(57)【要約】  異なる液体を直列に接触させ、その前後を空気で挟んで混合流路内を一方向に送液することで、混合流路の壁面のせん断力と液体と空気との界面の表面張力とによる動きを利用して液体を混合することができるので、異なる液体を効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。
2009008236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる液体が貯留される複数の液体貯留部と、
複数の前記液体貯留部の下流に連通し、複数の前記液体貯留部に貯留された前記異なる液体を混合する混合流路とを備えたマイクロ検査チップの液体混合方法において、
前記異なる液体を直列に接触させて前記混合流路に導入する液体導入工程と、
前記混合流路に導入された直列に接触した前記異なる液体の前後を空気で挟み、前記混合流路内で一方向に送液して混合する混合工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合方法。
【請求項２】
複数の前記液体貯留部は直列に連通され、最下流の前記液体貯留部と前記混合流路とが連通されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。
【請求項３】
複数の前記液体貯留部は並列に配置され、複数の前記液体貯留部の各々が前記混合流路に連通されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。
【請求項４】
前記混合流路は、均一な流路幅を持つことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。
【請求項５】
前記混合流路は、流路幅の広い広流路部と流路幅の狭い狭流路部とが交互に連なっていることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法を用いて液体を混合するマイクロ検査チップと、
前記異なる液体を送液するマイクロポンプとを備えたことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置に関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化した分析用チップが開発されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に、遺伝子検査に見られるように煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化に優れた分析用チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とするので、その恩恵は多大と言える。【０００４】
各種の分析、検査では、これらの分析用チップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法を本発明の発明者らはすでに提案している（例えば、特許文献２〜４参照）。【０００５】
上記のような分析用チップ（以下、マイクロ検査チップと言う）では、複数の試薬を混合した混合試薬と試料との反応を行うことができることが望ましい。そのために、マイクロ検査チップでは、一つのチップ内で試薬同士の混合、試薬と試料との混合など、各種の混合操作が必要となる。そこで、２つの液体貯留部から２種類の液体をＹ字型の流路を介して混合流路に流し込んで混合する方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２０９９号公報
【特許文献３】特開２００４−１０８２８５号公報
【特許文献４】特開２００４−２７０５３７号公報
【特許文献５】米国特許第６７４３３９９号明細書
【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５で提案された方法では、Ｙ字型流路を介して混合流路に流れ込んだ２種類の液体は、混合流路内を層流となって流れるために容易には混合せず、混合流路の長さを非常に長くしないと混合されない。そのために、混合流路がマイクロ検査チップ上に大きな面積を占め、マイクロ検査チップの小型化やコストダウンの阻害要因となる。また、液体を長い距離送液する必要があるので、送液用のマイクロポンプへの負荷も大きい。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、異なる液体を効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。【０００９】
１．異なる液体が貯留される複数の液体貯留部と、
複数の前記液体貯留部の下流に連通し、複数の前記液体貯留部に貯留された前記異なる液体を混合する混合流路とを備えたマイクロ検査チップの液体混合方法において、
前記異なる液体を直列に接触させて前記混合流路に導入する液体導入工程と、
前記混合流路に導入された直列に接触した前記異なる液体の前後を空気で挟み、前記混合流路内で一方向に送液して混合する混合工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体混合方法。【００１０】
２．複数の前記液体貯留部は直列に連通され、最下流の前記液体貯留部と前記混合流路とが連通されていることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。【００１１】
３．複数の前記液体貯留部は並列に配置され、複数の前記液体貯留部の各々が前記混合流路に連通されていることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。【００１２】
４．前記混合流路は、均一な流路幅を持つことを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。【００１３】
５．前記混合流路は、流路幅の広い広流路部と流路幅の狭い狭流路部とが交互に連なっていることを特徴とする１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法。【００１４】
６．１乃至５の何れか１項に記載のマイクロ検査チップの液体混合方法を用いて液体を混合するマイクロ検査チップと、
前記異なる液体を送液するマイクロポンプとを備えたことを特徴とする検査装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、異なる液体を直列に接触させ、その前後を空気で挟んで混合流路内を一方向に送液することで、混合流路の壁面のせん断力と液体と空気との界面の表面張力とによる動きを利用して液体を混合することができるので、異なる液体を効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第１の実施の形態を示す模式図（１／２）である。
【図３】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第１の実施の形態を示す模式図（２／２）である。
【図４】本発明において液体が混合される原理を説明するための、混合流路内部での液体の流れを示す模式図である。
【図５】異なる液体が直列に接触している場合の、混合流路内部での液体の流れを示す模式図である。
【図６】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第２の実施の形態を示す模式図（１／３）である。
【図７】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第２の実施の形態を示す模式図（２／３）である。
【図８】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第２の実施の形態を示す模式図（３／３）である。
【図９】本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第３の実施の形態を示す模式図である。
【図１０】マイクロポンプの構成の１例を示す模式図である。
【図１１】撥水バルブの構造と動作について説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  検査装置
１００  マイクロ検査チップ
１０１  空気流路
１０１ａ  空気流路
１０１ｂ  空気流路
１０３ａ  空気抜き細管
１０３ｂ  空気抜き細管
１１１  液体貯留部
１１３  液体充填口
１１３ａ  接続部
１１５  充填口封止部材
１２１  液体貯留部
１２３  液体充填口
１２３ａ  接続部
１２５  充填口封止部材
１３１  混合流路
１３３  合流部
１３５  混合流路
１３５ａ  （混合流路の）広流路部
１３５ｂ  （混合流路の）狭流路部
１４１  撥水バルブ
１４１ａ  撥水バルブ
１４１ｂ  撥水バルブ
１４３  撥水バルブ
１４３ａ  撥水バルブ
１４３ｂ  撥水バルブ
１４５  撥水バルブ
１４５ａ  撥水バルブ
１４５ｂ  撥水バルブ
１４７ａ  液体流路
１４７ｂ  液体流路
１５１  空気
１５３  液体
１５５  液体
２１０  マイクロポンプユニット
２１１  マイクロポンプ
２１１ａ  マイクロポンプ
２１１ｂ  マイクロポンプ
２１３  チップ接続部
２１５  駆動液タンク
２１６  駆動液
２１７  駆動液供給部
２３０  加熱冷却ユニット
２３１  冷却部
２３３  加熱部
２５０  検出部
２５１  発光ダイオード（ＬＥＤ）
２５３  受光素子（ＰＤ）
２７０  駆動制御部
４０１  上側基板
４０２  基板
４０３  振動板
４０４  圧電素子
４０５  加圧室
４０６  第１流路
４０７  第２流路
４０８  第１液室
４０９  第２液室
４７１  シリコン基板
４７２  ポート
４７３  ポート
４７４  基板
５０１  撥水バルブ
５１１  送液制御通路
５２１  上流側流路
５２３  下流側流路
５３１  流路壁
５４１  液体
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。【００１９】
まず、本発明における検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明における検査装置の１例を示す模式図である。【００２０】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、マイクロポンプユニット２１０、加熱冷却ユニット２３０、検出部２５０および駆動制御部２７０等で構成される。マイクロポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内の検体や試薬の送液を行う。加熱冷却ユニット２３０は、マイクロ検査チップ１００内の反応の促進および抑制のために、検体、試薬およびその混合液等の加熱および冷却を行う。検出部２５０は、マイクロ検査チップ１００内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を検出する。駆動制御部２７０は、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。【００２１】
マイクロポンプユニット２１０は、マイクロポンプ２１１、チップ接続部２１３、駆動液タンク２１５および駆動液供給部２１７等で構成される。マイクロポンプ２１１は、空気の送出あるいは駆動液２１６の送液を行うことで、マイクロ検査チップ１００内の試薬や試料の送液を行う。チップ接続部２１３は、マイクロポンプ２１１とマイクロ検査チップ１００とを接続する。【００２２】
駆動液タンク２１５は、駆動液２１６を用いる場合に、送液のための駆動液２１６を供給する。駆動液供給部２１７は、駆動液２１６を用いる場合に、駆動液タンク２１５からマイクロポンプ２１１に駆動液２１６を供給する。駆動液タンク２１５は、駆動液２１６の補充のために駆動液供給部２１７から取り外して交換可能である。マイクロポンプ２１１上には１個または複数個のポンプが形成されており、複数個の場合は、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。【００２３】
加熱冷却ユニット２３０は、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成される。冷却部２３１はペルチエ素子等で構成される。加熱部２３３は、ヒータ等で構成される。もちろん、加熱部もペルチエ素子で構成してもよい。検出部２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２５１および受光素子（ＰＤ）２５３等で構成され、マイクロ検査チップ内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を光学的に検出する。【００２４】
マイクロ検査チップ１００は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、そこに微細加工技術によりその幅および高さが数μｍ〜数百μｍのレベルの微細な流路を形成したものである。マイクロ検査チップ１００のサイズおよび形状は、通常、縦横が数十ｍｍ、厚さが数ｍｍ程度の板状である。【００２５】
マイクロ検査チップ１００とマイクロポンプ２１１とはチップ接続部２１３で接続されて連通され、マイクロポンプ２１１が駆動されることにより、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている各種試薬や検体が、マイクロポンプ２１１からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に流入する空気あるいは駆動液２１６により送液される。【００２６】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第１の実施の形態について、図２乃至図５を用いて説明する。図２および図３は、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第１の実施の形態を示す模式図である。【００２７】
図２において、マイクロ検査チップ１００は、空気流路１０１、液体貯留部１１１、液体貯留部１２１および混合流路１３１等で構成されている。空気流路１０１の下流には、撥水バルブ１４１を介して液体貯留部１１１が連通されている。同様に、液体貯留部１１１の下流には、撥水バルブ１４３を介して液体貯留部１２１が連通され、液体貯留部１２１の下流には、撥水バルブ１４５を介して混合流路１３１が連通されている。つまり、液体貯留部１１１と１２１とが直列に連通され、下流側の液体貯留部１２１と混合流路１３１とが連通されている。空気流路１０１および混合流路１３１には空気が入っている。本第１の実施の形態では混合流路１３１は均一な流路幅を持つ。【００２８】
液体貯留部１１１および液体貯留部１２１には、それぞれ液体充填口１１３および１２３が設けられている。最初に、液体充填口１１３から液体貯留部１１１内に液体１５３が注入されると、液体１５３は液体貯留部１１１内に流入し、撥水バルブ１４１および撥水バルブ１４３まで満充填されて停止する。液体貯留部１１１の上流側と下流側の両方に撥水バルブを設けることで、液体１５３を定量して注入する必要がなく、適度な量を液体充填口１１３から注入すれば、液体貯留部１１１内に満充填される。【００２９】
液体１５３の充填完了後、同様にして液体充填口１２３から液体貯留部１２１内に液体１５５が注入され、液体貯留部１２１内に満充填されて停止する。充填完了後、液体充填口１１３および１２３は、例えば粘着シート等からなる充填口封止部材１１５および１２５によって封止される。【００３０】
なお、液体充填時に、撥水バルブ１４３内に空気１５１が残留するように液体１５３および液体１５５を充填すると、液体１５３と液体１５５とが空気１５１で分離されるために、液体１５３と液体１５５とが接触して混合して劣化する等の問題が発生せず、液体充填状態で長期間保存したりする場合に有利である。【００３１】
図３において、空気流路１０１の上流からは、チップ接続部２１３（図示せず）を介してマイクロポンプ２１１によって送出された空気１５１が送り込まれてくる。ここで使用されるマイクロポンプ２１１は、空気を送出できるものであればよい。液体１５３と液体１５５とは、空気１５１の圧力Ｐによって、撥水バルブ１４５を越えて混合流路１３１内に直列に接触した状態で送液される（液体導入工程）。【００３２】
液体充填口１１３と第１液体貯留部１１１との接続部１１３ａおよび液体充填口１２３と第２液体貯留部１２１との接続部１２３ａとの流路幅がある程度以上広ければ、液体充填口１１３および液体充填口１２３内にある液体１５３および液体１５５も空気１５１に置換されて下流へと送液される。【００３３】
液体１５３と液体１５５の前後は空気１５１で挟まれている。ここでは液体１５３と液体１５５の前後を挟んで送液するのは「空気１５１」として述べているが、事前に充填された、あるいはマイクロポンプ２１１から送出される窒素や不活性ガス等の「気体」であってもよい。【００３４】
この状態で、マイクロポンプ２１１によって送出される空気によって送液が継続されることで、液体１５３と液体１５５とが混合流路１３１内で混合され、均一な混合液となる（混合工程）。【００３５】
ここでは２種類の液体１５３と液体１５５を混合する例を示したが、３種類以上の液体を混合する場合には、液体貯留部を必要な数だけ直列に連通すればよい。【００３６】
また、本第１の実施の形態では、送液は空気１５１によって行われるとしたが、後述する第２の実施の形態と同様に、空気１５１を介して駆動液２１６によって送液されてもよい。【００３７】
図４は、本発明において液体が混合される原理を説明するための、混合流路内部での液体の流れを示す模式図である。【００３８】
図４において、混合流路１３１内に導入された液体１５３は、図の上部からの空気１５１の圧力Ｐによって押されて図の下方に移動される。この時、液体１５３の混合流路１３１の壁面１３１ａに接する部分は、壁面１３１ａのせん断力によってほとんど移動せず、混合流路１３１の中央部付近の液体１５３は高速で移動する。【００３９】
また、液体１５３の先端側界面１５３ａでは、界面の表面張力の作用によって液体１５３の中央部から周辺部に向けた流れが生じ、同様に、液体１５３の後端側界面１５３ｂでは界面の表面張力の作用によって液体１５３の周辺部から中央部に向けた流れが生じる。結果として、液体１５３の先端部では中央部から壁面１３１ａに液体１５３を押しつけるようにして先端側界面１５３ａが図の下方に進み、液体１５３の後端部では壁面から中央部に向けて液体１５３を剥がすようにして後端側界面１５３ｂが図の下方に進む。液体１５３全体としては、中央部と周辺部とで渦を巻くような動きとなる。【００４０】
図５は、異なる液体が直列に接触している場合の、混合流路内部での液体の流れを示す模式図で、図５（ａ）から図５（ｃ）へと混合が進む状態を示してある。【００４１】
図５（ａ）において、液体１５３と液体１５５とは、図３で述べたように、混合流路１３１内に直列に接触した状態で送液される。液体１５３と液体１５５の前後は空気１５１で挟まれ、図の上側から空気の圧力Ｐによって送液される。【００４２】
図５（ｂ）において、図４に示した原理によって、液体１５５の混合流路１３１の壁面近傍部分は送液によって移動せず、液体１５３の中央部は高速で移動するため、液体１５５の中央部に液体１５３が流入する。【００４３】
図５（ｃ）において、さらに送液が進むと、液体１５３と液体１５５の順序が逆転し、液体１５３の中央部に液体１５５が流入し始める。このようにして、液体１５３と液体１５５とが渦を巻くようにして混じり合い、混合が進む。本発明の発明者らの検討によれば、混合流路１３１内での液体１５３と液体１５５の全長の３〜４倍の距離を送液することで、完全に混合することが可能であることが分かっている。【００４４】
以上に述べたように、本第１の実施の形態によれば、液体貯留部１１１と１２１とを混合流路１３１に直列に連通させて、液体１５３と１５５とを直列に接触させ、その前後を空気１５１で挟んで混合流路１３１内を一方向に送液することで、混合流路１３１の壁面のせん断力と、液体１５３および１５５と空気１５１との界面の表面張力とによる動きを利用して液体１５３と１５５とを効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。【００４５】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第２の実施の形態について、図６乃至図８を用いて説明する。図６乃至図８は、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第２の実施の形態を示す模式図である。【００４６】
図６において、マイクロ検査チップ１００は、空気流路１０１ａおよび１０１ｂ、液体貯留部１１１、液体貯留部１２１、液体流路１４７ａ、液体流路１４７ｂ、合流部１３３および混合流路１３１等で構成されている。【００４７】
空気流路１０１ａの途中には、空気抜きのための空気抜き細管１０３ａが設けられている。同様に、空気流路１０１ｂの途中には、空気抜きのための空気抜き細管１０３ｂが設けられている。空気流路１０１ａの下流には、撥水バルブ１４１ａを介して液体貯留部１１１が連通されている。同様に、空気流路１０１ｂの下流には、撥水バルブ１４１ｂを介して液体貯留部１２１が連通されている。【００４８】
液体貯留部１１１の下流には、撥水バルブ１４３ａを介して液体流路１４７ａが連通され、液体貯留部１２１の下流には、撥水バルブ１４３ｂを介して液体流路１４７ｂが連通されている。液体流路１４７ａおよび液体流路１４７ｂの下流には、撥水バルブ１４５ａおよび１４５ｂを介して合流部１３３がＹ字型に連通され、そのまま混合流路１３１へと繋がっている。つまり、液体貯留部１１１と１２１とが並列に配置され、その各々が混合流路１３１に連通されている。本第２の実施の形態では混合流路１３１は均一な流路幅を持つ。【００４９】
液体貯留部１１１および液体貯留部１２１には、それぞれ液体充填口１１３および１２３が設けられている。液体充填口１１３および１２３から液体貯留部１１１および１２１内に液体１５３および１５５が注入されると、液体１５３および１５５は液体貯留部１１１および１２１内に流入し、撥水バルブ１４１ａ、１４１ｂおよび撥水バルブ１４３ａ、１４３ｂまで満充填されて停止する。【００５０】
液体貯留部１１１および１２１の上流側と下流側の両方に撥水バルブを設けることで、液体１５３および１５５を定量して注入する必要がなく、適度な量を液体充填口１１３および１２３から注入すれば、液体貯留部１１１内に満充填される。液体１５３および１５５の充填完了後、液体充填口１１３および１２３は、例えば粘着シート等からなる充填口封止部材１１５および１２５によって封止される。【００５１】
この状態で、空気流路１０１ａ、１０１ｂおよび混合流路１３１には空気１５１が入っている。次に、空気流路１０１ａおよび１０１ｂの上流から、チップ接続部２１３（図示せず）を介してマイクロポンプ２１１ａおよび２１１ｂから駆動液２１６が送り込まれる。ここでは、図１０に示すマイクロポンプ２１１が使用可能である。【００５２】
駆動液２１６は、空気抜き細管１０３ａおよび１０３ｂから空気１５１を外部に排出しながら空気流路１０１ａおよび１０１ｂ内を進む。駆動液２１６が空気抜き細管１０３ａおよび１０３ｂの位置まで到達すると、空気流路１０１ａおよび１０１ｂには、空気抜き細管１０３ａおよび１０３ｂの位置から撥水バルブ１４１ａおよび１４１ｂの位置までの定量の空気１５１が貯留されたことになる。図６は、この状態を示す。【００５３】
続いて、マイクロポンプ２１１ａおよび２１１ｂから駆動液２１６が送り込まれることで、液体１５３および１５５は、液体貯留部１１１および１２１から撥水バルブ１４３ａおよび１４３ｂを介して、液体流路１４７ａおよび１４７ｂ内の空気１５１を合流部１３３および混合流路１３１に排出しながら、液体流路１４７ａおよび１４７ｂに流入する。液体１５３および１５５が撥水バルブ１４５ａおよび１４５ｂの位置まで送液されたところで、マイクロポンプ２１１ａおよび２１１ｂによる送液は一度停止される。【００５４】
図７において、まずマイクロポンプ２１１ａによって空気流路１０１ａに駆動液２１６が送液されることで、液体貯留部１１１から液体流路１４７ａに送液されていた液体１５３が、空気１５１に押されて、撥水バルブ１４５ａおよび合流部１３３を介して混合流路１３１に送液される。液体１５３が全て合流部１３３に送液されたところでマイクロポンプ２１１ａによる送液は一度停止される。【００５５】
続いて、マイクロポンプ２１１ｂによって空気流路１０１ｂに駆動液２１６が送液されることで、液体貯留部１２１から液体流路１４７ｂに送液されていた液体１５５が、空気１５１に押されて、撥水バルブ１４５ｂおよび合流部１３３を介して混合流路１３１に送液される（液体導入工程）。図７は、液体１５５が混合流路１３１に送液されている状態を示す。【００５６】
本第２の実施の形態では、第１の実施の形態とは異なり、液体充填口１１３ａと液体貯留部１１１との接続部１１３ａ、および液体充填口１２３と液体貯留部１２１との接続部１２３ａの流路幅は撥水バルブのように狭くなっているために、液体充填口１１３および液体充填口１２３内にある液体１５３および液体１５５は空気１５１および駆動液２１６に置換されることはなく、そのまま残留する。【００５７】
また、本第２の実施の形態では、送液は駆動液２１６によって行われるとしたが、第１の実施の形態と同様に、空気１５１によって送液されてもよい。【００５８】
図８において、液体１５５が全て合流部１３３に送液されたところで、マイクロポンプ２１１ａと２１１ｂの両方（図８の状態）またはどちらか一方が送液を行うことで、混合流路１３１内の液体１５５の後ろに空気１５１が送り込まれる。これによって、混合流路１３１内には、空気１５１、液体１５３、液体１５５、空気１５１が直列に繋がった状態、即ち図３に示した混合流路１３１内と同じ状態を作り出すことができる。【００５９】
以後、マイクロポンプ２１１ａと２１１ｂの両方またはどちらか一方によって一方向に送液されることで、図４および図５で説明したように、混合流路１３１内で液体１５３と液体１５５とが混合される（混合工程）。【００６０】
ここでは２種類の液体１５３と液体１５５を混合する例を示したが、３種類以上の液体を混合する場合には、空気流路と液体貯留部を必要な数だけ並列に配置し、その各々を液体流路を介して合流部に連通させればよい。【００６１】
以上に述べたように、本第２の実施の形態によれば、液体貯留部１１１と１２１とを並列に配置し、その各々を液体流路１４７ａおよび１４７ｂを介して混合流路１３１に連通させ、液体１５３と１５５とを順次送液することで直列に接触させ、その前後を空気１５１で挟んで混合流路１３１内を一方向に送液することで、混合流路１３１の壁面のせん断力と、液体１５３および１５５と空気１５１との界面の表面張力とによる動きを利用して液体１５３と１５５とを効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。【００６２】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第３の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、本発明におけるマイクロ検査チップの液体混合方法の第３の実施の形態を示す模式図で、上述した第１および第２の実施の形態に適用可能な混合流路の別例である。【００６３】
図９において、混合流路１３５は、流路幅の広い広流路部１３５ａと流路幅の狭い狭流路部１３５ｂとが交互に連なった形をしている。広流路部１３５ａの容積は、液体１５３の容積と液体１５５の容積との和と同等程度が望ましい。【００６４】
上述した第１および第２の実施の形態と同様に、液体１５３と液体１５５とが直列に繋がった状態で、混合流路１３５内に液体１５３と液体１５５とを送液すると、図４および図５で説明した液体内の渦がより大きく強くなり、液体１５３と液体１５５とが、より容易に混合される（混合工程）。【００６５】
上述したように、第１および第２の実施の形態に示した均一な流路幅の混合流路１３１では、混合流路１３１内での液体１５３と液体１５５の全長の３〜４倍の距離を送液することで、完全に混合することが可能である。本発明の発明者らの検討によれば、本例のように流路幅の異なる混合流路１３５を用いれば、均一な流路幅の混合流路１３１の約１／２の距離を送液することで、液体１５３と液体１５５とを完全に混合することが可能である。【００６６】
以上に述べたように、本第３の実施の形態によれば、混合流路１３５を流路幅の広い広流路部１３５ａと流路幅の狭い狭流路部１３５ｂとが交互に連なった形にすることで、混合流路１３５内に液体１５３と液体１５５とを直列に接触させて一方向に送液するだけで、液体１５３と液体１５５とを効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。【００６７】
次に、上述した第２の実施の形態に用いられるマイクロポンプ２１１の１例について、図１０を用いて説明する。マイクロポンプ２１１は、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できるが、圧電素子を駆動源とするピエゾポンプを用いることが好適である。図１０は、マイクロポンプ２１１の構成の１例を示す模式図で、図１０（ａ）はピエゾポンプの１例を示した断面図、図１０（ｂ）はその上面図、図１０（ｃ）はピエゾポンプの他の例を示した断面図である。【００６８】
図１０（ａ）および（ｂ）において、マイクロポンプ２１１は、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９が形成された基板４０２、基板４０２上に積層された上側基板４０１、上側基板４０１上に積層された振動板４０３、振動板４０３の加圧室４０５と対向する側に積層された圧電素子４０４と、圧電素子４０４を駆動するための図示しない駆動部とが設けられている。駆動部と圧電素子４０４の両面上の２つの電極とは、フレキシブルケーブル等による配線で接続されており、該配線を通じて駆動部の駆動回路により圧電素子４０４に駆動電圧を印加する構成となっている。【００６９】
１例として、基板４０２として、厚さ５００μｍの感光性ガラス基板を用い、深さ１００μｍに達するまでエッチングを行なうことにより、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９を形成している。第１流路４０６は幅を２５μｍ、長さを２０μｍとしている。また、第２流路４０７は幅を２５μｍ、長さを１５０μｍとしている。【００７０】
ガラス基板である上側基板４０１を基板４０２上に積層することにより、第１液室４０８、第１流路４０６、第２液室４０９および第２流路４０７の上面が形成される。上側基板４０１の加圧室４０５の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。【００７１】
上側基板４０１の上面には、厚さ５０μｍの薄板ガラスからなる振動板４０３が積層され、その上に、例えば厚さ５０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックス等からなる圧電素子４０４が積層され貼付されている。駆動部からの駆動電圧により、圧電素子４０４とこれに貼付された振動板４０３が振動し、これにより加圧室４０５の体積が増減する。【００７２】
第１流路４０６と第２流路４０７とは、幅および深さが同じで、長さが第１流路４０６よりも第２流路４０７の方が長くなっており、第１流路４０６では、差圧が大きくなると流路の出入り口およびその周辺で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第２流路４０７では流路の長さが長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第１流路４０６に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。すなわち、差圧の大小によって第１流路４０６と第２流路４０７との液体の流れ易さの関係が変化する。これを利用して、圧電素子４０４に対する駆動電圧波形を制御して送液を行っている。【００７３】
例えば、圧電素子４０４に対する駆動電圧により、加圧室４０５の内方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させ、次いで加圧室４０５から外方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させると、流体は加圧室４０５から第２液室４０９の方向（図１０（ａ）のＢ方向）へ送液される。【００７４】
逆に、加圧室４０５の外方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させ、次いで加圧室４０５から内方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させると、流体は加圧室４０５から第１液室４０８の方向（図１０（ａ）のＡ方向）へ送液される。【００７５】
なお、第１流路４０６と第２流路４０７における差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。【００７６】
上記のように構成されたマイクロポンプ２１１によれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。図１０（ａ）（ｂ）には図示されていないが、第１液室４０８には駆動液タンク２１５につながるポートが設けられており、第１液室４０８は「リザーバ」の役割を演じ、ポートで駆動液タンク２１５から駆動液の供給を受けている。第２液室４０９はマイクロポンプユニット２１０の流路を形成し、その先にチップ接続部２１３があり、マイクロ検査チップと繋がる。【００７７】
図１０（ｃ）において、マイクロポンプ２１１は、シリコン基板４７１、圧電素子４０４、基板４７４および図示しないフレキシブル配線で構成される。シリコン基板４７１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングにより加圧室４０５、ダイヤフラム４０３、第１流路４０６、第１液室４０８、第２流路４０７、および第２液室４０９が形成されている。【００７８】
基板４７４には、第１液室４０８の上部にポート４７２が、第２液室４０９の上部にポート４７３がそれぞれ設けられており、例えばこのマイクロポンプ２１１をマイクロ検査チップ１００と別体とする場合には、ポート４７３を介してマイクロ検査チップ１００のポンプ接続部と連通させることができる。例えば、ポート４７２、４７３が穿孔された基板４７４と、マイクロ検査チップ１００のポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、マイクロポンプ２１１をマイクロ検査チップ１００に接続することができる。【００７９】
また、上述したように、マイクロポンプ２１１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであるため、１枚のシリコン基板上に複数のマイクロポンプ２１１を形成することも可能である。この場合、マイクロ検査チップ１００と接続するポート４７３の反対側のポート４７２には、駆動液タンク２１５が接続されていることが望ましい。マイクロポンプ２１１が複数個ある場合、それらのポート４７２は、共通の駆動液タンク２１５に接続されていてもよい。【００８０】
上述したマイクロポンプ２１１は、小型で、マイクロポンプ２１１からマイクロ検査チップ１００までの配管等によるデッドボリュームが小さく、圧力変動が少ないうえに瞬時に正確な吐出圧力制御が可能なことから、駆動制御部２７０での正確な送液制御が可能である。【００８１】
本発明の各実施の形態におけるマイクロ検査チップ１００では、液体貯留部１１１および１２１の上流側と下流側の両方等に撥水バルブを設けている。ここで、撥水バルブの構造と動作について、図１１を用いて説明する。図１１は、撥水バルブの構造と動作について説明するための模式図で、図１１（ａ）は液体の送液が撥水バルブで遮断されている状態を、図１１（ｂ）は撥水バルブを越えて送液されている状態を示す。【００８２】
図１１（ａ）において、撥水バルブ５０１は、細径の送液制御通路５１１で構成されている。送液制御通路５１１とは、その断面積Ｓ１（送液方向に対して垂直な断面の断面積）が、上流側流路５２１の断面積Ｓ２および下流側流路５２３の断面積Ｓ３よりも小さい細流路である。【００８３】
流路壁５３１がプラスチック樹脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、上流側流路５２１内に充填された液体５４１は、弱い送液圧力Ｐ１（例えば３ｋＰａ程度）で送液制御通路５１１内に流入し、送液制御通路５１１と下流側流路５２３との境界部の流路壁５３１との表面張力の差によって、下流側流路５２３へ通過することが規制される。【００８４】
図１１（ｂ）において、下流側流路５２３へ液体５４１を流出させる際には、マイクロポンプ（図示せず）によって所定圧力以上の送液圧力Ｐ２（例えば１０ｋＰａ程度）を加え、これによって表面張力に抗して液体５４１を送液制御通路５１１から下流側流路５２３へ押し出す。液体５４１が下流側流路５２３へ流出した後は、液体５４１の先端部を下流側流路５２３へ押し出すのに要した送液圧力Ｐ２を維持せずとも、液体５４１が下流側流路５２３へ流れていく。【００８５】
すなわち、上流側流路５２１から下流側流路５２３への正方向への送液圧力が、所定圧力Ｐ２に達するまでは送液制御通路５１１から先への液体５４１の通過が遮断され、所定圧力Ｐ２以上の送液圧力が加わることにより、液体５４１は送液制御通路５１１を通過する。【００８６】
流路壁５３１がガラスなどの親水性の材質で形成されている場合には、少なくとも送液制御通路５１１の内面に撥水性のコーティング、例えばフッ素系のコーティングを施す必要がある。【００８７】
上述したように、上流側流路５２１および下流側流路５２３と送液制御通路５１１のサイズとは、上流側流路５２１および下流側流路５２３への液体５４１の通過を規制できれば特に限定されないが、一例として、縦横が１５０μｍ×３００μｍの上流側流路５２１および下流側流路５２３に対して、縦横が２５μｍ×２５μｍ程度となるように送液制御通路５１１が形成される。【００８８】
また、液体５４１が送液制御通路５１１を通過するのを規制するための送液圧力差（Ｐ２−Ｐ１）を大きくするために、下流側流路５２３の送液制御通路５１１と接する部分の流路壁５３１の壁面５３１ａは、図１１に示したように、送液制御通路５１１に対して直角に立ち上がっていることが望ましい。【００８９】
以上に述べたように、本発明によれば、異なる液体を直列に接触させ、その前後を空気で挟んで混合流路内を一方向に送液することで、混合流路の壁面のせん断力と液体と空気との界面の表面張力とによる動きを利用して液体を混合することができるので、異なる液体を効率よく混合することのできるマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を提供することができる。【００９０】
尚、本発明に係るマイクロ検査チップの液体混合方法および検査装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図１】
2009008236.tif 000003
【図２】
2009008236.tif 000004
【図３】
2009008236.tif 000005
【図４】
2009008236.tif 000006
【図５】
2009008236.tif 000007
【図６】
2009008236.tif 000008
【図７】
2009008236.tif 000009
【図８】
2009008236.tif 000010
【図９】
2009008236.tif 000011
【図１０】
2009008236.tif 000012
【図１１】
2009008236.tif 000013
【国際調査報告】
2009008236.tif 000014
2009008236.tif 000015
2009008236.tif 000016
2009008236.tif 000017