(57)【要約】弾性部材を含む部材で積層された構成を成し、試料を充填する試料槽と試料の混合・反応を行う反応槽とを有すると共に、試料槽と反応槽を連接する流路を積層構成中の中間層内に形成し、試料が流路を介して反応槽へ移送されて反応・分析を行うマイクロチップの流路制御機構である。流路が形成される層とは異なる層内に一部が流路と重なるようにシャッタ流路（加圧路）を設け、シャッタ流路（加圧路）に加圧した加圧媒体を印加することにより流路を閉鎖すると共に、加圧媒体の圧力を開放することにより流路を開放する。
2009119698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材を含む部材で積層された構成を成し、試料を充填する試料槽と試料の混合・反応を行う反応槽とを有すると共に、試料槽と反応槽を連接する流路を積層構成中の中間層内に形成し、試料が流路を介して反応槽へ移送されて反応・分析を行うマイクロチップの流路制御機構において、
流路が形成される層とは異なる層内に一部が流路と重なるように加圧路を設け、
加圧路に加圧した加圧媒体を印加することにより流路を閉鎖すると共に、加圧媒体の圧力を開放することにより流路を開放するように構成したことを特徴とするマイクロチップの流路制御機構。
【請求項２】
前記加圧路は、少なくとも一部が前記流路の長さ方向と重複するように設けられ、前記加圧路に前記加圧媒体を印加し前記流路を進展圧接することにより、前記流路内に残存した試料を絞り出すように構成したことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項３】
前記加圧路は、その一端が前記流路の下層に潜入するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項４】
前記加圧路は、前記流路の下層及び上層にそれぞれ設けられており、この上層及び下層に設けられた二つの加圧路により前記流路を挟持することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項５】
前記互いに異なる層に設けられた流路と加圧路とが重なる位置に対応する部分に穴部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項６】
前記加圧路に前記加圧媒体を印加し流路を圧接する際に、前記流路が前記弾性部材を介し撓んで前記穴部に入り込み圧接・挟持されることにより前記流路を閉鎖するように構成したことを特徴とする請求項５に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項７】
前記穴部は、前記マイクロチップを搭載するためのテーブルに設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項８】
前記試料槽を複数設け、この複数の試料槽から前記反応槽へ流入する流路を相互に影響を与える試料ごとに異なる複数の流路に分けて設置すると共に、前記流路ごとに前記加圧路を設けたことを特徴とする請求項１乃至７に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項９】
前記複数の流路の交差部において、各加圧路の一端を前記交差部内に突出させるように構成し、前記交差部で一の加圧路により一の流路が開放され試料が移送されている際には、他の加圧路により他の流路が閉鎖されるように構成したことを特徴とする請求項８に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項１０】
前記複数の試料槽に充填された少なくとも一つの試料が洗浄液又は流路安定液であることを特徴とする請求項８又は９に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項１１】
試料の反応・分析を行うマイクロチップの流路制御機構において、
マイクロチップは、
伸縮性部材を含む部材で積層された構成を成し、試料を充填する試料槽と試料の混合・反応を行う反応槽とを有すると共に、試料槽と反応槽を連接する流路を積層構成中の中間層内に形成し、試料が流路を介して反応槽へ移送されて反応・分析を行う第１の部材と、
伸縮性部材を含む部材で積層された構成を成し、加圧路が設けられた第２の部材とから成り、
第１の部材と第２の部材とが重ねられたときに、加圧路の一部が流路と重なり、加圧路に加圧媒体を印加することにより流路を閉鎖すると共に、加圧媒体の圧力を開放することにより流路を開放するように構成したことを特徴とするマイクロチップの流路制御機構。
【請求項１２】
前記第２の部材は、前記加圧路の上下に設けられた第１のシャッタ部材と第２のシャッタ部材から成り、前記加圧路に加圧媒体が印加された際に、前記加圧路が前記第１のシャッタ部材と前記第２のシャッタ部材との間で膨張することを特徴とする請求項１１に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項１３】
前記第１の部材に、前記流路が形成される層とは異なる層内に一部が前記流路と重なるように加圧路をさらに設け、前記第１の部材と前記第２の部材とが重ねられたときに、前記第１の部材に設けられた加圧路と前記第２の部材に設けられた加圧路との間に前記流路が位置することを特徴とする請求項１１又は１２に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【請求項１４】
前記第２の部材は、前記第１の部材の上方及び下方の少なくとも一方に設置されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロチップの流路制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子分析等に用いられる複数の試料槽及び反応槽を有し、さらに反応槽及び試料槽間を微細な流路で接続したマイクロ分析用チップ（マイクロチップ）の流路制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、一枚のチップ上に充填容器や微細流路を設けたマイクロチップ、ラボオンチップ、マイクロリアクタ、流体素子チップ及び化学反応用カートリッジと称されるチップにおいて、サンプルや液体試料を制御し移送・反応させ、遺伝子等微細な成分の分析を行う種々の移送機構や方法が研究されている。これに関連する技術として、例えば、特開２００３−２１２１５２号公報（特許文献１）、特許第３７４６２０７号公報（特許文献２）、特開２００５−３０８２００号公報（特許文献３）及び特開２００７−１０１２００号公報（特許文献４）等がある。
特許文献１によれば、「弾性体からなり、内部に微細チャネルを有する基板」に対し、移送手段として「基板上に歯車形状の回転子により機械的な圧力を加えて微細チャネルを圧した後、圧力を加えた状態で回転子を回転させることで、基板に周期的な圧力を加えて流体を移動させる」構成となっている。
特許文献２によれば、「シート型マイクロリアクタ」に対し、移送手段として「検体に遠心力を与える回転を行う回転駆動手段と、前記遠心分離した前記検体を前記第２の空隙部から第３の空隙部にかけて移動させる移動手段」構成となっている。
特許文献３によれば、移送の開閉手段として「マイクロ流路上部の一部が弾性体部材からなる流体素子チップ」に対して、「流体素子上の弾性部材に立設された圧力制御ポートとを備え、該圧力ポートを介して圧力を給排することにより開閉を行う」構成となっている。
特許文献４によれば、移送手段または開閉手段として、弾性部材を含む積層構造を成す「化学反応カートリッジ」に対して「外力を加えた際の変形によって内容物を移送または封止する」構成となっている。さらに要約における解決手段および発明の実施形態として「ローラをカートリッジに押し付けながら回転させる」構成となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１で示される移送における従来技術は、チップ上の試料移送元の試料槽から流路を介し試料移送先の反応槽まで移送する際には、歯車状のローラで流路を押し潰しながら移送するために、流路内に試料が残存し、また送液先の反応槽間際の流路内試料を完全に移送することが出来ない。さらに、移送先の反応槽には複数の試料を順次移送・混合・廃棄する工程が一般的であり、先に移送された試料が流路や反応槽内に完全に廃棄されず微量なりとも残留し、次工程で移送される試料に悪影響を及ぼすことがあった。
また、歯車状のローラを制御し駆動するために複雑な制御手段が必要であると共に、移送手段の機能はチップ上を抑え付けているローラ自体の圧接力に依存するため、複数の開閉機構が求められる場合、多くのローラが必要となると共に、充填元や充填先の試薬槽や反応槽の位置が制約され、さらに機構構成が大型化、複雑化、高価という問題があった。
また、流路に連接している充填元や充填先の試料槽や反応槽の間際の流路内に入り込んだ試料が完全に排出制御出来ないため、微量なりとも残留し、次工程で使用する試料と混合してしまうことにより、汚染が発生し、分析結果の信頼性に影響を与えるという問題があった。
また、特許文献２で示される移送における従来技術は、複数の流路と試料の空隙部を有するマイクロリアクタ自体を、遠心分離装置に搭載し遠心力により空隙部に充填された試料を、流路を介し他の空隙部の移送する構成となっている。この構成によると、移送手段として遠心分離装置が必要となり、装置構成が複雑で大型かつ高価となる。また、移送方向には単一の流路、空隙部の構成しか出来ず、すなわち段階的に複数の空隙部に移送出来ないという問題があった。
また、特許文献３で示される流路開閉における従来技術は、弾性部材で構成された流体素子チップの上面から押圧体によりチップ内部に設けられた流路を圧接し該流路を閉鎖せしめるものである。また、圧力の解除に伴い流路を開放せしめるものである。しかしながら、複数の試料を順次移送する場合、バルブ部以外の流路に残存した試料を排除できず、次工程で移送される試料に悪影響を及ぼし、信頼性に影響を与えるという問題があった。
また、特許文献４で示される移送における従来技術は、弾性部材で構成されたカートリッジの上面からローラ状の押圧体によりチップ内部に設けられた流路を圧接し、かつローラを移動させ流路を押し潰しながら移動し、容器及び流路内の試料を移送せしめるものである。しかしながら、チップ上の試料移送元の試料槽から流路を介し試料移送先の反応槽まで移送する際には、ローラで流路を完全に押し潰したときに、試料の表面張力に起因する毛細管現象により試料槽や反応槽の間際の流路内に入り込んだ試料が完全に排出出来ないため、流路内に試料が残存するという問題や、移送先の反応槽間際の流路内試料を完全に移送することが出来ないという問題があった。
さらに、移送先の反応槽には複数の試料を移送・混合・廃棄する工程が一般的であり、先に移送された試料が完全に廃棄されず、後に移送される試料に悪影響を及ぼすという問題があった。さらに、複数の開閉機構が求められる場合、多くのローラが必要となったり、充填元や充填先の試薬槽や反応槽の位置が制約されたり、機構構成が大型化、複雑化、高価になるという問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、簡便な機構を用い、移送の際には相互汚染を防止するために、移送先容器の間際まで試料が残存せず、廃液の際にも流路内に試料が残存しないような流路制御機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明では、弾性部材を含む部材で積層された構成を成し、試料を充填する試料槽と試料の混合・反応を行う反応槽とを有すると共に、試料槽と反応槽を連接する流路を積層構成中の中間層内に形成し、試料が流路を介して反応槽へ移送されて反応・分析を行うマイクロチップの流路制御機構において、
流路が形成される層とは異なる層内に一部が流路と重なるように加圧路を設け、加圧路に加圧した加圧媒体を印加することにより流路を閉鎖すると共に、加圧媒体の圧力を開放することにより流路を開放するように構成したことを特徴とする。
また、本発明では、試料の反応・分析を行うマイクロチップの流路制御機構において、
マイクロチップは、
伸縮性部材を含む部材で積層された構成を成し、試料を充填する試料槽と試料の混合・反応を行う反応槽とを有すると共に、試料槽と反応槽を連接する流路を積層構成中の中間層内に形成し、試料が流路を介して反応槽へ移送されて反応・分析を行う第１の部材と、
伸縮性部材を含む部材で積層された構成を成し、加圧路が設けられた第２の部材とから成り、
第１の部材と第２の部材とが重ねられたときに、加圧路の一部が流路と重なり、加圧路に加圧した加圧媒体を印加することにより流路を閉鎖すると共に、加圧媒体の圧力を開放することにより流路を開放するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、弾性部材中に形成された流路の近傍層から加圧路が流路を押潰せしめる閉鎖機構が構成され、確実に流路を遮断することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は  本発明に使用されるマイクロチップの移送装置の構成を示す断面斜視図である。
図２は、本発明におけるマイクロチップの機構構成を示す斜視図である。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明におけるマイクロチップの動作状態を示す断面図である。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明におけるマイクロチップの動作状態を示す断面図である。
図５は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの一部詳細を示す平面図である。
図６は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図７は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図８は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図９は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１０は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１１は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１２は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１３は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１４は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１５は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１６は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１７は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１８は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図１９は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図２０は、本発明の一実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図２１Ａ及び図２１Ｂは、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図２２Ａ及び図２２Ｂは、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図２３は、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの動作を示す平面図である。
図２４は、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの構成を示す斜視図である。
図２５は、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの構成を示す斜視図である。
図２６は、本発明の他の実施例に係るマイクロチップの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明におけるマイクロチップおよび移送方法を使用し、試料を移送・反応させ遺伝子解析など微細な成分を分析する装置の構成を示す斜視図である。
機枠１にはテーブル３が支柱２を介し設けられ、さらにテーブル３にはＯリング６に周囲をシールされた廃棄穴５が設けられている。また、廃棄穴５は、廃棄電磁弁７、チューブ７ａを介し機枠１上に設けられた廃棄槽８に接続されている。また、テーブル３上面にはマイクロチップ５０に設けられたピン穴５０ａ、５０ｂと合致し所定の位置に案内するための位置決め用のピン１０ａ、１０ｂが凸状に設置されている。さらに、テーブル３にはヒンジ９を介し、締結ネジ２５と周囲をＯリング２６でシールされ貫通した加圧穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよび周囲をＯリング２７でシールされたシャッタ加圧穴２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇを有するカバー２０が、Ａ及びＢ方向に回動可能に設けられている。さらに、テーブル３上の一端には締結ネジ２５と一致する位置にネジ穴４が設けられている。
さらに、カバー２０を貫通する状態で設けられた加圧穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅはチューブ１７により加圧電磁弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅの二次側に接続されている。さらに、シャッタ加圧穴２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇは、チューブ１７によりシャッタ電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇの二次側に接続されている。また、加圧電磁弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよびシャッタ電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇの一次側は蓄圧器１１に接続され、蓄圧器１１にはモータ１３により駆動されるポンプ１２と内部圧力を検出する圧力センサ１４が接続されている。
一方、あらかじめ設定されたプログラムを実行するコントローラ１５には加圧電磁弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよび廃棄電磁弁７、シャッタ電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇが動作制御可能に接続されている。さらに、蓄圧器１１内の圧力を所定圧に制御可能なようにポンプ１２を駆動するモータ１３および該蓄圧器１１内の圧力を検出しフィードバックを行う圧力センサ１４が接続されている。以上の構成により、コントローラ１５からの指令により蓄圧器１１内の圧力は常に所定の圧力に保たれている。
図２は本発明の形態を示すマイクロチップ５０の詳細を示す斜視図である。
マイクロチップ５０は多層構造を成し、それぞれ伸縮性樹脂からなるメインプレート５１ａ、第２プレート（シート）５１ｂ、第３プレート（シート）５１ｃ、第４プレート（シート）５１ｄを貼り合わせた構成となっている。
マイクロチップ５０上には、メインプレート５１ａ、第２プレート５１ｂを貫通して凹状を成す試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび第二反応槽５３ａ、５３ｂ、５３ｃが設けられている。さらに、メインプレート５１ａおよび第４プレート５１ｄを貫通し、第２プレート５１ｂおよび第３プレート５１ｃを貫通されない状態で挟持する反応槽５２ｄ、抽出槽５２ｅが設けられている。また、反応槽５２ｄ内には微細な成分を吸着する磁気ビーズに代表される吸着部材１０１が乾燥固定されている。尚、乾燥固定の説明は図４にて後述する。
また、マイクロチップ５０上には、メインプレート５１ａ、第２プレート５１ｂ、第３プレート５１ｃを貫通し凹状を成すシャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇが設けられている。さらに、廃棄穴９０は第２プレート５１ｂ、第３プレート５１ｃ、第４プレート５１ｄを下方向に貫通するように設けられている。
また、図１で示すテーブル３上に該マイクロチップ５０を搭載し、カバー２０をＢ方向へ回動し締結ネジ２５とネジ穴４によりマイクロチップ５０をテーブル３とカバー２０で挟持した際には、試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃは加圧穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、反応槽５２ｄは加圧穴２２ｄと、抽出槽５２ｅは加圧穴２２ｅと、シャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇは、それぞれシャッタ加圧穴２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇと合致した位置で搭載される構成となっている。
さらに、試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、反応槽５２ｄ、抽出槽５２ｅ、第二反応槽５３ａ、５３ｂ、５３ｃは第２プレート５１ｂと第３プレート５１ｃの間で構成される流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７２ｇで連接されている。また、シャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇは、第３プレート５１ｃと第４プレート５２ｄの間で構成されるシャッタ流路（加圧路）８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇと連接されると共に、その先端は第３プレート５１ｂを挟持状態で流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７２ｇの下部に潜入され一部が交差するように設けられている。
また、流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅ、７２ｆ、７２ｇは構成される第２プレート５１ｂと第３プレート５１ｃを接着する際に、流路となるべき部分を未接着として剥離可能な状態で構成されている。同様に、シャッタ流路８３ａ、８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇは、構成される第３プレート５１ｃと第４プレート５１ｄを接着する際に、流路となるべき部分を未接着として剥離可能な状態で構成されている。
また、反応槽５２ｄ及び抽出槽５２ｅ内の第２プレート５１ｂと第３プレート５１ｃ間も同様にメインプレート５１ａの貫通穴の径とほぼ同径部は未接着となっており、流路７２ｄ、７２ｅ、７２ｇと連接される構成となっていると共に、内部に試料が注入された際には該同径部が膨らみ試料を蓄積せしめる構成となっている。
さらに、試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃには試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃが充填された後、弾性部材からなるフィルム９１が試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃ全体に被覆される。
試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃからの移送動作を図３を参照して説明する。図３Ａおよび図３Ｂは試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃの断面図を示す。
図３Ａは初期状態を示し、マイクロチップ５０のメインプレート５１ａ、第２プレート５１ｂを貫通した試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃには試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃが充填され上部をフィルム９１で封鎖されている。さらに、マイクロチップ５０はＯリング２６を介しカバー２０とテーブル３に挟持されている。また、マイクロチップ５０の構成をなす弾性部材からなる第２プレート５１ｂと第３プレート５１ｃの間には非接着部分からなる流路７１ａ、７１ｂ、７１ｃが該試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃから連接された状態で設けられている。図中には破線で示し説明上容積のある実部位として示してあるが、実態は非接着部による閉鎖状態である。
次に、移送の動作を図３Ｂで説明する。図３Ｂの状態から図１で示すコントローラ１５の予め設定されたプログラムにより、加圧電磁弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃがＯＮされると、圧縮空気に代表される加圧媒体が、カバー２０の加圧口２２ａ、２２ｂ、２２ｃに印加される。その結果、図３Ｂで示すカバー２０上の加圧口２２ａ、２２ｂ、２２ｃから印加された加圧媒体は、周囲をＯリング２６でシールされているため、弾性部材からなるフィルム９１をＤ方向、すなわち試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃの内部に押し込み、充填されていた試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃを加圧する。さらに、加圧された試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、プログラム上開放されている第２プレート５１ｂと第３プレート５１ｃの間で構成される流路７１ａ、７１ｂ、７１ｃを押し広げながらＥ方向へ流出する。
次に、反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅへの移送および抽出動作を図４を参照して説明する。図４Ａは反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅへ注入される前の状態を示す断面図である。
マイクロチップ５０はカバー２０のＯリング２６とテーブル３の間で挟持されている。反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅはマイクロチップ５０を構成するメインプレート５１ａおよび第４プレート５１ｄが貫通穴の形態であり、中間部に挟持される第２プレート５１ｂおよび第３プレート５１ｃはほぼ反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅと同径の非接着部分を有し、さらに非接着部の両端は流路７２ｄ、７２ｅ又は７２ｅ、７２ｇと連接している。また、反応槽５２ｄ内部には吸着部材１０１が乾燥固定されている。
次に、反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅからの流出動作を図４Ｂを参照して説明する。
図３で説明したように、試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃはＥ方向から流路７２ｄ、７２ｅ内を移送される。さらに、予め設定されたプログラムにより流出側の流路７２ｅ、７２ｇが閉鎖されていると共に加圧口２２ｄ、２２ｅには空気に代表される加圧媒体の圧力は開放されている。その結果、試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃは、第２プレート５１ｂおよび第３プレート５１ｃからなる反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅと同径の非接着部分に、第２プレート５１ｂおよび第３プレート５１ｃを風船状に膨張させながら移送される。
次に、反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅへの移送動作を図４Ｃを参照して説明する。
前述の図４Ｂの状態から、カバー２０上の加圧口２２ｄ、２２ｅより空気に代表される加圧媒体を印加すると共に、流入流路７２ｄ、７２ｅを閉鎖し、流出流路７２ｅ、７２ｇを開放すると、風船状に膨張していた第２プレート５１ｂおよび第３プレート５１ｃの非接着部分に充填されていた試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃは加圧され、流出流路７２ｅ、７２ｇを介してＦ方向に吐き出される。
以上の構成により、コントローラ１５内部にあらかじめ設定されたプログラムに基づき、蓄圧器１１内部の空気に代表される加圧媒体の圧力を、順次加圧電磁弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅおよび廃棄電磁弁７、シャッタ電磁弁１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇを介して、カバー２０の加圧穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよびシャッタ加圧穴２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇへ印加する。
その結果、マイクロチップ５０において試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、反応槽５２ｄ、抽出槽５２ｅの上部には、プログラム動作に基づき空気に代表される加圧媒体の圧力が順次印加される。さらに、シャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇにも同様にプログラム動作に基づき空気に代表される加圧媒体が順次印加される。すなわち、プログラムに基づき所望する流路の開閉および試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、反応槽５２ｄ、抽出槽５２ｅの上部に加圧媒体を印加することで、試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃを反応槽５２ｄや抽出槽５２ｅ、第二反応槽５３ａ、５３ｂ、５３ｃへの移送および廃棄穴９０から外部へ廃棄が可能な構成となっている。
次に、本発明におけるマイクロチップの詳細な構成および詳細な動作を図５から図２０を参照して説明する。ここで、図５から図２０はマイクロチップの一部を示す平面図である。尚、説明上流路は実線、シャッタ流路は破線で示してある。
図５はマイクロチップ５０の初期状態を示す。マイクロチップ５０上の試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃには図３Ａで説明したように、試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃが充填されると共に上部を弾性部材からなるフィルム９１で被覆されている。反応槽５２ｄおよび抽出槽５２ｅは図４で説明したように、風船状形態をなし、さらに反応槽５２ｄには微細な成分を吸着する吸着部材１０１が固定化されている。
さらに、試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃは一部の広域を有する交差部Ｃを介し流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄにより反応槽５２ｄと連接されている。また、反応槽５２ｄは流路７２ｅと７２ｆが分岐する状態で抽出槽５２ｅと廃棄口９０と連接されている。
さらに、シャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃからはシャッタ流路８３ａ、８３ｂ、８３ｃが連接され、その一端は、図２で説明したように流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃの下方に潜り込むと共に、交差部Ｃにおいて広域部の一部に重複する状態で設けられている。さらに、シャッタ口６３ｄからコの字形状のシャッタ流路８３ｄが連接され、その一端は流路７２ｅおよび流路７２ｆと重複する状態で下方に潜り込み流路７２ｆ途中で終了している。
さらに、シャッタ口６３ｅからはシャッタ流路８３ｅが連接され、その一端は流路７２ｆの下方に潜り込み、シャッタ流路８３ｄの終端近傍と廃棄口９０の間まで延伸している。また、シャッタ口６３ｆからはシャッタ流路８３ｆが連接され、その一端は流路７２ｅと重複する状態で下方に潜り込み、抽出槽５２ｅの近傍まで延伸している。また、抽出槽５２ｅからは流路７２ｇが連接され、図２で示す第二反応槽５３ａ、５３ｂ、５３ｃに連接されている。
図５で示す初期段階では、図１で示すプログラムを実行するコントローラ１５からの指令で、加圧穴２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅおよびシャッタ加圧穴２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇには加圧媒体が印加されていない状態である。すなわち、図５で示すマイクロチップ５０の試料槽５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、反応槽５２ｄ、抽出槽５２ｅの上部およびシャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇには加圧媒体が印加されていない状態である。
次に、第１段階の動作を図６にて説明する。第１段階の動作は試料槽５２ａに充填された試料１００ａを反応槽５２ｄに移送する工程である。図５で説明した初期段階から、シャッタ口６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、６３ｅ、６３ｆに加圧媒体を印加する。その結果、シャッタ流路８３ｂ、８３ｃ、８３ｄ、８３ｅ、８３ｆに加圧媒体が導かれ弾性部材を撓ませ、流路７２ｂ、７２ｃ、７２ｅ、７２ｆを閉鎖する。その後、試料槽５２ａの上部から加圧媒体を印加すると、図３で説明したようにフィルム９１を介し内部の試料１００ａを移送する。このとき試料１００ａは図４で説明したように、Ｇ方向すなわち唯一開放されている流路７２ａを介し反応槽５２ｄへ移送される。
次に、第２段階の動作を図７にて説明する。第２段階の動作は流路７２ａに移送され残存している試料１００ａを、反応槽５２ａへ移送する工程である。図６の状態からシャッタ口６３ａへ加圧媒体を印加すると、加圧媒体はシャッタ流路８３ａに導かれ、流路７２ａの下部へ導かれると共に弾性部材を撓ませ、流路７２ａと重複する部分に残留していた試料１００ａをＧ方向へ搾り出す。その結果、反応槽５２ｄには流路７２ａに残存していた試料１００ａがさらに充填されることとなる。一方、反応槽５２ｄでは、試料１００ａに含まれていた微細な成分が、吸着部材１０１と接触し吸着される。
次に、第３段階の動作を図８で説明する。第３段階の動作は反応槽５２ｄに充填されていた試料１００ａを廃棄する工程である。図７で示した第２段階の状態からシャッタ口６３ｄ、６３ｅに印加されていた加圧媒体の印加を解除した後、反応槽５２ｄの上部から加圧媒体を印加する。その結果、流路７２ｅ、７２ｆは開放される。また、抽出槽５２ｅへの流入流路はすでにシャッタ流路８３ｆで閉鎖されている。さらに、反応槽５２ａ内に充填されていた試料１００ａは、図４で説明したように唯一開放されている流路７２ｅ、７２ｆすなわちＨ方向へ移送されるため、廃棄口９０を介して廃棄される。
次に、第４段階の動作を図９で説明する。第４段階の動作は流路７２ｅおよび７２ｆの一部に移送され残存している試料１００ａを廃棄する工程である。図８で示した第３段階の状態からシャッタ口６３ｄへ加圧媒体を印加すると、シャッタ流路８３ｄに加圧媒体が導かれ、流路７２ｅ、７２ｆと重複部分に残留していた試料１００ａをＨ方向すなわち廃棄口９０方向へ搾り出し廃棄する。
次に、第５段階の動作を図１０で説明する。第５段階の動作は、試料槽５２ｂに充填されていた試料１００ｂを反応槽５２ｄへ移送すると共に、反応槽５２ｄの近傍の交差部Ｃおよび流路７２ｄ、７２ｅに残存していた試料１００ａを廃棄口近辺に移送すると共に、試料１００ｂにて所望する微細成分以外の成分を洗浄する工程である。図９で示した第４段階の状態からシャッタ口６３ｅに加圧媒体を印加すると共に反応槽５２ｄおよびシャッタ口６３ｄに印加していた加圧媒体の印加を解除する。その後、試料槽５２ｂの上部から加圧媒体を印加する。その結果、試料槽５２ｂに充填されていた試料１００ｂは１方向に導かれ流路７２ｂ、交差部Ｃ、流路７２ｄを介して反応槽５２ｄに移送されると共に、流路７２ｅおよびシャッタ流路８３ｅで閉ざされた流路７２ｆ途上まで移送される。このとき、図９で示した反応槽５２ｄ近傍に残存していた試料１００ａは流路７２ｆのシャッタ流路８３ｅ近傍までＨ方向に移送される。
次に、第６段階の動作を図１１で説明する。第６段階の動作は、流路７２ｅおよび７２ｆ内に残存している試料１００ａおよび試料１００ｂを廃棄する工程である。図１０で示した第５段階の状態からシャッタ口６３ｅへの印加していた加圧媒体の印加を解除した後、シャッタ口６３ｄに加圧媒体を印加する。その結果、シャッタ流路８３ｄは順次膨張し、流路７２ｅおよび７２ｆ内に残存していた試料１００ａおよび試料１００ｂをＨ方向へ移送し、廃棄口９０を介し廃棄する。その結果、反応槽５２ｄおよび交差部Ｃ近傍には試料１００ｂのみが残存することとなる。またこのとき、反応槽５２ｄ内の吸着部材１０１には所望する微細成分が吸着されており、所望以外の微細成分は廃棄、すなわち洗浄された状態となる。
次に、第７段階の動作を図１２で説明する。第７段階の動作は、反応槽５２ｄ内に風船状態で充填されている試料１００ｂを廃棄する工程である。図１１で示した第６段階の状態からシャッタ口６３ｄに印加していた加圧媒体の印加を解除した後、反応槽５２ｄの上部から加圧媒体を加圧印加する。その結果、反応槽５２ｄ内に充填されていた試料１００ｂは唯一解放されている流路７２ｅ、７２ｆをＨ方向へ移送され、一部は廃棄口９０を介し廃棄される。すなわち、反応槽５２ｄ内の試料１００ｂは廃棄される。
次に、第８段階の動作を図１３で説明する。第８段階の動作は、流路７２ｅ、７２ｆに残存する試料１００ｂを廃棄する工程である。図１２で示した第７段階の状態からシャッタ口６３ｄに加圧媒体を印加する。その結果、シャッタ流路８３ｄは順次膨張し、流路７２ｅおよび７２ｆ内に残存していた試料１００ｂをＨ方向へ移送し、廃棄口９０を介し廃棄する。また、交差部Ｃには一部試料１００ｂが残存している。
次に、第９段階の動作を図１４で説明する。第９段階の動作は試料槽５２ｃ内の試料１００ｃを反応槽５２ｄへ移送する工程である。図１３で示した第８段階の状態から、シャッタ口６３ｃに印加していた加圧媒体の印加を解除しシャッタ流路８３ｃを開放した後、試料槽５２ｃの上部に加圧媒体を印加すると試料１００ｃはＪ方向に移送され反応槽５２ｄを風船状に膨張させながら内部に充填される。その際、交差部Ｃに残存していた試料１００ｂの一部を反応槽５２ｄに連接される流路７２ｅの一端に押出す。
次に、第１０段階の動作を図１５で説明する。第１０段階の動作は流路７２ｃ内に残存する試料１００ｃを反応槽５２ｄへ押出し移送する工程である。図１４で示した第９段階の状態からシャッタ口６３ｃへ加圧媒体を印加するとシャッタ流路８３ｃは膨張し、流路７２ｃと重なる部分の試料１００ｃをＪ方向に搾り出す。その結果、試料１００ｃは反応槽５２ｄへ移送される。
次に、第１１段階の動作を図１６で説明する。第１１段階の動作は第１０段階で流路７２ｅの一端に移送され残存していた試料１００ｂの一部と試料１００ｃを流路７２ｆに移送する工程である。図１５で示した第１０段階の状態からシャッタ口６３ｄに印加していた加圧媒体の印加を解除すると、シャッタ流路８３ｄが流路７２ｅを開放する。そのとき、反応槽５２ｄ内は風船状に膨張し内圧を有していることから、内部の試料１００ｃを流路７２ｅ、７２ｆ内をＨ方向に導く。このとき、第１０段階で反応槽５２ｄ近傍に残存していた試料１００ｂを流路７２ｆがシャッタ流路８３ｅの閉鎖された近傍まで移送する。
次に、第１２段階の動作を図１７で説明する。第１２段階の動作は流路７２ｅ、および７２ｆ内に残存していた試料１００ｂ、１００ｃを廃棄する工程である。図１６で示した第１１段階の状態からシャッタ口６３ｄに加圧媒体を印加すると、シャッタ流路８３ｄは膨張し流路７２ｅおよび７２ｆの内の試料１００ｃをＨ方向に搾り出す。その結果、試料１００ｂ、１００ｃは一部を流路７２ｆ内に残し廃棄口９０から廃棄される。すなわち、反応槽５２ｄ内には試料１００ｃのみが蓄積され、吸着部材１０１に吸着されていた所望する微細成分を溶解する。
次に、第１３段階の動作を図１８で説明する。第１３段階の動作は反応槽５２ｄに蓄積され微細成分が溶解された試料１００ｃを、抽出槽５２ｅに移送する工程である。図１７で示した第１２段階の状態からシャッタ口６３ｄ、６３ｆに印加していた加圧媒体の印加を解除しシャッタ流路８３ｄ、８３ｆが流路７２ｅを開放する。その後、反応槽５２ｄの上部から加圧媒体を印加する。その結果、反応槽槽５２ｄ内部の試料１００ｃは唯一開放されている流路７２ｅをＫ方向に移送される。また、流路７２ｇは図２で示すシャッタ口６３ｇに加圧媒体が印加されシャッタ流路８３ｇが膨張し閉鎖されており、Ｋ方向に移送された試料１００ｃは抽出槽５２ｅを風船状に膨張させ充填される。
次に、第１４段階の動作を図１９で説明する。第１４段階の動作は流路７２ｅに残存している試料１００ｃをシャッタ流路８３ｄにより抽出槽５２ｅに移送する工程である。図１８で示した第１３段階の状態からシャッタ口６３ｄに加圧媒体を印加すると、シャッタ流路８３ｄが膨張し、流路７２ｅと重複する部分の試料１００ｃをＫ方向に搾り出し、唯一開放されている流路７２ｅを介し抽出槽５２ｅに移送する。
次に、第１５段階の動作を図２０で説明する。第１５段階の動作は抽出槽５２ｅ近傍の流路７２ｅに残存している試料１００ｃを、さらに抽出槽５２ｅに移送すると共に抽出槽５２ｅを閉鎖する工程である。図１９で説明した第１４段階の動作からシャッタ口６３ｆに加圧媒体を印加すると、シャッタ流路８３ｆは膨張し、抽出槽５２ｅ近傍の流路７２ｅに残存していた試料１００ｃをＫ方向に搾り出し抽出槽５２ｅへ移送する。また、抽出槽５２ｅから連接された流路７２ｇは前工程で閉鎖されているため、抽出槽５２ｅ内に充填された試料１００ｃは封止された状態となる。さらに、抽出槽５２ｅに充填された所望の微細成分が溶解された試料１００ｃは各工程で説明した通りに分析に悪影響を及ぼす試料１００ａ、１００ｂを含まない。すなわち、抽出槽５２ｅに充填された試料１００ｃは信頼性の高い分析が可能となる。また、抽出槽５２ｅに充填された試料１００ｃは、図２で示すように同様の構成を駆動させることにより、さらに第二反応槽５３ａ、５３ｂ、５３ｃに移送され、例えばＤＮＡの増幅などの次の処理がおこなわれる。
以上本実施例の説明において、試料槽数を３槽、反応槽数を１槽、抽出槽数を１槽、第二反応槽数を３槽としたが、同様の流路およびシャッタ流路の機能を有する移送機構であれば同様の効果を奏する。すなわち、槽数には限定されない。
また、図６で示す流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃの交差部Ｃにおいて円形状をなす広域部を設けると共に、シャッタ流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃの先端部の一部が広域部に進出して設けられることにより、交差部Ｃでの試料が残存しにくい形状となる。すなわち、流路の交差する間際までシャッタ機能を作用させることが可能であり、交差部Ｃの近傍への試料残存を防止できると共に、移送される試料による洗浄効率が飛躍的に拡大する。
また、実施例の広域部Ｃの説明において円形状にて説明を行ったが、楕円形状、菱形状等の広域部を有する交差部にても同様の効果を奏する。すなわち、広域部の形状に限定されない。
次に、本発明に係る他の実施例について図２１Ａを参照して説明する。図２１Ａはマイクロチップ２５０の一部を示す平面図である。
マイクロチップ２５０には上記実施例と同様に試料槽２５２、反応槽２５２ｄが設けられ、流路２７２が他の流路との交差部Ｃを経て連接されている。上記実施例と同様に、シャッタ口２６３ｂには流路２８３ｂが流路２７２の設けられた層とは異なる層に連接され、その他端は該流路２７２と長さ方向の一部が重複すると共に下部へ潜入する状態で設けられ、交差部Ｃの内部まで導かれている。さらに、シャッタ口２６３ｃには流路２８３ｃが流路２７２と流路２８３ｂの設けられた層とは異なる層に連接され、その他端は流路２７２と長さ方向の一部が重複すると共に下部へ潜入する状態で設けられ、交差部Ｃの内部まで導かれている。流路２８３ｃと流路２８３ｂによって、これにより流路２７２を進展圧接することにより、流路２７２を閉鎖すると共に、流路２７２内に残存した試料を搾り出すことができる。
次に、本発明に係る他の実施例について図２１Ｂを参照して説明する。図２１Ｂはマイクロチップ２５０の一部を示す平面図である。
マイクロチップ２５０には上記実施例と同様に試料槽２５２、反応槽２５２ｄが設けられ、流路２７２が他の流路との交差部Ｃを経て連接されている。また、上記実施例とは異なり、シャッタ口２６３ｃには流路２８３ｃが流路２７２の設けられた層とは異なる層に連接され、その他端は交差部Ｃから反応槽２５２ｄとの間の流路に重複する状態で設ける。流路２８３ｃを進展圧接することにより、流路２７２の交差部Ｃから反応槽２５２ｄ間の流路を閉鎖すると共に、流路２７２内に残存した試料を搾り出すことができる。また、シャッタ口に接続された流路のための層を増すこと等により、シャッタ口に接続された流路を増すことによって、試料の通過する流路内に残存した試料の全てを搾り出すことができる。
また、マイクロチップ２５０にはシャッタ口２６３ｃが設けられ、シャッタ流路２８３ｃが連接されている。さらに、シャッタ流路２８３ｃは流路２７２が設けられた層とは異なる上層に設けられ、その一端は流路２７２と長さ方向の一部が重複する状態上部へ乗上する状態で設けられ、交差部Ｃの内部まで導かれている。すなわち、上記実施例とは異なり流路２７２をシャッタ流路２８３ｂ、２８３ｃが挟持する状態で構成されている。
以上の構成により、シャッタ口２６３ｂ、２６３ｃへ加圧媒体が同時に印加されると、シャッタ流路２８３ｂ、２８３ｃは流路２７２を上層および下層から圧迫する状態となり、図５で示した構成に比較して、流路の閉鎖および搾り出し機能が格段に飛躍する。すなわち、弾性部材からなる積層構成を有するマイクロチップにおいて、シャッタ流路は被制御体である流路に対し単一である必要はなく、複数で行っても同等もしくはより高い機能を発する。
次に、本発明に係る他の実施例について図２２を参照して説明する。図２２Ａおよび図２２Ｂは、マイクロチップ３５０における断面図を示したものである。
マイクロチップ３５０は弾性部材からなるメインプレート３５１ａ、第２プレート３５１ｂ、第３プレート３５１ｃ、第４プレート３５１ｄの積層構造をなす。流路３７２は微細線状をなし第３プレート３５１ｃと第４プレート３５１ｄの間に流路部を非接着された状態で構成される。また、シャッタ流路３８３は微細な線状をなし、第２プレート３５１ｂと第３プレート３５１ｃとの間流路部を非接着された状態で構成される。図２２では説明上容積が存在するような表示をしているが、事実上の容積は限りなく０に近い状態である。また、マイクロチップ３５０が搭載されたテーブル３０３には流路３７２とシャッタ流路３８３の交差部と一致する位置に、凹部形状の窪み部３０３ａが設けられている。
次に、図２２Ｂを参照してその動作を説明する。図２２Ａに示したで装置構成の下、シャッタ流路３８３に加圧媒体が印加されると、シャッタ流路３８３は弾性部材から構成されるメインプレート３５１ａ、第２プレート３５１ｂ、第３プレート３５１ｃ、第４プレート３５１ｄを撓ませる。そのとき、第３プレート３５１ｃと第４プレート３５１ｄは内部に構成された流路３７２と共に下方に撓み、窪み部３０３ａの内部に凸状に膨らむ。その結果、流路３７２は窪み部３０３ａの周囲に圧接され、堅固に閉鎖される。すなわち、テーブル３０３に窪み部を設けることにより、流路の閉鎖機能が向上する。
図２２Ａおよび図２２Ｂの説明において窪み部３０３ａとして説明したが、マイクロチップに穴状部位を設けたり、別途に穴状部位を有するマイクロチップと重ね合わせたりすることによっても同様の効果を奏する。すなわち形状には限定されない。
次に、本発明に係る他の実施例について図２３を参照して説明する。図２３はマイクロチップ４５０の一部を示す平面図である。
マイクロチップ４５０上の試料槽４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃには図３（ａ）で説明したように、試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃが充填されると共に上部をフィルム４９１で被覆されている。また、反応槽４５２ｄは図４で説明したように、風船状形態を構成している。さらに、試料槽４５２ａ、４５２ｂには流路４７２ａ、４７２ｂが連接され、一端は交差部Ｎを介し反応槽４５２ｄに連接されている。また、試料槽４５２ｃには流路４７２ｃの一端が連接され、他端は反応槽４５２ｄに直接に連接されている。
さらに、マイクロチップ４５０には図２および図５で説明したシャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃと同様な構成を有するシャッタ口４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃが設けられている。シャッタ口４６３ａ、４６３ｂ、４６３ｃからはシャッタ流路４８３ａ、４８３ｂ、４８３ｃが連接され、その一端は、図２で説明したように流路４７２ａ、４７２ｂ、４７２ｃの下方に潜り込む状態で設けられている。
以上の構成により、図５で示すマイクロチップ５０と同様に、順次試料槽４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃに充填された試料１００ａ、１００ｂ、１００ｃを図５で説明した実施例と同様に反応槽４５２ｄへ移送する。その際には、流路４７２ａおよび４７２ｂの流路群と流路４７２ｃは独立して反応槽４５２ｄに連接しているため、試料１００ｃの分析に悪影響を及ぼす試料１００ａは試料１００ｃの流路４７２ｃに混入することはない。さらに、反応槽４５２ｄに注入された試料１００ｃは、後に移送される洗浄機能を有する試料１００ｂにより反応槽４５２ｄ内を洗浄される。すなわち、試料１００ｃと試料１００ａは反応槽４５２ｄに導入される前に混合することがなく、相互汚染を起こすことがない。さらに、少なくとも試料槽４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃ内の一つに、流路を初期時に安定させる試料を充填し、初期の段階や所望する工程時に送液してマイクロチップの流路の非接着部を剥離するなど安定化させることも可能である。
また、少なくとも試料槽４５２ａ、４５２ｂ、４５２ｃ内の一つに、流路を安定させたり他の試料に悪影響を及ぼさない試料を充填し、初期の段階や所望する工程時に移送してマイクロチップの試料槽や反応槽の間際や流路と流路の狭窄部位に、試料を毛細管現象により充填する。このようにして、各工程で使用する試料がマイクロチップの狭窄部位に入り込むことを防ぐことにより、各試料が反応槽４５２ｄに導入される前に混合することがなく、相互汚染をなくすことも可能である。
その結果、互いに汚染を引き起こす試料の混濁が防止され、微細な成分の分析精度が向上する。本実施例の説明において試料槽数を３槽として説明したが、相互汚染が発生する試料の流路を独立して設けることにより、複数の試料槽数でも同様の効果を奏する。すなわち試料槽数には限定されない。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るマイクロチップの流路制御機構では、流路の開閉機構として、マイクロチップ内に弾性部材で封成された試料の流路と一部が交差した形態であり、また流路が構成された層と異なる層に加圧路を設け、加圧路に加圧媒体が印加された際には、交差部において該流路を圧接し閉鎖する構成とする。
このような構成の下、弾性部材中に封成された流路の近傍層から加圧路が該流路を押潰せしめる閉鎖機構となり、確実に流路を遮断することが出来る。
また、複数の移送元の試料槽から順次集中して移送される移送先の反応槽への移送流路を、混合されると分析に悪影響を及ぼす試料群ごとに独立した流路とし、順次移送される際に、流路内に残留した悪影響を及ぼす試料の混入を防止し分析への影響を回避する流路の構成とする。
このような構成の下、相互に悪影響を及ぼす試料の反応槽への流入流路を分離することにより、試料は重複した流路を介して移送されることがなく分析の信頼性が向上する。
また、流路に残存した試料を絞出する機構として、互いに異なる層に設けられた加圧路と該流路が、弾性部材被膜を介して流路の長さ方向に重複部を有する加圧路とし、加圧路に加圧媒体が印加された際には流路を閉鎖すると共に、重複部が進展膨張するに伴い流路内の試料を順次搾り出す機構とする。
このような構成の下、弾性部材中に封成された流路と加圧路が流路長方向に重複部を有すると共に、流路内の試料を押出する機能を動作させることにより、流路に残留している試料を移送先や移送元の試料槽へ移送させるため流路内には試料が残らず、次工程で同じ流路を介し移送される試料との間での汚染を防止でき、分析の信頼性が向上する。さらに、流路内の試料を搾り出し活用することが可能で高価な試料の節減、すなわち分析コストの低減が可能となる。
また、複数の流路の交差部において、それぞれの流路を閉鎖・開放せしめる加圧路の一端を交差部内に突出した形態とすることにより、交差部で他の流路が開放され試料が移送されている際に、加圧路により閉鎖されている流路内には試料の混入を防止すると共に、交差部に試料の残存を防止する構成とする。
このような構成の下、複数の流路が交差する位置で、各々の流路を閉鎖する加圧路が該交差部の一部まで重複し突出しており、交差部内で閉鎖された流路以外に移送されている試料が閉鎖されている流路の交差部近傍に流入することはなく、交差部に洗浄試料を移送した際には確実に洗浄され、試料の混合による汚染（コンタミ）は回避され、分析の信頼性が向上する。
また、流路の開閉機構として、マイクロチップ内に弾性部材で封成された試料の流路と一部が交差した形態であり、さらに流路が構成された層と異なる層に加圧路を設けると共に、マイクロチップまたはマイクロチップの挟持部材の該流路の交差部と一致する位置に穴部又は凹部形状を設け、加圧路に加圧媒体が印加された際には、交差部において弾性部材からなる該流路が撓みさらに穴部または凹部へ撓入すると共に、穴部または凹部の端縁部にて流路を挟持し閉鎖する構成とする。
このような構成の下、加圧路に加圧媒体を印加させ弾性部材を撓ませ流路を圧接閉鎖する構成において、流路が撓み穴部や凹部に入り込み閉鎖機能を増大させることにより加圧媒体の圧力が低減され、省エネ化されると共に、他の試料の進入を防止し分析の信頼性が向上する。
また、試料の注入方法として、複数の移送元の試料槽の少なくとも一つに、移送先の試料槽や流路の状態を整える試料または洗浄試料が充填され、移送工程の最初または所望する工程に試料が移送される構成とする。
このような構成の下、少なくとも一つの試料槽に充填された洗浄または流路安定試料を、分析の初期または必要時にマイクロチップ内の流路へ移送することにより、移送機構によって流路内に残留してしまう試料を後工程では悪影響を及ぼさない試料とすることや、残留した悪影響を及ぼす試料の除去や、流路状態を安定化させることにより分析の信頼性が向上する。
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るマイクロチップの流路制御機構によれば、流路内に残存した試料を搾り出し分析可能となるため、高価な試料の節減となる。
さらに、このようなマイクロチップの流路開閉機構によれば、試料の移送に係わる流路の閉鎖を確実に行うことが可能となり、試料が相互に混合することがなく、相互汚染による分析精度の低下を回避することが可能となり、分析の信頼性を飛躍的に向上できる。
さらに、このようなマイクロチップの流路開閉機構によれば、制御が簡便で装置の小型軽量化、省エネ化、安価な装置の供給が可能となる。
次に、本発明の他の実施例を図２４を参照して説明する。図２４は、図２により説明したマイクロチップ５０をチップ体５０１とシャッタユニット６０１に分離した構成を示す。
チップ体５０１は多層構造を成し、メインプレート５５１ａ及び伸縮性樹脂からなる第２プレート５５１ｂを張り合わせた構成となっている。チップ体５０１にはメインプレート５５１ａ及び第２プレート５５１ｂを貫通したシャッタ口５６３ａ、５６３ｂ、５６３ｃ、５６３ｄ、５６３ｅ、５６３ｆ、５６３ｇが設けられている。さらに第２プレート５５１ｂを下方に貫通したチップ廃棄穴５９０が設けられている。他の構成は図２で説明したマイクロチップ５０と同等である。
一方、シャッタユニット６０１は伸縮性樹脂からなる第１シャッタ板６５１ｃと第２シャッタ板６５１ｄを張り合わせた構成となっている。さらに第１シャッタ板６５１ｃを貫通したシャッタ口６６３ａ、６６３ｂ、６６３ｃ、６６３ｄ、６６３ｅ、６６３ｆ、６６３ｇが設けられている。また該シャッタ口６６３ａ、６６３ｂ、６６３ｃ、６６３ｄ、６６３ｅ、６６３ｆ、６６３ｇには、それぞれ一端が開放されたシャッタ流路６８３ａ、６８３ｂ、６８３ｃ、６８３ｄ、６８３ｅ、６８３ｆ、６８３ｇが接続されている。また第１シャッタ板６５１ｃと第２シャッタ板６５１ｄを貫通したチップ廃棄穴６９０が設けられ、チップ体５０１とシャッタユニット６０１を重ねた際には、シャッタ口５６３ａ、５６３ｂ、５６３ｃ、５６３ｄ、５６３ｅ、５６３ｆ、５６３ｇとシャッタ口６６３ａ、６６３ｂ、６６３ｃ、６６３ｄ、６６３ｅ、６６３ｆ、６６３ｇおよびチップ廃棄穴５９０とチップ廃棄穴６９０が合致した位置になる構成を成す。
シャッタ流路６８３ａ、６８３ｂ、６８３ｃ、６８３ｄ、６８３ｅ、６８３ｆ、６８３ｇは第１シャッタ板６５１ｃと第２シャッタ板６５１ｄ間に設けられ、非接着部により構成される。さらにシャッタ口６６３ａ、６６３ｂ、６６３ｃ、６６３ｄ、６６３ｅ、６６３ｆ、６６３ｇから加圧媒体が印加された際に、媒体が流入し第１シャッタ板６５１ｃと第２シャッタ板６５１ｄ間で風船状に膨張する構成となっている。
以上の構成から、該チップ体５０１およびシャッタユニット６０１を重ねて、図１で示す装置へ搭載し、テーブル３とカバー２０で挟持した際には、図２で説明したマイクロチップ５０と同等の機能を奏する。すなわち、マイクロチップ５０のシャッタ部を、シャッタユニット６０１で示す様に分離設置しても可能であり、チップ本体の構成が簡便となる。
さらに、本発明の他の実施例を図２５を参照して説明する。図２５は図２により説明したマイクロチップ５０をチップ体７５０とシャッタユニット８０１に分離した構成を示す。
チップ体７５０は多層構造を成し、メインプレート７５１ａ及び伸縮性樹脂からなる第２プレート７５１ｂ、第３プレート７５１ｃを張り合わせた構成となっている。チップ体７５０にはメインプレート７５１ａ及び第２プレート７５１ｂ、第３プレート７５１ｃを貫通したシャッタ口７６３ａ、７６３ｂ、７６３ｃが設けられている。さらに第２プレート７５１ｂ及び第３プレート７５１ｃを下方に貫通したチップ廃棄穴７９０が設けられている。
さらに、チップ体７５０にはメインプレート７５１ａ及び第２プレート７５１ｂを貫通したシャッタ口７６３ｄ、７６３ｅ、７６３ｆ、７６３ｇが設けられ、またメインプレート７５１ａと第２プレート７５１ｂの間に非接着部からなるシャッタ流路７８３ｄ、７８３ｅ、７８３ｆ、７８３ｇが設けられており、それぞれの一端はシャッタ口７６３ｄ、７６３ｅ、７６３ｆ、７６３ｇに連接開放されている。
また、図２で示した流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７３ｄ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７３ｇは、図２５で示す第２プレート７５１ｂと第３プレート７５１ｃの間に非接着の状態で設けられている。すなわち、シャッタ流路７８３ｄ、７８３ｅ、７８３ｆ、７８３ｇは、第２プレート７５１ｂを介して、流路７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７３ｄ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７３ｇと交差している。
さらに、シャッタユニット８０１は、弾性部材からなる第１シャッタ板８５１ｃ及び第２シャッタ板８５１ｄの張り合わせ構成を成し、第１シャッタ板８５１ｃと第２シャッタ板８５１ｄの間には一部を非接着状態としたシャッタ流路８８３ａ、８８３ｂ、８８３ｃ、８８３ｄ、８８３ｅ、８８３ｆ、８８３ｇが設けられている。また第１シャッタ板８５１ｃを貫通したシャッタ口８６３ａ、８６３ｂ、８６３ｃ及び第２シャッタ板８５１ｄを下方向に貫通したシャッタ口８６３ｄ、８６３ｅ、８６３ｆ、８６３ｇが設けられている。さらに該シャッタ流路８８３ａ、８８３ｂ、８８３ｃ、８８３ｄ、８８３ｅ、８８３ｆ、８８３ｇの一端はシャッタ口８６３ａ、８６３ｂ、８６３ｃ、８６３ｄ、８６３ｅ、８６３ｆ、８６３ｇは連接開放されている。すなわちシャッタ口８６３ａ、８６３ｂ、８６３ｃ、８６３ｄ、８６３ｅ、８６３ｆ、８６３ｇへ加圧媒体が印加されると該シャッタ流路８８３ａ、８８３ｂ、８８３ｃ、８８３ｄ、８８３ｅ、８８３ｆ、８８３ｇは風船状に膨張しチップ体７５０を下方から圧接する構成となっている。またシャッタユニット８０１には第１シャッタ板８５１ｃ及び第２シャッタ板８５１ｄを貫通した廃棄穴８９０が設けられている。
また、チップ体７５０とシャッタユニット８０１を重ねて搭載するテーブル９０３には、シャッタ加圧口９６３ｄ、９６３ｅ、９６３ｆ、９６３ｇが貫通する状態で設けられ、さらにチューブ９１７に接続されている。チューブ９１７は図１で示すシャッタ電磁弁１８ａ〜１８ｂと同様な電磁弁に接続され、加圧媒体の印加が制御されている。さらに、テーブル９０３には廃棄穴９０６が設けられ、図１で示した廃棄穴６と同様に廃棄電磁弁７を介し廃棄槽８に接続されている。
さらに、チップ体７５０とシャッタユニット８０１を重ねてテーブル９０３上に搭載し、図１で示すカバー２０で挟持した際には、シャッタ口７６３ａ、７６３ｂ、７６３ｃとシャッタ口８６３ａ、８６３ｂ、８６３ｃが一致した位置で、またシャッタ口８６３ｄ、８６３ｅ、８６３ｆ、８６３ｇとシャッタ口９６３ｄ、９６３ｅ、９６３ｆ、９６３ｇが一致した位置で、さらには廃棄口７９０、８９０、９０６が一致した位置で重ねて搭載される。
すなわち、シャッタ口７６３ｄ、７６３ｅ、７６３ｆ、７６３ｇへ印加された加圧媒体はチップ体７５０内でシャッタ流路７８３ｄ、７８３ｅ、７８３ｆ、７８３ｇを風船状に膨張させ流路を閉鎖する。またシャッタ口７６３ａ、７６３ｂ、７６３ｃへ印加された加圧媒体は８６３ａ、８６３ｂ、８６３ｃを介し、シャッタユニット８０１内のシャッタ流路８８３ａ、８８３ｂ、８８３ｃを風船状に膨張させ、チップ体７５０内の流路を下方向から閉鎖せしめる。また９６３ｄ、９６３ｅ、９６３ｆ、９６３ｇへ印加された加圧媒体はシャッタ口８６３ｄ、８６３ｅ、８６３ｆ、８６３ｇを介し、シャッタユニット８０１内のシャッタ流路８８３ｄ、８８３ｅ、８８３ｆ、８８３ｇを風船状に膨張させ、チップ体７５０内の流路を下方向から閉鎖せしめる。
以上の結果、シャッタ流路７６３ｄ、７６３ｅ、７６３ｆ、７６３ｇとシャッタ流路８８３ｄ、８８３ｅ、８８３ｆ、８８３ｇは上下方向からチップ体７５０の流路を閉鎖せしめることとなり、堅固な閉鎖機構となる。以上の構成を設けることにより、図２で説明したチップ５０と同等もしくはより堅固な遮断手段となる。
さらに、本発明の他の実施例を図２６を参照して説明する。チップ体１０５０は図２でしめすマイクロチップ５０と同様の構成を示すが、シャッタ口６３ｄ、６３ｅ、６３ｆ、６３ｇ及びシャッタ流路８３ｄ、８３ｅ、８３ｆ、８３ｇが設けられていない構成である。
また、シャッタユニット１０５０は伸縮性部材からなる第１シャッタ板１０５１ｃ及び第２シャッタ板１０５１ｄの張り合わせ構成を成し、第１シャッタ板１０５１ｃと第２シャッタ板１０５１ｄの間には一部を非接着状態としたシャッタ流路１０８３ｄ、１０８３ｅ、１０８３ｆ、１０８３ｇが設けられている。
さらに、第１シャッタ板１０５１ｃを貫通したシャッタ口１０６３ｄ、１０６３ｅ、１０６３ｆ、１０６３ｇが設けられている。さらに該シャッタ流路１０８３ｄ、１０８３ｅ、１０８３ｆ、１０８３ｇの一端はシャッタ口１０６３ｄ、１０６３ｅ、１０６３ｆ、１０６３ｇに連接開放されている。すなわち、シャッタ口１０６３ｄ、１０６３ｅ、１０６３ｆ、１０６３ｇへ加圧媒体が印加されると該シャッタ流路１０８３ｄ、１０８３ｅ、１０８３ｆ、１０８３ｇは風船状に膨張しチップ体１０５０を上方から圧接する構成となっている。
また、シャッタユニット１０５０ａには第１シャッタ板１０５１ｃ及び第２シャッタ板１０５１ｄを貫通し、チップ体１０５０に重ねた際に該チップ体１０５０のシャッタ口６３ａ、６３ｂ、６３ｃと一致する位置にシャッタ口１０６３ａ、１０６３ｂ、１０６３ｃが設けられている。さらにチップ体１０５０ａの操作を行うための貫通穴が設けられている。
次に、該チップ体１０５０とシャッタユニット１０５０ａを重ねて図１で示した装置に搭載しカバー２０とテーブル３で挟持し、予めプログラムされた動作を行うとシャッタ口１０６３ｄ、１０６３ｅ、１０６３ｆ、１０６３ｇへ加圧媒体が印加され、シャッタ流路１０８３ｄ、１０８３ｅ、１０８３ｆ、１０８３ｇを膨張させる。その結果図２で示す流路７２ｅ、７２ｆ、７２ｇを圧接し閉鎖せしめる。以上の説明によりシャッタユニット１０５０ａをチップ体１０５０の上方に設置しても同様の効果が得られる。
すなわち、前述したように、シャッタユニットはチップ体の上方、または下方、または上方と下方の双方に設置しても同様の効果が得られ、設置場所に制約されるものではない。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本願は、２００８年３月２４日出願の日本国特許出願２００８−０７５３９５を基礎とするものであり、同特許出願の開示内容は全て本願に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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