JP5736230B2 - マイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、内部に流体回路を備えており、遠心力の印加により流体回路内に存在する検体および試薬等の液体を流体回路内の所望の位置に移動させることにより、該検体の検査または分析等を行なうことができる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。

マイクロチップは、実験室で行なっている一連の分析または実験操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、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している。このようなマイクロチップは、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。

マイクロチップとしては、流体回路（あるいはマイクロ流体回路）と呼ばれる、該回路内に存在する検体、試薬等の液体に対して特定の処理を行なうための複数種類の部位（室）とこれらの部位を適切に接続する微細な流路とから構成される流路網をその内部に備えたものが従来公知である。このような流体回路を内部に備えるマイクロチップを用いた検体の検査または分析などにおいては、その流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体やこれと混合される試薬の計量（すなわち、計量を行なうための部位である計量部への移動）、検体と液体試薬との混合（すなわち、これらを混合するための部位である混合部への移動）、ある部位から他の部位への移動などの種々の処理が行なわれる。なお、マイクロチップ内でなされる、各種液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、またはこれらのうちの２種以上の混合物など）に対してなされる処理を以下では「流体処理」ともいう。これら種々の流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことができる。

上記のような、遠心力を利用して流体回路内の液体を流体回路内の所望の位置（部位）に移動させて流体処理を行なうマイクロチップにおいては、液体の濡れ性が比較的高い場合、表面張力によって液体が流体回路の流路内壁を伝わって、意図しない液体移動が生じるという問題があった。たとえば、遠心力の印加がないにもかかわらず、上記液体試薬を収容する部位である試薬保持部から、液体試薬が流路内壁を伝わって流出することがあった。

特許文献１には、液体の排出を防止することができるバルブを設けたマイクロチップが開示されている。しかし、このバルブは比較的複雑な構造を有しており、改善の余地があった。

特開２００７−２８５７９２号公報

本発明の目的は、遠心力の印加により流体回路内に存在する液体を流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップにおいて、表面張力による意図しない液体の移動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にある。

本発明は、内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、流体回路内に存在する液体を流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、流体回路は、液体を通す第１の流路と、該第１の流路を通過した液体を通す第２の流路とを含み、第１の流路は、第２の流路側の端部である第１の端部が第２の流路の内壁面と離間するように配置されるマイクロチップを提供する。

本発明の１つの好ましい実施形態において、流体回路は液体試薬を収容する試薬保持部を含み、試薬保持部は、上記第１の端部である、前記液体試薬を前記試薬保持部から排出するための排出口を有する。

第１の流路は、第１の端部が第２の流路内に位置するように配置されることが好ましい。また、第１の流路の断面積は、第２の流路の断面積より小さいことが好ましい。

本発明によれば、遠心力の印加により流体回路内に存在する液体を流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップにおいて、表面張力による意図しない液体の移動を有効に防止することができる。

本発明に係るマイクロチップの流体回路が有する第１の流路および第２の流路を概念的に示す斜視図および断面図である。 本発明に係るマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍、ならびに試薬保持部内に収容された液体試薬の移動の様子を模式的に示す断面図である。 従来のマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍、ならびに試薬保持部内に収容された液体試薬の移動の様子を模式的に示す断面図および斜視図である。 本発明のマイクロチップの一例を示す外形図である。 図４に示されるマイクロチップを構成する第２の基板を示す上面図である。 図４に示されるマイクロチップを構成する第２の基板を示す下面図である。 図４に示されるマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍の構造を示す上面図、断面図および下面図である。 従来のマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍の構造を示す上面図、断面図および下面図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の全血計量、試薬計量工程における第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の全血移動工程における第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の血球分離工程における第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の血漿成分計量工程における第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の第１混合工程第１ステップにおける第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の第１混合工程第２ステップにおける第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の第２混合工程第１ステップにおける第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の第２混合工程第２ステップにおける第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 図４に示されるマイクロチップを用いた流体処理の検出部導入工程における第２の基板の上面（第１の基板側表面）の液体の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。 液体試薬保持力試験の結果を示す図である。 本発明のマイクロチップの他の一例を示す上面図である。 図１９に示されるマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍の構造を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロチップのさらに他の例を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロチップのさらに他の例を模式的に示す断面図である。 本発明のマイクロチップのさらに他の一例を模式的に示す断面図および斜視図であり、該マイクロチップを用いた流体処理の血漿導入工程における血漿成分の様子を示す図である。 図２３に示されるマイクロチップを用いた流体処理の血漿計量工程における血漿成分の様子を示す図である。 図２３に示されるマイクロチップを用いた流体処理の血漿排出工程における血漿成分の様子を示す図である。

本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査または分析等を、それが内部に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、たとえば、第１の基板と、該第１の基板上に積層され、基板表面に溝を備える第２の基板との積層構造であることができる。この場合、マイクロチップの流体回路は、上記溝および第１の基板表面とによって形成される内部空間である。

また、本発明のマイクロチップは、第１の基板と、該第１の基板上に積層され、基板の両表面に溝を備える第２の基板と、該第２の基板上に積層される第３の基板とを含むものであってもよい。この場合、流体回路は、第２の基板における第１の基板側表面および第１の基板における第２の基板側表面に設けられた溝から構成される空間からなる第１の流体回路と、第３の基板における第１の基板側表面および第１の基板における第３の基板側表面に設けられた溝から構成される空間からなる第２の流体回路との２層構造を有する。「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。かかる２層の流体回路は、第１の基板を厚み方向に貫通する貫通穴によって接続することができる。

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〜１０ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜数ｃｍ程度とすることができる。

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；レーザー等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法（レーザー溶着）；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。なかでもレーザー溶着法が好ましく用いられる。

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）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、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）、スチレン−ブタジエン樹脂（スチレン−ブタジエン共重合体）、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）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）などの有機材料（熱可塑性樹脂）；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。なかでも、流体回路の形成のし易さ等を考慮すると、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。

マイクロチップが第１の基板と、基板表面に溝を備える第２の基板とから構成される場合、第２の基板は、光学測定の際、検出光が照射される部位を含んでいることから、透明基板とすることが好ましい。第１の基板は、透明基板であっても不透明基板であってもよいが、レーザー溶着を行なう場合には、光吸収率を増大できることから、不透明基板とすることが好ましく、基板を熱可塑性樹脂から構成し、該樹脂中にカーボンブラック等の黒色顔料を添加することにより黒色基板とすることがより好ましい。

マイクロチップが第１の基板と、基板の両表面に溝を備える第２の基板と、第３の基板とから構成される場合、レーザー溶着の効率性の観点から、第２の基板を不透明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。一方、第１および第３の基板は、検出部を構築するために、透明基板とすることが好ましい。第１および第３の基板を透明基板とすると、第２の基板に設けられた貫通穴と、透明な第１および第３の基板とから検出部（光学測定用キュベット）を形成でき、マイクロチップ表面と略垂直な方向から該検出部に光を照射して、透過する光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を行なうことが可能となる。

第２の基板表面に、流体回路を構成する溝（パターン溝）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。溝の形状（パターン）は、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。

本発明のマイクロチップは、流体回路内に存在する液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、および、これらのうちの２種以上の混合物など）を、遠心力の印加により流体回路内の所望の位置（部位）に移動させることにより、該液体に対して適切な流体処理を行なうことができるものである。このために流体回路は、適切な位置に配置された種々の部位（室）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。

流体回路は、上記部位（室）として、たとえば、検査または分析などの対象となる検体と混合（または反応）させるための液体試薬を保持するための試薬保持部；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または分析（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（光学測定用キュベット）などを含むことができる。検査または分析の方法は特に制限されず、たとえば、混合液を収容する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、検出部に保持された混合液についての吸収スペクトルを測定する方法等の光学測定を挙げることができる。本発明のマイクロチップは、上述の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。

なお、「検体」とは、流体回路内に導入される、マイクロチップが行なう検査または分析等の対象となる物質であり、たとえば全血である。「液体試薬」とは、マイクロチップが行なう検査または分析の対象となる検体を処理する、または該検体と混合あるいは反応される試薬であり、通常、マイクロチップ使用前にあらかじめ流体回路の試薬保持部に内蔵されている。

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ることができる。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。

ここで、本発明のマイクロチップは、図１に概念的にその一例を示すように、流体回路が上記液体を通す第１の流路１と、第１の流路１を通過した液体を通す第２の流路２とを含み、かつ第１の流路１は、第２の流路２側の端部である第１の端部１ａが第２の流路２の内壁面２ａと離間するように（すなわち、第１の端部１ａが第２の流路２の内壁面２ａに接触しないように）配置されることを特徴とする。第１の流路１および第２の流路２は、流体回路を構成する上述したような部位（室）を接続する流路であってもよいし、部位（室）それ自体あるいはその一部であってもよい。図１（ａ）は本発明に係るマイクロチップの流体回路が有する第１の流路１および第２の流路２を概念的に示す斜視図であり、図１（ｂ）はその断面図である。

上記特徴を有する本発明のマイクロチップによれば、第１の流路１における第１の端部１ａからの表面張力による意図しない液体の移動を有効に防止することができる。この有利な効果について、第１の端部１が液体試薬を試薬保持部から排出するための排出口である場合を例に挙げてより具体的に説明する。図２は、本発明に係るマイクロチップが有する試薬保持部およびその近傍、ならびに試薬保持部内に収容された液体試薬の移動の様子を模式的に示す断面図である。図２に示されるマイクロチップは、第１の基板７、第２の基板６および第３の基板５の積層構造からなり、第２の基板６の表面に設けられた溝と第１の基板７とによって液体試薬Ｘを収容する試薬保持部４が形成されている〔図２（ａ）〕。

そして図２に示されるマイクロチップでは、試薬保持部４から延びる第１の流路１の端部（第１の端部１ａであり、液体試薬Ｘの排出口である）は、第１の流路１を通過した液体試薬Ｘがついで通過することとなる第２の流路２の内壁面２ａのいずれとも離間している（接触していない）〔図２（ａ）〕。したがって、第１の端部１ａまで到達した液体試薬Ｘは、第２の流路２側へ流出することなく保持され、意図しない第２の流路２への液体試薬Ｘの移動が防止される〔図２（ｂ）〕。第２の流路２へ液体試薬Ｘを意図的に移動させるときには、マイクロチップに対して遠心力が印加される。

これに対し、図３に示されるような従来のマイクロチップにおいては、第１の流路１の第１の端部１ａが第２の流路２の内壁面２ａと接しており、第１の流路の内壁面と第２の流路の内壁面とが連続しているため〔図３（ａ）〕、第１の端部１ａまで到達した液体試薬Ｘは、表面張力によりそのまま第２の流路２へ流出してしまう〔図３（ｂ）〕。なお、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示される部分Ａの概略斜視図である。

以下、実施の形態を示して本発明をより詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図４は、本発明のマイクロチップの一例を示す外形図であり、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は下面図である。図４に示されるマイクロチップ１００は、透明基板である第１の基板１０１、黒色基板である第２の基板１０２および透明基板である第３の基板１０３をこの順で貼り合わせてなる〔図４（ｂ）参照〕。これら基板の縦横の長さは、特に限定されないが、本実施形態においては、横（図４（ａ）におけるＡ）およそ６２ｍｍ×縦（図４（ａ）におけるＢ）およそ３０ｍｍとしている。また、本実施形態において、第１の基板１０１、第２の基板１０２および第３の基板１０３の厚み（それぞれ図４（ｂ）におけるＣ、ＤおよびＥ）は、それぞれ約１．６ｍｍ、約９ｍｍ、約１．６ｍｍとしている。ただし、本発明に係るマイクロチップのサイズは上記のサイズに限定されるものではない。

第１の基板１０１には、その厚み方向に貫通する試薬導入口１１０（本実施形態において合計１１個）および検体（たとえば全血）をマイクロチップの流体回路内に導入するための検体導入口１２０が形成されている。本実施形態のマイクロチップ１００は、通常、液体試薬を試薬導入口１１０から注入した後、試薬導入口１１０を封止用ラベル等により封止して、実使用に供される。

第２の基板１０２には、その両面に形成された溝および厚み方向に貫通する複数の貫通穴が形成されており、これに第１の基板１０１および第３の基板１０３を貼り合わせることによって、マイクロチップ内部に２層の流体回路が形成されている。なお、以下では、第１の基板１０１と第２の基板１０２における第１の基板１０１側表面に設けられた溝とから構成される流体回路を「第１の流体回路」、第３の基板１０３と第２の基板１０２における第３の基板１０３側表面に設けられた溝とから構成される流体回路を「第２の流体回路」と称する。これら２つの流体回路は、第２の基板１０２に形成された厚み方向に貫通する貫通穴によって連結している。以下、第２の基板１０２の両面に形成された流体回路（溝）の構成について詳細に説明する。

図５および図６に、それぞれ図４に示されるマイクロチップが有する第２の基板１０２の上面図および下面図を示す。図５は、第２の基板１０２の上側流体回路（第１の流体回路）を示しており、図６は、下側流体回路（第２の流体回路）を示している。なお、図６では、図５に示される上側流体回路との対応関係が明確に把握できるよう、左右反転させた状態で第２の基板１０２の下側流体回路を示している。本実施形態のマイクロチップ１００は、１つの検体について６項目の検査または分析を行なうことができる多項目チップであり、その流体回路は、６項目の検査または分析を行なうことができるよう、６つのセクション（図５におけるセクション１〜６）に分けられている〔ただし、第１成分計量部設置領域（下側流体回路上部領域）においてこれらのセクションは互いに接続されている〕。

上記各セクションには、第１の流体回路（上側流体回路）内に、液体試薬が内蔵された試薬保持部が１つまたは２つ設けられている（図５における試薬保持部３０１ａ、３０１ｂ、３０２ａ、３０２ｂ、３０３ａ、３０３ｂ、３０４ａ、３０４ｂ、３０５ａ、３０５ｂおよび３０６ａの合計１１個）。図４における検体導入口１２０から導入された検体は、計量され、ついで血球成分が分離除去された後、各セクションに分配されるとともに計量されると、別途計量された各セクション内の１種または２種の液体試薬と混合されて、それぞれ検出部３１１、３１２、３１３、３１４、３１５、３１６に導入される。各セクションの各検出部に導入された混合液は、たとえば、マイクロチップ表面と略垂直な方向から検出部に光を照射し、その透過光の透過率を測定する等の光学的測定に供され、該混合液中の特定成分の検出等がなされる。これら一連の流体処理は、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を印加することにより、液体試薬、検体、検体中の特定成分または該特定成分と液体試薬との混合液を、各セクションに設けられた２層の流体回路内の各部位へ適切な順序で移動させていくことにより行なわれる。マイクロチップへの遠心力の印加は、たとえば上記した遠心装置に載置して行なうことができる。

各試薬保持部は、第２の基板１０２を貫通する流路（貫通穴）を介して試薬計量部と接続されている。たとえば、セクション１の試薬保持部３０１ａ（図５参照）と試薬計量部４１１ａ（図６参照）とは、流路２１ｂによって接続されている。他の試薬保持部および試薬計量部についても同様である。

上記各セクションには、その第２の流体回路（下側流体回路）内に、検体から分離された特定成分（たとえば血漿成分）を計量する成分計量部（図６における検体計量部４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６の合計６個）および液体試薬を計量する試薬計量部（図６における試薬計量部４１１ａ、４１１ｂ、４１２ａ、４１２ｂ、４１３ａ、４１３ｂ、４１４ａ、４１４ｂ、４１５ａ、４１５ｂおよび４１６ａの合計１１個）が設けられている。各検体計量部は、流路によって直列的に接続されている（図６参照）。

マイクロチップ１００は、マイクロチップ内に導入された検体を計量する検体計量部５００（図５参照）、流量制限部７００（図６参照）、および、計量された検体から不要成分を分離し、特定成分（液体試薬と混合される成分）を取り出すための分離部４２０を備えている（図６参照）。特定成分の抽出は、遠心分離によりなされる。検体計量部５００と流量制限部７００とは、流路（貫通穴）３０によって接続されている。

また、マイクロチップ１００は、図５に示されるように、計量時において検体計量部および成分計量部から溢れ出た検体または特定成分を収容するための溢出液収容部３３０ａ，３３０ｂ、ならびに、計量時において試薬計量部から溢れ出た液体試薬を収容するための溢出試薬収容部３３１ａ、３３１ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、３３３ａ、３３３ｂ、３３４ａ、３３４ｂ、３３５ａ、３３５ｂおよび３３６ａが設けられている。溢出液収容部３３０ｂは、流路１６ａ（図６参照）、厚み方向に貫通する流路（貫通穴）２６ａおよび流路１６ｂ（図５参照）を介して成分計量部４０６に接続されている。また、各溢出試薬収容部は、対応する試薬計量部に、流路を介して接続されている。たとえば、セクション１において、試薬保持部３０１ａ内に収容される液体試薬を計量するための試薬計量部４１１ａと、溢れ出た液体試薬を収容する溢出試薬収容部３３１ａ（図３参照）とは、流路１１ａ（図６参照）、厚み方向に貫通する流路（貫通穴）２１ａおよび流路１１ｂ（図５参照）を介して接続されている。他の溢出試薬収容部についても同様である。

このように、マイクロチップが、溢出液収容部および溢出試薬収容部（以下、まとめて溢出収容部と称することがある。）を備えることにより、当該溢出収容部における溢出物の有無を検出することによって、検体、特定成分または液体試薬が遠心操作により確実に計量部に移送され、かつ当該計量部が、被計量物で満たされたかどうかを容易に確認することができる。すなわち、溢出収容部に溢出物が存在することが検知されれば、計量部において検体、特定成分または液体試薬が正確に計量されたことが保証される。これにより、検査または分析の信頼性を向上させることができる。

溢出収容部内に、溢出物が存在するか否かを検知する方法としては、たとえば、当該溢出収容部に対して、透明基板である第１の基板１０１側から光を照射し、その反射光の強度を測定する方法を好ましく用いることができる。用いる光は、特に制限されず、たとえば波長４００〜１０００ｎｍ程度の単色光（たとえばレーザー光）であってもよいし、白色光等の混合光であってもよい。反射光の強度の測定は、たとえば市販の反射センサなどを用いて行なうことができる。

上記反射光強度の測定を行なうことにより溢出物の有無を検知する方法においては、基本的には、溢出収容部内に溢出物が導入される前に、溢出収容部に対して、第１の基板１０１側から光を照射することにより得られる反射光強度と、計量部に被計量物が導入された後に、溢出収容部に対して、第１の基板側から光を照射することにより得られる反射光強度との比を求め、当該強度比から溢出物の有無を検知する。すなわち、当該比（導入後の反射光強度／導入前の反射光強度）が１より小さい場合（導入後の反射光強度がより小さい場合）には、溢出収容部内に、溢出物が存在すると判断される。ただし、マイクロチップ間の製造振れが小さく、溢出物導入前の反射光強度が、マイクロチップ間でほぼ一定とみなすことができる場合には、溢出物導入前における反射光強度の測定は省略することが可能である。

ここで、本実施形態のマイクロチップ１００は、各試薬保持部およびそれらの近傍における構造が、本発明に係る上述の特徴を有している。試薬保持部３０６ａを例に挙げて説明する。図７は、試薬保持部３０６ａおよびその近傍の構造を示す上面図、断面図および下面図である。図７（ａ）が上面図であり、図７（ｃ）が下面図であり（図６とは左右反転した状態で示している）、図７（ｂ）は、図７（ａ）および（ｃ）に示される点線における断面図である。この断面図においては、第２の基板１０２の上下に配置される第１の基板１０１および第３の基板１０３を併せて示している。

図７に示されるように、試薬保持部３０６ａは、その一方端（第２の端部）が試薬保持部３０６ａに接続され、試薬保持部３０６ａ内の液体試薬を試薬計量部４１６ａに誘導するための流路（貫通穴）２２ｂを備えている。この流路２２ｂは、上述した第１の流路に相当する。図７（ｂ）を参照して、流路２２ｂは、その他方端である第１の端部１ａ（液体試薬の排出口）が、第２の流体回路側の第２の流路２の内壁面２ａのいずれとも離間するように（すなわち、第１の端部１ａがいずれの内壁面２ａとも接触しないように）配置されている。これにより、第１の端部１ａまで到達した液体試薬が第２の流路２側へ流出することを防止できる。

なお、試薬保持部およびその近傍の従来の構造を示すと図８のとおりである。従来のマイクロチップにおいては、試薬保持部３０６ａから延び、第３の基板１０３まで到達する流路２２ｂ’と、流路２２ｂ’の第３の基板１０３側端部に設けた切り欠き溝からなる流路２２ｃ’〔図８（ｃ）〕とで構成される第１の流路が第２の流路２の内壁面２ａと接しているため、流路２２ｂ’を通過した液体は、表面張力により、流路２２ｃ’を通り、第２の流路２へ流出してしまう。

図７を参照して、本実施形態のマイクロチップ１００においては、第１の端部１ａの内径をφ、第１の端部１ａからこれに対向する内壁面２ａまでの距離をｒとすると、ｒ＞φ／２の関係式を満たすことが好ましく、ｒ＞３φ／２の関係式を満たすことがより好ましい。これにより、表面張力によって第１の端部１ａより外側に膨らんだ液体試薬が、第１の端部１ａに対向する内壁面２ａに接触することがないので、第２の流路２側への液体試薬の流出をより確実に防止できる。

各試薬保持部およびそれらの近傍の構造が図７に示されるような構造であるマイクロチップ１００（外形および流体回路構造は図４〜図６のとおりである）、および、各試薬保持部およびそれらの近傍の構造が図８に示されるような構造であること以外はマイクロチップ１００と同様のマイクロチップについて、次に示す液体試薬保持力試験を行なった。結果を図１８に示す（グラフ１点あたりのｎ数は６６である）。

マイクロチップ１００の試薬保持部のそれぞれ（計１１個）に液体試薬を入れ、試薬導入口をシールした後、温度４℃で２４０時間保持した。保持後のマイクロチップについて各試薬保持部における排出口（第１の端部）からの液体試薬の流出の有無を確認した。同じ試験を合計６回繰り返し（ｎ＝６６）、流出率（１００×流出した試薬保持部の数／６６）を算出した。当該液体試薬保持力を濡れ性（接触角）の異なる３種類の液体試薬について行なった。図８に示される構造を有するマイクロチップについても同様の試験を行なった。

図１８に示されるように、本発明に係るマイクロチップ１００では、濡れ性の高い（接触角の低い）液体試薬を用いた場合であっても、流出率は０％であった。一方、図８に示される構造を有する従来のマイクロチップでは、最も濡れ性の高い液体試薬（接触角約４１°）を用いた場合、流出率が約４０％にも達した。

次に、本実施形態のマイクロチップ１００を用いた流体処理の一例を、図９〜１７を参照して説明する。図９〜１７は、流体処理の各工程における第２の基板１０２の上面（第１の基板側表面）の液体（検体、特定成分、液体試薬および特定成分と液体試薬との混合液）の状態および下面（第３の基板側表面）の液体の状態を示す図である。各図における（ａ）が第２の基板上面（第１の流体回路）の液体の状態を示す図であり、（ｂ）が第２の基板下面（第２の流体回路）の液体の状態を示す図である。なお、図９〜１７の（ｂ）においては、図６と同様に、図９〜１７の（ａ）に示される上側流体回路との対応関係が明確に把握できるよう、左右反転させた状態で第２の基板１０２の下側流体回路を示している。また、以下の説明においては、セクション１の流体回路における流体処理についてのみ説明するが、他のセクションについても同様の処理がなされており、このことは、図面を参照することにより明確に理解することができる。さらに、以下では、検体が全血である場合を例に説明するが、検体の種類はこれに限定されるものではない。

（１）全血計量、液体試薬計量工程
まず、本工程において、図５および６に示される状態にあるマイクロチップに対して、図９における下向き（以下、単に下向きという。図１０〜１７についても同様であり、また、他の方向についても同様である。）に遠心力を印加する。これにより、第１の基板１０１の検体導入口１２０（図４参照）から導入された全血６００は、検体計量部５００に導入され、計量される。検体計量部５００からオーバーフローした全血６００は、溢出液収容部３３０ａに収容される〔図９（ａ）参照〕。また、この下向きの遠心力印加により、液体試薬保持部３０１ａ、３０１ｂ内の液体試薬は、それぞれ流路（貫通穴）２１ｂ、２１ｃを通って試薬計量部４１１ａ、４１１ｂに至り、計量される〔図９（ｂ）参照〕。各液体試薬計量部から溢れた液体試薬は、それぞれ流路（貫通穴）２１ａ、２１ｄを通って、上面側流体回路内の溢出試薬収容部３３１ａ、３３１ｂに収容される〔図９（ａ）参照〕。この段階で、液体試薬に関し液量異常がない場合、溢出試薬収容部３３２ｂを除いてすべての溢出試薬収容部内に液体試薬が存在することとなる。

（２）全血移動工程
次に、右向きの遠心力を印加する。これにより、検体計量部５００内の計量された全血６００は、貫通穴３０を通って、下側流体回路の待機部７０１に移動する〔図１０（ｂ）参照〕。

（３）血球分離工程
次に、下向きの遠心力を印加する。これにより、待機部７０１の計量された全血６００の全量が、流量制限部７００を通って、分離部４２０に導入される〔図１１（ｂ）参照〕。分離部４２０に導入された全血６００は、分離部４２０にて遠心分離され、血漿成分（上層）と血球成分（下層）とに分離される。各液体試薬は再度、試薬計量部に収容される。

（４）血漿成分計量工程
次に、右向きの遠心力を印加する。これにより、分離部４２０において分離された血漿成分は、成分計量部４０１に導入され（同時に成分計量部４０２、４０３、４０４および４０５，４０６にも導入される）、計量される〔図１２（ｂ）参照〕。計量部から溢れた血漿成分は、流路（貫通穴）２６ａを通って上側流体回路内に移動する〔図１２（ａ）参照〕。

（５）第１混合工程
次に、下向きの遠心力を印加する。これにより、計量された液体試薬（試薬保持部３０１ａに保持されていた液体試薬）と、成分計量部４０１にて計量された血漿成分とが、試薬計量部４１１ａにおいて混合される〔第１混合工程第１ステップ、図１３（ｂ）参照〕。この際、下側流体回路の混合部４４１ａには、液体試薬が残存している。

次に、右向きの遠心力を印加することにより、混合液は、混合部４４１ａに残存していた液体試薬とさらに混合される〔第１混合工程第２ステップ、図１４（ｂ）参照〕。これら第１ステップおよび第２ステップを必要に応じて複数回行ない、確実に混合を行なう。最終的に、図１４に示される状態と同様の状態を得る。

（６）第２混合工程
次に、上向きの遠心力を印加する。これにより、混合部４４１ａ内の混合液は、流路（貫通穴）２１ｅを通って上側流体回路の混合部４４１ｂに至り、計量されたもう一方の液体試薬（試薬保持部３０１ｂ内に保持されていた液体試薬）もまた、流路２１ｅを通って混合部４４１ｂに至り、これらは混合される〔第２混合工程第１ステップ、図１５（ａ）参照〕。

次に、左向きの遠心力を印加することにより、図１６（ａ）に示されるように、混合液が移動し、混合が促進される〔第２混合工程第２ステップ、図１６（ａ）参照〕。また、この左向きの遠心力により、溢出試薬収容部３３２ｂに液体試薬が収容されることとなる〔図１６（ａ）参照〕。これら第１ステップおよび第２ステップを必要に応じて複数回行ない、確実に混合を行なう。最終的に、図１６に示される状態と同様の状態を得る。

（７）検出部導入工程
最後に、下向きの遠心力を印加する。これにより、混合液は検出部３１１に導入される〔他の混合液についても同様、図１７（ａ）および（ｂ）参照〕。また、溢出試薬収容部３３１ａ、３３１ｂおよび溢出液収容部３３０ｂには、液体試薬または血漿成分が収容された状態となる。他の溢出試薬収容部についても同様である。検出部に充填された混合液は、光学測定に供され、検査・分析が行なわれる。たとえば、マイクロチップ表面に対して略垂直な方向から光を照射し、その透過光を測定することにより、混合液中の特定成分の検出等がなされる。また、この際、溢出液収容部３３０ｂおよび各溢出試薬収容部に光を照射し、その反射光の強度を測定することにより、血漿成分または液体試薬の有無を確認する。血漿成分または液体試薬の有無の確認は必ずしもこの段階で行なわれる必要はないが、血漿成分または液体試薬が、すべての溢出液収容部および溢出試薬収容部に収容され得る状態となるのはこの段階であるため、操作の簡略化のためには、検出部導入工程後に血漿成分または液体試薬の有無の確認を行なうことが好ましい。

＜第２の実施形態＞
図１９は、本発明のマイクロチップの他の一例を示す上面図である。図１９に示されるマイクロチップ２００は、表面に溝を備える第１の基板１０００上に、第２の基板（図１９において図示せず）を積層、貼合してなる、１層の流体回路を有するマイクロチップである。第１の基板１０００は、図示しない第２の基板上に、そ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されている。図１９は、第１の基板１０００の、溝形成側表面とは反対側の表面を示したものであるが、説明の便宜上、溝パターンを実線で示している。マイクロチップ２００において第２の基板は、第１の基板１０００と同じか、または同様の輪郭形状を有している。第１の基板１０００および第２の基板はそれぞれ、たとえば熱可塑性樹脂からなる透明基板、黒色基板である。

マイクロチップ２００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１００１；サンプル管より導出された全血を、血球成分と血漿成分とに分離するための分離部１００２；分離された血球成分を計量するための血球計量部１００３；液体試薬を保持するための３つの試薬保持部１００４、１００５および１００６；試薬保持部１００５および１００６にそれぞれ隣接して設けられた、一時的に液体試薬を収容するための試薬収容部１００７および１００８；液体試薬を計量するための３つの試薬計量部１００９、１０１０および１０１１；血球成分と液体試薬とを混合するための第１の混合部１０１２；血球成分と液体試薬との混合液を計量するための混合液計量部１０１３；血球成分と液体試薬との混合液と、他の液体試薬との混合を行なうための第２の混合部１０１４；ならびに、最終的に得られた混合液についての検査・分析が行なわれる検出部１０１５から主に構成される。

３つの試薬保持部１００４、１００５および１００６は、液体試薬を当該試薬保持部内に注入するための試薬導入口１０１６、１０１７および１０１８をそれぞれ有している。試薬導入口１０１６、１０１７および１０１８は、第１の基板１０００を厚み方向に貫通する貫通口である。本実施形態のマイクロチップ２００は、通常、液体試薬を試薬導入口１０１６、１０１７および１０１８から注入した後、これらの試薬導入口を封止用ラベル等により封止して、実使用に供される。なお、以下では、試薬導入口を介して試薬保持部１００４、１００５および１００６内に注入、保持される液体試薬を、それぞれ液体試薬Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２と称することとする。

以上のように、本実施形態のマイクロチップ２００が有する流体回路は、全血から分離された血球成分に対して、液体試薬Ｒ０、Ｒ１およびＲ２をこの順で混合させ、得られた混合液について光学測定等の検査・分析を行なうのに適した構成となっている。

ここで、本実施形態のマイクロチップ２００は、各試薬保持部およびそれらの近傍における構造が、本発明に係る上述の特徴を有している。試薬保持部１００６を例に挙げて説明する。図２０は、試薬保持部１００６およびその近傍の構造を模式的に示す断面図である。この断面図においては、第１の基板１０００上に積層される第２の基板１１００および試薬導入口などの開口を封止するための封止用ラベル１２００を併せて示している。

図２０に示されるように、試薬保持部１００６は、その一方端（第２の端部）が試薬保持部１００６に接続され、試薬保持部１００６内の液体試薬を試薬収容部１００８に誘導するための、第１の基板１０００を厚み方向に貫通する流路１００６ａを備えている（同様に、試薬保持部１００４，１００５もそれぞれ、第１の基板１０００を厚み方向に貫通する流路１００４ａ，１００５ａを備えている。図１９参照）。この流路１００６ａは、上述した第１の流路に相当する。流路１００６ａは、その他方端である第１の端部１ａ（液体試薬の排出口）が、第２の流路２（試薬収容部１００８を含む）の内壁面２ａのいずれとも離間するように（すなわち、第１の端部１ａがいずれの内壁面２ａとも接触しないように）配置されている。これにより、第１の端部１ａまで到達した液体試薬が第２の流路２側へ流出することを防止できる。

図１９に示されるマイクロチップ２００を用いた流体処理の一例を挙げれば、概略以下のとおりである。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１００１に挿入する。次に、マイクロチップに対して、図１９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、全血サンプルを分離部１００２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。次に、左向きの遠心力を印加し、上層の血漿成分を除去する。この際、除去された血漿成分は、領域ａに収容される。ついで、下向きの遠心力を印加することにより、分離部１００２内の血球成分液面を整えるとともに、除去した血漿成分を領域ｂに移動させる。次に、右向きの遠心力を印加し、試薬保持部１００４内の液体試薬Ｒ０を試薬計量部１００９に導入し、計量を行なう。この遠心力により、試薬保持部１００５内の液体試薬Ｒ１および試薬保持部１００６内の液体試薬Ｒ２は、それぞれ試薬収容部１００７、１００８に移動する。また、この遠心力により、分離部１００２内の血球成分は、血球計量部１００３に導入され計量される。

次に、下向きの遠心力を印加して、計量された血球成分と液体試薬Ｒ０とを第１の混合部１０１２にて混合し混合液を得る。この遠心力により、試薬収容部１００８内の液体試薬Ｒ２は、試薬計量部１０１１にて計量される。ついで、右向き、下向き、左向き、下向きの遠心力を順次印加して、上記混合液の混合を十分に行なう。なお、上記左向きの遠心力の印加により、試薬収容部１００７内の液体試薬Ｒ１は、試薬計量部１０１０にて計量される。また、最後の下向きの遠心力により、計量された液体試薬Ｒ１は、第２の混合部１０１４に移動する。

次に、左向きの遠心力を印加した後、左上向きついで左向きの遠心力を印加して、第１の混合部１０１２内の混合液の上澄み部分を混合液計量部１０１３に導入し、計量を行なう。次に、下向きの遠心力を印加することにより、計量された混合液と液体試薬Ｒ１とを第２の混合部１０１４にて混合する。ついで、左向き、下向きの遠心力を順次印加して、当該混合液の混合を十分に行なう。この下向きの遠心力を印加した状態において、計量された液体試薬Ｒ２は、領域ｃに位置している。次に、右向きの遠心力を印加して、該混合液と液体試薬Ｒ２とを検出部１０１５にて混合し、さらに下向きの遠心力を印加して混合を十分に行なう。最後に、右向きの遠心力を印加して、混合液を検出部１０１５に収容させ、該検出部１０１５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を行なう。

＜第３の実施形態＞
図２１〜２２は、本発明のマイクロチップの他の例を模式的に示す断面図であり、本発明に係る第１の流路１および第２の流路２が設けられている部分を拡大して示す図である。図２１〜２２のマイクロチップは、上記第１の実施形態と同様、第１の基板７、第２の基板６および第３の基板５の積層構造からなり、２層の流体回路を有している。図２２に示されるように、第１の端部１ａが第２の流路２の内壁面２ａのいずれとも離間している（接触していない）限り、流体回路を構成する溝は、第２の基板６だけでなく、これを挟持する第１の基板７や第３の基板５にも形成できる。上記第２の実施形態のような１層の流体回路を有するマイクロチップにおいても、他方の基板に溝を形成することができる。

＜第４の実施形態＞
本発明は、試薬保持部およびその近傍における構造が、本発明に係る上述の特徴を有している場合に限定されない。たとえば図２３に示される全血から分離した血漿成分を計量する成分計量部のような、各種計量部およびその近傍に本発明に係る上述の特徴を付与してもよい。図２３〜２５は、本発明のマイクロチップの他の一例を模式的に示す上面図および断面図であり、血漿成分を計量する成分計量部およびその近傍を拡大して示したものである。図２３〜２５の（ａ）が上面図であり、（ｂ）が断面図である。なお、ここでいう上面図は、流体回路を構成する溝が形成されている第２の基板６の上面図である。

図２３に示されるマイクロチップは、第１の基板７、第２の基板６および第３の基板５の積層構造からなり、２層の流体回路を有するマイクロチップであり、上側の流体回路に、分離部（図示せず）において分離された血漿成分２０００を計量するための成分計量部２００１を有している。成分計量部２００１の底面には開口２００２が形成されており、この開口２００２に、第２の基板６を厚み方向に貫通する第１の流路１が接続されている。この第１の流路１は、計量時にオーバーフローした血漿成分を下側の流体回路内にある廃液槽（図示せず）に誘導するための流路である。そしてこの第１の流路１は、その他方端である第１の端部１ａ（オーバーフローした血漿成分の第２の流路への排出口）が、下側の流体回路の第２の流路２の内壁面のいずれとも離間するように（すなわち、第１の端部１ａがいずれの内壁面とも接触しないように）配置されている。これにより、計量された血漿成分が、表面張力により第２の流路２側へ流出することを防止できるため、計量精度を向上させることができる。

図２３に示されるマイクロチップを用いた血漿成分の計量操作の一例を、図２３〜２５を参照して説明する。まず、図２３に示される矢印の方向の遠心力を印加することにより、分離部（図示せず）において分離された血漿成分２０００を成分計量部２００１に導入し（血漿導入工程、図２３）、成分計量部２００１を血漿成分２０００で満たすことにより血漿成分の計量を行なう（血漿計量工程、図２４）。血漿計量工程において、成分計量部２００１の容量を超える過剰の血漿成分２０００は、第１の流路１、ついで第２の流路２を通って、下側の流体回路の廃液槽（図示せず）に収容される。第１の流路１および第２の流路２は本発明に係る構造を有しているため、血漿計量工程の後、遠心力の印加を停止した際に、計量された血漿成分が、表面張力により第２の流路２側へ流出することはない。最後に、図２５に示される矢印の方向の遠心力を印加することにより、計量された血漿成分を成分計量部２００１から排出する（血漿排出工程、図２５）。排出された血漿成分は、液体試薬との混合などに供される。

１ 第１の流路、１ａ 第１の流路における第１の端部、２ 第２の流路、２ａ 第２の流路の内壁面、４ 試薬保持部、５ 第３の基板、６ 第２の基板、７ 第１の基板、１１ａ，１１ｂ，１６ａ，１６ｂ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２２ｂ，２２ｂ’，２６ａ，３０ 流路、１００ マイクロチップ、１０１ 第１の基板、１０２ 第２の基板、１０３ 第３の基板、１１０ 試薬導入口、１２０ 検体導入口、２００ マイクロチップ、３０１ａ，３０１ｂ，３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂ，３０４ａ，３０４ｂ，３０５ａ，３０５ｂ，３０６ａ 試薬保持部、３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６ 検出部、３３０ａ，３３０ｂ 溢出液収容部、３３１ａ，３３１ｂ，３３２ａ，３３２ｂ，３３３ａ，３３３ｂ，３３４ａ，３３４ｂ，３３５ａ，３３５ｂ，３３６ａ 溢出試薬収容部、４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６ 成分計量部、４１１ａ，４１１ｂ，４１２ａ，４１２ｂ，４１３ａ，４１３ｂ，４１４ａ，４１４ｂ，４１５ａ，４１５ｂ，４１６ａ 試薬計量部、４２０ 分離部、４４１ａ，４４１ｂ 混合部、５００ 検体計量部、６００ 全血、７００ 流量制限部、７０１ 待機部、１０００ 第１の基板、１００１ サンプル管載置部、１００２ 分離部、１００３ 血球計量部、１００４，１００５，１００６ 試薬保持部、１００７，１００８ 試薬収容部、１００９，１０１０，１０１１ 試薬計量部、１０１２ 第１の混合部、１０１３ 混合液計量部、１０１４ 第２の混合部、１０１５ 検出部、１０１６，１０１７，１０１８ 試薬導入口、１１００ 第２の基板、１２００ 封止用ラベル、２０００ 血漿成分、２００１ 成分計量部、２００２ 開口。

Claims (3)

1. 内部に形成された空間からなる流体回路を備えており、前記流体回路内に存在する液体を遠心力によって前記流体回路内の所望の位置に移動させるマイクロチップであって、
   前記流体回路は、液体試薬を収容する試薬保持部と、前記試薬保持部と接続されて前記試薬保持部に収容された前記液体試薬を通す前記試薬保持部よりも断面積が小さい第１の流路と、前記第１の流路と接続されて前記第１の流路を通過した前記液体を通す前記第１の流路よりも断面積が大きい第２の流路とを含み、
   前記試薬保持部は、上面と、底面と、前記上面と前記底面とを接続する側面と、により囲まれて形成されており、
   前記第１の流路は、一部の前記上面と一部の前記側面とにより区画された開口部を介して前記試薬保持部と接続されており、前記第２の流路側の端部である第１の端部が前記第２の流路内に位置し且つ前記第２の流路の内壁面と離間するように配置され、
   前記試薬保持部は、前記底面から前記開口部に向かう前記側面が傾斜形状となっているマイクロチップ。
2. 前記第１の流路は、前記試薬保持部の前記上面側から前記底面側に向かって延在し、
   前記第２の流路は、前記底面よりも低い位置に形成されている、請求項１に記載のマイクロチップ。
3. 前記第１の端部の内径がφ、前記第１の端部から前記第２の流路の内壁までの距離がｒである場合に、ｒ＞φ／２の関係式を満たす、請求項１または２に記載のマイクロチップ。

Images