(57)【要約】【課題】送液される際の液体試料の逆流及び脈流が発生せず、分析部への送液について安定な流量精度が得られるマイクロ流体デバイスを提供すること。【解決手段】基板２に、測定物質を含んだ液体試料Ｌを導入する試料供給部３と、液体試料Ｌを分析する分析部４と、分析部４を通過した液体試料Ｌを収容する廃液部５と、試料供給部３から廃液部５へ液体試料Ｌが流下する流体流路６とを備え、試料供給部３に導入された液体試料Ｌを廃液部５へ吸引するポンプ室７を基板２のうち分析部４の下流に設けてあるマイクロ流体デバイス１。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、測定物質を含んだ液体試料を導入する試料供給部と、前記液体試料を分析する分析部と、前記分析部を通過した液体試料を収容する廃液部と、前記試料供給部から前記廃液部へ前記液体試料が流下する流体流路とを備え、前記試料供給部に導入された液体試料を前記廃液部へ吸引するポンプ室を前記基板のうち前記分析部の下流に設けてあるマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記ポンプ室が、外力の付与により弾性変形してポンプ作用を奏する弾性膜を備えた請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記弾性膜が、外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体を備え、該磁性体の変位によって、前記弾性膜が弾性変形する請求項２に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記流体流路が前記ポンプ室の側面に設けた開口部に通じており、前記液体試料の非吸引時において弾性変形した前記弾性膜によって前記開口部が閉塞されている請求項２又は３に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記ポンプ室が、該ポンプ室に面し、かつ、該ポンプ室を密封しつつ出退することでポンプ作用を奏する可動部材を備えた請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記可動部材が、外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体である請求項５に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記流体流路が前記ポンプ室の側面に設けた開口部に通じており、前記液体試料の非吸引時においては前記可動部材の側面によって前記開口部が閉塞されている請求項５又は６に記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記廃液部と、前記ポンプ室とが一体である請求項２〜７のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定物質として環境中に含まれる毒性物質などの測定物質を含んだ液体試料を分析するためのマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体等の微細加工技術を応用して製造されたマイクロ流体デバイスが、生化学、医療等の分野において使用されている。マイクロ流体デバイスとは、例えば、基板に、測定物質を含んだ液体試料を導入する試料供給部と、前記液体試料を分析する分析部と、前記分析部を通過した液体試料を収容する廃液部と、前記試料供給部から前記廃液部へ前記液体試料が流下する流体流路とを備えた微小分析デバイスのことをいう。
【０００３】
マイクロ流体デバイスの試料供給部に、測定物質である、例えば環境中に含まれる毒性物質や、核酸・タンパク質等の生体物質、あるいは菌体などを含有する液体試料を導入して分析部へと流下させ、該分析部において、例えば抗原抗体反応による免疫学的手法や、核酸等のハイブリダイゼーションによる生化学的手法による反応を利用して、液体試料中に含まれる測定物質を検出する。
【０００４】
特許文献１には従来型のマイクロ流体デバイスが開示されており、その図３に示されるように、当該マイクロ流体デバイスは、第１の基板３と、該第１の基板３の一方の面側に接着される第２の基板５とから構成される。
第１の基板３に流体流路としての第１のマイクロチャネル１１が形成されており、第１の基板３に、試料供給部としての入力ポート７と、上部が大気に開口したポンプ室１３と、弁座１７と、分析部として機能すると考えられる上部が大気に開口した吐出室１９及び第２のマイクロチャネル１５と、廃液部としての出力ポート９が形成されている。
ポンプ室１３と弁座１７と吐出室１９とを覆う弁膜構造体２０が第１の基板３の上面に積重されており、弁膜構造体２０は外周部の型枠と該型枠内側の弁膜２１とからなり、前記吐出室１９は第１のマイクロチャネル１１及び第２のマイクロチャネル１５に連通している。
【０００５】
特許文献１の図３に示されるように、上記マイクロ流体デバイスにおけるポンプ室は、吐出室よりも上流側に設けられており、液体試料の入力ポート７から出力ポート９への移行は、以下のようにして実施される。
【０００６】
図６（Ａ）に示されるように、入力ポート７から液体試料として液体２５を注入し、ポンプ室１３を液体２５で満たす。そして図６（Ｂ）に示されるように、ポンプ室１３の上部の弁膜押込部２１Ａを押圧道具２２で押下げる。弁膜送流部２１Ｂは弁座１７の上面と自己吸着しているだけなので、強い圧力を受けると弁膜送流部２１Ｂは弁座１７から浮き上がり隙間２７が生じる。弁膜送流部２１Ｂと弁座１７との間に生じた隙間２７を介してポンプ室１３の内部の液体２５は、吐出室１９から第２のマイクロチャネル１５の内部に流れ込み、出力ポート９へ移行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１２４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のマイクロ流体デバイスでは、液体２５をポンプ室１３から吐出室１９に移行させる際に液体２５が第１のマイクロチャネル１１へ逆流する虞がある。
即ち、第１のマイクロチャネル１１側の流路抵抗は、弁膜送流部２１Ｂと弁座１７上面の自己吸着力より小さいので、弁膜押込部２１Ａを押下げると液体２５の大部分は吐出室１９に流れ込まず第１のマイクロチャネル１１の側に逆流するのである。
【０００９】
さらに、上記マイクロ流体デバイスは、ポンプ室１３の上部の弁膜押込部２１Ａを押し込むことによって、ポンプ室１３の内部の液体２５を吐出室１９に吐出した後、押し込まれた弁膜押込部２１Ａがその弾性復元力によって元の状態に戻る際にポンプ室１３に吸引作用が生じて、液体２５がポンプ室１３の内部に吸引される。即ち、上記マイクロ流体デバイスでは、吐出・吸引という動作が連続的に実施されることによって、液体２５を吐出室１９に移行させるため、吐出作用及び吸引作用の切り替わり時に流量が変動する脈流が発生し得る。このような脈流が発生すれば、液体試料を流下させる速度が均一にならず、分析部における反応時間などの正確性に欠けることとなる。
【００１０】
従って、本発明の目的は、送液される際の液体試料の逆流及び脈流が発生せず、分析部への送液について安定な流量精度が得られるマイクロ流体デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るマイクロ流体デバイスの第１特徴構成は、
基板に、測定物質を含んだ液体試料を導入する試料供給部と、前記液体試料を分析する分析部と、前記分析部を通過した液体試料を収容する廃液部と、前記試料供給部から前記廃液部へ前記液体試料が流下する流体流路とを備え、前記試料供給部に導入された液体試料を前記廃液部へ吸引するポンプ室を前記基板のうち前記分析部の下流に設けてある点にある。
【００１２】
本構成においては、ポンプ室が分析部の下流に設けてあり、そのポンプ作用の吸引力によって液体試料を試料供給部から廃液部に送液するように構成されるため、液体試料は流体流路を逆流することなく確実に分析部へ送液される。
さらに、液体試料はポンプ室の吸引作用によってのみ送液されるため、脈流が発生することもない。
【００１３】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第２特徴構成は、前記ポンプ室が、外力の付与により弾性変形してポンプ作用を奏する弾性膜を備えた点にある。
【００１４】
本構成によれば、弾性膜の弾性変形によってポンプ室内を負圧にして液体試料を送液することができる。即ち、弾性膜に外力を付与して凹ませた状態として液体試料を試料供給部に導入し、外力を除いて弾性膜を元の平坦状態に復帰させることによって、ポンプ室内の内部空間を拡大して負圧を生じさせ、その結果、試料供給部に導入された液体試料が廃液部に吸引される。
【００１５】
従って、本構成によれば、弾性膜を単に押し操作することなどで簡単にポンプ作用による吸引力を生じさせることができる。
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第３特徴構成は、前記弾性膜が、外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体を備え、該磁性体の変位によって、前記弾性膜が弾性変形する点にある。
【００１７】
本構成によれば、公知の磁力発生装置で磁性体を吸引したり、あるいは反発させたりすることによって弾性膜を弾性変形させることができるようになるので、ポンプ作用を生じさせる際の操作方法に種々のバリエーションが生まれる。その結果、マイクロ流体デバイスにポンプ作用を生じさせるために磁力発生装置をどのように配置させるなどの設計自由度も広がる。
【００１８】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第４特徴構成は、前記流体流路が前記ポンプ室の側面に設けた開口部に通じており、前記液体試料の非吸引時において弾性変形した前記弾性膜によって前記開口部が閉塞されている点にある。
【００１９】
本構成のように、液体試料の非吸引時において、弾性変形した弾性膜によって開口部を閉塞する構成とすれば、開口部が開口してから弾性膜が元に復帰するまでの間しか吸引力は発生しないので、弾性膜をどのような状態まで弾性変形させたとしても、常に一定の吸引力を発生させるようにすることができる。
その結果、弾性膜に付与する外力の強さによらず、常に一定の流速で一定量の液体試料を分析部に送液することができるようになり、分析部における反応開始時を一律に揃えることができるようになるので、精度の高い分析値を得ることができる。
【００２０】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第５特徴構成は、前記ポンプ室が、該ポンプ室に面し、かつ、該ポンプ室を密封しつつ出退することでポンプ作用を奏する可動部材を備えた点にある。
【００２１】
本構成によれば、可動部材の退出動作によってポンプ室内を負圧にして液体試料を送液することができる。即ち、可動部材をポンプ室に進出させた状態として液体試料を試料供給部に導入し、可動部材をポンプ室から退出させることによって、ポンプ室内の内部空間を拡大して負圧を生じさせ、その結果、試料供給部に導入された液体試料が廃液部に吸引される。
【００２２】
従って、本構成によれば、可動部材を単に退出操作することなどで簡単にポンプ作用による吸引力を生じさせることができる。
【００２３】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第６特徴構成は、前記可動部材が、外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体である点にある。
【００２４】
本構成によれば、公知の磁力発生装置を用いて磁性体である可動部材を吸引したり、あるいは反発させたりすることによって可動部材を変位させることができる。そのためポンプ作用を生じさせる際の操作方法に種々のバリエーションが生まれる。その結果、マイクロ流体デバイスにポンプ作用を生じさせるために磁力発生装置をどのように配置させるなどの設計自由度も広がる。
【００２５】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第７特徴構成は、前記流体流路が前記ポンプ室の側面に設けた開口部に通じており、前記液体試料の非吸引時においては前記可動部材の側面によって前記開口部が閉塞されている点にある。
【００２６】
本構成のように、液体試料の非吸引時において、可動部材の側面によって開口部を閉塞する構成とすれば、開口部が開口してから可動部材が所定の位置に戻るまでの間しか吸引力は発生しない。このため、可動部材をポンプ室のどの位置まで進出させたとしても、常に一定の吸引力を発生させるようにすることができる。
その結果、液体試料の非吸引時における可動部材の位置によらず、常に一定の流速で一定量の液体試料を分析部に送液することができる。また、分析部における反応開始時を一律に揃えることができるようになるので、精度の高い分析値を得ることができる。
【００２７】
本発明に係るマイクロ流体デバイスの第８特徴構成は、前記廃液部と、前記ポンプ室とが一体である点にある。
【００２８】
本構成のように、廃液部とポンプ室とを一体的に構成することによって、マイクロ流体デバイスのコンパクト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの上面図である。
【図２】第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの分解斜視図である。
【図３】第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【図４】第１実施形態に係るマイクロ流体デバイスの製造方法の一例を説明する工程図である。
【図５】第２実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【図６】その他の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【図７】その他の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【図８】その他の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【図９】その他の実施形態に係るマイクロ流体デバイスの縦断面の概略図である。（（ａ）は液体試料の非吸引時の状態を示し、（ｂ）は液体試料の吸引時の状態を示す）
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１実施形態〕
本発明のマイクロ流体デバイス１に係る第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。
図１〜図３に示すように、第１実施形態に係るマイクロ流体デバイス１は、基板２の中に、測定物質を含んだ液体試料Ｌを導入する試料供給部３と、液体試料Ｌを分析する分析部４と、分析部４を通過した液体試料Ｌを収容する廃液部５と、試料供給部３から廃液部５へ液体試料Ｌが流下する流体流路６とを備える。さらに、試料供給部３に導入された液体試料Ｌを廃液部５へ吸引するポンプ室７が基板２のうち分析部４の下流に設けてある。各構成部分の詳細について以下に述べる。
【００３１】
（基板）
基板２は、第１基板２ａ、第２基板２ｂ、及び第３基板２ｃからなる。基板２の構成素材としては例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、或いはシリコンを利用することができる。接合方法としては、酸素プラズマ処理、陽極接合、フッ化水素接合等が挙げられ、使用する構成素材に応じて適宜選択する。例えば、ＰＤＭＳ製基板とＰＤＭＳ製基板との接合、ＰＤＭＳ製基板とガラス製基板との接合、又はＰＤＭＳ製基板とガラス製基板との接合の場合には酸素プラズマ処理により接合し、ガラス製基板とシリコン製基板との接合、又はシリコン製基板とシリコン製基板との接合の場合には陽極接合により接合し、ガラス製基板とガラス製基板との接合の場合にはフッ化水素接合により接合する。
【００３２】
尚、基板２に微細加工を施す方法は、直接加工法および間接加工法の何れを適用してもよい。直接加工法としては、微細加工用ドリル等を用いての機械的切削加工法などが例示される。一方、間接加工法としては、所望の構造に対応する鋳型を用いて微細構造を転写する射出成形法などが例示される。
【００３３】
（試料供給部）
試料供給部３は、第１基板２ａの厚み方向に貫通した貫通孔であって、測定物質を含んだ液体試料Ｌをピペット等で注入する開口を備えたチャンバーとして機能する。試料供給部３は、分析する液体試料Ｌの所望量を貯留できるだけの容積を備えるとよい。
【００３４】
（分析部）
分析部４は、液体試料Ｌに含まれる測定物質を分析するための反応を行なうチャンバーとして機能する。
【００３５】
分析部４の構成としては、例えば、結合対アッセイとして抗原抗体反応による免疫学的手法に基づく構成を利用しても良いし、あるいは、公知の核酸等のハイブリダイゼーションによる生化学的手法に基づく構成を利用することもできる。
【００３６】
免疫学的手法を利用する場合、当該分析部４は、液体試料Ｌに含まれる測定物質と結合して特異的複合体を形成する結合性物質を封入する構成とする。当該結合性物質は測定物質と反応する反応性物質であって測定物質の検出・定量ができるものであればよく、分析部４を形成する部材表面に結合性物質を固定する、或いは、ビーズ等の固定化物質に結合性物質を担持させる。
【００３７】
図３に示すように、本発明の第１実施形態では、分析部４に円柱状凹部４ａを形成して、結合性物質を担持させた複数の固定化物質４ｂを円柱状凹部４ａの中に保持する構成を例示する。円柱状凹部４ａと第２基板２ｂとの間には、液体試料Ｌは通過できるが固定化物質４ｂが通過できないわずかな隙間４ｃが設けられており、液体試料Ｌが分析部４を流下する際に固定化物質４ｂが分析部４から流出しないように構成されている。
円柱状凹部４ａのサイズとしては、例えば、厚さ２ｍｍ、縦５０ｍｍ、横４０ｍｍのサイズを有する基板２において、流体流路６の第１流路部６ａの深さを１００μｍとした場合、円柱状凹部４ａの壁厚を１．５ｍｍ、内径を１ｍｍ、深さを１５０μｍとし、円柱状凹部４ａと第２基板２ｂとの間の隙間４ｃを５０μｍとする構成等が挙げられる。
【００３８】
（廃液部）
廃液部５は、分析部４を通過した反応済みの液体試料Ｌを貯留するチャンバーとして機能する。廃液部５は、第１基板２ａの厚み方向に貫通した貫通孔であって、分析部４を通過した液体試料Ｌを貯留できるだけの容積を備えるとよい。尚、第１実施形態においては、廃液部５と、後述するポンプ室７とは基板２の厚み方向に連通するように一体的に構成されており、マイクロ流体デバイス１のコンパクト化が図られている。
【００３９】
（流体流路）
流体流路６は、試料供給部３から廃液部５までを接続して、試料供給部３から廃液部５へ液体試料Ｌが流下する流路である。流体流路６は、試料供給部３の下部から第１基板２ａの横方向に延びる第１流路部６ａ、第１流路部６ａから第１基板２ａの厚み方向に延びる第２流路部６ｂ、及び第２流路部６ｂから第３基板２ｃの横方向に延びてポンプ室７の側面に開口する第３流路部６ｃから構成されている。
【００４０】
（ポンプ室）
ポンプ室７は、第３基板２ｃの厚み方向に貫通する貫通孔であって、上方ほど大径となるテーパー面と、ゴム等の弾性材料からなる弾性膜８とを備えて構成されている。弾性膜８は、ポンプ室７の上方開口を覆うようにして、該開口の周縁に隙間無く密着した状態で設けられている。ポンプ室７に面する側と反対側の面には磁性材料を含有する平板９（外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体）を備える。
【００４１】
図１に示すように、この第１実施形態では、上記試料供給部３、分析部４、廃液部５、流体流路６、及びポンプ室７を１つずつ有するチャネルＣが、マイクロ流体デバイス１の縦方向に８つ並列して備えられている構成を示す。ただし、設定するチャネルＣの数はこれに限定されるものではない。
【００４２】
（液体試料とその分析方法の詳細）
液体試料Ｌとは、分析を行なうべき対象となる測定物質を含む、或いは、含む可能性のある液体のサンプルのことを指す。液体試料Ｌはどのような起源由来のものであってもよい。例えば、環境試料・細胞・培養物・組織・体液・尿・血清および生検試料等から得ることができる。
環境試料としては、工場跡地等から採取した土壌や、河川から採取した水等が例示される。そして、環境中より採取された試料は、マイクロ流体デバイス１に形成された流路中を流下できる程度の粘性を有する液体試料Ｌとなるよう調整する。
【００４３】
液体試料Ｌに含まれる測定物質は、この測定物質と特異的結合体を形成しうる結合性物質（後述）との結合により捕捉される。特異的複合体は、結合対アッセイを行った結果生じるものであり、後述するように、抗原抗体反応の結果生じる免疫化学的複合体や、相補的な核酸同士のハイブリダイゼーションの結果生じる複合体等が好適に例示される。
【００４４】
測定物質は、化学物質・タンパク質等の高分子・ＤＮＡ断片・微生物又はウィルスおよびその断片・ホルモン等、あらゆる物質が対象となりうる。具体的には、土壌中に含まれる毒性物質（ＰＣＢ，ダイオキシン）や、油性物質（重油）等の環境汚染の要因となりうる物質、或いは、河川の水に含まれる病原性大腸菌の菌体等が好適に例示される。
【００４５】
結合性物質は、測定物質を認識し得る物質、つまり、結合性物質と親和性を有する測定物質を選択的に検出し得る分子認識能を有する物質を意味する。具体的には、抗原・抗体・ＤＮＡ断片・タンパク質・ペプチド等が好ましく例示されるが、これらに限定されるものではない。例えば、測定物質としてのＰＣＢ、ダイオキシンに対する結合性物質は、それぞれ抗ＰＣＢ抗体、抗ダイオキシン抗体である。
【００４６】
免疫化学的手法としては、例えば、固相法によるイムノアッセイの手法を適用することにより液体試料Ｌ中の測定物質の存在を検出、或いは、定量的測定ができる。イムノアッセイとして公知の所謂「サンドイッチ法」では、例えば抗原のような標的となる測定物質を、標識化抗体と固定化物質表面に固定化された抗体（結合性物質）との間に挟むことにより、分析部４において特異的複合体を形成させ、測定物質を捕捉することができる。
【００４７】
特異的複合体を形成する抗体等を標識化しておくことで、測定物質の存在を検出、或いは、定量的測定ができる。
抗原抗体反応により形成された特異的複合体の検出は、以下のように行う。
例えば、抗体を蛍光（発光）物質により標識化し、その蛍光（発光）強度を直接検出する、もしくは、抗体に酵素を結合し、化学発光基質を用いて酵素反応を行なうことにより光学的変化を検出する。
【００４８】
蛍光標識した抗体を使用した場合における反応の結果、生成する特異的複合体中に、測定物質の量に応じて標識物質が存在することになる。そのため、標識物質の量を測定することで、測定物質を定量することができる。標識物質の定量は、標識物質の種類と共に種々の方法をとりうる。例えば、蛍光測定装置により蛍光物質の蛍光強度を測定する。測定された標識強度を、既知量の「測定物質」を測定した場合の標識強度と比較することにより、液体試料Ｌ中の測定物質量を決定できる。
【００４９】
図３に示すように、第１実施形態の分析手段１０として蛍光強度を測定する装置を例示する。特異的複合体が有する標識に励起光照射手段１０ａから半導体レーザを照射して励起し、放出される蛍光をマイクロレンズで収集して、光学干渉フィルターにより蛍光成分のみを透過させ蛍光測定装置１０ｂにより検出する。検出は、８つの分析部４毎に個別に行なう。分析部４毎の検出を迅速に行なうため、マイクロ流体デバイス１をスライド移動可能に構成してもよい。
【００５０】
（マイクロ流体デバイスの製造方法）
図４に基づいて、基板２（第１基板２ａ、第２基板２ｂ、第３基板２ｃ）の構成素材としてＰＤＭＳを用いた場合のマイクロ流体デバイス１の製造方法について説明する。
【００５１】
工程（Ａ）において、第１基板２ａの形状の反転形を有する第１鋳型１１と、第３基板２ｃの形状の反転形を有する第２鋳型１２を公知の光リソグラフィー法により成形する。
先ず、所望のサイズを有するシリコンウエハＳを準備する。シリコンウエハＳは予め乾燥させたり、表面処理などの所望の前処理を施すこともできる。その後、適当なレジスト材料（例えば、ネガティブフォトレジストＳＵ−８など）を５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの回転速度で数秒間〜数十秒間にわたってスピン塗布し、オーブン中で乾燥させ、所望の厚さのレジスト膜を形成する。
【００５２】
次いで、このレジスト膜上にマスクを載置し、該マスクを通して、適当な露光装置で露光する。マスクは、製造しようとしている第１基板２ａの形状及び第３基板２ｃの形状（一部分）に対応するレイアウトパターンを有する。その後、適当な現像液（例えば、１−メトキシ−２−プロピル酢酸）中で現像し、上面に第１基板２ａ及び第３基板２ｃの微細構造に対応するレジスト突起Ｒを有する第１鋳型１１及び第２鋳型１２を成形する。尚、第２鋳型１２については、成形したレジスト突起Ｒの上に、断面形状が台形の中子Ｎを設置して完成する。
【００５３】
第１鋳型１１と第２鋳型１２との製作については、上記光リソグラフィー法によらなくともよく、金属切削加工法等によって製作しても良い。
【００５４】
次いで工程（Ｂ）において、脱気して気泡を除いたＰＤＭＳプレポリマー１３を第１鋳型１１及び第２鋳型１２の上面に流し込み、硬化させることで、ＰＤＭＳ製の第１基板２ａと第３基板２ｃを成形する。
【００５５】
次いで工程（Ｃ）において、成形された第１基板２ａ及び第３基板２ｃを第１鋳型１１及び第２鋳型１２からそれぞれ剥離する。必要に応じて、トリミングなどの整形処理を行うこともできる。
さらに第１基板２ａと同じサイズのＰＤＭＳ製の第２基板２ｂを準備し、第１基板２ａ、第２基板２ｂ、第３基板２ｃについて、酸素プラズマ処理による表面改質処理を実施する。該表面改質処理後、第３基板２ｃにおいて、ゴム等の弾性材からなる弾性膜８を、流体流路６の第３流路部６ｃが形成されている面とは反対側の面にポンプ室７の上方開口を覆うように設け、さらに、弾性膜８のポンプ室７に面する側と反対側の面に磁性材料を含有する平板９を設置する。尚、平板９の横幅の大きさは、ポンプ室７の最小横幅の大きさよりも小さく設定されている。
【００５６】
工程（Ｄ）において、第２基板２ｂの上に第１基板２ａを配置し、第１基板２ａの上に第３基板２ｃを配置して、これらを互いに圧接して接合することによって、試料供給部３、分析部４、流体流路６、ポンプ室７、廃液部５が連通するチャネルＣが形成されて、マイクロ流体デバイス１が完成する。
【００５７】
（マイクロ流体デバイスの使用方法）
図３に基づいて、マイクロ流体デバイス１の使用方法について説明する。
第１実施形態に係るマイクロ流体デバイス１は、当該マイクロ流体デバイス１を保持するための保持台（図示せず）、電磁石を備える公知の磁力発生装置Ｇ、分析手段１０を備える図示しないマイクロ流体デバイスシステムにおいて使用される。マイクロ流体デバイス１を保持台の上に設置した状態において、その廃液部５の下方に磁力発生装置Ｇが設定される。
【００５８】
図３（ａ）に示すように、磁力発生装置Ｇに電流を流して磁力を発生させて、平板９を磁力発生装置Ｇ側に引き寄せようとすると、平板９は弾性膜８と共にポンプ室７の内部に引き込まれるため、弾性膜８が弾性変形してポンプ室７の内部に凹む格好となる。最終的には、流通流路の第３流路部６ｃに通じるポンプ室７の側面の開口部７ａが、弾性変形した弾性膜８によって丁度塞がれる位置まで平板９をポンプ室７の内部に引き入れて、その状態において試料供給部３に液体試料Ｌを導入する。このとき、試料供給部３に液体試料Ｌを導入した時点で、流通流路６が密封されるため、試料供給部３と流通流路の第１流路部６ａとの境部付近に液体試料Ｌが留まる状態となる。
【００５９】
次いで、図３（ｂ）に示すように、磁力発生装置Ｇに通電するのを止めて磁力の発生を停止させると、平板９をポンプ室７の内部に引き入れようとする力が作用しなくなり、弾性膜８がその弾性復元力で元の平坦状態に復帰しようとする。これにより、ポンプ室７の内部空間が拡大して負圧が発生し、液体試料Ｌが分析部４に流下してそのまま廃液部５に吸引される。
【００６０】
液体試料Ｌが分析部４に流下すると、当該分析部４において液体試料Ｌ中の測定物質を分析するための反応が開始される。例えば、液体試料Ｌ中の測定物質と、分析部４の円柱状凹部４ａの中に保持される固定化物質４ｂの結合性物質とが反応し、その結果として生じるシグナルを検出して測定物質を検出・定量することができる。詳細には、例えば上記「液体試料Ｌとその分析方法の詳細」の欄で説明したように、抗原のような標的となる測定物質を、標識化抗体と固定化物質に固定化された抗体（結合性物質）との間に挟むことにより、特異的複合体を形成させて測定物質を分析部４に捕捉する所謂「サンドイッチ法」において、蛍光（発光）物質により標識化された標識化抗体の蛍光（発光）強度を、励起光照射手段１０ａ及び蛍光測定装置１０ｂにより検出するなどして、測定物質を検出・定量することができる。
【００６１】
以上より第１実施形態の構成によれば、ポンプ室７が分析部４の下流にあり、そのポンプ作用の吸引力によって液体試料Ｌを試料供給部３から廃液部５に送液するように構成されるため、液体試料Ｌは流体流路６を逆流することなく確実に分析部４へ送液される。その上、液体試料Ｌはポンプ室７の吸引作用によってのみ送液されるため、脈流が発生することもない。
【００６２】
さらに第１実施形態の構成によれば、弾性膜８の弾性変形によってポンプ室７の内部を負圧にして液体試料Ｌを送液することができる。即ち、弾性膜８に外力を付与して凹ませた状態として液体試料Ｌを試料供給部３に導入し、外力を除いて弾性膜８を元の平坦状態に復帰させることによって、ポンプ室７の内部空間を拡大して負圧を生じさせ、その結果、試料供給部３に導入された液体試料Ｌが廃液部５に吸引される。
従って、本構成によれば、弾性膜８を単に押し操作することなどで簡単にポンプ作用による吸引力を生じさせることができる。
【００６３】
さらに第１実施形態の構成によれば、公知の磁力発生装置Ｇで磁性材料を含む平板９を吸引したり、あるいは反発させたりすることによって弾性膜８を弾性変形させることができるようになるので、ポンプ作用を生じさせる際の操作方法に種々のバリエーションが生まれる。その結果、本構成のマイクロ流体デバイスにポンプ作用を生じさせるために磁力発生装置Ｇをどのように配置させるなどの設計自由度も広がる。
【００６４】
また、この第１実施形態のように、液体試料Ｌの非吸引時において、弾性変形した弾性膜８によってポンプ室７の側面の開口部７ａを閉塞する構成とすれば、開口部７ａが開口してから弾性膜８が元に復帰するまでの間しか吸引力は発生しないので、弾性膜８をどのような状態まで弾性変形させたとしても、常に一定の吸引力を発生させるようにすることができる。
その結果、弾性膜８に付与する外力の強さによらず、常に一定の流速、かつ一定量の液体試料Ｌを分析部４に送液することができるようになる。よって、分析部４における反応開始時を一律に揃えることができて、精度の高い分析値を得ることができる。
【００６５】
〔第２実施形態〕
次に、本発明のマイクロ流体デバイス１に係る第２実施形態を図５に基づいて説明する。
尚、上記第１実施形態との重複説明を避けるため、上記第１実施形態と異なる構成とその使用方法についてのみ説明し、同じ構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００６６】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、第２実施形態におけるポンプ室７は、第３基板２ｃの厚み方向に貫通する貫通孔であって、ポンプ室７に面し、かつ、ポンプ室７を密封しつつ出退することでポンプ作用を奏する可動部材１４を備えて構成されている。可動部材１４は、磁性材料を含有する柱状の磁性体（外部より磁力が付与されてその位置が変位する磁性体）である。ポンプ室７の横幅の大きさは、廃液室の横幅の大きさよりも大きく設定されており、ポンプ室７から廃液室にわたって段部１５が形成される。尚、流通流路の第３流路部６ｃに通じる開口部７ａは、ポンプ室７側面の最下部に設けられており、開口部７ａの下端は段部１５と面一である。
【００６７】
第２実施形態に係るマイクロ流体デバイス１は、当該マイクロ流体デバイス１を保持するための保持台（図示せず）、電磁石を備える公知の磁力発生装置Ｇ、分析手段１０を備える図示しないマイクロ流体デバイスシステムにおいて使用されるものであり、マイクロ流体デバイス１を保持台の上に設置した状態において、その可動部材１４の上方に磁力発生装置Ｇが設定される。
【００６８】
図５（ａ）に示すように、可動部材１４が段部１５の上に設置され、可動部材１４の側面によって開口部７ａを閉塞した状態で試料供給部３に液体試料Ｌを導入する。このとき、試料供給部３に液体試料Ｌを導入した時点で、流通流路６が密封されるため、試料供給部３と流通流路の第１流路部６ａとの境部付近に液体試料Ｌが留まる状態となる。
そして、図５（ｂ）に示すように、磁力発生装置Ｇに電流を流して磁力を発生させて可動部材１４を上の磁力発生装置Ｇの側に引き寄せて退出させようとすると、ポンプ室７の内部空間が拡大して負圧が発生して、液体試料Ｌが分析部４に流下してそのまま廃液部５に吸引される。
【００６９】
液体試料Ｌが分析部４に流下すると、上記第１実施形態と同様に、分析部４において液体試料Ｌに含まれた測定物質を分析するための反応が開始され、測定物質を検出・定量することができる。
【００７０】
以上より第２実施形態の構成においては、ポンプ室７が分析部４の下流にあり、そのポンプ作用の吸引力によって液体試料Ｌを試料供給部３から廃液部５に送液するように構成されるため、液体試料Ｌは流体流路６を逆流することなく確実に分析部４へ送液される。その上、液体試料Ｌはポンプ室７の吸引作用によってのみ送液されるため、脈流が発生することもない。
【００７１】
さらに第２実施形態の構成によれば、可動部材１４の退出動作によってポンプ室７の内部を負圧にして液体試料Ｌを送液することができる。即ち、可動部材１４をポンプ室７に進出させた状態として液体試料Ｌを試料供給部３に導入し、可動部材１４をポンプ室７から退出させることによって、ポンプ室７の内部空間を拡大して負圧を生じさせ、その結果、試料供給部３に導入された液体試料Ｌが廃液部５に吸引される。従って、本構成によれば、可動部材１４を単に退出操作することなどで簡単にポンプ作用による吸引力を生じさせることができる。
【００７２】
さらに第２実施形態の構成によれば、公知の磁力発生装置Ｇを用いて磁性体である可動部材１４を吸引したり、あるいは反発させたりすることによって可動部材１４を変位させることができるようになるので、ポンプ作用を生じさせる際の操作方法に種々のバリエーションが生まれる。その結果、本構成のマイクロ流体デバイスにポンプ作用を生じさせるために磁力発生装置Ｇをどのように配置させるなどの設計自由度も広がる。
【００７３】
また、この第２実施形態のように、液体試料Ｌの非吸引時において、可動部材１４の側面によって開口部７ａを閉塞する構成とすれば、開口部７ａが開口してから可動部材１４が所定の位置に戻るまでの間しか吸引力は発生しない。よって、可動部材１４をポンプ室７のどの位置まで進出させたとしても、常に一定の吸引力を発生させるようにすることができる。
その結果、液体試料Ｌの非吸引時における可動部材１４の位置によらず、常に一定の流速で液体試料Ｌを分析部４に送液することができるようになる。このため、分析部４における反応開始時を一律に揃えることができて、精度の高い分析値を得ることができる。
【００７４】
〔その他の実施形態〕
１．上述の第１実施形態における磁力発生装置Ｇは、電磁石を備えていなくとも良い。例えば図６に示すように、通常のフェライト磁石Ｇを使用して、廃液室５の真下にフェライト磁石Ｇを配置する。弾性膜８を弾性変形させた後、フェライト磁石Ｇを遠ざけ、磁力付与を止めて弾性膜８をその弾性復元力で復帰させることでポンプ作用を奏するような構成としても良い。
【００７５】
２．ポンプ作用を奏する他の構成としては、例えば、図７に示すように、磁性材料を含まない平板９を弾性膜８に設け、その平板９を、適当な柱状体１６（ＤＣソレノイドのプランジャーや、ステッピングモータにより可動する棒等）で、押したり離したりすることでポンプ作用を奏するように構成しても良い。あるいは、図８に示すように、磁性材料を含まない平板９を覆うように第３基板２ｃの上からシール１７を貼り付けることで、弾性膜８を弾性変形させた後、シール１７を剥がして弾性膜８をその弾性復元力で復帰させることでポンプ作用を奏するような構成としても良い。
【００７６】
３．さらに他の構成として、例えば、図９に示すように、可動部材１４を、磁性材料を含まない材料で構成し、図示しないマイクロ流体デバイスシステムに備えたステッピングモータ等によって上下に可動させることによりポンプ作用を奏するように構成しても良い。
【００７７】
４．基板２の他の構成としては、第２基板２ｂの代わりに適当な樹脂フィルムを使用して、当該樹脂フィルムを第１基板２ａに貼着するような構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のマイクロ流体デバイスは、所謂バイオチップの一種であり、基板中に微小な毛細管状の流体流路、或いは、この流路と接続する反応領域としての分析部等の構造が形成され、ＤＮＡ分析デバイス・微小電気泳動デバイス・微小クロマトグラフィーデバイス・微小センサー等のように、液体試料に含まれる、毒性物質や測定物質を検出する用途に利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１    マイクロ流体デバイス
２    基板
３    試料供給部
４    分析部
５    廃液部
６    流体流路
７    ポンプ室
８    弾性膜
９    平板
１４  可動部材
Ｌ    液体試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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