JP5294200B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫および血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関する。

近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度のマイクロチップを用いることによって、実験室で行なっている一連の実験および分析操作を行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有するため、該マイクロチップは、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

マイクロチップは、通常、その内部に流体回路を有しており、該流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体（たとえば、血液または血液中に含まれる特定成分等）の計量、検体と試薬との混合などの種々の流体処理が行なわれる。このような流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことが可能である。

上記マイクロチップのうち、液体試薬内蔵型マイクロチップは、検体または検体中の特定成分と混合あるいは反応させるための液体試薬を流体回路内にあらかじめ保持しているマイクロチップであり、その流体回路には、液体試薬を保持するための１または複数の液体試薬収容部が設けられる（液体試薬収容部を有するマイクロチップについては、たとえば特許文献１参照）。また、液体試薬内蔵型マイクロチップには、通常、その一方の表面に、液体試薬収容部内に液体試薬を注入するための、該液体試薬収容部まで貫通する試薬注入口が形成され、該試薬注入口は、液体試薬が注入された後、たとえば封止用ラベル（シール）などをマイクロチップ表面に貼付することにより封止される。

ここで、液体試薬内蔵型マイクロチップにおいて、液体試薬は、通常、当該マイクロチップ製造時にそれが有する液体試薬収容部内に充填され、かかる状態で出荷されて使用に供される。この際、精度よくマイクロチップを用いた検体の検査および分析をするためには、マイクロチップ製造時から使用時までの間、内蔵された液体試薬の劣化が十分に抑制または防止されている必要があり、また、マイクロチップへの衝撃や液体試薬収容部の内圧上昇などによる液体試薬収容部からの液体試薬の流出が十分に抑制または防止されている必要がある。液体試薬の劣化や流出が生じていると、液体試薬と検体（または検体中に含まれる特定成分）とが適切に反応しなかったり、あるいはこれらが適切な割合で混合されないこと等により、正確かつ信頼性の高い検査および分析結果が得られない恐れがあるためである。

たとえば特許文献１および特許文献２には、マイクロチップ使用時までの間、内蔵された液体試薬が密封されており、液体試薬の劣化や意図しない流出を防止し得る液体試薬内蔵型マイクロチップが開示されている。図７は、特許文献１に記載の液体試薬内蔵型マイクロチップの一例を示す平面図である。

以下、従来のマイクロチップについて図７に基づいて説明する。図７に示されるマイクロチップにおいて、液体試薬を保持するチャンバー９６および９８は、基板に対してスライド可能な、密封された容器であり、それぞれ開口可能な部分１０を有している。また、チャンバー９６および９８に対向する位置には、スパイクまたは針状の開口手段１２が設けられている。かかる構造により、マイクロチップ使用時までは、液体試薬をチャンバー９６および９８内に密封することができるとともに、マイクロチップ使用時には、マイクロチップに対して、図７におけるＦ₀方向の遠心力を印加することにより、開口手段１２によって開口可能な部分１０に穴を開け、液体試薬を流出させることを可能にしている。

しかし、上記手段の場合、液体試薬の劣化や意図しない流出を防止する効果は高いものの、開口手段１２によって形成された穴から、全量の液体試薬が流出しない可能性がある。チャンバー９６または９８内に液体試薬が残存していると、その後の流体処理における遠心力の印加によって、残存していた液体試薬が流出し、検体との混合、反応に悪影響を及ぼしたり、検体と液体試薬との混合液の検査および分析結果に悪影響を及ぼし得る。

また、特許文献１に記載のマイクロチップは、液体試薬収容部の構造が非常に複雑であり、作製が容易でないという問題を有している。すなわち、液体試薬を封止する容器には、窓部を設けた上、当該窓部に、開口可能な部分１０として、針などで穴を形成することができるフィルムなどを貼り付けなければならないし、また、当該容器を、マイクロチップを構成する基板にスライド可能に設置しなければならない。さらに、特許文献１に記載のマイクロチップは、稼動部（スライド可能な容器）を有していることから、当該稼動部の動作不良により液体試薬が流出しないなど、動作上の安定性に欠ける。
米国特許第４，８８３，７６３号明細書 特開２００７−１３９４８０号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、比較的簡易な構造によっても密封状態に近い状態で液体試薬を保持することが可能であり、マイクロチップが外的な衝撃を受けた場合や液体試薬収容部の内圧が上昇した場合などであっても、液体試薬が液体試薬収容部から流出することを防止することができるマイクロチップを提供することである。

本発明は、第２の基板と、第２の基板上に積層された表面に溝が形成された第１の基板とを備え、溝と第２の基板における第１の基板側表面とから構成される空洞部からなる流体回路を有するマイクロチップであって、流体回路は、流体を収容するための流体収容部を備え、流体収容部は、流体を流出させるための流体流出口と、マイクロチップの厚み方向にのびる１以上の柱状構造体とを有し、柱状構造体は、流体流出口から最も離れた位置を含み流体を保持する流体保持領域に設けられるマイクロチップに関する。

本発明のマイクロチップにおいて、流体収容部は、３以上の柱状構造体を有し、柱状構造体は、それぞれが略正三角形の頂点の位置に配置されていることが好ましい。

本発明のマイクロチップにおいて、柱状構造体は、略正三角形状の１辺が０．５〜１ｍｍとなるよう配置されていることが好ましい。

本発明のマイクロチップにおいて、流体収容部は、２以上の柱状構造体を有し、柱状構造体は、流体収容部に収容された流体の全量が流体保持領域に保持されたときに形成される流体面上に配列されることが好ましい。

本発明のマイクロチップにおいて、柱状構造体のマイクロチップの厚み方向にのびる長さは、流体収容部における溝の深さと略同じであることが好ましい。

本発明のマイクロチップにおいて、第１の基板は、溝を備える表面とは反対側の表面から流体収容部まで貫通する貫通口である、流体を流体収容部内に注入するための流体注入口を有しており、流体流出口と流体注入口の中心とを結ぶ直線に略垂直方向に２以上の柱状構造体が配列されることが好ましい。

また、本発明は、上述の第１の基板において、流体収容部を形成する溝に柱状構造体が設置されてなる第１の基板に関する。

また、本発明は、上述の第２の基板において、流体収容部を形成する溝に柱状構造体が設置されてなる第２の基板に関する。

本発明のマイクロチップによれば、外的な衝撃が加えられた場合や、たとえば環境温度の変動等により流体収容部の内圧が上昇した場合であっても、収容された流体が流体収容部から流出することを効果的に防止することができる。また、本発明のマイクロチップにおける流体収容部は、比較的密封状態に近い状態で液体試薬を保持できるため、液体試薬の劣化防止能も良好である。さらに、流体収容部は、比較的簡易な構造を有しているため、製造が容易であり、動作不良などの問題も生じにくい。

本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査および分析等を、それが有する流体回路を用いて行なうことができるチップであり、本発明の１つの好ましい形態において、マイクロチップは、第２の基板と、該第２の基板上に積層、貼合された第１の基板とからなり、より具体的には、第２の基板上に、表面に溝を備える第１の基板を、第１の基板の溝形成側表面が第２の基板に対向するように貼り合わせてなる。したがって、かかる２枚の基板からなるマイクロチップは、その内部に、第１の基板表面に設けられた溝と第２の基板における第１の基板に対向する側の表面とから構成される空洞部からなる流体回路を備える。第１の基板表面に形成される溝の形状およびパターンは、特に制限されるものではないが、当該溝および第２の基板表面によって構成される空洞部の構造が、所望される適切な流体回路構造となるように決定される。

また、本発明の別の好ましい形態において、マイクロチップは、基板の両表面に設けられた溝を備える第１の基板と、該第１の基板を狭むようにして積層、貼合された第２の基板および第３の基板とからなる。かかる３枚の基板からなるマイクロチップは、第２の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第２の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第１の流体回路と、第３の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第３の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第２の流体回路と、の２層の流体回路を備える。ここで、「２層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。第１の流体回路と第２の流体回路とは、第１の基板に形成された厚み方向に貫通する１または２以上の貫通穴によって連結されていてもよい。

基板同士を貼り合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、たとえば貼り合わせる基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法（溶着法）、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法；レーザ等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。

本発明のマイクロチップの大きさは、特に限定されず、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。

本発明のマイクロチップを構成する上記各基板の材質は、特に制限されず、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、生分解性ポリマー（ＢＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの有機材料；シリコン、ガラス、石英などの無機材料等を用いることができる。

マイクロチップを第１および第２の基板の２枚から構成する場合において、第２の基板上に積層される、表面に溝を備える第１の基板は透明基板とすることができる。これにより、流体回路の一部として、透明な第１の基板の溝と、第２の基板表面とから構成される検出部を形成することができ、該検出部に検査および分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該検出部に対して光を照射し、透過した光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第２の基板は、透明基板であってもよいし、基板を樹脂から構成し、該樹脂中にカーボンブラック等を添加することにより黒色基板とするなど着色基板としてもよいが、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。第２の基板を着色基板とすることにより、レーザなどの光を用いた溶着法を用いることができる。また、レーザ溶着法により基板の貼り合わせを行なう場合、着色基板の貼り合わせ表面が主に融解されて貼合されることとなるため、第１の基板である透明基板に形成された溝の変形を最小限に抑えることができる。

また、マイクロチップを第１の基板、第２の基板および第３の基板の３枚から構成する場合、たとえば、両表面に溝を備える第１の基板を挟持する第２の基板および第３の基板は、透明基板とすることができる。これにより、流体回路の一部として、第１の基板をその厚み方向に貫通する貫通穴と、透明な第２および第３の基板表面から構成される検出部を形成することができ、該検出部に検査および分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該検出部に対してマイクロチップ表面と垂直な方向の光を、マイクロチップ上面（または下面）側から照射し、その反対側から透過した光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第２の基板と第３の基板との間に位置する第１の基板は、着色基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。

第１の基板表面に、流体回路を構成する溝（流路パターン）を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などを挙げることができる。無機材料を用いて基板を形成する場合には、エッチング法などを用いることができる。

本発明のマイクロチップにおいて、流体回路（２層の流体回路を備える場合には、第１の流体回路および第２の流体回路）は、流体回路内の液体に対して適切な様々な処理を行
なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置された種々の部位を備えており、これらの部位は、微細な流路を介して適切に接続されている。

本発明のマイクロチップにおいて、その流体回路は、これを構成する部位の１つとして、流体を収容するための流体収容部を備える。流体収容部は１つのみであってもよいし、２以上あってもよい。本発明において流体とは流動性を有する物質、特に液体をいうものとする。具体的には、該流体として「液体試薬」を挙げることができる。「液体試薬」とは、検査および分析の対象となる検体と混合または反応させるための液体物質である。液体試薬は、１つのマイクロチップ内に１種のみ内蔵されていてもよいし、２種以上内蔵されていてもよい。また、「検体」とは、流体回路内に導入される検査および分析の対象となる物質（たとえば血液）自体、または、該物質中の特定成分（たとえば血漿成分）を意味する。

本発明のマイクロチップには、その上側表面（すなわち第１の基板表面）に、内部の流体収容部まで貫通する（第１の基板をその厚み方向に貫通する）貫通口である、流体を流体収容部に注入するための流体注入口が設けられていることが好ましい。このような本発明のマイクロチップは、通常、流体注入口から流体が注入された後、マイクロチップ表面（第１の基板表面）に当該流体注入口を封止するためのラベルまたはシールが貼着されて、使用に供される。

本発明のマイクロチップにおいて流体回路は、流体収容部以外の部位を備えていてもよく、かかる部位としては、たとえば流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（検体中の特定成分を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；液体試薬を計量するための液体試薬計量部；検体と液体試薬とを混合するための混合部；得られた混合液についての検査および分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出または定量）を行なうための検出部（光学測定を行なうためのキュベット）などを挙げることができる。本発明のマイクロチップは、これら例示された部位のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。これらの部位は、所望する流体処理を行なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置され、かつ微細な流路を介して接続されている。

検体と液体試薬とを混合させることによって最終的に得られた混合液は、特に限定されないが、たとえば、該混合液が収容された部位（たとえば検出部）に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法等の光学測定などに供され、検査および分析が行なわれる。

検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体および／または液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における種々の流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を順次印加することにより行なうことができる。マイクロチップへの遠心力の印加は、マイクロチップを、遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なうことができる。遠心装置は、回転自在なローター（回転子）と、該ローター上に配置された回転自在なステージとを備えている。該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に設定することにより、マイクロチップに対して任意の方向の遠心力を印加することができる。

以下、実施の形態を示して、本発明のマイクロチップについて詳細に説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、図面における長さ、大きさ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法を表してはいない場合がある。

＜流体収容部を液体試薬収容部として用いるマイクロチップ＞
図１は、本発明のマイクロチップに用いられる、表面に溝が形成された第１の基板１００の好ましい実施形態を示す平面図であり、第１の基板１００における溝を備える側の表面を示したものである。本実施形態においては、流体収容部は、液体試薬収容部１、２として、流体注入口は、液体試薬注入口３、１１３として説明する。本実施形態のマイクロチップは、第１の基板１００と同じか、または同様の外形を有する第２の基板（図示せず）上に、第１の基板１００の溝を有する側の表面が第２の基板に対向するように、第１の基板１００を貼合してなる。第１の基板１００および第２の基板はそれぞれ、たとえばプラスチック製の透明基板、黒色基板である。図１を参照して、本実施形態のマイクロチップは、被験者から採取された全血を含むキャピラリー等のサンプル管を組み込むためのサンプル管載置部１０１、サンプル管より導出された全血から血球などを除去して血漿成分を得る血漿分離部１０２、分離された血漿成分を計量する検体計量部１０３、液体試薬を保持するための２つの液体試薬収容部１、２、液体試薬を計量する２つの液体試薬計量部１０６、１０７、血漿成分と液体試薬とを混合する混合部１０８、１０９、１１０、１１１、ならびに、得られた混合液についての検査および分析が行なわれる検出部１１２から主に構成される。２つの液体試薬収容部１、２は、液体試薬を注入するための液体試薬注入口３、１１３をそれぞれ有している。液体試薬注入口３、１１３は、第１の基板１００を厚み方向に貫通する貫通口である。

図２は、図１に示される第１の基板１００における液体試薬収容部１を拡大して示す平面図である。図２に示されるように、本実施形態のマイクロチップにおける液体試薬収容部１は、これに収容されている液体試薬を流出させるための流体流出口４を有している。流体流出口４の末端開口は、毛細管現象が生じる程度に微細に形成されており、本形状によって、液体試薬収容部１から液体試薬が漏れ出さないように工夫されている。

ここで、液体試薬収容部１内には、マイクロチップの厚み方向に１以上の柱状構造体５を有する。柱状構造体５は、液体試薬収容部１における流体流出口４から最も離れた位置を含み、流体を保持している流体保持領域に設けられている。流体保持領域とは、流体収容部（液体試薬収容部）に導入される所定量（流体全量の場合を含む）の流体が置かれている領域をいう。本発明においては、該流体は、表面張力等によってひとかたまりで保持されていることが好ましい。

＜柱状構造体の配置＞
図３は、液体試薬収容部１における柱状構造体５の配置を拡大した図である。図４は、液体試薬収容部１における複数の柱状構造体５と保持される液体試薬との関係を示す平面図である。以下、図３および図４に基づいて説明する。

図３に示すように、本実施形態においては、液体試薬収容部１は、３以上の柱状構造体５を有し、かつ、柱状構造体５は、それぞれが略正三角形の頂点の位置になるよう配置されている。つまり、図３において柱状構造体５は隣接する別の柱状構造体５と正三角形を形成するよう設置されている。また、このとき、正三角形における１辺の長さＬ１は、０．１〜１ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることが特に好ましい。ここで、１辺の長さとは、図３にも示すように、複数の柱状構造体５における中心間の距離を言うものをする。また、略正三角形とは、図３におけるθ１およびθ２が６０度であることが好ましいが、該θ１およびθ２が４５〜７５度である場合も含むものとする。

略正三角形に複数の柱状構造体５を配置することによって、保持された液体試薬が均等に三点に引張力がかかるために、安定して液体試薬７を保持することが可能となる。また、効率よく液体試薬７を保持するための密度として、略正三角形の形状で柱状構造体５を配置することによって、流体保持領域の面積対効果を高く発揮することができる。

長さＬ１は、液体試薬収容部１に収容される液体試薬の濡れ性（接触角）によって適宜最適な値を設定することができるが、基本的に、どのような接触角を有する流体（液体試薬）であっても、長さＬ１は０．１〜１ｍｍであれば、液体試薬を流体保持領域に保持することができる。また、本実施形態においては、柱状構造体５は、上述のとおり略正三角形の頂点の位置に配置されているが、このような位置関係に配置されない場合であっても、各柱状構造体５どうしの間隔は、０．１〜１ｍｍであることが好ましい。

また、図４に示すように、本実施形態においては、液体試薬収容部１は、２以上の柱状構造体５を有し、かつ、柱状構造体５は、液体試薬収容部１に収容された流体としての液体試薬７の全量が上述の流体保持領域に保持されたときに形成される液体試薬７の液面上に配列されている。

つまり、２以上の柱状構造体５の配置と流体保持領域における液体試薬７の液面とを一致させることによって、より液体試薬７の表面張力を利用して効率的に液体試薬７を流体保持領域に保持することができる。液体試薬７の液体面（流体面）上に配列された複数の柱状構造体５によって、液体試薬７が最外列の各柱状構造体５の間から表面張力により盛り出すかたちで捕獲されるような形となり、流体保持領域に液体試薬７が保持される。なお、本実施形態においては、柱状構造体５は、流体流出口４における微細構造の始点Ａから略同心円形状で、かつ、流体回路を形成する壁面と接触していない液体試薬７の液面上に配置されている。

また、本実施形態においては、液体試薬収容部１を、液体試薬注入口３を含む第１の区画と、流体流出口４を含む第２の区画とに二分する隔壁６が設けられている。また、液体試薬収容部２においても同様の隔壁が設けられている。

隔壁６は、その両端部に、第１の区画と第２の区画とを連通させる２つの連通口を有している。上記構成を有する本実施形態のマイクロチップの液体試薬収容部１に液体試薬７を注入した場合、液体試薬注入口３から注入され、第１の区画内に収容された液体試薬７は、２つの連通口がバルブとして機能するため、マイクロチップに衝撃が加えられた場合であっても、第２の区画側へ流出しにくくなっている。そして、２つの連通口の双方から同程度に離れた位置を上述したような流体保持領域に設計することができる。なお、本発明においては、後述するように柱状構造体５を備えることにより、液体試薬収容部１の形状をマイクロチップのなかで適宜所望のかたちに設定することができる。

すなわち、本実施形態のマイクロチップにおける液体試薬収容部１は、衝撃に対する液体試薬保持機能に優れており、衝撃による意図しない液体試薬収容部１からの液体試薬７の流出を効果的に抑制または防止することができる。ここでいうバルブとしての機能とは、所望しない場合には、液体試薬７を排出させない一方、所望する場合には、所定の強さの遠心力の印加により、液体試薬７を排出させることができる機能を意味する。本実施形態においては、流体回路においても特に微細な構造である流体流出口４もバルブ機能を有しており、液体試薬収容部１は、柱状構造体５と隔壁６と流体流出口４との３構造の相乗効果によって、さらに液体試薬が液体収容部１の外に漏れ出すことを防ぐことができる。

また、本実施形態においては、液体試薬収容部１において流体流出口４と液体試薬保持領域との間に液体試薬注入口３が設置されており、かつ、流体流出口４と液体試薬注入口３の中心とを結ぶ直線に略垂直方向に２以上の柱状構造体５が配列されることが好ましい。そして、該最外列が流体流出口４と液体試薬注入口３の中心点Ｂとを結ぶ直線に略垂直方向に設定されていることが好ましい。ここで、略垂直方向とは、図４におけるθ３が６０〜１２０度の範囲である場合を言うものとする。このような設定をすることによって、効率よく液体試薬７が流体流出口４から排出することを抑制することができる。

＜柱状構造体の形状＞
図５は、図２におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。以下、図３および図５に基づいて本実施形態における柱状構造体の形状について説明する。

図３および図５に示すように本実施形態において、柱状構造体５は円柱であるが、たとえば、断面が多角形の柱状体であってもよく、空孔や突起を有していてもよい。また、柱状体だけでなく、たとえば錘状体であっても問題はない。ただし、成型のし易さから、第１の基板に円柱体の柱状構造体５を設けることが好ましい。また、柱状構造体５は、円柱である場合には、その直径Ｌ２は、０．３〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．５〜１．０ｍｍであることが特に好ましい。これは、柱状構造体５の直径Ｌ２がこの範囲である場合には、柱状構造体５を配置する際の密度と柱状構造体５と流体との接触面積が適切に設定される理由から、より、液体試薬７を保持する傾向があるためである。

また、図５に示すように、本実施形態において、柱状構造体５のマイクロチップの厚み方向にのびる長さＬ３は、液体試薬収容部１における溝の深さＬ４と略同じであることが好ましい。つまり、Ｌ３とＬ４とが同じである場合には、特に液体試薬７の表面張力を最大限に活用して液体試薬７を流体保持領域に保持することができる。

柱状構造体５のマイクロチップの厚み方向にのびるＬ３と溝の深さＬ４との差は０〜０．５ｍｍであることが好ましく、０〜０．１ｍｍであることが特に好ましい。これは、該差が０．５ｍｍ超過であると、液体試薬７を液体保持領域に保持できない虞があるためである。また、柱状構造体５が複数配置されている場合には、それぞれのＬ３は一致していることが好ましいが、それぞれが別個の値であってもよい。

なお、柱状構造体５の形状（直径Ｌ２、長さＬ３）は液体試薬収容部１において統一されていることが好ましいが、さまざまな形状の柱状構造体５が混合している場合であっても差し支えない。

また、本発明において柱状構造体５は、マイクロチップの厚み方向にのびる柱状体のほか、たとえば該厚み方向と直角方向に交わりかつ、各該柱状体とを結ぶような構造体を含んでも良い。つまり、柱状構造体５は、マイクロチップの厚み方向にのびる柱状体を含むものであれば、網状の構造体をも含むものとする。柱状構造体５が網目状である場合には、さらに液体試薬７を効率よく流体保持領域に保持することができる。

＜参考比較＞
図６は、液体試薬収容部２１、２２において柱状構造体を有しない表面に溝を備える第１の基板の平面図であり、本実施形態に対する参考図として示すものである。

図６に示すマイクロチップの第１の基板には、液体試薬収容部２１、２２が備えられ、さらに、液体試薬収容部２１、２２は、それぞれ流体流出口２４、液体試薬注入口２３、隔壁２６を有する。そして、液体試薬収容部２１、２２には、液体試薬２７が保持されている。ここで、保持されている液体試薬２７は、上述した柱状構造体５を液体試薬収容部２１、２２に備えていない場合においては、可能な限り液体試薬２７と接触面積を広く取って、液体試薬２７の表面張力によって、流体保持領域に保持させておく必要がある。この場合であっても、隔壁２６が備えられているために、液体試薬２７を液体試薬流出口２４側に移動させることを防ぐことはできる。しかしながら、液体試薬収容部２１、２２の形状は保持される液体試薬２７と接触面積が制約される虞がある。

一方、本発明のマイクロチップにおいては、柱状構造体５を備えることによって、液体試薬収容部２１、２２の形状のバリエーションを広げることができ、また、液体試薬収容部２１、２２における流体保持領域に液体試薬２７をよりしっかりと保持することができる。

つまり、液体試薬収容部に柱状構造体を設けることによって、柱状構造体５によって、マイクロチップにおける流体回路全体の形態のバリエーションを広げることに寄与することができる。

なお、本発明においては、柱状構造体は、第１の基板および第２の基板いずれに形成されていても問題はない。たとえば、第１の基板の表面に溝が形成されていた場合においては、第１の基板の溝部分で、かつ、液体試薬収容部にあたる領域に柱状構造体が形成されていてもよいし、第２の基板の表面に柱状構造体が形成されていてもよい。

＜マイクロチップの動作＞
図１に示されるマイクロチップの動作方法は、概略以下のとおりである。なお、以下に説明する動作方法は一例を示したものであり、この方法に限定されるものではない。まず、全血サンプルを採取したサンプル管をサンプル管載置部１０１に挿入する。次に、マイクロチップに対して、図１における左向き方向（以下、単に左向きという。他の方向についても以下同様。）に遠心力を印加し、サンプル管内の全血サンプルを取り出した後、下向きの遠心力により、全血サンプルを血漿分離部１０２に導入して遠心分離を行ない、血漿成分と血球成分とに分離する。全血サンプルを血漿分離部１０２に導入した際、血漿分離部１０２から溢れ出た全血サンプルは、廃液溜め部１１５に収容される。また、この下向き遠心力により、液体試薬収容部２の流体保持領域に保持されていた液体試薬は、流体流出口を通って液体試薬計量部１０６に導入され、計量される。

ついで、分離された血漿成分を、右向き遠心力により検体計量部１０３に導入する。この際、計量された液体試薬は、混合部１０９に移動するとともに、液体試薬収容部１内の液体試薬は、流体流出口から排出される。

次に、下向き遠心力により、計量された血漿成分と液体試薬とが混合部１０８にて混合されるとともに、液体試薬は、液体試薬計量部１０７にて計量される。ついで、右向き、下向き、右向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０８および１０９間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。次に、上向き遠心力により、液体試薬および血漿成分からなる混合液と計量された液体試薬とを混合部１１０にて混合させる。ついで、左向き、上向き、左向き、上向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１１０および１１１間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。最後に、右向き遠心力により、混合部１１０内の混合液を検出部１１２に導入する。検出部１１２内の混合液は、たとえば、検出部１１２に光を照射し、その透過光の強度を測定するなどの光学測定に供される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本発明のマイクロチップに用いられる、表面に溝を備える第１の基板の好ましい一実施形態を示す平面図である。 図１に示される第１の基板における液体試薬収容部を拡大して示す平面図である。 液体試薬収容部における柱状構造体の配置を拡大した図である。 液体試薬収容部における複数の柱状構造体と保持される液体試薬との関係を示す平面図である。 図２におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 液体試薬収容部において柱状構造体を有しない表面に溝を備える第１の基板の平面図であり、本発明の一実施形態に対する参考図である。 特許文献１に記載の液体試薬内蔵型マイクロチップの一例を示す平面図である。

符号の説明

１，２，２１，２２ 液体試薬収容部、３，２３，１１３ 液体試薬注入口、４，２４ 流体流出口、５ 柱状構造体、６，２６ 隔壁、７，２７ 液体試薬、１００ 第１の基板、１０１ サンプル管載置部、１０２ 血漿分離部、１０３ 検体計量部、１０６，１０７ 液体試薬計量部、１０８，１０９，１１０，１１１ 混合部、１１２ 検出部、１１５ 廃液溜め部。

Claims (7)

1. 第２の基板と、前記第２の基板上に積層された表面に溝が形成された第１の基板とを備え、
   前記溝と前記第２の基板における前記第１の基板側表面とから構成される空洞部からなる流体回路を有するマイクロチップであって、
   前記流体回路は、流体を収容するための流体収容部を備え、
   前記流体収容部は、
   前記流体収容部の一端に設けられた、前記流体を流出させるための流体流出口と、
   前記第１の基板における前記溝を備える表面とは反対側の表面から前記流体収容部まで貫通する貫通口である、前記流体を前記流体収容部内に注入するための流体注入口と、
   前記流体流出口から最も離れた位置を含む領域であって、前記マイクロチップの厚み方向にのびる複数の柱状構造体が設けられた、前記流体を保持するための流体保持領域と、
   を有し、
   前記流体流出口と前記流体保持領域との間に、前記流体注入口が設けられるマイクロチップ。
2. 前記流体収容部は、３以上の前記柱状構造体を有し、
   前記柱状構造体は、それぞれが略正三角形の頂点の位置に配置されている請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記柱状構造体は、前記略正三角形状の１辺が０．５〜１ｍｍとなるよう配置されている請求項２に記載のマイクロチップ。
4. 前記柱状構造体のマイクロチップの厚み方向にのびる長さは、前記流体収容部における前記溝の深さと略同じである請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロチップ。
5. 前記流体流出口と前記流体注入口の中心とを結ぶ直線に略垂直方向に２以上の柱状構造体が配列される請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
6. 前記第１の基板に前記柱状構造体が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロチップ。
7. 前記第２の基板に前記柱状構造体が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロチップ。

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