JP5059880B2 - フローセル - Google Patents

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Description

本発明は、測定装置により測定が行われる所定の流路とこの流路に試料溶液を流すためのポンプとを備えたフローセルに関するものである。
抗原抗体反応やＤＮＡ断片（ＤＮＡプローブ）とＤＮＡとの結合などの高度な生体分子の識別機能を利用した測定は、臨床検査，生化学分野での測定，および環境汚染物質の測定で重要な技術となっている。この測定としては、例えば、マイクロＴＡＳ（Total Analysis Systems），マイクロコンビナトリアルケミストリ，化学ＩＣ，化学センサ，バイオセンサ，微量分析，電気化学分析，ＱＣＭ測定，ＳＰＲ測定，ＡＴＲ測定などがあるが、このような測定の分野では、測定対象の試料溶液は微量な場合が多い。
このため、上述したような測定においては、微量な試料溶液をこのまま検出部まで移送することで、検体の濃度を低下させることなくより高感度，高効率に測定を行うようにしている。微量な試料溶液の移送を実現する技術としては、基板の上に幅が数百μｍの流路を作製し、シリンジポンプ等による外部からの圧力で溶液を移送させる方法，静電気力で溶液を移送させる方法，エレクトロウエッティング法，加熱による体積変化や気泡の生成により溶液を移送させる方法，および電気浸透流を利用する方法などがある。
しかしながら、これらの方法で微量な試料溶液を移送するためには、例えば、基板（チップ）の上に微細な溝を流路として形成するとともに、同じ基板の上に他の構成部品を設ける必要があり、作製が容易ではない。また、外部からの圧力で試料溶液を移送する場合、流路を構成するチップ以外に、ポンプや配管などの部品が必要となる。この結果、その配管などの移送経路のために試料溶液の無駄が発生することになるので、試料溶液の微量化には限界があった。
また、従来より微量な試料溶液を分析する方法として、濾紙を用いたペーパークロマトグラフィー分析方法が知られている。例えば、生体関連物質の測定としては、簡便で安価な手段として、改良したイムノクロマト法や、イムノコンセントレーション法などが提案されている（文献１：特公平７−０３６０１７号公報、文献２：特開２０００−３２９７６６号公報）。また、プラスチックの構造体に形成された流路に濾紙を配置した測定チップもある（文献３：Amal. Chem. 2005, 77, 7901-7907.）。しかしながら、これらのようなペーパークロマトグラフィー法では、流路の形状などに制限があり、複雑な化学分析が行えないという問題がある。
そこで、近年では、微細加工技術により、基板上または基板内に毛細管現象により試料溶液を移送する流路やポンプとなる領域を形成することが提案されている（文献４：Martin Zimmermann, Heinz Schmid, Patrick Hunziker and Emmanuel Delamarche, “Capillary pumps for autonomous capillary systems”, The Royal Society of Chemistry 2007, Lab Chip, 2007, 7, 119-125, First published as an Advance Article on the web 17th October 2006）。この技術により作成された測定チップは、試料溶液が導入される導入口と、その試料溶液を吸引する毛細管ポンプと、導入口と毛細管ポンプとの間に設けられた測定流路とを備えている。その毛細管ポンプは、内部に天井と底面をつないでいる複数の柱状部材を有する空洞から構成され、柱状部材の間隔は、毛細管現象が発現する程度の寸法とされている。このような測定チップでは、導入口に試料溶液が導入されると、この導入口から測定流路およびポンプへと順次試料溶液が流出し、毛細管ポンプに試料溶液が到達すると毛細管ポンプに生じる毛細管現象により当該試料溶液が吸引される。これにより、導入口に貯留された試料溶液は、毛細管ポンプの吸引力によって、測定流路を介してポンプへと流れていく。
上述したような測定チップにおいて、長時間の測定を行ったり、多くの試料溶液を測定したりするには、毛細管ポンプの容量を大きくすることが望ましい。しかしながら、上述したように従来の毛細管ポンプは、基板とこの基板を覆う部材との間に各構成要素を形成しており、これらの間隔を大きくするには毛細管現象の発現の観点からして限界があるため、容量を増やすには基板や部材をその平面方向に大きくしなければならない。すると、測定チップの平面形状が大きくなってしまい、測定チップ自体のみならず、この測定チップを搭載する測定装置の小型化をも阻害してしまう。
また、例えば飲食品や体液などを対象とする試料溶液では、その種類によって夾雑物が含まれている場合があるので、毛細管ポンプの内部が狭すぎると、その夾雑物が詰まってしまい、安定して動作させることができず、安定した動作を実現するには夾雑物を除去する等の前処理を行う必要があった。
そこで、本願発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、第１の目的としては、平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができるフローセルを提供することにある。
また、第２の目的としては、安定した動作を実現することができるフローセルを提供することにある。
本発明に係るフローセルは、光が透過する第１の基板と、この第１の基板の上に配設された第２の基板と、この第２の基板に形成された開口部と、第１の基板と第２の基板との間に形成され、開口部に一端が接続された流路と、第１の基板と第２の基板との間に形成され、流路の他端が接続されて、開口部より流路を経て到達した液体を、第１の基板および第２の基板により生じる表面張力によって吸引するポンプ部とを備え、このポンプ部は、第１の基板および第２の基板のうち少なくとも一方に形成された凹部と、この凹部内に垂設された複数の柱状部材とからなり、この柱状部材は、第１の基板または第２の基板と接触しないようにしたものである。
また、本発明に係るフローセルは、光が透過する第１の基板と、この第１の基板の上に配設された第２の基板と、この第２の基板の上に配設された第３の基板と、第２の基板および第３の基板に形成された開口部と、第１の基板と第２の基板との間に形成され、開口部に一端が接続された流路と、第１の基板と第２の基板との間、および、第２の基板と第３の基板との間に形成され、流路の他端が接続されて、開口部より流路を経て到達した液体を、第１の基板および第２の基板、並びに、第２の基板および第３の基板のうちの一方により生じる表面張力により吸引するポンプ部とを備えるようにしたものである。
本発明によれば、ポンプ部を構成する凹部に設けた柱状部材が、第１の基板または第２の基板と接触しないように形成することにより、平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。
また、柱状部材が第１の基板または第２の基板と接触しないように形成することにより、柱状部材と第１の基板または第２の基板との間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、夾雑物が吸引ポンプ内部に詰まるのを防ぐことができる。
さらに、本発明によれば、第１の基板と第２の基板との間および第２の基板と第３の基板との間にポンプを形成することにより、平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。
図１は、本発明の第１の実施例に係るフローセルの構成例を示す平面図である。 図２は、図１のI-I線断面図である。 図３は、図１のII-II線断面図である。 図４は、図１のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図５Ａは、突出部の配列を模式的に説明する図である。 図５Ｂは、吸引ポンプの要部断面図である。 図６は、本発明の第２の実施例に係るフローセルの構成例を示す平面図である。 図７は、図６のIII-III線断面図である。 図８は、図６のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図９は、本発明の他の実施例に係るフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図１０は、図９のフローセルの要部断面図である。 図１１は、ＳＰＲ測定装置の構成例を示す構成図である。 図１２は、本発明の第３の実施例に係るフローセルの構成例を示す平面図である。 図１３は、図１２のI-I線断面図である。 図１４は、図１２のII-II線断面図である。 図１５は、図１３のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図１６は、第２の基板を上面側から見た場合の斜視図である。 図１７は、本発明の第４の実施例に係るフローセルの構成例を示す要部断面図である。 図１８は、図１７のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図１９は、本発明に係る他のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図２０は、本発明の第５の実施例に係るフローセルの構成例を示す要部断面図である。 図２１は、本発明の第６の実施例に係るフローセルの構成例を示す要部断面図である。 図２２は、本発明の第７の実施例にかかるフローセルの構成例を示す平面図である。 図２３は、図２２のI-I線断面図である。 図２４は、図２２のII-II線断面図である。 図２５は、図２２のIII-III線断面図である。 図２６は、図２２のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図２７は、吸引ポンプ内部の突出部の一構成例を示す図である。 図２８は、吸引ポンプ内部の突出部の平面および断面形状を示す図である。 図２９は、直線状の流路を流れる試料溶液の様子を示す図である。 図３０Ａは、テーパー状に広がった流路を流れる試料溶液の様子を示す図である。 図３０Ｂは、図３０Ａよりもテーパー状に広がった流路を流れる試料溶液の様子を示す図である。 図３１は、Ｙ流路を流れる試料溶液の様子を示す図である。 図３２は、本発明の第７の実施例における吸引ポンプの動作を説明する図である。 図３３は、本発明の第７の実施例における試料溶液の流速の一例を示す図である。 図３４は、本発明の第８の実施例における突出部の一構成例を示す図である。 図３５は、本発明の第８の実施例における試料溶液の流速の一例を示す図である。 図３６は、本発明の第９の実施例に係るフローセルの構成例を示す平面図である。 図３７は、図３６のI-I線断面図である。 図３８は、図３６のII-II線断面図である。 図３９は、図３６のIII-III線断面図である。 図４０は、図３６のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図４１は、吸入ポンプ内部の突出部の一構成例を示す図である。 図４２は、吸入ポンプ内部の動作を説明する図である。 図４３は、吸入ポンプ内部の突出部の他の構成例を示す図である。 図４４は、本発明の第１０の実施例に係るフローセルの構成例を示す平面図である。 図４５は、図４４のI-I線断面図である。 図４６は、図４４のII-II線断面図である。 図４７は、図４４のフローセルを下面方向から見た場合の分解斜視図である。 図４８Ａは、突出部を一様に形成した空洞部である 図４８Ｂは、突出部の直径および間隔を徐々に変化させた空洞部の要部平面図である。 図４９Ａは、図４８Ａの空洞部を有するフローセルにおける試料流体の流速を示す図である。 図４９Ｂは、図４９Ａの場合の生体反応量を示す図である。 図５０Ａは、図４８Ｂの空洞部を有するフローセルにおける試料流体の流速を示す図である。 図５０Ｂは、図５０Ａの場合の生体反応量を示す図である。 しきい値が直線を描くように設定したフローセルの測定結果を示す図である。 図５２は、本発明の第１１の実施例に係るフローセルを構成する第１の基板と第２の基板の斜視図である。 図５３は、第１１の実施例であるフローセルの断面説明図である。 図５４は、図５３におけるＸ−Ｘ断面図である。 図５５は、表面プラズモン共鳴測定装置の構成を示す簡略図である。 図５６は、本発明の第１２の実施例に係るフローセルを構成する第１の基板と第２の基板の斜視図である。 図５７は、第１２の実施例であるフローセルの断面説明図である。 図５８は、図５７におけるＸ−Ｘ断面図である。 図５９は、本発明の第１３の実施例に係るフローセルを構成する第１の基板と第２の基板の斜視図である。 図６０は、第１３の実施例であるフローセルの断面説明図である。 図６１は、図６０におけるＸ−Ｘ断面図である。 図６２は、他の実施例であるフローセルの断面説明図である。 図６３は、図６２におけるＸ−Ｘ断面図である。 図６４は、第１４の実施例であるフローセルを構成する第１の基板と第２の基板の斜視図である。 図６５は、本発明の第１４の実施例に係るフローセルの断面説明図である。 図６６は、図６５におけるＸ−Ｘ断面図である。 図６７は、表面プラズモン共鳴測定装置の構成を示す簡略図である。 図６８は、本発明の第１５の実施例に係るフローセルを構成する第１の基板と第２の基板の斜視図である。 図６９は、第１５の実施例であるフローセルの断面説明図である。 図７０は、図６９におけるＸ−Ｘ断面図である。 図７１は、本発明の第１６の実施例に係るフローセルの断面説明図である。 図７２は、図７１におけるＸ−Ｘ断面図である。
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
［第１の実施例］
まず、本発明に係る第１の実施例について詳細に説明する。
＜フローセルの構成＞
図１〜図４に示すように、本実施例に係るフローセル１０は、平面視略矩形の第１の基板１１と、この第１の基板１１上に配置される第２の基板１３とから構成されている。これらを積層したフローセル１０には、第２の基板１３を貫通し試料溶液が導入される導入口１４と、第１の基板１１と第２の基板１３との間に形成された２つの吸引ポンプ１７と、この吸引ポンプ１７と導入口１４とを接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口１４に接続し第１の基板１１と第２の基板１３との間に形成された測定流路１５と、一端がこの測定流路１５の他端に接続し第１の基板１１と第２の基板１３との間に形成された抵抗流路１６とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板１１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスから構成され、板厚が１ｍｍ程度で一辺が１６ｍｍ程度の平面視略矩形の形状を有している。また、第１の基板１１の上面、すなわち第１の基板１１の第２の基板１３側の表面には、蒸着、スパッタ、メッキ加工などによりＡｕ層１１ａが設けられている。なお、Ａｕ層１１ａは、上記測定流路１５に対応する部分のみに形成するようにしてもよい。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板１３は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの基板から構成され、第１の基板１１に対応した平面形状を有している。このような第２の基板１３の一側寄りの略中央部には、貫通孔１３１が形成されている。また、第２の基板１３の下面には、一端が貫通孔１３１に接続され上記一側とは反対側の他側に向かって延在する平面視略矩形の溝１３２と、この溝の他端に接続され他側近傍にかけて形成された蛇行溝１３３と、この蛇行溝１３３の両側に形成された２つの凹部１３４とが設けられている。
貫通孔１３１は、第１の基板の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口１４を形成する。
溝１３２は、第１の基板１１の上面とともに、略直方体状の空間からなる測定流路１５を形成する。この測定流路１５の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
蛇行溝１３３は、複数の屈曲部を有するクランク状の平面形状を有している。この屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝１３３の他端は、第２の基板１３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在し隣接する凹部１３４に接続している。このような蛇行溝１３３は、第２の基板１３と接することにより蛇行した抵抗流路１６を形成する。この抵抗流路１６は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
凹部１３４は、第２の基板１３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部１３４ａが形成されている。複数の突出部１３４ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この凹部１３４は、吸引ポンプとして作用する。このような凹部１３４は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部および上記他側寄りの蛇行溝１３３の他端が接続されたのと反対側の角部に、第２の基板１３を貫通する空気孔１３３ｂ〜１３３ｅが形成されている。
突出部１３４ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ所定間隔離間して規則的に並設されている。本実施例においては、図３に示すように、第２の基板１３を第１の基板１１上に配設したときに、突出部１３４ａの第１の基板１１側の端部１３４ａ−１は、第１の基板１１と離間するように形成されている。この端部１３４ａ−１と基板１１との間隔は、毛細管現象が発現する範囲とされる。
上述したような第２の基板１３は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル１０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板１１上に第２の基板１３を載置する。ここで、Ａｕ層１１ａを第１の基板１１の一部のみに設けた場合、測定流路１５を形成する溝１３２が上記Ａｕ層１１ａと当接するように、第１の基板１１上に第２の基板１３を載置する。
このように第１の基板１１上に第２の基板１３を載置すると、これらを互いに固定する。この固定方法としては、当接する第１の基板１１と第２の基板１３の縁部に接着剤を塗布したり、第１の基板１１と第２の基板１３の側部に互いに係合する係合手段を設けたり、第１の基板１１と第２の基板１３の側部に粘着テープなどを貼付したりすることが上げられる。これにより、第１の基板１１と第２の基板１３が互いに固定され、導入口１４，測定流路１５，抵抗流路１６および吸引ポンプ１７を備えたフローセル１０が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル１０の動作について説明する。
まず、導入口１４に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路１５および抵抗流路１６の順で進み、吸引ポンプ１７に流入する。この吸引ポンプ１７の内部は、複数の突出部１３４ａが形成されているので、この突出部１３４ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。したがって、吸引ポンプ１７内部に流入した試料溶液は、その内部を進行していく。なお、この進行する速度は、突出部１３４ａの外形や間隔などの凹部１３４の形状や試料溶液にかかる抵抗等によって変化する。
したがって、導入口１４に注入された試料溶液は、測定流路１５および抵抗流路１６を通って吸引ポンプ１７に流入し、この吸引ポンプ１７内部を進行していく。
ここで、本実施例では、図３に示すように、突出部１３４ａの端部１３４ａ−１が第１の基板１１と接触していないので、その端部１３４ａ−１と第１の基板１１との間に空隙が存在している。これにより、柱状部材が毛細管ポンプの空洞の天井と底面とをつなぐように形成された従来の場合よりも、突出部１３４ａを短くした分だけ吸引ポンプ１７内部の容積が大きくなるので、平面形状を大きくせずに吸引ポンプ１７の容量を大きくすることができる。また、突出部１３４ａの端部１３４ａ−１およびこの端部１３４ａ−１と当接していた第１の基板１１が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食品や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ１７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部１３４ａの端部１３４ａ−１が第１の基板１１に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ１７内部に詰まるのを防ぐことができ安定した動作を実現することができる。
ここで、突出部１３４ａの間隔および端部１３４−１と第１の基板１１との間隔は、吸引ポンプ１７内部に侵入した液体に毛細管力が生じる大きさであれば、適宜自由に設定することができる。すなわち、図５Ａ，図５Ｂに示すように、突出部１３４ａの間隔をａ，ｂ、突出部１３４ａのＺ方向の長さをｃ、端部１３４−１と第１の基板１１との間隔をｄとすると、これらの値は、吸引ポンプ１７内部の液体に毛細管力が働くのであれば、適宜自由に設定することができる。ここで、その液体に夾雑物が含まれる場合、上記値ａ〜ｄは、その夾雑物の大きさに応じて適宜設定される。もし、ｄ＝０で、液体が突出部１３４ａの隙間のみを流れていく場合、その液体に突出部１３４ａの間隔ａ，ｂよりも大きい物質（夾雑物）が含まれると、吸引ポンプ１７内部で目詰まりが発生し、フローセル１が使用不可となってしまう。このような場合、間隔ｄの値をその夾雑物よりも大きくすることにより、目詰まりが起こるのを防ぐことができる。
一例として、液体として搾乳直後（ノンホモジナイズド）の牛乳を用いた場合、牛乳に含まれる最も大きい夾雑物である脂肪球の凝集体の大きさが４０μｍ程度であるので、ａ＝ｂ＝２５μｍとしてもｄ＝１００μｍであれば、フローセル１は、目詰まりを起こさずに吸引することができる。また、血液の場合、血液中に含まれる最大の細胞である赤血球の大きさが７〜８μｍ程度であるので、ａ＝ｂ＝５μｍとしても、ｄ＝２０μｍとすれば、フローセル１は、目詰まりを起こさずに吸引することができる。
なお、本実施例では、溝１３２が平面視略矩形の形状を有し、かつ第２の基板１３の略中央部に設けた場合を例に説明したが、溝１３２がＡｕ層１１ａ上を通過するのであれば、溝１３２の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、溝１３２により構成される測定流路１５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、貫通孔１３１が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、貫通孔１３１の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、凹部１３４が平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、凹部１３４の平面形状は略矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、凹部１３４内部に形成された突出部１３４ａの形状についても、凹部１３４内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
なお、上述した本実施例において、凹部１３４を第２の基板１３に設けた場合を例に説明したが、その凹部は、第１の基板１１に設けるようにしてもよい。この場合、第１の基板１１の上面側にその凹部を形成すればよい。このようにしても、上述したのと同等の作用効果を得ることができる。
また、本実施例において、抵抗流路１６を設けた場合を例に説明したが、これは設けないようにしてもよい。
［第２の実施例］
次に、本発明に係る第２の実施例について、詳細に説明する。なお、本実施例は、上述した第１の実施例の第１の基板と第２の基板との間にさらにシート状部材を設けたものである。したがって、本実施例において、上述した第１の実施例と同等の構成要素については、同じ名称を付し、適宜説明を省略する。
＜フローセルの構成＞
図６〜図８に示すように、本実施例に係るフローセル２０は、平面視略矩形の第１の基板２１と、この第１の基板２１上に配設されるシート状部材２２と、このシート状部材２２上に配設される第２の基板２３とから構成されている。これらを積層したフローセル２０には、第２の基板２３を貫通し試料溶液が導入される導入口２４と、シート状部材２２と第２の基板２３との間に形成された２つの吸引ポンプ２７と、この吸引ポンプ２７と導入口２４とを接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口２４に接続し第１の基板２１と第２の基板２３との間にあるシート状部材２２内に形成された測定流路２５と、一端がこの測定流路２５の他端に接続しシート状部材２２と第２の基板２３との間に形成された抵抗流路２６とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板２１は、上述した第１の実施例の第１の基板１１と同等の形状および構成を有し、上面には、Ａｕ層２１ａが選択的に設けられている。
≪シート状部材≫
シート状部材２２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板２１に対応した平面形状を有している。このようなシート状部材２２には、略中央部に設けられた平面視略矩形のスリット２２１と、このスリット２２１の一端に接続された平面視略円形の開口部２２２とが形成されている。ここで、スリット２２１は、長手方向がシート状部材２２の何れかの側部と略平行になるように形成されている。
上述したスリット２２１は、第１の基板２１の上面および第２の基板２３の下面とともに、略直方体状の空間からなる測定流路２５を形成する。この測定流路２５の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
このようなシート状部材２２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板２３は、上述した第１の実施例における第２の基板１３から溝１３２を除いた構成を有し、一側寄りの略中央部には、貫通孔２３１が形成されている。また、第２の基板２３の下面には、略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝２３２と、この蛇行溝２３２の両側に形成された２つの凹部２３３とが設けられている。
貫通孔２３１は、開口部２２２と同等の平面形状に形成されている。
蛇行溝２３２は、複数の屈曲部を有し、上記一側と上記他側との距離方向に対して垂直な方向に繰り返し折り曲げられたクランク状の平面形状を有している。その屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝２３２の他端は、第２の基板２３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在し隣接する凹部２３３に接続している。
凹部２３３は、第２の基板２３の下面から上面に向けて設けられ、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部２３３ａが設けられている。複数の突出部２３３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この凹部２３３は、吸引ポンプとして作用する。このような凹部２３３は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部および上記他側寄りの蛇行溝２３２の他端が接続されたのと反対側の角部に、第２の基板２３を貫通する空気孔２３３ｂ〜２３３ｅが形成されている。
上述した貫通孔２３１は、開口部２２２および第１の基板２１の上面とともに、第１の基板２１の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口２４を形成する。
また、上述した蛇行溝２３２は、第２の基板２３とシート状部材２２とが接することにより蛇行した抵抗流路２６を形成する。この抵抗流路２６は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
また、上述した凹部２３３における突出部２３３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ所定間隔離間して規則的に並設されている。本実施例においては、図７に示すように、第２の基板２３をシート状部材２２上に配設したときに、突出部２３３ａの第１の基板１１側の端部２３３ａ−１はシート状部材２２と離間するように形成されている。この端部２３３ａ−１とシート状部材２２との間隔は、毛細管現象が発現する範囲とされる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル２０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板２１上にシート状部材２２を載置する。ここで、Ａｕ層２１ａを第１の基板２１の一部のみに設けた場合、測定流路２５を形成するスリット２２１が上記Ａｕ層２１ａ上に位置するように、第１の基板２１上にシート状部材２２を載置する。
次に、貫通孔２３１と開口部２２２とが連続し、かつ蛇行溝２３２の一端がスリット２２１の他端内部に位置するように、シート状部材２２上に第２の基板２３を載置する。
このように第１の基板２１、シート状部材２２および第２の基板２３を積層し、これらを第１の基板２１の下面側と第２の基板１３の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなるシート状部材２２を介して第１の基板２１と第２の基板２３が互いに固定され、導入口２４，測定流路２５，抵抗流路２６および吸引ポンプ２７を備えたフローセル２０が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル２０の動作について説明する。
本実施例においても、上述した第１の実施例と同様、吸引ポンプ２７内部に複数の突出部２３３ａが形成されているので、導入口２４に注入された試料溶液は、吸引ポンプ２７に吸引されて、測定流路２５および抵抗流路２６を通過し、吸引ポンプ２７に到達する。
ここで、本実施例においても、図７に示すように、突出部２３３ａの端部２３３ａ−１がシート状部材２２と接触していないので、その端部２３３ａ−１とシート状部材２２との間に空隙が存在している。これにより、柱状部材が毛細管ポンプの空洞の天井と底面とをつなぐように形成された従来の場合よりも、突出部２３３ａを短くした分だけ吸引ポンプ２７内部の容積が大きくなるので、平面形状を大きくせずに吸引ポンプ２７の容量を大きくすることができる。また、突出部２３３ａの端部２３３ａ−１およびこの端部２３３ａ−１と当接していた第１の基板２１が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食品や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ２７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部２３３ａの端部２３３ａ−１が第１の基板１１に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ１７内部に詰まるのを防ぐことができ安定した動作を実現することができる。
なお、本実施例では、突出部２３３ａを第２の基板２３側に短く形成することにより、その端部２３３ａ−１とシート状部材２２との間に空隙を形成するようにしたが、この空隙を形成する構成はこれに限定されず、適宜自由に設定することができる。例えば、図９，図１０に示すフローセル３０のように、シート状部材２２に凹部２３３の平面形状に対応する開口２２３を形成するようにしてもよい。この場合、端部２３３ａ−１は、第２の基板１３側に短くしなくても、その端部２３３ａ−１と第１の基板２１との間に空隙が形成されるので、図６，図７で示したフローセル２０と同様の作用効果を得ることができる。
また、図９，図１０に示すフローセル３０において、シート状部材２２に形成されたスリット２２１は、第２の基板２３に設けるようにしてもよい。この場合、測定流路２５の深さは、第２の基板２３にスリット２２１を彫り込む深さによって決まり、吸引ポンプ２７の突出部２３３ａの端部２３３ａ−１と第１の基板２１との間隔は、シート状部材２２の厚さによって決まる。したがって、測定流路２５の深さと、端部２３３ａ−１と第１の基板２１の間の空隙の間隔とは、それぞれ独立に設定できるので、それぞれをより容易に所望する大きさに形成することができる。
また、本実施例では、スリット２２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材２２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット２２１がＡｕ層２１ａ上を通過するのであれば、スリット２２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット２２１により構成される測定流路２５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部２２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部２２２が第２の基板２３の貫通孔２３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部２２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例において、抵抗流路２６を設けた場合を例に説明したが、これは設けないようにしてもよい。
＜フローセルの適用例＞
ここで、上述した第１，第２の実施例に例示したフローセルの適用例について簡単に説明する。上述したフローセルは、よく知られた表面プラズモン共鳴現象を利用した測定に用いられる（文献５：特開２００１−１９４２９８号公報、文献６：特開２００２−２１４１３１号公報）。表面プラズモン共鳴現象を利用した測定は、測定対象の検体が接触した金属の表面における、エバネッセント波と表面プラズモン波との共鳴を用いるものである。
この測定では、図１１に示すように、光源９００１から出射された光を入射側レンズ９００２で集光してプリズム９００３に入射させ、プリズム９００３の測定部９００４に密着させているフローセル９００５のＡｕ膜に照射する。このＡｕの薄膜の表面に検体が接触して配置され、Ａｕの薄膜の裏面に、フローセル９００５を透過してきた集光光が照射される。このようにして照射された集光光は、Ａｕの薄膜の裏面で反射し、いわゆるＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子よりなる光検出部９００６で強度（光強度）が測定され、上記共鳴が起こる角度で反射率が低くなる谷が観測される。
このような測定では、Ａｕ膜の表面（検出部側）に固定された抗体やＤＮＡ断片に、選択的に結合する検体の有無を検出するものであるが、検出部に試料溶液を配置した状態では、対象となる検体と抗体とが反応したことによる変化と、検出部に異物が沈降して堆積した状態による変化との区別がない。これに対し、検出部において試料溶液が流れているようにすることで、異物の沈降が抑制されるようになり、上述した反応による変化を選択的に検出できるようになる。
［第３の実施例］
次に、本発明に係る第３の実施例について詳細に説明する。
＜フローセルの構成＞
図１２〜図１６に示すように、本実施例に係るフローセル４０は、平面視略矩形の第１の基板４１と、この第１の基板４１上に配設される第１のシート状部材４２と、この第１のシート状部材４２上に配設される第２の基板４３と、この第２の基板４３上に配設される第２のシート状部材４４とから構成されている。これらを積層したフローセル４０には、第１のシート状部材４２，第２の基板４３および第２のシート状部材４４を貫通し試料溶液が導入される導入口４５と、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された第１の吸引ポンプ４８と、第２の基板４３と第２のシート状部材４４との間に形成された第２の吸引ポンプ４９と、第１の吸引ポンプ４８と導入口４５と接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口４５に接続し第１のシート状部材４２内に形成され外部装置により測定光等が照射される測定流路４６と、一端が測定流路４６に他端が第１の吸引ポンプ４８に接続し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された抵抗流路４７とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板４１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスから構成され、板厚が１ｍｍ程度で一辺が１６ｍｍ程度の平面視略矩形の形状を有している。また、第１の基板４１の上面、すなわち第１の基板４１の第１のシート状部材４２側の表面には、蒸着、スパッタ、メッキ加工などによりＡｕ層４１ａが設けられている。なお、Ａｕ層４１ａは、上記測定流路４６に対応する部分のみに形成するようにしてもよい。
≪第１のシート状部材≫
第１のシート状部材４２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板４１に対応した平面形状を有している。このような第１のシート状部材４２には、略中央部に設けられた平面視略矩形のスリット４２１と、このスリット４２１の一端に接続された平面視略円形の開口部４２２とが形成されている。ここで、スリット４２１は、長手方向が第１のシート状部材４２の何れかの側部と略平行になるように形成されている。
上述したスリット４２１は、第１の基板４１の上面および第２の基板４３の下面とともに、略直方体状の空間からなる測定流路４６を形成する。この測定流路４６の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
このような第１のシート状部材４２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板４３は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの基板から構成され、第１の基板４１および第１のシート状部材４２に対応した平面形状を有している。このような第２の基板４３の一側寄りの略中央部には、貫通孔４３１が形成されている。また、第２の基板４３の下面には、略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝４３２と、この蛇行溝４３２の両側に形成された２つの第１の空洞部４３３とが設けられている。また、第２の基板４３の上面には、図１６に示すように、貫通孔４３１の周囲に形成された第２の空洞部４３４が設けられている。
貫通孔４３１は、開口部４２２と同等の平面形状に形成されている。
蛇行溝４３２は、複数の屈曲部を有するクランク状の平面形状を有している。この屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝４３２の他端は、第２の基板４３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在し隣接する第１の空洞部４３３に接続している。
第１の空洞部４３３は、第２の基板４３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４３３ａが形成されている。複数の突出部４３３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この第１の空洞部４３３は、第１の吸引ポンプ４８として作用する。このような第１の空洞部４３３は、上記一側寄りの端部に、第１の空洞部４３３と第２の空洞部４３４とを連通する空気孔４３３ｂ，４３３ｃが形成されている。また、上記他側寄りの蛇行溝４３２の他端が接続されたのと反対側の角部には、連通孔４３３ｄ，４３３ｅが形成されている。
第２の空洞部４３４は、第２の基板４３の上面から下面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその底面から上方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４３４ａが設けられている。複数の突出部４３４ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この第２の空洞部４３４は、第２の吸引ポンプ４９として作用する。このような第２の空洞部４３４は、第２の基板４３の中央部の周囲を取り囲むように平面視略「コ」の字状に形成され、第２の基板４３における上記一側寄りの両端部には、上記空気孔４３３ｂ，４３３ｃの一端が接続されている。一方、上記他側寄りの角部には、連通孔４３３ｄ，４３３ｅの一端が接続されている。
上述した貫通孔４３１は、第１の基板４１の上面、開口部４２２および後述する第２のシート状部材４４の開口部４４１とともに、第１の基板の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口４５を形成する。
また、上述した蛇行溝４３２は、第２の基板４３と第１のシート状部材４２とが接することにより蛇行した抵抗流路４７を形成する。この抵抗流路４７は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
上述した連通孔４３３ｄ，４３３ｅは、毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。一方、上述した空気孔４３３ｂ，４３３ｃは、連通孔４３３ｄ，４３３ｅよりも大きな断面寸法とされる。したがって、空気孔４３３ｂ，４３３ｃ内部では試料溶液に働く毛細管力が小さくなるので、試料溶液は、連通孔４３３ｄ，４３３ｅを優先的に流れることとなる。
上述したような第２の基板４３は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
≪第２のシート状部材≫
第２のシート状部材４４は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板４１、第１のシート状部材４２および第２の基板４３に対応した平面形状を有している。このような第２のシート状部材４４には、上記一側寄りに設けられた平面視略円形の開口部４４１と、この開口部４４１の両側でかつ上記一側寄りに設けられた２つの平面視略矩形の孔部４４２とが形成されている。ここで、孔部４４２は、長手方向が上記一側の延在方向に沿って形成されており、空気孔４３３ｂ，４３３ｃと同等の平面形状を有する。
このような第２のシート状部材４４は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル４０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板４１上に第１のシート状部材４２を載置する。ここで、Ａｕ層４１ａを第１の基板４１の一部のみに設けた場合、測定流路４６を形成するスリット４２１が上記Ａｕ層４１ａと当接するように、第１の基板４１上に第１のシート状部材４２を載置する。
次に、貫通孔４３１と開口部４２２とが連続し、かつ蛇行溝４３２の一端がスリット４２１の他端内部に位置するように、第１のシート状部材４２上に第２の基板４３を載置する。
次に、開口部４４１と貫通孔４３１とが連続し、かつ孔部４４２が孔部４３３ｂ、４３３ｃと連続するように、第２の基板４３上に第２のシート状部材４４を載置する。
このように第１の基板４１，第１のシート状部材４２，第２の基板４３および第２のシート状部材４４を積層すると、これらを第１の基板４１の下面側と第２のシート状部材４４の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなる第１のシート状部材４２を介して第１の基板４１と第２の基板４３が互いに固定されるとともに、第２のシート状部材４４により第２の基板４３の上面が覆われることによって、導入口４５，測定流路４６，抵抗流路４７，第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９を備えたフローセル４０が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル４０の動作について説明する。
まず、導入口４５に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路４６および抵抗流路４７の順で進み、第１の吸引ポンプ４８に流入する。この第１の吸引ポンプ４８内部は、複数の突出部４３３ａが形成されているので、この突出部４３３ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。したがって、第１の吸引ポンプ４８内部に流入した試料溶液は、その内部を進行していく。なお、この進行する速度は、突出部４３３ａの外形や間隔などの第１の空洞部４３３の形状や試料溶液にかかる抵抗等によって変化する。
この第１の吸引ポンプ４８に到達した試料溶液は、毛細管現象により、第１の空洞部４３３内部を蛇行溝４３２の他端側から空気孔４３３ｂ，４３３ｃに向かって、言い換えると第２の基板４３の他側から一側（Ｙ方向の正の向き）に向かって進行する。この過程で、試料溶液は、連通孔４３３ｄ，４３３ｅに到達する。この連通孔４３３ｄ，４３３ｅは、毛細管現象が発現する寸法に形成されている。したがって、連通孔４３３ｄ，４３３ｅに到達すると、試料溶液は、その連通孔４３３ｄ，４３３ｅを通って第２の基板４３の上面側に形成された第２の空洞部４３４により構成される第２の吸引ポンプ４９に侵入する。この第２の吸引ポンプ４９に侵入すると、試料溶液は、第１の吸引ポンプ４８の場合と同様、空気孔４３３ｂ，４３３ｃに向かって、言い換えると第２の基板４３の他側から一側（Ｙ方向の正の向き）に向かって進行する。これにより、試料溶液は、第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９内部を、Ｙ方向の正の向きに向かって進行していく。
Ｙ方向の正の向きに進行していくと、試料溶液は、空気孔４３３ｂ，４３３ｃに到達する。この空気孔４３３ｂ，４３３ｃは、連通孔４３３ｄ，４３３ｅよりも断面積が大きく形成されており、内部に存在する液体に対して毛細管力が少ししか働かない。したがって、空気孔４３３ｂ，４３３ｃに到達すると、試料溶液は、進行を停止または空気孔４３３ｂ，４３３ｃ内部を少ししか進行しない。これにより、第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９による試料溶液の吸引動作は終了する。このとき、第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９内部に滞留していた空気は、上述したように試料溶液が一様にＹ方向の正の向きに進行するため、空気孔４３３ｂ，４３３ｃから外部に放出される。これにより、第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９内部に空気が滞留するのを防ぐことができる。
このように、本実施例によれば、第１の基板と第２の基板との間および第２の基板と第３の基板との間にポンプを形成することにより、平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。具体的には、第２の基板４３の下面側および上面側に第１の空洞部４３３および第２の空洞部４３４を形成し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間および第２の基板４３と第３のシート状部材４４との間に第１の吸引ポンプ４８または第２の吸引ポンプ４９を設けることにより、フローセル４０における吸引ポンプの容量を第２の基板４３の厚さ方向に増加させることができるので、結果として、フローセル４０の平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。
なお、本実施例では、スリット４２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材４２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット４２１がＡｕ層４１ａ上を通過するのであれば、スリット４２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット４２１により構成される測定流路４６の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部４２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部４２２が第２の基板４３の貫通孔４３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部４２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、貫通孔４３１や開口部４４１の平面形状についても、略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、第１の空洞部４３３が平面視略矩形、第２の空洞部４３４が平面視略「コ」の字状の形状を有する場合を例に説明したが、第１，第２の空洞部４３３，４３４の平面形状は上記形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、第１，第２の空洞部４３３，４３４内部に形成された突出部４３３ａ，４３４ａの形状についても、第１，２の空洞部４３３，４３４内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、抵抗流路４７を設けた場合を例に説明したが、この抵抗流路４７は設けず、測定流路４６と第１の吸引ポンプ４８とを直接に接続するようにしてもよい。また、抵抗流路４７の形状、すなわち蛇行溝４３２の形状についても、上述したクランク状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、第１のシート状部材４２を設けるようにしたが、これを設けないようにしてもよい。この場合、第１のシート状部材４２に形成された各スリットを第１の基板４１または第２の基板４３に形成し、これらの側部に係着する部材を設けて互いを接合したり、接着剤などにより互いを接着したりすることにより実現することができる。
［第４の実施例］
次に、本発明に係る第２の実施例について詳細に説明する。なお、本実施例は、上述した第３の実施例で示したフローセルに、さらに第３の基板と第３のシート状部材とを設けたものである。したがって、本実施例において、上述した第３の実施例と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
＜フローセルの構成＞
図１６〜図１８に示すように、本実施例に係るフローセル５０は、平面視略矩形の第１の基板４１と、この第１の基板４１上に配設される第１のシート状部材４２と、この第１のシート状部材４２上に配設される第２の基板４３と、この第２の基板４３上に配設される第２のシート状部材４４と、この第２のシート状部材４４上に配設される第３の基板５１と、この第３の基板５１上に配設される第３のシート状部材５２とから構成されている。これらを積層したフローセル５０には、第１のシート状部材４２，第２の基板４３，第２のシート状部材４４，第３の基板５１，第３のシート状部材５２を貫通し試料溶液が導入される導入口４５と、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された第１の吸引ポンプ４８と、第２の基板４３と第２のシート状部材４４との間に形成された第２の吸引ポンプ４９と、第２のシート状部材４４と第３の基板５１との間に形成された第３の吸引ポンプ５３と、第３の基板５１と第３のシート状部材５２との間に形成された第４の吸引ポンプ５４と、第１の吸引ポンプ４８と導入口４５と接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口４５に接続し第１のシート状部材４２内に形成され外部装置により測定光等が照射される測定流路４６と、一端が測定流路４６に他端が第１の吸引ポンプ４８に接続し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された抵抗流路４７とから構成されている。
≪第２のシート状部材≫
上述したように、第２のシート状部材４４は、第１の基板４１、第１のシート状部材４２および第２の基板４３に対応した平面形状を有し、上記一側寄りに設けられた平面視略円形の開口部４４１と、この開口部４４１の両側でかつ上記一側寄りに設けられた２つの平面視略矩形の孔部４４２とが形成されている。また、開口部４４１の両側でかつ上記他側寄りに設けられた連通孔４４３も形成されている。この連通孔４４３は、毛細管現象が発現する程度の範囲の寸法となっている。
≪第３の基板の構成≫
第３の基板５１は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの透明な基板から構成され、第１の基板４１等に対応した平面形状を有している。このような第３の基板５１の一側寄りの略中央部には、貫通孔５１１が形成されている。また、第３の基板５１の下面には、貫通孔５１１の周囲に形成された第３の空洞部５１２が設けられている。また、第３の基板５１の上面には、貫通孔５１１の周囲に形成された第４の空洞部５１３が設けられている。
第３の空洞部５１２は、第３の基板５１の下面から上面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部５１２ａが形成されている。複数の突出部５１２ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この第３の空洞部５１２は、第３の吸引ポンプ５３として作用する。このような第３の空洞部５１２は、第３の基板５１の中央部の周囲を取り囲むように平面視略「コ」の字状に形成され、第３の基板５１における上記一側寄りの端部には、第３の空洞部５１２と第４の空洞部５１３とを連通する空気孔５１２ｂ，５１２ｃが形成されている。また、上記他側寄りの角部には、連通孔５１２ｄ，５１２ｅが形成されている。
第４の空洞部５１３は、図１６によく示されるように、第３の基板５１の上面から下面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその底面から上方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部５１３ａが形成されている。複数の突出部５１３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この第４の空洞部５１３は、第４の吸引ポンプ５４として作用する。このような第４の空洞部５１３は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部には、空気孔５１２ｂ，５１２ｃが接続されている。一方、上記他側寄りの角部には、連通孔５１２ｄ，５１２ｅの一端が接続されている。
上述したような第３の基板５１は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
≪第３のシート状部材≫
第３のシート状部材５２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板４１等に対応した平面形状を有している。このような第３のシート状部材５２には、一側寄りに設けられた平面視略円形の開口部５２１と、この開口部５２１の両側でかつ上記一側寄りに設けられた２つの平面視略矩形の孔部５２２とが形成されている。この孔部５２２は、上述した空気孔４３３ｂ、４３３ｃと同等の形状に形成されている。
このような第３のシート状部材５２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル５０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の実施例と同様の手順により、第１の基板４１，第１のシート状部材４２，第２の基板４３および第２のシート状部材４４を積層する。
次に、貫通孔５１１と開口部４４１、第３の空洞部５１２の上記一側寄りの端部とこの端部に対応する孔部４４２、および、連通孔５１２ｄ，５１２ｅと連通孔４４３とがそれぞれ連続するように、第２のシート状部材４４上に第３の基板５１を載置する。
次に、開口部５２１と貫通孔５１１、および、孔部５２２と空気孔５１２ｂ，５１２ｃとがそれぞれ連続するように、第３の基板５１上に第３のシート状部材５２を載置する。
このように第１の基板４１，第１のシート状部材４２，第２の基板４３，第２のシート状部材４４，第３の基板５１および第３のシート状部材５２を積層すると、これらを第１の基板４１の下面側と第３のシート状部材５２の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなる第１のシート状部材４２と第２のシート状部材４４を介して第１の基板４１と第２の基板４３および第２の基板４３と第３の基板５１が互いに固定され、かつ、第３のシート状部材５２により第３の基板５１の上面が覆われることによって、導入口４５，測定流路４６，抵抗流路４７，第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３および第４の吸引ポンプ５４を備えたフローセル５０が完成する。
このとき、第２の基板４３の連通孔４３３ｄ，４３３ｅと、第２のシート状部材４４の２つの連通孔４４３と、第３の基板５１の連通孔５１２ｄ，５１２ｅとは、Ｚ方向に沿って連続している。同様に、第２の基板４３の空気孔４３３ｂ、４３３ｃと、第２のシート状部材４４の孔部４４２と、第３の基板５１の空気孔５１２ｂ、５１２ｃと、第３のシート部材５２の孔部５２２とは、Ｚ方向に沿って連続している。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル５０の動作について説明する。
上述したように、導入口４５に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路４６および抵抗流路４７の順で進み、第１の吸引ポンプ４８に流入する。この第１の吸引ポンプ４８内部は、複数の突出部４３３ａが形成されているので、この突出部４３３ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。したがって、第１の吸引ポンプ４８内部に流入した試料溶液は、その内部を進行していく。なお、この進行する速度は、突出部４３３ａの外形や間隔などの空洞部４３３の形状や試料溶液にかかる抵抗等によって変化する。
この第１の吸引ポンプ４８に到達した試料溶液は、毛細管現象により、第１の空洞部４３３内部を蛇行溝４３２の他端側から空気孔４３３ｂ，４３３ｃに向かって、言い換えると第２の基板４３の他側から一側（Ｙ方向の正の向き）に向かって進行する。この過程で、試料溶液は、連通孔４３３ｄ，４３３ｅに到達する。この連通孔４３３ｄ，４３３ｅは、毛細管現象が発現する寸法に形成されている。したがって、連通孔４３３ｄ，４３３ｅに到達すると、試料溶液は、その連通孔４３３ｄ，４３３ｅを通って第２の基板４３の上面側に形成された第２の空洞部４３４により構成される第２の吸引ポンプ４９に侵入する。
また、連通孔４３３ｄ，４３３ｅの上方には、第２のシート状部材４４の２つの連通孔４４３が連続して形成されている。したがって、連通孔４３３ｄ，４３３ｅを通って第２の空洞部４３４に侵入した試料溶液は、連通孔４４３を通って第３の基板５１の下面側に形成された第３の空洞部５１２により構成される第３の吸引ポンプ５３に侵入する。
同様に、連通孔４４３の上方には、第３の基板５１の連通孔５１２ｄ，５１２ｅが連続して形成されている。したがって、第３の吸引ポンプ５３に侵入した試料溶液は、連通孔５１２ｄ，５１２ｅを通って第３の基板５１の上面側に形成された第４の空洞部５１３により構成される第４の吸引ポンプ５４に侵入する。
このようにして、第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３および第４の吸引ポンプ５４に侵入した試料溶液は、それぞれの内部をＹ方向の正の向きに向かって進行していく。
Ｙ方向の正の向きに進行していくと、試料溶液は、空気孔４３３ｂ，４３３ｃまたは空気孔５１２ｂ，５１２ｃに到達する。これらの空気孔４３３ｂ，４３３ｃ，５１２ｂ，５１２ｃは、連通孔４３３ｄ，４３３ｅ，５１２ｄ，５１２ｅなどよりも断面積が大きく形成されており、内部に存在する液体に対して毛細管力が少ししか働かない。したがって、空気孔４３３ｂ，４３３ｃ，５１２ｂ，５１２ｃに到達すると、試料溶液は、進行を停止またはそれらの空気孔の内部を少ししか進行しない。これにより、第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３および第４の吸引ポンプ５４による試料溶液の吸引動作は終了する。このとき、第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３および第４の吸引ポンプ５４内部に滞留していた空気は、上述したように試料溶液が一様にＹ方向の正の向きに進行するため、空気孔４３３ｂ，４３３ｃ，５１２ｂ，５１２ｃから外部に放出される。これにより、第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３および第４の吸引ポンプ５４内部に空気が滞留するのを防ぐことができる。
このように、本実施例によれば、第１の基板４１，第１のシート状部材４２，第２の基板４３，第２のシート状部材４４，第３の基板５１および第３のシート状部材５２を積層し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３の間、第２の基板４３と第２のシート状部材４４の間、第２のシート状部材４４と第３の基板５１の間、および、第３の基板５１と第３のシート状部材５２の間に、第１の吸引ポンプ４８，第２の吸引ポンプ４９，第３の吸引ポンプ５３，第４の吸引ポンプ５４を形成することにより、フローセル５０における吸引ポンプの容量を第２の基板４３等の厚さ方向に増加させることができるので、結果として、フローセル５０の平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。
なお、本実施例においては、第３の基板５１の両面に空洞部を設けるようにしたが、下面のみに設けるようにしてもよい。
また、本実施例では、第１の基板４１，第１のシート状部材４２，第２の基板４３，第２のシート状部材４４，第３の基板５１および第３のシート状部材５２を積層するようにしたが、ポンプの容量に応じてさらにシート状部材と基板とを積層するようにしてもよい。この場合、第３の基板５１の上に、第２のシート状部材４４と第３の基板５１をこの組でポンプの容量に応じて数量だけ積層し、最上層の第３の基板５１の上に第３のシート状部材５２を積層すればよい。これにより、さらに容量の大きなポンプを有するフローセルを実現することができる。
また、図１９に示すように、上述した第１の実施例で説明したフローセル４０において、第２のシート状部材４４上に、第２の基板４３および第２のシート状部材４４を積層するようにしてもよい。この場合は、第２の基板４３と第２のシート状部材４４に、それぞれを連続する貫通孔４３５，４４５を設ければよい。具体的には、第２の基板４３には、蛇行溝４３２の開放端をＺ方向に貫通する貫通孔４３５を設ける。また、第２のシート状部材４４には、第２の基板４３上に第２のシート状部材４４を載置したときに上記貫通孔に対応する位置に貫通孔４４５を設ける。これらの貫通孔４３５，４４５は、毛細管現象が発現する程度の寸法とされる。このような構成を有するフローセル６０において、導入口４５に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、測定流路４６を通過し抵抗流路４７に到達する。すると、試料溶液は、抵抗流路４７を進行するとともに、抵抗流路４７の一端に設けられた貫通孔４３５およびこれと連続する第２のシート状部材４４に設けられた貫通孔４４４により、各第１の吸引ポンプ４８および第２の吸引ポンプ４９に侵入し、Ｙ方向の正の向きに進行していく。したがって、このような構成とすることによっても、フローセル６０における吸引ポンプの容量を第２の基板４３の厚さ方向に増加させることができるので、結果として、フローセル６０の平面形状を大きくせずにポンプの容量を大きくすることができる。
なお、図１９の場合、最上層の第２のシート状部材４４には、貫通孔４４５を設けなくてよい。
［第５の実施例］
次に、本発明に係る第５の実施例について詳細に説明する。なお、本実施例は、上述した第３の実施例で示したフローセル４０の突出部４３３ａおよび４３４ａの端部を開放端としたものである。したがって、本実施例において、上述した第３の実施例と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
＜フローセルの構成＞
図２０に示すように、本実施の形態に係るフローセル７０は、第１の基板４１と、この第１の基板４１上に配設される第１のシート状部材４２と、この第１のシート状部材４２上に配設される第２の基板４３と、この第２の基板４３上に配設される第２のシート状部材４４とから構成されている。これらを積層したフローセル７０には、第３の実施例で示したフローセル４０と同様、第１のシート状部材４２，第２の基板４３および第２のシート状部材４４を貫通し試料溶液が導入される導入口４５と、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された第１の吸引ポンプ４８と、第２の基板４３と第２のシート状部材４４との間に形成された第２の吸引ポンプ４９と、第１の吸引ポンプ４８と導入口４５と接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口４５に接続し第１のシート状部材４２内に形成され外部装置により測定光等が照射される測定流路４６と、一端が測定流路４６に他端が第１の吸引ポンプ４８に接続し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された抵抗流路４７とから構成されている。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板４３は、一側寄りの略中央部に形成された貫通孔４３１と、下面の略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝４３２と、この蛇行溝４３２の両側に形成された２つの第１の空洞部４３３と、上面の貫通孔４３１の周囲に形成された第２の空洞部４３４とが設けられている。
ここで、第１の空洞部４３３は、第２の基板４３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４７３ａが形成されている。この突出部４７３ａの端部は、第２の基板４３を水平面上に載置した場合、第２の基板４３の下面よりも鉛直上方に位置するように形成されている。したがって、第２の基板４３を第１のシート状部材４２上に載置したとき、突出部４７３ａは、開放端となる、すなわち突出部４７３ａが第１のシート状部材４２に接触せず、これらの間には空間が存在することとなる。このときの突出部４７３ａの端部と第１のシート状部材４２の間隔、および、複数の突出部４７３ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第１の空洞部４３３は第１の吸引ポンプ４８として作用する。
また、第２の空洞部４３４は、第２の基板４３の上面から下面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその底面から上方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４７４ａが形成されている。この突出部４７４ａの端部は、第２の基板４３を水平面上に載置した場合、第２の基板４３の上面よりも鉛直下方に位置するように形成されている。したがって、第２の基板４３上に第２のシート部材４４を載置した場合、突出部４７４ａは、開放端となる、すなわち突出部４７４ａの端部と第２のシート状部材４４とが接触せず、これらの間に空間が存在することとなる。このときの突出部４７４ａの端部と第２のシート状部材４４の間隔、および、複数の突出部４７４ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第２の空洞部４３４は第２の吸引ポンプ４９として作用する。
このような構成とすることにより、本実施例にかかるフローセル７０は、第３の実施例で示したフローセル４０よりも各吸引ポンプ内部の容積が大きくなるので、各吸引ポンプの容量を大きくすることができる。また、各突出部の端部およびこの端部と当接していたシート状部材の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食品や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部の端部がシート状部材に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ内部に詰まるのを防ぐことができる。
［第６の実施例］
次に、本発明に係る第６の実施例について詳細に説明する。なお、本実施例は、上述した第４の実施例で示したフローセル５０の突出部４３３ａ、４３４ａ、５１２ａおよび５１３ａの端部を開放端としたものである。したがって、本実施例において、上述した第４の実施例と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
＜フローセルの構成＞
図２１に示すように、本実施例に係るフローセル８０は、第１の基板４１と、この第１の基板４１上に配設される第１のシート状部材４２と、この第１のシート状部材４２上に配設される第２の基板４３と、この第２の基板４３上に配設される第２のシート状部材４４と、この第２のシート状部材４４上に配設される第３の基板５１と、この第３の基板５１上に配設される第３のシート状部材５２とから構成されている。これらを積層したフローセル８０には、第５の実施の形態で示したフローセル５０と同様、第１のシート状部材４２，第２の基板４３，第２のシート状部材４４，第３の基板５１，第３のシート状部材５２を貫通し試料溶液が導入される導入口４５と、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された第１の吸引ポンプ４８と、第２の基板４３と第２のシート状部材４４との間に形成された第２の吸引ポンプ４９と、第２のシート状部材４４と第３の基板５１との間に形成された第３の吸引ポンプ５３と、第３の基板５１と第３のシート状部材５２との間に形成された第４の吸引ポンプ５４と、第１の吸引ポンプ４８と導入口４５と接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口４５に接続し第１のシート状部材４２内に形成され外部装置により測定光等が照射される測定流路４６と、一端が測定流路４６に他端が第１の吸引ポンプ４８に接続し、第１のシート状部材４２と第２の基板４３との間に形成された抵抗流路４７とから構成されている。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板４３は、一側寄りの略中央部に形成された貫通孔４３１と、下面の略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝４３２と、この蛇行溝４３２の両側に形成された２つの第１の空洞部４３３と、上面の貫通孔４３１の周囲に形成された第２の空洞部４３４とが設けられている。
ここで、第１の空洞部４３３は、第２の基板４３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４７３ａが形成されている。この突出部４７３ａの端部は、第２の基板４３を水平面上に載置した場合、第２の基板４３の下面よりも鉛直上方に位置するように形成されている。したがって、第２の基板４３を第１のシート状部材４２上に載置したとき、突出部４７３ａは、開放端となる、すなわち突出部４７３ａが第１のシート状部材４２に接触せず、これらの間には空間が存在することとなる。このときの突出部４７３ａの端部と第１のシート状部材４２の間隔、および、複数の突出部４７３ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第１の空洞部４３３は第１の吸引ポンプ４８として作用する。
また、第２の空洞部４３４は、第２の基板４３の上面から下面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその底面から上方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部４７４ａが形成されている。この突出部４７４ａの端部は、第２の基板４３を水平面上に載置した場合、第２の基板４３の上面よりも鉛直下方に位置するように形成されている。したがって、第２の基板４３上に第２のシート部材４４を載置した場合、突出部４７４ａは、開放端となる、すなわち突出部４７４ａの端部と第２のシート状部材４４とが接触せず、これらの間に空間が存在することとなる。このときの突出部４７４ａの端部と第２のシート状部材４４の間隔、および、複数の突出部４７４ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第２の空洞部４３４は第２の吸引ポンプ４９として作用する。
≪第３の基板の構成≫
第３の基板５１は、一側寄りの略中央部に形成された貫通孔５１１と、下面の貫通孔５１１の周囲に形成された第３の空洞部５１２と、上面の貫通孔５１１の周囲に形成された第４の空洞部５１３とが設けられている。
ここで、第３の空洞部５１２は、第３の基板５１の下面から上面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部５８２ａが形成されている。この突出部５８２ａの端部は、第３の基板５１を水平面上に載置した場合、第３の基板５１の下面よりも鉛直上方に位置するように形成されている。したがって、第３の基板５１を第２のシート状部材４４上に載置したとき、突出部５８２ａは、開放端となる、すなわち突出部５８２ａが第２のシート状部材４４に接触せず、これらの間には空間が存在することとなる。このときの突出部５８２ａの端部と第２のシート状部材４４の間隔、および、複数の突出部５８２ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第３の空洞部５１２は第３の吸引ポンプ５３として作用する。
また、第４の空洞部５１３は、第３の基板５１の上面から下面に向けて設けられた平面視略「コ」の字状の空洞からなり、この空洞内にはその底面から上方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部５８３ａが形成されている。この突出部５８３ａの端部は、第３の基板５１を水平面上に載置した場合、第３の基板５１の上面よりも鉛直下方に位置するように形成されている。したがって、第３の基板５３上に第３のシート部材５２を載置した場合、突出部５８３ａは、開放端となる、すなわち突出部５８３ａの端部と第３のシート状部材５２とが接触せず、これらの間に空間が存在することとなる。このときの突出部５８３ａの端部と第３のシート状部材５２の間隔、および、複数の突出部５８３ａの間隔を、毛細管現象が発現する範囲とすることにより、第４の空洞部５１３は第４の吸引ポンプ４として作用する。
このような構成とすることにより、本実施例にかかるフローセル８０は、第４の実施例で示したフローセル５０よりも各吸引ポンプ内部の容積が大きくなるので、各吸引ポンプの容量を大きくすることができる。また、各突出部の端部およびこの端部と当接していたシート状部材の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食品や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部の端部がシート状部材に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ内部に詰まるのを防ぐことができる。
＜フローセルの適用例＞
上述した第３〜６の実施例に例示したフローセルは、図１１を参照して説明した表面プラズモン共鳴現象を利用した測定に用いられる。
［第７の実施例］
次に、本発明に係る第７の実施例について説明する。
一般に、抗原抗体反応の検出など、試料溶液や測定装置の種類によって所望する流速のプロファイルが異なるにもかかわらず、従来の毛細管ポンプを用いた技術では、一度導入口から導入した試料溶液の流速を途中で変化させることができなかった。そこで、本実施例は、液体の流速を変化させることができるフローセルを提供することを目的とするものである。
本実施例に係るフローセルは、開口部と、この開口部に一端が接続された流路と、この流路の他端が接続され、流路を経て到達した液体を表面張力により吸引するポンプ部とが形成された板状部材からなり、ポンプ部は、板状部材内に形成された空洞と、この空洞内に形成された複数の柱状部材とからなり、空洞内の単位体積当たりの表面積が空洞内の位置によって異なることを特徴とする。
上記フローセルにおいて、柱状部材は、板状部材に略平行な空洞の底面から垂設され、底面において所定の第１の方向に沿って形成され、底面における第１の方向に沿った柱状部材の間の第１の領域は、一様に深く彫り込まれているようにしてもよい。ここで、柱状部材は、底面において第１の方向と直交する第２の方向に沿って形成され、第２の方向に沿い、かつ、第１の領域と共通しない底面における柱状部材の間の第２の領域は、第１の領域よりも浅く彫り込まれているようにしてもよい。
また、上記フローセルにおいて、ポンプ部は、空洞内にそれぞれ所定の間隔で柱状部材が形成された複数の領域を有し、所定の間隔は、領域毎に異なるようにしてもよい。
また、上記フローセルにおいて、柱状部材は、開放端を有するようにしてもよい。
本実施例によれば、空洞内の単位体積当たりの表面積を空洞内の位置によって異ならせることにより、導入口から導入された液体の流速を途中で変化させることができる。
＜フローセルの構成＞
次に、図２２〜図２６を参照して、本実施例に係るフローセル９０の構成について、詳細に説明する。
図２２〜図２６に示すように、本実施例に係るフローセル９０は、平面視略矩形の第１の基板９１と、この第１の基板９１上に配設されるシート状部材９２と、このシート状部材９２上に配設される第２の基板９３とから構成される。これらは積層され、１つの板状部材を形成する。このようなフローセル９０には、第２の基板９３を貫通し試料溶液が導入される導入口９４と、シート状部材９２と第２の基板９３との間に形成された２つの吸引ポンプ９７と、この吸引ポンプ９７と導入口９４とを接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口９４に接続し第１の基板９１と第２の基板９３との間にあるシート状部材９２内に形成された測定流路９５と、一端がこの測定流路９５の他端に接続しシート状部材９２と第２の基板９３との間に形成された抵抗流路９６とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板９１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスから構成され、板厚が１ｍｍ程度で一辺が１６ｍｍ程度の平面視略矩形の板状の形状を有している。また、第１の基板９１の上面、すなわち第１の基板９１のシート状部材９２が載置される側の表面には、蒸着、スパッタ、メッキ加工などによりＡｕ層９１ａが選択的に設けられている。なお、Ａｕ層９１ａは、上記測定流路９５に対応する部分のみに形成するようにしてもよいが、全面に形成してもよいことは言うまでもない。
≪シート状部材≫
シート状部材９２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板９１に対応した平面形状を有している。このようなシート状部材９２には、略中央部に設けられた平面視略矩形のスリット９２１と、このスリット９２１の一端に接続された平面視略円形の開口部９２２とが形成されている。ここで、スリット９２１は、長手方向がシート状部材９２の何れかの側部と略平行になるように形成されている。
上述したスリット９２１は、第１の基板９１の上面（すなわち、シート状部材９２と接する面）および第２の基板９３の下面（すなわち、シート状部材９２と接する面）とともに、略直方体状の空間からなる測定流路９５を形成する。この測定流路９５の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
このようなシート状部材９２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板９３は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの基板から構成され、第１の基板９１およびシート状部材９２に対応した平面形状を有している。このような第２の基板９３の一側寄りの略中央部には、貫通孔９３１が形成されている。また、第２の基板９３の下面には、略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝９３２と、この蛇行溝９３２の両側に形成された２つの空洞部９３３とが設けられている。
貫通孔９３１は、開口部９２２と同等の平面形状に形成されている。
蛇行溝９３２は、複数の屈曲部を有するクランク状の平面形状を有している。この屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝９３２の他端は、第２の基板９３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在し隣接する空洞部９３３に接続している。
空洞部９３３は、第２の基板９３の下面から上面に向けて設けられ、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部９３３ａが形成されている。複数の突出部９３３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この空洞部９３３は、吸引ポンプとして作用する。このような空洞部９３３は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部および上記他側寄りの蛇行溝９３２の他端が接続されたのと反対側の角部に、第２の基板９３を貫通する空気孔９３３ｂ〜９３３ｅが形成されている。
ここで、突出部９３３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って並設されている。これにより、空洞部９３３には、第２の基板９３の下面側から見た場合、Ｘ方向またはＹ方向に沿った複数の流路が略格子状に形成されることとなる。本実施例において、Ｘ方向に沿った流路（以下、Ｘ流路という）は、図２７に示すように、第２の基板９３側に一様に深く彫り込まれている。これに対して、Ｙ方向に沿った流路（以下、Ｙ流路という）は、Ｘ流路により第２の基板９３側に彫り込まれた部分と浅く彫り込まれた部分とが交互に形成された構成となっている。具体的には、図２８に示すように、Ｘ１−Ｘ１’で示すＸ流路は、一様に深く彫り込まれている。これに対して、Ｙ１−Ｙ１’で示すＹ流路は、Ｘ流路と共通する部分は深く、突出部９３３ａの間の部分は浅く彫り込まれている。ここで、Ｘ流路の延在方向に垂直な方向の断面は、突出部９３３ａをＸ方向に横切るＸ２−Ｘ２’に示すように、半円弧の形状を有している。Ｙ流路の延在方向に垂直な方向の断面は、突出部９３３ａをＹ方向に横切るＹ２−Ｙ２’に示すように、半円弧の形状を有している。
上述した貫通孔９３１は、開口部９２２および第１の基板９１の上面とともに、第１の基板の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口９４を形成する。
また、上述した蛇行溝９３２は、第２の基板９３とシート状部材９２とが接することにより蛇行した抵抗流路９６を形成する。この抵抗流路９６は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
上述したような第２の基板９３は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、または、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル９０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板９１上にシート状部材９２を載置する。ここで、Ａｕ層９１ａを第１の基板９１の一部のみに設けた場合、測定流路９５を形成するスリット９２１が上記Ａｕ層９１ａと当接するように、第１の基板９１上にシート状部材９２を載置する。
次に、貫通孔９３１と開口部９２２とが連続し、かつ蛇行溝９３２の一端がスリット９２１の他端内部に位置するように、シート状部材９２上に第２の基板９３を載置する。
このように第１の基板９１，シート状部材９２および第２の基板９３を積層すると、これらを第１の基板９１の下面側と第２の基板９３の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなるシート状部材９２を介して第１の基板９１と第２の基板９３が互いに固定され、導入口９４，測定流路９５，抵抗流路９６および吸引ポンプ９７を備えたフローセル９０が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル９０の動作について説明する。
まず、導入口９４に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路９５および抵抗流路９６の順で進み、吸引ポンプ９７に流入する。この吸引ポンプ９７の内部は、複数の突出部９３３ａが形成されているので、この突出部９３３ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。本実施例においては、吸引ポンプ９７内部に流入した試料溶液には、測定流路９５および抵抗流路９６内部よりも大きな表面張力が作用するように設定されている。
したがって、導入口９４に注入された試料溶液は、測定流路９５および抵抗流路９６を通って吸引ポンプ９７に流入し、この吸引ポンプ９７内部を進行していく。なお、この進行する速度は、突出部９３３ａの外形や間隔などの空洞部９３３の形状や試料溶液にかかる抵抗等によって変化する。
ここで、本実施例では、吸引ポンプ９７内部の複数の突出部９３３ａによって形成されたＸ流路は、基板側に一様に深く彫り込まれている。一方、Ｙ流路は、Ｘ流路と共通する深く彫り込まれた部分と浅く彫り込まれた部分とが交互に形成されている。したがって、Ｘ流路における試料溶液とＹ流路における試料溶液とでは、試料溶液と、流路の壁面と、空気とが互いに接する箇所、すなわち試料溶液の液面の縁部におけるその液面の接線の傾きが異なるため、流速も異なる。例えば、図２９に示すように、試料溶液の液面の接線ｌ１が流路の延在方向に対して平行に近く、液面が流路の開放端に対して凹面となっている場合、試料溶液は、その開放端に向かって進んでいく。図３０Ａに示すように流路の開放端がテーパー状に広がり、上述した図２９の場合よりも試料溶液の接線ｌ２が流路の延在方向に対して垂直に近くなると、表面張力が小さくなるので、試料溶液の流速は、図２９の場合よりも遅くなる。図３０Ｂに示すように、図３０Ａの場合よりもさらにテーパー角が大きくなり、試料溶液の液面の接線ｌ３が流路の延在方向に対して垂直になると、表面張力がさらに小さくなるまたは働かなくなるので、試料溶液は流速が遅くなるまたは進まなくなる。
このように、試料溶液の流速は、流路の壁面との接触角の大きさに依存する。したがって、一様に深く形成されたＸ流路では、試料溶液が一様な速度で進行する。一方、図３１に示すように深く彫り込まれた部分と浅く彫り込まれた部分とが交互に形成されたＹ流路では、試料溶液が流速を変化させながら進行する。特に、急激に構造が変化している部分では、表面張力が小さくなるまたは生じなくなるので、試料溶液は、流速が遅くなるまたは進行が止まる。したがって、吸引ポンプ９７内部に流入した試料溶液は、Ｘ流路を優先的に流れ、Ｙ流路にはＸ流路を所定量だけ埋めたのちに流れこむ。すなわち、試料溶液は、Ｘ流路を進んでからＹ流路を進み、再度Ｘ流路を進行する。
例えば、図３２に示すように試料溶液がＹ方向に向かって進行している場合、Ｘ流路に流入した試料溶液は、Ｘ流路の延在方向に進行していく（符号ａ）。このＸ流路を埋める試料溶液の圧力成分と、このＸ流路と隣接する何れかのＹ流路への流入をとどめていた圧力成分との均衡が崩れると、試料溶液は、そのＹ流路に進行し、隣りのＸ流路に流入する（符号ｂ）。このＸ流路に流入した試料溶液は、Ｘ流路の延在方向に進行し（符号ｃ，ｄ）、このＸ流路を埋めるとともに既に埋められたＸ流路との間のＹ流路を埋めていく。このような動作を繰り返しながら、試料溶液は、吸引ポンプ９７内部を進行していく。
このように試料溶液は、Ｘ流路とＹ流路、すなわちＸ方向とＹ方向に交互に進行していく。また、試料溶液は、Ｘ方向には滑らかに流れるものの、Ｙ方向には、Ｘ流路が満たされたのちＹ方向への均衡が崩れるまで進行しないので、滑らかには流れない。このため、Ｙ方向に流れる試料溶液の流速は、Ｘ方向よりも遅くなる。したがって、試料溶液は、図３３に示すように、Ｘ方向への早い流れと、Ｙ方向への遅い流れとを交互に繰り返しながら吸引ポンプ９７内部を進行していく。これにより、吸引ポンプ９７内部の試料溶液に続く抵抗流路９６，測定流路９５および導入口９４内部の試料溶液も、図３３に示すようなプロファイルで流れることとなる。
ここで、Ｘ，Ｙ方向への流速やその方向に流れる時間は、突出部９３３ａの間隔並びにＸ流路およびＹ流路の深さにより制御することができる。したがって、所望する試料溶液の流速のプロファイルに応じて吸引ポンプ９７を形成することにより、吸引ポンプ９７内部を進行する試料溶液の流速のプロファイルを制御することができるので、吸引ポンプ９７の前段を流れる試料溶液のプロファイルをも制御することができる。これにより、導入口９４から導入された試料溶液を、この試料溶液や測定装置の種類に応じた所望する流速のプロファイルで、測定流路９５内部を流すことができる。
具体例として、本実施例に係るフローセル９０において、図２７に示すように、突出部９３３ａの間隔が約３００μｍ、Ｘ流路の溝の深さが約７００μｍ、Ｙ流路の溝の深さが約４００μｍの吸引ポンプ９７を作成した。この場合、試料溶液がＸ流路を流れた後、Ｙ流路を通ってその隣のＸ流路に流れたのを確認することができた。
なお、本実施例において、空洞部９３３に形成されるＸ流路およびＹ流路の延在方向に垂直な方向の断面は、半円弧の形状を有する場合を例に説明したが、その断面の形状は半円弧に限定されず、例えば正弦波の形状など適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、抵抗流路９６を設ける場合を例に説明したが、この抵抗流路９６は設けず、測定流路９５と吸引ポンプ９７とを直接に接続するようにしてもよい。また、抵抗流路９６の形状、すなわち蛇行溝９３２の形状についても、上述したクランク状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、第１空洞部９３３の内部に形成された突出部９３３ａの端部が、第１のシート状部材９２と接触する場合を例に説明したが、その端部は開放端となる、すなわちシート状部材と接触しないようにしてもよい。これにより、突出部９３３ａを短くした分だけ吸引ポンプ９７内部の容積が大きくなるので、吸引ポンプ９７の容量を大きくすることができる。また、突出部９３３ａの端部およびこの端部と当接していた第１のシート状部材９２の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食物や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ９７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部９３３ａの端部が第１のシート状部材９２に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ９７内部に詰まるのを防ぐことができる。
また、本実施例では、スリット９２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材９２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット９２１がＡｕ層９１ａ上を通過するのであれば、スリット９２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット９２１により構成される測定流路９５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部９２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部９２２が第２の基板９３の貫通孔９３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部９２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、空洞部９３３が平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、空洞部９３３の平面形状は略矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、空洞部９３３内部に形成された突出部９３３ａの形状についても、空洞部９３３内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
［第８の実施例］
次に、本発明の第８の実施例について説明する。なお、本実施例は、上述した第７の実施例における吸引ポンプ９７を構成する空洞部９３３の構成を変更したものである。したがって、吸引ポンプ以外の構成に要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施例において、空洞部９３３は、第２の基板９３の下面から上面に向けて設けられ、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部９３３ａが形成されている。この突出部９３３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って所定の間隔で規則的に並設されており、その間隔は、図３４に示すように、空洞部９３３の他側寄りの第１の領域９３３−１では広く、一側寄りの第２の領域９３３−２では狭く形成されている。
空洞部９３３を進行する試料溶液の流速は、空洞部９３３内部の形状に依存し、単位体積当たりの表面積が大きい、すなわち試料溶液との接触面積が大きいほど早くなる。このため、図３４，図３５に示すように、突出部９３３ａの間隔が広い第１の領域９３３−１よりも、突出部９３３ａの間隔が狭い第２の領域９３３−２の方が、単位体積当たりの表面積が大きいので、進行する試料溶液の流速が早くなる。したがって、所望する試料溶液の流速のプロファイルに応じて空洞部９３３内部における突出部９３３ａの間隔を制御することにより、吸引ポンプ９７内部を進行する試料溶液の流速のプロファイルを制御することができるので、吸引ポンプ９７の前段を流れる試料溶液の流速のプロファイルをも制御することができる。これにより、試料溶液や測定装置の種類に応じた所望する試料溶液の流速のプロファイルで、測定流路９５内部に試料溶液を流すことができる。
なお、本実施例では、空洞部９３３が第１の領域９３３−１と第２の領域９３３−２という２つの領域を有する場合を例に説明したが、空洞部９３３を例えば３つや４つなど適宜複数の領域に分割するようにしてもよいことは、言うまでもない。空洞部９３３を多数の領域に分割した場合、突出部９３３ａの間隔を領域毎に異ならせたり、同じ間隔の領域が存在するようにしたりするようにしてもよい。
また、本実施例では、抵抗流路９６を設ける場合を例に説明したが、この抵抗流路９６は設けず、測定流路９５と吸引ポンプ９７とを直接に接続するようにしてもよい。また、抵抗流路９６の形状、すなわち蛇行溝９３２の形状についても、上述したクランク状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、第１空洞部９３３の内部に形成された突出部９３３ａの端部が、第１のシート状部材９２と接触する場合を例に説明したが、その端部は開放端となる、すなわちシート状部材と接触しないようにしてもよい。これにより、突出部９３３ａを短くした分だけ吸引ポンプ９７内部の容積が大きくなるので、吸引ポンプ９７の容量を大きくすることができる。また、突出部９３３ａの端部およびこの端部と当接していた第１のシート状部材９２の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食物や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ９７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部９３３ａの端部が第１のシート状部材９２に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ９７内部に詰まるのを防ぐことができる。
また、本実施例では、スリット９２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材９２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット９２１がＡｕ層９１ａ上を通過するのであれば、スリット９２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット９２１により構成される測定流路９５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部９２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部９２２が第２の基板９３の貫通孔９３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部９２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、空洞部９３３が平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、空洞部９３３の平面形状は略矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、空洞部９３３内部に形成された突出部９３３ａの形状についても、空洞部９３３内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、シート状部材９２を設けるようにしたが、これを設けずに第１の基板９１および第２の基板９３から構成するようにしてもよい。この場合、シート状部材９２に形成された各スリットを第１の基板９１または第２の基板９３に形成し、これらの側部に係着する部材を設けて互いを接合したり、接着剤などにより互いを接着したりすることにより実現することができる。
＜フローセルの適用例＞
上述した第７，８の実施例に例示したフローセルは、図１１を参照して説明した表面プラズモン共鳴現象を利用した測定に用いられる。
［第９の実施例］
従来の毛細管ポンプでは、柱状部材の間隔は一様に形成され、この毛細管ポンプ内部の試料溶液の進行方向については検討が多くなされていなかった。その結果、例えば毛細管ポンプ内部に空気が滞留してしまうこともあり、このような場合には、毛細管ポンプの容量を最大限に活用することができず、測定流路に所定の量の試料溶液を通過させることができなくなり、結果として、試料溶液の測定が正常に行えないことがあった。
そこで、本実施例は、毛細管ポンプ内部の試料溶液を所望する方向に進行させることができるフローセルを提供することを目的とするものである。
上述したような課題を解消するために、本実施例に係るフローセルは、開口部と、この開口部に一端が接続された流路と、この流路の他端が接続され、流路を経て到達した液体を表面張力により吸引するポンプ部とが形成された板状部材からなり、ポンプ部は、板状部材内に形成された空洞と、この空洞内に周期的に形成された複数の柱状部材とからなり、隣り合う柱状部材同士の間隔は、所定の方向について他の方向より狭いことを特徴とする。ここで、柱状部材は、開放端を有するようにしてもよい。
本実施例によれば、吸入ポンプを構成する空洞内部に設けられた柱状部材を、隣り合う柱状部材同士の間隔が所定の方向について他の方向より狭くすることにより、液体を所定の方向に進行させることができる。
＜フローセルの構成＞
次に、図３６〜図４０を参照して、本実施例に係るフローセル１００の詳細について説明する。
図３６〜図４０に示すように、本実施例に係るフローセル１００は、平面視略矩形の第１の基板１０１と、この第１の基板１０１上に配設されるシート状部材１０２と、このシート状部材１０２上に配設される第２の基板１０３とから構成されている。これらは積層され、１つの板状部材を形成する。このようなフローセル１００には、シート状部材１０２と第２の基板１０３を貫通し試料溶液が導入される導入口１０４と、シート状部材１０２と第２の基板１０３との間に形成された２つの吸入ポンプ１０７と、この吸入ポンプ１０７と導入口１０４とを接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口１０４に接続し第１の基板１０１と第２の基板１０３との間にあるシート状部材１０２内に形成された測定流路１０５と、一端がこの測定流路１０５の他端に接続しシート状部材１０２と第２の基板１０３との間に形成された抵抗流路１０６とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板１０１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスから構成され、板厚が１ｍｍ程度で一辺が１６ｍｍ程度の平面視略矩形の形状を有している。また、第１の基板１０１の上面、すなわち第１の基板１０１のシート状部材１０２側の表面には、蒸着、スパッタ、メッキ加工などによりＡｕ層１０１ａが設けられている。なお、Ａｕ層１０１ａは、上記測定流路１０５に対応する部分のみに形成するようにしてもよい。
≪シート状部材≫
シート状部材１０２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板１０１に対応した平面形状を有している。このようなシート状部材１０２には、略中央部に設けられた平面視略矩形のスリット１０２１と、このスリット１０２１の一端に接続された平面視略円形の開口部１０２２とが形成されている。ここで、スリット１０２１は、長手方向がシート状部材１０２の何れかの側部と略平行になるように形成されている。
上述したスリット１０２１は、第１の基板１０１の上面および第２の基板１０３の下面とともに、略直方体状の空間からなる測定流路１０５を形成する。この測定流路１０５の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
このようなシート状部材１０２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板１０３は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの基板から構成され、第１の基板１０１およびシート状部材１０２に対応した平面形状を有している。このような第２の基板１０３の一側寄りの略中央部には、貫通孔１０３１が形成されている。また、第２の基板１０３の下面には、略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝１０３２と、この蛇行溝１０３２の両側に形成された２つの空洞部１０３３とが設けられている。
貫通孔１０３１は、開口部１０２２と同等の平面形状に形成されている。
蛇行溝１０３２は、複数の屈曲部を有するクランク状の平面形状を有している。この屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝１０３２の他端は、第２の基板１０３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在して隣接する空洞部１０３３に接続している。
空洞部１０３３は、第２の基板１０３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部１０３３ａが形成されている。複数の突出部１０３３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この空洞部１０３３は、吸引ポンプとして作用する。このような空洞部１０３３は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部および上記他側寄りの蛇行溝１０３２の他端が接続されたのと反対側の角部に、第２の基板１０３を貫通する空気孔１０３３ｂ〜１０３３ｅが形成されている。
突出部１０３３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってそれぞれ所定間隔離間して規則的に並設されている。本実施例において、突出部１０３３ａは、図４１に示すように、Ｘ方向に距離ａ、Ｙ方向に距離ｂ（＞ａ）だけ離間して配列している。
上述した貫通孔１０３１は、開口部１０２２および第１の基板１０１の上面とともに、第１の基板の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口１０４を形成する。
また、上述した蛇行溝１０３２は、第２の基板１０３とシート状部材１０２とが接することにより蛇行した抵抗流路１０６を形成する。この抵抗流路１０６は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
このような第２の基板１０３は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル１００の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板１０１上にシート状部材１０２を載置する。ここで、Ａｕ層１０１ａを第１の基板１０１の一部のみに設けた場合、測定流路１０５を形成するスリット１０２１が上記Ａｕ層１０１ａと当接するように、第１の基板１０１上にシート状部材１０２を載置する。
次に、貫通孔１０３１と開口部１０２２とが連続し、かつ蛇行溝１０３２の一端がスリット１０２１の他端内部に位置するように、シート状部材１０２上に第２の基板１０３を載置する。
このように第１の基板１０１、シート状部材１０２および第２の基板１０３を積層すると、これらを第１の基板１０１の下面側と第２の基板１０３の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなるシート状部材１０２を介して第１の基板１０１と第２の基板１０３が互いに固定され、導入口１０４，測定流路１０５，抵抗流路１０６および吸入ポンプ１０７を備えたフローセル１００が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル１００の動作について説明する。
まず、導入口１０４に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路１０５および抵抗流路１０６の順で進み、吸入ポンプ１０７に流入する。この吸入ポンプ１０７の内部は、複数の突出部１０３３ａが形成されているので、この突出部１０３３ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。本実施例においては、吸引ポンプ１０７内部の試料溶液の液面に作用する表面張力が、導入口１０４内部の試料溶液の液面に作用する表面張力よりも大きくなるように、突出部１０３３ａの形状や間隔等が設定されている。
したがって、導入口１０４に注入された試料溶液は、測定流路１０５および抵抗流路１０６を通って吸入ポンプ１０７に流入し、この吸入ポンプ１０７内部を進行していく。なお、この進行する速度は、突出部１０３３ａの外形や間隔などの空洞部１０３３の形状や試料溶液にかかる抵抗等によって変化する。
ここで、吸入ポンプ１０７に流入した試料溶液は、表面張力により吸入ポンプ１０７内部を進行していく。この進行する向きは、試料溶液にかかる表面張力や突出部１０３３ａの間隔等に依存する。例えば、図４１に示すように、突出部１０３３ａがＸ方向に距離ａ、Ｙ方向に距離ｂ（＞ａ）だけ離間している場合において、符号αで示す四隅が突出部１０３３ａで囲まれた平面視略矩形の領域からＸ方向およびＹ方向に同様に液体が進行していくとする。液体がＸ、Ｙの両方向に距離ａだけ進行したとき、Ｘ方向に進行した液体はα領域の隣（Ｘ方向）に存在する突出部１０３３ａに到達するが、Ｙ方向に進行した液体はα領域の隣（Ｙ方向）に存在する突出部１００３ａに到達しない。このため、Ｘ方向に進行して隣の突出部１００３ａに到達した液体は、その突出部１００３ａにより作用する表面張力により、Ｙ方向に進行した液体をもＸ方向に引き寄せる。このような動作を繰り返すことにより、吸引ポンプ１０７に流入した液体は、Ｘ方向に進行していく。このように試料溶液がＸ方向に進行し、Ｘ方向に沿って並設された１の突出部１０３３ａ群と、これと隣り合う他の突出部１０３３ａ群との間の領域（以下、Ｘ溝という）を満たすと、試料溶液はＹ方向に進行し、隣のＸ溝を満たしていく。したがって、試料流体は、図４２に示すように、Ｙ方向に併設されたＸ溝β１〜β４を、この順番で１つずつ満たしながらＹ方向に進行していく。
このように、突出部１０３３ａのＸ方向とＹ方向の間隔を適宜設定することにより、吸入ポンプ１０７内部における試料溶液の進行方向を制御することができる。したがって、フローセルの構成に応じて突出部１０３３ａを設けることにより、フローセル内部に空気が滞留するのを防ぐことができるので、毛細管ポンプの容量を最大限に活用することができる。これにより、測定流路を所定の量の試料溶液を通過させることができ、結果として、試料溶液の測定を正常に行うことができる。
例えば、図３６に示すフローセル１００の場合、空洞部１０３３のＹ方向の正の側の端部およびＹ方向の負の側における蛇行溝１０３２の他端が接続されたのと反対側の角部に、空気孔１０３３ｂ〜１０３３ｅが設けられている。この場合、空洞部１０３３内部に空気の滞留を防ぐには、例えば、突出部１０３３ａを、Ｘ方向およびＹ方向に沿い、かつＸ方向よりもＹ方向の間隔の方が長くなるように形成すればよい。これにより、抵抗流路１０６から吸入ポンプ１０７に流入した試料溶液は、まず、Ｘ方向に流れていくので、抵抗流路１０６や抵抗流路１０６近傍に存在する空気は、空気孔１０３３ｂ、１０３３ｃから排出される。また、試料溶液は、Ｘ方向の溝を埋めながらＹ方向に進行するので、吸入ポンプ１０７内部に存在していた空気は、試料溶液によりＹ方向に押し出されてゆき、最終的に空気孔１０３３ｄ，１０３３ｅから排出される。このように突出部１０３３ａを形成することにより、吸入ポンプ１０７内部に空気が滞留するのを防ぐことができる。
また、一例として、突出部１０３３ａは、図４３に示すように形成するようにしてもよい。この図４３の場合、突出部１０３３ａは、Ｘ方向の正の向きに４５度で交わる第１の方向と、Ｙ方向の正の向きに４５度（Ｘ方向の正の向きに１３５度）で交わる第２の方向とに沿い、かつ第１，第２の方向に隣り合う突出部１０３３ａの間隔がそれぞれ同じとなるように形成されている。このような場合であっても、試料溶液は、表面積の大きい方、すなわち、突出部１０３３ａの間隔が狭い方に進行していく。したがって、試料溶液は、Ｙ方向の負の側から吸入ポンプ１０７内部に侵入すると、突出部１０３３ａの間隔が狭い方、すなわち、Ｙ方向に隣接する突出部１０３３ａの方向ではなく、Ｙ方向の正負の向きに４５度傾いた方向に隣接する突出部１０３３ａの方向に進行する。これにより、試料溶液は、図４３に示すように、Ｙ方向に突出した略三角形の形状で吸入ポンプ１０７内部をＹ方向に進行していく。
具体例として、図４３に示すパターンにおいて、突出部１０３３ａの直径を約２００μｍ、Ｙ方向の正負の向きに４５度傾いた方向における突出部１０３３ａの間隔を約２００μｍとした吸入ポンプ１０７を有するフローセル１００を作製した。この場合において、図４３に示すように、試料溶液がＹ方向に突出した略三角形の形状で吸入ポンプ１０７内部をＹ方向に進行していくのを確認することができた。
なお、本実施例では、第１空洞部１０３３の内部に形成された突出部１０３３ａの端部が、第１のシート状部材１０２と接触する場合を例に説明したが、その端部は開放端となる、すなわちシート状部材と接触しないようにしてもよい。これにより、突出部１０３３ａを短くした分だけ吸入ポンプ１０７内部の容積が大きくなるので、吸入ポンプ１０７の容量を大きくすることができる。また、突出部１０３３ａの端部およびこの端部と当接していたシート状部材１０２の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食品や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸入ポンプ１０７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部１０３３ａの端部がシート状部材１０２に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸入ポンプ１０７内部に詰まるのを防ぐことができる。
また、本実施例では、スリット１０２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材１０２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット１０２１がＡｕ層１０１ａ上を通過するのであれば、スリット１０２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット１０２１により構成される測定流路１０５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部１０２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部１０２２が第２の基板１０３の貫通孔１０３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部１０２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、空洞部１０３３が平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、空洞部１０３３の平面形状は略矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、空洞部１０３３内部に形成された突出部１０３３ａの形状についても、空洞部１０３３内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、抵抗流路１０６を設けた場合を例に説明したが、この抵抗流路１０６は設けず、測定流路１０５と吸入ポンプ１０７とを直接に接続するようにしてもよい。また、抵抗流路１０６の形状、すなわち蛇行溝１０３２の形状についても、上述したクランク状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、シート状部材１０２を設けるようにしたが、これを設けずに第１の基板１０１および第２の基板１０３から構成するようにしてもよい。この場合、シート状部材１０２に形成された各スリットを第１の基板１０１または第２の基板１０３に形成し、これらの側部に係着する部材を設けて互いを接合したり、接着剤などにより互いを接着したりすることにより実現することができる。
＜フローセルの適用例＞
上述した第９の実施例に例示したフローセルは、図１１を参照して説明した表面プラズモン共鳴現象を利用した測定に用いられる。
［第１０の実施例］
次に、本発明に係る第１０の実施例について説明する。
毛細管ポンプを備えた測定チップの適用例について簡単に説明する。毛細管ポンプを備えたフローセルなどの測定チップは、よく知られた表面プラズモン共鳴現象を利用した測定などに用いられる（文献５，６参照）。表面プラズモン共鳴現象を利用した測定は、測定対象の検体が接触した金属の表面における、エバネッセント波と表面プラズモン波との共鳴を用いるものである。
この測定では、図１１に示すように、光源９００１から出射された光を入射側レンズ９００２で集光してプリズム９００３に入射させ、プリズム９００３の上面部９００４に密着させているフローセル９００５の測定部として機能するＡｕ膜に照射する。フローセル９００５にはＡｕの薄膜が形成されており、このＡｕの薄膜の表面に検体が接触して配置され、Ａｕの薄膜の裏面に、フローセル９００５を透過してきた集光光が照射され、Ａｕの薄膜の裏面で反射される。このとき、表面プラズモン共鳴現象により検体の有無に応じて所定方向の反射光の強度が弱くなる。そこで、いわゆるＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子よりなる光検出部９００６で強度（光強度）を測定すると、上記共鳴が起こる角度で反射率が低くなる谷が観測される。
このような測定は、Ａｕ膜の表面（検出部側）に固定された抗体やＤＮＡ断片に、選択的に結合する検体の有無を検出するものである。検出部に単に試料溶液を配置した状態では、対象となる検体と抗体とが反応したことによる変化と、検出部に異物が沈降して堆積した状態による変化とを区別することができないので、検出部において試料溶液が流れているようにすることで、異物の沈降を抑制し、上述した反応による変化を選択的に検出できるようにしている。
しかしながら、上述したような測定において、一定の濃度の検体を含む試料を一定の流速で供給して抗原抗体反応等の応答を調べる場合、反応の経過時間（試料を流す時間）と、検体と抗体の反応によって得られる信号の変化量（ＳＰＲ角度の変化量）とは非線形な関係になる。また、反応の経過時間と信号の変化量は、検体の濃度や検体と抗体の組み合わせ等で異なるため、検体の定量判定を行うには分析を行う必要があり、リアルタイムで判定するのが困難であった。
そこで、本実施例は、容易に測定結果の分析を行うことができるフローセルを提供することを目的とする。
上述したような課題を解消するために、本実施例に係るフローセルは、開口部と、この開口部に一端が接続された流路と、この流路の他端が接続され、流路を経て到達した液体を表面張力により吸引するポンプ部とが形成された板状部材からなり、流路は、液体に対して測定が行われる測定部を有し、ポンプ部は、板状部材内に形成された空洞と、この空洞内に形成された複数の柱状部材とからなり、空洞内の単位体積当たりの表面積が流路との接続点からの距離に対して変化することを特徴とする。ここで、空洞内の単位体積当たりの表面積は、液体の特性に応じて変化しているようにしてもよい。
本実施例によれば、空洞内の単位体積当たりの表面積が流路との接続点からの距離に対して変化しているので、この変化に伴って流路を流れる流体の流速が変化するとともに、測定部を流れる流体の測定結果も変化する。したがって、この測定結果が所定のプロファイルとなるように流路との接続点からの距離に応じて上記空洞内の単位体積当たりの表面積を予め設定しておくことにより、容易に測定結果の分析を行うことができる。
＜フローセルの構成＞
次に、図４４〜図４７を参照して、本実施例に係るフローセル１１０の詳細について説明する。
図４４〜図４７に示すように、本実施例に係るフローセル１１０は、平面視略矩形の第１の基板１１１と、この第１の基板１１１上に配設されるシート状部材１１２と、このシート状部材１１２上に配設される第２の基板１１３とから構成されている。これらは積層され、１つの板状部材を形成する。このようなフローセル１１０には、シート状部材１１２および第２の基板１１３を貫通し試料溶液が導入される導入口１１４と、シート状部材１１２と第２の基板１１３との間に形成された２つの吸引ポンプ１１７と、この吸引ポンプ１１７と導入口１１４とを接続する流路とが設けられている。この流路は、一端が導入口１１４に接続し第１の基板１１１と第２の基板１１３との間にあるシート状部材１１２内に形成された測定流路１１５と、一端がこの測定流路１１５の他端に接続しシート状部材１１２と第２の基板１１３との間に形成された抵抗流路１１６とから構成されている。
≪第１の基板≫
第１の基板１１１は、例えばＢＫ７などの光学ガラスから構成され、板厚が１ｍｍ程度で一辺が１６ｍｍ程度の平面視略矩形の形状を有している。また、第１の基板１１１の上面、すなわち第１の基板１１１のシート状部材１１２側の表面には、メッキ加工、蒸着、スパッタなどによりＡｕ層１１１ａが設けられている。なお、Ａｕ層１１１ａは、上記測定流路１１５に対応する部分のみに形成するようにしてもよい。
≪シート状部材≫
シート状部材１１２は、１０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さを有する例えば公知の粘着テープなどから構成され、第１の基板１１１に対応した平面形状を有している。このようなシート状部材１１２には、略中央部に設けられた平面視略矩形のスリット１１２１と、このスリット１１２１の一端に接続された平面視略円形の開口部１１２２とが形成されている。ここで、スリット１１２１は、長手方向がシート状部材１１２の何れかの側部と略平行になるように形成されている。
上述したスリット１１２１は、第１の基板１１１の上面および第２の基板１１３の下面とともに、略直方体状の空間からなる測定流路１１５を形成する。この測定流路１１５の長手方向に垂直な断面は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の寸法とされる。
このようなシート状部材１１２は、例えば、粘着テープをカッターやレーザなどで所望の形状に加工することにより、作製することができる。
≪第２の基板の構成≫
第２の基板１１３は、０．５〜５ｍｍ程度の厚さを有する例えばアクリルなどの基板から構成され、第１の基板１１１およびシート状部材１１２に対応した平面形状を有している。このような第２の基板１１３の一側寄りの略中央部には、貫通孔１１３１が形成されている。また、第２の基板１１３の下面には、略中央から上記一側とは反対側の他側近傍にかけて形成された蛇行溝１１３２と、この蛇行溝１１３２の両側に形成された２つの空洞部１１３３とが設けられている。
貫通孔１１３１は、開口部１１２２と同等の平面形状に形成されている。
蛇行溝１１３２は、複数の屈曲部を有するクランク状の平面形状を有している。この屈曲部は、略円弧状に、すなわち曲線状になだらかに曲げられている。また、蛇行溝１１３２の他端は、第２の基板１１３の上記他側近傍で分岐しており、それぞれ上記垂直な方向に沿って反対側に延在し隣接する空洞部１１３３に接続している。
空洞部１１３３は、第２の基板１１３の下面から上面に向けて設けられた平面視略矩形の２つの空洞からなり、この空洞内にはその天井から下方に向かって突出した略円柱状の複数の突出部１１３３ａが形成されている。複数の突出部１１３３ａの間隔を毛細管現象が発現する範囲とすることにより、この空洞部１１３３は、吸引ポンプ１１７として作用する。このような空洞部１１３３は、平面視略矩形に形成され、上記一側寄りの端部および上記他側寄りの蛇行溝１１３２の他端が接続されたのと反対側の角部に、第２の基板１１３を貫通する空気孔１１３３ｂ〜１１３３ｅが形成されている。
突出部１１３３ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って併設されている。隣り合う突出部１１３３ａとの間隔や直径は、試料溶液のフローセル１１０内部における所望の流速プロファイルや粘性などフローセル１１０に導入される試料溶液の特性に応じて、空洞部１１３３の位置により異なるように形成されている。これにより、空洞部１１３３内部の単位体積当たりの表面積は、試料流体の所望の流速プロファイルや試料流体の特性に応じて、空洞１３３内部の位置により異なるようになっている。
上述した貫通孔１１３１は、開口部１１２２および第１の基板１１１の上面とともに、第１の基板の上面を底とする略円柱状の空間からなる導入口１１４を形成する。
また、上述した蛇行溝１１３２は、第２の基板１１３とシート状部材１１２とが接することにより蛇行した抵抗流路１１６を形成する。この抵抗流路１１６は、水溶液に対して毛細管現象が発現する範囲の断面寸法とされる。
上述したような第２の基板１１３は、例えば、所定のパターンが形成された金型を用いた射出成形加工、レーザ加工、エンドミル等による切削加工などによって、作製することができる。
＜フローセルの製造方法＞
次に、本実施例に係るフローセル１１０の製造方法の一例について説明する。まず、第１の基板１１１上にシート状部材１１２を載置する。ここで、Ａｕ層１１１ａを第１の基板１１１の一部のみに設けた場合、測定流路１１５を形成するスリット１１２１が上記Ａｕ層１１１ａと当接するように、第１の基板１１１上にシート状部材１１２を載置する。
次に、貫通孔１１３１と開口部１１２２とが連続し、かつ蛇行溝１１３２の一端がスリット１１２１の他端内部に位置するように、シート状部材１１２上に第２の基板１１３を載置する。
このように第１の基板１１１、シート状部材１１２および第２の基板１１３を積層すると、これらを第１の基板１１１の下面側と第２の基板１１３の上面側から押圧する。これにより、両面テープなどからなるシート状部材１１２を介して第１の基板１１１と第２の基板１１３が互いに固定され、導入口１１４，測定流路１１５，抵抗流路１１６および吸引ポンプ１１７を備えたフローセル１１０が完成する。
＜フローセルの動作＞
次に、本実施例に係るフローセル１１０の動作について説明する。
まず、導入口１１４に試料溶液が注入されると、この試料溶液は、毛細管現象により測定流路１１５および抵抗流路１１６の順で進み、吸引ポンプ１１７に流入する。この吸引ポンプ１１７の内部は、複数の突出部１１３３ａが形成されているので、この突出部１１３３ａが形成されていない場合よりも単位体積当たりの表面積が大きくなっており、毛細管現象が発現する寸法となっている。本実施例においては、吸引ポンプ１１７内部の試料溶液の液面に作用する表面張力が、導入口１１４内部の試料溶液の液面に作用する表面張力よりも大きくなるように、突出部１１３３ａの形状や間隔等が設定されている。したがって、導入口１１４に注入された試料溶液は、測定流路１１５および抵抗流路１１６を通って吸引ポンプ１１７に流入し、この吸引ポンプ１１７内部を進行していく。
吸引ポンプ１１７に流入した試料溶液は、表面張力により吸引ポンプ１１７内部を進行していくが、試料溶液にかかる表面張力の大きさは、単位体積当たりの表面積の大きさに依存する。単位体積当たりの表面積が大きいと、試料溶液にかかる表面張力が大きくなるため、試料溶液は、あたかも強い吸引力で吸入されるかのように速い流速で吸引ポンプ１１７内部を進行する。したがって、測定流路１１５においても、試料溶液は速い速度で流れることとなる。逆に、単位体積当たりの表面積が小さいと、試料溶液にかかる表面張力が小さくなり、試料溶液は低い流速で吸引ポンプ１１７内部を進行する。したがって、測定流路１１５においても、試料溶液は低い速度で流れることとなる。このように、測定流路１１５を流れる試料溶液の流速は、吸引ポンプ１１７内部の単位体積当たりの表面積に依存する。このため、吸引ポンプ１１７内部において、単位体積当たりの表面積を変化させると、この変化に応じて測定流路１１５を流れる試料溶液の流速も変化することとなる。
フローセル１１０内部において試料溶液にかかる抵抗を無視した場合、例えば、図４８Ａに示すように突出部１１３３ａの直径および間隔を一様に形成すると、試料溶液は、図４９Ａに示すように一様な流速で流れていく。一方、図４８Ｂに示すように、突出部１１３３ａの直径および間隔を符号ａで示す領域から符号ｄで示す領域に向かって徐々に小さくなるように形成すると、図５０Ａに示すように試料流体の流速は徐々に速くなる。このように、突出部１１３３ａの直径および間隔を適宜設定することにより、吸引ポンプ１１７内部における試料溶液の流速のプロファイルを制御することができる。したがって、フローセル１１０の用途や試料溶液の特性に応じて流速のプロファイルを設定することにより、測定結果の分析を容易に行うことができるようなる。この原理について、以下に説明する。
図１１に示したような測定装置において、フローセル１１０の測定流路１１５に抗体やＤＮＡ断片を固定し、これに選択的に結合する検体の有無（生体反応量）を検出する場合、図４８Ａに示すように直径および間隔が一様に形成された突出部１１３３ａを有するフローセル１１０を用いて測定を行うと、フローセル１１０の測定流路１１５における流速は、図４９Ａに示すように一定となる。このように一定の流速で測定を行うと、生体反応量は、一般に図４９Ｂに示す指数関数のような曲線のプロファイルを描く。すなわち、生体反応量は、最初は多いが、時間の経過とともに徐々に少なくなっていく。
通常、上述した測定装置では、試料溶液に検出対象物質が含まれているか、検出対象物質の量がしきい値を超えるか否かなどについて、測定結果を基に検出している。図４９Ｂに示す指数関数のようなプロファイルの測定結果では、しきい値と測定値との比較などを肉眼で行うことが困難であるので、測定結果の分析に手間がかかっていた。ここで、もし、測定結果やしきい値が直線などの単純なプロファイルであれば、肉眼であっても測定結果の分析を容易に行うことが可能である。そこで、本実施例では、試料溶液の特性に応じて吸引ポンプ１１７内部の突出部１１３３ａの直径や間隔を設定し、試料溶液の流速を変化させることにより生体反応量をも変化させて、測定結果が所望するプロファイルを描くようにした。
一例として、図５０Ｂに示すように、一次関数の反応プロファイルが得られる流速プロファイルが得られるように、突出部１１３３ａの直径や間隔を設定すればよい。具体例として、測定結果が図４９Ｂのような曲線のプロファイルを描いた場合には、図５０Ｂに示すように、図４９Ｂのプロファイルをその一次関数に対して線対称に変換し、これが流速となるよう突出部１１３３ａの直径や間隔を設定すればよい。すなわち、最初は流速が遅く、徐々に流速が早くなるように、測定流路１１５との接続点からの距離に応じて突出部１１３３ａの直径や間隔を変化させる。この場合、例えば、図４８Ｂに示すように、試料溶液の上流側から下流側に向かって、突出部１１３３ａの密度が上がるような構造にすることにより、図５０Ａに示すような流速のプロファイルを実現することができる。
したがって、例えば、モデルとなる試料溶液やしきい値に相当する試料溶液の測定結果のプロファイルが一次関数を描くように、測定流路１１５との接続点からの距離に応じて突出部１１３３ａの直径や間隔を設定し、測定流路１１５内の試料流体の流速を制御することにより、測定結果の分析を容易に行うことができる。具体的には、図５１に示すように、試料溶液の測定結果のしきい値が符号αで示す直線のプロファイルを描くように突出部１１３３ａが設けられたフローセル１１０を予め形成しておき、このフローセル１１０を用いて試料溶液の測定を行う。得られた測定結果を、上述した直線αで示すプロファイルと比較すると、測定結果が直線αよりも上側にある場合は、その試料流体の生体反応量がしきい値以上であり、逆に下側にある場合は、その生体反応量がしきい値以下であることを示すこととなる。このように、モデルとなる試料溶液やしきい値に相当する試料溶液の測定結果のプロファイルを一次関数などの所定の形状を描くようにすることにより、測定結果を肉眼等で容易に分析することができる。
以上説明したように、本実施例によれば、測定結果が所定のプロファイルに対応するように、例えば測定結果のプロファイルがその所定のプロファイルの上側または下側の何れに位置するかを判定するだけで、測定結果がしきい値以上か以下かを判別することができる。なお、検体濃度によっても測定結果のプロファイルは変化するが、フローセル１１０を予め様々な濃度に応じて設定したり、異なる検体に対しても測定結果が全て同じプロファイルを描くようにフローセル１１０を設定しておけば、判定を全て同じプロトコルで行うことができる。これは、フローセル１１０が基準となる測定結果のデータを集積しているということになる（例えば、予め設定した所定のプロファイルが基礎のデータとなる）。
また、上述したように肉眼での判定のみならず、測定装置においてもその判定を容易に行うことができる。すなわち、従来では、測定結果のプロファイルを指数関数等でフィッティングし、これから傾きを求めて検体の濃度を測るというプロトコルを用いて測定結果を判定していたので、演算処理等に手間がかかり、測定装置にもある程度の処理能力を備えていることが求められていた。しかしながら、本実施例にかかるフローセル１１０によれば、しきい値の判定を行う場合、例えば一次関数の上側または下側の何れかを判定すればよいだけなので、従来よりも演算負荷を低減することができる。また、濃度や検体を変更した場合であっても、測定結果が所定のプロファイルに対応するようフローセル１１０を設定しておくことにより、測定装置においては、従来のプロトコルをそのまま用いることができるので、アップデート等が不要となる。
また、本実施例に係るフローセル１１０は、試料溶液に含まれる検体の濃度が低い場合に特に有効である。これは、測定結果、すなわち抗原抗体反応量が、フローセル１１０内部を流れる試料流体の流速に依存するからである。検体濃度が十分に高い場合には、流速が遅くても抗原抗体反応により消費される検体の数より多くの検体が供給され、流速の影響が見られない。しかしながら、検体濃度が低い場合には、単位時間当たりの反応によって消費できる検体数が流れてくる検体数よりも多くなるため、反応量が流速（供給される検体数）に比例することになる。そこで、本実施例のように、吸引ポンプ１１７内部の突出部１１３３ａの幅や間隔を調整し、フローセル１１０内部を流れる試料流体の流速のプロファイルを制御することにより、抗原抗体反応量が流速に依存する検体濃度領域の試料流体を用いる場合であっても、所望するプロファイルの測定結果を得ることができ、結果として容易に測定結果の分析を行うことができる。
なお、予め設定する測定結果のプロファイルは、上述したような一次関数に限定されず、適宜自由に設定することができる。また、一次関数のプロファイルを取得する手法についても、上述したような線対称に変換する手法に限定されず、例えば所定の係数や関数を測定結果に乗算するなど、各種手法を適宜自由に用いることができる。
また、本実施例では、フローセル１１０が全体として平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、フローセル１１０の平面形状はこれに限定されず、フローセル１１０を搭載する測定装置等の形状に応じて、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、抵抗流路１１６を設ける場合を例に説明したが、この抵抗流路１１６は設けず、測定流路１１５と吸引ポンプ１１７とを直接に接続するようにしてもよい。また、抵抗流路１１６の形状、すなわち蛇行溝１１３２の形状についても、上述したクランク状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、第１空洞部１１３３の内部に形成された突出部１１３３ａの端部が、第１のシート状部材１１２と接触する場合を例に説明したが、その端部は開放端となる、すなわちシート状部材と接触しないようにしてもよい。これにより、突出部１１３３ａを短くした分だけ吸引ポンプ１１７内部の容積が大きくなるので、吸引ポンプ１１７の容量を大きくすることができる。また、突出部１１３３ａの端部およびこの端部と当接していた第１のシート状部材１１２の部分が露出することとなるので、大きな表面積を保つのみならず、場合によっては表面積をさらに大きくすることが可能となり、この場合には吸引力をさらに大きくすることができる。また、例えば飲食物や体液などの夾雑物を含む試料溶液をフローセルに注入する場合、従来では、その夾雑物が吸引ポンプ１１７内部に詰まってしまうことがあった。しかしながら、上述したように突出部１１３３ａの端部が第１のシート状部材１１２に接触しないようにすることにより、これらの間に空隙が形成されるので、この空隙を夾雑物が通過することが可能となり、結果として、その夾雑物が吸引ポンプ１１７内部に詰まるのを防ぐことができる。
また、本実施例では、スリット１１２１が平面視略矩形の形状を有し、かつシート状部材１１２の略中央部に設けた場合を例に説明したが、スリット１１２１がＡｕ層１１１ａ上を通過するのであれば、スリット１１２１の形状および設ける位置については上述した場合に限定されず、適宜自由に設定することができる。したがって、スリット１１２１により構成される測定流路１１５の形状および位置についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、開口部１１２２が平面視略円形の形状を有する場合を例に説明したが、開口部１１２２が第２の基板１１３の貫通孔１１３１と連続する位置に存在するのであれば、開口部１１２２の形状は平面視略円形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、導入口１１４の形状についても、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、空洞部１１３３が平面視略矩形の形状を有する場合を例に説明したが、空洞部１１３３の平面形状は略矩形に限定されず、適宜自由に設定することができる。同様に、空洞部１１３３内部に形成された突出部１１３３ａの形状についても、空洞部１１３３内部の表面積が増加するのであれば略円柱状の形状に限定されず、適宜自由に設定することができる。
また、本実施例では、シート状部材１１２を設けるようにしたが、これを設けずに第１の基板１１１および第２の基板１１３から構成するようにしてもよい。この場合、シート状部材１１２に形成された各スリットを第１の基板１１１または第２の基板１１３に形成し、これらの側部に係着する部材を設けて互いを接合したり、接着剤などにより互いを接着したりすることにより実現することができる。
［第１１の実施例］
次に、本発明に係る第１１の実施例について説明する。
近年、マイクロＴＡＳ、マイクロコンビナトリアルケミストリー、化学ＩＣ、化学センサ、バイオセンサ、微量分析、電気化学分析、ＱＣＭ分析、ＳＰＲ分析、ＡＴＲ分析等の微量の液体を用いた測定・分析が広く利用されている。
例えば、文献５に記載されたＳＰＲ分析では、液体中に存在する原因菌を検知するために、この原因菌に由来する抗原に反応する抗体を配置した検出部を設け、この検出部上に測定対象となる液体を流通させ、抗原抗体反応を起こさせて、この反応を表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）法によって検出する。
このように微量の液体を流通させる手段として、例えば文献４に記載されているように、合成樹脂等の板材に対して微細加工を施して様々なパターンの溝等を形成し、毛細管現象を利用した毛細管ポンプによって液体を移送するフローセルが使用されている。
ここで、文献４に記載された毛細管ポンプを用いたフローセルにおいては、シリコン基板（一の基板）に微小な溝を設け、これにポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる基板（他の基板）を積層させることによって流路を形成し、この流路の一端を毛細管ポンプに接続している。ここで、ＰＤＭＳはシリコンゴムの一種であって弾力性に富んでいるので、流路となる溝を形成した一の基板の上に他の基板を積層した際に、他の基板が十分に弾性変形することによって溝の側壁と他の基板とが密着して空隙が生じることがなくなり、流路からの液体の漏れが防止される。
また、アクリル樹脂等の剛性のある基板の間に弾性部材からなるシール部材を挟み込むことによっても、溝の側壁と他の基板との間に空隙が生じることがなくなり、液体の漏れ等を防止することが可能となる。
しかしながら、ＰＤＭＳからなる基板を用いた場合、原料費が高く、フローセルの製作コストが増加してしまう。また、例えば表面プラズモン共鳴装置の所定の場所にこのフローセルを載置した場合に、基板自体が弾性変形することによって抗体が配設された検出部が所定の位置に配置されなくなるといった問題があった。さらに、基板自体の剛性が低いために変形し易く、流路が潰れてしまうおそれがあった。
また、シール部材を使用した場合、部品点数が増加するとともに薄いシール部材を取り扱うのが困難であって、やはり、フローセルの製造コストが増加するといった問題があった。
本実施例は、このような事情を考慮してなされたもので、剛性のある基板を用いて液体の漏れのない流路を形成し、この流路に液体を確実に流通させることが可能なフローセルを提供することを目的とするものである。
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本実施例に係るフローセルは、第１の基板と、この第１の基板に積層される第２の基板と、を有し、前記第１の基板と前記第２の基板との間に複数の柱状部材が立設されており、これら複数の柱状部材は、その外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なる第１柱状部材と第２柱状部材とを備え、前記複数の柱状部材によって前記第１柱状部材の並設方向に液体が流通する流路が形成されていることを特徴としている。
この構成のフローセルによれば、第１の基板と第２の基板との間に、その外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なる第１柱状部材と第２柱状部材とを備えた複数の柱状部材が立設され、前記複数の柱状部材によって前記第１柱状部材の並設方向に液体が流通する流路が形成されているので、第１の基板や第２の基板に溝を設けることなく、第１柱状部材と第２柱状部材との前記表面張力の差を利用して流路を形成することができる。
詳述すると、第１柱状部材と第２柱状部材とで前記表面張力に差を設けることで、第１柱状部材の並設方向に向けて液体を選択的に移送し、第２柱状部材が設けられた部分への液体の流れ込みを防止しているのである。このように表面張力差を利用しているので、流路となる第１柱状部材の列の側方に空隙が形成されていても液体は第１柱状部材の列に沿って流れることになり、液体の漏れが発生しないのである。よって、第１の基板と第２の基板とを密着させなくても液体の漏れを防止したフローセルを提供することが可能となる。
ここで、前記第１柱状部材の表面を親水性とし、前記第２柱状部材の表面を疎水性とする構成を採用することが好ましい。
この場合、第１柱状部材の表面が親水性とされているので、液体の濡れ性がよく、液体が第１柱状部材側へと流れることになる。一方、第２柱状部材の表面が疎水性とされているので、液体の濡れ性が悪く液体をはじくことになり、第２柱状部材側への液体の侵入を防止することができる。これにより、第１柱状部材の並設方向に向けて流路が形成されることになる。
また、前記第１柱状部材は、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に生じる形状および配置とされ、前記第２柱状部材は、表面張力が離散的に生じる形状および配置とされた構成を採用することが好ましい。
この場合、第１柱状部材は、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用する形状および配置とされているので、この表面張力によって液体が流路の延在方向に向けて流れることになる。一方、前記第２柱状部材は、表面張力が離散的に生じる形状および配置とされているので、液体が第２柱状部材側に侵入することを防止できる。
ここで、前記第１柱状部材の突出方向に直交する断面のアスペクト比が１より大きく、前記第１柱状部材の断面の長手方向が前記流路の延在方向に向けられている構成を採用することが好ましい。
この場合、前記第１柱状部材の断面のアスペクト比が１より大きく、つまり、前記第１柱状部材の断面が長手方向に伸びる形状をなしており、この長手方向が前記流路の延在方向に向くように、前記第１柱状部材が配設されているので、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用する部分が多く存在することになり、この表面張力によって液体が流路の延在方向に向けて流れることになる。
また、前記流路の延在方向に直交する断面において、前記第１柱状部材が少なくとも１つ配置されていることが好ましい。
この場合、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用することになり、この表面張力によって液体を流路の延在方向に向けて確実に移送させることができる。
前記流路の延在方向に並設された前記第１柱状部材の列が、少なくとも一対形成され、これら一対の前記第１柱状部材の列の間に、前記柱状部材が配置されない通路部が形成される構成を採用してもよい。
この場合、通路部を挟んで配設された一対の前記第１柱状部材の列によって液体が吸引されることになり、この吸引力によって通路部を液体が流れることになる。また、前記柱状部材が配置されない通路部が形成されているので、この通路部に、液体の測定・分析を行う際に使用する検出部を設けることが可能となる。
また、この通路部に、前記流路の延在方向に延びるガイド突条部を形成してもよい。 この場合、ガイド突条部の表面に作用する表面張力が流路に延在する方向に連続的に作用することになり、液体が流路に沿って流れ易くなる。
さらに、前記流路の一部に、前記第１の基板側に前記柱状部材が配設されない空隙部が形成される構成を採用してもよい。
この場合、第１の基板側の空隙部に、液体の測定・分析を行う際に使用する検出部を設けることができ、複数の柱状部材に干渉することなく検出部にて液体の測定・分析を行うことができる。
また、前記第１の基板および前記第２の基板の少なくとも一方が、光を透過する材料で構成されることが好ましい。
この場合、第１の基板の外側から光を入射させることが可能となり、例えば表面プラズモン共鳴法のように光を用いた測定・分析を行うことができる。
さらに、前記流路に前記液体を導入する導入口と、前記流路内の前記液体を吸引するポンプ部と、を備える構成とすることが好ましい。
この場合、導入口から導入された液体をポンプ部で吸引することによって、流路内に液体を確実に流通させることができる。また、外部にポンプ等の部材を設けることなく液体を流通することができるので、このフローセルを用いた測定・分析を簡単に行うことができる。
本実施例によれば、剛性のある基板を用いて液体の漏れのない流路を形成し、この流路に液体を確実に流通させることが可能なフローセルを提供することができる。
＜フローセルの構成＞
次に、本発明の第１１の実施例であるフローセルの詳細について、図５２、図５３および図５４を参照して説明する。
本実施例であるフローセル１２０は、第１の基板１２２０と、この第１の基板１２２０に積層される第２の基板１２３０と、第１の基板１２２０と第２の基板１２３０との間に形成された流路１２１２と、を有している。
第１の基板１２２０は、剛性が比較的高く、かつ、光を透過可能な材料で構成されており、本実施例では透明なガラス基板で構成されている。この第１の基板１２２０は、矩形平板状をなし、第２の基板１２３０に対向配置される対向面１２２１とこの対向面１２２１に対して平行な底面１２２２とを備えており、対向面１２２１および底面１２２２は平滑な平面とされている。
また、対向面１２２１の中央部付近には、検出する物質に反応する検出部１２２３が設けられている。本実施例では、この検出部１２２３は、対向面１２２１に形成された厚さが１００ｎｍ以下の金属膜と、この金属膜の上に塗布された抗体膜と、を備えている。
第２の基板１２３０は、例えばポリマー等の合成樹脂で構成されている。この第２の基板１２３０は、概略矩形平板状をなし、第１の基板１２２０に対向配置される対向面１２３１とこの対向面１２３１に平行に延びる上面１２３２とを備えている。
第２の基板１２３０の対向面１２３１には、断面円形をなす複数の柱状部材１２４０が立設されている。これら複数の柱状部材１２４０は、外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なる第１柱状部材１２４１と、第２柱状部材１２４２とを有している。
本実施例では、図５３に示すように、第１柱状部材１２４１が、第２の基板１２３０の一の端面（図５３において下側）から他の端面（図５３において上側）に向かって配列されており、この第１柱状部材１２４１の列が６列設けられている。一方、第２柱状部材１２４２は、これら第１柱状部材１２４１の列の側方にそれぞれ配設されており、第２柱状部材１２４２の列がそれぞれ９列設けられている。
なお、本実施例では、図５３に示すように、第１柱状部材１２４１および第２柱状部材１２４２が等間隔に配設されている。また、図５４に示すように、第１柱状部材１２４１は、その突出高さが、第２柱状部材１２４２よりも低くされている。
ここで、第１柱状部材１２４１は、その表面に親水性処理が施されている。また、第２柱状部材１２４２は、その表面が疎水性を有している。なお、第１柱状部材１２４１の表面を親水性とするためには、例えば日本油脂株式会社製の「Ｌｉｐｉｄｕｒｅ」等の市販の親水性コーティング剤を塗布すればよい。
このような第１の基板１２２０と第２の基板１２３０とが積層されることによって、本実施例であるフローセル１２０が形成される。ここで、第２柱状部材１２４２が第１の基板１２２０の対向面１２２１に当接される。ここで、第２柱状部材１２４２と第１の基板１２２０の対向面１２２１とを、互いに密接させる必要はない。
そして、第１の基板１２２０と第２の基板１２３０の間に位置する第１柱状部材１２４１および第２柱状部材１２４２によって、液体が流通する流路１２１２が形成される。
ここで、第１柱状部材１２４１の表面は親水性処理が施されていて液体との濡れ性が良いため、液体を吸い込むように表面張力が作用することになる。また、第２柱状部材１２４２の表面が疎水性とされていて液体との濡れ性が悪いため、液体をはじくように表面張力が作用することになる。
よって、流路１２１２内に導入された液体は、濡れ性の良い第１柱状部材１２４１が配設された方向に侵入し、濡れ性の悪い第２柱状部材１２４２が配設された側には侵入しない。これにより、液体は、第１柱状部材１２４１が配列された方向に向けて選択的に移送される。
また、図５４に示すように、第１柱状部材１２４１は、その突出高さが短くされているので、第１の基板１２２０の対向面１２２１との間に空隙が形成され、検出部１２２３に第１柱状部材３１の先端が当接しない構成とされている。
＜フローセルの使用例＞
次に、本実施例であるフローセルの使用例について説明する。
本実施例であるフローセルは、表面プラズモン共鳴測定装置９１０１の測定チップとして使用される。
まず、第１の基板１２２０の検出部１２２３に、抗原に反応する抗体を塗布しておく。
図５５に示すように、表面プラズモン共鳴測定装置９１０１は、半円柱状をなすプリズム９１０２を有し、このプリズム９１０２の上に本実施例であるフローセル１２０を固定する固定部９１０３と、プリズム９１０２を通じてフローセル１２０の検出部１２２３にレーザ光を入射するレーザ入射部９１０４と、この検出部１２２３で反射されたレーザ光を検知するレーザ検知部９１０５とを備えている。
本実施例であるフローセル１２０を、第１の基板１２２０の底面１２２２がプリズム９１０２側を向くようにして固定部９１０３に固定する。
フローセル１２０の流路１２１２に液体を導入すると、液体が第１柱状部材１２４１の配列方向に沿って流通し、検出部１２２３の上を液体が通過することになる。
この液体に抗原が存在した場合には、流路１２１２を流通する液体中の抗原と検出部１２２３に塗布された抗体とが抗原抗体反応を起こし、検出部１２２３表面の屈折率を変化させる。その変化を表面プラズモンとエバネッセント波が共鳴する周波数の変化として検出することで、抗原の有無を判断する。
このような構成とされた本実施例であるフローセル１２０によれば、第２の基板１２３０の対向面１２３１に、第１柱状部材１２４１と、この第１柱状部材１２４１の外側に位置した第２柱状部材１２４２とが立設され、第１柱状部材１２４１の表面に親水性処理が施され、第２柱状部材１２４２の表面が疎水性とされているので、第１柱状部材１２４１と第２柱状部材１２４２とでは、外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なることになる。
ここで、第１柱状部材１２４１の表面が親水性とされているので、濡れ性がよく、液体が第１柱状部材１２４１側へと流れる。一方、第２柱状部材１２４２の表面が疎水性とされているので、濡れ性が悪く液体をはじくことになり、第２柱状部材１２４２側への液体の侵入は防止される。このようにして、第１柱状部材１２４１の配列方向に向けて流路１２１２が形成されることになる。
こうして形成された流路１２１２においては、流路１２１２の外側に第２柱状部材１２４２が配設されていることから、流路１２１２の外側部分に第１の基板１２２０と第２の基板１２３０の間の隙間が生じていても液体は第１柱状部材１２４１の配列方向に沿って流れることになり、この隙間からの液体の漏れが発生しない。このため、第１の基板１２２０と第２の基板１２３０とを密着させることなく、液体の漏れを防止したフローセル１２０を提供することが可能となる。したがって、第１の基板１２２０と第２の基板１２３０との間に弾性変形するシール部材等を介装する必要がなく、また、対向面１２２１の面粗度を必要以上に向上させる必要はなく、このフローセル１２０を安価に製作することができる。
また、第１柱状部材１２４１の突出高さが第２柱状部材１２４２の突出高さよりも低くされ、検出部１２２３に第１柱状部材１２４１の先端が接触しない構成とされているので、液体の測定を行う際に、第１柱状部材１２４１に光が干渉することがなく、かつ、センサ表面での反応を阻害することがなく、液体の測定・分析を精度良く行うことができる。
さらに、本実施例では、第１柱状部材１２４１にのみ親水性処理を施して第２柱状部材１２４２との表面張力の差を形成しており、つまり、親水性処理を行うことによって第１柱状部材１２４１と第２柱状部材１２４２とをそれぞれ形成しているので、等間隔に配列された柱状部材１２４０の任意の位置に親水性処理を施すことで第１柱状部材１２４１とし、残りの部分を第２柱状部材１２４２として、任意の方向、位置に流路１２１２を形成することができる。
［第１２の実施例］
次に、本発明の第１２の実施例について図５６、図５７および図５８を参照して説明する。この第１２の実施例においては、第１柱状部材１３４１と第２柱状部材１３４２との形状と配置が、第１１の実施例と異なっている。
第１柱状部材１３４１は、図５６および図５７に示すように、その突出方向に直交する断面形状が概略長円状をなしており、長手方向長さと短手方向長さとの比、いわゆるアスペクト比γ１が１よりも大きくなるように設定されている。第１柱状部材１３４１は、第１柱状部材１３４１の長手方向が流路１３１２の延在方向に向くように配置されている。また、第１柱状部材１３４１は、流路１３１２の延在方向に向けて３列形成されており、中央列の第１柱状部材１３４１が左右列の第１柱状部材１３４１に対して流路１３１２の延在方向位置が異なるように配設されている。これにより、流路１３１２の延在方向に直交する断面には、少なくとも１つの第１柱状部材１３４１が存在することとなる。
第２柱状部材１３４２は、図５６および図５７に示すように、その突出方向に直交する断面形状が真円状をなしており、長手方向長さと短手方向長さとの比、いわゆるアスペクト比γ２が１に設定されている。そして、この第２柱状部材１３４２は、図５７に示すように、平面視して、どの方向に向けても非連続的となるように配列されている。
このような構成とされた第１２の実施例であるフローセル１３０においては、第１柱状部材１３４１の長手方向に表面張力が連続的に作用することになり、第１柱状部材１３４１の短手方向や第２柱状部材１３４２が配設された部分では表面張力がどの方向に向けても離散的に作用することになる。すると、液体は、表面張力が連続的に作用する第１柱状部材１３４１の長手方向に沿って選択的に侵入することになり、第１柱状部材１３４１および第２柱状部材１３４２によって流路１３１２が形成されることになる。
そして、表面張力が離散的に作用する第２柱状部材１３４２側には液体が侵入しないことになる。よって、第１の基板１３２０と第２の基板１３３０との間に弾性変形するシール部材等を介装する必要がなく、また、第１の基板１３２０の対向面１３２１の面粗度を必要以上に向上させる必要はなく、このフローセル１３０を安価に製作することができる。
また、本実施例では、流路１３１２の延在方向に直交する断面において第１柱状部材１３４１が少なくとも１つ配置されるように構成されているので、流路１３１２の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用することになり、この表面張力によって液体を流路１３１２の延在方向に向けて確実に移送させることができる。
［第１３の実施例］
次に、本発明の第１３の実施例について図５９、図６０および図６１を参照して説明する。この第１３の実施例においては、第１柱状部材１４４１と第２柱状部材１４４２との配置が、第１１の実施例と異なっている。
この第１３の実施例であるフローセル１４０においては、第１の基板１４２０と第２の基板１４３０との間に、流路１４１２の延在方向に並設された第１柱状部材１４４１の列が６列形成されており、６列の第１柱状部材１４４１の列の中央部に柱状部材１４４０が配置されない通路部１４４３が形成されている。つまり、通路部１４４３の側方に、それぞれ第１柱状部材１４４１の列が３列ずつ配置されているのである。また、第１柱状部材１４４１の側方には第２柱状部材１４４２が形成されている。
ここで、第１柱状部材１４４１の表面に親水性処理が施されて親水性とされ、第２柱状部材１４４２の表面は疎水性とされており、第１柱状部材１４４１と第２柱状部材１４４２とでは、外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なるように構成されている。
このような構成とされた第１３の実施例であるフローセル１４０においては、通路部１４４３を挟んで配設された一対の第１柱状部材１４４１の列によって液体が吸引されることになり、この吸引力によって通路部１４４３を液体が流れることになる。また、柱状部材１４４０が配置されない通路部１４４３が形成されているので、この通路部１４４３に検出部１４２３を設けることが可能となる。
なお、図６２および図６３に示すように、通路部１４４３に流路１４１２の延在方向に延びるとともに柱状部材１４４０よりも突出高さが低くされたガイド突条部１４４４を形成してもよい。この場合、ガイド突条部１４４４の表面に作用する表面張力が流路１４１２に延在する方向に連続的に作用することになり、液体が流路１４１２に沿ってさらに流れ易くなる。
以上、本発明のに係る一実施例であるフローセル１２０〜１４０について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の基板をガラス基板で構成し、第２の基板を合成樹脂で構成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、樹脂材料、金属、セラミックス等で構成されたものであってもよい。
また、表面プラズモン共鳴法に利用されるフローセルとして説明したが、これに限定されることはなく、他の分析等に使用してもよい。
さらに、疎水性の柱状部材を形成し、この柱状部材の表面に親水性処理を施して第１柱状部材と第２柱状部材とを形成するものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えば第１の基板を疎水性材料で構成して第２柱状部材を立設し、第２の基板を親水性材料で構成して第１柱状部材を立設してもよい。逆に、第１の基板を親水性材料で構成して第１柱状部材を立設し、第２の基板を疎水性材料で構成して第２柱状部材を立設してもよい。
また、第２の基板の対向面に立設された複数の柱状部材によって流路を形成したものとして説明したが、これに限定されることはなく、対向面に凹溝部を設けて、この凹溝部内に複数の柱状部材を配設して流路を形成してもよい。
また、流路に液体を導入する導入口を設け、この導入口から液体を圧入するように構成してもよい。
さらに、流路の一端に液体を導入する導入口を設け、流路の他端に、毛細管ポンプ部を設けて、導入口から毛細管ポンプ部へと液体が流通するように構成してもよい。
［第１４の実施例］
次に、本発明に係る第１４の実施例について説明する。
近年、マイクロＴＡＳ、マイクロコンビナトリアルケミストリー、化学ＩＣ、化学センサ、バイオセンサ、微量分析、電気化学分析、ＱＣＭ分析、ＳＰＲ分析、ＡＴＲ分析等の微量の液体を用いた測定・分析が広く利用されている。
例えば、文献５に記載されたＳＰＲ分析では、液体中に存在する原因菌を検知するために、この原因菌由来の抗原に反応する抗体が配置された検出部を設け、この検出部上に測定対象となる液体を流通させ、抗原抗体反応を起こさせて、この反応を表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）法によって検出する。
微量の液体を流通させる手段として、例えば文献４に記載されているように、合成樹脂等の板材に対して微細加工を施して様々なパターンの溝等を形成し、毛細管現象を利用した毛細管ポンプによって液体を移送するフローセルが使用されている。この文献４に記載されたフローセルにおいては、シリコン基板に微小な溝を設け、これにポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）からなる基板を積層させることによって流路を形成し、この流路の一端を毛細管ポンプに接続している。
また、アクリル樹脂等の剛性のある基板の間に弾性部材からなるシール部材を挟み込むことによって構成されたフローセルも提案されている。
しかしながら、従来のように、基板に微小な溝等を形成するためには高精度の加工を行う必要があり、フローセルの製作コストが非常に高くなっていた。
また、流路からの液漏れを防止するためには、一の基板と他の基板を隙間なく密着させる必要があるが、接着剤等を使用したり、熱溶着したりする際において、一の基板と他の基板との面粗度を精度良く一致させることは困難であった。また、一の基板と他の基板とを密着させるために高圧力下で接合することも考えられるが、この場合、フローセルの製造コストが大幅に増加してしまうことになる。
よって、従来では、ＰＤＭＳのような弾性材からなる基板を用いたり、弾性材からなるシール部材を介装したりする必要があり、フローセルの製造コストがさらに増加する傾向にあった。
本実施例は、このような事情を考慮してなされたもので、低コストで製作可能であり、かつ、流路近傍を密着させるように接合することが可能なフローセルおよびフローセルの製造方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本実施例のフローセルは、第１の基板と、この第１の基板の上に積層される第２の基板と、を有し、前記第１の基板には、前記第２の基板に対向する対向面から立設する複数の第１柱状部材が形成され、前記第２の基板には、前記第１の基板に対向する対向面から立設する複数の第２柱状部材が形成されており、これら前記第１柱状部材と前記第２柱状部材とが互いに咬合された接合部によって、前記第１の基板と前記第２の基板とが接合されており、前記第１柱状部材と前記第２柱状部材とが咬合されない非接合部に、液体を流通する流路が形成されていることを特徴としている。
この構成のフローセルによれば、第１の基板の対向面に複数の第１柱状部材が立設され、前記第２の基板の対向面に複数の第２柱状部材が立設されており、これら第１柱状部材と第２柱状部材とが互いに咬合された接合部を備えているので、接着剤等を用いることなく、第１の基板と第２の基板とを接合して一体化することができる。
また、第１柱状部材と第２柱状部材とが咬合されない非接合部が設けられ、この非接合部に液体を流通する流路が形成されているので、２枚の基板を完全に密閉した構造を用いることなく液体の流路を形成することができる。また、流路の近傍に接合部を配置することによって流路近傍で第１の基板と第２の基板とを接合することが可能となる。
ここで、前記非接合部に、前記第１柱状部材を前記流路の延在方向に沿って配列し、この第１柱状部材の列と前記接合部との間に、前記第２柱状部材を配列し、前記非接合部に前記第１柱状部材および前記第２柱状部材を、その外周面に接触した液体に作用する表面張力が互いに異なる構成とすることが好ましい。
この場合、第１柱状部材と第２柱状部材とで前記表面張力に差を設けることで、第１柱状部材の配列方向に向けて液体を選択的に移送し、第２柱状部材が設けられた部分への液体の流れ込みを防止することにより、非接合部に流路を形成することができる。
また、前記非接合部に配列された前記第１柱状部材の表面が親水性とされ、この第１柱状部材の列と前記接合部との間に配列された前記第２柱状部材の表面が疎水性とされていることが好ましい。
この場合、前記非接合部に配列された第１柱状部材の表面が親水性とされているので、液体の濡れ性がよく、液体が第１柱状部材側へと流れることになる。これにより、第１柱状部材の配列方向に向けて流路が形成されることになる。一方、第１柱状部材の列と接合部との間に配設された第２柱状部材の表面が疎水性とされているので、液体の濡れ性が悪く液体をはじくことになり、第２柱状部材側への液体の侵入を防止することができる。これにより、第１の基板と第２の基板とを接合部で接合することによって、流路からの液体の漏れを防止したフローセルを提供することが可能となる。
さらに、前記第１の基板の表面全体が親水性とされ、前記第２の基板の表面全体が疎水性とされている構成を採用してもよい。
この場合、親水性の基板と疎水性の基板とを用いることにより、第１柱状部材や第２柱状部材に親水性処理や疎水性処理を施すことなく、比較的簡単に前述のフローセルを製作することが可能となる。
また、前記非接合部において、前記流路の延在方向に沿って配列された前記第１柱状部材は、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に生じる形状および配置とされ、前記第１柱状部材の列と前記接合部との間に配列された前記第２柱状部材は、表面張力が離散的に生じる形状および配置とされた構成を採用することが好ましい。
この場合、第１柱状部材は、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用する形状および配置とされているので、この表面張力によって液体が流路の延在方向に向けて流れることになる。一方、第１柱状部材の列と前記接合部との間に配列された前記第２柱状部材は、表面張力が離散的に生じる形状および配置とされているので、液体が第２柱状部材側に侵入することを防止できる。
ここで、前記第１柱状部材の断面のアスペクト比が１より大きく、前記第１柱状部材の断面の長手方向が前記流路の延在方向に向けられている構成を採用することが好ましい。 この場合、前記第１柱状部材の断面のアスペクト比が１より大きく、つまり、前記第１柱状部材の断面が長手方向に伸びる形状をなしており、この長手方向が前記流路の延在方向に向くように、前記第１柱状部材が配設されているので、前記流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用することになり、この表面張力によって液体が流路の延在方向に向けて流れることになる。
また、前記非接合部に、前記流路の延在方向に並設された前記第１柱状部材の列が、少なくとも一対形成され、これら一対の前記第１柱状部材の列の間に、前記第１柱状部材および前記第２柱状部材が配置されない通路部が形成されていてもよい。
この場合、通路部を挟んで配設された一対の前記第１柱状部材の列によって液体が吸引されることになり、この吸引力によって通路部を液体が流れることになる。また、前記第１柱状部材および前記第２柱状部材が配置されない通路部が形成されているので、この通路部に、液体の測定・分析を行う際に使用する検出部を設けることが可能となる。
前記流路に、前記流路の延在方向に延びるガイド突条部を形成してもよい。
この場合、ガイド突条部によって表面張力が流路に延在する方向に連続的に作用することになり、液体が流路に沿って流れ易くなる。
また、前記第１の基板または前記第２の基板は、光を透過する材料で構成されていてもよい。
この場合、第１の基板または前記第２の基板の外側から光を入射させることが可能となり、例えば表面プラズモン共鳴法のように光を用いた測定・分析を行うことができる。
さらに、前記流路に前記液体を導入する導入口と、前記流路内の前記液体を吸引するポンプ部と、を備える構成とすることが好ましい。
この場合、導入口から導入された液体をポンプ部で吸引することによって、流路内に液体を確実に流通させることができる。また、外部にポンプ等の部材を設けることなく液体を流通することができるので、このフローセルを用いた測定・分析を簡単に行うことができる。
また、本実施例のフローセルの製造方法は、前述のフローセルの製造方法であって、第１の基板の前記対向面に立設された複数の第１柱状部材と、第２の基板の前記対向面に立設された複数の第２柱状部材とを、互いに咬合させることによって第１の基板と第２の基板とを接合するとともに、前記第１柱状部材と前記第２柱状部材とが咬合されない非接合部に液体が流通される前記流路を形成することを特徴としている。
この構成のフローセルの製造方法によれば、接着剤等を用いることなく、第１の基板と第２の基板とを接合して一体化することが可能となり、低コストでフローセルを製作することができる。
本実施例によれば、低コストで製作可能であり、かつ、流路近傍を密着させるように接合することが可能なフローセルおよびフローセルの製造方法を提供することができる。
＜フローセルの構成＞
次に、本発明の第１４の実施例であるフローセルの詳細について、図６４から図６６を参照して説明する。
本実施例であるフローセル１５０は、第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とが積層された構造とされ、その内部に液体が流通される流路１５１２を備えている。
第１の基板１５２０は、図６４に示すように、矩形平板状をなし、第２の基板１５３０に対向配置される対向面には、円柱状をなす複数の第１柱状部材１５２２が立設されている。ここで、この第１の基板１５２０は、例えばポリマー樹脂等の合成樹脂からなり、その表面全体が親水化処理によって親水性を示し、第１柱状部材１５２２の外表面も親水性を備えている。
複数の第１柱状部材１５２２は、第１の基板１５２０の一方の端面側（図６４において右下側）から他方の端面側（図６４において左上側）に向かって配列されている。ここで、第１の基板１５２０の側方側（図６４において左右側）には、第１柱状部材１５２２ｂがそれぞれ５列ずつ配列された接合領域１５２３が形成されており、これら接合領域１５２３の内側に、第１柱状部材１５２２ａが３列ずつ配列された非接合領域１５２４が設けられている。
第２の基板１５３０は、図６４に示すように、矩形平板状をなし、第１の基板１５２０に対向配置される対向面には、円柱状をなす複数の第２柱状部材１５３２が立設されている。ここで、この第２の基板１５３０は、剛性が比較的高く、かつ、光を透過可能な材料で構成されており、本実施例では、透明なポリマー樹脂からなり、その表面全体が疎水性を有しており、第２柱状部材１５３２の外表面も疎水性を備えている。
これら複数の第２柱状部材１５３２は、第２の基板１５３０の一方の端面側（図６４において右上側）から他方の端面側（図６４において左下側）に向かって配列されている。ここで、第２の基板１５３０の側方側（図６４において左右側）には、第２柱状部材１５３２がそれぞれ６列ずつ配列された接合領域１５３３が設けられ、この接合領域１５３３の内側に、第２柱状部材１５３２が３列ずつ配列された非接合領域１５３４が設けられている。
また、第２の基板１５３０の対向面の中央部付近、つまり、非接合領域１５３４の中央部には、検出する物質に反応する抗体を備えた検出部１５３６が設けられている。本実施例では、この検出部１５３６は、対向面に形成された厚さが１００ｎｍ以下の金属膜と、この金属膜の上に塗布された抗体膜と、を備えている。
このような第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とが、それぞれの対向面同士が対向した状態で積層される。このとき、接合領域１５２３、１５３３においては、図６５に示すように、第１の基板１５２０の第１柱状部材１５２２ｂの間に第２の基板１５３０の第２柱状部材１５３２が入り込むようにして、第１柱状部材１５２２ｂと第２柱状部材１５３２とが互いに咬合して接合部１５１３が形成されることになる。このように接合部１５１３が形成されることにより、第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とが接合され、本実施例であるフローセル１５０が形成される。
ここで、図６５に示すように、第２の基板１５３０の非接合領域１５３４に配設された第２柱状部材１５３２の列の間に、第１の基板１５２０の非接合領域１５２４に配設された第１柱状部材１５２２ａの列が配置され、第１柱状部材１５２２ａおよび第２柱状部材１５３２とが咬合していない非接合部１５１４が形成されることになる。
そして、この非接合部１５１４には、第１の基板１５２０の非接合領域１５２４に配設された第１柱状部材１５２２ａ、第２の基板１５３０の非接合領域１５３４に配設された第２柱状部材１５３２により、流路１５１２が画成されることになる。また、流路１５１２の中央部分には、第１柱状部材１５２２、第２柱状部材１５３２が配設されない通路部１５が形成されており、この通路部１５に検出部１５３６が配設されることになる。
次に、このように構成されたフローセル１５０における液体の流れについて説明する。 まず、流路１５１２に液体が導入される。すると、非接合部１５１４（非接合領域１５２４）に配設された第１柱状部材１５２２ａの表面は親水性とされていて液体との濡れ性が良いため、導入された液体を吸い込むように表面張力が作用することになる。また、非接合部１５１４（非接合領域１５３４）に配設された第２柱状部材１５３２の表面が疎水性とされていて液体との濡れ性が悪いため、液体をはじくように表面張力が作用することになる。
すると、液体は、濡れ性の良い第１柱状部材１５２２ａが配設された方向に侵入し、濡れ性の悪い第２柱状部材１５３２が配設された側には侵入しない。これにより、液体は、第１柱状部材１５２２ａが配列された側に向けて選択的に侵入していき、流路１５１２内を液体が流通することになる。
次に、本実施例であるフローセル１５０の使用例について説明する。
本実施例であるフローセル１５０は、表面プラズモン共鳴測定装置９２０１の測定チップとして使用される。
まず、第２の基板１５３０の検出部１５３６に、抗原に反応する抗体を塗布しておく。
図６７に示すように、表面プラズモン共鳴測定装置９２０１は、半円柱状をなすプリズム９２０２を有し、このプリズム９２０２の上に本実施例であるフローセル１５０を固定する固定部９２０３と、プリズム９２０２を通じてフローセル１５０の検出部１５３６にレーザ光を入射するレーザ入射部９２０４と、この検出部１５３６で反射されたレーザ光を検知するレーザ検知部９２０５とを備えている。
本実施例であるフローセル１５０を、第２の基板１５３０がプリズム９２０２側となるようにして固定部９２０３に固定する。
フローセル１５０の流路１５１２に液体を導入すると、液体が第１柱状部材１５２２ａの配列方向に沿って流通し、検出部１５３６の上を液体が通過することになる。
この液体中に抗原が存在した場合には、流路１５１２を流通する液体中の抗原と検出部１５３６に塗布された抗体とが抗原抗体反応を起こし、検出部１５３６表面の屈折率を変化させる。その変化を表面プラズモンとエバネッセント波が共鳴する周波数の変化として検出することで、抗原の有無を判断する。
このような構成とされた本実施例であるフローセル１５０によれば、第１の基板１５２０の対向面に複数の第１柱状部材１５２２が立設され、第２の基板１５３０の対向面に複数の第２柱状部材１５３２が立設されており、これら第１柱状部材１５２２と第２柱状部材１５３２とが互いに咬合された接合部１５１３を備えているので、この接合部１５１３によって第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とを接合してフローセル１５０を構成することができる。
また、第１柱状部材１５２２と第２柱状部材１５３２とが咬合されない非接合部１５１４が設けられており、この非接合部１５１４に液体が流通される流路１５１２が形成されているので、２枚の剛性を有する基板を完全に密着させる程度の極めて高い面粗度を必要とせず、また、面粗度の不一致を補償するような工程（例えば、高圧力下での接合等）を必要とせず、流路１５１２を有するフローセル１５０を低コストで製作することができる。さらに、流路１５１２の近傍に接合部１５１３が配置されているので、流路１５１２近傍において第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とを確実に接合することができ、より確実に流路１５１２を形成することができる。
また、非接合領域１５２４（非接合部１５１４）に配列された第１柱状部材１５２２ａが、流路１５１２の延在方向に沿って配列され、この第１柱状部材１５２２ａの列と接合部１５１３との間に、第２柱状部材１５３２が配列されており、第１柱状部材１５２２ａの表面が親水性とされ、第２柱状部材１５３２の表面が疎水性とされているので、第１柱状部材１５２２ａの表面の濡れ性がよく、流路１５１２に導入された液体が第１柱状部材１５２２ａ側へと選択的に流れることになる。これにより、第１柱状部材１５２２ａの配列方向に向けて流路１５１２が形成されることになる。一方、第１柱状部材１５２２ａの列と接合部１５１３との間に配設された第２柱状部材１５３２の表面が疎水性とされているので、濡れ性が悪く液体をはじくことになり、第２柱状部材１５３２側への液体の侵入を防止することができる。よって、第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とが完全に密着していなくても液体の漏れを防止したフローセル１５０を提供することができる。
さらに、非接合領域１５２４（非接合部１５１４）に、流路１５１２の延在方向に配列された３列の第１柱状部材１５２２ａの列が一対形成され、これら一対の第１柱状部材１５２２ａの列の間に、第１柱状部材１５２２および第２柱状部材１５３２が配置されない通路部１５が形成されており、この通路部１５に検出部１５３６が設けられているので、第１柱状部材１５２２および第２柱状部材１５３２に干渉されることなく検出部１５３６で測定・検知を行うことができる。
また、第１の基板１５２０の表面全体が親水化処理により親水性とされ、第２の基板１５３０の表面全体が疎水性とされており、これら第１の基板１５２０と第２の基板１５３０とを積層させてフローセル１５０を構成しているので、第１柱状部材１５２２や第２柱状部材１５３２に対して個別に親水性処理や疎水性処理を施す必要がなく、比較的簡単に本実施例であるフローセル１０を製作することができる。
［第１５の実施例］
次に、本発明の第１５の実施例について図６８から図７０を参照して説明する。この第１５の実施例においては、第１柱状部材１６２２と第２柱状部材１６３２の配置および非接合部１６１４に配置された第１柱状部材１６２２ａの形状と配置が、第１４の実施例と異なっている。
第１の基板１６２０は、図６８に示すように、矩形平板状をなし、第２の基板１６３０に対向配置される対向面には、複数の第１柱状部材１６２２が立設されている。ここで、この第１の基板１６２０は、例えばポリマー樹脂等の合成樹脂からなり、その表面全体が親水化処理により親水性を示しており、第１柱状部材１６２２の外表面も親水性を備えている。
複数の第１柱状部材１６２２は、第１の基板１６２０の一方の端面側（図６８において右下側）から他方の端面側（図６８において左上側）に向かって配列されている。第１の基板１６２０の側方側（図６８および図６９において左右側）には、円柱状をなす第１柱状部材１６２２ｂがそれぞれ８列ずつ配列された接合領域１６２３が形成されており、これら接合領域１６２３の内側に、第１柱状部材１６２２ａが３列配列された非接合領域１６２４が形成されている。
また、図７０に示すように、非接合領域１６２４（非接合部１６１４）に位置する第１柱状部材１６２２ａは、接合領域１６２３（接合部１６１３）に位置する第１柱状部材１６２２ｂよりも、その突出高さが低くされている。
ここで、非接合領域１６２４に配列された第１柱状部材１６２２ａは、後述する流路１６１２の延在方向に向けて表面張力が連続的に生じる形状および配置とされている。詳述すると、非接合領域１６２４に配列された第１柱状部材１６２２ａは、図６８および図６９に示すように、その突出方向に直交する断面形状が概略長円状をなしており、長手方向長さと短手方向長さとの比、いわゆるアスペクト比γ１が１よりも大きくなるように設定されている。この第１柱状部材１６２２ａは、その断面の長手方向が、流路１６１２の延在方向に向くように配列されている。また、３列配列された第１柱状部材１６２２ａのうち中央列の第１柱状部材１６２２ａは、左右列の第１柱状部材１６２２ａに対して流路１６１２の延在方向位置が異なるように配列されている。これにより、流路１６１２の延在方向に直交する断面には、少なくとも１つの第１柱状部材１６２２ａが存在することとなる。
第２の基板１６３０は、図６８に示すように、矩形平板状をなし、第１の基板１６２０に対向配置される対向面には、円柱状をなす複数の第２柱状部材１６３２が立設されている。ここで、この第２の基板１６３０は、剛性が比較的高く、かつ、光を透過可能な材料で構成されており、本実施例では、透明なポリマー樹脂からなり、その表面全体が疎水性を有しており、第２柱状部材１６３２の外表面も疎水性を備えている。
これら複数の第２柱状部材１６３２は、第２の基板１６３０の一方の端面側（図６８において右上側）から他方の端面側（図６８において左下側）に向かって配列されている。ここで、第２の基板１６３０の側方側（図６８および図６９において左右側）には、第２柱状部材１６３２がそれぞれ９列ずつ配列された接合領域１６３３が形成されており、この接合領域１６３３の内側に、３列ずつの第２柱状部材１６３２が配設された非接合領域１６３４が設けられている。
また、第２の基板１６３０の対向面の中央部付近、つまり、非接合領域１６３４の中央部には、検出する物質に反応する抗体を備えた検出部１６３６が設けられている。本実施例では、この検出部１６３６は、対向面に形成された厚さが１００ｎｍ以下の金属膜と、この金属膜の上に塗布された抗体膜と、を備えている。
ここで、非接合領域１６２４に配列された第１柱状部材１６２２ａの列と接合領域１６２３との間に配列された第２柱状部材１６３２は、表面張力が離散的に生じる形状および配置とされている。詳述すると、第２柱状部材１６３２は、図６８および図６９に示すように、その突出方向に直交する断面形状が真円状をなしており、長手方向長さと短手方向長さとの比、いわゆるアスペクト比γ２が１に設定されている。つまり、非接合領域１６２４に配置された第１柱状部材１６２２ａの前記断面のアスペクト比γ１が第２柱状部材１６３２の前記断面のアスペクト比γ２よりも大きくなる（γ１＞γ２）ように設定されているのである。
このような第１の基板１６２０と第２の基板１６３０とが、それぞれの対向面同士が対向した状態で積層される。このとき、接合領域１６２３、１６３３においては、図６９に示すように、第１の基板１６２０の第１柱状部材１６２２ｂの間に第２の基板１６３０の第２柱状部材１６３２が入り込むようにして、第１柱状部材１６２２ｂと第２柱状部材１６３２とが互いに咬合して接合部１６１３が形成される。このように接合部１６１３が形成されることにより、第１の基板１６２０と第２の基板１６３０とが接合され、本実施例であるフローセル１６０が形成される。
ここで、図６９に示すように、第２の基板１６３０の非接合領域１６３４に配設された第２柱状部材１６３２の列の間に、第１の基板１６２０の非接合領域１６２４に配設された第１柱状部材１６２２ａの列が配置され、第１柱状部材１６２２ａおよび第２柱状部材１６３２が咬合していない非接合部１６１４が形成されることになる。
そして、この非接合部１６１４には、第１の基板１６２０の非接合領域１６２４に配設された第１柱状部材１６２２ａ、第２の基板１６３０の非接合領域１６３４に配設された第２柱状部材１６３２により、流路１６１２が画成されることになる。ここで、非接合領域１６２４に配列された第１柱状部材１６２２ａは、接合領域１６２３に配列された第１柱状部材１６２２ｂよりも突出高さが低くされていることから、図７０に示すように、この第１柱状部材１６２２ａの突端は第２の基板１６３０から離間した位置に配置され、空隙が形成されることになる。また、この空隙の部分に検出部１６３６が配置されている。
このような構成とされた第１５の実施例であるフローセル１６０においては、非接合部１６１４（非接合領域１６２４）に配設された第１柱状部材１６２２ａの前記断面の長手方向に沿って表面張力が連続的に作用することになり、第１柱状部材１６２２ａの短手方向や第２柱状部材１６３２が配設された部分では表面張力が離散的に作用することになる。すると、流路１６１２内に導入された液体は、表面張力が連続的に作用する第１柱状部材１６２２ａの長手方向に沿って液体が選択的に侵入し、表面張力が離散的に作用する第２柱状部材１６３２側には液体が侵入しないことになる。加えて、第１柱状部材１６２２ａの表面が親水性とされ、第２柱状部材１６３２の表面が疎水性とされているので、液体は第１柱状部材１６２２ａの配列方向に向けて流通することになる。
また、本実施例では、流路１６１２の延在方向に直交する断面において第１柱状部材１６２２ａが少なくとも１つ配置されるように構成されているので、流路１６１２の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用することになり、この表面張力によって液体を流路１６１２の延在方向に向けて確実に移送させることができる。
さらに、図７０に示すように、この第１柱状部材１６２２ａの突端が第２の基板１６３０から離間した位置に配置され、空隙が形成されており、この空隙の部分に検出部１６３６が配置されているので、第１柱状部材１６２２や第２柱状部材１６３２に干渉することなく、検出部１６３６で液体の測定・検知を行うことができる。
［第１６の実施例］
次に、本発明の第１６の実施例について図７１および図７２を参照して説明する。
第１の基板１７２０は、矩形平板状をなし、第２の基板１７３０に対向配置される対向面には、複数の第１柱状部材１７２２が立設されている。ここで、この第１の基板１７２０は、剛性が比較的高く、かつ、光を透過可能な材料で構成されており、その表面全体が親水化処理により親水性を示し、第１柱状部材１７２２の外表面も親水性を備えている。
複数の第１柱状部材１７２２は、第１の基板１７２０の一方の端面側から他方の端面側に向かって配列されている。ここで、第１の基板１７２０の側方側には、第１柱状部材１７２２がそれぞれ５列ずつ配列された接合領域が設けられており、これら接合領域の内側には、第１柱状部材１７２２が３列ずつ配列された非接合領域が設けられている。
ここで、本実施例では、この非接合領域のうち３列ずつ配列された第１柱状部材１７２２の間に第１柱状部材１７２２の配列方向に沿って延びる一対のガイド突条部１７２５が設けられており、この一対のガイド突条部１７２５の間に、検出する物質に反応する抗体を備えた検出部１７２６が設けられている。なお、図７２に示すように、このガイド突条部１７２５の突出高さは、第１柱状部材１７２２の突出高さよりも低くされている。
第２の基板１７３０は、矩形平板状をなし、第１の基板１７２０に対向配置される対向面には、円柱状をなす複数の第２柱状部材１７３２が立設されている。ここで、この第２の基板１７３０は、剛性が比較的高く、かつ、光を透過可能な材料で構成されており、本実施例では、透明なポリマー樹脂からなり、その表面全体が疎水性を有しており、第２柱状部材１７３２の外表面も疎水性を備えている。
これら複数の第２柱状部材１７３２は、第２の基板１７３０の一方の端面側から他方の端面側に向かって配列されている。ここで、第２の基板１７３０の側方側には、第２柱状部材１７３２がそれぞれ６列ずつ配列された接合領域が設けられ、この接合領域の内側に、３列の第２柱状部材１７３２が配設された非接合領域が設けられている。
このような第１の基板１７２０と第２の基板１７３０とが、それぞれの対向面同士が対向した状態で積層される。このとき、接合領域においては、図７１に示すように、第１の基板１７２０の第１柱状部材１７２２ｂの間に第２の基板１７３０の第２柱状部材１７３２が入り込むようにして、第１柱状部材１７２２ｂと第２柱状部材１７３２とが互いに咬合して接合部１７１３が形成されることになる。このように接合部１７１３が形成されることによって、第１の基板１７２０と第２の基板１７３０とが接合され、本実施例であるフローセル１７０が形成される。
ここで、図７１に示すように、第２の基板１７３０の非接合領域に配設された第２柱状部材１７３２の列の間に、第１の基板１７２０の非接合領域に配設された第１柱状部材１７２２ａが配置され、第１柱状部材１７２２ａおよび第２柱状部材１７３２とが咬合していない非接合部１７１４が形成されることになる。
そして、この非接合部１７１４には、第１の基板１７２０の非接合領域に配設された第１柱状部材１７２２ａ、第２の基板１７３０の非接合領域に配設された第２柱状部材１７３２により、流路１７１２が形成される。また、流路１７１２の中央部分には、第１柱状部材１７２２ａ、第２柱状部材１７３２が配設されない通路部１７１５が形成されており、この通路部１７１５に位置する部分に検出部１７２６が配設されている。そして、この通路部１７１５にガイド突条部１７２５が配設されている。
このような構成とされた第１６の実施例であるフローセル１７０においては、通路部１７１５を挟んで配設された第１柱状部材１７２２ａの列によって液体が吸引されることになり、この吸引力によって通路部１７１５を液体が流れることになる。ここで、この通路部１７１５に、流路１７１２の延在方向に延びるガイド突条部１７２５が形成されているので、ガイド突条部１７２５によって表面張力が連続的に作用し、液体が流路１７１２に沿ってさらに流れ易くなる。
以上、本発明の一実施例であるフローセル１５０〜１７０について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第１の基板および第２の基板をポリマー樹脂等の合成樹脂で構成されたものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の合成樹脂、ガラス、金属、セラミックス等で構成されたものであってもよい。
また、第１５の実施例において、非接合領域１６２４に配置される第１柱状部材１６２２ａを断面形状が概略長円状をなすものとして説明したが、これに限定されることはなく、流路１６１２の延在方向に向けて表面張力が連続的に生じる形状および配置とされていればよい。例えば、第１柱状部材１６２２ａを流路１６１２の延在方向に延びる突条としてもよい。この場合でも、突条をなす第１柱状部材１６２２ａによって流路の延在方向に向けて表面張力が連続的に作用することになり、流路１６１２を形成することができる。
また、第１柱状部材および第２柱状部材が、突出方向においてその断面形状が一定とされたものを図示して説明したが、これに限定されることなく、例えば円錐台等のように突出方向において断面形状や大きさが異なるものであってもよい。特に、突出方向に向けて漸次縮径する円錐台状とした場合、第１の基板と第２の基板とを積層する際の位置調整が簡単となる。
また、流路を形成した部分に第１柱状部材および第２柱状部材を配設したものとして説明したが、これに限定されることはなく、これら第１柱状部材および第２柱状部材を配設せずに、画成された空間を流路として使用してもよい。
さらに、表面プラズモン共鳴法に利用されるフローセルとして説明したが、これに限定されることはなく、他の分析等に使用してもよい。

Claims (8)

  1. 光が透過する第１の基板と、
    この第１の基板の上に配設された第２の基板と、
    この第２の基板に形成された開口部と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成され、前記開口部に一端が接続された流路と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成され、前記流路の他端が接続されて、前記開口部より前記流路を経て到達した液体を、前記第１の基板および前記第２の基板により生じる表面張力によって吸引するポンプ部と
    を備え、
    このポンプ部は、前記第１の基板および前記第２の基板のうち少なくとも一方に形成された凹部と、この凹部内に垂設された複数の柱状部材とからなり、
    この柱状部材は、前記第１の基板または前記第２の基板と接触せず、
    前記柱状部材の端部は、前記第１の基板または前記第２の基板と向かい合っている
    ことを特徴とするフローセル。
  2. 前記第１の基板と前記第２の基板との間に介在する第３の基板をさらに備え、
    前記凹部は、前記第２の基板に形成され、
    前記流路は、前記第３の基板に形成され、
    前記ポンプ部は、前記第２の基板および前記第３の基板により生じる表面張力によって前記流体を吸引し、
    前記柱状部材は、前記第２の基板に垂設され、前記第３の基板と接触しない
    ことを特徴とする請求項１記載のフローセル。
  3. 光が透過する第１の基板と、
    この第１の基板の上に配設された第２の基板と、
    この第２の基板の上に配設された第３の基板と、
    前記第２の基板および前記第３の基板に形成された開口部と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成され、前記開口部に一端が接続された流路と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間、および、前記第２の基板と前記第３の基板との間に形成され、前記流路の他端が接続されて、前記開口部より前記流路を経て到達した液体を、前記第１の基板および前記第２の基板、並びに、前記第２の基板および前記第３の基板により生じる表面張力により吸引するポンプ部と
    を備えることを特徴とするフローセル。
  4. 前記第２の基板は、上下方向に貫通する連通孔をさらに備え、
    前記ポンプ部は、前記第１の基板と前記第２の基板との間に形成された第１のポンプ部と、前記第２の基板と前記第３の基板との間に形成された第２のポンプ部とから構成され、
    前記第１のポンプ部と前記第２のポンプ部は、前記連通孔により連通している
    ことを特徴とする請求項３記載のフローセル。
  5. 前記第２の基板および前記第３の基板は、上下方向に貫通する空気孔をさらに備える
    ことを特徴とする請求項３記載のフローセル。
  6. 前記第３の基板上に、少なくとも一組の前記第２の基板と前記第３の基板がさらに配設される
    ことを特徴とする請求項３記載のフローセル。
  7. 前記第１の基板と第２の基板との間に配設された第４の基板をさらに備え、
    前記流路は、前記第４の基板に形成され、
    前記第１のポンプ部は、前記第２の基板と前記第４の基板との間に形成され、前記流体を前記第２の基板および前記第４の基板により生じる表面張力により吸引する
    ことを特徴とする請求項４記載のフローセル。
  8. 前記ポンプ部は、前記第２の基板の上面および下面のうち少なくとも一方に形成された凹部と、この凹部内に垂設された複数の柱状部材とからなり、
    この柱状部材は、開放端を有する
    ことを特徴とする請求項３記載のフローセル。
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