(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ化学チップ、電気泳動チップ、免疫分析チップや細胞チップなどの微小対象物を取扱うためのマイクロチップであって、
該マイクロチップの下部を構成する下基部と、
該下基部上方に形成される中間部と、
該中間部上方に形成される上基部からなり、
前記下基部と前記中間部と前記上基部が光透過性の光硬化性樹脂からなるとともに一体に形成され、
前記下基部は行列状に配設された複数の矩形ブロックから形成され、
該矩形ブロックは格子状に形成された溝部によって区画され、
前記中間部は、平面視Ｕ字状に形成された複数の薄板状の壁部を連接してなり、
前記上基部は、前記薄板状の壁部の上部を塞ぐように形成され、
前記薄板状の壁部上縁には切欠部が形成され、
前記中間部の壁部で仕切られた平面視Ｕ字状空間に細胞或いは微粒子が懸濁された流体が流入し、前記切欠部は前記平面視Ｕ字状空間に流入する流体を排出するとともに前記流体に懸濁された細胞或いは微粒子よりも小さく形成される
ことを特徴とするマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学チップ、電気泳動チップ、免疫分析チップや細胞チップなどの微小対象物を取扱うためのマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に流路等の空洞部を備えるマイクロチップの様々な形態が提案されている。例えば、μ−ＴＡＳ（Micro Total Analytical System）やLab. On a Chipと呼ばれる数センチメートル四方の基板であり、このような基板（マイクロチップ）は溶液の混合、反応、分離、検出などの実験用途に用いられる。
特許文献１は、一対のガラス基板のうち少なくとも一方に溝部を形成し、これらガラス基板を接合することによりマイクロチップ内部に空洞部が形成される。
このようにして形成された空洞部に液体や気体を流入させ、空洞部内で分析、化学合成、細胞操作などの操作が行われる。
高い精度が要求される分析や複雑な細胞の操作を行うために、空洞部内で突出する突起部などを設けることがある。所望の分析や細胞操作に応じて、突起部の形状や突起部の配置が定められる。
所望の分析精度や細胞操作の複雑さが要求されるにつれて、この突起部の形状や配置寸法には、高い精度が要求されるものとなる。【０００３】
特許文献１に開示されるようなマイクロチップにおいて、空洞部内に突起部を形成する場合、エッチングにより溝部を形成する際に併せて溝部に突起部を形成することとなる。このような方法においては、形成可能な突起部の形状には限界があり、例えば、円錐状の突起部の頂部を溝部底面に接続させるような逆三角形状の縦断面を備える突起部の形成は困難である。【０００４】
特許文献２には、集束イオンビーム（Focused Ion Beam : FIB）を用いて微細３次元構造物を形成する方法が開示されている。
特許文献２に開示される方法について簡便に説明すると、集束イオンビームを加工対象物表面の微小領域で走査する。これにより、加工対象物表面の原子が集束イオンビームによりはじき出され、エッチング効果を得ることができ、微細な切削加工を行うことが可能となる。
更に、この集束イオンビームの走査の間、加工対象物表面上に、フェナントレンガス（C4H10）を吹き付けると、吹付けられたガスの成分を加工対象物表面の所望箇所に固着させることが可能となり、加工対象物表面上に固着した薄膜を形成することができる。
このように、エッチング及び薄膜の固着を適宜組み合わせることによって、微細な３次元構造物を高い精度で得ることが可能となる。【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１０５９２号公報
【特許文献２】特開２００５−３１０７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示される方法は、高い精度で微細３次元構造物を得られる点で優れているが、光学顕微鏡とともに用いられるマイクロチップの製造には不向きである。即ち、フェナントレンガスを吹き付けて得られる薄膜は、ダイヤモンドライクカーボンからなり、光を透過させない。
したがって、光学顕微鏡用のマイクロチップを製造するには、特許文献２に開示の方法は有効な手段ということはできない。【０００７】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、高い精度で所望の微細加工を施すことが可能であるとともに光学顕微鏡による観察や光学機器を用いた細胞操作に公的に利用可能なマイクロチップ並びにマイクロチップの製造方法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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、マイクロ化学チップ、電気泳動チップ、免疫分析チップや細胞チップなどの微小対象物を取扱うためのマイクロチップであって、該マイクロチップの下部を構成する下基部と、該下基部上方に形成される中間部と、該中間部上方に形成される上基部からなり、前記下基部と前記中間部と前記上基部が光透過性の光硬化性樹脂からなるとともに一体に形成され、前記下基部は行列状に配設された複数の矩形ブロックから形成され、該矩形ブロックは格子状に形成された溝部によって区画され、前記中間部は、平面視Ｕ字状に形成された複数の薄板状の壁部を連接してなり、前記上基部は、前記薄板状の壁部の上部を塞ぐように形成され、前記薄板状の壁部上縁には切欠部が形成され、前記中間部の壁部で仕切られた平面視Ｕ字状空間に細胞或いは微粒子が懸濁された流体が流入し、前記切欠部は前記平面視Ｕ字状空間に流入する流体を排出するとともに前記流体に懸濁された細胞或いは微粒子よりも小さく形成されることを特徴とするマイクロチップである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、下基部、中間部及び上基部が光透過性の光硬化性樹脂からなるので、下基部、中間部及び上基部それぞれに微細形状を施すことが可能となるとともに光学顕微鏡或いは光学機器を用いた細胞観察或いは細胞操作に好適に利用可能なマイクロチップとなる。
また、流体中に含まれる微粒子を捕捉するとともに捕捉された微粒子を細密に配置することが可能なマイクロチップとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るマイクロチップ並びにマイクロチップの製造方法について、図を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のマイクロチップを示す。図１（ａ）は、マイクロチップの縦断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。尚、図１に示すマイクロチップは、単に例示にすぎず、他の形状も本発明の要旨に含まれる。
マイクロチップ（１）は、３つの領域に分けられる。３つの領域は、下方から下基部（２）、下基部（２）の上に形成される中間部（３）及び中間部（３）の上に配される上基部（４）である。
下基部（２）、中間部（３）及び上基部（４）は全て光硬化性樹脂からなり、一体的に形成される。【００１４】
下基部（２）は平板形状に構成される。
下基部（２）上面上に、中間部（３）が下基部（２）と一体的に形成される。中間部（３）は、空洞部（３１）を備える。図１に示す例において、空洞部（３１）は、一対の略円柱状の空間（３１１）と、この円柱状空間（３１１）を接続する流路（３１２）からなる。尚、空洞部（３１）の形状・寸法は、マイクロチップ（１）が使用される用途に応じて適宜定められるが、化学反応の検出・蛋白質や細胞の操作には、空洞部（３１）の寸法は幅・深さが１０〜１０００μmの範囲にあるものが好ましい。【００１５】
流路（３１２）内には、複数の微小構造部（３１３）が形成されている。微小構造部（３１３）は、流路（３１２）の壁面から上方に突出するとともに該壁面に対して一体的に形成される。
図１に示す例においては、微小構造部（３１３）は直方体形状とされる。また、複数の微小構造部（３１３）が流路（３１２）軸方向に配列され、一対の列を形成している。例えば、流路（３１２）に蛋白質や細胞を含有する懸濁液を流入させるときに、この列の間隔を懸濁液中の蛋白質や細胞の径より狭くすることで、微小構造部（３１３）間で蛋白質や細胞を捕捉することが可能となる。
尚、微小構造部（３１３）の形状、配置或いは配列は、特に限定されるものではなく、マイクロチップ（１）が使用される用途に応じて適宜定められるが、微小構造部（３１３）は蛋白質や細胞の大きさに応じて１００nm〜１０００００nmの範囲の精度で構成される形状で、例えば、細胞培養の足場となるための数十μｍオーダーの網目からなる構造体から、数万〜百万塩基に相当するDNAを電気泳動法によって分離するために必要となる１００nm〜１０００００nmの大きさの微小構造体を有するものが好ましい。【００１６】
中間部（３）上面上に、上基部（４）が中間部（３）と一体的に形成される。上基部（４）は、平板状の基部（４１）と基部（４１）上面から上方に延設する円柱状のダクト部（４２）からなる。
ダクト部（４２）内部には、円形断面の流路（４１１）が形成され、流路（４１１）はダクト部（４２）に沿って延び、基部（４１）を貫き、中間部（３）の円柱状空間（３１１）と連通する。流路（４１１）は、中間部（３）の流路（３１２）に液体や気体を供給或いは排出するための供給口或いは排出口として利用される。
ダクト部（４２）上端周面には、段部（４２１）が形成される。段部（４２１）は、ダクト部（４２）に接続されるチューブ等の流体供給具との連結に利用される。
尚、上基部（４）の形状は、特に限定されるものではなく、マイクロチップ（１）が使用される用途に応じて適宜定められる。【００１７】
図１に示すマイクロチップ（１）の例を用いて、マイクロチップ（１）の製造方法を以下に示す。
図２は、マイクロチップ（１）の製造方法を示すフローチャートである。
マイクロチップ（１）の製造方法は、下基部形成工程、中間部形成工程及び上基部形成工程からなる。【００１８】
図３は、下基部形成工程、中間部形成工程及び上基部形成工程に用いられるマイクロチップ製造装置（１０）の主要部を示す概略図である。
マイクロチップ製造装置（１０）は、平滑な上面を有するステージ（１１０）、ステージ（１１０）上方に配されるとともに光硬化性樹脂液を滴下するプローブ（１２０）及びステージ（１１０）上方に配されるとともにステージ（１１０）上面に対して平行な下端縁（１３２）を備える薄板状の液厚調整板（１３０）を備える。【００１９】
ステージ（１１０）は、水平方向に移動可能とされる。プローブ（１２０）は、光硬化性樹脂液を貯蔵するタンク（図示せず）と接続するとともに、タンクから供給される光硬化性樹脂液をステージ（１１０）上面に滴下する。
液厚調整板（１３０）は、ピエゾ・アクチュエータ（１３１）に接続し、液厚調整板（１３１）の下端縁（１３２）とステージ（１１０）上面との間隔を高精度に調整可能とされる。
尚、ステージ（１１０）を移動可能とせず、液厚調整板（１３０）の移動方向を、上下方向だけでなく水平方向に移動可能とする方式など、ステージ（１１０）と液厚調整板（１３０）との間に水平方向の相対的移動を生じせしめる方法が適宜採用可能である。
また、上記例において、液厚調整板（１３０）にピエゾ・アクチュエータ（１３１）を接続したが、ステージ（１１０）にアクチュエータを取り付け、ステージ（１１０）を上下に移動可能としてもよい。【００２０】
図４は、下基部形成工程の各段階を示すフローチャートである。
下基部形成工程は、樹脂液滴下段階、液厚調整段階、樹脂液硬化段階及び一体積層段階からなる。
図５は、樹脂液滴下段階において、ステージ上に光硬化性樹脂液を滴下した後の状態を示す。【００２１】
プローブ（１２０）から光硬化性樹脂液がステージ（１１０）上面に滴下される。この状態において、ステージ（１１０）上の樹脂液は表面張力により液面が曲面状となっている。
樹脂液滴下の後、ピエゾ・アクチュエータ（１３１）を作動させ、ステージ（１１０）上面と液厚調整板（１３０）の下端縁（１３２）の間隔を調整する。【００２２】
図６は、液厚調整段階におけるステージ（１１０）の動作を示す。
その後、ステージ（１１０）を水平移動させ、液厚調整板（１３０）の下端縁（１３２）と樹脂液を接触させた状態とし、樹脂液は、下端縁（１３２）の下を通過する。
図６に示すように、下端縁（１３２）の下を通過した樹脂液の液面は平滑化され、ステージ（１１０）上で一様な液厚の樹脂液層が形成される。これにより形成される樹脂液層の液厚は、例えば、１〜５０μｍ、好ましくは、２〜１０μｍ、さらに好ましくは、５〜１０μｍである。【００２３】
液厚調整工程にて、一様な液厚の樹脂液層がステージ（１１０）上に形成された後、樹脂液硬化工程が行われる。
樹脂液硬化工程において、液厚調整後の樹脂液層に対して、光が照射され、これにより照射された領域にある光硬化性樹脂が硬化する。
光を照射するための光学装置（５００）が、図６に示される。
光学装置（５００）は、光を放射する光源（５１０）、光源（５１０）からの光を受けるマイクロミラーアレイ（５２０）を備える。尚、図６においては、光源（５１０）からマイクロミラーアレイ（５２０）まで光を案内する光学系は省略されている。
光源（５１０）としては、例えば、波長４００ｎｍ近傍の光を出射する半導体レーザが好適に使用可能である。マイクロミラーアレイ（５２０）には、例えば、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）が好適に使用可能である。光源（５１０）からの光が、マイクロミラーアレイ（５２０）により、空間変調され、ステージ（１１０）上の樹脂液層に照射される。【００２４】
マイクロミラーアレイ（５２０）を構成する各微小ミラーは、それぞれ所定の姿勢をとる。そして、特定の姿勢をとる微小ミラーからの反射光のみにより形成される光が導出される。マイクロミラーアレイ（５２０）からの光は、レンズ群（５３０）を介してハーフミラー（５４０）に至り、ハーフミラー（５４０）により反射された光が対物レンズ（５５０）によりステージ（１１０）上の液層へ導かれる。【００２５】
光学装置（５００）は、更に、対物レンズ（５５０）とステージ（１１０）上の液層の液面との距離を検出する検出ユニット（５６０）を備える。検出ユニット（５６０）は、レーザ光を出射する半導体レーザ（５６１）と、液層上面からの反射光を受光する受光器（５６２）を備える。
半導体レーザ（５６１）から出射されたレーザ光は、ミラー（５７０）により反射され、ハーフミラー（５４０）及び対物レンズ（５５０）を介して、ステージ（１１０）上の液層に照射される。液層上面において、このレーザ光は反射され、該反射光は対物レンズ（５５０）、ハーフミラー（５４０）及びミラー（５７０）へ至る経路を辿り、ミラー（５７０）にて、方向を変えられ、受光器（５６２）により受光される。このとき、受光器（５６２）が光を受光する位置を検知し、この位置により、対物レンズ（５５０）と液層上面との距離が検出される。【００２６】
図７は、マイクロミラーアレイ（５２０）の動作とステージ（１１０）上への光の照射領域の関係を示す。図７（ａ）は、マイクロミラーアレイ（５２０）の各微小ミラーの姿勢を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す状態のマイクロミラーアレイ（５２０）によりステージ（１１０）上へ照射される光の照射領域を示す。
図７（ａ）に示す如く、マイクロミラーアレイ（５２０）は、複数の微小ミラー（５２１）が行方向及び列方向に配列されている。各微小ミラー（５２１）は、その姿勢を所定位置に変更可能であり、所定位置のうち１つは、ミラー群（５３０）へ光源（５１０）からの光を送る「ＯＮ」の姿勢であり、他の姿勢は、ミラー群（５３０）へ光を送らない「ＯＦＦ」の姿勢である。図７（ａ）に示す例において、「ＯＮ」の姿勢をとる微小ミラー（５２１）には、ハッチングが施されている。【００２７】
ステージ（１１０）上への光の照射領域は、上記微小ミラー（５２１）の姿勢により変更可能であり、各微小ミラー（５２１）はステージ（１１０）上の所定位置に光を照射可能であり、図７（ｂ）に示すようにステージ（１１０）上の照射領域は微小ミラー（５２１）に対応する格子領域で区切られている。
図７（ａ）に示す例において、ハッチングが施された微小ミラー（５２１）からのみミラー群（５３０）へ光が送られるので、対応する格子領域（黒く塗りつぶされた領域）にのみ光が照射される。マイクロミラーアレイ（５２０）は、各マイクロミラーのピッチの１辺の長さが約１０μｍ、例えば、１３．６８μｍの四角形の形状を有している。隣接するマイクロミラーの間隔は、例えば１μｍである。本実施の形態１で用いたＤＭＤ２の全体は、４０．８×３１．８ｍｍの四角形状を有し（うち、ミラー部は、１４．０×１０．５ｍｍの四角形状を有する。）、１辺の長さが１３．６８μｍのマイクロミラー７８６，４３２個により構成されている。【００２８】
上述の如くして、微小ミラー（５２１）を操作して、ステージ（１１０）上への光の照射領域を制御し、マイクロチップ（１）の下基部（２）として所望される大きさの面積領域に光を照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。そして、ステージ（１１０）を水平移動させ、順次光を光硬化樹脂液に照射し、ステージ（１１０）上に第１層となる硬化樹脂層が形成された後、積層段階が行われる。【００２９】
積層段階において、ステージ（１１０）をプローブ（１２０）の下方に移動させ、プローブ（１２０）から、上述の如くして形成された硬化樹脂層上に液状の光硬化性樹脂を滴下する。
その後、ピエゾ・アクチュエータ（１３１）を作動させ、液厚調整板（１３０）の位置を上昇させる。そして、滴下された樹脂液に液厚調整板（１３０）の下端縁（１３２）を接触させつつ、樹脂液が下端縁（１３２）の下を通過するようにステージ（１１０）を水平移動させる。
そして、微小ミラー（５２１）の姿勢を制御しつつ、ステージ（１１０）上に光を照射し、更に、硬化樹脂層を積層する。
上記の滴下、液厚調整、樹脂硬化のプロセスを繰り返して、所定厚さの下基部（２）を形成する。この積層段階において、各積層サイクルにおいて、液厚が調整されるので、積層によって生ずる厚さ方向の誤差が累積せず、非常に高い精度で下基部（２）を形成可能となる。【００３０】
下基部（２）が形成された後、中間部形成工程が行われる。
中間部形成工程においても、形成された下基部（２）上で、上記の滴下、液厚調整、樹脂硬化のプロセスが繰り返される。
尚、上述の如く、中間部（３）には、空洞部（３１１）及び微小構造部（３１２）が設けられている。【００３１】
図８は、微小構造部（３１２）を形成するときのステージ（１１０）上への光の照射領域を示す。
上述の如く、微小ミラー（５２１）の姿勢を制御して、微小構造部（３１２）の位置に対応する微小ミラー（５２１）を「ＯＮ」の姿勢とし、流路（３１２）に対応する微小ミラー（５２１）を「ＯＦＦ」の姿勢とし、更に流路（３１２）の外側領域に対応する微小ミラー（５２１）を「ＯＮ」の姿勢とする。そして、光源（５１０）から光を照射し、「ＯＮ」の姿勢にある微小ミラー（５２１）に対応する位置にある光硬化性樹脂液を硬化させる。
複雑な断面形状を有する微小構造部（３１２）を形成する場合には、微小ミラー（５２１）の大きさを小さくし、より多くの微小ミラー（５２１）でマイクロミラーアレイ（５２０）を形成すればよい。
また、厚さ方向に対して複雑な形状変化を有する微小構造部（３１２）を形成する場合には、液厚調整板（１３０）の上昇量を少なくすることで、薄い樹脂液層を形成し、この薄い樹脂液層に対して硬化処理を行い、これを順次繰り返すことで、高い形状精度を達成することができる。【００３２】
このようにして、中間部（３）が形成された後、上基部形成工程が行われる。
上基部形成工程においても、形成された中間部（３）上で、上記の滴下、液厚調整、樹脂硬化のプロセスが繰り返される。
尚、上述の如く、上基部（４）には、流路（４１１）が設けられている。したがって、中間部形成工程において行われた動作と同様に、流路（４１１）に対応する部分には光を照射せず、非照射領域とし、流路（４１１）以外の部分には光を照射し、照射領域とし、滴下、液厚調整、樹脂硬化のプロセスを繰り返し、積層することで、非照射領域からなる立体空間内の樹脂液は硬化せず、液相を維持し、その他の部分の樹脂液は硬化し、上基部（４）を形成する。
ダクト部（４２）の形成においては、ダクト部（４２）の壁を構成する部分に対応する位置の樹脂液に光を照射し、その他の部分を非照射領域とすることで、ダクト部（４２）を形成することが可能となる。
尚、上述の例においては、上基部（４）に流路（４１１）を形成したが、下基部（２）中に中間部（３）の空洞部（３１）に連通する流路を形成してもよい。【００３３】
このようにして、本発明においては、非常に大きな構造から、非常に微細な構造まで、高い形状精度を保ったまま様々な形状を形成可能である。
図９は、上述の方法から得られる細胞検出チップとして形成されたマイクロチップを示す図であり、図９（ａ）は、マイクロチップ（１）を中間部（３）で切断し、中間部（３）に形成される空洞部（３１２）とマイクロチップ全体の大きさの対比を示す。図９（ｂ）は空洞部（３１２）の断面の拡大図である。
上記の方法により、一辺が数センチ（例えば、２〜１０ｃｍ程度）のマイクロチップを形成し、中間部（３）に溝幅１０〜１０００μｍ、深さ５〜１００μｍの溝部（空洞部）（３１）を形成することができる。そして、溝部（３１）内の一断面において、微小構造部（３１３）として、格子構造を形成することができ、この格子構造の目を一辺が１００ｎｍ〜１００，０００ｎｍとなる矩形の形状とすることができる。
このような空洞部に細胞を含有する懸濁液を流入させることにより、例えば、数万〜百万塩基のＤＮＡを持つインフルエンザウィルスなどをゲルやポリマー溶液を用いることなしに検出することが可能となる。【００３４】
上記の構造以外にも、微細な空洞部（３１）を形成し、この空洞部中で単一細胞を培養するための細胞チップとしての利用も可能である。微細な空洞部（３１）中で単一細胞を培養することにより、少量の培地及び細胞数で細胞機能分析を行うことが可能となる。また、このような微細空洞部（３１）を細胞培養槽とするので、細胞からの代謝物の培地からの濃縮分離作業を要せず、リアルタイムでの細胞機能分析を行うことが可能となる。
更には、微細な溝（３１）中に二種以上の試薬やガスを導入することで、流体の溝部（３１）内での流速が低減し、これら試薬やガスの混合を分子拡散に依存した形態とすることができ、機械的な撹拌作用の必要性をなくすことができる。また、溝部（３１）内壁上での固液界面反応や液液界面反応を高効率に促すことが可能となるとともに、外部からの加熱・冷却に対する反応速度を上げることができる。【００３５】
図１０は、上述の方法から得られる細胞配列型チップとして形成されたマイクロチップ（１）を示す斜視図である。図１１は、図１０に示すマイクロチップ（１）の下基部（２）、中間部（３）及び上基部（４）を分割して示す図であり、図１１（ａ）は図１０に示すマイクロチップ（１）の下基部（２）の平面図であり、図１１（ｂ）は図１０に示すマイクロチップ（１）の中間部（３）の平面図であり、図１１（ｃ）は図１０に示すマイクロチップ（１）の上基部（４）の平面図である。【００３６】
下基部形成工程において、小さな矩形ブロック（２１）の配列を形成する。矩形ブロック（２１）の配列によって得られる下基部（２）は全体として平面視矩形の平板状に形成される。
矩形ブロック（２１）は行列状に配列され、矩形ブロック（２１）それぞれの間には、縦方向及び横方向に延びる溝部（２２）が形成される。溝部（２２）は、下基部（２）状で格子模様を形成する。
溝部（２２）の幅は、１乃至５０μｍ程度であることが好ましく、また下基部（２）の厚さは、１０乃至１００μｍ程度であることが好ましい。このように形成すると、溝部（２２）に培地を好適に流動させることができる。【００３７】
中間部形成工程において、上述のように形成された下基部（２）上面に中間部（３）を一体的に積層する。中間部（３）外形は下基部（２）と同形・同大に形成される。
中間部（３）は、複数の円形開口部（３２）を備える。円形開口部（３２）の中心が、下基部（２）に形成された縦方向に延びる溝部（２２）と横方向に延びる溝部（２２）の交差点と一致するように、円形開口部（３２）が配列される。尚、円形開口部（３２）の直径は１０乃至３００μｍ程度であると好適に細胞をその内部に収容可能となる。
中間部（３）の形成により、下基部（２）を構成する各矩形ブロック（２１）は連結される。【００３８】
上基部形成工程において、上述のように形成された中間部（３）上面に上基部（４）を一体的に形成する。
上基部（４）は、中間部（３）上面から上方に向けて突出する薄板状の壁部（４３）からなり、壁部（４３）それぞれが連結し、平面視正六角形状の領域（４３１）を形成する。領域（４３１）は、壁部（４３）を隔てて隣接し、上基部（４）は全体としてハニカム構造をなす。
領域（４３１）の中心は、中間部（３）に形成された円形開口部（３２）の中心と一致する。【００３９】
図１２は、図１０に示すマイクロチップ（１）の断面図であり、図１０のマイクロチップ（１）の使用形態を示す。
中間部（３）に形成された円形開口部（３２）と上基部（４）の六角形領域（４３１）は連結し、細胞収容空間を形成する。細胞収容空間に、細胞（Ｃ）が収容される。
溝部（２２）には、培地が流入する。流入した培地は、円形開口部（３２）を介して細胞（Ｃ）に達し、細胞培養に必要な栄養素を供給する。更に、培地が溝部（２２）を通過することで、細胞（Ｃ）からの老廃物や古くなった培地がマイクロチップ（１）外へ排出されることとなる。【００４０】
図１０乃至図１２に示すマイクロチップ（１）を用いることで、規則正しく配置された細胞を培養することが可能となる。この細胞培養により、隣接する細胞同士が接着することとなり、１つの細胞組織として機能することとなる。この細胞組織は、無秩序に基板上で培養された細胞組織と比べて、生体内細胞組織に近似した構造をなすことによって、細胞組織として、機能性が向上した細胞チップを形成することが可能となる。
尚、隣接する細胞同士の接着を促進させるために、上基部（４）の壁部（４３）に貫通穴を設けてもよい。
尚、図１０乃至図１２に示すマイクロチップ（１）を複数段重ねて細胞培養を行ってもよい。【００４１】
図１３は、上述の方法から得られる多層で細胞を配列させるためのチップとして形成されたマイクロチップ（１）を示す斜視図である。図１４は、図１３に示すマイクロチップ（１）の縦断面図であり、図１５は、図１３に示すマイクロチップ（１）の各構成層の平面図である。図１５（ａ）は、下基部（２）及び上基部（４）の平面図であり、図１５（ｂ）は中間部（３）の平面図である。
図１３及び図１４に示す如く、マイクロチップ（１）は、下基部（２）、下基部（２）上面に形成される中間部（３）及び中間部（３）上面に形成される上基部（４）を備える。
図１５に示す如く、本実施例において、下基部（２）と上基部（４）は、同一の形状である。
マイクロチップ（１）厚さ方向中間位置にある上基部（４）は、下基部（２）としての役割を担い、この上基部（４）の上面に更に中間部（３）が形成され、更にこの中間部（３）の上面に上基部（４）が形成される。
このようにして、マイクロチップ（１）は多層化構造を備えるものとなる。【００４２】
次に、下基部（２）、上基部（４）並びに中間部（３）の構造について説明する。
下基部形成工程において、円形開口部（２３）と溝部（２２）の配列を形成する。円形開口部（２３）は行列状に配列され、円形開口部（２３）を接続するように縦方向及び横方向に延びる溝部（２２）が形成される。溝部（２２）は、下基部（２）状で格子模様を形成する。
溝部（２２）の幅は、１乃至５０μｍ程度であることが好ましく、また下基部（２）の厚さは、１０乃至１００μｍ程度であることが好ましい。このように形成すると、溝部（２２）に培地を好適に流動させることができる。【００４３】
中間部形成工程において、上述のように形成された下基部（２）上面に中間部（３）を一体的に積層する。中間部（３）外形は下基部（２）と同形・同大に形成される。
中間部（３）は、複数の球形の空洞開口部（３２）を備える。球形の空洞開口部（３２）の中心が、下基部（２）に形成された縦方向に延びる溝部（２２）と横方向に延びる溝部（２２）の交差点にある円形開口部（２３）と一致するように、球形の空洞開口部（３２）が配列される。尚、球形の空洞開口部（３２）の直径は１０乃至３００μｍ程度であると好適に細胞をその内部に収容可能となる。【００４４】
上基部（４）は、上記した下基部（２）と同一の形状である。
中間部（３）上面に再度、上基部（４）を一体的に積層する。上基部（４）は、下基部（２）としての役割を担い、この上基部（４）上に中間部（３）が更に積層される。このように積層を繰り返すことで多層での細胞配列を可能となる。【００４５】
図１５に示す如く、下基部（２）及び上基部（４）に形成された円形開口部（２３）と、中間部（３）に形成される球形の空洞開口部（３２）が連結される。この円形開口部（２３）と空洞開口部（３２）が連結される空間内に細胞（Ｃ）が収容される。上述の如く、マイクロチップ（１）は多層構造を備えるので、マイクロチップ（１）内には多層の細胞収容空間が形成されることとなる。
溝部（２２）には、培地が流入する。流入した培地は、円形開口部（２３）を介して連結した球形の空洞開口部（３２）にある細胞（Ｃ）に達し、細胞培養に必要な栄養素を供給する。更に、培地が溝部（２２）を通過することで、細胞（Ｃ）からの老廃物や古くなった培地がマイクロチップ（１）外へ排出されることとなる。
このように多層での細胞培養することによって、臓器機能を有する細胞チップや移植用のミニ臓器を作り出すことが可能となる。【００４６】
図１６は、上述の方法から得られる堰き止め構造を有する微小流路チップとして形成されたマイクロチップ（１）を示す斜視図である。
図１６に示すマイクロチップ（１）は、マイクロチップ（１）内への流体の流入を安定化させるために左右に一対のアーム部（１１）を備える。アーム部（１１）は、流体の流れ方向に延設し、一対のアーム部（１１）は互いに平行に配列される。【００４７】
アーム部（１１）の中間位置において、アーム部（１１）下縁から下基部（２）が一対のアーム部（１１）間に延設し、アーム部（１１）上縁から上基部（４）が一対のアーム部（１１）間に延設する。
下基部（２）と上基部（４）の間に中間部（３）が配される。【００４８】
図１７は、図１６に示すマイクロチップ（１）から上基部（４）を取り除いた状態を示す平面図であり、下基部（２）並びに中間部（３）の構造を示す。
下基部形成工程（２）において、小さな矩形ブロック（２１）の配列を形成する。矩形ブロック（２１）の配列によって得られる下基部（２）は全体として平面視矩形の平板状に形成される。
矩形ブロック（２１）は行列状に配列され、矩形ブロック（２１）それぞれの間には、縦方向及び横方向に延びる溝部（２２）が形成される。溝部（２２）は、下基部（２）上で格子模様を形成する。
溝部（２２）の幅は、１乃至５０μｍ程度であることが好ましく、また下基部（２）の厚さは、１０乃至１００μｍ程度であることが好ましい。このように形成すると、溝部（２２）に培地を好適に流動させることができる。
尚、アーム部（１１）に隣接する矩形ブロック（２１）はアーム部（１１）と一体的に形成される。【００４９】
中間部形成工程において、上述のように形成された下基部（２）上面に中間部（３）を一体的に積層する。
中間部（３）は、平面視Ｕ字形状に形成された複数の薄板状の壁部（３３）からなり、複数の壁部（３３）は流路幅方向に連接される。壁部（３３）の直線状部分（３３１）は、流体流れ方向に沿って配列された矩形ブロック（２１）中心を横切り、これら矩形ブロック（２１）同士を連結する。壁部（３３）の湾曲部分（３３２）は、下基部（２）最下流側に配される矩形ブロック（２１）同士を連結する。これにより、下基部（２）を構成する矩形ブロック（２１）全てが連結されることとなる。
尚、一対のアーム部（１１）に隣接する壁部（３３）は、アーム部（１１）内壁と一体的に形成される。
このように形成された中間部（３）上部開口部を塞ぐように上基部（４）が形成される。【００５０】
図１８は、中間部（３）を構成する複数の壁部（３３）のうち１つを取り出した図であり、図１８（ａ）は壁部（３３）の平面図であり、図１８（ｂ）は壁部（３３）の正面図であり、図１８（ｃ）は、壁部（３３）を下流側から見た図である。
壁部（３３）の直線状部分（３３１）及び湾曲部分（３３２）の上縁には矩形状の切欠部（３３３）が形成される。直線状部分（３３１）に形成された切欠部（３３３）は壁部（３３）で仕切られたＵ字状空間を横切る流体の流れを作り出す。また、湾曲部分（３３２）に形成された切欠部（３３３）は、Ｕ字状空間内部に流入した流体の排出を可能とする。
尚、切欠部（３３３）の大きさは、流入する流体に懸濁された細胞或いは微粒子よりも小さく形成される。【００５１】
図１９は、図１６乃至図１８に示すマイクロチップ（１）とともに用いられる培養器の展開斜視図である。図１９に示す各部材は、光透過性材料から構成され、光学顕微鏡を用いた観察に適したものとされる。
培養器（６）は、チップ基板（６１）と、チップ基板（６１）上面に載置・固定される流路形成板（６２）と、チップ基板（６１）並びに流路形成部材（６２）を上下に挟持する上部固定板（６３）と下部固定板（６４）と、上部固定板（６３）と接続する一対の管状のコネクタ（６５）から構成される。【００５２】
チップ基板（６１）上面には、図１６乃至図１８に示すマイクロチップ（１）が載置固定される。流路形成板（６２）がチップ基板（６１）上面に載置される。流路形成板（６２）下面には細幅の流路（６２１）が形成され、流路形成板（６２）がチップ基板（６１）上に載置されると、流路（６２１）下部がチップ基板（６１）により閉塞される。チップ基板（６１）上に流路形成板（６２）が重ねられた状態にあるとき、マイクロチップ（１）は、流路（６２１）内に存在する。このとき、マイクロチップ（１）のアーム部（１１）は、流路（６２１）の軸線方向に平行にされる。
流路形成板（６２）は一対の貫通穴（６２２）を備え、一対の貫通穴（６２２）それぞれは、流路（６２１）の各端部と連通する。【００５３】
上部固定板（６３）と下部固定板（６４）は、ともに平板状の部材である。光学顕微鏡による観察を好適に行うために、上部固定板（６３）及び下部固定板（６４）の中央には矩形状の開口部（６３１，６４１）が形成される。培養器（６）が組立てられたとき、マイクロチップ（１）は、開口部（６３１，６４１）の中央に位置する。
上部固定板（６３）の下面及び下部固定板（６４）の上面には、矩形状のザグリ部（６３２，６４２）が形成される。上部固定板（６３）と下部固定板（６４）が重ね合せられると、ザグリ部（６３２，６４２）はチップ基板（６１）と流路形成板（６２）の積層体を収容する収容部を形成する。
上部固定板（６３）と下部固定板（６４）の四隅に貫通穴（６３３，６４３）が形成され、ボルト等の固定具が貫通穴（６３３，６４３）に挿通する。これにより、上部固定板（６３）と下部固定板（６４）が密着する。この状態で、ザグリ部（６３２，６４２）により形成される収容部内で、チップ基板（６１）と流路形成板（６２）の積層体が固定される。【００５４】
上部固定板（６３）は、一対の貫通穴（６３４）を備える。上部固定板（６３）の貫通穴（６３４）は、流路形成板（６２）に形成された貫通穴（６２２）と連通する。
上部固定板（６３）の貫通穴（６３４）には、コネクタ（６５）が嵌入する。コネクタ（６５）は略円筒形状の部材であり、コネクタ（６５）上端部にはチューブを固定するための固定部（６５１）が形成される。【００５５】
図２０は、図１９に示す培養器（６）の組立断面図である。
一方のコネクタ（６５）から液体が供給される。供給される液体中には細胞等の微粒子が懸濁されている。一方のコネクタ（６５）から流入した液体は流路（６２１）を通過し、他方のコネクタ（６５）から排出される。【００５６】
図２１は、図２０に示す培養器（６）中に配されたマイクロチップ（１）内部のＵ字状の壁部（３３）の内部の状態を示す。図２１（ａ）は、壁部（３３）に囲まれた空間の平面図であり、図２１（ｂ）は、壁部（３３）に囲まれた空間の縦断面図である。
コネクタ（６５）から供給された液体中に含まれる微粒子（Ｃ）は、Ｕ字状の壁部（３３）の湾曲部分（３３２）により堰き止められる。湾曲部分（３３２）より上流側にある空間は、壁部（３３）と下基部（２）及び上基部（４）により囲まれた厚さの小さな空間であるので、この空間を流れる流体の流動形態は穏やかな層流となる。したがって、微粒子（Ｃ）は安定的に湾曲部分（３３２）近傍に集積されることとなる。
壁部（３３）の直線部分（３３１）間の距離、中間部（３）の厚さ或いは壁部（３３）の湾曲部分（３３２）の曲率半径といった寸法は、供給される液体中の微粒子（Ｃ）の平均粒径に応じて定めることができる。堰き止められた微粒子（Ｃ）が最密構造となるようにこれら寸法を最適化することで、より多くの微粒子（Ｃ）が平面に配列した形でマイクロチップ（１）内部に保持することが可能となり、顕微鏡等での観察において、一つ一つの微粒子（Ｃ）が重なり合うことなく同時に多数個観察することが可能となる。【００５７】
マイクロチップ（１）は、光透過性材料からなるので、光学顕微鏡下で、微粒子の集積状態を観察可能である。したがって、所望量の微粒子が集積されたときに液体供給を停止させるなどの操作が可能である。
微粒子が細胞である場合には、所望量の細胞が集積されたときに、細胞を含む液体の供給を停止し、その後、培地を流路（６２１）に流入させてもよい。培地は、湾曲部分（３３２）に集積した細胞に必要な栄養素を与えるとともに細胞からの老廃物を下流に押し流す。また、培地とともに薬剤を流入させ、薬剤と細胞との相互作用の評価や解析を行ってもよい。
このようにして、細胞を密集させ、密集した細胞群を培養或いは試験可能となる。【００５８】
図２２は、上述の方法から得られる多連マイクロキャピラリチップとして形成されたマイクロチップ（１）を示す斜視図である。図２３は、図２２に示すマイクロチップのマイクロキャピラリ部を示す。図２３（ａ）は、マイクロキャピラリ部の斜視図であり、図２３（ｂ）は、マイクロキャピラリ部の断面図である。
図２２に示すマイクロチップ（１）は、平板形状の下基部（２）と、下基部（２）上面から上方に突出する複数本のマイクロキャピラリ部（１２）からなる。下基部（２）は、下基部形成工程で形成され、マイクロキャピラリ部（１２）は中間部形成工程及び上基部形成工程を経て形成される。【００５９】
マイクロキャピラリ部（１２）は、台形円錐形状の中間部（３）と円筒形状の上基部（４）から形成される。マイクロキャピラリ部（１２）は中空に形成される。
上基部（４）上端周面には、矩形状の細胞導入穴（４４）が形成され、細胞導入穴（４４）は、マイクロキャピラリ部（１２）の内部空間と連通する。また、細胞導入穴（４４）の下方において、上基部（４）周面に複数の液導入穴（４５）が形成される。【００６０】
図２４は、図２２及び図２３に示すマイクロチップ（１）の使用形態を示す図である。
マイクロチップ（１）使用時において、マイクロチップ（１）は形成時の状態とは上下反転して用いられる。マイクロチップ（１）は、ディッシュ（Ｄ）内の特定の細胞を分取するために用いられ、この分取作業は、マイクロキャピラリ部（１２）を、細胞を含む培地内に挿入することで行われる。【００６１】
図２５は、この分取作業の第１段階を示す図であり、図２５（ａ）は第１段階を実行している最中の状態を示し、図２５（ｂ）は第１段階実行後の状態を示す。
ディッシュ（Ｄ）内の培養される細胞の多くは、ディッシュ（Ｄ）底面に接着した状態にある。したがって、分取対象となる細胞（Ｃ）をディッシュ（Ｄ）底面から引き剥がす作業を要する。
第１段階では、ディッシュ（Ｄ）底面から細胞（Ｃ）を引き剥がす作業を行う。
まず、分取しようとする細胞を選択し、選択された細胞の周囲にレーザ光（Ｌ）を照射する。レーザ光（Ｌ）の種類は特に限定されるものではないが、ＵＶレーザ、フェムト秒レーザなどが好適に使用可能である。
レーザ光（Ｌ）を走査し、選択された細胞（Ｃ）の周縁付近を切断する。フェムト秒レーザを用いる場合には、レーザ光（Ｌ）の走査による切断部付近にレーザ光（Ｌ）の焦点を位置させ、レーザ光の強度を調整し、培地内に衝撃波を生じさせる。この衝撃波により、細胞（Ｃ）はディッシュ（Ｄ）底面から引き剥がされる。ＵＶレーザを用いる場合には、レーザ光（Ｌ）の走査による切断作業の後、ディッシュ底面にレーザ光（Ｌ）の焦点を位置させ、ディッシュ（Ｄ）底面を破壊することにより、細胞（Ｃ）をディッシュ（Ｄ）底面から引き剥がすことができる。
第１段階に係る操作を複数の細胞（Ｃ）に対して行い、複数の細胞（Ｃ）を培地中で浮遊させた状態とすることができる。【００６２】
図２６は、分取作業の第２段階を示す。
第２段階において、マイクロチップ（１）のマイクロキャピラリ部（１２）が培地中に挿入される。液導入穴（４５）からマイクロキャピラリ部（１２）内部に培地が流入する。
培地中で浮遊する細胞（Ｃ）は、ＩＲレーザの集光位置において捕捉される。そして、ＩＲレーザの焦点を移動させ、トラップされた細胞をマイクロキャピラリ部（１２）に形成された細胞導入穴（４４）からマイクロキャピラリ部（１２）内部に収容する。このようにして、選択された細胞を１つずつマイクロキャピラリ部（１２）内部に収容することが可能である。マイクロキャピラリ部（１２）は光透過性材料からなるので、このような光学機器を利用した細胞操作に好適に利用することができる。
このようにして、非接触にて複数の細胞を同時に分取することが可能となり、特に再生医療の自家細胞移植などにおける細胞検査に好適に利用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、マイクロ化学チップ、電気泳動チップ、免疫分析チップや細胞チップなどの微小対象物を取扱うためのマイクロチップ及び該マイクロチップの製造方法に好適に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係るマイクロチップを示す図である。
【図２】本発明に係るマイクロチップの製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明に係るマイクロチップ製造方法に用いられる装置の主要部を示す図である。
【図４】本発明に係るマイクロチップ製造方法の下基部製造工程のフローチャートである。
【図５】本発明に係るマイクロチップ製造方法の下基部製造工程の一工程を示す図である。
【図６】本発明に係るマイクロチップ製造方法の下基部製造工程の一工程を示す図である。
【図７】マイクロミラーアレイと光照射領域の関係を示す図である。
【図８】マイクロチップの微小構造部の形成段階を示す図である。
【図９】細胞検出チップとして形成されたマイクロチップを示す図である。
【図１０】細胞配列型チップとして形成されたマイクロチップを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すマイクロチップの下基部、中間部及び上基部を示す図である。
【図１２】図１０に示すマイクロチップの断面図である。
【図１３】多層構造を有する微小流路チップとして形成されたマイクロチップを示す斜視図である。
【図１４】図１３に示すマイクロチップの内部構造を示す図である。
【図１５】図１３に示すマイクロチップの断面図である。
【図１６】堰き止め構造を有する微小流路チップとして形成されたマイクロチップを示す斜視図である。
【図１７】図１６に示すマイクロチップの内部構造を示す図である。
【図１８】図１６に示すマイクロチップの中間部を構成する壁部のうち１つを取り出した図である。
【図１９】図１６に示すマイクロチップとともに用いられる培養器の展開斜視図である。
【図２０】図１９に示す培養器の組立断面図である。
【図２１】図１９に示す培養器に細胞を含む培地を流したときのマイクロチップの内部の状態を示す図である。
【図２２】多連マイクロキャピラリチップとして形成されたマイクロチップを示す斜視図である。
【図２３】図２２に示すマイクロチップのマイクロキャピラリ部を示す図である。
【図２４】図２２に示すマイクロチップの使用形態を示す図である。
【図２５】図２２に示すマイクロチップを用いて細胞を分取する作業の第１段階を示す図である。
【図２６】図２２に示すマイクロチップを用いて細胞を分取する作業の第２段階を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・・マイクロチップ
１１０・・ステージ
１２・・・マイクロキャピラリ部
１３０・・液厚調整板
１３２・・下端縁
２・・・・下基部
２１・・・矩形ブロック
２２・・・溝部
３・・・・中間部
３２・・・円形開口部
３３・・・壁部
３３３・・切欠部
４・・・・上基部
４３・・・壁部
４４・・・細胞導入口
４５・・・液導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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