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CN102527452A - 微型芯片 - Google Patents

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CN102527452A
CN102527452A CN2011103569519A CN201110356951A CN102527452A CN 102527452 A CN102527452 A CN 102527452A CN 2011103569519 A CN2011103569519 A CN 2011103569519A CN 201110356951 A CN201110356951 A CN 201110356951A CN 102527452 A CN102527452 A CN 102527452A
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CN
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microchip
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puncture portion
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小岛健介
濑川雄司
渡边英俊
加藤义明
渡边俊夫
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

本文公开了一种允许样本被简单且精确地引入区域中、并能够获得高分析精度的微型芯片。该微型芯片包括溶液被从外部引入其中的气密区域；以及用于相对于该区域的穿刺部来定位通道的定位装置，该通道用于通过穿过形成该区域的基板层而将溶液注入该区域中。

Description

微型芯片
技术领域
本公开涉及一种微型芯片，具体涉及一种用于将物质引入位于基板上的区域中以进行化学分析或生物分析的微型芯片。
背景技术
目前，在半导体工业中，通过利用微加工技术已经开发了在诸如硅基板、玻璃基板等的基板上具有诸如井、流体通道等的区域以用于执行化学分析或生物分析的微型芯片(见日本专利公开第2004-219199号)。这些微型芯片例如已开始用于液体层析法所用的电化学检测器或医疗现场所用的小型电化学传感器之中。
使用这种微型芯片的分析系统被称为μ-TAS(微全分析系统，micro-Total Analysis System)、芯片上的实验室、生物芯片等，并且作为可实现更高分析速度、更高分析效率、更高集成度以及分析装置的小型化等的技术而引起关注。
μ-TAS能够利用少量样本和单次使用(一次性使用)的微型芯片进行分析，并因此有望用于处理非常少量的贵重样本和多种分析物的生物分析。
μ-TAS的一个应用实例是光学检测装置，该光学检测装置将物质引入设置在微型芯片上的多个区域中并对物质进行光学检测。这种光学检测装置包括在微型芯片上的流体通道中通过电泳将多种物质彼此分离开并对所分离的每种物质进行光学检测的电泳装置、允许多种物质之间的反应在微型芯片上的井内进行并对所得产物进行光学检测的反应装置(如实时PCR装置)等。
在μ-TAS中，由于样本量非常少并且诸如井、流体通道等的区域也非常微小，于是难以将样本精确引入这些区域中，样本的引入可能被存在于区域内的空气阻碍，而且引入过程极为耗时。另外，在样本引入过程中区域内可能存在气泡。最终，被引入各个流体通道、各个井等区域中的样本量会有所不同，因此会降低分析精度和降低分析效率。此外，像在PCR中加热样本时，存留在区域内的气泡发生膨胀，从而阻碍反应进行并降低分析精度。
为使μ-TAS中样本的引入变得容易，例如，日本专利公开第2009-284769公开了一种“配备有至少一个用于引入样本的样本引入部、用于容纳样本的多个容纳部、以及连接到相应的存储部的多个空气排出部的基板，其中，至少两个以上的空气排出部与一条具有开放末端的开放通道连通。”在该基板上，空气排出部与相应的容纳部相连。从而，当样本从样本引入部被引入容纳部时，存在于容纳部中的空气将从空气排出部被排出。因此，容纳部可顺利地被样本填充。
发明内容
如上所述，在μ-TAS中，由于样本量非常少量而且诸如井、流体通道等的区域也非常微小，因此难以将样本精确引入这些区域中。因此期望提供一种允许样本被简单且精确地引入区域中、并能获得高分析精度的微型芯片。
根据本公开的实施方式，提供了一种微型芯片，包括：气密区域，溶液被从外部引入该气密区域中；以及定位部，被配置为相对于该区域的穿刺部来定位通道，该通道用于通过穿过形成该区域的基板层而将溶液注入该区域中。
此微型芯片可进一步包括：主体，包括该区域和该穿刺部；以及框体，被配置为通过朝向中心延伸的两个以上的臂来保持该主体。在此情况下，通过在其中一个臂中形成用于将通道插入穿刺部的定位孔，来形成定位部，其中，该其中一个臂在穿刺部上方延伸。根据此结构，在引入样本液时，将通道插入框体的臂上所设置的定位孔中并使其刺入主体。从而精确地刺入穿刺部。
优选地，该框体的至少一个或多个臂具有挠性，并且基于该挠性以向着用于微型芯片的安装面按压主体来保持主体。在此情况下，臂可被形成为板簧。
另外，微型芯片也可包括：包括该区域和该穿刺部的主体；被配置为保持该主体的第一构件；以及被配置为保持通道以使得该通道面向穿刺部的第二构件。在此情况下，第一构件的一端和第二构件的一端通过铰链彼此耦接，并且在铰链被闭合的状态下，由第二构件保持的通道能够相对于由第一构件保持的主体的穿刺部而被定位。根据此结构，在引入样本液时，在主体被保持在第一构件中并且通道被保持在第二构件中的状态下闭合铰链，从而通道能够精确地刺入穿刺部。
根据本公开的另一实施方式，提供了一种构成微型芯片的框体。该微型芯片包括：包括溶液被从外部引入其中的气密区域和该区域的穿刺部的主体；以及被配置为通过朝向中心延伸的两个以上的臂保持该主体的框体。在该微型芯片中，通过在其中一个臂中形成用于插入通道的定位孔来形成定位部，该通道用于通过穿过形成该区域的基板层到达穿刺部中而将溶液注入该区域中，该其中一个臂在穿刺部上方延伸。
根据本公开的又一实施方式，提供了一种夹具，该夹具通过由位于第一构件的一端和第二构件的一端处的铰链将构成微型芯片的第一构件和第二构件彼此耦接而成。该微型芯片包括：包括溶液被从外部引入其中的气密区域和该区域的穿刺部的主体；被配置为保持该主体的第一构件；以及被配置为保持通道以使该通道面向穿刺部的第二构件，该通道用于通过穿过形成该区域的基板层而将溶液注入该区域中。在该微型芯片中，第一构件的一端和第二构件的一端通过铰链彼此耦接，并且在铰链被闭合的状态下，由第二构件保持的通道被相对于由第一构件保持的主体的穿刺部定位。
根据本公开的又一实施方式，提供了一种配备有容器的微型芯片。该配备有容器的微型芯片包括：包括溶液被从外部引入其中的气密区域的微型芯片；以及用于在其内容纳微型芯片的容器。在该微型芯片中，在容器中形成用于插入通道的定位孔，该通道用于通过从容器的外部穿过形成该区域的基板层到达所容纳的微型芯片的穿刺部中而将溶液注入该区域中。根据此结构，在引入样本液时，将通道插入设置在容器中的定位孔，并且通道刺入该微型芯片。从而，能够精确地刺入穿刺部。
在这些微型芯片中，基板层优选因弹性形变而具有自封闭性，并且该区域的内部优选相对于大气压处于负压下。
根据本公开的再一实施方式，提供了一种用于配备有容器的微型芯片的封装材料。该配备有容器的微型芯片包括：包括溶液被从外部引入其中的气密区域的微型芯片，以及用于在其内容纳微型芯片的容器。在该微型芯片中，在容器中形成用于插入通道的定位孔，该通道用于通过从容器的外部穿过形成该区域的基板层到达所容纳的微型芯片的穿刺部中而将溶液注入该区域中。该区域的内部相对于大气压处于负压下；并且，容纳微型芯片的容器被在低压下密封。
本公开提供了一种允许样本被简单且精确地引入区域中、并能够获得高分析精度的微型芯片。
附图说明
图1A、图1B和图1C是对根据本公开第一实施方式的微型芯片结构进行说明的辅助示意图，图1A为顶视图，图1B为对应图1A的P-P截面的截面视图，而图1C为对应图1A的Q-Q截面的截面视图；
图2A和图2B是对微型芯片A的主体12的结构进行说明的辅助示意图，图2A为顶视图，而图2B则为对应图2A的P-P截面的截面视图；
图3A和图3B是对将样本液引入微型芯片的方法进行说明的截面辅助示意图；
图4A和图4B是对微型芯片的变形例的结构及引入样本液的方法进行说明的辅助示意图；
图5A和图5B是对根据本公开第二实施方式的微型芯片的结构进行说明的辅助示意图，图5A为顶视图，而图5B为对应图5A的P-P截面的截面视图；
图6是对根据第二实施方式的微型芯片被安装在安装面上的状态进行说明的截面辅助示意图；
图7A和图7B是对根据本公开第三实施方式的微型芯片的结构及引入样本液的方法进行说明的辅助示意图；
图8是对根据本公开第四实施方式的配备有容器的微型芯片进行说明的截面辅助示意图；
图9是对将样本液引入根据第四实施方式的配备有容器的微型芯片中的方法进行说明的截面辅助示意图；
图10是对将样本液引入根据第四实施方式的配备有容器的微型芯片中的方法进行说明的截面辅助示意图；
图11是对将样本液引入根据第四实施方式的配备有容器的微型芯片中的方法进行说明的截面辅助示意图；
图12是对根据第四实施方式的配备有容器的微型芯片的变形例的结构及引入样本液的方法进行说明的辅助示意图；以及
图13是对将样本液引入根据第四实施方式的配备有容器的微型芯片的变形例中的方法进行说明的辅助示意图。
具体实施方式
在下文中，将对照附图对本公开的优选实施方式进行描述。应注意，下述实施方式代表本公开的典型实施方式的实例，而本公开的范围并不因此而受到限制。顺便提及，描述将按照以下顺序进行。
1.根据第一实施方式的微型芯片
2.根据第一实施方式的微型芯片的变形例
3.根据第二实施方式的微型芯片
4.根据第三实施方式的微型芯片
5.根据第四实施方式的微型芯片
6.根据第四实施方式的微型芯片的变形例
1.根据第一实施方式的微型芯片
图1A、图1B和图1C是根据本公开第一实施方式的微型芯片的示意图。图1A为顶视图。图1B为对应图1A的P-P截面的截面视图。图1C为对应图1A的Q-Q截面的截面视图。
图1A中用标记A指代的微型芯片包括主体12和用于保持主体12的框体11，主体12具有设置于其内的区域，物质被引入该区域内，并且物质的化学分析或生物分析在该区域中执行。框体11通过被设置为朝向中心延伸的臂111、112、113、114、115和116来保持主体12。这些臂中，臂111、112、115和116与主体12的下表面接触，且从下面保持主体12。另外，臂113和114与主体12的上表面接触，且从上面保持主体12。由此主体12被夹持于下侧臂111、112、115和116与上侧臂113和114之间，并被下侧臂111、112、115和116与上侧臂113和114保持。主体12可被这些臂保持以可从框体11拆卸。此外，主体12和框体11可通过主体12和框体11的相互接触的表面处的粘合互相结合，或也可被相互一体形成而相互结合。
图1A至图1C中的数字标记13表示定位孔，其功能是，当溶液(下文中也被称为“样本液”)被从外部注入到设置于主体12中的区域中时，定位一条用于将样本液注入主体12的适当部分(具体地，后面叙述的“穿刺部14”)的通道。定位孔13被形成在被设置为在主体12上延伸的臂113中。
图2A和图2B是微型芯片A的主体12的示意图。图2A为顶视图。图2B为对应图2A的P-P截面的截面视图；
主体12具有如下的区域，该区域被形成为将样本液从外部引入其中的气密区域。首先，穿刺部14是通过穿刺将样本液从外部注入其中的区域。参照图1A至图1C所描述的定位孔13被形成在臂113中，以位于此穿刺部14的上方。
其次，井161、162、163、164和165是分析包含在样本液中的物质或物质的反应产物的地方。而且，流体通道151、152、153、154和155是用于将被注入到穿刺部14中的样本液分别输送至井161、162、163、164和165中的区域。
井161被配置成五个井，且相邻井之间被做成通过流体通道151而相互连通。另外，井161中的一个通过流体通道151与穿刺部14相连。如此形成的结构使得注入到穿刺部14和通过流体通道151输送的样本液被顺序引入井161的五个井中。井162至165和流体通道152至155也被形成为类似结构。
通向样本液被从穿刺部14首先引入其中的井161的流体通道151的流体通道长度与通向样本液被从穿刺部14首先引入其中的井162的流体通道152的流体通道长度优选彼此相等，以便注入到穿刺部14的样本液同时开始被引入井161和井162中。同样的情况也适用于通向样本液从穿刺部14首先引入其中的井163、164或165的流体通道153、154或155的流体通道长度。
此外，井161和井162优选以等间隔分布，从而流体通道151的总长度和流体通道152的总长度也优选彼此相等，以便注入到穿刺部14的样本液同时完成向井161和井162中的引入。同样的情况也适用于井163至165的分布间隔和流体通道153至155的总长度。
微型芯片A通过向基板层a1层叠基板层a2而形成，基板层a1中形成有穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165。微型芯片A的基板层a1与基板层a2在相对于大气压呈负压状态的环境中被彼此层叠。从而穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165的各个区域的内部被密封，以处于负压状态(例如，大气压的1/100)。而且，更期望在真空下彼此层叠基板层a1和基板层a2，并密封各个区域的内部，以使各个区域的内部形成真空。
基板层a1和a2的材料可以是玻璃或各种塑料(聚丙烯、聚碳酸酯、环烯聚合物以及聚二甲基硅氧烷)。类似的材料也可用于框体11。基板层a1和a2中的至少一个优选由弹性材料制成。该弹性材料包括诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等的硅酮类弹性体、丙烯酸类弹性体、聚氨酯类弹性体、氟类弹性体、苯乙烯类弹性体、环氧树脂类弹性体、天然橡胶等。当基板层a1和a2中的至少一个由这种弹性材料制成时，微型芯片A被赋予了下文中将要描述的自封闭性。
当物质被引入井161至165中进行光学分析时，优选具有透光性、无自发荧光并且因无色散使得光学误差很小的材料作为用于基板层a1和a2的材料。
穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165可在基板层a1中通过例如对玻璃制成的基板层进行湿法刻蚀或干法刻蚀，或对塑料制成的基板层进行纳米压印、注塑成型或切割而形成。各个区域可以形成在基板层a2中，或一部分区域可形成在基板层a1中并且其他部分可形成在基板层a2中。基板层a1和a2可通过公知的方法例如热封、粘合、阳极结合、使用粘附片的结合、等离子体活性化结合或超声结合等而被彼此层叠。
引入样本液至微型芯片A中的方法将在下文中参照图3A和图3B进行描述。图3A和图3B是微型芯片A的截面示意图，且对应图1A的Q-Q截面。
如图3A所示，通过使通道4刺入基板层a1并注入样本液至穿刺部14中，样本液被引入微型芯片A中。图3A中的箭头F1指示通道4的刺入方向。通道4的刺入使得通道4的尖端部分从基板层a1表面贯穿基板层a1并到达穿刺部14的内部空间中。
此时，通道4被插入框体11的臂113中所形成的定位孔13中，以使其位于穿刺部14之上，并使其刺入基板层a1。由此，通过将通道4瞄准预先设置的位于穿刺部14上方的定位孔13，通道4被插入定位孔13中，并且通道4刺入基板层a1，通道4能够相对于穿刺部14被定位，并且可确保通道4的尖端部分到达穿刺部14的内部空间中。
从外部注入穿刺部14的样本液通过流体通道151至155(见图3A中的箭头f)进行输送，并随后被引入井161至165中。微型芯片A上的穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165的各区域的内部相对于大气压呈负压状态。因此，当通道4保持通道4的尖端部分到达穿刺部14的内部空间中的状态达一定时间时，样本液在短时间内被负压吸引并且被平稳地引入各个区域。而且，当各区域内部形成真空时，各区域内部不存在空气，于是样本液的引入不会受空气阻碍且无气泡出现。
引入样本液后，如图3B所示，通道4被抽出，且基板层a1的穿刺部被封闭住。图3B中箭头F2指示通道4的抽出方向。此时，当基板层a1是由诸如PDMS等的弹性材料形成时，通过由于通道4被抽出后基板层a1的弹性形变而引起的回弹力，穿刺部可被自动地封闭住。在本公开中，由于基板层的弹性形变而引起的穿刺部的自动封闭将被定义为基板层的“自封闭性”。
为确保基板层a1具有自封闭性，基板层的从穿刺部中的基板层表面到穿刺部14的内部空间的厚度(见图3B中标记d)需根据基板层a1的材料和通道4的直径而被设定在一合适的范围内。此外，若微型芯片A在分析时需进行加热，则厚度d被设定为使得自封闭性不会由于伴随加热而升高的内部压强而导致消失。
为确保能由于基板层a1的弹性形变而实现自封闭，优选使用直径尽可能小的通道作为通道4。具体地，用于胰岛素注射的尖端外直径约0.2mm的无痛针头适合用作通道4。为使样本液的注入变得容易，通过切除通用微量加液器的针尖的尖端部分而获得的部分可被连接至无痛针头的基体。从而，当用针尖尖端部分装有样本液的无痛针头插进穿刺部14时，连接到无痛针头的针尖的尖端部分内的样本液将由于微型芯片A内的负压而被吸入并注入穿刺部14内。
当尖端外部直径0.2mm的无痛针头被用作通道4时，由PDMS形成的基板层a1的厚度d理想地为0.5mm以上，或在执行加热时为0.7mm以上。
如上所述，在根据本实施方式的微型芯片中，当引入样本液时，通道4被插入框体11的臂113中所设置的定位孔13中，并被刺入主体12，由此可使通道4精确地插进主体12的穿刺部14。因此，根据本实施方式的微型芯片可允许样本液被精确且容易地引入极为微小的区域。另外，根据本实施方式的微型芯片可防止由于通道4插入主体12的不恰当部分而导致的外部空气渗进区域中以及样本液通过负压作用的吸入不能够进行或者不能良好地进行。而且，根据本实施方式的微型芯片可通过防止由于失误而将通道4刺入人体等而增强操作的安全性。
本实施方式中，对全部五组、每组都是由一条流体通道互相连接起来的五个井(即，共25个井)被设置在微型芯片中的实例进行了描述。然而，设置在根据本公开实施方式的微型芯片中的井的数量和位置可以是任意的，且井的形状并不局限于图中所示的圆柱形。此外，用于将被注入穿刺部14的样本液输送至各个井中的流体通道的构造也不限于图中所示的样式。而且，前面描述了基板层a1由弹性材料制成且通道4是从基板层a1的表面刺入基板层a1的这种情况。然而，通道4也可以从基板层a2的表面刺入基板层a2。在此情况下，可用弹性材料制作基板层a2，并赋予基板层a2自封闭性。
2.根据第一实施方式的微型芯片的变形例
微型芯片A的变形例的结构及引入样本液的方法如图4A和图4B所示。
根据该变形例的微型芯片不同于微型芯片A的地方在于根据变形例的微型芯片是通过将基板层a2和a3层叠至已形成了穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165的基板层a1而形成的，因此为三层结构。
像微型芯片A一样，基板层a1和基板层a2在相对大气压呈负压状态的环境中被相互层叠，且穿刺部14、流体通道151至155以及井161至165的各区域内部被密封成负压状态。而且，更期望在真空下相互层叠基板层a1和基板层a2，并密封各区域的内部以使得各区域的内部形成真空。
基板层a1的材料是具有自封闭性的弹性材料，包括诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等的硅酮类弹性体、丙烯酸类弹性体、聚氨酯类弹性体、氟类弹性体、苯乙烯类弹性体、环氧树脂类弹性体、天然橡胶等。
这些材料具有柔性且能发生弹性形变，然而这些材料却有气体渗透性。因此，当引入井中的样本液被加热时，PDMS制成的基板层可能使得汽化了的样本液渗透过基板层。这种由于样本液汽化而导致的样本液消失(液体损失)会降低分析的精度，并同时导致新的气泡混合物进入井中。
为防止这一结果发生，根据本变形例的微型芯片具有通过将具有气体不渗透性的基板层a2和a3层叠至具有自封闭性的基板层a1而构成的三层结构。
玻璃、塑料、金属、陶瓷等均可用作基板层a2和a3的材料。塑料包括PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯：一种丙烯酸树脂)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚二甘醇双烯丙基碳酸酯(polydiethyleneglycol-bis-allylcarbonate)、SAN树脂(苯乙烯丙烯腈共聚物)、MS树脂(MMA-苯乙烯共聚物)、TPX(聚(4-甲基戊烯-1))、聚烯烃、SiMA(硅氧烷基甲基丙烯酸酯单体)-MMA共聚物、含有SiMA-氟的单体共聚物、硅酮大单体(A)-HFBuMA(七氟丁酰甲基丙烯酸酯)-MMA三元共聚物、二基取代聚乙炔基聚合物等。金属包括铝、铜、不锈钢(SUS)、硅、钛、钨等。陶瓷包括氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、石英等。
如图4A所示，通过将通道4刺入基板层a1并注入样本液至穿刺部14来引入样本液。图4A中的箭头F1指示通道4的刺入方向。通道4的刺入使得通道4的尖端部分从基板层a1表面贯穿基板层a1并到达穿刺部14的内部空间中。
通道4被插入形成在框体11的臂113中的定位孔13中，使其位于穿刺部14之上，并使其刺入基板a1，由此通道4相对于穿刺部14而被定位。为使此时插入在定位孔13中的通道4到达基板层a1的表面，基板层a3在对应于定位孔13的位置上也设置有通孔。
3.根据第二实施方式的微型芯片
图5A和图5B是根据本公开第二实施方式的微型芯片的示意图。图5A是顶视图。图5B是对应图5A的P-P截面的截面视图。
图5A中用标记B指代的微型芯片包括主体12和用于保持主体12的框体11，主体12具有设置于其中的区域，物质被引入该区域，并且该物质的化学分析或生物分析在该区域中进行。微型芯片B的主体12与上述微型芯片A或微型芯片A的变形例的主体12相同，因此下文中将省略对其的描述。
框体11通过朝向中心延伸的臂111、112、113、114、115和116来保持主体12。这些臂中的每一个都与主体12的上表面接触，并从上面保持主体12。主体12和框体11可通过主体12和框体11的相互接触的表面处的粘合而互相结合，或可相互一体形成而相互结合。
微型芯片B的每个臂都具有挠性，且具有通过基于挠性而向着安装有微型芯片B的安装面朝主体12施压来保持主体12的功能。图6示出了微型芯片B被安装在安装面上的状态。图6中的粗箭头指示通过每个臂向主体12施压的方向。
图6中用标记H指代微型芯片B安装于其上的安装面。例如，当对被引入设置在微型芯片B中的区域中的物质进行光学分析时，安装面H可以是某一光学构件(诸如面光源、表面透镜、表面滤光器等)的表面。例如，若微型芯片B在分析时需进行加热，则安装面H可以是温控构件(诸如表面加热器等)的表面。
如图5B中所示，通过被设置为从框体11在倾斜方向上伸出，每个臂均保持主体12。因此，在被框体11保持的状态下的主体12的与安装面接触的表面比框体11的与安装面接触的表面更加朝向安装面一侧突出。因此，如图6所示，在微型芯片B被安装在安装面H上且主体12与框体11均与安装面H接触的状态下，每个臂基于自身的挠性都会将主体12压在安装面H上，从而使主体12与安装面H互相紧密接触。顺便提及，此时为将微型芯片B精确安装在安装面H的预定位置上，可在安装面H一侧上使用定位针，并在框体11一侧可设置用于该针的配孔(见图5A中的标记117)。
当主体12通过被压向安装面H而被保持为与安装面H紧密接触时，热传导效率增大，并且在安装面H是温控构件的表面的情况下，可实现高精度温度控制。此外，当安装面H是光学构件的表面时，可有效对位于主体12中的区域内部用光进行照射或对来自区域内部的光进行探测。
臂111、112、113、114、115和116中的至少一个或多个具有挠性是足够的。例如，由各种弹性塑料制成的板簧可用作具有挠性的臂。另外，正如通过向着安装面H压住主体12来保持主体12使之与安装面H紧密接触的方式那样，可将能产生弹性形变的构件(弹簧或减震橡胶)代替具有挠性的臂置于主体12和保持主体12的框体11之间。能产生弹性形变的构件可从主体12或框体11分离，或也可以与主体12或框体11一体形成。
图5A和图5B中的数字标记13指代定位孔，其功能是，当样本液被从外部注入设置于主体12中的区域中时，定位用于将样本液注入主体12的穿刺部14中的通道。与微型芯片A一样，定位孔13被形成在在主体12上延伸的臂113中。采用类似于微型芯片A的样本液引入方法的方法，样本液被引入微型芯片B。
4.根据第三实施方式的微型芯片
根据本公开的第三实施方式的微型芯片的结构及引入样本液的方法如图7A和图7B所示。
图7A和图7B中用标记C指代的微型芯片包括主体12，主体12具有设置于其中的区域，物质被引入该区域中，并且在该区域中进行物质的化学分析或生物分析。微型芯片C的主体12与上述微型芯片A或微型芯片A的变形例的主体12相同，因此下文中将省略对其的描述。除主体12以外，微型芯片C还包括图7A和图7B中用标记31指代的第一构件以及图7A和图7B中用标记32指代的第二构件。
主体12被安装并保持在第一构件31的上表面上。此时，为将主体12精确安装在第一构件31上表面上的预定位置处，可在第一构件31一侧设置定位针，并在主体12一侧设置用于该针的配孔。可选地，也可采用通过主体12的外部形状来将主体12跟第一构件31的上表面上的预定位置进行抵接的系统。
此外，第二构件32保持用于从外部注入样本液到设置于主体12中的区域中的通道4，使得通道4面向由第一构件31保持的主体12。第一构件31的一端与第二构件32的一端通过铰链33彼此耦接，且第一构件31和第二构件32以铰链33为轴能够进行开启和闭合操作(见图7A中虚线箭头)。第一构件31上的保持主体12的位置和第二构件32上的保持通道4的位置被设定为使得在铰链33处于闭合状态时(见图7B)，通道4被定位在主体12的穿刺部14中(见图3A)。
用于第一构件31和第二构件32的材料可以是玻璃、各种金属或各种塑料。主体12与第一构件31或第二构件32可以是互相能分离的构件，或也可以是互相一体形成的构件。
代替铰链33，也可以用旋转式倾卸装置作为彼此耦接第一构件31和第二构件32以使第一构件31和第二构件32能开启和闭合的手段。旋转式倾卸装置的使用让第一构件31和第二构件32的开启和闭合操作能稳定进行。另外，在开启方向和闭合方向上能表现出弹性的弹簧可连接在第一构件31和第二构件32之间，第一构件31的一端和第二构件32的一端通过铰链33互相耦接，或者可采用制动机制以限定开启和闭合操作在预定范围内。弹簧和制动机制也能让第一构件31和第二构件32的开启和闭合操作稳定进行，并改善可操作性。顺便提及，图7A和图7B中标记321指代的是当第二构件32相对于第一构件31开启或闭合时所持的握柄。
在根据本实施方式的微型芯片中，在引入样本液时，铰链33闭合，主体12保持在第一构件31中，并且通道4保持在第二构件32中，从而使通道4精确刺入主体12的穿刺部14。因此，根据本实施方式的微型芯片可允许样本液被精确而容易地引入到极为微小的区域。另外，根据本实施方式的微型芯片可防止由于通道4插入主体12的不恰当部分而导致的外部空气渗进区域中以及样本液通过负压作用的吸入不能够进行或者不能良好地进行。而且，根据本实施方式的微型芯片可通过防止由于失误而将通道4刺入人体等而增强操作的安全性。
5.根据第四实施方式的微型芯片
图8示出了根据本公开第四实施方式的微型芯片结构。
配备有容器的微型芯片(图8中微型芯片用标记D指代)的主体12与上述微型芯片A的变形例的主体12相同，因此下文中将省略对其的描述。除了作为微型芯片的主体12之外，配备有容器的微型芯片D还包括在其内容纳主体12的容器。
该容器包括构成容器的外壳的匣子51及插入物52和53，以及用于在容器内悬空保持主体12的肋54。插入物52和53以可拆卸的方式插入到匣子51中。另外，肋54以可拆卸的方式保持主体12，而肋54自身又以可拆卸的方式由插入物52和53保持。肋54在容器内部悬空保持主体12，从而防止来自容器外部的冲击作用到主体12上而且能防止主体12在微型芯片存储或微型芯片运输过程中被损坏。
在匣子51中形成用于将通道4插入所容纳的主体12的穿刺部14的定位孔13(见图4A和图4B)。图8中用标记55指代用于定位孔13的盖子，在使用时盖子将被去掉。
用于匣子51及插入物52和53的材料可以是玻璃或各种塑料(聚丙烯、聚碳酸酯、环烯聚合物以及聚二甲基硅氧烷)。匣子51优选采用透明材料制作以保证主体12从容器外部的可视性。此外，用于肋54的制作材料也可以是玻璃或各种塑料。然而，肋54优选采用弹性材料制作以减缓来自外部的冲击。
容器是在低压下利用图8中未示出的封装材料进行密封的。如上所述，根据本公开一实施方式的微型芯片的基板层在相对大气压呈负压状态的环境中被彼此层叠。从而微型芯片中所形成的各个区域的内部被密封以处于相对大气压呈负压的状态(或真空)。然而，当微型芯片长时间存储或运输时，由于基板层少量的空气渗透，区域内的负压或真空状态可能消失。低压下利用封装材料进行微型芯片的密封能防止这种在存储或运输过程中区域内负压或真空状态的消失。可以采用已公知的材料(诸如能够热封的合成树脂薄膜、具有良好的气体隔离性的铝膜等)作为封装材料。
引入样本液到配备有容器的微型芯片D中的方法将在下文中参照图9至图11进行描述。
通过将通道4插入匣子51中所形成的定位孔13，并使通道4刺入主体12的基板层中，样本液被引入配备有容器的微型芯片D中。定位孔13被设置在对应于所容纳的主体12的穿刺部14的位置处。因此，使得从定位孔13刺入基板层的通道4刺入主体12的基板层，使得通道4的尖端部分到达穿刺部14的内部空间中。
在本实施方式中，将对通过用装有样本液的样本管41和用于将样本管41和通道4相互连接以便将样本管41内的样本液供给通道4的圆柱形适配器42来引入样本液的实例进行描述。适配器42的内周面制作成螺纹面。通道4被拧进螺纹面且保持在适配器42内部。
首先，如图9所示，装有样本液的样本管41被连接至保持通道4的适配器42。通过将样本管41的连接口拧进形成为适配器42的内周面的螺纹面中，样本管41可被连接。在这种情况下，通道4的尖端部分被容纳在适配器42内部，并且未暴露在外面。
在打开封装材料后，取出利用图中未示出的封装材料在低压下进行密封的配备有容器的微型芯片D，去掉盖子55，并且将连接样本管41的适配器42插入匣子51中所形成的定位孔13中(见图10)。当在适配器42与定位孔13嵌合的状态下样本管41的连接口被进一步拧进适配器42中时，通道4同时也被拧入。当样本管41的连接口被进一步拧进时，通道4将被推出，且通道4的尖端部分将从适配器42内部露出。露出的通道4的尖端部分刺入主体12的穿刺部14(该穿刺部14被设置在对应于定位孔13的位置处)，并到达穿刺部14的内部空间中。当维持使通道4的尖端部分到达穿刺部14的内部空间中的状态达一定时间时，样本管41内的样本液将在负压作用下被吸入，并引入到各个区域。
当适配器42与定位孔13嵌合时，适配器42的外周面上所设置的边缘421与匣子51的内表面啮合。从而，适配器42一旦嵌合在定位孔13中后就不能轻易地被移动。
在完成样本液的引入后通过向上拧而将样本管41的连接口从适配器42内部抽出时，通道4同时也在被向上拧。当样本管41的连接口被向上拧过一预设量后，通道4的尖端部分再次被容纳在适配器42内，不再暴露在外面(见图11)。
接下来，拆开用于容纳主体12的容器以取出主体12。通过从匣子51上拔出插入物52和53来拆开容器。此时，期望由肋54保持的主体12随着插入物52和插入物53中的一个一起被取出。顺便提及，插入物52和插入物53中的一个可与匣子51一体形成。在这种情况下，另一个插入物被形成为能够和肋54和主体12一起移动。在用主体12作分析之前可以将肋54从主体12上移走。
如上所述，在根据本实施方式的配备有容器的微型芯片中，在引入样本液时，通道4被插入匣子51中所设置的定位孔13中，并使其刺入主体12，从而可精确地将通道4刺入主体12的穿刺部14。因此，根据本实施方式的配备有容器的微型芯片可允许样本液被精确而容易地引入到微型芯片的极为微小的区域。另外，根据本实施方式的微型芯片可防止由于通道4插入主体12的不恰当部分而导致的外部空气渗进区域中以及样本液通过负压作用的吸入不能够进行或者不能良好地进行。而且，引入样本液后，通道4的尖端部分被容纳在适配器42内并不暴露在外面，而且适配器42自身一旦嵌合在定位孔13中后就不能轻易地被移除。因此，在丢弃时不必担心会发生由于失误而将通道4刺入人体上等，也不必担心样本液扩散而污染环境。
6.根据第四实施方式的微型芯片的变形例
配备有容器的微型芯片D的变形例的结构及引入样本液的方法如图12和图13所示。
根据本变形例的配备有容器的微型芯片在构成容器的插入物52和53的形状上与配备有容器的微型芯片D不同。具体地，根据本变形例的配备有容器的微型芯片E被形成为使得当插入物53被从匣子51中抽出时，由于插入物53被抽出而在匣子51的形成有定位孔13的部分的内表面与容器内由肋54悬空保持的主体12的表面之间形成空气间隙。
在本变形例中引入样本液的过程中，首先，连接样本管41的适配器42被插入匣子51中所形成的定位孔13中。而后，插入物53被抽出以在匣子51和主体12之间形成空气间隙。接下来，当在适配器42被嵌合在定位孔13中的状态下样本管41的连接口被进一步拧进适配器42中时，通道4被推出，且通道4的尖端部分从适配器42的内部暴露于空气间隙中。
当在此状态下用手指等按压匣子51的插入物53被插入的一侧的表面时，如图13所示，匣子51向下弯曲，并使通道4的尖端部分刺入主体12的穿刺部14(穿刺部14被设置在对应于定位孔13的位置处)。当继续按压匣子51的表面，以保持通道4的尖端部分到达穿刺部14的内部空间中的状态达一定时间时，样本管41内的样本液将在负压作用下被吸入，并引入到各个区域。
根据本公开实施方式的微型芯片可简单并精确地将样本引入区域中，且能够获得高分析精度。因此，根据本公开实施方式的微型芯片等适合在电泳装置和反应装置(如实时PCR装置)等中使用，电泳装置能通过电泳在微型芯片上的流体通道中将多种物质彼此分离开并对被分开的每种物质进行光学检测，反应装置允许多种物质之间的反应在微型芯片上的井中进行并对所得产物进行光学检测。
本公开包含涉及于2010年12月17日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-281881和于2010年12月12日在日本专利局提交的JP2010-254305中所公开的内容的主题，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应理解，根据设计要求和其他因素，在所附权利要求或其等价物的范围内，可进行各种修改、组合、再组合和替换。

Claims (11)

1.一种微型芯片，包括：
气密区域，溶液被从外部引入所述气密区域中；以及
定位部，被配置为相对于所述区域的穿刺部来定位通道，所述通道用于通过穿过形成所述区域的基板层而将所述溶液注入所述区域中。
2.根据权利要求1所述的微型芯片，进一步包括：
主体，包括所述区域和所述穿刺部；以及
框体，被配置为通过朝向中心延伸的两个以上的臂来保持所述主体，
其中，通过在所述臂中的一个中形成用于将所述通道插入所述穿刺部的定位孔，来形成所述定位部，其中，所述臂中的所述一个在所述穿刺部上方延伸。
3.根据权利要求2所述的微型芯片，
其中，所述框体的所述臂中的至少一个或多个具有挠性，并且基于所述挠性以向着用于所述微型芯片的安装面按压所述主体来保持所述主体。
4.根据权利要求3所述的微型芯片，
其中，所述臂被形成为板簧。
5.根据权利要求1所述的微型芯片，进一步包括：
主体，包括所述区域和所述穿刺部；
第一构件，被配置为保持所述主体；以及
第二构件，被配置为保持所述通道，使得所述通道面向所述穿刺部，
其中，所述第一构件的一端和所述第二构件的一端通过铰链彼此耦接，并且在所述铰链被闭合的状态下，由所述第二构件保持的所述通道被相对于由所述第一构件保持的所述主体的所述穿刺部而定位。
6.根据权利要求1所述的微型芯片，
其中，所述区域的内部相对于大气压处于负压下。
7.根据权利要求1所述的微型芯片，
其中，所述基板层由于弹性形变而具有自封闭性。
8.一种构成微型芯片的框体，所述微型芯片包括：
主体，包括溶液被从外部引入其中的气密区域和所述区域的穿刺部；以及
框体，被配置为通过朝向中心延伸的两个以上的臂来保持所述主体，
其中，通过在所述臂中的一个中形成用于插入通道的定位孔来形成定位部，所述通道用于通过穿过形成所述区域的基板层到达所述穿刺部中而将所述溶液注入所述区域中，所述臂中的所述一个在所述穿刺部上方延伸。
9.一种夹具，通过由位于第一构件的一端和第二构件的一端处的铰链将构成微型芯片的所述第一构件和所述第二构件彼此耦接而成，所述微型芯片包括：
主体，包括溶液被从外部引入其中的气密区域和所述区域的穿刺部；
所述第一构件，被配置为保持所述主体；以及
所述第二构件，被配置为保持通道以使所述通道面向所述穿刺部，所述通道用于通过穿过形成所述区域的基板层而将所述溶液注入所述区域中，
其中，所述第一构件的一端和所述第二构件的一端通过所述铰链彼此耦接，并且在所述铰链被闭合的状态下，由所述第二构件保持的所述通道被相对于由所述第一构件保持的所述主体的所述穿刺部而定位。
10.一种配备有容器的微型芯片，所述配备有容器的微型芯片包括：
微型芯片，包括溶液被从外部引入其中的气密区域；以及
容器，用于在内部容纳所述微型芯片，
其中，在所述容器中形成用于插入通道的定位孔，所述通道用于通过从所述容器的外部穿过形成所述区域的基板层到达所容纳的所述微型芯片的穿刺部中而将所述溶液注入所述区域中。
11.一种用于配备有容器的微型芯片的封装材料，所述配备有容器的微型芯片包括：
微型芯片，包括溶液被从外部引入其中的气密区域；以及
容器，用于在内部容纳所述微型芯片，
其中，在所述容器中形成用于插入通道的定位孔，所述通道用于通过从所述容器的外部穿过形成所述区域的基板层到达所容纳的所述微型芯片的穿刺部中而将所述溶液注入所述区域中；
所述区域的内部相对于大气压处于负压下；并且
容纳所述微型芯片的所述容器被在低压下密封。
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