JP6509759B2 - マイクロチップ及び微小粒子分析装置 - Google Patents
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Description
本発明に係るマイクロチップにおいて、前記テーパ部と前記縮流部の間に形成されている流路の深さは一定であるものとすることができる。
また、前記テーパ部は、前記第一の導入流路及び前記第二の導入流路を含む平面に対する垂直方向における流路深さが流体の送流方向に従って次第に小さくなり、前記第一の導入流路に対する前記第二の導入流路の挟み込み方向における流路幅は一定又は流体の送流方向に従って次第に小さくなるものとすることができる。
さらに、前記縮流部は、流路幅及び流路深さが送流方向に従って次第に小さくなるものとすることができる。
加えて、前記テーパ部は、流路深さが流体の送流方向に従って次第に小さくなり、流路深さ方向におけるテーパ角度が、前記第一の導入流路への前記第二の導入流路の合流角度又は前記合流流路の絞り角よりも大きくすることができる。
また、前記第一の導入流路の流路深さは、前記第二の導入流路の流路深さよりも小さく形成され、前記合流流路への第一の導入流路の連通口は、第二の導入流路の流路深さ方向の略中央位置に設けられているものとすることができる。
さらに、前記合流流路への第一の導入流路の連通口は、前記第二の導入流路のそれぞれの流路壁を含む領域に開口されているものとすることができる。
加えて、前記テーパ部の起点が、前記連通口と一致する位置又は前記連通口よりも上流側若しくは下流側に設けられているものとすることができる。
また、前記合流流路において、前記サンプル液と、前記シース液と、により、層流が形成されるものとすることができる。
さらに、前記合流流路は、前記縮流部の下流に前記第一の導入流路から送流される流体中に含まれる微小粒子の検出部を有するものとすることができる。
加えて、本発明では、サンプル液を導入する第一の導入流路と、シース液を導入する二つの第二の導入流路と、前記第一の導入流路及び前記第二の導入流路に連通し、これらの流路から送流される流体が合流して通流する合流流路と、が形成されており、前記第二の導入流路は、前記第一の導入流路を挟んで配設され、それぞれ前記第一の導入流路の側方から合流することにより前記合流流路では前記サンプル液が前記シース液の中心を流れる構成であって、前記合流流路は、前記第一の導入流路と前記第二の導入流路の合流部と、前記合流部の送流方向下流に設けられた縮流部と、前記合流部と前記縮流部との間に設けられたテーパ部と、前記テーパ部と前記縮流部の間に設けられ、前記テーパ部の終点から前記縮流部の始点までの流路幅が一定の流路と、を有し、前記テーパ部の終点の流路深さ及び流路幅は前記合流部の流路深さ及び流路幅より小さく、前記縮流部の始点の流路深さは前記テーパ部の終点の流路深さと同一であり、前記縮流部は送液方向に対する垂直断面の面積が次第に小さくなり、合流後のサンプル液を幅方向及び深さ方向に絞り込むように形成される、マイクロチップと、前記合流流路を通流する微小粒子に対してレーザー光を照射する照射系と、前記微小粒子からの光を検出する検出系と、からなる微小粒子分析装置も提供する。
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。
1.従来の流路構造における流体の流速ベクトル場
2.本発明の第一実施形態に係るマイクロチップ
3.第一実施形態に係るマイクロチップの流路構造の変形例
4.本発明の第二実施形態に係るマイクロチップ
5.第二実施形態に係るマイクロチップの流路構造の変形例
6.本発明の第三実施形態に係るマイクロチップ
7.第三実施形態に係るマイクロチップの流路構造の変形例
8.本発明に係るマイクロチップの成形方法
9.本発明に係る微小粒子分析装置
図18に示した、シース液層流の中心にサンプル液を導入するために採用される従来の流路構造では、シース液層流中にサンプル液層流を導入する際に、サンプル液層流に乱れが生じ、サンプル液層流が流路の中心に収束されないという問題があった。
本発明に係るマイクロチップは、上述のようなサンプル液層流とシース液層流の合流後に生じる渦状の流れ場を抑制し、サンプル液層流の乱れを生じさせない流路構造を設けたことを第一の特徴とする。さらに、本発明に係るマイクロチップは、上述のようなシース液層流の中心にサンプル液層流を導入するための開口付近で生じる澱んだ流れ場を抑制し、サンプル液層流の乱れを生じさせない流路構造を設けたことを第二の特徴とする。
図1では、テーパ部122を、合流流路12において、サンプル液導入流路11のシース液導入流路21,22との合流部である連通口111の下流に設ける場合を説明した。しかし、テーパ部122を設ける位置は、サンプル液導入流路11のシース液導入流路21,22との合流部の近傍であれば、図1に示す位置に限定されない。
図6は、本発明の第二実施形態に係るマイクロチップに形成された流路構造を示す模式図である。図4(A)はマイクロチップの上面図、(B)は断面図である。
同様に、連通口111の合流流路12の流路幅方向における位置も、中央位置のみならず、その近傍としてよい。
P−P断面図、(B)はQ−Q断面図、(C)はR−R断面図に対応する。
図6では、テーパ部123を、Z軸方向における流路深さが狭まり始める起点を連通口111の位置に一致させて設ける場合を説明した。しかし、テーパ部123を設ける位置は、サンプル液導入流路11のシース液導入流路21,22との合流部の近傍であれば、図6に示す位置に限定されない。
図11は、本発明の第三実施形態に係るマイクロチップに形成された流路構造を示す模式図である。図11(A)はマイクロチップの上面図、(B)は断面図である。
図11では、テーパ部122を、合流流路12において、サンプル液導入流路11のシース液導入流路21,22との合流部である連通口111の下流に設ける場合を説明した。しかし、テーパ部122を設ける位置は、サンプル液導入流路11のシース液導入流路21,22との合流部の近傍であれば、図11に示す位置に限定されない。
本発明に係るマイクロチップの材質は、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ことが好ましい。
本発明に係る微小粒子分析装置には、上記したマイクロチップが搭載され得る。この微小粒子分析装置は、微小粒子の特性を分析し、その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も応用可能である。
具体的には、光学検出系は、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系と、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系と、によって構成される。微小粒子から発生する光の検出は、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行うことができる。
また、電気的検出系又は磁気的検出系は、検出部Dの流路に微小電極を配し、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。
111 連通口
12 合流流路
121 縮流部
122,123 テーパ部
21,22 第二の導入流路(シース液導入流路)
3 サンプル液供給口
4 シース液供給口
5 排出口
a,b 基板
D 検出部
S サンプル液層流
T シース液層流
Claims (11)
- サンプル液を導入する第一の導入流路と、
シース液を導入する二つの第二の導入流路と、
前記第一の導入流路及び前記第二の導入流路に連通し、これらの流路から送流される流体が合流して通流する合流流路と、が形成されており、
前記第二の導入流路は、前記第一の導入流路を挟んで配設され、それぞれ前記第一の導入流路の側方から合流することにより、前記合流流路では前記サンプル液が前記シース液の中心を流れる構成であって、
前記合流流路は、
前記第一の導入流路と前記第二の導入流路の合流部と、
前記合流部の送流方向下流に設けられた縮流部と、
前記合流部と前記縮流部との間に設けられたテーパ部と、
前記テーパ部と前記縮流部の間に設けられ、前記テーパ部の終点から前記縮流部の始点までの流路幅が一定の流路と、を有し、
前記テーパ部の終点の流路深さ及び流路幅は前記合流部の流路深さ及び流路幅より小さく、前記縮流部の始点の流路深さは前記テーパ部の終点の流路深さと同一であり、
前記縮流部は送液方向に対する垂直断面の面積が次第に小さくなり、合流後のサンプル液を幅方向及び深さ方向に絞り込むように形成される、
マイクロチップ。 - 前記テーパ部と前記縮流部の間に形成されている流路の深さは一定である、請求項1に記載のマイクロチップ。
- 前記テーパ部は、前記第一の導入流路及び前記第二の導入流路を含む平面に対する垂直方向における流路深さが流体の送流方向に従って次第に小さくなり、前記第一の導入流路に対する前記第二の導入流路の挟み込み方向における流路幅は一定又は流体の送流方向に従って次第に小さくなる請求項1又は2に記載のマイクロチップ。
- 前記縮流部は、流路幅及び流路深さが送流方向に従って次第に小さくなる請求項1〜3のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- 前記テーパ部は、流路深さが流体の送流方向に従って次第に小さくなり、流路深さ方向におけるテーパ角度が、前記第一の導入流路への前記第二の導入流路の合流角度又は前記合流流路の絞り角よりも大きい請求項1〜4のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- 前記第一の導入流路の流路深さは、前記第二の導入流路の流路深さよりも小さく形成され、
前記合流流路への第一の導入流路の連通口は、第二の導入流路の流路深さ方向の略中央位置に設けられている請求項1〜5のいずれか一項に記載のマイクロチップ。 - 前記合流流路への第一の導入流路の連通口は、前記第二の導入流路のそれぞれの流路壁を含む領域に開口されている請求項1〜6のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- 前記テーパ部の起点が、前記連通口と一致する位置又は前記連通口よりも上流側若しくは下流側に設けられている請求項6又は7に記載のマイクロチップ。
- 前記合流流路において、前記サンプル液と、前記シース液と、により、層流が形成される請求項1〜8のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- 前記合流流路は、前記縮流部の下流に前記第一の導入流路から送流される流体中に含まれる微小粒子の検出部を有する請求項1〜9のいずれか一項に記載のマイクロチップ。
- サンプル液を導入する第一の導入流路と、シース液を導入する二つの第二の導入流路と、前記第一の導入流路及び前記第二の導入流路に連通し、これらの流路から送流される流体が合流して通流する合流流路と、が形成されており、前記第二の導入流路は、前記第一の導入流路を挟んで配設され、それぞれ前記第一の導入流路の側方から合流することにより前記合流流路では前記サンプル液が前記シース液の中心を流れる構成であって、前記合流流路は、前記第一の導入流路と前記第二の導入流路の合流部と、前記合流部の送流方向下流に設けられた縮流部と、前記合流部と前記縮流部との間に設けられたテーパ部と、前記テーパ部と前記縮流部の間に設けられ、前記テーパ部の終点から前記縮流部の始点までの流路幅が一定の流路と、を有し、前記テーパ部の終点の流路深さ及び流路幅は前記合流部の流路深さ及び流路幅より小さく、前記縮流部の始点の流路深さは前記テーパ部の終点の流路深さと同一であり、前記縮流部は送液方向に対する垂直断面の面積が次第に小さくなり、合流後のサンプル液を幅方向及び深さ方向に絞り込むように形成される、マイクロチップと、
前記合流流路を通流する微小粒子に対してレーザー光を照射する照射系と、
前記微小粒子からの光を検出する検出系と、
からなる微小粒子分析装置。
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