(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流体通路、および前記流体通路から流体が供給される流体槽を形成しているチップ本体と、
前記流体槽の入口側において前記チップ本体に設置され、前記流体通路を流れる流体に不均一な電場を形成する電極を有する気泡分離部と、
を備え、
前記流体通路を含む平面をｘ軸と前記ｘ軸に直交するｙ軸とによるｘｙ平面とし、前記気泡分離部の略中心を前記ｘ軸と前記ｙ軸とが直交する原点とすると、前記電極は次式のうちいずれか１つで表される曲線形状であることを特徴とするマイクロチップ。
ｘｙ＝±ｋ
ｘ4−６ｘ2ｙ2＋ｙ4＝±ｋ
ｘ8−２８ｘ6ｙ2＋７０ｘ4ｙ4−２８ｘ2ｙ6＋ｙ8＝±ｋ
但し、ｋ：定数。
【請求項２】
前記気泡分離部は、薄膜状の電極を有することを特徴とする請求項１記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記電極は、前記流体通路の上方に設置されていることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記気泡分離部は、前記流体通路に設置され前記流体通路を流れる液体から分離された気泡を前記流体通路の外部へ排出する排出部を有し、
前記排出部は、撥水性の表面を有し、前記流体通路と反対側の端部が大気に開放していることを特徴とする請求項１、２または３記載のマイクロチップ。
【請求項５】
流体が流れる流体通路、および前記流体通路から流体が供給される流体槽を形成しているチップ本体と前記流体槽の入口側において前記チップ本体に設置され、前記流体通路を流れる流体に不均一な電場を形成する電極を有する気泡分離部とを備えるマイクロチップにおいて、前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離するマイクロチップの気泡分離方法であって、
前記流体槽の入口側において前記流体通路を流れる流体に交流により不均一な電場を形成し、前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離する段階を含み、
前記流体通路を含む平面をｘ軸と前記ｘ軸に直交するｙ軸とによるｘｙ平面とし、前記気泡分離部の略中心を前記ｘ軸と前記ｙ軸とが直交する原点とすると、前記電極は次式のうちいずれか１つで表される曲線形状であることを特徴とするマイクロチップの気泡分離方法。
ｘｙ＝±ｋ
ｘ4−６ｘ2ｙ2＋ｙ4＝±ｋ
ｘ8−２８ｘ6ｙ2＋７０ｘ4ｙ4−２８ｘ2ｙ6＋ｙ8＝±ｋ
ただし、ｋ：定数。
【請求項６】
前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離した後、気泡を形成する気体を撥水性の表面を有する排出部から排出する段階を含むことを特徴とする請求項５記載のマイクロチップの気泡分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップに関し、特に気泡分離部を備えるマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、化学反応に用いる溶液あるいは細胞培養に用いる培養液などの液体には、微量ながら空気や炭酸ガスなどの気体が含まれている。これら溶液や培養液などの液体に含まれている気体は、反応槽、培養槽あるいは流体通路において気泡となって液体から分離する。また、液体は、流体通路や貯留槽などに液体を注入する際、外部の気体とともに形成された気泡を含むことがある。また、細胞などを扱う場合、呼吸あるいは代謝により生成する物質が気泡を形成することがある。発生した気泡は、流体通路を塞いだり、反応槽、培養槽などに付着し、化学反応、培養あるいは観察などの妨げとなる。そこで、流体通路から気泡を分離する必要がある。
【０００３】
例えば、実験室レベルの反応装置の場合、反応装置の入口側に液体を満たしたフラスコを設置し、このフラスコに液体を通すことにより、フラスコ内で液体からある程度の気体を分離することができる。また、流体通路に電場あるいは磁場を形成することにより液体に含まれる気泡を分離することが提案されている（特許文献１、２）参照。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０７９６８７号明細書
【特許文献２】特許第２６１５４３１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、反応装置の入口側にフラスコを設置して気泡を分離する場合、フラスコと反応装置との間は距離が大きくなる。すなわち、このような気泡分離装置をマイクロチップに適用する場合、フラスコからマイクロチップまでの距離が大きくなる。そのため、フラスコからマイクロチップへ至る流体通路において、液体に含まれる気体がさらに気泡となって生じるおそれがある。また、例えば細胞などを扱う場合、呼吸あるいは代謝により生成する物質が気泡を形成する。このように発生した気泡はマイクロチップに付着し、マイクロチップにおける反応や培養の観察の妨げとなる。さらに、フラスコは、マイクロチップに比較して大型である。そのため、機器が大型化し、気泡分離部とマイクロチップとの一体化は困難である。
【０００６】
また、特許文献１に開示されている気泡除去装置の場合、心線を絶縁体で被覆した電線を網状に編んだメッシュ状の電極を用いて電場を形成している。これにより、流体には電場の強度の極小部分が形成され、液体に含まれる気泡は形成された電場の強度の極小部分に収集、捕捉される。しかしながら、特許文献１に開示されている気泡除去装置では、マクロな構造を有している。そのため、例えばμ−ＴＡＳ（micro-Total Analysis System）のようなミクロな構造への応用は困難である。また、特許文献１では、直流電場を形成している。そのため、気泡の収集に適した電場の調整は困難であるとともに、電圧が高くなると流体の電気分解を招きやすくなる。
【０００７】
さらに、特許文献２に開示されている気泡移動装置では、液体とこれに含まれる気泡の体積磁化率の違いを利用し、磁場の強度の極小部分に気泡が収集、捕捉される。しかしながら、磁場の形成に永久磁石または電磁石のいずれを用いても、磁石の体格は大型化する。そのため、例えばμ−ＴＡＳのようなミクロな構造への応用は困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、体格の大型化を招くことなく、簡単な構造で液体に含まれる気泡が分離されるマイクロチップを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、電場の調整が容易であり、流体の電気分解を招くことのないマイクロチップの気泡分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明のマイクロチップによると、流体が流れる流体通路、および前記流体通路から流体が供給される流体槽を形成しているチップ本体と、前記流体槽の入口側において前記チップ本体に設置され、前記流体通路を流れる流体に不均一な電場を形成する電極を有する気泡分離部と、を備える。前記流体通路を含む平面をｘ軸と前記ｘ軸に直交するｙ軸とによるｘｙ平面とし、前記気泡分離部の略中心を前記ｘ軸と前記ｙ軸とが直交する原点とすると、前記電極はｘｙ＝±ｋ、ｘ4−６ｘ2ｙ2＋ｙ4＝±ｋ、ｘ8−２８ｘ6ｙ2＋７０ｘ4ｙ4−２８ｘ2ｙ6＋ｙ8＝±ｋのいずれか１つで示される曲線群形状であることを特徴とする。ただし、ｋは定数とする。
気泡分離部は、電極によって流体通路を流れる流体に不均一な電場を形成する。流体に不均一な電場を形成すると、電場とこの電場により誘起された電気双極子との間の相互作用によって、液体に含まれる気泡に力が働く。この力によって、液体に含まれる気泡は電場の強度が弱い方向に移動し、電場の強度の極小部分に収集、捕捉される。これにより、気泡分離部では、流体通路を流れる液体と、この液体に含まれる気泡とが分離される。また、気泡分離部は、チップ本体の流体槽の入口側に設置される。そのため、気泡分離部はチップ本体と一体に形成される。したがって、体格の大型化を招くことなく、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離することができる。
また、気泡分離部に前述した数式で表される曲線形状で設置される電極は鋭角形状を有していることから、電極に囲まれる弱い電場領域を局在化することができる。これにより、流体中に分散している気泡を１箇所に集めやすくすることができる。
【００１０】
（２）本発明のマイクロチップによると、前記気泡分離部は、薄膜状の電極を有する。
電極は薄膜状であるため、チップ本体に電極を設置しても、チップ本体の体格の大型化は招かない。したがって、体格の大型化を招くことなく、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離、収集、捕捉することができる。
【００１１】
（３）本発明のマイクロチップによると、前記電極は、前記流体通路の上方に設置されている。
流体通路を流れる液体から分離した気泡は自身の浮力によって液体の上方に浮遊する。そのため、電極を流体通路の上方に設置することにより、液体に浮遊する気泡は形成された電場により収集される。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離、収集、捕捉することができる。
【００１２】
（４）本発明のマイクロチップによると、前記気泡分離部は、前記流体通路に設置され前記流体通路を流れる液体から分離された気泡を前記流体通路の外部へ排出する排出部を有し、前記排出部は、撥水性の表面を有し、前記流体通路と反対側の端部が大気に開放している。
排出部は、孔の流体通路反対側の端部が大気に開放している。そのため、電極へ通電することにより形成された電場によって分離、収集、捕捉された気泡は、気泡を形成する気体が排出部の孔を経由して大気中へ放出される。一方、流体通路を流れる液体は、排出部の撥水性の表面によってはじかれ、排出部の孔へ浸入しない。これにより、気泡は電場によって分離および収集されるとともに、収集された気泡を形成する気体は排出部から大気中へ排出される。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離するとともに、気泡を形成する気体を大気中に排出することができる。
【００１３】
（５）本発明のマイクロチップの気泡分離方法によると、流体が流れる流体通路、および前記流体通路から流体が供給される流体槽を形成しているチップ本体と、前記流体槽の入口側において前記チップ本体に設置され、前記流体通路を流れる流体に不均一な電場を形成する電極を有する気泡分離部と、を備えるマイクロチップにおいて、前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離するマイクロチップの気泡分離方法であって、前記流体槽の入口側において前記流体通路を流れる流体に交流により不均一な電場を形成し、前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離する段階を含むことを特徴とする。また、前記流体通路を含む平面をｘ軸と前記ｘ軸に直交するｙ軸とによるｘｙ平面とし、前記気泡分離部の略中心を前記ｘ軸と前記ｙ軸とが直交する原点とすると、前記電極はｘｙ＝±ｋ、ｘ4−６ｘ2ｙ2＋ｙ4＝±ｋ、ｘ8−２８ｘ6ｙ2＋７０ｘ4ｙ4−２８ｘ2ｙ6＋ｙ8＝±ｋのいずれか１つで示される曲線群形状であることを特徴とする。ただし、ｋは定数とする。
流体に交流による電場を形成すると、液体から分離された気泡は所定の周波数のとき電場の強度の弱い方向に移動し、電場の強度の極小部分に収集、捕捉される。これにより、液体に含まれる気泡は、電場を形成する交流の周波数を調整することにより、電圧を高めることなく収集される。したがって、気泡の分離に適した電場を容易に調整することができるとともに、流体の電気分解を防止することができる。
【００１４】
（６）本発明のマイクロチップの気泡分離方法によると、前記流体通路を流れる液体からこの液体に含まれる気泡を分離した後、気泡を形成する気体を撥水性の表面を有する排出部から排出する段階を含む。
電極へ通電することにより形成された電場によって分離、収集、捕捉された気泡は、気泡を形成する気体が排出部を経由して排出される。一方、流体通路を流れる液体は、排出部の撥水性の表面によってはじかれ、排出部へ浸入しない。これにより、気泡は電場によって分離および収集されるとともに、収集された気泡を形成する気体は排出部から排出される。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離するとともに、気泡を形成する気体を排出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例によるマイクロチップを示す概略図である。マイクロチップ１０は、μ−ＴＡＳに適用可能である。マイクロチップ１０は、ベース１１、気泡分離部３０およびカバー１２を備えている。図１（Ａ）は、マイクロチップ１０のカバー１２を取り外した状態でベース１１をカバー１２側から見た概略図であり、図１（Ｂ）はカバー１２を取り付けた状態でマイクロチップ１０をカバー１２側から見た概略図であり、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００１６】
チップ本体は、ベース１１およびカバー１２から構成されている。ベース１１は、例えばガラス、樹脂あるいはセラミックスなどから形成されている。ベース１１およびカバー１２は、貯留槽２１、流体槽としての観察槽２２、および排出槽２３を形成している。また、ベース１１およびカバー１２は、流体通路としての供給通路２４、および排出通路２５を形成している。供給通路２４は、貯留槽２１と観察槽２２とを接続している。排出通路２５は、観察槽２２と排出槽２３とを接続している。貯留槽２１、観察槽２２、排出槽２３、供給通路２４および排出通路２５は、ベース１１のカバー１２側の端面からカバー１２とは反対側へ窪んで形成されている。ベース１１は、例えばガラスや樹脂などの透明な材料で形成してもよい。この場合、観察槽２２はカバー１２とは反対側の端面から観察可能である。
【００１７】
貯留槽２１には、観察槽２２へ供給される液体が蓄えられる。また、排出槽２３には、排出通路２５を経由して観察槽２２から排出された液体が蓄えられる。貯留槽２１から観察槽２２へ供給される液体、および観察槽２２から排出槽２３へ排出される液体は、例えば細胞の培養液、および化学反応の反応物あるいは生成物などを含む水を主成分とする溶液である。なお、ベース１１およびカバー１２が形成する観察槽２２および供給通路２４などの形状は、上記の構成に限らず任意に設定可能である。
カバー１２は、ベース１１の上方を覆うように被せられている。カバー１２は、例えばガラスまたは樹脂などで形成される。カバー１２を透明な材料で形成する場合、観察槽２２はカバー１２を通して観察可能である。
【００１８】
気泡分離部３０は、四つの電極３１、３２、３３、３４を有している。電極３１、３２、３３、３４は、カバー１２のベース１１側の端面に設置されている。なお、図１（Ｃ）では、電極３１、３２、３３、３４は説明の簡単のためカバー１２に埋め込んだ状態で示しているが、カバー１２のベース１１側の面に積層してもよい。電極３１、３２、３３、３４は、供給通路２４において観察槽２２の入口側に設置されている。電極３１、３２、３３、３４は、供給通路２４のカバー１２側を覆うように設置されている。本実施例の場合、９０°間隔で四つの電極３１、３２、３３、３４が設置されている。電極３１、３２、３３、３４は、例えば白金、金、銀、銅あるいはアルミニウムなどの金属、または金属以外の導電性の材料などにより薄膜状に形成されている。電極３１、３２、３３、３４は、例えばスパッタリングおよびフォトリソグラフィなどによりカバー１２のベース１１側の端面に形成されている。
【００１９】
気泡分離部３０の電極３１、３２、３３、３４は、不均一な電場を形成する形状で配置されている。電極は、それぞれ図２に示すような曲線群形状に配置される。本実施例では、電極３１、３２、３３、３４は、図２（Ａ）に示すようにｘｙ＝±ｋ（ｋは定数）で示される双曲線形状に配置されている。これにより、図１および図３に示すように９０°間隔で四つの電極３１、３２、３３、３４が配置される。また、気泡分離部３０の電極は、例えば図２（Ｂ）に示すようにｘ4−６ｘ2ｙ2＋ｙ2＝±ｋで示される曲線群形状、または図２（Ｃ）に示すようにｘ8−２８ｘ6ｙ2＋７０ｘ4ｙ4−２８ｘ2ｙ6＋ｙ8＝±ｋで示される曲線群形状であってもよい。 
【００２０】
図３に示す四つの電極３１、３２、３３、３４は、隣り合う電極同士が互いに逆位相であって、同一の振幅の交流が供給される。例えば、電極３１に対し電極３２および電極３３には、電極３１と逆位相であって同一の振幅の交流が供給される。同様に、電極３４には、電極３２および電極３３と逆位相であって同一の振幅の交流が供給される。したがって、本実施例の場合、対向する二つの電極は同位相となる。すなわち、電極３１と電極３４とが同位相となり、電極３２と電極３３とが同位相となる。これにより、四つの各電極３１、３２、３３、３４は、他の電極と対向する先端部分に形成される強い電場ｓと、各電極３１、３２、３３、３４に囲まれた中心部分に形成される弱い電場ｔとからなる不均一な電場を形成する。各電極３１、３２、３３、３４に囲まれた弱い電場ｔの領域は、例えば電極３１、３２、３３、３４の形状などを変更することにより、任意に調整される。図２に示すように、電極の数が増加するほど、各電極に囲まれた中心部分に形成される弱い電場ｔの領域は局在化する。そのため、電極の数を増加するほど、局所的に弱い電場ｔを形成することができる。なお、各電極に交流に限らず、直流を供給してもよい。また、例えば電極の一方を接地し、他方に周期的に電圧が変化する交流を供給する場合のように、電極間で相対的に交流となっていればよい。
【００２１】
次に、上記の構成によるマイクロチップ１０の気泡分離方法について説明する。
貯留槽２１には水を主成分とする液体が蓄えられている。貯留槽２１に蓄えられている液体は、例えば供給通路２４と排出通路２５との間に温度差が生じると、対流により観察槽２２へ供給される。また、例えば貯留槽２１に外部から液体を注入し排出槽２３から外部へ液体を排出することにより、貯留槽２１から供給通路２４、観察槽２２および排出通路２５を経由して排出槽２３へ流体の流れを形成し、貯留槽２１から観察槽２２へ液体を供給してもよい。さらに、例えばポンプなどの動力を用いて圧力差を生じさせ、貯留槽２１から観察槽２２へ液体を供給してもよい。
【００２２】
貯留槽２１から観察槽２２へ供給される液体には、空気や炭酸ガスなどからなる気泡が含まれている。液体に含まれる気泡は、貯留槽２１から観察槽２２へ供給通路２４を流れるとき、液体から分離する。液体から分離した気泡は、自身の浮力により供給通路２４を流れる液体の上方すなわちカバー１２側に浮遊する。液体に浮遊した気泡は、貯留槽２１から観察槽２２への液体の流れによって運搬されて、気泡分離部３０に到達する。
【００２３】
気泡分離部３０では、電極３１、３２、３３、３４によって供給通路２４を流れる液体に不均一な電場が形成されている。供給通路２４の液体に不均一な電場が形成されると、不均一な電場とこれにより誘起された電気双極子との間の相互作用による「誘電泳動（Dielectrophorsis）」によって、気泡には「誘電泳動力」が加わる。このとき、気泡が電場から受ける誘電泳動力Ｆ（ω）は、次の式（１）の通りである。
【００２４】
【数１】
0004646125.tif 000002
【００２５】
ここで、εmは溶液の誘電率、ｒは気泡の半径、Ｅは電場、∇はナブラ演算子、ωは角周波数であり、Ｒｅ（ｆCM）はｆCMの実数部分である。なお、∇｜Ｅ｜2は電場の絶対値の２乗の勾配を表す。
【００２６】
ｆCMは、Clausius-Mossotti factorであり、以下の式（２）で示される。
【００２７】
【数２】
0004646125.tif 000003
【００２８】
ここで、添字ｍは溶液を示し、添字ｐは気泡を示す。また、ε*は複素誘電率であり、以下の式（３）で示される。
ε*＝ε−ｊ×（σ／ω）      （３）
ここで、εはε*の実数部分であり、ｊは虚数単位であり、σは導電率である。
【００２９】
上記の式において、Ｒｅ（ｆCM）の符号が負すなわちマイナスのとき、気泡は電場の強度が弱い領域に移動する、いわゆる負の誘電泳動となる。一方、Ｒｅ（ｆCM）の符号が正すなわちプラスのとき、気泡は電場の強度が強い領域に移動する、いわゆる正の誘電泳動となる。気泡の誘電率は液体に比べて小さい。ｆCMにおいては、一般に溶液の導電率を考慮する必要がある。ここで、適切な周波数を設定することにより、Ｒｅ（ｆCM）は負とすることができ、気泡は電場の強度が弱い方向へ移動する。
上記の原理により、交流によって電場を形成する場合、適切な周波数において、気泡は負の誘電泳動力を受け、電場がより弱い方向へ移動する。その結果、気泡は、電場の強度が極小となる領域に収集、捕捉される。
【００３０】
以上、説明したように、第１実施例では、気泡分離部３０の電極３１、３２、３３、３４は供給通路２４を流れる液体に不均一な電場を形成する。そのため、供給通路２４を流れる液体に含まれる気泡は、電場の弱い方向へ移動し、電場の強度の極小部分に収集、捕捉される。これにより、液体から分離された気泡は観察槽２２には気泡が流入せず、観察槽２２を形成するベース１１の内壁あるいはカバー１２に気泡が付着することはない。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離することができ、観察槽２２における反応や培養の観察などを容易に行うことができる。
【００３１】
また、第１実施例では、電極３１、３２、３３、３４は例えばフォトリソグラフィなどの薄膜形成技術によって薄膜状に形成されている。そのため、電極３１、３２、３３、３４はカバー１２と一体に形成される。また、電極３１、３２、３３、３４は薄膜状であるため、電極３１、３２、３３、３４をカバー１２と一体に形成しても、カバー１２の体格の大型化を招かない。したがって、マイクロチップ１０は体格が小型化され、μ−ＴＡＳへ容易に適用することができる。
【００３２】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるマイクロチップを図４に示す。マイクロチップ１０は、第１実施例と同様に、μ−ＴＡＳに適用される。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
マイクロチップ１０は、ベース１１、カバー１２および気泡分離部３０を有している。図４（Ａ）はマイクロチップ１０のカバー１２を取り外した状態でベース１１をカバー１２側から見た概略図であり、図４（Ｂ）はカバー１２を取り付けた状態でマイクロチップ１０をカバー１２側から見た概略図であり、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００３３】
第２実施例によるマイクロチップ１０のカバー１２は、気泡分離部３０に対応する位置に開口部１３を有している。開口部１３は、カバー１２を貫いてベース１１側の面とベース１１とは反対側の面とを連通している。カバー１２は、開口部１３を除いた部分がベース１１の上方を覆っている。
【００３４】
気泡分離部３０は、網状部材３５を有している。網状部材３５は、観察槽２２の入口側すなわち貯留槽２１側の供給通路２４に設置されている。網状部材３５は、ベース１１とカバー１２との間において供給通路２４を覆っている。そのため、網状部材３５は、電極３１、３２、３３、３４のベース１１側に設置される。網状部材３５は、繊維が絡まって網目状に複数の孔を形成している。網状部材３５が形成する孔は、一方の端部が供給通路２４に面しているとともに、他方の端部がカバー１２の開口部１３を経由して大気に開放している。これにより、網状部材３５およびカバー１２の開口部１３は、特許請求の範囲の排出部を構成している。
【００３５】
第２実施例の場合、マイクロチップ１０は上述のように網状部材３５の孔および開口部１３を介して大気に開放している。そのため、マイクロチップ１０は、例えば細胞などを扱う場合、滅菌または炭酸ガス濃度を調整した雰囲気中に設置することが望ましい。
網状部材３５の表面は撥水性を有している。網状部材３５を構成する繊維は、例えばフッ素樹脂などのように撥水性を有する材料で形成されている。また、網状部材３５を構成する繊維は、撥水性の樹脂に限らず、金属あるいはその他の樹脂などで形成してもよい。この場合、網状部材３５を構成する繊維の表面に撥水層を形成する。撥水層は、例えばフッ素樹脂などにより網状部材３５を構成する繊維の表面に形成されている。
【００３６】
網状部材３５、または網状部材３５に形成される撥水層の撥水性は、水の接触角度で１４０°以上であることが望ましい。水の接触角度は、撥水性を示す尺度として一般に用いられている。網状部材３５または撥水層の撥水性が、接触角度で１４０°以下であるとき、網状部材３５から供給通路２４を流れる液体の一部が染み出すおそれがあり、気泡分離部３０における気泡の分離は困難となる。一方、網状部材３５または撥水層の撥水性が接触角度で１６０°以上であるとき、液体に含まれる気泡の分離はさらに促進される。その結果、接触角度が１６０°以上の撥水性を有するとき、供給通路２４を流れる液体の圧力および流速の増大、および網状部材３５の網目を拡大可能となる。
第２実施例では、撥水性の表面を有する網状部材３５について説明した。しかし、気泡分離部３０には、網状部材３５に代えて例えば小さな複数の孔を形成したフッ素樹脂からなるシートを設置してもよい。
【００３７】
次に、上記の構成によるマイクロチップ１０の気泡分離方法について説明する。
気泡分離部３０の電極３１、３２、３３、３４により液体に含まれる気泡を分離する方法については、上述の第１実施例と同一である。第２実施例の場合、網状部材３５の近傍には電極３１、３２、３３、３４によって電場の強度の極小となる領域が形成される。そのため、供給通路２４を流れる液体に含まれる気泡は、電極３１、３２、３３、３４によって形成された電場により、網状部材３５の近傍に収集される。このとき、電極３１、３２、３３、３４の近傍に収集された気泡は、網状部材３５と接触する。供給通路２４を流れる液体は水を主成分とする。そのため、供給通路２４を流れる液体は、撥水性の表面を有する網状部材３５からはじかれ、網状部材３５が形成する孔へ浸入することなく、供給通路２４に沿って観察槽２２へ流入する。一方、電極３１、３２、３３、３４が形成する電場によって収集された気泡は、撥水性の表面を有する網状部材３５と接触してもはじかれることがない。そのため、気泡を形成していた気体は、網状部材３５の孔を通して開口部１３へ通過する。その結果、供給通路２４を流れる液体に含まれる気泡は、電極３１、３２、３３、３４によって形成される電場により液体から分離および収集された後、網状部材３５および開口部１３を経由して大気中へ排出される。
【００３８】
第２実施例では、気泡分離部３０の網状部材３５は撥水性の表面を有している。そのため、液体は、網状部材３５の孔を通過することができない。一方、電極３１、３２、３３、３４によって形成された電場により網状部材３５の近傍に収集された気泡は、網状部材３５の孔を通過することができる。これにより、供給通路２４を流れる液体から分離された気泡を形成する気体は、網状部材３５の孔および開口部１３を経由して大気中へ排出される。その結果、観察槽２２には気泡が流入せず、観察槽２２を形成するベース１１の内壁あるいはカバー１２に気泡が付着することはない。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離することができ、観察槽２２における反応や培養の観察などを容易に行うことができる。
【００３９】
（第３実施例）
本発明の第３実施例によるマイクロチップを図５に示す。マイクロチップ１０は、第１実施例と同様にμ−ＴＡＳに適用される。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
マイクロチップ１０は、ベース１１、カバー１２および気泡分離部３０を有している。図５（Ａ）はマイクロチップ１０のカバー１２を取り外した状態でベース１１をカバー１２側から見た概略図であり、図５（Ｂ）はカバー１２を取り付けた状態でマイクロチップ１０をカバー１２側から見た概略図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）のＣ−Ｃ線における断面図である。
【００４０】
第３実施例によるマイクロチップ１０のカバー１２は、排出部を構成する多孔部１４を有している。多孔部１４は、観察槽２２の入口側すなわち貯留槽２１側の供給通路２４に設置されている。多孔部１４は、図５（Ｃ）に示すように供給通路２４に設置されている。多孔部１４は、カバー１２を板厚方向に貫く複数の孔を有している。カバー１２を貫く孔は、一方の端部が供給通路２４に面しているととともに、他方の端部がカバー１２のベース１１と反対側の端面に開口している。そのため、多孔部１４の孔は、供給通路２４と反対側の端部が大気に開放している。
【００４１】
カバー１２が形成する多孔部１４の孔の内壁には、撥水層が形成されている。撥水層は、例えばフッ素樹脂からなる粒子を含む分散めっき、スプレーによる塗布またはコーティングなどによりカバー１２に形成されている。
【００４２】
次に、上記の構成によるマイクロチップ１０の気泡分離方法について説明する。
多孔部１４の近傍には電極３１、３２、３３、３４によって電場の強度の極小となる領域が形成される。そのため、供給通路２４を流れる液体に含まれる気泡は、電極３１、３２、３３、３４によって形成された電場により、多孔部１４の近傍に収集される。このとき、多孔部１４の近傍に収集された気泡は、多孔部１４を形成するカバー１２と接触する。供給通路２４を流れる液体は水を主成分とする。そのため、多孔部１４を形成するカバー１２と接触した液体は、撥水性の表面を有する多孔部１４の撥水層ではじかれ、多孔部１４の孔へ浸入することなく、供給通路２４に沿って観察槽２２へ流入する。一方、気泡は、撥水性の表面を有する多孔部１４を形成するカバー１２と接触してもはじかれることがない。そのため、気泡を形成していた気体は、多孔部１４の孔を通過する。その結果、供給通路２４を流れる液体に含まれる気泡は、電極３１、３２、３３、３４によって液体から分離および収集された後、多孔部１４から大気中へ排出される。
【００４３】
以上説明したように、第３実施例では、多孔部１４の孔を形成するカバー１２は内壁に撥水性の撥水層を有している。そのため、液体は多孔部１４の孔を通過することができない。一方、電極３１、３２、３３、３４によって形成された電場により多孔部１４の近傍に収集された気泡は、多孔部１４の孔を通過することができる。これにより、液体から分離された気泡を形成する気体は、多孔部１４の孔を経由して大気中へ排出される。その結果、観察槽２２には気泡が流入せず、観察槽２２を形成するベース１１およびカバー１２に気泡が付着することはない。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離することができ、観察槽２２における反応や培養の観察などを容易に行うことができる。
【００４４】
（第４実施例）
本発明の第４実施例によるマイクロチップを図６に示す。マイクロチップ５０は、第１実施例と同様にμ−ＴＡＳに適用される。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
マイクロチップ５０は、ベース５１、カバー５２および気泡分離部３０を有している。図６はカバー５２を取り付けた状態でマイクロチップ５０をカバー５２側から見た概略図である。
【００４５】
第４実施例によるマイクロチップ５０のベース５１およびカバー５２は、供給通路２４から分岐し気泡分離部３０を構成する気泡通路３６を形成している。気泡通路３６は、電極３１、３２、３３、３４の近傍において供給通路２４から分岐し、供給通路２４と反対側の端部が気泡排出槽３７に接続している。ベース５１は、カバー５２により上方が覆われている。カバー５２は開口部５３を有しており、気泡排出槽３７はカバー５２の開口部５３に連通している。これにより、気泡通路３６は、供給通路２４と反対側の端部が気泡排出槽３７およびカバー５２の開口部５３を経由して大気に開放している。すなわち、気泡通路３６、気泡排出槽３７およびカバー５２の開口部５３は、特許請求の範囲の排出部を構成している。
【００４６】
図７は、供給通路２４から分岐する気泡通路３６の構造を示す模式図である。図７に示すように供給通路２４は、カバー５２と反対側の底部２６が凹曲面状に形成されている。気泡通路３６は、深さが供給通路２４よりも浅く形成されている。そのため、供給通路２４と気泡通路３６とは、供給通路２４における液体の流れを安定化させるガイド条２７を形成している。また、気泡通路３６は、内壁の表面に撥水層３６１が形成されている。撥水層３６１は、第３実施例で説明した撥水層と同様に例えばフッ素を含む樹脂などにより形成されている。
【００４７】
次に、上記の構成によるマイクロチップ５０の気泡分離方法について説明する。
貯留槽２１には水を主成分とする液体が蓄えられている。貯留槽２１に蓄えられている液体は、第１実施例と同様に観察槽２２へ供給される。このとき、供給通路２４を流れる液体には、電極３１、３２、３３、３４により電場が形成される。これにより、第１実施例と同様に供給通路２４を流れる液体からは、気泡が分離される。
【００４８】
供給通路２４を流れる液体から分離された気泡は、電極３１、３２、３３、３４によって形成される電場により、供給通路２４と気泡通路３６との分岐部に形成されるガイド条２７の上方に収集される。このとき、ガイド条２７の上方に収集された気泡は、供給通路２４における液体の流れによって撥水層３６１を有する気泡通路３６へ押し出される。気泡通路３６には撥水層が形成されているため、供給通路２４を流れる液体は気泡通路３６に浸入しない。また、供給通路２４と気泡通路３６との間にはガイド条２７が形成されているため、供給通路２４を流れる液体はガイド条２７に案内されて供給通路２４と気泡通路３６との分岐部を供給通路２４側へ流れる。これにより、供給通路２４を流れる液体から分離された気泡は、気泡通路３６へ押し出されるとともに、気泡通路３６および気泡排出槽３７を経由して大気中へ排出される。
【００４９】
以上説明したように、第４実施例では、気泡分離部３０の気泡通路３６は撥水性の撥水層３６１を有している。そのため、供給通路２４を流れる液体は気泡通路３６を通過することができない。一方、供給通路２４を流れる液体から分離された気泡は気泡通路３６を通過することができる。これにより、電極３１、３２、３３、３４が形成する電場によって供給通路２４を流れる液体から分離された気泡は、気泡通路３６を経由して大気中へ排出される。その結果、観察槽２２には気泡が流入せず、観察槽２２を形成するベース５１またはカバー５２に気泡が付着することはない。したがって、簡単な構造で液体に含まれる気泡を分離することができ、観察槽２２における反応、培養および観察を容易に行うことができる。
【００５０】
以下、上述した実施例によるマイクロチップを用いた複数の実験例を説明する。
（実験例１）
実験例１では、上述の図１に示す第１実施例によるマイクロチップ１０を用いて、細胞の培養および観察を行い、マイクロチップ１０の性能を評価した。
（１）チップ本体の構成
実験例１では、ベース１１はガラスにより矩形状に形成した。ベース１１に形成する貯留槽２１、観察槽２２および排出槽２３は、直径を１ｍｍとし、深さを１ｍｍとした。また、供給通路２４および排出通路２５は、幅を０．５ｍｍとし、深さを１ｍｍとした。
【００５１】
（２）電極
ベース１１にはカバー１２を設置した。カバー１２は、ベース１１と同様にガラスで形成した。カバー１２のベース１１側の端面には、電極３１、３２、３３、３４を形成した。電極３１、３２、３３、３４は、厚さ２０ｎｍのＣｒ層、および厚さ１００ｎｍのＡｕ層を順にスパッタリングした後、フォトリソグラフィにより所定の形状に成形した。これにより、電極３１、３２、３３、３４の供給通路２４側の面はＡｕ層となる。電極３１、３２、３３、３４は、図３に示すように先端がｘｙ＝ｋおよびｘｙ＝−ｋ（ｋは定数）で示される曲線状に形成した。
【００５２】
四つの電極３１、３２、３３、３４は、図３に示すようにすべての電極３１、３２、３３、３４に接する仮想円ｃｉの直径が２００μｍとなるように配置した。また、四つの電極３１、３２、３３、３４に接する仮想円ｃｉの中心と観察槽２２の貯留槽２１側の端部との距離は、８００μｍに設定した。さらに、四つの電極３１、３２、３３、３４は、いずれも観察槽２２に重ならないように配置した。
【００５３】
（３）培養条件
ベース１１の貯留槽２１、観察槽２２、排出槽２３、供給通路２４および排出通路２５には、液体の培養液として毛乳頭細胞増殖培地を充填した。培養液で満たされた観察槽２２には、ラット髭毛乳頭細胞を約２０００セル／ウェルの割合で播種した。貯留槽２１から観察槽２２には、５μｌ／ｍｉｎの流速で培養液を供給した。培養液およびマイクロチップ１０は、滅菌された恒温室において３７℃に制御した。これらの条件により観察槽２２に播種された細胞の培養を開始した。
【００５４】
（４）培養および観察
培養開始から５日間培養を行った後、観察槽２２の観察を行う１時間前から電極３１、３２、３３、３４に交流を供給した。供給した交流は、電圧を±５Ｖとし、周波数を１ＭＨｚとした。貯留槽２１から観察槽２２へ流入する気泡、および液体から分離される気泡は、四つの電極３１、３２、３３、３４の中心付近、すなわち電場の強度の極小となる領域に収集された。収集された気泡は、四つの電極３１、３２、３３、３４の中心付近に保持された。このとき観察された気泡は、直径が５０μｍから１００μｍ程度であった。観察は、同仁化学株式会社製のＷＳＴ−１セルカウンティングキットを用いて観察槽２２の細胞数を計測することにより行った。その結果、４０５ｎｍの吸光度が増加するとともに、観察槽２２における吸光度のばらつきはほとんどなかった。培養開始時における吸光度を２５としたとき、培養開始から５日後の相対吸光度は３００であった。これにより、細胞は観察槽２２において良好に増殖していることが明らかになった。
【００５５】
（比較例）
上記実験例の比較例について説明する。比較例は、実験例１において観察槽２２の入口側に気泡分離部３０の電極３１、３２、３３、３４を備えていない構成である。なお、実験例１と同一の構成部位には同一の符号を付している。
【００５６】
（１）チップ本体の構成
比較例１では、ベース１１およびカバー１２はガラスにより形成した。ベース１１に形成する貯留槽２１、観察槽２２および排出槽２３は、直径を１ｍｍとし、深さを１ｍｍとした。また、供給通路２４および排出通路２５は、幅を０．５ｍｍとし、深さを１ｍｍとした。観察槽２２の入口側には、電極は設置されていない。
【００５７】
（２）培養条件
ベース１１の貯留槽２１、観察槽２２、排出槽２３、供給通路２４および排出通路２５には、培養液として毛乳頭細胞増殖培地を充填した。培養液で満たされた観察槽２２には、ラット髭毛乳頭細胞を約２０００セル／ウェルの割合で播種した。貯留槽２１から観察槽２２には、５μｍ／ｍｉｎの流速で培養液を供給した。培養液およびマイクロチップ１０は、滅菌された恒温室において３７℃に制御した。これらの条件により観察槽２２に播種された細胞の培養を開始した。
【００５８】
（３）培養および観察
細胞の培養開始から５日後、観察槽２２を観察したところ、観察槽２２を覆うカバー１２には気泡が付着していた。そのため、観察槽２２は十分な視界が得られず、観察槽２２の内部の観察は困難であった。また、実験例１と同様のセルカウンティングキットを用いて観察槽２２の細胞数の計測を試みたところ、観察槽２２に付着した気泡によって吸光度にばらつきが生じた。その結果、正確な吸光度の測定はできなかった。
【００５９】
以上のように、実験例１では、第１実施例のマイクロチップ１０の気泡分離部３０は観察槽２２の入口側で培養液に含まれる気泡を分離できることが検証できた。また、第１実施例のマイクロチップ１０を用いて細胞の培養および観察が良好に行えることが検証できた。
【００６０】
（実験例２）
実験例２では、上述の図６および図７に示す第４実施例によるマイクロチップ５０を用いて、細胞の培養および観察を行い、マイクロチップ５０の性能を評価した。
（１）ベース５１の構成
実験例２では、ベース５１はガラスにより矩形状に形成した。ベース５１に形成する貯留槽２１、観察槽２２および排出槽２３は、直径を０．５ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとした。また、供給通路２４および排出通路２５は、幅を０．３ｍｍとし、深さを０．５ｍｍとした。気泡通路３６は、幅を０．５ｍｍとし、深さを０．４５ｍｍとした。供給通路２４は、底部２６を凹曲面に形成するとともに、気泡通路３６との間のガイド条２７の高さを０．１ｍｍとした。気泡通路３６は、観察槽２２の入口側の直前において供給通路２４から分岐する構成とした。
【００６１】
（２）気泡通路３６の処理
気泡通路３６の内壁には、平均粒径４μｍのポリテトラフルオロエチレン微粒子をフッ素系ワニスに均一に混合したものを塗布した。その結果、気泡通路３６の内壁は、撥水層３６１が形成され、水の接触角度が５０°から１５０°に変化した。
【００６２】
（３）電極
ベース５１にはカバー５２を設置した。カバー５２は、ベース５１と同様にガラスで形成した。カバー５２のベース５１側の端面には、電極３１、３２、３３、３４を形成した。電極３１、３２、３３、３４は、厚さ２０ｎｍのＣｒ層、および厚さ１００ｎｍのＡｕ層を順にスパッタリングした後、フォトリソグラフィにより所定の形状に成形した。これにより、電極３１、３２、３３、３４の供給通路２４側の面はＡｕ層となる。電極３１、３２、３３、３４は、図３に示すように先端がｘｙ＝ｋおよびｘｙ＝−ｋ（ｋは定数）で示される曲線状に形成した。
【００６３】
四つの電極３１、３２、３３、３４は、図３に示すようにすべての電極３１、３２、３３、３４に接する仮想円ｃｉの直径が２００μｍとなるように配置した。また、四つの電極３１、３２、３３、３４が観察槽２２に重ならないように配置した。なお、電極３１、３２、３３、３４の中心と、ガイド条２７との位置関係は特に限定されない。
【００６４】
（３）培養条件
ベース５１の貯留槽２１、観察槽２２、排出槽２３、供給通路２４および排出通路２５には、液体の培養液として毛乳頭細胞増殖培地を充填した。培養液で満たされた観察槽２２には、ラット髭毛乳頭細胞を約１０００セル／ウェルの割合で播種した。貯留槽２１から観察槽２２には、２μｌ／ｍｉｎの流速で培養液を供給した。培養液およびマイクロチップ５０は、滅菌された恒温室において３７℃に制御した。これらの条件により観察槽２２に播種された細胞の培養を開始した。
【００６５】
（４）培養および観察
培養開始から観察槽２２の観察を行うまで継続して電極３１、３２、３３、３４に交流を供給した。供給した交流は、電圧を±５Ｖとし、周波数を１ＭＨｚとした。貯留槽２１から観察槽２２へ流入する気泡、および液体から分離される気泡は、四つの電極３１、３２、３３、３４の中心付近、すなわち電場の強度の極小となる領域に収集されるとともに、供給通路２４から気泡通路３６へ排出され続けた。培養開始から５日後に、観察槽２２を顕微鏡で観察した。その結果、観察槽２２には気泡がなく、良好な視界が得られた。これにより、細胞の培養状況は良好であることが確認された。
【００６６】
以上のように、実験例２では、第４実施例のマイクロチップ５０の気泡分離部３０の電極によって培養液から分離された気泡は気泡通路３６から排出可能であることが検証できた。また、第４実施例のマイクロチップ５０を用いて細胞の培養および観察が良好に行えることが検証できた。
【００６７】
（その他の実施例）
以上説明した複数の実施例では、供給通路２４の上方に電極３１、３２、３３、３４を設置する例について説明した。しかし、電極３１、３２、３３、３４は、供給通路２４の上方に限らず、供給通路２４の側方あるいは下方に設置、またはこれらのすべてに設置してもよい。
また、気泡排出部３７についても、供給通路２４の上方、側方、下方のいずれに設置してもよく、またはこれらのすべてに設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施例によるマイクロチップを示す概略図である。
【図２】気泡分離部における電極の配置を例示する曲線群を示す概略図である。
【図３】本発明の第１実施例によるマイクロチップの電極の近傍を拡大した概略図である。
【図４】本発明の第２実施例によるマイクロチップを示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施例によるマイクロチップを示す概略図である。
【図６】本発明の第４実施例によるマイクロチップを示す概略図である。
【図７】本発明の第４実施例によるマイクロチップの供給通路と気泡通路との分岐部分を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０、５０  マイクロチップ、１１、５１  ベース（チップ本体）、１２、５２  カバー（チップ本体）、１３  開口部（排出部）、１４  多孔部（排出部）、２２  観察槽（流体槽）、２４  供給通路、３０  気泡分離部、３１、３２、３３、３４  電極、３５  網状部材（排出部）、３６  気泡通路（排出部）、３７  気泡排出槽（排出部）、５３  開口部（排出部）
【図１】
0004646125.tif 000004
【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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