(57)【要約】【課題】  半導体基板を用いながら多品種を安価に製造できる微小分析用素子を提供する。【解決手段】  半導体基板１１と、半導体基板の一方の表面に接合されたプレート１２とを備える。半導体基板とプレートとの間には、分析対象の液体の流路１３が形成される。プレートには、流路の入口２１〜２４と出口２５とが形成される。半導体基板の表面には、予め想定した複数種類の分析に用いる処理領域(３１〜３８)が形成され、流路１３は、全ての処理領域のうち一部(３１,３４,３６)を介して入口から出口までを接続し、複数種類の分析のうち所望の分析を実現するように形成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面に接合されたプレートとを備え、
前記半導体基板と前記プレートとの間には、分析対象の液体の流路が形成され、
前記プレートには、前記流路の入口と出口とが形成され、
前記半導体基板の前記表面には、予め想定した複数種類の分析に用いる処理領域が形成され、
前記流路は、前記処理領域のうち一部を介して前記入口から前記出口までを接続し、前記複数種類の分析のうち所望の分析を実現するように形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項２】
請求項１に記載の微小分析用素子において、
前記半導体基板の前記表面には、前記流路のための溝が前記処理領域を網羅的に接続するように形成され、
前記溝には、前記所望の分析に不要な処理領域に通じる箇所に、前記液体の流入を遮断する部位が形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項３】
請求項１に記載の微小分析用素子において、
前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記流路のための溝が前記処理領域を網羅的に接続するように形成され、
前記溝には、前記所望の分析に不要な処理領域に通じる箇所に、前記液体の流入を遮断する部位が形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の微小分析用素子において、
前記遮断する部位は、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂により形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の微小分析用素子において、
前記プレートは、熱可塑性樹脂または光可塑性樹脂からなり、
前記遮断する部位は、前記プレートの塑性変形により形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項６】
請求項２に記載の微小分析用素子において、
前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記溝の断面と合致する形状の凸部が予め形成され、
前記遮断する部位は、前記プレートの前記凸部により形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【請求項７】
請求項１に記載の微小分析用素子において、
前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記流路のための溝が前記所望の分析に必要な処理領域のみを接続するように形成される
ことを特徴とする微小分析用素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の分析（液相分析）に用いられる微小分析用素子に関し、特に、血液のような有機分子（例えばＤＮＡやＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類）を含む液体の分析に好適な微小分析用素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロタス（μ-ＴＡＳ；Micro Total Analysis System）や、ラボオンチップ（ＬＯＣ；Lab-on-a-Chip）などと呼ばれる微小分析用素子について、様々な提案がなされている（例えば特許文献１を参照）。この素子は、分析対象の液体が微量で済むという点を特徴とし、微量の液体を基板上の流路に沿って移動させながら、液相分析に必要な処理を順に施すものである。この素子を用いることで、分析時間を大幅に短縮することができ、液体の分析を効率良く行える。さらに、シリコン基板などの半導体基板を用いて微小分析用素子を構成する場合、既に確立された微細加工技術（ＤＲＡＭやＬＳＩやＭＥＭＳなどの形成技術）を利用することにより、同じ素子を容易に大量生産できる。そして、同じ素子を大量生産するなら、素子１個あたりの製造コストを下げることができる。
【特許文献１】特開平８−３３４５０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような素子は、必ずしも大量に必要とされるとは限らない。液体に対する分析の種類は多岐にわたり、様々な要望に沿って多品種の微小分析用素子を少量ずつ要求されることがある。少量ずつ多品目を製造しようとすると、上記の微細加工技術では種類ごとに半導体基板を設計しなければならず、素子１個あたりの製造コストが非常に高くなってしまう。このため、例えば一般の医療現場などにおいて、血液のような有機分子を含む液体の様々な分析を多品種の微小分析用素子により効率良く行うことが望まれても、コスト的に難しかった。
【０００４】
本発明の目的は、半導体基板を用いながら多品種を安価に製造できる微小分析用素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の微小分析用素子は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面に接合されたプレートとを備え、前記半導体基板と前記プレートとの間には、分析対象の液体の流路が形成され、前記プレートには、前記流路の入口と出口とが形成され、前記半導体基板の前記表面には、予め想定した複数種類の分析に用いる処理領域が形成され、前記流路は、前記処理領域のうち一部を介して前記入口から前記出口までを接続し、前記複数種類の分析のうち所望の分析を実現するように形成されるものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微小分析用素子において、前記半導体基板の前記表面には、前記流路のための溝が前記処理領域を網羅的に接続するように形成され、前記溝には、前記所望の分析に不要な処理領域に通じる箇所に、前記液体の流入を遮断する部位が形成されるものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の微小分析用素子において、前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記流路のための溝が前記処理領域を網羅的に接続するように形成され、前記溝には、前記所望の分析に不要な処理領域に通じる箇所に、前記液体の流入を遮断する部位が形成されるものである。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の微小分析用素子において、前記遮断する部位は、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂により形成されるものである。
請求項５に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の微小分析用素子において、前記プレートは、熱可塑性樹脂または光可塑性樹脂からなり、前記遮断する部位は、前記プレートの塑性変形により形成されるものである。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の微小分析用素子において、前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記溝の断面と合致する形状の凸部が予め形成され、前記遮断する部位は、前記プレートの前記凸部により形成されるものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の微小分析用素子において、前記プレートには、前記半導体基板側の表面に、前記流路のための溝が前記所望の分析に必要な処理領域のみを接続するように形成されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の微小分析用素子によれば、半導体基板を用いながら多品種を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の微小分析用素子１０は、図１（平面図），図２（断面図）に示す通り、半導体基板１１とプレート１２とで構成され、プレート１２が半導体基板１１の一方の表面１１Ａに接合されている。半導体基板１１は、シリコンやＧａＡｓなどの半導体材料からなる。プレート１２は、ガラスや樹脂などの絶縁材料からなる。樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)やポリエステル、光硬化ポリマーなどが用いられる。半導体基板１１とプレート１２との接合には、例えば接着剤が用いられる。プレート１２が樹脂製の場合には、接着剤ではなく、半導体基板１１を加熱してプレート１２の接合界面を溶融することにより接合しても良い。
【００１１】
また、微小分析用素子１０には、半導体基板１１とプレート１２との間に、分析対象の液体の流路１３が形成される。流路１３の断面サイズは、マイクロスケールである。分析対象の液体は、例えば血液のような有機分子（例えばＤＮＡやＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類）を含む液体である。微小分析用素子１０は、分析対象の液体が微量で済むという特徴を有する。微小分析用素子１０のうち、プレート１２の構成を図３（斜視図）に示し、半導体基板１１の構成を図４〜図６に示す。
【００１２】
プレート１２には、図１,図３に示す通り、流路１３の入口２１〜２４と出口２５とが形成される。入口２１〜２４は、様々な液体（例えばＤＮＡなどを含む液体サンプルや分析に必要な薬液）を順に注入するための開口である。出口２５は、液体を排出するための開口である。プレート１２は、安価な材料（例えばガラスや樹脂など）からなり、周知の射出成形法や光造形法などを利用して簡単に形成できる。図３では、プレート１２の下側の表面１２Ａが、半導体基板１１の表面１１Ａとの接合面となる。
【００１３】
プレート１２の入口２１〜２４から注入された液体は、流路１３に沿って移動した後、出口２５から排出される。なお、液体の移動には、外部から圧力を掛ける方法や、流路１３の近傍に配置したマイクロポンプ、電圧勾配などが用いられる。
一方、半導体基板１１の表面１１Ａには、図１,図４,図５に示す通り、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域(３１〜３８)が予め形成される。なお、全ての処理領域(３１〜３８)とは、“現存する全ての処理領域”という意味ではなく、“半導体基板１１を設計する際に予め想定した分析（複数種類）の各々を完結させるために必要な全ての処理領域”という意味である。例えば、２種類の分析を予め想定した場合、第１の分析を完結させるために必要な処理領域(１つ以上)と、第２の分析を完結させるために必要な処理領域(１つ以上)とを包括したものが、“全ての処理領域”に対応する。ここで説明する「分析」とは、液体に含まれる成分などの検出や特定や調査のみではなく、液体の混合(反応)や分離なども含む。
【００１４】
そして、上記の流路１３は、図１に示す通り、半導体基板１１に形成された全ての処理領域(３１〜３８)のうち一部の処理領域(３１,３４,３６)を介して、入口２１〜２４から出口２５までを接続し、所望の分析を実現するように形成される。一部の処理領域(３１,３４,３６)は、所望の分析に必要なものである。処理領域(３１〜３８)における処理内容については後で説明する。
【００１５】
また、半導体基板１１の表面１１Ａには、図４,図５に示す通り、上記の流路１３（図１）のための溝４１が、全ての処理領域(３１〜３８)を網羅的に接続するように形成される。ちなみに、全ての処理領域(３１〜３８)と溝４１の形成は、周知の微細加工技術（ＤＲＡＭやＬＳＩやＭＥＭＳ (Micro Electro Mechanical System) などの形成技術）を用いて行われる。
【００１６】
そして、網羅的に形成された溝４１には、図６,図７に示す通り、所望の分析に不要な処理領域(ここでは３２,３３,３５,３７,３８)と通じる箇所に、液体の流入を遮断する部位４２〜４５(以下「遮断部位４２〜４５」という)が形成される。その結果、液体の流入は、所望の分析に必要な処理領域(３１,３４,３６)と通じる箇所のみに制限される。このように、第１実施形態の微小分析用素子１０では、網羅的な溝４１における遮断部位４２〜４５の位置に応じて、上記の流路１３（図１）が形成される。
【００１７】
溝４１の遮断部位４２〜４５は、例えば、ポリスチレンやエポキシなどの熱硬化性樹脂により形成される。この場合、液状の熱硬化性樹脂を溝４１の必要箇所にディスペンサーなどで注入して仮硬化し、その後、プレート１２を接合する際に、熱を加えて本硬化させれば良い。また、溝４１の遮断部位４２〜４５は、エポキシアクリルレートやウレタンアクリルレートなどの光硬化性樹脂により形成することもできる。この場合、同様に、液状の光硬化性樹脂をディスペンサーなどで注入して仮硬化し、その後、プレート１２を接合する際に、紫外光を照射して本硬化させれば良い。
【００１８】
半導体基板１１の処理領域(３１〜３８)について説明する。処理領域(３１〜３８)には、例えば、液体を混合(反応)させる３種類の混合領域３１〜３３と、液体を分離させる２種類の分離領域３４,３５と、液体に含まれる何らかの成分（例えばＤＮＡの塩基配列）を検出する３種類の検出領域３６〜３８とが設けられる。各々の領域３１〜３８は、電極３９を有している。ただし、電極３９を省略した場合にも本発明を適用できる。
【００１９】
混合領域３１〜３３としては、例えば図８(ａ)に示す通り、Ｙ字型の流路１３Ａ〜１３Ｃを用いることができる。この場合、流路１３Ａ,１３Ｂの各々を介して異なる種類の液体を合流させ、合流によって２種類の液体を混合させる。より均一に混合させるため、合流後の流路１３Ｃの底面に小さな棒状の障害４５（図８(ｂ)）を配置したり、斜め方向や横方向のスジ状の障害４６,４７（図８(ｃ),(ｄ)）などを配置して、乱流を発生させることが好ましい。
【００２０】
また、電極３９(図１参照)を介して混合領域内の流路１３を加熱し、対流によって液体を均一に混合させるようにしても良い。さらに、マグネティックスターラをマイクロマシン化して混合領域内の流路１３に設置し、攪拌によって液体を均一に混合させるようにすることも考えられる。この場合、マイクロマシンの静電アクチュエータへの通電が、電極３９(図１参照)を介して行われる。
【００２１】
分離領域３４,３５としては、例えば図９に示す通り、流路１３Ｄの側面に２つの電極４８を対向配置し、その間に電極３９(図１参照)を介して電圧を印加し、電界により液体を分離することが考えられる。この場合、液体のプラスイオンとマイナスイオンを別々の分岐流路１３Ｅ,１３Ｆに導くことができる。
また、例えば図１０(ａ),(ｂ)に示す通り、流路１３Ｇの中にイオン交換樹脂４９を配置し、これに液体のプラスイオンとマイナスイオンとの何れか一方を吸着させて、他方を通過させるような分離方法も考えられる。さらに、分離領域内の流路１３での逆浸透を利用して液体を分離することもできる。また、ＭＥＭＳ技術によりマイクロマシン化した遠心分離器を分離領域内の流路１３に設置してもよい。
【００２２】
検出領域３６〜３８としては、例えば電流検出方式のＤＮＡセンサを流路１３の中に設置することが考えられる。電流検出方式のＤＮＡセンサには、例えばＭＯＳ−ＦＥＴやＪ−ＦＥＴに類似した構造を有するものがある（特開２００３−４３０１０号公報など）。この場合、ゲートに相当する部分にＤＮＡを固定化して、ソース・ドレイン間に相当する部分の電気特性を測定することにより、指標のＤＮＡと検出対象のＤＮＡとの相補結合を検出できる。
【００２３】
また、電流検出方式のＤＮＡセンサには、他に、ＤＮＡの相補結合処理の後にインターカレータ(二本鎖部位と特異的に結合する挿入剤)を添加し、電流値を測定するものがある（東芝レビュー Vol.57 No.1(2002) p.29-32など）。この場合、検出領域内の流路１３には、ＤＮＡ固定用の電極と、電流値測定用の電極とが配置される。
さらに、検出領域３６〜３８としては、電流検出方式のＤＮＡセンサに限らず、蛍光検出方式のＤＮＡセンサを流路１３の中に設置しても良い。蛍光検出方式の場合、検出領域内の流路１３にＤＮＡのトラップ部位のみを設け、外部の光学顕微鏡などを用いてＤＮＡの蛍光を検出しても良い。また、検出対象はＤＮＡに限らず、ＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類を検出可能なセンサを流路１３に配置しても良い。
【００２４】
その他、イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ；Ion Sensitive Field Effect Transistor）を流路１３に設置して、液体中の血漿のｐＨ,Ｎａ+,Ｋ+などを検出しても良い。表面プラズモン共鳴(ＳＰＲ)を利用したセンサを流路１３に設置して、液体の屈折率変化などを検出しても良い。また、液体クロマトグラフィによる分離の後に所望の成分の検出を行っても良い。キャピラリー電気泳動による分離の後に所望の成分の検出を行っても良い。
【００２５】
第１実施形態の微小分析用素子１０では、半導体基板１１を設計する際に、上記した様々な処理領域の中から、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域（ここでは例えば３種類の混合領域３１〜３３と２種類の分離領域３４,３５と３種類の検出領域３６〜３８）を選択し、これを表面１１Ａに予め形成する。さらに、これら全ての処理領域(３１〜３８)を網羅的に接続するように、溝４１（図４,図５参照）を形成する。その形成には周知の微細加工技術が用いられ、同じ構成の（つまり処理領域(３１〜３８)と網羅的な溝４１を有する）半導体基板１１を容易に大量生産できる。
【００２６】
そして、要望により、複数種類の分析のうち所望の分析（以下「第１分析」という）を実現するため、網羅的に形成された溝４１のうち“第１分析に不要な処理領域(例えば３２,３３,３５,３７,３８)と通じる箇所”に、遮断部位４２〜４５を形成する（図６,図７の状態）。遮断部位４２〜４５の形成は、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いて容易に行える。このため、網羅的な溝４１における遮断部位４２〜４５の位置に応じて、第１分析に必要な流路１３（図１）を容易に形成することができる。
【００２７】
第１実施形態の微小分析用素子１０では、プレート１２の入口２１〜２４から注入された微量の液体を流路１３に沿って移動させながら、第１分析に必要な処理を順に施す（例えば混合領域３１→分離領域３４→検出領域３６）ことができ、検出後の液体をプレート１２の出口２５から排出する。したがって、分析時間を大幅に短縮することができ、第１分析を効率良く行える。なお、分析対象の液体を注入する前に、必要に応じて、界面活性剤（例えばミセル水溶液）などを注入し、流路１３に化学修飾を施すことが好ましい。
【００２８】
さらに、上記とは別の要望により、複数種類の分析のうち第１分析とは異なる分析（以下「第２分析」という）を実現するためには、既に設計された同じ構成の半導体基板１１を用い、網羅的に形成された溝４１のうち“第２分析に不要な処理領域と通じる箇所”に、同様の遮断部位を形成すれば良い。このため、網羅的な溝４１における遮断部位の位置に応じて、第２分析に必要な流路（第１分析に必要な上記の流路１３とは異なる流路）を容易に形成できる。この場合、微量の液体に対する第２分析を効率良く行える。
【００２９】
このように、第１実施形態では、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域(３１〜３８)と網羅的な溝４１とを備えた同じ構成の半導体基板１１を使い回すことで、分析の種類ごとに半導体基板１１を設計する必要がなくなり、微小分析用素子１０の１個あたりの製造コストを確実に抑えることができる。微小分析用素子１０のプレート１２は分析の種類ごとに流路の入口や出口の配置を変更しなければならないが、その設計変更によるコスト増加は僅かである。したがって、半導体基板１１を用いながら多品種を安価に製造できる。
【００３０】
このため、例えば一般の医療現場などにおいて、安価な多品種の微小分析用素子１０により、例えば血液のような有機分子（例えばＤＮＡやＲＮＡなどの核酸や蛋白質を含めた塩基類）を含む液体の多様な分析を効率良く行うことが可能となる。安価な多品種の微小分析用素子１０は、一般の医療現場に限らず、薬品開発や、環境分析、研究用途などにも有効である。分析に必要な処理としては、上記した「混合(反応)→分離→検出」に限らず、混合(反応)と分離と検出とのうち何れか１つを含むものであれば良い。
【００３１】
また、半導体基板１１の表面１１Ａに混合領域と分離領域と検出領域との全てを配置する必要はなく、設計の際に予め想定した複数種類の分析に応じて、必要な処理領域（混合領域と分離領域と検出領域とのうち少なくとも１種類）を半導体基板１１の表面１１Ａに配置すればよい。同じ構成の処理領域を２つ以上配置しても良い。同じ構成の処理領域（２つ以上）を介して１本の流路を接続することで、分析精度を向上させることが可能となる。同じ構成の処理領域（２つ以上）は並列処理に使うこともできる。
【００３２】
さらに、半導体基板１１の表面１１Ａに検出領域を配置し、検出領域内の流路に上述した電流検出方式のＤＮＡセンサを設置する場合、このＤＮＡセンサは蛋白質センサとして使うこともできるため、ＤＮＡを含む液体の分析と、蛋白質を含む液体の分析とで、検出領域を共用することができる。この場合、検出領域の他に、ＤＮＡを含む液体に適した処理領域と蛋白質を含む液体に適した処理領域とを予め別々に配置しておき、要望に応じて流路により検出領域(ＤＮＡセンサを含む)と接続することが好ましい。
【００３３】
ここで、第１実施形態の微小分析用素子１０の具体的な適用例を説明する。この具体例は「ＤＮＡの分析」と「血漿の分析」とを想定したものである。この場合、図１１（模式図）に示す通り、半導体基板１１の表面には、混合領域５１,５２,５４と分離領域５３,５５と洗浄領域５６と検出領域５７,５８とが予め配置される。また、図示省略したが、半導体基板１１の表面には、これら全ての領域５１〜５８を網羅的に接続するように溝が形成される。
【００３４】
さらに、分離領域５３,５５内の流路には、マイクロマシン化された遠心分離器が設置される。この遠心分離器は「ＤＮＡの分析」と「血漿の分析」とで共用可能である。検出領域５７内の流路には、電流検出方式のＤＮＡセンサが設置される。検出領域５８内の流路には、イオン感応電界効果トランジスタが設置される。つまり、２つの検出領域５７,５８には検出対象と検出方式の異なるセンサがそれぞれ設置される。
【００３５】
そして、図１１の構成の半導体基板１１を用いて「ＤＮＡの分析」を実現させる場合は、網羅的な溝(不図示)のうち「ＤＮＡの分析」に不要な処理領域(つまり検出領域５８)と通じる箇所に遮断部位を形成し、図１２(ａ)に示す通り「入口５０→混合領域５１→混合領域５２→分離領域５３→混合領域５４→分離領域５５→洗浄領域５６→検出領域５７→出口５９」のように流路（ここでは矢印により図示）を形成して、微小分析用素子を完成させる。この素子では、次のようにして「ＤＮＡの分析」が行われる。なお、検出領域５７内の流路に設置されたＤＮＡセンサには、予め指標となるＤＮＡが固定される。
【００３６】
採取した血液（０.５ml）を入口５０から取り込む。混合領域５１では、血液に１ml のＤＮＡzol BD（Invitrogen,USA）を加えて混和させ、混合液を生成する。混合領域５２では、混合液にイソプロパノールを加えてＤＮＡを沈殿させ、ＤＮＡと不純物との混合液を生成する。分離領域５３では、遠心分離器によりＤＮＡを分離させる。混合領域５４では、遠心分離後のＤＮＡに上記と同様のＤＮＡzol BD を０.５ml 加えて懸濁させ、ＤＮＡとＤＮＡzol BDとの混合液を生成する。分離領域５５では、遠心分離器によりＤＮＡを分離させる。洗浄領域５６では、分離後のＤＮＡを７５％エタノールにより洗浄し、検出対象のＤＮＡを得る。検出領域５７では、電流検出方式のＤＮＡセンサにより、指標のＤＮＡと検出対象のＤＮＡとの相補結合を検出する。検出後の液体は、出口５９から排出される。なお、ＤＮＡzol BD などの薬液の添加は、入口５０から順に行っても良いし、不図示の他の入口を用いてもよい。図１２(ａ)の微小分析用素子によれば、血液を入口５０から注入するだけで、そこに含まれる検出対象のＤＮＡと指標ＤＮＡとの相補結合を簡単に検出でき、「ＤＮＡの分析」を効率良く行える。
【００３７】
一方、図１１の構成の半導体基板１１を用いて「血漿の分析」を実現させる場合は、網羅的な溝(不図示)のうち「血漿の分析」に不要な処理領域（つまり混合領域５１,５２,５４,分離領域５５,洗浄領域５６,検出領域５７）と通じる箇所に遮断部位を形成し、図１２(ｂ)に示す通り「入口５０→分離領域５３→検出領域５８→出口５９」のように流路（ここでは矢印により図示）を形成して、微小分析用素子を完成させる。この素子では、次のようにして「血漿の分析」が行われる。
【００３８】
採取した血液を入口５０から取り込む。分離領域５３では、遠心分離器により血漿を分離させる。検出領域５８では、流路内に設置されたイオン感応電界効果トランジスタにより、血漿のｐＨ,Ｎａ+,Ｋ+などを検出する。検出後の液体は、出口５９から排出される。図１２(ｂ)の微小分析用素子によれば、血液を入口５０から注入するだけで、そこに含まれる血漿のｐＨ,Ｎａ+,Ｋ+などを簡単に検出でき、「血漿の分析」を効率良く行える。
【００３９】
上記の具体例によれば、「ＤＮＡの分析」と「血漿の分析」に必要な全ての処理領域(５１〜５８)と網羅的な溝(不図示)とを備えた同じ構成(図１１)の半導体基板１１を使い回すことで、分析の種類ごとに半導体基板１１を設計する必要がなくなり、素子１個あたりの製造コストを確実に抑えることができる。各素子のプレートは分析の種類ごとに流路の入口(５０)や出口(５９)の配置を変更しなければならないが、その設計変更によるコスト増加は僅かである。したがって、半導体基板１１を用いながら多品種を安価に製造できる。
【００４０】
なお、上記の具体例では、検出領域５７内のＤＮＡセンサに予め指標のＤＮＡを固定したが、例えば検出領域５７に直結している他の入口から薬液を注入することにより、指標のＤＮＡの固定化処理を行ってもよい。この場合には固定化処理の後に、採取した血液を入口５０から注入させてＤＮＡ検出を行う。１回のＤＮＡ検出後に剥離液を導入して、検出領域５７内のＤＮＡを取り除くことで、同様の検出を繰り返し行うことができる。
【００４１】
また、上記の具体例では、素子内で血液からＤＮＡを抽出して検出領域５７に導いたが、血液からＤＮＡを抽出する処理については予め素子外で行い、得られた検出対象のＤＮＡを検出領域５７に導入してもよい。
さらに、上記した第１実施形態では、半導体基板１１の網羅的な溝４１（図４,図５）に熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂からなる遮断部位（例えば図６,図７の遮断部位４２〜４５）を設け、所望の分析に必要な処理領域（例えば図１の混合領域３１,分離領域３４,検出領域３６）を流路１３で接続したが、本発明はこれに限定されない。
【００４２】
例えば図１３に示す通り、プレート１２の半導体基板１１側の表面１２Ａ（つまり半導体基板１１の表面１１Ａとの接合面）に、溝４１の断面と合致する形状の凸部６１〜６４を射出成形法や光造形法などにより予め形成し、プレート１２を半導体基板１１と接合する際に、凸部６１〜６４を溝４１に嵌め込み密着させても良い。この場合、凸部６１〜６４により溝４１の遮断部位が形成される。
【００４３】
また、図１３のように凸部６１〜６４を予めプレート１２に形成する方法の他、次のような方法も考えられる。つまり、プレート１２を熱可塑性樹脂または光可塑性樹脂で構成し、プレート１２を半導体基板１１と接合する際、必要箇所に対する加熱または光照射を行って圧力を加え、プレート１２を塑性変形させても良い。この場合、プレート１２の塑性変形により溝４１の遮断部位が形成される。
【００４４】
さらに、上記した第１実施形態では、プレート１２において分析の種類ごとに流路の入口や出口の配置を変更する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば図１４に示す通り、流路の入口や出口として想定される全ての箇所に予め開口２６を設けておき（図１４では１６箇所）、分析の種類に応じて対応箇所の開口２６を流路の入口や出口として使用しても良い。この場合、所望の分析に不要な開口２６を放置しても構わないが、不要な開口２６を塞ぐことによりゴミの混入を防止できる。このように、想定される全ての開口２６を予め設けておく場合には、プレート１２の設計も半導体基板１１と同様に１回で済む。したがって、多品種の微小分析用素子をより安価に製造できる。
（第２実施形態）
第２実施形態の微小分析用素子は、図１５に示す半導体基板７１と図１６〜図１９に示すプレート７２とで構成され、上記した第１実施形態の網羅的な溝４１（図４,図５）と同様の網羅的な溝７３をプレート７２の一方の表面７２Ａに形成したものである。また、プレート７２には、図１４の開口２６と同様の開口７４が、後述する流路の入口や出口として想定される全ての箇所（図１６では１６箇所）に予め形成されている。プレート７２の材料と形成方法は、上記したプレート１２と同様である。
【００４５】
半導体基板７１は、図１５に示す通り、一方の表面に、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域(３１〜３８)が予め形成され、各々の領域３１〜３８に電極３９が設けられる。なお、処理領域(３１〜３８)における処理内容は第１実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。半導体基板７１の材料と形成方法は、上記した半導体基板１１と同様である。第２実施形態でも、同じ構成の（つまり処理領域(３１〜３８)を有する）半導体基板７１を容易に大量生産できる。
【００４６】
そして、第２実施形態の微小分析用素子では、プレート７２の表面７２Ａに形成された網羅的な溝７３（図１６,図１７）のうち、所望の分析に不要な処理領域（例えば図１５の処理領域３３,３５,３７,３８）と通じる箇所に、図１８,図１９の遮断部位７５が形成される（図１８では８箇所）。その結果、所望の分析に必要な処理領域（例えば図１５の処理領域３１,３２,３４,３６）と通じる箇所のみに液体の流入を制限できる。遮断部位７５の形成は、上記した遮断部位４２〜４５と同様である。
【００４７】
遮断部位７５としての熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂を仮硬化した後、プレート７２の表面７２Ａを半導体基板７１の一方の表面（処理領域(３１〜３８)の形成面）に接合し、上記の樹脂を本硬化させると、プレート７２と半導体基板７１との間に図２０,図２１の流路７６が形成され、第２実施形態の微小分析用素子７０が完成する。プレート７２と半導体基板７１との接合方法は、第１実施形態と同様である。
【００４８】
図２０に示す通り、分析対象の液体の流路７６は、網羅的な溝７３（図１６,図１７）における遮断部位７５の位置に応じて、全ての処理領域(３１〜３８)のうち一部の処理領域(３１,３２,３４,３６)を介して所望の分析を実現するように形成される。また、プレート７２の複数(図では１６個)の開口７４のうち分析に必要な箇所のものが流路７６の入口や出口として使用される。
【００４９】
したがって、第２実施形態の微小分析用素子７０では、プレート７２の入口(７４)から注入された微量の液体（例えば血液のようなＤＮＡを含む液体）を流路７６に沿って移動させながら、所望の分析に必要な処理を順に施す（例えば混合領域３１→混合領域３２→分離領域３４→検出領域３６）ことができ、検出後の液体をプレート７２の出口(７４)から排出する。したがって、分析時間を大幅に短縮することができ、所望の分析を効率良く行える。
【００５０】
さらに、上記とは別の要望により、複数種類の分析のうち上記とは異なる分析を実現するためには、既に設計された同じ構成の半導体基板７１（図１５）を用い、網羅的に形成された溝７３（図１６,図１７）のうち“当該分析に不要な処理領域と通じる箇所”に、同様の遮断部位を形成すれば良い。このため、網羅的な溝７３における遮断部位の位置に応じて、当該分析に必要な流路（上記の流路７６とは異なる流路）を容易に形成できる。この場合、微量の液体に対する別の分析を効率良く行える。
【００５１】
このように、第２実施形態では、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域(３１〜３８)を備えた同じ構成の半導体基板７１を使い回すことで、分析の種類ごとに半導体基板７１を設計する必要がなくなり、微小分析用素子７０の１個あたりの製造コストを確実に抑えることができる。また、網羅的な溝７３をプレート７２の表面７２Ａに設けるため、半導体基板７１の構成が簡素化し、その製造が容易になる。さらに、プレート７２のうち流路７６の入口や出口として想定される全ての箇所に予め開口７４を設けるため、プレート７２の設計も半導体基板７１と同様に１回で済む。したがって、半導体基板７１を用いながら多品種の微小分析用素子を安価に製造することができる。
【００５２】
なお、上記した第２実施形態では、プレート７２の網羅的な溝７３に熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂からなる遮断部位７５を設けたが、本発明はこれに限定されない。例えば、プレート７２を熱可塑性樹脂または光可塑性樹脂で構成し、プレート７２を半導体基板７１と接合する際、必要箇所に対する加熱または光照射を行って圧力を加え、プレート７２の溝７３の部分を塑性変形させても良い。この場合、プレート７２の塑性変形により溝７３の遮断部位７５が形成される。
（第３実施形態）
第３実施形態の微小分析用素子は、上記した図１５の半導体基板７１（既に説明済み）と、図２２,図２３に示すプレート８２とで構成される。プレート８２には、一方の表面８２Ａ（つまり半導体基板７１との接合面）に、後述する流路８６のための溝８３が、所望の分析に必要な処理領域（例えば図１５の処理領域３１,３２,３４,３６）のみを接続するように形成される。また、プレート８２には、溝８３の端部（５箇所）に、流路８６の入口や出口となる開口８４が形成される。プレート８２の材料と形成方法は、上記のプレート１２と同様である。
【００５３】
そして、プレート８２の表面８２Ａを半導体基板７１の一方の表面（図１５の処理領域(３１〜３８)の形成面）に接合させると、プレート８２と半導体基板７１との間に図２４,図２５の流路８６が形成され、第３実施形態の微小分析用素子８０が完成する。プレート８２と半導体基板７１との接合方法は、第１実施形態と同様である。
図２４に示す通り、分析対象の液体の流路８６は、溝８３（図２２,図２３）の形状に応じて、全ての処理領域(３１〜３８)のうち一部の処理領域(３１,３２,３４,３６)を介して所望の分析を実現するように形成される。また、プレート８２の複数(図では５個)の開口８４が、流路８６の入口や出口として使用される。
【００５４】
したがって、第３実施形態の微小分析用素子８０では、プレート８２の入口(８４)から注入された微量の液体（例えば血液のようなＤＮＡを含む液体）を流路８６に沿って移動させながら、所望の分析に必要な処理を順に施す（例えば混合領域３１→混合領域３２→分離領域３４→検出領域３６）ことができ、検出後の液体をプレート８２の出口(８４)から排出する。したがって、分析時間を大幅に短縮することができ、所望の分析を効率良く行える。
【００５５】
さらに、上記とは別の要望により、複数種類の分析のうち上記とは異なる分析を実現するためには、既に設計された同じ構成の半導体基板７１（図１５）を用い、また、分析の種類（分析に必要な処理領域の位置）に応じて溝８３の形状と開口８４の配置を変更したものを用いれば良い。このため、変更後の溝の形状に応じて、当該分析に必要な流路（上記の流路８６とは異なる流路）を容易に形成できる。この場合、微量の液体に対する別の分析を効率良く行える。
【００５６】
このように、第３実施形態では、予め想定した複数種類の分析に必要な全ての処理領域(３１〜３８)を備えた同じ構成の半導体基板７１を使い回すことで、分析の種類ごとに半導体基板７１を設計する必要がなくなり、微小分析用素子８０の１個あたりの製造コストを確実に抑えることができる。微小分析用素子８０のプレート８２は分析の種類ごとに溝の形状や流路の入口や出口の配置を変更しなければならないが、その設計変更によるコスト増加は僅かである。したがって、半導体基板７１を用いながら多品種の微小分析用素子を安価に製造することができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、半導体基板１１に流路用の溝４１を設ける例と、プレート７２,８２に流路用の溝７３,８３を設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されない。流路用の溝は、半導体基板とプレートとの双方に設けてもよい。
【００５７】
また、上記した実施形態では、予め想定した複数種類の分析のうち１種類を実現するように１本の流路を形成したが、同時に２種類以上の分析を実現するように２本以上の流路を形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施形態の微小分析用素子１０の構成を示す平面模式図である。
【図２】第１実施形態の微小分析用素子１０の構成を示す断面模式図である。
【図３】プレート１２の構成を示す斜視図である。
【図４】半導体基板１１の構成を示す平面模式図である。
【図５】半導体基板１１の構成を示す断面模式図である。
【図６】遮断部位４２〜４５を有する半導体基板１１の構成を示す平面模式図である。
【図７】遮断部位４２〜４５を有する半導体基板１１の構成を示す断面模式図である。
【図８】混合領域３１〜３３の一例を説明する図である。
【図９】分離領域３４,３５の一例を説明する図である。
【図１０】分離領域３４,３５の他の例を説明する図である。
【図１１】半導体基板１１の具体例を説明するブロック図である。
【図１２】「ＤＮＡの分析」と「血漿の分析」を実現する場合の流路（液体の流れ）を説明するブロック図である。
【図１３】変形例のプレート１２を説明する斜視図である。
【図１４】別の変形例のプレート１２を説明する平面図である。
【図１５】第２実施形態の微小分析用素子の半導体基板７１の構成を示す平面模式図である。
【図１６】第２実施形態の微小分析用素子のプレート７２の構成を示す平面模式図である。
【図１７】第２実施形態の微小分析用素子のプレート７２の構成を示す断面模式図である。
【図１８】遮断部位７５を有するプレート７２の構成を示す平面模式図である。
【図１９】遮断部位７５を有するプレート７２の構成を示す断面模式図である。
【図２０】第２実施形態の微小分析用素子７０の構成を示す平面模式図である。
【図２１】第２実施形態の微小分析用素子７０の構成を示す断面模式図である。
【図２２】第３実施形態の微小分析用素子のプレート８２の構成を示す平面模式図である。
【図２３】第３実施形態の微小分析用素子のプレート８２の構成を示す断面模式図である。
【図２４】第３実施形態の微小分析用素子８０の構成を示す平面模式図である。
【図２５】第３実施形態の微小分析用素子８０の構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０，７０，８０  微小分析用素子
１１，７１  半導体基板
１２，７２，８２  プレート
１３，７６，８６  流路
２１〜２４  入口
２５  出口
２６，７４，８４  開口
３１〜３３，５１,５２,５４  混合領域
３４，３５，５３,５５  分離領域
３６〜３８，５７,５８  検出領域
３９  電極
４１，７３，８３  溝
４２〜４５，７５  遮断部位
５６  洗浄領域
６１〜６４  凸部
【図１】
2005201682.tif 000003
【図２】
2005201682.tif 000004
【図３】
2005201682.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005201682.tif 000007
【図６】
2005201682.tif 000008
【図７】
2005201682.tif 000009
【図８】
2005201682.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005201682.tif 000016
【図１５】
2005201682.tif 000017
【図１６】
2005201682.tif 000018
【図１７】
2005201682.tif 000019
【図１８】
2005201682.tif 000020
【図１９】
2005201682.tif 000021
【図２０】
2005201682.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
2005201682.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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