(57)【要約】【課題】検体あるいは試薬等の試料の送液量および送液速度を安定化させることで、分析の精度を向上させることのできるマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供すること。【解決手段】検体あるいは試薬等の試料を試料注入口から試料注入部に注入し、試料注入部に注入された試料を送液して試料収容部に収容し、試料収容部に収容された試料を下流に送液するようになすことで、試料の送液量および送液速度を安定化させることができ、分析の精度を向上させることのできるマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することができる。【選択図】図２
2008122234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を送液するための第１送液装置と接続するための第１接続部と、
前記第１接続部の下流に連通し、外部から試料を注入するための試料注入口を有する試料注入部と、
前記試料注入部の下流に連通し、前記試料注入部に注入された試料を送液するための第１試料送液路と、
液体を送液するための第２送液装置と接続するための第２接続部と、
前記第２接続部および前記第１試料送液路の下流に連通し、前記第１試料送液路から送液された試料を収容する試料収容部と、
前記試料収容部の下流に連通し、前記試料収容部に収容された試料を下流に送液するための第２試料送液路とを備えたことを特徴とするマイクロ総合分析チップ。
【請求項２】
液体を送液するための第１送液装置と、
液体を送液するための第２送液装置と、
請求項１に記載のマイクロ総合分析チップとを備え、
前記第１送液装置による送液により、前記試料注入口から前記試料注入部に注入された試料を前記第１試料送液路を介して前記試料収容部に収容した後に、
前記第２送液装置による送液により、前記試料収容部に収容された試料を前記第２試料送液路を介して下流に送液することを特徴とするマイクロ総合分析システム。
【請求項３】
前記試料注入部は前記試料収容部よりも大きな容積を持ち、前記第１送液装置による送液により、前記試料収容部を試料で満充填することを特徴とする請求項２に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項４】
前記試料収容部と前記第２接続部との間には第２撥水バルブが設けられ、
前記試料収容部と前記第２試料送液路との間には第３撥水バルブが設けられ、
前記第１送液装置による送液時に、前記第２撥水バルブおよび前記第３撥水バルブの液体保持圧力以下の送液圧力で送液することで、前記試料収容部を試料で満充填することを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項５】
前記第１試料送液路には、前記第２送液装置による送液時に、前記試料収容部に収容された試料が前記試料注入部方向へ逆流することを防止するための第１高抵抗部が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項６】
前記第２送液装置による送液により前記試料収容部に収容された試料を前記第２試料送液路を介して下流に送液する場合に、前記第１送液装置を前記第２送液装置の送液圧力よりも低い送液圧力で動作させることによって、前記試料収容部に収容された試料の前記試料注入部への逆流を防止することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項７】
前記第１送液装置および前記第２送液装置の何れか一方または両方は、駆動液を用いて送液するマイクロポンプであることを特徴とする請求項２乃至６の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項８】
前記第１接続部と前記試料注入部との間、または前記第２接続部と前記試料収容部との間には、前記第１接続部と前記試料注入部との間、または前記第２接続部と前記試料収容部との間の空気の一部または全部を抜くための空気抜き部を有することを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムに関し、特に、外部から試料を注入する試料注入部と、試料注入部に注入された試料を収容する試料収容部とを備えたマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化したマイクロ総合分析チップが開発されている。
【０００３】
マイクロ総合分析チップは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたマイクロ化分析システムは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００４】
このようなマイクロ総合分析チップを用いた検査、測定等において、外部から検体や試薬等の試料をマイクロ総合分析チップ内に導入する際に、試料の注入量にバラツキが発生すると、試料容器内に空隙が残り、空隙が空気ダンパーとなって送液の精度を低下させる要因となっていた。
【０００５】
そこで、注入口に滴下された血液等の試料を、流路に施された表面処理によって生じる毛管力により試料保持チャンバーに導入し、注入口にフタをしたあとに、試料保持チャンバーの上流側から空気で試料を押し出すことで、安定した送液を得る方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１２６２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の方法は、流路の容積や表面積といった形状と流速を工夫することによって送液量を安定化させることは可能と思われるが、送液速度まで一定にすることは難しい。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、検体あるいは試薬等の試料の送液量および送液速度を安定化させることで、分析の精度を向上させることのできるマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【０００９】
１．液体を送液するための第１送液装置と接続するための第１接続部と、
前記第１接続部の下流に連通し、外部から試料を注入するための試料注入口を有する試料注入部と、
前記試料注入部の下流に連通し、前記試料注入部に注入された試料を送液するための第１試料送液路と、
液体を送液するための第２送液装置と接続するための第２接続部と、
前記第２接続部および前記第１試料送液路の下流に連通し、前記第１試料送液路から送液された試料を収容する試料収容部と、
前記試料収容部の下流に連通し、前記試料収容部に収容された試料を下流に送液するための第２試料送液路とを備えたことを特徴とするマイクロ総合分析チップ。
【００１０】
２．液体を送液するための第１送液装置と、
液体を送液するための第２送液装置と、
１に記載のマイクロ総合分析チップとを備え、
前記第１送液装置による送液により、前記試料注入口から前記試料注入部に注入された試料を前記第１試料送液路を介して前記試料収容部に収容した後に、
前記第２送液装置による送液により、前記試料収容部に収容された試料を前記第２試料送液路を介して下流に送液することを特徴とするマイクロ総合分析システム。
【００１１】
３．前記試料注入部は前記試料収容部よりも大きな容積を持ち、前記第１送液装置による送液により、前記試料収容部を試料で満充填することを特徴とする２に記載のマイクロ総合分析システム。
【００１２】
４．前記試料収容部と前記第２接続部との間には第２撥水バルブが設けられ、
前記試料収容部と前記第２試料送液路との間には第３撥水バルブが設けられ、
前記第１送液装置による送液時に、前記第２撥水バルブおよび前記第３撥水バルブの液体保持圧力以下の送液圧力で送液することで、前記試料収容部を試料で満充填することを特徴とする２または３に記載のマイクロ総合分析システム。
【００１３】
５．前記第１試料送液路には、前記第２送液装置による送液時に、前記試料収容部に収容された試料が前記試料注入部方向へ逆流することを防止するための第１高抵抗部が設けられていることを特徴とする２乃至４の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【００１４】
６．前記第２送液装置による送液により前記試料収容部に収容された試料を前記第２試料送液路を介して下流に送液する場合に、前記第１送液装置を前記第２送液装置の送液圧力よりも低い送液圧力で動作させることによって、前記試料収容部に収容された試料の前記試料注入部への逆流を防止することを特徴とする２乃至５の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【００１５】
７．前記第１送液装置および前記第２送液装置の何れか一方または両方は、駆動液を用いて送液するマイクロポンプであることを特徴とする２乃至６の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【００１６】
８．前記第１接続部と前記試料注入部との間、または前記第２接続部と前記試料収容部との間には、前記第１接続部と前記試料注入部との間、または前記第２接続部と前記試料収容部との間の空気の一部または全部を抜くための空気抜き部を有することを特徴とする２乃至７の何れか１項に記載のマイクロ総合分析システム。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、検体あるいは試薬等の試料を試料注入口から試料注入部に注入し、試料注入部に注入された試料を送液して試料収容部に収容し、試料収容部に収容された試料を下流に送液するようになすことで、試料の送液量および送液速度を安定化させることができ、分析の精度を向上させることのできるマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、本発明におけるマイクロ総合分析システムについて、図１を用いて説明する。図１は、マイクロ総合分析システムの一例を示す模式図である。
【００２０】
図１において、本発明におけるマイクロ総合分析システムである検査装置１は、本発明におけるマイクロ総合分析チップである検査チップ１００、検査チップ内の送液を行うマイクロポンプユニット２１０、検査チップ内の反応を促進および抑制するための加熱冷却ユニット２３０、検査チップ内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を検出する検出部２５０、および検査装置内の各部の駆動、制御、検出等を行う駆動制御部２７０等で構成される。
【００２１】
マイクロポンプユニット２１０は、送液を行うマイクロポンプ２１１、マイクロポンプ２１１と検査チップ１００とを接続するチップ接続部２１３、送液のための駆動液２１６を供給する駆動液タンク２１５および駆動液タンク２１５からマイクロポンプ２１１に駆動液２１６を供給するための駆動液供給部２１７等で構成される。駆動液タンク２１５は、駆動液２１６の補充のために駆動液供給部２１７から取り外して交換可能である。マイクロポンプ２１１上には少なくとも２個のポンプ（第１ポンプ２１１ａと第２ポンプ２１１ｂ）が形成されており、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。ここに、第１ポンプ２１１ａおよび第２ポンプ２１１ｂは、各々、本発明における第１および第２送液装置として機能する。
【００２２】
加熱冷却ユニット２３０は、ペルチエ素子等で構成される冷却部２３１およびヒータ等で構成される加熱部２３３等で構成される。もちろん、加熱部もペルチエ素子で構成してもよい。検出部２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）２５１および受光素子（ＰＤ）２５３等で構成され、検査チップ内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を光学的に検出する。
【００２３】
検査チップ１００は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、そこに微細加工技術によりその幅および高さが数μｍ〜数百μｍのレベルの微細な流路を形成したものである。検査チップ１００のサイズは、通常、縦横が数十ｍｍ、高さが数ｍｍ程度である。
【００２４】
検査チップ１００とマイクロポンプ２１１とはチップ接続部２１３で接続されて連通され、マイクロポンプ２１１が駆動されることにより、検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている各種試薬や検体が、マイクロポンプ２１１からチップ接続部２１３を介して検査チップ１００に流入する駆動液２１６により送液される。
【００２５】
次に、本発明における検査チップ１００の第１の実施の形態について、図２および図３を用いて説明する。図２は、検査チップ１００の第１の実施の形態を示す模式図である。ここでは、検体や試薬等の試料を試料注入口から試料注入部に注入し、注入された試料を送液して試料収容部に収容し、収容された試料を下流に送液することで、安定した送液量および送液速度を実現するための構成例について説明する。
【００２６】
図２において、検査チップ１００上には、チップ接続部２１３を介してマイクロポンプ２１１上の第１ポンプ２１１ａと接続される第１接続部１３１、第１接続部１３１の下流に連通し、駆動液２１６を下流に送液する第１駆動液路１３３、第１駆動液路１３３の下流に連通し、検体や試薬等の試料３０１を外部から注入するための試料注入口１１７を備えた試料注入部１１１、試料注入部１１１の下流に連通し、試料注入部１１１に注入された試料３０１を下流に送液するための第１試料送液路１１３、チップ接続部２１３を介してマイクロポンプ２１１上の第２ポンプ２１１ｂと接続される第２接続部１４１、第２接続部１４１の下流に連通し、駆動液２１６を下流に送液する第２駆動液路１４３、第２駆動液路１４３および第１試料送液路１１３の下流に連通し、第１試料送液路１１３から送液された試料３０１を収容する試料収容部１２１、および、試料収容部１２１の下流に連通し、試料収容部１２１に収容された試料３０１を下流に送液する第２試料送液路１２５等が備えられている。
【００２７】
また、第１駆動液路１３３と試料注入口１１７との間には第１撥水バルブ１３５が、第２駆動液路１４３と試料収容部１２１との間には第２撥水バルブ１４５が、および試料収容部１２１と第２試料送液路１２５との間には第３撥水バルブ１２３が設けられている。
【００２８】
ここに、撥水バルブとは、疎水性で、幅が狭まった細流路であり、液体を所定の圧力以下で送液した場合には、細流路の撥水力によって液の流れをその場で停止させることができるものである。本例での第１撥水バルブ１３５、第２撥水バルブ１４５および第３撥水バルブ１２３の幅は２５μｍ程度であり、この大きさの撥水バルブの液体保持力は約４ｋＰａ程度である。
【００２９】
さらに、第１試料送液路１１３は第１高抵抗部１１５を有しており、第１高抵抗部１１５は、後述する第２ポンプ２１１ｂによる送液動作で試料３０１を試料収容部１２１から第２試料送液路１２５に向けて送液する時に、試料３０１の逆流を抑止するための役割を果たす。第１高抵抗部１１５の流路抵抗値は、第２ポンプ２１１ｂによって試料３０１を試料収容部１２１から第２試料送液路１２５に向けて送液する時の試料注入部１１１方向への逆流量が、第２試料送液路１２５方向への送液量よりも十分小さくなるだけの高い抵抗値であることが必要であり、好ましくは逆流量が１／１０以下になるだけの高い抵抗値であることが望まれる。
【００３０】
本例の場合、第１高抵抗部１１５の流路抵抗値を、およそ４０×１０12Ｎ・ｓ／ｍ5以上にすることで、逆流量を１／１０以下にすることができる。液体の粘度を１×１０-3Ｐａ・ｓ（２０℃の水に相当）としたとき、第１高抵抗部１３５の幅は２５μｍ、深さは４０μｍ、長さは１．１８ｍｍ程度である。
【００３１】
なお、「流路抵抗」とは、流路に対して加わる単位圧力あたりの液体の流量の逆数に相当する。すなわち、流路の入口に所定の圧力をかけて液体を流した時の流量を測定し、その時の圧力を流量の値で割ることにより求めることができる。特に、上述した例のように細くて長い流路であって、流路内で層流が支配的であるならば、流路抵抗値Ｒは以下の式で算出することができる。
【００３２】
【数１】
2008122234.tif 000003
【００３３】
ここで、ηは液体の粘度、Ｓは流路の断面積、φは流路の等価直径、Ｌは流路長さであり、流路の等価直径φは、流路の断面が幅：ａ，高さ：ｂの長方形断面の場合、以下の式で表される。
【００３４】
φ＝（ａ×ｂ）／｛（ａ＋ｂ）／２｝・・・（２式）
さらに、第１駆動液路１３３の末端および第２駆動液路１４３の末端には、第１駆動液路１３３および第２駆動液路１４３に残存する空気を抜くための空気抜き部１３７および１４７を設けることが望ましい。空気抜き部１３７および１４７によって第１駆動液路１３３および第２駆動液路１４３に残存する空気を抜くことで、マイクロポンプから送り込まれる駆動液２１６と試料３０１との間の空気がなくなり、圧力ダンパーが無くなるので、より正確な送液が可能となる。
【００３５】
空気抜き部１３７および１４７の構成は、流路を狭めた細管流路構成で達成できる。この細管流路はさらに内壁表面が撥水性になっていて、空気は抜けるが液体は表面張力によって細管流路から外に出られないようになっていることが望ましい。この細管流路の幅は、例えば１５μｍ程度である。
【００３６】
あるいは、空気抜き部１３７および１４７の構成の別法として、流路抵抗が高い細長い形状にする方法でもよい。この方法では、空気が抜けた後に液体が空気抜き部に到達すると、流路抵抗が高いために液体が空気抜き部から極く僅かしか漏れでないために、正確な送液が実現できる。この細長い形状の流路は、例えば、流路抵抗値をおよそ１０００×１０12（Ｎ・ｓ／ｍ5）にすることで、漏れ量を１％以下にすることができ、正確な送液が可能になる。液体の粘度を１×１０-3Ｐａ・ｓ（２０℃の水に相当）としたとき、この高抵抗部の幅は１０μｍ、深さは２５μｍ、長さは１．６０ｍｍ程度となる。
【００３７】
次に、検査チップ１００の第１の実施の形態の送液動作について、図３を用いて説明する。図３は、検査チップ１００の第１の実施の形態の送液動作を示すタイミングチャートである。
【００３８】
まず、試料注入口１１７に試料３０１を注入し、その後、試料注入口１１７を粘着テープ等のフタ１５１を用いて封止する。例えば、試料注入口１１７の直径は３ｍｍ程度、試料注入部１１１の容積は４０ｎｍ3程度とする。試料３０１の注入は、例えば作業者によって手でピペッタ等を用いて滴下されるために、ある程度の滴下量のバラツキが生じる。ここで、例えば試料収容部１２１の容積を、試料注入部１１１の容積よりも少し小さい３０ｎｍ3に設定し、試料３０１の滴下注入量の許容値に３０〜４０ｎｍ3の幅を持たせることで、ピペッタの扱いに多少の個人差があっても問題のないレベルとすることができる。
【００３９】
試料注入口１１７をフタ１５１で封止した後に、図３のタイミングＴ１で、第１ポンプ２１１ａを２ｋＰａ程度の比較的弱めの圧力で駆動して、駆動液２１６を第１接続部１３１から第１駆動液路１３３に送液する。タイミングＴ２で、第１ポンプ２１１ａを第１撥水バルブ１３５の液体保持力を超える高圧力（例えば１０ｋＰａ以上）で駆動して、駆動液２１６を第１撥水バルブ１３５を通過させて試料注入部１１１に送り込むことで、試料注入部１１１内の試料３０１を第１試料送液路１１３を介して試料収容部１２１に送液する。
【００４０】
駆動液２１６が第１撥水バルブ１３５を通過した後は、タイミングＴ３で再び第１ポンプ２１１ａを２ｋＰａ程度の比較的弱めの圧力で駆動することで、試料注入部１１１に注入された試料３０１が第１試料送液路１１３を介して試料収容部１２１に送液されて試料収容部１２１に満充填され、試料収容部１２１の両端に設けられた第２撥水バルブ１４５および第３撥水バルブ１２３まで達したところで、第２撥水バルブ１４５および第３撥水バルブ１２３の持つ撥水性による液体保持力によって停止される。
【００４１】
タイミングＴ４で、第２ポンプ２１１ｂを２ｋＰａ程度の比較的弱めの圧力で駆動して、駆動液２１６を第２接続部１４１から第２駆動液路１４３に送液する。タイミングＴ５で、第２ポンプ２１１ｂを第２撥水バルブ１４５および第３撥水バルブ１２３の液体保持力を超える高圧力（例えば１０ｋＰａ以上）で駆動して、駆動液２１６を第２撥水バルブ１４５を通過させて試料収容部１２１に送り込むことで、試料収容部１２１内の試料３０１が第３撥水バルブ１２３を超えて第２試料送液路１２５から下流に送液される。
【００４２】
駆動液２１６が第２撥水バルブ１４５を通過し、かつ試料収容部１２１内の試料３０１が第３撥水バルブ１２３を超えて第２試料送液路１２５に流出した後は、タイミングＴ３のように再び第２ポンプ２１１ｂを２ｋＰａ程度の比較的弱めの圧力で駆動してもよいが、ここでは、第２試料送液路１２５の下流にさらに図示しない撥水バルブが存在する場合を想定して、第２ポンプ２１１ｂは第２撥水バルブ１４５および第３撥水バルブ１２３の液体保持力を超える高圧力（例えば１０ｋＰａ以上）で駆動し続けられるものとする。
【００４３】
この時、高抵抗部１１５の流路抵抗の効果によって、試料３０１の試料注入部１１１方向への逆流は僅かしかないが、それでもある程度の量は逆流してしまい、送液量の誤差が生じる。そこで、逆流をさらに減らすために、タイミングＴ５で、第２ポンプ２１１ｂの駆動に同期して、第１ポンプ２１１ａを用いて逆流防止駆動を行う。このときの第１ポンプ２１１ａの駆動圧力は、第２ポンプ２１１ｂの送液駆動圧力よりも少し弱めにして釣り合いを保つことで、逆流量を減少させることが出来る。例えば、本例では、この逆流防止駆動の駆動圧力を約８ｋＰａにすることで、逆流量を第２試料送液路１２５への送液量の１％以下に抑えることができ、下流への正確な送液を実現することができる。
【００４４】
次に、上述した検査チップ１００の第１の実施の形態での送液に用いられるマイクロポンプ２１１の一例について、図４を用いて説明する。マイクロポンプ２１１は、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できるが、ピエゾポンプを用いることが好適である。図４は、マイクロポンプ２１１の構成例を示す模式図で、図４（ａ）はピエゾポンプの一例を示した断面図、図４（ｂ）はその上面図、図４（ｃ）はピエゾポンプの他の例を示した断面図である。
【００４５】
図４（ａ）および（ｂ）において、マイクロポンプ２１１は、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９が形成された基板４０２、基板４０２上に積層された上側基板４０１、上側基板４０１上に積層された振動板４０３、振動板４０３の加圧室４０５と対向する側に積層された圧電素子４０４と、圧電素子４０４を駆動するための図示しない駆動部とが設けられている。
【００４６】
駆動部と圧電素子４０４の両面上の２つの電極とは、フレキシブルケーブル等による配線で接続されており、該配線を通じて駆動部の駆動回路により圧電素子４０４に駆動電圧を印加する構成となっている。駆動時には、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９の内部は、駆動液２１６で満たされる。
【００４７】
一例として、基板４０２として、厚さ５００μｍの感光性ガラス基板を用い、深さ１００μｍに達するまでエッチングを行うことにより、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９を形成している。第１流路４０６は幅を２５μｍ、長さを２０μｍとしている。また、第２流路４０７は幅を２５μｍ、長さを１５０μｍとしている。
【００４８】
ガラス基板である上側基板４０１を基板４０２上に積層することにより、第１液室４０８、第１流路４０６、第２液室４０９および第２流路４０７の上面が形成される。上側基板４０１の加圧室４０５の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。
【００４９】
上側基板４０１の上面には、厚さ５０μｍの薄板ガラスからなる振動板４０３が積層され、その上に、例えば厚さ５０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックス等からなる圧電素子４０４が積層され貼付されている。駆動部からの駆動電圧により、圧電素子４０４とこれに貼付された振動板４０３が振動し、これにより加圧室４０５の体積が増減する。
【００５０】
第１流路４０６と第２流路４０７とは、幅および深さが同じで、長さが第１流路４０６よりも第２流路４０７の方が長くなっており、第１流路４０６では、差圧が大きくなると流路の出入り口およびその周辺で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第２流路４０７では流路の長さが長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第１流路４０６に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。すなわち、差圧の大小によって第１流路４０６と第２流路４０７との液体の流れ易さの関係が変化する。これを利用して、圧電素子４０４に対する駆動電圧波形を制御して送液を行っている。
【００５１】
例えば、圧電素子４０４に対する駆動電圧により、加圧室４０５の内方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させ、次いで加圧室４０５から外方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させると、液体は加圧室４０５から第２液室４０９の方向（図４（ａ）のＢ方向）へ送液される。
【００５２】
逆に、加圧室４０５の外方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させ、次いで加圧室４０５から内方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させると、液体は加圧室４０５から第１液室４０８の方向（図４（ａ）のＡ方向）へ送液される。
【００５３】
なお、第１流路４０６と第２流路４０７における差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。
【００５４】
上記のように構成されたマイクロポンプ２１１によれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることによって、所望する液体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。図４（ａ）（ｂ）には図示されていないが、第１液室４０８には駆動液タンク２１５につながるポートが設けられており、第１液室４０８は「リザーバ」の役割を演じ、ポートで駆動液タンク２１５から駆動液２１６の供給を受けている。第２液室４０９はマイクロポンプユニット２１０の流路を形成し、その先にチップ接続部２１３があり、検査チップと繋がる。
【００５５】
図４（ｃ）において、マイクロポンプ２１１は、シリコン基板４７１、圧電素子４０４、基板４７４および図示しないフレキシブル配線で構成される。シリコン基板４７１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングにより加圧室４０５、振動板４０３、第１流路４０６、第１液室４０８、第２流路４０７、および第２液室４０９が形成されている。駆動時には、加圧室４０５、第１流路４０６、第２流路４０７、第１液室４０８、および第２液室４０９の内部は、駆動液２１６で満たされる。
【００５６】
基板４７４には、第１液室４０８の上部にポート４７２が、第２液室４０９の上部にポート４７３がそれぞれ設けられており、例えばこのマイクロポンプ２１１を検査チップ１００と別体とする場合には、ポート４７３を介して検査チップ１００のポンプ接続部と連通させることができる。例えば、ポート４７２、４７３が穿孔された基板４７４と、検査チップ１００のポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、マイクロポンプ２１１を検査チップ１００に接続することができる。
【００５７】
また、上述したように、マイクロポンプ２１１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであるため、１枚のシリコン基板上に複数のマイクロポンプ２１１を形成することも可能である。この場合、検査チップ１００と接続するポート４７３の反対側のポート４７２には、駆動液タンク２１５が接続されていることが望ましい。マイクロポンプ２１１が複数個ある場合、それらのポート４７２は、共通の駆動液タンク２１５に接続されていてもよい。
【００５８】
上述したマイクロポンプ２１１は、小型で、マイクロポンプ２１１から検査チップ１００までの配管等によるデッドボリュームが小さく、圧力変動が少ないうえに瞬時に正確な吐出圧力制御が可能なことから、駆動制御部２７０での正確な送液制御が可能である。
【００５９】
以上に述べた検査チップ１００の第１の実施の形態によれば、検体あるいは試薬等の試料３０１を試料注入口１１７から試料注入部１１１に注入し、試料注入部１１１に注入された試料３０１を第１ポンプ２１１ａを用いて送液して試料収容部１２１に収容し、試料収容部１２１に収容された試料３０１を第２ポンプ２１１ｂを用いて下流に送液するようになすことで、試料注入時の試料３０１の滴下量のバラツキが生じても、試料３０１の下流への送液量および送液速度を安定化させることができる。
【００６０】
さらに、試料収容部１２１に収容された試料３０１を第２ポンプ２１１ｂを用いて下流に送液する時に、第１ポンプ２１１ａを用いて試料注入部１１１に圧力を加えることで、試料３０１の試料注入部１１１への逆流を防止することができ、試料３０１の下流への送液量および送液速度をより安定化させることができる。
【００６１】
次に、検査チップ１００の第２の実施の形態について、図５乃至図７を用いて説明する。図５乃至図７は、それぞれ、検査チップ１００の第２の実施の形態の第１乃至第３の例を示す模式図である。
【００６２】
図５に示した例においては、図２の第１の実施の形態とは異なり、第１駆動液路１３３の空気抜き部１３７が、第１駆動液路１３３の末端ではなく、第１駆動液路１３３の途中に配置され、空気抜き部１３７と試料注入部１１１との間に一定容積の空気室１３９が設けられている。こうすることによって、マイクロポンプの駆動液２１６と試料３０１の間に一定容積の空気を挟むことができ、送液時に駆動液２１６と試料３０１とが混ざり合ってしまうことを防止でき、駆動液２１６と試料３０１とが混じり合うことによる試料３０１の最終端の濃度および特性変化が問題となる場合等に有効である。
【００６３】
空気室は、試料注入部１１１の上流および試料収容部１２１の上流の両方に設けてもよいし、どちらか一方だけでも良い。図５は空気室１３９を試料注入部１１１の上流に配置した第１の例、図６は空気室１４９を試料収容部１２１の上流に配置した第２の例、図７は空気室１３９および１４９を試料注入部１１１の上流および試料収容部１２１の上流に設けた第３の例である。
【００６４】
なお、上述した第２の実施の形態においては、空気室１３９または１４９の容積は、駆動液２１６と試料３０１とが混じり合わないことと、空気ダンパーが大きくなりすぎないこととを両立させる必要がある。本例では１〜１５ｎｍ3程度が好適である。
【００６５】
以上に述べた検査チップ１００の第２の実施の形態によれば、空気抜き部１３７および１４７と試料注入部１１１および試料収容部１２１との間に空気室１３９および１４９を設けて駆動液２１６と試料３０１の間に一定容積の空気を挟むことで、送液時に駆動液２１６と試料３０１とが混ざり合ってしまうことを防止でき、駆動液２１６と試料３０１とが混じり合うことによる試料３０１の最終端の濃度および特性変化を防止することができる。
【００６６】
以上に述べたように、本発明によれば、検体あるいは試薬等の試料を試料注入口から試料注入部に注入し、試料注入部に注入された試料を送液して試料収容部に収容し、試料収容部に収容された試料を下流に送液するようになすことで、試料の送液量および送液速度を安定化させることができ、分析の精度を向上させることのできるマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを提供することができる。
【００６７】
尚、本発明に係るマイクロ総合分析チップおよびマイクロ総合分析システムを構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】マイクロ総合分析システムの一例を示す模式図である。
【図２】検査チップの第１の実施の形態を示す模式図である。
【図３】検査チップの第１の実施の形態の送液動作を示すタイミングチャートである。
【図４】マイクロポンプの構成例を示す模式図である。
【図５】検査チップの第２の実施の形態の第１の例を示す模式図である。
【図６】検査チップの第２の実施の形態の第２の例を示す模式図である。
【図７】検査チップの第２の実施の形態の第３の例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  検査装置
１００  検査チップ
１１１  試料注入部
１１３  第１試料送液路
１１５  第１高抵抗部
１１７  試料注入口
１２１  試料収容部
１２３  第３撥水バルブ
１２５  第２試料送液路
１３１  第１接続部
１３３  第１駆動液路
１３５  第１撥水バルブ
１３７  空気抜き部
１３９  空気室
１４１  第２接続部
１４３  第２駆動液路
１４５  第２撥水バルブ
１４７  空気抜き部
１４９  空気室
１５１  フタ
２１０  マイクロポンプユニット
２１１  マイクロポンプ
２１１ａ  第１ポンプ
２１１ｂ  第２ポンプ
２１３  チップ接続部
２１５  駆動液タンク
２１６  駆動液
２１７  駆動液供給部
２３０  加熱冷却ユニット
２３１  冷却部
２３３  加熱部
２５０  検出部
２５１  発光ダイオード（ＬＥＤ）
２５３  受光素子（ＰＤ）
２７０  駆動制御部
３０１  試料
４０１  上側基板
４０２  基板
４０３  振動板
４０４  圧電素子
４０５  加圧室
４０６  第１流路
４０７  第２流路
４０８  第１液室
４０９  第２液室
４７１  シリコン基板
４７２  ポート
４７３  ポート
４７４  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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