の送液分注部、ガス抜き流路を透視して図示したものである。 図１のチップの送液分注部の秤量空間及びチャンバーの付近を拡大して示した図である。 （ａ）−（ｃ）は図１のチップを用いた液体分注方法の手順を順番に説明する図である。 図１のチップの断面構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、図１のチップと、該チップに遠心力を作用させる遠心力付与装置との関係を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は遠心力付与装置の回転テーブルに対するチップの取り付け状態を示す平面図である。 本発明に係る流入抑制手段の例を示す図であって、秤量空間とチャンバーとの間に、流入抑制手段として、液体に対する親和性が低い内面を持つ接続流路を設けた構成を示す図である。 本発明に係る流入抑制手段の例を示す図であって、チャンバー内面を液体に対する親和性が低い低親和性面（流入抑制手段）とした構成を示す図である。 本発明に係る第２参考例のチップを示す図である。 本発明に係る第３参考例のチップを示す図である。 本発明に係る第４参考例のチップを示す図である。 送液流路と秤量空間とからなる送液秤量部を、チャンバーに対して、複数、直列に接続して多段に設けた構成を示す図である。 （ａ）−（ｆ）は、図１１の構成を持つチップを用いた液体分注方法を、手順に従って説明する図である。 図１１の構成において、二の流入抑制手段（接続流路５３）として、液体に与える流入抵抗圧力が、一の流入抑制手段に比べて大きいものを採用した構成を示す図である。 （ａ）−（ｆ）は、図１２の構成を持つチップを用いた液体分注方法を、手順に従って説明する図である。 図１３の構成において、送液秤量部の複数の秤量空間の液体容量を互いに異ならせた構成を示す図である。 （ａ）−（ｆ）は、図１５の構成を持つチップを用いた液体分注方法を、手順に従って説明する図である。 図１１の構成のチップの例を示す図である。 図１１の構成において、二の流入抑制手段として機能する接続流路に連通するガス抜き流路を設けた構成を示す図である。

符号の説明

１１…マイクロチップ、１２…送液分注部、１２１…送液空間（送液流路）、１２２…秤量空間、１２３…チャンバー、１２４…液入口、１２５…液出口、１２６…秤量分注ユニット、１２７…流入抑制手段（接続流路）、１２８…流入抑制手段（接続流路）、１２９…流入抑制手段（低親和性面）、１３…ガス抜き流路、１３１…ガス出口、２１…マイクロチップ、２２…送液流路、２２１…並行流路部、２２２…縦続流路部、２３…送液秤量部、３１…マイクロチップ、３２…送液流路、３２１…導入流路（導入空間部）、３２２…配液流路、３２３…液出口、４１…マイクロチップ、４２…送液流路、５１…第１送液秤量部、５１ａ…第１送液流路、５１ｂ…第１秤量空間、５２…第２送液秤量部、５２ａ…第２送液流路、５２ｂ…第２秤量空間、５３…二の流入抑制手段（接続流路）、５４…ガス抜き流路、６１，６２…送液秤量部、６１ａ，６２ａ…送液流路、６１ｂ，６２ｂ…秤量空間、８…液体、９…遠心力付与装置、９１…回転テーブル、９２…チップホルダ、９３…回転中心。

Claims (15)

1. 送液空間と該送液空間に連通する複数の秤量空間とからなる複数の送液秤量部と、複数のマイクロチャンバーとを具備し、
   前記複数の送液秤量部は、前記秤量空間に該秤量空間を介して前記マイクロチャンバーとは反対の側に位置する送液秤量部の前記秤量空間を連通させて、前記マイクロチャンバーを起点として多段に接続され、
   前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間から前記マイクロチャンバーへ液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする一の流入抑制手段と、前記マイクロチャンバーからａ番目（但し、ａは１以上の整数）の送液秤量部の前記秤量空間にａ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間から液体を導入する際の毛細管現象に起因する流入抵抗圧力を、前記ａ＋１番目の送液秤量部の前記送液空間から前記秤量空間へ液体を導入する際の流入抵抗圧力よりも大きい流入抵抗圧力とする二の流入抑制手段とが、各送液秤量部の秤量空間に対応させて前記マイクロチャンバーを起点として多段に設けられ、
   多段の前記流入抑制手段は、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、液体に与える流入抵抗圧力が大きく設定してあることを特徴とするマイクロチップ。
2. ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の合計容量が、前記マイクロチャンバーの液体容量以下であり、
   しかも、ひとつの前記マイクロチャンバーに多段に接続されている前記秤量空間の相互の容量比が、前記マイクロチャンバー毎に異ならせてあることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記マイクロチャンバーの内面の内、少なくとも前記秤量空間側からの液体の導入口付近が、秤量空間内面に比べて液体に対する親和性を低くした低親和性面とされ、この低親和性面が、前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
4. 前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間と前記マイクロチャンバーとが、秤量空間内面に比べて液体に対する親和性が低い内面を持つ流路を介して互いに連通され、前記流路が前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
5. 前記マイクロチップは、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部の前記秤量空間と前記マイクロチャンバーとの間に設けられて両者を連通させるチャンバー接続流路を具備し、
   前記チャンバー接続流路は、該チャンバー接続流路と前記マイクロチャンバーから前記１番目の送液秤量部の前記秤量空間とによって構成されて前記送液空間から前記マイクロチャンバーへ液体を流入させる流路において、前記マイクロチャンバーから前記１番目の送液秤量部の前記秤量空間に比べて流路断面積が小さい狭隘部であり、前記一の流入抑制手段として機能することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
6. 前記二の流入抑制手段が、前記マイクロチャンバーからｂ番目の送液秤量部の前記秤量空間とｂ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間との間を連通させて、両秤量空間の間の液流路において流路断面積が最も小さい狭隘部として機能する接続流路であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
7. 前記マイクロチャンバーからｃ番目の送液秤量部の前記秤量空間とｃ＋１番目の前記送液秤量部の前記秤量空間との間が接続流路を介して連通され、該接続流路は、両秤量空間の間の液流路において液体に対する流路内面の親和性が最も低く、前記二の流入抑制手段として機能す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チップ。
8. 前記一の流入抑制手段及び／又は前記二の流入抑制手段が、前記送液秤量部の前記秤量空間からマイクロチャンバー側への液体送出口に連通し前記秤量空間よりも流路断面積が小さい狭隘流路であり、
   前記マイクロチャンバーに連通する多段の前記送液秤量部の内の複数に設けられた前記狭隘流路が、前記マイクロチャンバーから遠いもの程、流路長が長く形成されている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チップ。
9. 前記マイクロチャンバーと、前記接続流路とに、排気用のガス抜き流路が連通されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のマイクロチップ。
10. 前記マイクロチャンバーと、前記マイクロチャンバーから１番目の送液秤量部を除く全ての送液秤量部の前記秤量空間とに、排気用のガス抜き流路が連通されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
11. 前記各送液秤量部の前記送液空間が、一の位置から二の位置へ前記液体を流通させる流路とされ、
    前記送液空間は、前記液体の流通方向の両端部の一方に気体入口、他方に気体出口を備え、前記送液空間の前記気体入口と前記気体出口との間に前記複数の秤量空間が接続されており、
    前記送液空間から前記秤量空間に液体を導入した後に、前記気体入口から、前記秤量空間から前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする圧力よりも弱い圧力で気体を前記送液空間に圧送して前記送液空間内の液体を取り除くことにより、前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量できることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
12. 前記送液空間が、一の位置に設けられている液入口から二の位置に設けられている液出口へ前記液体を流通させる流路とされ、
    前記液入口から前記送液空間を介して前記秤量空間に液体を導入した後に、前記マイクロチャンバーへの液体の流入を可能にする力よりも弱い遠心力を作用させ、送液空間内の液体を前記液出口から排出して前記送液空間から液体を取り除くことにより、前記液入口と前記液出口との間に接続されている前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量できることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
13. １本の送液空間について設けられる前記複数の秤量空間が、前記一の位置と前記二の位置との間にて前記送液流路の前記液体の流通方向に沿った複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロチップ。
14. 前記送液空間は、液入口が設けられている導入空間部と、この導入空間部から延在し前記導入空間部に連通する基端から液出口が設けられている終端へ前記液体を流通させる配液流路とを具備し、
    前記配液流路は、前記基端からの流路長が大きい所ほど前記基端からの直線距離が大きくなるように延在形成され、
    複数の前記秤量空間が、前記配液流路の前記基端と前記終端との間にて、前記配液流路の前記液体の流通方向に沿った複数箇所に接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のマイクロチップに遠心力を作用させて、前記マイクロチップの複数のマイクロチャンバーに液体を分注する液体分注方法であって、
    前記送液空間から前記秤量空間に液体を導入した後に、前記送液空間の液体を取り除くことにより前記秤量空間の容積に応じた液体を秤量する秤量工程を各送液秤量部について行い、前記秤量工程にて秤量された液体を、前記各送液秤量部の前記秤量空間から、前記マイクロチップに作用させた遠心力により前記マイクロチャンバーに分注することを特徴とする液体分注方法。

Images