JP6049446B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、生化学検査、化学合成又は環境分析等に好適に用いることができる、内部に流体回路を有するマイクロチップに関し、より詳しくは、流体回路内の液体が意図しない方向に移動することを防止できる流体回路構造を有するマイクロチップに関する。

近年、医療や健康、食品、創薬等の分野で、ＤＮＡ、酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルス若しくは細胞等の生体物質又は化学物質を検知、検出若しくは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップ及びマイクロ化学チップ（以下、これらを総称して「マイクロチップ」と称する。）が提案されている。

マイクロチップは、実験室で従来行ってきた一連の検査・分析操作を、小さなチップ内で行えることから、検体及び液体試薬が微量で済み、コストが低く、反応速度が速く、ハイスループットな検査・分析ができ、検体を採取した現場で直ちに検査・分析結果を得ることができるなど多くの利点を有している。

マイクロチップとしては、流体回路（又はマイクロ流体回路）と呼ばれる、該回路内に存在する検体や液体試薬等の液体に対して特定の処理を行うための複数種類の部位（室）と、これらの部位を接続する流路とから構成される流路網をその内部に備えたものが従来公知である（例えば特許文献１〜３）。

特開２００７−２８５７９２号公報 特開２００９−１３３８０５号公報 特開２００９−１０９４２９号公報

上記のような流体回路を内部に備えるマイクロチップを用いた検体の検査又は分析等においては、その流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体（又は検体中の特定成分）と混合される液体試薬を収容する液体試薬保持部からの液体試薬の排出、検体（又は検体中の特定成分）や液体試薬の計量（すなわち、計量を行うための部位である計量部への移動）、検体（又は検体中の特定成分）と液体試薬との混合（すなわち、これらを混合するための部位である混合部への移動）、ある部位から他の部位への移動等の種々の処理が行われる。

マイクロチップ内でなされる、各種液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、又はこれらのうちの２種以上の混合物など）に対してなされる上記のような処理を、以下では「流体処理」ともいう。これら種々の流体処理は、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を印加することにより行うことができる。

マイクロチップに対して遠心力を印加して流体回路内の各種液体を所定の部位に移動させることによって流体処理を行う検査又は分析において、信頼性の高い検査・分析結果を再現性良く得るためには、所定方向の遠心力を印加したときに適切な流体処理がなされなければならず、このためには、所定方向の遠心力を印加したときに流体回路内の液体が設計通りの（意図する）方向へ移動することが保証されなければならない。

しかしながら、従来のマイクロチップにおいては、例えば、第１方向の遠心力の印加により流体回路内の領域Ａから領域Ｂへ液体を移動させた後、第１方向とは異なる第２方向の遠心力の印加により領域Ｂから領域Ｃへ液体を移動させようとする際、液体の種類によっては第２方向の遠心力により液体が領域Ｃではなく、領域Ａに戻る現象（逆流）が生じることがあった。

上記のような問題が生じる代表的な例は、マイクロチップが血液検査用であり、流体処理を施す対象となる液体が血漿成分等であるような場合である。液体が血漿成分等のように、流体回路の内壁面に付着する成分（タンパク質等）を含有する場合には、これを領域Ａから領域Ｂへ移動させると、移動ルート上に微量の上記成分が付着残存する。このような状態で第２方向の遠心力の印加により領域Ｂから領域Ｃへ血漿成分を移動させようとすると、血漿成分は流体回路の内壁面よりも上記成分への濡れ性の方がより高いため、遠心力による移動方向規制に反して、上記成分が付着しているルートに沿って領域Ａの方向へ逆流することがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、上記逆流現象のような、流体回路内の液体が意図しない方向に移動することを防止して所望する設計通りの流体処理を確実に行うことができ、もって信頼性の高い検査・分析結果を再現性良く得ることができるマイクロチップを提供することにある。

本発明は、以下のものを含む。
［１］ 内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、遠心力の印加により流体回路内に存在する液体を流体回路内において移動させるマイクロチップであって、
前記空間を形成する溝を表面に有する第１基板と、第１基板における前記溝を有する側の表面上に積層される第２基板とを含み、
第１基板が有する前記溝は、第１溝、第２溝、並びに、第１溝と第２溝とを連結している溝であって、第１溝及び第２溝よりも底面積の広い第３溝を含み、
第２基板は、第１基板側の表面上であって、第３溝に対向する位置に凹部を有するマイクロチップ。

［２］ 前記凹部における第１溝側の側壁面から突出しており、その末端部が対向する側壁面に接触しないような突出長さを有する突起を備える［１］に記載のマイクロチップ。

［３］ 前記凹部の底面積は、第３溝の底面積よりも小さい［１］又は［２］に記載のマイクロチップ。

［４］ 前記凹部は、第１基板における第３溝が形成されている表面領域に対向する第２基板の表面領域の内部に収まるように配置されている［３］に記載のマイクロチップ。

［５］ 前記突起は、その第１基板側の表面が第２基板の表面と連続するように配置されている［２］〜［４］のいずれか１項に記載のマイクロチップ。

［６］ 前記突起は、前記末端部に向かうに従い先細となる形状である［２］〜［５］のいずれか１項に記載のマイクロチップ。

［７］ 前記第１溝、前記第２溝及び前記第３溝は、直線状に配列されている［１］〜［６］のいずれか１項に記載のマイクロチップ。

［８］ 前記第２溝は、検体を計量するための計量部を形成する溝である［１］〜［７］のいずれか１項に記載のマイクロチップ。

［９］ 第１基板が有する前記溝は、第１溝及び第２溝が連結している位置とは異なる位置で第３溝に連結している第４溝をさらに含む［１］〜［８］のいずれか１項に記載のマイクロチップ。

本発明によれば、上記凹部を設けたことにより、上述の逆流現象に代表されるような、流体回路内の液体が意図しない方向に移動することを防止することができ、意図する設計通りの流体処理を確実に行うことができる。従って本発明によれば、信頼性の高い検査・分析結果を再現性良く得ることができるマイクロチップを提供することができる。

第１の実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。 第１の実施形態に係るマイクロチップの他の一例を示す概略断面図である。 第１の実施形態に係るマイクロチップの他の一例を示す概略断面図である。 第１の実施形態に係るマイクロチップの他の一例を示す概略断面図である。 比較例のマイクロチップを用いたときの液体の移動ルートを示す写真及び当該マイクロチップにおける第１〜第３溝が設けられている部分を拡大して示す斜視図である。 第１の実施形態に係る実施例のマイクロチップを用いたときの液体の移動ルートを示す写真及び当該マイクロチップにおける第１〜第３溝が設けられている部分を拡大して示す斜視図である。 第２の実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。 第２の実施形態に係るマイクロチップの他の一例を示す概略断面図である。 凹部及びその近傍を拡大して示す概略上面図である。 凹部及びその近傍を拡大して示す概略上面図である。 凹部に突起を有する第２基板を金型を用いて作製する様子を示す概略断面図である。

＜マイクロチップの概要＞
本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査又は分析等を、それが内部に有する流体回路（内部に形成された空間）を用いて行うチップであり、流体回路内の液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬等の試薬、及び、これらのうちの２種以上の混合物など）を遠心力の印加により流体回路内の所定の部位（室）に移動させることにより、該液体に対して適切な流体処理を行うことができるものである。このために流体回路は、適切な位置に配置された種々の部位（室）を備えており、これらの部位は流路を介して適切に接続されている。

「検体」とは、流体回路内に導入される検査・分析の対象となる試料又はそこから取り出された特定成分をいう。また、「液体試薬」とは、検体と混合若しくは反応、又は該検体を処理するための試薬である。液体試薬は、通常、マイクロチップによる検体の検査・分析前に、予め流体回路の液体試薬保持部に内蔵されている。

流体回路が有する上記部位（室）としては、液体試薬を収容する液体試薬保持部；流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（上述のように、検体中の特定成分である場合を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；液体試薬を計量するための液体試薬計量部；検体と液体試薬とを混合するための混合部；得られた混合液についての検査又は分析（例えば、混合液中の特定成分の検出又は定量）を行うための検出部；特定の液体を一時的に収容しておくための収容部；不要な液体を収容するための廃液収容部等を挙げることができる。

マイクロチップは通常、その一方の表面に、液体試薬保持部内に液体試薬を注入するための、液体試薬保持部まで貫通する貫通穴である試薬注入口を有する。試薬注入口は、液体試薬が注入された後、封止層（例えば、一方の面に粘着剤層を有するプラスチックフィルム、ラベル、シール等）をマイクロチップ表面に貼着することにより封止される。また、マイクロチップはその表面に、流体回路まで貫通する（流体回路に接続される）貫通穴である検体を注入するための検体注入口を有する。

検出部に導入された混合液を検査又は分析するための方法は特に制限されず、例えば、上記混合液を収容している検出部に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法、検出部に保持された混合液についての吸収スペクトルを測定する方法等の光学測定を挙げることができる。

本発明のマイクロチップは、上述の例示された部位（室）のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。各部位の数についても特に制限はなく、１又は２以上であることができる。

検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体及び液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入等のような流体回路内における種々の流体処理は、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を順次印加して、対象の液体を所定位置に配置された所定の部位に順次移動させることにより行うことができる。例えば、計量部による検体及び液体試薬の計量はそれぞれ、所定の容量（計量すべき量と同じ量）を有する検体計量部又は液体試薬計量部へ、遠心力の印加により計量されるべき検体又は液体試薬を導入し、過剰分の検体又は液体試薬を検体計量部又は液体試薬計量部からオーバーフローさせることにより実施することができる。オーバーフローした検体又は液体試薬は、流路を介して検体計量部又は液体試薬計量部に接続された廃液収容部等に収容される。

マイクロチップへの遠心力の印加は、遠心力を印加可能な装置（遠心装置）にマイクロチップを載置して行うことができる。遠心装置は、回転自在なローター（回転子）と、該ローター上に配置された回転自在なステージとを備えることができる。該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に設定したうえでローターを回転させることにより、マイクロチップに対して任意の方向の遠心力を印加することができる。

本発明のマイクロチップは、第１基板とその上に積層、貼合される第２基板とを含んで構成することができ、例えば、第１基板とその上に積層、貼合される第２基板とからなることができる。この場合、第１基板の表面（第２基板に対向する側の表面）には、流体回路を形成する溝（パターン溝）が設けられ、この溝を内側にして両基板を貼合することにより、内部空間としての流体回路が構築される。

本発明のマイクロチップは、第２基板と第１基板と第３基板とをこの順で積層、貼合したものであってもよい。この場合、第１の基板の両面に流体回路を形成する溝が設けられ、マイクロチップは、第１基板と第２基板とによって構築される第１流体回路と、第１基板と第３基板とによって構築される第２流体回路と、の２層の流体回路を備える。「２層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。かかる２層の流体回路は、第１基板を厚み方向に貫通する１又は２以上の貫通穴によって接続することができる。

基板同士を貼合する方法は特に限定されず、例えば、貼合する基板のうち、少なくとも一方の基板の貼合面を融解させて溶着する方法（溶着法）、接着剤を用いて接着する方法等を挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着する方法；レーザー等の光を照射して、光吸収により発生する熱によって溶着する方法（レーザー溶着）；超音波を用いて溶着する方法等を挙げることができる。なかでもレーザー溶着法が好ましく用いられる。

本発明のマイクロチップの大きさは特に限定されず、例えば縦横数ｃｍ〜十ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜数ｃｍ程度とすることができる。

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

マイクロチップが第１基板と第２基板とからなる場合、検出光を利用する光学測定のための検出部を構築するために、少なくともいずれか一方の基板は透明基板とすることが好ましい。他方の基板は、透明基板であっても不透明基板であってもよいが、レーザー溶着を行う場合には、光吸収率を増大できることから、不透明基板とすることが好ましく、基板を上記熱可塑性樹脂から構成し、該熱可塑性樹脂中にカーボンブラック等の黒色顔料を添加することにより黒色基板とすることがより好ましい。

マイクロチップが第２基板と第１基板と第３基板とから構成される場合、レーザー溶着の効率性の観点から、第１基板を不透明基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。一方、第１及び第３基板は、上記と同じ理由から透明基板とすることが好ましい。

第１基板に流体回路を構成する溝（パターン溝）及び後述する第２基板に形成される凹部を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法、切削加工法等を挙げることができる。溝の形状及びパターンは、内部空間の構造が、所望される適切な流体回路構造となるように決定される。

本発明のマイクロチップは、以上のような構成を有するマイクロチップにおいて、流体回路を構成する第１基板の複数の溝のうち、特定の位置にある溝（２以上の溝であってもよい。）に対向するように、第２基板における第１基板側表面上に凹部を設けたものである。この凹部は、第１方向の遠心力により流体回路内の領域Ａから領域Ｂへ当該凹部上（マイクロチップを第２基板を上にして使用する場合には「当該凹部下」となる。）を通過するように（凹部を飛び越えるように）液体を移動させた後（この液体の移動ルートを「第１ルート」という。）、この液体をさらに、第１方向とは異なる第２方向の遠心力の印加により領域Ｂから領域Ｃへ移動させる際（この液体の移動ルートは第１ルートとは異なるルートであり、「第２ルート」という。）、該液体が第２方向の遠心力による移動方向規制に反して、第１ルートに沿って領域Ａの方向へ逆流することを防止し、該液体を上記移動方向規制に従って第２ルートに沿って領域Ｃへ移動させることを可能にする。なお、ここでいう「領域」とは、流体回路を構成する部位（室）又はこれらの部位を接続する流路である。

逆流現象が生じるのは、上述のように例えば、移動対象の液体が第１ルートを通過することにより該液体の濡れ性を高めるような該液体内の成分（タンパク質等）が第１ルート上に付着残存し、この高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力が、第２方向の遠心力による移動方向規制の力を上回る場合である。本発明のマイクロチップによれば、第１ルートにおいて液体は凹部を飛び越えて移動し、第１ルートに沿って形成される上記成分の付着領域は当該凹部によって分断されるため、移動対象の液体の濡れ性を高めるような成分を含有する液体を取り扱う場合においても、第１ルートに沿った逆流を防止することができ、該液体を第２方向の遠心力による移動方向規制に従って第２ルートに沿って移動させることができる。

上記凹部は、高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力が第２方向の遠心力による移動方向規制の力を上回り得る領域に設けられる。このような領域とは、典型的には、第１ルートの一部及び第２ルートの一部の双方が横切る比較的広い面積を有する領域（領域Ｄともいう。領域Ａ〜Ｄはそれぞれ異なる位置にある領域である。）であって、高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力の大きさ次第では、移動させる液体が、第２方向の遠心力の印加にもかかわらずこれに従った所望の第２ルートを採らず、第１ルートを逆流する可能性のある領域である。狭い流路のような領域では、その流路の方向自体によって液体の流れ方向が規制されるから、このような領域に凹部の形成は不要であることが多い。

本発明では特に、比較的面積の小さい２つの領域Ａ及びＢが上記の比較的広い面積を有する領域Ｄを介して連結されているような流体回路構造を有するマイクロチップの領域Ｄに凹部を設け、より典型的には、領域Ａ及びＢが連結されている位置とは異なる位置で領域Ｄに連結されている領域Ｃをさらに含む流体回路構造を有するマイクロチップの領域Ｄに凹部を設ける（領域Ａ→領域Ｄ→領域Ｂが第１ルートとなり、領域Ｂ→領域Ｄ→領域Ｃが第２ルートとなる）。

以下、実施の形態を示して、本発明をより詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係るマイクロチップの一例を示す概略断面図である。図１に示されるマイクロチップは、透明基板である第１基板１とその上に積層、貼合される第２基板２とからなる。第１基板１における第２基板２に対向する側の表面には、流体回路を形成する複数の溝が設けられており、該複数の溝は、第１溝１０、第２溝２０、及び、第１溝１０と第２溝２０とを連結している（第１溝１０と第２溝２０との間に介在する）第３溝３０を含む。

第１溝１０、第２溝２０及び第３溝３０は略直線状に配列されている。図１には明示されていないが、第３溝３０の底面積は、第１溝１０及び第２溝２０の底面積よりも広くなっており、この第３溝３０によって構成される空間（領域）が、上述の領域Ｄに相当する。また、第１溝１０及び第２溝２０によって構成される空間（領域）がそれぞれ、上述の領域Ａ及びＢに相当する。従って、第１溝１０→第３溝３０→第２溝２０が第１ルートとなる。そして、第２基板２は、第１基板１側の表面上であって、領域Ｄに相当する第３溝３０に対向する位置に凹部４０を有している。

なお、図１において第３溝３０は、第１溝１０及び第２溝よりも深い溝となっているが、これに限定されず、これらの溝の深さの関係は任意であることができる（他図においても同様）。

本実施形態に係るマイクロチップは、特に限定されないが、例えば血液検査用のマイクロチップ、なかでも全血から血漿成分を取り出し、血漿成分について検査又は分析を行うマイクロチップであることができる。この場合、第１方向の遠心力により第１溝１０によって構成される領域Ａから第２溝２０によって構成される領域Ｂへ向けて凹部４０上を通過するように移動する（第１ルートに沿って移動する）液体は血漿成分であることができる。全血からの血漿成分の分離・取り出しは、第１溝１０よりも上流側に配置される分離部での遠心分離により行うことができる。ただし、上記液体は血漿成分に限定されるものではなく、移動対象の液体の濡れ性を高めるような成分を含有する他の液体、例えば界面活性剤等であってもよい。

血漿成分のような、流体回路の内壁面に付着し、移動させる液体の濡れ性を高めるような成分（タンパク質等）を含有する液体が第１方向の遠心力により第１ルート上を移動したときには、当該成分が第１ルート上に付着し、これが逆流の原因となることは上述のとおりである。本実施形態に係るマイクロチップでは、この逆流を防止するために、第１ルート上である第３溝３０に対向する位置に凹部４０を設けている。第１ルートを通る血漿成分等の液体は、第１溝１０側から第２溝２０側へ凹部４０を飛び越えて移動する。従って、第１ルートに沿って形成される上記成分の付着領域は凹部４０によって分断されることとなる。このような付着領域の分断により、高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力が働いても、この力によって液体が第１溝１０側へ戻ることが防止される。

図１において第２ルート（領域Ｂ→領域Ｄ→領域Ｃ）は明示されていないが、第１溝１０及び第２溝２０が連結している位置とは異なる位置（例えば、図１における手前側又は奥側）で第３溝３０に連結している第４溝を設け、第２溝２０→第３溝３０→第４溝を第２ルートとすることができる。第４溝によって構成される空間（領域）が、上述の領域Ｃに相当する。第２方向の遠心力を印加したとき、仮に初期において高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力が第２方向の遠心力による移動方向規制の力を上回っていたとしても、付着領域の分断により液体が第１溝１０側へ戻ることはなく、第２方向の遠心力によって凹部４０まで到達した液体は、第２方向の遠心力による移動方向規制に従って第２ルートに沿って移動する。

本実施形態に係るマイクロチップのより具体的な例において、第１溝１０によって構成される領域Ａは、例えば、第３溝３０によって構成される領域Ｄに接続される流路（微細な流路等）や流量制限部等の部位（室）であることができる。第２溝２０によって構成される領域Ｂは、例えば、第３溝３０によって構成される領域Ｄに接続される流路（微細な流路等）や、検体計量部、液体試薬計量部、分離部等の部位（室）であることができる。第４溝によって構成される領域Ｃは、例えば、第３溝３０によって構成される領域Ｄに接続される流路（微細な流路等）や、混合部等の部位（室）であることができる。

第３溝３０によって構成される領域Ｄは、例えば、領域Ａ〜Ｃを流体回路内の適切な位置に配置するとともに、これらの領域を適切に接続するために設計上必要となった領域Ａ〜Ｃよりも面積の広いスペース又は流路等であることができる。領域Ｄは、典型的には、第１ルートの一部及び第２ルートの一部の双方が横切る領域である。

流量制限部とは、計量部や分離部等に液体をスムーズにかつ空気の噛み込み等なく導入することを可能にするために、これらの部位に導入される直前の液体の流量や液幅を低減させるために設けられる流路幅の狭い（又は流路断面積の小さい）流路部分を含む部位である。

凹部４０は、領域Ｄにおける第１ルート上に設けられる。凹部４０の形状は特に制限されず、その断面形状は、例えば長方形、正方形等の四角形状であることができる。凹部４０の具体的な形状を挙げれば、例えば、直方体形状、立方体形状、及びこれらのいずれか１以上の面が丸みを帯びた形状等からなる凹部である。凹部４０が、第２ルート方向に延びる第２溝２０側側壁面を有していると、第２方向の遠心力の印加時に、高い濡れ性に基づく液体の移動方向規制の力によって凹部４０まで到達した液体を当該遠心力により第２ルートに向かわせることができるため有利である。

凹部４０のサイズは特に制限されず、上記付着領域をある程度の長さにわたって分断できるサイズであればよく、その幅（第１溝１０側側壁面から第２溝２０側側壁面までの距離であり、上記付着領域の分断長さに相当する。）は、例えば１００〜１０００μｍ程度であることができる。凹部４０の深さは、通常５０〜１０００μｍ程度である。

凹部４０のサイズに関し、凹部４０の底面積は、これに対向する第３溝３０の底面積より小さくてもよいし、大きくてもよいし、同じであってもよいが、図１の例のように凹部４０の底面積を第３溝３０の底面積より小さくし、第１基板１における第３溝３０が形成されている表面領域Ｘに対向する第２基板２の表面領域Ｙの内部に収まるように凹部４０を配置することが好ましい。上述した凹部４０の機能（効果）の発現のうえでは、比較的広い面積を有する第３溝３０と同程度の面積やこれより広い面積で凹部４０を形成する必要は特段ない。

図２〜４は、本実施形態に係るマイクロチップの他の例を示す概略断面図である。これらの図面及び図１に示されるように、本発明において凹部４０は、第２基板２の表面上であって、第３溝３０に対向する位置に設けられるが、これは、第１基板１における第３溝３０が形成されている表面領域Ｘに対向する第２基板２の表面領域Ｙに凹部４０の少なくとも一部が存在するように凹部４０が配置されるという意味である。

図２及び図４は、凹部４０の設置位置が上記表面領域Ｙの範囲を超えている形態を示したものである。本発明はかかる形態をも包含し、かかる形態においても凹部４０は上述した機能（効果）を発現するが、第３溝３０に連結される第１溝１０や第２溝２０によって構成される領域Ａや領域Ｂの深さ（マイクロチップ厚み方向の長さ）が大きくなってしまうことがあり、このような場合において、領域Ａや領域Ｂが深さの小さい（又は断面積の小さい）流路等として設計されるべきものである場合には、図２及び図４に示される形態は図１の例と比較して不利となることがあり得る。

図３は、上記表面領域Ｘの一端の位置と上記表面領域Ｙの一端の位置とが一致している形態を示したものである。本発明はかかる形態をも包含し、かかる形態においても凹部４０は上述した機能（効果）を発現するが、マイクロチップ作製時において第１基板１と第２基板２とを貼合する際に位置ズレが生じて、結果的に凹部４０の設置位置が上記表面領域Ｙの範囲を超えることとなる場合には、図２及び図４に示される形態と同様、図１の例と比較して不利となることがあり得る。

図５及び図６を参照して、本実施形態に係るマイクロチップについてより詳細に説明する。図５は、比較例のマイクロチップ（凹部を有しないマイクロチップ）を用いたときの液体の移動ルートを示す写真〔図５（ａ）〜（ｈ）〕及び当該マイクロチップにおける第１〜第４溝が設けられている部分を拡大して示す斜視図〔図５（ｉ）〕である。

図５（ａ）〜（ｄ）は、図５（ｉ）を参照して、液体５０として水を用い、この液体５０を第１方向の遠心力の印加により、２つの壁１０１ａによって挟まれる微細な第１溝から構成される流量制限部から、壁１１０で囲まれる第２溝から構成される検体計量部へ第１ルートＩに沿って移動させた後、計量された液体５０を、第２方向〔図５（ａ）〜（ｉ）におけるＢで示される矢印の方向〕の遠心力の印加により、壁１０１ｂと壁１２０とによって挟まれる第４溝から構成される流路の方向へ第２ルートＩＩに沿って移動させた場合における、第２方向の遠心力印加時の液体５０の移動ルートを経時的に示す写真である。流量制限部と検体計量部との間の領域を形成する溝が第３溝である。

液体５０が水である場合には、上述したようなタンパク質等による第１ルートに沿った付着領域は形成されないため、第２方向の遠心力による移動方向規制に従って第２ルートに沿って液体５０を移動させることができた。

一方、図５（ｅ）〜（ｈ）は、液体５０として水の代わりに血漿成分を用いたこと以外は、図５（ａ）〜（ｄ）と同様の写真であるが、図５（ｇ）に示されるように、第２方向の遠心力印加時に逆流が生じて流量制限部側へ移動していることが確認された。

図６は、第１基板１の第３溝に対向する第２基板２の表面に凹部４０を形成したこと以外は上記比較例のマイクロチップと同じ構造のマイクロチップを用いたときの液体の移動ルートを示す写真〔図６（ａ）〜（ｄ）〕及び当該マイクロチップにおける第１〜第４溝が設けられている部分を拡大して示す斜視図〔図６（ｅ）〕である。液体５０として血漿成分を用いた。凹部４０は、略直方体形状であり（２つの面は丸みを帯びている。）、その幅（流量制限部側側壁面から検体計量部側側壁面までの距離）及び深さはともに８００μｍとした。なお、図６（ｅ）において図示されている各溝の幅や深さの寸法比は実際に作製したものと略同じである。

図６（ａ）〜（ｄ）に示されるように、第２方向の遠心力印加時、液体５０は流量制限部側へ逆流することなく、第２ルートに沿って移動していることがわかる。同じ実験を繰り返し行ったところ、ほとんどの場合において、逆流せず第２ルートに沿って移動することが確認された。

＜第２の実施形態＞
図７及び図８は、本実施形態に係るマイクロチップの例を示す概略断面図である。図７及び図８に示されるマイクロチップは、凹部４０における第１溝１０側の側壁面から突出しており、その末端部が対向する側壁面（第２溝２０側の側壁面）に接触しないような突出長さを有する突起４５を設けたこと以外は、基本的に第１の実施形態に係るマイクロチップと同様の構造を有している。図７のマイクロチップと図８のマイクロチップとの違いは、第２基板２の作製方法に依存して、突起４５の直下に空洞部が生じるか否かであり、流体回路の構造や凹部４０の機能自体は互いに同じである。図７及び図８に示されるマイクロチップは、図１に示されるマイクロチップの改良実施形態であり、突起４５を設けると次の点で有利である。

凹部４０を有する第１の実施形態に係るマイクロチップは、従来のマイクロチップに比べて、逆流現象のような、流体回路内の液体が意図しない方向に移動することを効果的に防止することができ、意図する設計通りの流体処理をより確実に行うことができる。しかし、ごくまれに、第１方向の遠心力を印加したときに、液体が第１溝１０から、凹部４０を飛び越えることなく、凹部４０の側壁面及び底面に沿いながら第２溝２０側に移動するという移動ルートを採ることがあり、このような場合においては、上述のタンパク質等による付着領域が凹部４０によって分断されず、第２方向の遠心力印加時に逆流が生じることがあった。

突起４５を設けることにより、液体が凹部４０を飛び越えて移動することをさらに確実にすることができ、上記のようなごくまれに起こる不具合を解消することができる。突起４５を設けたこと以外は図６に示されるマイクロチップと同じ構造のマイクロチップについて上記と同じ実験を１００回以上繰り返しても、上記不具合は認められなかった。

図９及び図１０は、凹部４０及びその近傍を拡大して示す概略上面図であり、突起４５の形状のバリエーションを示したものである。これらの図面に示されるように、突起を上（基板表面に対して垂直な方向）からみたときの形状は特に制限されず、三角形状（図９）や四角形状（図１０）等であることができるが、好ましくは図９のような、末端部（第２溝２０方向）に向かうに従い先細となる形状であり、より好ましくは、その末端部が所望する移動先（すなわち、第２溝２０方向）に向いている形状である。このような先細形状とすることにより、より正確に凹部４０を飛び越えた液体の全量を第２溝２０方向に移動させることができる。

突起４５が延びる方向と平行な断面Ｍ（第１溝１０から第２溝２０へ向かう方向と平行な断面であり、図７及び図８に示される断面である。）における突起４５の断面形状もまた、図７及び図８に示されるような三角形状や、四角形状等各種の形状を採り得るが、好ましくは突起４５の末端部が頂点である三角形状である。このような形状とすれば、液体が第２溝２０側へ飛び越えるときの基点を１点又は１直線上に集約できるので、液体の全量をさらに確実に第２溝２０側へ移動させることができる。

上記断面Ｍと垂直な方向の断面Ｎにおける突起４５の断面形状は特に限定されず、三角形状や、四角形状等各種の形状であることができる。以上に鑑み、突起４５の形状は、その末端部を頂点とする四角錘や三角錘等の錘形状であることが好ましい。

凹部４０の第１溝１０側の側壁面における深さ方向（第２基板２の厚み方向）に関し、突起４５を設ける位置はいずれの位置であってよいが、好ましくは、突起４５の第１基板１側表面が他の第２基板２における第１基板１側表面と連続するような位置に設けられる。突起４５の第１基板１側表面がこれより下（第１基板１から離れる方向）にあり、突起４５の第１基板１側表面と第２基板２における第１基板１側表面との間に段差があると、連続である場合と比べて、液体の全量を第２溝２０側へ移動させることの確実性が若干低下する可能性がある。

第２基板２の凹部４０が有する突起４５は、金型成形加工における、いわゆる「アンダーカット構造」に相当するが、このような第２基板２は、図１１に示されるように、第１金型１００及び第２金型２００を用いて、基板の上下から成形加工を施すことにより作製することができる。この場合、得られる第２基板２は、図７に示されるような突起４５の直下に空洞部を有するものとなる。このような成形加工の他、スライドコア方式によりアンダーカット構造を有する第２基板２を作製することもできる。

１ 第１基板、２ 第２基板、１０ 第１溝、２０ 第２溝、３０ 第３溝、４０ 凹部、４５ 突起、５０ 液体、１０１ａ，１０１ｂ，１１０，１２０ 壁、１００ 第１金型、２００ 第２金型。

Claims (11)

1. 内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、遠心力の印加により流体回路内に存在する液体を流体回路内において移動させるマイクロチップであって、
   前記空間を形成する溝を表面に有する第１基板と、第１基板における前記溝を有する側の表面上に積層される第２基板とを含み、
   第１基板が有する前記溝は、第１溝、第２溝、第１溝と第２溝とを連結している溝であって、第１溝及び第２溝よりも底面積の広い第３溝、並びに、第１溝及び第２溝が連結している位置とは異なる位置で第３溝に連結している第４溝を含み、
   第１溝、第３溝及び第２溝は、この順で直線状に配列されており、
   前記液体は、第１方向の遠心力により第１溝から第３溝を通って第２溝に移動され、前記第１方向とは異なる第２方向の遠心力により第２溝から第３溝を通って第４溝に移動され、
   前記液体は、これを前記流体回路内で移動させたときに、前記流体回路の内壁面に付着する成分であって、前記成分が付着した前記内壁面に対する前記液体の濡れ性を、前記成分が付着していない前記内壁面に対する前記液体の濡れ性よりも高める成分を含有し、
   第２基板は、第１基板側の表面上であって、第３溝に対向する位置に凹部を有し、
   前記凹部は、第１溝側側壁面から第２溝側壁面までの距離が１００〜１０００μｍであり、深さが５０〜１０００μｍであるマイクロチップ。
2. 前記凹部における第１溝側の側壁面から突出しており、その末端部が対向する側壁面に接触しないような突出長さを有する突起を備える請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記凹部の底面積は、第３溝の底面積よりも小さい請求項１又は２に記載のマイクロチップ。
4. 前記凹部は、第１基板における第３溝が形成されている表面領域に対向する第２基板の表面領域の内部に収まるように配置されている請求項３に記載のマイクロチップ。
5. 前記突起は、第１基板に対向する面を有しており、
   第２基板における第１基板側の表面の一部と、前記突起が有する前記第１基板に対向する面とが連続している請求項２に記載のマイクロチップ。
6. 前記突起は、前記末端部に向かうに従い先細となる形状である請求項２に記載のマイクロチップ。
7. 前記突起は、前記凹部の底面に対して傾斜した面を有する請求項２に記載のマイクロチップ。
8. 前記液体は、前記流体回路内に導入される検査・分析の対象となる試料又はそこから取り出された成分である検体であり、
   前記第２溝は、前記検体を計量するための計量部を形成する溝であり、
   前記計量部は、前記検体の計量すべき量と同じ容量を有しており、
   前記計量部による前記検体の計量は、前記第１方向の遠心力により第１溝から第３溝を通って第２溝に前記検体を移動させ、前記容量を超える過剰分の検体を前記計量部からオーバーフローさせることにより実施される請求項１〜７のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
9. 前記液体は、血漿成分である請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
10. 前記第１溝は、前記第２溝に向かって延びるライン状の溝である請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロチップ。
11. 前記第１溝の深さは、前記第３溝の深さよりも小さい請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロチップ。