WO2020183938A1 - マイクロ流路チップ - Google Patents

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WO2020183938A1
WO2020183938A1 PCT/JP2020/002529 JP2020002529W WO2020183938A1 WO 2020183938 A1 WO2020183938 A1 WO 2020183938A1 JP 2020002529 W JP2020002529 W JP 2020002529W WO 2020183938 A1 WO2020183938 A1 WO 2020183938A1
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WO
WIPO (PCT)
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liquid
flow path
space
internal space
microchannel chip
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/002529
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English (en)
French (fr)
Inventor
文章 渡邉
徹 河井
大輔 上野
Original Assignee
株式会社フコク
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B1/00—Devices without movable or flexible elements, e.g. microcapillary devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/08—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N37/00—Details not covered by any other group of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a microchannel chip.
  • microchannel chips provided with minute wells and channels for mixing, reacting, separating, and analyzing on a silicon or glass substrate.
  • the microchannel chip is configured so that, for example, processing performed using instruments, containers, etc. in a laboratory can be performed on a scaled-down basis, improving processing efficiency and portability, and the amount of chemicals used. Can be reduced.
  • microchannel chip Since the microchannel chip has a narrow channel and a small amount of sample, it is difficult to introduce the sample into the well or the channel. Therefore, proposals have been made to facilitate the introduction of samples.
  • Patent Document 1 describes an injection region in which a solution is punctured and injected from the outside, a plurality of wells, a terminal region, one end communicating with the injection region, and the other end communicating with the terminal region and into the injection region.
  • a single flow path that branches and connects to each well is provided between the communication portion and the communication portion to the terminal region, and the injection region, the well, the terminal region, and the inside of the channel are provided with respect to atmospheric pressure.
  • a microchip with negative pressure has been proposed.
  • Patent Document 1 describes that the sample is automatically introduced into the microchip by puncturing the injection region of the microchip with a needle at the time of sample introduction.
  • Patent Document 2 proposes a microfluidic chip having a structure in which a fluid flow path open to the atmosphere and a vacuum flow path which is a closed space for storing vacuum are adjacent to each other.
  • a wall having gas permeability is provided between the fluid flow path and the vacuum flow path, and the air in the fluid flow path is gradually drawn into the vacuum flow path through the wall, whereby the liquid is liquid. Is automatically introduced into the fluid flow path.
  • Patent Document 1 since the chip described in Patent Document 1 has a negative pressure space in the chip, it is difficult to maintain a low pressure in the negative pressure space, resulting in high cost in manufacturing and packing form.
  • the chip of Patent Document 2 since the chip of Patent Document 2 has a vacuum flow path in the chip, it is difficult to maintain the vacuum, the cost is particularly high in the packaging form, and it is necessary to manage the expiration date. In addition, in the chip of Patent Document 2, since air permeates through the gas permeable wall as the power for moving the liquid, it is difficult to draw in the liquid in a short time.
  • the present invention is to provide a low-cost microchannel chip that can fill a predetermined space inside in a short time by a simple operation. Further, the present invention provides a microchannel chip capable of highly accurate analysis because a liquid such as a test solution can be introduced into a microchannel chip having a negative pressure space in a short time while suppressing the generation of bubbles. To provide.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following aspects or application examples.
  • a liquid introduction unit having an introduction port for introducing a liquid and an outlet for delivering the liquid, A flow path connected to the outlet of the liquid introduction portion and through which the liquid flows, A plurality of liquid storage units that branch and connect from the flow path to store the liquid, A pressure control unit connected to the flow path opposite to the liquid introduction unit, A pressure holding unit connected to the opposite side of the flow path of the pressure control unit, Have,
  • the flow path resistance of the pulling pressure control unit is larger than the flow path resistance of the pulling pressure holding unit.
  • the liquid introduction unit, the flow path, the liquid storage unit, the attraction pressure control unit, and the attraction pressure holding unit may form a closed space that opens only at the introduction port of the liquid introduction unit.
  • the opening area of the introduction port of the liquid introduction portion is larger than the opening area of the delivery port.
  • the wall surface that divides the liquid introduction portion that connects the introduction port and the delivery port may have water repellency.
  • One aspect of the microchannel chip according to the present invention is With the board A space-forming member arranged on the substrate and forming an internal space between the substrate and the substrate.
  • the sealing member arranged on the space forming member and Have,
  • the internal space is The flow path through which the liquid flows and A liquid inlet for introducing the liquid into the flow path and A plurality of liquid storage units that branch and connect from the flow path to store the liquid, A pressure holding portion connected to the end of the flow path on the side opposite to the liquid inlet, Including
  • the sealing member is arranged so as to cover the liquid inlet.
  • One aspect of the microchannel chip according to the present invention is Space forming member and A plate-shaped member arranged on the space-forming member, forming an internal space with the space-forming member, and having a through hole communicating with a part of the internal space.
  • the sealing member arranged on the plate-shaped member and Have,
  • the internal space is The flow path through which the liquid flows and A liquid inlet for introducing the liquid into the flow path and A plurality of liquid storage units that branch and connect from the flow path to store the liquid, A pressure holding portion connected to the end of the flow path on the side opposite to the liquid inlet, Including One end of the through hole communicates with the flow path, The other end of the through hole is the liquid inlet.
  • the sealing member is arranged so as to cover the liquid inlet.
  • the volume of the pressure holding portion may be larger than the volume of the entire flow path.
  • the flow path and the liquid storage section are connected via a distribution flow path that communicates from the flow path to the liquid storage section.
  • the cross-sectional area of the distribution flow path may be smaller than the cross-sectional area of the flow path.
  • One aspect of the microchannel chip according to the present invention is With the board A space-forming member arranged on the substrate and forming an internal space between the substrate and the substrate.
  • the sealing member arranged on the space forming member and Have,
  • the internal space is The flow path through which the liquid flows and A liquid inlet for introducing the liquid into the flow path and A plurality of liquid storage portions formed in the flow path and storing the liquid,
  • a pressure holding portion connected to the end of the flow path on the side opposite to the liquid inlet, Including
  • the sealing member is arranged so as to cover the liquid inlet.
  • One aspect of the microchannel chip according to the present invention is Space forming member and A plate-shaped member arranged on the space-forming member, forming an internal space with the space-forming member, and having a through hole communicating with a part of the internal space.
  • the sealing member arranged on the plate-shaped member and Have, The internal space is The flow path through which the liquid flows and A liquid inlet for introducing the liquid into the flow path and A plurality of liquid storage portions formed in the flow path and storing the liquid, A pressure holding portion at the end of the flow path opposite to the liquid inlet, Including One end of the through hole communicates with the flow path, The other end of the through hole is the liquid inlet.
  • the sealing member is arranged so as to cover the liquid inlet.
  • the internal space may be a closed space that opens only at the liquid inlet.
  • a thin-walled portion may be formed in a portion of the sealing member corresponding to the liquid introduction port.
  • the sealing member has a groove and has a groove.
  • the groove portion may form a ventilation path communicating with the outside with the space forming member.
  • the internal space is It has a pressure control unit provided between the flow path and the pressure holding unit.
  • the flow path resistance of the pulling pressure control unit may be larger than the flow path resistance of the pulling pressure holding unit.
  • the flow path resistance of the flow path may be smaller than the flow path resistance of the pulling pressure control unit.
  • the microchannel chip according to the present invention can fill a plurality of liquid storage portions with liquid in a short time by a simple operation and can be used at low cost. Further, since a liquid such as a test liquid can be introduced into the microchannel chip having a negative pressure space in a short time while suppressing the generation of bubbles, highly accurate analysis becomes possible.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing the microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side view schematically showing the microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic view of an enlarged cross section of the microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an enlarged schematic view of a cross section of the microchannel chip according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing the vicinity of the distribution flow path of the micro flow path chip according to the first embodiment.
  • FIG. 8A is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8B is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8C is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8D is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8E is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8F is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8G is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 8H is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the liquid introduction section in the depressurizing step.
  • FIG. 9A is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the microchannel chip in the pressurizing step.
  • FIG. 9B is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the microchannel chip in the pressurizing step.
  • FIG. 9C is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the microchannel chip in the pressurizing step.
  • FIG. 9D is a schematic diagram of the behavior of the liquid in the microchannel chip in the pressurizing step.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a side view schematically showing the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a side view schematically showing the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14A is a schematic diagram (preparation step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14B is a schematic diagram (exhaust step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14C is a schematic view (decompression holding step) of the method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14D is a schematic view (suction step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14A is a schematic diagram (preparation step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 14B is a schematic diagram (exhaust step) of a
  • FIG. 14E is a schematic view (suction step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 15A is an explanatory diagram (storage step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 15B is an explanatory diagram (storage step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 15C is an explanatory diagram (discharging step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 15D is an explanatory diagram (discharging step) of a method of using the microchannel chip according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view schematically showing a modified example of the sealing member.
  • FIG. 17 is a perspective view schematically showing a modified example of the sealing member.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing a modified example of the sealing member.
  • FIG. 19 is a plan view schematically showing the microchannel chip according to the third embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing the microchannel chip 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the microchannel chip 100 as viewed from the X-axis direction.
  • FIG. 3 is a side view of the microchannel chip as viewed from the Y direction. XYZ Cartesian coordinates are displayed in each figure. Further, in FIG. 1, the first space forming member 20 and the second space forming member 24 are represented by a two-dot chain line.
  • the micro channel chip 100 of the present embodiment includes a substrate 10, a first space forming member 20 arranged on the substrate 10, and a first space forming, as shown in FIGS. 1 to 3. It has a second space forming member 24 arranged on the member 20.
  • the flat surface 11 of the substrate 10 and the first surface 21 of the first space forming member 20 are bonded to each other, and the second surface 22 and the second space forming member 24 of the first space forming member 20 are bonded to each other. It is configured by laminating the third surface 25 of the above.
  • the substrate 10, the first space forming member 20, and the second space forming member 24 are laminated and arranged, whereby a space (hereinafter, referred to as “internal space” and a reference numeral 50 is attached) inside. .) Is formed.
  • the internal space 50 is a fine space at the micrometer ( ⁇ m) level.
  • the internal space 50 is a closed space that is opened only at the introduction port 51a of the liquid introduction unit 51 by the liquid introduction unit 51, the flow path 53, the liquid storage unit 55, the pressure control unit 57, and the pressure holding unit 59. ..
  • the internal space 50 is a closed space, a pressure difference is generated between the outside of the microchannel chip 100 and the internal space 50, so that the liquid is transferred from the introduction port 51a to the fine internal space 50. Can be introduced.
  • the substrate 10 constitutes a bottom surface that defines the internal space 50.
  • the substrate 10 is, for example, a plate having a flat surface such as glass, silicon, an organic polymer, or a glass / organic polymer composite.
  • the substrate 10 is preferably made of a transparent material because the state of filling the liquid and the change of the liquid can be observed from the outside.
  • the first space forming member 20 is formed of a flexible material such as silicone rubber, it is preferable to use a relatively hard material for the substrate 10 in order to suppress deformation of the microchannel chip 200. ..
  • the substrate 10 is preferably a glass substrate.
  • the substrate 10 is preferably formed of a flexible material such as silicone rubber. By doing so, the deformation of the entire microchannel chip 100 can be suppressed, and the handling can be facilitated. That is, since the substrate 10 is used in combination with the first space forming member 20, which will be described later, when one of them is a highly flexible material, it is preferable to use a relatively hard material for the other member.
  • the first space forming member 20 is formed with a through hole penetrating from the first surface 21 to the second surface 22, and the third surface of the second space forming member 24 is formed.
  • the through hole communicates with the opening formed in 25.
  • a series of recesses are formed on the first surface 21 side of the first space forming member 20.
  • the recess forms an internal space 50 defined by the inner surface of the recess and the surface 11 of the substrate 10 by bonding the first space forming member 20 to the substrate 10.
  • the liquid introduction portion 51 is formed by the second space forming member 24 and the first space forming member 20. Further, the substrate 10 and the first space forming member 20 form a flow path 53, a liquid storage section 55, a distribution flow path 56, a pulling pressure control section 57, and a pulling pressure holding section 59.
  • the material of the first space forming member 20 and the second space forming member 24 is not particularly limited, but is preferably a transparent material from the viewpoint of being able to observe the state and change of liquid filling from the outside. Further, the materials of the first space forming member 20 and the second space forming member 24 preferably have rubber elasticity in order to improve the adhesion at the time of sticking to the substrate 10. Examples of such a material include polydimethylsiloxane (silicone rubber). In this way, when a material having rubber elasticity is used, the first space forming member 20 and the second space forming member 24 are brought into close contact with each other simply by placing them on the target, and the introduction port 51a can be provided without using an adhesive or the like. Except for this, an airtight internal space 50 can be formed.
  • a mold having a convex portion having a shape corresponding to the shape of the internal space 50 is prepared, and a liquid uncrosslinked silicone rubber as a raw material is used. It can be manufactured by pouring it into a mold and curing it.
  • the microchannel chip 100 is formed by the substrate 10, the first space forming member 20, and the second space forming member 24 is shown, but the microchannel chip 100 is one. It may be formed of members or may be formed of four or more members.
  • the liquid handled by the microchannel chip 100 of the present embodiment is not particularly limited, and examples thereof include an aqueous solution, an organic solvent, a mixture thereof, an aqueous solution of a reagent, an aqueous solution of a biological substance, and a suspension.
  • FIG. 4 is a schematic view of a cross section of line AA of FIG.
  • FIG. 5 is a schematic view of a cross section of the line BB of FIG. 1, which corresponds to an enlarged view of the region b of FIG.
  • FIG. 6 is a schematic view of a cross section of the line CC of FIG. 1, and corresponds to an enlarged view of the region c of FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing the vicinity of the flow path 53, the distribution flow path 56, and the liquid storage portion 55. XYZ Cartesian coordinates are displayed in each figure.
  • the micro flow path chip 100 has a liquid introduction unit 51, a flow path 53, a liquid storage unit 55, a distribution flow path 56, and a pulling pressure control unit 57 as an internal space 50. And a pulling pressure holding portion 59.
  • the liquid introduction section 51 corresponds to a liquid introduction port into the internal space 50 of the microchannel chip 100.
  • the liquid is filled in the liquid introduction section 51.
  • the liquid filled in the liquid introduction portion 51 is sent out to the internal space 50 (see FIG. 9A).
  • the state in which the microchannel tip 100 is used means that the microchannel chip 100 is installed so that the liquid does not spill from the liquid introduction section 51 when the liquid is introduced into the liquid introduction section 51.
  • the liquid introduction unit 51 has an introduction port 51a for introducing the liquid and a delivery port 51b for delivering the liquid (see FIG. 4).
  • the introduction port 51a is an opening of the liquid introduction portion 51, and is an inlet for introducing the liquid from the outside of the microchannel chip 100.
  • the delivery port 51b is an opening of the liquid introduction section 51, is connected to the flow path 53 while maintaining airtightness, and is an outlet for sending the liquid from the liquid introduction section 51 to the flow path.
  • the size and shape of the introduction port 51a and the delivery port 51b are arbitrary, but the microchannel chip 100 has a circular shape.
  • the introduction port 51a is formed at a position higher in the Z-axis direction than the delivery port 51b in a state where the microchannel chip 100 is used.
  • the opening area of the introduction port 51a may be larger than the opening area of the delivery port 51b. By doing so, when the microchannel chip 100 is used, even if bubbles are generated in the liquid or the bubbles are broken while the liquid is filled in the liquid introduction portion 51, the liquid is introduced into the liquid. It can be prevented from spilling from the portion 51.
  • the opening area of the introduction port 51a is larger than the opening area of the delivery port 51b, and a part of the liquid introduction portion 51 has a funnel shape.
  • the wall surface for partitioning the liquid introduction portion 51 connecting the introduction port 51a and the delivery port 51b may have water repellency.
  • the microchannel chip 100 when bubbles are generated in the liquid in a state where the liquid is filled in the liquid introduction portion 51 and the bubbles are broken, the liquid slides down the wall surface. It's easy to do.
  • the delivery port 51b can be closed with the liquid, and the liquid can be efficiently delivered to the flow path 53.
  • the above-mentioned polydimethylsiloxane has water repellency, it is preferable to use this material for the first space forming member 20 and the second space forming member 24.
  • the flow path 53 is connected to the outlet 51b of the liquid introduction section 51 (see FIGS. 1 to 4).
  • the flow path 53 can flow a liquid.
  • a plurality of liquid storage portions 55 for storing the liquid flowing through the flow path 53 are connected to the flow path 53.
  • the flow path 53 is connected to the outlet 51b of the liquid introduction unit 51 while maintaining airtightness, and when the micro flow path chip 100 is used, the liquid flows from the liquid introduction unit 51 toward the attraction control unit 57. be able to.
  • the shape of the flow path 53 is arbitrary.
  • the meandering shape when viewed from the Z-axis direction reduces the occupied area of the entire flow path 53 and the entire flow path.
  • the length can be increased.
  • many liquid storage portions 55 connected to the flow path 53 can be provided.
  • the flow path 53 may branch to each pressure control unit 57.
  • the flow path 53 does not have a branch and is a single path from the liquid introduction section 51 to the attraction control section 57.
  • the liquid storage unit 55 branches and connects from the flow path 53 to store liquid. A plurality of liquid storage units 55 are provided. The liquid storage unit 55 is connected to the flow path 53 by one continuous passage (see FIGS. 1, 4, 5, and 7).
  • the liquid flowing through the flow path 53 is stored in the liquid storage unit 55.
  • the liquid in the liquid storage section 55 is retained in the liquid storage section 55 without returning to the flow path 53. This is because, as will be described later, by having the distribution flow path 56 having a small flow path cross-sectional area, it becomes difficult for the liquid stored in the liquid storage portion 55 to flow into the flow path 53 when the micro flow path chip 100 is used. Because.
  • the inflow of the liquid from the flow path 53 into the liquid storage section 55 depends on the flow velocity of the liquid flowing through the flow path 53, and the smaller the flow velocity of the liquid flowing through the flow path 53, the more the liquid storage section. It was found that the liquid easily flowed into 55.
  • the liquid stored in the liquid storage unit 55 is used for mixing, reaction, analysis, and the like.
  • the volume of the liquid storage portion 55 is not particularly limited, but is, for example, 0.001 mL or more and 1.000 mL or less, preferably 0.01 mL or more and 0.10 mL or less.
  • the distribution flow path 53 and the liquid storage section 55 are connected via a distribution flow path 56 that communicates from the flow path 53 to the liquid storage section 55 (see FIGS. 5 and 7).
  • the distribution flow path 56 extends in a direction orthogonal to the extending direction of the flow path 53 and is connected to the liquid storage unit 55.
  • the distribution flow path 56 may extend in an intersecting direction other than the direction orthogonal to the extending direction of the flow path 53.
  • the distribution flow path 56 is a part of the flow path 53.
  • the distribution flow path 56 has a function of suppressing the liquid filled in the liquid storage portion 55 from returning to the flow path 53 when the micro flow path chip 100 is used. That is, the distribution flow path 56 guides the liquid from the flow path 53 to the liquid storage section 55 in the storage step described later, but returns the liquid filled in the liquid storage section 55 to the flow path 53 in the discharge step described later. It has a function of suppressing.
  • the cross-sectional area of the distribution flow path 56 is preferably smaller than the cross-sectional area of the flow path 53.
  • the distribution flow path 56 is not an indispensable configuration, and even if the distribution flow path 56 is not provided, the flow path 53 instantly becomes atmospheric pressure from the reduced pressure state when the micro flow path chip 100 described later is used. In addition, the liquid filled in the liquid storage portion 55 is sufficiently suppressed from returning to the flow path 53.
  • the pressure control unit 57 is connected to the flow path 53 on the downstream side in the liquid flow direction (the side opposite to the liquid introduction unit 51; see FIG. 1).
  • the pressure control unit 57 has a function of relaxing the suction force of the liquid by the pressure holding unit 59 when the microchannel chip 100 is used. As a result, the flow velocity of the liquid when passing through the flow path 53 can be reduced. Therefore, when the microchannel chip 100 is used, the time required for the liquid to pass through the channel 53 can be lengthened, and the filling rate and filling speed of the liquid in the liquid storage portion 55 can be increased.
  • the shape of the pressure control unit 57 is appropriately designed in consideration of the suction force of the pressure holding unit 59 and the filling speed of the liquid in the liquid storage unit 55. For example, by forming the pressure control unit 57 in a meandering shape as shown in FIG. 1, the area occupied by the pressure control unit 57 can be reduced and the overall length of the pressure control unit 57 can be increased. it can.
  • the pressure control unit 57 does not have a branch and is a single path from the flow path 53 to the pressure holding unit 59, and is on the downstream side (flow) in the liquid flow direction. It is connected to the pulling pressure holding portion 59 on the side opposite to the road 53).
  • the micro flow path chip 100 of the present embodiment has a pulling pressure control unit 57, but the pulling pressure control unit 57 is not an indispensable configuration, and the pressure holding unit 59 is directly connected to the flow path. You may be. In this case, by optimizing the shape of the pressure holding portion 59 itself, the liquid filling speed in the liquid storage portion 55 can be controlled, and the liquid can be filled in the liquid storage portion 55.
  • the pressure-holding part 59 is connected to the downstream side in the liquid flow direction (the side of the pressure control unit 57 opposite to the flow path 53) and terminates the internal space 50. ..
  • the pressure holding unit 59 has a function of holding a pressure state (low pressure) that serves as a power source for drawing the liquid filled in the liquid introduction unit 51 into the internal space when the microchannel chip 100 described later is used. Has. When the pressure control unit 57 is provided, the pressure control unit 57 is provided between the flow path 53 and the pressure holding unit 59.
  • the pulling pressure holding portion 59 sucks the liquid introduced into the liquid introducing portion 51 by the pulling pressure to fill the liquid storage portion 55 with the liquid. After that, the liquid in the flow path 53 and the distribution flow path 56 is sucked and the liquid disappears from the flow path 53 and the distribution flow path 56.
  • the lost liquid is housed in the pressure control unit 57 and / or the pressure holding unit 59 according to the amount of the liquid.
  • the shape of the pulling pressure holding portion 59 is appropriately designed in consideration of the suction force of the pulling pressure holding portion 59, the filling property of the liquid in the liquid storage portion 55, the volume of the liquid, the volume of each part, and the like.
  • the shape of the pulling pressure holding portion 59 can be a meandering shape when viewed from the Z-axis direction as shown in FIG. In this way, the pressure holding portion 59 can easily maintain the depressurized state. Further, although not shown, it may have a spiral shape when viewed from the Z-axis direction.
  • the flow path resistance of the pulling pressure control unit 57 is larger than the flow path resistance of the pulling pressure holding unit 59. Therefore, the suction force of the liquid by the pressure holding unit 59 can be relaxed by the pressure control unit 57. As a result, the flow velocity of the liquid flowing through the flow path 53 can be reduced. Therefore, when the microchannel chip 100 is used, the time required for the liquid to pass through the channel 53 can be lengthened, and the filling rate and filling speed of the liquid in the liquid storage portion 55 can be increased.
  • the flow path resistance represents the difficulty of flowing liquid in each flow path.
  • the flow path resistance can be increased by reducing the cross-sectional area of the flow path (the area of the cross section orthogonal to the direction in which the liquid flows), lengthening the flow path, or the like.
  • the flow path referred to here is a general term including all the parts through which the liquid flows.
  • the height of the pressure control unit 57 in the Z-axis direction is made lower than the height of the pressure holding unit 59, so that the flow path resistance of the pressure control unit 57 is increased. It can be made larger than the flow path resistance of the pulling pressure holding portion 59 (see FIG. 7).
  • the width of the pressure control unit 57 in the Y-axis direction and the width of the pressure holding unit 59 in the Y-axis direction are equal, and the height of the pressure control unit 57 in the Z-axis direction is 30.0 ⁇ m as an example.
  • the height of the pulling pressure holding portion 59 in the Z-axis direction is 300.0 ⁇ m.
  • the Z-axis of the pulling pressure control unit 57 with respect to the height of the pulling pressure holding unit 59 in the Z-axis direction.
  • the ratio of heights in the direction is, for example, 0.01 or more and 0.8 or less, preferably 0.02 or more and 0.5 or less, and more preferably 0.05 or more and 0.3 or less. The same applies to the ratio of the cross-sectional area of the pulling pressure control unit 57 to the cross-sectional area of the pulling pressure holding unit 59.
  • the flow path resistance of the pulling pressure control unit 57 can be made larger than the flow path resistance of the pulling pressure holding unit 59.
  • the flow path resistance of the pulling pressure control unit 57 can also be increased by reducing the width of the flow path seen from the Z-axis direction.
  • the flow path resistance of the flow path 53 is smaller than the flow path resistance of the pulling pressure control unit 57.
  • the cross-sectional area of the distribution flow path 56 is preferably smaller than the cross-sectional area of the flow path 53. This corresponds to the flow path resistance of the distribution flow path 56 being larger than the flow path resistance of the flow path 53. By doing so, it is possible to prevent the liquid once stored in the liquid storage unit 55 from flowing back into the flow path 53.
  • the upper limit of the volume of the liquid introduced into the liquid introduction port 251 is the sum of the total volume of the liquid storage unit 55 and the total volume of the pressure control unit 57 and the pressure holding unit 59.
  • the total volume of the pressure holding unit 59 and the pressure control unit 57 is at least the volume of the entire flow path 53 (flow path 53 and It needs to be larger than (if any) greater than the sum of the volumes of the distribution channels 56).
  • mixing, reaction, analysis, etc. can be performed using only the liquid stored in the liquid storage unit 55 without leaving the liquid in the flow path 53 or the distribution flow path 56, and contamination and noise can be eliminated. Suppressed and accurate analysis can be performed.
  • the microfluidic chip 100 has an introduction step of installing the microfluidic chip 100 and introducing a liquid from the introduction port 51a to the liquid introduction portion 51 at the first pressure, and a second pressure lower than the first pressure.
  • the depressurizing step of reducing the pressure to two pressures and the pressurizing step of pressurizing from the second pressure to the first pressure the plurality of liquid storage portions 55 of the microchannel chip 100 can be easily operated and shortened.
  • the liquid can be filled in time, and the microchannel chip 100 can be used for analysis and the like at low cost.
  • 8A to 8H are schematic views of the behavior of the liquid in the liquid introduction section 51 in the depressurizing step.
  • 9A to 9D are schematic views showing how the liquid is introduced into the microchannel chip 100.
  • This step can be performed, for example, by arranging the microchannel chip 100 on a desk and injecting a liquid into the introduction port 51a using a dropper or the like under a first pressure (for example, atmospheric pressure).
  • a first pressure for example, atmospheric pressure
  • the volume of the liquid to be injected in this step is set by the volume of the liquid storage unit 55, the pressure holding unit 59, and the like.
  • the depressurization step can be performed, for example, by installing a microchannel chip 100 in a vacuum desiccator or a vacuum chamber to depressurize the inside of the apparatus. If the above introduction step is performed in a device capable of depressurizing, the introduction step and the decompression step can be performed without moving the microchannel chip 100.
  • the depressurizing speed in the depressurizing step is not particularly limited, but for example, depressurizing from atmospheric pressure at ⁇ 9.0 ⁇ 10 ⁇ 2 (gauge pressure) / about 5 minutes is sufficient.
  • the second space forming member 24 is made of highly water-repellent silicone rubber (polydimethylsiloxane) as described above, when the air bubbles are broken, the liquid slides down along the funnel-shaped inner wall. It is easy and the outlet 51b can be quickly closed with a liquid.
  • the second space forming member 24 is made of a material that does not have water repellency, the same effect can be obtained by, for example, applying a water repellent coating to the inner wall.
  • FIGS. 9A to 9D are schematic views of the behavior of the liquid in the microchannel chip 100 in the pressurization step.
  • the liquid is represented in black.
  • the volume of the liquid and the scale of the volume of each part are changed for the sake of explanation.
  • the outside pressure is returned from the second pressure to the first pressure (atmospheric pressure) in a state where the gas in the internal space is discharged in the depressurizing step and the outlet 51b is blocked by the liquid.
  • the internal space 50 is in a tensile state due to the pressure difference between the external air pressure and the inside of the internal space 50, so that the liquid is drawn into the internal space 50. Further, in the pressurizing step, it can be said that the liquid is pushed toward the internal space 50 by the outside air pressure.
  • the timing of shifting to the pressurizing step after the depressurizing step is arbitrary as long as the gas in the internal space 50 is discharged in the depressurizing step.
  • the volume of the internal space 50 may be set so that the process can be shifted to the pressurization step when one bubble is broken in the liquid introduction section 51 in the depressurization step. In this way, it is possible to visually know the timing at which the pressurizing process can be performed without using a pressure gauge, a sensor, or the like.
  • the pressurizing speed in the pressurizing step is arbitrary, and the main step can be performed at any speed, but a high pressurizing speed is preferable because the time of the step can be shortened.
  • FIG. 9A shows a state in which the pressurizing step is started and the liquid starts to flow in the flow path 53.
  • the liquid is introduced into the flow path 53, and the liquid is also introduced into the liquid storage unit 55 as it flows through the flow path 53.
  • a small number of liquid reservoirs 55 contain a small amount of liquid, and the liquid reservoir 55 is not yet filled with liquid.
  • the tip of the liquid reaches the pulling pressure control unit 57.
  • the speed of the liquid flowing through the flow path 53 is suppressed by the action of the pulling pressure control unit 57.
  • the flow toward the liquid distribution flow path 56 becomes faster, and the liquid is injected and stored in all the liquid storage portions 55.
  • the flow path resistance of the flow path 53 is made smaller than the flow path resistance of the pressure control unit 57. , The liquid storage portion 55 can be quickly filled with the liquid.
  • the pressurizing step may be designed to end when the rear end of the liquid exits the flow path 53 and enters the attraction control unit 57. Further, in the pressurizing step, the rear end of the liquid may enter the pulling pressure holding portion 59.
  • microchannel chip 200 of the second embodiment is the first except that the second space forming member 24 of the microchannel chip 100 of the first embodiment described above is replaced with the sealing member 224. It is configured in the same manner as the microchannel chip 100 of one embodiment.
  • the members having the same functions and functions as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and the differences from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing the microchannel chip 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a side view of the microchannel chip 200 as viewed from the direction along the X axis.
  • FIG. 12 is a side view of the microchannel chip 200 as viewed from the direction along the Y axis.
  • XYZ Cartesian coordinates are displayed in each figure.
  • the space forming member 220 and the sealing member 224 are represented by a two-dot chain line. A detailed description of the substrate 10, the space forming member 220, and the sealing member 224 will be described later.
  • the micro channel chip 200 of the second embodiment is arranged on the substrate 10 and the substrate 10 as shown in FIGS. 10 to 12, and forms an internal space 50 between the substrate 10 and the substrate 10. It has a space forming member 220 and a sealing member 224 arranged on the space forming member 220. Further, the internal space 50 includes a flow path 53 through which the liquid flows, a liquid introduction port 251 for introducing the liquid into the flow path 53, and a plurality of liquid storage portions 55 branching and connecting from the flow path 53 to store the liquid. , A pulling pressure holding portion 59 connected to the end of the flow path 53 on the opposite side of the liquid introduction port 251. Then, the sealing member 224 is arranged so as to cover the liquid introduction port 251.
  • the microchannel chip 200 is configured by laminating a substrate 10, a space forming member 220, and a sealing member 224.
  • the space forming member 220 and the substrate 10 are in close contact with the flat surface 11 of the substrate 10 and the first surface 21 of the space forming member 220, and the space forming member 220 and the sealing member 224 are in close contact with each other.
  • the second surface 22 of the space forming member 220 and the third surface 25 of the sealing member 224 are in close contact with each other.
  • a space (referred to as "internal space 50") is formed inside the microchannel chip 200.
  • the internal space 50 is opened only at the liquid introduction port 251 and becomes a closed space by closing the liquid introduction port 251 with the sealing member 224.
  • the internal space 50 is a closed space, a pressure difference is generated between the outside of the microchannel chip 200 and the internal space 50 in the suction step described later, and the liquid is introduced from the liquid inlet 251. It can be pulled into the internal space 50.
  • the substrate 10, the space forming member 220, and the sealing member 224 constituting the microchannel chip 200 will be described in detail.
  • the substrate 10 has a plate shape having a flat surface 11.
  • the thickness and size of the substrate 10 of the substrate 10 are arbitrary.
  • the surface 11 of the substrate 10 constitutes the bottom surface of the internal space 50.
  • the material of the substrate 10 is the same as that of the substrate 10 of the first embodiment described above.
  • the space-forming member 220 has a fine groove formed on the first surface 21 on the side in contact with the substrate 10, and the first surface 21 is formed on the surface 11 of the substrate 10. By being in close contact with each other, the internal space 50 corresponding to the shape of the groove can be formed.
  • the space forming member 220 is formed with a through hole 23 penetrating from the first surface 21 to the second surface 22 of the space forming member 220.
  • the opening on the second surface 22 of the space forming member 220 of the through hole 23 serves as the liquid introduction port 251 of the internal space 50.
  • the through hole 23 communicates with the groove formed on the first surface 21 by closing the first surface 21 side with the substrate 10 and the second surface 22 side with the sealing member 224, and the flow path 53. Form a part of.
  • the material of the space forming member 220 is the same as that of the first space forming member 20 of the first embodiment described above.
  • the sealing member 224 is arranged so as to cover the liquid introduction port 251.
  • the sealing member 224 is arranged in close contact with the second surface 22 of the space forming member 220, and the liquid introduction port 251 can be closed to make the internal space 50 a closed space. Therefore, in the exhaust step described later, the sealing member 224 can exhaust the gas in the internal space 50 to the outside. Further, in the preparation step and the decompression holding step described later, the sealing member 224 can suppress the inflow of air into the internal space 50.
  • the sealing member 224 acts like a check valve. The detailed role and operation of the sealing member 224 will be described later.
  • the outer shape of the sealing member 224 in a plan view is not particularly limited, and may be rectangular, circular, or the like. Further, the size of the sealing member 224 in a plan view can be any size as long as the liquid introduction port 251 can be closed. However, in the depressurization holding step of the microchannel tip 200, which will be described later, it is necessary to prevent the sealing member 224 itself from being sucked into the liquid introduction port 251. Therefore, the size of the sealing member 224 is preferably 5 times or more the opening area of the liquid introduction port 251. By doing so, the sealing member 224 is not sucked into the liquid introduction port 251, and at the same time, the adhesion between the sealing member 224 and the space forming member 220 can be ensured.
  • the outer peripheral position of the sealing member 224 in a plan view is preferably within 2 cm, preferably within 1 cm, and more preferably within 5 mm from the end of the liquid introduction port 251. Further, the thickness of the sealing member 224 is preferably 10 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less in order to maintain the airtightness in the decompression holding step (described later) in addition to improving the exhaust efficiency in the exhaust step.
  • the material of the sealing member 224 is a material having a sealing property that can be easily perforated by the tip of a pipette tip or the like and that can be in close contact with the second surface 22 to maintain the airtightness of the internal space 50.
  • a material having a sealing property that can be easily perforated by the tip of a pipette tip or the like and that can be in close contact with the second surface 22 to maintain the airtightness of the internal space 50.
  • examples of such a material include rubber such as silicone rubber, but a material having good gas blocking property such as butyl rubber is more preferable.
  • the sealing member 224 can be manufactured by punching out rubber formed into a thin plate shape, but it may be manufactured by using a mold as in the space forming member 220.
  • FIG. 13 is a schematic view of a cross section of line AA of FIG.
  • FIG. 13 shows the XYZ Cartesian coordinates.
  • the micro flow path chip 200 has a liquid introduction port 251, a flow path 53, a liquid storage unit 55, a distribution flow path 56, a pulling pressure control unit 57, and a pulling as an internal space 50. It has a pressure holding portion 59, and the positional relationship between them is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 5 to 7.
  • the liquid introduction port 251 is an opening for introducing a liquid into the internal space 50 of the microchannel chip 100. In the suction step described later, the liquid is sucked into the internal space 50 (flow path 53) through the liquid introduction port 251.
  • the size and shape of the liquid introduction port 251 are arbitrary, but when the tip of the pipette tip or the like to be used is inserted into the liquid introduction port 251 the pipette tip is formed by the liquid introduction port 251, the sealing member 224, or the like. It is preferable that the size and shape are fixed.
  • the liquid inlet 251 is circular in a plan view, and the conical pipette tip can be fixed by the inner surface of the through hole 23 (a part of the flow path 53) near the liquid inlet 251. It has a shape.
  • the microchannel chip 200 is used through the following steps (1) to (6).
  • the sealing member 224 is placed on the space forming member 220 (“preparation step”; FIG. 14A).
  • the microchannel chip 100 is held in a reduced pressure environment, and the gas in the internal space 50 of the microchannel chip 200 is exhausted (“exhaust step”; FIG. 14B).
  • the internal space 50 of the microchannel chip 200 is held in a decompressed state (“decompression holding step”; FIG. 14C).
  • the plurality of liquid storage portions 55 of the microchannel chip 100 are filled with the liquid without bubbles in a short time, and the liquid filled in the liquid storage portion 55 can be analyzed with high accuracy. It will be possible.
  • the liquid to be used is not particularly limited, and for example, an aqueous solution, an organic solvent, a mixture thereof, an aqueous solution of a reagent, an aqueous solution of a biological substance, a suspension, or the like can be used.
  • the liquid introduced into the microchannel chip 200 is a liquid (for example, a surfactant or the like) in which bubbles are likely to be generated under negative pressure (under reduced pressure). It is especially effective when it is a contained liquid).
  • FIG. 14A shows a state before using the microchannel chip 200.
  • the liquid introduction port 251 is closed by placing the sealing member 224 on the space forming member 220.
  • the internal space 50 becomes a closed space, and the internal space 50 becomes an atmospheric pressure.
  • FIG. 14B shows how the entire microchannel chip 200 is depressurized. Due to the decompression, the gas in the internal space 50 is discharged to the outside from the liquid introduction port 251. At this time, the placed sealing member 224 is deformed by the pressure difference between the inside and outside, and the gas passage is secured, so that the gas in the internal space 50 is discharged to the outside (see the arrow in the figure). After that, since the sealing member 224 is only placed, after the gas in the internal space 50 is exhausted, the liquid introduction port 251 as shown in FIG. 14A is closed again, and the internal space 50 becomes It becomes a decompressed state.
  • the decompression can be performed, for example, by installing a microchannel chip 200 in a vacuum desiccator or a vacuum chamber to depressurize the inside of the apparatus.
  • Decompression rate at this time is not particularly limited, for example, -9.0 ⁇ 10 -2 (gauge pressure) from the atmospheric pressure / is sufficient extent for depressurizing in about 5 minutes.
  • FIG. 14C shows a state in which the external pressure is returned to atmospheric pressure after the exhaust step.
  • the sealing member 224 closes the liquid introduction port 251 so that the internal space 50 becomes a closed space and the pressure in the internal space 50 is lower than the atmospheric pressure.
  • the sealing member 224 slightly bends toward the internal space 50 due to the difference between the atmospheric pressure and the pressure in the internal space 50.
  • the deflection can be adjusted by adjusting the thickness and material of the sealing member 224.
  • FIGS. 14D and 14E show how the tip of the pipette tip 60 that sucked the liquid L breaks the sealing member 224 with respect to the microchannel tip 200 in the depressurized state, so that the liquid inlet 251 enters the flow path 53. It shows how the liquid L is sucked into the flow path 53.
  • FIG. 14E shows a state in which the liquid L flows in the internal space 50 due to the pulling force of the internal space 50 due to the low pressure, and the internal space 50 is filled with the liquid L. Note that FIG. 14D shows that the pipette tip 60 is attached to the tip of the pipette 62, and the liquid L is held by the pipette tip 60.
  • FIG. 15A shows how the liquid L started to flow into the flow path 53 in the suction process.
  • the liquid L introduced into the flow path 53 is also introduced into the liquid storage portion 55 close to the pipette tip 60 when flowing through the flow path 53.
  • a small amount of liquid L is contained in a small number of liquid storage portions 55, and the other liquid storage portions 55 are not yet filled with liquid L.
  • the tip La of the liquid L reaches the pulling pressure control unit 57.
  • the speed of the liquid L flowing through the flow path 53 is suppressed by the function of the pulling pressure control unit 57.
  • the flow of the liquid L toward the distribution flow path (not shown) becomes faster, and the liquid L is stored in all the liquid storage portions 55.
  • the flow path resistance of the flow path 53 is made smaller than the flow path resistance of the pressure control unit 57.
  • the liquid storage portion 55 is continuously filled with the liquid L.
  • the plurality of liquid storage portions 55 are filled with the liquid L without bubbles in a short time, and the filled liquid L can be analyzed with high accuracy. It becomes.
  • FIG. 17, and FIG. 18 are perspective views showing a sealing member 224a, a sealing member 224b, and a sealing member 224c having a thin-walled portion.
  • the portion abutting the liquid inlet 251 is indicated by a chain double-dashed line.
  • the sealing member 224a shown in FIG. 16 has a flat plate shape, and a thin portion 72 thinner than the other portions is formed in a range including a portion that abuts on the liquid introduction port 251 in a plan view. ing.
  • the thin-walled portion 72 has a recess 71 formed on a surface opposite to the third surface 25 (bottom surface) in contact with the liquid introduction port 251.
  • the thin-walled portion 72 may have a recess formed on the third surface 25 side (bottom side), and further on the surface of the sealing member 224a in contact with the liquid introduction port 251 and the surface opposite to it (both sides). A recess may be formed.
  • a rectangular parallelepiped concave portion 71 is formed as the thin-walled portion 72, but it goes without saying that the shape of the concave portion 71 may be a cylindrical shape or another shape.
  • the sealing member 224b shown in FIG. 17 shows an example in which a thin portion 75 is formed by a cross-shaped recess 74. Further, it goes without saying that the concave portion, which is a thin-walled portion, may have an elongated groove shape.
  • the thin portion formed on the sealing member makes it easy to break the sealing member with a pipette tip or the like. Further, since the volume of the sealing member that breaks when the tip of the pipette tip is inserted can be reduced, the liquid L can be introduced in a short time while suppressing the generation of bubbles.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a sealing member 224c having a ventilation passage 78.
  • the sealing member 224c has a groove 77 on the third surface 25 (bottom surface) in contact with the liquid introduction port 251.
  • the sealing member 224c has four groove portions 77 extending radially outward from the outside of the portion abutting on the liquid introduction port 251 in a plan view.
  • the groove 77 forms a ventilation path 78.
  • the ventilation passage 78 does not communicate with the internal space 50 but communicates only with the outside during the preparation step, which is one step of the method of using the microchannel chip 200. Therefore, the ventilation passage 78 has a function of easily discharging the gas in the internal space 50 to the outside in the exhaust step, which is one step of the method of using the microchannel chip 200.
  • sealing member of the modified example as in the sealing member 224 of the second embodiment, for example, using a mold having a convex portion corresponding to the groove, a liquid uncrosslinked silicone rubber or the like is poured into the mold and cured. It can be manufactured by making it. Further, it goes without saying that a plurality of deformation examples may be combined as another deformation form of the sealing member.
  • FIG. 19 is a plan view schematically showing the microchannel chip 300.
  • the microchannel chip 300 of the third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment in that a plurality of liquid storage portions 255 for storing liquid are directly formed in the flow path 53. That is, the microchannel chip 300 of the third embodiment is different from the first embodiment and the second embodiment except that the mode of the liquid storage unit 255 is different and the discharge step is unnecessary (details will be described later). It has a similar configuration. Therefore, the members and the like having the same functions and functions as those of the first embodiment and the second embodiment are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the liquid storage portion 255 is not provided as branched from the flow path 53, analysis or the like is immediately performed when the liquid storage is completed in all the liquid storage portions 255. It is offered to.
  • the storage step may be completed when the pressure of the pressure holding portion 59 reaches atmospheric pressure.
  • the liquid introduction port 251 may be closed with a stopper or the like so that the liquid is not discharged from the most upstream liquid storage unit 255a in the storage process, or the pressure holding unit 59 may be closed.
  • the volume of the internal space 50 may be changed or adjusted by the pressure of the internal space 50 reached in the depressurizing step.
  • FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip 400 of the fourth embodiment.
  • the microchannel chip 400 is the same as the microchannel chip 200 of the second embodiment except that the internal space 50 is formed by the space forming member 220 and only the through hole 82 is formed in the plate-shaped member 80. is there. Therefore, members and the like having the same functions and functions as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the internal space 50 is formed by the space forming member 220 and the plate-shaped member 80 having only the through hole 82. More specifically, the internal space 50 is formed by bringing the plate-shaped member 80 in which the space forming member 220 recess (groove) is formed and the through hole 82 formed into close contact with the space forming member 220. At this time, the through hole 82 communicates with a part of the internal space 50. Further, it has a sealing member 224 mounted on the plate-shaped member 80.
  • the microchannel chip 400 of the present embodiment becomes a liquid storage unit through a preparation step, an exhaust step, a decompression step, a suction step, a storage step, and a discharge step. Liquid is stored.
  • FIG. 21 is a schematic cross-sectional view of the microchannel chip 500 of the fifth embodiment.
  • the microchannel chip 500 has a microchannel of the fourth embodiment except that the microchannel chip 200 of the second embodiment and the internal space 50 are formed on both the space forming member 220 and the plate-shaped member 80. It is the same as the chip 400. Therefore, the members, spaces, and the like having the same functions and functions as those in the fourth embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the two members space forming member 220 and plate-shaped member 80 form a relatively shallow recess (for example, a flow path 53) which is one of the elements constituting the internal space 50, and one of the members (for example, the flow path 53) is formed.
  • a relatively shallow recess for example, a flow path 53
  • the liquid storage portion 55 and the attractive pressure holding portion 59 which are relatively deep recesses, in the space forming member 220
  • microfabrication using photolithography and mold formation become easy, and each configuration with high accuracy. Elements can be formed and analysis with high analysis accuracy can be performed.
  • the components constituting the microchannel chip 500 which component is formed on which member can be arbitrarily selected.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made by combining the elements of the first to fourth embodiments.

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Abstract

負圧空間を有するマイクロ流路チップに試験液等の液体を、泡の発生を抑制しつつ、しかも短時間で導入できるため高精度な分析が可能なマイクロ流路チップを提供する。　マイクロ流路チップは、基板と、基板上に配置され、基板との間に内部空間を形成する空間形成部材と、空間形成部材上に配置される封止部材もしくは液体導入部と、を有し、内部空間は、少なくとも液体が流れる流路と、液体を流路に導入する液体導入口と、流路から分岐して接続し、液体を貯留する複数の液体貯留部と、液体導入口とは反対側の流路の端部に接続される引圧保持部と、を含む。

Description

マイクロ流路チップ
　本発明は、マイクロ流路チップに関する。
　シリコンやガラスの基板上に混合、反応、分離、分析を行うための微小なウェルや流路を設けたマイクロ流路チップが注目されている。マイクロ流路チップは、例えば、実験室で器具、容器等を用いて行われる処理をスケールダウンして行うことができるように構成され、処理の効率化や携帯性を向上したり薬剤の使用量を低減することができる。
　マイクロ流路チップは、流路が狭く、試料も少量であるので、ウェルや流路内への試料の導入が難しくなる。そのため、試料の導入を容易に行うための提案が行われている。
　例えば、特許文献１には、外部から溶液が穿刺注入される注入領域と、複数のウェルと、終端領域と、一端において注入領域に、他端において終端領域に連通し、かつ、注入領域への連通部と終端領域への連通部との間において各ウェルに分岐して接続する一本の流路と、が設けられ、注入領域及びウェル、終端領域、流路の内部が大気圧に対して負圧とされたマイクロチップが提案されている。特許文献１には、試料導入時にニードルを用いてマイクロチップの注入領域に穿刺することで、試料が自動的にマイクロチップ内部に導入される旨の記載がある。
　また、特許文献２には、大気に開放された流体流路と、真空を貯蔵する密閉空間である真空流路とが、互いに隣接する構造のマイクロ流体チップが提案されている。特許文献２には、流体流路と真空流路との間を気体透過性を有する壁とし、この壁を越えて流体流路内の空気が真空流路内に徐々に引き込まれることで、液体が流体流路に自動的に導入される旨の記載がある。
特開２０１１－１６３９８４号公報 国際公開２０１７／０６２８６４号
　しかしながら、特許文献１に記載のチップでは、チップ内に負圧空間を有しているので、負圧空間内の低い圧力を維持することが難しく、製造や梱包形態において高コストとなる。
　また、特許文献１に記載のチップでは、チップ内の負圧空間にニードルを用いて液体が穿刺注入されるため、ウェル又は流路の内部に泡が発生してしまうことで、液体分析時のノイズを増加させ、分析精度が低下してしまうという問題があった。
　さらに、特許文献２のチップにおいてはチップ内に真空流路を有しているので、真空を維持することが難しく、特に梱包形態において高コストとなる他、使用期限の管理等が必要となる。加えて、特許文献２のチップでは、気体透過性の壁を空気が透過することを、液体移動の動力としているので、短時間で液体を引き込むことが難しい。
　本発明は、容易な操作により短時間で内部の所定空間に液体を充填できる低コストなマイクロ流路チップを提供することにある。また、本発明は、負圧空間を有するマイクロ流路チップに試験液等の液体を、泡の発生を抑制しつつ、しかも短時間で導入できるため高精度な分析が可能なマイクロ流路チップを提供することにある。
　本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
　本発明に係るマイクロ流路チップの一態様は、
　液体を導入する導入口及び前記液体を送出する送出口を有する液体導入部と、
　前記液体導入部の前記送出口と接続し、前記液体が流れる流路と、
　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
　前記流路の、前記液体導入部とは反対側に接続する引圧制御部と、
　前記引圧制御部の、前記流路とは反対側に接続する引圧保持部と、
　を有し、
　前記引圧制御部の流路抵抗は、前記引圧保持部の流路抵抗よりも大きい、。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記液体導入部、前記流路、前記液体貯留部、前記引圧制御部及び前記引圧保持部により、前記液体導入部の前記導入口においてのみ開口する閉空間が形成されてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記液体導入部の前記導入口の開口面積は、前記送出口の開口面積よりも大きく、
　前記導入口及び前記送出口をつなぐ前記液体導入部を区画する壁面は、撥水性を有してもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップの一態様は、
　基板と、
　前記基板上に配置され、前記基板との間に内部空間を形成する空間形成部材と、
　前記空間形成部材上に配置される封止部材と、
を有し、
　前記内部空間は、
　液体が流れる流路と、
　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
を含み、
　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される。
　本発明に係るマイクロ流路チップの一態様は、
　空間形成部材と、
　前記空間形成部材上に配置され、前記空間形成部材との間に内部空間を形成するとともに、当該内部空間の一部に連通する貫通孔を有する板状部材と、
　前記板状部材上に配置される封止部材と、
を有し、
　前記内部空間は、
　液体が流れる流路と、
　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
を含み、
　前記貫通孔の一方の端部が前記流路に連通し、
　前記貫通孔の他方の端部が前記液体導入口であり、
　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記引圧保持部の容積は、前記流路全体の容積よりも大きくてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記流路及び前記液体貯留部は、前記流路から前記液体貯留部へと連通する配給流路を介して接続し、
　前記配給流路の断面積は、前記流路の断面積よりも小さくてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップの一態様は、
　基板と、
　前記基板上に配置され、前記基板との間に内部空間を形成する空間形成部材と、
　前記空間形成部材上に配置される封止部材と、
を有し、
　前記内部空間は、
　液体が流れる流路と、
　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
　前記流路に形成され、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
を含み、
　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される。
　本発明に係るマイクロ流路チップの一態様は、
　空間形成部材と、
　前記空間形成部材上に配置され、前記空間形成部材との間に内部空間を形成するとともに、当該内部空間の一部と連通する貫通孔を有する板状部材と、
　前記板状部材上に配置される封止部材と、
を有し、
　前記内部空間は、
　液体が流れる流路と、
　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
　前記流路に形成され、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部にある引圧保持部と、
を含み、
　前記貫通孔の一方の端部が前記流路に連通し、
　前記貫通孔の他方の端部が前記液体導入口であり、
　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記内部空間は、前記液体導入口においてのみ開口する閉空間であってもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記封止部材の前記液体導入口に対応する部分に薄肉部が形成されてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記封止部材は、溝部を有し、
　前記溝部は、前記空間形成部材との間に外部と連通する通気路を形成してもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記内部空間は、
　前記流路と前記引圧保持部との間に設けられた引圧制御部を有し、
　前記引圧制御部の流路抵抗は、前記引圧保持部の流路抵抗よりも大きくてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップにおいて、
　前記流路の流路抵抗は、前記引圧制御部の流路抵抗より小さくてもよい。
　本発明に係るマイクロ流路チップは、容易な操作により短時間で複数の液体貯留部に液体を充填でき低コストで使用することができる。また、、負圧空間を有するマイクロ流路チップに試験液等の液体を、泡の発生を抑制しつつ、しかも短時間で導入できるため高精度な分析が可能となる。
図１は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す平面図である。 図２は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す側面図である。 図３は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す側面図である。 図４は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップの断面の模式図である。 図５は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップの断面を拡大した模式図である。 図６は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップの断面の拡大した模式図である。 図７は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップの配給流路近傍を模式的に示す斜視図である。 図８Ａは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｂは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｃは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｄは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｅは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｆは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｇは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図８Ｈは、減圧工程における液体導入部の液体の挙動の模式図である。 図９Ａは、加圧工程におけるマイクロ流路チップ内での液体の挙動の模式図である。 図９Ｂは、加圧工程におけるマイクロ流路チップ内での液体の挙動の模式図である。 図９Ｃは、加圧工程におけるマイクロ流路チップ内での液体の挙動の模式図である。 図９Ｄは、加圧工程におけるマイクロ流路チップ内での液体の挙動の模式図である。 図１０は、第２実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す平面図である。 図１１は、第２実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す側面図である。 図１２は、第２実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す側面図である。 図１３は、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの断面模式図である。 図１４Ａは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の模式図（準備工程）である。 図１４Ｂは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の模式図（排気工程）である。 図１４Ｃは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の模式図（減圧保持工程）である。 図１４Ｄは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の模式図（吸引工程）である。 図１４Ｅは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の模式図（吸引工程）である。 図１５Ａは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の説明図（貯留工程）である。 図１５Ｂは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の説明図（貯留工程）である。 図１５Ｃは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の説明図（排出工程）である。 図１５Ｄは、第２実施形態に係るマイクロ流路チップの使用方法の説明図（排出工程）である。 図１６は、封止部材の変形例を模式的に示す斜視図である。 図１７は、封止部材の変形例を模式的に示す斜視図である。 図１８は、封止部材の変形例を模式的に示す斜視図である。 図１９は、第３実施形態に係るマイクロ流路チップを模式的に示す平面図である。 図２０は、第４実施形態に係るマイクロ流路チップの断面模式図である。 図２１は、第５実施形態に係るマイクロ流路チップの断面模式図である。
　以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
　１．第１実施形態
　１．１．マイクロ流路チップ
　図１は、第１実施形態に係るマイクロ流路チップ１００を模式的に示す平面図である。図２は、マイクロ流路チップ１００をＸ軸方向からみた側面図である。図３は、マイクロ流路チップをＹ方向から見た側面図である。各図には、ＸＹＺ直交座標の表示をした。また図１では、第１空間形成部材２０と第２空間形成部材２４は、二点鎖線で表されている。
　１．１．１．マイクロ流路チップの構成
　本実施形態のマイクロ流路チップ１００は、図１～図３に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された第１空間形成部材２０と、第１空間形成部材２０上に配置された第２空間形成部材２４とを有している。マイクロ流路チップ１００は、基板１０の平坦な表面１１と、第１空間形成部材２０の第１面２１とを貼り合わせ、第１空間形成部材２０の第２面２２と第２空間形成部材２４の第３面２５とを貼り合わせて構成されている。
　マイクロ流路チップ１００では、基板１０、第１空間形成部材２０、第２空間形成部材２４が積層して配置されることにより、内部に空間（以下、「内部空間」といい、符号５０を付す。）が形成されている。内部空間５０は、マイクロメートル（μｍ）レベルの微細な空間である。内部空間５０は、液体導入部５１、流路５３、液体貯留部５５、引圧制御部５７及び引圧保持部５９により、液体導入部５１の導入口５１ａにおいてのみ開口する閉空間となっている。
　内部空間５０が閉空間となっていることにより、マイクロ流路チップ１００の外部と、内部空間５０との間に圧力差を生じさせることにより、液体を、導入口５１ａから微細な内部空間５０へと導入することができる。
　基板１０は、内部空間５０を画定する底面を構成する。基板１０は、例えば、ガラス、シリコン、有機ポリマー、ガラス・有機ポリマー複合体等の平坦面を有する板である。基板１０は、液体の充填の様子や液体の変化を外部から観察できる等の理由で透明な素材で形成されることが好ましい。また、第１空間形成部材２０がシリコーンゴム等の柔軟な素材で形成される場合には、マイクロ流路チップ２００の変形を抑制するために、基板１０は、比較的硬い素材を用いることが好ましい。特に、基板１０は、ガラス基板であることが好ましい。
　なお、第１空間形成部材２０がガラス等の硬い素材で形成される場合には、基板１０はシリコーンゴム等の柔軟な素材で形成することが好ましい。このようにすれば、マイクロ流路チップ１００全体の変形を抑制でき、取り扱いを容易にすることができる。すなわち、基板１０は後述する第１空間形成部材２０と組み合わせて使用するため、一方が柔軟性に富む材料である場合には、相手方の部材は比較的硬い材料を用いることが好ましい。
　図１～図３に示すように、第１空間形成部材２０には、第１面２１から第２面２２へと貫通する貫通孔が形成されており、第２空間形成部材２４の第３面２５に形成された開口に該貫通孔が連通している。また、第１空間形成部材２０の第１面２１側には、一連の凹部が形成されている。該凹部は、第１空間形成部材２０が基板１０と貼り合わされることによって、該凹部の内面と基板１０の表面１１とによって画定される内部空間５０を形成する。
　さらに、第２空間形成部材２４と第１空間形成部材２０とによって液体導入部５１が形成されている。また、基板１０と第１空間形成部材２０とによって、流路５３、液体貯留部５５、配給流路５６、引圧制御部５７、及び、引圧保持部５９が形成されている。
　第１空間形成部材２０及び第２空間形成部材２４の材質は、特に限定されないが、液体の充填の様子や変化を外部から観察できる等の観点から透明な素材であることが好ましい。また、第１空間形成部材２０及び第２空間形成部材２４の材質は、基板１０との貼り付け時の密着性をより良好とするためにゴム弾性を有することが好ましい。そのような材質としては、ポリジメチルシロキサン（シリコーンゴム）が挙げられる。このように、ゴム弾性を有する素材を使用すると、第１空間形成部材２０及び第２空間形成部材２４を対象に載置するだけで密着し、接着剤等を使用することなく、導入口５１ａを除いて気密の保たれた、内部空間５０を形成することができる。
　なお、第１空間形成部材２０及び第２空間形成部材２４は、例えば、内部空間５０の形状に対応する形状の凸部が形成された鋳型を用意し、原材料となる液状の未架橋シリコーンゴムを鋳型に流し込んで硬化させることにより製造することができる。
　本実施形態では、マイクロ流路チップ１００が基板１０と、第１空間形成部材２０と、第２空間形成部材２４とにより形成された例を示しているが、マイクロ流路チップ１００は、１つの部材で形成されてもよいし、４つ以上の部材により形成されてもよい。
　本実施形態のマイクロ流路チップ１００によって扱われる液体としては、特に限定されず、例えば、水溶液、有機溶剤、それらの混合物、試薬の水溶液、生体物質の水溶液、懸濁液等が挙げられる。
　１．１．２．内部空間
　図４は、図１のＡ－Ａ線の断面の模式図である。また、図５は、図１のＢ－Ｂ線の断面の模式図であり、図４の領域ｂの拡大図に相当する。図６は、図１のＣ－Ｃ線の断面の模式図であり、図４の領域ｃの拡大図に相当する。図７は、流路５３、配給流路５６、及び液体貯留部５５の近傍を模式的に示す斜視図である。各図には、ＸＹＺ直交座標の表示をした。
　図４～図７に示すように、マイクロ流路チップ１００は、内部空間５０として、液体導入部５１と、流路５３と、液体貯留部５５と、配給流路５６と、引圧制御部５７と、引圧保持部５９と、を有する。
　１．１．２．１．液体導入部
　液体導入部５１は、マイクロ流路チップ１００の内部空間５０への液体の導入口に相当する。マイクロ流路チップ１００を使用する際に、液体を液体導入部５１に入れると、該液体は液体導入部５１に湛えられる。また、マイクロ流路チップ１００を使用する際に、液体導入部５１に湛えられた液体は、内部空間５０へ送出される（図９Ａ参照）。
　なお、マイクロ流路チップ１００を使用する状態とは、液体を液体導入部５１に導入した場合に液体導入部５１から液体がこぼれないように、マイクロ流路チップ１００が設置された状態のことをいう。
　液体導入部５１は、液体を導入する導入口５１ａ及び液体を送出する送出口５１ｂを有する（図４参照）。導入口５１ａは、液体導入部５１の開口であり、マイクロ流路チップ１００の外部から液体を導入する入口である。送出口５１ｂは、液体導入部５１の開口であり、流路５３に気密性を保って接続しており、液体導入部５１から液体を流路に送り出す出口である。導入口５１ａ及び送出口５１ｂの大きさ、形状は任意であるが、マイクロ流路チップ１００ではいずれも円形の形状となっている。
　導入口５１ａは、マイクロ流路チップ１００を使用する状態において、送出口５１ｂよりもＺ軸方向で高い位置に形成される。導入口５１ａの開口面積は、送出口５１ｂの開口面積よりも大きくしてもよい。このようにすることで、マイクロ流路チップ１００を使用する際に、液体導入部５１に液体を湛えた状態で液体中に気泡が発生したり、気泡が割れたりしても、液体が液体導入部５１からこぼれにくくすることができる。図示の例では、導入口５１ａの開口面積が送出口５１ｂの開口面積よりも大きく、液体導入部５１の一部が漏斗形状となっている。
　また、導入口５１ａ及び送出口５１ｂをつなぐ液体導入部５１を区画する壁面は、撥水性を有してもよい。このようにすれば、マイクロ流路チップ１００を使用する際に、液体導入部５１に液体を湛えた状態で液体に気泡が発生して該気泡が割れた場合に、液体が壁面を伝わって滑落しやすい。これにより、送出口５１ｂを液体で塞ぐことができ、効率よく流路５３へ液体を送出することができる。特に、既述したポリジメチルシロキサンは、撥水性を有するため、第１空間形成部材２０および第２空間形成部材２４にこの材料を用いることが好ましい。
　１．１．２．２．流路
　流路５３は、液体導入部５１の送出口５１ｂに接続している（図１～図４参照）。流路５３は、液体を流すことができる。流路５３には、流路５３を流れる液体を貯留する複数の液体貯留部５５が接続する。流路５３は、液体導入部５１の送出口５１ｂに気密性を保って接続し、マイクロ流路チップ１００を使用する際に、液体導入部５１から液体を、引圧制御部５７に向けて流すことができる。
　流路５３の形状は任意であり、例えば、図１に示すように、Ｚ軸方向から見た場合に、蛇行した形状とすることで、流路５３全体の占有面積を小さく、かつ流路全体長さを長くすることができる。これにより、流路５３に接続する多くの液体貯留部５５を設けることができる。
　なお、流路５３は、複数の引圧制御部５７を有する場合に、各引圧制御部５７に対して分岐してもよい。図示の例では流路５３は、分岐を有さず、液体導入部５１から引圧制御部５７に向かう１本の経路となっている。
　１．１．２．３．液体貯留部
　液体貯留部５５は、流路５３から分岐して接続し、液体を貯留する。液体貯留部５５は、複数設けられる。液体貯留部５５は、流路５３に対して１つの連通路により接続する（図１、図４、図５、図７参照）。
　液体貯留部５５には、マイクロ流路チップ１００を使用する際、流路５３を流れる液体が貯留される。また、流路５３に液体が無くなった場合、液体貯留部５５内の液体は、流路５３に戻ることなく液体貯留部５５内に留められる。これは、後述するように、流路断面積の小さな配給流路５６を有することで、マイクロ流路チップ１００の使用時に、液体貯留部５５に蓄えられた液体が、流路５３に流れにくくなるためである。
　発明者らの検討により、流路５３から液体貯留部５５への液体の流入は、流路５３を流れる液体の流速に依存しており、流路５３を流れる液体の流速が小さいほど液体貯留部５５へ液体が流入しやすいことが判明した。
　なお、液体貯留部５５に貯留された液体は、混合、反応、分析等に供される。液体貯留部５５の容積は特に限定されないが、例えば、０．００１ｍＬ以上１．０００ｍＬ以下、好ましくは０．０１ｍＬ以上０．１０ｍＬ以下である。
　１．１．２．４．配給流路
　流路５３及び液体貯留部５５は、流路５３から液体貯留部５５へと連通する配給流路５６を介して接続している（図５、図７参照）。図示の例では、配給流路５６は、流路５３の延在する方向に対して直交する方向に伸びて、液体貯留部５５に接続している。配給流路５６は、流路５３の延在する方向に対して直交方向以外の交差する方向に伸びてもよい。
　また、配給流路５６は、流路５３の一部である。配給流路５６は、マイクロ流路チップ１００を使用する際、液体貯留部５５に充填された液体が流路５３に戻ることを抑制する機能を有する。すなわち、配給流路５６は、後述する貯留工程では流路５３から液体を液体貯留部５５に導くが、後述する排出工程では、液体貯留部５５に充填された液体が流路５３に戻ることを抑制する機能を有する。
　この観点から、配給流路５６の断面積は、流路５３の断面積よりも小さいことが好ましい。なお、配給流路５６は、必須の構成ではなく、配給流路５６が無い場合でも、後述するマイクロ流路チップ１００を使用する際に、流路５３は減圧状態から瞬時に大気圧になるために、液体貯留部５５に充填された液体が流路５３に戻ることは十分に抑えられる。
　１．１．２．５．引圧制御部
　引圧制御部５７は、液体の流れ方向下流側（液体導入部５１とは反対側；図１参照）で流路５３に接続する。引圧制御部５７は、マイクロ流路チップ１００を使用する際、引圧保持部５９による液体の吸引力を緩和する機能を有する。これにより、流路５３を通過する際の液体の流速を小さくすることができる。そのため、マイクロ流路チップ１００を使用する際、液体が流路５３を通過するのにかかる時間を長くすることができ、液体貯留部５５への液体の充填率及び充填速度を高めることができる。
　なお、引圧制御部５７の形状は、引圧保持部５９による吸引力、液体貯留部５５への液体の充填速度を考慮して適宜に設計される。例えば、引圧制御部５７を、図１に示すように蛇行した形状とすることで、引圧制御部５７の占有面積を小さく、かつ引圧制御部５７の全体の長さを長くすることができる。
　さらに、引圧制御部５７は、図１の例では、分岐を有さず、流路５３から引圧保持部５９に向かう１本の経路となっており、液体の流れ方向の下流側（流路５３とは反対側）で引圧保持部５９と接続している。
　なお、本実施形態のマイクロ流路チップ１００は、引圧制御部５７を有しているが、引圧制御部５７は、必須の構成ではなく、引圧保持部５９が直接流路に接続していてもよい。この場合には、引圧保持部５９自体の形状の最適化を図ることで、液体貯留部５５への液体充填速度が制御され、液体貯留部５５に液体を充填することができる。
　１．１．２．６．引圧保持部
　引圧保持部５９は、上述したように、液体流れ方向の下流側（引圧制御部５７の、流路５３とは反対側）に接続し、内部空間５０を終端している。引圧保持部５９は、後述するマイクロ流路チップ１００を使用する際、液体導入部５１に湛えられた液体を内部空間に引き込むための動力源となる引圧状態（低圧力）を保持する機能を有する。なお、引圧制御部５７を有する場合には、引圧制御部５７は、流路５３と引圧保持部５９との間に設けられる。
　このように、引圧保持部５９は、マイクロ流路チップ１００を使用する際、液体導入部５１に導入された液体を、引圧により吸引することで、液体貯留部５５に液体を充填し、その後、流路５３及び配給流路５６の液体を吸引して流路５３及び配給流路５６から液体を消失させる。消失した液体は、液体の量に応じて、引圧制御部５７及び／又は引圧保持部５９内に収容される。
　なお、引圧保持部５９の形状は、引圧保持部５９による吸引力、液体貯留部５５への液体の充填性、液体の体積、各部の容積等を考慮して適宜に設計される。例えば、引圧保持部５９の形状は、図１のようにＺ軸方向から見て蛇行した形状とすることができる。このようにすれば、引圧保持部５９が減圧状態を保ちやすい。また、図示しないが、Ｚ軸方向から見て、渦巻き形状としてもよい。
　１．１．２．７．各内部空間の流路抵抗の関係
　本実施形態のマイクロ流路チップ１００では、引圧制御部５７の流路抵抗は、引圧保持部５９の流路抵抗よりも大きい。したがって引圧保持部５９による液体の吸引力を引圧制御部５７により緩和することができる。これにより、流路５３を流れる液体の流速を小さくすることができる。そのため、マイクロ流路チップ１００を使用する際、液体が流路５３を通過するのに要する時間を長くすることができ、液体貯留部５５への液体の充填率及び充填速度を高めることができる。
　ここで、流路抵抗とは、各流路における液体の流れにくさを表す。例えば、流路抵抗は、流路の断面積（液体が流れる方向に直交する断面の面積）を小さくすることや、流路を長くする等により、大きくすることができる。なお、ここで言う流路とは、液体が流れる部位を全て含む総称である。
　本実施形態のマイクロ流路チップ１００では、引圧制御部５７のＺ軸方向の高さを、引圧保持部５９の高さよりも低くすることにより、引圧制御部５７の流路抵抗は、引圧保持部５９の流路抵抗よりも大きくできる（図７参照）。本実施形態では、引圧制御部５７のＹ軸方向の幅及び引圧保持部５９のＹ軸方向の幅は等しく、引圧制御部５７のＺ軸方向の高さは、一例として３０．０μｍであり、引圧保持部５９のＺ軸方向の高さは、３００．０μｍである。
　引圧制御部５７のＹ軸方向の幅及び引圧保持部５９のＹ軸方向の幅が等しい場合には、引圧保持部５９のＺ軸方向の高さに対する引圧制御部５７のＺ軸方向の高さの割合は、例えば、０．０１以上０．８以下であり、好ましくは０．０２以上０．５以下であり、より好ましくは０．０５以上０．３以下である。引圧保持部５９の断面積に対する引圧制御部５７の断面積の割合についても同様である。これらの割合を前述した程度にすれば、引圧制御部５７の流路抵抗は、引圧保持部５９の流路抵抗よりも大きくすることができる。なお、図示はしないが、引圧制御部５７の流路抵抗は、Ｚ軸方向から見た流路の幅を小さくすることによっても大きくすることができる。
　ここで、流路５３の流路抵抗は、引圧制御部５７の流路抵抗よりも小さいことが望ましい。こうすることで、マイクロ流路チップ１００を使用する際、引圧制御部５７を流れる液体の流速を小さくできるため（堰き止める程度に液体が遅く流れる）、液体貯留部５５への液体の充填率及び充填速度を高めることができる。
　なお、配給流路５６が設けられる場合には、配給流路５６の断面積は、流路５３の断面積よりも小さいことが好ましい。これは、配給流路５６の流路抵抗が流路５３の流路抵抗よりも大きいことに相当する。こうすることで、一旦液体貯留部５５に貯留された液体が、流路５３に逆流すること抑制できる。
　１．１．２．８．各部の容積の関係
　マイクロ流路チップ１００を使用する際、上述の通り、液体導入部５１に導入された液体は、引圧保持部５９の機能によって、既述の内部空間へと引き込まれる。マイクロ流路チップ１００の内部空間５０は、閉空間となっているため、収容できる液体の量には上限がある。マイクロ流路チップ１００では、液体貯留部５５に液体が充填された後、流路５３及び配給流路５６に、液体が残留しないことが好ましい。
　この理由は、例えば、液体貯留部５５に導入された液体を分析等に使用する場合に、流路５３や配給流路５６に液体が残存すると、分析時のノイズの一因となり、正確な分析ができない場合や、隣り合う液体貯留部５５内の液体が混合しやすくなり、正確な分析が困難になる場合があるからである。そのため、液体導入口２５１に導入される液体の体積の上限は、液体貯留部５５の合計の容積及び引圧制御部５７及び引圧保持部５９の合計の容積の総和である。
　このように、流路５３や配給流路５６に液体を残存させないためには、引圧保持部５９及び引圧制御部５７の合計の容積が、少なくとも流路５３全体の容積（流路５３及び（存在する場合には）配給流路５６の容積の総和）よりも大きいことを要する。これにより、流路５３や配給流路５６に液体を残存させることなく、液体貯留部５５に貯留された液体のみを用いて、混合、反応、分析等を行うことができ、コンタミネーションやノイズを抑制した正確な分析等ができる。
　１．２．マイクロ流体チップの使用方法
　マイクロ流路チップ１００は、マイクロ流路チップ１００を設置し、第１圧力で導入口５１ａから液体導入部５１に液体を導入する導入工程と、第１圧力よりも低い第２圧力に減圧する減圧工程と、第２圧力から第１圧力に加圧する加圧工程と、を行うことにより、マイクロ流路チップ１００の複数の液体貯留部５５に、容易な操作で、かつ短時間に液体を充填でき、さらに、低コストでマイクロ流路チップ１００を分析等に使用することができる。
　図８Ａ～図８Ｈは、減圧工程における液体導入部５１の液体の挙動の模式図である。図９Ａ～図９Ｄは、マイクロ流路チップ１００へ液体を導入する様子を示す模式図である。
　１．２．１．導入工程
　本工程は、例えば机上にマイクロ流路チップ１００を配置し、第１圧力（例えば大気圧）下で、スポイト等を用いて導入口５１ａに液体を注入することにより行うことができる。本工程により、図８Ａに示すような、液体導入部５１に液体が湛えられた状態が形成される。本工程で注入する液体の体積は、既に述べたように、液体貯留部５５、引圧保持部５９の容積等により設定される。
　１．２．２．減圧工程
　導入工程で液体が導入された状態で、外気圧を第１圧力よりも低い第２圧力にすると、マイクロ流路チップ１００の内部空間に存在した気体が、内部空間５０の唯一の開口である導入口５１ａから排出される。図８Ａ～図８Ｅに示すように、その際、液体導入部５１に液体（図８Ａの一点鎖線で示される領域）が湛えられているので、液体導入部５１の送出口５１ｂから導入口５１ａへの気体の排気経路は液体で塞がれている。したがって図８Ｃ～図８Ｅに示すように、内部空間にあった気体は、液体中で気泡となり該気泡により液体が押し上げられる。さらに外気圧が下がると、液体中に存在する気泡は、気体となって外部へ放散される（図８Ｆ参照）。そして液体は、液体導入部５１内に留まり、再度送出口５１ｂを塞ぐように湛えられる（図８Ｆ～図８Ｈ参照）。
　減圧工程は、例えば、真空デシケーターや真空チャンバー内にマイクロ流路チップ１００を設置して装置内を減圧する操作により行うことができる。なお、上記の導入工程を減圧できる装置内で行えば、マイクロ流路チップ１００を移動することなく、導入工程、減圧工程を行うことができる。減圧工程における減圧速度は、特に限定されないが、例えば大気圧から－９．０×１０-2（ゲージ圧）／約５分で減圧させる程度で十分である。
　ここで、図示の例では、液体導入部５１の一部が漏斗形状となっているため、液体導入部５１内で、気泡が割れても、液体が液体導入部５１からこぼれにくい。また、第２空間形成部材２４が、前述したように撥水性の高いシリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン）で形成されているので、気泡が割れた場合に、液体が漏斗形状の内壁を伝わって滑落しやすく、送出口５１ｂを液体で速やかに塞ぐことができる。なお、第２空間形成部材２４を撥水性を有しない材質で形成した場合には、例えば、内壁に撥水性コーティングを施すことで同様の作用を得ることができる。
　１．２．３．加圧工程
　図９Ａ～図９Ｄは、加圧工程におけるマイクロ流路チップ１００内での液体の挙動の模式図である。図９Ａ～図９Ｄ中、液体は黒色で表されている。図９Ａ～図９Ｄは、説明のために液体の体積や各部の容積の縮尺が変更されている。
　加圧工程では、減圧工程で内部空間の気体が排出され送出口５１ｂが液体によって塞がれた状態で、外気圧を第２圧力から第１圧力（大気圧）に戻す。加圧工程では、外気圧と内部空間５０内との圧力差によって、内部空間５０が引圧状態となるため、液体が内部空間５０へと引き込まれる。また加圧工程では、外気圧により液体が内部空間５０に向かって押し込まれているとも言える。
　減圧工程の後、加圧工程に移行するタイミングは、内部空間５０の気体が減圧工程で排出された後であれば任意である。例えば、減圧工程で、液体導入部５１において気泡が１つ壊れた時点で加圧工程に移行できるように、内部空間５０の容積等を設定してもよい。このようにすれば、圧力計やセンサー等を用いることなく、目視により加圧工程に移行できるタイミングを知ることができる。また、加圧工程における加圧速度は任意であり、どのような速度であっても本工程を行うことができるが、工程の時間を短縮できるので加圧速度は高いほうが好ましい。
　ところで、図９Ａは、加圧工程を開始し、流路５３に液体が流れ始めた様子を示している。加圧工程で、液体が流路５３に導入され、液体は、流路５３を流れる際に、液体貯留部５５にも導入される。図９Ａでは、少数の液体貯留部５５に液体が少量入っており、液体貯留部５５には未だ液体が満たされていない。
　その後、図９Ｂに示すように、液体の先端が引圧制御部５７に達する。この際、引圧制御部５７の作用により、流路５３を流れる液体の速度が抑制される。これにより、液体の配給流路５６へ向かう流れが速くなり、全ての液体貯留部５５に液体が注入され貯留される。また、液体の先端が引圧制御部５７を抜け、引圧保持部５９に達した後であっても、流路５３の流路抵抗を引圧制御部５７の流路抵抗より小さくすることで、液体貯留部５５に液体を迅速に充填することができる。
　次に、図９Ｃに示すように、液体導入部５１の液体が枯渇し、液体の後端が流路５３に入ると、流路５３内の液体は引圧制御部５７に向かって移動し、液体貯留部５５内に液体が残留した状態で、流路５３内の液体は、引圧（減圧）状態にある引圧保持部５９に吸引されて貯留される。なお、液体貯留部５５に接続する配給流路５６が形成されている場合には、液体貯留部５５内に液体が残留した状態で、配給流路５６内の液体も引圧保持部５９に貯留するように吸引することができる。そして、液体の後端が流路５３を抜けて引圧制御部５７に入ると、図９Ｄに示すように、流路５３及び配給流路５６に液体が無い状態で、液体貯留部５５への液体の充填が完了する。
　この時、加圧工程は、液体の後端が流路５３から出て、引圧制御部５７に入った時点で終了するように設計してもよい。また加圧工程において、液体の後端が引圧保持部５９に入っても構わない。
　２．第２実施形態
　２．１．マイクロ流路チップ
　第２実施形態のマイクロ流路チップ２００は、上述の第１実施形態のマイクロ流路チップ１００の第２空間形成部材２４が、封止部材２２４に置き換えられたこと以外は、第１実施形態のマイクロ流路チップ１００と同様に構成される。以下、第１実施形態と同様の作用、機能を有する部材については同様の符号を付して詳細な説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に述べる。
　図１０は、第２実施形態に係るマイクロ流路チップ２００を模式的に示す平面図である。図１１は、マイクロ流路チップ２００をＸ軸に沿う方向からみた側面図である。図１２は、マイクロ流路チップ２００をＹ軸に沿う方向から見た側面図である。各図には、ＸＹＺ直交座標の表示をした。また図１０では、空間形成部材２２０と封止部材２２４は、二点鎖線で表されている。なお、基板１０、空間形成部材２２０及び封止部材２２４の詳細な説明は、後述する。
　２．１．１．マイクロ流路チップの構成
　第２実施形態のマイクロ流路チップ２００は、図１０～図１２に示すように、基板１０と、基板１０上に配置され、基板１０との間に内部空間５０を形成する空間形成部材２２０と、空間形成部材２２０上に配置される封止部材２２４と、を有する。また、内部空間５０は、液体が流れる流路５３と、液体を流路５３に導入する液体導入口２５１と、流路５３から分岐して接続し、液体を貯留する複数の液体貯留部５５と、液体導入口２５１とは反対側の流路５３の端部に接続される引圧保持部５９と、を含む。そして、封止部材２２４は、液体導入口２５１を覆うように配置される。
　マイクロ流路チップ２００は、基板１０と、空間形成部材２２０と、封止部材２２４と、を積層して構成される。マイクロ流路チップ２００では空間形成部材２２０と基板１０とは、基板１０の平坦な表面１１と、空間形成部材２２０の第１面２１とが密着しており、空間形成部材２２０と封止部材２２４とは、空間形成部材２２０の第２面２２と封止部材２２４の第３面２５とが密着している。このような構成とすることにより、マイクロ流路チップ２００には、内部に空間（「内部空間５０」という。）が形成される。
　マイクロ流路チップ２００では、内部空間５０は、液体導入口２５１においてのみ開口し、液体導入口２５１を封止部材２２４で塞ぐことにより閉空間となる。このように、内部空間５０が閉空間となっていることで、後述する吸引工程においてマイクロ流路チップ２００の外部と、内部空間５０との間に圧力差を生じ、液体を液体導入口２５１から内部空間５０内へと引き込むことができる。
　以下、マイクロ流路チップ２００を構成する基板１０、空間形成部材２２０及び封止部材２２４について、詳細に説明する。
　２．１．１．１．基板
　基板１０は、平坦な表面１１を有する板状である。基板１０は、基板１０の厚さや大きさは任意である。ここで、基板１０の表面１１は、内部空間５０の底面を構成する。基板１０の材質は、上述した第１実施形態の基板１０と同様である。
　２．１．１．２．空間形成部材
　空間形成部材２２０は、図１０～図１２に示すように、基板１０に接する側の第１面２１に微細な溝が形成されており、第１面２１が基板１０の表面１１に密着することで、溝の形状に対応した内部空間５０を形成することができる。
　また、空間形成部材２２０には、空間形成部材２２０の第１面２１から第２面２２へと貫通する貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３の空間形成部材２２０の第２面２２における開口部が内部空間５０の液体導入口２５１となる。また貫通孔２３は、第１面２１側が基板１０により塞がれ、第２面２２側が封止部材２２４により塞がれることにより、第１面２１に形成された溝と連通し、流路５３の一部を形成する。
　空間形成部材２２０の材質は、上述した第１実施形態の第１空間形成部材２０と同様である。
　２．１．１．３．封止部材
　封止部材２２４は、液体導入口２５１を覆うように配置される。封止部材２２４は、空間形成部材２２０の第２面２２に密着して配置され、液体導入口２５１を塞いで内部空間５０を閉空間とすることができる。そのため、後述する排気工程では、封止部材２２４は、内部空間５０にある気体を外部へ排気することができる。また、後述する準備工程及び減圧保持工程では、封止部材２２４は、内部空間５０への大気の流入を抑えることができる。このように封止部材２２４は、逆止弁のような作用を有している。なお、封止部材２２４の詳細な役割、動作については、後述する。
　平面視における封止部材２２４の外形形状は特に限定されず、矩形、円形等とすることができる。また平面視における封止部材２２４の大きさは、液体導入口２５１を塞ぐことができる範囲で、任意の大きさとすることができる。しかし、後述するマイクロ流路チップ２００の減圧保持工程においては、封止部材２２４自体が液体導入口２５１に吸い込まれないようにすることが必要である。このため、封止部材２２４の大きさは、液体導入口２５１の開口面積の５倍以上とすることが好ましい。このようにすることで、封止部材２２４が液体導入口２５１に吸い込まれないと同時に、封止部材２２４と空間形成部材２２０との密着性も確保することができる。
　さらに、後述するマイクロ流路チップ２００の排気工程では、内部空間５０内に存在する気体の排気経路は、できるだけ短くして、排気効率を高める必要がある。このため、平面視における封止部材２２４の外周位置は、液体導入口２５１の端から２ｃｍ以内、好ましくは１ｃｍ以内、より好ましくは５ｍｍ以内にあることが好ましい。さらに、封止部材２２４の厚さは、排気工程での排気効率の向上に加え、減圧保持工程（後述する）での気密性を維持するために、１０μｍ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。
　加えて、封止部材２２４の材質は、ピペットチップの先端等により容易に穿孔可能であり、かつ、第２面２２に密着して内部空間５０の気密を保つことのできるシール性を有する素材が好ましい。そのような素材としては、シリコーンゴムなどのゴムが挙げられるが、ブチルゴムなどのガス遮断性の良好な材質がより好ましい。
　また、封止部材２２４の製造方法としては、薄い板状に成形したゴムを打ち抜くことにより製造できるが、空間形成部材２２０と同様に、鋳型を用いて製造してもよい。
　２．１．２．内部空間
　図１３は、図１０のＡ－Ａ線の断面の模式図である。図１３には、ＸＹＺ直交座標の表示をした。図１３に示すように、マイクロ流路チップ２００は、内部空間５０として、液体導入口２５１と、流路５３と、液体貯留部５５と、配給流路５６と、引圧制御部５７と、引圧保持部５９と、を有し、各々の位置関係等は、図５～図７に示されている第１実施例と同じである。
　２．１．２．１．液体導入口
　液体導入口２５１は、マイクロ流路チップ１００の内部空間５０への液体を導入する開口である。後述する吸引工程において、液体が液体導入口２５１を通じて内部空間５０（流路５３）へ吸引される。
　ここで、液体導入口２５１の大きさ、形状は任意であるが、使用するピペットチップ等の先端を液体導入口２５１に差し込んだ際に、ピペットチップが液体導入口２５１、封止部材２２４等によって固定される大きさ、形状とすることが好ましい。図１３に示す例では、液体導入口２５１は、平面視で円形であり、液体導入口２５１付近の貫通孔２３（流路５３の一部）の内側面により、円錐形のピペットチップを固定できる形状となっている。
　２．１．２．２．流路、液体貯留部、配給流路、引圧制御部及び引圧保持部
　流路５３、液体貯留部５５、配給流路５６、引圧制御部５７及び引圧保持部５９とそれらの機能については、上述の第１実施形態と同様であるので同様の符号を付して詳細な説明は省略する。
　２．１．２．３．流路抵抗及び各構成要素の容積について
　流路抵抗及び各構成要素の容積は、第２実施形態のマイクロ流路チップ２００においても、上述の第１実施形態のマイクロ流路チップ１００と、と同様であるので詳細な説明は省略する。
　２．２．マイクロ流路チップの使用方法
　第２実施形態のマイクロ流路チップ２００の使用方法の詳細を図１４Ａ～図１４Ｅ及び図１５Ａ～図１５Ｄを用いて述べる。
　マイクロ流路チップ２００は、以下（１）～（６）の各工程を経て使用される。
（１）封止部材２２４を空間形成部材２２０に載置する（「準備工程」；図１４Ａ）
（２）マイクロ流路チップ１００を減圧環境下に保持して、マイクロ流路チップ２００の内部空間５０内の気体を排気する（「排気工程」；図１４Ｂ）
（３）マイクロ流路チップ２００の内部空間５０が減圧された状態で保持される（「減圧保持工程」；図１４Ｃ）
（４）封止部材２２４をピペットチップ先端で穿孔することで、ピペット内の液体Ｌが内部空間５０内に吸引される（「吸引工程」；図１４Ｄ、図１４Ｅ）
（５）吸引された液体Ｌが、流路５３および配給流路５６を経由して液体貯留部５５に液体が満たされる（「貯留工程」；図１５Ａ、図１５Ｂ）
（６）液体Ｌが液体貯留部５５に蓄えられた後、流路５３あるいは配給流路５６に残存している液体Ｌが、引圧保持部５９に向かって吸引されて消失する（「排出工程」；図１５Ｃ、図１５Ｄ）
　上述した工程を経ることで、マイクロ流路チップ１００の複数の液体貯留部５５には、泡の無い液体が短時間で充填され、かつ液体貯留部５５に充填された液体の高精度な分析が可能となる。
　なお、使用する液体は特に限定されず、例えば、水溶液、有機溶剤、それらの混合物、試薬の水溶液、生体物質の水溶液、懸濁液等を用いることができる。第２実施形態では、液体を減圧空間に導入する必要がないので、マイクロ流路チップ２００に導入する液体が、負圧下（減圧下）で泡が発生しやすい液体（たとえば、界面活性剤等が含まれた液体）である場合に特に有効である。
　以下、マイクロ流路チップ２００の準備工程、排気工程、減圧保持工程、吸引工程、貯留工程及び排出工程について詳細を説明する。
　２．２．１．準備工程
　図１４Ａは、マイクロ流路チップ２００を使用する前の状態を示している。この状態は、封止部材２２４が空間形成部材２２０に載置されることで、液体導入口２５１が塞がれる。その結果、内部空間５０が閉空間となり、内部空間５０は大気圧となっている。
　２．２．２．排気工程
　図１４Ｂは、マイクロ流路チップ２００全体を減圧している様子を示している。減圧により、内部空間５０内の気体が液体導入口２５１から外部へと排出される。このとき、載置された封止部材２２４が内外の気圧差によって変形し、気体の通り道が確保されることで、内部空間５０内の気体が外部に排出される（図中矢印参照）。その後、封止部材２２４は、載置されているのみであるため、内部空間５０の気体が排気された後に、再び図１４Ａに示すような液体導入口２５１が閉じた状態となり、内部空間５０は減圧状態となる。なお、減圧は、例えば、真空デシケーターや真空チャンバー内にマイクロ流路チップ２００を設置して装置内を減圧する操作により行うことができる。この時の減圧速度は、特に限定されないが、例えば大気圧から－９．０×１０－２（ゲージ圧）／約５分で減圧させる程度で十分である。
　２．２．３．減圧保持工程
　図１４Ｃは、排気工程の後、外部の気圧を大気圧に戻した状態を示している。この状態では、封止部材２２４が液体導入口２５１を塞いでおり、内部空間５０が閉空間となるとともに内部空間５０の気圧は、大気圧より低くなっている。また、図示の例では、大気圧と内部空間５０の圧力との差により、封止部材２２４がわずかに内部空間５０側に撓む。封止部材２２４の厚さや材質により、撓みは調節することができる。図１４Ｃに示すような内部空間５０が減圧されて閉じられた状態とすることにより、液体Ｌを導入するための準備が整う。
　２．２．４．吸引工程
　図１４Ｄ、図１４Ｅは、減圧状態のマイクロ流路チップ２００に対して、液体Ｌを吸引したピペットチップ６０先端が封止部材２２４を破ることで、液体導入口２５１から流路５３内に液体Ｌが流路５３内に吸引される様子を示している。図１４Ｅでは、内部空間５０の低圧力による引き込み力によって液体Ｌが内部空間５０内を流れ、内部空間５０が液体Ｌで充填された様子を示している。なお、図１４Ｄでは、ピペッター６２の先端にピペットチップ６０が装着されており、ピペットチップ６０に液体Ｌが保持されている様子を示している。
　２．２．５．貯留工程
　図１５Ａでは、吸引工程にて流路５３に液体Ｌが流れ始めた様子を示している。本工程では、流路５３に導入された液体Ｌは、流路５３を流れる際に、ピペットチップ６０に近い液体貯留部５５にも導入される。ここでは、少数の液体貯留部５５に液体Ｌが少量入っており、他の液体貯留部５５には未だ液体Ｌが満たされていないことを示している。
　その後、図１５Ｂに示すように、液体Ｌの先端Ｌａが引圧制御部５７に達する。この際、図示のように引圧制御部５７がある場合には、引圧制御部５７の機能により、流路５３を流れる液体Ｌの速度が抑制される。これにより、配給流路（図示せず）へ向かう液体Ｌの流れが速くなり、全ての液体貯留部５５に液体Ｌが貯留される。また、液体Ｌの先端Ｌａが引圧制御部５７を抜け、引圧保持部５９に達した後であっても、流路５３の流路抵抗を引圧制御部５７の流路抵抗より小さくすることで、液体貯留部５５には液体Ｌが充填され続ける。
　次に、図１５Ｃに示すように、ピペットチップ６０の液体が枯渇し、液体Ｌの後端Ｌｂが流路５３に入ると、流路５３内の液体Ｌは引圧制御部５７に向かって移動し、液体貯留部５５内に液体Ｌが残留した状態で、流路５３内の液体Ｌは、引圧（減圧）状態にある引圧保持部５９に吸引され、引圧保持部５９に貯留される。なお、液体貯留部５５に接続する配給流路５６が形成されている場合には、液体貯留部５５内に液体Ｌが残留した状態で、配給流路５６内の液体Ｌも引圧保持部５９に貯留するように吸引される。
　２．２．６．排出工程
　そして、図１５Ｄに示すように、液体Ｌの後端Ｌｂが、流路５３を抜けて引圧制御部５７に入ると、流路５３及び配給流路５６を流れる液体Ｌは消失し、液体Ｌの充填が完了した液体貯留部５５は、各々独立した液体貯留部５５となる。このように、排出工程では貯留工程において液体貯留部５５に貯留されなかった余分な液体Ｌが引圧保持部５９に向かって流れて、引圧保持部５９に充填される。一方、貯留工程で液体貯留部５５に蓄えられた液体Ｌは、配給流路５６の流路抵抗を大きくすることで、引圧保持部５９に向かって吸引されずに液体貯留部５５に残る。
　このように、本実施形態のマイクロ流路チップ２００によれば、複数の液体貯留部５５に、泡の無い液体Ｌが短時間で充填され、かつ充填された液体Ｌの高精度な分析が可能となる。
　２．３．封止部材の変形例
　封止部材は、減圧状態から吸引開始状態にする際に、ピペットチップ先端等により破りやすいように、液体導入口２５１に対応する位置に薄肉部を有してもよい。図１６、図１７、図１８は、薄肉部を有する封止部材２２４ａ、封止部材２２４ｂ、封止部材２２４ｃを示す斜視図である。図１６、図１７、図１８では、液体導入口２５１に当接する部分を二点鎖線で示している。
　図１６に示す封止部材２２４ａは、平板状の形状を有しており、平面視で液体導入口２５１に当接する部分を含む範囲に他の部分よりも肉厚の薄い薄肉部７２が形成されている。薄肉部７２は、図示の例では、液体導入口２５１に接する第３面２５（底面）とは反対側の面に凹部７１を形成している。図示はしないが薄肉部７２は、第３面２５側（底面側）に凹部を形成してもよく、さらに封止部材２２４ａの液体導入口２５１に接する面及びその反対側の面（両面）に凹部を形成してもよい。
　また、図１６では、薄肉部７２として、直方体形状の凹部７１が形成されているが、凹部７１の形状は、円柱形状やその他の形状でもよいことは勿論である。
　また、図１７に示す封止部材２２４ｂは、十字形状の凹部７４によって薄肉部７５が形成されている例を示す。さらに、薄肉部である凹部は、細長い溝形状としてもよいことは勿論である。
　図１６、図１７では、封止部材に形成された薄肉部により、ピペットチップ等で、封止部材を破りやすくなる。さらに、ピペットチップ先端を挿入した場合に破れる封止部材の体積を小さくできるので、泡の発生を抑制しつつ、しかも短時間で液体Ｌを導入できる。
　図１８は、通気路７８を有する封止部材２２４ｃを示す斜視図である。封止部材２２４ｃは、液体導入口２５１に接する第３面２５（底面）に溝部７７を有している。封止部材２２４ｃは、平面視において、液体導入口２５１に当接する部分よりも外側から、外方に向かって放射状に延びる４つの溝部７７を有している。溝部７７は、通気路７８を形成する。通気路７８は、マイクロ流路チップ２００使用方法の一工程である準備工程の際に、内部空間５０と連通せず、外部とのみ連通する。このため、通気路７８は、マイクロ流路チップ２００使用方法の一工程である排気工程で内部空間５０の気体を外部に排出しやすい機能を有する。
　このように、封止部材２２４ｃに通気路７８が形成されることにより、排気工程で内部空間５０の気体が封止部材２２４ｃの外周端部にまで達しなくても、通気路７８に達すれば外部に排気できる。これにより、効率よく内部の空気を排出することができる。
　なお、変形例の封止部材は、第２実施形態の封止部材２２４同様、例えば、溝に対応する凸部を形成した鋳型を用いて、液状の未架橋シリコーンゴム等を鋳型に流し込み、硬化させることにより製造することができる。また、封止部材の他の変形形態として、複数の変形例を組み合わせてもよいことは勿論である。
　３．第３実施形態
　図１９を用いて第３実施形態に係るマイクロ流路チップ３００について述べる。図１９は、マイクロ流路チップ３００を模式的に示す平面図である。第３実施形態のマイクロ流路チップ３００は、液体を貯留する複数の液体貯留部２５５が、流路５３に直接形成されている点で、第１実施形態及び第２実施形態と異なっている。すなわち第３実施形態のマイクロ流路チップ３００は、液体貯留部２５５の態様が異なる事、及び、排出工程が不要である事（詳細は後述）を除き、第１実施形態及び第２実施形態と同様な構成である。そのため、第１実施形態及び第２実施形態と同様の機能、作用を有する部材等については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第３実施形態のマイクロ流路チップ３００は、液体貯留部２５５が流路５３から分岐して設けられていないため、全ての液体貯留部２５５に液体の貯留が完了した時点で、即座に分析等に供される。
　貯留工程は、十分な量の液体がある場合には、引圧保持部５９の圧力が大気圧に達することにより終了してもよい。また液体の量が少ない場合には、貯留工程で最上流の液体貯留部２５５ａから液体が排出されないように、液体導入口２５１を栓等で塞いで終了してもよいし、引圧保持部５９の体積を変更したり、減圧工程で到達する内部空間５０の圧力によって調節してもよい。
　４．第４実施形態
　図２０を用いて第４実施形態に係るマイクロ流路チップ４００について述べる。図２０は、第４実施形態のマイクロ流路チップ４００の断面の模式図である。マイクロ流路チップ４００は、内部空間５０が空間形成部材２２０によって形成され、板状部材８０に貫通孔８２のみが形成されている点以外は、第２実施形態のマイクロ流路チップ２００と同様である。そのため、第２実施形態と同様の機能、作用を有する部材等には、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。
　本実施形態に係るマイクロ流路チップ４００は、空間形成部材２２０と貫通孔８２のみを有する板状部材８０とで内部空間５０を形成する。より詳しくは、内部空間５０は、空間形成部材２２０凹部（溝）が形成され、貫通孔８２が形成された板状部材８０と空間形成部材２２０とを密着させることで形成される。この時、貫通孔８２は、内部空間５０の一部と連通している。さらに、板状部材８０上に載置された封止部材２２４を有する。このように２つの部材の一方（空間形成部材２２０）に、内部空間５０を構成する凹部である流路５３、引圧制御部、液体貯留部５５や引圧保持部５９を形成することで、例えば、一方の部材のみを用いてフォトリソグラフィーによる微細加工や鋳型形成が行えるため、製造工程が簡略化され、低コストで、かつ分析精度の高いマイクロ流路チップを提供できる。
　本実施形態のマイクロ流路チップ４００は、第２実施形態のマイクロ流路チップ２００と同様に、準備工程、排気工程、減圧工程、吸引工程、貯留工程、及び、排出工程を経て液体貯留部に液体が貯留される。
　５．第５実施形態
　図２１を用いて第５実施形態に係るマイクロ流路チップ５００について述べる。図２１は、第５実施形態のマイクロ流路チップ５００の断面の模式図である。マイクロ流路チップ５００は、第２実施形態のマイクロ流路チップ２００と、内部空間５０が空間形成部材２２０及び板状部材８０の両方に形成される点以外は、第４実施形態のマイクロ流路チップ４００と同様である。そのため、第４実施形態と同様の機能、作用を有する部材、空間等については、同様の符号を付して、詳細な説明を省略する。このように２つの部材（空間形成部材２２０と板状部材８０）で、内部空間５０を構成する要素の１つである比較的浅い凹部（例えば流路５３）を形成し、いずれかの部材（例えば、空間形成部材２２０）に比較的深い凹部である液体貯留部５５や引圧保持部５９を形成することで、フォトリソグラフィーを用いた微細加工や鋳型形成が容易になり、精度の高い各構成要素を形成でき、分析精度の高い分析を行うことができる。なお、マイクロ流路チップ５００を構成する構成要素の中で、どちらの部材にどの構成要素を形成するかは、任意に選択することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、第１実施形態～第４実施形態のそれぞれの要素を組み合わせた種々の変形が可能である。
１０…基板、１１…表面、２０…第１空間形成部材、２１…第１面、２２…第２面、２３…貫通孔、２４…第２空間形成部材、２５…第３面、５０…内部空間、５１…液体導入部、５１ａ…導入口、５１ｂ…送出口、５３…流路、５５…液体貯留部、５６…配給流路、５７…引圧制御部、５９…引圧保持部、６０…ピペットチップ、６２…ピペッター、７１，７４…凹部、７２，７５…薄肉部、７７…溝部、７８…通気路、８０…板状部材、８２…貫通孔、１００，２００，３００，４００，５００…マイクロ流路チップ、２２０…空間形成部材、２２４，２２４ａ，２２４ｂ，２２４ｃ…封止部材、２５１…液体導入口、２５５…液体貯留部、２５５ａ…最上流の液体貯留部、Ｌ…液体、Ｌａ…液体Ｌの先端、Ｌｂ…液体Ｌの後端
 

Claims (14)

  1. 　液体を導入する導入口及び前記液体を送出する送出口を有する液体導入部と、
    　前記液体導入部の前記送出口と接続し、前記液体が流れる流路と、
    　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
    　前記流路の、前記液体導入部とは反対側に接続する引圧制御部と、
    　前記引圧制御部の、前記流路とは反対側に接続する引圧保持部と、
    　を有し、
    　前記引圧制御部の流路抵抗は、前記引圧保持部の流路抵抗よりも大きい、
    マイクロ流路チップ。
  2. 　請求項１において、
    　前記液体導入部、前記流路、前記液体貯留部、前記引圧制御部及び前記引圧保持部により、前記液体導入部の前記導入口においてのみ開口する閉空間が形成された、
    マイクロ流路チップ。
  3. 　請求項１又は請求項２において、
    　前記液体導入部の前記導入口の開口面積は、前記送出口の開口面積よりも大きく、
    　前記導入口及び前記送出口をつなぐ前記液体導入部を区画する壁面は、撥水性を有する、
    マイクロ流路チップ。
  4. 　基板と、
    　前記基板上に配置され、前記基板との間に内部空間を形成する空間形成部材と、
    　前記空間形成部材上に配置される封止部材と、
    を有し、
    　前記内部空間は、
    　液体が流れる流路と、
    　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
    　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
    　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
    を含み、
    　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される、マイクロ流路チップ。
  5. 　空間形成部材と、
    　前記空間形成部材上に配置され、前記空間形成部材との間に内部空間を形成するとともに、当該内部空間の一部に連通する貫通孔を有する板状部材と、
    　前記板状部材上に配置される封止部材と、
    を有し、
    　前記内部空間は、
    　液体が流れる流路と、
    　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
    　前記流路から分岐して接続し、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
    　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
    を含み、
    　前記貫通孔の一方の端部が前記流路に連通し、
    　前記貫通孔の他方の端部が前記液体導入口であり、
    　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される、マイクロ流路チップ。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    　前記引圧保持部の容積は、前記流路全体の容積よりも大きい、マイクロ流路チップ。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
    　前記流路及び前記液体貯留部は、前記流路から前記液体貯留部へと連通する配給流路を介して接続し、
    　前記配給流路の断面積は、前記流路の断面積よりも小さい、マイクロ流路チップ。
  8. 　基板と、
    　前記基板上に配置され、前記基板との間に内部空間を形成する空間形成部材と、
    　前記空間形成部材上に配置される封止部材と、
    を有し、
    　前記内部空間は、
    　液体が流れる流路と、
    　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
    　前記流路に形成され、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
    　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部に接続される引圧保持部と、
    を含み、
    　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される、マイクロ流路チップ。
  9. 　空間形成部材と、
    　前記空間形成部材上に配置され、前記空間形成部材との間に内部空間を形成するとともに、当該内部空間の一部と連通する貫通孔を有する板状部材と、
    　前記板状部材上に配置される封止部材と、
    を有し、
    　前記内部空間は、
    　液体が流れる流路と、
    　前記液体を前記流路に導入する液体導入口と、
    　前記流路に形成され、前記液体を貯留する複数の液体貯留部と、
    　前記液体導入口とは反対側の前記流路の端部にある引圧保持部と、
    を含み、
    　前記貫通孔の一方の端部が前記流路に連通し、
    　前記貫通孔の他方の端部が前記液体導入口であり、
    　前記封止部材は、前記液体導入口を覆うように配置される、マイクロ流路チップ。
  10. 　請求項４乃至請求項９のいずれか一項において、
    　前記内部空間は、前記液体導入口においてのみ開口する閉空間である、マイクロ流路チップ。
  11. 　請求項４乃至請求項１０のいずれか一項において、
    　前記封止部材の前記液体導入口に対応する部分に薄肉部が形成された、マイクロ流路チップ。
  12. 　請求項４乃至請求項１１のいずれか一項において、
    　前記封止部材は、溝部を有し、
    　前記溝部は、前記空間形成部材との間に外部と連通する通気路を形成した、マイクロ流路チップ。
  13. 　請求項４乃至請求項１２のいずれか一項において、
    　前記内部空間は、
    　前記流路と前記引圧保持部との間に設けられた引圧制御部を有し、
    　前記引圧制御部の流路抵抗は、前記引圧保持部の流路抵抗よりも大きい、マイクロ流路チップ。
  14. 　請求項１、２、３及び１３のいずれか一項において、
    　前記流路の流路抵抗は、前記引圧制御部の流路抵抗より小さい、マイクロ流路チップ。
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