(57)【要約】【課題】  いつでも、どこでも、だれもが普遍的（ユビキタス）に血液検査ができるシステムに用いられる微小量採血装置を提供する。【解決手段】  基板と、基板上の樹脂層に形成された流体回路と、流体回路を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通することを特徴とする微小量採血装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上の樹脂層に形成された流体回路と、流体回路を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通することを特徴とする微小量採血装置。
【請求項２】
前記流体回路が減圧されたものであることを特徴とする請求項１記載の微小量採血装置。
【請求項３】
前記樹脂コートが真空中での樹脂ラミネート法で形成さたことを特徴とする請求項１又は２記載の微小量採血装置。
【請求項４】
前記基板の端から突き出すように置かれた針の一端が無痛針であることを特徴とする請求項１記載の微小量採血装置。
【請求項５】
前記流体回路と前記針の樹脂コートされた側の先端との間に液溜めがあることを特徴とする請求項１記載の微小量採血装置。
【請求項６】
マイクロ流体素子に用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微小量採血装置。
【請求項７】
基板と、基板上に形成された樹脂層と、該樹脂層上に形成された樹脂接着層と、該樹脂接着層をレーザ加工することにより除去、形成された、所定のパターンの溝からなる流体回路と、加工後の樹脂接着層の表面全体を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂接着層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂接着層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板内方向に押し入れることにより、針先端が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通することを特徴とするマイクロ流体素子。
【請求項８】
前記樹脂層および前記樹脂コートがフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項７記載のマイクロ流体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるμ−ＴＡＳを実現するマイクロ流体素子および微小量採血装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＡＲＳ、ＡＩＤＳなどの重大感染症に対して、また、高齢者の健康管理、医療保険の負担軽減などに関連して、予防医療の重要性が高まっている。しかし、これまで、予防医療で必要とされる、赤血球や白血球の数のカウントをはじめとして、各種のタンパク質、ホルモンや抗原抗体等のさまざまなパラメータを測定するのには、最終的には非常に高価かつ大がかりな生化学分析装置が使用されてきた。
【０００３】
一方、各種検査を行う分野において、分離器、混合器、検出部、分析部をカードサイズに小型・集積化したマイクロ化学分析システム（μ−ＴＡＳ）というマイクロ流体素子が注目されている。μ−ＴＡＳは、カードサイズで作成できるため、これを用いた化学検査は、従来の検査法に比べ、測定試料が微少量で済むだけではなく、試薬や廃液の量を低減でき、分析時間も短縮することができる。さらにμ−ＴＡＳを使うことにより、部品の取り替えなどが簡易化でき、血液分析では感染の心配がなくなり、医療分野での衛生面の発展にも寄与することが期待されている。
【０００４】
本発明者は、低環境負荷、低人体負荷、低コストを目的に、リサイクル型μ−ＴＡＳを開発してきた（特許文献１参照）。その作成工程を簡単に示すと、まず、はじめにマイクロ機構部品や検出部などが埋め込まれたシリコンや石英の基板にスピンコート法などで樹脂層を形成する。次に、その樹脂層をレーザーにより溝などを形成し、それらを樹脂ラミネート方法で覆いμ−ＴＡＳとする。使用後は樹脂部のみを剥がすか洗い流すかし、マイクロ部品が組み込まれた基板は再利用する、というものである。
また、基板にラミネートフィルムを多層化し、その層を重ねる毎に立体流路の要素をレーザーで形成し、立体混合流路を作製することも可能となっている。
【特許文献１】特開２００２−２８３２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、血液検査などの生化学検査において、いつでも、どこでも、だれもが早く、簡単に、正確にできるようなシステムの構築はなされていないかった。そこで、本発明は、いつでも、どこでも、だれもが普遍的（ユビキタス）に血液検査ができるシステムに用いられる微小量採血装置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】
【０００６】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、特定の機構を有するμ−ＴＡＳを用いることにより、ユビキタス血液検査が可能となることを見出した。本発明はこのような知見に基づきなされるに至ったものである。
すなわち本発明は、
（１）基板と、基板上の樹脂層に形成された流体回路と、流体回路を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は樹脂層と樹脂コートとの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通することを特徴とする微小量採血装置、
（２）前記流体回路が減圧されたものであることを特徴とする（１）項記載の微小量採血装置、
（３）前記樹脂コートが真空中での樹脂ラミネート法で形成さたことを特徴とする（１）又は（２）項記載の微小量採血装置、
（４）前記基板の端から突き出すように置かれた針の一端が無痛針であることを特徴とする（１）項記載の微小量採血装置、
（５）前記流体回路と前記樹脂コートされた側の針先端との間に液溜めがあることを特徴とする（１）項記載の微小量採血装置、
（６）マイクロ流体素子に用いられることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の微小量採血装置、
（７）基板と、基板上の形成された樹脂層と、該樹脂層上に形成された樹脂接着層と、該樹脂接着層をレーザ加工するこにとより除去、形成された、所定のパターンの溝からなる流体回路と、加工後の樹脂接着層の表面全体を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂接着層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂接着層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針状先端が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通することを特徴とするマイクロ流体素子、および、
（８）前記樹脂層および前記樹脂コートがフッ素樹脂からなることを特徴とする（７）項記載のマイクロ流体素子
を提供するものである。
本発明において、微小量の採血とは、特に制限するものではないが、好ましくは０．０１ｍｍ３〜１ｍｍ３をいうものである。
また、減圧とは、大気圧よりも低い圧力を意味するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の微小量採血装置によれば、採血量が微小量で済み、検査対象者に対して低負担であると同時に、試薬や廃液の量も低減でき、また、分析時間も短縮することができる。
また本発明の微小量採血装置は、使用後において、汚染された流体回路のある樹脂層のみを洗浄、除去し、各種部品が組み込まれた基板部は再利用ができるため低価格化、並びに、洗浄、交換を簡素化することができる。また、使い捨ての樹脂層も少ないので環境に対しても低負担である。
さらに、本発明の装置は小型で携帯が可能であり、本発明の装置と、μ−ＴＡＳ再生器と通信のできるパソコンがあれば、毎日でも血液検査ができ、その情報をパソコン通信で病院に送ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の微小量採血装置は、基板と、基板上の樹脂層に形成された流体回路、流体回路を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通するものである。
本発明の微小量採血装置は、好ましくは、分離器、混合器、検出部、分析部などを集積化し、流体等の成分分析を行うマイクロ流体素子に用いられるものである。マイクロ流体素子としては、マイクロ機構部品や検出器が基板に埋め込まれたものが好ましい。
【０００９】
本発明において基板として、シリコン、ソーダガラス、石英ガラス、セラミックス、金属などの無機材料のほか、ポリテトラフルオロエチレン、その他のプラスチックスなども用いられる。マイクロ流体素子の流体回路形成面と反対側から光照射して、分析等を行う場合は、基板としては石英のような光透過性材料を用いるのが好ましい。基板の厚さは特に制限するものではないが、好ましくは、０．１〜５ｍｍ、より好ましくは０．４〜１ｍｍの範囲である。
【００１０】
基板上に塗布する樹脂層の厚さも特に制限はないが、好ましくは１０〜１０００μｍ、より好ましくは２０〜５０μｍである。この樹脂層の厚さは、測定する種類、それに必要な試料の量などとの関係で定められる。この厚さがあまりに厚すぎるとレーザー加工が困難であり、また薄すぎるとサンプル液などの流体が流れなくなる。使用する樹脂としては、基板上にスピンコート法、ラミネート法などにより塗布しやすく、分析サンプルと反応したりそれに溶出することのないものであれば、どのようなものでも良く、低価格化、洗浄や交換の簡易化を図るために、使用したのち容易に洗い落とす、または剥がすことができるような樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、すべてを捨てずに済み、シリコン基板を再利用することが出来る。
【００１１】
樹脂としては、上記の条件を満たすものであればどのようなものでもよいが、例えば、ベンゾシクロブテン樹脂（ＢＣＢ）、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂などがあげられる。樹脂層の厚さと流体回路の溝の深さは通常同じとする。しかし、流体回路のある部分の機能によっては部分的に樹脂を残すようにしてもよい。また、光計測を行う場合は、計測光の波長以下であれば樹脂が部分的に残っていても問題無い。
【００１２】
流体回路を構成する流路を樹脂層に形成する加工はレーザ加工で行うのが好ましい。レーザとしては紫外レーザが好ましい。
紫外線による加工により、熱的影響の少ない加工ができる。機械加工等は、熱による歪や損傷によって精密な加工が困難であるが、紫外線レーザを用いた加工により、発生する熱が少なく、被加工物の熱による精度の低下を抑制できる。さらにレーザの集光性は波長に大きく依存し、波長が短いほど集光性が良い。よって高精度が要求される精密加工や微細加工への利用が可能である。また熱が発生しにくいことは、熱に弱い樹脂などの材料への加工も可能にする。
このような紫外レーザ光の中で、好ましい紫外レーザ光は、波長３５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１５０〜３００ｎｍの範囲である。
【００１３】
本発明において紫外レーザ光で加工した場合、レーザアブレーション現象により溝形成が行われると考えられる。この機構は次のように考えられる。紫外レーザを高分子材料に照射すると、分子の結合が切れて蒸発する。（ａ）最初に波長が２５０ｎｍなどの紫外線レーザを数十ｎｓで高分子材料に照射すると、（ｂ）高分子材料表面に励起分子や種々の活性種が高密度に生成する。（ｃ）分子がレーザから受け取ったエネルギがその分子を構成する化学結合よりも大きい場合（材料固有の値である加工しきい値を上回っている場合）には、その化学結合が切断され、分子レベルあるいは原子レベルにまで分解される。そのため、急激な体積膨張を生じる。（ｄ）このとき過剰に与えられたエネルギが分子の運動エネルギとなり、分子は被加工物上方の開放された空間へ噴出し除去が行われる。
【００１４】
本発明においては、カードサイズのμ−ＴＡＳを実現するため、流路を樹脂部に深さ２０〜３０μｍ、幅２０〜１００μｍの大きさで作成することが好ましい。流路を樹脂レーザアブレーション法により作成することにより、１．樹脂の加工が容易、２．３次元的な構造の作成が可能、３．マスクを利用しパターンの除去ができるという利点がある。
【００１５】
本発明において、中空の針は、樹脂層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂層が密着した部分が存在するように置かれたもので、針を基板中心方向（内方）に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通するものである。
針を形成する材料は、例えば、ステンレス、カーボン、石英があり、ステンレスが好ましい。
針の外径は、５０μｍ〜３００μｍが好ましく、５０μｍ〜１００μｍがさらに好ましい。
針の内径は、２０μｍ〜２５０μｍが好ましく、３０μｍ〜７０μｍがさらに好ましい。
針の長さは、５ｍｍ〜３０ｍｍが好ましく、１０ｍｍ〜２０ｍｍがさらに好ましい。
針は、好ましくは、樹脂層上に、流体回路と一端が少し間を置いて、他端が基板の端から突き出すように横に置かれ、その上にラミネートを行い、設置される。
【００１６】
本発明において樹脂コートは、樹脂層の上面及び針の一方の先端を含む部分を覆い、流流体回路の上面を完全に密閉して、微小量採血装置に所定のパターンの流体回路を形成しうるに十分な強度を与えるものであればよい。このような樹脂コートの厚さは、通常１０〜２００μｍ、好ましくは２０〜１００μｍである。
樹脂コートは、好ましくは、ラミネート加工により形成されたものである。ラミネート方法自体は幾つかの種類があり、いずれの方法を用いて行ってもよい。その具体例としては、プラスチックフィルムのラミネートの場合、エキストルージョンラミネート、ドライラミネート、ウェットラミネートが代表的である。
【００１７】
一つの実施態様において、樹脂コートは、真空中での樹脂ラミネート法で形成さたものである。真空中で樹脂ラミネートすることにより流体回路を減圧にすることができる。
【００１８】
本発明の、さらに別の実施態様においては、基板と、基板上の形成された樹脂層と、該樹脂層上に形成された樹脂接着層と、該樹脂接着層をレーザ加工することより除去、形成された、所定のパターンの溝からなる流体回路と、加工後の樹脂接着層の表面全体を覆う樹脂コートと、中空の針とからなり、前記針は、樹脂接着層と樹脂コートの間に挿入され、一端が基板の端から突き出し、他端が流体回路との間に樹脂コートと樹脂接着層が密着した部分が存在するように置かれ、前記針を基板中心方向に押し入れることにより、針が樹脂コートを剥がし、流体回路と針の中空部とが連通するマイクロ流体素子を提供するものである。ここでは、前記樹脂層および前記コートはフッ素樹脂であることが好ましい。また、樹脂接着層とは樹脂層と樹脂コートを接着する層であり、この層は接着剤や溶融メルティングによって表面が接着性を示す樹脂などにより形成することができる。樹脂層上の樹脂接着層に流路を形成することによって、ガラス基板への血液成分の付着を防ぐことができ、基板のリサイクルが一層容易になる。
【００１９】
本発明において、流体回路は、好ましくは減圧にしたものである。流体回路内の圧力は８×１０２〜８×１０５Ｐａが好ましく、１×１０４〜１×１０５Ｐａが更に好ましい。流体回路を減圧にするためには、上記の真空中で樹脂ラミネートすること以外に、例えば、ラミネート後注射器で減圧を行うことができる。
【００２０】
一つの実施態様において、基板の端から突き出した針の一端は無痛針である。
本発明において、無痛針とは、外径１５０μｍ以下の中空ステンレスの先端を３０度以下に研磨したものが好ましい。採血時には先端が皮膚にささり血液を吸引するが、無痛針を使用することにより、検査対象者に痛覚を生じさせないものである。したがって、検査対象者の苦痛の少ない微少量採血を行うことができる。
【００２１】
一つの実施態様において、流体回路と針先端との間に液溜めがあるマイクロ流体素子である。液溜めは、流体経路の形成と同様に樹脂層に形成することができる。液溜めにはラミネート後、注射器で注液しシールをおこなうことで、希釈液などの溶液を入れておくことができる。液溜めに入れる溶液としては、それに限定されるものではないが、例えば、ヘパリン（抗凝固剤）を加えた生理的食塩水を挙げることができる。
【００２２】
図１は、本発明の微小量採血装置による採血方法の１例を模式的に示した略図である。図１（Ａ）は、採血の開示時点を示すものからなる。微小量採血装置は、断面図により表されており、基板１、樹脂層２に形成された流体回路３、中空の針４、流体回路３と針４の一部を覆う樹脂コート５とからなる。流体回路３と針４の先端４ａとの間には、樹脂コートが樹脂層に密着した部分６が存在し、流体回路３は減圧されている。基板１の端から突き出した側の針４の先端４ｂを指７に刺して採血を開始する。針４を刺したまま指を軽く押し込むと、針４は基板中心方向に移動し、流体回路３と針の中空部が連通され、（Ｂ）に示した状態になる。指７から採血されたサンプルは、針４の中空部をとおり点線矢印のように、流体回路３に入る。
また、針４の先端４ｂは皮膚等に刺すことから、針状の構造を有する。一方、樹脂コート側の先端４ａの構造は、特に限定されるものではないが、図示されるように針状であることが好ましい。
【００２３】
図２は、本発明の別の例の微小量採血装置による採血開始時を模式的に示した略図である。図中、記号１〜７は図１と同じものである。針４の先端４ａと流体回路３の間には液溜め８が存在する。基板１の端から突き出した側の針４の先端４ｂを指７に刺して採血を開始する。針４を刺したまま指を軽く押し込むと、針４は基板中心方向に移動し、液溜め８にある溶液と共に血液が流体回路３に入る。
【００２４】
本発明のマイクロ流体素子は、採血後、例えば、光透過性材料の基板を有している場合には、光学的測定手段をもった各種分析機器にそのまま適用し、流体回路中の血液の分析を行うことができる。
【００２５】
本発明の微小採血装置における流体回路の製造方法の一例を図３に従って説明する。図（ａ）はシリコンや石英ガラスなどの基板１を示し、図（ｂ）はこの基板１１に、ＢＣＢなどの樹脂層１２をスピンコート法などで樹脂層形成基板１３を示す。図（ｃ）はレーザ加工工程を示し、前記の樹脂層形成基板１３をレーザ光１４により加工して流路１５を形成した状態を示す斜視図である。レーザ光１４により流体回路１５を形成する方法は、特に限定するものではなく、レーザ光の光源を目的とする形成しようとする回路のパターン（溝の幅、深さ、回路の形）に合わせて走査露光させる方法、レーザ光源を固定して基板１３を目的とする回路に合わせたパターンが形成されるようにレーザ光に対して移動させる方法などがある。このレーザ加工により、流体回路１５が形成される。このようにして樹脂流体回路形成基板１６を作成する。針（図示せず）を樹脂流体回路形成基板１６上にを置き、次に図（ｄ）に示すように、流体回路１５を有する基板の上面にラミネート１７を施し、構成要素全体を覆って、マイクロ流体素子１８を製作する。
【００２６】
また、樹脂を多層構造にし、流体回路を立体構造としてもよい。立体構造流体回路の形成過程の１例を図４に従って説明する。はじめにガラス上のフィルムに図４（ａ）で黒塗りで示した１層目の溝２１をレーザで作成する。次に、２層目のフィルムをラミネートし、図４（ｂ）で黒塗りで示した１層目の溝に貫通する２層目の貫通穴２２をレーザで作成する。次ぎに、３層目のフィルムをラミネートし、図４（ｃ）で黒塗りで示した３層目の溝２３及び２層目の穴２２に貫通する貫通穴２４をレーザで作成する。最後に、４層目をラミネートし、図４（ｄ）で黒塗りで示した４層目の入口２５をレーザで作成し流体回路を作成する。
針（図示せず）を４層目のフィルム上に置き、さらに上面にラミネートを施し、構成要素全体を覆って微少量採血装置を製作する。
【実施例１】
【００２７】
注液実験
ガラス基板（長さ７５ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚さ１ｍｍ）にフッ素樹脂を厚さ４５μｍにラミネートした。この上に樹脂接着層を４５μｍ厚塗布し、この樹脂に流路（長さ６００μｍ×幅２００μｍ×深さ４５μｍ）をレーザで加工した。次に、図１（Ａ）に示すように両端を斜めに切った長さ１０ｍｍのシリカチューブ針（外径１４０μｍ×内径４０μｍ）を流路の端から３ｍｍ、基板から５ｍｍ突き出して横に置いた。その後、厚み４５μｍのフッ素樹脂フィルムをラミネートし、流体回路を作製した。このとき流体回路と針の間は接着されていた。
続いて、最上層のラミネートフィルムにレーザで１５０μｍ□の貫通穴を流体回路上にあけ、シリカチューブを接着した。シリカチューブの先に注射器を付け、シリンダを引っ張り、流体回路内を減圧にした状態でシリンダにストッパーをはめ、微小量採血装置を作製した。
基板に突き出したシリカチューブの針にインクジェット用カートリッジのフィルム部分を押し当てて針を押し込んだ。針と流体回路の間のラミネートが剥がれ、流体回路内にインクが流れ込むことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の微小量採血装置による採血方法の１例を模式的に示した略図である。
【図２】本発明の別の例の微小量採血装置による採血開始時を模式的に示した略図である。
【図３】本発明の微小採血装置における流体回路の製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の微小採血装置における流体回路の製造方法の別の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  樹脂層
３  流体回路
４  中空の針
４Ａ，４Ｂ  先端
５  樹脂コート
６  樹脂コートが樹脂層に密着した部分
７  指
８  液溜め
１１  基板
１２  樹脂層
１３  樹脂層形成基板
１４  レーザ光
１５  流体回路
１６  樹脂流体回路形成基板
１７  ラミネート
１８  マイクロ流体素子
２１  １層目の溝
２２  ２層目の貫通穴
２３  ３層目の溝
２４  ３層目の貫通穴
２５  ４層目の入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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