(57)【要約】反応容器内に微小液滴を精度よく注入する。容器ベース３の一表面に反応容器５が形成されており、容器ベース３上には流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａを備えている。流路ベース１１は、反応容器５に対向して設けられ、液体導入流路１２ａの上面よりも上方側に凹んだ凹部２７も備えている。反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部近傍において、上方から見て、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。
2009075016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、
前記カバー基板に前記容器に対向して設けられ、前記液体導入流路の上面よりも上方側に凹んだ凹部と、を備え、
少なくとも前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に又は前記容器の肩部と同じ位置に配置されている微小液滴操作デバイス。
【請求項２】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板若しくは前記ベース基板又はその両方に形成されている請求項１に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項３】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に配置されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成され、かつ前記凹部と接続されている請求項１又は２に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項４】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に配置されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成され、かつ前記凹部とは間隔をもって形成されており、
前記カバー基板における前記液体導入流路と前記凹部の間の部分は凹部として形成されず前記液体導入流路の溝深さに対して凸部となっている請求項１又は２に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項５】
前記凸部の面における前記容器と対向する部位は液滴の接触角が９０°以上である請求項４に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項６】
前記凹部の底面の少なくとも一部もしくは前記凹部の側面の少なくとも一部又はそれらの両方は液滴の接触角が９０°以上である請求項１から５のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項７】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、を備え、
前記カバー基板における前記容器に対向している部分の一部分又は全部分は液滴の接触角が９０°以上である微小液滴操作デバイス。
【請求項８】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成されており、
前記カバー基板における前記容器に対向している部分のうち、少なくとも前記液体導入流路に隣接する部分は液滴の接触角が９０°以上である請求項７に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項９】
液滴が前記液体導入流路を介して前記容器に導入される際に、前記容器の側壁が前記液滴とは異なる、前記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために、前記容器内に前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されている請求項１から８のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１０】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、を備え、
液滴が前記液体導入流路を介して前記容器に導入される際に、前記容器の側壁が前記液滴とは異なる、前記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために前記容器内に前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されている微小液滴操作デバイス。
【請求項１１】
前記容器の側壁にはその表面積を平坦面に比べて増大させるための凹凸加工、シボ加工、機械加工又は溝が施されている請求項９又は１０に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１２】
前記液体導入流路は、前記接合面に形成された溝、又は前記溝及び前記基板に形成された貫通孔からなり、かつ、主流路と、前記主流路から分岐した所定容量の計量流路と、一端が前記計量流路に接続され他端が前記容器に接続された注入流路からなり、
前記注入流路は前記計量流路よりも流入耐圧が高くなるように形成されて前記主流路及び前記計量流路に液体が導入されるときの液体導入圧力状態並びに前記主流路内の液体がパージされるときのパージ圧力状態では液体を通さず、それよりも加圧状態で液体を通すものである請求項１から１１のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の前記微小液滴操作デバイスを用いた処理方法であって、
前記導入圧力で前記主流路及び前記計量流路に液体を充填し、
前記主流路に気体を流して前記計量流路内に液体を残存させつつ前記主流路内の液体を排出し、
前記主流路内を前記導入圧力よりも大きく陽圧に若しくは前記反応容器内を陰圧に又は前記陽圧及び前記陰圧の両方にすることより液体導入流路を介して前記計量流路内の液体を前記容器に注入することを特徴とする反応処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微小量のサンプルで有機物を合成する有機化学やＰＣＲ(polymerase chain reaction)法などを行う生化学に関し、特に、液体の成分を分析する機能や前処理機能等を集積したマイクロチップ（μＴＡＳ:Micro Total Analysis System）及び反応処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生化学的分析や通常の化学分析に使用する小型の反応装置としてマイクロマルチチャンバ装置が使用されている。そのような装置としては、例えば平板状の基板表面に反応容器としての複数のウエルが形成されたマイクロタイタープレートなどのマイクロウエル反応容器プレートが用いられている（特許文献１参照。）。【０００３】
微少量の液体サンプルを操作する場合、通常はマイクロピペッターを用いて液体サンプルのサンプリングやサンプル添加を行なっている。
その際、サンプル反応部位は開放された状態になっているため、サンプルに外部から異物が混入する虞れがある。また、サンプルが外部の環境を汚染することもある。外部からの異物の混入や、外部への環境汚染を防ぐためには、デバイス内部でサンプルの操作を行うことが望まれている。【０００４】
また、このようなマイクロ反応装置で分析の効率をより向上させるためには、基板表面に集積する反応容器数を増やすことが望ましい。しかし、反応容器数を増加させた場合、各反応容器にサンプルを均等に分配することは困難である。【０００５】
そこで本発明者らは、基体内に複数の反応容器を形成し、そこに液体サンプルを均等に分配することができる受動的な試料導入法を提案している（非特許文献１参照。）。受動的なサンプル導入法とは、流路を流れる液体サンプルに相互作用する力やエネルギーを外部から与えることなく、流路を段階的に分岐させることによって流路を流れる液体サンプルを分配することを意味している。【０００６】
また、微量の液体を定量的に扱うことができる微量液体秤取構造として、第１流路及び第２流路と、上記第１流路の流路壁に開口する第３流路と、第２流路の流路壁に開口して第３流路の一端と第２流路を連結し第３流路よりも相対的に毛管引力が働きにくい性質を第４流路とを有する構造を備えたものがある（例えば特許文献２，３を参照。）。その微量液体秤取構造によれば、第１流路に導入された液体が第３流路内に引き込まれた後、第１流路に残存する上記液体を取り除き、第３流路の容積に応じた体積の液体を第２流路に秤取することができる。【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１７７７４９号公報
【特許文献２】特開２００４−１６３１０４号公報
【特許文献３】特開２００５−１１４４３０号公報
【非特許文献１】M.Kanai, et. al. "A Multi Cellular Diagnostic Device for High-throughput Analysis",Proceeding of μTAS2004, pp.126-128, 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、微小の液体サンプルを流路から反応容器へ移動させる際、液体サンプルが１０μＬ（マイクロリットル）以下のような微量である場合は、一度反応容器の天井（反応容器に対向して配置されている基板表面）に液体サンプルが一度接触してしまうと液体サンプルの重量が非常に小さいために重力による液滴の落下ができず、液体サンプルが反応容器の天井に付着したまま落下しないことがあった。
図２４は従来の微小液滴操作デバイスを示す概略断面図である。図２４はベース基板３，カバー基板１１間に形成された液体導入流路１２ａから反応容器５内に液体サンプル３０を注入した際の状態を示している。図２４のように、液体サンプル３０の重力が非常に小さい場合、反応容器５の側壁や天井に液体サンプル３０の液滴が付着してしまい、反応容器５内の底部にある試薬（図示は省略）と充分に反応しないことがあった。【０００９】
そこで本発明は、反応容器内に微小液滴を精度よく注入することができる微小液滴操作デバイス及びそれを用いた反応処理方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、液体サンプルが微量で、液滴が容器の壁面や天井等に付着して落下しない場合、液滴の付着が予想される面の接触面積を極力減らしたり、液滴が落ちやすくしたりすることで液滴自体の重力による落下を促すようにしたものである。【００１１】
本発明の微小液滴操作デバイスの第１態様は、ベース基板と、上記ベース基板に形成され、上記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、上記容器の上記開口部を覆って上記ベース基板の上記一表面に貼り合わされたカバー基板と、上記ベース基板と上記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、上記容器に接続された液体導入流路と、上記接合面に上記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、上記液体導入流路とは異なる位置で上記容器に接続された空気抜き機構と、上記カバー基板に上記容器に対向して設けられ、上記液体導入流路の上面よりも上方側に凹んだ凹部と、を備えている。そして、少なくとも上記容器と上記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、上記凹部の肩部は上記容器の肩部よりも上記容器の中央側に又は上記容器の肩部と同じ位置に配置されていることを特徴としている。
ここで、上記容器と上記液体導入流路の接続部近傍とは、上記液体導入流路から上記容器内に液体が導入される際に、その液体が、上記容器及び上記凹部からなる空間の内壁に対して接触する可能性がある範囲をいう。
この第１態様によれば、カバー基板の容器と対向している部分が平坦な場合に比べて、液体導入流路から注入された液滴がカバー基板と接触する面積を小さくすることができ、液滴自体の重力によって容器の底部に落下しやすくなる。これにより、精度よく液体サンプルを注入できるようになる。【００１２】
本発明の微小液滴操作デバイスにおいて、空気抜き機構は、溝や貫通孔によって形成された流路であってもよいし、例えば疎水性多孔質膜などによって形成された細孔であってもよい。【００１３】
上記液体導入流路を構成する溝はカバー基板若しくはベース基板又はその両方に形成することができる。本発明における液体導入流路の幅及び深さは、例えば約１ｍｍ（ミリメートル）程度であるので、カバー基板又はベース基板の一方のみに微細加工を行なう方が両基板に行なうよりも製造工程が容易になり好ましい。ただし、上記溝を両方の基板に加工してもよい。【００１４】
また、上記液体導入流路を構成する溝は上記カバー基板に形成されており、上記容器と上記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、上記凹部の肩部は上記容器の肩部よりも上記容器の中央側に配置されており、上記液体導入流路は上記容器上に延伸して形成され、かつ上記凹部と接続されている例を挙げることができる。【００１５】
また、上記液体導入流路を構成する溝は上記カバー基板に形成されており、上記凹部の肩部は上記容器と上記液体導入流路の接続部において上方から見て、上記容器の肩部よりも上記容器の中央側に配置されており、上記液体導入流路は上記容器上に延伸して形成され、かつ上記凹部とは間隔をもって形成されており、上記カバー基板における上記液体導入流路と上記凹部の間の部分は凹部として形成されず上記液体導入流路の溝深さに対して凸部となっているようにしてもよい。なお、液滴がカバー基板と接触しうる面積を小さくするためには凸部の面積は小さい方が好ましい。【００１６】
微小液滴は液滴の接触角が９０°以下の面を有する基板に付着しやすいことから、上記凸部を備えた構成において、液滴が付着することが予測される面を液滴の接触角が９０°以上の面にしてもよい。すなわち、上記凸部の上記容器と対向する面は液滴の接触角が９０°以上となるように表面処理が施されているようにすることが好ましい。その結果、微小液滴は、表面処理が施されている上記凸部の表面で反発し、微小液滴が天井と接触する面積を小さくすることで、それ自体の重力により容器内に落下しやすくなる。
面に対する液滴の接触角は、ヤングの式（固体の表面張力γS＝固体液体の表面張力γSL＋液体の表面張力γLcosθ）で定義される。本願請求の範囲及び本明細書において、接触角は水平面における接触角を意味する。【００１７】
また、本発明の微小液滴操作デバイスの第１態様において、上記凹部の底面の少なくとも一部もしくは上記凹部の側面の少なくとも一部又はそれらの両方は液滴の接触角が９０°以上であるようにしてもよい。これにより、仮に微小液滴が凹部の底面や側面に接触した場合でも、微小液滴はそれ自体の重力により容器内に落下しやすくなる。【００１８】
本発明の微小液滴操作デバイスの第２態様は、ベース基板と、上記ベース基板に形成され、上記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、上記容器の上記開口部を覆って上記ベース基板の上記一表面に貼り合わされたカバー基板と、上記ベース基板と上記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、上記容器に接続された液体導入流路と、上記接合面に上記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、上記液体導入流路とは異なる位置で上記容器に接続された空気抜き機構と、を備えている。そして、上記カバー基板における上記容器に対向している部分の一部分又は全部分は液滴の接触角が９０°以上となる表面処理が施されていることを特徴としている。容器に対向している部分を液滴の接触角が大きくするように表面処理をすることで、液体導入流路から容器に注入された液滴は、表面処理が施された部分で反発し、微小液滴が天井と接触する面積を小さくすることで、それ自体の重力により容器内に落下しやすくなる。これにより精度よく液体サンプルを注入できるようになる。
特に、液体導入流路を構成する溝は上記カバー基板に形成されており、上記液体導入流路は上記容器上に延伸して形成されており、上記カバー基板における上記容器に対向している部分のうち、少なくとも上記液体導入流路に隣接している部分は液滴の接触角が９０°以上である場合に有効である。【００１９】
上記液滴の接触角を大きくするような表面処理の一例としては、上記カバー基板表面よりも液滴の接触角が大きくなる材料が塗布されているものを挙げることができる。例えば純水の場合であれば、例えばガラスに塗布することで純水に対する接触角が大きくなる材料としては、例えば、旭硝子株式会社製のサイトップ（登録商標）などを挙げることができる。【００２０】
また、第１態様及び第２態様において、液滴が上記液体導入流路を介して上記容器に導入される際に、上記容器の側壁が上記液滴とは異なる、上記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために、上記容器内に上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されているようにしてもよい。液体導入流路から容器に液滴を注入する際に、上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体により容器の側壁が濡れているようにしておけば、液体導入流路から注入される液滴は容器内の壁面に沿って容器内部に入り込みやすくなる。【００２１】
本発明の微小液滴操作デバイスの第３態様は、ベース基板と、上記ベース基板に形成され、上記ベース基板の一表面に開口部をもつ容器と、上記容器の上記開口部を覆って上記ベース基板の上記一表面に貼り合わされたカバー基板と、上記ベース基板と上記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、上記容器に接続された液体導入流路と、上記接合面に上記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、上記液体導入流路とは異なる位置で上記容器に接続された空気抜き機構と、を備えている。そして、液滴が上記液体導入流路を介して上記容器に導入される際に、上記容器の側壁が上記液滴とは異なる、上記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために上記容器内に上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されていることを特徴としている。液体導入流路から容器に液滴を注入する際に、上記側壁に対する接触角が９０°未満の液体により容器の側壁が濡れているようにしておけば、液体導入流路から注入される液滴は容器内の壁面に沿って容器内部に入り込みやすくなる。【００２２】
本発明の微小液滴操作デバイスにおいて、上記容器の側壁にはその表面積を平坦面に比べて増大させたりするための凹凸加工、シボ加工又は機械加工が施されているようにしてもよい。これにより、接触角が９０°未満の液体は、より確実に側壁を濡らすことができるので液体導入流路から注入された液滴は容器の側壁に沿って容器底部に落ちやすくなる。
また、容器の側壁に例えば幅数μｍ（マイクロメートル）〜数ｍｍの溝が形成されているようにすれば、あらかじめ収容された側壁に対して接触角が９０°未満の液体は毛細管現象を利用して容器の側面の上方まで移動し、側壁の濡れている面積を増加することができるので、液体導入流路から注入される液滴は容器内の壁面に沿って容器内部に入り込みやすくなる。【００２３】
また、本発明の微小液滴操作デバイスにおいて、上記液体導入流路の一例は、上記接合面に形成された溝、又は上記溝及び上記基板に形成された貫通孔からなり、かつ、主流路と、上記主流路から分岐した所定容量の計量流路と、一端が上記計量流路に接続され他端が上記容器に接続された注入流路からなり、上記注入流路は上記計量流路よりも細く形成されて上記主流路及び上記計量流路に液体が導入されるときの液体導入圧力状態並びに上記主流路内の液体がパージされるときのパージ圧力状態では液体を通さず、それよりも加圧状態で液体を通すものである。【００２４】
本発明の反応処理方法は、上記液体導入流路が上記主流路、上記計量流路及び前記注入流路を備えている本発明の微小液滴操作デバイスを用いた反応処理方法であって、導入圧力で上記主流路及び上記計量流路に液体を充填し、上記主流路に気体を流して上記計量流路内に液体を残存させつつ上記主流路内の液体を排出し、上記主流路内を導入圧力よりも大きく陽圧に若しくは上記容器内を陰圧に又は陽圧及び陰圧の両方にすることより上記注入流路を介して上記計量流路内の液体を上記容器に注入するものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の微小液滴操作デバイスの第１態様では、容器と液体導入流路の接続部において、上方から見て、凹部の肩部は容器の肩部よりも容器の中央側に又は容器の肩部と同じ位置に配置されているようにしたので、カバー基板の容器と対向している部分が平坦な場合に比べ、液体導入流路から注入された液滴がカバー基板と接触する面積を小さくすることができ、液滴自体の重力によって容器の底部に落下しやすくなる。【００２６】
本発明の微小液滴操作デバイスの第２態様では、カバー基板における容器に対向している部分の一部分又は全部分は液滴の接触角が９０°以上となる表面処理が施されているようにしたので、液体導入流路から容器に注入される液滴は、表面処理が施された部分で反発し、それ自体の重力により容器内に落下しやすくなる。【００２７】
本発明の微小液滴操作デバイスの第３態様では、液滴が液体導入流路を介して容器に導入される際に、容器の側壁が上記液滴とは異なる、容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするための容器内にその接触角が側壁に対して９０°未満の液体又は側壁に対して接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されているようにしたので、液体サンプルが容器内の側壁に沿って容器底部に入り込みやすくなる。【００２８】
さらに、本発明の微小液滴操作デバイスでは、容器を外部雰囲気と触れないようにしたので、液体サンプルへの外部からの汚染や液体サンプルの外部への環境汚染を防ぐことができる。そして、上述のように液滴自体による容器内への液滴の落下を促すこともできる。これにより、外部の環境汚染の防止や分析の効率化、装置の小型化を達成することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】第１態様の一実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図１Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図２Ａ】第１態様の他の実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図２Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図３Ａ】第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図３Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図４Ａ】第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図４Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図５Ａ】第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図５Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図６Ａ】第２態様の一実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図６Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図７Ａ】第３態様の一実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図７Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図７Ｃ】同実施例における液滴操作デバイスの反応容器の概略断面図を示している。
【図７Ｄ】同実施例における液滴操作デバイスの反応容器の概略断面図を示している。
【図８Ａ】第１態様、第２態様及び第３態様の実施例における液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【図８Ｂ】同実施例における液滴操作デバイスの概略断面図を示している。
【図９】反応容器内にワックスオイルを導入し、注入流路から液滴を注入した際の光学顕微鏡写真図であり、（Ａ１）〜（Ａ４）の順に０秒、１秒、２秒、３秒後を示している。（Ｂ１）〜（Ｂ４）は（Ａ１）〜（Ａ４）の写真図を説明する模式図である。
【図１０Ａ】微小液滴操作デバイスの一実施例を示す概略的な平面図である。
【図１０Ｂ】同実施例を示す図であり、図１０ＡのＡ−Ａ位置での断面にベローズ、ドレイン空間、計量流路、注入流路及びサンプル容器エアー抜き流路の断面を加えた概略的な断面図である。
【図１１】同実施例を分解して示す断面図及び切替えバルブの概略的な分解斜視図である。
【図１２Ａ】同実施例の１つの反応容器近傍を示す概略平面図である。
【図１２Ｂ】同実施例の１つの反応容器近傍を示す概略斜視図である。
【図１２Ｃ】同実施例の１つの反応容器近傍を示す概略断面図である。
【図１３Ａ】同実施例のサンプル容器を拡大して示した平面図である。
【図１３Ｂ】同実施例のサンプル容器を拡大して示した図であり、図１３ＡのＢ−Ｂ位置での断面図である。
【図１４Ａ】同実施例の試薬容器を拡大して示した平面図である。
【図１４Ｂ】同実施例の試薬容器を拡大して示した図であり、図１４ＡのＣ−Ｃ位置での断面図である。
【図１５Ａ】同実施例のエアー吸引用容器を拡大して示した平面図である。
【図１５Ｂ】同実施例のエアー吸引用容器を拡大して示した図であり、図１５ＡのＤ−Ｄ位置での断面図である。
【図１６】微小液滴操作デバイスを処理するための反応処理装置を微小液滴操作デバイスとともに示した概略的な断面図である。
【図１７】サンプル容器からサンプル液を反応容器に導入する動作を説明するための平面図である。
【図１８】図１７に続く動作を説明するための平面図である。
【図１９】図１８に続く動作を説明するための平面図である。
【図２０】図１９に続く動作を説明するための平面図である。
【図２１】図２０に続く動作を説明するための平面図である。
【図２２】図２１に続く動作を説明するための平面図である。
【図２３】図２２に続く動作を説明するための平面図である。
【図２４】従来の液滴操作デバイスの概略平面図を示している。
【符号の説明】
【００３０】
３      容器ベース
５      反応容器
９      ワックス
１１      流路ベース
１２ａ    液体導入流路
１８ａ    エアー抜き流路
１２ｂ、１８ｂ      貫通孔
２７      凹部
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１Ａ及び図１Ｂは第１態様の一実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図１Ａは平面図、図１Ｂは断面図を示している。
容器ベース（ベース基板）３に、その一表面に例えば内径３ｍｍ×深さ１０ｍｍの開口部をもつ円柱型の反応容器（容器）５が形成されている。反応容器５の内径及び深さは特に限定されるものではない。反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。【００３２】
反応容器５を含む容器ベース３の材質は特に限定されるものではないが、微小液滴操作デバイスを使い捨て可能として用いる場合には、安価に入手可能な素材があることが好ましい。そのような素材として、例えばポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂素材が好ましい。反応容器５内の物質の検出を吸光度、蛍光、化学発光又は生物発光などにより行なう場合には、底面側から光学的な検出ができるようにするために光透過性の樹脂で形成されていることが好ましい。特に蛍光検出を行なう場合には、容器ベース３の材質として低自蛍光性（それ自身からの蛍光発生が少ない性質のこと）で光透過性の樹脂、例えばポリカーボネートなどの素材で形成されていることが好ましい。容器ベース３の厚さは０.２〜４.０ｍｍである。蛍光検出用の低自蛍光性の観点からは容器ベース３の厚さは薄い方が好ましい。【００３３】
容器ベース３上に反応容器５を覆って流路ベース（カバー基板）１１が配置されている。流路ベース１１は例えばポリジメチルシルオキサン（ＰＤＭＳ）やシリコーンゴムなどからなるものである。流路ベース１１の厚みは例えば１.０〜５.０ｍｍである。
流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えている。その溝と容器ベース３の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路（空気抜き機構）１８ａが形成されている。液体導入流路１２ａの幅及び深さは、例えば１０００μｍ以下である。液体導入流路１２ａには、例えば、ＰＣＲで増幅させたいＤＮＡを含む液体が流される。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの幅及び深さは例えば１０００μｍ以下である。反応容器エアー抜き流路１８ａは反応容器５からのエアー抜き用の流路として用いられる。【００３４】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに接続され、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに接続され、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。貫通孔１２ｂにはシリンジポンプなどが接続されて液体試料が導入され、貫通孔１８ｂにはドレインが接続されてエアーが排出される。この実施例では貫通孔１２ｂ及び貫通孔１８ｂは流路ベース１１に形成されているが、容器ベース３に形成されていてもよい。また、液体導入流路１２ａ及び反応容器エアー抜き流路１８ａは流路ベース１１に形成されていてもよいし、両方のベース３，１１に形成されていてもよい。【００３５】
流路ベース１１の反応容器５に対向する表面に凹部２７が形成されている。凹部２７は、液体導入流路１２ａの溝深さよりも深く形成され、液体導入流路１２ａの上面よりも上方側に凹んで設けられている。反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部近傍において、上方から見て（図１Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。【００３６】
次に同実施例の動作を説明する。
使用方法として、例えばシリンジポンプを用いて液体サンプルを３μＬサンプリングし、それを貫通孔１２ｂから２００μＬ／ｍｉｎ（マイクロリットル／分）（速度は任意）で送液し、液体導入流路１２ａを通して反応容器５内に送液する。この送液にともなって、反応容器５内の気体の一部は反応容器エアー抜き流路１８ａを介して貫通孔１８ｂからドレインに排出される。【００３７】
本実施例１の液滴操作デバイスでは、液体サンプルが流路ベース１１の一部（反応容器５の開口部に対向している部分）に接触する面積が小さくするように、反応容器５に対向して設けられている凹部２７は液体導入流路１２ａの深さよりも深くなっている。また、凹部２７の肩部２６が反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に設けられている。これにより、液体サンプルが流路ベース１１に接触する面積は低減され、液体サンプルが流路ベース１１と相互作用する力よりも液体サンプル自体の重量が上回るようになり、液体サンプルは例えばＰＣＲ反応に必要な試薬が収容されている反応容器５の底部に落下しやすくなる。【００３８】
従来の微小液滴操作デバイス（図２４参照。）では、例えば液体サンプルとして純水を、流路ベース１１の素材としてガラスを用いた場合、流路ベース１１に純水が接触すると純水を構成している水素原子とガラスを構成している酸素原子が相互作用により引き合ってしまい、サンプル自体の重量が小さい場合は、相互作用よって液滴は天井面に留まっていた。本発明では、反応容器５内における液体サンプルと流路ベース１１の相互作用を減らすために液体サンプルが反応容器５内で流路ベース１１と接触する面積を減らしているので、液体サンプルの液滴が反応容器５の天井面に留まることを回避することができる。【００３９】
［実施例２］
図２Ａ及び図２Ｂは第１態様の他の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図２Ａは平面図、図２Ｂは断面図を示している。
この実施例が実施例１と異なる点は、上方から見て（図２Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６が、反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部近傍を除いて、反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の外側に配置されている点である。反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部近傍においては、実施例１と同様に、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。【００４０】
このように、液体導入流路１２ａから反応容器５内に液体サンプルが導入される際に、その液体が、反応容器５及び凹部２７からなる空間の内壁に対して接触する可能性がある範囲、すなわち反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部近傍において、凹部２７の肩部２６が反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されているようにすれば、液体導入流路１２ａから液体サンプルは反応容器５の底部に落下しやすくなる。【００４１】
［実施例３］
図３Ａ及び図３Ｂは第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図３Ａは平面図、図３Ｂは断面図を示している。
実施例１と同様に、容器ベース３の一表面には円柱型の反応容器５が形成されており、反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。【００４２】
容器ベース３は流路ベース１１との接合面に溝を備えている。その溝と流路ベース１１の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。液体導入流路１２ａの幅及び深さは１０００μｍ以下であり、例えば、ＰＣＲで増幅させたいＤＮＡを含む液体が流される。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの幅及び深さは１０００μｍ以下であり、反応容器５からのエアー抜き用の流路として用いられる。【００４３】
実施例１と同様に、液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに接続され、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに接続され、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００４４】
流路ベース１１の反応容器５に対向する表面には凹部２７が形成されている。凹部２７は液体導入流路１２ａの溝深さよりも深く形成されている。そして反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部において上方から見て（図３Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６と同じ位置に配置されている。【００４５】
本実施例２の場合、液体サンプルの液滴が流路ベース１１の反応容器５に対向している凹部２７の底面に接触することはなく、液体サンプルの液滴が凹部２７の壁面と相互作用する力よりも液体サンプル自体の重量が上回るので、液体サンプルは反応容器５の底部に落下しやすくなる。なお、流路１２ａ，１８ａは容器ベース１１に形成されていてもよいし、両ベース３，１１に形成されていてもよい。【００４６】
［実施例４］
図４Ａ及び図４Ｂは第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図４Ａは平面図、図４Ｂは断面図を示している。
実施例１と同様に、容器ベース３の一表面には円柱型の反応容器５が形成されており、反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えており、その溝と容器ベース３の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。【００４７】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００４８】
流路ベース１１の反応容器５に対向する表面には、凹部２７が液体導入流路１２ａの溝深さよりも深く形成されている。そして反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部において上方から見て（図４Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。液体導入流路１２ａと凹部２７の間の部分は凹部として形成されず液体導入流路１２ａの溝深さに対して凸部２４となっている。
一例として、液体導入流路１２ａの溝深さは４００μｍであり、凹部２７の深さは１.５ｍｍであり、凸部２４は溝深さに対して４００μｍの高さである。【００４９】
本実施例３では、液体導入流路１２ａと凹部２７の間には溝となる凹部が設けられておらず、逆に液体導入流路１２ａの深さに対して凸形状の凸部２４となっている。
凸部２４は、反応容器５に対向して配置されている流路ベース１１に比べて液滴が接触しうる面積が小さいため、微小液滴は流路ベース１１に接触しにくくなり、それ自体の重力によって反応容器５の底部に落下しやすくなる。なお、液滴がベース基板１１と接触しうる面積を小さくするためには、凸部２４の面積は狭い方が好ましい。【００５０】
［実施例５］
図５Ａ及び図５Ｂは第１態様のさらに他の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図５Ａは平面図、図５Ｂは断面図を示している。
実施例１と同様に、容器ベース３の一表面には円柱型の反応容器５が形成されており、反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えており、その溝と容器ベース３の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。【００５１】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００５２】
流路ベース１１の反応容器５に対向する表面に、凹部２７が液体導入流路１２ａの溝深さよりも深く形成されている。そして反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部において上方から見て（図５Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。液体導入流路１２ａと凹部２７の間の部分は凹部として形成されず液体導入流路１２ａの溝深さに対して凸部２４となっている。【００５３】
上記実施例３における液体導入流路１２ａと反応容器５の間の凸部２４は液体導入流路１２ａに直交する平面方向で広がっていたが、本実施例４では凸部２４の面積ができるだけ小さくなるように上方から見て流路１２ａの先端を囲むように形成されている。
これにより、液体導入流路１２ａから注入されるサンプルは凹部２７に到達する前に凸部２４に接触し、凹部２７に付着することが妨げられ、液滴はそれ自体の重力により反応容器５内に落下しやすくなる。さらに、図４Ａ，図４Ｂを用いて説明した実施例３に比べて液滴の凸部２４との接触面積は小さくなるので、液滴と凸部２４の間には相互作用が働きにくくなり、液滴は流路ベース１１に留まりにくくなり、反応容器５内に落下しやすくなる。【００５４】
［実施例６］
図６Ａ及び図６Ｂは第２態様の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図６Ａは平面図、図６Ｂは断面図を示している。
実施例１と同様に、容器ベース３の一表面には円柱型の反応容器５が形成されており、反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えており、その溝と容器ベース３の表面によって液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。【００５５】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００５６】
流路ベース１１における反応容器５に対向している面に膜２８が形成されている。この実施例では、流路１２ａ，１６ａの形成位置を除いて、膜２８は反応容器５に対向している流路ベース１１表面の全部分に形成されている。膜２８は、流路ベース１１に対しての接触角よりも接触角が大きくなる表面処理が施されて形成されたものである。膜２８に対する液滴の接触角は９０°以上になっている。膜２８に対する液滴の接触角を流路ベース１１に対する液滴の接触角よりも大きくするための表面処理としては、例えば、純水がサンプルの場合は旭硝子製のサイトップ（登録商標）を塗布することで実現できる。
この実施例によれば、液体導入流路１２ａから反応容器５に注入される液滴は、表面処理が施された膜２８で反発し、それ自体の重力により反応容器５内に落下しやすくなる。【００５７】
膜２８の形成位置は流路ベース１１の反応容器５に対向する面の全部分であってもよいし一部分であってもよいが、液体導入流路１２ａに隣接する部分は少なくとも液滴の接触角が９０°以上となっていることが好ましい。【００５８】
この表面処理は、上記実施例１〜５における凹部２７の底面もしくは側面又はそれらの両方に適用することもできる。これにより、液体導入流路１２ａから導入される液滴は、流路ベース１１の凹部２７の内壁面により付着しにくくなり、反応容器５内に落下しやすくなる。【００５９】
［実施例７］
液体導入流路１２ａから液体サンプルを注入する際、サンプルが微量な場合に液滴が反応容器５の側壁に付着し、液滴自体の重力のみでは容器内に落下しないことがある。そこで、反応容器５の側壁に付着する液滴を反応容器５内に落下させやすいようにすることが好ましい。
図７Ａ〜図７Ｄはこれを実現するための第３態様の実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図７Ａは平面図、図７Ｂは断面図を示している。図７Ｃ及び図７Ｄは反応容器５の断面図の一例を示している。【００６０】
上記実施例１と同様に、容器ベース３の一表面には反応容器５が形成されている。反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えており、その溝と容器ベース３の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。【００６１】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００６２】
反応容器５内には液体導入流路１２ａから注入して操作する液滴とは異なる側壁に対して接触角が小さいワックス９が予め導入されており、このワックス９によって反応容器５の側壁が濡れていることにより、側壁の摩擦抵抗が小さくなる。なお、反応容器５に収容されている試薬（図示は省略）はワックス９よりも比重が重く、反応容器５の底部に存在している。【００６３】
この実施例では、側壁に対して接触角が小さい液体として扱いやすいミネラルオイルに室温で硬化する性質があるワックスを混合し、反応容器内にミネラルオイルとワックスの混合液を予め収容しておく。そして、流路ベース１１及び容器ベース３からなる液滴操作デバイスを９０℃に加熱することで、ミネラルオイルとワックスの混合液は溶解し、ポリプロピレン製の反応容器５の側壁を駆け上がって反応容器５上部の側壁まで濡れる。この状態で液体導入流路１２ａから液体サンプルを反応容器５内に注入することで、液体サンプルは反応容器５の側壁を滑って反応容器５下部まで落下する。【００６４】
また、反応容器５の側壁に溝等を加工したり、粗くしたりすることによって側壁の表面積を増大させるようにしてもよい。この加工の方法としては、例えば、サンドブラストによる凹凸加工や、シボ加工、機械加工などにより実施することができる。【００６５】
図７Ｃは反応容器５の側壁に凹凸加工を施した図である。反応容器５の深さ方向に複数の溝５ａが形成されている。溝５ａの幅寸法及び間隔は、例えば数百μｍ〜数ｍｍである。反応容器５内のワックス９は毛細管現象によって容器の側壁を駆け上がり、反応容器５の側壁はワックス９で濡れやすくなる。
図７Ｄは反応容器５の側壁にシボ加工を施した図である。シボ加工による凹凸５ｂの平均間隔は、例えば数μｍ〜数百μｍである。この微細なシボ加工によって反応容器５の側壁の表面積は増大するので、平坦面に比べて反応容器５の側壁に対して接触角が小さい場合はより小さい接触角になり、反応容器５の側壁はワックス９で濡れやすくなる。【００６６】
このように反応容器５の側面の表面積を平坦面に比べて増大させることで、ワックス９は反応容器５の側面全体にまで広がり、反応容器５内に液滴を注入する際に液滴はワックス９で濡れた反応容器５の側壁に沿って反応容器５内に落ちやすくなる。
この反応容器５の側壁を濡れやすくする表面処理は、反応容器５内にワックス９を収容していない上記実施例１〜５における反応容器５に適用してもよい。その場合、液滴は流路ベース１１に付着しにくくなるとともに、反応容器５内に落下しやすくなる。【００６７】
［実施例８］
図８Ａ及び図８Ｂは第１態様、第２態様及び第３態様を合わせた実施例における液滴操作デバイスの概略図であり、図８Ａは平面図、図８Ｂは断面図を示している。
上記実施例１，２，３では流路ベース１１の反応容器５に対向する面を凹部形状とした。上記実施例４，５では液体導入流路１２ａと凹部２７の間に凸部２４を設けるようにした。上記実施例６では流路ベース１１の反応容器５に対向する面に対して反応容器５内に注入する液滴の接触角が大きくなる処理を施した。上記実施例７では反応容器５側壁を側壁に対して反応容器５内にあらかじめ収容している液体の接触角が小さくなる表面処理をした。実施例８はこれらを組み合わせたものである。【００６８】
上記実施例７と同様に、容器ベース３の一表面には反応容器５が形成されており、反応容器５内には試薬（図示は省略）が予め収容されている。容器ベース３上には反応容器５を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えており、その溝と容器ベース３の表面によって、液体導入流路１２ａと反応容器エアー抜き流路１８ａが形成されている。【００６９】
液体導入流路１２ａの一端は液体の導入に利用される貫通孔１２ｂに、他端は反応容器５に接続されている。また、反応容器エアー抜き流路１８ａの一端はエアーの排出に利用される貫通孔１８ｂに、他端は液体導入流路１２ａの他端が接続する位置とは別の位置で反応容器５に接続されている。【００７０】
流路ベース１１の反応容器５に対向する表面には、凹部２７が液体導入流路１２ａの溝深さよりも深く形成されている。反応容器５と液体導入流路１２ａの接続部において上方から見て（図８Ａ参照。）、凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。液体導入流路１２ａと凹部２７の間の部分は凹部として形成されず液体導入流路１２ａの溝深さに対して凸部２４となっており、凸部２４の面積が小さくなるように流路１２ａの先端を囲むように形成されている。【００７１】
流路ベース１１における反応容器５の開口部に対向している凹部２７は流路ベース１１に対してよりも接触角が大きくなる表面処理が施されている。また、反応容器５内には操作する液滴とは異なる濡れやすいワックス９が導入されており、このワックス９を導入することで反応容器５の側壁の摩擦抵抗は小さくなる。【００７２】
液体サンプルが容器側壁に接触して側壁を伝って落下する場合、落下方向には液体サンプルの自重に加わる重力があるが、落下方向と反対方向には側壁との摩擦抵抗がある。液体サンプルが微量（例えば１０μＬ以下）の場合、壁との摩擦抵抗より液滴の重力が小さくなるため液滴は落下できない。しかし、液体サンプルが例えば純水の場合、異なる液体として例えば油で容器側壁を濡らすことで摩擦抵抗が小さくなり、容器側壁に接触した液体サンプルはそれ自体の重さによって落下することができる。
次にこのような現象を実験結果により説明する。【００７３】
図９は反応容器５内にワックスオイルを導入し、液体導入流路１２ａから液滴を注入した際の光学顕微鏡写真図であり、（Ａ１）〜（Ａ４）の順に０秒、１秒、２秒、３秒後を示している。また、（Ｂ１）〜（Ｂ４）は（Ａ１）〜（Ａ４）の写真図を説明する模式図である。
反応容器５は円柱型であり、凹部２７はそれよりも径が小さい円柱型である。液体導入流路１２ａの先端はパッシブバルブ１４となっており、ここから液滴が反応容器５内に注入される。また、反応容器５にはエアー抜き流路１８ａが接続されている。【００７４】
（Ａ１）〜（Ａ４）及び（Ｂ１）〜（Ｂ４）に示すように、液体サンプル３０の液滴は液体導入流路１２ａからパッシブバルブ１４を介して導入されると、瞬間的（約１〜２秒）に反応容器５内に落下することが確認できる。
これにより、注入された液体サンプル３０の液滴は反応容器５に対向して配置されている流路ベース１１やその凹部２７に張り付かずに落下することがわかる。【００７５】
次に本発明の微小液滴操作デバイス及びそれを用いた反応容器処理方法について説明する。
［実施例９］
図１０Ａ及び図１０Ｂは微小液滴操作デバイスの一実施例を示す図であり図１０Ａは概略的な平面図、図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ位置での断面に計量流路１５、注入流路１７、サンプル容器エアー抜き流路１９，２１、液体ドレイン空間２９、エアードレイン空間３１及びベローズ５３の断面を加えた概略的な断面図である。図１１はこの実施例を分解して示す断面図及び切替えバルブの概略的な分解斜視図である。図１２Ａ〜図１２Ｃはこの実施例の１つの反応容器近傍を示す概略図であり、図１２Ａは平面図、図１２Ｂは斜視図、図１２Ｃは断面図である。図１３Ａ及び図１３Ｂはサンプル容器を拡大して示した図であり、図１３Ａは平面図、図１３Ｂは図１３ＡのＢ−Ｂ位置での断面図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは試薬容器を拡大して示した図であり、図１４Ａは平面図、図１４Ｂは図１４ＡのＣ−Ｃ位置での断面図である。図１５Ａ及び図１５Ｂはエアー吸引用容器を拡大して示した図であり、図１５Ａは平面図、図１５Ｂは図１５ＡのＤ−Ｄ位置での断面図である。
図１０から図１５を参照して微小液滴操作デバイスの一実施例について説明する。【００７６】
微小液滴操作デバイス１は容器ベース３の一表面に開口部をもつ複数の反応容器５を備えている。この実施例では６×６個の反応容器５が千鳥状に配列されている。反応容器５内に試薬７及びワックス９が収容されている。【００７７】
反応容器５を含む容器ベース３の材質は特に限定されるものではないが、微小液滴操作デバイス１を使い捨て可能として用いる場合には、安価に入手可能な素材があることが好ましい。そのような素材として、例えばポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂素材が好ましい。反応容器５内の物質の検出を吸光度、蛍光、化学発光又は生物発光などにより行なう場合には、底面側から光学的な検出ができるようにするために光透過性の樹脂で形成されていることが好ましい。特に蛍光検出を行なう場合には、容器ベース３の材質として低自蛍光性（それ自体からの蛍光発生が少ない性質のこと）で光透過性の樹脂、例えばポリカーボネートなどの素材で形成されていることが好ましい。容器ベース３の厚さは０.２〜４.０ｍｍ（ミリメートル）、好ましくは１.０〜２.０ｍｍである。蛍光検出用の低自蛍光性の観点からは容器ベース３の厚さは薄い方が好ましい。【００７８】
図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して説明すると、容器ベース３上に反応容器５の配列領域を覆って流路ベース１１が配置されている。流路ベース１１は例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）やシリコーンゴムからなる。流路ベース１１の厚みは例えば１.０〜５.０ｍｍである。流路ベース１１は容器ベース３との接合面に溝を備えている。その溝と容器ベース３の表面によって、主流路１３、計量流路１５、注入流路１７、反応容器エアー抜き流路１９，２１、ドレイン空間エアー抜き流路２３，２５が形成されている。主流路１３、計量流路１５及び注入流路１７は液体導入流路１２ａを構成する。流路ベース１１の容器ベース３との接合面には、反応容器５上に配置された凹部２７も形成されている。図１０Ａ、図１２Ａ及び図１２Ｂでは流路ベース１１について溝及び凹部のみを図示している。【００７９】
主流路１３は１本の流路からなり、すべての反応容器５の近傍を通るように折れ曲がって形成されている。主流路１３の一端は容器ベース３に設けられた貫通孔からなる流路１３ａに接続されている。流路１３ａは後述する切替えバルブ６３のポートに接続されている。主流路１３の他端は容器ベース３に形成された液体ドレイン空間２９に接続されている。主流路１３を構成する溝の寸法は例えば深さが４００μｍ、幅が５００μｍである。また、主流路１３は、計量流路１５が接続されている位置の下流側の所定長さ部分、例えば２５０μｍの部分は幅が他の部分に比べて細く形成されており、例えばその幅は２５０μｍである。【００８０】
計量流路１５は主流路１３から分岐して反応容器５ごとに設けられている。計量流路１５の主流路１３とは反対側の端部は反応容器５の近傍に配置されている。計量流路１５を構成する溝の深さは例えば４００μｍである。計量流路１５は内部容量が所定容量、例えば２.５μＬに形成されている。計量流路１５の主流路１３に接続されている部分の幅寸法は、上述の主流路１３の細くなっている部分よりも太く、例えば５００μｍに形成されている。これにより、主流路１３の一端から流れてくる液体に対して、計量流路１５が分岐している部分では主流路１３の方が計量流路１５よりも流路抵抗が大きくなっている。主流路１３の一端から流れてくる液体は、まず計量流路１５に流れ込み、計量流路１５が液体で充填された後、主流路１３の細くなっている部分を介して下流側へ流れるようになっている。【００８１】
注入流路１７も反応容器５ごとに設けられている。注入流路１７の一端は計量流路１５に接続されている。注入流路１７の他端は反応容器５上に配置された凹部２７に接続されて反応容器５上に導かれている。注入流路１７は、反応容器５内と注入流路１７内で圧力差がない状態で反応容器５内の液密を保つ寸法で形成されている。この実施例では、注入流路１７は複数の溝により構成されており、その溝の寸法は例えば深さが１０μｍ、幅が２０μｍ、ピッチが２０μｍであり、５００μｍの幅領域に１３本の溝が形成されている。ここでは、注入流路１７を構成する溝と計量流路１５の境界の面積、すなわち注入流路１７を構成する溝の断面積は２００μｍ2である。また、凹部２７は深さが例えば４００μｍであり、平面形状は反応容器５よりも小さい円形である。
凹部２７の径は反応容器５の径よりも小さく、且つ凹部２７の肩部２６は反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されている。これにより液体サンプルは反応容器５内に落ちやすくなる。【００８２】
反応容器エアー抜き流路１９は反応容器５ごとに設けられている。反応容器エアー抜き流路１９の一端は反応容器５上に配置された凹部２７に注入流路１７とは異なる位置で接続されて反応容器５上に配置されている。反応容器エアー抜き流路１９は、反応容器５内と反応容器エアー抜き流路１９内で圧力差がない状態で反応容器５内の液密を保つ寸法で形成されている。反応容器エアー抜き流路１９の他端は反応容器エアー抜き流路２１に接続されている。この実施例では、反応容器エアー抜き流路１９は複数の溝により構成されており、その溝の寸法は例えば深さが１０μｍ、幅が２０μｍ、ピッチが２０μｍであり、５００μｍの幅領域に１３本の溝が形成されている。【００８３】
反応容器エアー抜き流路２１はこの実施例では複数本設けられている。それぞれの反応容器エアー抜き流路２１には複数の反応容器エアー抜き流路１９が接続されている。反応容器エアー抜き流路２１は反応容器エアー抜き流路１９を容器ベース３に形成されたエアードレイン空間３１に接続するためのものである。反応容器エアー抜き流路２１を構成する溝の寸法は例えば深さが４００μｍ、幅が５００μｍである。【００８４】
ドレイン空間エアー抜き流路２３は液体ドレイン空間２９を後述する切替えバルブ６３のポートに接続するためのものである。ドレイン空間エアー抜き流路２３の一端は液体ドレイン空間２９上に配置されている。ドレイン空間エアー抜き流路２３の他端は容器ベース３に設けられた貫通孔からなる流路２３ａに接続されている。流路２３ａは後述する切替えバルブ６３のポートに接続されている。ドレイン空間エアー抜き流路２３を構成する溝の寸法は例えば深さが４００μｍ、幅が５００μｍである。【００８５】
ドレイン空間エアー抜き流路２５はエアードレイン空間３１を後述する切替えバルブ６３のポートに接続するためのものである。ドレイン空間エアー抜き流路２５の一端はエアードレイン空間３１上に配置されている。ドレイン空間エアー抜き流路２５の他端は容器ベース３に設けられた貫通孔からなる流路２５ａに接続されている。流路２５ａは後述する切替えバルブ６３のポートに接続されている。ドレイン空間エアー抜き流路２５を構成する溝の寸法は例えば深さが４００μｍ、幅が５００μｍである。【００８６】
流路ベース１１上に流路カバー３３（図１０Ａでの図示は省略している。）が配置されている。流路カバー３３は流路ベース１１を容器ベース３に固定するためのものである。流路カバー３３には反応容器５上の位置に貫通孔が形成されている。【００８７】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照して説明すると、反応容器５の配列領域及びドレイン空間２９，３１とは異なる位置で容器ベース３にサンプル容器３５、試薬容器３７及びエアー吸引用容器３９が形成されている。サンプル容器３５、試薬容器３７及びエアー吸引用容器３９は本発明の微小液滴操作デバイスの封止容器を構成する。【００８８】
サンプル容器３５近傍の容器ベース３に、サンプル容器３５の底部から裏面に貫通しているサンプル流路３５ａと表面から裏面に貫通しているサンプル容器エアー抜き流路３５ｂが形成されている。サンプル容器３５の開口部周囲の容器ベース３上に突起部３５ｃが配置されている。サンプル容器エアー抜き流路３５ｂ上の突起部３５ｃに貫通孔からなるサンプル容器エアー抜き流路３５ｄが形成されている。突起部３５ｃの表面にサンプル容器３５とサンプル容器エアー抜き流路３５ｄを連通しているサンプル容器エアー抜き流路３５ｅが形成されている。【００８９】
サンプル容器エアー抜き流路３５ｅは例えば幅５〜２００μｍ、深さ５〜２００μｍの寸法の１本又は複数本の細孔によって形成されており、サンプル容器３５内とサンプル容器エアー抜き流路３５ｄ内で圧力差がない状態でサンプル容器３５の液密を保つためのものである。突起部３５ｃ上にサンプル容器３５及びエアー抜き流路３５ｄを覆って弾性部材であるセプタム４１が形成されている。セプタム４１は例えばシリコーンゴムやＰＤＭＳなどの弾性材料によって形成されており、尖端が鋭利な分注器具により貫通でき、かつ貫通後に分注器具を引き抜くとその貫通孔を弾性によって閉じることができる。セプタム４１上にセプタム４１を固定するためのセプタムストッパ４３が配置されている。セプタムストッパ４３はサンプル容器３５上に開口部をもつ。この実施例ではサンプル容器３５内に予め試薬４５が収容されている。【００９０】
図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、試薬容器３７近傍の容器ベース３に、試薬容器３７の底部から裏面に貫通している試薬流路３７ａと表面から裏面に貫通している試薬容器エアー抜き流路３７ｂが形成されている。試薬容器３７の開口部周囲の容器ベース３上に突起部３７ｃが配置されている。試薬容器エアー抜き流路３７ｂ上の突起部３７ｃに貫通孔からなる試薬容器エアー抜き流路３７ｄが形成されている。突起部３７ｃの表面に試薬容器３７と試薬容器エアー抜き流路３７ｄを連通している試薬容器エアー抜き流路３７ｅが形成されている。【００９１】
試薬容器エアー抜き流路３７ｅは例えば幅５〜２００μｍ、深さ５〜２００μｍの寸法の１本又は複数本の細孔によって形成されており、試薬容器３７内と試薬容器エアー抜き流路３７ｄ内で圧力差がない状態で試薬容器３７の液密を保つためのものである。突起部３７ｃ上に試薬容器３７及びエアー抜き流路３７ｄを覆って例えばアルミニウムからなるフィルム４７が形成されている。試薬容器３７内に希釈水４９が収容されている。【００９２】
図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、エアー吸引用容器３９は試薬容器３７と同様の構成をもつ。すなわち、エアー吸引用容器３９近傍の容器ベース３に、エアー吸引用容器３９の底部から裏面に貫通しているエアー吸引用流路３９ａと表面から裏面に貫通しているエアー吸引用容器エアー抜き流路３９ｂが形成されている。エアー吸引用容器３９の開口部周囲の容器ベース３上にエアー吸引用容器エアー抜き流路３９ｄ，３９ｅを備えた突起部３９ｃが配置されている。突起部３９ｃ上に例えばアルミニウムからなるフィルム４７が形成されている。エアー吸引用容器３９内には液体及び固体は収容されておらず、エアーが充満している。【００９３】
図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１１を参照して説明を続けると、反応容器５の配列領域、ドレイン空間２９，３１及び容器３５，３７，３９とは異なる位置の容器ベース３の表面にシリンジ５１が設けられている。シリンジ５１は容器ベース３に形成されたシリンダ５１ａとシリンダ５１ａ内に配置されたプランジャ５１ｂにより形成されている。容器ベース３にシリンダ５１ａの底部から裏面に貫通しているシリンジ流路５１ｃが形成されている。【００９４】
容器ベース３には、反応容器５の配列領域、ドレイン空間２９，３１、容器３５，３７，３９及びシリンジ５１とは異なる位置にベローズ５３も設けられている。ベローズ５３は伸縮することにより内部容量が受動的に可変なものであり、例えば容器ベース３に設けられた貫通孔５３ａ内に配置されている。【００９５】
反応容器５の配列領域とは異なる位置で容器ベース３の裏面に容器ボトム５５が取り付けられている。容器ボトム５５にはベローズ５３に連通する位置にエアー抜き流路５３ｂが設けられている。ベローズ５３は容器ボトム５５の表面に密着して接続されている。容器ボトム５５は流路１３ａ，２３ａ，２５ａ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３９ａ，３９ｂ，５１ｃ，５３ｂを所定のポート位置に導くためのものである。【００９６】
容器ボトム５５の容器ベース３とは反対側の面に円盤状のシール板５７、ロータアッパー５９及びロータベース６１からなるロータリー式の切替えバルブ６３が設けられている。切替えバルブ６３はロック６５により容器ボトム５５に取り付けられている。【００９７】
シール板５７は、その周縁部近傍に設けられ、流路１３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａのいずれかに接続される貫通孔５７ａと、それよりも内側の同心円上で流路２３ａ，２５ａ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂ，５３ｂのうち少なくとも２つ接続される貫通溝５７ｂと、中心に設けられ、シリンジ流路５１ｃに接続される貫通孔５７ｃを備えている。
ロータアッパー５９は、シール板５７の貫通孔５７ａと同じ位置に設けられた貫通孔５９ａと、シール板５７の貫通溝５７ｂに対応して表面に設けられた溝５９ｂと、中心に設けられた貫通孔５９ｃを備えている。
ロータベース６１はその表面に、ロータアッパー５９の周縁部と中心に配置された２つの貫通孔５９ａ，５９ｃを接続するための溝６１ａを備えている。【００９８】
切替えバルブ６３の回転により、シリンジ流路５１ｃが流路１３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａのいずれかに接続されるのと同時に、エアー抜き流路５３ｂが流路２３ａ，２５ａ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂのうちの少なくともいずれかに接続される。
図１０Ａに示した切替えバルブ６３の位置は、シリンジ流路５１ｃは流路１３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａのいずれにも接続されておらず、エアー抜き流路５３ｂも流路２３ａ，２５ａ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂのいずれとも接続されていない初期状態の位置を示している。【００９９】
微小液滴操作デバイス１では、注入流路１７は反応容器５内と注入流路１７内で圧力差がない状態で反応容器５の液密を保つように形成されている。反応容器エアー抜き流路１９も反応容器５内と反応容器エアー抜き流路１９内で圧力差がない状態で反応容器５の液密を保つように形成されている。液体導入流路の主流路１３と、主流路１３が接続された液体ドレイン空間２９及びドレイン空間エアー抜き流路２３は切替えバルブ６３の切替えにより密閉可能になっている。容器３５，３７，３９はセプタム４１又はフィルム４７で封止されている。容器３５，３７，３９に接続された流路３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３９ａ，３９ｂは切替えバルブ６３の切替えにより密閉可能になっている。エアー抜き流路５３ｂの一端はベローズ５３に接続されて密閉されている。このように、微小液滴操作デバイス１内部の容器及び流路は密閉系で形成されている。なお、ベローズ５３を備えていない構成であってエアー抜き流路５３ｂが微小液滴操作デバイス１外部の雰囲気と接続されている場合であっても、切替えバルブ６３の切替えによりエアー抜き流路５３ｂを微小液滴操作デバイス１内部の容器及びエアー抜き流路５３ｂ以外の流路とは遮断できるので、液体が収容される又は液体が流される容器及び流路を密閉系にすることができる。【０１００】
図１６は図１０Ａ、図１０Ｂに示した微小液滴操作デバイス１を処理するための反応処理装置を微小液滴操作デバイス１とともに示す断面図である。微小液滴操作デバイス１の構造は図１０と同じなのでその説明は省略する。
反応処理装置は反応容器５の温度調整をするための温調機構６７と、シリンジ５１を駆動するためのシリンジ駆動ユニット６９と、切替えバルブ６３を切り替えるための切替えバルブ駆動ユニット７１を備えている。【０１０１】
図１７から図２３は、サンプル容器３５からサンプル液を反応容器５に導入する動作を説明するための平面図である。図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１７〜図２３を参照してこの動作を説明する。【０１０２】
図示しない尖端が鋭利な分注器具を用い、サンプル容器３５上のセプタム４１を貫通して例えば５μＬのサンプル液をサンプル容器３５内に分注する。サンプル液を分注後、分注器具を引き抜く。分注器具を引き抜いたときのセプタム４１の貫通孔はセプタム４１の弾性により閉じられる。【０１０３】
シリンジ駆動ユニット６９をシリンジ５１のプランジャ５１ｂに接続し、切替えバルブ駆動ユニット７１を切替えバルブ６３に接続する。
図１７に示すように、図１０Ａに示した切替えバルブ６３の状態から切替えバルブ６３を回転させてサンプル流路３５ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、サンプル容器エアー抜き流路３５ｂをエアー抜き流路５３ｂに接続する。このとき、エアー抜き流路３７ｂ，３９ｂもエアー抜き流路５３ｂに接続される。サンプル容器３５には例えば４５μＬの試薬４５が収容されている。【０１０４】
シリンジ５１を摺動させてサンプル容器３５内のサンプル液及び試薬４５を混合させる。その後、サンプル容器３５内の混合液を切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に例えば１０μＬだけ吸引する。このとき、サンプル容器３５はエアー抜き流路３５ｅ，３５ｄ，３５ｂ、切替えバルブ６３及びエアー抜き流路５３ｂを介してベローズ５３に接続されているので、サンプル容器３５内の気体容量の変化にともなってベローズ５３が伸縮する。【０１０５】
図１８に示すように、切替えバルブ６３を回転させて試薬流路３７ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、試薬容器エアー抜き流路３７ｂをエアー抜き流路５３ｂに接続する。試薬容器３７には例えば１９０μＬの希釈水４９が収容されている。切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に吸引した混合液を試薬容器３７内に注入し、シリンジ５１を摺動させて混合液と希釈水４９と混合する。その希釈混合液を切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に例えば全部、すなわち２００μＬ吸引する。このとき、試薬容器３７はエアー抜き流路３７ｅ，３７ｄ，３７ｂ、切替えバルブ６３及びエアー抜き流路５３ｂを介してベローズ５３に接続されているので、試薬容器３７内の気体容量の変化にともなってベローズ５３が伸縮する。【０１０６】
図１９に示すように、切替えバルブ６３を回転させて、主流路１３の一端に接続された流路１３ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、液体ドレイン空間２９、エアードレイン空間３１に接続された流路２３ａ，２５ａをエアー抜き流路５３ｂに接続する。シリンジ５１を押出し方向に駆動させて、切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に吸引した希釈混合液を主流路１３に送る。流路１３ａ側から主流路１３に注入された希釈混合液は、シボ及び矢印によって示すように、流路１３ａ側から順に計量流路１５を満たし、液体ドレイン空間２９に到達する。希釈混合液が主流路１３及び計量流路１５に導入されるときの導入圧力状態では、注入流路１７は、気体は通すが希釈混合液を通さない。計量流路１５への希釈混合液の充填にともなって計量流路１５の気体は注入流路１７を介して反応容器５内へ移動する。この気体の移動にともない、反応容器５内の気体の一部は反応容器エアー抜き流路１９，２１へ移動する。さらに反応容器エアー抜き流路１９からベローズ５３までの流路内の気体は順次ベローズ５３側へ移動する（白抜き矢印参照）。また、液体ドレイン空間２９に希釈混合液が注入されることにより、液体ドレイン空間２９からベローズ５３までの流路内の気体は順次ベローズ５３側へ移動する（白抜き矢印参照）。これにより、ベローズ５３は膨張する。【０１０７】
図２０に示すように、切替えバルブ６３を回転させてエアー吸引用流路３９ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、エアー吸引用容器エアー抜き流路３９ｂをエアー抜き流路５３ｂに接続する。シリンジ５１を吸引側に駆動させてエアー吸引用容器３９内の気体を切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に吸引する。このとき、エアー吸引用容器３９はエアー抜き流路３９ｅ，３９ｄ，３９ｂ、切替えバルブ６３及びエアー抜き流路５３ｂを介してベローズ５３に接続されているので、エアー吸引用容器３９内の減圧にともなってベローズ５３が収縮する（白抜き矢印参照）。【０１０８】
図２１に示すように、切替えバルブ６３を回転させて、図１９の接続状態と同じく、流路１３ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、流路２３ａ，２５ａをエアー抜き流路５３ｂに接続する。シリンジ５１を押出し方向に駆動させて、切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内の気体を主流路１３に送って主流路１３内の希釈混合液をパージする（白抜き矢印参照）。このときのパージ圧力状態では注入流路１７は希釈混合液を通さないので、計量流路１５内には希釈混合液が残存している（シボ参照。）。パージされた希釈混合液は液体ドレイン空間２９内に収容される。また、液体ドレイン空間２９に希釈混合液が注入されることにより、液体ドレイン空間２９からベローズ５３までの流路内の気体は順次ベローズ５３側へ移動する（白抜き矢印参照）。これにより、ベローズ５３は膨張する。【０１０９】
図２２に示すように、切替えバルブ６３を回転させて、図２０の接続状態と同じく、エアー吸引用流路３９ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、エアー吸引用容器エアー抜き流路３９ｂをエアー抜き流路５３ｂに接続する。シリンジ５１を吸引側に駆動させてエアー吸引用容器３９内の気体を切替えバルブ６３内の流路、シリンジ流路５１ｃ及びシリンジ５１内に吸引する。このとき、図２０を参照して説明したのと同様に、ベローズ５３が収縮する（白抜き矢印参照）。【０１１０】
図２３に示すように、切替えバルブ６３を回転させて、流路１３ａとシリンジ流路５１ｃを接続し、流路２５ａをエアー抜き流路５３ｂに接続する。この接続状態は、主流路１３の下流側端が接続された液体ドレイン空間２９が切替えバルブ６３内の流路に接続されていない点で図１９及び図２１に示した接続状態とは異なる。シリンジ５１を押出し方向に駆動させる。主流路１３の下流側端はベローズ５３には接続されていないので、主流路１３内が液体導入圧力及びパージ導入圧力よりも大きく加圧される。これにより、計量流路１５内の希釈混合液が注入流路１７を通って反応容器５内に注入される。【０１１１】
このとき、反応容器５と注入流路１７の接続部において、凹部２７の肩部２６が反応容器５の肩部１６よりも反応容器５の中央側に配置されているので、注入流路１７から注入された液滴は天井（反応容器５に対向して配置されている流路ベース１１の一部）に付着しにくくなり、それ自体の重力によって反応容器５内に落下しやすくなる。【０１１２】
希釈混合液が反応容器５内に注入された後は主流路１３内の気体の一部は計量流路１５及び注入流路１７を介して反応容器５内に流れ込む。このとき、反応容器５は反応容器エアー抜き流路１９，２１、エアードレイン空間３１、ドレイン空間エアー抜き流路２５ａ及びエアー抜き流路５３ｂを介してベローズ５３に接続されているので、反応容器５、ベローズ５３間の気体は順次ベローズ５３側へ移動する（白抜き矢印参照）。これにより、ベローズ５３は膨張する。【０１１３】
切替えバルブ６３を図１０Ａの接続状態にして微小液滴操作デバイス１内部の容器、流路及びドレイン空間を密閉した後、温調機構６７により反応容器５を加熱してワックス９を融解させる。これにより、反応容器５に注入された希釈混合液はワックス９の下に入り、希釈混合液と試薬７が混ざり反応する。このように、微小液滴操作デバイス１によれば反応処理を密閉系で行なうことができる。【０１１４】
また、希釈混合液を反応容器５内に注入する前に、温調機構６７により反応容器５を加熱してワックス９を融解させておき、反応容器５内への希釈混合液の注入時にワックス９が融解しているようにしてもよい。このとき、反応容器５の側壁に対する接触角が９０°未満のワックス９により反応容器５の壁面が濡れているようにすれば、液体サンプルは反応容器内の側壁に沿って流れやすくなる。
さらに、流路ベース１１の反応容器５に対向している部分に、液滴の接触角が９０°以上となる処理を施せば、注入流路１７から反応容器５に注入される液滴は、疎水化処理が施された部分に反発し、それ自体の重力により反応容器５内に落下しやすくなる。【０１１５】
そして、反応容器５に注入された希釈混合液は直ちにワックス９の下に入り、希釈混合液と試薬７が混ざり反応する。切替えバルブ６３の接続状態が図２３の状態であっても、ベローズ５３により密閉系は確保されている。希釈混合液の注入後に切替えバルブ６３を図１０Ａの接続状態にすれば、微小液滴操作デバイス１内部の容器、流路及びドレイン空間を密閉することができる。ここで切替えバルブ６３を図１０Ａ、図１０Ｂの接続状態に切り替えるタイミングは、希釈混合液の注入直後から希釈混合液と試薬７の反応終了までのいずれのタイミングであってもよいし、希釈混合液と試薬７の反応終了後であってもよい。
このように、微小液滴操作デバイス１によれば、反応処理を密閉系で行なうことができ、反応処理前及び反応処理後も密閉系にすることができる。【０１１６】
この実施例では流路１３，１５，１７，１９，２１，２３を形成するための溝は流路ベース１１に形成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、それらの流路の全部又は一部分を形成するための溝を容器ベース３表面に形成してもよい。【０１１７】
この実施例の微小液滴操作デバイスでは、反応容器５と反応容器５に接続された液体導入流路１２ａと反応容器５に接続された反応容器エアー抜き流路１９を備え、液体導入流路１２ａは、貼り合わされた２枚のベース３，１１の接合面に形成された溝、又は溝及びベース３，１１に形成された貫通孔からなり、かつ、主流路１３と、主流路１３から分岐した所定容量の計量流路１５と、一端が計量流路１５に接続され他端が反応容器５に接続された注入流路１７を備え、主流路１３及び反応容器エアー抜き流路１９は密閉可能になっており、注入流路１７は計量流路１５よりも細く形成されて主流路１３及び計量流路１５に液体が導入されるときの導入圧力状態並びに主流路１３内の上記液体がパージされるときのパージ圧力状態では上記液体を通さず、それらよりも加圧状態で上記液体を通すものであるようにし、本発明の反応処理方法では本発明の微小液滴操作デバイスを用いるようにしたので、微小液滴操作デバイスの外部からの異物の混入や、液体の外部への環境汚染を防ぐことができる。【０１１８】
さらに、反応容器５に接続された反応容器エアー抜き流路１９を備えているので、注入流路を介しての反応容器５への液体の注入の際に反応容器５と反応容器エアー抜き流路１９の間で気体を流通させることができる。これにより、反応容器５への液体の注入を円滑に行なうことができる。また、反応容器エアー抜き流路１９は、反応容器５への液体の注入の際に、反応容器エアー抜き流路１９から反応容器５内の気体を吸引して反応容器５内を減圧させて液体を注入させる注入方法に用いることもできる。【０１１９】
また、上記実施例９において、エアー抜き流路５３ｂに接続されたベローズ５３は内部容量が受動的に可変な容量可変部材であれば他の構造であってもよい。そのような構造として例えば可撓材料からなる袋状のものや、シリンジ状のものなどを挙げることができる。
また、ベローズ５３等の容量可変部材は必ずしも備えていなくてもよい。
また、容器３５，３７，３９に試薬等の液体を予め収容しないのであれば、エアー抜き流路の一部分に細孔からなる流路３５ｅ，３７ｅ，３９ｅを必ずしも備えている必要はない。【０１２０】
また、上記実施例９では、封止容器としての容器３５，３７，３９に連通して設けられたエアー抜き流路３５ｂ，３７ｂ，３９ｂは切替えバルブ６３を介してエアー抜き流路５３ｂに接続されるが、封止容器に連通して設けられるエアー抜き流路は反応容器プレート外部、又はベローズ５３等の容量可変部に直接接続されていてもよい。
また、容器３５，３７，３９の封止方法として開閉可能なキャップを用いてもよい。【０１２１】
また、上記実施例９では容器ベース３は１つの部品により形成されているが、容器ベースは複数の部品によって形成されていてもよい。
また、反応容器５内の試薬は乾燥試薬でもよい。
また、サンプル容器３５内や反応容器５内に予め試薬は収容されていなくてもよい。
また、上記実施例９では試薬容器３７に希釈水４９が収容されているが、希釈水４９に変えて試薬を収容するようにしてもよい。【０１２２】
また、容器ベース３に遺伝子増幅反応を行なうための遺伝子増幅容器を備えているようにしてもよい。例えば、試薬容器３７を空の状態にしておけば、遺伝子増幅容器として用いることができる。【０１２３】
また、反応容器５内に遺伝子増幅反応を行なうための試薬を収容しておけば、反応容器５内で遺伝子増幅反応を行なうことができる。
また、主流路１３に導入される液体に遺伝子が含まれている場合、反応容器５内にその遺伝子と反応するプローブを備えているようにしてもよい。【０１２４】
また、上記実施例９では、シリンジ５１は切替えバルブ６３上に配置されているが、シリンジ５１を配置する位置は切替えバルブ６３上に限定されるものではなく、どこでもよい。
また、シリンジ５１を必ずしも備えている必要はなく、液体や気体を吐出又は吸引するためのシリンジは反応容器プレート外部のものを用いるようにしてもよい。
また、上記実施例９では切替えバルブとしてロータリー式の切替えバルブ６３を用いているが、切替えバルブはこれに限定されるものではなく、種々の流路切替えバルブを用いることができる。また、切替えバルブを複数備えていてもよい。【０１２５】
また、上記実施例９では、計量流路１５に充填された液体を注入流路１７を介して反応容器５に注入する際に、エアーパージ後の主流路１３内を加圧して液体を反応容器５に注入しているが、本発明の反応処理方法はこれに限定されるものではない。例えば、シリンジ５１を用いて反応容器エアー抜き流路２１内を陰圧にできるように流路構成を変更し、反応容器エアー抜き流路２１内、ひいては反応容器５内を陰圧にすることによって計量流路１５に充填された液体を注入流路１７を介して反応容器５に注入するようにしてもよい。また、別途シリンジを用意して、主流路１３内を陽圧にし、かつ反応容器５内を陰圧にして、反応容器５に液体を注入するようにしてもよい。【０１２６】
また、上記実施例９では、１本の主流路１３を備え、すべての計量流路１５が主流路１３に接続されているが、流路構成はこれに限定されるものではない。例えば、複数本の主流路を設け、各主流路に１つ又は複数の計量流路を接続するようにしてもよい。【０１２７】
液体導入流路が主流路、計量流路及び注入流路を備えている本発明の微小液滴操作デバイスにおいて、主流路について密閉可能なものとする場合、主流路の両端が開閉可能になっていることにより主流路が密閉可能になっている例を挙げることができる。ここで、「主流路の両端が開閉可能になっている」とは、主流路の端部に他の空間が接続され、この他の空間の、主流路とは反対側の端部が開閉可能になっている場合も含む。例えば、上記実施例９では、流路１３ａや、液体ドレイン空間２９、ドレイン空間エアー抜き流路２３及び流路２３ａが上記他の空間に相当する。【０１２８】
また、本発明の微小液滴操作デバイスにおいて、反応容器エアー抜き流路について密閉可能なものとする場合、反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が開閉可能になっていることにより反応容器エアー抜き流路が密閉可能になっている例を挙げることができる。ここで、「反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が開閉可能になっている」とは、反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部に他の空間が接続され、この他の空間の、反応容器エアー抜き流路とは反対側の端部が開閉可能になっている場合も含む。例えば、上記実施例９では、エアードレイン空間３１、ドレイン空間エアー抜き流路２５及び流路２５ａが上記他の空間に相当する。
このような態様では、主流路及び計量流路に液体が導入され、次に主流路内の上記液体がパージされ、さらに計量流路内に残存する上記液体が反応容器内に注入された後、主流路の両端、及び反応容器エアー抜き流路の反応容器とは反対側の端部が閉じられて主流路及び反応容器エアー抜き流路が密閉される。【０１２９】
上記の実施例９においては、反応容器５の天井には凹部２７が設けられている微小液体操作デバイスを用いて説明したが、実施例９と上述の実施例１〜８のいずれか又は全部を組み合わせるようにしてもよい。【０１３０】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、形状、材料、配置、個数、寸法、流路構成などは一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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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２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月14日(2010.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもち、導入される液量よりも大きい容積をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、
前記カバー基板に前記容器に対向して設けられ、前記液体導入流路の上面よりも上方側に凹んだ凹部と、を備え、
少なくとも前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に又は前記容器の肩部と同じ位置に配置されている微小液滴操作デバイス。
【請求項２】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板若しくは前記ベース基板又はその両方に形成されている請求項１に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項３】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に配置されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成され、かつ前記凹部と接続されている請求項１又は２に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項４】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記容器と前記液体導入流路の接続部近傍において、上方から見て、前記凹部の肩部は前記容器の肩部よりも前記容器の中央側に配置されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成され、かつ前記凹部とは間隔をもって形成されており、
前記カバー基板における前記液体導入流路と前記凹部の間の部分は凹部として形成されず前記液体導入流路の溝深さに対して凸部となっている請求項１又は２に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項５】
前記凸部の面における前記容器と対向する部位は液滴の接触角が９０°以上である請求項４に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項６】
前記凹部の底面の少なくとも一部もしくは前記凹部の側面の少なくとも一部又はそれらの両方は液滴の接触角が９０°以上である請求項１から５のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項７】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもち、導入される液量よりも大きい容積をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、を備え、
前記カバー基板における前記容器に対向している部分の一部分又は全部分は液滴の接触角が９０°以上である微小液滴操作デバイス。
【請求項８】
前記液体導入流路を構成する溝は前記カバー基板に形成されており、
前記液体導入流路は前記容器上に延伸して形成されており、
前記カバー基板における前記容器に対向している部分のうち、少なくとも前記液体導入流路に隣接する部分は液滴の接触角が９０°以上である請求項７に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項９】
液滴が前記液体導入流路を介して前記容器に導入される際に、前記容器の側壁が前記液滴とは異なる、前記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために、前記容器内に前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されている請求項１から８のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１０】
ベース基板と、
前記ベース基板に形成され、前記ベース基板の一表面に開口部をもち、導入される液量よりも大きい容積をもつ容器と、
前記容器の前記開口部を覆って前記ベース基板の前記一表面に貼り合わされたカバー基板と、
前記ベース基板と前記カバー基板の接合面に形成された溝からなり、前記容器に接続された液体導入流路と、
前記接合面に前記液体導入流路とは別途形成された溝からなり、前記液体導入流路とは異なる位置で前記容器に接続された空気抜き機構と、を備え、
液滴が前記液体導入流路を介して前記容器に導入される際に、前記容器の側壁が前記液滴とは異なる、前記容器の側壁に対する接触角が９０°未満の液体で濡れているようにするために前記容器内に前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体又は前記側壁に対する接触角が９０°未満の液体が凝固した固体が予め収容されている微小液滴操作デバイス。
【請求項１１】
前記容器の側壁にはその表面積を平坦面に比べて増大させるための凹凸加工、シボ加工、機械加工又は溝が施されている請求項９又は１０に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１２】
前記液体導入流路は、前記接合面に形成された溝、又は前記溝及び前記基板に形成された貫通孔からなり、かつ、主流路と、前記主流路から分岐した所定容量の計量流路と、一端が前記計量流路に接続され他端が前記容器に接続された注入流路からなり、
前記注入流路は前記計量流路よりも流入耐圧が高くなるように形成されて前記主流路及び前記計量流路に液体が導入されるときの液体導入圧力状態並びに前記主流路内の液体がパージされるときのパージ圧力状態では液体を通さず、それよりも加圧状態で液体を通すものである請求項１から１１のいずれか一項に記載の微小液滴操作デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の前記微小液滴操作デバイスを用いた処理方法であって、
前記導入圧力で前記主流路及び前記計量流路に液体を充填し、
前記主流路に気体を流して前記計量流路内に液体を残存させつつ前記主流路内の液体を排出し、
前記主流路内を前記導入圧力よりも大きく陽圧に若しくは前記反応容器内を陰圧に又は前記陽圧及び前記陰圧の両方にすることより液体導入流路を介して前記計量流路内の液体を前記容器に注入することを特徴とする反応処理方法。
【国際調査報告】
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