JPWO2014174807A1 - 流路デバイスおよびそれを用いた検出方法 - Google Patents

流路デバイスおよびそれを用いた検出方法 Download PDF

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Abstract

流路デバイスは、流路部と、導入路部とを有する。流路部は、検出対象物が流れる流路と、流路を囲む壁面とを有する。導入路部は、第１端が流路に接続され、第２端が導入口に接続された導入路と、導入路を囲む壁面とを有する。導入路を囲む壁面の少なくとも一部が導入路に対して凸な曲面である。

Description

本技術分野は、ウイルス等の検出対象物の検出に使用できる流路デバイスおよびそれを用いた検出方法に関する。
図１１は、従来の流路デバイス１００の概略断面図である。流路デバイス１００は、流路部１１１と、導入路部１１２とを有している。流路部１１１は、流路１０１を有している。流路１０１の周囲は壁面で囲まれている。導入路部１１２は、導入路１０２を有している。導入路１０２の周囲は壁面で囲まれている。導入路１０２の一端は流路１０１に接続されており、他端は導入口１０３に接続されている。導入路１０２は、境界面１０５（流路１０１の入口）から導入口１０３に向かって流路高さＨ１０が直線的に高くなるように形成されている。
注入排出口１０４から導入された試料１６０は、導入口１０３から導入路１０２を通り流路１０１へと運ばれる。
尚、この出願に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
国際公開第２０１２／０８１０７２号
流路デバイスは、流路部と、導入路部とを有する。流路部は、検出対象物が流れる流路と、流路を囲む壁面とを有する。導入路部は、第１端が流路に接続され、第２端が導入口に接続された導入路と、導入路を囲む壁面とを有する。
流路における、検出対象物が流れる方向に垂直な方向のうち、最短の方向において、流路を囲む壁面のうち、流路を挟んで対向する壁面を第１の壁面と第２の壁面とする。また、導入路を囲む壁面のうち、第１の壁面と隣接した壁面を第３の壁面とし、第２の壁面と隣接した壁面を第４の壁面とする。
第３の壁面の少なくとも一部が導入路に対して凸な曲面である。導入路の第２端における第３の壁面と第４の壁面との間の距離は、第１端における第３の壁面と第４の壁面との間の距離よりも大きい。
また、流路デバイスを用いた検出方法は、検出対象物を導入口に導入するステップと、検出対象物を流路デバイス内の導入路に流すステップと、その後、検出対象物を流路デバイス内の流路に流すステップと、を有する。
図１Ａは、本実施の形態１における流路デバイスの上面概略図である。 図１Ｂは、本実施の形態１における流路デバイスの断面概略図である。 図２は、本実施の形態１における流路デバイスの主要部を説明する図である。 図３Ａは、本実施の形態１における流路デバイスの導入路部の導入口における断面図である。 図３Ｂは、本実施の形態１における流路デバイスの導入路部の境界面における断面図である。 図４は、本実施の形態１における凝集体の模式図である。 図５は、本実施の形態１における流路デバイスに導入された凝集体の動作を示す模式図である。 図６Ａは、従来の流路デバイスの流路と導入路の境界面を示す断面模式図である。 図６Ｂは、本実施の形態の流路デバイスの流路と導入路の境界面を示す断面模式図である。 図７は、導入路の長さと試料の流れが停滞するまでの時間の関係を示すグラフである。 図８は、本実施の形態１における他の流路デバイスの断面概略図である。 図９は、本実施の形態２における流路デバイスの断面概略図である。 図１０は、本実施の形態２における流路デバイスの検出領域を伝播する電磁波の模式図である。 図１１は、従来の流路デバイスの概略断面図である。
本実施の形態の説明に先立ち、従来の課題を説明する。流路デバイス１００の流路１０１は、例えば、高さが数１０μｍ以上、１ｍｍ以下である。しかし、少量の試料を扱う場合、流路１０１は、高さが数μｍ以下であることが望まれる。このような、微細な流路１０１を有する流路デバイス１００に、ビーズ等の検出対象物を含む試料１６０が導入された場合、検出対象物と、導入路１０２の壁面および流路１０１の壁面とは近接している。検出対象物と壁面との距離が近いと、検出対象物が壁面から受ける影響は大きくなる。また、検出対象物が壁面と接触する確率が高くなる。そのため、検出対象物は壁面、特に高さが小さくなる境界面１０５の近傍の壁面に付着しやすくなる。
流路１０１の壁面近傍の試料１６０の流速は非常に小さい。さらに、流路デバイス１００に導入される検出対象物は非常に小さい。そのため、壁面に付着した検出対象物は、流路１０１の壁面から離れにくくなる。その結果、壁面に付着した検出対象物により、後から流れてくる検出対象物がせき止められ、流路１０１が詰まる。そうすると、検出対象物を含む試料１６０は、流路１０１内に導入されにくくなり、試料１６０の流れが停滞してしまう場合がある。
以下、上記の従来の課題を解決する本施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されない。
（実施の形態１）
図１Ａは、本実施の形態１における流路デバイス２０の上面概略図である。図１Ｂは、本実施の形態１における流路デバイス２０の断面概略図である。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ−１Ｂ断面を模式的に示している。
流路デバイス２０は、流路部３１と、導入路部３２とを有する。流路部３１は、検出対象物５０が流れる流路１と、流路１を囲む壁面７１とを有する。導入路部３２は、第１端が流路１に境界面８で接続され、第２端が導入口３に接続された導入路２と、導入路２を囲む壁面７２とを有する。
流路１における、検出対象物５０が流れる方向（矢印７）に垂直な方向のうち、最短の方向において、流路１を囲む壁面７１のうち、流路１を挟んで対向する壁面を第１の壁面４１と第２の壁面４２とする。また、導入路２を囲む壁面７２のうち、第１の壁面４１と隣接した壁面を第３の壁面４３とし、第２の壁面４２と隣接した壁面を第４の壁面４４とする。
第３の壁面４３の少なくとも一部が導入路２に対して凸な曲面である。導入路２の第２端（導入口３）における第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離は、第１端（境界面８）における第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離よりも大きい。
また、流路デバイス２０は、導入口３の上流側に試料６０の投入口４、および、貯留部５を有していてもよい。また、流路デバイス２０は、流路１の下流側に排出領域６を有していてもよい。
検出対象物５０を有する試料６０が、投入口４に導入される。投入口４に導入された試料６０は、一時的に貯留部５に貯留される。貯留された試料６０は、矢印７に示すように、導入口３から導入路２を通って流路１へと流れ、排出領域６に到達する。検出対象物５０が流路１内あるいは排出領域６内で検出される。
以下、本実施の形態１における流路デバイス２０について詳細に説明する。図２は、本実施の形態１における流路デバイス２０の主要部を説明する図である。図２は、図１Ｂの流路部３１と導入路部３２を拡大して示している。
ここで、第３の壁面４３は、導入路２に対して凸な曲面を有している。なお、曲面の形状は、なめらかな曲面であることがより好ましい。曲面の形状をなめらかな曲面とすることで、試料６０と第３の壁面４３との抵抗をより小さくすることができる。また、導入路２において、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向において、導入路２を囲む第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離が、境界面８（流路１の入口）から導入口３に向かって大きくなっている。ここで、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向とは、流路１の対向する壁面７１間の距離が最小である方向である。
以上の構成により、検出対象物５０と壁面７２との距離を、検出対象物５０と壁面７１との距離より大きくできる。そのため、導入口３において検出対象物５０が壁面から受ける影響は小さくなり、検出対象物５０と壁面とが接触する確率も低くなる。その結果、検出対象物５０は壁面に付着しにくくなる。
また、導入路部３２の第３の壁面４３の一部を導入路２に対して凸な曲面とすることにより、導入路２の壁面が平坦な場合に比べて試料６０と壁面との抵抗が小さくなる。そのため、導入路２から流路１への試料６０の流れが促進される。導入路２での試料６０の流れが促進されると、流路１と導入路２との境界面８における流速が大きくなる。その結果、検出対象物５０の詰まりが抑制される。したがって、検出対象物５０を含む試料６０は、流路１内に効率よく導入される。
流路１は、第１の壁面４１（上壁面）、第２の壁面４２（下壁面）、および側壁面５１、５２で形成されている（図１Ａ参照）。流路１の流路幅Ｄ１は、対向する側壁面５１、５２間の距離である。また、流路高さＴ１は、流路１における対向する第１の壁面４１と第２の壁面４２との距離である。流路幅Ｄ１が流路高さＴ１より大きい場合、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向は、流路デバイス２０の高さ方向である。以下の説明において、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向は、流路１の高さ方向であるとして説明する。なお、流路幅Ｄ１が流路高さＴ１より大きい場合、上面図における幅方向においてのみ導入路２が境界面８から導入口３に向かって大きくなっていたとしても、本発明の効果を十分に奏することができない。なぜなら、流路１に検出対象物５０が詰まる要因は、流路１の対向する壁面７１間の最小距離Ｍ１と検出対象物５０の寸法の相対的な関係で決まる。したがって、流路幅Ｄ１が流路高さＴ１より大きい場合、導入路２は、少なくとも流路デバイス２０の高さ方向つまり、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向が大きくなる必要がある。
本実施の形態では、上述のように、流路幅Ｄ１が流路高さＴ１より大きい場合を例に説明している。そのため、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向は高さ方向である。ただし、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向は、高さ方向に限定されるものではない。例えば、流路幅Ｄ１が流路高さＴ１より小さい場合、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向は、流路デバイス２０の幅方向となる。
ここで、流路１を挟んで対向する第１の壁面４１と第２の壁面４２との間の最小距離Ｍ１は、５μｍ以下であることが望ましい。最小距離Ｍ１が、５μｍ以下の場合、検出対象物５０と流路１を囲む壁面７１との距離が小さくなるため、本実施の形態の効果が顕著に現れる。このとき、検出対象物５０の最大寸法は、５μｍ以下であり、より好ましくは、２μｍ以下である。また、最小距離Ｍ１が１μｍ以下の場合、本実施の形態の効果はさらに顕著になる。流路デバイス２０で用いる検出対象物５０の最大寸法は、最小距離Ｍ１より小さい。したがって、流路１の最小距離Ｍ１が１μｍ以下である場合、検出対象物５０の最大寸法も１μｍ以下である。検出対象物５０が１μｍ以下の場合、物理的または化学的な相互作用で壁面７１に付着した検出対象物５０は、流路１内に流れがある場合でも、壁面７１から剥離されにくくなる。壁面７１に検出対象物５０が付着すると、その検出対象物５０を核として検出対象物５０が塊を形成し、流路１を詰まらせる可能性が高くなる。このような場合でも、境界面８から導入口３へ第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離が大きくなる導入路２を形成することにより、検出対象物５０は導入口３近傍で詰まりにくくなる。そのため、導入口３から流路１への試料６０の流れが停滞しにくくなり、検出対象物５０は流路１の壁面７１に付着しにくくなる。そのため、試料６０を、効率よく流路１内に導入できる。ただし、本実施の形態の流路デバイス２０は、流路１に試料６０が導入されればよく、最小距離Ｍ１の大きさは、特に限定されない。
ここで、流路１の対向する壁面７１間の距離がほぼ同じになるように形成されている。対向する壁面間の距離がほぼ同じとは、同一の場合に限られず、例えば、流路高さＴ１や流路幅Ｄ１がわずかに狭くなっている場合やわずかに広くなっているような場合も含まれる。例えば、流路高さＴ１や流路幅Ｄ１は、５％程度の増減があってもよい。また、流路１の形状としては、直方体などの多面体の形状や、円筒形状や、楕円筒形状などが用いられる。さらに、流路部３１は、例えば、ガラス、樹脂、シリコン、プラスチック、金属等により形成される。
流路１は、導入路２につながるように形成されている。導入口３は、導入路２において流路１の反対側に設けられている。導入口３は、境界面８、すなわち、流路１の縦断面に平行に設けられている。
本実施の形態において、導入路部３２の第３の壁面４３と流路部３１の第１の壁面４１は、滑らかに接続されているのが好ましい。導入路２と流路１の接続部を滑らかにすることで、検出対象物５０が境界面８の近傍で詰まりにくくなる。そのため、流路１内に試料６０がさらに効率よく導入できる。
また、導入路２において、第１の壁面４１の延長面１Ａａと、第３の壁面４３の少なくとも１つの接面２Ａａとのなす角度θ１は、鈍角である。さらに、より好ましくは、角度θ１は、１２０°以上、１８０°未満である。このような構成にすることにより、試料６０が緩やかに導入路２を流れるようになる。その結果、導入路２から流路１へと試料６０が効率よく導入される。特に、角度θ１を１４０°以上、１８０°未満とすることで、導入路２での抵抗がより減少し、流路１に導入される検出対象物５０の数が増加する。また、角度θ１を１５０°以上、１８０°未満にすることにより、凝集した検出対象物５０が導入路２で分散されやすくなる。さらに、角度θ１を１６０°以上、１８０°未満にすることにより、導入路２を囲む壁面７２による検出対象物５０の凝集をさらに抑制できるので、なお好ましい。なお、角度θ１は、第１の壁面４１の延長面１Ａａと、境界面８から導入口３への接面２Ａａとのなす角度θ１と定義してもよい。
図３Ａは、本実施の形態１における流路デバイス２０の導入路部３２の導入口３における断面Ｓ１を示す図である。図３Ｂは、本実施の形態１における流路デバイス２０の導入路部３２の境界面８における断面Ｓ２を示す図である。
断面Ｓ１において、対向する壁面間の最小距離とは、第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離ｈ１である。断面Ｓ２において、対向する壁面間の最小距離とは、第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離ｈ２である。導入口３の断面Ｓ１における対向する壁面間の距離ｈ１は、境界面８の断面Ｓ２における対向する壁面間の距離ｈ２より大きい。
このように、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向において、導入路部３２の第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離が、境界面８から導入口３に向かって大きくなる。
本実施の形態では、一箇所の凸な曲面を有する導入路部３２を示している。しかし、導入路部３２が凸な曲面を有する箇所は、一箇所でなく数箇所であってもよい。また、導入路部３２の全領域が、１つの凸な曲面を有している場合に限らず、導入路部３２の一部の領域が、１つの凸な曲面を有していてもよい。例えば、凸な曲面は、導入路２の全長が２ｍｍ以上の流路デバイスにおいては、境界面８から導入口３側へ２ｍｍの区間に形成してもよい。また、例えば、導入路の全長が２ｍｍ以下の流路デバイスにおいては、境界面８から導入路２の全長の半分までの区間に形成してもよい。また、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向における対向する壁面間の距離ｈ３は、流路１の流路高さＴ１よりも大きい（図２参照）。ここで距離ｈ３は、貯留部５における、第３の壁面４３の接面２Ａａの延長面と第４の壁面４４の延長面との間の距離である。
導入路部３２は、例えば、ガラス、樹脂、シリコン、プラスチック、金属等により形成される。なお、導入路部３２を構成する材料は、流路部３１を構成する材料と異なっていてもよい。ただし、流路部３１と導入路部３２を同じ材料で形成した方が、流路部３１と導入路部３２を一度に形成できるので好ましい。
ここで、検出対象物５０としては、例えば、ビーズ、ラテックス粒子、金属粒子等の微粒子や、血球等の細胞などが用いられる。検出対象物５０の大きさは１０μｍ以下であることが望ましい。また、微粒子には抗体が修飾されていてもよい。
図４は、本実施の形態１における凝集体１６の模式図である。表面に抗体１３が修飾された微粒子１４と、試料６０に含まれる抗原１５とが、抗原抗体反応により結合して、凝集体１６が形成されている。ここで、微粒子１４、または、凝集体１６が検出対象物５０に相当する。
試料６０中に抗体１３と特異的に結合する抗原１５が含まれている場合、抗体１３が修飾された微粒子１４は、抗原抗体反応により、凝集体１６を形成する。なお、抗体１３が修飾された微粒子１４は、試料６０と混合されていてもよい。また、抗体１３が修飾された一定数の微粒子１４が、貯留部５や導入路２、流路１などに予め固定されていてもよい。
図５は、本実施の形態１における流路デバイス２０に導入された凝集体１６の動作を示す模式図である。凝集体１６を含む試料６０が流路１に導入される様子を模式的に示している。ただし、図５では、試料６０は省略している。
流路デバイス２０は、図２で説明したように、流路部３１の第１の壁面４１の延長面１Ａａと第３の壁面４３の少なくとも１つの接面２Ａａとのなす角度θ１が鈍角である。また、導入路２は、境界面８から導入口３に向かって導入路２の高さが大きくなっている。つまり、導入口３における第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の最小距離は、境界面８における第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の最小距離よりも大きい。
抗体１３が修飾された微粒子１４が抗原抗体反応により凝集体１６を形成する場合、反応の進み具合によって凝集体１６の大きさが異なる。流路１内に凝集体１６を導入するためには、凝集体１６の最大寸法Ｌ１が流路１の対向する壁面７１間の最小距離Ｍ１よりも小さいことが必要である。しかし、反応の進み具合によっては、最大寸法Ｌ１が最小距離Ｍ１よりも大きい凝集体１６が形成される場合がある。最小距離Ｍ１よりも最大寸法Ｌ１の大きい凝集体１６は境界面８で詰まり、試料６０の流れを停滞させてしまう可能性がある。
しかしながら、流路デバイス２０は、境界面８から導入口３に向かって導入路２の対向する壁面間の距離が大きくなる構造を有している。そのため、流路１の最小距離Ｍ１よりも大きい最大寸法Ｌ１を有する凝集体１６は、境界面８だけではなく、導入路２にも止まる。このように、凝集体１６は、凝集体１６の寸法に合わせて導入路２内で分散される。その結果、導入路２、及び、流路１において、幅方向に試料６０が流れるために、試料６０の流れが停滞するのを防げる。したがって、流路デバイス２０において、凝集体１６を含む試料６０は、効率良く流路１内に導入される。
上記のことを模式図により説明する。
図６Ａは従来の流路デバイス１００の流路１０１と導入路１０２の境界面１０５を示す断面模式図である。図６Ｂは本実施の形態の流路デバイス２０の流路１と導入路２の境界面８を示す断面模式図である。図６Ａ、図６Ｂにおいて、大きさの異なる凝集体を凝集体１６Ａ、１６Ｂとしている。そして、簡略化のために、凝集体１６Ａ、１６Ｂを円で示している。
図６Ａに示すように、従来の流路デバイス１００では、流路１０１よりも大きい寸法の凝集体１６Ａ、１６Ｂはほとんどすべて、境界面１０５で止まる。そのため、境界面１０５において、流路デバイス１００の横方向に大きさの異なる凝集体１６Ａ、１６Ｂが配列する。その結果、境界面１０５で流路１が塞がってしまい、試料６０の流れが停滞する。
これに対して、本実施の形態では、図６Ｂに示すように、大きさの異なる凝集体１６Ａ、１６Ｂは、流路デバイス２０の断面図において、異なる箇所で止まる。その結果、境界面８で流路１が塞がらず、試料６０の流れが停滞しない。
また、導入路２の内部で抗原抗体反応が生じ、微粒子１４が凝集体１６を形成する場合、凝集体１６は壁面７２で囲まれた状態で形成されるため、凝集体１６の縦方向の成長が抑えられる。そのため、流路デバイス２０は、距離ｈ３よりも大きい最大寸法Ｌ１を有する凝集体１６の形成を抑制できる。
また、流路１の対向する壁面７１間の最小距離が、検出対象物５０の最大寸法の３０倍より小さい場合、凝集体１６が導入路部３２にとどまり始めるため、導入路部３２を設けることが有用である。また流路１の対向する壁面７１間の最小距離が、検出対象物５０の最大寸法の１０倍より小さいと、導入路部３２が無ければ凝集体１６を流したときに流路１が閉塞されてしまう場合がある。そのため、導入路部３２を設けることによる効果がより顕著になる。さらに流路１の対向する壁面７１間の最小距離が検出対象物５０の最大寸法の５倍より小さいとき、導入路部３２が無ければ凝集していない検出対象物５０が境界面８に付着するだけで流路１が閉塞されてしまう場合がある。そのため、導入路部３２を設けることによる効果が顕著になる。また、流路１の対向する壁面７１間の最小距離が検出対象物５０の最大寸法と比較して、ある程度大きければ、検出対象物５０が壁面から受ける影響や、検出対象物５０と壁面とが接触する確率が小さくなる。また、壁面に検出対象物５０が付着しても流路１の壁面間の最小距離が比較的大きいので、検出対象物５０が流路１を詰まらせる可能性は小さい。しかし、流路１の対向する壁面７１間の最小距離が検出対象物５０の最大寸法の３０倍より小さい場合、検出対象物５０が壁面から受ける影響は大きくなる。また、検出対象物５０と壁面との距離が近くなるとその分だけ検出対象物５０が壁面と接触する確率が高くなる。そのため、検出対象物５０は、流路１の壁面に付着しやすくなる。そして、流路１の対向する壁面７１間の最小距離が検出対象物５０の最大寸法と同程度である場合、壁面に付着した検出対象物５０が流路１に詰まりやすくなる。しかし、流路デバイス２０において、境界面８から導入口３へ壁面間の最小距離が大きくなる導入路２を設けることで、検出対象物５０は導入口３近傍で詰まりにくくなる。すなわち、導入口３から流路１への試料６０が流れるため、検出対象物５０が流路１の壁面に付着するのを抑制できる。そのため、検出対象物５０を含む試料６０を効率よく流路１内に導入できる。
ここで、導入路２の長さと、試料６０を流路デバイス２０に導入した際に検出対象物５０が流路１内に詰まり、試料６０の流れが停滞するまでの時間の関係を図７に示す。図７に示すように、導入路２を設けない場合は、試料６０の流れは、５分で停滞する。しかし、１ｍｍの長さの導入路２を設けることにより、試料６０は２７分流れる。試料６０を２５分以上流し続けることができれば、試料６０を流路１内に十分導入できる。したがって、導入路２の長さは、１ｍｍ以上であることが望ましい。さらに、３．５ｍｍの導入路２を設けることにより、試料６０は６０分以上流れ続ける。導入路２が３．５ｍｍの場合、試料６０の流れが速い状態で維持されるため、流路１内に試料６０を導入するのにかかる時間を短くできる。したがって、導入路２を３．５ｍｍ以上とすることがより望ましい。このように、導入路２の長さが長いほど、試料６０が停滞するまでにかかる時間は長くなる。なお、導入路２の長さが長くなると、デバイス自体の大きさが大きくなる。そのため、導入路２の長さは、２０ｍｍ以下であることが望ましい。
図８は、本実施の形態１における他の流路デバイス２６の断面概略図である。図８に示すように、導入路２は、境界面８から導入口３に向かって、上下両側に広がるように形成されていてもよい。流路部３１の第２の壁面４２の延長面１Ｂｂと、導入路部３２の第４の壁面４４の少なくとも１つの接面２Ｂｂの一部とのなす角度θ２は、鈍角である。さらに角度θ２は、１２０°以上１８０°未満であることが望ましい。また、角度θ２は、角度θ１と同じであっても、異なっていても良い。この構成により、距離ｈ４を大きくすることができる。ここで距離ｈ４は、貯留部５における、第３の壁面４３の接面２Ａａの延長面と第４の壁面４４の接面２Ｂｂとの間の距離である。その結果、検出対象物５０が導入口３近傍でより詰まりにくくなる。そのため、導入口３から流路１への試料６０の流れが滞らず、検出対象物５０を含む試料６０が、効率よく流路１内に導入される。
また導入路２は、境界面８に平行な断面において、境界面８から導入口３に向かって、検出対象物５０が流れる方向に垂直な方向のうち最短の方向以外の方向に対して、対向する第３の壁面４３と第４の壁面４４との間の距離が大きくなるように形成されていてもよい。この構成により、検出対象物５０を導入口３付近でより詰まりにくくできる。
（実施の形態２）
以下、本実施の形態２における流路デバイス２８について図面を参照しながら説明する。
図９は、本実施の形態２における流路デバイス２８の断面概略図である。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。
流路デバイス２８は、流路１内に、検出対象物５０が検出される検出領域２１を有し、検出領域２１の下流側に、検出対象物５０を集積する障壁２２を有している。
障壁２２は、検出対象物５０の最大寸法よりも流路１の対向する壁面７１間の最小距離が小さくなるように流路１内に設けられている。そのため、障壁２２と壁面７１とのすき間を微粒子や凝集体などの検出対象物５０は通過できず、検出領域２１に検出対象物５０が集積する。そして、この集積した検出対象物５０が検出される。
なお、障壁２２と壁面７１とのすき間を微粒子よりも大きく、かつ、凝集体よりも小さくなるように障壁２２を設けてもよい。この場合、検出対象物５０は凝集体である。微粒子が凝集体を形成したかどうかを検出することができる。微粒子に抗体が修飾されている場合、凝集体を形成することにより、試料中に抗原が含まれているかどうかを検出できる。
また、検出領域２１において、第１の壁面４１に、第１の金属層２３が形成されている。そして、第１の壁面４１に対向する第２の壁面４２に第２の金属層２４が形成されている。すなわち、流路１を囲む壁面７１の少なくとも一部に、流路１を挟むように金属層が形成されている。なお、第１の金属層２３や、第２の金属層２４は、検出領域２１のみに形成されていても、流路１全体に亘って形成されていてもよい。
第１の金属層２３、および第２の金属層２４は、金、銀等の金属で構成されている。
第１の金属層２３の上方には、電磁波源２５が配置されている。ここで、第１の金属層２３の上方とは、第１の金属層２３において第２の金属層２４の反対の方向である。電磁波源２５は第１の金属層２３の上方から検出領域２１に対して電磁波を照射する。照射された電磁波は、第１の金属層２３、および第２の金属層２４でそれぞれ反射される。使用者は、反射された２つの電磁波の干渉の変化を検知することにより、検出対象物５０の有無を検出できる。ここで、流路デバイス２８に照射される電磁波は可視光であることが望ましい。
第１の金属層２３の膜厚は、概ね１００ｎｍ以下である。第１の金属層２３が金で形成されている場合、第１の金属層２３の膜厚は５ｎｍ以上、１５ｎｍ以下であることが望ましい。
第２の金属層２４が金で形成されている場合、第２の金属層２４の膜厚は１００ｎｍ以上であることが望ましい。第２の金属層２４の膜厚が１００ｎｍ未満の場合、入射された電磁波（可視光）は第２の金属層２４を透過し、流路１内へ反射される電磁波の量が減ってしまうからである。
図１０は、本実施の形態２における流路デバイス２８の検出領域２１を伝播する電磁波の模式図である。第１の金属層２３の上方から角度φで入射された電磁波の一部は、第１の金属層２３で反射され、角度−φの方向に第１の金属層２３から上方へ向けて伝搬していく。ここで、第１の金属層２３の鉛直方向と電磁波の入射方向との間の角度をφとしている。そして、第１の金属層２３の鉛直方向に対して角度φと対称の角度を角度−φとしている。以下、第１の金属層２３の上方から入射された電磁波のうち、第１の金属層２３で反射されて第１の金属層２３から上方に向けて角度−φの方向へ伝搬していく電磁波を第１電磁波と呼ぶ。
第１の金属層２３で反射されなかった電磁波の大部分は、第１の金属層２３を透過して流路１内を伝搬し、第２の金属層２４に到達する。第２の金属層２４の厚みが１００ｎｍ以上と十分に厚い場合、第２の金属層２４に到来した電磁波のすべては第２の金属層２４において反射され、再び第１の金属層２３に向けて流路１内を伝搬する。そして、第１の金属層２３に到達した電磁波の一部は第１の金属層２３を透過し、第１の金属層２３から上方へ角度−φの方向に伝搬していく。以下、検出領域２１から第１の金属層２３を透過し、第２の金属層２４で反射され、第１の金属層２３の上方に角度−φの方向で伝搬していく電磁波を第２電磁波と呼ぶ。
また、第２の金属層２４で反射され、第１の金属層２３に到達したが第１の金属層２３を透過しなかった電磁波の大部分は第１の金属層２３で反射され、再び、流路１内を下方へ向けて伝搬する。
ここで、第１の金属層２３の上方において、第１電磁波と第２電磁波とは干渉し合う。電磁波の波長λ、第１の金属層２３と第２の金属層２４の間の距離Ｚ１、流路１内の屈折率ｎ、整数ｍを用いて、（式１）の条件が満たされる場合、第１電磁波と第２電磁波は弱め合う。また、（式２）の条件が満たされる場合、第１電磁波と第２電磁波は強め合う。
Figure 2014174807
Figure 2014174807
このような干渉条件は、第１の金属層２３と第２の金属層２４の間の距離Ｚ１や、流路１内の試料６０の屈折率ｎなどにより制御される。
第１の金属層２３の上方には光等の電磁波を検知する検知部（図示せず）が配置される。電磁波源２５からの電磁波を流路デバイス２８が反射又は輻射し、その電磁波を検知部が受信する。なお、検知部は必ずしも必要ではない。電磁波が可視光の場合には、使用者自身の目で電磁波の色の変化、強度を検知できる。これにより簡易で安価なセンサデバイスが得られる。なお、本実施の形態の流路デバイスは、センサデバイスや、混合デバイスなどの流体を扱うデバイスに用いられる。
本実施の形態における流路デバイスは、簡単な構成で検出対象物を含む試料を微細な流路内に効率よく導入できる。そのために、検出感度が高く、低コストのバイオセンサ等に利用できる。
１，１０１ 流路
１Ａａ，１Ｂｂ 延長面
２Ａａ，２Ｂｂ 接面
２，１０２ 導入路
３ 導入口
４ 投入口
５ 貯留部
６ 排出領域
７ 矢印
８，１０５ 境界面
１３ 抗体
１４ 微粒子
１５ 抗原
１６，１６Ａ，１６Ｂ 凝集体
２０，２６，２８，１００ 流路デバイス
２１ 検出領域
２２ 障壁
２３ 第１の金属層
２４ 第２の金属層
２５ 電磁波源
３１ 流路部
３２ 導入路部
４１ 第１の壁面
４２ 第２の壁面
４３ 第３の壁面
４４ 第４の壁面
５０ 検出対象物
５１，５２ 側壁面
６０，１６０ 試料
７１，７２ 壁面
Ｄ１ 流路幅
Ｍ１ 最小距離
Ｔ１ 流路高さ
ｎ 屈折率
φ 角度
Ｚ１ 距離

Claims (18)

  1. 検出対象物が流れる流路と、前記流路を囲む壁面と、を有する流路部と、
    第１端が前記流路に接続され、第２端が導入口に接続された導入路と、前記導入路を囲む壁面と、を有する導入路部と、
    を備え、
    前記流路における、前記検出対象物が流れる方向に垂直な方向のうち、最短の方向において、
    前記流路を囲む壁面のうち、前記流路を挟んで対向する壁面を第１の壁面と第２の壁面とし、
    前記導入路を囲む壁面のうち、前記第１の壁面と隣接した壁面を第３の壁面とし、前記第２の壁面と隣接した壁面を第４の壁面とした場合、
    前記第３の壁面の少なくとも一部が前記導入路に対して凸な曲面であり、
    前記導入路の前記第２端における前記第３の壁面と前記第４の壁面との間の距離は、前記第１端における前記第３の壁面と前記第４の壁面との間の距離よりも大きい
    流路デバイス。
  2. 前記第３の壁面と前記第４の壁面との間の距離は、前記導入路の前記第１端から前記第２端に向けて増大している
    請求項１に記載の流路デバイス。
  3. 前記第１の壁面の延長面と、前記第３の壁面の少なくとも１つの接面とのなす角度は、鈍角である
    請求項１に記載の流路デバイス。
  4. 前記第１の壁面の延長面と、前記第３の壁面の接面とのなす角度は、１２０°以上、１８０°未満である
    請求項３に記載の流路デバイス。
  5. 前記第１の壁面と前記第２の壁面との間の最小距離は５μｍ以下である
    請求項１に記載の流路デバイス。
  6. 前記第１の壁面と前記第２の壁面との間の最小距離は、前記検出対象物の最大径の３０倍より小さい
    請求項１に記載の流路デバイス。
  7. 前記検出対象物の直径は２μｍ以下である
    請求項６に記載の流路デバイス。
  8. 前記検出対象物は、表面に抗体が修飾されており、特定の抗原に対して凝集体を形成する
    請求項１に記載の流路デバイス。
  9. 前記第１の壁面と前記第２の壁面にそれぞれ金属層が形成されている
    請求項１に記載の流路デバイス。
  10. 前記流路に設置され、前記検出対象物が集積される障壁をさらに有する
    請求項１に記載の流路デバイス。
  11. 前記導入路の長さは、３．５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である
    請求項１に記載の流路デバイス。
  12. 前記第４の壁面の少なくとも一部が前記導入路に対して凸な曲面である
    請求項１に記載の流路デバイス。
  13. 前記第２の壁面の延長面と、前記第４の壁面の少なくとも１つの接面とのなす角度は、鈍角である
    請求項１２に記載の流路デバイス。
  14. 前記第２の壁面の延長面と、前記第４の壁面の接面とのなす角度は、１２０°以上、１８０°未満である
    請求項１３に記載の流路デバイス。
  15. 検出対象物を流路デバイス内の導入口に導入するステップと、
    前記検出対象物を前記流路デバイス内の導入路に流すステップと、
    その後、前記検出対象物を前記流路デバイス内の流路に流すステップと、
    前記流路内の前記検出対象物を検出するステップと、
    を備え、
    前記流路デバイスは、
    前記検出対象物が流れる前記流路と、前記流路を囲む壁面と、を有する流路部と、
    第１端が前記流路に接続され、第２端が前記導入口に接続された前記導入路と、前記導入路を囲む壁面と、を有する導入路部と、
    を備え、
    前記流路における、前記検出対象物が流れる方向に垂直な方向のうち、最短の方向において、
    前記流路を囲む壁面のうち、前記流路を挟んで対向する壁面を第１の壁面と第２の壁面とし、
    前記導入路を囲む壁面のうち、前記第１の壁面と隣接した壁面を第３の壁面とし、前記第２の壁面と隣接した壁面を第４の壁面とした場合、
    前記第３の壁面の少なくとも一部が前記導入路に対して凸な曲面であり、
    前記導入路の前記第２端における前記第３の壁面と前記第４の壁面との間の距離は、前記第１端における前記第３の壁面と前記第４の壁面との間の距離よりも大きい
    流路デバイスを用いた検出方法。
  16. 前記第１の壁面と前記第２の壁面との間の最小距離は、前記検出対象物の最大径の３０倍より小さい
    請求項１５に記載の流路デバイスを用いた検出方法。
  17. 前記検出対象物の直径は２μｍ以下である
    請求項１６に記載の流路デバイスを用いた検出方法。
  18. 前記検出対象物は、表面に抗体が修飾されており、特定の抗原に対して凝集体を形成する
    請求項１５に記載の流路デバイスを用いた検出方法。
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