(57)【要約】【課題】流路における液体の流れを制御するために与える刺激の量を適正値にすることができるマイクロシステムを提供する。【解決手段】基板１に形成された液体流路２ｂ，２ｃを流れる液体に刺激を付与するマイクロヒーター５ｂ，５ｃを備え、このマイクロヒーター５ｂ，５ｃからの刺激によって液体の流れを制御するように構成し、マイクロヒーター５ｂ，５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えた。制御手段によってマイクロヒーター５ｂ，５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御することにより、刺激の量を適正値にすることが可能になる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された液体流路を流れる液体に刺激を付与する刺激付与手段を備え、この刺激付与手段からの刺激によって前記液体の流れを制御するように構成したマイクロシステムにおいて、前記刺激付与手段が前記液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えたことを特徴とするマイクロシステム。
【請求項２】
前記刺激付与手段は熱源又は光源であって、前記刺激の量を検知する刺激検知手段を備え、この刺激検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロシステム。
【請求項３】
前記熱源はマイクロヒーターであることを特徴とする請求項２記載のマイクロシステム。
【請求項４】
前記刺激検知手段は前記液体流路に設けられた熱センサーであることを特徴とする請求項２又は３記載のマイクロシステム。
【請求項５】
前記熱センサーは熱電対であることを特徴とする請求項４記載のマイクロシステム。
【請求項６】
前記熱センサーは熱感応性半導体又は赤外線感応性センサーであることを特徴とする請求項４記載のマイクロシステム。
【請求項７】
前記光源は前記基板に設置された発光素子であることを特徴とする請求項２記載のマイクロシステム。
【請求項８】
前記発光素子は前記基板に埋め込まれたことを特徴とする請求項７記載のマイクロシステム。
【請求項９】
前記発光素子は前記基板の外に配置されたことを特徴とする請求項７記載のマイクロシステム。
【請求項１０】
前記発光素子からの光を導入する光導入路を前記液体流路が形成された前記基板の面と水平に形成したことを特徴とする請求項９記載のマイクロシステム。
【請求項１１】
前記発光素子は複数個設置されたことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項記載のマイクロシステム。
【請求項１２】
前記液体にエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、このエネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を検知する変化検知手段を備え、この変化検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載のマイクロシステム。
【請求項１３】
前記エネルギー付与手段からのエネルギーを導入するエネルギー導入路を前記基板の面と水平に形成したことを特徴とする請求項１２記載のマイクロシステム。
【請求項１４】
前記変化検知手段は蛍光検知素子又は受光素子であることを特徴とする請求項１２又は１３記載のマイクロシステム。
【請求項１５】
前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記基板の面と水平に配置されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロシステム。
【請求項１６】
前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記液体流路の上方に配置されたことを特徴とする請求項１４記載のマイクロシステム。
【請求項１７】
前記基板を載置する載置台を備え、この載置台に前記基板の位置を決める位置決め手段を備えたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項記載のマイクロシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小な液体流路を流れる液体の流れを制御するマイクロシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のナノテクノロジーの進歩により、ガラスなどのチップ上にミクロンオーダーの液体流路を形成し、この液体流路に試料を流すことによって、試料の分析、又は反応などを行わせるマイクロシステムの開発が進められている。このようなマイクロシステムは、試料が少量であっても試料の分析が可能であるなどの利点を有しており、非常に注目を浴びている。
【０００３】
ところが、このようなマイクロシステムにおいては、試料の流れを制御するためのバルブを液体流路に設けることが難しく、試料の流れを制御すること困難であるという問題があった。
【０００４】
この問題を解決する手段として、特開２００２−１６３０２２号公報（特許文献１）に、マイクロシステムの微小流路を流れる液体に、外部レーザーなどからの熱の刺激によりゾル−ゲル転移する物質を添加し、微小流路上の所望の箇所に刺激を与え、流体をゲル化させて流れを制御する方法が開示されている。この方法によれば、複雑なバルブ構造を用いることなく、流体の流れを停止し、また、流量や流速を簡便に調整することができる。そして、流路の一部に分岐を設け、分岐後の流路に対し選択した流路において液体に刺激を与えれば、その物質のゲル化によってその流路が閉塞されることによって流体の流れる方向を選択することができる。そして、刺激を停止することで、その物質はゾル化して、再びその流路が開放されるものである。
【０００５】
しかしながら、上記の方法によれば、流体に与える刺激の量が適正でない場合において、刺激の量が少なすぎてゲル化が適切に行われず流路を閉塞することができない、または、刺激の量が多すぎて液体が必要以上に熱せられ、その後のゾル化に時間を要してしまうといった問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１６３０２２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題を解決することであり、流路における液体の流れを制御するために与える刺激の量を適正値にすることができるマイクロシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のマイクロシステムは、基板に形成された液体流路を流れる液体に刺激を付与する刺激付与手段を備え、この刺激付与手段からの刺激によって前記液体の流れを制御するように構成したマイクロシステムにおいて、前記刺激付与手段が前記液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、制御手段によって刺激付与手段が前記液体に付与する刺激の量を電気的に制御することにより、刺激の量を適正値にすることが可能になる。
【００１０】
本発明の請求項２記載のマイクロシステムは、請求項１において、前記刺激付与手段は熱源又は光源であって、前記刺激の量を検知する刺激検知手段を備え、この刺激検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、刺激の量を適正値にすることができる。
【００１２】
本発明の請求項３記載のマイクロシステムは、請求項２において、前記熱源はマイクロヒーターであることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００１４】
本発明の請求項４記載のマイクロシステムは、請求項２又は３において、前記刺激検知手段は前記液体流路に設けられた熱センサーであることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、確実に刺激付与手段が液体に与えた刺激の量を検知することができる。
【００１６】
本発明の請求項５記載のマイクロシステムは、請求項４において、前記熱センサーは熱電対であることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、熱センサーを簡単に構成することができる。
【００１８】
本発明の請求項６記載のマイクロシステムは、請求項４において、前記熱センサーは熱感応性半導体又は赤外線感応性センサーであることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、確実に刺激の量を検知することができる。
【００２０】
本発明の請求項７記載のマイクロシステムは、請求項２において、前記光源は前記基板に設置された発光素子であることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、光源を簡単に構成することができる。
【００２２】
本発明の請求項８記載のマイクロシステムは、請求項７において、前記発光素子は前記基板に埋め込まれたことを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、発光素子を液体流路の近傍に配することができ、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００２４】
本発明の請求項９記載のマイクロシステムは、請求項７において、前記発光素子は前記基板の外に配置されたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、基板を使い捨てにしても、発光素子は繰り返し使用することができる。
【００２６】
本発明の請求項１０記載のマイクロシステムは、請求項９において、前記発光素子からの光を導入する光導入路を前記液体流路が形成された前記基板の面と水平に形成したことを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、発光素子からの光を効率良く液体流路へ導入することができる。
【００２８】
本発明の請求項１１記載のマイクロシステムは、請求項７〜１０のいずれか１項において、前記発光素子は複数個設置されたことを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、液体通路の異なる複数の箇所において、刺激を付与することができる。
【００３０】
本発明の請求項１２記載のマイクロシステムは、請求項１〜１１のいずれか１項において、前記液体にエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、このエネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を検知する変化検知手段を備え、この変化検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したことを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化に基づき液体の流れを制御することによって、その物質が含まれる液体のみを容易に取り分けることができる。
【００３２】
本発明の請求項１３記載のマイクロシステムは、請求項１２において、前記エネルギー付与手段からのエネルギーを導入するエネルギー導入路を前記基板の面と水平に形成したことを特徴とする。
【００３３】
この構成によれば、エネルギー付与手段からのエネルギーを効率良く液体流路へ導入することができる。
【００３４】
本発明の請求項１４記載のマイクロシステムは、請求項１２又は１３において、前記変化検知手段は蛍光検知素子又は受光素子であることを特徴とする。
【００３５】
この構成によれば、確実にエネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を検知することができる。
【００３６】
本発明の請求項１５記載のマイクロシステムは、請求項１４において、前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記基板の面と水平に配置されたことを特徴とする。
【００３７】
この構成によれば、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を液体流路の側面から検出することができる。
【００３８】
本発明の請求項１６記載のマイクロシステムは、請求項１４において、前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記液体流路の上方に配置されたことを特徴とする。
【００３９】
この構成によれば、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を液体流路の上方から検出することができる。
【００４０】
本発明の請求項１７記載のマイクロシステムは、請求項１〜１６のいずれか１項において、前記基板を載置する載置台を備え、この載置台に前記基板の位置を決める位置決め手段を備えたことを特徴とする。
【００４１】
この構成によれば、位置決め手段によって載置台の正しい位置に簡単に基板を載置することができ、特に、基板を使い捨てにした場合において正確に基板を載置する際の位置あわせの手間を省くことができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。はじめに、図１，図２に基づき、本発明のマイクロシステムの第一実施例について説明する。１はガラスやシリコンなどからなる基板である。基板１の大きさは、一辺が１０ｍｍ程度であって、この基板１上には、液体流路２が形成されている。この液体流路２は、断面が幅３０μｍ×深さ５μｍ程度であって、液体流路２ａと、この液体流路２ａから分岐点３で分岐した２本の液体流路２ｂ，２ｃとから構成されている。また、液体流路２ａの分岐点３の反対側には貫通路４ａ、液体流路２ｂの分岐点３の反対側には貫通路４ｂ、液体流路２ｃの分岐点３の反対側には貫通路４ｃが、それぞれ基板１の上下を貫通して形成されている。そして、ガラスなどで形成されたカバー部材１ａが、液体流路２ａ，２ｂ，２ｃと貫通路４ａ，４ｂ，４ｃを覆って、基板１の上面と密着して設けられている。
【００４３】
分岐点３と近接した部位における液体流路２ｂ，２ｃの底面と側面には、それぞれ刺激付与手段としての熱源たるマイクロヒーター５ｂ，５ｃが設けられている。このマイクロヒーター５ｂ，５ｃには、それぞれ正電極６ｂ，６ｃと負電極７が電気的に接続しており、負電極７は接地されている。また、正電極６ｂ，６ｃはそれぞれスイッチ８ｂ，８ｃの一端側が接続し、スイッチ８ｂ、８ｃの他端側には可変抵抗９を介して直流電源１０が接続している。なお、スイッチ８ｂ，８ｃと可変抵抗９は、図示しない制御手段により動作が制御されるように構成されている。
【００４４】
また、図３に示すように、分岐点３と近接した部位における液体流路２ｂ，２ｃの底面と側面には、前記マイクロヒーター５ｂ，５ｃと隣接して、刺激検知手段としての熱センサーたる熱電対１１ｂ，１１ｃがそれぞれ設けられている。そして、これら熱電対１１ｂ，１１ｃは制御手段に電気的に接続し、制御手段はこれら熱電対１１ｂ，１１ｃからの信号に基づき可変抵抗９を制御してマイクロヒーター５ｂ，５ｃへ与える電圧を制御するように構成されている。
【００４５】
つぎに作用について説明する。まず、液体流路２に流す液体を貫通路４ａから図示しないシリンジポンプなどを用いて導入する。なお、この液体には、３７℃でゾル−ゲル転移し、３７℃未満ではゾル状、３７℃を超えるとゲル状となる熱可逆性ハイドロゲル材料を添加しておく。この熱可逆性ハイドロゲル材料としては、温度変化に対応して完全な可逆性を有するものが好ましく、例えば、特開平５−２６２８８２号公報に開示されているものなどを用いることができる。ゾル−ゲル転移の温度は、低すぎると室温でゲル化してしまうので好ましくなく、高すぎるとゲル化の際に、例えば液体に含まれるタンパク質などの試料が熱変性してしまうので好ましくない。なお、使用する熱可逆性ハイドロゲル材料を選択することにより、適宜、好ましいゾル−ゲル転移の温度に変更してもよい。また、使用する熱可逆性ハイドロゲル材料は、液体流路２に流す液体やこの液体に含まれる試料などと反応したり影響を与えたりしないように、種類や濃度などを選択、調整する。
【００４６】
そして、制御手段により、例えばスイッチ８ｂをオンにすると、液体流路２ｂに設けられたマイクロヒーター５ｂに電圧が印加され、マイクロヒーター５ｂ上の液体が加熱される。この加熱によって、液体に含まれる熱可逆性ハイドロゲル材料が急速にゲル化し、液体流路２ｂの分岐点３と近接した部位がこのゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２ｃ側へ流れる。このとき、制御手段は、マイクロヒーター５ｂと隣接して設けられた熱電対１１ｂからの信号に基づいて可変抵抗９を制御し、適正な量の刺激としての熱を液体に付与する。したがって、液体に付与される熱が少なすぎて熱可逆性ハイドロゲル材料がゲル化しなかったり、逆に熱が多すぎて液体に含まれる試料が変性したりする虞はない。なお、液体に付与する熱が多すぎると、マイクロヒーター６ｂへの電圧の印加を停止してから熱可逆性ハイドロゲル材料がゾル化するまでに時間がかかる虞があり、好ましくない。
【００４７】
スイッチ８ｂをオフし、スイッチ８ｃをオンにすると、マイクロヒーター５ｂへの電圧の印加が停止してマイクロヒーター５ｂ上の液体が冷えてゾル化し、液体流路２ｃに設けられたマイクロヒーター５ｃに電圧が印加される。そして、マイクロヒーター５ｃ上の液体が加熱されることによって、液体流路２ｃの分岐点３と近接した部位がゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２ｂ側へ流れる。このとき、制御手段は、マイクロヒーター５ｃと隣接して設けられた熱電対１１ｃからの信号に基づいて可変抵抗９を制御し、適正な刺激としての熱の量を液体に付与する。
【００４８】
このような熱可逆性ハイドロゲル材料のゾル−ゲル転移は、液体流路２が微細であるほど急速に行われ、本実施例のような断面が幅３０μｍ×深さ５μｍ程度の場合は、ミリ秒単位でゾル−ゲル転移を切り替えることも可能である。したがって、液体流路２ｂ，２ｃの切り替えを極めて迅速に行うことができ、これを利用すれば、必要な液体中の試料を確実に分取することが可能となる。
【００４９】
以上のように、本実施例によれば、基板１に形成された液体流路２ｂ，２ｃを流れる液体に刺激を付与する刺激付与手段たるマイクロヒーター５ｂ，５ｃを備え、このマイクロヒーター５ｂ，５ｃからの刺激によって液体の流れを制御するように構成したマイクロシステムにおいて、前記マイクロヒーター５ｂ，５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えたものであり、制御手段によってマイクロヒーター５ｂ，５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御することにより、刺激の量を適正値にすることが可能になる。
【００５０】
また、刺激の量を検知する刺激検知手段たる熱電対１１ｂ，１１ｃを備え、この熱電対１１ｂ，１１ｃからの信号に基づき制御手段がマイクロヒーター５ｂ，５ｃを制御するように構成したものであり、刺激の量を適正値にすることができる。また、マイクロヒーター５ｂ，５ｃを用いることによって、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００５１】
また、熱電対１１ｂ，１１ｃを用いることによって、確実にマイクロヒーター５ｂ，５ｃが液体に与えた刺激の量を検知することができ、熱センサーを簡単に構成することができる。
【００５２】
つぎに、本発明の第二実施例について説明する。なお、上記第一実施例と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図４に示すように、刺激検知手段として、第一実施例の熱電対１１ｂ，１１ｃの代わりに、熱感応性半導体１２ｂ，１２ｃを設けたものである。この熱感応性半導体１２ｂ，１２ｃは、マイクロヒーター５ｂ，５ｄの上方のカバー部材１ａ中に設けられている。また、この熱感応性半導体１２ｂ，１２ｃの代わりに、赤外線感応性センサーを設けてもよい。
【００５３】
以上のように、本実施例によれば、熱感応性半導体１２ｂ，１２ｃ又は赤外線感応性センサーを用いたので、確実に刺激の量を検知することができる。
【００５４】
つぎに、本発明の第三実施例について説明する。図５，図６において、２１はガラスなどの透明な材料からなる基板である。基板２１の大きさは、一辺が１０ｍｍ程度であって、この基板２１上には、液体流路２２が形成されている。この液体流路２２は、断面が幅３０μｍ×深さ５μｍ程度であって、液体流路２２ａと、この液体流路２２ａから分岐点２３で分岐した２本の液体流路２２ｂ，２２ｃとから構成されている。また、液体流路２２ａの分岐点２３の反対側には貫通路２４ａ、液体流路２２ｂの分岐点２３の反対側には貫通路２４ｂ、液体流路２２ｃの分岐点２３の反対側には貫通路２４ｃが、それぞれ基板２１の上下を貫通して形成されている。そして、ガラスなどの透明な部材で形成されたカバー部材２１ａが、液体流路２２ａ，２２ｂ，２２ｃと貫通路２４ａ，２４ｂ，２４ｃを覆って、基板２１の上面と密着して設けられている。
【００５５】
分岐点２３と近接した部位における液体流路２２ｂ，２２ｃに近接して、それぞれ刺激付与手段としての光源たる発光素子として半導体レーザー２５ｂ，２５ｃが設けられている。この半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは、図６に示すように、基板２１に埋め込まれており、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃのそれぞれの発光部２６ｂ，２６ｃからの赤外線レーザー光が、それぞれ、分岐点２３と近接した部位における液体流路２２ｂ，２２ｃに照射されるように構成されている。なお、この半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは、図示しない制御手段により動作が制御されるように構成されている。なお、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは、図７に示すように、基板２１とカバー部材２１ａとに跨るように埋め込んで設置してもよい。
【００５６】
また、液体流路２２ｂ，２２ｃの半導体レーザー２５ｂ，２５ｃにより赤外線レーザー光が照射される部位には、図示しない赤外線感応性センサーがそれぞれ設けられている。そして、この赤外線感応性センサーは制御手段に電気的に接続し、制御手段はこの赤外線感応性センサーからの信号に基づき半導体レーザー２５ｂ，２５ｃの動作を制御するように構成されている。
【００５７】
つぎに作用について説明する。まず、液体流路２２に流す液体を貫通路２４ａから図示しないシリンジポンプなどを用いて導入する。なお、この液体には、３７℃でゾル−ゲル転移し、３７℃未満ではゾル状、３７℃を超えるとゲル状となる熱可逆性ハイドロゲル材料を添加しておく。この熱可逆性ハイドロゲル材料については、第一実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５８】
そして、制御手段により、例えば半導体レーザー２５ｂをオンにすると、半導体レーザー２５ｂから液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位にある液体に赤外線船レーザー光が照射され、その部位の液体が加熱される。この加熱によって、液体に含まれる熱可逆性ハイドロゲル材料が急速にゲル化し、液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位がこのゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２２ｃ側へ流れる。このとき、制御手段は、赤外線感応性センサーからの信号に基づいて半導体レーザー２５ｂを制御し、適正な量の刺激としての赤外線レーザー光を液体に付与する。したがって、液体に付与される赤外線レーザー光が弱すぎて熱可逆性ハイドロゲル材料がゲル化しなかったり、逆に赤外線レーザー光が強すぎて液体に含まれる試料が変性したりする虞はない。
【００５９】
半導体レーザー２５ｂをオフし、半導体レーザー２５ｃをオンにすると、それまで赤外線レーザー光が照射されていた液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位の液体が冷えてゾル化し、半導体レーザー２５ｃから液体流路２２ｃの分岐点２３と近接した部位にある液体に赤外線船レーザー光が照射され、その部位の液体が加熱される。この加熱によって、液体に含まれる熱可逆性ハイドロゲル材料が急速にゲル化し、液体流路２２ｃの分岐点２３と近接した部位がこのゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２２ｂ側へ流れる。このとき、制御手段は、赤外線感応性センサーからの信号に基づいて半導体レーザー２５ｃを制御し、適正な量の刺激としての赤外線レーザー光を液体に付与する。
【００６０】
以上のように、本実施例によれば、基板２１に形成された液体流路２２ｂ，２２ｃを流れる液体に刺激を付与する刺激付与手段たる半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを備え、この半導体レーザー２５ｂ，２５ｃからの刺激によって液体の流れを制御するように構成したマイクロシステムにおいて、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えたものであり、制御手段によって半導体レーザー２５ｂ，２５ｃが液体に付与する刺激の量を電気的に制御することにより、刺激の量を適正値にすることが可能になる。
【００６１】
また、刺激の量を検知する刺激検知手段たる赤外線感応性センサーを備え、この赤外線感応性センサーからの信号に基づき制御手段が半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを制御するように構成したものであり、刺激の量を適正値にすることができる。また、発光素子たる半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを用いることによって、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００６２】
また、赤外線感応性センサーを用いることによって、確実に半導体レーザー２５ｂ，２５ｃが液体に与えた刺激の量を検知することができる。
【００６３】
また、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは基板２１に設置されたので、光源を簡単に構成することができる。
【００６４】
また、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは基板２１に埋め込まれたので、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを液体流路２２ｂ，２２ｃの近傍に配することができ、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００６５】
つぎに、本発明の第四実施例について説明する。なお、上記第三実施例と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図８に示すように、基板２１を載置台３１に載置し、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを基板２１の外の載置台３１上に配置している。この場合、図９に示すように、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃから照射される赤外線レーザー光を液体流路２２ｂ，２２ｃへ導く光導入路２７ｂ，２７ｃを設けてもよい。この光導入路２７ｂ，２７ｃは、液体流路２２ｂ，２２ｃが形成された基板２１の面と水平に形成されており、基板２１に空洞を形成してその側面に赤外線レーザー光を反射する金属箔を設けたものである。または、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の低い材料を充填し、空洞の側面で赤外線レーザー光が全反射するように構成してもよい。また逆に、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の高い材料を充填し、空洞の側面で赤外線レーザー光が全反射するように構成してもよい。
【００６６】
以上のように、本実施例によれば、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは基板２１の外に配置されたものであり、基板２１を使い捨てにしても、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは繰り返し使用することができる。
【００６７】
また、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃからの光を導入する光導入路２７ｂ，２７ｃを液体流路２２ｂ，２２ｃが形成された基板２１の面と水平に形成したものであり、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃからの光を効率良く液体流路２２ｂ，２２ｃへ導入することができる。
【００６８】
さらに、半導体レーザー２５ｂ，２５ｃは複数個設置されたので、液体通路２２ｂ，２２ｃの異なる複数の箇所において、刺激を付与することができる。
【００６９】
なお、図１０に示すように、図示しない制御手段によってミラー２８ｂ，２８ｃを制御することにより、１つの半導体レーザー２５からの赤外線レーザー光を、２つの液体流路２２ｂ，２２ｃのいずれかに選択的に照射するように構成してもよい。
【００７０】
つぎに、本発明の第五実施例について説明する。上記第三実施例または第四実施例と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図１１に示すように、液体流路２２ａの液体にエネルギーとしての励起光を付与するエネルギー付与手段たる半導体レーザー４１と、この半導体レーザー４１からの励起光によって励起される物質からの蛍光を検知するための変化検知手段たる蛍光検知素子４２とが基板２１の外の載置台３１上に設けられている。また、蛍光検知素子４２は、必要に応じて半導体レーザー４１からの励起光を検出する励起光検知素子４２ａに切り替えられるように構成されている。この励起光検知素子４２ａは、後述するように、載置台３１に基板２１の位置を決める位置決め手段となる。なお、変化検知手段を蛍光検知素子４２の代わりに、受光素子で構成してもよい。
【００７１】
また、基板２１には、半導体レーザー４１から照射される励起光を液体流路２２ａへ導くエネルギー導入路４３が形成されている。このエネルギー導入路４３は、液体流路２２ａが形成された基板２１の面と水平に形成されており、基板２１に空洞を形成してその側面に励起光を反射する金属箔を設けたものである。または、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の低い材料を充填し、空洞の側面で励起光が全反射するように構成してもよい。また逆に、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の高い材料を充填し、空洞の側面で励起光が全反射するように構成してもよい。
【００７２】
さらに、基板２１には、半導体レーザー４１からの励起光によって励起される液体流路２２ａの液体中の物質からの蛍光を蛍光検知素子４２へ導く蛍光導出路４４が形成されている。この蛍光導出路４４は、液体流路２２ａが形成された基板２１の面と水平に形成されており、前記エネルギー導入路４３と同様、基板２１に空洞を形成してその側面に励起光を反射する金属箔を設けたものである。または、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の低い材料を充填し、空洞の側面で励起光が全反射するように構成してもよい。また逆に、その空洞に基板２１を形成する材料よりも屈折率の高い材料を充填し、空洞の側面で励起光が全反射するように構成してもよい。また、エネルギー導入路４３と蛍光導出路４４は一直線上に形成されている。
【００７３】
そして、半導体レーザー４１は図示しない制御手段によって制御され、蛍光検知素子４２からの信号に基づき、制御手段が半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを制御するように構成されている。
【００７４】
つぎに作用について説明する。まず、載置台３１に基板２１を載置する。このとき、半導体レーザー４１からの励起光がエネルギー導入路４３と蛍光導出路４４を経由して励起光検出素子４２ａで最も強く検出される位置に基板２１を固定する。このように位置決め手段として半導体レーザー４１と励起光検出素子４２ａを用いることによって、基板２１を取り替えた場合においても、載置台３１上の定位置に正確に基板２１を載置することができる。
【００７５】
そして、液体流路２２に流す液体を貫通路２４ａから図示しないシリンジポンプなどを用いて導入する。なお、この液体には、３７℃でゾル−ゲル転移し、３７℃未満ではゾル状、３７℃を超えるとゲル状となる熱可逆性ハイドロゲル材料を添加しておく。この熱可逆性ハイドロゲル材料については、第一実施例と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７６】
以下、この液体中に存在する試料を分取する場合を例にとって、説明する。この試料は、例えばたんぱく質分子であって、必要に応じて蛍光物質で標識化しておいてもよい。また、予め、液体流路２２ａに液体が２ｍｍ／秒程度で流れるように、シリンジポンプなどからの液体の導入速度を調整する。この流体速度は、１００ｍｍ／秒以下が適当であった。ただし、流速は検出器の構成、流路の構造によって決まる値であり、本発明の本質ではない。そして、液体流路２２ａを流れる液体に半導体レーザー４１からエネルギー導入路４３を経由して励起光を照射し、蛍光導出路４４を経由して蛍光検知素子４２によって目的の試料からの蛍光を検出する。この蛍光検知素子４２による蛍光の検知は、例えば１０ミリ秒毎に行い、その結果を制御手段へ出力する。ただし、蛍光の検出周期は検出器の構成によって決まる値であり、本発明の本質ではない。
【００７７】
目的の試料からの蛍光が検出されない場合は、制御手段は半導体レーザー２５ｂをオンにし、半導体レーザー２５ｂから液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位にある液体に赤外線船レーザー光が照射され、その部位の液体が加熱される。この加熱によって、液体に含まれる熱可逆性ハイドロゲル材料が急速にゲル化し、液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位がこのゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２２ｃ側へ流れ、この液体は貫通路２４ｃから廃棄される。このとき、制御手段は、赤外線感応性センサーからの信号に基づいて半導体レーザー２５ｂを制御し、適正な量の刺激としての赤外線レーザー光を液体に付与する。
【００７８】
目的の試料からの蛍光が検出されると、制御手段は半導体レーザー２５ｂをオフし、半導体レーザー２５ｃをオンにする。すると、それまで赤外線レーザー光が照射されていた液体流路２２ｂの分岐点２３と近接した部位の液体が冷えて急速にゾル化し、半導体レーザー２５ｃから液体流路２２ｃの分岐点２３と近接した部位にある液体に赤外線船レーザー光が照射され、その部位の液体が加熱される。この加熱によって、液体に含まれる熱可逆性ハイドロゲル材料が急速にゲル化し、液体流路２２ｃの分岐点２３と近接した部位がこのゲル化した熱可逆性ハイドロゲル材料によって閉塞される。したがって、液体は液体流路２２ｂ側へ流れ、目的の試料を含む液体が貫通路２４ｂから回収される。このとき、制御手段は、赤外線感応性センサーからの信号に基づいて半導体レーザー２５ｃを制御し、適正な量の刺激としての赤外線レーザー光を液体に付与する。
【００７９】
このように、液体通路２２ａを流れる液体に半導体レーザー４１から励起光を照射し、目的の試料からの蛍光を１０ミリ秒毎という非常に短い周期で蛍光検知素子４２で検出し、さらに、この検出結果に基づいて制御手段により半導体レーザ２５ｂ，２５ｃを制御して液体流路２２ｂ又は液体流路２２ｃへ液体の流れを切り替えることによって、目的の試料を１分子単位で分取することができる。
【００８０】
以上のように、本実施例によれば、液体にエネルギーたる励起光を付与するエネルギー付与手段たる半導体レーザー４１と、この半導体レーザー４１からの励起光によって変化たる蛍光を生じる物質の蛍光を検知する変化検知手段たる蛍光検知素子４２を備え、この蛍光検知素子４２からの信号に基づき制御手段が刺激付与手段たる半導体レーザー２５ｂ，２５ｃを制御するように構成したものであり、半導体レーザー４１からの励起光によって蛍光を生じる物質の蛍光に基づき液体の流れを制御することによって、その物質が含まれる液体のみを容易に取り分けることができる。
【００８１】
また、半導体レーザー４１からの励起光を導入するエネルギー導入路４３を基板２１の面と水平に形成したものであり、半導体レーザー４１からの励起光を効率良く液体流路２２ａへ導入することができる。
【００８２】
また、蛍光検知素子４４又は受光素子を用いることによって、確実に半導体レーザー４１からの励起光によって蛍光を生じる物質の蛍光を検知することができる。
【００８３】
また、蛍光検知素子４４又は受光素子は基板２１の面と水平に配置されたものであり、半導体レーザー４１からの励起光によって蛍光を生じる物質の蛍光を液体流路２２ａの側面から検出することができる。
【００８４】
さらに、基板２１を載置する載置台３１を備え、この載置台３１に基板２１の位置を決める位置決め手段たる半導体レーザー４１と励起光検出素子４２ａを備えたものであり、半導体レーザー４１と励起光検出素子４２ａによって載置台３１の正しい位置に簡単に基板２１を載置することができ、特に、基板２１を使い捨てにした場合において正確に基板２１を載置する際の位置あわせの手間を省くことができる。
【００８５】
つぎに、本発明の第六実施例について説明する。上記第五実施例と同じ部分には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。本実施例では、図１２に示すように、半導体レーザー４１は基板２１の液体流路２２ａの近傍に埋め込まれており、蛍光検知素子４２は、液体流路２２ａの半導体レーザー４１の励起光が照射される部位の上方に配置されている。なお、蛍光検知素子４２の代わりに受光素子を液体流路２２ａの半導体レーザー４１の励起光が照射される部位の上方に配置してもよい。
【００８６】
また、載置台３１には、基板２１を定位置に固定するための位置決め手段としてのガイド部材５１が３箇所設けられている。このガイド部材５１は基板２１の３つの隅を固定するものであって、載置台３１と一体に設けられている。なお、ガイド部材５１を設ける代わりに、基板２１と載置台３１にそれぞれマーキング５２，５３を施しておき、２つのマーキング５２，５３を合わせることによって載置台３１に基板２１を位置決めするように構成してもよい。また、ガイド部材５１とマーキング５２，５３を併用して、基板２１の位置のみならず向きをも規定するように構成してもよい。さらには、図示しないが、基板２１の底面と載置台３１の上面に相互に対応した形状の凹部と凸部をそれぞれ設け、この凹部に凸部を嵌合することによって載置台３１に基板２１を位置決めするように構成してもよい。
【００８７】
以上のように、本実施例によれば、蛍光検知素子４２又は受光素子は液体流路２２ａの上方に配置されたものであり、半導体レーザー４１からの励起光によって蛍光を生じる物質の蛍光を液体流路２２ａの上方から検出することができる。
【００８８】
また、基板２１を載置する載置台３１を備え、この載置台３１に基板２１の位置を決める位置決め手段たるガイド部材５１を備えたものであり、ガイド部材５１によって載置台３１の正しい位置に簡単に基板２１を載置することができ、特に、基板２１を使い捨てにした場合において正確に基板２１を載置する際の位置あわせの手間を省くことができる。
【００８９】
なお、本発明は上記の実施例に限定されるものでなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、基板に形成される液体流路は３つ以上に分岐したり、又は合流したりしてもよく、必要に応じて刺激付与手段、刺激検知手段、エネルギー付与手段、変化検知手段などの配置や数量などを適宜変更してもよい。また、刺激付与手段が付与する刺激を電圧とし、電圧の高低に応じてゾル−ゲル転移する電圧可逆性ハイドロゲル材料を用いてもよい。または、複数の基板を組み合わせてマイクロシステムを構成してもよい。
【００９０】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のマイクロシステムは、基板に形成された液体流路を流れる液体に刺激を付与する刺激付与手段を備え、この刺激付与手段からの刺激によって前記液体の流れを制御するように構成したマイクロシステムにおいて、前記刺激付与手段が前記液体に付与する刺激の量を電気的に制御する制御手段を備えたものであり、制御手段によって刺激付与手段が前記液体に付与する刺激の量を電気的に制御することにより、刺激の量を適正値にすることが可能になる。
【００９１】
本発明の請求項２記載のマイクロシステムは、請求項１において、前記刺激付与手段は熱源又は光源であって、前記刺激の量を検知する刺激検知手段を備え、この刺激検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したものであり、刺激の量を適正値にすることができる。
【００９２】
本発明の請求項３記載のマイクロシステムは、請求項２において、前記熱源はマイクロヒーターであり、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００９３】
本発明の請求項４記載のマイクロシステムは、請求項２又は３において、前記刺激検知手段は前記液体流路に設けられた熱センサーであり、確実に刺激付与手段が液体に与えた刺激の量を検知することができる。
【００９４】
本発明の請求項５記載のマイクロシステムは、請求項４において、前記熱センサーは熱電対であり、熱センサーを簡単に構成することができる。
【００９５】
本発明の請求項６記載のマイクロシステムは、請求項４において、前記熱センサーは熱感応性半導体又は赤外線感応性センサーであり、確実に刺激の量を検知することができる。
【００９６】
本発明の請求項７記載のマイクロシステムは、請求項２において、前記光源は前記基板に設置された発光素子であり、光源を簡単に構成することができる。
【００９７】
本発明の請求項８記載のマイクロシステムは、請求項７において、前記発光素子は前記基板に埋め込まれたものであり、発光素子を液体流路の近傍に配することができ、確実に液体に刺激を与えることができる。
【００９８】
本発明の請求項９記載のマイクロシステムは、請求項７において、前記発光素子は前記基板の外に配置されたものであり、基板を使い捨てにしても、発光素子は繰り返し使用することができる。
【００９９】
本発明の請求項１０記載のマイクロシステムは、請求項９において、前記発光素子からの光を導入する光導入路を前記液体流路が形成された前記基板の面と水平に形成したものであり、発光素子からの光を効率良く液体流路へ導入することができる。
【０１００】
本発明の請求項１１記載のマイクロシステムは、請求項７〜１０のいずれか１項において、前記発光素子は複数個設置されたものであり、液体通路の異なる複数の箇所において、刺激を付与することができる。
【０１０１】
本発明の請求項１２記載のマイクロシステムは、請求項１〜１１のいずれか１項において、前記液体にエネルギーを付与するエネルギー付与手段と、このエネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を検知する変化検知手段を備え、この変化検知手段からの信号に基づき前記制御手段が前記刺激付与手段を制御するように構成したものであり、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化に基づき液体の流れを制御することによって、その物質が含まれる液体のみを容易に取り分けることができる。
【０１０２】
本発明の請求項１３記載のマイクロシステムは、請求項１２において、前記エネルギー付与手段からのエネルギーを導入するエネルギー導入路を前記基板の面と水平に形成したものであり、エネルギー付与手段からのエネルギーを効率良く液体流路へ導入することができる。
【０１０３】
本発明の請求項１４記載のマイクロシステムは、請求項１２又は１３において、前記変化検知手段は蛍光検知素子又は受光素子であり、確実にエネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を検知することができる。
【０１０４】
本発明の請求項１５記載のマイクロシステムは、請求項１４において、前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記基板の面と水平に配置されたものであり、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を液体流路の側面から検出することができる。
【０１０５】
本発明の請求項１６記載のマイクロシステムは、請求項１４において、前記蛍光検知素子又は前記受光素子は前記液体流路の上方に配置されたものであり、エネルギー付与手段からのエネルギーによって変化を生じる物質の変化を液体流路の上方から検出することができる。
【０１０６】
本発明の請求項１７記載のマイクロシステムは、請求項１〜１６のいずれか１項において、前記基板を載置する載置台を備え、この載置台に前記基板の位置を決める位置決め手段を備えたものであり、位置決め手段によって載置台の正しい位置に簡単に基板を載置することができ、特に、基板を使い捨てにした場合において正確に基板を載置する際の位置あわせの手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示すマイクロシステムの上面図とそのＡ−Ａ線における断面図である。
【図２】同上図１のＢ−Ｂ線における液体流路の断面図である。
【図３】同上図１のＢ−Ｂ線付近における液体流路の断面図である。
【図４】本発明の第二実施例を示すマイクロシステムの図１のＢ−Ｂ線における液体流路の断面図である。
【図５】本発明の第三実施例を示すマイクロシステムの上面図である。
【図６】同上図５のＣ−Ｃ線における液体流路の断面図である。
【図７】同上変形例を示す図５のＣ−Ｃ線における液体流路の断面図である。
【図８】本発明の第四実施例を示すマイクロシステムの上面図である。
【図９】同上変形例を示すマイクロシステムの上面図である。
【図１０】同上別の変形例を示すマイクロシステムの上面図である。
【図１１】本発明の第五実施例を示すマイクロシステムの上面図である。
【図１２】本発明の第六実施例を示すマイクロシステムの上面図である。
【符号の説明】
１，２１  基板
２ｂ，２ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  液体流路
５ｂ，５ｃ  マイクロヒーター（刺激付与手段）
１１ｂ，１１ｃ  熱電対（刺激検知手段）
１２ｂ，１２ｃ  熱感応性半導体（刺激検知手段）
２５ｂ，２５ｃ  半導体レーザー（刺激付与手段）
２７ｂ，２７ｃ  光導入路
３１  載置台
４１  半導体レーザー（エネルギー付与手段）（位置決め手段）
４２  蛍光検知素子（変化検知手段）
４２ａ  励起光検出素子（位置決め手段）
４３  エネルギー導入路
４４  蛍光検知素子
５１  ガイド部材（位置決め手段）
【図１】
2004152218.tif 000003
【図２】
2004152218.tif 000004
【図３】
2004152218.tif 000005
【図４】
2004152218.tif 000006
【図５】
2004152218.tif 000007
【図６】
2004152218.tif 000008
【図７】
2004152218.tif 000009
【図８】
2004152218.tif 000010
【図９】
2004152218.tif 000011
【図１０】
2004152218.tif 000012
【図１１】
2004152218.tif 000013
【図１２】
2004152218.tif 000014