JP5361931B2 - 外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ - Google Patents

Description

本発明は、外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップに関し、より詳しくは、チャンネル部を通過する流体の移動パターンを均一に形成することによって、気泡発生の減少及び再現性の確保が図られ、流体中に存在する分析対象物質からの信号検出が容易に行える、外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップに関する。

流体試料の生物学的、化学的又は光学的分析は、化学又は生命工学分野だけでなく、臨床で患者から採取した血液又は体液などの分析、及び疾病の診断に主に利用される。流体試料の効率的な分析が可能な小型化された分析又は診断装備を提供するために、多様な種類のチップ構造物が開発され利用されている。このように、多様な機能を一つのチップによって行い分析又は疾病の診断効率を上げ、迅速な診断キット（rapid kit）の製造を可能にするのがラブ・オン・ア・チップである。

ラブ・オン・ア・チップ（lab-on-a-chip）は、実験室で行われる多様な実験過程、例えば、試料の分離、精製、混合、標識化（labeling）、分析、及び洗浄などを小さなサイズのチップ上で具現することを意味する。ラブ・オン・ア・チップの設計には、微細流体力学（micro-fluidics）、微細流体操作システム（micro-LHS）関連技術が主に利用される。また、微細流体力学及び微細流体操作システムを具現するチップの製作時に半導体の回路設計技術を利用して微細なチャンネルをチップ内部に形成させたものが市販されている。

一般に、血液又は体液などの流体試料から、これに含まれている微量の分析対象物質を分析することは、流体試料をチップ内部に形成された管構造のチャンネルを通して移動させながらチップに予め固定化させた抗原又は抗体などの蛋白質、又は他の物質との反応有無を蛍光物質などの検出を通して分析することを含む。従って、チャンネルが備えられたチップ上でチャンネルを通過して移動する流体の動きに対する観察とチャンネル構造を製作する技術は、流体分析を行うための小型化されたチップの製作とこのようなチップを使用して正確な分析結果を獲得するにあたって最も核心的な技術要素と言える。

微細流体力学を具現する微細チャンネルを有するチップ（又は構造物）において、チップ内部の微細チャンネルにより形成された空間へ流体が移動するようにするために、小型モータを使用する方法や、チャンネルの幅と高さを制限して毛細管現象により流体が移動するようにする方法が使用されている。この時、流体の移動を誘発する主要駆動力が毛細管力であるチップの場合、チャンネルにより形成された空間を流れる流体は、不規則且つ不均一な移動パターンを有することと調査されている。このような現象は、チャンネルの上下内壁と流体との相互作用による作用力と、チャンネルの左右内壁と流体との相互作用による作用力との相異によるものと理解される。その結果、このような不均一な流体移動パターンは、流体試料に微量存在する分析対象物質の検出及び分析における大きな障害要因となっている。

一方、試料投入口と試料排出口が両端部に備えられ、試料投入口に投入された流体が管のように閉鎖されたチャンネルを通して試料排出口から排出される構造を有するチップは、一般に上下２個の基板を製作した後、これを結合して製作する。しかし、このような従来方法によって数十マイクロ未満のサイズの微細なチャンネル構造を製作しようとする場合、チャンネルの隅部分を損失無く一定に加工することが容易ではなく、量産時に製品の規格及び品質管理（Quality Control）が困難である。また、このようなチャンネル構造の微細な差は、均一な流体の流れを邪魔して、少量の試料から極微量の分析対象物質を検出しようとするチップにおいて、一貫性の無い試料分析結果を齎す原因となる。

これにより、チャンネル部を通過する流体の移動パターンを均一に形成することによって、気泡発生の減少及び再現性の確保が図られ、流体中に存在する分析対象物質からの信号検出が容易に行える流体分析用チップに対する研究開発が要求されているのが実情である。

本発明の目的は、チャンネル部を通過する流体の移動パターンを均一に形成することによって、気泡発生の減少及び再現性の確保が図られ、流体中に存在する分析対象物質からの信号検出が容易に行える、外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップを提供することにある。

上記の目的は、本発明による、分析対象となる流体が注入され収容される前処理部、上記前処理部に収容された上記流体が移動しながら抗原抗体反応のような特異反応が起こるチャンネル部、及び、上記チャンネル部を通過した残留流体が収容される残留流体収容部、を含み、上記前処理部は、上記流体が注入される検体注入部、上記流体が一次的に収容されるように、上記検体注入部に対して段差をもって設けられる第１バッファ部、及び、上記検体注入部と上記第１バッファ部との間に設けられ、上記検体注入部から上記第１バッファ部側に移動する上記流体流動の表面張力を破ることによって、上記流体の流動を安定化させる少なくとも一つの検体誘導ガイド、を含むことを特徴とする外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップによって達成できる。

上記検体誘導ガイドは、上記検体注入部の上面と上記第１バッファ部の上面とを相互連結する傾斜面の中央領域から互いに一定間隔離隔して突出する多数の検体誘導ガイドでもよい。

上記前処理部は、上記検体注入部及び上記第１バッファ部の上面の周りに沿って設けられる第１ガイドをさらに含むことができる。

上記第１バッファ部には、上記第１ガイドに沿って移動する上記流体の流速を遅延させ、上記流体に発生し得るバブルを抑制する少なくとも一つのベントホールが貫通形成されていてもよい。

上記ベントホールは、上記第１バッファ部の上面の左右側をそれぞれ貫通するように形成される一対のベントホールでもよい。

上記第１バッファ部は、上記流体が接する表面積が広がるように上面から下側方向に突出する多数のミキシングピラーを含むことができる。

上記前処理部は、上記流体が二次的に収容され、上記第１バッファ部よりも小さい体積を有するように上記第１バッファ部から一定間隔離隔して設けられる第２バッファ部、及び、上記流体内の分析対象物質と識別物質とが反応するように、上記第１バッファ部と上記第２バッファ部との間に設けられる第１コンジュゲート部、をさらに含むことができる。

上記第１ガイドは、上記検体注入部及び上記第１バッファ部の上面の周りに沿って下側方向に突出し、上記検体注入部及び上記第１バッファ部を密閉するように設けられてもよい。

上記第１ガイドは、上記検体注入部及び上記第１バッファ部の上面の周りに沿って下側方向に１〜１０μｍ以内の範囲で突出するように設けられてもよい。

上記第１コンジュゲート部は、上面から下側方向に突出設置され、上記流体が一方向にのみ流れ得るように上記流体の流れを集中させる少なくとも一つの第１トンネル壁を含むことができる。

上記第１トンネル壁は、上記第１コンジュゲート部の一端部の両側から相互対称をなしてそれぞれ突出する一対の第１トンネル壁でもよい。

上記第１コンジュゲート部は、上面から下側方向に突出設置され、上記流体が一方向にのみ流れ得るように上記流体の流れを集中させる少なくとも一つの第２トンネル壁をさらに含むことができる。

上記第２トンネル壁は、上記第１コンジュゲート部の他端部の両側から相互対称をなしてそれぞれ突出する一対の第２トンネル壁でもよい。

上記第２バッファ部は、上面から下側方向に突出設置され、上記流体と上記識別物質とを混合させる多数のバッファ部ピラーを含むことができる。

上記第２バッファ部は、上面から下側方向に突出設置され、上記流体の流れを中央に集中させる少なくとも一つの第２ガイドを含むことができる。

上記第２ガイドは、上記第２バッファ部の上面の左右側から下側方向にそれぞれ突出する一対の第２ガイドでもよい。

上記第２バッファ部の両側面に隣接した位置には、漏水防止ホールが貫通形成されてもよい。

上記検体注入部は、上面から下側方向に突出設置される多数の注入部ピラーを含むことができる。

上記チャンネル部は、両側壁のうちの少なくとも一側壁の下端部に長手方向に沿って少なくとも一部分が面取りされる面取り部を含むことができる。

上記面取り部は、上記チャンネル部の両側壁の長手方向に沿って連続的に備えられる一対の面取り部でもよい。

上記チャンネル部の一端部には、流速遅延ホールが貫通形成されてもよい。

上記残留流体収容部は、上記チャンネル部を通過した上記流体が収容される流体収容部用チャンネル、及び、上記チャンネル部と上記流体収容部用チャンネルとを相互連結する流体収容部用導入部、を含むことができる。

上記流体収容部用導入部は、上記流体収容部用チャンネルよりも小さい体積を有するように設けられてもよい。

上記流体収容部用導入部は、上記流体収容部用チャンネル側に進行するほど、下面と上面との間の距離が漸次増加するように形成されてもよい。

上記流体収容部用チャンネルは、下面と上面との間の距離が漸次増加するように一端部に設けられる収容流体増加部を含むことができる。

上記流体収容部用チャンネルは、上面から突出する多数の残留流体収容部ピラーを含むことができる。

上記多数の残留流体収容部ピラーは、上記流体収容部用チャンネルの終端に行くほど、稠密に形成されてもよい。

上記流体収容部用チャンネルの一端部には、少なくとも一つの残留流体収容部ベントホールが貫通形成されてもよい。

上記残留流体収容部ベントホールは、上記流体収容部用チャンネルの幅方向の中央領域に形成されてもよい。

本発明によれば、チャンネル部を通過する流体の移動パターンを均一に形成することにより、気泡発生の減少及び再現性の確保が図られ、流体中に存在する分析対象物質からの信号検出が容易に行える、外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップの提供が可能となる。

本発明の一実施例による流体分析用チップの斜視図である。 図１の流体分析用チップの第１プレートを下方から見た斜視図である。 図１の流体分析用チップの第１プレートを下方から見た平面図である。 図２の第１プレートの要部拡大図である。 図１の流体分析用チップの第１プレートを上方から見た平面図である。 図１の流体分析用チップのチャンネル部の断面模式図である。 図６の要部拡大図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。但し、本発明の説明に当たって、既に公知となった機能或いは構成に対する説明は、本発明の要旨の明瞭化のために省略する。

図１は本発明の一実施例による流体分析用チップの斜視図、図２は図１の流体分析用チップの第１プレートを下方から見た斜視図、図３は図１の流体分析用チップの第１プレートを下方から見た平面図、図４は図２の第１プレートの要部拡大図、図５は図１の流体分析用チップの第１プレートを上方から見た平面図、図６は図１の流体分析用チップのチャンネル部の断面模式図、そして、図７は図６の要部拡大図である。

以下の記述において、本実施例による流体分析用チップは、第１プレートと第２プレートとが相互結合して完成されることを基準に説明されるが、本発明の権利範囲はこれによって制限されるものではない。

これら図面を参照すれば、本発明の一実施例による外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ１０（以下、‘流体分析用チップ１０’という）は、分析対象となる流体が注入され収容される前処理部１１０と、前処理部１１０に収容された流体が移動しながら抗原抗体反応のような特異反応が起こるチャンネル部１２０と、チャンネル部１２０を通過した残留流体が収容される残留流体収容部１３０とを含む。

前処理部１１０は、検体注入口１１０ｂを通して注入された流体がチャンネル部１２０側へ円滑に移動し得るように設けられるものであり、検体注入口１１０ｂに隣接して設けられる検体注入部１１０ａと、検体注入部１１０ａに対して段差をもって設けられ、流体が一次的に収容される第１バッファ部１１１と、第１バッファ部１１１を経て移動した流体内の分析対象物質と識別物質とが反応するように設けられる第１コンジュゲート部１１２と、第１プレート１００と第２プレート２００との結合時に外部への流体漏出を防止するために設けられる第１ガイド１１３と、第１バッファ部１１１から一定間隔離隔され、第１バッファ部１１１よりも小さい体積を有するように設けられる第２バッファ部１１４とを含む。

ここで、検体注入部１１０ａ、第１バッファ部１１１、第１コンジュゲート部１１２及び第２バッファ部１１４は、それぞれ第１プレート１００と第２プレート２００とが相互結合され生成されるチャンバーを意味しており、以下に記述する‘上面’及び‘下面’はそれぞれ、このようなチャンバーの空間を限定する‘第１プレート１００の下面’及び‘第２プレートの上面’を意味する。

検体注入部１１０ａは、検体注入口１１０ｂを通して注入された流体が臨時的に保存された後、第１バッファ部１１１側に移動し得るように設けられた構成であり、上面から下側方向に突出形成される多数の注入部ピラー１１６を含む。

注入部ピラー１１６は、検体注入口１１０ｂに隣接した位置に、検体注入部１１０ａの上面から突出するように多数個が相互一定間隔離隔して設けられる構成である。注入部ピラー１１６は、検体注入口１１０ｂ側に隣接した部分の表面積を増加させることによって、検体注入口１１０ｂを通して注入される流体と検体注入口１１０ｂの下側に塗布されたサンプルとのミキシング効果を増大させる。

第１バッファ部１１１は、検体注入部１１０ａを通して臨時保存された流体が一次的に収容されることによって、流体の一定量を保存してチャンネル部１２０へ流入する流体の量を調節する構成である。

第１バッファ部１１１は、検体注入部１１０ａに対して段差をもって設けられ、検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１との間には一定の傾斜面Ｓが設けられて、検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１とを相互連結する（図４参照）。

一方、検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１との間に形成される段差に因って、検体注入部１１０ａから第１バッファ部１１１側へ移動する流体の流動が不安定になり得る。即ち、第１バッファ部１１１は、その高さが、それに連続的に連結される検体注入部１１０ａの高さよりも高くなるように段差をもって設けられるので、検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１との段差に因って流体が第１バッファ部１１１に流入し難くなる現象が発生するのである。

検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１との段差に因って第１バッファ部１１１へ流入する流体の流れが邪魔されれば、第１バッファ部１１１へ進入する流体の一部分が不安定になり、これによって、流体が第１バッファ部１１１の一側に偏って流れたり、バブルが発生したりする問題が発生する。即ち、検体注入部１１０ａを経て第１バッファ部１１１側へ流入する流体の両側部と中央部との速度差に因り、流体の流動が不安定になる不均一な流動が発生し、結局は流体のプロファイルが不安定になりバブルが発生する問題が生じ得るのである。

このような問題を解決するために、検体注入部１１０ａと第１バッファ部１１１との間には、傾斜面Ｓから突出形成される検体誘導ガイド１１５が設けられる。検体誘導ガイド１１５は、傾斜面Ｓの中央領域から相互一定間隔離隔して多数個が突出形成され、検体注入部１１０ａから第１バッファ部１１１側へ移動する流体流動の表面張力を破ることによって、流体の流動を安定化させる役割をする（図４参照）。

一方、第１バッファ部１１１には、後述する第１ガイド１１３に沿って移動する流体の流速を遅延させ、流体に発生しがちなバブル（bubble）を抑制する一対のベントホール１１１ａが形成される。上記一対のベントホール１１１ａは、第１バッファ部１１１の上面の左右側をそれぞれ貫通するように形成される（図４参照）。

検体注入部１１０ａから第１バッファ部１１１側へ移動する流体のプロファイルは、第１バッファ部１１１の中央領域に向けてフロントヘッド（front head）を有するように流入することが望ましく、このために、前述した検体誘導ガイド１１５が設けられる。しかし、後述する第１ガイド１１３によって、検体注入部１１０ａから第１バッファ部１１１側へ移動する流体の両端部は、第１ガイド１１３の壁面を伝って移動するが、このように壁面を伝って移動する流体の両端部の流速を遅延させることによって流体のプロファイルを第１バッファ部１１１の中央領域に向けてフロントヘッドを有するように再調整する必要性が生じる。

ベントホール１１１ａは、外部から流入する空気によって第１ガイド１１３の壁面を伝って移動する流体の両端部の流速を遅延させることによって、前述した目的を達成することができる。

また、本実施例による流体分析用チップ１０は、外部動力の提供無しでチップ１０の構造的な特徴によって流体が移動するが、このように外部動力無しで一定の空間を流体が満たすようになれば、閉鎖された構造物の隅部分に気泡が発生することがあり、気泡は流体が保存され得る体積を減少させるだけではなく、流体の流れを邪魔する。ベントホール１１１ａは、このような気泡の発生を抑制するとともに、気泡が発生するとしても外部から流入する空気によって、発生した気泡を除去する役割を兼ねる。

図４に詳しく示されたように、第１バッファ部１１１は、上面から下側方向に突出する多数のミキシングピラー１１１ｂをさらに含む。ミキシングピラー１１１ｂは、第１バッファ部１１１の上面から下側方向に突出するように、多数個が相互一定間隔離隔して設けられる構成である。ミキシングピラー１１１ｂは、第１バッファ部１１１の表面積を増加させることによって、流体と後述するサンプルとのミキシング効果を向上させ、第１バッファ部１１１から第１コンジュゲート部１１２側へ移動する流体流動に方向性を与えることによって、流体の効果的な流動を図る役割をする。

第１コンジュゲート部１１２は、第１バッファ部１１１を経て移動する流体内の分析対象物質と識別物質とが反応するように設けられる部分である。検体注入口１１０ｂを通して注入された流体内の分析対象物質は、反応が起き易い環境が造成されるように検体注入口１１０ｂが形成された位置に対応する地点の第２プレートの上面に塗布されるサンプルと一次的に反応し、第１バッファ部１１１に一次的に保存された後、第１コンジュゲート部１１２を経る過程で識別物質と反応する。

第１コンジュゲート部１１２の上面を限定する第１プレート１００の面積は、識別物質が塗布される第２プレートの面積よりも大きく設けられる。これによって、第１プレート１００と第２プレートとの結合時に第２プレートに塗布された識別物質が第１コンジュゲート部１１２内に位置するようになって結合公差の影響を最小化することができ、第１コンジュゲート部１１２を経て移動する流体が第１コンジュゲート部１１２全体を覆いながら移動できるようになる。

一方、第１コンジュゲート部１１２は、一端部の上面から相互対称をなすようにそれぞれ突出設置される一対の第１トンネル壁１１２ａと、他端部の上面から相互対称をなすようにそれぞれ突出設置される一対の第２トンネル壁１１２ｂとを含む。

第１トンネル壁１１２ａ及び第２トンネル壁１１２ｂは、流体が一方向にのみ流れ得るように流体の流れを集中させる役割をする。即ち、第１トンネル壁１１２ａ及び第２トンネル壁１１２ｂがない場合、流体は、まずは毛細管力の相対的に大きな隅部分に沿って流れるようになるので、チャンネル部１２０に流入する流体の流動が不安定になり、この場合、チャンネル部１２０での反応性に不安定な影響を及ぼすとの問題が生じ得る。かかる問題を防止するために、第１トンネル壁１１２ａ及び第２トンネル壁１１２ｂは、第１コンジュゲート部１１２の上面の両端部から下側方向に突出する柱形態の構造物として設けられる。これによって、流体が第１コンジュゲート部１１２に流入する場合、第１コンジュゲート部１１２内においての、流体内の分析対象物質と識別物質との反応の集中度を向上させることができ、第１コンジュゲート部１１２から流出する流体の方向性を中央に集中させることができる。

第１ガイド１１３は、検体注入口１１０ｂを通して注入される流体が外部に漏れないように設けられる構成である。図４に示されたように、第１ガイド１１３は、検体注入部１１０ａ及び第１バッファ部１１１の上面の周りに沿って下側方向に１〜１０μｍ以内の範囲で突出設置される。これにより、第１プレート１００と第２プレートとの結合時に、第１ガイド１１３と第２プレートの上面とが完全に当接して密閉状態となる。

また、第１ガイド１１３は、第１コンジュゲート部１１２側に流入する流体の方向性が中央に集中されるようにする。

第２バッファ部１１４は、第１コンジュゲート部１１２に連結され、第１コンジュゲート部１１２を経た流体が識別物質と再度反応できるように設けられる構成である。即ち、第１コンジュゲート部１１２側に流入した流体内の分析対象物質は、一次的に第１コンジュゲート部１１２内で識別物質と反応するが、その一部は識別物質と反応しないまま第１コンジュゲート部１１２から流出される。従って、流体の移動によって流された識別物質と、識別物質と反応しなかった流体とを再度混合させる必要性があり、その役割を第２バッファ部１１４が担当する。即ち、第２バッファ部１１４は、識別物質と反応可能な流体の量を出来る範囲内で増加させるために設けられ、流体分析用チップ１０の信頼度向上の一助となる。

一方、図３から分かるように、第２バッファ部１１４は、第１バッファ部１１１よりも小さい体積を有するように設けられる。このように、第１バッファ部１１１と第２バッファ部１１４の体積を異にするのは、第２バッファ部１１４に収容された流体の残留量を最小化して識別物質と反応しなかった流体が残留流体収容部１３０側に円滑に移動できるようにするためである。即ち、第１バッファ部１１１に保存された流体の位置エネルギーは、第２バッファ部１１４に保存された流体の位置エネルギーよりも大きいため、流体は第１バッファ部１１１、第１コンジュゲート部１１２及び第２バッファ部１１４を経て円滑に移動できるようになる。

第２バッファ部１１４は、上面から突出する多数のバッファ部ピラー１１４ａ及び一対の第２ガイド１１４ｂを含む。

バッファ部ピラー１１４ａは、相互一定間隔離隔して第２バッファ部１１４の上面から突出する構成である。バッファ部ピラー１１４ａがない場合、第１コンジュゲート部１１２から第２バッファ部１１４側に流入する流体は、直線的な層流（laminar flow）形状を有するようになるが、この場合、第２バッファ部１１４のミキシング効果が低下するとの問題点が生じる。バッファ部ピラー１１４ａは、このような層流形状の流体の流れを邪魔しながら第２バッファ部１１４の表面積を増加させることによって、識別物質と流体とが第２バッファ部１１４で十分に反応し得る時間を確保する役割をする。バッファ部ピラー１１４ａは、第１プレート１００と第２プレートとが結合される場合、第２プレートの上面に密着又は隣接する程度の高さを有する。

第２ガイド１１４ｂは、第２バッファ部１１４の上面の中央領域から相互対称をなすように下側方向にそれぞれ突出設置される構成である。第２ガイド１１４ｂがない場合、流体はチャンネル部１２０の中央に集中されずに流れるが、このように流体の流れがチャンネル部１２０の中央に集中されなければ、チャンネル部１２０内で流体が円滑に抗原抗体反応のような特異反応を起こすことができないという問題が発生し得る。第２ガイド１１４ｂは、流体のフロントヘッド（Front head）部分がチャンネル部１２０の中央に集中されるように流体の流れを調節し、これによって、チャンネル部１２０内で流体が円滑な特異反応を起こすように誘導する。バッファ部ピラー１１４ａと同様に、第２ガイド１１４ｂは、第１プレート１００と第２プレートとが結合される場合、第２プレートの上面に密着又は隣接する程度の高さを有する。

一方、第２バッファ部１１４の両側面に隣接した位置に、一対の漏水防止ホール１００ａが貫通形成される。上記一対の漏水防止ホール１００ａは、第２バッファ部１１４の両側面に隣接した位置に第１プレート１００を貫通するように形成される。本実施例でのチャンネル部１２０は、無壁（Wall-free）形態であるため、第２バッファ部１１４を経てチャンネル部１２０に流入する流体は、このようなチャンネル部１２０の無壁区間の始端部で外部に漏れ得るという問題点がある。漏水防止ホール１００ａは、チャンネル部１２０の無壁区間の始端部で外部の空気を流入させることによって、チャンネル部１２０の始端部を通過する流体が同一の空気圧を受けるようにして、流体の安定した流れを誘導するばかりか、流体が外部に漏れることを防止する。

一方、チャンネル部１２０は、前処理部１１０に収容された流体が移動しながら抗原抗体反応のような特異反応が起こるようにする構成であり、第１プレート１００の下面の長手方向に沿って形成されるチャンネル１２０ａと、チャンネル１２０ａをなす両側壁１２１、１２２の長手方向に沿って下端部を面取りして形成される一対の面取り部１２４、１２５とを含む。

チャンネル１２０ａは、第１プレート１００の一側面の長手方向に沿って形成される構成であり、第１プレート１００と第２プレートとが結合される場合、チャンネル部１２０をなす。本実施例のチャンネル部１２０は、無壁（Wall-free）形態で具現され、このような無壁形態のチャンネル部１２０は、本出願人の以前の出願（大韓民国特許登録第１０−０９０５９５４号、大韓民国特許登録第１０−０９００５１１号、大韓民国特許登録第１０−０８７８２２９号、及び米国特許出願第１２／６６７，３７１号）に詳しく記載されているので、ここでは詳細な説明を省略する。

一方、面取り部１２４、１２５は、チャンネル１２０ａをなす両側壁１２１、１２２の長手方向に沿って下端部を面取り（chamfer）して形成される。面取り部１２４、１２５は、チャンネル部１２０に沿って流れる流体を一定に形成することによって、流体が理想的なプロファイル形態を維持しながら安定的に流れるようにする。

即ち、面取り部１２４、１２５に接する部分の流体の流速Ｆ１は、そうでない部分の流体の流速Ｆ２に比べて小さい値を有するようになるので、流体のフロントヘッド（front head）部分は、両端に比べて突出された形状を有するようになり、これによって、流体がチャンネル部１２０に沿って安定的に流れるようになるのである。なお、面取り部１２４、１２５は、チャンネル部１２０の長手方向に沿って、チャンネル部１２０の一側壁１２１又は１２２のみを面取りして形成することができ、連続的ではなくチャンネル部１２０の両側壁１２１、１２２の一部分のみを面取りして断続的に形成することもできる（図示せず）。また、面取り部１２４、１２５の面取り程度も必要に応じて幾らでも調節可能である。

一方、残留流体収容部１３０側に隣接したチャンネル部１２０の一端部には、第１プレート１００を貫通する流速遅延ホール１２０ｂが貫通形成される。流速遅延ホール１２０ｂは、チャンネル部１２０を通過する流体の流速を遅らせるだけではなく、流体がチャンネル部１２０の外部に漏水されることを防止することによって流体流動の安定効果を図る。

チャンネル部１２０の終端部に隣接した流体分析用チップ１０の一端部には、チャンネル部１２０を通過した流体が収容される残留流体収容部１３０が設けられる。

残留流体収容部１３０は、チャンネル部１２０に固定された分析対象物質以外の物質が収容され得る空間を提供する部分である。毛細管力によりチャンネル部１２０に沿って流れる流体のうちの分析対象物質以外の物質は、分析の正確度を落とす一種のノイズと見ることができるが、残留流体収容部１３０は、このようなノイズを収容し得る空間を提供することによって、流体分析用チップ１０の分析力向上を図る。残留流体収容部１３０は、チャンネル部１２０の一端部に備えられる流体収容部用導入部１３２と、チャンネル部１２０を通過した流体が収容される流体収容部用チャンネル１３１と、流体収容部用チャンネル１３１に備えられる多数の残留流体収容部ピラー１３３と、流体収容部用チャンネル１３１の終端に形成された残留流体収容部ベントホール１３１ｂとを含む。

流体収容部用導入部１３２は、チャンネル部１２０の一端部と流体収容部用チャンネル１３１とを相互連結する部分である。流体収容部用導入部１３２は、図３に示されたように、流体収容部用チャンネル１３１側に行くにつれて第１プレート１００と第２プレートとの間の距離が増加するように傾斜して形成される。かかる形状によって、流体収容部用導入部１３２に沿って流れる流体の流速は漸次減少するようになるので、流体がより長時間に亘ってチャンネル部１２０に留まることができ、これによって流体中の分析対象物質に対する充分な反応時間を確保することができる。また、流体収容部用導入部１３２は、流体を徐々に流体収容部用チャンネル１３１に満たすことによって、流体が安定した形態で流れるように助ける役割をする。

流体収容部用チャンネル１３１は、チャンネル部１２０に沿って流れながら反応した反応対象物質以外のノイズが収容され得るように備えられたものである。流体収容部用チャンネル１３１は、流体収容部用導入部１３２よりも大きな体積を有するように設けられる。また、流体収容部用チャンネル１３１の一端部には、第１プレート１００と第２プレートとの間の距離が増加するように傾斜して形成される収容流体増加部１３１ａが設けられる。流体収容部用チャンネル１３１が流体収容部用導入部１３２よりも大きな体積を有するようにする理由及び収容流体増加部１３１ａを設ける理由は、流体収容部用導入部１３２が傾斜して形成される理由と同一であるため、重複説明は省略する。

収容流体増加部１３１ａは、より多くの流体を収容することで、分析対象物質以外の物質が含まれた流体を効果的に除去できるようにする役割をする。

残留流体収容部ピラー１３３は、流体収容部用チャンネル１３１の大部分に亘って形成されるもので、第１プレート１００の下面から下側方向に多数個が突出形成される。また、残留流体収容部ピラー１３３は、流体収容部用チャンネル１３１の終端に行くにつれて一層稠密に形成されるが、これは毛細管力の増加を通して流体が十分に流体収容部用チャンネル１３１の終端へ移動できるようにするためである。即ち、本実施例の流体は、専ら毛細管力のみによって移動するが、このような毛細管力は、流体分析用チップの一端から流体分析用チップの他端に行くにつれて弱くなることから、残留流体収容部ピラー１３３はこれを補完するために備えられる。残留流体収容部ピラー１３３は、流体が接触可能な表面積を拡大させることによって、弱くなった毛細管力を補強する役割をする。

残留流体収容部ベントホール１３１ｂは、流体収容部用チャンネル１３１が終わる地点から第１プレート１００の中央を貫通して形成される。残留流体収容部ベントホール１３１ｂは、流体が残留流体収容部１３０に進行できるように、流体収容部用チャンネル１３１内の圧力及び空気の流れを形成する。また、残留流体収容部ベントホール１３１ｂは、第１プレート１００と第２プレートとが接合された場合に塞がらない程度の大きさを有するように充分な大きさで形成される。

一方、第２プレート２００は、第１プレート１００に結合されてチャンネル部１２０を形成する構成である。第２プレートは、第１プレート１００の一定領域（Ｓ、図１参照）の下側に結合され、一般的なスライドガラスなどを採用しても構わないので、詳しい説明は省略する。

次は、本実施例による流体分析用チップ１０の使用原理を簡略に説明する。

まず、分析対象となる流体は、検体注入口１１０ｂを通して注入され、流体内の分析対象物質は、検体注入口１１０ｂに対応する地点の第２プレートの上面に塗布されたサンプルと一次的に反応する。サンプルは、流体に含まれている分析対象物質が、第１コンジュゲート部１１２の形成された領域に対応する地点の第２プレートの上面に塗布された識別物質及びチャンネル部１２０に塗布された反応物質と円滑に反応できるようにする役割をする。

サンプルと反応した流体は、第１バッファ部１１１に一次的に収容された後、第１コンジュゲート部１１２に塗布された識別物質と反応し、以後、第２バッファ部１１４に二次的に収容される。このとき、第１バッファ部１１１に形成されたベントホール１１１ａによって、第１バッファ部１１１内での気泡発生が抑制され、第１バッファ部１１１よりも小さな体積を有するように設けられた第２バッファ部１１４の特性によって、第２バッファ部１１４に収容された流体の残留量が最小化され、識別物質と反応しなかった流体が残留流体収容部１３０側に円滑に移動できるようになる。

第２バッファ部１１４に保存された流体は、毛細管力によってチャンネル部１２０側に流入し、チャンネル部１２０に設けられた一対の面取り部１２４、１２５によって流体が理想的なプロファイル形態を維持しながら安定的に流れるようになる。チャンネル部１２０に沿って移動する流体は、チャンネル部１２０の一定領域に塗布された反応物質と抗原抗体反応のような特異反応を起こし、これによって、外部から流体を分析することができる。最後に、チャンネル部１２０で反応しなかった残留流体は、残留流体収容部１３０に収容される。

本実施例の流体分析用チップ１０は、チャンネル部１２０を通過する流体の移動パターンを均一に形成することによって、気泡発生の減少及び再現性の確保が図られ、流体中に存在する分析対象物質からの信号検出を容易に行えるとの長所を有する。

以上、本発明による特定の実施例が説明されたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲内で多様な修正及び変形ができることは、本発明の技術分野における通常の知識を有する者にとって自明なことである。従って、そのような修正例又は変形例などは、本発明の技術的思想や観点から個別的に理解されてはならず、変形された実施例などは本発明の特許請求の範囲に属すると言える。

１０ ： 流体分析用チップ
１００： 第１プレート
１１０： 前処理部
１１１： 第１バッファ部
１１２： 第１コンジュゲート部
１１３： 第１ガイド
１１４： 第２バッファ部
１１５： 検体誘導ガイド
１２０： チャンネル部
１３０： 残留流体収容部

Claims (28)

1. 分析対象となる流体が注入され収容される前処理部、
   前記前処理部に収容された前記流体が移動しながら抗原抗体反応のような特異反応が起こるチャンネル部、及び、
   前記チャンネル部を通過した残留流体が収容される残留流体収容部、を含み、
   前記前処理部は、
   前記流体が注入される検体注入部、
   前記流体が一次的に収容されるように、前記検体注入部に対して段差をもって設けられる第１バッファ部、及び、
   前記検体注入部と前記第１バッファ部との間に設けられ、前記検体注入部から前記第１バッファ部側に移動する前記流体流動の表面張力を破ることによって、前記流体の流動を安定化させる少なくとも一つの検体誘導ガイド、を含み、
   前記検体誘導ガイドは、
   前記検体注入部の上面と前記第１バッファ部の上面とを相互連結する傾斜面の中央領域から互いに一定間隔離隔して突出する多数の検体誘導ガイドであることを特徴とする外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
2. 前記前処理部は、
   前記検体注入部及び前記第１バッファ部の上面の周りに沿って設けられる第１ガイドをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
3. 前記第１バッファ部には、
   前記第１ガイドに沿って移動する前記流体の両端部の流速を遅延させ、前記流体に発生し得るバブルを抑制する少なくとも一つのベントホールが貫通形成されていることを特徴とする請求項２に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
4. 前記ベントホールは、
   前記第１バッファ部の上面の左右側をそれぞれ貫通するように形成される一対のベントホールであることを特徴とする請求項３に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
5. 前記第１バッファ部は、
   前記流体が接する表面積が広がるように上面から下側方向に突出する多数のミキシングピラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
6. 前記前処理部は、
   前記流体が二次的に収容され、前記第１バッファ部よりも小さい体積を有するように前記第１バッファ部から一定間隔離隔して設けられる第２バッファ部、及び、
   前記流体内の分析対象物質と識別物質とが反応するように、前記第１バッファ部と前記第２バッファ部との間に設けられる第１コンジュゲート部、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
7. 前記第１ガイドは、
   前記検体注入部及び前記第１バッファ部の上面の周りに沿って下側方向に突出し、前記検体注入部及び前記第１バッファ部を密閉するように設けられることを特徴とする請求項２に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
8. 前記第１ガイドは、
   前記検体注入部及び前記第１バッファ部の上面の周りに沿って下側方向に１〜１０μｍ以内の範囲で突出設置されることを特徴とする請求項７に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
9. 前記第１コンジュゲート部は、
   上面から下側方向に突出設置され、前記流体が一方向にのみ流れ得るように前記流体の流れを集中させる少なくとも一つの第１トンネル壁を含むことを特徴とする請求項６に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
10. 前記第１トンネル壁は、
    前記第１コンジュゲート部の一端部の両側から相互対称をなしてそれぞれ突出する一対の第１トンネル壁であることを特徴とする請求項９に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
11. 前記第１コンジュゲート部は、
    上面から下側方向に突出設置され、前記流体が一方向にのみ流れ得るように前記流体の流れを集中させる少なくとも一つの第２トンネル壁をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
12. 前記第２トンネル壁は、
    前記第１コンジュゲート部の他端部の両側から相互対称をなしてそれぞれ突出する一対の第２トンネル壁であることを特徴とする請求項１１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
13. 前記第２バッファ部は、
    上面から下側方向に突出設置され、前記流体と前記識別物質とを混合させる多数のバッファ部ピラーを含むことを特徴とする請求項６に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
14. 前記第２バッファ部は、
    上面から下側方向に突出設置され、前記流体の流れを中央に集中させる少なくとも一つの第２ガイドを含むことを特徴とする請求項６に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
15. 前記第２ガイドは、
    前記第２バッファ部の上面の左右側から下側方向にそれぞれ突出する一対の第２ガイドであることを特徴とする請求項１４に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
16. 前記第２バッファ部の両側面に隣接した位置には、漏水防止ホールが貫通形成されていることを特徴とする請求項６に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
17. 前記検体注入部は、
    上面から下側方向に突出設置される多数の注入部ピラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
18. 前記チャンネル部は、
    両側壁のうちの少なくとも一側壁の下端部に長手方向に沿って少なくとも一部分が面取りされる面取り部を含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
19. 前記面取り部は、
    前記チャンネル部の両側壁の長手方向に沿って連続的に備えられる一対の面取り部であることを特徴とする請求項１８に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
20. 前記チャンネル部の一端部には、流速遅延ホールが貫通形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
21. 前記残留流体収容部は、
    前記チャンネル部を通過した前記流体が収容される流体収容部用チャンネル、及び、
    前記チャンネル部と前記流体収容部用チャンネルとを相互連結する流体収容部用導入部、を含むことを特徴とする請求項１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
22. 前記流体収容部用導入部は、
    前記流体収容部用チャンネルよりも小さい体積を有するように設けられることを特徴とする請求項２１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
23. 前記流体収容部用導入部は、
    前記流体収容部用チャンネル側に進行するほど、下面と上面との間の距離が漸次増加するように形成されることを特徴とする請求項２１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
24. 前記流体収容部用チャンネルは、
    下面と上面との間の距離が漸次増加するように一端部に設けられる収容流体増加部を含むことを特徴とする請求項２１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
25. 前記流体収容部用チャンネルは、
    上面から突出する多数の残留流体収容部ピラーを含むことを特徴とする請求項２１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
26. 前記多数の残留流体収容部ピラーは、
    前記流体収容部用チャンネルの終端に行くほど、稠密に形成されていることを特徴とする請求項２５に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
27. 前記流体収容部用チャンネルの一端部には、
    少なくとも一つの残留流体収容部ベントホールが貫通形成されていることを特徴とする請求項２１に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。
28. 前記残留流体収容部ベントホールは、
    前記流体収容部用チャンネルの幅方向の中央領域に形成されていることを特徴とする請求項２７に記載の外部動力無しで流体が移動する流体分析用チップ。

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