JP5395480B2 - マイクロチップ及びマイクロチップセット - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ流路が内部に形成されているマイクロチップに関し、より詳細には、外部の液体供給ノズルから液体が供給される液体供給口を有するマイクロチップに関する。

近年、分析装置の小型化を図ることができ、かつ屋外で分析を行なうことが可能であるため、マイクロ流体デバイスが注目されている。このようなマイクロ流体デバイスとして、内部にマイクロ流体が形成されているマイクロチップが知られている。マイクロチップは、容易に持ち運び、かつ容易に取り扱い得る大きさのカード型のマイクロチップ本体を有する。マイクロチップ本体内に、試薬、希釈液及び検体などを搬送する複数のマイクロ流路が形成されている。マイクロ流路に試薬、検体または希釈液などを供給するために、液体供給口がマイクロチップ本体の外表面に形成されている。このようなマイクロチップは、例えば、下記の特許文献１に開示されている。

特許第４０５３０８１号公報

マイクロチップの液体供給口に外部から試薬、希釈液または検体などを供給するに際しては、液体供給ノズルやシリンジ等が用いられている。一般的には、微量の液体を高精度に供給し得るので、精度に優れた液体供給ノズルが用いられている。液体供給ノズルは、例えばステンレスなどの金属からなる筒状体により形成されている。この筒状体内に、液体が通過する流路が形成されており、該流路は、ノズルの先端に開口している。

マイクロチップ本体の液体供給口に液体を供給するに際しては、液体供給ノズルの中空流路の先端開口部分が上記液体供給口に臨むように、液体供給ノズルをマイクロチップ本体の外表面に当接させていた。従って、液体供給ノズルの先端の面積よりも、マイクロチップ本体の液体供給口の開口面積が小さくされており、液体供給ノズルの先端面がマイクロチップ本体の液体供給口周囲の外表面部分に当接されていた。

液体供給ノズルは金属からなるため、高精度に所定量の液体を供給し得るものであるが、上記液体供給ノズルの先端面と、マイクロチップ本体の外表面との間から液体が漏洩するおそれがあった。このような漏洩を防止するには、液体供給ノズルの先端面に弾性体層を設け、弾性体層を挟んで、液体供給ノズルの先端面をマイクロチップ本体の外表面に当接させる方法が考えられる。しかしながら、液体供給ノズルの先端面の面積は、０．０５〜３．０μｍ^２と非常に小さく、このような非常に小さい先端面部分に、液体が通過する流路が形成されている弾性体層を高精度に貼り合わせることは困難であった。また、液体供給ノズルの構造が複雑になり、かつコストが高くつかざるを得なかった。

また、図６に示すように、液体供給口１０１よりも外径が細い液体供給ノズル１０２を用意し、かつ該液体供給ノズル１０２の外周面にＯ−リング１０３を固定した構造も考えられる。液体供給ノズル１０２を液体供給口１０１に挿入した状態において、Ｏ−リング１０３が液体供給口の内周面１０１ａに圧接され、それによって液密シールが果たされる。

しかしながら、液体供給ノズル１０２の外周側面に、Ｏ−リング１０３を固定するための溝１０２ａ等を形成しなければならない。従って、非常に細い液体供給ノズル１０２に微細加工が必要となる。そのため、製造工程が煩雑であるだけでなく、コストが高くつくことになる。また、上記弾性体層やＯ−リング１０３を設けた構造では、市販の一般的な液体供給用液体供給ノズルをそのまま用いることはできなかった。

本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、液体供給ノズル側において、複雑な加工を必要とせず、簡易な方法で液体供給ノズルを液体供給口の中心部分に案内することを可能とし、かつ一般的な液体供給ノズルを用いて微量の液体を高精度に供給することを可能とするマイクロチップ、及び該マイクロチップと液体供給ノズルとを備えるマイクロチップセットを提供することにある。

本発明によれば、マイクロ流路が内部に形成されているマイクロチップであって、マイクロ流路が内部に形成されており、該マイクロ流路に接続されており、外部から液体を供給するために設けられた液体供給口を有するマイクロチップ本体を備え、前記マイクロチップ本体において、外表面に前記液体供給口が開いており、該液体供給口の径が、マイクロチップ本体の外表面に開いている部分から内側に向かうにつれて径が小さくなるように第１のテーパーが付与されている、マイクロチップが提供される。

本発明に係るマイクロチップのある特定の局面では、前記液体供給口の内周面に当接されて、前記液体供給口内へ液体を供給する液体供給ノズルの先端の径よりも前記液体供給口の外表面に開いている部分の径が大きくされており、前記液体供給口の最小径部分の径が、前記液体供給ノズルの先端の径よりも小さくされている。この場合には、ノズルが可撓性部分を有しているため、液体供給ノズルを液体供給口の内周面に当接させた後に、さらに進めることにより、液体供給ノズルの先端中心を確実に液体供給口の中心に容易に合致させることが可能となる。

本発明に係るマイクロチップの他の特定の局面では、前記液体供給ノズルにおいて、先端にいくにつれて径が小さくなるように第２のテーパーが付与されており、前記液体供給口の内周面の第１のテーパーが付与されている部分において内側に向かうにつれて径が小さくなる割合に比べ、前記第２のテーパーが付与されている部分において液体供給ノズルの先端に向かうにつれて径が小さくなる割合が小さくされている。この場合には、液体供給ノズルの先端の外周縁が、液体供給口の内周面に確実に当接されるため、液の漏洩をより確実に抑制することが可能となる。

本発明に係るマイクロチップのさらに別の特定の局面では、前記液体供給ノズルを前記液体供給口の内周面に当接させた際に、前記液体供給ノズルの先端が前記液体供給口の内周面にくい込むことを可能とするように、前記液体供給口の内周面が前記液体供給ノズルの先端よりも柔らかい材料で形成されている。この場合には、液体供給ノズルの先端の外周縁が液体供給口の内周面にくい込むことにより、液の漏洩をより確実に抑制することが可能となる。

本発明に係るマイクロチップセットは、本発明に従って構成されたマイクロチップと、前記マイクロチップの前記液体供給口に液体を供給するための液体供給ノズルとを備えるマイクロチップセットにおいて、前記液体供給ノズルが可撓性部分を有する、マイクロチップセットである。

また、本発明に係るマイクロチップセットの限定的な局面では、上記可撓性部分が弾性体からなり、その場合には、弾性体の弾性反発力によって、ノズル先端面の外周縁を液体供給口の内周面に圧接させることができる。

本発明に係るマイクロチップでは、液体供給口の径が、液体供給口のマイクロチップ本体の外表面に開いている部分から内側に向かうにつれて小さくなるように液体供給口の内周面に第１のテーパーが付与されているので、液体供給ノズルを液体供給口内に導いた場合、液体供給ノズルを進めるだけで、液体供給ノズルを確実に液体供給口の中心に対してセンタリングすることができる。従って、液の液体供給口外への漏洩を抑制することが可能となる。

（ａ）は、本発明の一実施形態のマイクロチップの液体供給口に液体供給ノズルを導いた状態を示す部分切欠正面断面図であり、（ｂ）は、液体供給口の内周面に液体供給ノズルの先端面の外周縁を当接させた状態を示す部分切欠正面断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態のマイクロチップの外観を示す斜視図であり、（ｂ）は、その内部構造を略図的に示す正面断面図である。 本発明のマイクロチップの変形例における液体供給口の形状を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。 本発明のマイクロチップの他の変形例における液体供給口の形状を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。 本発明のマイクロチップのさらに他の変形例における液体供給口の周囲の形状を説明するための模式的部分切欠正面断面図である。 従来のマイクロチップの液体供給口に、Ｏ−リングが備えられた液体供給ノズルから液体を供給する構造を説明するための部分切欠正面断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るマイクロチップの外観を示す斜視図及び正面断面図である。

マイクロチップ１は、複数の基板を積層してなるマイクロチップ本体２を有する。マイクロチップ本体２は、矩形板状の形状を有する。

このマイクロチップ本体２は、手で容易に取り扱い得る大きさとされている。例えば、平面積は１０００ｃｍ^２以下であり、厚みは数ｍｍ〜１０ｍｍ程度とされている。

図２（ｂ）に示すように、マイクロチップ本体２内には、複数のマイクロ流路Ｍが形成されている。マイクロチップ本体２には、マイクロ流路Ｍに外部から試薬、希釈液または検体などの液体を供給するために、外表面に開いた液体供給口３が形成されている。液体供給口３は、マイクロ流路Ｍに接続されている。液体供給口３からマイクロ流路Ｍに試薬、希釈液または液状の検体が供給される。マイクロ流路Ｍの途中には、マイクロ流体を搬送するポンプや検体を検出するための分析部等が設けられている。

マイクロチップ本体２内におけるマイクロ流路、分析部またはポンプ等の構造については、従来より公知のマイクロチップに従って構成され得る。

本実施形態のマイクロチップ１の特徴は、上記液体供給口３の内周面３ａにある。

液体供給口３には、例えば先端がステンレスなどの金属からなる筒状体である液体供給ノズルから、試薬や希釈液などの液体が供給される。

図１（ａ）は、上記液体供給口３の構造を説明するための部分切欠正面断面図である。マイクロチップ本体２の上面２ａに、液体供給口３が開いている。液体供給口３は、外側に向かって開いた開口部分から、内側に向かうにつれて径が小さくなるように第１のテーパーが付与された内周面３ａを有する。すなわち、内周面３ａは、円錐台を上下逆転させた形状の外周面に相当する形状を有する。言い換えれば、外部に向かって開いた部分である開口縁３ｂが円形の形状を有し、該円形がマイクロチップ本体２の内部に向かうにつれて径が小さくなるように、内周面３ａが形成されている。

マイクロチップ本体２の上面２ａは、本実施形態では、合成樹脂からなるプレート２ｂにより形成されている。このような合成樹脂としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ユリア樹脂、メラミン樹脂フッ素系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどを挙げることができる。好ましくは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂をあげることができる。上記合成樹脂からなるプレート２ｂに穴を形成することにより、上記液体供給口３が形成されている。従って、液体供給口３の内周面３ａは、上記合成樹脂からなる。

液体供給口３の内周面３ａは、後述する液体供給ノズル１１の先端面１１ａの外周縁よりも柔らかい材料で形成されている。そのため、先端面１１ａの外周縁が内周面３ａに圧接されると、外周縁が内周面３ａにくい込み、両者の接触部分が液密シールされる。このような相対的に柔らかい材料は、好ましくは、液体供給ノズル１１の先端面１１ａの外周縁により押圧された際に、弾性変形するような材料であることが好ましく、それによって液密シール性をより一層高めることができる。

他方、液体供給ノズル１１は、ステンレスなどの金属からなる筒状体であり、中心軸に沿って延びる流路１２を有する。流路１２の先端が、液体供給ノズル１１の先端面１１ａの中心に開口している。液体供給ノズルは、可撓性があると液体供給口との位置あわせがしやすくなるため好ましい。

なお、本実施形態では、上記マイクロチップ１と、マイクロチップ１の液体供給口３に液体を供給する液体供給ノズル１１とを含むマイクロチップセットが構成される。

本実施形態では、液体供給ノズル１１は、先端部１１ｂと、先端部１１ｂに弾性連結部材１３を介して連結された支持部１１ｃとを有する。弾性連結部材１３は、可撓性を有する材料であれば特に限定されず、好ましくは更に弾性を有する弾性連結部材であり、例えば合成ゴムや天然ゴムなどのゴム弾性を有する材料が挙げられる。中心には流路１２に連なる貫通孔１３ａを有する。貫通孔１３ａは、支持部１１ｃ側において設けられている中空流路１２ａに連ねられている。

上記弾性連結部材１３を構成する合成ゴムや天然ゴムは特に限定されず、合成ゴムとしては、例えば、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、合成ゴムラテックスなどを挙げることができる。

上記支持部１１ｃは、先端部１１ｂと同様に、ステンレスなどの金属からなることが好ましい。それによって、中空の流路１２，１２ａを通じて、所定量の液体を高精度に供給することができる。もっもと、液体供給ノズル１１の先端部１１ｂ及び支持部１１ｃは、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ユリア樹脂、メラミン樹脂フッ素系樹脂などの酸あるいはアルカリに強く強度に優れた合成樹脂や、あるいはガラス、セラミックなどにより形成されてもよい。

本実施形態では、液体供給ノズル１１の先端部１１ｂは、円筒状の形状を有し、先端面１１ａは、円形の形状を有する。

上記先端面１１ａの径に比べて、マイクロチップ本体２の外表面側に開口している側の液体供給口３の開口縁３ｂの径は大きくされており、かつ液体供給口３の内周面３ａの最小径部分の径は上記先端面１１ａの径よりも小さくされている。

図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本実施形態のマイクロチップ１における液体供給口３への液体の供給方法を説明する。

液体供給ノズル１１の先端面１１ａを液体供給口３の外側に開口している部分に導く。先端面１１ａの径が、液体供給口３の上記開口縁３ｂの径よりも小さいため、液体供給ノズル１１の先端面１１ａを容易に液体供給口３内に導くことができる。

この場合、たとえ、図１（ａ）に示すように、先端面１１ａの中心が液体供給口３の中心に対してずれていたとしても、液体供給ノズル１１をさらに進めることにより、液体供給口３の中心に液体供給ノズル１１の先端面１１ａを容易にセンタリングすることができる。すなわち、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示す状態からさらに液体供給ノズル１１を進めると、液体供給ノズル１１の先端面１１ａの液体供給口３の内周面３ａに当接している部分に沿って、液体供給ノズル１１の先端面の外周縁が移動する。内周面３ａが円錐台の形状を有し、液体供給ノズル１１の先端面１１ａが上記のような大きさの円形の形状を有するため、図１（ｂ）に示すように、内周面３ａの径が、先端面１１ａの径と等しい部分において、液体供給ノズル１１の進行が停止される。

すなわち、液体供給ノズル１１の先端面１１ａを、液体供給口３内において進めていくだけで、液体供給ノズル１１のセンタリングを行なうことができ、流路１２から確実に液体供給口３を通して、マイクロチップ本体２内に液体を供給することができる。すなわち、液体は、液体供給口３の最内側部分である最小径部分の中心を通ってマイクロチップ本体２内に導かれ、内周面３ａへの余分な液体の付着も生じ難い。

加えて、本実施形態では、内周面３ａが、液体供給ノズル１１の先端面１１ａの外周縁よりも柔らかい材料で形成されているため、図１（ｂ）に示す状態において、先端面１１ａの外周縁が、液体供給口３の内周面３ａにくい込むこととなる。従って、図１（ｂ）の矢印Ｙで示す部分、すなわち先端面１１ａの外周縁と内周面３ａとが接触している部分から上方に液体が漏洩し難い。よって、液体供給ノズル１１から供給される液体の外部への漏洩をより一層確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記液体供給ノズル１１側において、弾性連結部材１３が設けられているので、液体供給ノズル１１の先端面の外周縁を液体供給口３の内周面３ａに当接させた際に、弾性連結部材１３の弾性反発力により、先端面１１ａの外周縁を液体供給口３の内周面３ａに圧接させることができる。それによっても、液体の漏洩をより一層確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では、弾性連結部材１３を用いたが、弾性連結部材１３が設けられている部分に、弾性連結部材１３以外の可撓性材料による連結部を構成してもよい。すなわち、本発明においては、好ましくは、液体供給ノズル１１は、可撓性部分を有するように構成されていることが望ましい。その場合には、液体供給ノズル１１の一部が可撓性を有するため、液体供給口３における液体の漏洩を効果的に抑制することができ、かつより一層容易に液体供給口３に対してセンタリングすることができる。

従って、マイクロチップセットとしては、上記のような可撓性部分を有する液体供給ノズル１１とマイクロチップ１との組み合わせが望ましい。

マイクロチップ１では、０．１〜２μＬ程度の量のごく微量の液体が取り扱われる。従って、上記のような液体の漏洩が生じると、マイクロチップ１を用いた分析の精度は大幅に低下することとなる。

これに対して、本実施形態によれば、ごく微量の液体を液体供給口３から高精度に供給することができるので、マイクロチップ１を用いた分析作業の信頼性を確実にかつ効果的に高めることができる。

図３及び図４は、上記実施形態のマイクロチップの変形例を説明するための各部分切欠正面断面図である。

上記実施形態では、液体供給ノズル１１の先端部１１ｂは円筒状の形状を有していたが、図３に示すように、使用される液体供給ノズル２１の先端部２１ｂにおいて、先端側において、先端に向かうにつれて径が小さくなるように第２のテーパーが付与されていてもよい。すなわち、第２のテーパーが付与されている部分２１ｃは、先端面２１ａに連なっており、先端側にいくにつれて、径が小さくなる部分である。

ここでは、液体供給口３の内周面３ａにおいて、外表面側から内側に向かうにつれて径が小さくなる割合に比べ、第２のテーパー部分２１ｃにおいて、液体供給ノズルの先端に向かうにつれて径が小さくなる割合が小さくされている。従って、本実施形態においても、図３から明らかなように、先端面２１ａの外周縁が、上記液体供給口３の内周面に線接触的に確実に接触し、くい込むこととなる。両者が面接触した場合には、液漏れが生じ易いのに対し、本変形例では、このような液漏れを確実に抑制できる。

このように、本発明のマイクロチップ１では、使用される液体供給ノズルが上記第２のテーパー部分２１ｃを有する場合であっても、該第２のテーパー部分の傾斜割合に比べて傾斜の緩い第１のテーパーを有するように液体供給口３の内周面３ａを形成すればよい。

図４に示す変形例では、液体供給口３の内周面３ａに、シール層５が形成されている。シール層５は、合成樹脂などからなり、プレート２ｂに貫通孔を形成した後に、該貫通孔の内面に貼り合わせることにより、あるいは貫通孔の内面に直接成膜することにより形成され得る。従って、シール層５の内面により、内周面３ａが構成されていることになる。このようなシール層５を構成する合成樹脂としては、前述したように、液体供給ノズル１１の先端面１１ａの外周縁により押圧された際に、容易に変形し、好ましくは組成変形し、液密シール性を果たし得る適宜の材料を挙げることができる。このように、液体供給口３の内周面３ａは、プレート２ｂとは異なる材料で形成されてもよい。この場合においても、内周面３ａが、液体供給ノズル１１により押圧された際に変形し、弾性回復をしない柔らかい材料で形成されておりさえすればよい。

また、図５に示す変形例のように、マイクロチップ１においては、液体供給口３の開口縁３ｂのすぐ外側の領域に、環状ガイド２ｃを形成してもよい。この環状ガイド２ｃは、プレート２ｂの上面２ａ上において、上面２ａよりも盛り上がるように設けられた環状隆起部であり、プレート２ｂと一体に形成されている。もっとも、環状ガイド２ｃはプレート２ｂとは別部材で形成されていてもよい。そして、この環状隆起部の内周面が、上記液体供給口３の内周面３ａに同じ傾斜角度を有するように連ねられている。この場合には、環状ガイド２ｃの存在により、液体供給ノズル１１のセンタリングをより確実に行なうことができる。

１…マイクロチップ
２…マイクロチップ本体
２ａ…上面
２ｂ…プレート
２ｃ…環状ガイド
３…液体供給口
３ａ…内周面
３ｂ…開口縁
５…シール層
１１…液体供給ノズル
１１ａ…先端面
１１ｂ…先端部
１１ｃ…支持部
１２，１２ａ…流路
１３…弾性連結部材
１３ａ…貫通孔
２１…液体供給ノズル
２１ａ…先端面
２１ｂ…先端部
２１ｃ…第２のテーパー部分

Claims (6)

1. マイクロ流路が内部に形成されているマイクロチップであって、
   マイクロ流路が内部に形成されており、該マイクロ流路に接続されており、外部から液体を供給するために設けられた液体供給口を有するマイクロチップ本体を備え、
   前記マイクロチップ本体において、外表面に前記液体供給口が開いており、該液体供給口の径が、マイクロチップ本体の外表面に開いている部分から内側に向かうにつれて径が小さくなるように第１のテーパーが付与されており、
   前記液体供給口のマイクロチップ本体の外表面に開いている開口縁の外側に連ねられており、かつマイクロチップ本体の外表面から隆起するように設けられている環状隆起部からなる環状ガイドが設けられており、
   前記液体供給口の内周面及び前記環状ガイドの内周面が、前記液体供給口内へ液体を供給する液体供給ノズルが当接され得る部分であり、前記環状ガイドの内周面が、前記液体供給口の開口縁から外側に向うにつれて径が大きくされており、前記環状ガイドの内周面が前記液体供給口の内周面と同じ傾斜角度を有する、マイクロチップ。
2. 前記液体供給口の内周面に当接されて、前記液体供給口内へ液体を供給する液体供給ノズルの先端の径よりも前記液体供給口の外表面に開いている部分の径が大きくされており、
   前記液体供給口の最小径部分の径が、前記液体供給ノズルの先端の径よりも小さくされている、請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記液体供給ノズルにおいて、先端にいくにつれて径が小さくなるように第２のテーパーが付与されており、前記液体供給口の内周面の第１のテーパーが付与されている部分において内側に向かうにつれて径が小さくなる割合に比べ、前記第２のテーパーが付与されている部分において液体供給ノズルの先端に向かうにつれて径が小さくなる割合が小さくされている、請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記液体供給ノズルを前記液体供給口の内周面に当接させた際に、前記液体供給ノズルの先端が前記液体供給口の内周面にくい込むことを可能とするように、前記液体供給口の内周面が前記液体供給ノズルの先端よりも柔らかい材料で形成されている、請求項２または３に記載のマイクロチップ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチップと、
   前記マイクロチップの前記液体供給口に液体を供給するための液体供給ノズルとを備えるマイクロチップセットにおいて、
   前記液体供給ノズルが可撓性部分を有する、マイクロチップセット。
6. 前記可撓性部分が弾性体からなる、請求項５に記載のマイクロチップセット。

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