JP6130237B2

JP6130237B2 - フローセルおよび送液方法

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Publication number: JP6130237B2
Application number: JP2013125258A
Authority: JP
Inventors: 勝義林; 鈴代井上; 勉堀内; 弦岩崎; 松浦　伸昭; 伸昭松浦; 為近　恵美; 恵美為近
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: JP2015001416A

Description

本発明は、試料溶液を移送する流路を備えたフローセルおよびこのフローセルを用いた送液方法に関する。

「ＭｉｃｒｏＴＡＳ(Micro Total Analysis Systems)」および「ＬａｂｏｎａＣｈｉｐ」の分野では、μｍオーダーの流路（以下、マイクロ流路）を用い、複数の溶液の混合・反応やセンシングに関する研究が進められている。溶液の混合については、効率よく混合するための様々な流路構造が提案されている。特に、安定かつ均一に反応させる手法としては、溶液と溶液を積極的に混合するのではなく、溶液と溶液を接触させ、接触させている界面で反応させる方法がある（非特許文献１参照）。特にマイクロ流路内では、接触領域の面積が制限できるとともに、接触界面を流す（移動させる）ことで、接触界面の形状を変化させ、反応効率を変化させることも可能である（非特許文献１参照）。このような技術は、例えば、血液凝固能の検査への応用が検討されている（非特許文献１参照）。

K. Hayashi, S. Inoue, Y. Iwasaki, M. Seyama, T. Horiuchi, E. Tamechika, "BLOOD COAGULATION TESTING METHOD BASED ON FLOW VELOCITY MEASUREMENT USING A SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR)-BASED MICROFLUIDIC DEVICE",16th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, pp.1318-1320, 2012.

ところで、上述した技術では、反応などが起こる液−液の接触領域が流路内を移送している状態で測定を行っている。この場合、移送（送液）による対流によって２つの溶液の混合が生じるため、反応の進行に伴う流路内の濃度勾配の変化など、反応の解析に必要な動的変化を、例えば上述の対流などと区別して捉えるのが難しいという課題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、２液の反応の動的変化などが、マイクロ流路を備えるフローセルを用いて容易に観測できるようにすることを目的とする。

本発明に係るフローセルは、基板の上に形成され、内壁が対象となる第１液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされた第１流路と、基板の上に形成されて第１流路の一端に接続された第１導入部と、基板の上に形成されて第１流路の他端に接続された排出部と、基板の上に形成され、内壁が対象となる、第１液と異なる第２液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされ、一端が第１導入部と排出部との間の接続部で第１流路に接続された第２流路と、第２流路の他端に接続された第２導入部と、第２流路の一端が接続する第１流路内から第２流路の第２導入部の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域とを備え、第１流路は、第１導入部と排出部との間の管径が一定であり、排出部は、基板の平面の法線方向に延在し、第１流路の流路幅より大きな径を有する筒状の開口部であり、第２流路は、第１導入部に導入された第１液が接続部を通過して第一流路の他端まで充填できるように、基板の平面の法線方向の流路高さが第１流路より低くされている。

上記フローセルにおいて、測定領域では、表面プラズモン共鳴に基づく屈折率の測定が行われるようにすればよい。

また、上記フローセルにおいて、第２流路内の液体に接触可能な状態で第２流路の内部に設けられた対向電極と、第２流路内の液体に接触可能な状態で第２流路の内部に設けられた参照電極と、第２流路内の液体に接触可能な状態で第２流路の延在方向に配列して測定領域に設けられた複数の作用電極とを備えるようにしてもよい。

また、本発明に係る送液方法は、基板の上に形成され、内壁が対象となる第１液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされた第１流路と、基板の上に形成されて第１流路の一端に接続された第１導入部と、基板の上に形成されて第１流路の他端に接続された排出部と、基板の上に形成され、内壁が対象となる、第１液と異なる第２液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされ、一端が第１導入部と排出部との間の接続部で第１流路に接続された第２流路と、第２流路の他端に接続された第２導入部と、第２流路の一端が接続する第１流路内から第２流路の第２導入部の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域とを備え、第１流路は、第１導入部と排出部との間の管径が一定であり、排出部は、基板の平面の法線方向に延在し、第１流路の流路幅より大きな径を有する筒状の開口部であり、第２流路は、第１導入部に導入された第１液が接続部を通過して第一流路の他端まで充填できるように、基板の平面の法線方向の流路高さが第１流路より低くされているフローセルの第１流路に第１液を供給し、第２流路に第２液を供給することによる送液方法であって、第２導入部より第２液を導入し、第２流路の内部を、接続部における第２流路と第１流路との流路接続面まで第２液で充填する第１工程と、第２流路を充填した第２液の先端が流路接続面に到達した後、第１導入部より第１液を導入し、第１流路の内部を、第１流路の他端の排出部に接続する排出部接続面まで第１液で充填し、流路接続面で第１液と第２液とを接触させる第２工程とを備える。

以上説明したことにより、本発明によれば、２液の反応の動的変化などが、マイクロ流路を備えるフローセルを用いて容易に観測できるようになるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態におけるフローセルの構成を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ），（ｃ）である。図２Ａは、血漿サンプルと凝固試薬とを接触させたときに、排出部接続面１２１において、ＳＰＲ装置で測定されたＳＰＲ角度の時間変化を示す特性図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態におけるフローセルの測定領域１１２におけるＳＰＲ装置で測定する箇所を説明する説明図である。図３は、図２Ｂの測定箇所（ｂ）で行った、コアグピア用キャリブレーターＮ（凝固活性化率８６％）の測定結果（ａ）、およびコアグピア用コントロールＩＩ（凝固活性化率３３％）の測定結果（ｂ）を示す特性図である。図４は、測定領域１１２の位置毎に、設定した測定時間内に測定された最小のＳＰＲ角度をプロットした結果を示す特性図である。図５は、電気化学的な検出を可能とする本発明における実施の形態のフローセルにおける一部構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるフローセルの構成を示す平面図（ａ）および断面図（ｂ），（ｃ）である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のｂｂ’線の断面を示し、図１（ｃ）は、図１（ａ）のｃｃ’線の断面を示している。

このフローセルは、第１流路１０２および第２流路１０５を備える。第１流路１０２は、内壁が対象となる液体に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされている。また、第１流路１０２には、一端に第１導入部１０３が接続され、他端に、排出部１０４が接続されている。第１導入部１０３および排出部１０３は、各流路が形成されている基板１０１の平面の法線方向に延在している筒状の開口部である。

第２流路１０５は、内壁が対象となる液体に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされている。また、第２流路１０５は、この一端が第１導入部１０３と排出部１０４との間の第１流路１０２に接続されている。従って、第２流路１０５の一端の流路接続面１５１により、第１流路１０２の途中の側部に開口が形成されていることになる。加えて、第２流路１０５は、基板１０１の平面の法線方向の流路高さが第１流路１０２より低くされている。また、第２流路１０５の他端には、第２導入部１０６が接続されている。第２導入部１０６は、第１導入部１０３と同様に、基板１０１の平面の法線方向に延在している筒状の開口部である。

なお、この実施の形態では、第３流路１０７も備えている。第３流路１０７は、第２流路１０６と同様に、内壁が対象となる液体に対して９０度より小さい接触角を有して第１流路１０２より小さい管径とされている。例えば、第３流路１０７は、第２流路１０６と同じ径（流路高さ，流路幅）とされている。

また、第３流路１０７は、この一端が第１導入部１０３と排出部１０４との間の第１流路１０２に接続されている。従って、第３流路１０７の一端の流路接続面１７１により、第１流路１０２の途中の側部に開口が形成されていることになる。また、第３流路１０７も、基板１０１の表面の法線方向の流路高さが第１流路１０２より低くされている。例えば、第３流路１０７は、第２流路１０５と同一の断面形状とされている。また、第３流路１０７の他端には、第３導入部１０８が接続されている。第３導入部１０８は、第１導入部１０３，第２導入部１０６と同様に、基板１０１の平面の法線方向に延在している筒状の開口部である。ただし、第３流路１０７，第３導入部１０８はなくてもよい。

本実施の形態では、第１流路１０２の途中において、流路接続面１５１と流路接続面１７１とが向き合って配置されている。また、第２流路１０５と第３流路１０７とは、同じ直線上に配置されている。このため、第２流路１０５と第３流路１０７とにより、第１流路１０２に交差する１本の流路が構成されている状態となっている。

また、このフローセルは、例えば、第２流路１０５の一端が接続する第１流路１０２内から第２流路１０５の第２導入部１０６の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域１１２を備え、測定領域１１２では、表面プラズモン共鳴に基づく屈折率の測定が行われるものとしている。本実施の形態では、測定領域１１２を、第２流路１０５の途中から第３流路１０７の途中までの間に設けている。この実施の形態では、基板１０１の上に、Ａｕからなる金属層１１１を備え、この上に、各流路が形成することで、上述した表面プラズモン共鳴に基づく測定を可能としている。

例えば、基板１０１は、板厚１ｍｍのＢＫ７ガラスから構成され、この上に、スパッタリング法もしくは蒸着法などにより、厚さ５０ｎｍのＡｕからなる金属層１１１を形成している。また、各流路は、流路基板１０１ａに形成された溝であり、各導入部および排出部１０４は、流路基板１０１ａに形成された貫通穴である。このような構造を備えた流路基板１０１ａは、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を用いて成型すればよい。

基板１０１および流路基板１０１ａは、例えば、平面視１６ｍｍ×１６ｍｍの大きさである。基板１０１の金属層１１１形成面に、上述したように構成した流路基板１０１ａの溝開口面を貼り合わせればよい。例えば、オゾン照射装置で貼り合わせ面を浄化処理した後で貼り合わせればよい。各流路の基板１０１の側の内壁は、金属層１１１の表面となる。また、各流路は、例えば、断面矩形とすればよい。

例えば、第１流路１０２は、断面が幅０．５ｍｍ，高さ５０μｍの矩形管であり、流路長（管長）が１０ｍｍとされている。また、第２流路１０５は、断面が幅５ｍｍ，高さ５μｍの矩形管であり、流路長（管長）が５ｍｍとされている。第３流路１０７も、断面が幅５ｍｍ，高さ５μｍの矩形管であり、流路長（管長）が５ｍｍとされている。上述した寸法であれば、各流路は、対象となる液体に対して毛管力が作用する管径となっている。なお、例えば、断面矩形の流路の場合、一方の組の対面する２つの内壁の距離が数ｃｍ以上に離れていても、他方の組の対面する２つの内壁の距離が十分に小さい状態であれば、毛管力が作用する状態にすることができる。この状態も含めて、「対象となる液体に対して毛管力が作用する管径」とする。

また、第１導入部１０３，第２導入部１０６，第３導入部１０８は、穴径１ｍｍとされている。これらは、接続する流路の幅より大きな穴径とされていればよい。また、各導入部の穴径は、対象とする液体が供給可能な状態となっていればよい。例えば、対象とする液体は、ピペットなどにより供給するので、この供給の際に妨げとならない穴径となっていればよい。

また、排出部１０４は、穴径２ｍｍとされている。排出部１０４は、接続する第１流路１０２の流路幅より大きな穴径とされていればよい。ここで、排出部１０４は、例えば、流路接続面１５１の位置より流路方向１ｍｍ程度の距離で第１流路１０２に接続していればよい。

次に、上述したフローセルを用いた送液方法について説明する。このフローセルでは、第１流路１０２に、第１液を導入し、第２流路１０５（第３流路１０７）に第２液を導入し、流路接続面１５１（流路接続面１７１）において、第１液と第２液とを接触させるようにしている。

まず、第２導入部１０６より第２液を導入し、第２流路１０５の内部を、第２流路１０５の一端の第１流路１０２に接続する流路接続面１５１まで第２液で充填する（第１工程）。同様に、第３導入部１０８より第２液を導入し、第３流路１０７の内部を、第３流路１０７の一端の第１流路１０２に接続する流路接続面１７１まで第２液で充填する。

第２流路１０５は、内壁が対象となる第２液に対して９０度より小さい接触角を有し、第２液に対して毛管力（毛細管力）が作用する管径とされている。このため、第２流路１０５に導入された第２液は、流路接続面１５１に到達すると、第２液が接触していた第２流路１０５の内壁が存在しなくなり、ここに到達した第２液の先端面（メニスカス）は、これ以上進行できない状態となる。なお、これは、第２導入部１０６より供給した第２液の量により働く重力が、流路接続面１５１に形成される第２液の先端面により発生する毛管力を超えない範囲の場合である。上述した寸法程度の小さなフローセルでは、第２導入部１０６より供給できる液量には大きな制限があり、これにより発生する重力が、上記毛管力を超えることはないものと考えられる。

同様に、第３流路１０７は、内壁が対象となる第２液に対して９０度より小さい接触角を有し、第２液に対して毛管力（毛細管力）が作用する管径とされている。このため、第３流路１０７に導入された第２液は、流路接続面１７１に到達すると、第２液が接触していた第３流路１０７の内壁が存在しなくなり、ここに到達した第２液の先端面は、これ以上進行できない状態となる。

以上のようにして、第２流路１０５（第３流路１０７）に第２液を導入し、第２液の先端が流路接続面１５１（流路接続面１７１）まで到達した後、第１導入部１０３より第１液を導入し、第１流路１０２の内部を、第１流路１０２の他端の排出部１０４に接続する排出部接続面１２１まで第１液で充填する。

第１流路１０２では、内壁が対象となる第１液に対して９０度より小さい接触角を有し、第１液に対して毛管力が作用する管径とされている。このため、第１流路１０２に導入された第１液は、排出部接続面１２１に向けて移送されるが、排出部接続面１２１に到達すると、第１液が接触していた第１流路１０２の内壁が存在しなくなり、ここに到達した第１液の先端面は、これ以上進行できない状態となる。

以上のように第２液および第１液を導入すると、流路接続面１５１（流路接続面１７１）において、流路接続面１５１で第１液と第２液とが接触する。これにより、第２流路１０５（第３流路１０７）の流路接続面１５１（流路接続面１７１）に形成されていた第２液の先端面（気液界面）はなくなり、この気液界面に働いていた力がなくなる。この結果、第２液は第１流路１０２の中（第１液中）に移動（拡散）可能な状態となり、第２液は第１液中に拡散する。また、第２液が第１液に拡散可能となっているので、第１流路１０２中の第１液も、第２流路１０５（第３流路１０７）の第２液中に移動（拡散）する。

このように、流路接続面１５１（流路接続面１７１）で第１液と第２液とを接触させることで、流路接続面１５１（流路接続面１７１）において、第１液と第２液とを混合させることができる。また、前述したように第２流路１０５（第３流路１０７）において、第２液が移送されずに流動していない状態で、流路接続面１５１（流路接続面１７１）に、第１液が供給される状態としている。

ここで、流路接続面１５１（流路接続面１７１）と排出部接続面１２１との距離を、前述したように１ｍｍ程度としておけば、第１導入部１０３より供給した第１液は、流路接続面１５１（流路接続面１７１）に到達した後、直ちに排出部接続面１２１で停止し、流動が停止された状態となる。

従って、本実施の形態におけるフローセルによれば、流路接続面１５１（流路接続面１７１）において、第１液と第２液とが、流動していない状態で接触して混合する状態になるので、例えば、２液の反応の動的変化などが容易に観測できるようになる。例えば、測定領域１１２において、表面プラズモン共鳴に基づく屈折率の測定を行えば、流路接続面１５１（流路接続面１７１）において混合が開始された第１液と第２液との反応に起因する測定領域１１２における屈折率の変化が測定できる。このとき、各液の流動はないので、液が流れている状態を考慮する必要がない。なお、上述した説明から明らかなように、上述した送液方法は、第３流路１０７がなくても実現できる。ただし、第３流路１０７を用いることで、より多くの２液接触領域が形成できるようになる。

上述したフローセルによれば、第１液を血漿とし、第２液を凝固試薬とすれば、これらを混合（接触）させることによる血液凝固能などの測定ができる。この例について、実施例を用いて以下に説明する。

［実施例］
本実施例では、屈折率変化を捉えることのできる表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）装置（SMART SPR：ＮＴＴアドバンステクノロジ株式会社）を使用した。また血漿サンプル（第１液）としてコアグピア用キャリブレーターＮ（積水メディカル）を使用し、凝固試薬としてコアグピアＰＴ−Ｎ（積水メディカル）を使用した。

はじめに、凝固試薬を３７℃の湯浴中で温めた後に、ピペットを用いて第２導入部１０６（第３導入部１０８）に滴下し、毛細管力により第２流路１０５（第３流路１０７）に導入した。このとき、凝固試薬は、第１流路１０２に入っていかず、流路接続面１５１（流路接続面１７１）で停止した。

次に、３７℃湯浴中で温めた血漿サンプルを第１導入部１０３に滴下し、第１流路１０２に導入した。血漿サンプルは毛細管力によって排出部１０４に向かって流れていくが、排出部１０４には入っていかず、排出部接続面１２１で停止した。このようにして第１流路１０２に導入した血漿サンプルは、流路接続面１５１（流路接続面１７１）で凝固試薬と接触し、凝固反応が開始された。

上述したようにして血漿サンプルと凝固試薬とを接触させたときに、排出部接続面１２１において、ＳＰＲ装置で測定されたＳＰＲ角度（屈折率に相当）の時間変化を図２Ａに示す。なお、図２Ａの（ａ）は、図２Ｂの（ａ）に示す測定箇所の測定結果を示している。また、図２Ａの（ｂ）は、図２Ｂの（ｂ）に示す測定箇所の測定結果を示している。図２Ａの（ｃ）は、図２Ｂの（ｃ）に示す測定箇所の測定結果を示している。なお、測定領域１１２は、第１流路１０２と第２流路１０５（第３流路１０７）との交差点を中心として配置され、流路幅方向の幅が０．３ｍｍであり、流路方向の長さが４．８ｍｍとされている。

図２Ａの（ｃ）の変化から分かるように、測定開始から約５０秒後に、第１流路１０２に対して血漿サンプルが導入されていることが分かる。図２Ｂに示す測定箇所（ａ）の測定では、図２Ａの（ａ）に示すように、ＳＰＲ角度が２５０から徐々に変化しているが、ほぼ安定していることが分かる。ＳＰＲ角度が徐々に増加する原因は、３７℃に温められた凝固試薬が流路内で徐々に冷却され、屈折率が増加しているためと考えられる。

図２Ｂに示す測定箇所（ｂ）は、血漿サンプルと凝固試薬とが混合する流路接続面１５１から、第２導入部１０６側に約１００μｍ離れた地点である。この測定箇所の測定では、図２Ａの（ｂ）に示すように、血漿サンプルが導入されるとＳＰＲ角度が低下し、この後で徐々に増加する傾向が認められた。

図２Ｂに示す測定箇所（ｃ）は、血漿サンプルと凝固試薬とが混合する流路接続面１５１（流路接続面１７１）の箇所の、第１流路１０２内の中央部の地点である。この測定箇所の測定では、図２Ａの（ｃ）に示すように、血漿サンプル温度の低下による上昇が認められるものの、血漿サンプルを導入した後、２００秒後までは、温度低下による変化以外の変化は認められない。しかし、２００秒後から、フィブリン形成によると考えられる屈折率の増加が認められた。

次に、同様な方法で血漿の凝固能が異なる血漿サンプル（コアグピア用コントロールＩＩ；積水メディカル）を用いて測定を行った。この測定は、図２Ｂの測定箇所（ｂ）で行った。ここで、凝固能を活性化率で表すと、コアグピア用キャリブレーターＮの活性化率は８６％であり、コアグピア用コントロールＩＩの活性化率は３３％である。コアグピア用キャリブレーターＮの方が凝固しやすい。

図３は、図２Ｂの測定箇所（ｂ）で行った各血漿サンプルを用いた測定結果を示し、（ａ）がコアグピア用キャリブレーターＮ（凝固活性化率８６％）の測定結果を示し、（ｂ）がコアグピア用コントロールＩＩ（凝固活性化率３３％）の測定結果を示す。

図３に示すように、凝固活性化率が高いコアグピア用キャリブレーターＮの方が、ＳＰＲ角度の減少量が大きいことが分かる。このことから、流路接続面１５１に近い測定箇所で測定されるＳＰＲ角度の血漿導入前から導入後の減少量を指標とすることで、凝固検査が可能であることが確認された。上述した例では、「流路接続面１５１に近い測定箇所」を流路接続面１５１から１００μｍの距離としたが、これに限るものではない。対象とする血漿および凝固試薬の組み合わせに対応させ、上記変化が最も顕著に観測される箇所を、「流路接続面１５１に近い測定箇所」として適宜に設定すればよい。

上述したＳＰＲ角度の時間変化について考察すると、まず、血漿サンプルと凝固試薬とが接触して反応した後、これら２液の接触領域においてフィブリンが形成される。これにより、血漿サンプルおよび凝固試薬に含まれるタンパク質などがフィブリンに包含される。この結果、タンパク質などの濃度が低い部分が形成されてフィブリンが不溶化し、この過程で脱水縮合が起こる。これらの過程で水分子が生成され、水分子が生成された結果、タンパク質などの濃度が低い成分が形成される。これらの濃度の変化により、屈折率が変化するものと考えられる。

次に、図４に、測定領域１１２の位置毎に、上述した測定時間内に測定された最小のＳＰＲ角度をプロットした結果を示す。図４において、（ａ）がコアグピア用キャリブレーターＮ（凝固活性化率８６％）の測定結果を示し、（ｂ）がコアグピア用コントロールＩＩ（凝固活性化率３３％）の測定結果を示す。

図４に示すように、凝固活性化率が８６％の場合でも３３％の場合でも、ＳＰＲ角度の減少量は大きく異なっていないが、最小値を示した観測位置が８６％の場合の方が、流路接続面１５１の位置（２１０ｐｉｘｅｌ）から遠いことが分かる。血漿サンプルと凝固試薬とが接触する位置から、ＳＰＲ角度の最小値を示す観測位置までの距離が、凝固検査の指標となることが確認された。

ところで、測定方法は、表面プラズモン共鳴に基づく屈折率測定に限るものではない。測定領域における状態を電気化学的に検出するようにしてもよい。電気化学的に検出する場合、例えば、凝固試薬に電気化学活性を有する生体由来の分子を混合しておけばよい。例えば、使用可能な電気化学活性を有する分子としては、Ｌ−アスコルビン酸および尿酸などがあるが、この限りではない。

電気化学的な検出では、よく知られているように、対向電極，作用電極，参照電極を用い、例えば、作用電極の電位を参照電極に対して一定にした状態で、作用電極と対向電極との間の電流を測定している。

図５は、電気化学的な検出を可能とする本発明における実施の形態のフローセルの一部構成を示す構成図である。図５では、第１流路１０２および第２流路１０５の流路接続面１５１近傍を拡大して示し、他の領域は省略している。他の領域は、金属層１１１を用いない以外、図１を用いて説明したフローセルと同様である。電気化学的に検出使用とする場合、図５に示すように、まず、第２流路１０５に対向電極５０１および参照電極５０２を設ける。対向電極５０１および参照電極５０２は、第２流路１０５内の液体に接触可能な状態で設ける。

また、第２流路１０５の一端が接続する第１流路１０２内から第２流路１０５の第２導入部（不図示）の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域５１２に、複数の作用電極５０３を設ける。複数の作用電極５０３は、第２流路１０５の延在方向に配列させる。また、第２流路１０５内の測定領域５１２に設けた作用電極５０３は、第２流路１０５内の液体に接触可能な状態で設ける。この例では、第１流路１０２内の測定領域５１２にも作用電極５０３を設けており、この作用電極５０３は、第１流路１０２内の液体に接触する状態で設ける。例えば、各流路の下面となる基板を貫通させて上述した各電極を構成するプラグを形成すればよい。各電極の流路内に露出する部分は、直径１０μｍ程度の円形とすればよい。また、各電極は、５０μｍ間隔とすればよい。なお、この構成では、前述したように金属層を設けない。

このように構成したフローセルにおいて、第２流路１０５の内部を流路接続面１５１まで凝固試薬で充填する。次いで、第１流路１０２に、血漿サンプルを導入し、第１流路１０２の他端の排出部接続面（不図示）まで血漿サンプルで充填する。これにより、流路接続面１５１で血漿サンプルが凝固試薬に接触する。この状態で、上述した各電極を、一般的に用いられている１０ｃｈのポテンシオスタット（ＡＬＳ）に接続し、アンペロメトリーを行った。

上述したように、流路接続面１５１で、血漿サンプルと凝固試薬とが接触して凝固反応が開始すると、接触領域（流路接続面１５１）から、第２流路１０５の第２導入部（不図示）側に約１００μｍ離れた作用電極５０３で電流値の減少が認められた。血漿サンプルを導入した第１流路１０２においても、血漿サンプルを導入して流路接続面１５１で両者が接触した直後から、この領域に配置された作用電極５０３において、電流値の低下が認められた。

このように、凝固試薬には電気化学活性を有する分子を混合しておくことにより、凝固試薬を導入する第２流路１０５に配置された作用電極５０３において、凝固反応に起因すると考えられる電流値の低下を観測することが可能である。また、血漿サンプル中には、電気化学活性を有する分子が含まれていることから、血漿サンプルを導入する第１流路１０２に配置された作用電極５０３においても、凝固反応に起因すると考えられる電流値の低下を観測することが可能である。

以上に説明したように、本発明によれば、第１流路の途中に、第１流路より流路高さが低い第２流路の一端を接続したので、この接続部で、液の流動がない状態で、第１流路の第１液と第２流路の第２液とを接触させることができるようになり、２液の反応の動的変化などが、マイクロ流路を備えるフローセルを用いて容易に観測できるようになる。

本発明によれば、溶液を静止させた状態で溶液の粘性に影響されることなく、２つの液の接触領域における反応状態の追跡や、接触領域における２液の反応を利用したバイオセンシングなどが行える。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、各流路は、断面矩形に限るものではなく、断面円形の流路であってもよい。

１０１…基板、１０１ａ…流路基板、１０２…第１流路、１０３…第１導入部、１０４…排出部、１０５…第２流路、１０６…第２導入部、１０７…第３流路、１０８…第３導入部、１１１…金属層、１１２…測定領域、１２１…排出部接続面、１５１…流路接続面、１７１…流路接続面。

Claims

基板の上に形成され、内壁が対象となる第１液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされた第１流路と、
前記基板の上に形成されて前記第１流路の一端に接続された第１導入部と、
前記基板の上に形成されて前記第１流路の他端に接続された排出部と、
前記基板の上に形成され、内壁が対象となる、前記第１液と異なる第２液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされ、一端が前記第１導入部と前記排出部との間の接続部で前記第１流路に接続された第２流路と、
前記第２流路の他端に接続された第２導入部と、
前記第２流路の一端が接続する前記第１流路内から前記第２流路の前記第２導入部の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域と
を備え、
前記第１流路は、前記第１導入部と前記排出部との間の管径が一定であり、
前記排出部は、前記基板の平面の法線方向に延在し、前記第１流路の流路幅より大きな径を有する筒状の開口部であり、
前記第２流路は、前記第１導入部に導入された前記第１液が前記接続部を通過して前記第一流路の他端まで充填できるように、前記基板の平面の法線方向の流路高さが前記第１流路より低くされていることを特徴とするフローセル。
請求項１記載のフローセルにおいて、
前記測定領域では、表面プラズモン共鳴に基づく屈折率の測定が行われることを特徴とするフローセル。
請求項１記載のフローセルにおいて、
前記第２流路内の液体に接触可能な状態で前記第２流路の内部に設けられた対向電極と、
前記第２流路内の液体に接触可能な状態で前記第２流路の内部に設けられた参照電極と、
前記第２流路内の液体に接触可能な状態で前記第２流路の延在方向に配列して前記測定領域に設けられた複数の作用電極と
を備えることを特徴とするフローセル。
基板の上に形成され、内壁が対象となる第１液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされた第１流路と、
前記基板の上に形成されて前記第１流路の一端に接続された第１導入部と、
前記基板の上に形成されて前記第１流路の他端に接続された排出部と、
前記基板の上に形成され、内壁が対象となる、前記第１液と異なる第２液に対して９０度より小さい接触角を有して毛管力が作用する管径とされ、一端が前記第１導入部と前記排出部との間の接続部で前記第１流路に接続された第２流路と、
前記第２流路の他端に接続された第２導入部と、
前記第２流路の一端が接続する前記第１流路内から前記第２流路の前記第２導入部の側の所定の位置にかけて設けられた測定領域と
を備え、
前記第１流路は、前記第１導入部と前記排出部との間の管径が一定であり、
前記排出部は、前記基板の平面の法線方向に延在し、前記第１流路の流路幅より大きな径を有する筒状の開口部であり、
前記第２流路は、前記第１導入部に導入された前記第１液が前記接続部を通過して前記第一流路の他端まで充填できるように、前記基板の平面の法線方向の流路高さが前記第１流路より低くされているフローセルの前記第１流路に前記第１液を供給し、前記第２流路に前記第２液を供給することによる送液方法であって、
前記第２導入部より前記第２液を導入し、前記第２流路の内部を、前記接続部における前記第２流路と前記第１流路との流路接続面まで前記第２液で充填する第１工程と、
前記第２流路を充填した前記第２液の先端が前記流路接続面に到達した後、前記第１導入部より前記第１液を導入し、前記第１流路の内部を、前記第１流路の他端の前記排出部に接続する排出部接続面まで前記第１液で充填し、前記流路接続面で前記第１液と前記第２液とを接触させる第２工程と
を備えることを特徴とする送液方法。