(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側から他方側に液体を送液するマイクロ流路デバイスであって、
基板と、
前記基板上に被膜され、特定温度以上になるときに疎水性となり、前記特定温度より低くなるときに親水性となる性質を有する温度応答性高分子膜と、
前記温度応答性高分子膜の少なくとも一部である加熱領域を前記特定温度以上に加熱して、前記加熱領域を親水性領域から疎水性領域に変換し、前記疎水性領域に囲まれた親水性流路、及び前記親水性領域に囲まれた前記疎水性流路の少なくともいずれか一方を形成する加熱手段と、
前記加熱手段を制御する加熱制御部とを備えることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記温度応答性高分子膜は、マトリックス状の複数の微小エリアで構成されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記加熱手段は、前記複数の微小エリアのそれぞれに対向するように配された複数のヒータであり、
前記加熱制御部は、前記複数のヒータをそれぞれ制御することを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記基板は、前記複数のヒータから前記温度応答性高分子膜に向かう厚み方向への熱伝導性が、前記厚み方向に直交する平面方向よりも優れている異方性の基板であることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記加熱手段は、前記微小エリアに対して、レーザ光を照射して加熱させるレーザ光源であり、
前記加熱制御部は、前記レーザ光源を制御することを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記基板及び前記温度応答性高分子膜を２つ備え、前記温度応答性高分子膜が前記液体を間に挟んだ状態で、一定の距離を空けて対向配置されていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記温度応答性高分子膜の加熱状態を測定する温度測定部を備えていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記温度測定部による測定結果に基づいて、前記加熱手段をフィードバック制御する制御部を備えていることを特徴とするマイクロ流路デバイス。
【請求項９】
一方側から他方側に液体を送液する液体の送液方法であって、
基板上に被膜され、特定温度を境にして親水性と疎水性とが反転する性質を有する温度応答性高分子膜上に前記液体を供給する供給工程と、
前記温度応答性高分子膜を前記特定温度以上に加熱して、親水性領域と疎水性領域とを区分けして流路パターンを形成し、前記流路パターンに沿って前記液体を送液させる加熱工程とを備え、
前記加熱工程は、温度応答性高分子膜の全面領域をマトリックス状に複数に小分けした各微小エリアのうち、所望する微小エリアのみを加熱することを特徴とする液体の送液方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体の送液方法において、
前記加熱工程は、前記流路パターンを前記一端側から前記他端側に向けて複数形成すると共にこれら複数の流路パターンを途中で合流させるように、前記微小エリアを加熱することを特徴とする液体の送液方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の液体の送液方法において、
前記加熱工程は、一定距離を空けた状態で平行に前記疎水性領域が形成されるように、前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱して前記流路パターンを形成する一次加熱工程と、
前記一次加熱工程後、前記一端側において前記流路パターンを横切るように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアが前記他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを他端側に向けて順次特定温度以上に加熱させる二次加熱工程とを備えていることを特徴とする液体の送液方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の液体の送液方法において、
前記加熱工程は、一定距離を空けた状態で平行に前記疎水性領域が形成されるように、前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱して前記流路パターンを形成する一次加熱工程と、
前記一次加熱工程後、前記一端側及び前記他端側の両端において、前記流路パターンを横切るように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱する二次加熱工程と、
前記二次加熱工程後、一定時間経過した後に、二次加熱工程時で加熱した微小エリアの加熱を停止して前記特定温度以下にさせる加熱停止工程とを備えていることを特徴とする液体の送液方法。
【請求項１３】
請求項９に記載の液体の送液方法において、
前記加熱工程の際に、前記液体の周囲を囲むように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアが前記他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを他端側に向けて順次特定温度以上に加熱させることを特徴とする液体の送液方法。
【請求項１４】
請求項９から１３のいずれか１項に記載の液体の送液方法において、
前記温度応答性高分子膜を、前記液体を間に挟んで一定の距離を空けて対向するように２つ配置した状態で、前記供給工程及び前記加熱工程をそれぞれ行うことを特徴とする液体の送液方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応原液、希釈液、反応生成物溶液、検査原液、緩衝液、血液、体液、細胞を含んだ溶液やタンパク質等の有機化合物を含んだ溶液等の各種の液体を、所望する方向に送液させるマイクロ流路デバイス及び液体の送液方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造技術等が進歩することで、近年、微小な構造や機械、さらにはシステム等の技術分野が注目されている。また、これらの技術分野を用いて、微小な流路（マイクロ流路）やチャンバ、ポンプ等を製作し、化学実験や環境分析等に応用され始めている。そうすることで、例えば、化学実験において、実験装置類のマイクロ化により、試料や廃液を少なくでき反応の高速化を図ることができると共に、爆発等の危険が伴うものであったとしても、安全に実験することができる。
特に、創薬研究の分野において、タンパク質の発現・機能解析やスクリーニング等が、創薬に直結する重要なテーマとされている。そのため、ハンドリングせずに、例えば、まず、細胞を流して所定の位置に持っていき、その細胞に向けてタンパク質を含む溶液を送液させたりすることが求められている。
【０００３】
このような装置として、微小な流体、例えば、液滴状の溶液を送液することが可能なマイクロ流路を備えたマイクロ流路デバイスが知られている。このマイクロ流路デバイスは、サンプル溶液等を反応槽に供給して化学反応させるための手段としてマイクロ流路を利用している。また、マイクロ流路デバイスは、さらにサンプル溶液の種類に応じて該溶液の切り替えを行えるように、バルブ等の切替手段も備えている。
【０００４】
ところで、サンプル溶液等の液体を送液するマイクロ流路としては、様々なものが現在提供されている。例えば、表面張力を利用して液体を一方向に送液するマイクロ液滴輸送デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このマイクロ液滴輸送デバイスは、親水面と疎水面とで構成された流路を備えており、親水面に対して疎水面を除した値を、上流から下流に向けて連続的に増加させている。このマイクロ液滴輸送デバイスによれば、上流から下流に向けて親水面の割合が徐々に増加するので、液体、即ち、マイクロ液体が流路に沿って送液される。
【０００５】
また、同様に親水領域と疎水領域とで流路を形成して、該流路に沿って液体を送液する微小流路システムや液体輸送デバイス（例えば、特許文献２及び３参照）も知られている。更に、流路が微小な複数の単位ブロックに小分けされ、これら単位ブロックをユーザが任意に組み合わせて所望するパターンとなるように流路を形成するものも知られている。
【特許文献１】特開２００５−７４４号公報
【特許文献２】特開２００５−２７０９２５号公報
【特許文献３】特開２０００−４２４０２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、上記従来のマイクロ流路では、以下の課題が残されていた。
即ち、従来のマイクロ流路は、予め設計段階で決めたパターン、若しくは、ユーザが予め任意に選択したパターン通りに、流路パターンが形成されるので、液滴や液体をそのパターン通りにしか送液することができない。ここで、サンプル溶液等の分析や実験を行う際に、例えば、多角的な反応や複数の反応を行わせるために、流路パターンを変化させたいというニーズがあるが、従来のものはこのようなニーズに応えることができない。そのため、複数の異なるパターンのマイクロ流路を予め多数用意し、分析や実験の用途に応じて、その都度取り替える必要があった。そのため、手間と時間がかかると共に、使い難く、効率のよい分析、実験を行うことができなかった。
【０００７】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、用途に応じて流路パターンを自在に変化させて対応することができ、簡便で使い易いマイクロ流路デバイス及び液体の送液方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のマイクロ流路デバイスは、一方側から他方側に液体を送液するマイクロ流路デバイスであって、基板と、該基板上に被膜され、特定温度を境にして親水性と疎水性とが反転する性質を有すると共に前記液体が供給されてくる温度応答性高分子膜と、該温度応答性高分子膜を前記特定温度以上に加熱して、親水性領域と疎水性領域とを区分けさせる加熱手段とを備え、該加熱手段が、前記加熱を行う際に、前記温度応答性高分子膜の全面領域をマトリックス状に複数に小分けした各微小エリアのうち、所望する微小エリアのみを加熱するマイクロ流路デバイスを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、基板上に被膜された温度応答性高分子膜（例えば、ＰＩＰＡＡｍ；ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）上の一端側に、分析や実験の対象物である液体が供給されてくる。また、これと同時に加熱手段によって、温度応答性高分子膜を特定温度（例えば、３２℃）以上に加熱する。この際、温度応答性高分子膜の全面領域をマトリックス状（格子状）に複数小分けした各微小エリアのうち、所望する微小エリアのみを加熱する。これにより、温度応答性高分子膜は、加熱された部分のみが親水性から疎水性に切り替わる。つまり、温度応答性高分子膜には、所望する微小エリアに沿って疎水性領域が形成される。
【００１０】
そして、この疎水性領域を、例えば、一定の間隔を空けた状態で平行に並んで形成することで、親水性領域を間に挟んだ状態で２つの疎水性領域を形成することができる。これにより、温度応答性高分子膜の一端側に供給されてくる液体を、この２つの疎水性領域で挟まれた親水性領域に沿わせながら他端側に向けて送液することができる。つまり、液体は、疎水性領域に触れた時点で弾かれて再度親水性領域側に戻ってくるので、結果的に親水性領域に沿って進むことになる。
また、油性の液体の場合には、疎水性領域上を流れる性質を有しているので、疎水性領域を１つ形成すれば良い。この場合には、油性の液体は、親水性領域に触れた時点で弾かれて疎水性領域側に戻ってくるので、結果的に疎水性領域に沿って進む。
【００１１】
いずれの場合にしても、加熱手段により温度応答性高分子膜の選択した微小エリアを特定温度以上に加熱することで、親水性領域と疎水性領域とで形成される流路を作ることができる。特に、加熱するだけで、容易且つ自在に所望するパターンの流路を形成することができるので、用途に応じて予め複数パターンの流路を用意していた従来のものとは異なり、分析や実験の用途等に応じて、その都度流路パターンを変化させて対応することができる。また、分析や実験中であっても、流路パターンを刻々と変化させることもできる。
このように、本発明に係るマイクロ流路デバイスによれば、用途に応じて流路パターンを自在に変化させて対応することができるので、簡便で使い易く、効率のよい分析、実験を行うことができる。
【００１２】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のマイクロ流路デバイスにおいて、前記加熱手段が、前記複数の微小エリアのそれぞれに対向するように配された複数のヒータと、該複数のヒータをそれぞれ制御する加熱制御部とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、加熱制御部により各ヒータをそれぞれ制御することで、温度応答性高分子膜の所望する各微小エリアのみを、正確に加熱することができる。つまり、各ヒータが発した熱は、それぞれのヒータに対向するように配された各微小エリアに伝わって、これら微小エリアを局所的に加熱する。よって、各微小エリアのみを正確に加熱することができる。よって、温度応答性高分子膜に、親水性領域と疎水性領域とからなる流路パターンを容易且つ確実に形成することができる。
【００１４】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のマイクロ流路デバイスにおいて、前記基板が、前記ヒータから前記温度応答性高分子膜に向かう厚み方向への熱伝導性が、該厚み方向に直交する平面方向よりも優れている異方性の基板であることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、基板が熱伝導性の異なる異方性の基板、即ち、厚み方向への熱伝導性が平面方向よりも優れている基板であるので、ヒータが発した熱は、基板を通過して温度応答性高分子膜に伝わる際に、水平方向に対して拡散し難い。よって、より確実に所望する各微小エリアのみを局所的に加熱でき、余分な領域を加熱してしまうことを防止できる。その結果、流路パターンを狙い通り高精度に形成することができる。
【００１６】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のマイクロ流路デバイスにおいて、前記加熱手段が、前記所望する微小エリアに対して、レーザ光を照射して加熱させるレーザ光源と、該レーザ光源を制御する加熱制御部とを備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、加熱制御部によりレーザ光源を制御してレーザ光を狙い通りに照射させることで、温度応答性高分子膜の所望する各微小エリアのみを、局所的に加熱することができる。これにより、温度応答性高分子膜に、親水性領域と疎水性領域とからなる流路パターンを容易且つ確実に形成することができる。特に、レーザ光を利用するので、基板から離間した位置からでも、熱応答性高分子膜に対して熱を局所的に正確に与えることができる。そのため、基板とレーザ光源とを近接した位置に配置する必要がないので、設計の自由度を向上することができる。
【００１８】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のいずれかのマイクロ流路デバイスにおいて、前記基板及び前記温度応答性高分子膜を２つ備え、該温度応答性高分子膜が前記液体を挟んだ状態で、一定の距離を空けて対向配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、２つの温度応答性高分子膜が一定の距離を空けて対向するように配置されているので、液体を両温度応答性高分子膜の間に挟み込んだ状態で送液することができる。よって、液体の流路抵抗を減らすことができ、より正確に液体を流路パターンに沿って送液させることができると共に、より速やかに送液を行うことができる。
【００２０】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のいずれかのマイクロ流路デバイスにおいて、前記温度応答性高分子膜の加熱状態を測定する温度測定部を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、温度測定部により熱応答性高分子膜の加熱状態を測定することで、加熱手段によって加熱された場所が、狙い通りに正確に加熱されているか否かを判断することができる。つまり、親水性領域と疎水性領域とからなる流路パターンが正確に形成されているか否かを判断することができる。よって、より高精度な流路パターン形成に繋げることができる。
【００２２】
また、本発明のマイクロ流路デバイスは、上記本発明のマイクロ流路デバイスにおいて、前記温度測定部による測定結果に基づいて、前記加熱手段をフィードバック制御する制御部を備えていることを特徴とするものである。  
【００２３】
この発明に係るマイクロ流路デバイスにおいては、制御部が温度測定部で測定された測定結果に基づいて、加熱手段をフィードバック制御するので、仮に何らかの原因により加熱手段で加熱した通りに温度応答性高分子膜が加熱されていなかったり、加熱温度が特定温度に達していなかったりしたとしても、これらの不具合を解消することができる。その結果、より高精度且つ確実に流路パターンを形成することができる。
【００２４】
また、本発明の液体の送液方法は、一方側から他方側に液体を送液する液体の送液方法であって、基板上に被膜され、特定温度を境にして親水性と疎水性とが反転する性質を有する温度応答性高分子膜上に液体を供給する供給工程と、前記温度応答性高分子膜を前記特定温度以上に加熱して、親水性領域と疎水性領域とを区分けして流路パターンを形成し、該流路パターンに沿って前記液体を送液させる加熱工程とを備え、該加熱工程が、温度応答性高分子膜の全面領域をマトリックス状に複数に小分けした各微小エリアのうち、所望する微小エリアのみを加熱することを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る液体の送液方法においては、まず、供給工程により、基板上に被膜された温度応答性高分子膜（例えば、ＰＩＰＡＡｍ；ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド）上の一端側に、分析や実験の対象物である液体を供給する。
また、この供給工程と同時に、温度応答性高分子膜を特定温度（例えば、３２℃）以上に加熱する加熱工程を行う。この際、温度応答性高分子膜の全面領域をマトリックス状（格子状）に複数小分けした各微小エリアのうち、所望する微小エリアのみを加熱する。これにより、温度応答性高分子膜は、加熱された部分のみが親水性から疎水性に反転して切り替わる。つまり、温度応答性高分子膜には、所望する微小エリアに沿って疎水性領域が形成される。
【００２６】
そして、この疎水性領域を、例えば、一定の間隔を空けた状態で平行に並んで形成することで、親水性領域を間に挟んだ状態で２つの疎水性領域を形成することができる。これにより、温度応答性高分子膜の一端側に供給された液体を、この２つの疎水性領域で挟まれた親水性領域に沿わせながら他端側に向けて送液することができる。つまり、液体は、疎水性領域に触れた時点で弾かれて再度親水性領域側に戻ってくるので、結果的に親水性領域に沿って進むことになる。
また、油性の液体の場合には、疎水性領域上を流れる性質を有するので、疎水性領域を１つ形成すれば良い。この場合には、油性の液体は、親水性領域に触れた時点で弾かれて疎水性領域側に戻ってくるので、結果的に疎水性領域に沿って進むことになる。
【００２７】
いずれの場合にしても、加熱工程により温度応答性高分子膜の選択した微小エリアを特定温度以上に加熱することで、親水性領域と疎水性領域とで形成される流路を作ることができる。特に、加熱するだけで、容易且つ自在に所望するパターンの流路を形成することができるので、用途に応じて予め複数パターンの流路を用意していた従来のものとは異なり、分析や実験等の用途に応じて、その都度流路パターンを変化させて対応することができる。また、分析や実験中であっても、流路パターンを刻々と変化させることもできる。
このように、本発明に係る液体の送液方法によれば、用途に応じて流路パターンを自在に変化させて対応することができるので、簡便で使い易く、効率のよい分析、実験を行うことができる。
【００２８】
また、本発明の液体の送液方法は、上記本発明の液体の送液方法において、前記加熱工程が、前記流路パターンを前記一端側から前記他端側に向けて複数形成すると共にこれら複数の流路パターンを途中で合流させるように、前記微小エリアを加熱することを特徴とするものである。
【００２９】
この発明に係る液体の送液方法においては、複数の流路パターンが途中で合流されているので、種類の異なる液体を途中で混合させた後、他端側に送液させたり、最初の液体を他端側に送液した後、必要に応じて次の液体を送液させたりすることができる。このように、より多角的な分析や実験等を行うことができる。
【００３０】
また、本発明の液体の送液方法は、上記本発明の液体の送液方法において、前記加熱工程が、一定距離を空けた状態で平行に前記疎水性領域が形成されるように、前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱して前記流路パターンを形成する一次加熱工程と、該一次加熱工程後、前記一端側において前記流路パターンを横切るように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアが前記他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを他端側に向けて順次特定温度以上に加熱させる二次加熱工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係る液体の送液方法においては、まず、一次加熱工程により、一定距離を空けた状態で平行に疎水性領域が形成されるように微小エリアを加熱する。これにより、親水性領域を挟んで２つの疎水性領域を形成でき、一端側から他端側に向かう流路パターンを形成することができる。これにより、液体は、この流路パターンに沿って他端側に送液される。
【００３２】
更に、この一次加熱工程の後、一端側において流路パターンを横切るように微小エリアを加熱して疎水性領域を形成すると共に、この加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを、他端側に向けて順次特定温度以上に加熱する二次加熱工程を行う。これにより、流路パターンを横切る疎水性領域を、流路パターンの一端側から他端側に徐々に移動させることができる。その結果、流路パターンに沿って送液されている液体を、一端側から他端側に向けて押し出すことができる。よって、液体を流路パターン上に残すことなく、完全に他端側に向けて押し出して送液させることができる。そのため、無駄なく液体を送液でき、ランニングコストの低減化を図ることができる。
【００３３】
また、本発明の液体の送液方法は、上記本発明の液体の送液方法において、前記加熱工程が、一定距離を空けた状態で平行に前記疎水性領域が形成されるように、前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱して前記流路パターンを形成する一次加熱工程と、該一次加熱工程後、前記一端側及び前記他端側の両端において、前記流路パターンを横切るように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱する二次加熱工程と、該二次加熱工程後、一定時間経過した後に、二次加熱工程時で加熱した微小エリアの加熱を停止して前記特定温度以下にさせる加熱停止工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００３４】
この発明に係る液体の送液方法においては、一次加熱工程により、一定距離を空けた状態で平行に疎水性領域が形成されるように微小エリアを加熱する。これにより、親水性領域を挟んで２本の疎水性領域を形成でき、一端側から他端側に向かう流路パターンを形成することができる。これにより、液体はこの流路パターンに沿って他端側に送液される。
【００３５】
更に、この一次加熱工程の後、一端側及び他端側の両端において、流路パターンを横切るように微小エリアを加熱して疎水性領域を形成する二次加熱工程を行う。これにより、送液されていた液体は、前後が塞がれた閉塞状態となるので、送液が停止されてその場に留まった状態となる。これにより、例えば、液体として血液を採用した場合には、この時点で凝集が始まり、血液成分の中の固体成分のみが流路パターンに沈殿して固まる。
次いで、一定時間（例えば、凝集が終了するまでの間）経過した後、二次加熱工程で加熱した微小エリアの加熱を停止させて、流路パターンの閉塞状態を解く加熱停止工程を行う。これにより、血液成分のうち、凝集された固体成分を除く液体成分（血漿成分）のみが、再度流路パターンに沿って他端側に送液される。その結果、容易且つ確実に血漿成分を血液から分離して取り出しながら送液を行うことができる。
このように、液体の送液を一時的に停止させることで、単に液体を送液させるだけでなく、同時に途中で各種の処理を行うこともできる。
【００３６】
また、本発明の液体の送液方法は、上記本発明の液体の送液方法において、前記加熱工程の際に、前記液体の周囲を囲むように前記微小エリアを前記特定温度以上に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアが前記他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを他端側に向けて順次特定温度以上に加熱させることを特徴とするものである。
【００３７】
この発明に係る液体の送液方法においては、加熱工程の際、マトリックス状に小分けされた複数の微小エリアのうち、液体の周囲を囲む位置にある微小エリアを特定温度以上に加熱する。これにより、液体は、周囲が疎水性領域に囲まれるので、液滴状態となって保持される。次いで、この加熱した微小エリアに隣接する微小エリアを、他端側に向けて順次特定温度以上に加熱する。つまり、液体を囲んだ疎水性領域がそのままの状態で、他端側に移動した状態となる。その結果、液滴状の液体を、他端側に向けて送液することができる。特に、液体を必要な量だけ液滴状態で送液できるので、液体を無駄に使用することがなく、より効率良く分析や実験等を行うことができる。
【００３８】
また、本発明の液体の送液方法は、前記温度応答性高分子膜を、前記液体を間に挟んで一定の距離を空けて対向するように２つ配置した状態で、前記滴下工程及び前記加熱工程をそれぞれ行うことを特徴とする液体の送液方法。
【００３９】
この発明に係る液体の送液方法においては、温度応答性高分子膜を、液体を間に挟んで一定の距離を空けて対向するように、２つ配置した状態で送液を行うので、液体を両温度応答性高分子膜の間に挟み込んだ状態で送液することができる。よって、液体の流路抵抗を減らすことができ、より正確に液体を流路パターンに沿って送液させることができると共に、より速やかに送液を行うことができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係るマイクロ流路デバイス及び液体の送液方法によれば、用途に応じて流路パターンを自在に変化させて対応することができるので、簡便で使い易く、効率のよい分析、実験を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明に係るマイクロ流路デバイス及び液体の送液方法の第１実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態のマイクロ流路デバイス１は、一方側から他端側に液体Ｗを送液するものである。具体的には、例えば一端側に位置する図示しない供給口から供給された液体Ｗを、他端側に位置する図示しない反応槽に向けて送液し、反応槽を利用して液体Ｗの分析や実験等を行うものである。なお、液体Ｗとしては、例えば、反応原液、希釈液、反応性生成物溶液、検査原液、緩衝液、アナライト液、血液、体液や細胞を含む溶液やタンパク質等の有機化合物を含む溶液等である。
【００４２】
本実施形態のマイクロ流路デバイス１は、図１に示すように、マイクロチップ２と、制御用基板３とを重ね合わせて構成されている。また、流路用基板（基板）５と、該流路用基板５上に被膜され、特定温度である３２℃を境にして親水性と疎水性とが反転する性質を有すると共に、液体Ｗが供給されてくる温度応答性ポリマー（温度応答性高分子膜）６と、該温度応答性ポリマー６を３２℃以上に加熱して、親水性領域と疎水性領域とを区分けさせる加熱手段７とを備えている。
【００４３】
流路用基板５は、上面視略四角状に形成されており、該流路用基板５の上面全体に亘って、均等の厚さの温度応答性ポリマー６が被膜されている。この温度応答性ポリマー６は、相転移温度である３２℃を境にして、親水性と疎水性とが反転する高分子、例えば、ポリ−Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＰＩＰＡＡｍ）である。これら流路用基板５及び温度応答性ポリマー６は、上記マイクロチップ２を構成している。
【００４４】
加熱手段７は、上記加熱を行う際に、図２に示すように、温度応答性ポリマー６の全面領域をマトリックス状（格子状）に小分けした各微小エリアＥのうち、所望する微小エリアＥのみを加熱するものである。即ち、加熱手段７は、図１及び図３に示すように、複数の微小エリアＥのそれぞれに対向するように配された複数のヒータ１０と、該複数のヒータ１０をそれぞれ制御するヒータ制御部（加熱制御部）１１とを備えている。
【００４５】
複数のヒータ１０は、流路用基板５と同じ形状、サイズに形成された制御基板１２内にマトリックス状に組み込まれている。また、これら複数のヒータ１０は、ヒータ制御部１１にそれぞれ電気的に接続されており、該ヒータ制御部１１によってそれぞれ作動が制御されている。
制御基板１２上には、図１に示すように、組み込まれた複数のヒータ１０を保護する保護膜１３が施されている。また、制御基板１２の下面には、蓄熱基板１４を介してフィン等の放熱機構１５が取り付けられている。これにより、制御基板１２の放熱性を高めて、加熱を希望しないヒータ１０に過度に熱が篭らないようになっている。
なお、これら制御基板１２、保護膜１３、蓄熱基板１４及び放熱機構１５は、マイクロチップ２の下面側に重ね合わされる上記制御用基板３を構成している。
【００４６】
また、本実施形態のマイクロ流路デバイス１は、流路用基板５及び温度応答性ポリマー６からなるマイクロチップ２と制御用基板３とを、それぞれ２つ備えており、各温度応答性ポリマー６が液体Ｗを間に挟んだ状態で、一定の距離を空けて対向配置されている。なお、このもう一方のマイクロチップ２及び制御用基板３を、天板用マイクロチップ２’及び天板用制御用基板３’と称する。
【００４７】
次に、このように構成されたマイクロ流路デバイス１を利用して、供給口から供給されてきた液体Ｗを一方側から反応槽のある他端側に向けて液体の送液方法により送液し、反応槽にて液体Ｗを分析又は実験する場合について説明する。
本実施形態の液体の送液方法は、温度応答性ポリマー６上に液体Ｗを供給する供給工程と、温度応答性ポリマー６の選択した微小エリアＥを３２℃以上に加熱して、親水性領域Ｓ１と疎水性領域Ｓ２とを区分けして流路パターンＰを形成し、該流路パターンＰに沿って液体Ｗを送液させる加熱工程とを備えている。なお、上述したように本実施形態では、温度応答性ポリマー６を、液体Ｗを間に挟んで一定の距離を空けて対向するように２つ配置した状態で滴下工程及び加熱工程を行う。
これら各工程について、以下に詳細に説明する。
【００４８】
まず、図示しない供給口からサンプルとなる液体Ｗを供給することで、図１に示すように、温度応答性ポリマー６上の一端側に該液体Ｗを供給させる。この供給工程によって、天板用マイクロチップ２’及びマイクロチップ２の両温度応答性ポリマー６の間に液体Ｗが流れてくる。
また、これと同時に加熱手段７によって、天板用マイクロチップ２’及びマイクロチップ２の温度応答性ポリマー６を共に３２℃以上に加熱する。具体的には、図２及び図３に示すように、制御基板１２の内部にマトリックス状に組み込まれた複数のヒータ１０のうち、一端側から基端側に向かって一定距離離間して平行に並んだヒータ１０を加熱する。これらヒータ１０が発する熱は、保護膜１３及び流路用基板５を介して、加熱されたヒータ１０にそれぞれ対向配置された温度応答性ポリマー６の微小エリアＥをそれぞれ加熱させる。
【００４９】
これにより、温度応答性ポリマー６は、加熱された微小エリアＥのみが親水性から疎水性に反転して切り替わる。その結果、図２に示すように、温度応答性ポリマー６に親水性領域Ｓ１を挟んで２つの疎水性領域Ｓ２がライン状に形成され、一端側から他端側に向かう流路パターンＰが形成される。よって、供給口から一端側に流れてきた液体Ｗは、２つの疎水性領域Ｓ２で挟まれた親水性領域Ｓ１に沿いながら、一端側から他端側に向けて送液される。つまり、液体Ｗは、疎水性領域Ｓ２に触れた時点で弾かれて再度親水性領域Ｓ１側に戻ってくるので、結果的に親水性領域Ｓ１に沿って進むことになる。  
また、液体Ｗは、天板用マイクロチップ２’とマイクロチップ２との間に挟まれているので、流路抵抗が極力低減された状態となる。よって、より正確に流路パターンＰに沿って液体Ｗを送液することができると共に、より速やかに送液を行うことができる。
【００５０】
このように、加熱手段７により温度応答性ポリマー６の選択した微小エリアＥを３２℃以上に加熱することで、親水性領域Ｓ１と疎水性領域Ｓ２とで形成される流路パターンＰを作ることができる。特に、加熱するだけで、容易且つ自在に所望するパターンの流路を形成することができるので、用途に応じて予め複数パターンの流路を用意していた従来のものとは異なり、分析や実験の用途に応じてその都度流路パターンＰを変化させて対応することができる。また、分析や実験中であっても、流路パターンＰを刻々と変化させることもできる。
【００５１】
上述したように、本実施形態のマイクロ流路デバイス１及び液体の送液方法によれば、用途に応じて流路パターンＰを自在に変化させて対応することができるので、簡便で使い易く、反応槽等を利用して効率の良い分析や実験等を行うことができる。
【００５２】
なお、上記第１実施形態では、単に一端側から他端側に向けて直線状の流路パターンＰを形成したが、この場合に限られるものではない。
例えば、流路パターンＰに沿って送液されている液体Ｗを、一端側から他端側に向けて押し出すように流路パターンＰを形成しても構わない。
即ち、この場合の液体の送液方法は、加熱工程が、一定距離を空けた状態で平行に疎水性領域Ｓ２が形成されるように、微小エリアＥを３２℃以上に加熱して流路パターンＰを形成する一次加熱工程と、該一次加熱工程後、一端側において流路パターンＰを横切るように微小エリアＥを３２℃以上に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアＥが他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアＥに隣接する微小エリアＥを他端側に向けて順次３２℃以上に加熱させる二次加熱工程とを備えている。
【００５３】
上述したように、まず一次加熱工程を行うことで、図４（ａ）に示すように、上記第１実施形態と同様に一端側から他端側に向かう流路パターンＰを形成することができる。これにより、液体Ｗは、この流路パターンＰに沿って他端側に送液される。
ここで、上記二次加熱工程を行うことで、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、流路パターンＰを横切る疎水性領域Ｓ２を、流路パターンＰの一端側から他端側に向けて徐々に移動させることができる。その結果、流路パターンＰに沿って送液されている液体Ｗを、一端側から他端側に向けて押し出すことができる。よって、液体Ｗを流路パターンＰ上に残すことなく、完全に他端側に向けて押し出して送液を行うことができる。そのため、無駄なく液体Ｗを送液でき、ランニングコストの低減化を図ることができる。
【００５４】
また、上記第１実施形態において、流路パターンＰに沿って送液されている液体Ｗを、一旦、一定時間の間だけ流れを止め、その後、再度送液を開始するように流路パターンＰを形成しても構わない。
即ち、この場合の液体の送液方法は、加熱工程が、一定距離を空けた状態で平行に疎水性領域Ｓ２が形成されるように、微小エリアＥを３２℃以上に加熱して流路パターンＰを形成する一次加熱工程と、該一次加熱工程後、一端側及び他端側の両端において流路パターンＰを横切るように、微小エリアＥを３２℃以上に加熱する二次加熱工程と、該二次加熱工程後、一定時間経過した後に、二次加熱工程で加熱した微小エリアＥの加熱を停止して３２℃以下にさせる加熱停止工程とを備えている。
【００５５】
この液体の送液方法について、液体Ｗとして血液を採用した場合を例にしてより具体的に説明する。  
まず一次加熱工程を行うことで、図５（ａ）に示すように、上記第１実施形態と同様に一端側から他端側に向かう流路パターンＰを形成することができる。これにより血液Ｗは、この流路パターンＰに沿って他端側に送液される。次いで、二次加熱工程を行うことで、図５（ｂ）に示すように、流路パターンＰの両端において流路パターンＰを横切るように微小エリアＥが加熱されるので、流路パターンＰが塞がれた状態となる。よって、送液されていた血液Ｗは、送液が停止されてその場に留まった状態となる。これにより、血液Ｗは凝集が始まる。
【００５６】
次いで、この状態が続くと、図５（ｃ）に示すように、凝集が進んで血液成分の中の固体成分Ｗ１のみが流路パターンＰに沈殿して固まる。そして、一定時間経過した後、二次加熱工程で加熱した微小エリアＥの加熱を停止させて、流路パターンＰの閉塞状態を解く加熱停止工程を行う。これにより、図５（ｄ）に示すようイ、血液成分のうち凝集された固体成分Ｗ１の除く液体成分（血漿成分）のみが、再度流路パターンＰに沿って他端側に送液される。
その結果、容易且つ確実に血漿成分のみ血液Ｗから分離して取り出しながら送液を行うことができる。このように、液体Ｗの送液を一時的に停止させることで、単に液体Ｗを送液させるだけでなく、同時に途中で各種の処理を行うことができる。
【００５７】
また、上記第１実施形態では流路パターンＰを１つだけ形成したが、この場合に限られず、例えば、加熱工程の際に、流路パターンＰを一端側から他端側に向けて複数形成すると共にこられ複数の流路パターンＰを途中で合流させるように微小エリアＥを加熱しても構わない。
例えば、図６に示すように、図示しない２つの供給口にそれぞれ繋がるように、一端側に２つの流路パターンＰを形成すると共に、これら２つの流路パターンＰを途中で合流させて、他端側に位置する図示しない反応槽に繋げても構わない。
こうすることで、２つの供給口からそれぞれ供給された種類の異なる液体Ｗを途中で混合させた後に、他端側に送液させたり、最初の液体Ｗを他端側に送液した後、必要に応じて次の液体Ｗを送液させたりすることができる。このように、より多角的な分析や実験等を行うことができる。
【００５８】
なお、この場合において図７に示すように、２つの流路パターンＰのうち、一方の流路パターンＰを、合流させる前に閉塞するように微小エリアＥを加熱しても構わない。こうすることで、他方の流路からの逆流を確実に防止することができる。
【００５９】
更に、上記第１実施形態では、流路パターンＰに沿って液体Ｗを切れ目なく送液させたが、この場合に限られず、例えば、液滴状態で液体Ｗを送液させても構わない。
この場合の液体の送液方法は、加熱工程の際に、液体Ｗの周囲を囲むように、微小エリアＥを３２℃以上の温度に加熱すると共に、これら加熱した微小エリアＥが他端側に向けて徐々に移動するように、加熱した微小エリアＥに隣接する微小エリアＥを他端側に向けて順次３２℃以上に加熱させる。
【００６０】
即ち、図８に示すように、加熱工程の際に、マトリックス状に小分けされた複数の微小エリアＥのうち、液体Ｗの周囲を囲む位置にある微小エリアＥを３２℃以上に加熱する。これにより、液体Ｗは、周囲が疎水性領域Ｓ２に囲まれるので、液滴状態となって保持される。次いで、この加熱した微小エリアＥに隣接する微小エリアＥを、他端側に向けて順次３２℃以上に加熱する。これにより、液体Ｗを囲んだ疎水性領域Ｓ２がそのままの状態で、他端側に移動した状態となる。その結果、液滴状の液体Ｗを、疎水性領域Ｓ２で囲みながら他端側に向けて送液することができる。
特に、液体Ｗを必要な量だけ液滴状態で送液できるので、液体Ｗを無駄に使用することがなく、より効率良く分析や実験等を行うことができる。
【００６１】
また、この送液方法によれば、各種の細胞に対して薬剤等の液体を投与した後、該薬剤に耐性のある細胞のみを、他の細胞と区別して取り出すようなことにも応用することができる。つまり、耐性のある細胞のみを、液滴状の溶液に含ませた状態で取り出して観察したり、これとは逆に、死んだ細胞のみを液滴状の溶液に含ませた状態で取り出して排除したりすることも可能である。このように、多種多様の観察に応用することが可能である。
【００６２】
次に、本発明に係るマイクロ流路デバイスの第２実施形態を、図９を参照して説明する。なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、温度応答性ポリマー６が被膜される流路用基板５が単なる基板であったのに対し、第２実施形態のマイクロ流路デバイス２０の流路用基板２１は、複数のヒータ１０から温度応答性ポリマー６に向かう厚み方向Ｘへの熱伝導性が、厚み方向Ｘに直交する平面方向Ｙよりも優れている異方性の基板である点である。
【００６３】
即ち、本実施形態のマイクロチップ２２を構成する流路用基板２１は、内部に複数の金属板や金属細線等の熱伝導体２３が埋め込まれている。この熱伝導体２３は、表面に平行な方向が厚み方向Ｘに向くように配された状態で、平面方向Ｙに微小な距離を空けて複数配置されている。そのため、流路用基板２１をヒータ１０の熱が通過する際に、熱伝導体２３の表面を通って厚み方向Ｘに伝わり易い。即ち、ヒータ１０からの熱は、流路用基板２０の平面方向Ｙに拡散し難い。よって、より確実に所望する各微小エリアＥのみを局所的に加熱でき、余分な領域を加熱してしまうことを防止できる。その結果、流路パターンＰを狙い通り、高精度に形成することができる。
【００６４】
次に、本発明に係るマイクロ流路デバイスの第３実施形態を、図１０を参照して説明する。なお、この第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第１実施形態では、ヒータ１０により温度応答性ポリマー６を加熱したが、第３実施形態では、レーザ光Ｌにより温度応答性ポリマー６の微小エリアＥを加熱する点である。
【００６５】
即ち、本実施形態のマイクロ流路デバイス３０は、加熱手段３１が、温度応答性ポリマー６の微小エリアＥに対して、レーザ光Ｌを照射して加熱させるレーザ光源３２と、該レーザ光源３２を制御するレーザ制御部（加熱制御部）３３とを備えている。レーザ光源３２は、流路用基板５から離間した位置に配置されており、所望する微小エリアＥに対して、周期的にレーザ光Ｌを照射して、３２℃以上に加熱している。
【００６６】
このように構成されたマイクロ流路デバイス３０においても、上記第１実施形態のマイクロ流路デバイス１と同様の作用効果を奏することができる。
特に、レーザ光Ｌを利用するので、流路用基板５から離間した位置からでも、温度応答性ポリマー６に対して熱を局所的に正確に与えることができる。そのため、流路用基板５とレーザ光源３２とを、近接した位置に配置する必要がないので、設計の自由度を向上することができる。
【００６７】
次に、本発明に係るマイクロ流路デバイスの第４実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、この第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、マイクロチップ２と制御用基板３とを重ね合わせることで、マイクロ流路デバイス１を構成していたが、第４実施形態のマイクロ流路デバイス４０は、温度応答性ポリマー６とヒータ１０とが１枚の基板、即ち、マイクロチップ４１内に組み込まれている点である。
即ち、本実施形態のマイクロ流路デバイス４０は、図１１に示すように、流路用基板５上に、複数のヒータ１０がマトリックス状に配された制御基板１２が積層されている。また、この制御基板１２上に、保護膜１３を介して温度応答性ポリマー６が被膜されている。そして、これら流路用基板５、制御基板１２、保護膜１３及び温度応答性ポリマー６により、マイクロチップ４１を構成している。
【００６８】
このように構成されたマイクロ流路デバイス４０に関しても、上記第１実施形態のマイクロ流路デバイス１と同様の作用効果を奏することができる。それに加え、第１実施形態のように、マイクロチップ２と制御用基板３とを重ね合わせる必要がないので、構成の簡略化を図ることができる。
【００６９】
次に、本発明に係るマイクロ流路デバイスの第５実施形態を、図１２を参照して説明する。なお、この第５実施形態においては、第４施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
第５実施形態と第４実施形態との異なる点は、第４実施形態では、単にヒータ１０により温度応答性ポリマー６を加熱する構成であったが、第５実施形態のマイクロ流路デバイス５０は、温度応答性ポリマー６の実際の加熱状況を検知して温度調整を行う点である。
【００７０】
即ち、本実施形態のマイクロ流路デバイス５０は、温度応答性ポリマー６の加熱状態を測定する温度測定部５１と、該温度測定部５１による測定結果に基づいて、加熱手段７をフィードバック制御する制御部５２とを備えている。
温度測定部５１は、例えば、温度応答性ポリマー６内の各微小エリアＥにそれぞれ埋め込まれた図示しない温度センサに基づいて、温度応答性ポリマー６の各微小エリアＥの温度をそれぞれ検知しており、その結果を制御部５２に出力している。制御部５２は、温度測定部５１からの測定結果を受けて、加熱されたヒータ１０に対向する微小エリアＥが確実に３２℃以上の温度に達しているか否か、また、加熱を希望しない微小エリアＥが周囲の温度の影響により３２℃以上の温度に上昇していないか等を判断する。
【００７１】
仮に、加熱したい微小エリアＥが、３２℃以上に達してしない場合には、該当するヒータ１０の温度を上げるようにヒータ制御部１１を制御する。また、加熱したくない微小エリアＥが３２℃以上に達していた場合には、加熱されている周囲の微小エリアＥの温度を若干下げるようにヒータ制御部１１を制御する。
【００７２】
このように、制御部５２が温度測定部５１で測定された測定結果を受けて、ヒータ制御部１１をフィードバック制御できるので、温度応答性ポリマー６の各微小エリアＥを正確に温度コントロールすることができる。その結果、より高精度且つ確実に流路パターンＰを形成することができる。
【００７３】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【００７４】
例えば、油性の液体Ｗの場合には、疎水性領域Ｓ２上を流れる性質を有しているので、図１３に示すように、温度応答性ポリマー６の選択した微小エリアＥを加熱して疎水性領域Ｓ２を１つ形成すれば良い。この場合には、油性の液体Ｗは、親水性領域Ｓ１に触れた時点で弾かれて疎水性領域Ｓ２側に戻ってくるので、結果的に疎水性領域Ｓ２に沿って進む。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの構成図である。
【図２】図１に示すマイクロ流路デバイスを構成する温度応答性ポリマーを上方から見た図であって、流路パターンに沿って液体を送液している状態を示す図である。
【図３】図２に示す状態の温度応答性ポリマー及びヒータが内蔵された制御基板の断面図である。
【図４】図１に示すマイクロ流路デバイスを利用して、液体を他端側に向けて押し出すように流路パターンを変化させている状態を示す図である。
【図５】図１に示すマイクロ流路デバイスを利用して、液体である血液を送液している最中に、流路パターンの両端を一旦閉塞させ、一定時間経過後に閉塞を解いて、再度送液を行っている状態を示す図である。
【図６】図１に示すマイクロ流路デバイスを利用して、２つを途中で１つに合流させた流路パターンにより送液を行っている状態を示す図である。
【図７】図６において、２本の流路パターンのうち、一方を途中で閉塞させた状態を示す図である。
【図８】図１に示すマイクロ流路デバイスを利用して、液体の周囲を囲むように疎水性領域を形成して、液体を液滴状態のまま送液している状態を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスの構成図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るマイクロ流路デバイスの構成図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るマイクロ流路デバイスの構成図である。
【図１２】本発明の第５実施形態に係るマイクロ流路デバイスの構成図である。
【図１３】図１に示すマイクロ流路デバイスにより、油性の液体を送液している状態を示す図であって、温度応答性ポリマーの微小エリアを加熱して疎水性領域を形成し、該疎水性領域上に沿って液体を送液している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
Ｅ    微小エリア
Ｌ    レーザ光
Ｐ    流路パターン
Ｓ１    親水性領域
Ｓ２    疎水性領域
Ｗ    液体
１、２０、３０、４０、５０    マイクロ流路デバイス
５    流路用基板（基板）
６    温度応答性ポリマー（温度応答性高分子膜）
７、３１    加熱手段
１０    ヒータ
１１    ヒータ制御部（加熱制御部）
３２    レーザ光源
３３    レーザ制御部（加熱制御部）
５１    温度測定部
５２    制御部
【図１】
0004634309.tif 000002
【図２】
0004634309.tif 000003
【図３】
0004634309.tif 000004
【図４】
0004634309.tif 000005
【図５】
0004634309.tif 000006
【図６】
0004634309.tif 000007
【図７】
0004634309.tif 000008
【図８】
0004634309.tif 000009
【図９】
0004634309.tif 000010
【図１０】
0004634309.tif 000011
【図１１】
0004634309.tif 000012
【図１２】
0004634309.tif 000013
【図１３】
0004634309.tif 000014