WO2020218234A1 - チップ及び流体の合流方法 - Google Patents

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WO2020218234A1
WO2020218234A1 PCT/JP2020/017036 JP2020017036W WO2020218234A1 WO 2020218234 A1 WO2020218234 A1 WO 2020218234A1 JP 2020017036 W JP2020017036 W JP 2020017036W WO 2020218234 A1 WO2020218234 A1 WO 2020218234A1
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flow path
fluid
liquid feeding
branch
merging
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PCT/JP2020/017036
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一彦 今村
中村　勤
延彦 乾
高橋　良輔
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積水化学工業株式会社
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    • 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
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    • B01L2400/08—Regulating or influencing the flow resistance
    • B01L2400/084—Passive control of flow resistance

Definitions

  • the present invention relates to a chip used for inspection or analysis and a method for merging fluids using the chip.
  • a chip provided with a flow path through which a fluid is fed.
  • Such a chip may be provided with a flow path structure that allows a plurality of fluids to merge and mix.
  • Patent Document 1 discloses a chip in which a plurality of microchannels are connected to a confluence.
  • the inner surface of the microchannel is surface-treated in front of the confluence in order to align the timing of sending the microfluidic fluid from the plurality of microchannels to the confluence.
  • the timing of arrival at the confluence is matched by applying surface treatment to a plurality of flow paths.
  • the liquid feed pump is required to have highly accurate discharge rate control.
  • a large-scale device is required, and there is a problem that miniaturization is difficult.
  • the manufacturing cost becomes high.
  • An object of the present invention is to provide a tip and a method for merging a fluid using the tip, which does not require a liquid feed pump to control a discharge amount with high accuracy and can suppress the biting of air bubbles. ..
  • the chip according to the present invention is a chip for inspection or analysis provided with a flow path through which a fluid is sent, and has a first flow path through which the first fluid is sent and a second flow path.
  • the first connecting flow path which connects the first flow path and the second flow path at the confluence portion and has a higher liquid feeding resistance than the first flow path
  • the above-mentioned A degassing flow path connected to the second flow path on the downstream side of the first connection flow path, and a third flow path provided on the downstream side of the confluence portion. It includes a second connecting flow path that connects the first flow path and the third flow path and has a higher liquid feeding resistance than the first flow path.
  • the first branch flow path which is branched at the downstream end of the second flow path, is further provided, and the degassing flow path is the first. It is connected to the branch flow path of.
  • the liquid feeding resistance of the first connecting flow path is larger than the liquid feeding resistance of the second connecting flow path.
  • a second branch flow path that branches at the downstream end of the first flow path is further provided, and the second branch flow path is said to have the said The first connection flow path is connected.
  • the liquid feeding resistance of the second connecting flow path is larger than the liquid feeding resistance of the first connecting flow path.
  • the first flow path and the second flow flow are located upstream of the connection position of the first flow path with the first connection flow path.
  • a third connecting flow path is further provided, which connects the paths and has a higher liquid feeding resistance than the first flow path.
  • the liquid feeding resistance of the third connecting flow path is larger than the liquid feeding resistance of the first connecting flow path and the second connecting flow path.
  • the chip branches from the first flow path on the upstream side of the connection position of the first flow path with the first connection flow path.
  • a fourth branch flow path further comprising a third branch flow path, connecting the third branch flow path and the first branch flow path, and having a higher liquid feeding resistance than the first branch flow path.
  • the liquid feeding resistance of the fourth connecting flow path is larger than the liquid feeding resistance of the first connecting flow path and the second connecting flow path.
  • the branch portion of the first flow path when the portion where the first flow path branches into the third branch flow path is used as the branch portion, the branch portion of the first flow path The downstream side is the weighing unit, and the third branch flow path is the waste liquid flow path.
  • the liquid feeding resistance in each connecting flow path is imparted by the flow path narrowing.
  • the fluid merging method according to the present invention is a fluid merging method using a chip configured according to the present invention, in which the first fluid is sent from the first flow path to the merging portion, and the above.
  • the step of stopping the first fluid and the second fluid are sent from the second flow path to the merging portion to merge the first fluid and the second fluid. It has a process.
  • a tip and a method for merging a fluid using the tip which does not require highly accurate discharge amount control in the liquid feed pump and can suppress the biting of air bubbles. ..
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the chip according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the first embodiment of the present invention.
  • 3 (a) and 3 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the second embodiment of the present invention.
  • 5 (a) and 5 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 (a) and 7 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the fourth embodiment of the present invention.
  • 9 (a) and 9 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the chip according to the first embodiment of the present invention.
  • Chip 1 is a chip for inspection or analysis.
  • the chip 1 has a rectangular plate-like shape.
  • the shape of the chip 1 is not particularly limited.
  • the substrate 2 has a substrate 2 and a cover member 3 provided on the substrate 2.
  • the substrate 2 is made of an injection-molded synthetic resin.
  • the cover member 3 is made of an elastomer or a synthetic resin.
  • the substrate 2 and the cover member 3 may be made of other materials.
  • the chip 1 may be formed by laminating a plurality of synthetic resin sheets, and the structure thereof is not particularly limited.
  • a flow path through which the fluid is sent is provided.
  • a liquid reagent or the like can be used.
  • the fluid may be a microfluid.
  • the flow path is a micro flow path.
  • the flow path may not be a micro flow path but a flow path having a larger cross-sectional area than the micro flow path. However, it is preferably a microchannel. As a result, various tests and analyzes can be performed with a small amount of sample.
  • the microchannel means a minute channel that causes a micro effect when the fluid is transported.
  • the fluid is strongly affected by surface tension and behaves differently from the fluid flowing through a normal large-sized channel.
  • the cross-sectional shape and size of the microchannel are not particularly limited as long as the channel produces the above micro effect.
  • the smaller one is when the cross-sectional shape of the microchannel is generally rectangular (including a square) from the viewpoint of reducing the liquid feeding resistance.
  • the size of the side is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, and further preferably 100 ⁇ m or more. From the viewpoint of further miniaturization of the microfluidic device using the chip 1, the size of the smaller side is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, still more preferably 500 ⁇ m or less.
  • the diameter (minor diameter in the case of an ellipse) is preferably 20 ⁇ m or more, more preferably 50 ⁇ m or more, still more preferably 100 ⁇ m or more. From the viewpoint of further miniaturization of the microfluidic device, the diameter (minor diameter in the case of an ellipse) is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and further preferably 500 ⁇ m or less.
  • the dimension of the smaller side It is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 10 ⁇ m or more, and further preferably 20 ⁇ m or more. Further, the size of the smaller side is preferably 200 ⁇ m or less, and more preferably 100 ⁇ m or less.
  • a flow path structure like the flow path 4 shown in FIG. 2 is configured in the chip 1.
  • the flow path 4 includes a first flow path 5, a second flow path 6, a third flow path 7, a confluence portion 8, a first connection flow path 9, and a second connection flow. It has a passage 10, a first branch flow path 11, a second branch flow path 12, and a degassing flow path 13.
  • the first flow path 5 and the second flow path 6 are flow paths to which the first fluid and the second fluid are sent, respectively.
  • the first fluid and the second fluid are liquids, respectively.
  • the first fluid and the second fluid may be microfluidics, respectively.
  • the first flow path 5 is the main flow path
  • the second flow path 6 is the recovery liquid flow path.
  • the use of the first flow path 5 and the second flow path 6 is not particularly limited.
  • a merging portion 8 is provided on the downstream end portion 5a side of the first flow path 5.
  • the merging portion 8 is a portion where the first fluid and the second fluid are merged.
  • the downstream end portion 5a of the first flow path 5 is branched into the second branch flow path 12.
  • the first connection flow path 9 is connected to the second branch flow path 12.
  • the confluence portion 8 is configured.
  • the first connection flow path 9 is a flow path connecting the first flow path 5 and the second flow path 6.
  • the liquid feeding resistance is higher than that in the first flow path 5.
  • liquid feeding resistance is imparted due to the narrowing of the flow path. Therefore, the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 is smaller than the cross-sectional area of the first flow path 5.
  • the ratio of the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (first connecting flow path 9 / first flow path 5) is, for example, 0.01 or more, 0. It can be 8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (first connecting flow path 9 / first flow path 5) is 0.1 or more and 0.6 or less. Is preferable.
  • the first connection flow path 9 is connected to the downstream end portion 6a of the second flow path 6.
  • the downstream end 6a of the second flow path 6 is branched into the first branch flow path 11.
  • a degassing flow path 13 is connected to the first branch flow path 11.
  • the degassing flow path 13 is a flow path through which a liquid cannot pass but a gas can pass through.
  • the degassing flow path 13 is connected to the outside of the chip 1.
  • the cross-sectional area of the flow path is extremely small.
  • the ratio of the cross-sectional area of the degassing flow path 13 to the cross-sectional area of the first branch flow path 11 is, for example, 0.01 or more, 0.
  • the ratio of the cross-sectional area of the degassing flow path 13 to the cross-sectional area of the first branch flow path 11 is 0.01 or more and 0.4 or less. It is preferably 0.01 or more and 0.1 or less.
  • a third flow path 7 is provided further downstream than the confluence portion 8.
  • the first flow path 5 and the third flow path 7 are connected by a second connection flow path 10.
  • the liquid feeding resistance is higher than that in the first flow path 5.
  • liquid feeding resistance is imparted due to the narrowing of the flow path. Therefore, the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 is smaller than the cross-sectional area of the first flow path 5.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (second connecting flow path 10 / first flow path 5) is, for example, 0.01 or more, 0. It can be 8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (second connecting flow path 10 / first flow path 5) is 0.2 or more and 0.8 or less. Is preferable.
  • the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9 is larger than the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10. Therefore, the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 is smaller than the cross-sectional area of the second connecting flow path 10.
  • the ratio of the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 to the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 to the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 (first connecting flow path 9 / second connecting flow path 10) is 0.1 or more, 0. It is preferably 8 or less.
  • the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10 may be larger than or the same as the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9.
  • the relationship between the liquid feeding resistances of the first connecting flow path 9 and the second connecting flow path 10 can be appropriately determined by the flow path structure of the flow path 4.
  • the tip 1 of the present embodiment has the above-mentioned flow path structure, the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. This point can be explained by the specific merging method shown below.
  • 3 (a) and 3 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to the first embodiment of the present invention.
  • the first fluid 14 is sent from the first flow path 5 toward the merging portion 8.
  • This liquid transfer is preferably performed by applying gas from the rear of the first fluid 14.
  • a liquid feed pump (micropump) that generates such a gas is connected to the first flow path 5.
  • the micropump may be provided inside the chip 1 or outside the chip 1 as in the present embodiment.
  • a gas generating member arranged in a space connected to the upstream side of the first flow path 5 can be mentioned.
  • the gas generating member is a member that generates gas by an external force such as light or heat. By applying an external force to the gas generating member at a predetermined timing, gas can be generated and the gas can be sent to the first flow path 5. Thereby, the first fluid 14 can be sent from the first flow path 5 toward the confluence portion 8.
  • the gas generating member include a gas generating tape.
  • the liquid feeding means other appropriate means may be used as long as the liquid can be fed from the first flow path 5 toward the merging portion 8.
  • the second fluid 15 is sent from the second flow path 6 toward the confluence 8.
  • the method of feeding the second fluid 15 is not particularly limited.
  • a method of feeding gas from the liquid feed pump can be mentioned.
  • the cost can be further reduced. Since the first fluid 14 is stopped in the confluence portion 8, when the second fluid 15 is sent to the confluence portion 8, it is difficult to entrain air bubbles at the stage where the two fluids come into contact with each other.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 are supplied by further supplying gas from at least one of the first flow path 5 and the second flow path 6. It can be discharged from the third flow path 7 and recovered.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 may be mixed in the third flow path 7 or further downstream. Further, a reaction such as PCR may be carried out in the third flow path 7 or further downstream.
  • the first fluid 14 is first stopped in the confluence portion 8, and then the second fluid 15 is sent to the confluence portion 8 to send the first fluid 14 to the confluence portion 8.
  • the second fluid 15 is sent to the confluence portion 8 to send the first fluid 14 to the confluence portion 8.
  • Contact with Therefore, it is not necessary to match the timing of the liquid feeding of the first fluid 14 and the second fluid 15 with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the size without requiring a large-scale device having a complicated liquid feed control mechanism.
  • the downstream end 6a of the second flow path 6 connected to the confluence 8 where the first fluid 14 is stopped is a degassing flow path via the first branch flow path 11. It is connected to 13. Therefore, the air between the first fluid 14 and the second fluid 15 can be released from the degassing flow path 13. Therefore, especially from this point as well, it is possible to reliably suppress the biting of air bubbles at the time of merging.
  • the first fluid 14 can be retained at the confluence 8.
  • the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9 is larger than the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10, even when the first fluid 14 is excessively fed, FIG. 3 (a). ), It is pushed out to the third flow path 7 side. Thereby, the first fluid 14 can be retained at the confluence 8. Therefore, even when a liquid feeding pump having a low discharge amount accuracy is used, the first fluid 14 and the second fluid 15 can be reliably merged.
  • the first fluid 14 extruded to the third flow path 7 side can also be merged in the subsequent process.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. Further, since high-precision discharge amount control is not required, the chip 1 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 4 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the second embodiment of the present invention.
  • a flow path structure such as the flow path 24 is configured in the chip 21 of the second embodiment.
  • the first connection flow path 9 is the first on the upstream side of the connection position with the second connection flow path 10 at the downstream end portion 5a of the first flow path 5. It is directly connected to the flow path 5 of. As a result, the merging portion 28 is configured. Therefore, the chip 21 is not provided with the second branch flow path 12.
  • the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10 is larger than the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9. Therefore, the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 is smaller than the cross-sectional area of the first connecting flow path 9.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (second connecting flow path 10 / first connecting flow path 9) is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (second connecting flow path 10 / first connecting flow path 9) is 0.1 or more, 0. It is preferably 8 or less.
  • it is desirable that the liquid feed resistance of the second connection flow path 10 is larger than the liquid feed resistance of the first connection flow path 9, but it is the same as the liquid feed resistance of the first connection flow path 9. Or it may be small.
  • the portion of the first flow path 5 upstream from the connection position with the first connection flow path 9 and the first branch flow path 11 are connected by the third connection flow path 16.
  • the liquid feeding resistance of the third connection flow path 16 is also higher than that of the first flow path 5.
  • liquid feeding resistance is imparted due to the flow path narrowing. Therefore, the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 is smaller than the cross-sectional area of the first flow path 5.
  • the ratio of the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (third connecting flow path 16 / first flow path 5) is, for example, 0.01 or more and 0.8. It can be as follows.
  • the ratio of the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 to the cross-sectional area of the first flow path 5 (third connecting flow path 16 / first flow path 5) is 0.01 or more and 0.4 or less. It is preferable to do so.
  • the liquid feed resistance of the third connection flow path 16 is larger than the liquid feed resistance of the first connection flow path 9 and the second connection flow path 10. Therefore, the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 is smaller than the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 and the second connecting flow path 10.
  • the ratio of the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (third connecting flow path 16 / first connecting flow path 9) is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the third connecting flow path 16 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (third connecting flow path 16 / first connecting flow path 9) is 0.01 or more, 0. It is preferably 4 or less.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. This point can be explained by the specific merging method shown below.
  • 5 (a) and 5 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a second embodiment of the present invention.
  • the first fluid 14 is sent from the first flow path 5 toward the merging portion 28.
  • This liquid transfer is preferably performed by applying gas from the rear of the first fluid 14.
  • a liquid feed pump (micropump) that generates such a gas is connected to the first flow path 5.
  • the second fluid 15 is sent from the second flow path 6 toward the confluence 28.
  • the method of feeding the second fluid 15 is not particularly limited.
  • a method of feeding gas from the liquid feed pump can be mentioned.
  • the cost can be further reduced. Since the first fluid 14 is stopped in the merging portion 28, when the second fluid 15 is sent to the merging portion 28, it is difficult to entrain air bubbles at the stage where the two fluids come into contact with each other.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 are supplied by further supplying gas from at least one of the first flow path 5 and the second flow path 6. It can be discharged from the third flow path 7 and recovered.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 may be mixed in the third flow path 7 or further downstream. Further, a reaction such as PCR may be carried out in the third flow path 7 or further downstream.
  • the first fluid 14 is first stopped in the merging portion 28, and then the second fluid 15 is sent to the merging portion 28 to supply the first fluid.
  • Contact with 14. Therefore, it is not necessary to match the timing of the liquid feeding of the first fluid 14 and the second fluid 15 with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the size without requiring a large-scale device having a complicated liquid feed control mechanism.
  • the downstream end 6a of the second flow path 6 connected to the confluence 28 where the first fluid 14 is stopped is a degassing flow path via the first branch flow path 11. It is connected to 13. Therefore, the air between the first fluid 14 and the second fluid 15 can be released from the degassing flow path 13. Therefore, especially from this point as well, it is possible to reliably suppress the biting of air bubbles at the time of merging.
  • the gas is released from the third connecting flow path 16. Therefore, the first fluid 14 can be retained at the confluence 28. Therefore, even when a liquid feeding pump having a low discharge amount accuracy is used, the first fluid 14 and the second fluid 15 can be reliably merged.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. Further, since high-precision discharge amount control is not required, the chip 21 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 6 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the third embodiment of the present invention.
  • a flow path structure such as a flow path 34 is configured in the chip 31 of the third embodiment.
  • the first connection flow path 9 is the first on the upstream side from the connection position with the second connection flow path 10 at the downstream end of the first flow path 5. It is directly connected to the flow path 5. As a result, the merging portion 38 is configured. Therefore, the chip 31 is not provided with the second branch flow path 12.
  • the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10 is larger than the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9. Therefore, the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 is smaller than the cross-sectional area of the first connecting flow path 9.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (second connecting flow path 10 / first connecting flow path 9) is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the second connecting flow path 10 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (second connecting flow path 10 / first connecting flow path 9) is 0.1 or more, 0. It is preferably 8 or less.
  • it is desirable that the liquid feed resistance of the second connection flow path 10 is larger than the liquid feed resistance of the first connection flow path 9, but it is the same as the liquid feed resistance of the first connection flow path 9. May be small.
  • a third branch flow path 17 branching from the first flow path 5 is located upstream of the connection position of the first flow path 5 with the first connection flow path 9. It is provided.
  • the third branch flow path 17 is a waste liquid flow path. It is desirable that the liquid feed resistance of the third branch flow path 17 is the same as the liquid feed resistance of the first flow path 5 or larger than the liquid feed resistance of the first flow path 5. However, it can be appropriately set depending on the flow path structure.
  • the chip 31 is provided with a fourth connection flow path 20 that connects the third branch flow path 17 and the first branch flow path 11.
  • the liquid feeding resistance is higher than that in the third branch flow path 17.
  • liquid feeding resistance is imparted due to the flow path narrowing. Therefore, the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 is smaller than the cross-sectional area of the third branch flow path 17.
  • the ratio of the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 to the cross-sectional area of the third branch flow path 17 (fourth connecting flow path 20 / third branch flow path 17) is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 to the cross-sectional area of the third branch flow path 17 (fourth connecting flow path 20 / third branch flow path 17) is 0.01 or more, 0. It is preferably 4 or less.
  • the liquid feed resistance of the fourth connection flow path 20 is larger than the liquid feed resistance of the first connection flow path 9 and the second connection flow path 10. Therefore, the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 is smaller than the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 and the second connecting flow path 10.
  • the ratio of the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (fourth connecting flow path 20 / first connecting flow path 9) is, for example, 0.01 or more. It can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the fourth connecting flow path 20 to the cross-sectional area of the first connecting flow path 9 (fourth connecting flow path 20 / first connecting flow path 9) is 0.01 or more, 0. It is preferably 7 or less.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. This point can be explained by the specific merging method shown below.
  • 7 (a) and 7 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a third embodiment of the present invention.
  • the first fluid 14 is sent from the first flow path 5 toward the merging portion 38.
  • This liquid transfer is preferably performed by applying gas from the rear of the first fluid 14.
  • a liquid feed pump (micropump) that generates such a gas is connected to the first flow path 5.
  • the second fluid 15 is sent from the second flow path 6 toward the confluence 38.
  • the method of feeding the second fluid 15 is not particularly limited.
  • a method of feeding gas from the liquid feed pump can be mentioned.
  • the cost can be further reduced. Since the first fluid 14 is stopped in the merging portion 38, when the second fluid 15 is sent to the merging portion 38, it is difficult to entrain air bubbles at the stage where the two fluids come into contact with each other.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 are supplied by further supplying gas from at least one of the first flow path 5 and the second flow path 6. It can be discharged from the third flow path 7 and recovered.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 may be mixed in the third flow path 7 or further downstream. Further, a reaction such as PCR may be carried out in the third flow path 7 or further downstream.
  • the first fluid 14 is first stopped in the merging portion 38, and then the second fluid 15 is sent to the merging portion 38 to supply the first fluid.
  • Contact with 14. Therefore, it is not necessary to match the timing of the liquid feeding of the first fluid 14 and the second fluid 15 with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the size without requiring a large-scale device having a complicated liquid feed control mechanism.
  • the downstream end 6a of the second flow path 6 connected to the confluence 38 where the first fluid 14 is stopped is a degassing flow path via the first branch flow path 11. It is connected to 13. Therefore, the air between the first fluid 14 and the second fluid 15 can be released from the degassing flow path 13. Therefore, especially from this point as well, it is possible to reliably suppress the biting of air bubbles at the time of merging.
  • the weighing unit 19 weighs the predetermined first fluid 14 and the rest is a waste liquid flow. It can be pushed out to the third branch flow path 17 side, which is a road. Further, even if the pump is continuously operated after the first fluid 14 is stopped at the merging portion 38, the gas can be pushed out to the third branch flow path 17, so that the first fluid 14 stays at the merging portion 38. Can be made. Therefore, even when a liquid feeding pump having a low discharge amount accuracy is used, the first fluid 14 and the second fluid 15 can be reliably merged.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. Further, since high-precision discharge amount control is not required, the chip 31 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the amount of fluid to be sent can be accurately weighed.
  • FIG. 8 is a schematic plan view for explaining the flow path structure of the chip according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a flow path structure such as a flow path 44 is configured in the chip 41 of the fourth embodiment.
  • the first connection flow path 9 is connected in the middle of the flow path on the downstream side of the second flow path 46. Further, the degassing flow path 13 is directly connected to the downstream end portion 46a of the second flow path 46. Therefore, the chip 41 is not provided with the first branch flow path 11. Further, in the chip 41, the ratio of the cross-sectional area of the degassing flow path 13 to the cross-sectional area of the second flow path 46 (gas venting flow path 13 / second flow path 46) is, for example, 0.01. As mentioned above, it can be 0.8 or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the degassing flow path 13 to the cross-sectional area of the second flow path 46 shall be 0.01 or more and 0.4 or less. It is preferably 0.01 or more and 0.1 or less. Other points are the same as those in the first embodiment.
  • 9 (a) and 9 (b) are schematic plan views for explaining a method of merging fluids using a chip according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the first fluid 14 is sent from the first flow path 5 toward the merging portion 8.
  • This liquid transfer is preferably performed by applying gas from the rear of the first fluid 14.
  • a liquid feed pump (micropump) that generates such a gas is connected to the first flow path 5.
  • the second fluid 15 is sent from the second flow path 46 toward the confluence 8.
  • the method of feeding the second fluid 15 is not particularly limited.
  • a method of feeding gas from the liquid feed pump can be mentioned.
  • the cost can be further reduced. Since the first fluid 14 is stopped in the confluence portion 8, when the second fluid 15 is sent to the confluence portion 8, it is difficult to entrain air bubbles at the stage where the two fluids come into contact with each other.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 are supplied by further supplying gas from at least one of the first flow path 5 and the second flow path 46. It can be discharged from the third flow path 7 and recovered.
  • the first fluid 14 and the second fluid 15 may be mixed in the third flow path 7 or further downstream. Further, a reaction such as PCR may be carried out in the third flow path 7 or further downstream.
  • the first fluid 14 is first stopped in the merging portion 8, and then the second fluid 15 is sent to the merging portion 8 to send the first fluid.
  • Contact with 14. Therefore, it is not necessary to match the timing of the liquid feeding of the first fluid 14 and the second fluid 15 with high accuracy. Therefore, it is possible to reduce the size without requiring a large-scale device having a complicated liquid feed control mechanism.
  • the degassing flow path 13 is directly connected to the second flow path 46 on the downstream side of the first connection flow path 9 connected to the confluence portion 8 where the first fluid 14 is stopped. It is connected to the. Therefore, the air between the first fluid 14 and the second fluid 15 can be released from the degassing flow path 13. Therefore, especially from this point as well, it is possible to reliably suppress the biting of air bubbles at the time of merging.
  • the first fluid 14 can be retained at the confluence 8.
  • the liquid feeding resistance of the first connecting flow path 9 is larger than the liquid feeding resistance of the second connecting flow path 10, even when the first fluid 14 is excessively fed, FIG. 9 (a). ), It is pushed out to the third flow path 7 side. Thereby, the first fluid 14 can be retained at the confluence 8. Therefore, even when a liquid feeding pump having a low discharge amount accuracy is used, the first fluid 14 and the second fluid 15 can be reliably merged.
  • the first fluid 14 extruded to the third flow path 7 side can also be merged in the subsequent process.
  • the liquid feed pump does not require highly accurate discharge amount control, and the biting of air bubbles can be suppressed. Further, since high-precision discharge amount control is not required, the chip 41 can be downsized and the manufacturing cost can be reduced.
  • the degassing flow path 13 may be directly connected to the downstream end portion 46a of the second flow path 46.
  • the degassing flow path 13 may be directly or indirectly connected to the second flow path 46 on the downstream side of the first connection flow path 9.
  • the downstream end portion 6a of the second flow path 6 is connected to the degassing flow path 13 via the first branch flow path 11. Is preferable. In this case, the biting of air bubbles can be further suppressed.

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Abstract

送液ポンプに高精度な吐出量制御を必要とせず、かつ気泡の噛みこみを抑制することができる、チップを提供する。　流体が送液される流路４が設けられている、検査用又は分析用のチップ１であって、第１の流体が送液される第１の流路５と、第２の流体が送液される第２の流路６と、第１の流路５の下流側端部５ａ側に設けられており、第１の流体及び第２の流体が合流される合流部８と、合流部８において、第１の流路５及び第２の流路６を接続しており、第１の流路５より送液抵抗が高められている、第１の接続流路９と、第１の接続流路９よりも下流側において、第２の流路６に接続されている、ガス抜き用流路１３と、合流部８より下流側に設けられている、第３の流路７と、第１の流路５及び第３の流路７を接続しており、第１の流路５より送液抵抗が高められている、第２の接続流路１０と、を備える、チップ１。

Description

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

Claims (12)

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