(57)【要約】【課題】流路が微細であっても流路中に検出媒体を容易に設置でき、また種々の検出対象を検出可能な流路形成チップを提供する。【解決手段】流路形成チップ１は、ガラス製の基板１１に、膜状電極１４及び光感応性樹脂層１２を順に積層して形成されている。光感応性樹脂層１２を部分的に除去することで、試料溶液を収容可能な凹部２を形成する。凹部２は、試料投入槽２１、廃液槽２２及び流路２３を構成しており、流路２３の途中には検出部２４が設けられている。試料溶液を投入する前に、検出媒体であるシリカビーズ２５を試料投入槽２１に投入することで、検出部２４にシリカビーズ２５を固定する。この際、検出部２４はシリカビーズ２５をその下流側で受けて、拘束する形状であるので、個々のシリカビーズ２５をわざわざ検出部２４に固定しなくても、流路２３中に設置可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液を流動させる流路が、表面に沿って延びるように形成された流路形成チップにおいて、
前記流路に移動可能に配された検出媒体と、
前記流路の途中に形成され、前記検出媒体をその下流側で引っ掛け、前記試料溶液の流動に伴う前記検出媒体の移動を拘束する検出部と、を備えることを特徴とする流路形成チップ。
【請求項２】
前記検出部は、上流側から下流側に向かうに従って前記流路の流路幅を徐々に小さくする構造であり、少なくとも最も流路幅の小さい最細部において、前記検出媒体の外径よりも当該流路幅が小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の流路形成チップ。
【請求項３】
前記検出部においては、前記流路の深さが前記検出媒体の外径の大きさ以上であって、かつ、２個の前記検出媒体の外径を合計した大きさ未満であることを特徴とする請求項２に記載の流路形成チップ。
【請求項４】
前記検出媒体は、多孔質粒子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項５】
前記多孔質粒子は、孔部にプローブを担持したものであることを特徴とする請求項４に記載の流路形成チップ。
【請求項６】
前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズであることを特徴とする請求項４又は５に記載の流路形成チップ。
【請求項７】
基板上に光感応性樹脂層を所定パターンで形成することで、前記流路を形成したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項８】
前記流路の上流側及び下流側のそれぞれに前記試料溶液を流動させるための電極を形成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項９】
前記流路の途中であって、前記検出部よりも上流側に、前記試料溶液中の細胞を破砕する細胞破砕部を設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１０】
前記流路を複数並設し、前記各流路に前記検出部をそれぞれ形成すると共に、前記各流路に前記検出媒体を配したことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１１】
前記流路形成チップを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１２】
前記冷却手段は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１１に記載の流路形成チップ。
【請求項１３】
前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路形成チップの底面と接するように配置されることを特徴とする請求項１２に記載の流路形成チップ。
【請求項１４】
前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第２の冷却手段を設けたことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の流路形成チップ。
【請求項１５】
前記試料溶液を流動させるためにマイクロポンプを備えることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１６】
前記マイクロポンプは、前記流路に連通するポンプ流路を移動可能に配置された磁性体の物体及び非磁性体の物体と、前記ポンプ流路に沿って配置された複数の電磁石と、を備え、前記磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により前記磁性体の物体を、前記非磁性体の物体と共に、前記ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、前記試料溶液を前記流路において流動させることを特徴とする請求項１５に記載の流路形成チップ。
【請求項１７】
前記試料溶液を流動させるために遠心装置に取り付けられて使用されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の流路形成チップ。
【請求項１８】
前記遠心装置は、試料溶液を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料溶液の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料溶液または試料溶液中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料溶液から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置であることを特徴とする請求項１７に記載の流路形成チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ表面に試料溶液を流動させるための流路を形成した流路形成チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＮＡ（ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）やＲＮＡ（ｒｉｂｏｎｕｃｌｅｉｃ  ａｃｉｄ）、タンパク分子等の生化学的解析において、表面に微細な流路（例えば、流路幅百μｍ以下）を形成した流路形成チップが用いられている。このような流路形成チップは、半導体製造プロセスを適用することにより１チップに種々の素子を設置することもできるので、個々の細胞や微量検体を解析するのに有効な手段として注目されている。
【０００３】
ところで、微量検体を解析するのに、既にＤＮＡチップが実用化されている。ＤＮＡチップは、チップ表面を複数の区画に分割し、検出対象のＤＮＡと特異的に結合するプローブ（検出媒体）を各区画に固定したものであり、これに検体を載せ、この検体中のＤＮＡが結合した区画を特定することで、検体中のＤＮＡを検出、特定できる。しかし、プローブを各区画に固定するのには手間を要する。これに対し、特許文献１及び２には、ＤＮＡプローブアレイが開示されている。ＤＮＡプローブアレイは、互いに異なるプローブを固定した複数種の多孔質粒子（検出媒体）を、細管や微細溝に順に充填したものであり、検出対象に応じて多孔質粒子に固定するプローブを設定すればよいので、検出対象に応じたものをより簡便に作製することができる。
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記流路形成チップの流路中に、検体中のＤＮＡ等を検出したり、捕集したりする機能を設ける場合、特許文献１や２に示されるように、プローブを固定した多孔質粒子を流路中に配置することが考えられる。この場合、多孔質粒子を流路中で固定する方法が重要となる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、軟質材料で形成される細管に多孔質粒子を押し込み、当該細管を弾性変形させることで多孔質粒子を細管内に固定しているため、流路の構成材料が軟質材料に限定され、多孔質粒子の大きさの許容範囲も軟質材料の弾性変形の範囲内に限定される。また、流路幅や多孔質粒子のサイズが微小化した場合は、多孔質粒子を押し込むプロセスが極端に困難になるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２では、多孔質粒子を固定するための固定部品が必要であり、部品点数が増加する上、流路や多孔質粒子の微小化によってやはり固定部品の製造や取り付けプロセスが困難になるという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、流路が微細であっても流路中に検出媒体を容易に設置でき、また種々の検出対象を検出可能な流路形成チップを提供することを目的とする。
【０００８】
また、流路形成チップの流路は微細でかつ表面に沿って延在させているため、環境条件により、例えば、顕微鏡の照明に長時間照らされる場合や、高温・乾燥時などには、流路内に導入した液体が蒸発し、必要な液量を下回ってしまう場合があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、更にその目的は流路内の液体の乾燥を防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１による流路形成チップは、試料溶液を流動させる流路が、表面に沿って延びるように形成された流路形成チップにおいて、前記流路に移動可能に配された検出媒体と、前記流路の途中に形成され、前記検出媒体をその下流側で引っ掛け、前記試料溶液の流動に伴う前記検出媒体の移動を拘束する検出部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、検出媒体は、試料溶液中の物質を検出、捕集等するために、本流路形成チップに設けられる媒体であり、後述するように、例えば多孔質粒子が挙げられる。
【００１２】
このように構成することで、個々の検出媒体は、試料溶液の流動に伴って下流に移動することで検出部に固定されるので、わざわざ検出媒体を検出部に固定する必要はなく、検出媒体や流路が微小化しても容易に検出媒体を設置できる。なお、試料溶液を流すことで検出部に固定する場合に限られず、検出媒体を固定するために予め流路中に液体を流してもよい。
【００１３】
本発明の請求項２による流路形成チップは、請求項１において、前記検出部は、上流側から下流側に向かうに従って前記流路の流路幅を徐々に小さくする構造であり、少なくとも最も流路幅の小さい最細部において、前記検出媒体の外径よりも当該流路幅が小さく設定されていることを特徴とする。
【００１４】
このように構成すると、検出媒体が検出部に引っ掛かるようにして固定される。特に、検出媒体が微小な場合には、質量に比し検出部に接触する表面積が大きいので、この拘束力は大きく、確実に固定できる。また、流路幅が徐々に小さくなる構成であるので、種々の大きさの検出媒体に対応でき、例えば、後述のようにシリカビーズにプローブを固定することで粒径分布がばらついても、検出部を取り替えたりすることなく固定できる。すなわち、様々な大きさの検出媒体が固定できるため種々の検出対象に対して適用可能である。
【００１５】
本発明の請求項３による流路形成チップは、請求項２において、前記検出部においては、前記流路の深さが前記検出媒体の外径の大きさ以上であって、かつ、２個の前記検出媒体の外径を合計した大きさ未満であることを特徴とする。
【００１６】
このようにすることで、検出部に固定される検出媒体の個数のバラツキを抑えることができるので、検出対象物質濃度の測定等を行う場合に、正確な測定が可能である。
【００１７】
本発明の請求項４による流路形成チップは、請求項１〜３のいずれか１項において、前記検出媒体は、多孔質粒子であることを特徴とする。
【００１８】
このように、検出媒体として多孔質粒子を用いることで、例えば、検出対象に応じてプローブを担持させることで、種々の検出対象を検出することが可能になる。
【００１９】
本発明の請求項５による流路形成チップは、請求項４において、前記多孔質粒子は、孔部にプローブを担持したものであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項６による流路形成チップは、請求項４又は５において、前記多孔質粒子は、シリカを主成分とする直径１００μｍ以下の球形ビーズであることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項７による流路形成チップは、請求項１〜６のいずれか１項において、基板上に光感応性樹脂層を所定パターンで形成することで、前記流路を形成したことを特徴とする。
【００２２】
このように、光感応性樹脂層で流路を形成することにより、検出部も流路壁の一部として連続的かつ容易に形成できる。
【００２３】
本発明の請求項８による流路形成チップは、請求項１〜７のいずれか１項において、前記流路の上流側及び下流側のそれぞれに前記試料溶液を流動させるための電極を形成したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項９による流路形成チップは、請求項１〜８のいずれか１項において、前記流路の途中であって、前記検出部よりも上流側に、前記試料溶液中の細胞を破砕する細胞破砕部を設けたことを特徴とする。
【００２５】
このように構成することで、１チップで、細胞の破砕から、細胞を構成する物質の捕集あるいは検出までを行うことができ、簡易、迅速な操作が可能である。また、一連の操作により試料のロスを抑えることができるので、例えば、個々の細胞の発現解析など微量な物質の解析も可能である。
【００２６】
本発明の請求項１０による流路形成チップは、請求項１〜９のいずれか１項において、前記流路を複数並設し、前記各流路に前記検出部をそれぞれ形成すると共に、前記各流路に前記検出媒体を配したことを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項１１による流路形成チップは、請求項１〜１０のいずれか１項において、前記流路形成チップを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする。これによれば、流路形成チップが冷却されるので、流路内の液体の蒸発が抑えられ、長時間の作業等が可能である。
【００２８】
前記冷却手段は、ペルチェ素子であることが好ましい。また、前記ペルチェ素子は、その吸熱面が前記流路形成チップの底面と接するように配置されることが好ましい。また、前記ペルチェ素子の放熱面を冷却する第２の冷却手段を設けることが好ましい。
【００２９】
本発明の請求項１５による流路形成チップは、請求項１乃至１４のいずれか１項において、前記試料溶液を流動させるためにマイクロポンプを備えることを特徴とする。
【００３０】
前記マイクロポンプは、前記流路に連通するポンプ流路を移動可能に配置された磁性体の物体及び非磁性体の物体と、前記ポンプ流路に沿って配置された複数の電磁石と、を備え、前記磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により前記磁性体の物体を、前記非磁性体の物体と共に、前記ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、前記試料溶液を前記流路において流動させることを特徴とする。
【００３１】
上記マイクロポンプによれば、磁性体の物体に近い電磁石に電力を供給することにより、発生した磁力により磁性体の物体を、非磁性体の物体と共に、ポンプ流路内で所定の方向に移動させることにより、試料溶液等の流体を一定方向に導くことができるので、モータやダイヤフラム等を用いることなく流体の圧送が可能であり、極めてシンプルな構造で、小型化が容易に可能で、高い耐久性を有する。かかるマイクロポンプにより、流路形成チップにおいて試料溶液を流路内で流動させることができる。
【００３２】
本発明の請求項１７による流路形成チップは、前記試料溶液を流動させるために遠心装置に取り付けられて使用されることを特徴とする。これによれば、流路形成チップを遠心装置に取り付けて回転させて遠心力を作用させることで流路形成チップにおいて試料溶液を流路内で流動させることができる。このため電気浸透流発生のための電界印加が不要となるので、電界印加による検出対象の物質への影響がない。
【００３３】
前記遠心装置は、試料溶液を収容した前記流路形成チップを取り付けて所定の回転軸を中心に回転する回転盤と、前記流路形成チップ内における試料溶液の状態を目視により観察するための顕微鏡と、を具備し、前記流路形成チップ内の試料溶液または試料溶液中の物質に対して遠心力を作用させることで前記試料溶液から所定の物質を分離または合成させる可視下遠心装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、流路が微細であっても流路中に検出媒体を容易に設置でき、また種々の検出対象を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
〈第１の実施の形態〉
（流路形成チップの積層構成、積層材料等について）
【００３７】
図１（ａ）は第１の実施の形態に係る流路形成チップ１の平面図、図１（ｂ）は流路形成チップ１の積層構成を示す図、図２（ａ）は検出部２４の近傍を示す平面図、図２（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図（シリカビーズ２５を除く）である。
【００３８】
図１の流路形成チップ１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、膜状電極１４及び光感応性樹脂層１２をガラス製の基板１１に順に積層して形成されている。
【００３９】
基板１１は、膜状電極１４や光感応性樹脂層１２を支持する支持体である。基板１１には、支持体として必要な強度を有する材料であれば用いることができるが、本実施の形態では、基板１１として、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの市販の硼珪酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））を用いている。なお、ガラス（硼珪酸ガラス、石英ガラス等）の他、例えば、プラスチック（ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリスルホン、ポリエステル等）やガラス繊維とプラスチックの複合材も用いることができる。
【００４０】
膜状電極１４は、外部電極と接続して、流路形成チップ１の表面に投入される試料溶液を流動させるための電界を形成するものであり、図１（ａ）に示すように、基板１１に所定のパターンで形成されている。図１（ａ）には、分かりやすくするために、膜状電極１４の形成領域をハッチングで示している。このうち、破線のハッチングは光感応性樹脂層１２の下部に形成されている部分を示し、実線のハッチングは膜状電極１４が露出している部分を示す。本実施の形態では、レジスト等により基板１１にパターンを形成した後、スパッタリングによりＴｉを下地として表面をＰｔの反応保護膜で覆った二層構造の膜状電極１４を形成している。このように、Ｔｉを下地とすることで基板１１との密着性を向上させることができ、Ｐｔで覆うことで、試料溶液にさらされた際の電極反応を抑制できる。
【００４１】
なお、膜状電極１４には、これに限らず一般的な電極材料を用いることができるが、表面部分はＰｔ、Ａｕ、Ａｇ等の比較的標準電極電位の高い（正の値を持つような）材料で構成すると、試料溶液にさらした際の電解腐食を防止できるので好ましい。また、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透明電極を用いると、流路形成チップ１の透明性が維持できるので、流路形成チップ１の光学的解析を行う場合等に好適である。また、スパッタリングにより形成することで、基板１１との密着性を高めることができるが、これに限らず、化学蒸着やイオンプレーティングその他の物理蒸着によって形成することもできる。
【００４２】
光感応性樹脂層１２は、光感応性樹脂を光反応させることで形成されたものであり、基板１１表面に所定の２次元パターンが所定の厚みをもって形成されている。この光感応性樹脂層１２の形成部分と未形成部分との間の厚みの差によって、試料溶液を収容する凹部２が流路形成チップ１表面に形成される。この凹部２の詳細な構成については後述する。
【００４３】
光感応性樹脂としては、光の照射によって硬化（固体化）するタイプ（ネガ型）のもの、又は、光の照射によって可溶化するタイプ（ポジ型）のいずれも用いることができる。層の厚さや強度を確保する観点からは、ネガ型のものであって、光硬化時に重合反応により架橋ポリマーとなるものが好ましい。重合反応は、ラジカル重合、アニオン重合、カチオン重合等のいずれであってもよい。架橋ポリマーを形成する光感応性樹脂としては、モノマー及び／又はオリゴマーを主成分とし、さらに光重合開始剤や各種添加剤（安定剤、フィラー、顔料等）を含有する公知の光感応性樹脂を用いることができる。このモノマーとしては、例えば、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレートやトリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル系モノマーを用いることができる。また、オリゴマーとしては、例えば、エポキシ樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、ポリエーテル樹脂の（メタ）アクリル酸エステル、分子末端に（メタ）アクリロイル基を有するポリウレタン樹脂を用いることができる。光重合開始剤としては、例えば、ベンゾイン系光重合開始剤（ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル等）、アセトフェノン系光重合開始剤（２−２′−ジエトキシアセトフェノン等）を用いることができる。
【００４４】
上記のようなネガ型の光感応性樹脂に、部分的に光を照射して当該光照射領域のみを光硬化させた後、未硬化領域を除去することで、光感応性樹脂層１２の２次元パターンを形成できる。部分的な照射は、パターンマスクを用いて行ってもよいし、レーザの直描により行ってもよい。
【００４５】
本実施の形態では、化薬マイクロケム社製のネガ型フォトレジスト（商品名：ＳＵ−８）を基板１１にスピンコータで塗布し、パターンマスクを介して紫外光を露光し、現像液で未硬化部分を溶解、除去することで、厚さ２５μｍの光感応性樹脂層１２を形成している。
【００４６】
（凹部の構成について）
次に、各凹部２の構成について説明する。
【００４７】
流路形成チップ１には、凹部２が４つ並んで設けられており、１つ１つの凹部２に、試料投入槽２１、廃液槽２２及び流路２３が形成されている。図１（ａ）では、凹部２は、平面視で上下対称に配置される１対の略三角状の部分と、当該１対の略三角状の部分を連結するようにして上下に延在する連結部分と、からなる。このうち、紙面上側の略三角状の部分が試料投入槽２１となり、紙面下側の略三角状の部分が廃液槽２２となり、連通部が流路２３となっている。そして、流路２３の延在方向略中央部に検出部２４が形成されている。
【００４８】
試料投入槽２１及び廃液槽２２は、試料溶液を投入又は回収するために用いられる。これら試料投入槽２１及び廃液槽２２の形成領域には、膜状電極１４が互いに分離した状態で形成され、表面に露出しており、試料投入槽２１及び廃液槽２２の底面を夫々構成している。本実施の形態では、試料投入槽２１側の膜状電極１４を陽極とし、廃液槽２２側の膜状電極１４を陰極として直流電圧を印加することで、試料溶液に試料投入槽２１側から廃液槽２２側に向かう電気浸透流を発生させる。これにより、試料溶液は、試料投入槽２１から流路２３に流れ、当該流路２３を通って廃液槽２２に回収されることになる。なお、図１（ａ）では、陽極側の膜状電極１４及び陰極側の膜状電極１４はそれぞれ、４つの凹部２で共通であり、４つの凹部２で同時に試料溶液を流動させることができるようになっている。
【００４９】
流路２３は、試料投入槽２１及び廃液槽２２を連結すると共に、本実施の形態においては、図２（ａ）、（ｂ）のように、その延在方向の途中に検出部２４及び検出媒体としてのシリカビーズ２５が配置されている。その流路幅は、試料溶液に含まれる検出対象物質及びシリカビーズ２５が通過できるように、検出部２４の設置位置以外の部分では検出対象物質及びシリカビーズ２５の径以上の大きさに設定する。本実施の形態では、平均粒径が約２０μｍのシリカビーズ２５を用いていることから、検出部２４以外の部分での流路幅を２０μｍとしている。また、流路深さについても、シリカビーズ２５が試料溶液から露出しないようにシリカビーズ２５の径よりも大きく設定する。
【００５０】
検出部２４は、流路２３の延在方向略中央部に設けられ、光感応性樹脂層１２よりなる１対の流路側壁を上流側から下流側に向かうに従って互いの距離が狭まるように傾斜させることで、流路２３の流路幅を徐々に小さくする構造としている。そして、最も流路幅の小さい最細部２４ａでは、シリカビーズ２５の直径よりも流路幅が小さく設定されている。本実施の形態では１５μｍに設定される。この検出部２４の勾配は、特に限定されず、検出部２４の設置スペース等によって決まるが、例えば検出媒体の粒径分布のバラツキが大きいときは勾配を大きくするなど検出媒体の粒径分布に応じて決定してもよい。また、検出部２４における流路深さは、それ以外の部分と共に光感応性樹脂層１２の層厚と同じ２５μｍであり、１個のシリカビーズ２５の外径よりも大きく、かつ、２個分の外径よりも小さく設定され、シリカビーズ２５が流路２３を２個同時に通過できないようになっている。
【００５１】
シリカビーズ２５は、ＳｉＯ2（シリカ）を主成分とし、表面に無数の細孔を有する多孔質の球形ビーズであり、表面に他の物質を吸着、結合し又は表面で他の物質と反応する能力（反応性）を有するものである。このシリカビーズ２５を検出部２４の最細部２４ａよりも上流側の流路空間に投入する。シリカビーズ２５は、そのままでも細孔に分子を吸着できるが、検出対象物質と反応しあるいは特異的に結合するプローブを担持させることで、より対象を絞った検出を行うことができる。このようなプローブ及び検出対象物質としては、タンパク分子等の抗原と抗体、基質とこれに反応する酵素、ＤＮＡやＲＮＡとその少なくとも一部に相補的な塩基配列を有するオリゴヌクレオチド等が挙げられる。プローブを担持させる方法としては、例えば、固相法によりシリカビーズ２５の表面にオリゴヌクレオチドやポリペプチドを合成する方法や、ビオチン及びアビジンの結合を利用する方法が挙げられる。また、多孔質粒子は、シリカビーズ２５に限らず、例えば、活性炭、アルミナ、プラスチック微粒子など、一般的に固定相として用いられ、反応性を有する微粒子を用いることができる。
【００５２】
（作用及び効果について）
次に、流路形成チップ１の使用例について説明することで、上記構成の作用及び効果について説明する。
【００５３】
まず、流路形成チップ１にシリカビーズ２５を試料投入槽２１に投入する。本使用例の場合には、シリカビーズ２５はそのまま使用するが、上記のように特異的な結合等によって検出対象物を検出する場合には、プローブを固定した状態のシリカビーズ２５を試料投入槽２１に投入する。このとき、シリカビーズ溶液も共に、試料投入槽２１に投入し、試料投入槽２１から廃液槽２２に向かって流すことで、シリカビーズ２５が下流側に配置された検出部２４に引っ掛かり、固定される。
【００５４】
次に、ＤＮＡ断片を試料溶液を試料投入槽２１に投入する。例えば、サンプルＡ（蛍光色素（例えば、フルオレセインイソチオシアネート）によって蛍光標識されたＤＮＡ断片を含む溶液）及びサンプルＢ（ＤＮＡ断片を含まない溶液）を、別々の凹部２に投入する。そして、膜状電極１４に試料投入槽２１側が陽極、廃液槽２２側が陰極となるような直流電圧を印加する。これにより、凹部２を満たした試料溶液に試料投入槽２１から廃液槽２２に向かう電気浸透流が発生する。このとき、サンプルＡ中のＤＮＡ断片も溶液流に乗り、試料投入槽２１から廃液槽２２に向かって移動し、検出部２４を通過する際に、図３に示すようにシリカビーズ２５に吸着する。一方、サンプルＢはＤＮＡ断片を含んでいないため、シリカビーズ２５には何も吸着しない。
【００５５】
所定時間経過後、シリカビーズ２５の蛍光強度を測定することによって、サンプルＡ，Ｂ中のＤＮＡ断片の有無や濃度、ＤＮＡ断片のサイズを確認することができる。基板１１はガラス製であるので、そのまま蛍光強度の測定が可能である。
【００５６】
以上のように、検出部２４をシリカビーズ２５の下流側に設け、流れてくるシリカビーズ２５を受け、拘束する構造にすることで、個々のシリカビーズ２５を個々の検出部２４に固定するのに要する手間を省くことができ、容易に検出媒体を流路中に設置することができる。
【００５７】
なお、本発明の適用は上記使用例に限られるものでない。上記シリカビーズ２５の投入過程では、シリカビーズ溶液を試料投入槽２１から廃液槽２２に向かって流しているだけだが、シリカビーズ溶液を投入した際に電圧を印加して電気浸透流を起こしてもよいし、試料溶液を流したときに起こる電気浸透流でシリカビーズ２５を固定させてもよい。
【００５８】
また、上記のように、濃度を測定したり、切断片の有無を確認したりするのみでなく、吸着物を回収する目的でシリカビーズ２５を配置してもよい。また、上記使用例では、夫々の凹部２に同じ種類のシリカビーズ２５を配置しているが、異なる反応性を有するシリカビーズ２５（例えば、異なるプローブを固定したシリカビーズ２５）を配置し、同一の試料溶液を流して当該試料溶液中の物質同定に用いることができるのは言うまでもない。
【００５９】
〈第２の実施の形態〉
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る流路形成チップ１は、第１の実施の形態に係る流路形成チップ１と略同様の構成であるが、流路２３に、さらに細胞破砕部２６が形成されている点が異なっている。以下、図４を参照してこの点を中心に説明する。
【００６１】
図４（ａ）は凹部２近傍のみを示す平面図、図４（ｂ）は細胞破砕部２６の近傍を示す平面図である。
【００６２】
図４（ａ）の凹部２は、紙面の左側の平面視円状の試料投入槽２１と、紙面右側の平面視で試料投入槽２１よりも大きい円状の廃液槽２２と、これらを連通する流路２３と、を形成している。試料投入槽２１及び廃液槽２２の底面には膜状電極１４が形成され、図１のものと同様に、試料投入槽２１から廃液槽２２に向かって、試料溶液が流動可能になっている。そして、流路２３の途中には細胞破砕部２６が設けられ、これよりも下流側には図１のものと同様にシリカビーズ（図示せず）を拘束する検出部２４が設けられている。この細胞破砕部２６は、対向する流路側壁が共に流路２３の幅方向中央に向かって突出してなる突起部２６ａと、この突起部２６ａの直下に形成される膜状電極２６ｂと、それよりもやや上流側に、当該膜状電極２６ｂと平行に形成される膜状電極２６ｃと、を備えて構成される。
【００６３】
そして、細胞を含む試料溶液を試料投入槽２１に投入し、膜状電極１４に電圧を印加して試料溶液を流動させる。これとともに、細胞破砕部２６の１対の平行電極（膜状電極２６ｂ，２６ｃ）に交流電圧（例えば１ＭＨｚ）を印加する。細胞が細胞破砕部２６に至ると、突起部２６ａに衝突して変形するのに加え、交流電界が印加されることで通電破砕される。破砕により細胞の内容物が試料溶液に溶出し、下流側に固定されたシリカビーズに吸着する。
【００６４】
このように、細胞破砕部２６や検出部２４など、目的の処理を行うに至るまでの一連の処理を行う機能部を流路２３上に順に形成していくことで、同一チップ上で一連の処理を実施でき、解析の迅速化、簡便化が可能である。さらには、試料のロスを抑えることができるので、例えば、個々の細胞の発現解析等の微量な物質の解析を行うことができる。
【００６５】
なお、このような機能部としては、細胞破砕部２６に限らず、例えば、複数の流路を交差させてできる、複数の細胞から１つの細胞を取り出すための単離部等が挙げられる。
【００６６】
以上、第１及び第２の実施の形態について説明したが、本発明の適用はこれに限定されない。上記実施の形態では、試料溶液を流動させるのに電気浸透現象を利用していたがこれに限らず、例えばポンプによって試料溶液を流動させてもよく、後述のようなマイクロポンプを用いることができる。
【００６７】
また、流路２３の延在方向に間隔をおいて、単一の流路２３に複数の検出部２４を設けて、各検出部２４には他の検出部とは異なる対象物を検出するための多孔質粒子を配置してもよい。検出部２４を複数設けずに、異なる対象物を検出するための多孔質粒子を順に配置し、プローブアレイのように試料溶液中の物質が反応した多孔質粒子の位置により検出対象物を特定したりしてもよい。
【００６８】
また、検出部２４の形状は、流路幅が徐々に狭くなるものに限らず、例えば、上流側から下流側に向かって流路２３の断面積が徐々に小さくなるテーパ形状であってもよい。また、流路２３が表面に露出したものに限らず、例えば、光感応性樹脂層１２にさらにカバーガラスが積層したものであってもよい。また、光感応性樹脂層１２で凹部２を形成する場合に限らず、例えば、ポジ型の光感応性樹脂によって凹部２を形成することもできる。但し、凹部２は試料溶液にさらされることから、光照射によって硬化する光感応性樹脂を用いることが好ましい。
【００６９】
また、第１及び第２の実施の形態では、リソグラフィ技術によって流路２３を形成しているが、これに限らず、例えば、型を用い、射出成形により流路を作製した流路形成チップにおいても、本発明を適用可能である。
【００７０】
〈第３の実施の形態〉
【００７１】
第３の実施の形態は、試料溶液の流動装置において上述の流路形成チップがペルチェ素子等の冷却手段を備えるものである。
【００７２】
図５は第３の実施の形態の流動装置の機能ブロック図、図６は流動装置の外観を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。）、図７は本実施の形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。
【００７３】
本実施の形態の流動装置は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｌ字板状の基台５０に支持板３３ｂが水平に取り付けられており、この支持板３３ｂの上面側に平板状のペルチェ素子３１が固定され、そのペルチェ素子３１の上面に密着させるようにして流路形成チップ１が載置されている。また、支持板３３ｂ上にはコネクタ４１が取り付けられており、流路形成チップ１はこのコネクタ４１の接続口に挿入されている。このコネクタ４１は、反対側の接続口４１ｂにて図５に示す電圧印加装置４２と接続可能になっており、流路形成チップ１と電圧印加装置４２とを電気的に接続する。また、支持板３３ｂの下方には水冷器本体３３ａが取り付けられている。
【００７４】
流路形成チップ１は、平面に沿って流路２３を形成したものであり、電圧を印加することで当該流路２３に導入された試料溶液が流動可能に構成されており、例えば、図１（ａ）、（ｂ）と同様に構成される。
【００７５】
ペルチェ素子３１は、ペルチェ効果によって吸熱又は放熱する熱電変換素子であり、本実施の形態では図７に示すような構成であり、表面及び裏面のいずれか一方が吸熱面となり、他方の面が放熱面となるペルチェ素子を用いる。図７はペルチェ素子３１の一部を示し、そのペルチェ素子３１は、一対の基板３１ａ，３１ａの間に、複数のＰ型熱電半導体３１ｐ及びＮ型熱電半導体３１ｎを配置し、これらを基板３１ａに積層される銅電極３１ｃで交互に直列接続したものである。図７に示すようにＮ型熱電半導体３１ｎからＰ型熱電半導体３１ｐに向かって電流を流すと、紙面上側に向く面が吸熱面となって、紙面下側に向く面が放熱面となる。一方、逆方向に電流を流すと、紙面上側に向く面が放熱面となり、紙面下側に向く面が吸熱面となる。流動装置では、上記のように、ペルチェ素子３１を流路形成チップ１に密着させ、流路形成チップ１の温度を調整する。
【００７６】
また、ペルチェ素子３１の上面側には図６（ｂ）のように温度センサ３４が貼着されており、流路形成チップ１との接触面の温度が検出可能になっている。温度センサ３４は、例えば温度に応じて抵抗が変化するサーミスタを用いる。なお、使用する温度センサの種類はこれに限定されない。
【００７７】
また、ペルチェ素子３１は、１対の導線３１ｂ，３１ｂを介して図５に示すペルチェコントローラ３２に電気的に接続されており、このペルチェコントローラ３２からの駆動電流を受けて目的の温度に調整される。ペルチェコントローラ３２は、図５のように、温度センサ３４の検出信号が入力されるようになっており、これに基づき流路形成チップ１を目的の温度にするための駆動電流の大きさを算出し、当該大きさに調整した駆動電流を出力する。このペルチェ素子３１が冷却手段に相当する。
【００７８】
水冷器３３は、図６（ａ）〜（ｃ）のように、金属製の支持板３３ｂと、支持板３３ｂの下面側に取り付けられた水冷器本体３３ａと、からなる。水冷器本体３３ａは、金属製のブロック内部に冷却液の通路が設けられており、流入口３３ｃから導入された冷却液が当該冷却液通路を通って流出口３３ｄから排出されるようになっている。この冷却液は、水道から直接引き込んでもよいし、さらにポンプやラジエータなどを備えた２次冷却装置を設け、当該２次冷却装置で冷却した冷却液を循環させてもよい。この水冷器３３が第２の冷却手段に相当する。
【００７９】
以上のような構成の流動装置を使用するときには、流路形成チップ１をコネクタ４１に装着し、電圧印加装置４２を電源オンにし、流路形成チップ１の電極１４，１４に駆動電圧を印加して凹部２に導入した試料溶液を駆動する。これと共に、ペルチェコントローラ３２も電源オンにする。ペルチェコントローラ３２はペルチェ素子３１の吸熱面が予め設定した温度を上回っていることを検出すると、ペルチェ素子３１を駆動し、流路形成チップ１を冷却する。これにより、流路形成チップ１が予め設定した温度以下に保たれるので、試料溶液の蒸発が抑えられる。このため、作業に長時間を要する場合などに、作業の途中で試料溶液が干上がったりすることなく、ある程度の溶液量を維持して作業をすることができる。
【００８０】
なお、本発明は第３の実施の形態に限定されない。例えば、流路形成チップ１を冷却するための手段は、ペルチェ素子３１に限らず、例えば、流路形成チップにヒートシンクを接触するように配置し、このヒートシンクに向かってファンから送風することで、冷却させてもよい。但し、空冷時には流路形成チップ１に風が当たらないようにしないと、試料溶液がかえって乾燥しやすくなるおそれがある。この点、ペルチェ素子３１を用いることが好ましい。また、ペルチェ素子３１を用いると、高精度な冷却が可能であるので、温度感受性の高い生体高分子を取り扱う場合にも限られた温度範囲に保つことができ、また装置を小型化でき、静穏かつ無振動で動作可能であるので好適である。
【００８１】
また、図６（ａ）〜（ｃ）の流動装置は、流路形成チップ１を１枚だけ載せる構成となっているが、コネクタ４１を複数設け、複数の流路形成チップ１が同時に載置できる構成としてもよい。この場合、ペルチェ素子３１を複数設け、流路形成チップ１毎に冷却してもよいし、単一のペルチェ素子３１に複数の流路形成チップ１を載置してもよい。ペルチェ素子３１を複数設け、ペルチェ素子３１毎にコントロール可能にすれば、各流路形成チップ１を高精度に冷却できる。
【００８２】
また、ペルチェ素子３１と流路形成チップ１の密着性を高めるべく、流路形成チップ１を下方に押さえつける機構をコネクタ４１に設けてもよいし、シリコングリースを塗布してもよい。
【００８３】
また、流路形成チップ１も上記構成に限定されない。例えば、流路２３は、２以上としてよく、また、単数であってもよいし、図４（ａ）、（ｂ）のような構成としてもよく、また、細胞を破砕する以外の作用を果たす部分を設けたものでもよい。また、第３の実施の形態では、温度センサ３４をペルチェ素子３１側に設けているが、流路形成チップ１の下面に設けてもよいし、流路形成チップ１の凹部２に一体形成させてもよい。さらに、流路形成チップ１とペルチェ素子３１を１チップに一体的に形成させてもよい。
【００８４】
〈第４の実施の形態〉
【００８５】
第４の実施の形態は、微量の液体を圧送するマイクロポンプを用いて試料溶液を流すようにした流路形成チップである。
【００８６】
図８は、第４の実施の形態にかかるマイクロポンプの側面断面図である。図９は、図８の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【００８７】
マイクロポンプＭは、ハウジング１００と蓋部材２００とから以下のようにして構成される。図８，図９において、ブロック状のハウジング１００は、平面である上面１ａに、断面が半円形状などの環状の溝１ｂを形成している。ハウジング１００の素材としては、ガラス基板、シリコン基板、ＰＤＭＳ（ｐｏｌｙ-ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）、セラミック基板などを用いることができる。ガラス基板上に溝１ｂを作製する場合は、ガラス基板上に光硬化樹脂または熱硬化樹脂、レジスト類や、ポリミドなどをスピンコートすることによって膜を形成して、露光、現像、エッチングなどを経て微小溝を作製する。そのほかにも、基板本体のウェットエッチング、ＲＩＥによるドライエッチングなどを用いて流路をエッチングするための各種加工手法を用いて作製してもよい。
【００８８】
一方、ハウジング１００と同様な素材から形成できる板状の蓋部材２００は、平面である下面２ａに、溝１ｂに対応して断面が半円形状などの環状の溝２ｂを形成している。ハウジング１００に蓋部材２００を重ね合わせたとき、溝１ｂ、２ｂが対向することで、環状の循環路Ｒが形成されることとなる。
【００８９】
蓋部材２００は、ハウジング１００に対して、接着剤、フッ酸を用いた接合、陽極接合、機械的な固定などをもちいて貼り合わせを行い、循環路Ｒを外気から孤立させる機能を有するが、高圧流体を流す必要がなければ特に機械固定をする必要はない。尚、循環路Ｒに対して接線方向に接続するようにして、直線状の供給路Ｉと排出路Ｏとが同様な手法で形成され、外部に対して開口している。
【００９０】
かかる循環路Ｒ内には、それぞれ供給路Ｉと排出路Ｏより大きい径を有している、例えば１１個の非磁性体の微小球３００と、１個の磁性体の微小球４００とが転動自在に配置されている。微小球４００としては強磁性材料を含む鉄球などを用いてもよいし、表面を保護するために各種メッキ、蒸着や表面処理加工などを行ってよい。微小球３００としては、磁性材料以外の金属や樹脂、セラミックなどを用いることができる。尚、微小球３００，４００の径は数μｍオーダーまで小さくできる。
【００９１】
蓋部材２００の上面には、循環路Ｒに沿って例えば６つの電磁石５Ａ〜５Ｆが周方向に等間隔に配置されている。電磁石５Ａ〜５Ｆは、駆動回路ＤＲにより選択的に駆動され、励磁されるようになっている。
【００９２】
本実施の形態の動作について説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、マイクロポンプＭの動作を示す図９と同様な図である。供給路Ｉは流体の供給源、排出路Ｏは流体の供給部に接続されている。まず、図１０（ａ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、不図示のセンサにより磁性体の微小球４００（ハッチングで示す）の位置を検出し、それより時計回り方向に離れた電磁石５Ａを選択して励磁する。すると、電磁石５Ａから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球３００は磁力の影響を受けないので、微小球４００に押されて同方向に移動する。循環路Ｒ内の微小球３００，４００が全て同方向に回転移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Ｉから取り込んだ流体を、排出路Ｏから排出することが可能となる。
【００９３】
続いて図１０（ｂ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００が電磁石５Ａに接近したことを検出したときは、電磁石５Ａの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｂを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｂから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が同方向に付勢され、電磁石５Ａを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。
【００９４】
更に図１０（ｃ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００が電磁石５Ｂに接近したことを検出したときは、電磁石５Ｂの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｃを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｃから発生した磁力により、磁性体である微小球４００が同方向に付勢され、電磁石５Ｂを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球３００，４００を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。
【００９５】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、別な実施の形態にかかるマイクロポンプの動作を示す図９と同様な図である。本実施の形態においては、循環路Ｒ内に、例えば１０個の非磁性体の微小球３００と、１８０度位相で２個の磁性体の微小球４００とが転動自在に配置されている。それ以外の構成については上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態の動作を説明すると、図１１（ａ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、不図示のセンサにより磁性体の２つの微小球４００，４００の位置を検出し、それぞれ時計回り方向に離れた電磁石５Ａ、５Ｄを選択して励磁する。すると、電磁石５Ａ、５Ｄから発生した磁力により、磁性体である微小球４００，４００が付勢され、時計回りに移動しようとする。残りの微小球３００は磁力の影響を受けないので、微小球４００に押されて同方向に移動する。循環路Ｒ内の微小球３００，４００が全て同方向に移動すると、その内部の流体もつれて同方向に移動するようになる。これにより、供給路Ｉから取り込んだ流体を、排出路Ｏから排出することが可能となる。
【００９７】
続いて図１１（ｂ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００，４００が電磁石５Ａ、５Ｄに接近したことを検出したときは、電磁石５Ａ、５Ｄの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｂ，５Ｅを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｂ，５Ｅから発生した磁力により、磁性体である微小球４００，４００が同方向に付勢され、電磁石５Ａ、５Ｄを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。
【００９８】
更に、図１１（ｃ）において、駆動回路ＤＲ（図８）は、磁性体の微小球４００，４００が電磁石５Ｂ，５Ｅに接近したことを検出したときは、電磁石５Ｂ，５Ｅの励磁を停止して、それより時計回り方向に隣り合う電磁石５Ｃ，５Ｆを選択して励磁する。すると、電磁石５Ｃ，５Ｆから発生した磁力により、磁性体である微小球４００、４００が同方向に付勢され、電磁石５Ｂ，５Ｅを通り過ぎて他の微小球３００と共に更に時計回りに移動しようとする。以上の制御を繰り返すことで、微小球３００，４００を連続的に回転移動させることができ、流体の連続圧送が可能となる。本実施の形態によれば、２個の微小球４００が同時に付勢されるので、回転速度が約２倍となり流体の高速圧送が可能となる。
【００９９】
図１２は、本実施の形態の変形例を示す図８と同様な図である。図１２（ａ）に示す変形例においては、ハウジング１００の上面１ａにのみ環状の溝１ｂが形成され、蓋部材２００の下面には環状の溝が形成されていない。これに対し、図１２（ｂ）に示す変形例においては、蓋部材２００の下面２ａにのみ環状の溝２ｂが形成され、ハウジング１００の上面には環状の溝が形成されていない。
【０１００】
更に、図１２（ｃ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、薄厚のハウジング１００の下面に、電磁石５Ａ〜５Ｆを配置している。又、図１２（ｄ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、ハウジング１００と蓋部材２００の側面に凹部１ｃ、２ｃを全周にわたって形成し、組み付け時に凹部１ｃ、２ｃで形成される環状の空間内に電磁石５Ａ〜５Ｆを埋設配置している。更に、図１２（ｅ）に示す変形例においては、蓋部材２００の上面に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置する代わりに、ハウジング１００と蓋部材２００の側面に対向して、その外方に外部の電磁石５Ａ〜５Ｆを配置している。
【０１０１】
図１３に第４の実施の形態による流路形成チップの平面図を示す。図１３の流路形成チップ１’は、上述の図８，図９と同様のマイクロポンプＭを配置し、流路２３内で試料溶液を流動させるようにしたものである。すなわち、図１３のように、図１（ａ）、（ｂ）と同様の凹部２を基板１１上に形成し、更に、凹部２と同様にして溝状の送出路２８及び排出路２９を形成し、送出路２８を試料投入槽２１に接続し、排出路２９を廃液槽２２に接続し、マイクロポンプＭを形成する際に、マイクロポンプＭの排出路Ｏを送出路２８に接続し、供給路Ｉを排出路２９に接続している。なお、図８，図９の循環路Ｒがポンプ流路を構成する。
【０１０２】
図８，図９のハウジング１００の代わりに図１（ｂ）の基板１１上に凹部２と同様にして溝１ｂを形成し、基板１１上を図１２（ａ）のように蓋部材２００で覆い、蓋部材２００上に電磁石５Ａ〜５Ｆを配置することで、マイクロポンプＭを備えた流路形成チップ１’を得ることができる。マイクロポンプＭを図１０（ａ）〜（ｃ）のようにして作動させることで、試料溶液を試料投入槽２１から廃液槽２２に向かって流路２３内を流動させることができる。
【０１０３】
なお、図１３においてマイクロポンプＭの電磁石５Ａ〜５Ｆ（図８）と駆動回路ＤＲ（図８）とを接続するための接続手段を別途設けることができる。また、流路形成チップ１’は凹部２を単数備えるが、図１（ａ）のように、複数備えるようにしてもよい。また、流路形成チップ１’に第３の実施の形態のようにペルチェ素子等の冷却手段を設けてもよい。更に、流路形成チップ１’は、図４（ａ）、（ｂ）のような構成としてもよい。
【０１０４】
また、上述のようなマイクロポンプを基板等に形成するための加工方法としては、本発明者の一人が先に特願２００６−１９５５０１で提案したエッチング加工や膜材料を用いた加工や金型を用いた成形加工を用いることができる。
【０１０５】
〈第５の実施の形態〉
【０１０６】
第５の実施の形態は、遠心力を用いて流路形成チップで試料溶液を流し、その試料溶液で分離や合成を行う場合にその反応過程をモニタで観察可能にしたものである。
【０１０７】
図１４は第５の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。図１５は図１４の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。図１６は図１４の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。図１７は図１４の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。図１８はスピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【０１０８】
以下、第５の実施の形態に係る可視下遠心装置について、添付図面を参照して説明する。図１４〜図１８には、本実施の形態に係る可視下遠心装置(以下、単に「装置」ともいう)ＡＰが示されており、装置ＡＰには、所定の回転軸６０２を中心に回転する回転盤６０４と、回転盤６０４に配設され、サンプル（試料溶液）を収容して回転盤６０４とともに回転する反応用の流路形成チップ（以下、単に「チップ」ともいう）１と、チップ１内におけるサンプルの状態を目視により観察するための顕微鏡６０８とが備えられている。そして、装置ＡＰは、チップ１内のサンプルに対して遠心力を作用させることで、サンプルから所定の物質(液体、固体および気体、若しくはこれらの混合体など)を分離、あるいは合成させている。
【０１０９】
なお、装置ＡＰの大きさや形状、具体的には、回転盤６０４の大きさや形状は、遠心分離あるいは遠心合成させるサンプルの性質や数などに応じて任意に設定すればよいが、本実施の形態においては、回転盤６０４が直径２２０ｍｍの円盤として構成されている場合を、一例として想定する。
【０１１０】
また、チップ１は、その内部に所定のサンプルを収容し、サンプルを遠心分離反応あるいは遠心合成反応させることが可能であり、図１（ａ）、（ｂ）と同様に構成され、平面に沿って流路２３が形成されている。チップ１は、内部にサンプルを収容した状態で、回転盤６０４に対して固定され、回転盤６０４とともに回転することで、遠心力により流路２３でサンプル（試料溶液）が流動可能である。また、チップ１は、図４（ａ）、（ｂ）のような構成であってもよい。また、図１、図４のいずれの構成でも、試料溶液流動のために電極と遠心力を併用するようにしてもよく、また、個々のサンプルの特性に応じて電極と遠心力のいずれかを選択するようにしてもよい。さらに、試料溶液流動のための電極を省略してもよい。また、流路は図１（ａ）のように複数であってよいが、単数でもよいことはもちろんである。
【０１１１】
装置ＡＰにおいて、顕微鏡６０８は、チップ１内におけるサンプルの状態を観察可能となるように回転盤６０４の所定位置へ固定されており、回転盤６０４には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影するための撮像デバイス６１０と、撮像デバイス６１０で撮影された顕微鏡画像の撮影像を、リアルタイムで動画として無線により伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。なお、本実施の形態において、顕微鏡６０８は、一例として、チップ１内におけるサンプルの状態を捉える対物レンズ６０８ａと、対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像を撮像デバイス６１０まで伝達するための光路が内部に形成された鏡筒６０８ｂとを備えて構成されている。また、撮像デバイス６１０には、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内のサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能な各種の撮像装置を適用することができるが、本実施の形態においては、撮像デバイス６１０としてＣＣＤカメラを適用した場合を一例として想定する。
【０１１２】
この場合、顕微鏡６０８は、鏡筒６０８ｂ内において、顕微鏡６０８の光路が回転盤６０４の盤面(図１７の上側の面)６０４ａに対して所定の角度で部分的に屈折されており、撮像デバイス(以下、ＣＣＤカメラという)１０は、前記所定角度で屈折された顕微鏡６０８の光路上で、上述した顕微鏡画像を撮影可能となるように、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。なお、以下の説明においては、上述した顕微鏡６０８の光路を観察光路と呼び、観察光路を進む光を観察光と呼ぶ。
【０１１３】
本実施の形態においては、一例として、図１７に示すように、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内へミラー６１４を観察光路の屈折角に応じて任意に設定される所定角度だけ観察光路に対して傾斜して配設している。なお、図１７に示す構成において、装置ＡＰは、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａがチップ１内のサンプル状態を垂直方向(同図の上下方向)の上方から捉えるとともに、回転盤６０４の回転中心の近傍で回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行する方向(水平方向)から対物レンズ６０８ａが捉えた顕微鏡画像をＣＣＤカメラ６１０で撮影する構造を成している。このため、ミラー６１４を観察光の進入方向に対して約１３５°の角度で後傾させて顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂ内に配設することで、進入した観察光を約９０°だけ屈折させ、回転盤６０４の盤面６０４ａに対して平行となるようにさらに進行させている。なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂを略直角に屈折させることで、鏡筒６０８ｂ内に略直角に屈折した観察光路を形成した構成とすればよい。
【０１１４】
この場合、顕微鏡６０８を回転盤６０４の周縁部へ位置付けることで、垂直方向から進入した観察光がミラー６１４によって回転盤６０４の周方向から中心方向へ向けて回転盤６０４の盤面６０４ａと平行して屈折するように、その進行方向を変化させる構成とすることができる。この結果、顕微鏡６０８は、その観察光(すなわち、顕微鏡画像)が回転盤６０４の中心部、すなわち回転盤６０４の回転中心の方向へ向けて到達(収束)される構造となり、ＣＣＤカメラ６１０を観察光路の到達(収束)先へ位置付けることで、ＣＣＤカメラ６１０が回転盤６０４の回転中心の近傍で顕微鏡の観察光を捉えること、具体的には、顕微鏡画像を撮影することが可能な構成とすることができる。
【０１１５】
このため、ＣＣＤカメラ６１０を回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けることができ、回転盤６０４が回転することによって遠心力が生じた場合であっても、ＣＣＤカメラ６１０に対して作用する遠心力を軽減させることができ、撮影時の顕微鏡画像がブレることがなく、ＣＣＤカメラ６１０において常に安定した顕微鏡画像の撮影を行うことが可能となる。
【０１１６】
また、上述したように顕微鏡６０８を観察光路がミラー６１４によって屈折される構造とすることで、顕微鏡６０８の鏡筒６０８ｂの高さ(図１７の上下方向の距離)を抑えることができる。これにより、回転盤６０４が回転することで回転振動が発生した場合であっても、回転振動に対する顕微鏡６０８の剛性を高めることができ、顕微鏡６０８において常に安定したチップ１内におけるサンプル状態の観察を行うことが可能となる。ただし、鏡筒６０８ｂの高さを抑えるためには、顕微鏡６０８を観察光路の屈折角度が０°より大きく９０°以下となる構造とすることが好ましい。
【０１１７】
なお、顕微鏡６０８は、その鏡筒６０８ｂがチップ１に対して垂直方向(鉛直方向(図１７の上下方向))へ上下動可能な構造を成しており、このような構造を成すことにより、チップ１(具体的には、サンプル)と対物レンズ６０８ａとの間の距離(焦点距離)を調整することができるようになっている。この場合、回転盤６０４には、その盤面６０４ａに対して垂直方向へ所定の長さで延出したガイド(以下、Ｚ軸ガイドという)６２０が設けられており、鏡筒６０８ｂをＺ軸ガイド６２０に沿ってスライドさせることで、顕微鏡６０８は、サンプルと対物レンズ６０８ａとの焦点距離を調整する構造となっている。
【０１１８】
また、本実施の形態においては、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとチップ１とを同一部品(以下、固定部品という)６１６の内部に収容するとともに、収容された対物レンズ６０８ａおよびチップ１を固定部品６１６と一体的に回転盤６０４へ固定することで、対物レンズ６０８ａとチップ１との間の外部振動(具体的には、回転盤６０４の回転によって生ずる回転振動)による相対変位を極小化させている。これにより、顕微鏡６０８は、常に安定してチップ１内のサンプル状態をブレのないクリアな画像として捉えることができ、分離過程あるいは合成過程におけるサンプルの状態を正確且つ確実に観察することが可能となる。
【０１１９】
この場合、固定部品６１６の内部には、図１５に示すように、所定の照明装置(例えば、エッジ式のＬＥＤ(Light Emitting Diode)バックライト)６２２が設けられており、サンプルを顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとは反対側から照明装置６２２で照らして透過させた状態で観察できるようにしている。これにより、チップ１内におけるサンプルの状態をより鮮明に観察することができ、対物レンズ６０８ａによってサンプル状態を、よりクリアな顕微鏡画像として捉えることができる。なお、照明装置(エッジ式のＬＥＤバックライト)２２の光源であるＬＥＤ２２ａは、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられている。
【０１２０】
ここで、照明装置６２２は、サンプルを照らして透過させた状態で観察することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、サンプルの性質や種類などに応じて、任意の照明装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モリテックス製のＬＥＤ照明(エッジ式バックライト)ＭＥＢＬ−ＣＷ２５を用いている。ただし、例えば、かかる照明装置６２２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する照明装置であってもよい。
【０１２１】
また、固定部品６１６は、顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａとサンプルとの焦点距離を調整し、適正距離に設定された状態で、対物レンズ６０８ａとサンプルとの相対位置、具体的には、対物レンズ６０８ａのサンプルに対する高さを固定している。これにより、分離反応中あるいは合成反応中、サンプルに対する顕微鏡６０８の対物レンズ６０８ａの高さを一定に維持することができ、サンプルの状態を安定して観察することが可能となる。
【０１２２】
また、本実施の形態においては、回転盤６０４に対し、上述した顕微鏡画像を動画として撮影するＣＣＤカメラ６１０とともに、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された顕微鏡画像のカメラ映像(撮影像)をリアルタイムで動画として無線伝送するための映像無線伝送デバイス６１２が取り付けられている。このように、ＣＣＤカメラ６１０で撮影された映像を外部受信機(図示しない)に対して伝送する方式として、有線方式ではなく無線方式を採用することで、回転盤６０４とともにＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転させた場合であっても、これらから直接信号線を取り出す必要がなく、信号線の取り回しを考慮する必要が全くない。この結果、ＣＣＤカメラ６１０および映像無線伝送デバイス６１２の周辺構造を容易に簡略化させることができる。
【０１２３】
また、信号線の取り回しを考慮する必要がないため、ＣＣＤカメラ６１０ならびに映像無線伝送デバイス６１２を回転盤６０４(具体的には、顕微鏡６０８およびチップ１内のサンプル)とともに回転させる構造とすることができ、回転盤６０４の回転数による制約を受けることなく、任意の高フレームレート(コマ数)でＣＣＤカメラ６１０によって顕微鏡画像を撮影することができ、撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部の受信装置(図示しない)に対して伝送することができる。これにより、かかる外部受信装置として、例えば、液晶パネルやＣＲＴ(Cathode Ray Tube)ディスプレイなどの表示器を設けることで、上述したカメラ映像(すなわち、チップ１の内部におけるサンプルの状態)を、かかる表示器においてリアルタイムに確認しながらサンプルの分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。また、パソコンなどを介して収録したカメラ映像を解析することにより、サンプル(具体的には、その内部物質や、分離物質あるいは合成物質など)の挙動をモニタし、回転盤６０４の最適な回転条件(別の捉え方をすれば、サンプルに作用させる遠心力の最適な大きさ)を推定するとともに、推定された最適条件(例えば、回転速度や回転時間など)で回転盤６０４を回転制御することも可能となる。
【０１２４】
この場合、映像無線伝送デバイス６１２は、上述したＣＣＤカメラ６１０と同様に、回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍に位置付けられており、ＣＣＤカメラ６１０によって撮影されたカメラ映像の映像データを所定のアンテナ６１８から外部受信装置(液晶パネルやＣＲＴディスプレイなどの表示器)に対して無線伝送している。また同様に、アンテナ６１８も回転盤６０４の回転によって生じる遠心力の作用を軽減させるため、回転盤６０４の回転中心の近傍、具体的には、回転盤６０４の回転中心の延長線上に立ち上がる構成としている。
【０１２５】
なお、映像無線伝送デバイス６１２がカメラ映像の映像データ(映像信号)を外部受信装置(図示しない)へ無線伝送する際、映像データの伝送速度(ビットレート)やデータ形式(周波数や圧縮・非圧縮の有無など)は、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて任意に設定すればよい。例えば、本実施の形態においては、一例として、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を、映像無線伝送デバイス６１２によって周波数が２．４ＧＨｚの非圧縮デジタル信号の映像データに変換し、映像データを外部受信装置に対して無線伝送している。これにより、映像無線伝送デバイスから送信された映像信号を欠落させることなく、外部受信装置に対して送信することができ、外部受信装置においてサンプル状態をクリアで安定した映像で確認しながら、分離反応あるいは合成反応を進行させることができる。ただし、映像無線伝送デバイス６１２から外部受信装置へ伝送する映像データは、上述した非圧縮のデジタル信号に代えて、圧縮信号であってもよいし、アナログ信号としてあってもよい。
【０１２６】
ここで、ＣＣＤカメラ６１０は、顕微鏡６０８で捉えたチップ１内におけるサンプル状態の顕微鏡画像を撮影することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意のＣＣＤカメラを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社モスウェル製のカラーボードカメラＭＳＣ−９０を用いている。ただし、例えば、かかるＣＣＤカメラ６１０と同等、若しくはそれ以上の性能を有するＣＣＤカメラであってもよい。
【０１２７】
また、映像無線伝送デバイス６１２は、ＣＣＤカメラ６１０が撮影した顕微鏡画像のカメラ映像を外部受信装置(図示しない)に対して無線伝送することが可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、装置ＡＰの使用態様や使用条件などに応じて、任意の映像無線伝送デバイスを選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、株式会社アイデンビデオトロニクス製のTRX24miniを用いている。ただし、例えば、かかる映像無線伝送デバイス６１２と同等、若しくはそれ以上の性能を有する映像無線伝送デバイスであってもよい。
【０１２８】
なお、上述したＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など、装置ＡＰに設けられた各種の電装部品は、図１４および図１６に示すように、所定の電源装置(例えば、バッテリー)６２４によって駆動されている。この場合、電源装置６２４は、かかる各種の電装部品(ＣＣＤカメラ６１０、映像無線伝送デバイス６１２、ならびに照明装置６２２など)を正常に動作させることが可能な電力を、サンプルに対する分離反応中あるいは合成反応中、安定して供給可能であれば、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、上述した各種の電装部品が要する電力の大きさなどに応じて、任意の電源装置を選択すればよく、一例として、本実施の形態においては、ＵＬＴＲＡ ＬＩＦＥ株式会社製のバッテリーであるＵＢＢＰ０１(電圧３．７ｖ、バッテリー容量１．８Ａｈ)を用いている。ただし、例えば、かかる電源装置６２４と同等、若しくはそれ以上の性能を有する電源装置であってもよい。
【０１２９】
本実施の形態においては、かかる電源装置(バッテリー)６２４を４個直列で使用し、これら４つのバッテリー６２４を、回転盤６０４の回転中心に対して対称となる位置へ(１８０°の位相差で)２つずつ均等に配置しているとともに、顕微鏡６０８、チップ１および固定部品６１６に対して９０°の位相差で配置している(図１６参照)。この場合、バッテリー６２４は、一例として、回転盤６０４の盤面６０４ａを凹状に窪ませて成る取付部へ埋設され、板状部材６２６で固定されて回転盤６０４に対して取り付けられている。
【０１３０】
ここで、かかる装置ＡＰにおいて、回転盤６０４の回転軸６０２は、図示しない所定の駆動装置(例えば、スピンドルモータなど)によって回転されているとともに、各種の軸受６２７によって回転自在に支持されており、図１７には、一例として、転動体として玉を適用した転がり軸受６２７によって回転軸６０２を支持した構成が示されている。この場合、転がり軸受６２７は、転動体として玉を適用した各種の玉軸受の他、転動体として各種のころ(円筒ころ、円すいころおよび球面ころなど)を適用したころ軸受であってもよい。また、図１７に示す構成においては、回転軸６０２を２つの軸受６２７で支持する構造としているが、回転軸６０２は、１つの軸受６２７で支持してもよいし、３つ以上の軸受６２７で支持してもよい。
【０１３１】
なお、軸受６２７として、上述した各種の転がり軸受に代えてエア軸受を適用し、回転軸６０２をエア軸受によって回転自在に支持することで、回転盤６０４が回転する際に生ずる回転振動を格段に軽減させることができ、ひいては、顕微鏡６０８やＣＣＤカメラ６１０の回転振動を抑制させ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態の安定した観察ならびに撮影を行うことが可能となり、さらに好ましい。ここで、一例として、エア軸受は、回転軸６０２の外周面を全周に亘って覆うように位置付けられた筒状のハウジングによって回転軸６０２を回転自在に支持する構造を成し、ハウジングの内周面(回転軸６０２の外周面に対する対向面)に設けた複数の噴出口(噴出孔)から回転軸６０２の外周面へ向けてエアを吹き付け、ハウジングの内周面と回転軸６０２の外周面とを非接触状態に保つことで、回転軸６０２を非常に滑らかに回転させることができる。
【０１３２】
また、本実施の形態において、回転軸６０２および回転軸６０２を回転自在に支持する軸受６２７は、これらがハウジングとともに一体を成すスピンドルユニット６２８として構成されており、スピンドルユニット６２８が回転盤６０４に装着されることで、回転盤６０４が回転軸６０２を中心として回転される構造となっている。この場合、回転盤６０４には、その中央部が上側(顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設されている側)へ所定の大きさで凸状に突出し、回転盤６０４の下側(上述した各部品などが配設されている側とは反対側)を凸状に窪ませて形成されたスピンドルユニット取付部６０４ｂが設けられており、スピンドルユニット６２８は、回転盤６０４の下側からスピンドルユニット取付部６０４ｂへ挿入されて、回転盤６０４に対して取り付けられている。
【０１３３】
このように、装置ＡＰをスピンドルユニット６２８に対して回転盤６０４が被さるような構造とすることで、顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などが配設された回転盤６０４の回転時における回転重心と、回転軸６０２が軸受６２７によって回転自在に支持された軸支部分との距離を狭めることができ、軸支部分に生じる回転モーメントを有効に軽減させることができる。
【０１３４】
なお、上述した本実施の形態において、装置ＡＰの構成部材の材料については特に言及しなかったが、装置ＡＰの使用態様や使用目的などに応じて各種の素材を任意に選択して使用すればよい。一例として、本実施の形態においては、回転盤６０４の材料、ならびに顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などを回転盤６０４に対して取り付けるための各種の取付部材を高強度Ａｌ合金(A2017)製とすることで、回転時における剛性を十分に確保しながら、これらの部材の軽量化を図っている。
【０１３５】
また、本実施の形態においては、回転時における装置ＡＰの重量バランスを均等にし、回転時に生じるスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力を減少させるため、回転盤６０４に対し、顕微鏡６０８およびチップ１の配設位置と回転中心に対して略対称となる位置(回転中心に対して反対側)へ所定のバランスウェイト６３０を設けている。バランスウェイト６３０の重量、および配設位置は、回転盤６０４に配設された顕微鏡６０８、チップ１、ＣＣＤカメラ６１０、および映像無線伝送デバイス６１２などの各種の部材重量やそのバランス(重心)などに応じて、上述したスピンドルユニット６２８に対する振れ回り応力が小さくなるように調整すればよい。
【０１３６】
なお、装置ＡＰにおいて、より高精度にサンプルの分離反応あるいは合成反応を観察する場合、スピンドルユニット６２８として、回転軸６０２が上述したエア軸受によって回転自在に支持されたエアスピンドルユニットを回転盤６０４に対して装着する構成としてもよい。これにより、回転盤６０４が回転する際に生じる回転振動を格段に軽減させることができ、分離反応中あるいは合成反応中におけるサンプル状態をさらに安定した高画質のカメラ映像により観察することが可能となる。この場合、エアスピンドルユニットとしては、例えば、日本精工株式会社製のＧＢＳ１００Ｈなどを用いることができる。
【０１３７】
次に、上述のようにチップ１を可視下遠心装置ＡＰに装着し回転させて発生する遠心力を流体（試料溶液）に作用させて流体を駆動し流動させることによる作用効果について説明する。
【０１３８】
チップ１に外部機器との流体接続（流体駆動に例えば図７〜図１３のようなポンプを利用する場合）、及び、電気的接続（流体駆動に例えば図１，図４のように電気浸透流などを利用する場合）が不要となり、チップ１の構造が簡素化できる。この効果として、チップ１の取り扱いが容易となり、自動化しやすく、解析速度も向上する。また、チップ１をさらに小型化することができ、より微小サンプルでの解析が可能となる。この場合は、細胞は電気的に破砕することができないので、力学的な衝突によって破砕させる。また、周辺機器も小型化できるため、測定系全体を小型化できる。
【０１３９】
また、サンプルの化学的な特性に影響されず、流体を駆動させることができる。特に、電界印加により電気分解し易い溶液を主体とするサンプルでも、駆動（解析）が可能である。また、電気的な刺激によって、変化する可能性のあるサンプルに対しても、これらの影響を気にせず利用でき、適用範囲が広がり好ましい。
【０１４０】
また、サンプルの遠心分離効果を同時に発生させることができ、サンプルの比重による分離が可能である。
【０１４１】
さらに、本実施の形態の可視下遠心装置を利用することによって、低回転数（低遠心力）の領域での反応であっても、情報が欠落（コマ落ち）することなく、検出状態を把握することができる。
【０１４２】
次に、図１４〜図１８の可視下遠心装置ＡＰにサンプルに対し上方から照明をあてる落射照明装置を付加した構成について図１９を参照して説明する。図１９は可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１７と同様の縦断面図である。
【０１４３】
溶液中の細胞やガラスビーズなど、背景と光学的な透過率が同程度（透明）の物質を観察する場合、バックライトによる投下照明では、形状による陰影（コントラスト）が得難く、観察が困難である。この対策として、図１９のように、可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を設けた。
【０１４４】
すなわち、対物レンズ６０８ａの上部のミラー６１４をハーフミラー６１４ａとし、ハーフミラー６１４ａの上方にＬＥＤ照明部６４０を設けることで同軸（落射）照明装置を構成した。ＬＥＤ照明部６４０からの照明光ｍがハーフミラー６１４ａを透過し対物レンズ６０８ａを通してチップ１内のサンプルを照射する。また、サンプルからの反射光ｎは対物レンズ６０８ａを通してハーフミラー６１４ａで反射しＣＣＤカメラ６１０へ到達する。
【０１４５】
ＬＥＤ照明部６４０には、例えば、市販の高輝度緑色ＬＥＤ(OPTSOURCE社製 100047シリーズ、φ３ｍｍ、光度６８００mcd)を利用できるが、対象サンプルによって色調、輝度を選択することができる。また、遠心強度（回転数、時間）によってＬＥＤの破損が懸念される場合には、光源（ＬＥＤ）を回転中心付近に配置して光ファイバで顕微鏡に誘導することもできる。
【０１４６】
図１９の落射照明装置を付加した構成によれば、チップ１内のサンプルからの反射光を観察することによって、サンプルの光学的透過率が背景と同程度でもサンプル表面の反射による陰影（コントラスト）を得ることができるので、サンプルの挙動を明瞭に観察することができる。
【実施例】
【０１４７】
次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【０１４８】
〈実施例１〉
【０１４９】
実施例１は、図１と同様の構成の流路形成チップを作製し、図２（ａ）のようにシリカビーズを固定した流路内へＤＮＡ溶液を導入しＤＮＡの検出を行ったものである。
【０１５０】
流路形成チップの幅２０μｍの微細流路中に直径１０μｍの多孔質シリカビーズを引っ掛けて固定化し、シアニン系核酸染色試薬（Invitrogen社製  Y3601）で染色したＤＮＡ断片溶液サンプルを用いて吸着テストを実施した。ＤＮＡ断片溶液の導入前後でのシリカビーズの状態を蛍光顕微鏡で観察し、その明るさをグレースケールから測定した。シリカビーズの明るさは、ビーズ表面へのＤＮＡ吸着量を示している。
【０１５１】
断片長さが、(1)４８ｋｂｐ（ｂｐはbase pairで塩基対の数を示し、ＤＮＡの長さに相当する）、(2)２〜３３ｋｂｐ、(3)０．１〜１．３ｋｂｐのＤＮＡ断片を含む３種類のサンプルをそれぞれ等量ずつ流路形成チップに導入してテストした結果を図２０に示す。図２０において横軸は導入したＤＮＡ断片サンプルの長さ、縦軸はそれぞれのＤＮＡ断片溶液サンプルを導入した後のビーズの明るさを、ＤＮＡ断片の入ってないブランク溶液を導入した場合のビーズの明るさで割った最大蛍光強度比である。
【０１５２】
図２０によると、ＤＮＡの長さが最も短い(3)のＤＮＡ断片を含むサンプルで急激な感度の増加が観察され、上記流路形成チップが、特にＤＮＡ断片長さの短い領域（１．３ｋｂｐ以下）のＤＮＡ断片の検出に適していることがわかった。
【０１５３】
〈実施例２〉
【０１５４】
実施例２は、上述の可視下遠心装置ＡＰをポリスチレンビーズのサイズ選別に利用したものである。
【０１５５】
図２１のようなダンベル型流路（両端に円形の溶液槽を設け、溶液槽同士を直線流路で接続した形状の流路）を形成した流路形成チップを作製し、可視下遠心装置ＡＰに設置し、チップ内を溶液で満たした状態で反遠心側ヘサイズの異なるポリスチレンビーズ溶液を導入しビーズが遠心力によって流路内を通過する速度を測定した。
【０１５６】
流路形成チップは、図２１のような微細流路パターンを形成したＰＤＭＳ樹脂をガラス基板上へ貼り付けた構造である。流路パターンは、直径３ｍｍの円形の溶液層を７００μｍ幅の直線流路で接続した形状で、深さ約１２０μｍである。溶液層の片側には溶液導入用の孔が空けてあり、ここからビーズ溶液を導入することができる。
【０１５７】
溶液導入用の孔を反遠心側にして直線流路部分がＣＣＤカメラで観察できるように可視下遠心装置ＡＰに取り付ける。このとき、流路内はテスト溶液（０．１Ｍマンニトール水溶液）で満たされている。溶液導入孔からポリスチレン溶液を導入し、可視下遠心装置ＡＰを駆動すると、遠心力によってポリスチレンビーズが直線流路を介して遠心側の溶液槽へ移動する。可視下遠心装置ＡＰでは、ポリスチレンビーズが直線流路内を移動する速度を任意の回転数（遠心力）で測定できるため、ポリスチレンビーズの移動速度ｖを正確に測定することができる。
【０１５８】
直径１０μｍと直径４０μｍのポリスチレンビーズ（モリテックス社製  ４０００シリーズ）をサンプルとして、各遠心力下における移動（沈降）速度ｖの違いを測定した。その測定結果を図２２に示す。図２２から理解されるように、直径の大きいビーズの方が移動速度が大きく、各ビーズの挙動を観察しながらサイズ選別が可能なことが実証された。
【０１５９】
以上のように、本発明を実施するための最良の形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能であり、かかる変形例も本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】第１の実施の形態による流路形成チップの平面図（ａ）、及び流路形成チップの積層構成を示す図（ｂ）である。
【図２】図１（ａ）の検出部の近傍を示す平面図（ａ）、及び図２（ａ）のＩ−Ｉ線断面図（シリカビーズを除く）（ｂ）である。
【図３】蛍光標識されたＤＮＡ断片を吸着したシリカビーズを示す模式図である。
【図４】第２の実施の形態に係る流路形成チップの凹部近傍のみを示す平面図（ａ）、図４（ａ）の細胞破砕部の近傍を示す平面図（ｂ）である。
【図５】第３の実施の形態の流動装置の機能ブロック図である。
【図６】図５の流動装置の外観を示す図（（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。）である。
【図７】第３の実施の形態で用いるペルチェ素子の概略構成を示す図である。
【図８】第４の実施の形態にかかるマイクロポンプの側面断面図である。
【図９】図８の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。
【図１０】マイクロポンプの動作（ａ）〜（ｃ）を示す図９と同様な図である。
【図１１】別な実施の形態にかかるマイクロポンプ（ａ）〜（ｃ）の動作を示す図９と同様な図である。
【図１２】図８のマイクロポンプの変形例（ａ）〜（ｅ）を示す図８と同様な図である。
【図１３】第４の実施の形態による流路形成チップの平面図である。
【図１４】第５の実施の形態に係る可視下遠心装置の全体構成例を示す斜視図である。
【図１５】図１４の固定部品の内部の構成を説明するための部分構成図である。
【図１６】図１４の可視下遠心装置の全体構成例を上から見た上面図である。
【図１７】図１４の回転盤に対してスピンドルユニットを装着させた状態の可視下遠心装置の縦断面図である。
【図１８】スピンドルユニットとしてエアスピンドルユニット６２８を装着させた状態の可視下遠心装置の全体斜視図である。
【図１９】可視下遠心装置ＡＰに落射照明装置を付加した構成を示す図１７と同様の縦断面図である。
【図２０】実施例１においてテストしたＤＮＡ断片サンプルの長さと、最大蛍光強度比との関係を示すグラフである。
【図２１】実施例２で使用した流路形成チップの流路パターンを概略的に示す平面図である。
【図２２】実施例２において直径の異なるポリスチレンビーズが直線流路内を移動するときの遠心加速度と移動速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１６１】
１ 流路形成チップ
２ 凹部
１１ 基板
１２ 光感応性樹脂層
１４ 膜状電極
２１ 試料投入槽
２２ 廃液槽
２３ 流路
２４ 検出部
２４ａ 最細部
２５ シリカビーズ
２６ 細胞破砕部
２６ａ 突起部
２６ｂ，２６ｃ 膜状電極
３１ ペルチェ素子
３３ 水冷器
１’ 流路形成チップ
Ｍ マイクロポンプ
ＡＰ  可視下遠心装置
【図１】
2008261831.tif 000003
【図２】
2008261831.tif 000004
【図３】
2008261831.tif 000005
【図４】
2008261831.tif 000006
【図５】
2008261831.tif 000007
【図６】
2008261831.tif 000008
【図７】
2008261831.tif 000009
【図８】
2008261831.tif 000010
【図９】
2008261831.tif 000011
【図１０】
2008261831.tif 000012
【図１１】
2008261831.tif 000013
【図１２】
2008261831.tif 000014
【図１３】
2008261831.tif 000015
【図１４】
2008261831.tif 000016
【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２１】
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【図２２】
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