(57)【要約】【課題】チューブやコネクタを使用しない送液システムを有し、バイオハザードの危険性を低減させることが出来、しかも製造コストの低い、マイクロチップ及びマイクロチップ装置の提供。【解決手段】基板２に微少な流路３が形成されたマイクロチップ１であって、マイクロチップ１は、基板の微少な流路の一方の側に、微少な流路と連通する形で接続して設けられた、液体試料６を貯留自在な試料室５、基板の微少な流路の他方の側に連通接続された空気室７、空気室に、空気室の圧力を所定範囲に渡り調圧自在に接続されたダイアフラム９を有し、基板に、微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けて構成される。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に微少な流路が形成されたマイクロチップであって、
該マイクロチップは、
前記基板の前記微少な流路の一方の側に、該微少な流路と連通する形で接続して設けられた、液体試料を貯留自在な試料室、
前記基板の前記微少な流路の他方の側に連通接続された空気室、
前記空気室に、該空気室の圧力を所定範囲に渡り調圧自在に接続されたダイアフラム、
を有し、
前記基板に、微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けて構成したことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記基板の試料室に、該試料室内の試料の液位を検出する液位センサを設けて構成した、請求項１記載のマイクロチップ。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロチップの前記ダイアフラムに、マニピュレータを、前記ダイアフラムを駆動自在に設けて構成した、
マイクロチップ装置。
【請求項４】
基板に微少な流路が形成されたマイクロチップを着脱自在に有するマイクロチップ装置において、
前記マイクロチップは、
前記基板の前記微少な流路の一方の側に、該微少な流路と連通する形で接続して設けられた、液体試料を貯留自在な試料室、
前記基板の試料室に設けられ、該試料室内の試料の液位を検出する液位センサ、
前記基板の前記微少な流路の他方の側に連通接続された空気室、
前記空気室に、該空気室の圧力を所定範囲に渡り調圧自在に接続されたダイアフラム、
を有し、
前記基板に、微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けており、
更に、前記マイクロチップ装置は、
前記マイクロチップの前記ダイアフラムを駆動自在に設けられたマニピュレータ、
前記液位センサにより、前記試料室の液位をリアルタイムで監視して該試料室内の試料の前記微少な流路への流入速度を演算する流入速度演算手段、
前記演算された流入速度が所定の速度となるように、前記マニピュレータを制御する制御手段、
を有して構成されるマイクロチップ装置。
【請求項５】
基板に微少な流路が形成されたマイクロチップを着脱自在に有する請求項４記載のマイクロチップ装置において、
前記マイクロチップ装置は、前記マイクロチップ装置に配置された前記基板の微少な流路を拡大観察し得るように設けられた顕微鏡を有する、
マイクロチップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成された微小流路内に液体を微小流量で流すことのできるマイクロチップ及びマイクロチップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小な流路（マイクロチャネル）に血液等の試料を流し、試料中の種々の成分、例えば、血液では赤血球、白血球、血小板などの血球成分やアルブミン、中性脂肪、コレステロールなどの血漿成分を測定する技術が開発されている。例えば、特許文献１においては、マイクロチャネルに抗体を固定させ標識抗体と血液を混合して流すことにより、ヒトミオグロビン等のタンパク質を検出定量する方法及び検出装置が開示されている。
【０００３】
マイクロチャネル、マイクロポート及び反応容器などの微細構造を基板内に有する構造物はマイクロチップ又はマイクロ化学チップと称されている。マイクロチップは遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学分野のみならず、化学工業、環境計測などの幅広い用途に使用できる。
【０００４】
従来の同種の装置に比べ、マイクロチップを使用する装置は、（１）サンプルおよび試薬の使用量が著しく少ない、（２）分析時間が短い、（３）感度が高い、（４）携帯性に優れている、（５）使い捨てができる等の利点を有している。
【０００５】
しかし、このようなマイクロチップを使用する装置には、マイクロチャネル内に流体を連続的に流すためのマイクロポンプなどの送液システムが必須である。従来は、シリンジポンプ（インフュージョンポンプ）や液体クロマトグラフィー用に開発された高性能マイクロポンプシステムが多く使用されている。また、マイクロチップ用に開発されたマイクロポンプとしては、フルイドウエアーテクノロジーズ社のマイクロポンプシステムやナノフュージョン社の電気浸透流ポンプがある。
【０００６】
また、チップ内にポンプを実装したマイクロチップの開発も進んでおり、例えば、特許文献２及び３においては、チップ内に実装したマイクロバルブにより流体を移送するマイクロポンプが開示されている。更には、東京大学生産技術研究所からもマイクロポンプをチップ内に実装したマイクロチップの開発が報告されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７７３８７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３３３１号公報
【特許文献３】特開２００５−３３７４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガラスや合成樹脂内に微小流路（マイクロチャネル）を作成したマイクロチップの流路に血液や種々の試験液を流すために、従来技術では、マイクロポンプとチップの流路間をチューブやコネクターを使用するため、その接続作業が煩雑であり、測定系のセットアップに時間を要する。
【０００９】
また、マイクロチップやチューブ、コネクターは測定する試料溶液に触れるため、新たな測定には、それらの洗浄や取替え作業が必要となる。特に、血液試料の測定においては、感染の危険性などのバイオハザードに対する備えが重要であり、血液汚染の危険性を最小にする必要がある。
【００１０】
また、チップ内にポンプを実装したマイクロチップが開発されているが、そのようなチップの製造過程は煩雑になるため、製造コストはポンプを実装していないチップに比べ高くなる欠点がある。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、チューブやコネクタを使用しない送液システムを有し、バイオハザードの危険性を低減させることが出来、しかも製造コストの低い、液送機構を有するマイクロチップ及びマイクロチップ装置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】
【００１２】
請求項１の発明は、基板（２）に微少な流路（３）が形成されたマイクロチップ（１）であって、
該マイクロチップ（１）は、
前記基板の前記微少な流路の一方の側に、該微少な流路と連通する形で接続して設けられた、液体試料（６）を貯留自在な試料室（５）、
前記基板の前記微少な流路の他方の側に連通接続された空気室（７）、
前記空気室に、該空気室の圧力を所定範囲に渡り調圧自在に接続されたダイアフラム（９）、
を有し、
前記基板に、微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けて構成したことを特徴として構成される。
【００１３】
請求項２の発明は、前記基板の試料室に、該試料室内の試料の液位を検出する液位センサ（１３）を設けて構成される。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１記載のマイクロチップの前記ダイアフラム（９）に、マニピュレータ（１２）を、前記ダイアフラムを駆動自在に設けて構成される。
【００１５】
請求項４の発明は、基板に微少な流路が形成されたマイクロチップを着脱自在に有するマイクロチップ装置において、
前記マイクロチップは、
前記基板の前記微少な流路の一方の側に、該微少な流路と連通する形で接続して設けられた、液体試料を貯留自在な試料室、
前記基板の試料室に設けられ、該試料室内の試料の液位を検出する液位センサ（１３）、
前記基板の前記微少な流路の他方の側に連通接続された空気室、
前記空気室に、該空気室の圧力を所定範囲に渡り調圧自在に接続されたダイアフラム（９）、
を有し、
前記基板に、微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けており、
更に、前記マイクロチップ装置は、
前記マイクロチップの前記ダイアフラムを駆動自在に設けられたマニピュレータ（１２）、
前記液位センサにより、前記試料室の液位をリアルタイムで監視して該試料室内の試料の前記微少な流路への流入速度を演算する流入速度演算手段（１０）、
前記演算された流入速度が所定の速度となるように、前記マニピュレータを制御する制御手段（１０）、
を有して構成される。
【００１６】
請求項５の発明は、基板に微少な流路が形成されたマイクロチップを着脱自在に有する請求項４記載のマイクロチップ装置において、
前記マイクロチップ装置は、前記マイクロチップ装置に配置された前記基板の微少な流路を拡大観察し得るように設けられた顕微鏡（１５）を有して構成される。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、基板に微少な流路、試料室、空気室及びダイアフラムを一体的に設けたので、従来のように、微少な流路とマイクロポンプをチューブやコネクタで接続する手間が無くなり、測定に手間が掛からない。また、マイクロチップ毎、使い捨てとすることが出来るので、新たな測定に際して、それらの洗浄や取替え作業が不要となり、特に、血液試料の測定においては、感染の危険性などを無くすことが可能なる。また、試料の微少な流路への移動は、空気室及びダイアフラムを用いるので、高価なマイクロポンプなどを使用する必要が無く、製造コストを引き下げることが出来る。
【００１８】
請求項２の発明によれば、液位センサを基板と共に設けることにより、試料測定の度に液位センサを装着する必要が無くなり、測定に手間が掛からない。また、試料が注入される試料室にアクセスする必要を無くすことが出来る。
【００１９】
請求項３の発明によれば、マニピュレータにより、ダイアフラムを簡単に制御することが出来る。
【００２０】
請求項４の発明によれば、流入速度演算手段及び制御手段により、試料を所望の流入速度で微少な流路に流入させることが出来、種々の血液検査などを簡単に行うことが出来る。
【００２１】
請求項５の発明によれば、顕微鏡により、直接微少な流路に流入する試料の観察が可能となる。
【００２２】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づき、本発明の実施例を説明する。
【００２４】
図１は、液送機構を有するマイクロチップの一例を示す断面図、図２は、図１のマイクロチップに、吸引駆動装置を設けた一例を示す図、図３は、図２のマイクロチップを用いた血液サンプル測定装置の一例を示す図である。
【００２５】
液送機構を有するマイクロチップ１は、図１に示すように、透明なガラスや合成樹脂からなる基板２を有しており、基板２内には微少な流路（マイクロチャネル）３が図中左右方向に１本の溝状に形成されている。基板２の微少な流路３の一端部側である図中右方側には、筒状に形成された試料室５が、基板２に試料室５の下方を埋め込んだ形で接続形成されており、試料室５と微少な流路３は連通し、試料室５には、図中上方の入口部５ａから、血液などの試料６を注入することで内部に当該試料６を貯留することが出来る。
【００２６】
基板２の微少な流路３の他端部側、即ち図中左方側には、同様に筒状に形成された空気室７が、微少な流路３と連通する形で接続形成されており、空気室７は、基板２に空気室７の下方を埋め込んだ形で形成されている。なお、空気室７は、後述するダイアフラム９に可動空間を与えるとともに、試料室５より微少な流路３を通して流れてくる液体試料６の貯留空間としての役割も有している。空気室７の図中上部には、合成樹脂又は金属製の弾性を有するダイアフラム９が該空気室７内の圧力を所定範囲に渡り調圧自在な形で装着されており、ダイアフラム９は、一定範囲内の変形に対して原型に復帰する特性を有し、負荷（荷重）により定常的な変形をすることが出来る。
【００２７】
なお、微少な流路３、試料室５、空気室７及びダイアフラム９は、一塊の基板２（基板３が複数の部品を固着したものから構成されていてもよい）上に一体的に設けられているので、微少な流路３、試料室５、空気室７及びダイアフラム９の取り扱いを、基板２を一つの部品として一体的に取り扱う形で簡単に行うことが出来る。
【００２８】
即ち、空気室７内の空気溜めの容積とダイアフラム９で囲まれた容積はダイアフラム９への負荷に対し一定の関係にある。従って、ダイアフラムへの負荷を制御することで、マイクロチップの微少な流路３内を陰圧あるいは陽圧に制御することが可能となる。従って、前記ダイアフラム９の負荷を制御し、マイクロチップ１の微少な流路３内を陰圧にすることによって、試料室５内の試料６を微小な流路３内に導くことができる。更には、微少な流路３内を流れる試料（液体サンプル）６の流速あるいは流量をダイアフラム９への負荷の割合をフィードバックすることにより、目的の流速あるいは流量を実現することができる。
【００２９】
図２に、図１のマイクロチップ１に、吸引駆動装置１０を設けた一例を示す。図１に示した部分と同様の部分は同一の符号を付して当該部分の説明を省略する。吸引駆動装置１０は、制御ユニット１１に接続されたマイクロマニピュレータ１２を有しており、マイクロマニピュレータ１２は、作動子１２ａを図中上下方向に移動駆動自在に有している。作動子１２ａの先端はダイアフラム９に当接しており、マイクロマニピュレータ１２は、油圧や内蔵された図示しないスパイラルスクリューを回転させるなどの駆動によって作動子１２ａを矢印Ａ，Ｂ方向へ正確なストロークで移動駆動させることが可能である。
【００３０】
また、制御ユニット１１には、試料室５の壁面に装着された液位センサ１３が接続しており、液位センサ１３は、図示しない白色LED光源とフォトダイオードアレー受光素子によって試料室５内に注入された試料６の液面の位置（液位）をモニタすることが出来る。
【００３１】
駆動は、例えば、マイクロマニピュレータ１２の作動子１２ａを矢印Ｂ方向に駆動してダイアフラム９の容積変化量が５００mlになるまでダイアフラム９を圧迫する形で行われる。次に、試料室５にクエン酸ナトリウムあるいはヘパリン等の抗血液凝固剤を含む血液３００mlを試料６として添加する。次に、制御ユニット１１はマイクロマニピュレータ１２の作動子１２ａを矢印Ａ方向へ所定の移動速度で移動駆動を開始し、ダイアフラム９の圧迫を解除する。
【００３２】
すると、空気室７内の容積が拡大される形で減圧され、微少な流路３を介して連通する試料室５内の試料６は、微少な流路３方向に吸い込まれる形で流動を開始する。制御ユニット１０は、液位センサ１３により試料室５内の液位をリアルタイムで監視し、試料室５内の試料６の微少な流路３への流入速度を演算検出する。試料６内の単位時間当たりの液位の減少は、微少な流路３への単位時間当たりの流入量と等しいものと考えられるので、微少な流路３の断面積を考慮して、試料が微少な流路３内を所定の速度で流動するように、マイクロマニピュレータ１２の作動子１２ａの移動速度を制御する。こうして、この微少な流路３内での試料６の流動速度は、例えば、１００〜５００ml／１０秒に制御される。
【００３３】
図３に、吸引駆動装置１０が設けられた図２のマイクロチップ１に、倒立型顕微鏡１５を設けた、血液サンプル測定装置１６の一例を示す。図１及び図２に示した部分と同様の部分は同一の符号を付して当該部分の説明を省略する。
【００３４】
血液サンプル測定装置１６には、光路２０中に配置された複数のレンズ１７、鏡１９等からなる倒立型顕微鏡１５が、当該顕微鏡１５のサンプルステージに載置（配置）されたマイクロチップ１の微少な流路３を拡大観察し得るように設けられており、倒立型顕微鏡１５は、更にランプなどからなる光源２１及び微少な流路３内を流動する試料６の粘着凝集などを観察するためのカメラ２２を有している。即ち、カメラ２２により、マイクロチップ１の微少な流路３内を流動する試料６を観察し、記録することが出来るように倒立型顕微鏡１５が配置されている。
【００３５】
即ち、図３に示す装置は、倒立型顕微鏡１５のサンプルステージ上に図１に示すマイクロチップ１を設置し、更に、図２に示す吸引駆動装置１０を設置したものである。マイクロチップ１は保温装置により所定の温度（例えば３７℃）に保つ。ダイアフラム９に負荷を与えるマイクロマニピュレータ１２は例えば電動油圧式のものを使用する。
【００３６】
こうして、血液サンプルを試料６としてマイクロチップ１の微小な流路３に、流動速度を、例えば、１００〜５００ml／１０秒となるように流すと、血球と微小な流路３壁面との間に生じるズリ応力により血小板や白血球が微小な流路壁面に粘着凝集する現象を、顕微鏡下に観察することが出来る。
【００３７】
なお、血液サンプル測定装置１６のうち、マイクロチップ１部分は、吸引駆動装置１０とは独立して取り扱うことが出来るように、基板２上に，微少な流路３、試料室５（必要な場合には、液位センサ１３も試料室５、従って、基板１に装着した状態で）、空気室７及びダイアフラム９が一体となった形で製造するとよい。また、試料６が変わるたびに、異なるマイクロチップ１を、使い捨ての形で使用するとよい。
【００３８】
測定に際しては、マイクロマニピュレータ１２及び、吸引駆動装置１０が所定位置に配置された装置上に、多数のマイクロチップ１を順次配置して、試料６を試料室５に注入し、顕微鏡１５を用いて測定を連続的に行うようにすると良い。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、基板に形成された微小流路内に液体を微小流量で流すマイクロチップ及びマイクロチップ装置として利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、液送機構を有するマイクロチップの一例を示す断面図。
【図２】図２は、図１のマイクロチップに、吸引駆動装置を設けた一例を示す図。
【図３】図３は、図２のマイクロチップを用いた血液サンプル測定装置の一例を示す図。
【符号の説明】
【００４１】
１……マイクロチップ
２……基板
３……微少な流路
５……試料室
６……試料
７……空気室
９……ダイアフラム
１１……流入速度演算手段、制御手段（制御ユニット）
１２……マニピュレータ
１３……液位センサ
１５……顕微鏡
【図１】
2008064545.tif 000003
【図２】
2008064545.tif 000004
【図３】
2008064545.tif 000005