WO2007105584A1 - マイクロ流体デバイスおよび微量液体希釈方法 - Google Patents

Abstract

　様々な希釈倍率のマイクロ流体を内部で容易にかつ確実に提供し得る微細流路構造が備えられたマイクロ流体デバイスを提供する。 　基板２内に設けられた微細流路構造が、第１の混合ユニット１１と、第１の混合ユニット１１の下流側に接続されている第２の混合ユニット２１とを有する。各混合ユニット１１，２１は、第１～第３の微細流路を有する。一定量の第１のマイクロ流体の体積と等しい容積を有する微細流路からなる第１の秤取部１１ｄの一端が第１の微細流路１１ａに、他端が第２の微細流路１２に設けられた合流部１２ａに開口している。一定量の第２のマイクロ流体の体積に等しい容積を有する微細流路からなる第２の秤取部１３ｄの一端が第３の微細流路１３に接続されており、他端が合流部１２ａに開口している。第１の混合ユニットの第１～第３の出口ポートのいずれかが、第２の混合ユニット２１の第１または第３の入口ポートに接続されている。

Description

明 細 書

マイクロ流体デバイスおよび微量液体希釈方法

技術分野

[0001] 本発明は、マイクロ流体を混合する微細流路構造が基板内に形成されたマイクロ流 体デバイスに関し、より詳細には、様々な分析に際しての検体や試薬などを混合した り、希釈したりするのに用いられるマイクロ流体デバイスに関する。

背景技術

[0002] 従来、検体を分析したり、様々な物質を化学反応させるに際し、検体や試薬を希釈 することが多い。特に、微量の液体の希釈を行う場合には、マイクロプレート及び分 注ピペットを用いた操作方法、ある 、は自動液体分注ロボット装置を用いた方法が用 いられていた。マイクロプレート及び分注ピペットを用いた操作方法では、操作が煩 雑であり、かつ熟練した実験者が必要であった。また、実験室外の屋外や、臨床検査 に際してのベッドサイド等において、簡便に検体や試薬を混合することが困難であつ た。

[0003] 他方、自動液体分注ロボット装置を用いた希釈方法では、装置が大型にならざるを 得ず、やはり屋外やベッドサイド等において簡便に利用することはできな力つた。

[0004] 近年、微量の液体を取り扱う分析デバイスとして、マイクロ流体デバイスが注目され ている。マイクロ流体デバイスは、例えば、手で容易に持ち運び、取り扱い得る大きさ の基板を有する。この基板内に、検体、試薬、希釈液などを搬送する微細流路構造 が形成されている。上記微細流路構造には、試薬収納部、検体供給部、希釈液収納 部、反応室及びまたは混合部などが適宜設けられて!/、る。

[0005] 上記マイクロ流体デバイスは、通常、平面積が数百 cm²以下の基板を用いて形成さ れており、基板の厚みは 0. 5〜： LOmm程度とされている。また、上記微細流路構造 における流路の径は、通常、 5 m〜 lmm程度と非常に細い。ここで流路が平坦で ある場合には、微細流路の径は平坦流路の断面の狭い方の幅でもって規定される。 また、搬送されるマイクロ流体は、空気等により送られ、液滴状のことも多い。

[0006] 従って、検体や試薬を上記マイクロ流体デバイス内において希釈する場合、非常に 幅の細い微細流路をマイクロ流体が搬送されることになるため、液体が送液される通 常の回路とは異なり、マイクロ流体の表面張力や微細流路の壁面の濡れ性などが大 きく影響する。また、このような微量のマイクロ流体を定量的に秤取することが難しぐ そのため、複雑な回路構成が必要となるという問題があった。

[0007] 下記の特許文献 1には、マイクロ流体デバイスを用い、層流中でタンパク質の結晶 を生成させる方法が開示されている。また、下記の非特許文献 1には、マイクロ流体 デバイス内における温度制御を厳格に行い、それによつて、微量の液体から結晶を 生成する方法が開示されて！ヽる。

[0008] しかしながら、特許文献 1や非特許文献 1に記載の各方法では、反応場所が非常 に小さぐ反応を高精度に制御することが可能とされているが、タンパク質溶液の結 晶化部位までの導入方法では、デッドボリュームを小さくすることができないという問 題があった。

[0009] 上記のような問題を解決し、単純な構成により、簡単な操作のみで微量な液体を秤 取し得る微量液体秤取構造が、下記の特許文献 2に開示されている。特許文献 2に 記載の微量液体秤取構造は、パッシブバルブを使用した微量流体秤取構造である。 この微量流体秤取構造は、それぞれ、所定の方向に延長される第 1の微細流路及び 第 2の流路と、第 1の微細流路の流路壁に開口する第 3の流路と、第 2の流路の流路 壁に開口して第 3の流路の一端と第 2の流路とを連結し、第 1〜第 3の流路よりも細い 第 4の流路とを有する。第 4の流路は、第 2の流路及び第 3の流路に比べて濡れにく ぐあるいは相対的に毛管力が働きにくい性質を有する。そして、第 1の微細流路に 導入された液体が、第 1の微細流路の流路壁に開口している第 3の流路の開口部を 介して第 3の流路内に引き込まれた後、第 1の微細流路に残存する上記液体が取り 除かれ、第 3の流路の容積に応じた体積の液体を秤取することが可能とされて 、る。 特許文献 1：米国特許第 6409832号明細書

特許文献 2：特開 2004— 163104号公報

非特許文献 1 :「アナリティカル 'ケミストリー（Analytica :hemistry)」（2002) , 74, p. 3505 - 3512

発明の開示 [0010] しカゝしながら、特許文献 2に記載の微量液体秤取構造を備えたマイクロ流体デバィ スにおいて、混合比を 10倍以上に大きくと、正確で再現性よい混合ができなくなると いう欠点があった。さらに、分析や反応に際しては、検体や試薬を 10倍、 100倍及び 1000倍と累進的に高倍率に希釈する必要のある場合がある。

[0011] し力しながら、従来、この種のマイクロ流体デバイスでは、複数の混合ユニットを接 続してなる複数段構式の微細流路構造として機能させることができな力つた。なぜな ら、この種のマイクロ流体デバイスでは、非常に小さな流路内を、非常に少ない量の マイクロ流体が液滴のような形態で搬送され、マイクロ流体の表面張力ゃ流路壁面の 濡れ性及び毛管現象の影響を利用して秤取合一を行うため、秤取された複数のマイ クロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングが同一であることを前提として いたが、複数の混合ユニットの接続においては、第 1の混合ユニットの出力を第 2の 混合ユニットが利用するという制約上、第 2の混合ユニット内で秤取された複数のマイ クロ流体が秤取部から合流部へ押し出されるタイミングを合わせることができないので 、第 1第 2の混合ユニットを単純に連結しても、第 2の混合ユニットが機能しな力つたか らである。そのため、様々な希釈倍率の混合溶液を含む希釈系列をマイクロ流体デ バイス内に同時構成することは非常に困難であった。このような要望を満たすマイクロ 流体デバイスは、現在まで開発されて 、な 、のが実情であった。

[0012] また、従来の希釈方法としては、希釈対象の溶液に一回に多量のバッファー溶液 を添加混合して希釈溶液を調整する方法や溶液を数回に分けて順次希釈して ヽく 多段希釈等がある。中でも均一濃度の高希釈倍率溶液を調整するためには、多段 階希釈が用いられてきた。このような希釈操作の場合、定量的に溶液を採取'混合す ることは通常の方法で可能である。これに対して、マイクロ流体デバイス内で高希釈 倍率の均一な溶液を調製するためには、マイクロ流体デバイス内で多段希釈方法を 実現することが必要であった。このような正確な濃度で多段希釈を行い、最終的に高 希釈倍率溶液を得るには、 1)希釈対象の溶液とバッファー溶液の正確な秤量、 2)希 釈対象溶液とバッファー溶液の均一な混合を行う必要があった。し力しながらこれら をマイクロ流体デバイス内で完了させるは非常に難し 、課題であつた。

[0013] 本発明の目的は、上述した従来技術の現状に鑑み、複数のマイクロ流体を高精度 に秤取し得るだけでなぐ該複数のマイクロ流体を混合し、様々な希釈倍率のマイク 口流体を容易にかつ確実に提供することを可能とする微細流路構造が備えられたマ イク口流体デバイスを提供することにある。

[0014] 本発明に係るマイクロ流体デバイスは、基板と、前記基板内に設けられており、マイ クロ流体が搬送される微細流路構造とを備え、前記微細流路構造が、第 1の混合ュ ニットと、第 1の混合ユニットの下流側に接続されている第 2の混合ユニットとを有する 。各混合ユニットは、一定量の第 1のマイクロ流体を秤取するために、該一定量の第 1 のマイクロ流体の体積と等 、容積を有する微細流路カ なる第 1の秤取部と、一定 量の第 2のマイクロ流体を秤取するために、前記一定量の第 2のマイクロ流体の体積 に等しい容積を有する微細流路力 なる第 2の秤取部と、第 1,第 2の秤取部で秤取 された第 1,第 2のマイクロ流体が合流される合流部と、前記合流部の下流に連ねら れており、前記第 1,第 2のマイクロ流体を混合する混合部と、前記第 1,第 2のマイク 口流体の混合により得られた混合マイクロ流体を排出する排出部と、第 1〜第 3の入 口ポート及び第 1〜第 3の出口ポートと、第 1の入口ポートと第 1の出口ポートとを結 ぶ第 1の微細流路と、第 2の入口ポートと第 2の出口ポートとを結び、前記合流部、前 記混合部及び前記排出部を有する第 2の微細流路と、第 3の入口ポートと第 3の出口 ポートとを結ぶ第 3の微細流路とを備え、前記第 1の秤取部の一端が前記第 1の微細 流路に接続されており、他端が第 2の微細流路に設けられた前記合流部に開口して おり、前記第 2の秤取部の一端が前記第 3の微細流路に接続されており、他端が前 記第 2の微細流路に設けられている前記合流部に開口しており、前記第 2の出口ポ ートが前記排出部に接続されており、前記第 1の混合ユニットの第 1〜第 3の出口ポ ートのうちのいずれかの出口ポートが、前記第 2の混合ユニットの前記第 1または第 3 の入口ポートに接続されて 、ることを特徴とする。

[0015] 本発明に係るマイクロ流体デバイスのある特定の局面では、前記第 1の混合ュ-ッ トの前記第 2の出口ポートが、前記第 2の混合ユニットの前記第 1または第 3の入口ポ ートに接続されており、それによつて、第 1の混合ユニットで混合されたマイクロ流体 が第 2の混合ユニットにおいて一定量の第 1または第 2のマイクロ流体として利用され る。この場合には、第 1の混合ユニットと第 2の混合ユニットとが上記のように接続され ているので、より高倍率の希釈系列を構成することができる。

[0016] また、本発明に係るマイクロ流体デバイスの他の特定の局面では、前記第 1の混合 ユニットの前記第 1の出口ポートが、前記第 2の混合ユニットの前記第 1の入口ポート に接続されており、前記第 1の混合ユニットの前記第 3の出口ポートが、前記第 2の混 合ユニットの前記第 3の入口ポートに接続されている。この場合には、第 1,第 2の混 合ユニットが並列に接続されているので、第 1,第 2の混合ユニットの第 1,第 2の秤取 部を同様に構成することにより、同じ希釈倍率の複数のマイクロ流体を容易に得るこ とができる。また、第 1の混合ユニットと第 2の混合ユニットで、希釈倍率を異ならせれ ば、異なる希釈倍率のマイクロ流体を得ることもできる。

[0017] 本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、第 2の混合ユニットの下流側に、少なくと も 1つの第 3の混合ユニットがさらに接続されていてもよぐそれによつて、より多くのあ るいはより多種類の希釈倍率のマイクロ流体を容易に得ることができる。

[0018] 本発明に係るマイクロ流体デバイスのさらに他の特定の局面では、前記第 1及び Z または第 2の混合ユニットにおいて、第 1の秤取部の出口開口と、前記第 2の秤取部 の出口開口とが、前記合流部において対向されている。

[0019] もっとも、前記第 1及び Zまたは第 2の混合ユニットにおいて、前記第 1の秤取部の 出口開口と、前記第 2の秤取部の出口開口とが、前記合流部において、マイクロ流体 が流れる方向にぉ 、て異なる位置に配置されて 、てもよ 、。

[0020] 好ましくは、前記第 1の秤取部の出口開口と前記第 2の秤取部の出口開口との前記 第 2の微細流路におけるマイクロ流体の流れる方向における距離が、前記第 1の秤 取部から合流部に供給された第 1のマイクロ流体と、第 2の秤取部から合流部に供給 された第 2のマイクロ流体との間に気泡を形成しないように、かつ第 1,第 2の秤取部 から異なるタイミングで前記合流部に第 1,第 2のマイクロ流体が吐出された際に、第 1,第 2のマイクロ流体が第 2の秤取部の出口開口または第 1の秤取部の出口開口に 接触しないように選ばれている。この場合には、第 1,第 2の秤取部力も異なるタイミン グで合流部に第 1,第 2のマイクロ流体が吐出されたとしても、気泡の嚙み込みが生じ 難く、合流部において、第 1,第 2のマイクロ流体が確実に合一される。

[0021] 好ましくは、前記第 1,第 2の秤取部の内、合流部において下流側に出口開口が位 置している側の秤取部から吐出されたマイクロ流体力 合流部において、該秤取部 の出口開口とは反対側の壁面に至らない大きさとなるように、前記合流部における第

2の微細流路の幅力 該吐出されたマイクロ流体の上記流路の幅方向に沿う寸法より も大きくされている。この場合においても、第 1の秤取部から吐出された第 1のマイクロ 流体と、第 2の秤取部から合流部に吐出しされた第 2のマイクロ流体との間に気泡は 嚙み込み難い。

[0022] 本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、好ましくは、前記混合部では、流路の幅 方向両側の壁面が非対称、及び Zまたは流路の基板高さ方向両側の壁面が非対称 とされている。この場合には、混合部において、流路の幅方向両側及び基板高さ方 向両側の少なくとも一方にぉ 、て、一方側と他方側にぉ 、てマイクロ流体の流れる状 態が異なるため、マイクロ流体中に渦が発生して、第 1,第 2のマイクロ流体がより均 一に混合される。

[0023] 本発明に係るマイクロ流体デバイスのさらに別の特定の局面では、前記第 2の入口 ポートに接続されており、該合流部において第 1,第 2のマイクロ流体を搬送するため のガスを供給する第 1のマイクロポンプ装置と、第 1,第 2の秤取部において、一定量 のマイクロ流体を秤取し、かつ第 1,第 2の秤取部から前記合流部に第 1,第 2のマイ クロ流体を吐出するために、前記第 1,第 3の微細流路にそれぞれ接続された第 2, 第 3のマイクロポンプ装置とがさらに備えられている。

[0024] 第 1〜第 3のマイクロポンプ装置を駆動することにより、第 1,第 2の秤取部において 第 1,第 2のマイクロ流体を秤取し、かつ合流部にこれらを吐出することができるととも に、吐出された第 1,第 2のマイクロ流体を混合部側に搬送することができる。

[0025] 本発明に係るマイクロ流体デバイスのさらに他の特定の局面では、少なくとも 1つの 微細流路において、各微細流路内をマイクロ流体が流れ得る状態と、マイクロ流体の 搬送が停止される状態とを実現するために、少なくとも 1つの微細流路に関連して基 板内に設けられた流路開閉装置をさらに備え、該流路開閉装置により、微細流路が 開状態とされている際に、前記微細流路内をマイクロ流体が移動し、前記流路開閉 装置により微細流路が閉状態とされている際に、マイクロ流体の移動が停止される。 従って、上記流路開閉装置を駆動することにより、マイクロ流体を微細流路内に送液 したり、送液を停止したりすることができる。好ましくは、前記流路開閉装置が、前記 開状態と、前記閉状態との間で移動され得るストッパーと、該ストッパーを前記開状態 と前記閉状態との間で移動させるストッパー駆動手段とが備えられている。この場合 には、基板内に設けられたストッパー駆動手段を駆動することにより、秤取部手前の 流路内のガス圧が上昇し、マイクロ流体が秤取部力 混合部へ押し出される。

[0026] 本発明に係る微量液体希釈方法は、本発明に従って構成されたマイクロ流体デバ イスを用いた微量液体希釈方法であり、前記第 1の混合ユニットの第 1または第 2の 秤取部に、検体としての第 1のマイクロ流体を秤取し、前記第 2または第 1の秤取部に 希釈液としての第 2のマイクロ流体を秤取する工程と、前記第 1の混合ユニットにおい て、前記検体としての第 1のマイクロ流体と、希釈液としての第 2のマイクロ流体とを混 合し、混合マイクロ流体として第 1の検体希釈液を排出する工程と、前記第 2の混合 ユニットの第 1または第 2の秤取部に、前記第 1の混合ユニットから排出された第 1の 混合マイクロ流体の少なくとも一部を秤取し、前記第 2の混合ユニットの第 2または第 1の秤取部に第 2または第 1のマイクロ流体として希釈液を秤取する工程と、前記第 2 の混合ユニットにおいて、前記第 1の検体希釈液と、前記希釈液とを混合して、第 2 の混合マイクロ流体としての第 2の検体希釈液を得、前記第 2のマイクロ流体としての 前記第 2の検体希釈液を、前記第 2の混合ユニットの排出部力 排出する工程とを備 え、それによつて、濃度が異なる第 1,第 2の検体希釈液を得る、微量液体希釈方法 である。

[0027] 本発明に係る微量液体希釈方法のある特定の局面では、前記第 1,第 2の混合ュ ニットの後段に、少なくとも 1つの第 3の混合ユニットを接続し、濃度が異なる少なくと も 3つの検体希釈液を得る、請求項 13に記載の微量液体希釈方法。

[0028] 本発明に係る微量液体希釈方法の他の特定の局面では、第 1,第 2の混合ユニット の後段に、 n—2個（nは 3以上の自然数)の混合ユニットを接続し、各混合ユニットの 排出部から、それぞれ検体希釈液としての混合流体を排出させ、それによつて、濃度 が異なる n種の検体希釈液が得られる。

(発明の効果）

[0029] 本発明に係るマイクロ流体デバイスでは、基板内に微細流路構造が形成されてお り、該微細流路構造が、第 1の混合ユニットと、第 1の混合ユニットの下流側に接続さ れている第 2の混合ユニットとを有し、各混合ユニットにおいて、第 1,第 2の秤取部か ら供給される第 1,第 2のマイクロ流体が合流部において合一され、かつ混合部にお いて混合されるので、各混合ユニットにおいて、第 1,第 2の秤取部から吐出された第 1,第 2のマイクロ流体の混合された混合マイクロ流体を取り出すことができる。また、 第 1の混合ユニットの第 1〜第 3の出口ポートの内のいずれかの出口ポートが、第 2の 混合ユニットの第 1または第 3の入口ポートの一方または双方に接続されているので 、第 1,第 2の混合ユニットからそれぞれ混合されたマイクロ流体を得たり、あるいは各 混合ユニットで第 1もしくは第 2のマイクロ流体により第 2または第 1のマイクロ流体を 希釈してなる混合マイクロ流体として、異なる濃度の混合マイクロ流体を得たりするこ とができる。従って、単一の基板を用いて構成されたマイクロ流体デバイス内におい て、複数の希釈されたマイクロ流体や複数種の濃度の希釈されたマイクロ流体を容 易にかつ速やかに用意することが可能となる。

[0030] 特に、第 1の混合ユニットの第 2の出口ポートが、第 2の混合ユニットの第 1または第 3の入口ポートに接続される場合には、それによつて、第 1の混合ユニットで混合され たマイクロ流体力 第 2の混合ユニットにおいて一定量の第 1または第 2のマイクロ流 体として利用されるので、より高倍率に希釈されたマイクロ流体を第 2の混合ユニット において得ることができる。

[0031] 従来、この種のマイクロ流体デバイスでは、複数の混合ユニットを接続してなる複数 段構式の微細流路構造は採用されていな力つた。なぜなら、この種のマイクロ流体デ バイスでは、非常に小さな流路内を、非常に少ない量のマイクロ流体が液滴のような 形態で搬送され、マイクロ流体の表面張力ゃ流路壁面の濡れ性及び毛管現象の影 響を利用して秤取合一を行うため、秤取された複数のマイクロ流体が秤取部力ゝら合 流部へ押し出されるタイミングが同一であることを前提としていた力 複数の混合ュ- ットの接続においては、第 1の混合ユニットの出力を第 2の混合ユニットが利用すると いう制約上、第 2の混合ユニット内で秤取された複数のマイクロ流体が秤取部力 合 流部へ押し出されるタイミングを合わせることができないので、第 1第 2の混合ユニット を単純に連結しても、第 2の混合ユニットが機能しな力つた力もである。 [0032] これに対して、本発明では、複数のマイクロ流体が秤取部力 合流部へ押し出され るタイミングが同一でない場合にも混合ユニットとしての機能を発揮しうる工夫を凝ら しているので、上記第 1 ,第 2の混合ユニットを接続した構造においても、第 2の混合 ユニットが機能を発揮できる。したがって、複数の混合ユニットの多様な組み合わせ が可能となり、それぞれの組み合わせで混合されたマイクロ流体を速やかにかつ正 確に搬送することが可能とされて 、る。

[0033] よって、本発明によれば、異なる混合比による多段の混合 ·希釈を必要とする様々 な分析やィ匕学反応に用いるのに適しており、様々な濃度のマイクロ流体をあるいは 多数のマイクロ流体を迅速にマイクロ流体デバイス内で用意することで、分析や反応 に要する操作の自動化及び操作時間の短縮を図ることが可能となる。

図面の簡単な説明

[0034] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を模 式的に示す平面図である。

[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの一部を模式的に示 す正面断面図である。

[図 3]図 3は、図 1に示した実施形態の微細流路構造における第 1の混合ユニットを説 明するための模式的平面図である。

[図 4]図 4 (a) , (b)は、流路切換装置の一例を説明するための各模式的平面図であ り、（c)は、該流路切換装置の変形例を示す模式的平面図である。

[図 5]図 5は、図 1に示した実施形態において、第 1の秤取部に一定量の第 1のマイク 口流体を秤取する工程を説明するための部分切欠拡大平面図である。

[図 6]図 6は、図 1に示した実施形態において、第 1の秤取部に一定量の第 1のマイク 口流体を秤取する工程を説明するための部分切欠拡大平面図である。

[図 7]図 7は、図 1に示した実施形態において、第 1の秤取部に一定量の第 1のマイク 口流体を秤取する工程を説明するための部分切欠拡大平面図である。

[図 8]図 8は、第 1の実施形態において、第 1,第 2の秤取部力 マイクロ流体が第 2の 微細流路に吐出する状態を示す模式的部分切欠平面図である。

[図 9]図 9は、第 1の実施形態において、マイクロ流体が混合部を通過する状態を示 す部分切欠平面図である。

[図 10]図 10は、第 1の実施形態の変形例における第 1,第 2の秤取部の位置関係を 説明するための模式的平面図である。

[図 11]図 11は、合流部における混合割合を異ならせるために、第 2の秤取部が複数 設けられた変形例を示す模式的平面図である。

[図 12]図 12 (a)は、第 2の微細流路の形状が変形され、それによつて合流部におけ る混合率が変化されている他の変形例を示す模式的平面図であり、（b)は、合流部 の形状の変形例を説明するための模式的部分切欠平面図である。

[図 13]図 13は、第 1,第 2の混合ユニットが接続されている微細流路構造の他の変形 例を略図的に示す平面図である。

[図 14]図 14は、本発明に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造のさらに別の変 形例を示す模式的平面図である。

[図 15]図 15は、図 14に示した微細流路構造の変形例を示す模式的平面図である。

[図 16]図 16は、本発明のマイクロ流体デバイスの微細流路構造のさらに別の変形例 を示し、多数の混合ユニットがマトリックス状に配置されている変形例を示す略図的 平面図である。

[図 17]図 17は、本発明のマイクロ流体デバイスの微細流路構造のさらに他の変形例 を示す模式的平面図である。

[図 18]図 18 (a) , (b)は、混合部の形状の変形例を示す各平面図である。

符号の説明

1…マイクロ流体デバイス

2· "基板

3…ベースプレート

4〜6…中間プレート

4a…吐出孔

5a…開口部

6a…負通孔

7…トッププレート 8…ガス発生室

9…光応答性ガス発生部材

10…微細流路構造

11…第 1の混合ユニット

11a…第 1の微細流路 l ib…ガス供給孔

11c…マイクロ流体供給孔 l id…第 1の秤取部 l ie…接続微細流路 l lf…開口部

12…第 2の微細流路

12a…合流部

12b…混合部

12b , 12b…壁面

1 2

12c…排出部

12d…ガス供給孔

12e…ガス排出口

13a…第 3の微細流路 13b…ガス供給孔

13c…液体供給孔

13d…第 2の秤取部 13e…接続微細流路 13f…開口部

14a…第 1のマイクロ流体 14b…第 2のマイクロ流体 1…第 2の混合ユニット 1…第 3の混合ユニット 1…粘弾性ストッパー 42···ストッパー駆動装置

40···微細流路開閉装置

43a〜43c…円形部

62〜66…流路開閉装置

71…収納チャンバ一

91, 92···混合ユニット

93···流路開閉装置

104a〜104c…収納チャンノ ー

111, 121···混合ユニット

11 la…微細流路

llld, 121d…秤取部

113a…微細流路

113d, 123d…秤取部

112, 122···微細流路

131, 132···収納チャンバ一

発明を実施するための最良の形態

[0036] 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。

[0037] 図 1は、本発明の位置実施形態に係るマイクロ流体デバイスの微細流路構造を示 す模式的平面図であり、図 2は、本実施形態のマイクロ流体デバイスの一部を模式的 に示す正面断面図である。

[0038] 図 2に示すように、マイクロ流体デバイス 1は、基板 2を有する。基板 2は、透明なベ ースプレート 3と、中間プレート 4〜6と、トッププレート 7とを積層した構造を有する。ベ ースプレート 3内には、ガス発生室 8が設けられている。ガス発生室 8は、ベースプレ ート 3の上面に開口しており、かつガス発生室 8内には、光の照射により、あるいはカロ 熱によりガスを発生する応答性ガス発生部材 9が収納されて 、る。上記ガス発生室 8 に応答性ガス発生部材 9を収納することにより、マイクロ流体を駆動する駆動源として のマイクロポンプ装置が形成されている。応答性ガス発生部材としては、ガス発生量 の制御のしゃすさから、光の照射によりガスを発生する光応答ガス発生部材が好適 に用いられる。

[0039] ベースプレート 3が透明性を有するため、基板 2の下面側力も光を照射することによ り、光応答性ガス発生部材 9からガスを発生させることができる。このガスは、後述す る微細流路においてマイクロ流体を駆動する圧力源となる。

[0040] 上記光応答性ガス発生部材 9については、特に限定されず、光を照射された際に、 ガスを発生させる適宜の光応答性組成物を用いることができる。このような光応答性 組成物としては、例えば、バインダー榭脂と、光の照射により分解してガスを発生させ る気体発生剤とを含む組成物が好適に用いられる。このような気体発生剤としては、 例えば、アジド化合物やァゾィ匕合物、ポリオキシアルキレン榭脂、光酸発生剤と炭酸 水素ナトリウムの配合物などを挙げることができる。

[0041] 中間プレート 4には、ガスを吐出するための吐出孔 4aが形成されている。吐出孔 4a は、中間プレート 4の下面から上面に貫通しており、その下方開口がガス発生室 8に 臨んで 、る。

[0042] 中間プレート 5には、中間プレート 5を貫通する開口部 5aが設けられている。この開 口部 5aは、微細流路構造の微細流路の一部を構成している。また、中間プレート 6に は、開口部 5aに開いた貫通孔 6aが形成されている。貫通孔 6aの上方開口は、トップ プレート 7の下面に形成された微細流路 7aに開いている。この微細流路 7aは、前述 した開口部 5a及び貫通孔 6aとともに、微細流路構造を形成している。

[0043] 上記中間プレート 4〜6及びトッププレート 7は、適宜の合成樹脂シートもしくは合成 榭脂からなる。

[0044] 図 2は、上記マイクロ流体デバイス 1にお 、て、マイクロ流体を駆動するためのガス 圧を発生するマイクロポンプ装置が構成されて 、る部分と、微細流路構造の一部とを 略図的に示している。マイクロ流体デバイスの微細流路については、前述した特許文 献 3などに開示されている。

[0045] 一般に、マイクロ流体デバイス 1は、前述したように、手で携帯し得る大きさとされ、 平面積が数百 cm²以下、好ましくは 100cm²以下の小さな基板 2を用いて構成されて いる。また、基板 2の厚みは、 0. 5〜： LOmm程度とされている。そして、基板 2内には 、上記マイクロ流体を搬送するための駆動部分だけでなぐ検体や希釈液としてのマ イク口流体を搬送する様々な微細流路が形成されて 、る。このような微細流路構造は 、通常、検体や希釈液を供給する供給部、これらを混合する混合部、これらを反応さ せる反応部等を含んでいる。上記供給部、混合部及び反応部等は、基板 2内におい て、ある程度の体積を有する空間として形成されており、細い微細流路、例えば微細 流路 7aなどに連ねられている。

[0046] 本実施形態のマイクロ流体デバイス 1の特徴は、図 1に模式的平面図で示す微細 流路構造 10が基板 2内に形成されていることにある。微細流路構造 10は、必須の構 成として、第 1の混合ユニット 11と、第 2の混合ユニット 21とを有する。第 1の混合ュ- ット 11の下流側に第 2の混合ユニット 21が接続されている。また、本実施形態では、 第 2の混合ユニット 21の下流に、さらに 1つの第 3の混合ユニット 31が接続されている

[0047] 第 1の混合ユニット 11の構成を、図 3の模式的拡大平面図を参照してより詳細に説 明する。

[0048] 第 1の混合ユニット 11は、第 1の微細流路 11aを有する。第 1の微細流路 11aの一 端には、ガス供給孔 l ibが連ねられている。また、第 1の微細流路 11aの他端は、第 1のマイクロ流体供給孔 11cが連ねられている。第 1のマイクロ流体供給孔 11cは、基 板 1の外部に開口しており、第 1のマイクロ流体を基板 1の微細流路構造に供給する 部分である。

[0049] ガス供給孔 l ibは、前述したマイクロポンプ装置などのガス発生駆動源に接続され ており、かつ適宜開閉し得るように構成されている。

[0050] 第 1の微細流路 11aと平行に第 2の微細流路 12が配置されている。第 2の微細流 路 12では、矢印方向にマイクロ流体が流れる。上流側に合流部 12aが、下流側に混 合部 12bが設けられている。混合部 12bの下流側に、排出部 12cが連ねられている。

[0051] また、第 2の微細流路 12を挟んで第 1の微細流路 11aとは反対側に、第 3の微細流 路 13aが設けられている。第 3の微細流路 13aは、一端がガス供給孔 13bに他端が 液体供給孔 13cに連ねられている。ガス供給孔 13b及び液体供給孔 13cは、ガス供 給孔 1 lb及びガス供給孔 1 lcと同様に構成されている。 [0052] また、第 1の微細流路 11aから分岐した微細流路カもなる第 1の秤取部 l idが設け られている。第 1の秤取部 l idの容積は、秤取されるべきマイクロ流体の体積と等しく されている。

[0053] 同様に、第 3の微細流路 13aから分岐して、一定量の容積を有する微細流路が形 成されており、該微細流路により第 2の秤取部 13dが形成されている。

[0054] 第 2の秤取部 13dの容積は、第 2の秤取部 13dで秤取すべきマイクロ流体の体積に 等しくされている。

[0055] よって、第 1,第 2の秤取部 l id, 13dの一端は、それぞれ、第 1の微細流路 11a及 び第 3の微細流路 13aに接続されており、他端は、それぞれ、第 2の微細流路 12に 設けられた合流部 12に開口している。

[0056] なお、上記第 1,第 2の秤取部 l id, 13dの容積は、特に限定されないが、ピコリット ルカもマイクロリットルオーダーの非常に小さい大きさとされるのが普通である。すな わち、前述したように、本発明のマイクロ流体デバイスでは、このような非常に微小な 容積のマイクロ流体が微細流路にお 、て搬送される。

[0057] 第 2の微細流路 12の上流側には、ガス供給孔 12d及びガス排出口 12eが配置され ている。ガス供給孔 12d及びガス排出口 12eは、前述したガス供給孔 l ib及び液体 供給孔 11cと同様に形成されている。

[0058] 第 1の秤取部 l idにおいてマイクロ流体が一定量秤取される構造を、図 5〜図 7を 参照して説明する。

[0059] 液体供給孔 11cからマイクロ流体を注入する。この場合、第 1の微細流路 11a内は 、大気に解放しておく。すなわち、ガス供給孔 l ibを大気に開放しておけばよい。液 体供給孔 11 cからマイクロ流体を注入するに際しては、マイクロシリンジなどを用い、 液体注入孔 11cから圧入すればよい。その結果、図 5に示すように、マイクロ流体 14 が第 1の微細流路 11a内に送液され、かつ分岐微細流路力 なる第 1の秤取部 l id を満たす。

[0060] 本実施形態では、第 1の秤取部 l idの先端側には、第 1の秤取部 11を構成してい る微細流路よりも径の小さな接続微細流路 1 leが設けられて 、る。接続微細流路 11 eの径は非常に細ぐ従って、マイクロ流体 14は、表面張力のためにその注入圧程度 では接続微細流路 l ieを流れることができず、接続微細流路の入口もしくは出口で 停止する。

[0061] 次に、ガス供給孔 l ibから第 1の微細流路 11aにガスを供給する。この場合、液体 供給孔 11cは大気に解放しておく。その結果、図 6に示すように、第 1の秤取部 l id 内に一定量のマイクロ流体として、第 1のマイクロ流体 14aが残存することとなる。この ように、第 1の秤取部 l idに、マイクロ流体 14aを残存させるために、ガスの供給に際 しては、第 2の流路 12側は閉じておき、大気に解放していないことが望ましい。もっと も、接続微細流路 l ieが十分に細ぐ該接続微細流路 l ieにおいて、毛管反力が働 く場合には、第 2の微細流路 12側を密閉しておいてもよい。

[0062] 次に、第 1の微細流路 11aの液体供給孔 11c側の一部を後述の流路開閉装置の バルブ等により閉じ、その状態で、ガス供給孔 l ibから第 1の微細流路 11aにガスを 供給する。その結果、第 1の秤取部 l idに秤取されていた第 1のマイクロ流体 14aが 、図 7に示すように、第 2の微細流路 12内に吐出される。

[0063] 第 1の秤取部 l idに秤取されていた第 1のマイクロ流体 14aの体積は、該第 1の秤 取部 l idの容積と同じであるので、本実施形態によれば、一定量の第 1のマイクロ流 体 14aを第 2の微細流路 12内に確実に吐出することができる。

[0064] 上記流路開閉装置としては、微細流路の一部を開いた状態と閉じた状態とを切り換 え得る適宜のバルブにより形成することができる。このようなバルブとしては、電磁弁 ゃ圧電素子などの駆動素子に、流路を細くした状態と、流路を開いた状態とで移動 し得るストッパーを連結した構造などを用いることができる。

[0065] また、図 4 (a)に示すように、粘弾性ストッパー 41をガスもしくは液体によるストッパー 駆動源 42と組み合わせた流路開閉装置を用いてもよい。ここでは、粘弾性ストッパー 41は、弾性を有し、流路内の圧力の増大により移動し得る適宜の材料、例えばエラ ストマーまたはゲルなどにより構成することができる。送液されるマイクロ流体が水溶 液の場合には、非水溶性粘弾性体が好適に用いられ、有機溶媒の場合には、非有 機溶媒溶解性粘弾性体が用いることが望まし 、。

[0066] 図 4 (a)に示すように、開閉される液微細流路 11aの一部に粘弾性ストッパー 41が 収納され得るストッパー流路部 43が形成されている。ストッパー流路部 43は、本実施 形態では、 3つの円形が部分的に重なり合うように、かつ微細流路 11aの伸びる方向 と直交する方向に並べられた形状を有する。この熱の円形部 43a〜43cの内、 1つの 円形部 43aが上記第 1の微細流路 11aの途中に設けられており、残りの円形部 43b, 43cは第 1の微細流路 11aの側方に配置されている。図 4 (a)は、粘弾性ストッパー 4 1が、第 2,第 3の円形部 43b, 43c内に充填されており、この状態では、微細流路 11 aは開状態とされている。

[0067] 図 4 (b)に示すように、駆動源 42からガスを発生し、その圧力により、粘弾性体ストツ パー 41を側方に移動させる。その結果、粘弾性体ストッパー 41が、第 1,第 2の円形 部 43a, 43b側に移動し、第 1の円形部 43aの内面に密着する。そのため、第 1の微 細流路 11 aは閉状態とされる。

[0068] このようにして、第 1の微細流路 11aを開状態から閉状態に切り替えることができる。

なお、開状態に再度復帰させるには、例えば、第 1の円形部 43aに、第 2の駆動源を 連結しておき、第 2の駆動源側力も再度ガスを供給し、粘弾性ストッパー 41を、図 4 ( a)の状態に移動させればよ!、。

[0069] あるいは、図 4 (b)に示す状態から、ガス駆動源 42に代えて、ガス吸引源を接続し、 吸引により、粘弾性ストッパー 41を、図 4 (a)に示す開状態に復帰させてもよい。

[0070] 図 3に戻り、上記のような流路開閉装置を第 1の微細流路 11aの途中に設けること により、上記のようにして、ガス供給孔 l ibから供給されるガスの圧力により、第 1の秤 取部 l idに一定量の第 1のマイクロ流体 14aを秤取し、かつ上記のように、第 2の微 細流路 12に吐出することができる。

[0071] 同様に、第 3の微細流路 13aにおいても、上記と同様にして、第 2の秤取部 13dの 容積に応じた第 2のマイクロ流体を、第 2の秤取部 13dで秤取し、第 2の微細流路 12 に吐出することができる。

[0072] なお、第 2の秤取部 13dは、第 2のマイクロ流体の体積に応じた容積を有するように 形成されており、本実施形態では、図 8に略図的部分拡大平面図で示すように、第 2 の秤取部 13dもまた、先端に第 2の秤取部 13dを構成して ヽる微細流路よりも幅の狭 Vヽ接続微細流路 13eを有する。

[0073] 上記接続微細流路 l ie, 13eを設けることにより、第 1,第 2のマイクロ流体を第 2の 微細流路 12に吐出するに先立ち、第 2の微細流路 12側へのマイクロ流体の漏洩を 確実に抑制することができる。マイクロ流体が水溶液で、かつ接続微細流路の壁面 が親水性であるとき、マイクロ流体は微細流路の出口で止まる。また、マイクロ流体が 水溶液で、かつ接続微細流路の壁面が疎水性であるとき、マイクロ流体は微細流路 の入口で止まる。更に、マイクロ流体が油性溶液で、かつ接続微細流路の壁面が親 水性であるとき、マイクロ流体は微細流路の入口で止まり、また、マイクロ流体が油性 溶液で、かつ接続微細流路の壁面が疎水性であるとき、マイクロ流体は微細流路の 出口で止まる。

[0074] もっとも、上記接続微細流路 l ie, 13eに代えて、第 1,第 2の秤取部 l id, 13dの 第 2の流路 12に開口している部分の壁面の濡れ性を低くし、それによつて、第 1のマ イク口流体 14aや、第 2のマイクロ流体が上記第 2の微細流路 12に開口している部分 力も漏洩することを抑制してもよい。濡れ性を低くする方策としては、既知の部分撥水 加工手段をとることができる。

[0075] 本実施形態では、第 2の秤取部 13dの第 2の微細流路 12に開口している開口部 1 3fと、第 1の秤取部 1 Ifの第 2の微細流路 12に開口している開口部 l ieとが、第 2の 微細流路 12におけるマイクロ流体の流れ方向にぉ 、て、異なる位置に配置されて！、 る。すなわち、開口部 13fと開口部 l lfとは、図 8の距離 Rだけ隔てられている。なお、 距離 Rは、開口部 13fと、開口部 l lfとの中心間距離である。

[0076] 第 1の秤取部 l idの開口部 l lfと、第 2の秤取部 13dの開口部 13fとは、第 2の微細 流路 12において、対向するように配置してもよい。し力しながら、両者を対向させて 配置し、ほぼ同じタイミングで第 1,第 2の秤取部 l id, 13dから第 1,第 2のマイクロ流 体を第 2の微細流路 12に吐出することは非常に困難である。流路開閉装置等を同じ タイミングで駆動したとしても、実際には、第 1,第 2のマイクロ流体の吐出されるタイミ ングは僅かにずれることがある。

[0077] 第 1,第 2のマイクロ流体が吐出されるタイミングが僅かでもずれると、一方のマイク 口流体が他方の秤取部開口部分に付着し、他方の秤取部に秤取されていたマイクロ 流体が漏洩したりし、正確な体積比で第 1,第 2のマイクロ流体を混合することが困難 となる。 [0078] これに対して、本実施形態では、上記距離 Rだけ、第 1の秤取部 l idの開口部 l ie と、第 2の秤取部 13dの開口部 13fとが隔てられている。従って、第 1の秤取部 l idか らの第 1のマイクロ流体 14aの吐出タイミングと、第 2の秤取部 13dからの第 2のマイク 口流体を吐出するタイミングとが異なっている場合、例えば、下流部に第 1のマイクロ 流体 14aを先に吐出した場合、第 1のマイクロ流体 14aが、第 2の秤取部 13dの開口 部 13eに付着し難い。そのため、第 2の秤取部 13dに秤取されているマイクロ流体の 漏洩が生じ難い。すなわち、上記距離 Rは、吐出されたマイクロ流体の他方の秤取部 の開口部への接触を防止するのに十分な長さの距離とされて 、ることが望ま 、。

[0079] もっとも、上記距離 Rが大きすぎると、図 8 (b)に略図的に示されているように、第 1 の秤取部 l idから吐出された第 1のマイクロ流体 14aと、第 2の秤取部 13dから吐出さ れた第 2のマイクロ流体 13bの液滴とが非常に離れ、間に空気層 Xが形成される。従 つて、間に空気の気泡が嚙み込み、マイクロ流体 14aと、マイクロ流体 14bとが十分 に混合され難 、おそれがある。

[0080] 従って、図 8 (a)に示すように、距離 Rは、第 1のマイクロ流体 14a及び第 2のマイクロ 流体 14b間に気泡を巻き込まな 、程度近づけられて 、ることが望ま 、。

[0081] し力しながら、上記距離 Rが大きくても、第 2の微細流路 12の合流部 12aにおける 幅 Wを十分に大きくすることにより、空気の嚙み込みを防止することもできる。すなわ ち、図 8 (c)に示されているように、第 1のマイクロ流体 14aの吐出が完了した段階で、 第 1のマイクロ流体 14aが、開口部 14eとは反対側の第 2の微細流路内壁に接しない ように、合流部 12aにおける第 2の微細流路 12の幅 Wが吐出された第 1のマイクロ流 体 14aの上記幅 W方向の寸法よりも大きいことが望ましい。その場合には、第 1のマイ クロ流体 14aと第 2のマイクロ流体 14bとの間に空気層が形成されたとしても、第 2の マイクロ流体 14bが送液される際に、空気が第 1のマイクロ流体 14aと、反対側の流 路内壁との間を通り空気が逃がされることになる。従って、空気の嚙み込みが生じ難 い。

[0082] 図 3に戻り、第 2の微細流路 12の上流側に設けられたガス供給孔 12dからガスを供 給することにより、上記第 1,第 2のマイクロ流体 14a, 14bが合一した状態で下流側 に流されることになる。そして、図 9に示すように、混合部 12bにおいては、微細流路 の平面形状が、上記第 2の微細流路 12bの幅方向両側の形状が非対称とされている ので、混合マイクロ流体 14cが混合されることになる。すなわち、混合マイクロ流体 14 c内に上記非対称性により渦が発生し、混合マイクロ流体 14cが攪拌され、確実に混 合される。ここでは、第 2の微細流路 12の一方の内壁 12eが、反対側の内壁 12fに向 力つて下流に行くにつれて近づくようにテーパーが付与されている。従って、上記混 合マイクロ流体 14内において渦が生じ、攪拌作用により、十分に第 1,第 2のマイクロ 流体が混合される。

[0083] よって、本実施形態では、混合ユニット 11内に、あるいは混合ユニット 11の下流側 に、大きな混合チャンバ一を設ける必要はない。混合チャンバ一が必要ないことは、 マイクロ流体デバイスの集積化、短時間処理化、相互接続において優位となる。

[0084] 本実施形態では十分に混合された混合マイクロ流体が、混合部 12bの下流側に設 けられた排出部 12cから排出される。そして、本実施形態では、第 1の混合ユニット 1 1の排出部 12cから排出された混合マイクロ流体 14cが、第 2の混合ユニット 21の第 1 の秤取部に後述する第 1の入口ポートから供給されることになる。すなわち、第 1の混 合ユニット 11の混合結果が、第 2の混合ユニット 21で利用される。マイクロ流体を混 合する第 1の混合ユニット 11に、第 2の混合ユニット 21を直接接続し、多段構成とす ることにより、一段の構成に比べて、高希釈倍率のマイクロ流体を得ることができる。

[0085] なお、上記実施形態では、第 1の秤取部 l idに比べて、容積の大きな第 2の秤取部 13dの開口部が、合流部 12aにおいて上流側に位置していた。これに対して、図 10 に示す変形例のように、第 1の秤取部 l idを第 2の秤取部 13dよりも上流側において 合流部 12aに開口するように配置してもよい。この変形例では、上流側の第 1の秤取 部 l idの容積の方力 下流側の第 2の秤取部 12dの容積よりも大きくなるようにすれ ばよい。

[0086] これに対して、図 11に示す他の変形例のように、複数の第 2の秤取部 13d, 13dを 合流部 12aに接続してもよい。その場合には、第 2のマイクロ流体の混合割合を高め ることがでさる。

[0087] また、図 12に示す変形例のように、第 2の微細流路 12において、第 1の秤取部 l id が開口している開口部 1 Ifの反対側の壁面を該開口部 1 If側に突出させ、それによ つて第 1のマイクロ流体 14aが吐出される部分の第 2の微細流路 12の幅を狭くしても よい。この場合には、第 1の秤取部の容積が小さくとも第 1のマイクロ流体が合流部の 反対側の壁に達するため、第 1の秤取部と第 2の秤取部の容積比率を小さくしても安 定動作をさせることができる。例えば、第 1,第 2のマイクロ流体が 1対 1の割合で合流 部 12aにお 、て混合するようにすることができる。

[0088] さらに、図 12 (b)に示す変形例のように、第 2の微細流路 12は、マイクロ流体の流 れ方向途中に相対的残りの部分よりも幅が狭い細幅部 12fを合流部 12aに設けても よい。ここでは、合流部 12aは、マイクロ流体の流れ方向中央に細幅部 12fを有する。 そして、細幅部 12fの上流側において、第 1の秤取部 l idの開口部 l lfが開口してお り、細幅部 12eの下流側において、第 2の秤取部 13dの開口部 13fが開口している。

[0089] ここでも、細幅部 12fの下流側においては、第 2の微細流路 12の幅を、第 2の秤取 部 13dから吐出されるマイクロ流体の液滴の径よりも大きくしておけば、空気の嚙み 込みを防止しつつ、第 1,第 2のマイクロ流体を合流部 12aにおいて合一することがで きる。すなわち、ガス供給孔 12dからのガス圧により、上流側に吐出された第 1のマイ クロ流体 14aを下方に移動させるに際し、第 1のマイクロ流体 14aと、第 2のマイクロ流 体 14bとの間に位置している空気力 下流側に逃がされる。従って、第 1,第 2のマイ クロ流体 14a, 14bが、気泡を嚙み込むことなく合一される。ただし、第 1のマイクロ流 体と第 2のマイクロ流体が合一した後、第 2の微細流路 12の幅を埋めつくす液滴にな ることが必要である。

[0090] 本発明のあるマイクロ流体デバイスは、少なくとも第 1,第 2の混合ユニットを接続し た構造を有する。この場合、混合ユニットが、上述したように第 1〜第 3の微細流路を 有し、第 2の微細流路に、上流側から、合流部、混合部及び排出部が構成されてい る。このような第 1,第 2の混合ユニットは、様々な形態で接続され得る。

[0091] 図 13〜図 17を参照して、このような第 1の混合ユニットに第 2の混合ユニットの接続 形態の変形例をそれぞれ説明することとする。

[0092] 図 13は、図 1に示した上記実施形態と同様に、第 1,第 2の混合ユニットが、第 1の 混合ユニットにおける混合結果を利用して接続されている構造を模式的に示す平面 図である。ここでは、上記実施形態と同様に、第 1の混合ユニット 11の後段に第 2の 混合ユニット 21が接続されている。図 13以下の微細流路構造の図面では、適宜、混 合ユニット及び流路開閉装置などを破線で囲まれたブロックとして示すこととする。

[0093] 図 13に示す微細流路構造 61は、上記実施形態と同様に、第 1の混合ユニット 11 の下流側に第 2の混合ユニット 21が接続されている。ここで、第 1の混合ユニット 11は 、第 1〜第 3の入口ポート A〜Cと、第 1〜第 3の出口ポート D〜Fを有するものと表す ことができる。すなわち、第 1の入口ポート Aと第 1の出口ポート Dとの間に第 1の微細 流路 11aが接続されている。第 1の微細流路 11aに、第 1の秤取部 1 Idの一端が接 続されており、第 1の秤取部 11aの他端が第 2の微細流路 12に接続されている。第 2 の入口ポート Bと第 2の出口ポート Eとの間に、第 2の微細流路 12が接続されて 、る。 第 3の入口ポート Cと第 3の出口ポート Fとの間に、上記第 3の微細流路 13が接続さ れている。第 2の出口ポート Eは、排出部に接続されており、混合されたマイクロ流体 を外部に排出する部分に相当する。また、第 3の出口ポート Fは、流路開閉装置 62 に接続されている。

[0094] 第 2の混合ユニット 21の第 1の入口ポート Aは、第 1の混合ユニット 11の第 1の出口 ポート Dに接続されており、第 2の混合ユニット 21の第 2の入口ポート Bは、ガス供給 孔に接続されている。第 3の入口ポート Cは、上記第 1の混合ユニット 11の第 2の出 口ポート Eに接続されている。従って、第 2の混合ユニット 21の第 3の入口ポートじか ら、第 1の混合ユニット 11で混合された混合マイクロ流体が供給され、該マイクロ流体 力 第 2の混合ユニット 11の第 2の秤取部 13dに秤取される。

[0095] よって、第 2の混合ユニット 21では、第 1の混合ユニット 11で混合された結果が利用 される。よって、第 1の秤取部 l idから希釈液を供給する構造とした場合、第 1,第 2 の混合ユニット 11, 21を上記のように接続することにより、より高倍率に希釈すること ができる。

[0096] また、上記第 2の混合ユニット 21の第 3の出口ポートにも、流路開閉装置 63が接続 されている。同様に、第 2の混合ユニット 21の第 1の出口ポート Dにも、流路開閉装置 64が接続されており、第 2の出口ポート Eから、高倍率に希釈されたマイクロ流体が 吐出され、後段に設けられた測定部や反応部に送液される。

[0097] 図 14は、上記第 1,第 2の混合ユニット 11, 21の下流側に、さらに第 3の混合ュ-ッ ト 31を接続した構造を模式的に示す平面図である。このように、第 1,第 2の混合ュ- ット 11, 21の下流側に、さらに、 1以上の混合ユニット 31を接続してもよい。また、図 1 4に示す構造では、第 1〜第 3の混合ユニット 11, 21, 31の各第 3の出口ポート F力 それぞれ、流路開閉装置 62, 63, 65に接続されている力 該出口ポート Fと流路開 閉装置との間に分岐流路が形成されており、該分岐流路が、収納チャンバ一 71に接 続されている。収納チャンバ一 71に代えて、反応セルを構成してもよい。

[0098] 従って、第 1〜第 3の混合の各第 3の出口ポート Fに接続された収納チャンバ一 71 , 71, 71では、それぞれ、異なる希釈倍率のマイクロ流体が用意される。さらに、第 3 の混合ユニット 31の排出部に接続されている第 2の出口ポート Eにも、同様に、流路 開閉装置 66と収納チャンバ一 71とが接続されており、該収納チャンバ一 71にも異な る希釈倍率のマイクロ流体が用意される。

[0099] 図 15は、図 14に示した微細流路構造の変形例を示す模式的平面図である。図 14 では、上記収納チャンバ一 71が、第 1〜第 3の混合ユニット 11, 21, 31の第 3の出口 ポート Fと流路開閉装置との間に接続されていたが、図 15では、第 1の混合ユニット の第 3の入口ポート Cの前段に収納チャンバ一 81が接続されており、かつ第 1〜第 3 の混合ユニット 11, 21, 31の第 2の出口ポート Eの下流側に、それぞれ、収納チャン バー 82〜84が接続されている。この収納チャンバ一 82〜84では、各段の混合ュ- ット 11, 21, 31における混合結果が測定されることになる。

[0100] 図 14や、図 15に示した微細流路構造を有するマイクロ流体デバイスを用いることに より、本発明の微量液体希釈方法を実施することができる。例えば、図 14に示す微 細流路構造では、第 1の混合ュ-ット 11の第 1の秤取部 11 dに第 1のマイクロ流体と して希釈液を秤取する。他方、第 2の秤取部 13dに、第 2のマイクロ流体として希釈さ れるべき検体を秤取する。この検体と希釈液とが、第 1の混合ユニット 11で混合され、 第 1の混合ユニット 11の第 2の微細流路 12の排出部から第 2の出口ポート Eを介して 排出される。そして、第 2の混合ユニット 21では、第 1の秤取部 l idに、第 1の混合ュ ニット 11の場合と同様に、第 1のマイクロ流体として希釈液が第 1の秤取部 11 dに秤 取される。

[0101] 他方、第 2の秤取部 13dには、第 1の混合ユニット 11の混合結果である上記検体希 釈液、すなわち出口ポート E力 排出された第 1の混合マイクロ流体としての検体希 釈液が秤取される。図 14では、第 2の混合ユニット 21の第 3の出口ポート Fに収納チ ヤンバー 71が配置されており、該収納チャンバ一 71に上記第 1の混合マイクロ流体 、すなわち第 1の検体希釈液が収納される。また、第 2の混合ユニット 21で、第 1の検 体希釈液と希釈液とが混合され、得られた第 2の混合マイクロ流体としての検体希釈 液力 第 2の混合ユニット 21の出口ポート E力も排出され、第 3の混合ユニット 31の出 口ポート Fを介して接続されたチャンバ一 71に供給される。従って、第 2の混合ュ-ッ ト 21及び第 3の混合ユニット 31の側方に接続されている各チャンバ一 71, 71に、濃 度が異なる第 1,第 2の検体希釈液が供給されることになる。

[0102] 図 15に示す微細流路構造においては、第 1の混合ユニット 11と第 2の混合ユニット 21との間に接続された収納チャンバ一 82に、第 1の検体希釈液が、第 2の混合ュ- ット 21と、第 3の混合ユニット 31との間に接続されている収納チャンバ一 83に、第 2の 検体希釈液が提供される。

[0103] このように、図 14及び図 15に示した微細流路構造を用いることにより、本発明の微 量液体希釈方法を実施し、濃度が異なる複数の検体希釈液を用意することができる 。なお、図 14及び図 15では、前述したように、第 3の混合ユニット 31がさらに接続さ れており、従って、濃度の異なる 3種類の検体希釈液を提供することができる。

[0104] また、後述する実施例のように、第 1,第 2の混合ユニットの次段に、さらに多くの混 合ユニットを接続してもよぐその場合、第 1,第 2の混合ユニットの下流に、 n— 2個（ nは自然数)の混合ユニットを接続した場合、濃度が異なる n種類の検体希釈液を用 意することができる。

[0105] なお、図 14及び図 15の場合とは逆に、第 1の秤取部に検体力 第 2の秤取部に希 釈液が秤取されてもよい。

[0106] さらに、図 16は、より多くの混合ユニットがマトリックス状に接続された微細流路構造 を示す模式的平面図である。ここでは、第 1〜第 3の混合ユニット 11, 21, 31は図 14 に示した微細流路構造と同様に構成されている。もっとも、各混合ユニット 11, 21, 3 1の各第 3の出口ポート Fには、流路開閉装置と収納チャンバ一とが接続されている だけでなぐ第 3の出口ポートに、さらに、第 4,第 5の混合ユニットが直列に接続され た微細流路構造が接続されている。すなわち、第 1〜第 3の混合ユニット 11, 12, 13 を両方向とした場合、じょう及び列力もなるマトリックスの列方向に、第 4,第 5の混合 ユニット 91, 92が、各混合ユニット 11, 21 , 31に接続されている。第 4,第 5の混合ュ ニットの接続構造は、第 1,第 2の混合ユニットと同様である。

[0107] すなわち、第 4,第 5の混合ユニット 91, 92は、第 5の混合ユニット 92において、第 4の混合ユニット 91における混合結果が利用されるように、第 1 ,第 2の混合ユニット 1 1, 21の接続関係と同様に接続されている。そして、第 5の混合ユニットの第 2の出口 ポート Eに流路開閉装置 93及び収納チャンバ一が接続されている。また、第 4,第 5 の混合ユニット 91, 92の各第 3の出口ポート F, Fにも、同様に、流路開閉装置 93及 び収納チャンバ一が接続されて ヽる。

[0108] 従って、図 16に示す微細流路構造では、各混合ユニットにおける第 1の秤取部 11 dと、第 2の秤取部 13dとから、同じ量のマイクロ流体が吐出されるとすると、マトリック ス状に配置された多数の収納チャンバ一における希釈倍率はそれぞれ以下の通りと なる。なお、希釈倍率とは、例えば、第 1の混合ユニット 11の第 2の秤取部 13dに、原 液が秤取され、以下の各混合ユニットにおいて希釈が行われた場合に、混合マイクロ 流体中の原液の割合を言うものとする。例えば、収納チャンバ一 101aでは、当初の 原液が用意されるので、希釈倍率は 1Z1であり、収納チャンバ一 101bでは、原液の 希釈倍率は 1Z3となる。すなわち、第 1の混合ユニット 11に接続された第 4,第 5の 混合ユニット 91, 92の側方に位置する収納チャンバ一 101a〜101cでは、希釈倍 率は、 1/1, 1Z3及び 1Z3²となる。また、第 2の混合ユニット 21に接続された第 4, 第 5の混合ユニットの側方に配置された収納チャンバ一 102a〜102cにおける希釈 倍率は、それぞれ、 1/3³、 1/3⁴及び 1/3⁵となる。同様に、第 3の混合ユニット 31 の下方に接続された第 4,第 5の混合ユニットの側方に配置された収納チャンバ一 10 3a〜103cでは、希釈倍率は、 1/3⁶、 1/3⁷及び 1/3⁸となる。

[0109] また、第 3の混合ユニット 31の第 2の出口ポートに接続された第 4,第 5の混合ュ- ットの側方に配置された収納チャンバ一 104a〜104cでは、希釈倍率は、 1/3⁹、 1 /3¹。及び 1/3¹¹となる。従って、上記のようにマトリックス状に収納チャンバ一 101a 〜104cを配置することにより、一連の希釈系列を短時間に自動作製するマイクロ流 体デバイスを作製できる。なお、各混合ユニットの混合比の選び方によって、これとは 異なる希釈系列も作れることも明らかである。例えば、図 13に示したような 1対 1混合 が可能な混合ユニットに置き換えることで、 lZ2ⁿの希釈系列とすることもできる。この ように、多種類の希釈倍率のマイクロ流体を容易に提供することが可能となる。

[0110] 図 17は、本発明のマイクロ流体デバイスにおける微細流路構造のさらに他の変形 例を示す模式的平面図である。上述した実施形態及び変形例では、第 1の混合ュ- ットにおける混合結果が利用されるように第 1,第 2の混合ユニットが接続されていた 1S 図 17に示すように、第 1の混合ユニット 111と第 2の混合ユニット 121とが、並列 に接続されていてもよい。ここでは、第 1の混合ユニット 111の第 1の秤取部 11 Id及 び第 2の混合ユニット 121の第 1の秤取部 121dが、第 1の微細流路 11 laにより共通 接続されている。

[0111] 同様に、第 1の混合ユニット 121の第 2の秤取部 113d及び第 2の混合ユニット 121 の第 2の秤取部 123dも、第 3の微細流路 113aにより共通接続されている。そして、 第 1,第 2の混合ユニット 111, 121の各第 2の微細流路 112, 122の下流側に、設け られた排出部に、それぞれ、収納チャンバ一 131, 132が接続されている。従って、 第 1,第 2の混合ユニット 111, 121に接続されている各収納チャンバ一 131, 132か ら同希釈倍率のマイクロ流体が得られる。

[0112] 言い換えれば、第 1の混合ユニットの第 1,第 3の出口ポート D, Fが、第 2の混合ュ ニット 121の第 1,第 3の入口 A, Cポートにそれぞれ接続されており、各混合ユニット 111, 121の第 2の出口ポート E, E力ら、同じ希釈倍率のマイクロ流体が吐出される ように構成されている。

[0113] また、本発明では、図 17に示した同じ希釈倍率のマイクロ流体が得られる並列接続 と、上述した実施形態及び変形例に示したような接続形態の双方が併用されていて ちょい。

[0114] また、上述した実施形態では、混合部は、第 2の微細流路において、束方向両側に 位置していく壁面が非対称とされており、一方の壁面が他方の壁面に下流側に向か つて近づくようにテーパーがつけられていた。混合部の形状はこのような形状に限定 されるものではない。例えば、図 18 (a)に示すように、混合部 12bにおいて、一方の 壁面 12b ίΚ下流側に行くにつれて一担広がり、かつ次に、反対側の壁面 12bに

1 2 近づくように直線的に変化し、他方の壁面 12bもまた、壁面 12bと異なる部分で外

2 1

側に膨らみ、し力る後、反対側の壁面 12bに近づくように形成されていてもよい。

[0115] また、図 18 (b)に示すように、両壁面 12b , 12bの平面形状が、位相が異なるサイ

1 2

ンカーブのような形状であってもよぐこの場合においても、微細流路の幅方向両側 の壁面が非対称に配置されることになる。

[0116] さらに、幅方向両側の壁面が非対称に配置される構造に代えて、微細流路の上面 及び下面に位置する壁面が非対称に配置されていてもよぐまた幅方向両側の壁面 が非対称に配置された構造と、両面及び下面すなわち基板の厚み方向両側に位置 する壁面が非対称に配置された構造とが併用されて!ヽてもよ！/ヽ。

[0117] いずれにしても、微細流路が幅方向両側及び基板の厚み方向両側の少なくとも一 方において非対称とされているので、マイクロ流体が流れる際に、渦が発生し、マイク 口流体が十分に混合される。よって、別途大きな混合チャンバ一やコイル状の混合部 とを形成する必要がないため、マイクロ流体デバイスの小型化を図ることができる。

[0118] 上記マイクロ流体デバイスは、例えば物質の分離 '分析、生化学若しくは化学反応 又はタンパク質結晶化等に用いることができ、用途上、使い捨てあるいは制限された 回数のみの使用で交換されることが望ましいが、恒久的に使用しても構わない。この 場合、分注機あるいは測定器などの機器と一体化した使用も可能である。

[0119] 以下本発明に使用可能な材料にっ 、て述べる。

[0120] 上記マイクロ流体デバイスの基板材料は、上記流路構造を実現できる限り、その種 類を問わず、無機材料有機材料を用いることができる。材料としては、例えば、ポリジ メチルシロキサン (PDMS)、ガラス、シリコン、石英、熱可塑性榭脂、光や熱による硬 化性榭脂やその他の榭脂、金属、セラミックおよびそれらの組み合わせなどが挙げら れる。

[0121] 本発明で使用される光応答ガス発生材を構成する光応答ガス発生性榭脂組成物 としては、熱可塑性榭脂のごときバインダー榭脂を主体とし、光照射によりガスを発生 する榭脂組成物であれば特に限定されな ヽが、 330nmから 410nmの光照射でガス を発生する榭脂組成物が好ま Uヽ。 [0122] 上記榭脂組成物としてはバインダー榭脂と光照射することにより気体を発生する気 体発生剤からなる榭脂組成物であってもよ 、。

[0123] ノインダー榭脂としては、ポリエステル、ポリ（メタ）アタリレート、ポリエチレン、ポリプ ロピレン、ポリスチレン、ポリエーテノレ、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ イミド等の熱可塑性榭脂、ポバール、プチラール等のァセタール榭脂、刺激応答気 体発生能をもつポリオキシアルキレン榭脂等を選ぶことができる。

[0124] 光照射することにより気体を発生する気体発生剤としては、上記気体発生剤として は特に限定されないが、例えば、ァゾィ匕合物、アジドィ匕合物等、ポリオキシアルキレ ン榭脂、光酸発生剤と炭酸水素ナトリウムの配合物などが用いられ、好ましくは、ァゾ 化合物、アジド化合物がガス発生効率が高いため好適に用いられる。

[0125] 上記ァゾ化合物としては、例えば、 2, 2'ーァゾビス一（N ブチルー 2—メチルプ ロピオンアミド）、 2, 2，一ァゾビス {2—メチル N— [1, 1—ビス（ヒドロキシメチル）一 2—ヒドロキシェチル]プロピオンアミド}、 2, 2，一ァゾビス {2—メチル N— [2- (1 ーヒドロキシブチル）]プロピオンアミド}、 2, 2，ーァゾビス [2—メチルー N— (2—ヒド 口キシェチル）プロピオンアミド]、 2, 2，ーァゾビス [N—（2—プロべ-ル） 2—メチ ルプロピオンアミド]、 2, 2，一ァゾビス（N -ブチル 2—メチルプロピオンアミド）、 2 , 2'—ァゾビス（N—シクロへキシルー 2—メチルプロピオンアミド）、 2, 2'—ァゾビス [2— (5—メチル 2—イミダゾィリン一 2—ィル）プロパン]ジハイド口クロライド、 2, 2， —ァゾビス [2— (2—イミダゾィリン一 2—ィル）プロパン]ジハイド口クロライド、 2, 2， -ァゾビス [2— (2—イミダゾィリン一 2—ィル）プロパン]ジサノレフェイトジハイドロレ一 ト、 2, 2，一ァゾビス [2— (3, 4, 5, 6—テトラハイド口ピリミジン一 2—ィル）プロパン] ジハイド口クロライド、 2, 2，ーァゾビス { 2 [1— (2—ヒドロキシェチノレ） 2—イミダゾ イリンー 2—ィル]プロパン }ジハイド口クロライド、 2, 2，ーァゾビス [2— (2—イミダゾィ リンー2—ィル）プロパン]、 2, 2，ーァゾビス（2—メチルプロピオンアミダイン）ハイド口 クロライド、 2, 2，ーァゾビス（2—ァミノプロパン）ジハイド口クロライド、 2, 2，一ァゾビ ス [N— (2—カルボキシァシル） 2—メチル一プロピオンアミダイン]、 2, 2，一ァゾビ ス {2— [N— (2—カルボキシェチル）アミダイン]プロパン }、 2, 2，ーァゾビス（2—メ チルプロピオンアミドォキシム）、ジメチル 2, 2'ーァゾビス（2—メチルプロピオネート） 、ジメチノレ 2, 2，ーァゾビスイソブチレート、 4, 4，ーァゾビス（4 シアンカノレボニック アシッド）、 4, 4'ーァゾビス（4 シァノペンタノイツクアシッド）、 2, 2'—ァゾビス（2, 4, 4 トリメチルペンタン）等が挙げられる。なかでも 2, 2'—ァゾビス—（N ブチル 2—メチルプロピオンアミド）、 2, 2，ーァゾビス（N ブチルー 2—メチルプロピオン アミド）、 2, 2，ーァゾビス（N シクロへキシルー 2—メチルプロピオンアミド）が好適で ある。これらのァゾィ匕合物は、光、熱等による刺激により窒素ガスを発生する。

[0126] 上記アジド化合物としては、例えば、 3 アジドメチルー 3 メチルォキセタン、テレ フタルアジド、 p— tert ブチルベンズアジド； 3—アジドメチル 3—メチルォキセタ ンを開環重合することにより得られるグリシジルアジドボリマーなどのアジド基を有する ポリマー等が挙げられる。

[0127] 光酸発生剤としては、ビス（シクロへキシルサルフォ -ル）ジァゾメタン、ビス (t ブ チルサルフォ -ル）ジァゾメタン、ビス（p トルエンサルフォ -ル）ジァゾメタン、トリフ ェ -ルサルフォ -ゥム トリフルォロメタンサルフォネート、ジメチルー 4 メチルフエ- ルサルフォ -ゥム トリフルォロメタンサルフォネート、ジフエ-ルー 2, 4, 6 トリメチ ルフエ-ルサルフォ -ゥム p—トルエンサルフォネートと 、つたジァゾジスルホン系、 トリフエ-ルスルホ -ゥム系と 、つたジァゾジスルホン系、トリフエ-ルスルホ-ゥム系 の光酸発生剤等が使用できる。

[0128] また、上記光応答ガス発生性榭脂組成物中に応答性を上げる目的で、公知の増感 剤が含有されていてもよい。

[0129] 増感剤として例えば、ァセトフエノン類、ベンゾフエノン、ミヒラーケトン、ベンジル、ベ ンゾイン、ベンゾインエーテル、ベンジルジメチルケタール、ベンゾィルベンジエート、 a ァシロキシムエステル、テトラメチルチウラムモノサルファイド、チォキサントン、脂 肪族ァミン、芳香族基を含むァミン、ピぺリジンのように窒素が環系の一部をなしてい るもの、ァリルチオ尿素、 O トリルチオ尿素、ナトリウムジェチルジチォホスフェート、 芳香族スルフィン酸の可溶性塩、 N, N ジ置換—p ァミノべンゾニトリル系化合物 、トリ一 n—ブチルフォスフィン、 N -トロソヒドロキシルァミン誘導体、ォキサゾリジン 化合物、テトラヒドロー 1, 3 ォキサジン化合物、ホルムアルデヒドかァセトアルデヒド とジァミンの縮合物、アントラセン（又はその誘導体）、キサンチン、 N—フエニルダリシ ン、フタロシアニン、ナフトシァニン、チオシァニン等のシァニン色素類ポルフィリン（ 又はその誘導体)等が挙げられる。これらの増感剤は、単独で用いられても良いし、 2 種類以上が併用されても良い。

[0130] 光学窓に光照射した際に、ガス発生室内部の光応答ガス発生性榭脂組成物がガ スを発生するが、ガスの発生は光照射された光応答ガス発生性榭脂組成物の表面 が最も盛んである。従って、ガスが発生しやすく且つ発生したガスが微細流路カも容 易に排出されるように、ガス発生室内にぉ 、て光応答ガス発生性榭脂組成物と光学 窓の間に空気層が形成されて!、るのが好ま 、。

[0131] 又、光応答ガス発生性榭脂組成物の表面は凹凸が形成されていると、表面積が大 きくなり、ガスの放出が容易になるので好ましぐ更に、ガス発生室内において光応答 ガス発生性榭脂組成物と光学窓が多数点で部分的に接触し、多数の接触部と空気 層が形成されて 、るのが好まし 、。

[0132] マイクロ流体デバイスにお ヽては、種々のサンプル、希釈液、溶離液等を使用する ので、ひとつのマイクロ流体デバイスに多数のマイクロポンプが必要になるので、基 板に複数のガス発生室が形成されているのが好ましい。又、ガス発生室には光を照 射する必要があるので、ガス発生室は基材の一面に形成されるのが好ましい。

[0133] 本発明における微量液体秤取構造の作成法は、上記微量液体秤取構造を実現で きる限り如何なる方法であってもよぐ例えば、機械加工、射出成型や圧縮成型に代 表される転写技術、ナノインプリントリソグラフィー、キャスト成形、電铸、ドライエツチン グ（RIE、 IE、 IBE、プラズマエッチング、レーザーエッチング、レーザーアブレーショ ン、ブラスト加工、放電加工、 LIGA、電子ビームエッチング、 FAB)、ウエットエッチ ング (化学浸食)、光造形やセラミックス敷詰等の一体成型、各種物質を層状にコート 、蒸着、スパッタリング、堆積し、部分的に除去することにより微細構造物を形成する S urface Micro-machining、 1枚以上のシート状物質（フィルム、テープ等）により開口 部分を形成して溝を形成する方法、インクジェットやディスペンサーにより流路構成材 料を滴下、注入して形成させる方法等が挙げられる。

[0134] マイクロ流体デバイスを作成するために、上記方法にお!、てマスクを利用してもよ!/ヽ 。マスクは、マイクロ流体デバイスを最終的に作成できる限りにおいてどのようなデザ インでもよいし、複数でも構わない。マスクは、通常は流路を平面に射影した形状で 設計されるが、貼り合わせる流路構成材の両側に加工を行う場合や、複数の部材を 用いて流路を形成する場合などは、複数のマスクを用いたり、一部はマスクを用いず に直接カ卩ェすることができるため、マスクは必ずしも最終的な流路の形状の射影であ るとは限らない。光硬化性榭脂などに用いる電磁波遮蔽用のマスクとしては、水晶あ るいはガラスにクロムをコートしたもの、あるいは榭脂のフィルムにレーザーの焼き付 けを行ったものなどが挙げられる。

[0135] 上記マスクは、例えば、コンピュータを用い、適当なソフトウェアにより、上記流路構 造の少なくとも一部を描画し、透明な榭脂フィルムに印刷することにより作成すること もできる。上記ソフトウェアにより描画された、上記流路構造の少なくとも一部の電子 情報が格納された上記マスクまたはマスターチップを作成するために用いるコンビュ ータ読み取り可能な記録媒体もしくは上記流路構造パターンを生成するプログラムコ ードならびにその記憶媒体も本発明に含まれる。ここで適当な記録媒体としては、例 えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気媒体； CD—ROM 、 MO、 CD-R, CD-RW, DVD等の光ディスク、半導体メモリ等を挙げることがで きる。

[0136] 又、マイクロ流体デバイスを作成するにあたり、上記方法によって直接チップを製作 しても構わないし、これを型としてマイクロ流体デバイス整形しても構わない。当然、さ らにこれを型にしてマイクロ流体デバイスを成形することも可能である。

[0137] 本発明におけるマイクロ流体デバイスは、上部基板と下部基板が貼り合わされた 2 層構造であってもよい。貼り合わせ法としては、接着剤による接着、プライマーによる 樹脂接合、拡散接合、陽極接合、共晶接合、熱融着、超音波接合、レーザー溶融、 溶剤'溶解溶媒による貼り合わせ、粘着テープ、接着テープ、圧着、自己吸着剤によ る結合、物理的な保持、凹凸による組み合わせが挙げられる。また、接続構成を保ち つつ、多層基板の重ね合わせによって実現することもできる。

[0138] 又、貼り合わせを必要とせず、上記流体分岐部分と独立流路を一体に形成させる 方法も可能である。具体的には、光造形法などの一体成型により閉空間を含む構造 を形成することが可能である。 力べして作成されるチップの一辺の長さ、形状、厚みに制限はなぐ例えば一辺 5m m〜 100mmの任意の値に設定することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

前記基板内に設けられており、マイクロ流体が搬送される微細流路構造とを備え、 前記微細流路構造が、第 1の混合ユニットと、第 1の混合ユニットの下流側に接続さ れて 、る第 2の混合ユニットとを有し、

各混合ユニットは、

一定量の第 1のマイクロ流体を秤取するために、該一定量の第 1のマイクロ流体の 体積と等しい容積を有する微細流路力 なる第 1の秤取部と、

一定量の第 2のマイクロ流体を秤取するために、前記一定量の第 2のマイクロ流体 の体積に等しい容積を有する微細流路カ なる第 2の秤取部と、

第 1,第 2の秤取部で秤取された第 1,第 2のマイクロ流体が合流される合流部と、 前記合流部の下流に連ねられており、前記第 1,第 2のマイクロ流体を混合する混合 部と、

前記第 1,第 2のマイクロ流体の混合により得られた混合マイクロ流体を排出する排 出部と、

第 1〜第 3の入口ポート及び第 1〜第 3の出口ポートと、第 1の入口ポートと第 1の出 口ポートとを結ぶ第 1の微細流路と、第 2の入口ポートと第 2の出口ポートとを結び、 前記合流部、前記混合部及び前記排出部を有する第 2の微細流路と、第 3の入口ポ 一トと第 3の出口ポートとを結ぶ第 3の微細流路とを備え、

前記第 1の秤取部の一端が前記第 1の微細流路に接続されており、他端が第 2の 微細流路に設けられた前記合流部に開口しており、前記第 2の秤取部の一端が前記 第 3の微細流路に接続されており、他端が前記第 2の微細流路に設けられている前 記合流部に開口しており、前記第 2の出口ポートが前記排出部に接続されており、 前記第 1の混合ユニットの第 1〜第 3の出口ポートのうちのいずれかの出口ポートが 、前記第 2の混合ユニットの前記第 1または第 3の入口ポートに接続されている、マイ クロ流体デバイス。

[2] 前記第 1の混合ユニットの前記第 2の出口ポートが、前記第 2の混合ユニットの前記 第 1または第 3の入口ポートに接続されており、それによつて、第 1の混合ユニットで 混合されたマイクロ流体が第 2の混合ユニットにおいて一定量の第 1または第 2のマイ クロ流体として利用される、請求項 1に記載のマイクロ流体デバイス。

[3] 前記第 1の混合ユニットの前記第 1の出口ポートが、前記第 2の混合ユニットの前記 第 1の入口ポートに接続されており、前記第 1の混合ユニットの前記第 3の出口ポート 力 前記第 2の混合ユニットの前記第 3の入口ポートに接続されている、請求項 1に記 載のマイクロ流体デバイス。

[4] 前記第 2の混合ユニットの下流側に接続された少なくとも 1つの第 3の混合ユニット をさらに備える、請求項 1〜3のいずれか 1項に記載のマイクロ流体デバイス。

[5] 前記第 1及び Zまたは第 2の混合ユニットにおいて、第 1の秤取部の出口開口と、 前記第 2の秤取部の出口開口とが、前記合流部において対向されている、請求項 1 〜4のいずれ力 1項に記載のマイクロ流体デバイス。

[6] 前記第 1及び Zまたは第 2の混合ユニットにおいて、前記第 1の秤取部の出口開口 と、前記第 2の秤取部の出口開口とが、前記合流部において、マイクロ流体が流れる 方向にお 、て異なる位置に配置されて 、る、請求項 1〜4の 、ずれか 1項に記載の マイクロ流体デバイス。

[7] 前記第 1の秤取部の出口開口と前記第 2の秤取部の出口開口との前記合流部に おけるマイクロ流体の流れる方向における距離が、前記第 1の秤取部から合流部に 供給された第 1のマイクロ流体と、第 2の秤取部力 合流部に供給された第 2のマイク 口流体との間に気泡を形成しないように、かつ第 1,第 2の秤取部力 異なるタイミン グで前記合流部に第 1,第 2のマイクロ流体が吐出された際に、第 1,第 2のマイクロ 流体が第 2の秤取部の出口開口または第 1の秤取部の出口開口に接触しないように 第 1,第 2の秤取部の出口間に配置されている、請求項 6に記載のマイクロ流体デバ イス。

[8] 前記第 1,第 2の秤取部の内、合流部において下流側に出口開口が位置している 側の秤取部から吐出されたマイクロ流体力 合流部において、該秤取部の出口開口 とは反対側の壁面に至らない大きさとなるように、前記合流部の幅が、該吐出された マイクロ流体の液体の大きさよりも大きくされている、請求項 1〜7のいずれ力 1項に 記載のマイクロ流体デバイス。 前記混合部では、流路の幅方向両側の壁面が非対称とされており、及び Zまたは 流路の基板高さ方向両側の壁面が非対称とされている、請求項 1〜8のいずれか 1 項に記載のマイクロ流体デバイス。

前記合流部に接続されており、該合流部において第 1,第 2のマイクロ流体を搬送 するためのガスを供給する第 1のマイクロポンプ装置と、前記第 1,第 2の秤取部にそ れぞれ接続されており、第 1,第 2の秤取部において、一定量のマイクロ流体を秤取 し、かつ第 1,第 2の秤取部から前記合流部に第 1,第 2のマイクロ流体を吐出するた めに、前記第 1,第 2の秤取部に接続された第 2,第 3のマイクロポンプ装置とをさらに 備える、請求項 1〜9のいずれ力 1項に記載のマイクロ流体デバイス。

複数の微細流路において、各微細流路内をマイクロ流体が流れ得る状態と、マイク 口流体の搬送が停止される状態とを実現するために、各微細流路に設けられた流路 開閉装置をさらに備え、該流路開閉装置により、微細流路が開状態とされている際に 、前記微細流路内をマイクロ流体が移動し、前記流路開閉装置により微細流路が閉 状態とされている際に、マイクロ流体の移動が停止される、請求項 1〜： LOのいずれか 1項に記載のマイクロ流体デバイス。

前記流路開閉装置が、前記開状態と、前記閉状態との間で移動され得るストッパー と、該ストッパーを前記開状態と前記閉状態との間で移動させるストッパー駆動手段 とを備える、請求項 11に記載のマイクロ流体デバイス。

請求項 1〜12のいずれか 1項に記載のマイクロ流体デバイスを用いた微量液体希 釈方法であって、

前記第 1の混合ユニットの第 1または第 2の秤取部に、検体としての第 1のマイクロ 流体を秤取し、前記第 2または第 1の秤取部に希釈液としての第 2のマイクロ流体を 秤取する工程と、

前記第 1の混合ユニットにおいて、前記検体としての第 1のマイクロ流体と、希釈液 としての第 2のマイクロ流体とを混合し、混合マイクロ流体として第 1の検体希釈液を 排出する工程と、

前記第 2の混合ユニットの第 1または第 2の秤取部に、前記第 1の混合ユニットから 排出された第 1の混合マイクロ流体の少なくとも一部を秤取し、前記第 2の混合ュ-ッ トの第 2または第 1の秤取部に第 2または第 1のマイクロ流体として希釈液を秤取する 工程と、

前記第 2の混合ユニットにおいて、前記第 1の検体希釈液と、前記希釈液とを混合 して、第 2の混合マイクロ流体としての第 2の検体希釈液を得、前記第 2のマイクロ流 体としての前記第 2の検体希釈液を、前記第 2の混合ユニットの排出部から排出する 工程とを備え、それによつて、濃度が異なる第 1,第 2の検体希釈液を得る、微量液 体希釈方法。

[14] 前記第 1,第 2の混合ユニットの後段に、少なくとも 1つの第 3の混合ユニットを接続 し、濃度が異なる少なくとも 3つの検体希釈液を得る、請求項 13に記載の微量液体 希釈方法。

[15] 第 1,第 2の混合ユニットの後段に、 n— 2個 (nは 3以上の自然数)の混合ユニットを 接続し、各混合ユニットの排出部から、それぞれ検体希釈液としての混合流体を排 出させ、それによつて、濃度が異なる n種の検体希釈液を得る、請求項 13に記載の 微量液体希釈方法。