(57)【要約】【課題】少量の試液を用いて試験を行うことができ、試液の移動量を正確に制御することが可能で精度のよい試験を行うこと。【解決手段】試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、チップには、流路の少なくとも１ヵ所に試液を注入するための注入口ＡＴ１が設けられ、流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の加熱部ＫＮ１〜３が設けられ、マイクロポンプＭＰ１が設けられ、マイクロポンプの内部および液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、流路において試液と駆動液との間には気体が封入されて試液と駆動液とが直接に接しないようになっており、マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して駆動液を正逆方向に搬送することによって、気体を介して試液を流路内において正逆方向に流通させ、試液を試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップに形成された流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、
前記チップには、
前記流路の少なくとも１ヵ所に前記試液を注入するための注入口が設けられ、
前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、
前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、
前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、
前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、
前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成されている、
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項２】
前記チップは、
前記試液を流通させるための第１の流路が設けられた処理用チップと、
前記駆動液を搬送するための第２の流路、前記試験部、および前記マイクロポンプが設けられた駆動用チップと、を有し、
前記処理用チップと前記駆動用チップとが互いに着脱可能であり、
前記第１の流路と前記第２の流路との接続部には前記気体が流通するように構成されている、
請求項１記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項３】
前記試験部は、互いに温度の異なる３つの加熱部であり、
前記試液を前記３つの加熱部にわたっって順次繰り返して移動させるように構成されている、
請求項１または２記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項４】
前記流路には、前記試液を収納するための３つの試液チャンバーが、前記３つの加熱部の位置に対応して設けられ、
前記試液を前記３つの試液チャンバー内に順次収納されるように移動させることが可能に構成されている、
請求項３記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項５】
前記３つの試液チャンバーは、それらの容積が互いに同じであり、且つ１回当たりに注入される前記試液の容量よりも大きい容積に設定されている、
請求項４記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項６】
前記マイクロポンプの駆動による１回当たりの前記駆動液の搬送容量は、前記試液チャンバーの容積と２つの試液チャンバー間を接続する流路の容積との合計に等しくなるように設定されている、
請求項５記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項７】
前記試液チャンバーには、前記試液が収納されているか否かを検出するための２つの電極が設けられてなる、
請求項４ないし６のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項８】
前記試液チャンバーの間を接続する流路の内周面には、撥水処理または撥油処理が施されている、
請求項４ないし７のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項９】
前記流路の他端部側において、前記流路に注入された試液が前記マイクロポンプの側へ移動するときに当該流路に気体を供給するための気体室が設けられてなる、
請求項１ないし８のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１０】
前記気体室は、少なくとも１つの壁面が可撓性を有して変形自在なフィルム状体からなっている、
請求項９記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１１】
前記マイクロポンプの前記試液とは反対側の前記液体出入口に接続される流路には、前記マイクロポンプから搬送される駆動液を収納するための駆動液室が設けられてなる、
請求項１ないし９のいずれかに記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１２】
前記駆動液室は、少なくとも１つの壁面が可撓性を有して変形自在なフィルム状体からなっている、
請求項１１記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１３】
チップに形成された流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、
前記チップには、
前記試液を収納するための１つの試液チャンバーが設けられ、
前記試液チャンバーは、複数の処理室に区分されており、
前記試液チャンバー内の試液に対する試験を行うための、前記複数の処理室に対応した試験部が設けられ、
前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、
前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、
前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、
前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記試液チャンバー内において移動させ、これによって、前記試液が前記複数の処理室にわたって順次移動するように構成されている、
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１４】
前記１つの試液チャンバーに対応して３つの加熱部が設けられており、
前記１つの試液チャンバーは、前記３つの加熱部に対応して３つの処理室に区分されており、
前記試液を前記試液チャンバー内において移動させることによって、前記試液が前記３つの加熱部にわたって順次移動するように構成されている、
請求項１３記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１５】
チップに形成された流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、
前記チップには、
前記流路の少なくとも１ヵ所に前記試液を注入するための注入口が設けられ、
前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、
前記流路の少なくとも一箇所に正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、
前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、
前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、
前記流路が全体として環状に閉じられており、
前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成されている、
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１６】
試液流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、
前記試液流路を有する処理用チップを接合するための接合面が設けられた基板を有し、
前記基板は、さらに、
前記処理用チップの試液流路と接続するための接続部と、
前記接続部から延びる駆動用流路と、
前記駆動用流路の端部側にあって正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプと、
前記処理用チップを接合したときに前記試液に対応する位置に設けられ、前記試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部と、
を有し、
前記マイクロポンプおよび前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の駆動用流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、
前記接続部と前記駆動液との間の駆動用流路には気体が入っており、
前記処理用チップを接合したときに、前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記試液流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成されている、
ことを特徴とするマイクロ流体デバイス。
【請求項１７】
前記試験部は、互いに温度の異なる３つの加熱部であり、
前記マイクロポンプの駆動によって、前記試液を前記３つの加熱部に順次繰り返して移動させるように構成されている、
請求項１６記載のマイクロ流体デバイス。
【請求項１８】
流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行う方法であって、
前記流路に、前記試液、駆動液、および前記試液と前記駆動液との間に介在する気体を収納し、
マイクロポンプの駆動によって前記駆動液を正逆方向に繰り返して搬送し、これによって前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させる、
ことを特徴とする試液の試験方法。
【請求項１９】
前記試験部は、互いに温度の異なる３つの加熱部であり、
前記マイクロポンプの駆動によって、前記試液を前記３つの加熱部に順次繰り返して移動させる、
請求項１８記載の試液の試験方法。
【請求項２０】
マイクロ流体デバイスの流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うための試験システムであって、
前記マイクロ流体デバイスには、
前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、
前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、
前記マイクロポンプおよび前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、
前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、
前記流路内における前記試液の状態を検出するための検出装置が設けられ、
前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるとともに、前記検出装置によって前記試液の状態を検出するように構成されている、
ことを特徴とする試液の試験システム。
【請求項２１】
前記試験部は、互いに温度の異なる３つの加熱部であり、
前記マイクロポンプの駆動によって、前記試液を前記３つの加熱部に順次繰り返して移動させ、これによってＰＣＲ法によって前記試液に含まれる遺伝子を増幅する、
請求項２０記載の試液の試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップに形成された流路に少量の試液を流通させて試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスに関する。本発明は、例えばＰＣＲ法による遺伝子の増幅のために用いられる。
【背景技術】
【０００２】
従来において、ＰＣＲ法による遺伝子の増幅のために、試液または反応液の流路として毛細管を用いることが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
すなわち、温度が互いに異なる３つの液体が入った３つの容器を並べておく。３つの液体は、熱変成温度（例えば９５度）、アニーリング温度（例えば５５度）、重合温度（例えば７５度）となるように調整されている。それぞれの液体に順次浸かるように、別途準備した１本の毛細管を配置する。その毛細管の中に試液を入れ、毛細管の端部から供給するガスによって毛細管の中で試液を搬送する。三方弁を切り換えてガスの供給量を調整し、試液が所定時間ごとに３つの液体の位置に順次くるようにし、これを繰り返すことによって試液に温度サイクルを与える。
【０００４】
また、温度が互いに異なる面積の大きい３つの温度部を設けておき、それら３つの温度部を順次複数回にわたって通過するように流路を折り返して設け、その流路内を一方向に試液を搬送することも提案されている。
【０００５】
他方、マイクロマシン技術を応用し、化学分析や化学合成などのための機器や手法を微細化して行うμ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System)が近年において注目されている。微細化されたμ−ＴＡＳによると、従来の装置と比べて試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない、などのメリットがある。また、医療分野に使用した場合には、血液など検体の量を少なくすることで患者の負担を軽減でき、また、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。さらに、検体および試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され検査の効率化が図れる。そして携帯性にも優れるため、医療分野、環境分析など、広い範囲でその応用が期待されている。
【０００６】
このようなμ−ＴＡＳによって、試液を搬送する技術が開示されている（特許文献２）。これによると、２つのマイクロポンプによって２種類の試液を送液し、合流させ、合流後の１つの流路の中で、合流した試液を往復動させる。
【特許文献１】特許第３１２０４６６号
【特許文献２】特開２００２−２１４２４１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上に述べた特許文献１の装置では、三方弁を切り換えてガスの供給量を調整し、これによって試液の移動量つまり位置を調整するものであるから、試液の位置決めが容易ではなく、所定の位置に正確に停止させて液体による温度処理を精度よく行うことが難しい。しかも、３つの容器と毛細管を用いるので、装置の小型化を図るのには限界がある。つまり、小型化および携帯性の向上が難しい。
【０００８】
また、マイクロチップで流路を折り返してつづら折れ状に設け、一方向に試液を搬送するものでは、試液の量を少なくすることができず、ポンプも大型になるので、小型化を図ることが容易ではない。
【０００９】
また、マイクロポンプを用いて試液を搬送しようとすると、マイクロポンプから温度処理を行う部分まで試液を満たさなければならないので、そのままでは試液の量を少なくすることができない。
【００１０】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、少量の試液を用いて試験を行うことができ、試液の移動量を正確に制御することが可能で精度のよい試験を行うことのできるマイクロ流体デバイス並びに試液の試験方法および試験システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るマイクロ流体デバイスは、チップに形成された流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うためのマイクロ流体デバイスであって、前記チップには、前記流路の少なくとも１ヵ所に前記試液を注入するための注入口が設けられ、前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成される。
【００１２】
好ましくは、前記チップは、前記試液を流通させるための第１の流路が設けられた処理用チップと、前記駆動液を搬送するための第２の流路、前記試験部、および前記マイクロポンプが設けられた駆動用チップと、を有し、前記処理用チップと前記駆動用チップとが互いに着脱可能であり、前記第１の流路と前記第２の流路との接続部には前記気体が流通するように構成される。
【００１３】
また、前記試験部は、互いに温度の異なる３つの加熱部であり、前記試液を前記３つの加熱部にわたって順次繰り返して移動させるように構成される。
【００１４】
また、前記流路には、前記試液を収納するための３つの試液チャンバーが、前記３つの加熱部の位置に対応して設けられ、前記試液を前記３つの試液チャンバー内に順次収納されるように移動させることが可能に構成される。
【００１５】
また、前記３つの試液チャンバーは、それらの容積が互いに同じであり、且つ１回当たりに注入される前記試液の容量よりも大きい容積に設定される。
【００１６】
また、前記マイクロポンプの駆動による１回当たりの前記駆動液の搬送容量は、前記試液チャンバーの容積と２つの試液チャンバー間を接続する流路の容積との合計に等しくなるように設定される。
【００１７】
また、前記試液チャンバーには、前記試液が収納されているか否かを検出するための２つの電極が設けられる。
【００１８】
また、前記試液チャンバーの間を接続する流路の内周面には、撥水処理または撥油処理が施される。
【００１９】
また、前記流路の他端部側において、前記流路に注入された試液が前記マイクロポンプの側へ移動するときに当該流路に気体を供給するための気体室が設けられる。
【００２０】
また、前記気体室は、少なくとも１つの壁面が可撓性を有して変形自在なフィルム状体からなっている。
【００２１】
また、前記マイクロポンプの前記試液とは反対側の前記液体出入口に接続される流路には、前記マイクロポンプから搬送される駆動液を収納するための駆動液室が設けられてなる。
【００２２】
また、前記駆動液室は、少なくとも１つの壁面が可撓性を有して変形自在なフィルム状体からなっている。
【００２３】
本発明の他の形態のマイクロ流体デバイスによると、前記チップには、前記試液を収納するための１つの試液チャンバーが設けられ、前記試液チャンバーは、複数の処理室に区分されており、前記試液チャンバー内の試液に対する試験を行うための、前記複数の処理室に対応した試験部が設けられ、前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記試液チャンバー内において移動させ、これによって、前記試液が前記複数の処理室にわたって順次移動するように構成される。
【００２４】
好ましくは、前記１つの試液チャンバーに対応して３つの加熱部が設けられており、前記１つの試液チャンバーは、前記３つの加熱部に対応して３つの処理室に区分されており、前記試液を前記試液チャンバー内において移動させることによって、前記試液が前記３つの加熱部にわたって順次移動するように構成される。
【００２５】
さらに他の形態のマイクロ流体デバイスによると、前記チップには、前記流路の少なくとも１ヵ所に前記試液を注入するための注入口が設けられ、前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、前記流路の少なくとも一箇所に正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、前記マイクロポンプの内部および前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、前記流路が全体として環状に閉じられており、前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるように構成される。
【００２６】
本発明に係る試験方法は、流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行う方法であって、前記流路に、前記試液、駆動液、および前記試液と前記駆動液との間に介在する気体を収納し、マイクロポンプの駆動によって前記駆動液を正逆方向に繰り返して搬送し、これによって前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させる。
【００２７】
本発明に係る試験システムは、マイクロ流体デバイスの流路に試液を流通させることによって前記試液に対する試験を行うための試験システムであって、前記マイクロ流体デバイスには、前記流路に注入された試液に対する試験を行うための１つまたは複数の試験部が設けられ、前記流路の一端部側において正逆両方向に液体を搬送することの可能なマイクロポンプが設けられ、前記マイクロポンプおよび前記マイクロポンプの液体出入口の近辺の流路において、駆動用の液体である駆動液が満たされ、前記流路において前記試液と前記駆動液との間には気体が封入されて前記試液と前記駆動液とが直接に接しないようになっており、前記流路内における前記試液の状態を検出するための検出装置が設けられ、前記マイクロポンプを正逆方向に繰り返して駆動して前記駆動液を正逆方向に搬送することによって、前記気体を介して前記試液を前記流路内において正逆方向に流通させ、前記試液を前記試験部に対して繰り返して移動させまたは通過させるとともに、前記検出装置によって前記試液の状態を検出するように構成される。
【００２８】
本発明において、気体として、窒素ガス、空気、その他の種々のガスなどが用いられる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、少量の試液を用いて試験を行うことができ、試液の移動量を正確に制御することが可能で精度のよい試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】
【００３０】
〔第１の実施形態〕
図１は本発明の第１の実施形態のマイクロ流体デバイス１の正面図、図２はマイクロ流体デバイス１の構成を分解して示す斜視図、図３は図２に示すマイクロポンプＭＰ１の平面図、図４はマイクロポンプＭＰ１の正面断面図、図５はマイクロポンプＭＰ１の製造工程の例を示す図、図６および図７は圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【００３１】
図１および図２において、マイクロ流体デバイス１は、マイクロポンプＭＰ１を搭載した送液用チップＣＳと、試液（検体液）を注入してＰＣＲ反応を行わせる処理用チップＣＲとの、２枚のチップが着脱可能に接合されることにより構成される。
【００３２】
送液用チップＣＳは、ポンプチップ１１とガラス基板１２とからなっている。
【００３３】
ポンプチップ１１は、シリコン基板３１の表面に、マイクロポンプＭＰ１、液体室ＲＥ１〜４、気体室ＲＫ２〜３、接続室ＲＳ１〜２、および、それらの間を接続する流路ＲＲ１〜８が形成されたものである。流路ＲＲ１〜８の内周面は撥油処理が施されている。
【００３４】
液体室ＲＥ１〜４および気体室ＲＫ２〜３は、互いに同じ容積を有する。また、直径および深さも互いに同一であってもよい。例えば、直径３．５ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、容積約２μリットルである。接続室ＲＳ１〜２は、後で説明するガラス基板１２に設けられた連通穴ＡＮ１〜２と連通するために必要な大きさであれば充分である。流路ＲＲ１〜８は、各室間を液体または気体が流通するためのものであり、例えば、幅１００μｍ、深さ１００μｍである。
【００３５】
図３に示すように、マイクロポンプＭＰ１は、ポンプ室であるチャンバー６２、およびチャンバー６２の入口（インレット）および出口（アウトレット）に設けられた開口部６１，６３を有する。開口部６１，６３は、流路ＲＲ５または流路ＲＲ４に連通する。開口部６１，６３の幅寸法または有効断面積は、流路ＲＲ５または流路ＲＲ４のそれよりも小さく設定されており、２つの開口部６１，６３の有効長さは互いに異なる。マイクロポンプＭＰ１は、このような形状および寸法の相違によってマイクロポンプとして動作する。詳しくは後で述べる。
【００３６】
図４を参照して、マイクロポンプＭＰ１は、シリコン基板３１を用い、フォトリソグラフィー工程によって、チャンバー６２、開口部６１，６３、および流路ＲＲ５、ＲＲ４などを構成するための溝または窪みを形成し、その下または上に底板または天板となるガラス板３２を接合することによって製作される。
【００３７】
例えば、図５（ａ）に示すように、シリコン基板３１０を用意する。シリコン基板３１０として、例えば、厚さ２００μｍのシリコンウエハーを用いる。次に、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板３１０の上下面に酸化膜３１１，３１２を形成する。これらの酸化膜３１１，３１２は、例えば、それぞれの厚さが１．７μｍとなるように熱酸化により成膜する。次に、上面にレジストを塗布し、所定のマスクパターンを露光し、現像し、酸化膜３１１をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再びレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。これにより、図５（ｃ）に示すように、酸化膜３１１を完全に除去した部分３１１ａと、厚さ方向に途中まで除去した部分３１１ｂとを形成する。レジスト塗布には、例えば、ＯＦＰＲ８００などのレジストを用いてスピンコーターで回転塗布する。レジスト膜の厚さは例えば１μｍとする、露光はアライナーにより行い、現像はデベロッパーにより行う。酸化膜のエッチングには、例えばＲＩＥを用いる。レジストの剥離には、剥離液、例えば硫酸過水を用いる。
【００３８】
次に、上面についてシリコンエッチングを途中まで行った後に、酸化膜３１１をエッチングにより完全に除去し、再びシリコンエッチングを行い、図５（ｄ）（ｅ）に示すように、シリコン基板３１０を深さ１７０μｍだけエッチングした部分３１１ｃと、深さ２５μｍだけエッチングした部分３１１ｄとを形成する。シリコンエッチングには、例えば、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラズマ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐ１ｅｄ  Ｐ１ａｓｍａ）を用いる。
【００３９】
そして、図５（ｅ）に示すように、例えばＢＨＦを用いて上面の酸化膜３１１を完全に除去する。次に、図５（ｆ）に示すように、シリコン基板３１０の下面に、ＩＴＯ膜のような電極膜３１３を成膜する。そして、図５（ｇ）に示すように、シリコン基板３１０の上面にガラス板３２を貼り付ける。例えば、１２００Ｖ、４００°Ｃで、陽極接合する。最後に、図５（ｈ）に示すように、チャンバー１７の振動板（ダイヤフラム）の部分に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスなどの圧電素子３４を接着して貼り付ける。
【００４０】
なお、図５（ｈ）において、図４に対応する部分の符号を括弧で示した。図４においては、開口部６１，６３は、流路ＲＲ５，ＲＲ４に対して、溝の幅（紙面に対して垂直方向）を狭くすることによって開口部６１，６３として形成されているが、図５（ｈ）においては、開口部６１，６３は、流路ＲＲ５，ＲＲ４に対して、溝の深さ（紙面の上下方向）を浅くすることによって開口部６１，６３として形成されている。また、図４と図５（ｈ）とでは上下関係が逆である。
【００４１】
マイクロポンプＭＰ１はこのようにして製作することが可能であるが、従来から公知の方法、その他の方法またはその他の材料を用いて製作することも可能である。
【００４２】
ガラス基板１２は、ガラス板３２に、表裏に貫通する２つの連通穴ＡＮ１〜２が設けられ、また、３つの加熱部ＫＮ１〜３が設けられたものである。
【００４３】
連通穴ＡＮ１〜２は、ガラス板３２にポンプチップ１１を貼り合わせたときに、接続室ＲＳ１〜２とそれぞれ連通する。加熱部ＫＮ１〜３は、例えば、ニクロム線などによるヒータ、幅の異なるＩＴＯ膜を用いて抵抗値を調整したものなど、種々の発熱体を用いて構成したものを用いることができる。
【００４４】
これらの加熱部ＫＮ１〜３には、図示しない加熱駆動部から電流が供給され、それぞれ、ＰＣＲ反応の変性、伸長、アニールに対応する温度となるように加熱され制御されている。それらの温度は、例えば、加熱部ＫＮ１が９５度Ｃ、加熱部ＫＮ２が７５度Ｃ、加熱部ＫＮ３が５５度Ｃである。しかしこれらの温度は一例であり、また厳密にこれらの温度でなければならないものでもない。また、３つの加熱部ＫＮの配置順序も変更可能である。
【００４５】
なお、寸法の例を挙げると、ポンプチップ１１の外形寸法は約３０ｍｍ×３０ｍｍ×０．５ｍｍ、ガラス基板１２の外形寸法は約５０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍ、送液用チップＣＳの全体の外形寸法は約５０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍである。しかしこれらの寸法および形状は一例であり、他の種々の寸法および形状を採用することができる。
【００４６】
さて、マイクロポンプＭＰ１の動作について説明する。
【００４７】
図４に示す駆動回路３６によって、圧電素子３４に図６（Ａ）または図７（Ａ）に示す波形の電圧を印加することにより、シリコン薄膜であるダイヤフラム３１ｆと圧電素子３４とがユニモルフモードの屈曲変形を行うことを利用して、チャンバー６２の容積を増減させる。
【００４８】
上に述べたように、開口部６１，６３の有効断面積は、流路ＲＲ５，ＲＲ４の有効断面積よりも小さい。そして、開口部６３は、チャンバー６２内の圧力を上昇または下降させたときの流路抵抗の変化割合が、開口部６１のそれよりも小さく設定されている。
【００４９】
すなわち、開口部６１は、その両端の差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。開口部６３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は開口部６１の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合には流路抵抗が開口部６１よりも小さくなる。
【００５０】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる液体が、差圧の大きさに応じて層流または乱流のいずれかとなるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。具体的には、例えば、前者は開口部６１を流路長の短いオリフィス状とし、後者は開口部６３を流路長の長いノズル状とすることによって実現することが可能である。
【００５１】
開口部６１、６３のこのような流路抵抗特性を利用して、チャンバー６２に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、吐出工程および吸入工程のそれぞれにおいて開口部６１，６３のうち流路抵抗の低い方により多くの流体を吐出または吸入するようなポンプ作用を実現することができる。
【００５２】
つまり、チャンバー６２の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部６１の流路抵抗が開口部６３の流路抵抗よりも大きくなり、チャンバー６２内の流体のほとんどは開口部６３から吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー６２の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも小さくなり、開口部６１からチャンバー６２内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００５３】
これとは逆に、チャンバー６２の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくしておけば、差圧が小さく維持されて開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも小さくなり、チャンバー６２内の流体は開口部６１からより多く吐出する（吐出工程）。そして、チャンバー６２の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって開口部６１の流路抵抗の方が開口部６３の流路抵抗よりも大きくなり、開口部６３からチャンバー６２内により多くの流体が流入する（吸入工程）。
【００５４】
このようなチャンバー６２の圧力制御は、圧電素子３４に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラムの変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。例えば、圧電素子３４に図６（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路ＲＲ４の側に吐出し、図７（Ａ）に示す波形の駆動電圧を印加することによって流路ＲＲ５の側に吐出する。
【００５５】
図６および図７において、圧電素子３４に印加する最大電圧ｅ1 は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は零であってもよい。駆動電圧の周波数は１１ＫＨｚ程度である。図６（Ａ）および図７（Ａ）に示す駆動電圧によって、流路ＲＲ４には、例えば図６（Ｂ）および図７（Ｂ）に示すような流量が得られる。なお、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００５６】
なお、本実施形態の開口部６１，６３は、それぞれ単一の開口部によって構成したが、それに代えて複数の開口部を並列に配置した開口部群を用いてもよい。これによって圧力依存性をさらに低下させることができるので、特に開口部６３の代わりに用いると流量が増加し流量効率が向上する。
【００５７】
図１および図２に戻って、処理用チップＣＲは、流路チップ１３と樹脂基板１４とからなっている。
【００５８】
流路チップ１３は、合成樹脂からなる樹脂板４１の表面に、処理室ＲＹ１〜３、気体室ＲＫ１、気体室ＲＫ４〜６、接続室ＲＳ３、連通穴ＡＮ３、および、それらの間を接続する流路ＲＲ９〜１６が形成されたものである。各流路ＲＲ９〜１６の内周面は撥水処理が施されている。
【００５９】
処理室ＲＹ１〜３、および気体室ＲＫ１、ＲＫ４〜６は、互いに同じ容積を有する。また、ポンプチップ１１に設けられら各室と同じ容積である。したがって、３つの処理室ＲＹ１〜３は、それらの容積が互いに同じである。しかも、処理室ＲＹ１〜３は、１回当たりに注入される試液の容量よりも大きい容積に設定されている。つまり、処理室ＲＹ１〜３の容積Ｖｙ１〜３は、１回の試験に用いられる試液の量をＶｋとすると、
Ｖｙ１＝Ｖｙ２＝Ｖｙ3 ＝Ｖｙ＞Ｖｋ
の関係がある。このようにすることによって、試液が２つの処理室ＲＹにまたがり、したがって２つの温度領域にまたがってしまうという不具合が起き難くなる。これにより、試液を１つの温度領域に確実に留めて正確な試験を行うことが可能である。
【００６０】
処理室ＲＹ１〜３の位置は、処理用チップＣＲを送液用チップＣＳに取り付けたときに、それぞれ加熱部ＫＮ１〜３の位置と一致する。つまり、加熱部ＫＮ１〜３によって、それぞれ、処理室ＲＹ１〜３に充填された試液が加熱される。
【００６１】
なお、処理室ＲＹ１〜３の全てまたは一部およびその周辺部分は透明であり、例えば、処理室ＲＹ２が伸長温度（例えば７５度）にされる場合は、処理室ＲＹ２の中に充填された試液を光学的に計測しまたは観察することができるような形状となっている。
【００６２】
連通穴ＡＮ３は、連通穴ＡＮ２と同じ大きさであり、処理用チップＣＲを送液用チップＣＳに取り付けたときに、これらの位置が互いに一致して連通する。
【００６３】
樹脂基板１４は、合成樹脂からなる樹脂板４２に、連通穴ＡＮ４および注入口ＡＴ１を設けたものである。連通穴ＡＮ４の位置は、樹脂基板１４を流路チップ１３に接合したときに、接続室ＲＳ３の位置と一致して連通する。注入口ＡＴ１は、試液を処理室ＲＹ１〜３に注入するための入口である。注入口ＡＴ１の直径は、例えば０．５〜２ｍｍ、好ましくは１ｍｍ程度である。注入口ＡＴ１の位置は、処理室ＲＹ１の位置と一致しており、注入口ＡＴ１から注入された試液は直接的には処理室ＲＹ１に入る。
【００６４】
樹脂基板１４と流路チップ１３とは、位置合わせを行った状態で、例えばレーザ融着などによって一体化されている。処理用チップＣＲは、送液用チップＣＳに密着して取り付けられている。また、処理チップ側に図示しないパッキンが設けられており流路も密閉される。
【００６５】
次に、上のように構成されたマイクロ流体デバイス１の動作について説明する。
【００６６】
図８はマイクロ流体デバイス１の各室の接続状態を示す図である。
【００６７】
図８を参照して、試験を開始する前の初期状態では、マイクロポンプＭＰ１の内部つまりポンプ室内、液体室ＲＥ１，２、およびそれらの間の流路ＲＲには、ミネラルオイルなどの駆動液が充填されている。気体室ＲＫ６には、ミネラルオイルなどの封止液が充填されている。ミネラルオイルは、試液（検体液）が蒸発するのを防止し、コンタミネーションの防止の役割も果たす。
【００６８】
試液を、注入口ＡＴ１から注入し、処理室ＲＹ１に入れる。例えば、遺伝子増幅を行いたい検体液を約２μリットル注入する。その後、栓ＦＴ１を注入口ＡＴ１に詰め込んで蓋をする。なお、試験が終わった後で、栓ＦＴ１を外して試液を注入口ＡＴ１から取り出すことも可能である。
【００６９】
さて、この時点では、気体室ＲＫ１〜５、液体室ＲＥ３，４、および処理室ＲＹ２，３には、大気圧に等しい気体が入った状態である。気体として、窒素ガス、空気、その他の種々のガスが用いられる。気体室ＲＫ１，２，４，５、および処理室ＲＹ２，３に入った気体は、封止液や駆動液などによって密封された状態である。しかも、処理室ＲＹ１の試液は、気体室ＲＫ６の封止液および液体室ＲＥ１の駆動液とは接していない。つまりそれらの間には気体が介在している。
【００７０】
そこで、駆動回路３６によってマイクロポンプＭＰ１を駆動し、駆動液が例えば液体室ＲＥ３に充填されるまで駆動する。これによって、液体室ＲＥ１に入っていた駆動液は液体室ＲＥ２に移動し、液体室ＲＥ２およびマイクロポンプＭＰ１に入っていた駆動液はマイクロポンプＭＰ１または液体室ＲＥ３に移動する。つまり、駆動液が液体室ＲＥの１つ分移動する。
【００７１】
そうすると、駆動液の移動にともない、気体室ＲＫ１，２および処理室ＲＹ２，３の気体を介して、処理室ＲＹ１の試液が移動し、そのすべてが処理室ＲＹ２に入る。気体室ＲＫ６の封止液は気体室ＲＫ５に入る。この場合のマイクロポンプＭＰ１による送液量Ｖｓは、
Ｖｓ＝Ｖｙ＋Ｖｒ
但し、Ｖｒは処理室ＲＹに隣接する１つの流路ＲＲの容積である。したがって、各流路ＲＲ３〜６、ＲＲ１１、ＲＲ１２、ＲＲ１４、ＲＲ１５は、その容積が互いに同一となるように形成されることが好ましい。特に、処理室ＲＹの間に直接に接続された流路ＲＲ１１と１２とは互いに等しくする必要がある。
【００７２】
そして、さらに、マイクロポンプＭＰ１を駆動し、液体室ＲＥ３の駆動液が例えば液体室ＲＥ４に充填されるまで駆動する。これによって、上と同様に、気体を介して、処理室ＲＹ２の試液が移動して処理室ＲＹ３に搬送される。
【００７３】
また、マイクロポンプＭＰ１の駆動量を制御することによって、処理室ＲＹ１の試液を処理室ＲＹ３まで１回で移動させることもできる。
【００７４】
また、マイクロポンプＭＰ１による送液方向を逆にして駆動液を上とは逆の方向に移動させると、処理室ＲＹ３の試液を処理室ＲＹ２または処理室ＲＹ１にまで移動させることができる。
【００７５】
すなわち、マイクロポンプＭＰ１の駆動量および駆動方向を制御することにより、試液を処理室ＲＹ１〜３の間において往復移動させることができる。そして、試液を所定の処理室ＲＹに入れた状態で、所定の時間その状態を維持し、これを繰り返すことによって、試液をＰＣＲ法に必要な温度サイクルにかけることができる。これによって遺伝子増幅が行われる。
【００７６】
その間において、封止液および駆動液は外部に漏れることがない。また、試液が封止液および駆動液と直接に接することがない。したがって、試液や液体の拡散または混合が起こらない。また、気体室ＲＫ１〜３が存在するので、駆動液などが万が一移動し過ぎた場合であっても、駆動液などが他のチップに入ったり、チップ外に漏れたりすることが防止される。したがって、それぞれのチップまたは室は、他の液体により汚染されることがない。
【００７７】
そして、試液を処理室ＲＹ１〜３の間を例えば２０〜３０回往復移動させ、最後に処理室ＲＹ２に溜まった状態とする。処理室ＲＹ２に溜まった試液を、適当な計測装置またはセンサーで光学的に測定しまたは観察する。これによって、例えば、伸長温度での遺伝子の増幅状態を測定することができる。この測定は、１サイクルごとに行うことが可能であり、複数サイクルごとに行うことも可能である。したがって、遺伝子の増幅状態をリアルタイムで容易に測定することができ、つまりリアルタイムＰＣＲを実現することができ、その結果を即座に得ることができる。
【００７８】
また、試液は、１つの処理室ＲＹに充填される量だけあればよいので、試液の必要量を従来と比べて大幅に少なくすることができる。
【００７９】
試液の試験に必要な全ての機材がマイクロ流体デバイス１の中に組み込まれており、全体の構成が簡単で大幅な小型化を図ることができる。また、試液などの移動する流路が短くまたその断面積も小さいので、無駄な容積がなく、応答性が極めて良好である。したがって、試液の移動後の位置決めを正確に精度よく行うことができる。試薬の温度追従性もよいので、反応時間を短くできる。
【００８０】
また、送液用チップＣＳと処理用チップＣＲとは着脱可能となっており、処理用チップＣＲを取り替えることにより、異なる試液または異なる条件での試験を、同じ送液用チップＣＳを用いて何回でも行うことができる。処理用チップＣＲは安価であるから、使い捨てとすることが可能である。そうすることにより、処理用チップＣＲを洗浄する手間が省け、他の試液などが不測に混入するおそれはない。また、処理用チップＣＲには気体室ＲＫ１が設けられており、これが万が一の場合のバッファの役目を果たすので、試液が送液用チップＣＳに入ってくることがなく、汚染されることがない。
【００８１】
また、マイクロポンプＭＰ１は、送液する液体の粘度などによって送液特性が変化する性質があるが、マイクロポンプＭＰ１の内部には駆動液しか入らないので、マイクロポンプＭＰ１が送る液体は１種類であり、粘度などの物性が変わることなく、送液特性は常に一定となる。そのため、どのような試液に対しても安定した送液を行うことができ、正確な試験を行うことが可能となる。
【００８２】
また、各流路ＲＲ１〜８、ＲＲ９〜１６の内周面には撥水処理または撥油処理が施されているので、液体を室ごとに確実に止めることができ、より正確な送液が可能である。
【００８３】
本実施例においては、駆動液にミネラルオイルを使用しているため、その流路ＲＲに撥油処理を施してしているが、水系の駆動液の場合はその流路ＲＲに撥水処理を施せばよい。
【００８４】
ところで、上に述べたマイクロ流体デバイス１では、マイクロポンプＭＰ１によって安定した送液を行うことができるが、次のようにするとさらに正確で精度のよい送液を行うことができる。
【００８５】
図９は流路チップ１３の他の実施例の処理室ＲＹ１Ｂ〜３Ｂを示す平面図である。
【００８６】
図９に示すように、各処理室ＲＹ１Ｂ〜ＲＹ３Ｂの内部において、それぞれの入口付近および出口付近に、それぞれ２つずつの検出電極ＤＫ１ａ，１ｂ、ＤＫ２ａ，２ｂ、ＤＫ３ａ，３ｂを設ける。これらの検出電極ＤＫは、例えば白金またはチタンなどを用いてパターニングにより形成する。樹脂基板１４の表面に印刷によって形成してもよい。
【００８７】
これらの各検出電極間に電圧Ｅｋをかけておき、各処理室ＲＹ１Ｂ〜ＲＹ３Ｂにおいて試液が２つの検出電極ＤＫを濡らすように溜まると、それぞれの検出電極ＤＫの間に電流Ｉｋが流れるので、これを検出する。つまり、２つの検出電極ＤＫの間に流れる電流Ｉｋまたはその大きさを検出することにより、処理室ＲＹに試液が入ったことを判定する。検出電極ＤＫによる検出信号を駆動回路３６にフィードバックする。例えば、検出電極ＤＫによってマイクロポンプＭＰ１を停止させる。これにより、処理室ＲＹ間の送液をより一層確実に行える。
【００８８】
なお、図９の電圧Ｅｋは原理的に描かれており、実際には電子部品やＩＣ回路を用いて微小電流などを検出する。また、検出電極ＤＫを設けることなく、処理室ＲＹの試液を光学的に検出することにより、試液が処理室ＲＹに入ったかどうかを判定してもよい。
【００８９】
封止液は気体室ＲＫ４〜６を移動して大気のコンタミを防止するが、送液チップ側への対策は加熱温度が低いため影響は少ないとみなして省略した。しかし、対策が必要な場合は、流路ＲＲ９と１０との間で、気体室ＲＫ１の代わりに、気体室ＲＫ４・ＲＫ５・流路ＲＲ１５・気体室ＲＫ６と同じ構成にし、封止液を入れるようにすればよい。
【００９０】
図１０は気体室ＲＫおよび液体室ＲＥの構成の変形例を示す図である。
【００９１】
図１０においては、図８に示す気体室ＲＫ４〜６を、分割することなく、１つの大きな気体室ＲＫ７としている。同様に、気体室ＲＫ１，２および液体室ＲＥ２を１つの大きな液体室ＲＥ６とし、液体室ＲＥ３，４および気体室ＲＫ３を１つの大きな液体室ＲＥ７としている。この場合に、図９に示す検出電極ＤＫを用いたセンサーなどによって、送液量やタイミングを制御すればよい。
【００９２】
次に、他の実施例の気体室ＲＫおよび液体室ＲＥの構成について説明する。
【００９３】
図１１は他の実施例の気体室ＲＫ１１を用いたマイクロ流体デバイス１の各室の接続状態を示す図、図１２は他の実施例の液体室ＲＥ１１を用いたマイクロ流体デバイス１の各室の接続状態を示す図である。
【００９４】
図１１において、気体室ＲＫ１１は、樹脂フィルムなどの柔らかい膜状体からなる袋７１によって構成されている。袋７１には多数の雛が設けられており、その中に気体が出入りすることにほとんど抵抗はない。袋７１は、その中に入った気体の量に応じた容積に膨らみ、気体が出ると収縮する。しかし、気体室ＲＫ１１は、外気とは遮断されている。つまり、袋７１によって、気体室ＲＫ１１内の気体は閉じ込められ、しかも大気圧と同等の圧力に保たれている。
【００９５】
したがって、処理室ＲＹ１の試液が処理室ＲＹ２に移動した場合には、気体室ＲＫ１１の気体が処理室ＲＹ１に入り、試液がさらに処理室ＲＹ３に移動した場合には、気体は処理室ＲＹ１，２に入る。また、試液が処理室ＲＹ１に戻ってくると、気体は気体室ＲＫ１１に戻る。
【００９６】
このような袋７１の材料として、柔らかいゴム膜を用いてもよい。蛇腹状のものを用いてもよい。または袋７１に代えて、チップに形成した凹部の開口部に樹脂フィルムまたはゴム膜を撓んだ状態で張って蓋をしたものを用いてもよい。
【００９７】
図１２において、液体室ＲＥ１１は、樹脂フィルムなどの柔らかい膜状体からなる袋７２によって構成されている。袋７２には多数の雛が設けられており、その中に液体が出入りすることにほとんど抵抗はない。袋７２は、その中に入った液体の量に応じた容積に膨らみ、液体が出ると収縮する。しかし、液体室ＲＥ１１は、外気とは遮断されている。つまり、袋７２によって、液体室ＲＥ１１内の液体は閉じ込められ、しかも大気圧と同等の圧力に保たれている。
【００９８】
したがって、マイクロポンプＭＰ１から吐出された駆動液は液体室ＲＥ１１に貯留されるとともに、マイクロポンプＭＰ１で駆動液を液体室ＲＥ２の側へ吐出する場合には、液体室ＲＥ１１から駆動液が供給される。つまり、液体室ＲＥ１１は、駆動液のタンクとしての機能を果たす。
【００９９】
このような袋７２として、上に述べた袋７１の場合と同様に、柔らかいゴム膜を用いたり、チップに形成した凹部の開口部に樹脂フィルムまたはゴム膜を撓んだ状態で張って蓋をしたものを用いてもよい。
【０１００】
また、気体室ＲＫ１１には袋７１を用い、液体室ＲＥ１１には袋７２用いるというように、これら袋７１，７２を同時に用いることができる。
【０１０１】
なお、何らかの原因でチップ内にごみや気泡が入った場合には、連通穴ＡＮ１〜２から駆動液を排出することにより、それらのごみや気泡を同時に排出することができ、これによって正常な状態に容易に回復することができる。
【０１０２】
本実施形態では、マイクロ流体デバイス１を、ＰＣＲ法による試験または検査を行うためのデバイスとして構成した例について説明した。しかし、この例に止まらず、マイクロポンプＭＰ１に種々の駆動液を充填し、気体を介して目的の種々の液体を移動または搬送するために適用することができる。例えば、生化学検査、免疫学的検査、遺伝子検査や化学合成、創薬、または環境測定などに適用することが可能である。
〔第２の実施形態〕
上に述べた第１の実施形態では、独立して設けた３つの加熱部ＫＮ１〜３に対応して、３つの処理室ＲＹ１〜３をそれぞれ独立して設けた。しかし、第２の実施形態では、一定の断面積の１つの室の中に複数の温度領域を設けるように構成した。
【０１０３】
図１３は本発明の第２の実施形態のマイクロ流体デバイス１Ｂの構成を主として各室の接続状態によって示す図である。
【０１０４】
図１３において、３つの加熱部ＫＮ１〜３にわたって１つの処理室ＲＹ１１が設けられる。処理室ＲＹ１１の中に、３つの室Ｙ１〜３が設けられる。３つの室Ｙ１〜３は、それぞれ加熱部ＫＮ１〜３に対応した位置にあり、加熱されることによってそれぞれの温度領域となる。３つの室Ｙ１〜３の容積は、それぞれ、１回の試験に用いられる試液の量よりも大きい。３つの室Ｙ１〜３は、ギャップ室ＳＰ１〜２によって互いに隔てられる。加熱部ＫＮ１〜３において、各ヒータ部の間に切れ込みを入れるなどして熱的に絶縁を行うことによって、一層好ましい結果が得られる。
【０１０５】
なお、マイクロポンプＭＰ１による１回当たりの送液量は、１つの室Ｙにある試液が隣の室Ｙにちょうど送られるような値に設定される。各室Ｙ１〜３またはギャップ室ＳＰ１〜２に試液の有無を検出するセンサーを設け、センサーの検出信号に基づいて駆動回路３６を制御することによって一層正確な制御が可能となる。
【０１０６】
処理室ＲＹ１１の室Ｙ１の上方には、試液を注入するための注入口ＡＴ２が設けられている。注入口ＡＴ２から注入された試液は、直接的には室Ｙ１に入る。試液を注入した後は、注入口ＡＴ２に栓がなされて密封される。
【０１０７】
マイクロ流体デバイス１Ｂの処理室ＲＹ１１以外の構成および作用効果については、第１の実施形態のマイクロ流体デバイス１と同様であるので、ここでの説明は省略する。
〔第３の実施形態〕
上に述べた第１および第２の実施形態では、マイクロポンプＭＰ１の側の流路ＲＲ１の端部（接続室ＲＳ１）と処理室ＲＹの側の流路ＲＲ１６の端部（接続室ＲＳ３）とは全く独立しており、互いに連絡はなかった。しかし、第３の実施形態では、両端部を連通し、流路ＲＲが全体で１つの閉ループとなるように構成する。
【０１０８】
図１４は本発明の第３の実施形態のマイクロ流体デバイス１Ｃの構成を主として各室の接続状態によって示す図である。
【０１０９】
図１４において、マイクロ流体デバイス１Ｃは、送液用チップＣＳＣおよび処理用チップＣＲＣからなる。
【０１１０】
送液用チップＣＳＣは、２つのマイクロポンプＭＰ１，２、液体室ＲＥ１２、気体室ＲＫ２、液体室ＲＥ１，２、気体室ＲＫ８、液体室ＲＥ８，９、接続室ＲＳ２１，２２などからなる。液体室ＲＥ１２、流路ＲＲ２１，２２、およびマイクロポンプＭＰ１，２には、駆動液が満たされる。
【０１１１】
処理用チップＣＲＣは、処理室ＲＹ２１、気体室ＲＫ２１，２２、および接続部ＲＳ２３，２４などからなる。処理室ＲＹ２１には、第２の実施形態で述べた処理室ＲＹ１１と同様に、３つの室Ｙ１〜３とそれらを分離するギャップ室ＳＰ１〜２が設けられる。３つの室Ｙ１〜３は、それぞれ加熱部ＫＮ１〜３に対応した位置にあり、加熱されることによってそれぞれの温度領域となる。
【０１１２】
これら、２つの送液用チップＣＳＣと処理用チップＣＲＣとは別々の基板上に形成されており、それらを互いに重ね合わせて一体化し、接続室ＲＳ２１と接続部ＲＳ２３、接続室ＲＳ２２と接続部ＲＳ２４がそれぞれ接続されることによって流路ＲＲが閉じて閉ループとなる。これによって、内部の駆動液、試液、気体は、外気から遮断される。
【０１１３】
そして、２つのマイクロポンプＭＰ１，２が協働することによって、処理室ＲＹ２１内のいずれかの室Ｙ１〜３に存在する試液が、他のＹ１〜３に移動する。マイクロポンプＭＰ１，２を駆動したときに、試液の前後の気体の圧力を独立して調整することができるので、試液の移動または搬送がより円滑に正確に行える。
【０１１４】
なお、液体室ＲＥ１２は、駆動液を溜めるタンクの役目を果たす。液体室ＲＥ１２は、マイクロポンプＭＰの駆動によって液体室ＲＥ１２内の駆動液が減ったときに、液体室ＲＥ１２の内部が負圧にならないように、液体室ＲＥ１２の壁面の一部を上に述べた樹脂フィルムなどのような柔らかくて容易に変形する材料によって構成することが好ましい。
【０１１５】
また、液体室ＲＥ１２の内部の駆動液の量を、駆動時の移動量よりも十分多めに溜めておくことによって、１回の試験または検査を行うごとに、または定期的に、接続室ＲＳ２１，２２の出口から駆動液を少量ずつ排出することでメンテナンス性を向上させることが可能である。
【０１１６】
なお、２つのマイクロポンプＭＰ１，２に対して１つの液体室ＲＥ１２を兼用したが、２つのマイクロポンプＭＰ１，２がそれぞれ別個に液体室ＲＥまたはタンクを備え、それらの液体室ＲＥまたはタンクが互いに連通していない構成でもよい。
【０１１７】
また、２つのマイクロポンプＭＰ１，２を用いたので、それぞれは一方向にのみ送液を行うものであってもよい。しかし、それらのうちのいずれかを省略し、往復駆動可能な１つのマイクロポンプＭＰのみで駆動することでもよい。
【０１１８】
図１４に示す第３の実施形態のマイクロ流体デバイス１Ｃは、第２の実施形態である図１３に示すマイクロ流体デバイス１Ｂに対応するものを示したが、図８および図１１に示す第１の実施形態のマイクロ流体デバイス１に対応した形態とすることも可能である。そのような形態の例を次の図１５に示す。
【０１１９】
図１５は第３の実施形態のマイクロ流体デバイス１Ｃの変形例を示す図である。
【０１２０】
図１５において、送液用チップ（駆動用チップ）ＣＳＣ２と処理用チップＣＲＣ２とは別々の基板上に形成されており、連通穴ＡＮ３，５によって互いに連通するように、それらが互いに重ね合わせて一体化されている。送液用チップＣＳＣ２は、図１４に示す送液用チップＣＳＣとほぼ同様の構成である。処理用チップＣＲＣ２は、図８に示す気体室ＲＫ１，４、および処理室ＲＹ１〜３の構成と同様であり、必要に応じて加熱部が設けられる。
【０１２１】
ところで、試液に対する試験を行った結果、または試験を行っている最中の状態を観察するためには、種々の方法を採用することができる。処理室ＲＹ２の部分を透明に構成した場合に、その部分において試液を光学的に検出する。検出には、蛍光検出が一般的に用いられる。
【０１２２】
図１６は処理室ＲＹ２の試液の光学検出に用いられる公知の同軸落射光学装置３の構成の例を示す図である。
【０１２３】
図１６において、同軸落射光学装置３は、光源１０１、レンズ１０２〜１０４、デテクター１０５、バンドパスフイルタ１０６，１０７、ダイクロイックミラー１０８などからなる。
【０１２４】
光源１０１から励起光を投射し、レンズ１０２、バンドパスフイルタ１０６、ダイクロイックミラー１０８、レンズ１０３を介して処理室ＲＹ２の試液に照射する。照射した光に対して、試液に含まれた蛍光物質が蛍光を発する。その蛍光を、レンズ１０３、ダイクロイックミラー１０８、バンドパスフイルタ１０７、レンズ１０４を介して、デテクター１０５で検出する。投射された励起光は、処理室ＲＹ２内を照明する。投射された励起光の照射範囲内から蛍光を受光するよう、デテクター１０５の直前に配置される図示しない視野絞りにより検出光学系の測定視野が設定される。
【０１２５】
このように、第１〜第３の実施形態のマイクロ流体デバイス１，１Ｂ，１Ｃによれば、試液の試験の結果のみではなく、試験を行っている最中の状態または経過を容易に計測しまたは観察することができる。
【０１２６】
上の各実施形態によると、試液の試験のためのマイクロ流体デバイス１，１Ｂ，１Ｃを小型化することができる。試液などが移動する流路の容積を小さくできるので、少ない試液で試験を行うことができ、移動や温度処理の応答性も良好である。試液の移動後の位置決めを正確に精度よく行うことができ、精度のよい試験を行うことができる。
【０１２７】
また、高価な送液用チップＣＳは恒久的に使用可能であり、安価な処理用チップＣＲは使い捨てとすることが可能である。処理用チップＣＲの洗浄の手間が省け、ランニングコストを低減できる。
【０１２８】
上の各実施形態において、マイクロ流体デバイス１，１Ｂ，１Ｃの全体または各部の構成、構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【０１２９】
その他、マイクロ流体システムの全体または各部の構造、形状、寸法、個数、材質などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
上に述べたマイクロ流体システムは、環境、食品、生化学、免疫学、血液学、遺伝子分析、合成、創薬など、さまざまな分野における試液の試験または処理などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロ流体デバイスの正面図である。
【図２】マイクロ流体デバイスの構成を分解して示す斜視図である。
【図３】図２に示すマイクロポンプの平面図である。
【図４】マイクロポンプの正面断面図である。
【図５】マイクロポンプの製造工程の例を示す図である。
【図６】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図７】圧電素子の駆動電圧の波形の例を示す図である。
【図８】第１の実施形態のマイクロ流体システムの構成を示す平面図である。
【図９】流路チップの他の実施例の処理室を示す平面図である。
【図１０】気体室および液体室の構成の変形例を示す図である。
【図１１】他の実施例の気体室を用いたマイクロ流体デバイスの図である。
【図１２】他の実施例の液体室を用いたマイクロ流体デバイスの図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態のマイクロ流体デバイスの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態のマイクロ流体デバイスの構成を示す図である。
【図１５】第３の実施形態のマイクロ流体デバイス１Ｃの変形例を示す図である。
【図１６】光学検出に用いられる同軸落射光学装置の構成の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１，１Ｂ，１Ｃ  マイクロ流体デバイス
１１  ポンプチップ
１２  ガラス基板（基板）
１３  流路チップ
１４  樹脂基板
ＭＰ１，２  マイクロポンプ
ＣＳ  送液用チップ（駆動用チップ、チップ）
ＣＲ  処理用チップ（チップ）
ＲＲ  流路（駆動用流路）
ＲＫ  気体室
ＲＥ  液体室（駆動液室）
ＲＹ  処理室（試液チャンバー）
Ｙ１〜３  室（処理室）
ＡＴ１〜２  注入口
ＫＮ１〜３  加熱部（試験部）
ＤＫ  検出電極（電極）
ＡＮ２  連通穴（接続部）
【図１】
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【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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【図８】
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【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】
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【図１５】
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【図１６】
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