JP7245242B2 - チップ及び流体の合流方法 - Google Patents

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Description

本発明は、検査又は分析に用いられるチップ及び該チップを用いた流体の合流方法に関する。
従来、流体が送液される流路が設けられているチップを用いて、各種検体又は試料の送液や反応を制御することにより、血液検査や遺伝子検査などの検査や分析が試みられている。このようなチップにおいては、複数の流体を合流させ、混合することを可能とする流路構造が設けられることがある。
下記の特許文献１には、複数のマイクロ流路が合流部に接続されている、チップが開示されている。特許文献１では、複数のマイクロ流路から合流部にマイクロ流体を送液するタイミングを揃えるために、合流部の手前において、マイクロ流路の内面が表面処理されている。
特許第３７９３４３３号公報
特許文献１に記載のチップでは、複数の流路に表面処理を施すことにより、合流部への到達のタイミングの一致が図られている。しかしながら、タイミングを正確に合わせることは困難である。このタイミングがわずかにでもずれると、気泡が噛みこむおそれがある。気泡が噛みこむと、送液タイミング、複数の流体間の拡散や混合、さらには合流により発生させる反応等に悪影響が生じるおそれがある。
また、複数の流体を合流させる場合、送液ポンプに高精度な吐出量制御が求められる。しかしながら、高精度な吐出量制御をしようとすると、大掛かりな装置が必要となり、小型化が難しいという問題がある。また、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明の目的は、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる、チップ及び該チップを用いた流体の合流方法を提供することにある。
本発明に係るチップは、流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップであって、第１の流体が送液される第１の流路と、第２の流体が送液される第２の流路と、前記第１の流路の下流側端部側に設けられており、前記第１の流体及び前記第２の流体が合流される合流部と、前記合流部において、前記第１の流路及び前記第２の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第１の接続流路と、前記第１の接続流路よりも下流側において、前記第２の流路に接続されている、ガス抜き用流路と、前記合流部より下流側に設けられている、第３の流路と、前記第１の流路及び前記第３の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第２の接続流路と、を備える。
本発明に係るチップのある特定の局面では、前記第２の流路の下流側端部で分岐している、第１の分岐流路をさらに備え、前記ガス抜き用流路は、前記第１の分岐流路に連ねられている。
本発明に係るチップの他の特定の局面では、前記第１の接続流路の送液抵抗が、前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第１の流路の下流側端部で分岐している、第２の分岐流路をさらに備え、前記第２の分岐流路に前記第１の接続流路が接続されている。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第２の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路の送液抵抗よりも大きい。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第１の流路の前記第１の接続流路との接続位置よりも上流側において、前記第１の流路及び前記第２の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第３の接続流路をさらに備える。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第３の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路及び前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第１の流路の前記第１の接続流路との接続位置よりも上流側において、前記第１の流路から分岐している、第３の分岐流路をさらに備え、前記第３の分岐流路及び前記第１の分岐流路を接続しており、前記第１の分岐流路より送液抵抗が高められている、第４の接続流路をさらに備える。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第４の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路及び前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、前記第１の流路が前記第３の分岐流路に分岐する部分を分岐部としたときに、前記第１の流路の前記分岐部より下流側が秤量部であり、前記第３の分岐流路が、廃液流路である。
本発明に係るチップのさらに他の特定の局面では、各接続流路における前記送液抵抗が、流路狭窄により付与されている。
本発明に係る流体の合流方法は、本発明に従って構成されるチップを用いた流体の合流方法であって、前記第１の流体を前記第１の流路から前記合流部に送液し、前記合流部において、前記第１の流体を停止させる工程と、前記第２の流体を前記第２の流路から前記合流部に送液し、前記第１の流体及び前記第２の流体を合流させる工程とを備える。
本発明によれば、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる、チップ及び該チップを用いた流体の合流方法を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るチップの外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。 図６は、本発明の第３の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。 図８は、本発明の第４の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。
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。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るチップの外観を示す斜視図である。
チップ１は、検査用又は分析用のチップである。本実施形態において、チップ１は、矩形板状の形状を有する。もっとも、チップ１の形状は、特に限定されない。
本実施形態において、基板２と、基板２上に設けられたカバー部材３とを有する。基板２は、合成樹脂の射出成形体からなる。カバー部材３は、エラストマーや合成樹脂からなる。もっとも、基板２及びカバー部材３は、他の材料に構成されていてもよい。また、チップ１は、複数枚の合成樹脂シートを積層することにより構成されていてもよく、その構造は特に限定されない。
チップ１の内部には、流体が送液される流路が設けられている。流体としては、液体試薬などを用いることができる。流体は、マイクロ流体であってもよい。また、ここでは、流路がマイクロ流路である。流路は、マイクロ流路ではなく、マイクロ流路よりも断面積の大きな流路であってもよい。もっとも、マイクロ流路であることが好ましい。それによって、微量の試料により、様々な検査や分析を行うことができる。
ところで、マイクロ流路とは、流体の搬送に際し、マイクロ効果が生じるような微細な流路をいう。このようなマイクロ流路では、流体は、表面張力の影響を強く受け、通常の大寸法の流路を流れる流体とは異なる挙動を示す。
マイクロ流路の横断面形状及び大きさは、上記のマイクロ効果が生じる流路であれば特に限定はされない。例えば、マイクロ流路に流体を流す際、ポンプや重力を用いる場合には、送液抵抗を低下させる観点から、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合に、小さい方の辺の寸法で、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。チップ１を用いたマイクロ流体デバイスのより一層の小型化の観点より、小さい方の辺の寸法で、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。
また、マイクロ流路の横断面形状がおおむね円形の場合には、直径（楕円の場合には、短径）が、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上がさらに好ましい。マイクロ流体デバイスのより一層の小型化の観点より、直径（楕円の場合には、短径）は、５ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下がさらに好ましい。
一方、例えば、マイクロ流路に流体を流す際、毛細管現象を有効に活用する場合には、マイクロ流路の横断面形状がおおむね長方形（正方形を含む）の場合には、小さい方の辺の寸法で、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、小さい方の辺の寸法で、２００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。
本実施形態において、チップ１内には、図２に示す流路４のような流路構造が構成されている。
図２に示すように、流路４は、第１の流路５、第２の流路６、第３の流路７、合流部８、第１の接続流路９、第２の接続流路１０、第１の分岐流路１１、第２の分岐流路１２、及びガス抜き用流路１３を有する。
第１の流路５及び第２の流路６は、それぞれ、第１の流体及び第２の流体が送液される流路である。第１の流体及び第２の流体は、それぞれ、液体である。第１の流体及び第２の流体は、それぞれ、マイクロ流体であってもよい。本実施形態では、第１の流路５が主流路であり、第２の流路６が回収液用流路である。もっとも、第１の流路５及び第２の流路６の用途は特に限定されない。
第１の流路５の下流側端部５ａ側には、合流部８が設けられている。合流部８は、第１の流体及び第２の流体が合流される部分である。
より具体的に、本実施形態では、第１の流路５の下流側端部５ａにおいて、第２の分岐流路１２に分岐している。この第２の分岐流路１２に第１の接続流路９が連ねられている。それによって、合流部８が構成されている。
第１の接続流路９は、第１の流路５及び第２の流路６を接続する流路である。第１の接続流路９では、第１の流路５よりも送液抵抗が高められている。本実施形態では、流路狭窄により送液抵抗が付与されている。従って、第１の接続流路９の断面積は、第１の流路５の断面積より小さい。第１の接続流路９の断面積と第１の流路５の断面積との比（第１の接続流路９／第１の流路５）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第１の接続流路９の断面積と第１の流路５の断面積との比（第１の接続流路９／第１の流路５）は、０．１以上、０．６以下とすることが好ましい。
第１の接続流路９は、第２の流路６の下流側端部６ａに接続されている。第２の流路６の下流側端部６ａにおいては、第１の分岐流路１１に分岐している。第１の分岐流路１１には、ガス抜き用流路１３が連ねられている。ガス抜き用流路１３は、液体は通すことができないが、気体を通すことのできる流路である。ガス抜き用流路１３は、チップ１の外部に接続されている。ガス抜き用流路１３では、流路の断面積が極めて小さくされている。ガス抜き用流路１３の断面積と第１の分岐流路１１の断面積との比（ガス抜き用流路１３／第１の分岐流路１１）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。ガス抜き用流路１３の断面積と第１の分岐流路１１の断面積との比（ガス抜き用流路１３／第１の分岐流路１１）は、０．０１以上、０．４以下とすることが好ましく、０．０１以上、０．１以下とすることがより好ましい。
合流部８よりさらに下流側には、第３の流路７が設けられている。第１の流路５及び第３の流路７は、第２の接続流路１０により接続されている。第２の接続流路１０では、第１の流路５よりも送液抵抗が高められている。本実施形態では、流路狭窄により送液抵抗が付与されている。従って、第２の接続流路１０の断面積は、第１の流路５の断面積より小さい。第２の接続流路１０の断面積と第１の流路５の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の流路５）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第２の接続流路１０の断面積と第１の流路５の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の流路５）は、０．２以上、０．８以下とすることが好ましい。
また、本実施形態においては、第１の接続流路９の送液抵抗が、第２の接続流路１０の送液抵抗よりも大きい。従って、第１の接続流路９の断面積は、第２の接続流路１０の断面積より小さい。第１の接続流路９の断面積と第２の接続流路１０の断面積との比（第１の接続流路９／第２の接続流路１０）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第１の接続流路９の断面積と第２の接続流路１０の断面積との比（第１の接続流路９／第２の接続流路１０）は、０．１以上、０．８以下とすることが好ましい。もっとも、本発明においては、第２の接続流路１０の送液抵抗が、第１の接続流路９の送液抵抗よりも大きくてもよいし、同じであってもよい。第１の接続流路９及び第２の接続流路１０の送液抵抗の関係は、流路４の流路構造により適宜決定することができる。
本実施形態のチップ１は、上記のような流路構造を有するため、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。この点については、以下に示す具体的な合流方法により説明することができる。
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。
本実施形態に係る流体の合流方法では、図３（ａ）に示すように、まず、第１の流体１４を、第１の流路５から合流部８に向かって送液する。この送液は、好ましくは、第１の流体１４の後方からガスを付与することにより行われる。このようなガスを発生する送液ポンプ（マイクロポンプ）が、第１の流路５に連結されている。マイクロポンプは、本実施形態のように、チップ１の内部に設けられていてもよいし、チップ１の外部に設けられていてもよい。
また、他の送液手段としては、第１の流路５より上流側に連結された空間に配置されたガス発生部材が挙げられる。ガス発生部材とは、光や熱等の外力によりガスを発生する部材である。ガス発生部材に所定のタイミングで外力を加えることによりガスを発生させ、第１の流路５にガスを送り込むことができる。それによって、第１の流体１４を、第１の流路５から合流部８に向かって送液することができる。ガス発生部材としては、例えば、ガス発生テープが挙げられる。なお、送液手段は、第１の流路５から合流部８に向かって送液することができることができる限りにおいて、他の適宜の手段を用いてもよい。
次に、第２の流体１５を、第２の流路６から合流部８に向かって送液する。第２の流体１５の送液方法は、特に限定されない。好ましくは、第１の流体１４と同様に、送液ポンプからガスを送り込む方法が挙げられる。その場合には、第１の流体１４及び第２の流体１５の送液手段を同じとすることにより、コストのより一層の低減を果たすことができる。なお、第１の流体１４が合流部８内において停止しているため、第２の流体１５を合流部８に送液すると、両者が接触した段階で気泡を巻き込み難い。
次に、図３（ｂ）に示すように、第１の流路５及び第２の流路６の少なくとも一方からさらにガスを供給することにより、第１の流体１４及び第２の流体１５を第３の流路７から排出し、回収することができる。なお、第１の流体１４及び第２の流体１５は、第３の流路７やさらに下流側において混合されてもよい。また、第３の流路７やさらに下流側において、ＰＣＲなどの反応が行われてもよい。
本実施形態のチップ１では、上記のように、先に第１の流体１４を合流部８内において停止させ、しかる後第２の流体１５を合流部８に送液し、第１の流体１４と接触させる。従って、第１の流体１４と第２の流体１５の送液のタイミングを高精度に一致させる必要がない。そのため、複雑な送液制御機構を有する大掛かりな装置を必要とせず、小型化を図ることができる。
また、第１の流体１４が停止しているため、合流に際しての気泡の噛みこみも生じ難い。加えて、第１の流体１４が停止している合流部８に接続されている第２の流路６の下流側端部６ａは、第１の分岐流路１１を介してガス抜き用流路１３に接続されている。そのため、第１の流体１４と第２の流体１５の間の空気をガス抜き用流路１３から逃がすことができる。従って、特にこの点からも、合流に際しての気泡の噛みこみを確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、合流部８で第１の流体１４が停止した後にポンプを作動し続けても、第２の接続流路１０からガスを逃がすことができるので、第１の流体１４を合流部８に留まらせることができる。また、第１の接続流路９の送液抵抗が、第２の接続流路１０の送液抵抗よりも大きいので、第１の流体１４が過剰に送液された場合も、図３（ａ）に示すように第３の流路７側に押し出される。それによって、第１の流体１４を合流部８に留まらせることができる。よって、吐出量精度が低い送液ポンプを用いた場合にも、第１の流体１４及び第２の流体１５を確実に合流させることができる。なお、第３の流路７側に押し出された第１の流体１４も後工程において合流させることができる。
以上より、チップ１を用いた合流方法では、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。また、高精度な吐出量制御を必要としないので、チップ１の小型化や製造コストの低減を図ることもできる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。
第２の実施形態のチップ２１内には、流路２４のような流路構造が構成されている。
図４に示すように、チップ２１では、第１の流路５の下流側端部５ａにおける第２の接続流路１０との接続位置より上流側において、第１の接続流路９が第１の流路５に直接的に接続されている。それによって、合流部２８が構成されている。従って、チップ２１では、第２の分岐流路１２が設けられていない。
また、チップ２１では、第２の接続流路１０の送液抵抗が、第１の接続流路９の送液抵抗よりも大きい。従って、第２の接続流路１０の断面積は、第１の接続流路９の断面積より小さい。第２の接続流路１０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の接続流路９）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第２の接続流路１０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の接続流路９）は、０．１以上、０．８以下とすることが好ましい。本実施形態では、第２の接続流路１０の送液抵抗が、第１の接続流路９の送液抵抗よりも大きいことが望ましいが、第１の接続流路９の送液抵抗と同じか、小さくてもよい。
また、チップ２１では、第１の流路５の第１の接続流路９との接続位置より上流側の部分と、第１の分岐流路１１とが、第３の接続流路１６により接続されている。第３の接続流路１６でも、第１の流路５よりも送液抵抗が高められている。第３の接続流路１６でも、流路狭窄により送液抵抗が付与されている。従って、第３の接続流路１６の断面積は、第１の流路５の断面積より小さい。第３の接続流路１６の断面積と第１の流路５の断面積の比（第３の接続流路１６／第１の流路５）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第３の接続流路１６の断面積と第１の流路５の断面積の比（第３の接続流路１６／第１の流路５）は、０．０１以上、０．４以下とすることが好ましい。
また、第３の接続流路１６の送液抵抗は、第１の接続流路９及び第２の接続流路１０の送液抵抗よりも大きい。従って、第３の接続流路１６の断面積は、第１の接続流路９及び第２の接続流路１０の断面積より小さい。第３の接続流路１６の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第３の接続流路１６／第１の接続流路９）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第３の接続流路１６の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第３の接続流路１６／第１の接続流路９）は、０．０１以上、０．４以下とすることが好ましい。
その他の点は、第１の実施形態と同様である。
本実施形態のチップ２１は、上記のような流路構造を有するため、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。この点については、以下に示す具体的な合流方法により説明することができる。
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。
本実施形態に係る流体の合流方法においても、図５（ａ）に示すように、まず、第１の流体１４を、第１の流路５から合流部２８に向かって送液する。この送液は、好ましくは、第１の流体１４の後方からガスを付与することにより行われる。このようなガスを発生する送液ポンプ（マイクロポンプ）が、第１の流路５に連結されている。
次に、第２の流体１５を、第２の流路６から合流部２８に向かって送液する。第２の流体１５の送液方法は、特に限定されない。好ましくは、第１の流体１４と同様に、送液ポンプからガスを送り込む方法が挙げられる。その場合には、第１の流体１４及び第２の流体１５の送液手段を同じとすることにより、コストのより一層の低減を果たすことができる。なお、第１の流体１４が合流部２８内において停止しているため、第２の流体１５を合流部２８に送液すると、両者が接触した段階で気泡を巻き込み難い。
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の流路５及び第２の流路６の少なくとも一方からさらにガスを供給することにより、第１の流体１４及び第２の流体１５を第３の流路７から排出し、回収することができる。なお、第１の流体１４及び第２の流体１５は、第３の流路７やさらに下流側において混合されてもよい。また、第３の流路７やさらに下流側において、ＰＣＲなどの反応が行われてもよい。
本実施形態の合流方法においても、上記のように、先に第１の流体１４を合流部２８内において停止させ、しかる後第２の流体１５を合流部２８に送液し、第１の流体１４と接触させる。従って、第１の流体１４と第２の流体１５の送液のタイミングを高精度に一致させる必要がない。そのため、複雑な送液制御機構を有する大掛かりな装置を必要とせず、小型化を図ることができる。
また、第１の流体１４が停止しているため、合流に際しての気泡の巻き込みも生じ難い。加えて、第１の流体１４が停止している合流部２８に接続されている第２の流路６の下流側端部６ａは、第１の分岐流路１１を介してガス抜き用流路１３に接続されている。そのため、第１の流体１４と第２の流体１５の間の空気をガス抜き用流路１３から逃がすことができる。従って、特にこの点からも、合流に際しての気泡の噛みこみを確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、合流部２８で第１の流体１４が停止した後にポンプを作動し続けても、第３の接続流路１６からガスを逃がすことができるので、第１の流体１４を合流部２８に留まらせることができる。よって、吐出量精度が低い送液ポンプを用いた場合にも、第１の流体１４及び第２の流体１５を確実に合流させることができる。
以上より、チップ２１を用いた合流方法においても、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。また、高精度な吐出量制御を必要としないので、チップ２１の小型化や製造コストの低減を図ることもできる。
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。
第３の実施形態のチップ３１内には、流路３４のような流路構造が構成されている。
図６に示すように、チップ３１では、第１の流路５の下流側端部における第２の接続流路１０との接続位置より上流側において、第１の接続流路９が第１の流路５に直接的に接続されている。それによって、合流部３８が構成されている。従って、チップ３１では、第２の分岐流路１２が設けられていない。
また、チップ３１では、第２の接続流路１０の送液抵抗が、第１の接続流路９の送液抵抗よりも大きい。従って、第２の接続流路１０の断面積は、第１の接続流路９の断面積より小さい。第２の接続流路１０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の接続流路９）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第２の接続流路１０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第２の接続流路１０／第１の接続流路９）は、０．１以上、０．８以下とすることが好ましい。本実施形態では、第２の接続流路１０の送液抵抗が、第１の接続流路９の送液抵抗よりも大きいことが望ましいが、第１の接続流路９の送液抵抗と同じか小さくてもよい。
また、チップ３１では、第１の流路５の第１の接続流路９との接続位置よりも上流側において、第１の流路５から分岐している、第３の分岐流路１７が設けられている。本実施形態では、第１の流路５が第３の分岐流路１７に分岐する部分を分岐部１８としたときに、第１の流路５の分岐部１８より下流側が秤量部１９とされている。また、第３の分岐流路１７が、廃液流路である。第３の分岐流路１７の送液抵抗は、第１の流路５の送液抵抗と同じか、第１の流路５の送液抵抗より大きいことが望ましい。もっとも、流路構造により、適宜設定することができる。
また、チップ３１では、第３の分岐流路１７及び第１の分岐流路１１を接続している、第４の接続流路２０が設けられている。第４の接続流路２０では、第３の分岐流路１７よりも送液抵抗が高められている。第４の接続流路２０でも、流路狭窄により送液抵抗が付与されている。従って、第４の接続流路２０の断面積は、第３の分岐流路１７の断面積より小さい。第４の接続流路２０の断面積と第３の分岐流路１７の断面積との比（第４の接続流路２０／第３の分岐流路１７）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第４の接続流路２０の断面積と第３の分岐流路１７の断面積との比（第４の接続流路２０／第３の分岐流路１７）は、０．０１以上、０．４以下とすることが好ましい。
また、第４の接続流路２０の送液抵抗は、第１の接続流路９及び第２の接続流路１０の送液抵抗よりも大きい。従って、第４の接続流路２０の断面積は、第１の接続流路９及び第２の接続流路１０の断面積より小さい。第４の接続流路２０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第４の接続流路２０／第１の接続流路９）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。第４の接続流路２０の断面積と第１の接続流路９の断面積との比（第４の接続流路２０／第１の接続流路９）は、０．０１以上、０．７以下とすることが好ましい。
その他の点は、第１の実施形態と同様である。
本実施形態のチップ３１は、上記のような流路構造を有するため、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。この点については、以下に示す具体的な合流方法により説明することができる。
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。
本実施形態に係る流体の合流方法においても、図７（ａ）に示すように、まず、第１の流体１４を、第１の流路５から合流部３８に向かって送液する。この送液は、好ましくは、第１の流体１４の後方からガスを付与することにより行われる。このようなガスを発生する送液ポンプ（マイクロポンプ）が、第１の流路５に連結されている。
次に、第２の流体１５を、第２の流路６から合流部３８に向かって送液する。第２の流体１５の送液方法は、特に限定されない。好ましくは、第１の流体１４と同様に、送液ポンプからガスを送り込む方法が挙げられる。その場合には、第１の流体１４及び第２の流体１５の送液手段を同じとすることにより、コストのより一層の低減を果たすことができる。なお、第１の流体１４が合流部３８内において停止しているため、第２の流体１５を合流部３８に送液すると、両者が接触した段階で気泡を巻き込み難い。
次に、図７（ｂ）に示すように、第１の流路５及び第２の流路６の少なくとも一方からさらにガスを供給することにより、第１の流体１４及び第２の流体１５を第３の流路７から排出し、回収することができる。なお、第１の流体１４及び第２の流体１５は、第３の流路７やさらに下流側において混合されてもよい。また、第３の流路７やさらに下流側において、ＰＣＲなどの反応が行われてもよい。
本実施形態の合流方法においても、上記のように、先に第１の流体１４を合流部３８内において停止させ、しかる後第２の流体１５を合流部３８に送液し、第１の流体１４と接触させる。従って、第１の流体１４と第２の流体１５の送液のタイミングを高精度に一致させる必要がない。そのため、複雑な送液制御機構を有する大掛かりな装置を必要とせず、小型化を図ることができる。
また、第１の流体１４が停止しているため、合流に際しての気泡の巻き込みも生じ難い。加えて、第１の流体１４が停止している合流部３８に接続されている第２の流路６の下流側端部６ａは、第１の分岐流路１１を介してガス抜き用流路１３に接続されている。そのため、第１の流体１４と第２の流体１５の間の空気をガス抜き用流路１３から逃がすことができる。従って、特にこの点からも、合流に際しての気泡の噛みこみを確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、多量の第１の流体１４を送液しても、秤量部１９で所定の第１の流体１４を秤量し、残りを廃液流路である第３の分岐流路１７側に押し出すことができる。また、合流部３８で第１の流体１４が停止した後にポンプを作動し続けても、第３の分岐流路１７にガスを押し出すことができるので、第１の流体１４を合流部３８に留まらせることができる。よって、吐出量精度が低い送液ポンプを用いた場合にも、第１の流体１４及び第２の流体１５を確実に合流させることができる。
以上より、チップ３１を用いた合流方法においても、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。また、高精度な吐出量制御を必要としないので、チップ３１の小型化や製造コストの低減を図ることもできる。また、送液する流体の量を精度よく秤量することもできる。
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態に係るチップの流路構造を説明するための模式的平面図である。
第４の実施形態のチップ４１内には、流路４４のような流路構造が構成されている。
図８に示すように、チップ４１では、第２の流路４６の下流側における流路の途中に第１の接続流路９が接続されている。また、第２の流路４６の下流側端部４６ａには、直接的にガス抜き用流路１３が接続されている。従って、チップ４１では、第１の分岐流路１１が設けられていない。また、チップ４１では、ガス抜き用流路１３の断面積と第２の流路４６の断面積との比（ガス抜き用流路１３／第２の流路４６）は、例えば、０．０１以上、０．８以下とすることができる。ガス抜き用流路１３の断面積と第２の流路４６の断面積との比（ガス抜き用流路１３／第２の流路４６）は、０．０１以上、０．４以下とすることが好ましく、０．０１以上、０．１以下とすることがより好ましい。
その他の点は、第１の実施形態と同様である。
図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るチップを用いた流体の合流方法を説明するための模式的平面図である。
本実施形態に係る流体の合流方法においても、図９（ａ）に示すように、まず、第１の流体１４を、第１の流路５から合流部８に向かって送液する。この送液は、好ましくは、第１の流体１４の後方からガスを付与することにより行われる。このようなガスを発生する送液ポンプ（マイクロポンプ）が、第１の流路５に連結されている。
次に、第２の流体１５を、第２の流路４６から合流部８に向かって送液する。第２の流体１５の送液方法は、特に限定されない。好ましくは、第１の流体１４と同様に、送液ポンプからガスを送り込む方法が挙げられる。その場合には、第１の流体１４及び第２の流体１５の送液手段を同じとすることにより、コストのより一層の低減を果たすことができる。なお、第１の流体１４が合流部８内において停止しているため、第２の流体１５を合流部８に送液すると、両者が接触した段階で気泡を巻き込み難い。
次に、図９（ｂ）に示すように、第１の流路５及び第２の流路４６の少なくとも一方からさらにガスを供給することにより、第１の流体１４及び第２の流体１５を第３の流路７から排出し、回収することができる。なお、第１の流体１４及び第２の流体１５は、第３の流路７やさらに下流側において混合されてもよい。また、第３の流路７やさらに下流側において、ＰＣＲなどの反応が行われてもよい。
本実施形態の合流方法においても、上記のように、先に第１の流体１４を合流部８内において停止させ、しかる後第２の流体１５を合流部８に送液し、第１の流体１４と接触させる。従って、第１の流体１４と第２の流体１５の送液のタイミングを高精度に一致させる必要がない。そのため、複雑な送液制御機構を有する大掛かりな装置を必要とせず、小型化を図ることができる。
また、第１の流体１４が停止しているため、合流に際しての気泡の噛みこみも生じ難い。加えて、第１の流体１４が停止している合流部８に接続されている第１の接続流路９よりも下流側において、第２の流路４６にガス抜き用流路１３が直接的に接続されている。そのため、第１の流体１４と第２の流体１５の間の空気をガス抜き用流路１３から逃がすことができる。従って、特にこの点からも、合流に際しての気泡の噛みこみを確実に抑制することができる。
また、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、合流部８で第１の流体１４が停止した後にポンプを作動し続けても、第２の接続流路１０からガスを逃がすことができるので、第１の流体１４を合流部８に留まらせることができる。また、第１の接続流路９の送液抵抗が、第２の接続流路１０の送液抵抗よりも大きいので、第１の流体１４が過剰に送液された場合も、図９（ａ）に示すように第３の流路７側に押し出される。それによって、第１の流体１４を合流部８に留まらせることができる。よって、吐出量精度が低い送液ポンプを用いた場合にも、第１の流体１４及び第２の流体１５を確実に合流させることができる。なお、第３の流路７側に押し出された第１の流体１４も後工程において合流させることができる。
以上より、チップ４１を用いた合流方法においても、送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる。また、高精度な吐出量制御を必要としないので、チップ４１の小型化や製造コストの低減を図ることもできる。
また、本実施形態のように、第２の流路４６の下流側端部４６ａには、直接的にガス抜き用流路１３が接続されていてもよい。ガス抜き用流路１３は、第１の接続流路９よりも下流側において、第２の流路４６に直接的又は間接的に接続されていればよい。もっとも、本発明においては、第１の実施形態のように、第２の流路６の下流側端部６ａが第１の分岐流路１１を介してガス抜き用流路１３に接続されていることが好ましい。この場合は、気泡の噛みこみをより一層抑制することができる。
１，２１，３１，４１…チップ
２…基板
３…カバー部材
４，２４，３４，４４…流路
５…第１の流路
５ａ，６ａ，４６ａ…下流側端部
６，４６…第２の流路
７…第３の流路
８，２８，３８…合流部
９…第１の接続流路
１０…第２の接続流路
１１…第１の分岐流路
１２…第２の分岐流路
１３…ガス抜き用流路
１４…第１の流体
１５…第２の流体
１６…第３の接続流路
１７…第３の分岐流路
１８…分岐部
１９…秤量部
２０…第４の接続流路

Claims (11)

  1. 流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップであって、
    第１の流体が送液される第１の流路と、
    第２の流体が送液される第２の流路と、
    前記第１の流路の下流側端部側に設けられており、前記第１の流体及び前記第２の流体が合流される合流部と、
    前記合流部において、前記第１の流路及び前記第２の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第１の接続流路と、
    前記第１の接続流路よりも下流側において、前記第２の流路に接続されている、ガス抜き用流路と、
    前記合流部より下流側に設けられている、第３の流路と、
    前記第１の流路及び前記第３の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第２の接続流路と、
    を備え、
    前記第１の接続流路の送液抵抗が、前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい、チップ。
  2. 前記第２の流路の下流側端部で分岐している、第１の分岐流路をさらに備え、
    前記ガス抜き用流路は、前記第１の分岐流路に連ねられている、請求項１に記載のチップ。
  3. 前記第１の流路の下流側端部で分岐している、第２の分岐流路をさらに備え、前記第２の分岐流路に前記第１の接続流路が接続されている、請求項１又は２に記載のチップ。
  4. 流体が送液される流路が設けられている、検査用又は分析用のチップであって、
    第１の流体が送液される第１の流路と、
    第２の流体が送液される第２の流路と、
    前記第１の流路の下流側端部側に設けられており、前記第１の流体及び前記第２の流体が合流される合流部と、
    前記合流部において、前記第１の流路及び前記第２の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第１の接続流路と、
    前記第１の接続流路よりも下流側において、前記第２の流路に接続されている、ガス抜き用流路と、
    前記合流部より下流側に設けられている、第３の流路と、
    前記第１の流路及び前記第３の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第２の接続流路と、
    を備え、
    前記第２の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路の送液抵抗よりも大きい、チップ。
  5. 前記第１の流路の前記第１の接続流路との接続位置よりも上流側において、前記第１の流路及び前記第２の流路を接続しており、前記第１の流路より送液抵抗が高められている、第３の接続流路をさらに備える、請求項４に記載のチップ。
  6. 前記第３の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路及び前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい、請求項５に記載のチップ。
  7. 前記第２の流路の下流側端部で分岐している、第１の分岐流路と、
    前記第１の流路の前記第１の接続流路との接続位置よりも上流側において、前記第１の流路から分岐している、第３の分岐流路と、
    をさらに備え、
    前記第３の分岐流路及び前記第１の分岐流路を接続しており、前記第１の分岐流路より送液抵抗が高められている、第４の接続流路をさらに備える、請求項４に記載のチップ。
  8. 前記第４の接続流路の送液抵抗が、前記第１の接続流路及び前記第２の接続流路の送液抵抗よりも大きい、請求項７に記載のチップ。
  9. 前記第１の流路が前記第３の分岐流路に分岐する部分を分岐部としたときに、前記第１の流路の前記分岐部より下流側が秤量部であり、前記第３の分岐流路が、廃液流路である、請求項７又は８に記載のチップ。
  10. 各接続流路における前記送液抵抗が、流路狭窄により付与されている、請求項１～９のいずれか１項に記載のチップ。
  11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載のチップを用いた流体の合流方法であって、
    前記第１の流体を前記第１の流路から前記合流部に送液し、前記合流部において、前記第１の流体を停止させる工程と、
    前記第２の流体を前記第２の流路から前記合流部に送液し、前記第１の流体及び前記第２の流体を合流させる工程とを備える、流体の合流方法。
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