JP5077945B2

JP5077945B2 - マイクロチップ

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Publication number: JP5077945B2
Application number: JP2007336853A
Authority: JP
Inventors: 俊百瀬
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2009156766A

Description

本発明は、血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−ＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関する。

近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（ＤｅｏｘｙｒｉｂｏＮｕｃｌｅｉｃＡｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。

マイクロチップはその内部に流体回路を有しており、該流体回路は、たとえば、液体試薬を保持する液体試薬保持部、検査・分析の対象となる検体（血液など）あるいは検体中の特定成分や液体試薬を計量するための計量部、検体（あるいは検体中の特定成分）と液体試薬とを混合する混合部、混合液について検査・分析を行なうための検出部などの各部と、これら各部を適切に接続する微細な流路とから構成することができる。

このような流体回路を有するマイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、検体および液体試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有し、たとえば血液検査などの生化学検査用として好適に用いられている。

ここで、たとえば血液検査用マイクロチップなどにおいては、血液中の血漿成分を用いて各種検査が行なわれることが多いことから、通常、マイクロチップの流体回路は、流体回路内に導入された血液から、遠心分離により血球成分を取り除き、血漿成分を分離、抽出するための血漿分離部（遠心分離部）を備える。

特許文献１には、流体回路内に導入された試料から対象成分を取り出すための遠心分離管を備えるマイクロチップが開示されている。図５〜１０は、特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。図５〜１０に示されるマイクロチップの流体回路は、試料を流体回路内に導入するための取込口１０５、取込口１０５に接続された遠心分離管２０１、調整管接続部２４１ａおよび溜部２４１ｂからなる調整管２４１、取り出された対象成分を計量するための第１秤量部２０５、試薬５５０が内蔵された試薬溜２１９ａ、２１９ｂ、対象成分と試薬５５０との混合が行なわれる１次混合部２１７および２次混合部２２０、ならびに、得られた混合液について検査・分析を行なうための光検出路２３０から主に構成されており、遠心分離管２０１は、対象成分以外の成分（非対象成分）を主に収容するための第１保持部２０３を有している（図５参照）。以下、図５〜１０を参照して、このマイクロチップの動作方法の概略を示す。

まず、取込口１０５から、遠心分離管２０１と調整管接続部２４１ａとが満たされるように試料５００を導入する（図５参照）。次に、第１回転軸３１０を中心としてマイクロチップを回転させることにより、境界Ｂ−Ｂ’より遠心分離管２０１側の試料５００を遠心分離管２０１内で遠心分離する（図６参照）。この際、試料５００中の対象成分５１０以外の非対象成分５２０は、第１保持部２０３内に収容される。境界Ｂ−Ｂ’より調整管２４１側の試料５００は、溜部２４１ｂに導入される。また、この第１回転軸３１０を中心とする回転により、試薬溜２１９ａおよび２１９ｂに収容されていた試薬５５０は、１次混合部２１７に導入される。

次に、第２回転軸３１１を中心としてマイクロチップを回転させることにより、遠心分離された対象成分５１０を遠心分離管２０１から第１秤量部２０５に導入する（図７参照）。第１秤量部２０５から溢れた対象成分５１０は、第１秤量部２０５に接続された廃液溜２０７に導入される。ついで、再度、第１回転軸３１０を中心としてマイクロチップを回転させることにより、第１秤量部２０５内の対象成分５１０を１次混合部２１７に導入し、試薬５５０と混合させる（図８参照）。

次に、吸引口２３０ａからポンプで吸引することにより、得られた混合物質５６０を２次混合部２２０に導入し、さらに混合するとともに（図９参照）、混合物質５６０を光検出路２３０に導入する（図１０参照）。光検出路２３０に導入された混合物質５６０は、光導入口２３３から光を導入し、光導出口２３５から取り出された透過光の透過量を測定するなどの光学測定に供されて、検査・分析が行なわれる。

以上のように、特許文献１に記載のマイクロチップによれば、第１回転軸３１０および第２回転軸３１１の２つの回転軸を用いてマイクロチップを回転させ、適切な方向の遠心力を印加することにより、試料中の対象成分の抽出、対象成分の計量、試薬との混合などの処理を行なうことが可能である。

しかし、特許文献１に記載のマイクロチップでは、対象成分５１０を計量するために第２回転軸３１１を中心としてマイクロチップを回転させた場合や、混合物質５６０を光検出路２３０に導入するために第２回転軸３１１を中心としてマイクロチップを回転させた場合に、第１保持部２０３内に保持されていた非対象成分５２０や対象成分５１０が流出する可能性があった。このような第１保持部２０３からの流出は、対象成分５１０の正確な計量を妨げる等の理由から、正確な検査・分析を阻害する要因となり得る。

また、第１回転軸３１０を中心としてマイクロチップを回転させて、流体回路内に導入された試料５００を第１保持部２０３に導入する際、第１保持部２０３内に気体（空気）が入り込み、該気体が排出されることなく、残存してしまう可能性があった。第１保持部２０３内に気体が残存すると、第１秤量部２０５を満たすのに十分な量の対象成分５１０が第１秤量部２０５に導入されない可能性があり、このこともまた、正確な検査・分析を阻害し得る。
国際公開第０５／０３３６６６号パンフレット

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、遠心分離により分離された分離液（対象成分の一部および／または非対象成分）が、その後の遠心力の印加により流出することがなく、また、遠心分離時に気体（空気）が残存することを防ぐことができる遠心分離部を備えるマイクロチップを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決するためには、検体中の対象成分と、不要となる非対象成分とを遠心分離により分離するための遠心分離部を、対象成分を収容するための部位（第１の収容部）および、非対象成分を主に収容するための部位（第２の収容部）の２つの部位を含む構成とし、かつ、遠心分離部に２つの開口を付与すればよいことを見出した。また、第１の収容部と第２の収容部とを接続する流路と、当該第２の収容部との接続位置に、別途流路を接続し、該接続位置に気体（空気）を導入可能とすることにより、遠心力の印加によって第１の収容部内の対象成分を計量部へ移動させて計量する際、当該第１の収容部内の対象成分が第２の収容部方向へ移動してしまうことを抑制し、該計量部を満たすのに十分な量の対象成分を計量部へ導入できることを見出した。すなわち、本発明は以下のとおりである。

本発明は、少なくとも、表面に溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、該溝と第２の基板の第１の基板側表面とにより形成される流体回路を内部に有し、マイクロチップ表面から前記流体回路まで貫通する、検体を該流体回路内に導入するための検体導入口するマイクロチップであって、該流体回路が、該検体導入口から導入された検体を、遠心分離により対象成分と非対象成分とに分離するための遠心分離部を備えるマイクロチップに関するものである。本発明のマイクロチップにおいて、該遠心分離部は、該検体導入口側に設けられた検体を導入するための第１の開口を備え、遠心分離により分離される対象成分を収容するための第１の収容部と、該第１の収容部における該第１の開口側とは反対側に接続される第１の流路と、該第１の流路の他端に接続され、かつ、該第１の流路との接続位置とは異なる位置に第２の開口を備える、遠心分離により分離される非対象成分を主に収容するための第２の収容部と、その一端が該第１の流路と該第２の収容部との接続位置に接続され、その他端がマイクロチップ表面から該流体回路まで貫通する貫通口に接続される気体導入路と、該第２の開口に接続される第２の流路と、該第２の流路の他端に接続される廃液溜めと、を含む。本発明の１つの好ましい実施形態において、上記貫通口は、検体導入口である。

本発明において、第１の流路の幅は、気体導入路の幅より小さいことが好ましい。また、第２の収容部は、その検体導入口側に第２の開口を備え、第１の収容部と第１の流路と第２の収容部と第２の流路とは、略Ｕ字状の形状を構成することが好ましい。

また、本発明のマイクロチップにおいて、流体回路は、分離された対象成分を計量するための計量部をさらに備え、第１の収容部が有する第１の開口は、該計量部に接続されていることが好ましい。

計量部と廃液溜めとは、第１の収容部および第２の収容部に対して同じ側に配置されることが好ましい。

また、気体導入路は、第１の収容部および第２の収容部に対して、計量部および廃液溜めが配置される側とは反対側に配置されることが好ましい。

本発明において、検体としては血液を挙げることができ、対象成分としては血漿成分を挙げることができる。この場合、本発明のマイクロチップは、血液検査用として好適に用いることができる。

本発明のマイクロチップによれば、遠心分離により分離された分離液（遠心分離により第２の収容部に収容された対象成分の一部および／または非対象成分）が、その後の遠心力の印加により流出することがなく、また、遠心分離時に気体（空気）が残存することを防ぐことができるため、対象成分の計量を正確に行なうことができる。また、気体導入路を設けたことにより、第１の収容部内の対象成分を計量部に導入する際の遠心力の印加により、該対象成分が第２の収容部方向（廃液溜め方向）に引きずられて移動してしまうことを効果的に抑制でできるため、計量部を満たすのに十分な量の対象成分を該計量部へ導入できる。したがって、当該マイクロチップを用いた検査・分析の正確性、信頼性を向上させることができる。

本発明のマイクロチップは、１つの好ましい態様において、基板表面に溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなる。かかるマイクロチップは、その内部に、第１の基板表面に設けられた溝と第２の基板における第１の基板側表面（第２の基板の貼り合わせ面）とから構成される空洞部からなる流体回路を備える。また、本発明のマイクロチップは、別の好ましい態様において、第３の基板と、基板の両面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とをこの順で貼り合わせてなる。かかる３枚の基板からなるマイクロチップは、第３の基板における第１の基板側表面（第３の基板の貼り合わせ面）および第１の基板における第３の基板側表面に設けられた溝から構成される第１の流体回路と、第２の基板における第１の基板側表面（第２の基板の貼り合わせ面）および第１の基板における第２の基板側表面に設けられた溝から構成される第２の流体回路と、の２層の流体回路を備えている。ここで、２層とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。第１の流体回路と第２の流体回路とは、第１の基板に形成された厚み方向に貫通する１または２以上の貫通穴によって連結されていてもよい。

本発明のマイクロチップを構成する各基板の材質は、特に制限されず、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、生分解性ポリマー（ＢＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの有機材料；シリコン、ガラス、石英などの無機材料等を用いることができる。

第１の基板表面に、流体回路を構成する溝を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などを挙げることができる。無機材料を用いて基板を形成する場合には、エッチング法などを用いることができる。

本発明のマイクロチップにおいて、流体回路（２層の流体回路を備える場合には、第１の流体回路および第２の流体回路）は、流体回路内の流体（特には、液体）に対して適切な様々な処理を行なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置された種々の部位を備えており、これらの部位は、微細な流路を介して適切に接続されている。

本発明のマイクロチップにおいて、流体回路は、上記部位の１つとして、マイクロチップ内に導入された検体を、遠心分離により対象成分と非対象成分とに分離するための遠心分離部を備える。ここで、本明細書中において「検体」とは、流体回路内に導入される検査・分析の対象となる物質（たとえば血液）を意味する。また、本明細書中において「対象成分」とは、マイクロチップ内で調製される、検査・分析に供される試料を構成する検体中の特定成分を意味し、典型的には、マイクロチップ内にあらかじめ保持されていた液体試薬と混合または反応される検体中の特定成分である。また、「非対象成分」とは、検体中の「対象成分」以外の成分をいう。検体が血液である場合、対象成分としては、血漿成分を挙げることができ、非対象成分としては、血球成分を挙げることができる。

本発明のマイクロチップは、検体導入口を有しており、当該検体導入口を通して流体回路内に検体が導入される。検体導入口は、マイクロチップ表面から流体回路まで貫通する貫通口として構成することができる。具体的には、マイクロチップが上記基板表面に溝を備える第１の基板と第２の基板とから構成される場合、検体導入口は、当該第１の基板を厚み方向に貫通する貫通する貫通口とすることができる。また、マイクロチップが第３の基板と、基板の両面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とをこの順で貼り合わせてなる場合、検体導入口は、当該第３の基板（または第１の基板）を厚み方向に貫通する貫通口とすることができる。上記遠心分離部は、当該検体導入口と流路を介して接続されており、検体導入口から注入された検体を遠心分離部に導入可能となっている。

本発明において流体回路は、遠心分離部以外の部位を備えていてもよく、かかる部位としては、たとえば液体試薬を保持するための液体試薬保持部、対象成分を計量するための対象成分計量部、液体試薬を計量するための液体試薬計量部、対象成分と液体試薬とを混合するための混合部、得られた混合液（上記した検査・分析に供される試料）についての検査・分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出または定量）を行なうための検出部などを挙げることができる。本発明のマイクロチップは、これら例示された部位のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。

なお、「液体試薬」とは、上記対象成分と混合または反応させるための物質（試薬）であり、通常、マイクロチップ使用前にあらかじめ流体回路の液体試薬保持部に内蔵されている。対象成分と液体試薬とを混合させることによって最終的に得られた混合液は、特に限定されないが、たとえば、該混合液が収容された部位（たとえば検出部）に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法等の光学測定などに供され、検査・分析が行なわれる。

検体からの対象成分の抽出（対象成分と非対象成分との分離）、対象成分および／または液体試薬の計量、対象成分と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を順次印加することにより行なうことができる。マイクロチップへの遠心力の印加は、典型的には、マイクロチップを、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なわれる。以下、本発明のマイクロチップを実施の形態を示してより詳細に説明する。

図１は、本発明のマイクロチップの好ましい一例を示す概略上面図である。図１に示されるマイクロチップは、表面上に流体回路を構成する溝および厚み方向に貫通する貫通穴を備えた第１の基板の溝形成側表面に第２の基板を貼り合わせて作製されている。図１は、かかるマイクロチップの第１の基板側表面を示す上面図となっている。実際には、流体回路を構成する溝は、第１の基板における図１に示される表面とは反対側表面（第２の基板との貼り合わせ面）に形成されているが、流体回路構造を明確に把握できるよう、溝のパターンを実線で示している。

マイクロチップの内部に形成された流体回路は、検体を流体回路内に導入するための検体導入口６０１に接続された、検体を対象成分と非対象成分とに分離するための遠心分離部６０２、遠心分離部６０２の第１の開口６０２ａに接続された、対象成分を計量するための対象成分計量部６０３、計量時に対象成分計量部６０３から溢れた対象成分を収容するための第２の廃液溜め６０７、液体試薬Ａ（図示せず）、液体試薬Ｂ（図示せず）をそれぞれ保持する液体試薬保持部６０４ａ、６０４ｂ、計量された対象成分と液体試薬ＡおよびＢとを混合するための混合部６０５、および、混合部６０５にて得られた混合液について検査・分析を行なうための検出部６０６から主に構成される。検体導入口６０１は、第１の基板を厚み方向に貫通する貫通口となっている。

遠心分離部６０２は、検体を導入するための第１の開口６０２ａを上部（検体導入口６０１側）に備え、図１における下向きの遠心力（あるいは少なくとも下向き成分を含む方向の遠心力）の印加による遠心分離により分離される対象成分を収容するための第１の収容部６１０と、その一端が第１の収容部６１０の底部（第１の開口６０２ａ側とは反対側）に接続される第１の流路６４１と、第１の流路の他端に接続され、上記遠心分離により分離された非対象成分を主に収容するための第２の収容部６２０と、その一端が第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に接続され、その他端が検体導入口６０１と遠心分離部６０２とを接続する流路に接続される気体導入路６００と、第１の廃液溜め６３０と、第２の収容部６２０と第１の廃液溜め６３０とを接続する第２の流路６４０とから構成される。

第２の収容部６２０は、その上部（検体導入口６０１側）における第１の廃液溜め６３０とは反対側の領域で第１の収容部６１０の底部と、第１の流路６４１を介して連結されるとともに、その上部（検体導入口６０１側）における第１の廃液溜め６３０側の領域に第２の開口６２０ａを有し、第１の流路６４０の一端は、当該第２の開口６２０ａに連結されている。

気体導入路６００は、その一端が第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に接続され、その他端が検体導入口６０１と遠心分離部６０２とを接続する流路に接続されている。これにより、検体導入口６０１を通して、気体（空気）を当該接続位置に導入可能となっている。

第１の廃液溜め６３０には、第１の空気穴６５０が接続されており、液体（検体および第２の収容部に収容された分離液など）が第１の廃液溜め６３０に流入する際に、気体（空気）を逃がし、該液体の流入が円滑に行なわれるような構成となっている。同様に、第２の廃液溜め６０７および検出部６０６にも、それぞれ第２の空気穴６５１、第３の空気穴６５２が設けられている。これらの空気穴は、第１の基板を厚み方向に貫通する貫通穴である。また、液体試薬保持部６０４ａおよび６０４ｂに設けられた液体試薬注入口６６０ａおよび６６０ｂも、第１の基板を厚み方向に貫通する貫通穴となっており、該液体試薬注入口６６０ａおよび６６０ｂを介して液体試薬Ａ、Ｂをそれぞれ注入し、あらかじめ液体試薬を内蔵させておく。

上記遠心分離部６０２のような構成によれば、遠心分離により分離され、第２の収容部６２０に収容された非対象成分（たとえば血球成分。ただし、第２の収容部６２０に収容される液体は、非対象成分とともに、一部の対象成分を含み得る。）が、分離された第１の収容部６１０内の対象成分を対象成分計量部６０３に導入するための遠心力などの、その後の遠心力の印加により第１の収容部６１０方向へ流出することを防ぐことができる。すなわち、遠心分離より分離され、第１の収容部６１０内に収容された対象成分を対象成分計量部６０３に導入するための遠心力（図１における左向きの遠心力）を印加すると、第２の収容部６２０内に収容された非対象成分を含む分離液は、第１の収容部６１０方向ではなく、第２の流路６４０を通って第１の廃液溜め６３０に導入されることとなるため、当該非対象成分を含む分離液が対象成分計量部６０３の方向（すなわち、第１の収容部６１０方向）へ流出してしまうことを防止できる。

また、検体を導入するための第１の開口６０２ａとは別に、第２の開口６２０ａを備えることから、検体を遠心分離部６０２に導入する際、遠心分離部６０２内の気体（空気）を、第１の廃液溜め６３０の方向へ逃がすことが可能となるため、気体（空気）が遠心分離部６０２に残存するのを防止することができる。これにより、対象成分計量部６０３を満たすのに十分な量の対象成分を確実に抽出することが可能となる。

さらに、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体導入路６００を接続することにより、当該接続位置に気体（空気）が導入可能となるため、図１における左向きの遠心力を印加して対象成分を対象成分計量部６０３に導入する際、第１の収容部６１０内の対象成分が、第２の収容部６２０内の液体に表面張力によって引っ張られて第２の収容部６２０の方へ流出してしまうことを防止することが可能となる。これにより、対象成分計量部６０３を満たすのに十分な量の対象成分を対象成分計量部６０３へ確実に導入することができる。

ここで、第２の収容部６２０と第１の廃液溜め６３０とを接続する第２の流路６４０は、第２の収容部６２０の第２の開口６２０ａから、図１における上方向に延び（すなわち、第１の収容部６１０と第２の流路６４０とが、第２の収容部６２０に対して同じ側に配置される）、第１の収容部６１０と第１の流路６４１と第２の収容部６２０と第２の流路６４０とが、略Ｕ字状の形状を構成することが好ましい。このような形状とすることにより、遠心分離部６０２に検体を導入する際、第２の収容部６２０内に気体が残存してしまうことを防止できる。

また、対象成分計量部６０３と第１の廃液溜め６３０とは、第１の収容部６１０および第２の収容部６２０に対して同じ側に配置されることが好ましい。図１に示される例においては、対象成分計量部６０３および第１の廃液溜め６３０は、いずれも第１の収容部６１０および第２の収容部６２０に対して、図１における左側に配置されている。かかる構成によれば、遠心分離された第１の収容部６１０内の対象成分を対象成分計量部６０３に導入するための遠心力（図１における左向きの遠心力）を印加することにより、該対象成分を対象成分計量部６０３に導入することができるとともに、第２の収容部６２０内の非対象成分を含む分離液を、第１の廃液溜め６３０に導入することが可能となる。この際、第２の流路６４０は、図１における左向きの遠心力の印加により、非対象成分を含む分離液を第１の廃液溜め６３０に導入できるよう、第２の開口６２０ａから図１における真上方向に延びるのではなく、幾分、図１における左向きに傾斜して延びていることが好ましい。

上記のように、対象成分計量部６０３と第１の廃液溜め６３０とは、第１の収容部６１０および第２の収容部６２０に対して同じ側に配置される場合、気体導入路６００は、第１の収容部６１０および第２の収容部６２０に対して、対象成分計量部６０３および第１の廃液溜め６３０が配置される側とは反対側に配置されることが好ましい。図１に示される例においては、気体導入路６００は、第１の収容部６１０および第２の収容部６２０に対して、図１における右側に配置されている。かかる構成によれば、遠心分離された第１の収容部６１０内の対象成分を対象成分計量部６０３に導入するための遠心力（図１における左向きの遠心力）を印加した際、分離された第２の収容部６２０内の分離液が気体導入路６００に逆流することを防止できる。

図２は、図１に示されるマイクロチップの遠心分離部６０２を一部拡大して示す上面図である。第１の収容部６１０の底部と第２の収容部６２０上部右端とは、第１の流路６４１によって接続されており、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体導入路６００の一端が接続されている。図２に示されるように、第１の流路６４１の幅Ｗ１を気体導入路６００の幅Ｗ２より小さくすると、第１の収容部６１０に収容された対象成分を対象成分計量部６０３に導入するために図２における左向きの遠心力を印加した際、気体導入路６００内に充填された対象成分が優先して第２の収容部６２０へ移動し、気体導入路６００内に充填された対象成分が尽きると、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体（空気）が介在して、第１の収容部６１０内の対象成分と、第２の収容部６２０内の分離液とが分断されることとなるため、第１の収容部６１０内の対象成分の第２の収容部６２０方向への流出がより効果的に防止される。

なお、このような効果を得るために、第１の流路６４１の深さを気体導入路６００の深さより小さくしてもよい。この場合、第１の流路６４１の幅Ｗ１と気体導入路６００の幅Ｗ２とは、上記関係を有していてもよく、あるいは同程度の幅であってもよい。

一方、第１の収容部６１０上部の第１の開口６０２ａは、検体を遠心分離部６０２に導入するための導入口であるとともに、遠心分離により分離された対象成分を対象成分計量部６０３に導入するための排出口でもあることから、その幅は比較的広いことが好ましく、たとえば５００〜５０００μｍ程度とすることができる。したがって、典型的には、第１の収容部６１０の形状は、逆三角形のような形状を採る。

第２の収容部６２０の形状は、特に制限されるものではないが、第２の収容部６２０を構成する溝底面（したがって流体回路の深さ）に傾斜を設けて（図１および２における２本の点線に挟まれる領域）、当該傾斜領域より底部側の領域における溝の深さをより深くすることが好ましい。これにより、小さい面積で多くの量の分離液を収容することができる。第２の開口６２０ａの位置も、特に制限されないが、その上部（検体導入口６０１側）に設けられることが好ましい。また、たとえば図１に示されるように、第１の廃液溜め６３０が、第２の収容部６２０に対して左側に配置される場合には、第２の開口６２０ａは、第２の収容部６２０上部の左端に設けられることが好ましい。これは、第２の収容部６２０内に収容された分離液を第１の廃液溜め６３０に効率よく送液できるようにするためである。

図１に示されるマイクロチップにおいて気体導入路６００の他端は、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体を導入するために、検体導入口６０１と遠心分離部６０２とを接続する流路を介して検体導入口６０１に接続されているが、これに限定されるものではなく、別途設けられた貫通口に接続されていてもよい。

次に、図１に示されるマイクロチップの遠心分離部６０２における分離処理について、図３〜４を参照しながら説明する。図３および４は、図１に示されるマイクロチップの遠心分離部６０２における分離処理を説明するための上面図である。図１に示されるマイクロチップを用いた流体処理においては、まず、図３に示されるように、検体導入口６０１（図３において図示せず）から検体（血液など）を流体回路内に導入した後、図３における下向きの遠心力をマイクロチップに印加することにより、検体を第１の開口６０２ａから遠心分離部６０２内に導入し、さらに当該下向きの遠心力を印加して、対象成分Ｉ（たとえば血漿成分）と非対象成分ＩＩ（たとえば血球成分）とに遠心分離する。なお、対象成分Ｉと非対象成分ＩＩとの界面位置は、検体中の非対象成分の量に応じて変化し得るが、少なくとも該界面が第２の収容部６２０内に位置するように、第２の収容部６２０の容積を調整しておく。たとえば、検体がヒトの血液であり、非対象成分ＩＩが血球成分である場合には、ヒトの血液のヘマトクリット値は概して３５〜５０％程度であるため、この点を考慮して第２の収容部６２０の容積を調整する。当該遠心分離により、第１の収容部６１０、第１の流路６４１、気体導入路６００の一部および第２の流路６４０は、対象成分Ｉによって充填され、第２の収容部６２０は、相分離された対象成分Ｉの一部と非対象成分ＩＩとによって充填される。

ここで、検体を第１の開口６０２ａを通して遠心分離部６０２内に導入する際、遠心分離部６０２内に存在していた気体（空気）は、第２の流路６４０もしくは気体導入路６００を通って、第１の廃液溜め６３０方向へ移動するか、もしくは検体導入口６０１から排出されるため、気体（空気）が遠心分離部６０２内に残存することはない。第１の廃液溜め６３０へ移動した気体は、第１の空気穴６５０からマイクロチップ外へ排出される。また、第２の流路６４０から溢れる程度の量の検体が遠心分離部６０２に導入される場合、当該過剰分の検体は第２の流路６４０を通って第１の廃液溜め６３０に収容される（図３参照）。

なお、当該下向きの遠心力の印加により、液体試薬保持部６０４ａ、６０４ｂに収容されていた液体試薬Ａ、Ｂは、混合部６０５に導入される（図１参照）。

次に、図３に示される遠心分離された状態から、左向きの遠心力をマイクロチップに印加することにより、第１の収容部６１０内の対象成分Ｉを対象成分計量部６０３に導入して、計量を行なう。対象成分計量部６０３から溢れた対象成分Ｉは、対象成分計量部６０３に接続された第２の廃液溜め６０７に収容される（図１参照）。また、当該左向きの遠心力の印加により、第２の収容部６２０内の対象成分Ｉおよび非対象成分ＩＩは、第２の流路６４０を通って、第１の廃液溜め６３０に導入されることとなる。図４は、当該左向きの遠心力により、第１の収容部６０１内の対象成分Ｉ（図４に示されるＩａ）が対象成分計量部６０３方向に移動し、第２の収容部６２０内に分離液（非対象成分ＩＩおよび対象成分Ｉｂ）が第１の廃液溜め６３０に移動している状態を示す図である。図４に示されるように、当該左向き遠心力により、第１の収容部６０１内の対象成分Ｉと第２の収容部６２０内の分離液とは、典型的には、第１の流路６４１の下部（第２の収容部６２０との接続位置）近傍にて分断されて、上記各方向に移動する。この際、上記した構成の気体導入路６００を設けると、第２の収容部６２０内の分離液が第１の廃液溜め６３０に移動するとともに、気体導入路６００内の対象成分Ｉが優先的に第２の収容部６２０に移動し、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体が介在することとなる（図４に示される状態）。

このように、第１の流路６４１と第２の収容部６２０との接続位置に気体を介在させることにより、当該接続位置より上側（第１の収容部６１０側）の対象成分Ｉと、当該接続位置より下側（第２の収容部６２０側）の分離液とが当該介在された気体によって分断されることとなるため、第２の収容部６２０内の分離液が第１の廃液溜め６３０に移動するにあたり、これに引きずられて第１の収容部６１０内の対象成分Ｉが第２の収容部６２０方向に移動して第１の廃液溜め６３０に流出するのを防止することができる。これにより、第１の収容部６１０内の対象成分Ｉの全量またはほぼ全量を対象成分計量部６０３に導入することが可能となる。また、第２の収容部６２０内の分離液が第１の流路６４１を通って対象成分計量部６０３方向へ流出することも防止できる。

なお、対象成分を計量した後の流体処理（マイクロチップの動作方法）は、図１を参照して、概略以下のとおりである。まず、図１における下向きの遠心力を印加して、対象成分計量部６０３内の対象成分を混合部６０５に導入し、液体試薬Ａ、Ｂと混合して混合液を得る。次に、図１における左向きの遠心力を印加して、検出部６０６に導入する。検出部６０６内の混合液は、検出部６０６に光６７０を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法等の光学測定などに供され、検査・分析が行なわれる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のマイクロチップの好ましい一例を示す概略上面図である。図１に示されるマイクロチップの遠心分離部を一部拡大して示す上面図である。図１に示されるマイクロチップの遠心分離部における分離処理を説明するための上面図である。図１に示されるマイクロチップの遠心分離部における分離処理を説明するための上面図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。特許文献１に記載のマイクロチップの動作方法を示す概略工程図である。

符号の説明

６００気体導入路、６０１検体導入口、６０２遠心分離部、６０２ａ第１の開口、６０３対象成分計量部、６０４ａ，６０４ｂ液体試薬保持部、６０５混合部、６０６検出部、６０７第２の廃液溜め、６１０第１の収容部、６２０第２の収容部、６２０ａ第２の開口、６３０第１の廃液溜め、６４０第２の流路、６４１第１の流路、６５０第１の空気穴、６５１第２の空気穴、６５２第３の空気穴、６６０ａ，６６０ｂ液体試薬注入口、６７０光。

Claims

少なくとも、表面に溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、前記溝と前記第２の基板の前記第１の基板側表面とにより形成される流体回路を内部に有するマイクロチップであって、
前記マイクロチップは、その表面から前記流体回路まで貫通する、検体を前記流体回路内に導入するための検体導入口を有し、
前記流体回路は、前記検体を遠心分離により対象成分と非対象成分とに分離するための遠心分離部を備え、
前記遠心分離部は、
前記検体導入口側に設けられた前記検体を導入するための第１の開口を備え、遠心分離により分離される前記対象成分を収容するための第１の収容部と、
前記第１の収容部における前記第１の開口側とは反対側に接続される第１の流路と、
前記第１の流路の他端に接続され、かつ、前記第１の流路との接続位置とは異なる位置に第２の開口を備える、遠心分離により分離される前記非対象成分を主に収容するための第２の収容部と、
その一端が前記第１の流路と前記第２の収容部との接続位置に接続され、その他端がマイクロチップ表面から前記流体回路まで貫通する貫通口に接続される気体導入路と、
前記第２の開口に接続される第２の流路と、
前記第２の流路の他端に接続される廃液溜めと、
を含む、マイクロチップ。
前記貫通口は、前記検体導入口である請求項１に記載のマイクロチップ。
前記第１の流路の幅は、前記気体導入路の幅より小さい請求項１または２に記載のマイクロチップ。
前記第２の収容部は、その前記検体導入口側に前記第２の開口を備え、
前記第１の収容部と前記第１の流路と前記第２の収容部と前記第２の流路とは、略Ｕ字状の形状を構成する請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロチップ。
前記流体回路は、前記対象成分を計量するための計量部をさらに備え、
前記第１の開口は、前記計量部に接続されている請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
前記計量部と前記廃液溜めとは、前記第１の収容部および前記第２の収容部に対して同じ側に配置される請求項５に記載のマイクロチップ。
前記気体導入路は、前記第１の収容部および前記第２の収容部に対して、前記計量部および前記廃液溜めが配置される側とは反対側に配置される請求項６に記載のマイクロチップ。
前記検体は血液であり、前記対象成分は血漿成分である請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロチップ。