JP5316530B2 - Microchip and its channel structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microchip capable of interleaving a sample liquid laminar flow by a sheath liquid laminar flow along the vertical direction (depth direction) of a channel, and providing a high-precision analysis. <P>SOLUTION: The microchip 1 includes a channel 11 permitting a sheath liquid to flow therethrough, and a microtube 14 for introducing a sample liquid into the sheath liquid laminar flow flowing through the channel 11. In the microchip 1, liquid is fed under the condition where the sample liquid laminar flow is surrounded by the sheath liquid laminar flow because the sample liquid is introduced through the microtube 14 into the sheath liquid laminar flow. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、マイクロチップとその流路構造に関する。より詳しくは、化学的及び生物学的分析を行うための流路が設けられたマイクロチップであって、流路内においてサンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液するマイクロチップ等に関する。   The present invention relates to a microchip and its flow channel structure. More specifically, the microchip is provided with a channel for performing chemical and biological analysis, and the sample liquid laminar flow is surrounded by the sheath liquid laminar flow in the channel and is sent. It relates to microchips.

近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うための領域や流路を設けたマイクロチップが開発されてきている。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサーなどに利用され始めている。   2. Description of the Related Art In recent years, microchips that are provided with regions and flow paths for performing chemical and biological analysis on a silicon or glass substrate have been developed by applying microfabrication technology in the semiconductor industry. These microchips are beginning to be used in, for example, electrochemical detectors for liquid chromatography and small electrochemical sensors in the medical field.

このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−TAS(micro-Total-Analysis System)やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。   Such an analysis system using a microchip is called μ-TAS (micro-Total-Analysis System), lab-on-chip, biochip, etc., and speeding up and high efficiency of chemical and biological analysis. As a technology that enables downsizing, integration, or downsizing of analyzers, it is attracting attention.

μ−TASは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ(使い捨て)が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。   Since μ-TAS can be analyzed with a small amount of sample and can be used as a disposable microchip, it is expected to be applied to biological analysis, especially for handling precious trace samples and many specimens. Has been.

μ−TASの応用例として、マイクロチップ上に配設された流路内で細胞やマイクロビーズ等の微小粒子の特性を光学的、電気的あるいは磁気的に分析する微小粒子分析技術がある。この微小粒子分析技術では、分析の結果、所定の条件を満たすポピュレーション(群)を微小粒子中から分別回収することも行われている。   As an application example of μ-TAS, there is a microparticle analysis technique for optically, electrically, or magnetically analyzing the characteristics of microparticles such as cells and microbeads in a channel disposed on a microchip. In this microparticle analysis technique, as a result of the analysis, a population (group) that satisfies a predetermined condition is also collected separately from the microparticles.

例えば、特許文献1には、「微粒子含有溶液導入流路と、当該流路の少なくとも一方の側部に配置されたシース流形成流路と、を有する微粒子分別マイクロチップ」が開示されている。この微粒子分別マイクロチップは、さらに「導入された微粒子を計測するための微粒子計測部位と、該微粒子計測部位の下流に設置された微粒子を分別回収するための2以上の微粒子分別流路と、微粒子計測部位から微粒子分別流路への流路口付近に設置された微粒子の移動方向を制御するための2以上の電極」を有するものである。   For example, Patent Document 1 discloses “a fine particle sorting microchip having a fine particle-containing solution introduction flow channel and a sheath flow forming flow channel disposed on at least one side of the flow channel”. The microparticle sorting microchip further includes a “particulate measurement site for measuring the introduced microparticles, two or more microparticle sorting channels for separating and collecting the microparticles installed downstream of the microparticle measurement site, and a microparticle It has two or more electrodes for controlling the moving direction of the fine particles installed in the vicinity of the flow path opening from the measurement site to the fine particle sorting flow path ”.

この特許文献1に開示される微粒子分別マイクロチップは、典型的には、微粒子含有溶液導入流路と2つのシース流形成流路とからなる「三叉流路」によって、流体層流の形成を行うものである(当該文献「図1」参照)。   The microparticle sorting microchip disclosed in Patent Document 1 typically forms a fluid laminar flow by a “three-pronged channel” composed of a microparticle-containing solution introduction channel and two sheath flow forming channels. (Refer to the document “FIG. 1”).

図13に、一般的な三叉流路の流路構造(A)と、これにより形成されるサンプル液層流とシース液層流(B)を示す。この三叉流路では、図13(A)中、実線矢印方向に流路101を通流するサンプル液層流を、点線矢印方向から流路102,102に導入されるシース液層流で左右から挟み込むことができる。そして、これによって、図13(B)に示すように、サンプル液層流を流路中央に送液することが可能である。なお、図13(B)中、サンプル液層流は実線で、流路構造は点線で示している。   FIG. 13 shows a general three-pronged channel structure (A) and a sample liquid laminar flow and a sheath liquid laminar flow (B) formed thereby. In this three-pronged channel, the sample liquid laminar flow that flows through the channel 101 in the direction of the solid arrow in FIG. 13A is sandwiched from the left and right by the sheath liquid laminar flow introduced into the channels 102 and 102 from the direction of the dotted arrow. Can do. Thus, as shown in FIG. 13B, the sample liquid laminar flow can be sent to the center of the flow path. In FIG. 13B, the sample liquid laminar flow is indicated by a solid line, and the flow path structure is indicated by a dotted line.

特許文献1の微粒子分別マイクロチップでは、この三叉流路によって微粒子含有溶液をシース液で左右から挟み込んで、微粒子計測部位の流路中央に微粒子を送流している。これによって、例えば光学的に微粒子の計測を行う場合に、微粒子に対して測定光を精度良く照射することが可能とされている。   In the microparticle sorting microchip of Patent Document 1, a microparticle-containing solution is sandwiched between sheath liquids from the left and right by the three-pronged channel, and the microparticles are sent to the center of the channel of the microparticle measurement site. Thereby, for example, when measuring fine particles optically, it is possible to accurately irradiate the fine particles with measurement light.

特開2003−107099号公報JP 2003-107099 A

図13に示した三叉流路によれば、サンプル液層流をシース液層流で左右から挟み込むことにより、挟み込む方向(図13中Y軸正負方向)に関しては、流路内の任意の位置にサンプル液層流を偏向させて送液することができる。しかし、それ以外の方向、例えば流路の上下方向(図13中Z軸正負方向)に関しては、サンプル液の送液位置を制御することはできなかった。すなわち、図13に示した三叉流路では、Z軸方向に縦長のサンプル液層流しか形成することができなかった。   According to the three-pronged channel shown in FIG. 13, the sample liquid laminar flow is sandwiched by the sheath liquid laminar flow from the left and right, and the sandwiching direction (Y-axis positive / negative direction in FIG. 13) is at an arbitrary position in the channel. The sample liquid laminar flow can be deflected and sent. However, with respect to other directions, for example, the vertical direction of the flow path (Z-axis positive / negative direction in FIG. 13), it was not possible to control the position of the sample liquid feeding. That is, in the three-pronged channel shown in FIG. 13, only a vertically long sample liquid laminar flow could be formed in the Z-axis direction.

従って、従来の三叉流路を備えるマイクロチップでは、例えば、サンプル液として微小粒子を含む溶液を流路内に通流させて光学分析を行う場合、流路の上下方向(深さ方向)における微小粒子の送流位置にばらつきが生じていた。このため、微粒子に対して精度良く測定光を照射することができないという問題があった。   Therefore, in a conventional microchip having a three-pronged channel, for example, when optical analysis is performed by passing a solution containing microparticles as a sample solution into the channel, the microchip in the vertical direction (depth direction) of the channel is small. There was a variation in the particle flow position. For this reason, there was a problem that it was impossible to irradiate fine particles with measurement light with high accuracy.

特に、微小粒子として血球細胞などの細胞を分析する場合には、細胞が流路底面を転がるようして送流され、流路の上下方向(深さ方向)における細胞の送流位置と測定光の焦点位置とに大きなずれが生じ、分析精度が低下する要因となっていた。   In particular, when analyzing cells such as blood cells as microparticles, the cells are sent while rolling on the bottom of the channel, and the cell delivery position and measurement light in the vertical direction (depth direction) of the channel There was a large shift in the focal position of the lens, which caused the analysis accuracy to decrease.

そこで、本発明は、シース液層流によるサンプル液層流の挟み込みを流路の上下方向(深さ方向)にも行うことができ、高い分析精度を得ること可能なマイクロチップを提供することを主な目的とする。   Therefore, the present invention provides a microchip that can sandwich a sample liquid laminar flow by a sheath liquid laminar flow in the vertical direction (depth direction) of the flow path and can obtain high analysis accuracy. Main purpose.

上記課題解決のため、本発明は、シース液とサンプル液とが通流可能な流路を具備し、前記流路に導入されるサンプル液層流が、その周囲をシース液層流で取り囲まれた状態で送液されるマイクロチップを提供する。このマイクロチップでは、前記流路が、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に小さくなるように、前記流路底面及び/又は上面が傾斜面として形成され、かつ、流路側壁が送液方向に従って次第に狭窄された絞込部を有し、シース液層流及びサンプル液層流が、マイクロチップ上面又は下面側に偏向されながら等方的に縮小して絞り込まれて送液される。
このマイクロチップでは、前記絞込部の流路底面及び/又は上面の傾斜角度と、流路側壁の狭窄角度とが等しく形成してもよい。
前記流路の前記絞込部の下流において分岐する分岐流路を設け、分岐流路の分岐部に配置される電極によって、前記電荷を付与されたサンプル液の分岐部における送液方向を制御することもできる。
前記流路の前記分岐部の上流に少なくとも一側方から合流し、流路内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を設けてもよい。この場合、流体導入部から導入される流体によって、流路内を通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断し、液滴化して送液することができる。
また、液滴化され、電荷を付与された微小粒子を含むサンプル液の前記分岐部における送液方向を制御して、微小粒子の分別を行うこともできる。
また、本発明は、上記のマイクロチップが搭載され得る流体分析装置及び微小粒子分別
装置を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention includes a flow path through which the sheath liquid and the sample liquid can flow, and the sample liquid laminar flow introduced into the flow path is surrounded by the sheath liquid laminar flow. Provided is a microchip that is fed in a liquid state. In this microchip, the flow path bottom surface and / or the top surface is formed as an inclined surface so that the area of the cross section perpendicular to the liquid feed direction gradually decreases in accordance with the liquid feed direction, and the flow path side walls It has a constricted portion that is gradually constricted according to the liquid feeding direction, and the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are isotropically reduced while being deflected toward the upper or lower surface of the microchip, and then fed. .
In this microchip, the inclination angle of the channel bottom surface and / or the top surface of the narrowing portion and the narrowing angle of the channel side wall may be formed equal.
A branch channel that branches downstream of the narrowing part of the channel is provided, and the liquid feeding direction in the branch part of the sample liquid to which the charge is applied is controlled by an electrode arranged in the branch part of the branch channel. You can also
You may provide the fluid introducing | transducing part which joins from the at least one side upstream of the said branch part of the said flow path, and introduce | transduces any fluid of gas or an insulating liquid into a flow path. In this case, the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow that flow through the flow path can be divided by the fluid introduced from the fluid introduction unit, and the liquid can be sent as droplets.
In addition, the fine particles can be separated by controlling the liquid feeding direction in the branching portion of the sample liquid containing the fine particles that have been made droplets and given a charge.
The present invention also provides a fluid analysis device and a fine particle sorting device on which the above-described microchip can be mounted.

併せて、本発明は、マイクロチップの内部に形成される流路構造であって、シース液とサンプル液とが通流可能な流路を具備し、前記流路に導入されるサンプル液層流が、その周囲をシース液層流で取り囲まれた状態で送液される流路構造を提供する。この流路構造において、前記流路は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に小さくなるように、前記流路底面及び/又は上面が傾斜面として形成され、かつ、流路側壁が送液方向に従って次第に狭窄された絞込部を有し、シース液層流及びサンプル液層流は、マイクロチップ上面又は下面側に偏向されながら等方的に縮小して絞り込まれて送液される。
更に、本発明は、流路を通流するシース液層流中にサンプル液を導入し、サンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液し、シース液層流及びサンプル液層流を等方的に縮小して絞込みながら送液する送液方法をも提供する。
In addition, the present invention is a flow channel structure formed inside a microchip, comprising a flow channel through which a sheath liquid and a sample liquid can flow, and a sample liquid laminar flow introduced into the flow path However, it provides a flow channel structure in which the liquid is fed in a state surrounded by a sheath liquid laminar flow. In this flow channel structure, the flow channel is formed such that the flow channel bottom surface and / or the top surface is an inclined surface so that the area of the vertical cross section with respect to the liquid flow direction becomes gradually smaller according to the liquid flow direction, and the flow channel side wall Has a constricted portion that is gradually constricted in accordance with the liquid feeding direction, and the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are isotropically contracted while being deflected toward the upper or lower surface of the microchip, and then fed. The
Furthermore, the present invention introduces a sample liquid into a sheath liquid laminar flow that flows through the flow path, and sends the sample liquid in a state in which the periphery of the sample liquid laminar flow is surrounded by the sheath liquid laminar flow. A liquid feeding method is also provided in which liquid laminar flow is isotropically reduced and sent while narrowing down.

本発明により、シース液層流によるサンプル液層流の挟み込みを流路の上下方向(深さ方向)にも行うことができ、高い分析精度を得ること可能なマイクロチップが提供される。   According to the present invention, a microchip capable of obtaining a high analysis accuracy can be provided in which the sample liquid laminar flow can be sandwiched by the sheath liquid laminar flow also in the vertical direction (depth direction) of the flow path.

本発明に係るマイクロチップ1の構成を示す簡略上面図である。1 is a simplified top view showing a configuration of a microchip 1 according to the present invention. マイクロチップ1の流路11内に形成されるシース液層流とサンプル液層流を示す断面模式図である。(A)は、図1拡大図中、P-P断面を示し、(B)は、図1拡大図中Q-Q断面を示す。2 is a schematic cross-sectional view showing a sheath liquid laminar flow and a sample liquid laminar flow formed in a flow path 11 of the microchip 1. FIG. (A) shows a PP cross section in the enlarged view of FIG. 1, and (B) shows a Q-Q cross section in the enlarged view of FIG. 複数を束ねて配設した微小管14の断面模式図である。図は、図1拡大図中Q-Q断面に対応する。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a microtubule 14 in which a plurality is bundled. The figure corresponds to the Q-Q section in the enlarged view of FIG. マイクロチップ1の絞込部115上流(A)及び下流(B)におけるシース液層流とサンプル液層流を示す断面模式図である。(A)は、図2中R1-R1断面を示し、(B)は、図2中R2-R2断面を示す。2 is a schematic cross-sectional view showing a sheath liquid laminar flow and a sample liquid laminar flow upstream (A) and downstream (B) of a narrowing portion 115 of the microchip 1. FIG. (A) shows the R 1 -R 1 cross section in FIG. 2, and (B) shows the R 2 -R 2 cross section in FIG. 送液方向に対する垂直断面の面積を送液方向に従って段階的に小さく形成した絞込部115の構成を示す断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a narrowing unit 115 in which an area of a vertical cross section with respect to a liquid feeding direction is gradually reduced in accordance with a liquid feeding direction. マイクロチップ1の製造方法の一例を説明する概念図である。2 is a conceptual diagram illustrating an example of a manufacturing method of a microchip 1. FIG. 電圧を印加可能な金属によって微小管14を形成した本発明に係るマイクロチップ2を用いて、サンプル液中に含まれる微小粒子の分別を行う方法を説明する概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method for sorting microparticles contained in a sample liquid using the microchip 2 according to the present invention in which microtubes 14 are formed of a metal to which a voltage can be applied. マイクロチップ2において、サンプル液を液滴化するための圧電素子の配設位置を説明するための断面模式図である。3 is a schematic cross-sectional view for explaining the arrangement position of a piezoelectric element for forming a sample liquid into droplets in the microchip 2. FIG. 検出部Dの表面を陥凹させたマイクロチップ2の構成を示す簡略斜視図である。2 is a simplified perspective view showing the configuration of a microchip 2 in which the surface of a detection unit D is recessed. FIG. 本発明に係るマイクロチップ3の構成を示す簡略上面図である。3 is a simplified top view showing the configuration of a microchip 3 according to the present invention. FIG. マイクロチップ3の合流部117を拡大して示す模式図である。(A)は上面図であり、(B)は微小管14を含むZX平面断面図である。4 is an enlarged schematic view showing a junction part 117 of the microchip 3. FIG. (A) is a top view, and (B) is a ZX plane cross-sectional view including microtubules 14. 本発明に係る流体分析装置(微小粒子分別装置)の構成を説明する模式図である。It is a mimetic diagram explaining composition of a fluid analysis device (fine particle sorting device) concerning the present invention. 一般的な三叉流路の流路構造(A)と、これにより形成される流体層流の状態(B)を示す簡略斜視図である。It is a simplified perspective view showing a general three-way channel structure (A) and a fluid laminar flow state (B) formed thereby.

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.

1.マイクロチップ
図1は、本発明に係るマイクロチップの構成を示す簡略上面図である。
1. Microchip FIG. 1 is a simplified top view showing a configuration of a microchip according to the present invention.

図1中、符号1で示すマイクロチップには、略90度折れ曲がる曲折部111, 112, 113, 114を有する流路11が配設されている。図1中、符号12はこの流路11内にシース液を導入するためのシース液インレットを、符号13は流路11外へシース液等を排出するためのアウトレットを示す。シース液インレット12から流路11内に導入されたシース液は、曲折部111, 112, 113, 114で略90度折れ曲がって送液され、アウトレット13から排出される。   In FIG. 1, a microchip denoted by reference numeral 1 is provided with a flow path 11 having bent portions 111, 112, 113, 114 that bend approximately 90 degrees. In FIG. 1, reference numeral 12 denotes a sheath liquid inlet for introducing the sheath liquid into the flow path 11, and reference numeral 13 denotes an outlet for discharging the sheath liquid and the like out of the flow path 11. The sheath liquid introduced into the flow path 11 from the sheath liquid inlet 12 is bent by approximately 90 degrees at the bent portions 111, 112, 113, and 114, and is discharged from the outlet 13.

(1-1)微小管
流路11の曲折部112には、流路11を通流するシース液層流中に、サンプル液を導入するための微小管14が配設されている。図1中、符号15はこの微小管14内にサンプル液を導入するためのサンプル液インレットを、符号141は微小管14の流路11側端の開口を、符号142はサンプル液インレット側端の開口を示す。サンプル液インレット15から開口142に供給されたサンプル液は、微小管14内を通流し、開口141から流路11を通流するシース液層流中に導入される。
(1-1) Microtubule In the bent portion 112 of the flow channel 11, a microtube 14 for introducing a sample liquid into the sheath liquid laminar flow flowing through the flow channel 11 is disposed. In FIG. 1, reference numeral 15 denotes a sample liquid inlet for introducing the sample liquid into the microtube 14, reference numeral 141 denotes an opening at the end of the microtube 14 on the flow path 11 side, and reference numeral 142 denotes an end of the sample liquid inlet side. Indicates an opening. The sample liquid supplied from the sample liquid inlet 15 to the opening 142 flows through the microtube 14 and is introduced into the sheath liquid laminar flow that flows through the flow path 11 from the opening 141.

マイクロチップ1では、このように微小管14によって流路11を通流するシース液層流中にサンプル液を導入することによって、サンプル液層流の周囲を、シース液層流で取り囲んだ状態で送液することが可能とされている。   In the microchip 1, the sample liquid is introduced into the sheath liquid laminar flow that flows through the flow path 11 by the microtubule 14 in this manner, so that the sample liquid laminar flow is surrounded by the sheath liquid laminar flow. It is possible to send liquid.

(1-2)絞込部
図1中、符号115は、流路11に設けられた絞込部を示す。絞込部115は、送液方向に対する垂直断面の面積が、流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成されている。すなわち、絞込部115の流路側壁は送液方向に従って図中Y軸方向に狭窄するように形成されており、絞込部115はその上面視において次第に細くなる錘形としてみることができる。この形状によって、絞込部115は、シース液層流とサンプル液層流の層流幅を、図中Y軸方向に絞り込んで送液することが可能とされている。さらに、絞込部115は、その流路底面が上流から下流に向かって深さ方向(図中Z軸方向)に高くなる傾斜面となるように形成されており、同方向にも層流幅を絞り込むことが可能とされている(次に詳しく説明する)。
(1-2) Narrowing part In FIG. 1, reference numeral 115 denotes a narrowing part provided in the flow path 11. The narrowing portion 115 is formed so that the area of the vertical cross section with respect to the liquid feeding direction gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the flow path. That is, the flow passage side wall of the narrowing portion 115 is formed so as to narrow in the Y-axis direction in the drawing according to the liquid feeding direction, and the narrowing portion 115 can be seen as a weight shape that becomes gradually narrower in top view. With this shape, the narrowing part 115 can narrow the laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow in the Y-axis direction in the drawing and send the liquid. Further, the narrowing portion 115 is formed so that the bottom surface of the flow path becomes an inclined surface that increases in the depth direction (Z-axis direction in the figure) from upstream to downstream, and the laminar flow width also in the same direction. Can be narrowed down (detailed below).

2.微小管による層流形成
図2は、流路11内に形成されるシース液層流とサンプル液層流を示す模式図である。図2(A)は、図1拡大図中、P-P断面に対応する断面模式図であり、微小管14の開口141と流路11の絞込部115を拡大して示している。また、図2(B)は、図1拡大図中Q-Q断面に対応する断面模式図であり、流路下流側から正面視した開口141を拡大して示している。
2. FIG. 2 is a schematic diagram showing a sheath liquid laminar flow and a sample liquid laminar flow formed in the flow path 11. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view corresponding to the PP cross section in the enlarged view of FIG. 1, and shows the opening 141 of the microtubule 14 and the narrowed portion 115 of the flow path 11 in an enlarged manner. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view corresponding to the QQ cross section in the enlarged view of FIG. 1 and shows an enlarged view of the opening 141 as viewed from the downstream side of the flow path.

流路11を通流するシース液層流(図中符号T参照)中に、微小管14によってサンプル液を導入することにより、図2(A)に示すように、サンプル液層流(図中符号S参照)を、シース液層流Tで取り囲んだ状態で送液することができる。   As shown in FIG. 2 (A), the sample liquid is introduced into the sheath liquid laminar flow (refer to symbol T in the figure) flowing through the flow path 11 by the microtubule 14, and the sample liquid laminar flow (in the figure). The liquid can be fed in a state surrounded by the sheath liquid laminar flow T.

図2では、微小管14を、その中心が流路11の中心と同軸上に位置するように配設した場合を示した。この場合、サンプル液層流Sは、流路11を通流するシース液層流Tの中心に導入されることとなる。シース液層流T中のサンプル液層流Sの形成位置は、流路11内における微小管14の配設位置を調節することによって任意に設定することができる。   FIG. 2 shows a case where the microtubule 14 is disposed so that the center thereof is located coaxially with the center of the flow path 11. In this case, the sample liquid laminar flow S is introduced into the center of the sheath liquid laminar flow T flowing through the flow path 11. The formation position of the sample liquid laminar flow S in the sheath liquid laminar flow T can be arbitrarily set by adjusting the arrangement position of the microtubules 14 in the flow path 11.

また、図2では、微小管14を1本の管として配設した場合を示した。微小管14は、これに限定されず、例えば、図3に示すように、複数の管(図では、4本)を束ねてバンドルとしたものであってもよい。微小管をバンドルとすることで、例えば、微小管14a, 14b, 14c, 14dのうち、いずれか1つからサンプル液を、その他からサンプル液やシース液以外の溶媒を導入することができる。なお、図3では、4本の微小管14a, 14b, 14c, 14dを一体に成形することによりバンドル化した場合を示している。   FIG. 2 shows the case where the microtubules 14 are arranged as one tube. The microtubules 14 are not limited to this. For example, as shown in FIG. 3, a plurality of tubes (four in the drawing) may be bundled to form a bundle. By making the microtubules into a bundle, for example, a sample liquid can be introduced from any one of the microtubules 14a, 14b, 14c, and 14d, and a solvent other than the sample liquid and the sheath liquid can be introduced from the other. FIG. 3 shows a case where four microtubes 14a, 14b, 14c, and 14d are integrally formed to form a bundle.

より具体的には、例えば、微小管14aから微小粒子を含むサンプル液を、微小管14b, 14c, 14dからこの微小粒子と反応し得る物質を含む溶液をそれぞれ導入して、流路11内に形成される層流中で微小粒子と物質との反応を行なうことが考えられる。微小粒子と反応し得る物質としては、例えば、微小粒子の表面に結合する抗体や、微小粒子と化学反応する化合物等が挙げられる。   More specifically, for example, a sample liquid containing microparticles is introduced from the microtubule 14a, and a solution containing a substance that can react with the microparticles is introduced from the microtubules 14b, 14c, and 14d, respectively, into the flow path 11. It is conceivable to carry out the reaction between the fine particles and the substance in the laminar flow that is formed. Examples of the substance capable of reacting with the microparticle include an antibody that binds to the surface of the microparticle, a compound that chemically reacts with the microparticle, and the like.

後述するように、サンプル液として微小粒子を含む溶液を流路内に通流させて、微小粒子の光学分析や分取を行う場合、サンプル液層流の形成時に、併せて微小粒子の表面に結合する抗体を導入することで、微小粒子に結合した抗体に標識された蛍光標識に基づいて、微小粒子の分析や分取を行うことが可能となる。また、微小粒子と化学反応する化合物を導入すれば、流路11内で微小粒子と化合物との反応を検出し、その反応の有無に基づいて、微小粒子の分析や分取を行うことができる。   As will be described later, when a solution containing microparticles as a sample liquid is passed through the flow path to perform optical analysis and fractionation of the microparticles, the sample liquid is also formed on the surface of the microparticles during the formation of the sample liquid laminar flow. By introducing a binding antibody, it is possible to analyze and sort the microparticles based on the fluorescent label labeled on the antibody bound to the microparticles. In addition, if a compound that chemically reacts with the microparticles is introduced, the reaction between the microparticles and the compound can be detected in the flow path 11, and analysis and fractionation of the microparticles can be performed based on the presence or absence of the reaction. .

束ねられる微小管の数は、2以上とでき、導入するサンプル液や溶媒の数に応じて任意に設定すればよいものとする。また、各微小管の流路11側端と反対側の開口には、サンプル液インレット15のようにそれぞれのサンプル液や溶媒を供給するための構成が設けられる。   The number of microtubules to be bundled can be two or more, and may be arbitrarily set according to the number of sample liquids and solvents to be introduced. In addition, a configuration for supplying each sample solution and solvent like the sample solution inlet 15 is provided in the opening on the opposite side to the flow channel 11 side end of each microtubule.

3.絞込部による層流幅の絞り込み
絞込部115は、送液方向に対する垂直断面の面積が、流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成されている。すなわち、図2(A)に示すように、絞込部115は、その流路底面が上流から下流に向かって図中Z軸方向に高くなる傾斜面となるように形成されている。この形状によって、絞込部115へ送液されたシース液層流とサンプル液層流は、マイクロチップ1上面側に偏向されながら、図中Z軸方向に層流幅を絞り込まれることとなる。
3. Narrowing of the laminar flow width by the narrowing portion The narrowing portion 115 is formed such that the area of the vertical cross section with respect to the liquid feeding direction gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the flow path. That is, as shown in FIG. 2A, the narrowing portion 115 is formed such that the bottom surface of the flow path becomes an inclined surface that increases in the Z-axis direction in the drawing from upstream to downstream. With this shape, the laminar flow width and the sample liquid laminar flow sent to the narrowing portion 115 are narrowed in the Z-axis direction in the figure while being deflected to the upper surface side of the microchip 1.

図4は、絞込部11の上流(A)及び下流(B)におけるシース液層流とサンプル液層流を示す模式図である。図4(A)は、図2中R1-R1断面に対応する断面模式図であり、図4(B)は、図2中R2-R2断面に対応する断面模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow upstream (A) and downstream (B) of the narrowing part 11. 4A is a schematic cross-sectional view corresponding to the R 1 -R 1 cross section in FIG. 2, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view corresponding to the R 2 -R 2 cross section in FIG.

図1において説明したように、絞込部115は、上流から下流に向かってY軸方向に次第に細くなる錘形に形成されている。また、図2で説明したように、絞込部115の流路底面は、上流から下流に向かってZ軸方向に高くなる傾斜面として形成されている。このように、絞込部115を送液方向に対する垂直断面の面積が流路上流から下流へ次第に小さくなるように形成したことにより、シース液層流Tとサンプル液層流Sを、Y軸及びZ軸方向に層流幅を絞り込みながら、マイクロチップ1上面側(図4中Z軸正方向)に偏向させて送液することが可能となる。すなわち、図4(A)に示すシース液層流Tとサンプル液層流Sは、絞込部115において、図4(B)に示すように層流幅を絞り込まれて送液される。   As described with reference to FIG. 1, the narrowing portion 115 is formed in a spindle shape that gradually decreases in the Y-axis direction from upstream to downstream. In addition, as described with reference to FIG. 2, the flow path bottom surface of the narrowing portion 115 is formed as an inclined surface that increases in the Z-axis direction from upstream to downstream. In this way, by forming the narrowing portion 115 so that the area of the vertical cross section perpendicular to the liquid feeding direction gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the flow path, the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S are While narrowing down the laminar flow width in the Z-axis direction, the liquid can be sent while being deflected to the upper surface side of the microchip 1 (Z-axis positive direction in FIG. 4). That is, the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S shown in FIG. 4 (A) are sent in the narrowing part 115 with the laminar flow width narrowed as shown in FIG. 4 (B).

このように、シース液層流とサンプル液層流の層流幅を絞り込んで送液することにより、例えば、サンプル液として微小粒子を含む溶液を流路内に通流させて、微小粒子の光学分析を行う場合、絞り込まれたサンプル液層流中の微小粒子に精度良く測定光を照射することが可能となる。特に、絞込部115によれば、マイクロチップ1の水平方向(図1中Y軸方向)のみならず、垂直方向(図2中Z軸方向)にもサンプル液層流の層流幅を絞り込むことができるため、流路11の深さ方向における測定光の焦点位置を微小粒子の送流位置と精緻に一致させることできる。このため、微小粒子に精度良く測定光を照射して高い測定感度を得ることが可能となる。   In this way, by narrowing the laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow, for example, a solution containing microparticles as the sample liquid is allowed to flow through the flow path, and the microparticle optical When performing analysis, it becomes possible to irradiate the measurement light to the fine particles in the narrowed sample liquid laminar flow with high accuracy. In particular, the narrowing unit 115 narrows the laminar flow width of the sample liquid laminar flow not only in the horizontal direction (Y-axis direction in FIG. 1) of the microchip 1 but also in the vertical direction (Z-axis direction in FIG. 2). Therefore, the focus position of the measurement light in the depth direction of the flow path 11 can be precisely matched with the flow position of the fine particles. For this reason, it is possible to obtain high measurement sensitivity by irradiating fine particles with measurement light with high accuracy.

このようなシース液層流とサンプル液層流の層流幅の絞り込みは、絞込部115の流路底面及び上面の両方を傾斜面として形成することにより行うこともできる。また、絞込部115は、図5(A)に示すように、流路上面(及び/又は底面)を、上流から下流に向かって階段状に形成してもよい。この場合、絞込部115はその上面視においてもY軸方向に段階的に細くなる階段状に形成される。このように、絞込部115の送液方向に対する垂直断面の面積を流路上流から下流へ段階的に小さくなるように形成して層流幅の絞り込みを行うと、絞込部115の成形上の利点が得られる。   Such narrowing of the laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow can also be performed by forming both the channel bottom surface and the top surface of the narrowing portion 115 as inclined surfaces. Further, as shown in FIG. 5A, the narrowing portion 115 may form the upper surface (and / or the bottom surface) of the flow channel in a stepped shape from upstream to downstream. In this case, the narrowing portion 115 is formed in a stepped shape that gradually decreases in the Y-axis direction even when viewed from above. As described above, if the laminar flow width is narrowed by forming the area of the vertical cross section of the narrowing portion 115 so as to gradually decrease from the upstream side to the downstream side of the flow path, The benefits of

後述するように、マイクロチップ1に配設される絞込部115等の成形は、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、またプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工によって行われる。このとき、絞込部115の形状が傾斜面であるよりも階段状であるほうが、絞込部115の成形が容易であり、特に機械加工や光造形による成形を簡単に行うことができる。   As will be described later, the narrowed portion 115 and the like disposed on the microchip 1 is formed by wet etching or dry etching of a glass substrate layer, or by nanoimprinting, injection molding, or cutting of a plastic substrate layer. . At this time, if the shape of the narrowed portion 115 is a stepped shape rather than an inclined surface, the narrowed portion 115 can be easily molded, and in particular, molding by machining or stereolithography can be easily performed.

例えば、機械加工の場合、絞込部115を傾斜面として形成するためには、数μmの単位でドリルを何度も往復させて切削する必要があり、非常に手間がかかる。また、ドリルの磨耗が進み易く、切削箇所にバリが発生することがある。これに対して、絞込部115を数段のみの階段状に形成すれば、切削が容易で、ドリルの磨耗も少なくバリが生じ難い。また、光造形による場合にも、絞込部115を数段のみの階段状に形成すれば、CADプロセスと光造形プロセスの反復回数を大幅に減少させることができ、製作時間及びコストを低減できる。   For example, in the case of machining, in order to form the narrowed portion 115 as an inclined surface, it is necessary to reciprocate the drill many times in units of several μm, and this is very laborious. Also, wear of the drill is likely to proceed, and burrs may occur at the cutting site. On the other hand, if the narrowing portion 115 is formed in a stepped shape having only a few steps, cutting is easy, wear of the drill is small, and burrs are hardly generated. Also, in the case of stereolithography, if the narrowing part 115 is formed in a stepped shape with only a few steps, the number of iterations of the CAD process and stereolithography process can be greatly reduced, and the production time and cost can be reduced. .

絞込部115の送液方向に対する垂直断面の面積を流路上流から下流へ段階的に小さく形成して絞り込みを行う場合、図5(B)に示すように、垂直断面の面積を、絞り込み後の層流幅に対応する面積にまで、一段階で小さく形成してしまうこともできる。この場合にも、シース液層流Tとサンプル液層流Sを、乱流を生じさせることなく、Y軸及びZ軸方向に絞り込むことが可能であることが確認されている。   When narrowing down by narrowing the area of the vertical section with respect to the liquid feeding direction of the narrowing portion 115 from the upstream to the downstream of the flow path, the vertical cross-sectional area is reduced after narrowing as shown in FIG. Even an area corresponding to the laminar flow width can be reduced in one step. Also in this case, it has been confirmed that the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S can be narrowed down in the Y-axis and Z-axis directions without causing turbulent flow.

ここで、流路11を十分に細い流路として形成し、この流路11を通流するシース液層流中に、径の小さい微小管14を用いてサンプル液を導入すれば、予め層流幅が絞り込まれたシース液層流とサンプル液層流を形成することが可能とも考えられる。しかしながら、この場合には、微小管14の径を小さくすることによって、サンプル液中に含まれる微小粒子が微小管14に詰まるという問題が生じ得る。   Here, if the flow path 11 is formed as a sufficiently thin flow path and the sample liquid is introduced into the sheath liquid laminar flow that flows through the flow path 11 using the microtubule 14 having a small diameter, the laminar flow is It is considered possible to form a sheath liquid laminar flow and a sample liquid laminar flow with narrowed widths. However, in this case, by reducing the diameter of the microtubule 14, there may be a problem that the microparticles contained in the sample liquid are clogged in the microtubule 14.

マイクロチップ1では、絞込部115を設けたことにより、サンプル液中に含まれる微小粒子の径に対して十分に大きい径の微小管14を用いてサンプル液層流とシース液層流の形成を行った後に、層流幅の絞り込みを行うことができる。従って、上記のような微小管14の詰まりの問題を解消することが可能である。   In the microchip 1, the narrowed portion 115 is provided, so that the sample liquid laminar flow and the sheath liquid laminar flow are formed using the microtubule 14 having a diameter sufficiently larger than the diameter of the microparticles contained in the sample liquid. After performing, the laminar flow width can be narrowed down. Therefore, it is possible to solve the problem of the clogging of the microtubule 14 as described above.

なお、本発明において、「微小粒子」には、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などが広く含まれるものとする。   In the present invention, “microparticles” widely include living body-related microparticles such as cells, microorganisms, and liposomes, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles.

生体関連微小粒子には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。対象とする細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。さらに、生体関連微小粒子には、核酸やタンパク質、これらの複合体などの生体関連高分子も包含され得るものとする。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってもよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。   Biologically relevant microparticles include chromosomes, liposomes, mitochondria, organelles (organelles) that constitute various cells. The cells of interest include animal cells (such as blood cells) and plant cells. Microorganisms include bacteria such as Escherichia coli, viruses such as tobacco mosaic virus, and fungi such as yeast. Furthermore, biologically relevant microparticles may include biologically relevant polymers such as nucleic acids, proteins, and complexes thereof. The industrial particles may be, for example, an organic or inorganic polymer material, a metal, or the like. Organic polymer materials include polystyrene, styrene / divinylbenzene, polymethyl methacrylate, and the like. Inorganic polymer materials include glass, silica, magnetic materials, and the like. Metals include gold colloid, aluminum and the like. The shape of these fine particles is generally spherical, but may be non-spherical, and the size and mass are not particularly limited.

微小管14の内径は、分析対象とするサンプル液中に含まれる微小粒子の径に応じて適宜設定することができる。例えば、サンプル液として血液を用い、血球細胞の分析を行う場合には、好適な微小管14の内径は10〜500μm程度である。また、流路11の幅及び深さは、分析対象とする微小粒子の径を反映した微小管14の外径に応じて適宜設定すればよい。例えば、微小管14の内径が10〜500μm程度である場合、流路11の幅及び深さはそれぞれ100〜2000μm程度が好適である。なお、微小管の断面形状は、円形以外にも、楕円形や四角形、三角形など任意の形状とすることができる。   The inner diameter of the microtube 14 can be appropriately set according to the diameter of the microparticles contained in the sample liquid to be analyzed. For example, when blood is used as a sample solution and blood cell analysis is performed, a suitable inner diameter of the microtubule 14 is about 10 to 500 μm. Further, the width and depth of the flow path 11 may be appropriately set according to the outer diameter of the microtube 14 reflecting the diameter of the microparticles to be analyzed. For example, when the inner diameter of the microtubule 14 is about 10 to 500 μm, the width and depth of the flow path 11 are each preferably about 100 to 2000 μm. In addition, the cross-sectional shape of the microtubule can be an arbitrary shape such as an ellipse, a quadrangle, or a triangle other than a circle.

絞込部115における絞り込み前のシース液層流とサンプル液層流の層流幅は、上記の流路11の幅及び深さと微小管14の径に依存して変化し得るが、絞込部115の送液方向に対する垂直断面の面積を適宜調整することによって任意の層流幅にまで絞り込みを行うことが可能である。例えば、図2において、絞込部115の流路長をL、流路底面の傾斜角度をθZとした場合、絞込部115におけるシース液層流Tとサンプル液層流Sの層流幅の絞り込み幅はL・tanθZとなる。従って、流路長L及び傾斜角度θZを適宜調整することによって任意の絞り込み幅を設定することが可能である。さらに、図1中、絞込部115流路側壁のY軸方向における狭窄角度をそれぞれθY1、θY2とし、これらと上記θZを等しく形成することにより、図4(A)及び(B)に示したように、シース液層流Tとサンプル液層流Sを等方的に縮小して絞り込むことが可能となる。 The laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow before narrowing in the narrowing portion 115 can vary depending on the width and depth of the channel 11 and the diameter of the microtube 14, but the narrowing portion It is possible to narrow down to an arbitrary laminar flow width by appropriately adjusting the area of the vertical section of 115 with respect to the liquid feeding direction. For example, in FIG. 2, the flow path length of the narrow-down section 115 L, if the inclination angle of the channel bottom was theta Z, the laminar flow widths of the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S in the narrow-down section 115 The narrowing width is L · tanθ Z. Therefore, it is possible to set any narrowing width by suitably adjusting the channel length L and the inclination angle theta Z. Further, in FIG. 1, the narrowing angles in the Y-axis direction of the narrowed portion 115 flow path side wall are set as θ Y1 and θ Y2 respectively, and these are formed to be equal to the above θ Z , thereby allowing FIGS. 4 (A) and (B). As shown in FIG. 5, the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S can be narrowed down by isotropic reduction.

4.マイクロチップ1の製造方法
マイクロチップ1の材質は、ガラスや各種プラスチック(PP,PC,COP、PDMS)とすることができる。マイクロチップ1を用いた分析を光学的に行う場合には、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材質を選択する。
4). Manufacturing Method of Microchip 1 The material of the microchip 1 can be glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS). When the analysis using the microchip 1 is performed optically, a material having optical transparency, low autofluorescence, and low wavelength dispersion is selected because of low auto-fluorescence.

マイクロチップ1の光透過性を維持するため、その表面には光ディスクに用いられる、いわゆるハードコート層を積層することが望ましい。マイクロチップ1の表面、特に光検出部(後述の図7「検出部D」参照)表面に指紋等の汚れが付着すると、透過光量が減少して、光学分析精度が低下するおそれがある。マイクロチップ1の表面に透明性及び防汚性に優れたハードコート層を積層することで、この分析精度の低下を防止することが可能である。   In order to maintain the light transmittance of the microchip 1, it is desirable to stack a so-called hard coat layer used for an optical disc on the surface thereof. If dirt such as fingerprints adheres to the surface of the microchip 1, particularly the surface of the light detection unit (see “detection unit D” in FIG. 7 to be described later), the amount of transmitted light may decrease and the optical analysis accuracy may decrease. By laminating a hard coat layer excellent in transparency and antifouling property on the surface of the microchip 1, it is possible to prevent this deterioration in analysis accuracy.

ハードコート層は、通常使用されるハードコート剤を用いて製膜でき、例えば、フッ素系又はシリコン系防汚添加剤等の指紋付着防止剤を添加したUV硬化型ハードコート剤等を使用して製膜できる。特開2003-157579号公報には、ハードコード剤として、活性エネルギ線によって重合しうる重合性官能基を2個以上有する多官能性化合物(A)、メルカプト基を有する有機基と加水分解性基または水酸基とがケイ素原子に結合しているメルカプトシラン化合物で表面修飾された平均粒径1〜200nmの修飾コロイド状シリカ(B)、および、光重合開始剤(C)を含む活性エネルギ線硬化性組成物(P)が開示されている。   The hard coat layer can be formed using a commonly used hard coat agent, for example, using a UV curable hard coat agent to which a fingerprint adhesion preventing agent such as a fluorine-based or silicon-based antifouling additive is added. Film can be formed. JP-A-2003-157579 discloses a polyfunctional compound (A) having two or more polymerizable functional groups that can be polymerized by active energy rays, an organic group having a mercapto group, and a hydrolyzable group as a hard coding agent. Alternatively, active energy ray curability containing modified colloidal silica (B) having an average particle diameter of 1 to 200 nm and surface-modified with a mercaptosilane compound having a hydroxyl group bonded to a silicon atom, and a photopolymerization initiator (C) Composition (P) is disclosed.

マイクロチップ1に配設される流路11等の成形は、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、またプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。そして、流路11等を成形した基板層を、同じ材質又は異なる材質の基板層でカバーシールすることで、マイクロチップ1を形成することができる。   Molding of the flow path 11 and the like disposed on the microchip 1 can be performed by wet etching or dry etching of a glass substrate layer, or by nanoimprinting, injection molding, or cutting of a plastic substrate layer. Then, the microchip 1 can be formed by covering and sealing the substrate layer formed with the flow path 11 and the like with a substrate layer of the same material or a different material.

図6は、マイクロチップ1の製造方法の一例を説明する概念図である。マイクロチップ1は、金型を用いた射出成形等によって、一枚の基板層を成形するのみで簡便に製造することができる。なお、図6は、図1拡大図中、P-P断面に対応する断面模式図となっている。   FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a manufacturing method of the microchip 1. The microchip 1 can be easily manufactured simply by forming a single substrate layer by injection molding using a mold or the like. 6 is a schematic cross-sectional view corresponding to the P-P cross section in the enlarged view of FIG.

まず、基板層1aに対して、曲折部111〜114と絞込部115を有する流路11の形状及びサンプルインレット15等の形状を備える金型を射出成形機にセットし、基板層1aへの形状転写を行う。射出成形された基板層1aには、曲折部111〜114と絞込部115を有する流路11の形状及びサンプルインレット15等の形状が形成されている(図6(A)参照)。   First, with respect to the substrate layer 1a, a mold having the shape of the flow path 11 having the bent portions 111 to 114 and the narrowing portion 115 and the shape of the sample inlet 15 or the like is set in an injection molding machine, and the substrate layer 1a Perform shape transfer. On the injection-molded substrate layer 1a, the shape of the flow path 11 having the bent portions 111 to 114 and the narrowed portion 115, the shape of the sample inlet 15, and the like are formed (see FIG. 6A).

次に、図6(B)に示すように、微小管14を配置する。微小管14は、サンプルインレット15と流路11との間にこれらを連絡するように形成された溝に嵌め込むようにして配置し、サンプルインレット15に導入されるサンプル液が微小管14によって流路11内に送液されるよう配置する。   Next, as shown in FIG. 6B, the microtubules 14 are arranged. The microtubule 14 is disposed so as to be fitted in a groove formed so as to communicate between the sample inlet 15 and the channel 11, and the sample liquid introduced into the sample inlet 15 is channeled by the microtubule 14. Arranged to be fed into the inside.

微小管14の配置後、図6(C)に示すように、基板層1aに基板層1bを貼り合わせる。基板層1aへの基板層1bの貼り合わせは、従来公知の手法を適宜用いることができる。例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等を適宜用いることができる。図6(C)中、符号cは、微小管14を基板層1a及び1bに固定するための接着剤を示す。この接着剤cは、微小管14が嵌め込まれた溝を封止して、サンプルインレット15と流路11とを分断する役割も果たす。これにより、サンプルインレット15と流路11とが微小管14内部を介してのみ連絡されるようになり、サンプルインレット15に導入されたサンプル液が微小管14によって流路11内に送液されるようになる。   After the arrangement of the microtubules 14, as shown in FIG. 6C, the substrate layer 1b is bonded to the substrate layer 1a. For bonding the substrate layer 1b to the substrate layer 1a, a conventionally known method can be appropriately used. For example, heat fusion, adhesive, anodic bonding, bonding using an adhesive sheet, plasma activated bonding, ultrasonic bonding, or the like can be used as appropriate. In FIG. 6C, the symbol c indicates an adhesive for fixing the microtubule 14 to the substrate layers 1a and 1b. This adhesive c also serves to seal the groove in which the microtube 14 is fitted and to separate the sample inlet 15 and the flow path 11. As a result, the sample inlet 15 and the channel 11 are brought into communication only through the inside of the microtubule 14, and the sample liquid introduced into the sample inlet 15 is fed into the channel 11 by the microtube 14. It becomes like this.

以上の方法により得られたマイクロチップ1は、その表裏を無関係に使用することができる。従って、図6(C)に示すマイクロチップ1では、基板層1aが上面に、基板層1bが下面となる状態で使用することも当然に可能である。図6(C)の状態では、絞込部115は、その流路底面が上流から下流に向かって徐々に高くなる傾斜面として形成されているが、マイクロチップ1を裏返しにすれば、絞込部115は、その流路上面が上流から下流に向かって流路深さ方向に低くなる傾斜面としてみることができる。この場合、絞込部115へ送液されたシース液層流とサンプル液層流は、マイクロチップ1下面側に偏向されながら、層流幅を絞り込まれることとなる。これは、図5で説明したように、絞込部115の流路上面(及び/又は底面)を階段状に形成した場合も同様である。   The microchip 1 obtained by the above method can be used regardless of the front and back. Therefore, the microchip 1 shown in FIG. 6C can be used with the substrate layer 1a on the upper surface and the substrate layer 1b on the lower surface. In the state of FIG. 6C, the narrowing portion 115 is formed as an inclined surface whose bottom surface of the flow path gradually increases from upstream to downstream. However, if the microchip 1 is turned upside down, the narrowing portion 115 is narrowed down. The portion 115 can be viewed as an inclined surface whose upper surface of the flow path becomes lower in the flow path depth direction from upstream to downstream. In this case, the laminar flow width is narrowed down while the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow sent to the narrowing part 115 are deflected to the lower surface side of the microchip 1. The same applies to the case where the upper surface (and / or the bottom surface) of the narrowing portion 115 is formed in a staircase shape as described with reference to FIG.

微小管14には金属やガラス、セラミックス、各種プラスチック(PP,PC,COP、PDMS)製のチューブを採用でき、その材質は特に限定されない。一例として、微小管14としてシリカチューブを採用することができる。シリカチューブは、内径が数十〜数百μmのものが市販されており、適宜好適な径のチューブを利用できる。シリカチューブは高い耐熱性を有するため、基板層の熱圧着時安定したマイクロチップを形成することが可能である。   The microtube 14 may be a tube made of metal, glass, ceramics, or various plastics (PP, PC, COP, PDMS), and the material is not particularly limited. As an example, a silica tube can be employed as the microtubule 14. A silica tube having an inner diameter of several tens to several hundreds of μm is commercially available, and a tube having a suitable diameter can be used as appropriate. Since the silica tube has high heat resistance, it is possible to form a stable microchip when the substrate layer is thermocompression bonded.

微小管14として金属製のチューブを採用した場合には、この微小管14を介して内部を通流するサンプル液に電荷を付与することができる。これにより、例えば、上記特許文献1に記載される「導入された微粒子を計測するための微粒子計測部位と、該微粒子計測部位の下流に設置された微粒子を分別回収するための2以上の微粒子分別流路と、微粒子計測部位から微粒子分別流路への流路口付近に設置された微粒子の移動方向を制御するための2以上の電極」をマイクロチップ1に設け、微小粒子の分別を行うことが可能となる。   When a metal tube is employed as the microtube 14, an electric charge can be imparted to the sample solution flowing through the microtube 14 through the inside. Thereby, for example, the “particulate measurement site for measuring the introduced particulates” and the two or more particulate separations for separating and collecting the particulates installed downstream of the particulate measurement site described in Patent Document 1 above The microchip 1 is provided with a flow path and two or more electrodes for controlling the moving direction of the fine particles installed in the vicinity of the flow path opening from the fine particle measurement site to the fine particle separation flow path, and the fine particles are separated. It becomes possible.

また、本発明に係るマイクロチップには、後述するマイクロチップ3のように、流路11に少なくとも一側方から合流し、流路11内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を設けることができる。この流体導入部も、流路11等と同様に、ウェットエッチングやドライエッチング、ナノインプリント、射出成型、機器加工によって成形される。   Further, like the microchip 3 to be described later, the microchip according to the present invention joins the flow path 11 from at least one side, and introduces either a gas or an insulating liquid into the flow path 11. A fluid inlet can be provided. This fluid introduction part is also formed by wet etching, dry etching, nanoimprinting, injection molding, and equipment processing, like the flow path 11 and the like.

5.マイクロチップによる微小粒子の分別方法
(5-1)マイクロチップ2
図7は、電圧を印加可能な金属によって微小管14を形成したマイクロチップ2を用いて、サンプル液中に含まれる微小粒子の分別を行う方法を説明する概念図である。マイクロチップ2は、以下に特に説明する構成を除いて、マイクロチップ1と同様の構成を有する。
5. Microchip separation method using microchip (5-1) Microchip 2
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a method of sorting the microparticles contained in the sample liquid using the microchip 2 in which the microtubes 14 are formed of a metal to which a voltage can be applied. The microchip 2 has the same configuration as that of the microchip 1 except for the configuration specifically described below.

マイクロチップ2の流路11は、絞込部115の下流の分岐部116において分岐する分岐流路11a, 11bを備え、微小管14から流路11に導入されるサンプル液中に含まれる微小粒子を分岐流路11a, 11bの一方に選択的に送流することが可能とされている。   The flow path 11 of the microchip 2 includes branch flow paths 11a and 11b that branch at the branch section 116 downstream of the narrowing section 115, and the microparticles contained in the sample liquid introduced into the flow path 11 from the microtube 14 Can be selectively sent to one of the branch channels 11a and 11b.

図7中、符号143は、微小管14に電圧を印加する荷電部を示す。荷電部143は、内部を通流する微小粒子を含むサンプル液に正又は負の電荷を付与する。分岐部116における微小粒子の送流方向の制御は、この荷電部143によって微小粒子を含むサンプル液に付与された電荷に基づいて行うことができる。   In FIG. 7, reference numeral 143 denotes a charging unit that applies a voltage to the microtube 14. The charging unit 143 imparts a positive or negative charge to the sample liquid containing microparticles flowing through the inside. Control of the flow direction of the microparticles in the branching section 116 can be performed based on the charge applied to the sample liquid containing microparticles by the charging section 143.

より具体的には、例えば、流路11へのサンプル液の導入時に微小管14にわずかな圧力差を加えることによって、図7に示すように、サンプル液を、微小粒子を一つ又は所定数ずつ含む液滴Pとして、流路11を通流するシース液層流中に送出する。同時に、荷電部143に印加する電圧の正負を切り換えることによって、シース液層流中に送出される液滴Pに正又は負の電荷を付与する。このとき、液滴P同士を電気的に絶縁するために、シース液は電気的絶縁性を有するものを用いることが望ましい。   More specifically, for example, by introducing a slight pressure difference to the microtube 14 at the time of introducing the sample liquid into the flow path 11, as shown in FIG. Each of the droplets P is sent into a sheath liquid laminar flow that flows through the flow path 11. At the same time, by switching between positive and negative of the voltage applied to the charging unit 143, a positive or negative charge is imparted to the droplet P sent out in the sheath liquid laminar flow. At this time, in order to electrically insulate the droplets P from each other, it is desirable to use an electrically insulating sheath liquid.

微小管14に圧力差を加えるための方法は、例えば、微小管14に当接させて微小振動可能な圧電素子(微小振動素子)を配設する方法や、サンプル液インレット15の内部に臨んで圧電素子を配設する方法を採用できる。   The method for applying a pressure difference to the microtube 14 is, for example, a method in which a piezoelectric element (microvibration element) that can be microvibrated by being brought into contact with the microtube 14, or facing the inside of the sample liquid inlet 15. A method of disposing a piezoelectric element can be employed.

図8は、サンプル液を液滴化するための圧電素子の配設位置を説明するための図である。図は、図6(C)に対応する断面模式図である。ここでは、圧電素子をサンプル液インレット15の底面に配設する場合を示した。   FIG. 8 is a view for explaining the arrangement position of the piezoelectric element for making the sample liquid into droplets. The figure is a schematic cross-sectional view corresponding to FIG. Here, the case where the piezoelectric element is disposed on the bottom surface of the sample liquid inlet 15 is shown.

図中、符号151で示す圧電素子は、サンプル液インレット15の底面に、サンプル液インレット15内に臨んで配設されている。圧電素子151は電圧を印加されると変形し、サンプル液インレット15内を通流するサンプル液に圧力を加える。そして、この圧力によって、サンプル液インレット15に連通する微小管14内のサンプル液にも圧力が加わる。この際、圧電素子151に印加する電圧をパルス電圧として圧電素子151を振動させ、微小管14内のサンプル液への圧力を周期的に変化させると、サンプル液は液滴状となって微小管14から流路11内に吐出される。   In the figure, a piezoelectric element denoted by reference numeral 151 is disposed on the bottom surface of the sample liquid inlet 15 so as to face the sample liquid inlet 15. The piezoelectric element 151 is deformed when a voltage is applied, and applies pressure to the sample liquid flowing through the sample liquid inlet 15. This pressure also applies pressure to the sample liquid in the microtubule 14 communicating with the sample liquid inlet 15. At this time, if the piezoelectric element 151 is vibrated using the voltage applied to the piezoelectric element 151 as a pulse voltage and the pressure to the sample liquid in the microtube 14 is periodically changed, the sample liquid becomes droplets and becomes a microtubule. 14 is discharged into the flow path 11.

このような圧電素子151を用いた液滴化は、例えば、インクジェットプリンタで採用されるピエゾ振動素子を用いたインクの滴状吐出と同様にして行うことができる。ここでは、サンプル液インレット15の内部に臨んで圧電素子151を配設した場合を説明したが、圧電素子151は、例えば、微小管14の外壁に当接するように配設して、変形した圧電素子151による圧力を直接微小管14に加えて、サンプル液の液滴化を行ってもよい。なお、圧力差を加えるための圧電素子への印加信号と、微小管14へ電圧を加えるための印加信号は、同期することにより、任意のタイミングでの液滴の形成と、その液滴の荷電が可能となる。   Such droplet formation using the piezoelectric element 151 can be performed, for example, in the same manner as ink droplet discharge using a piezoelectric vibration element employed in an ink jet printer. Here, the case where the piezoelectric element 151 is disposed facing the inside of the sample liquid inlet 15 has been described. However, the piezoelectric element 151 is disposed so as to contact the outer wall of the microtube 14, for example, and is deformed. The pressure of the element 151 may be directly applied to the microtube 14 to form a droplet of the sample liquid. The applied signal to the piezoelectric element for applying the pressure difference and the applied signal for applying the voltage to the microtubule 14 are synchronized to form a droplet at an arbitrary timing and charge the droplet. Is possible.

分岐部116には、流路11の両側に対向して一対の電極1161, 1162が配置されている(図7参照)。この電極1161, 1162は正又は負に帯電し得るものであり、液滴Pに付与された電荷との電気的な反発力(又は吸引力)によって、液滴Pを分岐流路11a, 11bのいずれかに誘導する。電極1161, 1162は、予めマイクロチップ2に配設されていてもよく、またマイクロチップ2が搭載される微小粒子分取装置に、搭載されたマイクロチップ2の分岐部116に位置するように配設されていてもよい。また、電極1161, 1162は、後述するマイクロチップ3のように、分岐流路11a, 11bの分岐部116近傍を金属製チューブにより形成し、これを電極として機能させることもできる。   A pair of electrodes 1161 and 1162 are arranged at the branching portion 116 so as to face both sides of the flow path 11 (see FIG. 7). The electrodes 1161 and 1162 can be positively or negatively charged, and the droplet P is separated from the branch channels 11a and 11b by an electric repulsive force (or suction force) with the electric charge applied to the droplet P. Guide to either. The electrodes 1161 and 1162 may be arranged on the microchip 2 in advance, and are arranged in the microparticle sorting apparatus on which the microchip 2 is mounted so as to be positioned at the branch portion 116 of the mounted microchip 2. It may be provided. In addition, the electrodes 1161 and 1162 can be formed by using a metal tube in the vicinity of the branch portion 116 of the branch flow paths 11a and 11b as in the microchip 3 described later, and function as an electrode.

微小粒子の分別は、図7中符号Dで示す検出部において、微小粒子の特性を判定し、その結果に基づいて行う。ここでは、検出部Dを光学検出系として構成し、導入路11内の微小粒子に対するレーザー光の照射によって発生する光を検出することで微小粒子の光学特性を判定する場合を例に説明する。光学検出系及び微小粒子分別装置は、従来のマイクロチップを用いた微小粒子の分析システムと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対しレーザー光を集光・照射するための集光レンズやダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する光を検出する検出器と、によって構成される。検出器には、例えば、PMT(photo multiplier tube)や、CCDやCMOS素子等のエリア撮像素子等が用いられる。   The classification of the microparticles is performed based on the result of determining the characteristics of the microparticles in the detection unit indicated by the symbol D in FIG. Here, a case will be described as an example in which the detection unit D is configured as an optical detection system, and the optical characteristics of the microparticles are determined by detecting light generated by laser light irradiation on the microparticles in the introduction path 11. The optical detection system and the microparticle sorting apparatus can be configured in the same manner as a conventional microparticle analysis system using a microchip. Specifically, a laser light source, a condensing lens, a dichroic mirror, a band-pass filter, etc. for condensing and irradiating laser light to fine particles, and light generated from the fine particles by laser light detection are detected. And a detector. As the detector, for example, a PMT (photo multiplier tube), an area imaging device such as a CCD or a CMOS device, or the like is used.

検出部Dを光学検出系として構成する場合には、上述した指紋等の汚れ付着による分析精度の低下を防止するため、図9に示すように、検出部Dの表面をマイクロチップ2の他の部位表面に比べて陥凹させて、検出部D表面への指先や汚れの接触を防止することが望ましい。図9(A)は、マイクロチップ2の表面の検出部D部分に窪みを形成した場合、図9(B)は、マイクロチップ2の表面に検出部D部分の表面を含む溝を形成した場合を示す。   When the detection unit D is configured as an optical detection system, the surface of the detection unit D is placed on another surface of the microchip 2 as shown in FIG. It is desirable that the surface of the detection part D is recessed to prevent contact with the fingertip or dirt on the surface of the part. 9A shows a case where a depression is formed in the detection portion D portion on the surface of the microchip 2, and FIG. 9B shows a case where a groove including the surface of the detection portion D portion is formed on the surface of the microchip 2. Indicates.

微小粒子の光学特性判定のためのパラメーターは、対象とする微小粒子及び分取目的に応じて、微小粒子の大きさを測定する前方散乱光や、構造を測定する側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などとすることができる。検出部Dは、これらのパラメーターにより検出された光を解析し、微小粒子が所定の光学特性を有するか否かについて判定を行う。   The parameters for determining the optical properties of the microparticles include forward scattered light that measures the size of the microparticles, side scattered light that measures the structure, Rayleigh scattering, It can be scattered light such as Mie scattering or fluorescence. The detection unit D analyzes light detected by these parameters and determines whether or not the microparticles have predetermined optical characteristics.

そして、例えば、微小粒子を含むサンプル液の液滴Pに荷電部143によって付与された電荷が正である場合に、その微小粒子が所定の光学特性を有すると判定されたときは、電極1161を負に、電極1162を正に帯電させ、電気的な反発力によって液滴Pを分岐流路11aへ誘導する。また、逆に、その微小粒子が所定の光学特性を有しないと判定されたときは、電極1161を正に、電極1162を負に帯電させ、電気的な反発力によって液滴を分岐流路11bへ誘導する。これによって、所定の光学特性を有する微小粒子のみを分岐流路11aへ誘導し、分取することが可能となる。   For example, when the charge imparted by the charging unit 143 to the droplet P of the sample liquid containing microparticles is positive, if it is determined that the microparticles have predetermined optical characteristics, the electrode 1161 is Negatively, the electrode 1162 is positively charged, and the droplet P is guided to the branch channel 11a by an electric repulsive force. Conversely, when it is determined that the microparticles do not have the predetermined optical characteristics, the electrode 1161 is positively charged and the electrode 1162 is negatively charged, and the droplet is separated by the electric repulsive force 11b. Lead to. As a result, only fine particles having predetermined optical characteristics can be guided to the branch channel 11a and separated.

このように、マイクロチップ2では、微小管14を金属製とすることで、微小粒子を含むサンプル液の液滴Pを、流路11を通流するシース液層流Tの中心に送出すると同時に、電荷を付与することができ、この電荷に基づいて微小粒子の分別を行うことが可能となる。   In this way, in the microchip 2, the microtube 14 is made of metal, so that the sample liquid droplet P containing microparticles is sent to the center of the sheath liquid laminar flow T flowing through the flow path 11 at the same time. A charge can be imparted, and fine particles can be separated based on this charge.

また、マイクロチップ2では、絞込部115によって、シース液層流及びサンプル液の液滴Pの層流幅をマイクロチップ2の水平方向及び垂直方向に絞り込んで検出部Dに送液することで、測定光の焦点位置を微小粒子の送流位置と精緻に一致させることできる。このため、微小粒子に対し精度良く測定光を照射することができ、微小粒子の光学特性を高感度に検出することが可能となる。   In the microchip 2, the narrowing portion 115 narrows the laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid droplet P in the horizontal direction and the vertical direction of the microchip 2, and sends the liquid to the detection unit D. The focus position of the measurement light can be precisely matched with the flow position of the fine particles. For this reason, it is possible to accurately irradiate the microparticles with the measurement light, and to detect the optical characteristics of the microparticles with high sensitivity.

さらに、マイクロチップ2では、微小管14及び絞込部115によって、微小粒子を含むサンプル液の液滴Pを、絞り込まれた層流中に略一列で配列させることができる。液滴Pを略一列で配列させることで、分岐部116において、所定の特性を有する微小粒子を含む液滴Pに対し、電極1161, 1162からの電気的な反発力を加え易い。また、分岐部116における層流幅が十分に絞り込まれていることで、小さな反発力を電極1161, 1162により加えるのみで、液滴Pを分岐流路11a又は11bに誘導できる。   Furthermore, in the microchip 2, the micropipe 14 and the narrowing unit 115 can arrange the droplets P of the sample liquid containing the microparticles in a substantially single line in the narrowed laminar flow. By arranging the droplets P in approximately one row, it is easy to apply an electrical repulsive force from the electrodes 1161 and 1162 to the droplets P including minute particles having predetermined characteristics in the branching portion 116. In addition, since the laminar flow width in the branch portion 116 is sufficiently narrowed, the droplet P can be guided to the branch flow channel 11a or 11b only by applying a small repulsive force by the electrodes 1161 and 1162.

ここでは、検出部Dを光学検出系として構成し、微小粒子の特性を光学的に測定する場合について説明したが、微小粒子の特性測定は電気的又は磁気的に行うこともできる。すなわち、微小粒子の電気的物性及び磁気特性の測定を行う場合には、検出部Dに微小電極を配し、例えば抵抗値、容量値(キャパシタンス値)、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値等、あるいは、例えば微小粒子に関する磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。これらの特性は二以上を同時に測定することもでき、例えば、微小粒子として磁気ビーズ等を蛍光色素で標識したものを測定する場合には、光学特性と磁気特性の測定が同時に行われる。   Although the case where the detection unit D is configured as an optical detection system and the characteristics of the microparticles are optically measured has been described here, the characteristics of the microparticles can be measured electrically or magnetically. That is, when measuring the electrical properties and magnetic properties of the microparticles, the microelectrodes are arranged in the detection unit D, for example, the resistance value, the capacitance value (capacitance value), the inductance value, the impedance, and the electric field between the electrodes. A change value or the like, for example, a magnetization, a magnetic field change, a magnetic field change, or the like related to a fine particle is measured. Two or more of these characteristics can be measured simultaneously. For example, when measuring a magnetic bead labeled as a fine particle with a fluorescent dye, optical characteristics and magnetic characteristics are measured simultaneously.

マイクロチップ2によれば、微小粒子の電気的又は磁気的特性を測定する場合においても、検出部Dに配設された微小電極の測定位置と微小粒子の送流位置とを精緻に一致させ、微小粒子の特性を高感度に検出することが可能である。   According to the microchip 2, even when measuring the electrical or magnetic properties of the microparticles, the measurement position of the microelectrode disposed in the detection unit D and the microparticle flow position are precisely matched, It is possible to detect the characteristics of fine particles with high sensitivity.

(5-2)マイクロチップ3
次に、流路11に少なくとも一側方から合流し、流路11内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を設けたマイクロチップ3を用いて、サンプル液中に含まれる微小粒子の分別を行う方法を説明する。
(5-2) Microchip 3
Next, the microchip 3 provided with a fluid introduction part that joins the flow path 11 from at least one side and introduces either a gas or an insulating liquid into the flow path 11 is used in the sample liquid. A method for separating the contained fine particles will be described.

図10は、本発明に係るマイクロチップ3の構成を示す簡略上面図である。マイクロチップ3は、以下に特に説明する構成を除いて、マイクロチップ1及びマイクロチップ2と同様の構成を有する。   FIG. 10 is a simplified top view showing the configuration of the microchip 3 according to the present invention. The microchip 3 has the same configuration as the microchip 1 and the microchip 2 except for the configuration specifically described below.

図10中、符号91, 92は、流路11内に気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入するための流体導入部を示す。流体導入部91, 92は、その一端において流路11に連通し、他端には流体が供給される流体インレット911, 912が設けられている。図示しない加圧ポンプによって流体インレット911, 912から流体導入部91, 92に供給された気体又は絶縁性液体(以下、「気体等」という)は、符号117で示す合流部において流路11内に導入される。   In FIG. 10, reference numerals 91 and 92 denote fluid introduction portions for introducing either a gas or an insulating liquid into the flow path 11. The fluid introducing portions 91 and 92 are provided with fluid inlets 911 and 912 that communicate with the flow path 11 at one end and are supplied with fluid at the other end. Gas or insulating liquid (hereinafter referred to as “gas” or the like) supplied from the fluid inlets 911 and 912 to the fluid inlets 91 and 92 by a pressurizing pump (not shown) enters the flow path 11 at the junction indicated by reference numeral 117. be introduced.

マイクロチップ3では、この流体導入部91, 92から合流部117に導入される流体によって、流路11を通流する液体を分断し、液滴化して、分岐流路11a, 11bの分岐部116に送流することができる。   In the microchip 3, the liquid flowing through the flow channel 11 is divided by the fluid introduced from the fluid introducing portions 91 and 92 into the confluence portion 117, and is formed into droplets, and the branch portions 116 of the branch flow channels 11a and 11b are separated. Can be sent to.

図11は、合流部117を拡大して示す模式図である。図11(A)は上面図であり、(B)は微小管14を含むZX平面断面図である。図は、微小管14及び絞込部115を経て、合流部117に送液されたシース液層流T及びサンプル液層流Sを分断して、液滴化する場合を示している。   FIG. 11 is an enlarged schematic diagram showing the junction part 117. 11A is a top view, and FIG. 11B is a ZX plane cross-sectional view including the microtubule 14. The figure shows a case where the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S sent to the confluence part 117 via the microtube 14 and the narrowing part 115 are divided into droplets.

すなわち、合流部117において、送液されてくるシース液層流T及びサンプル液層流Sに対して、流体導入部91, 92から所定のタイミングで気体等を導入すると、導入された気体等によってシース液層流T及びサンプル液層流Sは、図に示すように分断され、液滴化される。これにより、シース液層流T及びサンプル液層流Sを、流路11内において液滴化して、分岐部116に送流することができる(図11、液滴P参照)。そして、サンプル液として微小粒子を含む液体を通流させ、所定のタイミングで気体等を導入すれば、微小粒子を一つ又は所定数ずつ含む液滴Pを形成することができる。   That is, when a gas or the like is introduced at a predetermined timing from the fluid introduction portions 91 and 92 to the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S that are fed in the confluence portion 117, the introduced gas or the like The sheath liquid laminar flow T and sample liquid laminar flow S are divided into droplets as shown in the figure. As a result, the sheath liquid laminar flow T and the sample liquid laminar flow S can be formed into droplets in the flow path 11 and sent to the branching portion 116 (see droplet P in FIG. 11). Then, if a liquid containing microparticles is allowed to flow as a sample liquid and a gas or the like is introduced at a predetermined timing, droplets P containing one or a predetermined number of microparticles can be formed.

ここで、図10及び図11では、流体導入部を流路11の両側に、それぞれ1つずつ設けた場合を示したが、気体導入部は流路11の少なくとも一側方に1つ設けられていればよい。さらに、合流部117において、2以上の流体導入部を合流させることもできる。また、図10及び図11では、流体導入部が流路11に対して直角に合流されているが、流体導入部の合流角度は任意に設定できるものとする。   Here, FIG. 10 and FIG. 11 show the case where one fluid introduction part is provided on each side of the flow path 11, but one gas introduction part is provided on at least one side of the flow path 11. It only has to be. Furthermore, two or more fluid introduction parts can be joined at the joining part 117. 10 and 11, the fluid introduction part is joined at a right angle to the flow path 11, but the joining angle of the fluid introduction part can be arbitrarily set.

マイクロチップ2では、分岐部116には、流路11の両側に対向して一対の電極1161, 1162を配置していた。これに対して、マイクロチップ3では、分岐流路11a, 11bの分岐部116近傍を金属製チューブ1163, 1164として形成し、これを電極として機能させる構成を採用している。金属製チューブ1163, 1164は、正又は負に帯電し得るものであり、液滴Pに付与された電荷との電気的な反発力(又は吸引力)によって、液滴Pを分岐流路11a, 11bのいずれかに誘導する。   In the microchip 2, a pair of electrodes 1161 and 1162 are arranged at the branching portion 116 so as to face both sides of the flow path 11. On the other hand, the microchip 3 employs a configuration in which the vicinity of the branch portion 116 of the branch flow paths 11a and 11b is formed as metal tubes 1163 and 1164 and functions as electrodes. The metal tubes 1163 and 1164 can be positively or negatively charged, and the droplets P are separated from the branch flow paths 11a, 11a by the electric repulsive force (or suction force) with the electric charge applied to the droplets P. Guide to one of 11b.

すなわち、マイクロチップ2で説明したように、微小粒子を含むサンプル液の液滴Pに荷電部143(図7参照)によって付与された電荷が正である場合に、その微小粒子が所定の光学特性を有すると判定されたときは、金属製チューブ1163を負に、金属製チューブ1164を正に帯電させ、電気的な反発力によって液滴Pを分岐流路11aへ誘導する。また、逆に、その微小粒子が所定の光学特性を有しないと判定されたときは、金属製チューブ1163を正に、金属製チューブ1164を負に帯電させ、電気的な反発力によって液滴を分岐流路11bへ誘導する。なお、図中、符号131, 132は、それぞれ分岐流路11a, 11bに分取された微小粒子をチップ外へ取り出すためのアウトレットを示している。   That is, as described in the microchip 2, when the charge imparted by the charging unit 143 (see FIG. 7) to the droplet P of the sample liquid containing microparticles is positive, the microparticles have predetermined optical characteristics. If it is determined that the metal tube 1163 is negative, the metal tube 1163 is negatively charged and the metal tube 1164 is positively charged, and the droplet P is guided to the branch channel 11a by an electric repulsive force. Conversely, when it is determined that the microparticles do not have the predetermined optical characteristics, the metal tube 1163 is charged positively and the metal tube 1164 is charged negatively, and the droplet is discharged by an electric repulsive force. Guide to the branch channel 11b. In the figure, reference numerals 131 and 132 denote outlets for taking out the microparticles sorted into the branch channels 11a and 11b, respectively, from the chip.

このように、マイクロチップ3では、流体導入部91, 92を設けることで、微小粒子を含むサンプル液を液滴化すると同時に、微小管14により電荷を付与することができ、この電荷に基づいて微小粒子の分別を行うことが可能とされている。   As described above, in the microchip 3, by providing the fluid introduction portions 91 and 92, the sample liquid containing the microparticles can be formed into droplets and at the same time, the microtubule 14 can be charged, and based on this charge It is possible to perform fractionation of fine particles.

液路11内で液滴化されたサンプル液の電荷を維持するため、流体導入部91, 92から導入される流体には気体を用いることが好ましい。この際、液路11内におけるシース液層流及びサンプル液層流の分断が不完全で、隣接する液滴が一部で連通する状態となると、液滴の電荷が消失してしまう。この場合には、分岐部116内における送流方向の制御が不能となったり、不正確となったりするおそれがある。従って、導入した気体によってシース液層流及びサンプル液層流を完全に分断し、分断された液滴間の絶縁性を維持するため、流路11の表面(特には、合流部117の下流)には撥水性を付与することが望ましい。さらに、流路11の表面に電気的絶縁性を付与して、分断された液滴間で電荷の移動を阻止することも有効である。電気的絶縁性は、例えば、流路表面に絶縁性を備える物質を塗布または成膜することにより付与し得る。また、流路表面に超純水等の絶縁性を有する液体を流すことで、液滴間の通電を阻止することもできる。   In order to maintain the electric charge of the sample liquid formed into droplets in the liquid passage 11, it is preferable to use a gas for the fluid introduced from the fluid introduction portions 91 and 92. At this time, when the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow in the liquid channel 11 are not completely separated and the adjacent liquid droplets are partially communicated, the charge of the liquid droplets disappears. In this case, there is a possibility that control of the flow direction in the branching portion 116 becomes impossible or inaccurate. Therefore, in order to completely divide the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow by the introduced gas and maintain the insulation between the divided liquid droplets, the surface of the flow path 11 (especially downstream of the confluence portion 117). It is desirable to provide water repellency. It is also effective to impart electric insulation to the surface of the flow path 11 to prevent the movement of charges between the divided droplets. The electrical insulation can be imparted, for example, by applying or forming a film having an insulation property on the channel surface. In addition, by flowing a liquid having an insulating property such as ultrapure water on the surface of the flow path, it is possible to prevent energization between the droplets.

また、液路11内で液滴化されたサンプルの電荷を維持するため、流体として、電気的に絶縁性を有する液体(「絶縁性液体」)を用いてもよい。この絶縁性液体には、例えば、上記の超純水等を用いる。これにより、分断された液滴間の電荷の移動を阻止することができる。   Further, in order to maintain the electric charge of the sample that has been formed into droplets in the liquid passage 11, an electrically insulating liquid (“insulating liquid”) may be used as the fluid. For example, the above-described ultrapure water is used as the insulating liquid. Thereby, the movement of the electric charge between the divided droplets can be prevented.

6.流体分析装置(微小粒子分別装置)
図12は、本発明に係る流体分析装置の構成を説明する模式図である。この流体分析装置は、微小粒子の特性を分析し、分析結果に基づいて微小粒子の分別を行う微小粒子分取装置として好適に使用されるものである。以下、この流体分析装置(微小粒子分取装置)の各構成を、上記のマイクロチップ3を搭載した場合を例として説明する。
6). Fluid analyzer (fine particle sorting device)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the configuration of the fluid analyzer according to the present invention. This fluid analysis device is suitably used as a microparticle sorting device that analyzes the characteristics of microparticles and sorts the microparticles based on the analysis results. Hereinafter, each configuration of the fluid analysis device (microparticle sorting device) will be described by taking as an example the case where the microchip 3 is mounted.

図12に示す微小粒子分析装置は、マイクロチップ3の合流部117上流において、流路11内部を通流する微小粒子を検出するための光学検出系(照射部102、検出部103)と、合流部117の下流において微小粒子の光学特性を判定するための光学検出系(照射部104、検出部105)と、マイクロチップ3の流体インレット911, 921に気体等を供給する加圧ポンプ106と、を備える。図中、符号101は、これらの光学検出系及び加圧ポンプと、微小管14及び金属製チューブ1163, 1164に印加される電圧を制御するための全体制御部を示す。   The microparticle analyzer shown in FIG. 12 includes an optical detection system (irradiation unit 102, detection unit 103) for detecting microparticles flowing inside the flow channel 11 upstream of the confluence unit 117 of the microchip 3, and a confluence. An optical detection system (irradiation unit 104, detection unit 105) for determining the optical characteristics of the microparticles downstream of the unit 117, a pressure pump 106 for supplying gas or the like to the fluid inlets 911, 921 of the microchip 3, Is provided. In the figure, reference numeral 101 denotes an overall control unit for controlling the voltages applied to the optical detection system and the pressure pump, and the microtube 14 and the metal tubes 1163 and 1164.

さらに、微小粒子分取装置は、図示しない液体供給手段を備え、マイクロチップ3のシース液インレット12からシース液層流を、サンプル液インレット15からサンプル液層流を供給する。マイクロチップ3に供給されたシース液及びサンプル液は、微小管14及び絞込部115によって、サンプル液層流がシース液層流によって取り囲まれ、かつ、層流幅を絞り込まれた状態で、合流部117に送液される(図2参照)。   Further, the microparticle sorting apparatus includes a liquid supply unit (not shown), and supplies a sheath liquid laminar flow from the sheath liquid inlet 12 of the microchip 3 and a sample liquid laminar flow from the sample liquid inlet 15. The sheath liquid and the sample liquid supplied to the microchip 3 are joined together with the sample liquid laminar flow surrounded by the sheath liquid laminar flow and the laminar flow width narrowed by the microtubule 14 and the constriction unit 115. The solution is fed to the unit 117 (see FIG. 2).

(6-1)微小粒子の検出
微小粒子分取装置は、合流部117の上流において、サンプル液層流中に含まれる微小粒子を光学的に検出するための光学検出系を備えている。この光学検出系は、従来のマイクロチップを用いた微小粒子の分析システムと同様に構成することができる。具体的には、レーザー光源と、微小粒子に対しレーザー光を集光・照射するための集光レンズなどからなる照射部102と、レーザー光の照射によって微小粒子から発生する光をダイクロイックミラー、バンドパスフィルター等を用いて検出する検出部103と、によって構成される。検出部は、例えば、PMT(photo multiplier tube)や、CCDやCMOS素子等のエリア撮像素子等によって構成される。
(6-1) Detection of microparticles The microparticle sorting apparatus includes an optical detection system for optically detecting microparticles contained in the sample liquid laminar flow upstream of the confluence unit 117. This optical detection system can be configured in the same manner as a conventional microparticle analysis system using a microchip. Specifically, an irradiation unit 102 composed of a laser light source, a condensing lens for condensing and irradiating laser light to fine particles, and the light generated from the fine particles by irradiating the laser light with a dichroic mirror, a band And a detection unit 103 that detects using a pass filter or the like. The detection unit includes, for example, a PMT (photo multiplier tube), an area imaging device such as a CCD or a CMOS device, or the like.

マイクロチップ3では、絞込部115によって、シース液層流及びサンプル液層流の層流幅を絞り込んで、照射部102のレーザー光照射部位に送液することができる。このため、照射部102からのレーザー光の焦点位置と、流路11内における微小粒子の送流位置とを、精緻に一致させることできる。これにより、微小粒子に対し精度良くレーザー光を照射して、微小粒子を高感度に検出することが可能とされている。   In the microchip 3, the laminar flow width of the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow can be narrowed by the narrowing unit 115, and the liquid can be fed to the laser light irradiation site of the irradiation unit 102. For this reason, the focal position of the laser beam from the irradiation unit 102 and the flow position of the microparticles in the flow channel 11 can be precisely matched. Thereby, it is possible to detect the fine particles with high sensitivity by irradiating the fine particles with laser light with high accuracy.

検出部103によって検出された微小粒子から発生する光は、電気信号に変換され、全体制御部101に出力される。検出部103によって検出する光は、微小粒子の前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などであってよい。   Light generated from the microparticles detected by the detection unit 103 is converted into an electric signal and output to the overall control unit 101. The light detected by the detection unit 103 may be forward scattered light or side scattered light of fine particles, scattered light such as Rayleigh scattering or Mie scattering, or fluorescence.

全体制御部101は、この電気信号に基づいて、流路11を送流されるサンプル液層流中の微小粒子を検出する。そして、所定のタイミングで加圧ポンプ106を制御して、流体インレット911, 912及び流体導入部91, 92から合流部117に気体等を導入し、シース液層流及びサンプル液層流を分断・液滴化する(図11参照)。   The overall control unit 101 detects microparticles in the sample liquid laminar flow sent through the flow path 11 based on the electric signal. Then, by controlling the pressurizing pump 106 at a predetermined timing, gas or the like is introduced from the fluid inlets 911, 912 and the fluid introducing portions 91, 92 to the joining portion 117, and the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are divided. It is formed into droplets (see FIG. 11).

合流部117への流体導入のタイミングは、例えば、検出部103からの電気信号に基づいて微小粒子が1つ検出される度に、一定時間をおいて気体等を導入するようにする。微小粒子検出から流体導入までの時間は、照射部102のレーザー光照射部位と合流部117との間の距離、及び、流路11内のサンプル液の送液速度によって規定される。この時間を適宜調整した上で、微小粒子が1つ検出される度に合流部117に気体等を導入することで、シース液層流及びサンプル液層流を微小粒子1つ毎に分断し、液滴化することができる。   As for the timing of introducing the fluid into the merging portion 117, for example, every time one minute particle is detected based on the electric signal from the detecting portion 103, gas or the like is introduced after a certain time. The time from the detection of the microparticles to the introduction of the fluid is defined by the distance between the laser beam irradiation site of the irradiation unit 102 and the confluence unit 117 and the liquid feeding speed of the sample liquid in the flow path 11. After appropriately adjusting this time, a sheath liquid laminar flow and a sample liquid laminar flow are divided for each microparticle by introducing gas or the like into the confluence portion 117 each time one microparticle is detected, It can be made into droplets.

この場合、各液滴には1つずつ微小粒子が含まれることとなるが、各液滴に含まれる微小粒子の数は、合流部117への流体導入のタイミングを適宜調整することにより、任意に設定できる。すなわち、所定数の微小粒子が検出される度に気体等を導入すれば、微小粒子をその数毎に液滴化することができる。   In this case, each droplet contains one microparticle, but the number of microparticles contained in each droplet can be arbitrarily set by appropriately adjusting the timing of introducing the fluid into the junction 117. Can be set. That is, if a gas or the like is introduced every time a predetermined number of fine particles are detected, the fine particles can be made into droplets for each number.

ここでは、サンプル液層流中に含まれる微小粒子を検出するための検出を光学検出系により行う場合について説明した。微小粒子の検出は、光学的手段に限定されず、電気的又は磁気的手段によっても行うことができる。微小粒子を電気的又は磁気的に検出する場合には、合流部117の上流に微小電極を配し、例えば抵抗値、容量値(キャパシタンス値)、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値等、あるいは、例えば微小粒子に関する磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。そして、測定結果を電気信号として出力することにより、この信号に基づいて全体制御部101での微小粒子の検出を行う。   Here, the case where the detection for detecting the microparticles contained in the sample liquid laminar flow is performed by the optical detection system has been described. Detection of microparticles is not limited to optical means, and can also be performed by electrical or magnetic means. In the case of detecting fine particles electrically or magnetically, a microelectrode is arranged upstream of the junction part 117, for example, a resistance value, a capacitance value (capacitance value), an inductance value, an impedance, and a change value of an electric field between the electrodes. Or, for example, magnetization, change in magnetic field, change in magnetic field, etc. relating to fine particles are measured. Then, by outputting the measurement result as an electrical signal, the overall control unit 101 detects fine particles based on this signal.

マイクロチップ3では、微小粒子を電気的又は磁気的に検出する場合においても、配設された微小電極の測定位置と微小粒子の送流位置とを精緻に一致させ、微小粒子を高感度に検出することが可能である。   In the microchip 3, even when detecting microparticles electrically or magnetically, the measurement position of the arranged microelectrode and the flow position of the microparticle are precisely matched to detect the microparticle with high sensitivity. Is possible.

なお、ここで、微小粒子が磁性を有するものである場合には、特に、マイクロチップ3の金属製チューブ1163, 1164を磁極として構成することにより、磁気的力に基づいて分岐部116における微小粒子の送流方向を制御することも考えられる。   Here, in the case where the microparticles are magnetic, the microparticles in the branching portion 116 based on magnetic force can be obtained by configuring the metal tubes 1163 and 1164 of the microchip 3 as magnetic poles. It is also conceivable to control the direction of flow.

(6-2)微小粒子の光学特性の判定
微小粒子分取装置は、合流部117の下流においても、照射部104と検出部105とからなる光学検出系を備える。この光学検出系は、微小粒子の特性を判定するためのものであるが、照射部104及び検出部105の構成そのものは、先に説明した照射部102及び検出部104と同様とできる。
(6-2) Determination of optical characteristics of microparticles The microparticle sorting apparatus includes an optical detection system including the irradiation unit 104 and the detection unit 105 even downstream of the merging unit 117. This optical detection system is for determining the characteristics of the microparticles, but the configuration itself of the irradiation unit 104 and the detection unit 105 can be the same as that of the irradiation unit 102 and the detection unit 104 described above.

照射部104は、合流部117において形成された液滴中に含まれる微小粒子に対してレーザー光を照射する。これによって、微小粒子から発生する光は、検出部105によって検出される。検出部103によって検出する光は、微小粒子の前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光などであってよく、これらは電気信号に変換されて全体制御部101に出力される。   The irradiation unit 104 irradiates the fine particles contained in the droplets formed in the merging unit 117 with laser light. Thereby, the light generated from the fine particles is detected by the detection unit 105. The light detected by the detection unit 103 may be forward scattered light or side scattered light of fine particles, scattered light such as Rayleigh scattering or Mie scattering, or fluorescence, and these are converted into an electrical signal to be controlled by the overall control unit 101. Is output.

全体制御部101は、入力された電気信号に基づき、微小粒子を前方散乱光や側方散乱光、レイリー散乱やミー散乱等の散乱光や蛍光をパラメーターとして微小粒子の光学特性を判定する。この光学特性判定のためのパラメーターは、対象とする微小粒子及び分取目的に応じて、微小粒子の大きさを判定する場合には前方散乱光を、構造を判定する場合には側方散乱光を、微小粒子に標識された蛍光物質の有無を判定する場合には蛍光を採用する。   Based on the input electrical signal, the overall control unit 101 determines the optical characteristics of the microparticles using the microparticles as parameters, such as forward scattered light, side scattered light, scattered light such as Rayleigh scattering and Mie scattering, and fluorescence. The parameters for determining the optical properties are forward scattered light when determining the size of the microparticles and side scattered light when determining the structure according to the target microparticles and the purpose of sorting. Fluorescence is employed when determining the presence or absence of a fluorescent substance labeled on the microparticles.

全体制御部101は、これらのパラメーターにより検出された光を解析し、微小粒子が所定の光学特性を有するか否かについて判定を行う。   The overall control unit 101 analyzes the light detected by these parameters and determines whether or not the microparticles have predetermined optical characteristics.

ここでは、液滴中に含まれる微小粒子の特性を光学的に判定する場合について説明したが、微小粒子の特性判定は、電気的又は磁気的に行うこともできる。微小粒子の電気的物性及び磁気特性の測定を行う場合には、合流部117の下流に微小電極を配し、例えば抵抗値、容量値(キャパシタンス値)、インダクタンス値、インピーダンス、電極間の電界の変化値等、あるいは、例えば微小粒子に関する磁化、磁界変化、磁場変化等を測定する。これらの特性は二以上を同時に測定することもでき、例えば、微小粒子として磁気ビーズ等を蛍光色素で標識したものを測定する場合には、光学特性と磁気特性の測定が同時に行われる。   Although the case where the characteristics of the microparticles contained in the droplet are optically determined has been described here, the characteristics of the microparticles can also be determined electrically or magnetically. When measuring the electrical properties and magnetic properties of the microparticles, a microelectrode is arranged downstream of the confluence portion 117. For example, a resistance value, a capacitance value (capacitance value), an inductance value, an impedance, and an electric field between the electrodes. A change value or the like, for example, a magnetization, a magnetic field change, a magnetic field change, or the like related to a fine particle is measured. Two or more of these characteristics can be measured simultaneously. For example, when measuring a magnetic bead labeled as a fine particle with a fluorescent dye, optical characteristics and magnetic characteristics are measured simultaneously.

(6-3)微小粒子の分取
全体制御部101は、微小粒子の特性の判定結果に基づいて、微小管14及び金属製チューブ1163, 1164に印加する電圧を制御して、所定の特性を備えた微小粒子を含む液滴を分岐流路11a, 11bのいずれかに誘導することにより、微小粒子の分別・分取を行う。
(6-3) Sorting of microparticles The overall control unit 101 controls the voltage applied to the microtube 14 and the metal tubes 1163 and 1164 based on the determination result of the characteristics of the microparticles, thereby obtaining predetermined characteristics. The droplets containing the provided microparticles are guided to one of the branch flow paths 11a and 11b, thereby sorting and sorting the microparticles.

例えば、液滴中に含まれる微小粒子が所定の特性を有すると判定された場合において、その微小粒子を含む液滴に対して微小管14により正電荷が付与されている場合には、金属製チューブ1163を負に、金属製チューブ1164を正に帯電させる。これにより、分岐部116における液滴の移動方向を分岐流路11aへと誘導し、所定の特性を有する微小粒子をアウトレット131から回収する。   For example, when it is determined that the microparticles contained in the droplet have predetermined characteristics, if a microcharge is applied to the droplet including the microparticle by the microtube 14, the metal The tube 1163 is negatively charged and the metal tube 1164 is positively charged. As a result, the moving direction of the droplet in the branching portion 116 is guided to the branching channel 11a, and the microparticles having a predetermined characteristic are collected from the outlet 131.

また、逆に、液滴中に含まれる微小粒子が所定の特性を有しないと判定された場合には、金属製チューブ1163を正に、金属製チューブ1164を負に帯電させることによって、液滴を分岐流路11bへ誘導し、微小粒子をアウトレット132から排出する。   Conversely, when it is determined that the microparticles contained in the droplet do not have a predetermined characteristic, the droplet is obtained by charging the metal tube 1163 positively and the metal tube 1164 negatively. To the branch channel 11b, and the microparticles are discharged from the outlet 132.

このように本発明に係る微小粒子分別装置では、微小粒子の特性の判定結果に応じて、その微小粒子を含む液滴に付与する電荷及び電極に印加する電圧を、適宜正又は負に切換えて制御することにより、微小粒子を任意に選択される一の分岐流路に誘導、分取することができる。   As described above, in the microparticle sorting apparatus according to the present invention, the charge applied to the droplet containing the microparticle and the voltage applied to the electrode are appropriately switched between positive and negative according to the determination result of the characteristics of the microparticle. By controlling, it is possible to guide and sort microparticles into one arbitrarily selected branch channel.

ここでは、流路11を通流するサンプル液層流中の微小粒子を検出して液滴化するための光学検出系(照射部102、検出部103)と、液滴中に含まれる微小粒子の光学特性を判定するための光学検出系(照射部104、検出部105)と、を合流部15の上流と下流に別々に設けたが、これらは一体に構成することも可能である。   Here, an optical detection system (irradiation unit 102, detection unit 103) for detecting microparticles in the sample liquid laminar flow flowing through the flow path 11 to form droplets, and microparticles contained in the droplets Although the optical detection system (irradiation unit 104, detection unit 105) for determining the optical characteristics of these is separately provided upstream and downstream of the merging unit 15, these can also be configured integrally.

1, 2, 3 マイクロチップ
1a, 1b, 2a, 2b 基板層
11 流路
11a, 11b 分岐流路
111, 112, 113, 114 曲折部
115 絞込部
116 分岐部
1161, 1162 電極
1163, 1164 金属製チューブ
117 合流部
12 シース液インレット
13, 131, 132 アウトレット
14, 14a, 14b, 14c, 14d 微小管
141 開口(流路側)
142 開口(サンプル液インレット側)
143 荷電部
15 サンプル液インレット
151 圧電素子
91, 92 流体導入部
911, 921 流体インレット
102, 104 照射部
103, 105 検出部
101 全体制御部
106 加圧ポンプ
c 接着剤
D 検出部
P サンプル液液滴
S サンプル液層流
T シース液層流
1, 2, 3 Microchip
1a, 1b, 2a, 2b substrate layer
11 Flow path
11a, 11b Branch channel
111, 112, 113, 114 Turned part
115 Refinement part
116 Branch
1161, 1162 electrodes
1163, 1164 Metal tube
117 Junction
12 Sheath fluid inlet
13, 131, 132 outlet
14, 14a, 14b, 14c, 14d microtubule
141 opening (channel side)
142 Opening (sample liquid inlet side)
143 Charged part
15 Sample solution inlet
151 Piezoelectric element
91, 92 Fluid introduction part
911, 921 Fluid inlet
102, 104 Irradiation part
103, 105 detector
101 Overall control unit
106 Pressure pump
c Adhesive
D detector
P Sample liquid droplet
S Sample liquid laminar flow
T sheath liquid laminar flow

Claims (8)

シース液とサンプル液とが通流可能な流路を具備し、
前記流路に導入されるサンプル液層流が、その周囲をシース液層流で取り囲まれた状態で送液され、
前記流路は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に小さくなるように、前記流路底面及び/又は上面が傾斜面として形成され、かつ、流路側壁が送液方向に従って次第に狭窄された絞込部を有し、
シース液層流及びサンプル液層流が、前記絞込部によってマイクロチップ上面又は下面側に偏向されながら等方的に縮小して絞り込まれて送液され
前記絞込部の流路底面及び/又は上面の傾斜角度と、流路側壁の狭窄角度とが等しく形成されたマイクロチップ。
A flow path through which the sheath liquid and the sample liquid can flow;
The sample liquid laminar flow introduced into the flow path is sent in a state surrounded by a sheath liquid laminar flow,
The flow path is formed such that the flow path bottom surface and / or the top surface is an inclined surface so that the area of the vertical cross-section with respect to the liquid feed direction gradually decreases according to the liquid feed direction, and the flow path side walls gradually increase according to the liquid feed direction. Having a narrowed constriction,
The sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are isotropically reduced while being deflected to the upper surface or the lower surface side of the microchip by the constriction part, and are sent after being narrowed .
A microchip in which an inclination angle of a channel bottom surface and / or an upper surface of the narrowing portion and a narrowing angle of a channel side wall are formed equally .
前記流路の前記絞込部の下流において分岐する分岐流路を備え、
分岐流路の分岐部に配置される電極によって、荷を付与されたサンプル液の分岐部における送液方向を制御し得る請求項記載のマイクロチップ。
A branch channel that branches downstream of the narrowed portion of the channel,
The electrode disposed in the branch portion of the branched flow paths, conductive claim 1, wherein microchip load can control the feeding direction of the branch portion of the applied sample solution.
前記流路の前記分岐部の上流に少なくとも一側方から合流し、流路内へ気体又は絶縁性液体のいずれかの流体を導入する流体導入部を備え、
流体導入部から導入される流体によって、流路内を通流するシース液層流及びサンプル液層流を分断し、液滴化して送液する請求項記載のマイクロチップ。
A fluid introduction part that merges from at least one side upstream of the branch part of the flow path and introduces either a gas or an insulating liquid into the flow path;
The microchip according to claim 2, wherein the sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow flowing in the flow path are divided by the fluid introduced from the fluid introducing portion, and the liquid is formed into droplets and sent.
液滴化され、電荷を付与された微小粒子を含むサンプル液の前記分岐部における送液方向を制御して、微小粒子の分別を行い得る請求項記載のマイクロチップ。 The microchip according to claim 3 , wherein the microparticles can be separated by controlling a liquid feeding direction in the branch portion of the sample liquid containing the microparticles that are formed into droplets and are charged. マイクロチップの内部に形成される流路構造であって、
シース液とサンプル液とが通流可能な流路を具備し、
前記流路に導入されるサンプル液層流が、その周囲をシース液層流で取り囲まれた状態で送液され、
前記流路は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に小さくなるように、前記流路底面及び/又は上面が傾斜面として形成され、かつ、流路側壁が送液方向に従って次第に狭窄された絞込部を有し、
シース液層流及びサンプル液層流が、前記絞込部によってマイクロチップ上面又は下面側に偏向されながら等方的に縮小して絞り込まれて送液され
前記絞込部の流路底面及び/又は上面の傾斜角度と、流路側壁の狭窄角度とが等しく形成された流路構造。
A channel structure formed inside the microchip,
A flow path through which the sheath liquid and the sample liquid can flow;
The sample liquid laminar flow introduced into the flow path is sent in a state surrounded by a sheath liquid laminar flow,
The flow path is formed such that the flow path bottom surface and / or the top surface is an inclined surface so that the area of the vertical cross-section with respect to the liquid feed direction gradually decreases according to the liquid feed direction, and the flow path side walls gradually increase according to the liquid feed direction. Having a narrowed constriction,
The sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are isotropically reduced while being deflected to the upper surface or the lower surface side of the microchip by the constriction part, and are sent after being narrowed .
A flow channel structure in which the inclination angle of the flow channel bottom surface and / or top surface of the narrowing portion and the narrowing angle of the flow channel side wall are formed equally .
請求項1記載のマイクロチップが搭載された流体分析装置。   A fluid analyzer equipped with the microchip according to claim 1. 請求項記載のマイクロチップが搭載された微小粒子分別装置。 A microparticle sorting apparatus on which the microchip according to claim 4 is mounted. マイクロチップの内部の流路を通流するシース液層流中にサンプル液を導入し、サンプル液層流の周囲をシース液層流で取り囲んだ状態で送液し、
シース液層流及びサンプル液層流を、前記流路が有する絞込部によってマイクロチップ上面又は下面側に偏向しながら等方的に縮小して絞込みながら送液し
前記絞込部は、送液方向に対する垂直断面の面積が送液方向に従って次第に小さくなるように、流路底面及び/又は上面が傾斜面として形成され、かつ、流路側壁が送液方向に従って次第に狭窄され、前記流路底面及び/又は上面の傾斜角度と、前記流路側壁の狭窄角度とが等しく形成されたものである送液方法。
Sample liquid is introduced into the sheath liquid laminar flow that flows through the flow path inside the microchip, and the sample liquid laminar flow is surrounded by the sheath liquid laminar flow, and is sent.
The sheath liquid laminar flow and the sample liquid laminar flow are sent while being narrowed and narrowed isotropically while deflecting to the upper or lower surface side of the microchip by the narrowing part of the flow path ,
The narrowing portion is formed such that the flow path bottom surface and / or the top surface is an inclined surface so that the area of the vertical cross section with respect to the liquid feeding direction gradually decreases according to the liquid feeding direction, and the flow path side wall gradually increases according to the liquid feeding direction. is confined, the flow channel bottom surface and / or the inclination angle of the upper surface, der Ru liquid transfer method which the constriction angles of the channel side walls are formed equally.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102011004806A1 (en) * 2011-02-28 2012-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Magnetic flow cytometry for high sample throughput
JP5851168B2 (en) * 2011-09-22 2016-02-03 株式会社東芝 Washing machine
CN102925337B (en) * 2012-11-08 2014-06-18 武汉友芝友生物制药有限公司 Microfluid cell capturing chip and manufacture method thereof
JP2018162990A (en) * 2017-03-24 2018-10-18 株式会社エンプラス Liquid handling device, liquid handling method, and liquid handling system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01170853A (en) * 1987-12-25 1989-07-05 Hitachi Ltd Cell screening device
ES2180405B1 (en) * 2001-01-31 2004-01-16 Univ Sevilla DEVICE AND PROCEDURE FOR PRODUCING MULTICOMPONENT COMPOSITE LIQUID JEANS AND MULTICOMPONENT AND / OR MULTI-PAPER MICRO AND NANOMETRIC SIZE CAPSULES.
GB2383127B (en) * 2001-12-12 2004-10-20 Proimmune Ltd Device and method for investigating analytes in liquid suspension or solution
US7223371B2 (en) * 2002-03-14 2007-05-29 Micronics, Inc. Microfluidic channel network device
JP2006523142A (en) * 2003-04-10 2006-10-12 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ Formation and control of fluid species
SG149889A1 (en) * 2003-10-30 2009-02-27 Cytonome Inc Multilayer hydrodynamic sheath flow structure
JP2006071388A (en) * 2004-09-01 2006-03-16 Horiba Ltd Microchip and fluid control method in microchip

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