JP5077953B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫および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（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関し、特には、検査・分析等の対象となる検体と混合または反応させるための液体試薬を、あらかじめマイクロチップ内に内蔵するための液体試薬保持部を有する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（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）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、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、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

マイクロチップは、通常、その内部に流体回路を有しており、該流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体（たとえば、血液または血液中に含まれる特定成分等）の計量、検体と試薬との混合などの種々の流体処理が行なわれる。このような流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことが可能である。

上記マイクロチップのうち、液体試薬内蔵型マイクロチップは、検体または検体中の特定成分と混合あるいは反応させるための液体試薬を流体回路内にあらかじめ保持しているマイクロチップであり、その流体回路には、液体試薬を保持するための１または複数の液体試薬保持部が設けられる（液体試薬保持部を有するマイクロチップについては、たとえば特許文献１参照）。また、液体試薬内蔵型マイクロチップには、通常、その一方の表面に、液体試薬保持部内に液体試薬を注入するための、該液体試薬保持部まで貫通する試薬注入口が形成され、該試薬注入口は、液体試薬が注入された後、たとえば封止用ラベル（シール）などをマイクロチップ表面に貼付することにより封止される。

ここで、液体試薬内蔵型マイクロチップにおいて、液体試薬は、通常、当該マイクロチップ製造時にそれが有する液体試薬保持部内に充填され、かかる状態で出荷されて使用に供される。この際、マイクロチップを用いた検体の検査・分析が精度よく行なわれるためには、マイクロチップ製造時から使用時までの間、内蔵された液体試薬の劣化が十分に抑制または防止されている必要があり、また、マイクロチップへの衝撃や液体試薬保持部の内圧上昇などによる液体試薬保持部からの液体試薬の流出が十分に抑制または防止されている必要がある。液体試薬の劣化や流出が生じていると、液体試薬と検体（または検体中に含まれる特定成分）とが適切に反応しなかったり、あるいはこれらが適切な割合で混合されないこと等により、正確かつ信頼性の高い検査・分析結果が得られない恐れがあるためである。

たとえば特許文献２には、マイクロチップ使用時までの間、内蔵された液体試薬が密封されており、液体試薬の劣化や意図しない流出を防止し得る液体試薬内蔵型マイクロチップが開示されている。図７は、特許文献２に記載の液体試薬内蔵型マイクロチップの一例を示す平面図である。図７に示されるマイクロチップにおいて、液体試薬を保持するチャンバー９６および９８は、基板に対してスライド可能な、密封された容器であり、それぞれ開口可能な部分１０を有している。また、チャンバー９６および９８に対向する位置には、スパイクまたは針状の開口手段１２が設けられている。かかる構造により、マイクロチップ使用時までは、液体試薬をチャンバー９６および９８内に密封することができるとともに、マイクロチップ使用時には、マイクロチップに対して、図７におけるＦ₀方向の遠心力を印加することにより、開口手段１２によって開口可能な部分１０に穴を開け、液体試薬を流出させることを可能にしている。

しかし、上記手段の場合、液体試薬の劣化や意図しない流出を防止する効果は高いものの、開口手段１２によって形成された穴から、全量の液体試薬が流出しない可能性がある。チャンバー９６または９８内に液体試薬が残存していると、その後の流体処理における遠心力の印加によって、残存していた液体試薬が流出し、検体との混合、反応に悪影響を及ぼしたり、検体と液体試薬との混合液の検査・分析結果に悪影響を及ぼし得る。

また、特許文献２に記載のマイクロチップは、液体試薬保持部の構造が非常に複雑であり、作製が容易でないという問題を有している。すなわち、液体試薬を封止する容器には、窓部を設けた上、当該窓部に、開口可能な部分１０として、針などで穴を形成することができるフィルムなどを貼り付けなければならないし、また、当該容器を、マイクロチップを構成する基板にスライド可能に設置しなければならない。さらに、特許文献２に記載のマイクロチップは、稼動部（スライド可能な容器）を有していることから、当該稼動部の動作不良により液体試薬が流出しないなど、動作上の安定性に欠ける。
特開２００７−１７３４２号公報 米国特許第４，８８３，７６３号明細書

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、比較的簡易な構造によっても密封状態に近い状態で液体試薬を保持することが可能であり、マイクロチップが外的な衝撃を受けた場合や液体試薬保持部の内圧が上昇した場合などであっても、液体試薬が液体試薬保持部から流出することを防止することができるマイクロチップを提供することである。

本発明は、第２の基板と、該第２の基板上に積層された表面に溝を備える第１の基板とを含み、第１の基板が有する溝と第２の基板における第１の基板側表面とから構成される空洞部からなる流体回路を有す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、流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を含んでおり、また、第１の基板は、溝を備える表面とは反対側の表面から液体試薬保持部まで貫通する貫通口である、液体試薬を液体試薬保持部内に注入するための液体試薬注入口を有している。そして、液体試薬保持部は、液体試薬を流出させるための液体試薬流出口または流出用流路と、液体試薬保持部を、液体試薬注入口を有する第１の区画と、液体試薬流出口または流出用流路とを有する第２の区画とに二分する隔壁とを有し、該隔壁は、第１の区画と第２の区画とを連通させる少なくとも１つの連通口を備える。

本発明のマイクロチップにおいて上記隔壁は、好ましくは、２つの連通口を有する。この場合、当該２つの連通口は、隔壁の両端部に配置されることが好ましい。

上記隔壁の少なくとも一部における、第１の基板の溝を有する側の表面に対して平行な方向における断面は、第１の区画側に凸となるような略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を有することが好ましい。あるいは、上記隔壁の少なくとも一部における、第１の基板の溝を有する側の表面に対して平行な方向における断面は、第２の区画側に凸となるような略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を有することが好ましい。

本発明のマイクロチップにおいて、第１の区画側端部における連通口の高さと、第２の区画側端部における連通口の高さとは略同一とすることができる。あるいは、連通口の上側内壁面は、連通口の高さが第１の区画側から第２の区画側に向かうに従い小さくなるように傾斜していてもよい。ここで、本明細書中において「上側」とは、第２の基板の上に第１の基板を積層させた場合における上側を意味している。

また、第１の区画の上側内壁面であって、連通口に隣接する領域は、該領域における液体試薬保持部の高さが該連通口に向かうに従い小さくなるように傾斜していてもよい。

本発明のマイクロチップは、それが有する液体試薬保持部内に液体試薬が収容された液体試薬内蔵型マイクロチップであってもよい。この場合、液体試薬注入口は、該注入口を有する側のマイクロチップ表面（第１の基板表面）に、たとえば封止用ラベルまたは封止用シールなどを貼付する等の手段により封止される。

本発明のマイクロチップによれば、外的な衝撃が加えられた場合や、たとえば環境温度の変動等により液体試薬保持部の内圧が上昇した場合であっても、収容された液体試薬が液体試薬保持部から流出することを効果的に防止することができる。また、本発明のマイクロチップにおける液体試薬保持部は、比較的密封状態に近い状態で液体試薬を保持できるため、液体試薬の劣化防止能も良好である。さらに、液体試薬保持部は、比較的簡易な構造を有しているため、製造が容易であり、動作不良などの問題も生じにくい。

本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査・分析等を、それが有する流体回路を用いて行なうことができるチップであり、本発明の１つの好ましい形態において、マイクロチップは、第２の基板と、該第２の基板上に積層、貼合された第１の基板とからなり、より具体的には、第２の基板上に、表面に溝を備える第１の基板を、第１の基板の溝形成側表面が第２の基板に対向するように貼り合わせてなる。したがって、かかる２枚の基板からな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の基板に対向する側の表面とから構成される空洞部からなる流体回路を備える。第１の基板表面に形成される溝の形状およびパターンは、特に制限されるものではないが、当該溝および第２の基板表面によって構成される空洞部の構造が、所望される適切な流体回路構造となるように決定される。

また、本発明の別の好ましい形態において、マイクロチップは、基板の両表面に設けられた溝を備える第１の基板と、該第１の基板を狭むようにして積層、貼合された第２の基板および第３の基板とからなる。かかる３枚の基板からなるマイクロチップは、第２の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第２の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第１の流体回路と、第３の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第３の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第２の流体回路と、の２層の流体回路を備える。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。

基板同士を貼り合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、たとえば貼り合わせる基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法（溶着法）、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法；レーザ等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。

本発明のマイクロチップの大きさは、特に限定されず、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。

本発明のマイクロチップを構成する上記各基板の材質は、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。

マイクロチップを第１および第２の基板の２枚から構成する場合において、第２の基板上に積層される、表面に溝を備える第１の基板は透明基板とすることができる。これにより、流体回路の一部として、透明な第１の基板の溝と、第２の基板表面とから構成される検出部を形成することができ、該検出部に検査・分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該検出部に対して光を照射し、透過した光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第２の基板は、透明基板であってもよいし、基板を樹脂から構成し、該樹脂中にカーボンブラック等を添加することにより黒色基板とするなど着色基板としてもよいが、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。第２の基板を着色基板とすることにより、レーザなどの光を用いた溶着法を用いることができる。また、レーザ溶着法により基板の貼り合わせを行なう場合、着色基板の貼り合わせ表面が主に融解されて貼合されることとなるため、第１の基板である透明基板に形成された溝の変形を最小限に抑えることができる。

また、マイクロチップを第１の基板、第２の基板および第３の基板の３枚から構成する場合、たとえば、両表面に溝を備える第１の基板を挟持する第２の基板および第３の基板は、透明基板とすることができる。これにより、流体回路の一部として、第１の基板をその厚み方向に貫通する貫通穴と、透明な第２および第３の基板表面から構成される検出部を形成することができ、該検出部に検査・分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該検出部に対してマイクロチップ表面と垂直な方向の光を、マイクロチップ上面（または下面）側から照射し、その反対側から透過した光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第２の基板と第３の基板との間に位置する第１の基板は、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。

第１の基板表面に、流体回路を構成する溝（流路パターン）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、その流体回路は、これを構成する部位の１つとして、液体試薬を保持するための液体試薬保持部を備える。液体試薬保持部は１つのみであってもよいし、２以上あってもよい。「液体試薬」とは、検査・分析の対象となる検体と混合または反応させるための液体物質である。液体試薬は、１つのマイクロチップ内に１種のみ内蔵されていてもよいし、２種以上内蔵されていてもよい。また、「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）自体、または、該物質中の特定成分（たとえば血漿成分）を意味する。

本発明のマイクロチップには、その上側表面（すなわち第１の基板表面）に、内部の液体試薬保持部まで貫通する（第１の基板をその厚み方向に貫通する）貫通口である、液体試薬を液体試薬保持部に注入するための液体試薬注入口が設けられている。このような本発明のマイクロチップは、通常、液体試薬試薬注入口から液体試薬が注入された後、マイクロチップ表面（第１の基板表面）に当該液体試薬試薬注入口を封止するためのラベルまたはシールが貼着されて、使用に供される。

本発明のマイクロチップにおいて流体回路は、液体試薬保持部以外の部位を備えていてもよく、かかる部位としては、たとえば流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（検体中の特定成分を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；液体試薬を計量するための液体試薬計量部；検体と液体試薬とを混合するための混合部；得られた混合液についての検査・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（光学測定を行なうためのキュベット）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。これらの部位は、所望する流体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、かつ微細な流路を介して接続されている。

検体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。

検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体および／または液体試薬の計量、検体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種々の流体処理は、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、マイクロチップを、遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なうことができる。遠心装置は、回転自在なローター（回転子）と、該ローター上に配置された回転自在なステージとを備えている。該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に設定することにより、マイクロチップに対して任意の方向の遠心力を印加することができる。

以下、実施の形態を示して、本発明のマイクロチップについて詳細に説明する。図１は、本発明のマイクロチップに用いられる、表面に溝を備える第１の基板１００の好ましい実施形態を示す平面図であり、第１の基板１００における溝を備える側の表面を示したものである。本実施形態のマイクロチップは、第１の基板１００と同じか、または同様の外形を有する第２の基板（図示せず）上に、第１の基板１００の溝を有する側の表面が第２の基板に対向するように、第１の基板１００を貼合してなる。第１の基板１００および第２の基板はそれぞれ、たとえばプラスチック製の透明基板、黒色基板である。図１を参照して、本実施形態のマイクロチップは、被験者から採取された全血を含むキャピラリー等のサンプル管を組み込むためのサンプル管載置部１０１、サンプル管より導出された全血から血球などを除去して血漿成分を得る血漿分離部１０２、分離された血漿成分を計量する検体計量部１０３、液体試薬を保持するための２つの液体試薬保持部１０４、１０５、液体試薬を計量する２つの液体試薬計量部１０６、１０７、血漿成分と液体試薬とを混合する混合部１０８、１０９、１１０、１１１、ならびに、得られた混合液についての検査・分析が行なわれる検出部１１２から主に構成される。２つの液体試薬保持部部１０４、１０５は、液体試薬を注入するための液体試薬試薬注入口１１３、１１４をそれぞれ有している。液体試薬試薬注入口１１３、１１４は、第１の基板１００を厚み方向に貫通する貫通口である。

図２は、図１に示される第１の基板１００における液体試薬保持部１０４を拡大して示す平面図である。図２に示されるように、本実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部１０４は、これに収容されている液体試薬を流出させるための流出用流路１２０を有している。流出用流路１２０の末端開口は、液体試薬計量部１０６上方に位置しており、これにより、液体試薬保持部１０４内の液体試薬は、たとえば図２における下向きの遠心力（または、図２における下向きの成分を含む方向の遠心力）の印加により、流出用流路１２０の末端開口から排出されるとともに、液体試薬計量部１０６に導入され、計量されることとなる。

ここで、液体試薬保持部１０４内には、液体試薬保持部１０４を、液体試薬注入口１１３を含む第１の区画Ａと、流出用流路１２０を含む第２の区画Ｂとに二分する隔壁１３０が設けられている。隔壁１３０は、その両端部に、第１の区画Ａと第２の区画Ｂとを連通させる２つの連通口１３１を有している。図２に示される第１の基板１００表面（溝を有する側の表面）に対して平行な方向における隔壁１３０の断面は、Ｖ字形状を有している。なお、詳述しないが、液体試薬保持部１０５にも同様の隔壁が設けられている（図１参照）。

上記構成を有する本実施形態のマイクロチップの液体試薬保持部１０４に液体試薬を注入した場合、液体試薬注入口１１３から注入され、第１の区画Ａ内に収容された液体試薬は、２つの連通口１３１がバルブとして機能するため、マイクロチップに衝撃が加えられた場合であっても、第２の区画Ｂ側へ流出しにくくなっている。すなわち、本実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部は、衝撃に対する液体試薬保持機能に優れており、衝撃による意図しない液体試薬保持部からの液体試薬の流出を効果的に抑制または防止することができる。ここでいうバルブとしての機能とは、所望しない場合には、液体試薬を排出させない一方、所望する場合には、所定の強さの遠心力の印加により、液体試薬を排出させることができる機能を意味する。本実施形態においては、流出用流路１２０もバルブ機能を有しており、したがって、液体試薬保持部１０４は、２段階のバルブを有していることとなる。流出用流路１２０にバルブ機能を付与することにより、衝撃によって、万一、連通口１３１から液体試薬が第２の区画Ｂ側へ流出した場合であっても、液体試薬が液体試薬保持部１０４から流出してしまう可能性を極めて低くすることができる。

また、隔壁１３０の設置により、液体試薬保持部１０４への液体試薬の注入時に、液体試薬が流出用流路１２０の内側開口（第１の区画Ａ寄りの開口）を塞いでしまうのを抑制、防止することができ、また、上記のように、衝撃により液体試薬が移動し、流出用流路１２０の内側開口を塞いでしまうのを抑制、防止することができるため、環境温度の上昇などによる液体試薬保持部内の内圧上昇により、内側開口を塞いでいた液体試薬が液体試薬保持部から流出することを抑制、防止することができる。

ここで、図３は、図２に示される隔壁１３０についてのＩ−Ｉ’線における概略断面図である。図３に示されるように、連通口１３１の断面形状は、正方形または長方形とすることができる。連通口１３１にバルブ機能を付与するために、連通口１３１の幅Ｗ１および高さＷ２は、それぞれ０．１〜０．４ｍｍとすることが好ましく、それぞれ０．２〜０．３ｍｍとすることがより好ましい。本実施形態のように、２つ以上の連通口を備える場合にあっては、各連通口の断面形状は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、連通口の断面形状は、その長さ方向（長さ方向とは、図２に示される隔壁１３０の厚みＷ３の方向のことである。）全体にわたって同じ形状であってもよいし、異なっていてもよい。具体的には、前者の場合とは、第１の区画Ａ側端部における連通口１３１の断面形状、第２の区画Ｂ側端部における連通口１３１の断面形状、およびこれらの間に位置する連通口１３１の断面形状が全て同一かまたは略同一の場合である。このような連通口の形状は、加工が比較的容易であることから好ましい。

連通口の断面形状がその長さ方向において異なる場合としては、（ｉ）連通口の高さＷ２は一定であるが、幅Ｗ１が連続的に小さくなる、または大きくなる場合、（ｉｉ）連通口の幅Ｗ１は一定であるが、幅Ｗ２が連続的に小さくなる、または大きくなる場合などを挙げることができる。上記（ｉｉ）のより具体的な例を図４に示す。図４は、図２に示される隔壁１３０についてのＩＩ−ＩＩ’線における断面の一例を示す概略図である。図４に示されるように、この例では、第１の基板１００の溝を備える側の表面における連通口１３１の内壁面を構成する溝底面が第１の区画Ａから第２の区画Ｂに向かうに従い浅くなり、傾斜面Ｍを形成している。この傾斜面Ｍは、第２の基板の上に、第１の基板１００を積層した場合において（すなわち、第２の基板から第１の基板への積層方向を「上」とする）、連通口の上側内壁面を形成する面である。したがって、図４に示される構造を備える第１の基板１００を用いたマイクロチップは、連通口の上側内壁面は、連通口の高さＷ２が第１の区画Ａ側から第２の区画Ｂ側に向かうに従い小さくなるように傾斜している。このように、連通口の上側内壁面を形成する第１の基板表面を、第１の区画Ａと同じ溝深さから、徐々に傾斜させた表面とすることにより、液残りを生じさせることなく、第１の区画Ａ側から第２の区画Ｂ側へ、液体試薬を良好に流出させることができる。

図４に示されるような溝形状を有する第１の基板を用いてマイクロチップを構成する場合、第１の区画Ａを構成する溝の深さＷ４は、たとえば１．０〜５．０ｍｍ程度とすることができ、好ましくは１．５〜２．５ｍｍ程度である。また、傾斜面Ｍの第２の区画側端部における溝深さＷ５は、たとえば０．１〜０．４ｍｍ程度とすることができ、好ましくは０．２〜０．３ｍｍ程度である。

本実施形態において、隔壁１３０は２つの連通口１３１を有しており、これらの連通口は、隔壁１３０の両端部に配置されている。第１の区画Ａ内において、液体試薬注入口１１３を基準に、隔壁１３０側とは反対側領域に位置する液体試薬を、遠心力の印加により、連通口１３１を介して第２の区画Ｂ側に流出させる場合、液体試薬は、その表面張力の影響により、第１の区画Ａの側壁面を伝って隔壁１３０に到達する傾向が高い。したがって、連通口を隔壁の両端、すなわち、液体試薬保持部の側壁面に沿うように配置することにより、液体試薬を良好に排出させることができる。また、第１の基板１００表面（溝を有する側の表面）に対して平行な方向における隔壁１３０の断面は、第１の区画Ａ側に凸となるようなＶ字形状を有しているが、このような形状とすることにより、隔壁１３０の連通口１３１形成部以外の部分に到達した液体試薬を、連通口１３１方向に誘導させることができ、隔壁１３０近傍に液残りが生じることを防止することができる。隔壁１３０の断面形状は、Ｖ字状に限定されるものではなく、第１の区画Ａ側に凸となるようなＵ字形状であってもよい。また、隔壁１３０の一部が、このようなＶ字状またはＵ字状となっていてもよい。

隔壁１３０の厚みＷ３は特に制限されるものではなく、たとえば０．５〜１．５ｍｍ程度とすることができ、好ましくは０．５〜１．０ｍｍ程度である。隔壁１３０の厚みＷ３は、必ずしも一定である必要はない。

隔壁１３０の液体試薬保持部１０４内における位置は、液体試薬注入口１１３と流出用流路１２０の内側開口（第１の区画Ａ寄りの開口）との間に配置される限り、特に制限されるものではないが、連通口１３１から流出した液体試薬を一旦収容し、流出用流路１２０を液体試薬が塞いでしまう事態を避けるためのスペースを確保するという観点から、隔壁１３０と流出用流路１２０との間の区画Ｂは、適度な容積を有していることが好ましい。

流出用流路１２０の断面形状は、連通口１３１と同様に、正方形または長方形とすることができる。流出用流路１２０にバルブ機能を付与するために、流出用流路１２０の幅および高さは、それぞれ０．１〜０．４ｍｍとすることが好ましく、それぞれ０．２〜０．３ｍｍとすることがより好ましい。連通口の断面形状は、その長さ方向全体にわたって同じ形状であってもよいし、異なっていてもよい。また、流出用流路１２０の幅および高さと、連通口１３１の幅および高さとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

本実施形態のマイクロチップは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した以外の種々の変形を施すことができる。変形例としては、以下のものを挙げることができる。

（１）図５に示される液体試薬保持部５０４のように、第１の基板表面（溝を有する側の表面）に対して平行な方向における隔壁５３０の断面は、第２の区画Ｂ側に凸となるようなＶ字形状またはＵ字形状を有していていてもよい。このような断面形状は、限られたスペース内で隔壁を設けるために適宜選択できる。

（２）図５および図６（図５に示される隔壁周辺部についてのＩＩＩ−ＩＩＩ’線における概略断面図である。）に示されるように、第１の区画Ａの上側内壁面を構成する第１の基板の溝底面のうち、連通口５３１に隣接する領域Ｘの溝深さを連通口５３１に向かうに従い浅くしてもよい。このような傾斜構造を備える第１の基板を用いたマイクロチップは、第１の区画Ａの上側内壁面のうち、領域Ｘにおける液体試薬保持部の高さが連通口５３１に向かうに従い小さくなっている。このように、領域Ｘの溝底面を、それ以外の第１の区画Ａと同じ溝深さから、徐々に傾斜させた構造とすることにより、液残りを生じさせることなく、第１の区画Ａ側から第２の区画Ｂ側へ、液体試薬を良好に流出させることができる。なお、領域Ｘを傾斜構造とする場合には、連通口の上側内壁面を構成する溝底面は、必ずしも傾斜構造とする必要はない。

（３）連通口の数は、２つに限定されるものではなく、１つであってもよい。バルブ機能を有する連通口を１つ備える限りにおいて、液体試薬保持機能を向上させることが可能である。ただし、衝撃により液体試薬が移動し、連通口を全て塞いでしまうのを防ぐために、連通口を２つ備えることが好ましい。なお、連通口は３つ以上あってもよい。

液体試薬保持部は、必ずしも流出用流路を有していなくてもよく、液体試薬を流出させるための液体試薬流出口のみを有する構造であってもよい。ただし、液体試薬保持機能をより向上させる観点からは、流出用流路を備えることが好ましい。

図１および図２に示されるマイクロチップの動作方法は、概略以下のとおりである。なお、以下に説明する動作方法は一例を示したものであり、この方法に限定されるものではない。まず、全血サンプルを採取したサンプル管をサンプル管載置部１０１に挿入する。次に、マイクロチップに対して、図１における左向き方向（以下、単に左向きという。他の方向についても以下同様。）に遠心力を印加し、サンプル管内の全血サンプルを取り出した後、下向きの遠心力により、全血サンプルを血漿分離部１０２に導入して遠心分離を行ない、血漿成分と血球成分とに分離する。全血サンプルを血漿分離部１０２に導入した際、血漿分離部１０２から溢れ出た全血サンプルは、廃液溜め部１１５に収容される。また、この下向き遠心力により、液体試薬保持部１０４の第１の区画Ａ内に保持されていた液体試薬Ｓ１は、連通口１３１を通って第２の区画Ｂに流出し、さらに、流出用流路１２０を通って液体試薬計量部１０６に導入され、計量される。

ついで、分離された血漿成分を、右向き遠心力により検体計量部１０３に導入する。この際、計量された液体試薬Ｓ１は、混合部１０９に移動するとともに、液体試薬保持部１０５内の液体試薬Ｓ２は、連通口を通過し、流出用流路から排出される。

次に、下向き遠心力により、計量された血漿成分と液体試薬Ｓ１とが混合部１０８にて混合されるとともに、液体試薬Ｓ２は、液体試薬計量部１０７にて計量される。ついで、右向き、下向き、右向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０８および１０９間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。次に、上向き遠心力により、液体試薬Ｓ１および血漿成分からなる混合液と計量された液体試薬Ｓ２とを混合部１１０にて混合させる。ついで、左向き、上向き、左向き、上向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１１０および１１１間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。最後に、右向き遠心力により、混合部１１０内の混合液を検出部１１２に導入する。検出部１１２内の混合液は、たとえば、検出部１１２に光を照射し、その透過光の強度を測定するなどの光学測定に供される。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
図１および図２に示される構造を有する、透明プラスチック基板からなる第１の基板と、黒色基板である第２の基板とをレーザ溶着により貼り合わせ、マイクロチップを作製した。すべての連通口の幅は０．３ｍｍであり、連通口の上側内壁面を構成する第１の基板の溝底面は、図４に示されるような傾斜面とした。図４に示されるＷ４およびＷ５はそれぞれ２．５ｍｍ、０．３ｍｍとした。このマイクロチップの液体試薬保持部１０４および１０５に、それぞれ緩衝液およびラテックス試薬を各２０μＬ注入した後、マイクロチップ表面に封止用ラベルを貼合し、液体試薬注入口１１３および１１４を封止した。ついで、マイクロチップにアルミ包装を施し、さらに紙箱で個装した。次に、包装されたマイクロチップを８℃の冷蔵機内で１時間保持した。

上記冷蔵機から取り出した直後のマイクロチップについて自由落下（高さ２ｍからの自由落下５回、床：ラバーマット）による衝撃試験を行なったところ、いずれの液体試薬保持部についても、液体試薬の第２の区画Ｂへの流出は認められなかった。

次に、衝撃試験を行なったマイクロチップを２５℃の環境下で１０分間保持し、液体試薬保持部の内圧を上昇させたところ（内圧上昇試験）、若干の液体試薬が第２の区画Ｂ内に流出したが、そのほとんどは、第１の区画Ａ内に保持されていた。

＜比較例１＞
隔壁を有しない第１の基板を用いたこと以外は、実施例１と同様にして１０個のマイクロチップを作製し、衝撃試験および内圧上昇試験を行なったところ、衝撃試験により、すべてのマイクロチップにおけるすべての液体試薬保持部において、液体試薬が流出用流路の内側開口を塞ぐように移動していることが確認された。また、内圧上昇試験により、１０個のマイクロチップのうち、９個のマイクロチップについて、液体試薬保持部１０４内の液体試薬が液体試薬保持部から流出し、同様に、１０個のマイクロチップのうち、９個のマイクロチップについて、液体試薬保持部１０５内の液体試薬が液体試薬保持部から流出した。

＜比較例２＞
温度上昇による液体試薬保持部の内圧上昇を防止するため、液体試薬注入口１１３および１１４上の封止用ラベルにピンホールを空けたこと以外は、比較例１と同様にして１０個のマイクロチップを作製し、衝撃試験を行なった。その結果、流出用流路のバルブ機能が低下したことにより、１０個のマイクロチップのうち、６個のマイクロチップについて、液体試薬保持部１０４内の液体試薬が液体試薬保持部から流出し、１０個のマイクロチップのうち、１０個のマイクロチップについて、液体試薬保持部１０５内の液体試薬が液体試薬保持部から流出した。

今回開示された実施の形態および実施例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に用いられる、表面に溝を備える第１の基板の好ましい一例を示す平面図である。 図１に示される第１の基板における液体試薬保持部を拡大して示す平面図である。 図２に示される隔壁についてのＩ−Ｉ’線における概略断面図である。 図２に示される隔壁についてのＩＩ−ＩＩ’線における断面の一例を示す概略図である。 液体試薬保持部の別の好ましい一例を拡大して示す平面図である。 図５に示される隔壁周辺部についてのＩＩＩ−ＩＩＩ’線における概略断面図である。 特許文献２に記載の液体試薬内蔵型マイクロチップの一例を示す平面図である。

符号の説明

１００ 第１の基板、１０１ サンプル管載置部、１０２ 血漿分離部、１０３ 検体計量部、１０４，１０５，５０４ 液体試薬保持部、１０６，１０７ 液体試薬計量部、１０８，１０９，１１０，１１１ 混合部、１１２ 検出部、１１３，１１４ 液体試薬注入口、１１５ 廃液溜め部、１２０ 流出用流路、１３０，５３０ 隔壁、１３１，５３１ 連通口。

Claims (7)

1. 第２の基板と、前記第２の基板上に積層された表面に溝を備える第１の基板とを含み、
   前記溝と前記第２の基板における前記第１の基板側表面とから構成される空洞部からなる流体回路を有するマイクロチップであって、
   前記流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を含み、
   ここで、前記第１の基板は、前記溝を備える表面とは反対側の表面から前記液体試薬保持部まで貫通する貫通口である、液体試薬を前記液体試薬保持部内に注入するための液体試薬注入口を有しており、
   前記液体試薬保持部は、
   液体試薬を流出させるための液体試薬流出口または流出用流路と、
   前記液体試薬保持部を、前記液体試薬注入口を有する第１の区画と、前記液体試薬流出口または流出用流路とを有する第２の区画とに二分する隔壁と、を有し、
   前記隔壁は、前記第１の区画と前記第２の区画とを連通させる少なくとも１つの連通口を備えるマイクロチップ。
2. 前記隔壁は、２つの連通口を有し、
   前記２つの連通口は、前記隔壁の両端部に配置される請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記隔壁の少なくとも一部における、前記第１の基板の溝を有する側の表面に対して平行な方向における断面は、前記第１の区画側に凸となるような略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を有する請求項１または２に記載のマイクロチップ。
4. 前記隔壁の少なくとも一部における、前記第１の基板の溝を有する側の表面に対して平行な方向における断面は、前記第２の区画側に凸となるような略Ｖ字形状または略Ｕ字形状を有する請求項１または２に記載のマイクロチップ。
5. 前記第１の区画側端部における前記連通口の高さと、前記第２の区画側端部における前記連通口の高さとは略同一である請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
6. 前記連通口の上側内壁面は、前記連通口の高さが前記第１の区画側から前記第２の区画側に向かうに従い小さくなるように傾斜している請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
7. 前記第１の区画の上側内壁面であって、前記連通口に隣接する領域は、前記領域における液体試薬保持部の高さが前記連通口に向かうに従い小さくなるように傾斜している請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロチップ。

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