(57)【要約】【課題】本発明では、チップ内で微量な試料を無駄なく正確に計量し、目的のチップへ輸送できる小型のマイクロ分注装置を提供することを課題とする。【解決手段】流動体のサンプルを導入するためのサンプル導入管と、サンプルを分注するためのサンプル分注管と、減圧に応じてサンプルを所定量分だけサンプル導入管から導き入れ、加圧に応じて導き入れた所定量のサンプルをサンプル分注管の複数の管のいずれか一に選択的に押し出すためのサンプリング導出管を有するマイクロ分注チップと、サンプル分注管の１つの管を選択的に大気開放するようラッチ駆動される選択開放管を有するマイクロ多分岐切換バルブチップと、マイクロポンプの吸引口の開口端と排出口の開口端を、交互に前記サンプリング導出管と連結するようラッチ駆動されるポンプ選択管を有する加減圧切換マイクロポンプチップから構成されるマイクロ分注装置を提供する。【選択図】          図１
2010044006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ多分岐切換バルブチップと、マイクロ分注チップと、加減圧切換マイクロポンプチップと、からなるマイクロ分注装置であって、
マイクロ分注チップは、
流動体のサンプルを導入するための導入口と逆止弁とを備えるサンプル導入管と、
サンプルを分注するための複数の管からなるサンプル分注管と、
サンプル導入管とサンプル分注管と加減圧切換マイクロポンプに連結し、加減圧切換マイクロポンプチップからの減圧に応じてサンプルを所定量分だけサンプル導入管から導き入れ、加減圧切換マイクロポンプチップからの加圧に応じて導き入れた所定量のサンプルをサンプル分注管の複数の管のいずれか一に選択的に押し出すためのサンプリング導出管と、
を有し、
マイクロ多分岐切換バルブチップは、
前記サンプル分注管の複数の管の中の１つの管と選択的に連結するようラッチ駆動され、連結した管を介してサンプル分注管の管内を大気開放する選択開放管を有し、
加減圧切換マイクロポンプチップは、
逆止弁を備えた吸引口と逆止弁を備えた排出口を備え、外部動力源により駆動され吸引と排出を繰り返すマイクロポンプと、
前記吸引口の開口端と前記排出口の開口端を、交互に前記サンプリング導出管と連結するためにラッチ駆動されるポンプ選択管と、
を有するマイクロ分注装置。
【請求項２】
前記サンプリング導出管の所定位置にサンプルが導入されたことを検知するためのサンプリング検知センサーと、
サンプリング検知センサーでのサンプル導入の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップの前記ポンプ選択管をラッチ駆動する第一ポンプ選択管駆動部と、
をさらに有する請求項１に記載のマイクロ分注装置。
【請求項３】
サンプル分注管の所定位置にサンプルが分注されたことを検知するための分注検知センサーと、
分注検知センサーでのサンプル分注の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップの前記ポンプ選択管をラッチ駆動する第二ポンプ選択管駆動部と、
をさらに有する請求項１または２に記載のマイクロ分注装置。
【請求項４】
マイクロ分注装置のマイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップとマイクロ分注チップは分離・組立可能に構成され、
使用済マイクロ分注チップは新たなマイクロ分注チップと交換し、マイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップとは繰返し利用可能に構成されている請求項１から３のいずれか一に記載のマイクロ分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロスケールの流動体を多分岐にマルチスケール（ｎＬ〜μＬ）に切り分けることができるマイクロ分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（以下、「μ−ＴＡＳ」という）は欧米を中心に急速に発展し、１９９０年代にはＤＮＡチップ、プロテインチップ、マイクロチップ電気泳動などが開発・市販され、オーダーメイド医療などに大きな期待を寄せられている。しかし、現時点では、反応場・分析場にマイクロ流路を利用しているのみであり、装置全体としては大きくなってしまっているのが現状である。また、分析にチップを利用したとしても、サンプル注入などに煩雑な工程を必要とするケースが多い。これらの問題が、μ−ＴＡＳが幅広く普及していない原因の１つとなっている。そのため、パーソナルユースや病院、企業の研究所など向けの分析装置の開発のため、マイクロ流動体をハンドリングする小型の装置へのニーズは高い。
【０００３】
当然、これまでもマイクロポンプやマイクロバルブ単体の研究開発例は数多く報告されている。しかし、それらの報告は、シーズオリエンティッドなものが多く、ニーズオリエンティッドに開発されたものが少ない。このため、マイクロスケールの流動体サンプルを一定量に切り取り、チップ内へ注入する用途に適していない。これに対して、サブマイクロリットル（μＬ）オーダーで注入可能な市販のマイクロインジェクターが知られている。しかし、前記マイクロインジェクターは、装置全体が大きくなる問題に加えて、流路導入の際のデッドボリュームという問題がある。そこで、チップ内で計量・輸送できるマイクロ流体制御装置のニーズが高い。
【０００４】
チップ内で試料導入する研究報告としては、十字型マイクロ流路を利用する方法などがある。しかし、当該手段の場合、流速分布や残余圧力の影響で再現性が低いという問題がある。また、分注毎に無駄になる試料の存在や、複数個のアクチュエータを並列に順次制御する問題もある。このような従来技術としては、特許文献１や特許文献２のようなものがある。
【特許文献１】特開平１１−２７１２７３
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２００５／０３３７１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明では、チップ内で微量な試料を無駄なく正確に計量し、分注できる小型のマイクロ分注装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、以下のような発明などを提供する。
【０００７】
第一発明では、マイクロ多分岐切換バルブチップと、マイクロ分注チップと、加減圧切換マイクロポンプチップと、からなるマイクロ分注装置であって、マイクロ分注チップは、流動体のサンプルを導入するための導入口と逆止弁とを備えるサンプル導入管と、サンプルを分注するための複数の管からなるサンプル分注管と、サンプル導入管とサンプル分注管と加減圧切換マイクロポンプに連結し、加減圧切換マイクロポンプチップからの減圧に応じてサンプルを所定量分だけサンプル導入管から導き入れ、加減圧切換マイクロポンプチップからの加圧に応じて導き入れた所定量のサンプルをサンプル分注管の複数の管のいずれか一に選択的に押し出すためのサンプリング導出管を有し、マイクロ多分岐切換バルブチップは、前記サンプル分注管の複数の管の中の１つの管と選択的に連結するようラッチ駆動され、連結した管を介してサンプル分注管の管内を大気開放する選択開放管を有し、加減圧切換マイクロポンプチップは、逆止弁を備えた吸引口と逆止弁を備えた排出口を備え、外部動力源により駆動され吸引と排出を繰り返すマイクロポンプと、前記吸引口の開口端と前記排出口の開口端を、交互に前記サンプリング導出管と連結するためにラッチ駆動されるポンプ選択管を有するマイクロ分注装置を提供する。
【０００８】
第二発明では、第一発明を基本とし、さらに、前記サンプリング導出管の所定位置にサンプルが導入されたことを検知するためのサンプリング検知センサーと、サンプリング検知センサーでのサンプル導入の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップの前記ポンプ選択管をラッチ駆動する第一ポンプ選択管駆動部を有するマイクロ分注装置を提供する。
【０００９】
第三発明では、第一発明または第二発明を基本とし、さらに、サンプル分注管の所定位置にサンプルが分注されたことを検知するための分注検知センサーと、分注検知センサーでのサンプル分注の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップの前記ポンプ選択管をラッチ駆動する第二ポンプ選択管駆動部を有するマイクロ分注装置を提供する。
【００１０】
第四発明では、第一発明から第三発明のいずれか一を基本とし、さらに、マイクロ分注装置のマイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップとマイクロ分注チップは分離・組立可能に構成され、使用済マイクロ分注チップは新たなマイクロ分注チップと交換し、マイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップとは繰返し利用可能に構成されているマイクロ分注装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のマイクロ分注装置により、微量な試料のみを用いて無駄なく正確にマイクロオーダーで計量し、分注することが可能となる。
【００１２】
また、本装置は小型な装置であるので、携帯性に優れ、オンサイトでもリアルタイム分析が可能になり、μ−ＴＡＳの応用範囲が飛躍的に拡大することが期待される。
【００１３】
さらに、血液検査などの携帯用ヘルスケア装置や携帯用環境分析装置など、幅広い用途への応用が期待される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施しうる。
<概要>
【００１５】
本実施形態のマイクロ分注装置の概要図を図１に示す。図に示すように、本実施形態のマイクロ分注装置は、「マイクロ分注チップ」（０１１０）と、「マイクロ多分岐切換バルブチップ」（０１２０）と、「加減圧切換マイクロポンプチップ」（０１３０）と、から構成され、これらのチップを容易に分離・組立可能に構成されている。
【００１６】
処理の流れの概要は以下の通りである。
【００１７】
まず、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のポンプ選択管（０１３１）がマイクロポンプ（０１３２）の吸引口（０１３３）に連結された状態で、マイクロポンプ（０１３２）をポンピングする。かかる状態でのポンピング動作は、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）と連結されたマイクロ分注チップ（０１１０）の管内を減圧する動作となる。
【００１８】
すると、マイクロ分注チップ（０１１０）の導入口（０１１１）から、サンプル導入管（０１１２）内に流動体のサンプルが導入される。その後もマイクロポンプ（０１３２）のポンピングを継続すると、サンプル導入管（０１１２）内に導入された流動体サンプルは、サンプル導入管（０１１２）と繋がったサンプリング導出管（０１１３）内に移動していく。
【００１９】
そして、流動体サンプルが、サンプリング導出管（０１１３）内の所定の位置を通過したことを、サンプリング検知センサー（０１４１）が検知すると、それをトリガに、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のポンプ選択管（０１３１）は、マイクロポンプ（０１３２）の排出口（０１３４）と連結するようラッチ駆動される。当該切替により、マイクロポンプ（０１３２）のポンピング動作は、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内を加圧する動作に切り替わる。
【００２０】
その後もマイクロポンプ（０１３２）のポンピングを継続すると、サンプリング導出管（０１１３）内に位置する流動体サンプルのみが、サンプル分注管（０１１４）の方向へ押し出される。この時、サンプル分注管（０１１４）の多岐に分かれた複数の管は、マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）により、１つの管（０１１４Ａ）のみ大気開放され、他の管は閉止された状態となっている。よって、サンプル分注管（０１１４）の方向へ押し出された流動体サンプルは、大気開放されている管（０１１４Ａ）内に選択的に移動していく。
【００２１】
その後、図示しない分注検知センサーなどが、サンプル分注管（０１１４）の所定位置に流動体サンプルが分注されたことを検知すると、それをトリガに、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のポンプ選択管（０１３１）は、マイクロポンプ（０１３２）の吸引口（０１３３）と連結するようラッチ駆動される。当該切替により、マイクロポンプ（０１３２）のポンピング動作は、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内を減圧する動作に切り替わる。
【００２２】
その後もポンピング動作を継続すると、前記処理を繰り返す。
【００２３】
前記のような機能を有する本実施形態のマイクロ分注装置は小型にすることができるので、携帯性に優れ、オンサイトでもリアルタイム分析ができる。参考までに、本実施形態のマイクロ分注装置を利用するイメージを図１７に示す。本実施形態のマイクロ分注装置は、図示する程度まで小型にすることが可能であるので、非常に利便性の高いものとなっている。なお、図１７は、あくまで利用イメージであり、本実施形態のマイクロ分注装置の実現例が、図中のマイクロ分注装置の形状などに制限されるものではない。
<機能的構成>
【００２４】
本実施形態のマイクロ分注装置は図１に示すように、「マイクロ分注チップ」（０１１０）と、「マイクロ多分岐切換バルブチップ」（０１２０）と、「加減圧切換マイクロポンプチップ」（０１３０）と、から構成される。
【００２５】
以下、それぞれの機能的構成について、詳細に説明する。なお、以下、これらの説明に利用する概要図における「マイクロ分注チップ」、「マイクロ多分岐切換バルブチップ」、「加減圧切換マイクロポンプチップ」、また、「それらの構成要素の管」、「ハウジング」などの形状、長さ、太さ、などについてはあくまで一例であり、特別な言及がない限り、図に示すものに制限されるものではない。
<<マイクロ分注チップ（０１１０）>>
【００２６】
「マイクロ分注チップ」は、図２に示すように、「サンプル導入管」（０２１２）と、「サンプル分注管」（０２１４）と、「サンプリング導出管」（０２１３）などを有する。
<<<サンプル導入管（０２１２）>>>
【００２７】
「サンプル導入管」（０２１２）は、流動体のサンプルを導入するための導入口（０２１１）と、逆止弁（０２１５）を備えるよう構成されている。
【００２８】
導入口（０２１１）の構成（開口端の径、材料、など）としては特段制限されず、導入する流動体サンプルの種類・特性に応じて、従来技術を利用し、任意に設計することができる。
【００２９】
逆止弁（０２１５）の構成としても特段制限されないが、例えば、シリコンラバー単体で構成された、図３のようなハット帽子形状で、２分するように１つのスリット（０３０１）が入ったものであってもよい。このような逆止弁は、モールディング（型取り）を利用して製作することができる。
【００３０】
図４（Ａ）、（Ｂ）に、図３の逆止弁の動作の様子を示す。図４（Ａ）、（Ｂ）は、管（０４０１）に逆止弁（０４０２）を埋め込んだ状態の断面図である。そして、図４（Ａ）は、管（０４０１）内を、図中下から上に向かい、流動体が移動している様子を示すもので、図４（Ｂ）は、管（０４０１）内を、図中上から下に向かい、流動体が移動している様子を示すものである。図４（Ａ）においては、図中下から上に移動してきた流動体が、逆止弁（０４０２）のスリットを開く方向に力を加える。一方、図４（Ｂ）においては、図中上から下に移動してきた流動体が、逆止弁（０４０２）のスリットを閉じる方向に力を加える。その結果、ハット帽子形状の逆止弁（０４０２）は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように動作して、一方向のみに流動体を通過させる。
【００３１】
ここで、参考までに、図３に示すような大きさ（高さ：１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度）のハット帽子形状の逆止弁の開放圧は、平均３．０±０．４ｋＰａ程度である。また、耐圧性能は３００ｋＰａ程度である。これらの数値は、逆止弁の高さの違いによる差はほとんとどなく、また、性能のばらつきもほとんどない。
【００３２】
なお、サンプル導入管（０２１２）に備えられる逆止弁（０２１５）は、図２に示すように、導入口（０２１１）からサンプリング導出管（０２１３）に向かう方向（図中、矢印で示す）のみに流動体を通過させるよう取り付けられる。
<<<サンプル分注管（０２１４）>>>
【００３３】
「サンプル分注管」（０２１４）は、サンプルを分注するための、多岐に分かれた複数の管から構成される（多岐に分かれる管の数は任意の設計事項）。そして、サンプル分注管（０２１４）は、図２に示すように、サンプリング導出管（０２１３）と繋がっている。
【００３４】
ここで、サンプル分注管（０２１４）の複数の管の複数の開口端は、サンプリング導出管（０２１３）が加減圧切換マイクロポンプチップにより減圧されている際には、すべて閉止状態となり、サンプリング導出管（０２１３）が加減圧切換マイクロポンプチップにより加圧されている際には、１つの管の開口端のみが大気開放された状態となるよう構成されている。前記構成は、以下で説明する「マイクロ多分岐切換バルブチップ」により実現することができる。詳細については、以下で説明する。
<<<サンプリング導出管（０２１３）>>>
【００３５】
「サンプリング導出管」（０２１３）は、サンプル導入管（０２１２）と、サンプル分注管（０２１４）と、加減圧切換マイクロポンプチップと、に連結されている。そして、加減圧切換マイクロポンプチップからの減圧に応じてサンプルを所定量分だけサンプル導入管（０２１２）から導き入れ、加減圧切換マイクロポンプチップからの加圧に応じて導き入れた所定量のサンプルをサンプル分注管（０２１４）の複数の管のいずれか一に選択的に押し出すよう構成されている。
【００３６】
ここで、図５（Ａ）に、サンプリング導出管（０５１３）が、加減圧切換マイクロポンプチップにより減圧されている際（以下、「減圧状態」という）の、マイクロ分注チップの管内の吸引の流れを矢印で示す。
【００３７】
減圧状態においては、前記の通り、サンプル分注管（０５１４）のすべての管の開口端は閉止状態となっている。よって、マイクロ分注チップの管内で、唯一大気開放されたサンプル導入管（０５１２）の導入口（０５１１）のみから大気を吸引し、図の矢印で示すような流れを生み出す。すなわち、減圧状態の際に、導入口（０５１１）から流動体のサンプルを吸引すると、図の矢印のような流れでサンプルが移動することとなる。なお、図中、逆止弁の横の点線矢印は、逆止弁が許容する通過方向を示している（他の図においても同様）。
【００３８】
また、図５（Ｂ）に、サンプリング導出管（０５１３）が、加減圧切換マイクロポンプチップにより加圧されている際（以下、「加圧状態」という）の、マイクロ分注チップの管内の排出の流れを矢印で示す。
【００３９】
加圧状態においては、前記の通り、サンプル分注管（０５１４）の複数の管のうち、１つの管の開口端（０５１４Ａ）のみが大気開放状態となり、他の管の開口端は閉止状態となっている。また、加圧状態においては、サンプル導入管（０５１２）の導入口（０５１１）は、逆止弁（０５１５）の働きにより、閉止状態となる。よって、マイクロ分注チップの管内で、唯一大気開放されたサンプル分注管（０５１４）の１つの管の開口端（０５１４Ａ）のみから管内空気を排出し、図の矢印で示すような流れを生み出す。すなわち、加圧状態の際に、サンプリング導出管（０５１３）内に存在する流動体のサンプルは、矢印のような流れで移動することとなる。
【００４０】
ここで、サンプリング導出管（０５１３）がサンプル導入管（０５１２）から、『所定量分』だけのサンプルを導入する手段については、例えば、「サンプリング検知センサー」（０５４１）と「第一ポンプ選択管駆動部」（図示せず）の機能的構成により実現することができる。詳細については、以下で説明する。
【００４１】
また、サンプリング導出管（０５１３）内の加圧状態と減圧状態の切替については、サンプリング導出管（０５１３）と連結された「加減圧切換マイクロポンプチップ」（図示せず）の機能的構成により実現することができる。詳細については、以下で説明する。
【００４２】
<<マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）>>
【００４３】
マイクロ多分岐切換バルブチップ（図１参照：０１２０）は、選択開放管（０１２５）を有するよう構成されている。そして、選択開放管（０１２５）は、前記サンプル分注管（０１１４）の複数の管の中の１つの管（０１１４Ａ）と選択的に連結するようラッチ駆動され、連結した管を介してサンプル分注管（０１１４Ａ）の管内を大気開放するよう構成されている。
【００４４】
図６に、マイクロ多分岐切換バルブチップの概念図を示す。マイクロ多分岐切換バルブチップは、図に示すように、ハウジング（０６２１）の八角形状部分（当該形状は、任意の設計事項）の略中央に１つの排気口（０６２２）が設けられ、その円周上に、サンプル分注管の複数の管と連結される連結口（０６２３）が設けられている（複数の連結口の数は、任意の設計事項）。そして、ハウジング（０６２１）の内部には、ロータ（０６２４）が組み込まれ、ロータ（０６２４）内には、前記排気口（０６２２）と、１つの連結口（０６２３）を選択的に連結する「選択開放管」（０６２５）が設けられている。また、ハウジング（０６２１）内には、前記ロータ（０６２４）を回転駆動させるためのソレノイド（０６２６）が設けられている。なお、図６は、容易に把握可能にするため、ロータ（０６２４）などを簡略的に示した概念図となっている。
【００４５】
次に、図７（Ａ）、（Ｂ）に、ロータ（図６中、０６２４）の回転駆動を説明するための概念図を示す。図は、容易に把握可能にするため、マイクロ多分岐切換バルブチップの一部のみを抽出した透過図となっている。また、図８に、図７（Ａ）、（Ｂ）のマイクロ多分岐切換バルブチップの断面図を示す。
【００４６】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マイクロ多分岐切換バルブチップは、ハウジング（０７２１）の略中央に１つの排気口（０７２２）、その円周上に複数の連結口（０７２３）が設けられている。そして、ハウジング（０７２１）内に組み込まれたロータ（０７２４）内には、前記排気口（０７２２）と、１つの連結口（０７２３）を選択的に連結する「選択開放管」（０７２５）が設けられている。すなわち、ロータ（０７２４）とハウジング（０７２１）の中心をそろえて、ロータ（０７２４）を回転させると、選択開放管（０７２５）が回転駆動し、排気口（０７２２）と連結される連結口（０７２３）が切り替わることとなる。
【００４７】
ここで、前記ロータ（０７２４）の回転はソレノイドの押込動作により実現することができる。かかる場合、ロータ（０７２４）には、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）による押込力を効果的に受け取るようギア（０７２７）を設けるのが望ましい。また、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）の１回のストロークによるロータ（０７２４）の回転角度を一定にし、１回のストローク後、選択開放管（０７２５）の一端が、１つの連結口（０７２３）と連結可能な位置にくるよう、連結口に対応したギアとするのが望ましい。
【００４８】
このように構成した場合、図７（Ａ）に示すように、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）がギア（０７２７）の１つの歯を押し込み、ロータ（０７２４）が所定角度回転すると、図７（Ｂ）に示すように、ギア（０７２７）の押込まれている歯の次の歯が、プッシュロッド（０７２６）を図中上方向に押し込み、プッシュロッド（０７２６）がギア（０７２７）からはずれることとなる。当該構成により、ソレノイドによる押し込み量を制御しなくても、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）の１回のストロークによるロータ（０７２４）の回転角度は常に一定となり、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）の１回のストローク後、選択開放管（０７２５）の一端は連結口（０７２３）の一つと連結可能に位置することとなる。
【００４９】
なお、ソレノイドのプッシュロッド（０７２６）の１回のストローク後における、選択開放管（０７２５）の一端の位置を、一つの連結口（０７２３）と連結可能な正確な位置に修正する位置決め機構を設けていてもよい。このような位置決め機構としては、例えば、図７、８に示すように、ロータ（０７２４、０８２４）に、スチールボール（０７２８、０８２８）を収納するための収納室を備えておく。そして、当該収納室に、ローター（０７２４、０８２４）の中心から外側に向かってスチールボール（０７２８、０８２８）が常に押されるように、シリコンラバースプリング（０７２９、０８２９）を配置してスチールボール（０７２８、０８２８）を収納する。また、ハウジング（０７２１、０８２１）に、スチールボール（０７２８、０８２８）がはまる溝（０７２Ａ、０８２Ａ）を所定間隔ごとに設けておく。当該溝（０７２Ａ、０８２Ａ）は、スチールボール（０７２８、０８２８）がはまった際に、選択開放管（０７２５、０８２５）の一端が、ちょうど連結口（０７２３、０８２３）の一つと連結する位置にくるよう設けられている。さらに、当該溝（０７２Ａ、０８２Ａ）の形状により、ロータ（０７２４、０８２４）がわずかに回転し過ぎた場合も、わずかに回転が足りなかった場合にも、適切に位置を修正することが可能となっている。
【００５０】
ここで、図８に示すように、ハウジング（０８２１）の排気口（０８２２）および連結口（０８２３）に、シール材としてシリコンラバー（０８２Ｂ）を埋め込み、また、ロータ（０８２４）上部に加圧用バネ（０８２Ｃ）を設けてロータ（０８２４）をハウジング（０８２１）に押し込む（図中、上から下方向）ことで、排気口（０８２２）および連結口（０８２３）と、ロータ（０８２４）に設けられた選択開放管（０８２５）との密着性を高めるようにしてもよい。これにより、液漏れを効果的に防止することができる。また、排気口（０８２２）と連結されてない他の連結口（０８２３）は、ロータ（０８２４）が押込まれることで、完全に閉止状態となる。
【００５１】
なお、図８中、ハウジング（０８２１）とロータ（０８２４）の間に配置されたスチールボール（０８２Ｄ）は、ハウジング（０８２１）とロータ（０８２４）の中心位置を揃える機能を有する。
【００５２】
<<マイクロ分注チップ（０１１０）とマイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）の関係>>
【００５３】
マイクロ分注チップ（図２参照）のサンプル分注管（０２１４）の複数の管のそれぞれは、マイクロ多分岐切換バルブチップ（図６参照）のハウジング（０６２１）に設けられた複数の連結口（０６２３）のそれぞれと連結される。そして、マイクロ多分岐切換バルブチップ（図６参照）のハウジング（０６２１）に設けられた排気口（０６２２）は大気開放しておく。
【００５４】
当該構成により、マイクロ多分岐切換バルブチップ（図６参照）のロータ（０６２４）に設けられた選択開放管（０６２５）を介して、排気口（０６２２）と繋がった連結口（０６２３）に連結されているサンプル分注管（図２：０２１４）の一つの管は、大気開放された状態となる。この際、当然に、他の連結口（０６２３）は排気口（０６２２）と繋がっていないので、当該連結口（０６２３）に連結されている管の開口端は閉止状態となる。
【００５５】
なお、マイクロ多分岐切換バルブチップ（図６参照）のすべての連結口（０６２３）に、サンプル分注管（図２：０２１４）の複数の管を連結するのでなく、一つおきにサンプル分注管（図２：０２１４）の複数の管を連結するように構成してもよい。当該構成の概念図を、図１５に示す。
【００５６】
かかる場合、マイクロ多分岐切換バルブチップのロータの回転駆動により、選択開放管（１５２５）が所定角度ずつラッチ駆動すると、選択開放管（１５２５）は、マイクロ分注チップのサンプル分注管の「一つの管と連結」→「いずれとも連結しない」→「一つの管と連結」→「いずれとも連結しない」、を繰り返すような構成となる。
【００５７】
すなわち、マイクロ分注チップのサンプル分注管は、「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」→「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」、を繰り返すような構成となる。
<<加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）>>
【００５８】
加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）は、図１に示すように、マイクロポンプ（０１３２）とポンプ選択管（０１３１）を有するよう構成されている。
<<<マイクロポンプ>>>
【００５９】
「マイクロポンプ」は、図９の概念図に示すように、逆止弁（０９３５）を備えた吸引口（０９３３）と、逆止弁（０９３５）を備えた排出口（０９３４）を備え、外部動力源（図示せず）により駆動され吸引と排出を繰り返すよう構成されている。
【００６０】
ここで、逆止弁（０９３５）の構成としては特段制限されず、例えば、図３のようなハット帽子形状の逆止弁を利用してもよい。
【００６１】
また、外部動力源としても特段制限されないが、例えば、図１６に示すような駆動ユニットで構成してもよい。図１６の駆動ユニットは、利用者が指などでホイールを回転させると、その力が、「ウォーム」→「ウォームホイール」→「カム」と伝わり、「ピストンロッド」が上下運動するよう構成されている。そして、前記ピストンロッドの上下運動により、ゴムなどで構成された膜（図９中、０９３６）が上下運動し、マイクロポンプが吸引・排出を繰り返すこととなる。
【００６２】
「ポンプ選択管」（０９３１）は、前記マイクロポンプの吸引口（０９３３）の開口端と排出口（０９３４）の開口端を、交互に、接続口（０９３８）と連結するようにラッチ駆動されるよう構成されている。ここで、前記接続口（０９３８）は、マイクロ分注チップのサンプリング導出管と繋がっている。すなわち、ポンプ選択管（０９３１）は、マイクロポンプの吸引口（０９３３）の開口端と排出口（０９３４）の開口端を、交互に、マイクロ分注チップのサンプリング導出管と繋ぐようラッチ駆動されているのと同等である。
【００６３】
当該構成は、前記で説明した「マイクロ多分岐切換バルブチップ」（図６参照）の構成を基本にし、ハウジング（０６２１）に設ける連結口（０６２３）の数（任意の設計事項）や、ロータ内に設ける「連結口（０６２３）と排気口（０６２２）をつなぐための管（０６２５）」の構成などを、適宜修正することで実現することができる。
【００６４】
具体的には、図９、１０に示すように、ロータには、同心円状に配置された１０個の連結口（０９３７、１０３７）が設けられる。当該連結口（０９３７、１０３７）は、マイクロポンプの吸引口（０９３３）、または、排出口（０９３４）と選択的に連結される。そして、１０個の連結口（０９３７、１０３７）の中の５個の連結口（０９３７、１０３７）は、５本のポンプ選択管（０９３１、１０３１）のそれぞれにより、ロータ中心に設けられた接続口（０９３８、１０３８）と繋がっている。そして、残りの５個の連結口（０９３７）は、ロータを突き抜けるように設けられた管（１０３９）により、大気開放されている。
【００６５】
図１０に示すように、前記１０個の連結口（１０３７）は、交互に、接続口（０９３８）につながったものと、大気開放されたものとが並んでいる。その結果、図９のように、マイクロポンプの吸引口（０９３３）と排出口（０９３４）を、１０個の連結口（０９３７）の中の隣り合う２つの連結口（０９３７）と繋ぐように構成している場合には、常に、マイクロポンプの吸引口（０９３３）と排出口（０９３４）のいずれかが大気開放され、いずれかがロータ中心に設けられた接続口（０９３８）と繋がることとなる。
【００６６】
参考までに、加減圧切換マイクロポンプチップの実現例を図１１に示す。なお、加減圧切換マイクロポンプチップのラッチ駆動などの原理については、マイクロ多分岐切換バルブチップと同様であるので、ここでの詳細な説明は省略する。
<<マイクロ分注チップ（０１１０）と加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）の関係>>
【００６７】
図１に示すように、加減圧マイクロポンプチップ（０１３０）のロータの中心に設けられた接続口（０１３８）は、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）に連結される。
【００６８】
よって、マイクロポンプ（０１３２）の吸引口（０１３３）がロータ中心の接続口（０１３８）と繋がっている状態でポンピングすると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は減圧状態となる。
【００６９】
一方、マイクロポンプ（０１３２）の排出口（０１３４）がロータ中心の接続口（０１３８）と繋がっている状態でポンピングすると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は加圧状態となる。
【００７０】
すなわち、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のロータを回転し、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）と連結するマイクロポンプの口（吸引口、排出口）を切り替えることで、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内の加圧状態・減圧状態を切り替えることができる。
<<サンプリング検知センサーと第一ポンプ選択管駆動部について>>
【００７１】
「サンプリング検知センサー」（０１４１）は、図１に示すように、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）の所定位置に設置され、サンプリング導出管（０１１３）の所定位置にサンプルが導入されたことを検知するよう構成されている。
【００７２】
なお、「マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）の所定位置に設置」とは、サンプリング検知センサー（０１４１）をマイクロ分注チップ（０１１０）の一部として構成することを意味したものではない。すなわち、サンプリング検知センサー（０１４１）とマイクロ分注チップ（０１１０）とは異なる構成要素であり、別々に分離し、組み立て可能な関係に構成されている。
【００７３】
ここで、サンプリング検知センサー（０１４１）が、流動体の導入を検知する手段としては特段制限されないが、本実施形態の場合には、微量な流動体の検知をも高感度で行える必要がある。よって、例えば、ＬＥＤとフォトダイオードを利用した以下のような手段であってもよい。
【００７４】
具体的には、ＬＥＤの発する光をフォトダイオードで検知するよう構成するが、流動体が管内に存在する際の管表面の屈折率の変化を利用して検知する。
【００７５】
図１２に、マイクロ流動体検知実験用チップを示す。これは、製作が容易なＰＤＭＳを用いて制作したものであって、光ファイバを１辺が３００μｍの流路に対して４５度の角度で埋め込んだ上部デバイスと、フォトダイオードを埋め込んだ下部デバイスから構成され、この２つを重ね合わせて使用する。
【００７６】
次に、検知実験結果を図１３に示す。流路内に流動体が存在しない場合、フォトダイオードに光が照射されない位置に光ファイバを設置しているため、フォトダイオードは光を検知できず、出力波形は５Ｖを示している（図１３（Ａ））。一方、流路内に流動体が存在する場合には、流路表面の屈折率が変化し、光はフォトダイオードへ屈折して検知され、出力波形は０Ｖを示した（図１３（Ｂ））。
【００７７】
前記実験結果より、当該手段を利用することにより、微量の流動体をも高感度で検知できることがわかる。
【００７８】
「第一ポンプ選択管駆動部」（図１参照：図示せず）は、サンプリング検知センサー（０１４１）でのサンプル導入の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）の前記ポンプ選択管（０１３１）をラッチ駆動するよう構成されている。
【００７９】
すなわち、第一ポンプ選択管駆動部は、サンプリング検知センサー（０１４１）がサンプル導入を検知すると、それをトリガに、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）の前記ポンプ選択管（０１３１）を、所定角度分ラッチ駆動する。具体的には、サンプリング検知センサーよりサンプル導入検知の信号を受信すると、それをトリガにソレノイドを制御し、ソレノイドのプッシュロッドを１回のストローク分だけ駆動させるように構成してもよい。
【００８０】
前記ラッチ駆動により、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）は、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のマイクロポンプの排出口（０１３４）と繋がるようにする。その結果、マイクロポンプのポンピングを継続すると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は、減圧状態から加圧状態に切り替わる。当該切替により、マイクロ分注チップ（０１１０）内における、サンプル導入管（０１１２）からサンプリング導出管（０１１３）へのサンプルの移動がストップする。
【００８１】
前記のような、「サンプリング検知センサー」と「第一ポンプ選択管駆動部」の機能的構成により、サンプリング導出管（０１１３）への『所定量分』だけのサンプル導入を実現することができる。
【００８２】
なお、前記のようにしてサンプリング導出管（０１１３）へ導入された『所定量分』のサンプルは、その後のマイクロポンプのポンピングによりマイクロ分注チップ（０１１０）の管内が加圧状態になると、サンプル分注管（０１１４）の方に押し出されることとなる。
【００８３】
図１４に前記処理の流れを表す概念図を示す。図１４（Ａ）のように、マイクロ分注チップの管内が減圧状態の際には、サンプル導入管からサンプリング導出管に流動体サンプルが移動する、そして、図１４（Ｂ）に示すように、サンプリング導出管内に移動してきた流動体サンプルが、所定位置まで移動してきたのをセンサーが感知すると、それをトリガに、マイクロ分注チップのサンプリング導出管は、加減圧切換マイクロポンプチップのマイクロポンプの排出口と繋がるようになる。その結果、マイクロポンプのポンピングを継続すると、マイクロ分注チップの管内は、減圧状態から加圧状態に切り替わる。
【００８４】
その後、マイクロ分注チップの管内が加圧状態になると、図１４（Ｃ）に示すように、減圧状態から加圧状態に切り替わった際にサンプリング導出管内に存在していた所定量の流動体サンプルが、サンプル分注管の方へ押し出されることとなる。
【００８５】
ここで、前記サンプリング検知センサー（０１４１）でのサンプル導入の検知に応じて、マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）の選択開放管（０１２５）をもラッチ駆動するよう構成してもよい。
【００８６】
具体的には、選択開放管（０１２５）のラッチ駆動により、サンプル分注管（０１１４）は、「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」→「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」を繰り返す構成（図１５参照）としておく。そして、前記サンプリング検知センサー（０１４１）でのサンプル導入の検知に応じて選択開放管（０１２５）をラッチ駆動し、サンプル分注管（０１１４）の「すべての管の開口端が閉止状態」から「一つの管のみ大気開放」するよう切り替える。
【００８７】
かかる切り替え動作と、以下で説明する分注検知センサーの検知に応じた切り替え動作により、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内が減圧状態の際には、サンプル分注管の「すべての管の開口端が閉止状態」となり、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内が加圧状態の際には、サンプル分注管（０１１４）の「一つの管のみ大気開放」する構成とすることができる。
<<分注検知センサーと第二ポンプ選択管駆動部について>>
【００８８】
「分注検知センサー」（図示せず）は、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプル分注管（０１１４）の所定位置にサンプルが分注されたことを検知するよう構成されている。その具体的構成は、前記「サンプリング検知センサー」と同様であり、配置する位置のみが異なる。なお、配置する位置は任意の設計事項であり、例えば、サンプル分注管（０１１４）の複数の管それぞれの略中心付近であってもよい。
【００８９】
「第二ポンプ選択管駆動部」（図示せず）は、分注検知センサーでのサンプル分注の検知に応じて、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）の前記ポンプ選択管（０１３１）をラッチ駆動するよう構成されている。
【００９０】
すなわち、第二ポンプ選択管駆動部は、分注検知センサーがサンプル分注を検知すると、それをトリガに、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）の前記ポンプ選択管（０１３１）を、所定角度分ラッチ駆動する。具体的には、分注検知センサーよりサンプル分注検知の信号を受信すると、それをトリガにソレノイドを制御し、ソレノイドのプッシュロッドを１回のストローク分だけ駆動させるように構成してもよい。
【００９１】
前記ラッチ駆動により、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）は、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のマイクロポンプの吸引口（０１３３）と繋がるようにする。その結果、マイクロポンプのポンピングを継続すると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は、加圧状態から減圧状態に切り替わる。当該切替により、再び、マイクロ分注チップ（０１１０）内において、サンプル導入管（０１１２）からサンプリング導出管（０１１３）へのサンプル導入が開始される。
【００９２】
ここで、前記分注検知センサーでのサンプル分注の検知に応じて、マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）の選択開放管（０１２５）をラッチ駆動するよう構成してもよい。
【００９３】
具体的には、選択開放管（０１２５）のラッチ駆動により、サンプル分注管（０１１４）は、「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」→「すべての管の開口端が閉止状態」→「一つの管のみ大気開放」を繰り返す構成（図１５参照）としておく。そして、前記分注検知センサーでのサンプル導入の検知に応じて選択開放管（０１２５）をラッチ駆動し、サンプル分注管（０１１４）の「一つの管のみ大気開放」している状態から、「すべての管の開口端が閉止状態」となるよう切り替える。
【００９４】
かかる切り替え動作と、前記サンプリング検知センサーの検知に応じた切り替え動作により、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内が加圧状態の際には、サンプル分注管の「一つの管のみ大気開放」している状態となり、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内が加圧状態の際には、サンプル分注管（０１１４）の「すべての管の開口端が閉止状態」となる構成とすることができる。
【００９５】
なお、本実施形態のマイクロ分注装置のマイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップとマイクロ分注チップとは分離・組立可能に構成されてもよい。また、サンプリング検知センサーと分注検知センサーを構成要素に含む場合には、これらも分離・組立可能に構成されてもよい。
【００９６】
このように構成することで、使用後には、流動体サンプルが導入された使用済みマイクロ分注チップのみを新しいものと交換し、マイクロ多分岐切換バルブチップと加減圧切換マイクロポンプチップ、サンプリング検知センサー、分注検知センサーは繰返し利用することが可能となる。
【００９７】
ここで、本実施形態のマイクロ分注装置を構成する、「マイクロ分注チップ」、「マイクロ多分岐切換バルブチップ」、「加減圧切換マイクロポンプチップ」は、従来技術のマイクロ光造形法などを利用して製作することができる。
<処理の流れ>
【００９８】
以下、図１を利用して、本実施形態のマイクロ分注チップの詳細の処理の流れを説明する。
【００９９】
まず、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプル分注管（０１１４）のすべての管の開口端が閉止された状態で、かつ、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）が、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のマイクロポンプの吸引口（０１３３）と繋がった状態で、マイクロポンプ（０１３２）をポンピングする。
【０１００】
すると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は減圧状態となり、サンプル導入管（０１１２）の導入口（０１１１）から流動体サンプルが吸引される。その後もマイクロポンプ（０１３２）のポンピングを継続すると、サンプル導入管（０１１２）内の流動体サンプルが、サンプリング導出管（０１１３）内に導かれる。
【０１０１】
そして、サンプリング導出管（０１１３）内の所定位置を流動体サンプルが通過したことを、サンプリング検知センサー（０１４１）が検知すると、それをトリガに、マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）の選択開放管（０１２５）と、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のポンプ選択管が、所定の角度だけラッチ駆動される。前記ラッチ駆動により、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプル分注管（０１１４）は、一つの管のみ大気開放した状態となる。また、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）は、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のマイクロポンプの排出口（０１３４）と繋がった状態となる。
【０１０２】
前記状態で、マイクロポンプ（０１３２）のポンピングを継続すると、マイクロ分注チップ（０１１０）の管内は加圧状態となり、サンプリング導出管（０１１３）内に導かれた所定量のサンプルが、サンプル分注管（０１１４）の大気開放となった管内に移動していく。そして、サンプル分注管（０１１４）内の所定位置を流動体サンプルが通過したことを、分注検知センサー（図示せず）が検知すると、それをトリガに、マイクロ多分岐切換バルブチップ（０１２０）の選択開放管（０１２５）と、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のポンプ選択管が、所定の角度だけラッチ駆動される。前記ラッチ駆動により、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプル分注管（０１１４）は、すべての管の開口端が閉止された状態となる。また、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）は、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）のマイクロポンプの吸引口（０１３４）と繋がった状態となる。
【０１０３】
その後もマイクロポンプ（０１３２）のポンピングを継続すると、前記と同様の処理を繰り返し、サンプル分注管（０１１４）の前記と異なる管内に、所定量のサンプルが注入される。
【０１０４】
なお、図１においては、マイクロ分注チップ（０１１０）のサンプリング導出管（０１１３）内に、「二股に分岐し、逆止弁を二つ設けた部分」（０１１６）が存在するが、これは、加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）と繋がるサンプリング導出管（０１１３）が長くなり（管の体積が大きくなり）、前記原理による分注の精度が落ちてしまうのを防止するため、逆止弁で、管の距離を短く分離したものである。
【０１０５】
よって、サンプリング導出管（０１１３）と加減圧切換マイクロポンプチップ（０１３０）との連結部分の距離を十分に短く構成した場合には、前記二股の部分（０１１６）は不要であり、単に、一本の管のみで構成してもよい。
<効果>
【０１０６】
本実施形態のマイクロ分注装置により、微量な試料のみを用いて無駄なく正確に計量し、目的のチップへサンプルを輸送することが可能となる。
【０１０７】
また、本装置は小型な装置であるので、携帯性に優れ、オンサイトでもリアルタイム分析が可能になり、μ−ＴＡＳの応用範囲が飛躍的に拡大することが期待される。
【０１０８】
さらに、血液検査などの携帯用ヘルスケア装置や携帯用環境分析装置など、幅広い用途への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のマイクロ分注装置の全体概念図
【図２】本発明のマイクロ分注チップの概念図
【図３】ハット帽子形状の逆止弁の概念図
【図４】ハット帽子形状の逆止弁の動作を説明する概念図
【図５Ａ】減圧状態におけるマイクロ分注チップを説明する概念図
【図５Ｂ】加圧状態におけるマイクロ分注チップを説明する概念図
【図６】マイクロ多分岐切換バルブチップの概念図
【図７】マイクロ多分岐切換バルブチップの一部の概念図
【図８】マイクロ多分岐切換バルブチップの一部の断面概念図
【図９】加減圧切換マイクロポンプチップの概念図
【図１０】加減圧切換マイクロポンプチップのロータの概念図
【図１１】加減圧切換マイクロポンプチップの一例を示す図
【図１２】マイクロ流動体検知実験用チップ
【図１３】マイクロ流動体検知実験用チップを用いた検知実験の結果
【図１４】所定量のサンプルを計量する様子を説明するための概念図
【図１５】マイクロ多分岐切換バルブチップとサンプル分注管の連結関係を説明する概念図
【図１６】マイクロポンプ駆動ユニットの一例を示す図
【図１７】本発明のマイクロ分注装置の利用イメージ
【符号の説明】
【０１１０】
０１１０    マイクロ分注チップ
０１１１    導入口
０１１２    サンプル導入管
０１１３    サンプリング導出管
０１１４    サンプル分注管
０１１５    逆止弁
０１２０    マイクロ多分岐切換バルブチップ
０１２５    選択開放管
０１３０    加減圧切換マイクロポンプチップ
０１３１    ポンプ選択管
０１３２    マイクロポンプ
０１３３    吸引口
０１３４    排出口
０１３８    接続口
【図１】
2010044006.tif 000003
【図２】
2010044006.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010044006.tif 000006
【図５Ａ】
2010044006.tif 000007
【図５Ｂ】
2010044006.tif 000008
【図６】
2010044006.tif 000009
【図７】
2010044006.tif 000010
【図８】
2010044006.tif 000011
【図９】
2010044006.tif 000012
【図１０】
2010044006.tif 000013
【図１１】
2010044006.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2010044006.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2010044006.tif 000018
【図１６】
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【図１７】
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