(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路内に界面張力により分離可能な、少なくとも、送液対象の対象液体である第１の液体、および駆動用液体である第２の液体からなる液体を界面張力の作用により移動させる送液装置において、
前記流路内に位置する前記第１の液体と第２の液体の間に形成された界面に、前記液体の移動方向とは逆に界面張力を作用させる停止部を、前記流路内に設け、前記流路には、検出を行う検出部または反応を行う反応部が設けられており、
前記検出部または反応部は、前記停止部より前記液体の移動方向前方に設けられている、
送液装置。
【請求項２】
請求項１記載の送液装置において、
前記停止部が、前記流路内の他の部分とは異なる形状、表面状態、又は狭窄部から成る
ことを特徴とする送液装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の送液装置において、
前記流路の壁面の前記液体に対する接触角度が９０度以下であり、
前記停止部の前記液体に対する接触角度が、前記流路内の他の部分の接触角度以下であることを特徴とする送液装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送液装置において、
前記液体の進行方向に対して前記停止部より上流の前記流路内に電極を備えている
ことを特徴とする送液装置。
【請求項５】
請求項４記載の送液装置において、
前記第１の液体は、電解質を含む水性液体であることを特徴とする送液装置。
【請求項６】
流路内に検出部又は反応部が設けられた送液装置において、前記流路内の液体を界面張力の作用により移動させる送液方法であって、
前記送液装置は、前記送液装置に液体を導入するための導入部と、停止部が設けられており、
前記停止部は、前記導入部と前記検出部または反応部の間に設けられており、
前記導入部に、送液対象の対象液体である第１の液体と駆動用液体である第２の液体をこの順に導入し、
前記停止部は、前記第１の液体と第２の液体の間に形成された界面に、前記液体の移動方向とは逆に界面張力を作用させて、当該液体の移動を少なくとも一時的に停止させることで、前記第１の液体のみを前記検出部または反応部に到達させる送液方法。
【請求項７】
請求項６記載の送液方法において、
前記第１の液体として水性液体、前記第２の液体として油性液体を、前記流路内に導入することを特徴とする送液方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載の送液方法において、
前記第２の液体として第１の液体より粘度の高い液体を、前記流路内に導入することを特徴とする送液方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか１項に記載の送液方法において、
前記導入部に接続され下流側に液体を流す流路と、前記流路内の気体または液体を排出する前記流路の下流側に設けられた排出部を設け、
前記第１の液体の容量を、前記導入部から前記停止部までの流路体積よりも少なくし、前記第２の液体の容量を少なくとも前記流路体積以上とすることを特徴とする送液方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の送液装置において、
前記流路内に、停止状態の液体を前進に切り替えることのできるバルブが設けられている、
ことを特徴とする送液装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の送液装置において、
前記バルブが、エレクトロウエッティングバルブであることを特徴とする送液装置。
【請求項１２】
請求項１〜５、１０、１１のいずれか１項に記載の送液装置において、
液体の吸収体が設けられていることを特徴とする送液装置。
【請求項１３】
請求項１〜５、１１〜１２のいずれか１項に記載の送液装置を備えたことを特徴とするマイクロ分析チップ。
【請求項１４】
請求項１３記載のマイクロ分析チップを用いたことを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の流れを制御することのできる送液装置及び送液方法に関し、更には微量化学分析を行うマイクロ分析チップ及び分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野、生化学分野などおいて、血液や尿などの検体中に存在する健康状態や疾患の指標となる様々な成分を測定するための免疫分析法は、重要な分析・計測方法として知られている。しかしながら、一般的な測定方法は、検体を測定できる状態にするための前処理や複数の装置を使用するなど、煩雑な作業が必要であり、また、測定にかかる各段階での反応にも時間を要するため分析に一日以上の時間を要する。
従って、この分析を簡単且つ短時間で実施できるようにするために、更には、病院のベッドサイドや家庭など患者に近いところで臨床検査（所謂ＰＯＣＴ）の実施を推進するために、簡便な操作で迅速な分析を行うことのできる小型の分析装置が望まれている。
【０００３】
このような背景から、最近、マイクロオーダーの流路を基板に形成し、この流路内で様々な反応を行うマイクロ分析チップが開発され、実用化されつつある。
マイクロ分析チップは、微量の検液を用いて簡単な操作で分析を行うことができ、必要試料の少量化、分析時間の短縮化や装置の小型化を図ることができるが、検出部において、洗浄や反応を行うために非常に微量な液体を順次送液する機能と検出時に液体を停止させる機能が必要であり、空気圧作用力を利用して流路内に供給された液体を移動させる、いわゆるマイクロポンプを組み込んでいる（例えば、特許文献１参照）。
このマイクロポンプを組み込んだマイクロ分析チップは、複数の液体を送液でき、任意のタイミングで停止することが可能であるが、その構成が複雑であるため、チップを制御するための周辺機器が大きくなる傾向がある。
このため、マイクロポンプを用いず、流路と流路にある液体との間に生じる毛細管現象や吸収体を利用して液送するマイクロ分析チップが開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２８９０６号公報
【特許文献２】特開２００１−８８０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記毛細管力を利用したマイクロ分析チップは、一般に図１０に示すマイクロ流路構造が基本となっている。
図１０において、１０６は第１基板、１０５が第２基板、１０３が流路、１０１が液体等の導入部、１０２が液体等の排出部である。導入部１０１に液体を滴下すると、毛細管力によって液体が流路１０３を移動し、排出部１０２に移動する。よってポンプ等の外力を必要とせずに液体を導入部１０１側から排出部１０２側に移動させることができる。しかしながらこの方式は、流路体積より少ない量の液体を用いる場合、所定位置まで送液したり、特定場所で停止させたりすることが困難である。
【０００６】
このため、実用新案登録第３１４２１２６号公報に記載されているように、流路体積より少ない量の液体を手動で流路１０３に注入し、更にこれを所定場所まで送り込むためにオイルを追加注入することが試みられているが、毛細管現象を利用するため、精密な制御が出来ない。
さらに、複数の流路が接続されている場合、液体量が多いために他の流路へ液体が送液されると、他の液体と混合することによる希釈によって検出値の低下や他の液体に含まれる成分による反応阻害など、検出値への影響要因となる。
また、マイクロ分析チップは非常に微量な液体を用いるため、外部環境や時間経過による気化によって容量の変動や濃縮が起こるため、測定誤差が問題となる。
本発明は、このような不都合を除去した、構成が簡単で且つ手動による制御が可能である送液装置及び送液方法、更にはこの送液装置を用いたマイクロ分析チップ、このマイクロ分析チップを用いた分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は流路内に界面張力により分離可能な、少なくとも、送液対象の対象液体である第１の液体、および駆動用液体である第２の液体からなる液体を界面張力の作用により移動させる送液装置において、前記流路内に位置する前記第１の液体と第２の液体の間に形成された界面に、前記液体の移動方向とは逆に界面張力を作用させる停止部を、前記流路内に設け、前記流路には、検出を行う検出部または反応を行う反応部が設けられており、前記検出部または反応部は、前記停止部より前記液体の移動方向前方に設けられている、送液装置を提供するものである。
【０００８】
第１の局面による送液装置では、流路内を移動する液体の途中に形成された界面部分が当該流路内の停止部で停止されるので、当該流体を流路内の特定位置において停止させることが出来る。
また、第１の局面による送液装置では、界面張力により分離可能な少なくとも第１、第２の液体を流路内に入れると、第１、第２の液体の界面が停止部に位置する状態で当該第１、第２の液体を停止させることが出来る。
更に、流路内の液体を外力で移動させる場合でも、当該液体の途中に形成された界面が停止部に位置する状態で液体を停止させることも出来る。
【０００９】
又、本発明は流路内に検出部又は反応部が設けられた送液装置において、前記流路内の液体を界面張力の作用により移動させる送液方法であって、前記送液装置は、送液装置に液体を導入するための導入部と、停止部が設けられており、前記停止部は、前記導入部と前記検出部または反応部の間に設けられており、前記導入部に、送液対象の対象液体である第１の液体と駆動用液体である第２の液体をこの順に導入し、前記停止部は、前記第１の液体と第２の液体の間に形成された界面に、前記液体の移動方向とは逆に界面張力を作用させて、当該液体の移動を少なくとも一時的に停止させることで、前記第１の液体のみを前記検出部または反応部に到達させる送液方法を提供するものである。
【００１０】
第１の局面による送液方法では、流路内を移動する液体を停止部の位置において、液体の途中に形成された界面により停止させることが出来るので、当該液体を適切な量だけ送液できる。
また、第１の局面による送液方法では、界面張力により分離可能な少なくとも第１、第２の液体を流路内に入れると、停止部の位置で第１、第２の液体の界面により送液を停止させることが出来るので、第１の液体の量が流路の容積に比して少なくても、第２の液体により、所定の位置まで送ることができる。
更に、第１の局面による送液方法では、流路内の液体を外力で移動させる場合でも、第１、第２の液体の界面により、停止部の位置で液体を停止させることも出来る。
また、第１の局面による送液方法によれば、界面が形成されるので、第１の液体に第２の液体が混じることがない。
【００１１】
更に、本発明は、前記送液装置を用いたマイクロ分析チップを提供する。
第１の局面によるマイクロ分析チップによれば、流路内の液体の移動、停止を制御するためのマイクロポンプや制御装置を用いることなく、液体の移動、停止を正確に出来るので、構成が簡単で、小型化が図れる。
【００１２】
更に、本発明はこのマイクロ分析チップを用いた分析装置を提供するものである。
このような分析装置は小型で、携帯性が良く、使い勝手が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
流路中に停止部を設けることにより、一連の流路の中で、液体の先端を、流路の端部ではない特定の位置で停止させることができる。これにより、液体を停止させるのに端部が不要になる。また、液体と液体、または液体と気体の界面を停止部により停止して送液を停止することができるため、充填量を規定する必要がない。毛細管力により流路内を送液するために十分な液量を充填できる。さらに、オイル等の沸点の低い液体を、第１の液体に続く第２の液体として用いる場合、液体の気化等による容量、濃度変化を防止することができる。これにより、充填からの経過時間や外部環境の違いによる影響を抑えることができる。
本発明にかかる送液装置および送液方法は、簡素な構造であるのにも関わらず、高い信頼性を持った送液制御を行うことができる。よって、それを用いたマイクロ分析チップ、分析装置の使い勝手性の向上とコンパクト化に顕著な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る送液装置を示す図であって、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る送液装置の液の流れを説明するための平面図である。
【図３】本発明の停止部の一例を示すピラー構造図であって、図３（ａ）は流路内平面図、図３（ｂ）は流路内斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る送液装置を示す図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る送液装置の液の流れを説明するための平面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る送液装置を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る送液装置のエレクトロウエッティングバルブによる液の流れを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る送液装置の液の流れを説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る分析装置を示す斜視図である。
【図１０】従来技術に係る送液装置を示す図であって、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る送液装置を示す図であって、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、実施の形態１に係る送液装置は、液体を移動させるための流路３と、流路３の上流側に設けられた、液体を流路に導入する例えば孔である導入部１と、流路３の下流側（導入部１とは反対側）に設けられた、流路３内の空気等を排出するための孔などの排出部２を有しており、流路３内には導入部１寄りに、液体の移動を制御する停止部４が設けられている。停止部４の詳細については、後述する。また、上記流路３内を移動する液体は、送液の対象となる対象液体およびこの対象液体を移動させるための駆動用液体である。
【００１６】
本実施の形態においては、流路３は第１基板５と第２基板６のはり合わせにより形成されており、第１基板５の裏面に凹設した溝を、平板上の第２基板６で蓋をした構造となっている。このため、当該第１の基板５は加工の出来るポリジメチルシロキサン材料（ＰＤＭＳ）で構成され、第２の基板６はガラス材料で構成されている。
第１基板５の厚みは０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度であり、第２基板６の厚みは０．０
１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。導入部１及び排出部２は第１基板５に形成された直径が１０μｍ以上の貫通孔でよい。
【００１７】
第１基板５と第２基板６により形成されたこの流路３は、送液対象である液体を毛細管現象により送液することが出来るが、導入部１から外力Ｆを作用させて移動させることも可能である。この毛細管現象による送液は、流路表面の液体に対する接触角度が９０度以下である場合に行うことができる。
ここで、毛細管力を利用したマイクロ流路における液体の流れについて説明する。毛細管力による液体を流す力は、流路壁面と液体との接触角に大きく影響される。流路壁面が均一の材料で構成され、流路の進行方向に垂直な断面形状が円である場合、液体に作用する圧力（毛細管現象による送液の圧力）Ｐは、気液界面の界面張力をσ、流路壁面の接触角をθ、流路の半径をｒとするとき、次の式１で示される。
Ｐ＝２σｃｏｓθ／ｒ・・・（式１）
式１において、Ｐが正、つまりｃｏｓθが正である場合には、液体は流路内の空間を進むことができ、Ｐが０又は負、つまりｃｏｓθが０又は負である場合には、液体は流路内の空間を進むことができずに停止する。このように、毛細管力による液体の移動は、接触角θの値に関係する。
【００１８】
ここで、上記液体が水の場合、比抵抗が１８ＭΩ・ｃｍよりも大きい純水（２５℃）を用いて、１気圧、２５℃の条件で測定した接触角が９０°未満である場合を親水性という。また、疎水性とは、前記純水の接触角が９０°以上である場合をいう。ただし、接触角の送液方向への作用は、９０°付近で大きく変動するので、この発明における親水性は、純水に対する接触角が８５°以下であることが好ましく、接触角が６０°以下であることがより好ましい。
また、この毛細管現象を決定する界面張力は、第１基板５及び第２基板６に親水化処理を施すことにより改善してもよい。例えば、親水処理剤処理やプラズマ処理、ＵＶ処理、親水性膜のコーティング、表面粗さの制御で親水化してもよい。つまり、第１基板５及び第２基板６の基板自体の特性（例えば、材質、表面形状）に起因する親水性でなくてもよい。
また、流路は、毛細管現象が生じる程度の大きさの流路を指し、例えば流路の幅又は高さが約０．１マイクロメートルから約１０ミリメートルである流路がこれに含まれる。流路の幅又は高さは、１０マイクロメートルから１ミリメートルであることが好ましい。
【００１９】
また、第１基板５及び第２基板６には、ＰＤＭＳやガラス以外の材料を用いてもよい。これらの基板の材料は、送液装置の目的や用途に応じて選択すればよく、特にＰＤＭＳ等に限定されない。例えば、送液装置を液体の分析に用い、光学的検出をする場合には、送液装置における液体を光学的に検出するため、これらの基板に、透明または半透明の材料を用いてもよい。蛍光体による励起光による発光が少ない材料を選択してもよい。このような透明または半透明な材料として、ガラス、石英、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、フィルム等が挙げられる。ほか、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂が、透明性の観点のほか成型性の観点からも好ましい。また、蛍光体による励起光による発光が少ないプラスチック材料として、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレート等が挙げられる。
【００２０】
〈液体及び停止部４〉
上記停止部４は、液体との間に働く界面張力が流路内の他の部分とは異なる作用を行う部分で、駆動用の液体又は気液界面に対する圧力Ｐが０又は負になるように設けられる。例えば、流路３壁面を停止部４とするときは、その部分４に親水化処理を施し、それ以外の流路壁面との間に差を設けている。要するに、停止部の表面状態は流路内の他の部分の表面状態よりも液体との接触角度を低くしている。これにより、流路壁面に対する駆動用液体の接触角を高くすることができる。または、液体進行方向に対して垂直な流路断面積に対して狭窄部を設けることにより、流路に対する駆動用液体の界面張力を高くして停止部４とすることが出来る。
狭窄部の構造としては、ピラー構造、柱状、円形状、楕円形状、半円状、三角形状等が挙げられる。ピラー構造７は図３に示すように流路３内に複数（図３では３個）の四角柱を液体の流れを横切る方向に並べた構造であり、ピラー構造７により形成される流路の幅又は高さは、１マイクロメートルから１１００マイクロメートルであることが好ましく、さらには３０マイクロメートルから５０マイクロメートルであることがより好ましい。
前記構成によれば、流路面に接触角の異なる部分が存在していてもよく、それぞれの界面張力の和により流路内に生じる毛細管現象が決定されるので、断面の特定の領域ごとの界面張力を求め、構成比率に応じて界面張力を積算して、液体１の場合は界面張力の和であるｃｏｓθが正となるようにすればよく、流路全体に働く圧力Ｐを求めることができる。
【００２１】
図２に、図１に示す流路３内に２種類の液体８、９を送液し、停止させる場合の液体の流れを示す。送液対象である液体８と駆動用の液体９は、界面張力により界面が形成され混ざり合わない液体を選定する。液体を毛細管力で送液するためには、液体の進行方向に対して前方に位置する対象液体８に水性液体、駆動用液体９に油性液体を用いることが好ましい。油性液体として例えばオイルを用いることができ、植物オイル、鉱物オイル、シリコーンオイル等が挙げられる。前記構成によれば、対象液体８と駆動用液体９との間には液液界面が形成されており、界面張力により混ざらず分離することができる。さらに、駆動用液体９に油性液体を用いることで液体の気化を抑えることができる。これにより、対象液体８の液量を一定に保つことができるばかりでなく、対象液体８の濃縮を防ぐことができる。
また、界面張力に加えて、駆動用液体９の粘度を調節することにより、送液速度を抑え、送液停止することもできる。
前記の構成によれば、液体と気体の界面張力や気体は液体に比べて動粘度が高いため、停止部４において液体の送液を停止させることができる。
【００２２】
液体の界面張力は、流路壁に対する接触角を測定することで算出できる。また、粘度は、毛細管粘度計、落球粘度計、回転粘度計を用いて測定することができる。
したがって、これらの構造は、前記液体８、９の種類に対して流路表面状態と流路形状を組み合わせることにより送液停止できる構造を設計できる。
例えば、流路が液体の進行方向に対して流路断面が四角形ある場合、毛細管現象による送液速度ｖは、表面張力をγＬＶ、粘性をη、流路の高さをｈ、流路の幅をｗ、流路壁面の接触角をθとするとき、次の式２で示される。
0005902426.tif 000002
・・・（式２）
これより、流路３における液体８の毛細管現象による送液速度をｖ１、停止部における液体９の毛細管現象による送液速度をｖ２とした時、ｖ１とｖ２がほぼ釣り合うように、液体の種類と停止部の構造を選択すればよい。なお、ピラー構造７は、第１の基板を作製する際に、他の流路と同時に設計できるため、作製し易さの面から好ましい。
【００２３】
図２において、送液動作を説明する。まず導入部１から対象液体８が充填され、その後方に対象液体８と混ざらない駆動用液体９が充填される。つまり、界面張力により分離可能な液体８、９が接触しながら順次導入される。上記液体８，９は自重や界面張力の作用により排出部２に向かって流れ、上記対象液体８は、流路及び停止部の何れに対しても移動方向に正の圧力が働く液体であるので、その毛細管力により送液され、停止部４を通過する。これに対して、駆動用液体９は、流路に対しては移動方向に正の圧力が働くが、停止部４においては、その圧力が０又は負になる液体であるので、液体の界面が停止部４に到達すると送液が停止する。なお、正確に言えば、液体８，９が毛細管力Ｆ１により送液される方向を正方向とした場合に、対象液体８の前方界面が受ける界面張力Ｐ１は正方向であり、駆動用液体９の前方界面が受ける界面張力Ｐ２は負の方向であるので、Ｆ１とＰ１の合成力とＰ２とが釣り合うような停止部４を設ければ良い訳である。
したがって、試料としての対象液体８の必要量が少量であっても、これに見合う位置に停止部４を設けておけば、対象液体８はその後に駆動用液体９を、導入部１から停止部４までの流路体積Ｂ１よりも多め（量Ａ１）に導入すれば、対象液体８は停止部４までの流路で停止することなく確実に排出部２に向かって移動する。
【００２４】
これに対して、駆動用液体９は停止部４に達すると界面張力の作用で負の圧力が生じるので、停止部４よりも前に移動しなくなるので、対象液体８を所定位置まで移動させることが出来る。両液体８、９はもともと界面張力の差で分離可能であって、互いに混じらないものであるから、駆動用液体９により対象液体８の成分が汚染されることもない。
なお、駆動用液体９の量はＡ１でなくても、流路３内の対象液体８が毛細管力により排出部２に向かって移動する力を与える量であれば良い。
また、上記のように液体８、９を接して導入する代わりに、対象液体８の後に気体、さらにこの気体の後方に駆動用液体９を導入する場合、液体が受ける毛細管力Ｆ２により送液される方向を前方（正の方向）とした場合に、対象液体８の前方界面が受ける界面張力Ｐ３は正の方向を向き、駆動用液体９の前方界面が受ける界面張力Ｐ４は負の方向を向いており、少なくとも界面張力Ｐ４と、外力Ｆ２と界面張力Ｐ３の和からなる合成力がほぼ釣り合うような停止部４を設ければ良い。
【実施例】
【００２５】
本発明の内容を実施例により更に具体的に説明する。
（実施例１）
実施例１に係る送液装置の基本構造は、前記実施の形態１と同様である。図２を参照して実施例１の送液装置を更に具体的に説明する。
第１基板５への流路の溝の形成は、金型を用いた樹脂成型法により行った。金型は、シリコン基板にフォトリソ法でレジストパターンを形成後、ドライエッチングプロセス法によりエッチングを行って作製した。流路３の幅は６００μｍ、流路３の高さは５０μｍ、流路３の長さは１５ｍｍとし、導入部から下流に５ｍｍの位置に、停止構造として幅３０μｍのピラー構造７を設けた。
【００２６】
作製された金型に型枠を設け、シリコンゴム（ポリジメチルシロキサン、東レダウコーニング社製ジルポット１８４）を厚みが２ｍｍになるまで流し込み、１００℃、１５分の加熱を行い、硬化させた。硬化後、金型と硬化したシリコンゴムを分離させた。
次いで、シリコンゴムを縦２０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚み２ｍｍに整形し、導入部、排出部として、直径１ｍｍの貫通孔をポンチを用いて開け、第１基板５を作製した。作製した第１基板５の内側表面に対し、１００Ｗ、酸素流量３０ｓｃｃｍ、６０秒間の条件で酸素プラズマ処理を行い、第１基板５の内側表面の親水性を高めた。
【００２７】
第２基板６は、厚み６００μｍのテンパックスガラス基板をダイシングソーで縦２５ｍｍ、横１５ｍｍに切断して作製した。
作製した第１基板と第２基板とを重ね合わせて、実施例１にかかる送液装置を作製した。
前記実施例１に係る送液装置について、送液試験を行った。
導入部に０．２μｌの グリシン緩衝液を滴下し、さらに導入部から油性液体であるシリコーンオイルKF-96-350cs（信越シリコーン製）を１μｌ滴下した。グリシン緩衝液は、毛細管力により流路３内を流れ、停止部４を通過し、シリコーンオイルが停止部４に到達すると送液が停止した。
【００２８】
（比較例１）
比較例として、停止部を設けないこと以外は、上記実施例１と同様な送液装置を作製した。比較例にかかる送液装置について、液体を流す実験を、上記実施例１と同様の方法で行った。
比較例１では、導入部にグリシン緩衝液を滴下し、さらにシリコーンオイルを滴下すると、毛細管現象により送液装置内の流路にグリシン緩衝液が入り、流路途中で止まることなくグリシン緩衝液およびシリコーンオイルが排出部まで送液された。
以上より、実施例１では油性液体であるシリコーンオイルが停止部を通過できずに送液が停止したのに対し、比較例１ではグリシン緩衝液が排出部まで送液されたことが確認されたことから、実施例１の送液装置は、液体の送液を停止させることができることが確認された。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、本発明における送液装置の第２の実施の形態について説明する。図４は、実施の形態２に係る送液装置を示す図であって、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は断面図である。実施の形態２に係る送液装置は、液体と気体の界面張力により停止部４において送液を停止することを特徴とする。
〈気泡発生用電極>
【００３０】
本実施の形態では、液体中に気泡を発生させるための気泡発生用電極１０が導入部１から停止部４までの流路３内に設けられている。流路３や第１基板５、第２基板６の表面に電極を形成するため、基板材料は、電極を形成することが可能な材料であるとよい。このような電極を形成することが可能な材料は、生産性、再現性の観点からガラス、石英、シリコン等の材料を挙げることができる。第１基板５に流路を形成した場合、凹凸のある部分に電極を形成することは難しいので、流路が形成されていない第２基板６に電極を形成するとよい。電極の材料は一般的な電極材料でよく、例えば、金、白金、銀、塩化銀、銅、イリジウム、アルミ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ニッケル、チタン、クロムなどを用いることができる。作用電極、対向電極の形状は、円形、角形状、線状等特に限定しないが、電流値に応じた大きさを確保するとよい。
〈液体>
【００３１】
気体を発生させるための方法として、電極に電圧をかけることにより水の電気分解や加熱による溶存気体から気泡を発生させる方法が挙げられる。これより、低電圧での電気分解による気泡発生のためには、液体として電解質が含まれる水液体である必要がある。電解質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどが挙げられる。本実施の形態の場合は、１種の液体のみで送液を停止させることができる。しかし、実施の形態１の様に液体の後方に油性液体を充填しても構わない。
その他の構成に関しては、実施の形態１と同様でよい。
【００３２】
図５に液体の流れを示す。導入部１から液体８が導入され、毛細管力により送液される。液体８の送液中に気泡発生用電極１０に電圧をかけることにより、気泡１１を発生させる。この気泡１１が停止部４に到達すると、界面張力により停止部４にかかる圧力が負になるので、気泡１１より液体８の送液が停止する。
この実施形態２の場合、気泡１１を発生させれば、予め決められた場所にある停止部４で液体を停止させることが出来るので、流路３内の移動の制御が行い易い。なお、従来技術には、気泡を大きく発生させて流路の端部における気液界面の界面張力を利用して、液体の移動を止めるものがあるが、流路の端部即ち、排出部２との接続部でなければ停止できない点において、本実施形態２とは異なる。本実施形態によれば、流路内の任意の位置で液体を停止することが出来る。
従って、試料としての液体８の必要量が少量であっても、その量よりも多量の液体８を導入部１から導入することにより、毛細管力を十分に作用させ、液体８が流路３内に留まらないようにした上で、送液の途中で気泡１１を発生させて液体８を流路３内の所定位置まで送液することが出来る。
また、この流路３に液体８の後方に駆動用液体９を入れて送液した場合であっても、液体８の必要量を気泡発生電極１０の発生する気泡で区切って、必要量のみを排出部２へ送液することも可能である。
（実施の形態３）
【００３３】
次に、第３の実施の形態として、本発明における送液装置を用いたマイクロ分析チップ６２について説明する。図６は、実施の形態３に係るマイクロ分析チップを示す。
本マイクロ分析チップ６２は、内部に検出部３４を備えるメイン流路３３を具備し、このメイン流路３３の一方に液体を導入するための開放孔２１、他方に空気孔２４をそれぞれ形成している。また、液体をチップ内に導入する開放孔２２、２３が導入流路２７、２８を介してそれぞれ備えメイン流路３３に接続されている。このメイン流路３３には更に開放口２１の近傍で排出流路２６を介して排出部２５が設けられている。
上記第１及び第２の導入流路２７、２８と排出流路２６にはそれぞれ、液の流れを開閉する第１〜第３のバルブ２９、３０、３１が備えられている。また、排出部２５には吸収体が封入されている。そして、開放孔２２とバルブ２９の間の導入流路２７に上記停止部４と同様の停止部３２が設けられている。
【００３４】
本実施の形態にかかるマイクロ分析チップは、実施の形態１と同様に流路となる溝が形成された第１基板と、第１基板の蓋をする第２基板とを貼り合わせることにより構成されているが、実施の形態１及び実施の形態２の構成要素については説明を省略し、それ以外の部分について説明する。
〈検出部３４〉
【００３５】
メイン流路３３には、液体に含まれる特定物質の量を検出する検出部３４を設けている。例えば検出部３４が電気化学的な検出手段である場合には、検出部３４に作用電極、参照電極、対向電極が設けられることになる。作用電極、参照電極、対向電極の材料としては、一般的な電極材料でよく、例えば、金、白金、銀、塩化銀、銅、イリジウム、アルミニウム、ＩＴＯ、ニッケル、チタン、クロムなどを用いることができる。
また、作用電極、参照電極、対向電極の形状は、円形、角形状、線状等とでき特に限定されない。その大きさは、検出電流値に応じた大きさを確保するのがよく、例えば円形である場合には外径１０μｍから１０ｍｍ程度とし、好ましくは外径０．５ｍｍから５ｍｍ程度とする。円形以外の形状の場合も、円形の場合の面積と同程度の面積になるようにするのがよい。
【００３６】
検出部３４がインピーダンスの変化により検出する手段である場合は、例えば検出部にインピーダンス検出用の電極を設ける。インピーダンス検出用の電極の材料としては、一般的な電極材料でよく、例えば、金、白金、銀、塩化銀、銅、イリジウム、アルミ、ＩＴＯ、ニッケル、チタン、クロムなどを用いることができる。
検出部３４が蛍光検出を行う手段の場合は、例えば流路の側面または底面に蛍光検出部を設ける。
〈反応部〉
【００３７】
検出部３４に代えて、または検出部３４と共に抗原抗体反応や酵素反応を行う反応部を設けることができる。酵素反応を行う場合は、例えば酵素反応に用いる酵素を流路側面または底面、または流路内に固定化しておく。また、酵素を含む液体を反応部にまで流す方法とすることもできる。
抗原抗体反応を行う場合は、前記と同様、抗原抗体反応に用いる抗体または抗原を流路内に固定化しておくことができる。また、抗体または抗原を含む液体を反応部に流すこともできる。
抗原抗体反応や酵素反応を行う反応部の形状については、特に限定されることはない。
〈バルブ〉
【００３８】
バルブ２９，３０，３１は開放孔から充填される液体を導入流路内で停止させることが可能となる。これにより、複数の液体を充填した状態で順次または同時に送液することができる。
上記バルブ２９，３０，３１としては、エレクトロウエッティングバルブ、光バルブが使用できる。また、流路壁面の一部に疎水性部分を設け、かつ流路の上流側に押圧可能部位を設け、外部より圧力を加えることよって流路内の液体を、疎水性部分を越えて送り出す構造とすることができる。また、流路壁面に設けられた疎水性部分と、これよりも上流側の流路内に液体を電気分解して泡を発生させる電極部を備え、電気分解による泡の圧力で液体を、疎水性部分を越えさせる構造とすることができる。
【００３９】
図７に上記エレクトロウエッティングバルブによる液体の流れを示す。図７（ａ）は電圧印加ＯＦＦの状態、図７（ｂ）は電圧印加ＯＮの状態を示している。
図７に示すように、エレクトロウエッティングバルブは、液の停止・前進を切り替えるための作用電極４５および参照電極４４を備えており、これらの電極は、流路内壁面の１面を構成する親水性の第１基板４２の流路部分を覆うように形成されており、作用電極４５の表面は疎水性になるように処理されている。電圧印加がＯＦＦの状態においては、作用電極４５の表面は疎水性であるため、液体は作用電極４５を通過することができない。他方、作用電極４５と参照電極４４との間に電圧が印加（０．８Ｖ〜２．０Ｖ程度）されると、作用電極４５の電極表面が親水性側に変化するため、停止していた液体を前進させることができるようになる（図７（ｂ）参照）。作用電極及び参照電極の材料は、特に限定されるものではなく、一般的な導電性の材料を用いることができる。例えば、金、白金、銀、塩化銀、銅、イリジウム、アルミニウム、ＩＴＯ、ニッケル、チタン、クロムなどが使用できる。
また、作用電極４５の表面には、液の停止機能を確保するために、例えばテトラフルオロエチレン膜等の疎水性膜や、電極用金属の自然酸化膜等の親水性のきわめて低い膜を設けておく。
〈吸収体〉
【００４０】
排出部２５に封入される吸収体は、液体を吸収する構造物であって、繊維、多孔体、吸水性高分子、高分子ゲル等の材料及びそれらの材料で形成された構造物を含む。例えば、ポリアクリル酸ナトリウム微粒子、コットン、ガラス繊維、モレキュラーシーブス（ゼオライト）粉末、レジストによる微細構造物などが挙げられる。
吸収する液体の溶媒が水である場合は、親水性の材料を用いることが好ましい。材料自体の親水性が低い場合や無い場合には、材料に親水化の処理を行うとよい。例えば、親水処理剤処理やプラズマ処理、ＵＶ処理、親水性膜のコーティング、表面粗さの制御で親水化してもよい。
【００４１】
本マイクロ分析チップは、複数の液の導入送液制御が可能であり、例えば、検出部３４に抗体等を固定化し、抗原を含む液を流して抗原抗体反応させ、酵素標識抗体を含む液を流して抗原抗体反応させ、さらに基質溶液を流して酵素基質反応を行わせ、酵素基質反応により生じた電極活性物質の量を検出用電極で検出することにより、抗原の量を測定するという免疫分析法を利用した抗原の測定に利用することができる。
図８に示す送液手順を行うことにより、本マイクロ分析チップを用いて特定物質を測定することができる。
【００４２】
（１）検出部３４を備えた検出用電極上に抗体を固定する。開放孔２２に基質溶液５２とオイル５３を充填し、開放孔２３に洗浄溶液５４を充填する。このとき、第２のバルブ３０および第３のバルブ３１は閉じられているため、基質溶液５２および洗浄溶液５４は、第１の導入流路２７および第２の導入流路２８を毛細管力によって送液されたあと、バルブ３０，３１で停止している。
【００４３】
（２）開放孔２１から、前処理（分離、希釈、分解）後の検体と酵素標識抗体の混合液であるサンプル液体５１を、メイン流路３３に導入する（図８−ａ）。サンプル液体５１が空気孔２４まで送液された後、サンプル液体に含まれる特定物質と検出用電極に固定化されている抗体を反応させるために、一定時間停止させる（図８−ｂ）。その後、第１バルブ２９を開放してサンプル液体５１を吸収体が備えられた排出部２５へ排出する（図８−ｃ）。
【００４４】
（３）洗浄溶液５４によりメイン流路３３内を洗浄するために、第３バルブ３１を開放し、導入流路２８から、洗浄溶液５４を、メイン流路３３に導入し、そのまま排出部２５へ排出する（図８−ｄ、ｅ）。
【００４５】
（４）検出用電極上に残った酵素と反応させるための基質溶液をメイン流路３３に送液するために、第２のバルブ３０を開放して導入流路２７から基質溶液５２を導入する。基質溶液５２とオイル５３の界面を停止部３２により停止させ、所要量のみをメイン流路３３に送液する（図８−ｆ）。その後、酵素と基質を一定時間反応させる。
【００４６】
（５）検出電極３４上に生成された反応物を検出電極３４により電気化学検出し、サンプル液体５１中の特定物質の量を測定する。
送液停止方法としては、本実施の形態のマイクロ分析チップにおいて開放孔２２から停止部３２に至る流路内に気泡発生電極を設けることにより、実施の形態２の方法を用いてもよい。
（実施の形態４）
【００４７】
実施の形態４は、携帯可能なハンディ型の分析装置に関する。実施の形態４の内容を図９に基づいて説明する。図９は、実施の形態４にかかる携帯可能なハンディ型の分析装置の概要を説明するための概念図である。   
このハンディ型マイクロ分析装置は、マイクロ分析チップ６２と、このマイクロ分析チップを駆動制御する制御用ハンディ機器６１とで構成されている。マイクロ分析チップ６２は、上記実施の形態３で説明したと同じマイクロ分析チップである。よって、ここではマイクロ分析チップの詳細な説明は省略する。
【００４８】
図９に示すように、制御用ハンディ機器６１の下部には、マイクロ分析チップ６２を挿入するチップ接続口６３が設けられており、このチップ接続口６３の奥には、マイクロ分析チップ６２に形成された外部接続端子６４と電気的に接続する外部入出力端子（図示せず）が設けられている。
外部接続端子６４は、外部よりチップに駆動電源や駆動情報を入力し、また外部に検出結果等を出力するためのものである。この端子の形成に金薄膜を用いると、外部接続端子の形成をエレクトロウエッティングバルブや検出電極などと同様に行うことができるので生産効率がよい。なお、金に代えて、銅や鉄またはアルミニウムなどの他の導電性材料を用いてもよいことは勿論である。
【００４９】
マイクロ分析チップ６２の外部接続端子６４をチップ接続口６３に挿入すると、制御用ハンディ機器６１内の外部入出力端子とマイクロ分析チップ６２の外部接続端子６４とが電気的に接続される。
制御用ハンディ機器６１には、分析チップの測定結果（被検出物質の量など）を表示することができる表示部６５、および、測定の開始、停止や、測定パラメータを特定するための様々なデータを入力することのできる入力部６６が設けられている。入力部６６としては、例えばタッチパネル構造が採用できる。
【００５０】
更に制御用ハンディ機器６１には、図示しないが、データを処理することのできるＣＰＵや入力情報および出力情報を処理するＩ／Ｏ論理回路などの情報処理システムが組み込まれている。
マイクロ分析チップ６２を制御用ハンディ機器６１に接続し、各種データを入力し、測定開始ボタンを押す。これにより、予めマイクロ分析チップに備えられ、且つ開閉バルブにより流路内への流入が停止されていた試薬液や試料液（被検液）などの液体が流路内内に順次進入する。これにより各流路内で所定の反応が行われて検出可能物質になり検出部に至り、ここで被検出物質の量に応じた電気信号が発せられる。この電気信号は外部接続端子６４から外部に出力される。
【００５１】
外部接続端子６４から出力された信号は、外部接続端子６４と電気的に接続された制御用ハンディ機器６１の外部入力端子が受け取り、この信号を制御用ハンディ機器６１に予め格納されたソフト情報に基づいて分析する。これにより、被検出物質の量または種類などを特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上に説明したように、本発明によると、簡単な構造でもって簡便な操作で液の停止・前進を切り替えることのできるコンパクトな送液装置を実現できる。このような送液装置は、チップ内で反応や検出を行うマイクロ分析チップとして利用可能であり、本発明の産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００５３】
１    導入部
２    排出部
３    流路
４    停止部
５    第１基板
６    第２基板
７    ピラー構造
８    液体１（対象液体）
９    液体２（駆動用液体）
１０  気泡発生用電極
１１  気泡
２１  開放孔１
２２  開放孔２
２３  開放孔３
２４  空気孔
２５  排出部
２６  排出流路
２７  第１の導入流路
２８  第２の導入流路
２９  第１のバルブ
３０  第２のバルブ
３１  第３のバルブ
３２  停止部
３３  メイン流路
３４  検出部
３５  基板
４１  第１基板
４２  第２基板
４３  流路
４４  作用電極
４５  参照電極
５１  サンプル液体
５２  基質溶液
５３  オイル
５４  洗浄溶液
６１  制御用機器
６２  マイクロ分析チップ
６３  チップ接続口
６４  外部接続端子
６５  表示部
６６  入力部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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