(57)【要約】【課題】流路と、この流路に連通し、且つこの流路内に導入する液体を貯留する駐留部を備える反応容器において、撥水のための表面処理を施すことなく、貯留部内の液体が毛細管現象により開口面への這い上がることを容易に防止する。【解決手段】流路３と、この流路３に導入される液体Ｆを貯留する貯留部２を備えた反応容器１において、この貯留部２に、段差２２を介して上方に大径部２４を形成する。この段差２２は、段差２２より下方の貯留部２に収容された液体Ｆが、段差２２より上方へ毛細管現象により這い上がらない大きさを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路と、該流路と連通し、且つ該流路内に導入される液体を貯留する貯留部を備えた反応容器であって、
前記貯留部は、上方に段差を介して大径部を有し、
前記段差は、前記段差より下方の貯留部に収容された前記液体が、前記貯留部を前記段差より上方へ毛細管現象により這い上がらないような大きさを有するものであることを特徴とする反応容器。
【請求項２】
前記段差は、水平方向に０．０５ｍｍ以上の大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の反応容器。
【請求項３】
前記貯留部を複数備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の反応容器。
【請求項４】
前記液体は、サンプルまたは試薬であり、
前記流路は、前記導入された液体を流動させるマイクロ流路であることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の反応容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な量の液体を収容する反応容器、より詳しくは、流路と、この流路に連通し、且つこの流路内に導入する液体を貯留する貯留部とを備えた反応容器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学、バイオ技術等の分野において、微細加工技術を応用して基板上にマイクロ流路が形成されたマイクロチップを用いて分析するマイクロフリューディクスという分析手法が知られている。
【０００３】
マイクロチップは、上記マイクロフリューディクスにより分析される液状のサンプル等を収容するものである。このマイクロチップ上には、サンプルからの分析対象成分の抽出（抽出工程）、化学・生化学反応を用いる分析対象成分の分析（分析工程）、分離（分離工程）および検出（検出工程）等の一連の分析工程が集積化されており、この集積化システムは、μ−ＴＡＳ（マイクロタス）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ（ラボオンチップ）等とも呼ばれている。
【０００４】
このマイクロチップは、アクリル等の樹脂材料で成型され、上記マイクロ流路と連通してサンプル等を貯留する、ウェルと称される貯留部とを備える反応容器である。このウェルの上面に開口した微細孔へプローブによりサンプル等を注入することでサンプル等をマイクロ流路内へ導入する。その後、マイクロチップには、高電圧が印加され、この高電圧の印加によりマイクロ流路内のサンプルの各組成分が電気泳動され、その泳動度の差によりサンプル内の測定対象物質が分離される。この分離された測定対象物質が試薬により識別されて検出される。
【０００５】
このような反応容器すなわちマイクロチップに供給されたサンプル等は、微細孔の壁面を濡らして毛細管現象によりウェルの微細孔壁面を這い上がり、ウェルの上面に達するおそれがあるため、特許文献１には、容器を親水性の材料で形成し、この容器のうち開口部を含む上方領域に疎水性材料による表面処理を施し、この上方領域における接触角を表面処理が施されていない下方領域の接触角よりも大きくすることにより、下方領域からの液体の這い上がりを防止する技術が提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に提案されている技術では、上記表面処理のための表面処理剤が、収容する液体与える化学的影響を考慮する必要がある。また、貯留部への精度良い表面処理は、技術的に困難であるため、表面処理が不十分となり、供給された液体が毛細管現象により貯留部の上面まで這い上がることでキャリーオーバー、コンタミネーションが発生する虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、流路と、この流路と連通し、且つこの流路内に導入する液体を貯留する貯留部を備えた反応容器に、撥水のための表面処理を施すことなく、貯留部内の液体の毛細管現象（界面張力、表面張力）等による上面への這い上がりを容易に防止できる反応容器を提供することにある。
【特許文献１】特開２００８−２８５０号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の反応容器は、流路と、この流路と連通し、且つこの流路内に導入する液体を貯留する貯留部を備えた反応容器であって、貯留部は、上方に段差を介して大径部を有し、段差は、段差より下方の貯留部に収容された液体が、貯留部を段差より上方へ毛細管現象や貯留部壁面と液体の表面張力との相互作用（以下、これらを併せて毛細管現象という。）により這い上がらないような大きさを有するものであることを特徴とする。
【０００９】
ここで、「貯留部」とは、反応容器の一部であって、毛細管現象が発生し得る程度の内径を有する部分を意味する。上記「上方に段差を介して」とは、貯留部の途中に、貯留部の半径方向に延びる段差を有するとの意味である。上記「段差より上方へ毛細管現象により這い上がらない」とは、毛細管現象によって段差を通過して貯留部の上方へ這い上がらないことを意味し、段差の直前まで這い上がる場合、段差の途中まで這い上がる場合をも含む。上記「這い上がる」とは、濡れ状態にある液体が上方へ移動することを意味する。
【００１０】
本発明の反応容器は、段差が、水平方向に０．０５ｍｍ以上の大きさを有していてもよい。
【００１１】
ここで、「大きさ」とは、貯留部の大径と内径の差を２分した値を意味する。「水平方向」とは、厳密に水平な方向に限定されず、略水平を含むものである。
【００１２】
本発明の反応容器は、貯留部を複数備えたものであってもよい。
【００１３】
本発明の反応容器は、液体がサンプルまたは試薬であり、流路が導入された液体を流動させるマイクロ流路であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように本発明の反応容器は、流路と、この流路と連通し、且つこの流路内に導入する液体を貯留する貯留部を備えており、この貯留部の上方には、段差を介した大径部があるため、段差より下方の貯留部内に収容された液体は、この段差よりも上方へ毛細管現象により這い上がらない。したがって、本発明の反応容器は、撥水のための表面処理を施すことなく、単に貯留部に段差を形成することで、貯留部内の液体が毛細管現象により貯留部の上面への這い上がることを容易に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の反応容器の実施形態について図面を用いて説明する。以下、実施形態の一例として本発明の反応容器をマイクロチップ１として説明する。図１は、マイクロチップ１が適用される分析装置の分注工程の概略構成図である。ここで、分注工程とは、分析装置に内蔵された分注装置１００により、サンプルや試薬等である液体Ｆをマイクロチップ１へ所定量分注する工程である。
【００１６】
分注装置１００について説明する。分注装置１００は、図示しないポンプ手段に配管接続された分注ノズル１０１、この分注ノズル１０１を駆動させるノズル駆動部１０２、液体Ｆの液面を検知する液面検知部１０３、この液面検知部１０３からの信号に基づいてノズル駆動部１０２を制御する制御部１０４により主に構成される。また、分注ノズル１０１は、吸引圧および吐出圧を供給する図示しないシリンジポンプと配管され、このシリンジポンプは、制御部１０４に制御されるものとする。
【００１７】
分注装置１００は、ノズル先端１０１ａより試験管等から液体Ｆを吸引し、分析装置内で位置決めされているマイクロチップ１へ液体Ｆをノズル先端１０１ａから吐出する。なお、液体Ｆとしては、臨床検査用試薬等が含まれる。
【００１８】
マイクロチップ１について説明する。図２は、マイクロチップ１の正面図、図３は、マイクロチップ１の側面図を示す。
【００１９】
マイクロチップ１について説明する。マイクロチップ１は、熱可塑性の高分子ポリマーの射出成形により製作される。使用する高分子ポリマーは、特に限定されないが、射出成形が容易なものが良く、ＣＯＰ（シクロオレフィン・ポリマー）、ＰＭＭＡ （メタクリル酸メチル樹脂）等が望ましい。
【００２０】
マイクロチップ１には、同図に示すとおり、突出した１２個のウェル２と、内部に形成された図中破線で示すマイクロ流路３とが形成れている。各ウェル２は、マイクロ流路３と連通している。また、ウェル３は、本実施形態では１１個が同一形状であり、１個が他に比較して小さい形状としている。また、マイクロ流路３は、エッチングやフォトリソグラフィー等の微細加工技術により、一例として幅３０〜１００μｍ、深さ１５〜５０μｍ程度の寸法で形成されている。
【００２１】
マイクロチップ１は、マイクロ流路３内に液体Ｆを収容する。
【００２２】
ウェル２について詳細に説明する。図４は、ウェル２の断面図を示す。本実施形態において、ウェル２を貯留部として説明する。各ウェル２は、図示しないマイクロ流路３と連通する微細孔２１が形成されている。
【００２３】
この微細孔２１は、途中に段差２２を介して段差２２より下方の小径部２３と、段差２２より上方の大径部２４を有している。小径部２３は、マイクロチップ１内に収容された液体Ｆが、その壁面を濡らして毛細管現象により上面２ａに向けて這い上がる程度の内径Ｄを有するものである。具体的に、微細孔２１の内径Ｄは、下限が０．０１ｍｍ以上、望ましくは、０．０５ｍｍ以上、より望ましくは、０．５ｍｍ以上、さらに望ましくは、１ｍｍ以上で、上限が５ｍｍ以下、望ましくは、３ｍｍ以下の範囲である。なお、微細孔２１が形成されるウェル２の外縁は、特に限定されるものではないが、強度を考慮して０．０５ｍｍ以上の幅を有することが望ましい。
【００２４】
また、段差２２は、半径方向に所定幅Ｗを有し水平である。段差２２の幅Ｗは、液体Ｆ、小径部２３の壁面２３ａの状態（性質）に応じて適宜設定されるが、その下限は、０．０５ｍｍ以上であり、望ましくは０．１３ｍｍ以上であり、より望ましくは、０．２３ｍｍ以上であり、上限は、５ｍｍ以下、望ましくは、３ｍｍ以下、より望ましくは、１ｍｍ以下である。ここで、段差２２の幅Ｗとは、大径部２４の内径から小径部２３の内径の差を２分した値である。なお、小径部２３および大径部２４ともに、製造上の便宜を図るため、抜きテーパが形成されている。
【００２５】
マイクロチップ１への分注作業について説明する。同図の中央図が示すとおり、分注ノズル１０１が液体Ｆを所定量吸引して、ウェル２の微細孔２１内の所定深さまで下降し、吸引した液体Ｆを吐出する。分注ノズル１０１は、マイクロ流路３内およびウェル２の小径部２３の所定深さまで液体Ｆを充填する。液体Ｆは、微細孔の小径部２３の半分以上の深さまで充填されることが望ましい。充填後、分注ノズル１０１は、上昇し、微細孔２１外へ移動する。その後、液体Ｆは、ウェル２の上面２ａに接するフタ体Ｒ中を貫通する通気口を通して空気を注入することにより、加圧される。なお、フタ体Ｒは、プラスチック等の硬質体であっても、ゴム等の弾性体であっても構わない。フタ体Ｒとして弾性体を用いる場合には、上記のように通気口を有する必要は無く、フタ体Ｒを直接押圧することにより、液体Ｆを加圧してもよい。上記フタ体Ｒと液体Ｆとの接触を回避するため、段差２２は、上面２ａより、通常０．５〜３ｍｍ程度、望ましくは、１ｍｍ程度離れた位置に形成される。
【００２６】
図５は、分注後の液体Ｆの推移を示す図である。マイクロチップ１内の液体Ｆは、図５の左図の示すとおり、毛細管現象により微細孔２１内をウェル２の上面２ａに向けて這い上がる。前述のとおり、ウェル２の上面２ａはフタ体Ｒにより加圧されるため、液体Ｆが上面２ａまで這い上がるとコンタミネーション等が発生する虞がある。そのため、液体Ｆの容量は、小径部２３の容量の９０パーセント以下、望ましくは、８０パーセント以下である。
【００２７】
ここで、小径部２３の壁面２３ａが親水性材料である場合、液体Ｆは、壁面２３ａにおいて濡れの状態となる。壁面２３ａ近傍の液体Ｆは、両端が壁面２３ａに対して角度γを有して高くなり、表面張力により液面が縮まる方向に力が作用する。これにより液体Ｆが壁面２３ａを上記表面張力と這い上がる液体Ｆの重さが釣り合う高さまで這い上がる。したがって、小径部２３の内径Ｄが小さいほど液体Ｆは壁面２３ａを這い上がる。
【００２８】
ここで、液体Ｆがその接触する面において、濡れの状態にあるか、撥水の状態にあるかは、接触角Ｂにより判断される。接触角度Ｂは、液体Ｆの密度等の物性および接触する面の特性により決定される。図６は、液体Ｆの接触角Ｂを示す模式図である。
【００２９】
接触角Ｂは、同図に示すとおり、０度を超えて９０度未満の場合に、液体Ｆは、接触する面において濡れの状態であり、接触角Ｂが９０度を超える場合に、液体Ｆは、接触する面において撥水の状態である。
【００３０】
段差２２の作用について説明する。再び図５を参照する。図５の右図は、液体Ｆが段差２２の直前まで達した状態を示す図である。壁面２３ａにおいて角度γを有して毛細管現象により這い上がる液体Ｆが、図中の矢印が示すように、水平方向に所定の幅Ｗを有する段差２２の小径部２３側の縁２２ａを越えて、段差２２において濡れの状態となるためには、液体Ｆの角度γに、段差２２の図中の角度αで示す略９０度が加算される。このため、液体Ｆの角度γが９０度を超える状態となる必要があり、液体Ｆは、段差２２において撥水の状態となるため液体Ｆの這い上がりは、段差２２で停止する。したがって、段差２２と小径部２３の壁面２３ａの角度に関わらず、壁面２３ａの延長線と段差２２の面とで形成される角度αと液体Ｆの接触角γにおいて、α＋γが９０度を越えるように設定されればよい（但し、γ＜９０度）。より具体的には、段差２２が、水平または微細孔２１の内側に向かって下り勾配を有する場合には、α＋γが９０度を越えるように設定されれば、液体Ｆの這い上がりは、段差２２で停止する。また、段差２２が、微細孔２１の外側に向かって下り勾配を有する場合にも、α＋γが９０度を越えるように設定されればよいが、αが９０度以上となるようにするのが望ましい。なお、角度αは、特に限定されないが、８０〜１００度程度であり、望ましくは、８５〜９５度、より望ましくは、８５〜８７度である。
【００３１】
図７は、小径部２３の内径Ｄが１．７ｍｍ、幅Ｗが０．１３ｍｍの水平方向の段差２２を有する微細孔２１内の液体Ｆの這い上がりを示すものである。液体Ｆの分注量は、１４μＬである。
【００３２】
左図は、分注後１０秒経過後の液体Ｆの経時変化、右図は、分注後１２０秒経過後の液体Ｆの経時変化を示すものである。同図に示すとおり、いずれの場合も液体Ｆは、段差２２の手前で這い上がりが防止されている。
【００３３】
段差２２の大きさは、前述のとおり、液体Ｆの密度、壁面２３ａの状態により決定されため、上記寸法は。特に限定するものではない。上記寸法は、液体Ｆ、壁面２３ａに応じて適宜決定される。
【００３４】
マイクロチップ１のウェル２は、上方に段差２２を介して大径部２４を有するため、小径部２３に充填され、毛細管現象により小径部２３の壁面２３ａを這い上がる濡れ状態の液体Ｆが、この段差２２を越えるために撥水の状態となる必要があるため、壁面２３ａを這い上がる液体Ｆは、段差２２で停止する。すなわち、ウェル２に表面処理を施すことなく、単に段差２２を形成することで容易に液体Ｆの上面２ａへの這い上がりを防止できる。
【００３５】
なお、本実施形態においては、本発明にかかる容器を一例としてマイクロチップ１として説明したが、限定されるものではない。たとえば、ウェル２の代わりに、上述したようなマイクロチップ形成に用いられる材質の適当な板状物に上述した微細孔２１のような形状の微細孔を形成されたものも含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】マイクロチップ１への分注工程における概略構成図
【図２】マイクロチップ１の正面図
【図３】マイクロチップ１の側面図
【図４】ウェル４の断面図
【図５】液体Ｆの推移を示す模式図
【図６】液体Ｆの接触角Ｂの模式図
【図７】段差２２の効果を示す図
【符号の説明】
【００３７】
Ｂ    接触角
Ｆ    液体、サンプル、試薬
Ｒ    フタ体
１    マイクロチップ
２    駐留部、ウェル
３    流路、マイクロ流路
２１  微細孔
２２  段差
２３  壁面
２４  大径部
【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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