(57)【要約】試料（２１３）が導入された試料保持部（２０５）をセプタム（２０７）により密閉状態としておく。セプタム（２０７）に注射針を貫通させると、試料保持部（２０５）が外気と連通し、試料（２１３）が流路２０３から吸水部（２０９）へと送液される。
2004051228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発にともない前記流路中の液体が前記試料乾燥部へ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チップ。
【請求項２】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発の際に前記試料乾燥部に液体が保持され、液体の蒸発を中止したときに前記試料乾燥部中の液体が前記流路へ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チップ。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部の温度を調節するための温度調節部を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項４】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する密閉構造の液体保持部と、前記流路に連通する吸水部とを備え、前記液体保持部に前記液体保持部の密閉状態を解除するスイッチ部材が設けられ、密閉状態を解除したときに前記液体保持部中の液体が前記流路を経由して前記吸水部へ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チップ。
【請求項５】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を含み、前記液体保持部はセプタムにより密閉されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載のマイクロチップにおいて、前記液体保持部の上面が蓋部で覆われ、前記蓋部にセプタムが設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項７】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を備え、前記液体保持部は、液体保持領域と、前記液体保持領域および前記流路の間に介在し、液体に対し疎液性の表面を有する堰き止め部とを有し、前記液体保持部中に、前記液体に対し親液性の表面を有する移動部材が、前記堰き止め部以外の場所から前記堰き止め部まで移動可能に配置されたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載のマイクロチップにおいて、前記液体保持部または前記流路に、前記堰き止め部に連通する吸液部と、該吸液部に連通する導気部とを有することを特徴とするマイクロチップ。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記流路に前記液体を導入するステップと、
前記試料乾燥部に前記液体を導入するステップと、
試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させ、前記流路中の液体を前記試料乾燥部に移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１０】
請求の範囲第３項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記試料乾燥部に前記液体を導入するステップと、
試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させるステップと、
前記液体の蒸発を停止し、前記流路へ液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１１】
請求の範囲第４項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ前記液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１２】
請求の範囲第５項または第６項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記セプタムに注射針を貫通させ、前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記注射針を前記セプタムから引き抜き、前記液体保持部を再度密閉状態とするステップと、
前記セプタムに中空の針状部材を貫通させて前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１３】
請求の範囲第８項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記移動部材を前記堰き止め部まで移動させ、前記移動部材表面に付着した前記液体を前記吸液部に導くステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項に記載の送液方法において、移動部材を堰き止め部まで移動させる前記ステップは、
前記移動部材を磁力により移動させるステップを含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１５】
生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、
前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、
前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、
乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、
を備え、
前記分離手段、前記前処理手段、または前記乾燥手段のうち少なくとも一の手段は請求の範囲第１項乃至第８項いずれかに記載のマイクロチップを含むことを特徴とする質量分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、マイクロチップならびにこれを用いた送液方法、質量分析システムに関する。
【背景技術】  ポストゲノム時代の一翼を担う研究手法としてプロテオミクスが注目を集めている。プロテオミクス研究では最終的に質量分析法等により蛋白質等の同定を行うが、その前段階において、質量分析等を可能にするための試料分離および前処理が行われる。こうした試料分離の手法として、従来、２次元電気泳動が広く利用されてきた。２次元電気泳動は、ペプチド、タンパク質等の両性電解質をその等電点で分離した後、さらに分子量により分離するものである。
しかしながら、この分離方法は、通常、一昼夜を要するほど時間がかかる上、試料の回収率が低く、質量分析等に供する試料が比較的少量しか得られず、この点について改良が望まれていた。
一方、近年では、試料の前処理、反応、分離、検出などの化学操作をマイクロチップ上で行うマイクロ化学分析（μ−ＴＡＳ）が急速に発展しつつある。マイクロチップを利用する分離、分析手法によれば、使用する試料が微量で済み、環境負荷も小さく高感度な分析が可能となる。分離に要する時間を大幅に短縮することも可能となる。
しかしながら、流路に液体を流すためには、送液ポンプ等の送液手段をマイクロチップとは別に備えている必要があった。このため、装置の小型化が困難であった。特に、マイクロチップに複数の流路を設ける場合、それぞれの流路に対して送液手段が必要となり、装置全体が大型化してしまっていた。また、送液ポンプの脈動により、流路への送液量が変化してしまっていた。
そこで、マクロチップ上の流路に送液部を形成する技術が提案されている（特許文献１）。しかし、この技術では、流入口に試料を注入すると、注入と同時に試料の流動が開始され、液体吸収部へと移動する構成となっている。このため、流入口に試料を保持しておくことや、流入口からの送液の開始や停止を制御することができなかった。また、送液量を制御することもできなかった。
特許文献１  特開２００１−８８０９６号公報
【発明の開示】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路への送液のタイミングを簡便に制御することができるマイクロチップを提供することにある。また、本発明の別の目的は、流路に一定量の液体を安定的に供給するためのマイクロチップを提供することにある。また、本発明のさらに別の目的は、流路に一定量の液体を安定的に供給する送液方法を提供することにある。また、本発明のさらにまた別の目的は、生体試料に適用可能な質量分析システムを提供することにある。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発にともない前記流路中の液体が前記試料乾燥部へ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チップが提供される。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記流路に液体を導入するステップと、前記試料乾燥部に液体を導入するステップと、試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させ、前記流路中の液体を前記試料乾燥部に移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。なお、流路と試料乾燥部に導入する液体の成分は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、試料液体の乾燥速度は乾燥部に導入された液体の性質に依存するため、流路に満たした試料液体と混ざらない溶剤を乾燥部に導入することにより、乾燥速度を試料液体に依存しない方法で制御することができる。この方式は、乾燥により試料濃度が変化してしまうことが問題となる場合にも有効である。
本発明においては、流路に連通する試料乾燥部が設けられているため、試料乾燥部中の液体を蒸発させることにより、流路中の液体を試料乾燥部に向かって送液することができる。このような構成の試料乾燥部は、流路と一体に形成することができるため、製造が容易である。また、乾燥用の外部装置を必要とせず、マイクロチップのみで効率よく送液を行うことが可能である。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発の際に前記試料乾燥部に液体が保持され、試料の乾燥を中止したときに前記試料乾燥部中の液体が前記流路へ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チップが提供される。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記試料乾燥部に液体を導入するステップと、試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させるステップと、前記液体の蒸発を停止し、前記流路へ液体を移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。
本発明においては試料乾燥部において液体が蒸発している間は試料乾燥部に試料が保持されており、蒸発が停止すると液体が流路に流入する構成となっているため、液体が流路に移動するタイミングを任意に調節することができる。したがって、このような試料乾燥部をマイクロチップ上に形成することにより、所定のタイミングで所定の反応等を行うことが可能となる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部は複数の柱状体を有する構成とすることができる。柱状体は、試料乾燥部の底面に形成されていてもよいし、底面以外の面に形成してもよい。試料乾燥部に複数の柱状体を形成することにより、試料乾燥部の体積に対する試料乾燥部における液体接触面の表面積（以下、「比表面積」とも呼ぶ）を増加させることができる。このため、試料乾燥部における液体の蒸発をさらに促進することができる。また、柱状体を形成することにより試料乾燥部における液体の流路を微細流路となるため、毛細管現象による試料乾燥部への液体の吸引力を増加させることが可能である。したがって、効率よく液体の吸引を行うことができる。
なお、本発明において、「微細流路」は、具体的には以下のものが例示される。
（ｉ）乾燥部に設けられた複数の突起部の間隙、ビーズ等の充填部材の間隙、
（ｉｉ）乾燥部に配置された多孔質体に含まれる細孔、
（ｉｉｉ）流路壁面に設けられた凹部、
等により形成される。微細流路は、開口部と連通する形態であることが好ましい。こうすることにより、流路から微細流路を通じて開口部へと至る試料の吸引経路が確保されるため、確実に吸引乾燥を行うことができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部の温度を調節するための温度調節部を備える構成とすることができる。こうすることにより、試料乾燥部における液体の蒸発速度を制御することが可能となるため、送液量をより精度良く調節することが可能となる。このため、送液量の変動が抑制され、安定的に一定量の液体を吸引または送液することができる。また、マイクロチップ上に試料乾燥部が形成されているため、温度調節部は半導体加工技術を用いて抵抗器や熱電素子を設けることにより、容易に形成することができる。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する密閉構造の液体保持部と、前記流路に連通する吸水部とを備え、前記液体保持部に前記液体保持部の密閉状態を解除するスイッチ部材が設けられ、密閉状態を解除したときに前記液体保持部中の液体が前記流路を経由して前記吸水部へ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チップが提供される。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ前記液体を移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。
本発明によれば、液体保持部が密閉構造となっているため、スイッチ部材により密閉状態を解除するまでは液体が流路に導入されない。したがって、流路に液体を導入するタイミングを容易に制御することが可能である。また、このような液体保持部は流路とともに基板上に作製することができるため、製造が容易であり、送液用の外部装置が不要となる。さらに、液体保持部に充填されている量の液体が流路に導入されるため、一定の量だけ流路に液体を導入することが可能となる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記吸水部は開口部を有する構成とすることができる。こうすることにより、液体保持部の密閉状態の解除により液体保持部の開口と吸水部の開口部とで外気に連通し、液体保持部中の液体を速やかに流路に送液することができる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記液体保持部は蓋部を有し、前記スイッチ部材は蓋部に設けられたピン部であり、該ピン部の折損により前記蓋部が開口し前記液体保持部の密閉状態が解除されるように構成することができる。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記液体保持部に液体を導入するステップと、前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ液体を移動させるステップと、を含み、気密状態を解除する前記ステップは、前記ピン部を折損し前記蓋部を開口させるステップを含むことを特徴とする送液方法が提供される。
こうすることにより、ピン部の折損により液体保持部が外気に連通し、送液が開始されるため、送液のタイミングを簡単に調節することができる。また、蓋部の作製時にピン部を一体成形することができるため、製造が容易である。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を含み、前記液体保持部はセプタムにより密閉されていることを特徴とするマイクロチップが提供される。
また、本発明によれば、マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記セプタムに注射針を貫通させ、前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、前記注射針を前記セプタムから引き抜き、前記液体保持部を再度密閉状態とするステップと、前記セプタムに中空の針状部材を貫通させて前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ液体を移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。
本発明によれば、前記液体保持部がセプタムにより密閉されているため、セプタムに注射針等を貫通させることにより、容易に液体保持部に液体を注入することができる。このとき、液体を充填後、注射針を引き抜くことと直ちにセプタムは閉止するため、充填された液体は液体保持部に保持される。そして、所定のタイミングでセプタムに中空の針状部材を貫通させることにより、簡便に液体保持部の気密状態を解除し、液体を流路に送液することが可能となる。したがって、液体保持部への液体の充填と送液タイミングの制御がともに実現され、送液の制御性が良好なマイクロチップが実現される。
本発明のマイクロチップにおいて、前記液体保持部の上面が蓋部で覆われ、前記蓋部にセプタムが設けられた構成とすることができる。こうすることにより、蓋部に孔を設け、孔にプラグ型等のセプタムを挿着すればよいため、製造が容易である。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を備え、前記液体保持部は、液体保持領域と、前記液体保持領域および前記流路の間に介在し、前記液体に対し疎液性の表面を有する堰き止め部とを有し、前記液体保持部中に、前記液体に対し親液性の表面を有する移動部材が、前記堰き止め部以外の場所から前記堰き止め部まで移動可能に配置されたことを特徴とするマイクロチップが提供される。
本発明に係るマイクロチップによれば、液体保持部に堰き止め部が設けられているため、液体保持領域に充填された所定量の液は、液体保持領域に保持される。そして、移動部材を堰き止め部に移動させると、移動部材に付着した水が呼び水となって液体保持領域に保持されていた液体が流路へと導入される。したがって、流路に液体を導入するタイミングを容易に制御することが可能である。また、このような液体保持部は流路とともに基板上に作製することができるため、製造が容易であり、送液用の外部装置が不要となる。さらに、液体保持部に充填されている量の液体が流路に導入されるため、一定の量だけ流路に液体を導入することが可能となる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記液体保持部または前記流路に、前記堰き止め部に連通する吸液部と、該吸液部に連通する導気部とを有する構成とすることができる。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、前記移動部材を前記堰き止め部まで移動させ、前記移動部材表面に付着した前記液体を前記吸液部に導くステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。
こうすることにより、移動部材を堰き止め部に移動させた際に、移動部材に付着している液体が吸液部に接触すると同時に液体保持領域に保持されていた液体が吸液部の吸引力によって吸液部に導入される構成とすることができる。したがって、送液のタイミングを良好に制御することができる。また、吸液部に連通する導気部が備えられているため、流路内の試料液体を導気部にて堰き止めることができる。こうすると、吸液部に液体が導入された際に流路内の液体試料は流路内を圧送される。このとき、導気部中の気体によって液体保持部に導入された液体と流路中の試料液体とは隔離されているため、液体試料のみを効率よく流路中で圧送することが可能となる。
本発明の送液方法において、移動部材を堰き止め部まで移動させる前記ステップは、前記移動部材を磁力により移動させるステップを含むことができる。こうすることにより、磁性を有する移動部材を用いて容易に移動部材の位置を磁石等により制御することが可能となる。したがって、送液にタイミングを容易に制御することができる。
本発明によれば、生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、を備え、前記分離手段、前記前処理手段、または前記乾燥手段のうち少なくとも一の手段は前記マイクロチップを含むことを特徴とする質量分析システムが提供される。ここで生体試料は、生体から抽出したものであってもよく、合成したものであってもよい。
以上説明したように本発明によれば、流路への送液のタイミングを簡便に制御することができるマイクロチップが実現される。また、本発明によれば、流路に一定量の液体を安定的に供給するマイクロチップが実現される。また、本発明によれば、流路に一定量の液体を安定的に供給する送液方法が実現される。また、本発明によれば、生体試料に適用可能な質量分析システムが実現される。
【図面の簡単な説明】  上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
図１は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す上面図である。
図２は、図１のマイクロチップの吸引部周辺の構成を示す図である。
図３は、図１のマイクロチップに液体を充填した際の様子を説明するための図である。
図４は、図１のマイクロチップの吸引部の動作を説明するための断面図である。
図５は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す上面図である。
図６は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す図である。
図７は、図６のマイクロチップの動作を説明するための図である。
図８は、図５のマイクロチップへの試料充填方法および試料圧送方法を説明するための図である。
図９は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す上面図である。
図１０は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す上面図である。
図１１は、図１０のマイクロチップの動作を説明するための図である。
図１２は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１３は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１４は、本実施形態に係るマイクロチップの作製方法を示す工程断面図である。
図１５は、質量分析装置の構成を示す概略図である。
図１６は、本実施形態のマイクロチップを含む質量分析システムのブロック図である。
図１７は、本発明に係るマイクロチップの構成の一例を示す図である。
図１８は、実施例に係るマイクロチップの概略構成を示す図である。
図１９は、実施例に係るマイクロチップの吸引部に設けられた柱状体の構成を示す図である。
図２０は、実施例に係るマイクロチップの吸引部にＤＮＡが染み出している様子を示す図である。
図２１は、実施例に係るマイクロチップの吸引部が柱状体を有しない場合の流路出口の様子を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の具体的構成について図面を参照しながら説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第一の実施形態）
本実施形態は、試料液体中の溶媒を乾燥させることにより生じる吸引力により試料液体を保持し、所定のタイミングにおいて乾燥を停止することにより流路へと試料液体を流すマイクロチップに関する。図１は、本実施形態に係るマイクロチップ１００の構成を示す上面図である。また、図２は、図１のマイクロチップの吸引部周辺の構成を示す図である。図１および図２に示されるように、マイクロチップ１００においては、基板１０１に流路１０３が設けられており、流路１０３の一端に多数の柱状体１０５が形成された吸引部１０７が設けられており、他端に試料回収部１１５が設けられている。また、流路１０３の上部には被覆１０９が設けられているが、吸引部１０７の上部は被覆１０９が設けられておらず、開口部となっている。吸引部１０７の底部は、ヒーター１１１により温度調節が可能となっている。
マイクロチップ１００には、液体の保持および放出の制御が可能な吸引部１０７が設けられているため、吸引部１０７にて液体を吸引している際には試料回収部１１５に液体が供給されず、吸引部１０７における吸引を停止すると、試料回収部１１５に送液される構成になっている。
また、図３は、図１のマイクロチップ１００に液体を充填した際の様子を説明するための図である。このマイクロチップ１００は、吸引部１０７に多数の柱状体１０５が設けられているため、液体は、吸引部１０７の流路壁全面を濡らすように充填される。この様子を、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、吸引部１０７に柱状体１０５が設けられていない場合の構成を示し、図３（ｂ）は本実施形態の構成を示す図である。図３（ａ）に示すように、柱状体１０５が設けられていない場合、液体１１３は被覆１０９のふちから流路壁にそった部分のみしか吸引部１０７をぬらすことができない。一方、図３（ｂ）では、柱状体１０５が設けられているため、毛細管現象により流路１０３から吸引部１０７に液体１１３が導入され、吸引部１０７全体に充填される。したがって、図３（ｂ）の構成では、吸引部１０７の上面全体を液体１１３で覆うことが可能となる。また、柱状体１０５が設けられているため、吸引部１０７における流路壁の比表面積、すなわち吸引部１０７の体積に対する壁面の表面積が充分に確保されている。マイクロチップ１００はこのような構成となっているため、吸引効率が高い。したがって、吸引部１０７に柱状体１０５を設けなくてもある程度液体１１３を吸引することができるが、より安定に吸引するため、また吸引部１０７の深さがたとえば２０μｍより小さい場合には柱状体１０５を設けることが好ましい。
次に、図４を用いて吸引部１０７における液体１１３の吸引と放出すなわち試料回収部１１５への送液について説明する。図４は、図１のマイクロチップ１００の吸引部１０７の動作を説明するための断面図である。マイクロチップ１００において、毛細管現象により流路１０３から吸引部１０７に試料液体が流入すると（図４（ａ））、ヒーター１１１によって加熱される。このため、吸引部１０７の上面から液体１１３が好適な速度で蒸発する（図４（ｂ））。このとき、図４（ｂ）の構成では、吸引部１０７において流路１０３上に柱状体１０５が設けられているため、吸引部１０７における流路壁の比表面積が大きく、速やかにその上面に誘導され、吸引部１０７にて液体１１３の吸引が効率よく行われる。液体１１３は流路１０３から吸引部１０７に連続的に供給、吸引されるため、ヒーター１１１で加熱している間は流路１０３中の液体１１３が吸引部１０７方向に吸引されており、試料回収部１１５に向かって流れることはない。ここで、ヒーター１１１による吸引部１０７の加熱温度は、基板１０１の耐熱性や、吸引する液体１１３に含まれる成分の性質等に応じて適宜選択することができ、溶媒の加熱速度を充分に制御することができる温度であれば特に制限はないが、たとえば５０℃〜７０℃程度とする。あるいは、吸引部１０７における試料液体の乾燥速度は、液体１１３の成分や流路１０３における処理の条件によって適宜選択されるが、たとえば０．１μｌ／ｍｉｎ以上１０μｌ／ｍｉｎ以下、たとえば１μｌ／ｍｉｎとすることができる。また、試料液体の乾燥速度は吸引部１０７に導入された液体の性質に依存するため、流路１０３に満たした液体１１３と混ざらない溶剤を吸引部１０７に導入することにより乾燥速度を試料液体に依存しない方法で制御することができる。この方式は、乾燥により試料濃度が変化してしまうことが問題となる場合にも有効である。
吸引部１０７においては、上述のようにヒーター１１１による加熱中は液体１１３が吸引部１０７内に向かって吸引されている。そして、ヒーター１１１による加熱を停止すると、流路１０３内の液体１１３は吸引部１０７に向かって吸引されず、試料回収部１１５方向に流れる。このように、マイクロチップ１００においては、ヒーター１１１が液体１１３の吸引に関するスイッチとなっている。ヒーター１１１のオンオフにより、試料回収部１１５への送液を制御することが可能である。マイクロチップ１００は、基板１０１上に流路１０３とともに成形することが可能であり、マイクロチップ１００を設けることにより、従来用いていた送液用の外部装置が不要となる。したがって、マイクロチップ１００をマイクロチップ内に一体に成形することが可能となり、装置全体が顕著に小型化される。
なお、マイクロチップ１００において、被覆１０９の形状は、吸引部１０７の上部の少なくとも一部が開口するように基板１０１を覆う構成であればよい。被覆１０９を設けることにより、流路１０３内を密閉することができるため、流路１０３中の試料液体が吸引部１０７へと一層効率よく誘導される。また、開口部の大きさを調節することにより、吸引部１０７における液体１１３の乾燥速度を調節することができる。
次に、マイクロチップ１００の構成材料および製造方法について説明する。まず、基板１０１の材料としては、シリコンを用いる。シリコン表面にはシリコン酸化を形成することが好ましい。こうすることにより、基板表面が親水性を有することとなり、試料流路を好適に形成することが可能となる。なお、基板１０１の材料として石英等のガラスや、プラスチック材料等を用いてもよい。プラスチック材料として、たとえばシリコン樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等が挙げられる。このような材料は成形加工が容易なため、マイクロチップ１００の製造コストを抑えることができる。
さらに、基板１０１に金属を用いてもよい。金属を用いることにより、吸引部１０７の温度感受性が向上するため、ヒーター１１１のオンオフに呼応する液体１１３の吸引および放出をさらに精度よく行うことができる。
柱状体１０５は、たとえば、基板１０１を所定のパターン形状にエッチングすることにより形成することができるが、その作製方法には特に制限はない。
また、図１の柱状体１０５は円柱であるが、円柱、擬円柱等に限らず、円錐、楕円錘等の錐体；三角柱、四角柱等の多角柱；その他の断面形状を有する柱体；等としてもよい。柱状体１０５が擬円形断面以外の断面を有する形状とすることにより、柱状体１０５の側面に凹凸が付与されるため、側面の表面積をより一層大きくすることができる。また毛細管現象による液体吸収力をより一層向上させることができる。
さらに、柱状体１０５にかわり、図２（ａ）の断面を有するスリットを形成してもよい。スリットを形成する場合、柱状体１０５はたとえばストライプ状の突起等、さまざまな形状とすることができる。スリットとする場合にも、スリットの側面に凹凸を付与することにより、側面の表面積をさらに増すことができる。
柱状体１０５のサイズは、例えば、幅は１５ｎｍ〜１００μｍ程度とする隣接する柱状体１０５の間隔は、たとえば、５ｎｍ〜１０μｍとする。また高さは図１では被覆１０９と同程度の高さとなっているが、被覆１０９より突出させることもできるし、また被覆１０９より低くしてもよい。柱状体１０５を被覆１０９から突出させることにより、柱状体１０５の表面積は大きくなるため、吸引部１０７における吸引効率が向上する。
また、被覆１０９の材料としては、たとえば基板１０１と同様の材料の中から選択することができる。基板１０１と同種の材料を用いてもよいし、異なる材料としてもよい。
次に、マイクロチップ１００の製造方法について説明する。基板１０１上への流路１０３および柱状体１０５の形成は、基板１０１を所定のパターン形状にエッチング等を行うことができるが、その作製方法には特に制限はない。
図１２、図１３、および図１４はその一例を示す工程断面図である。各分図において、中央が断面図であり、左右の図が断面図となっている。この方法では、微細加工用レジストのカリックスアレーンを用いた電子線リソグラフィ技術を利用して柱状体１０５を形成する。カリックスアレーンの分子構造の一例を以下に示す。カリックスアレーンは電子線露光用のレジストとして用いられ、ナノ加工用のレジストとして好適に利用することができる。
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ここでは、基板１０１として面方位が（１００）のシリコン基板を用いる。まず、図１２（ａ）に示すように、基板１０１上にシリコン酸化膜１８５、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３をこの順で形成する。シリコン酸化膜１８５、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３の膜厚は、それぞれ４０ｎｍ、５５ｎｍとする。次に、電子ビーム（ＥＢ）を用い、柱状体１０５となる領域を露光する。現像はキシレンを用いて行い、イソプロピルアルコールによりリンスする。この工程により、図１２（ｂ）に示すように、カリックスアレーン電子ビームネガレジスト１８３がパターニングされる。
つづいて全面にポジフォトレジスト１５５を塗布する（図１２（ｃ））。膜厚は１．８μｍとする。その後、流路１０３となる領域が露光するようにマスク露光をし、現像を行う（図１３（ａ））。
次に、シリコン酸化膜１８５をＣＦ４、ＣＨＦ３の混合ガスを用いてＲＩＥエッチングする。エッチング後の膜厚を４０ｎｍとする（図１３（ｂ））。レジストをアセトン、アルコール、水の混合液を用いた有機洗浄により除去した後、酸化プラズマ処理をする（図１３（ｃ））。つづいて、基板１０１をＨＢｒガスを用いてＥＣＲエッチングする。エッチング後のシリコン基板の段差を４００ｎｍとする（図１４（ａ））。つづいてＢＨＦ（バッファードフッ酸）でウェットエッチングを行い、シリコン酸化膜を除去する（図１４（ｂ））。以上により、基板１０１上に流路１０３および柱状体１０５が形成される。
ここで、図１４（ｂ）の工程に次いで、基板１０１表面の親水化を行うことが好ましい。基板１０１表面を親水化することにより、流路１０３や柱状体１０５に試料液体が円滑に導入される。特に、柱状体１０５により流路が微細化した吸引部１０７においては、流路の表面を親水化することにより、試料液体の毛管現象による導入が促進され、乾燥効率が向上するため好ましい。
そこで、図１４（ｂ）の工程の後、基板１０１を炉に入れてシリコン熱酸化膜１８７を形成する（図１４（ｃ））。このとき、酸化膜の膜厚が３０ｎｍとなるように熱処理条件を選択する。シリコン熱酸化膜１８７を形成することにより、分離装置内に液体を導入する際の困難を解消することができる。その後、被覆１８９で静電接合を行い、シーリングしてマイクロチップ１００を完成する（図１４（ｄ））。
なお、基板１０１の表面に金属膜を形成してもよい。金属膜の材料は、たとえばＡｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｔｉなどとすることができる。また、これらは蒸着または無電解めっき等のめっき法により形成することができる。
また、基板１０１にプラスチック材料を用いる場合、エッチングやエンボス成形等の金型を用いたプレス成形、射出成形、光硬化による形成等、基板１０１の材料の種類に適した公知の方法で行うことができる。
基板１０１にプラスチック材料を用いる場合にも、基板１０１表面の親水化を行うことが好ましい。基板１０１表面を親水化することにより、流路１０３や柱状体１０５に試料液体が円滑に導入される。特に、柱状体１０５により流路１０３が微細化した吸引部１０７においては、流路１０３の表面を親水化することにより、試料液体の毛管現象による導入が促進され、乾燥効率が向上するため好ましい。
親水性を付与するための表面処理としては、たとえば、親水基をもつカップリング剤を流路１０３の側壁に塗布することができる。親水基をもつカップリング剤としては、たとえばアミノ基を有するシランカップリング剤が挙げられ、具体的にはＮ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等が例示される。これらのカップリング剤は、スピンコート法、スプレー法、ディップ法気相法等により塗布することができる。
このようにして基板１０１を作製した後、吸引部１０７の温度を調節するためのヒーター１１１を基板１０１底部に設ける。このとき、吸引部１０７の末端が選択的に加熱されるようにヒーター１１１を設置することにより、吸引部１０７における流路１０３中の液体１１３の吸引と放出のスイッチ機能がマイクロチップ１００に備えられる。
なお、マイクロチップ１００において、吸引部１０７には柱状体１０５にかわり吸水部が形成された態様としてもよい。吸水部は、表面が比較的親水性の多孔質体であり、試料は毛細管現象によって流路１０３から吸引部１０７に充填された吸水部へと導入される。なお、本実施形態において、「多孔質体」とは、外部と両側で連通する微細流路を有する構造体のことをいう。
吸水部は、流路１０３から毛細管現象により試料液体が吸引部１０７に流入し、その上面に蒸散することができる形状であれば特に制限はない。吸水部に用いる材料として、たとえば多孔質シリコン、ポーラスアルミナ、リソグラフィーにより作製されたエッチングの凹状構造、吸水性ゲル等を用いることができる。
吸引部１０７のまた別の態様として、ビーズが充填された構成とすることもできる。ビーズは、表面が比較的親水性の微粒子であり、試料溶液は毛細管現象によって流路１０３から吸引部１０７に充填されたビーズへと導入される。
この構成は、基板１０１表面に流路１０３を形成した後、その一端にビーズを充填することにより得られる。このとき、流路１０３の上部が開口しているため、ビーズを容易に充填することができ、製作が容易である。ビーズとなる材料は、表面が比較的親水性であれば特に制限がない。疎水性の高い材料の場合、表面を親水化してもよい。たとえば、ガラス等の無機材料や、各種有機、無機ポリマー等が用いられる。また、充填した際に水の流路が確保されればビーズの形状に特に制限はなく、粒子状や針状、板状等とすることができる。たとえばビーズを球状粒子とする場合、平均粒子径はたとえば１０ｎｍ以上２０μｍ以下とすることができる。
流路１０３へのビーズの充填は、たとえば以下のようにして行う。被覆１０９を接合していない状態で、ビーズ、バインダ、および水の混合体を流路１０３に流し込む。このとき、流路１０３に堰き止め部材を設けておき、混合体が吸引部１０７とする領域以外の領域に流れ出さないようにしておく。この状態で、混合体を乾燥、固化させることにより、吸引部１０７を形成することが可能である。ここで、バインダとしては、たとえばアガロースゲルやポリアクリルアミドゲルなどの吸水性ポリマーを含むゾルが例示される。これらの吸水性ポリマーを含むゾルを用いれば、自然にゲル化するため乾燥させる必要がない。また、バインダを用いずに、ビーズを水のみに懸濁させたものを用い、上述のようにビーズを流路溝に充填した後、乾燥窒素ガスや乾燥アルゴンガス雰囲気下で乾燥させ、吸引部１０７を形成することもできる。
吸引部１０７の他の形態として、乾燥した吸水性ポリマー材料の充填による方法も可能である。この場合、まず露光された部分が溶出するタイプの厚膜フォトレジストで、基板１０１の表面をカバーする。そして、吸水性ポリマーを設置したい場所だけが露光されるようなフォトマスクを用いて露光し、現像する。こうすることによって、基板１０１表面のうち、ポリマーを配設したい部分のみが露出した状態とすることができる。
次に基板１０１上に、たとえば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの吸水性のポリマーに吸水させて流動状態にしたものをスピンコートしたのち、ベーク炉などで充分乾燥させる。その後、アセトンなどの有機溶媒によりレジストを除去すると、露出した基板１０１の表面で乾燥固化した部分の吸水性ポリマーだけが基板１０１の表面に残り、レジスト上にコートされた分の吸水性ポリマーは除かれる。これをさらに乾燥させることによって、基板１０１の表面の所望の位置に乾燥した吸水性ポリマーが設置された基板１０１を作製することができる。
（第二の実施形態）
本実施形態は、複数の吸引部が形成されたマイクロチップであって、主流路に導入された試料液体を、溶媒の蒸発によって生じる吸引力によって流路内において一定の流速で送るとともに、副流路中の試薬の溶媒を乾燥させることにより生じる吸引力により試薬を保持し、所定のタイミングにおいて乾燥を停止することにより主流路へと試薬を導入するマイクロチップに関する。図５は、本実施形態に係るマイクロチップ１２１の構成を示す上面図である。マイクロチップ１２１において、試料導入部１２５と吸引部１０７とが主流路１３９により連通されている。また、主流路１３９から分岐する３つの副流路１３３、１３５、および１３７の末端に３つの吸引部１２７、吸引部１２９、および吸引部１３１がそれぞれ連通している。試料導入部１２５は試料を導入する部位であり、副流路１３３、副流路１３５、および副流路１３７内にはそれぞれ異なる試薬を吸引部１２７、吸引部１２９、および吸引部１３１から導入し、吸引部１２７、吸引部１２９、および吸引部１３１を加熱するためのヒーター（不図示）を稼働させておくことにより、それぞれの試薬が主流路１３９へと流入しないように各副流路内に保持されている。
試料導入部１２５に試料を導入すると、試料は主流路１３９内を流れる。このとき、吸引部１０７を加熱するためのヒーター（不図示）を稼働させることにより、試料の移動速度を増すことができる。試料導入部１２５から主流路１３９へと流入した試料が主流路１３９と副流路１３３との交差点に達するより少し前の段階で、吸引部１２７における加熱を停止する。すると、副流路１３３中の試薬は副流路１３３から主流路１３９に向かって流れ、主流路１３９中を流れてきた試料と混合される。そして、これらは主流路１３９中を吸引部１０７に向かって流れる。そして、主流路１３９が副流路１３５または副流路１３７と交差する少し前の段階で同様に吸引部１２９または吸引部１３１の加熱を停止することにより、副流路１３５および副流路１３７に保持されていたそれぞれの試薬が主流路１３９に導かれ、試料と混合される。
このように、マイクロチップ１２１では複数の吸引部を設けることにより、試料に様々な反応、処理を連続的に施すことが可能となる。このとき、主流路１３９内の副流路１３７の下流に、試料中の成分を大きさや特異的相互作用等に基づいて分離するための分離部を適宜設けておけば、試料が試薬と反応した後の脱塩等の分離も可能となる。
さらに、マイクロチップ１２１においては試料導入部１２５が吸引部１０７と連通しているため、流路１０３中の試料導入部１２５の移動速度を調節することが可能であることに加え、吸引部１０７に導かれた試料は吸引部１０７に設けられたヒーター（不図示）により加熱し、乾燥試料として回収することができる。したがって、試料に対する連続処理だけでなく、乾燥物としての回収までの一連の処理を一枚のマイクロチップ上で行うことができるため、微量の試料を効率よく処理し、回収することができる。
したがって、試料導入部１２５に導入した試料がたとえばタンパク質である場合、詳細な情報を得るために、主流路１３９内でジスルフィド結合の還元およびトリプシンによる１０００Ｄａ程度の分子量への低分子等の処理を施し、吸引部１３１にＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳのマトリックス材料を保持させておけば、最終的に低分子化した試料とマトリックスとの混合物が吸引部１０７に導入される。そして吸引部１０７において試料を乾燥させた後、マイクロチップ１２１をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ装置の真空槽に設置し、これを試料台としてＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳを行うことが可能である。ここで、吸引部１０７の表面には金属膜が形成され外部電源に接続可能な構成としておけば、これを試料台として電位を付与することが可能となるため、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳにおいてレーザー光の照射によりイオン化した試料を飛行させることができる。
図１５は、質量分析装置の構成を示す概略図である。図１５において、試料台上に乾燥試料が設置される。そして、真空下で乾燥試料に波長３３７ｎｍの窒素ガスレーザーが照射される。すると、乾燥試料はマトリックスとともに蒸発する。試料台は電極となっており、電圧を印加することにより、気化した試料は真空中を飛行し、リフレクター検知器、リフレクター、およびリニアー検知器を含む検出部において検出される。
このように、マイクロチップ１２１を用いることにより、吸引部１０７にて乾燥させた試料を、マイクロチップ１２１ごとＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳに供することができる。また、流路１０３の上流に試料の分離装置等を形成しておくことにより、目的とする成分の抽出、乾燥、および構造解析を一枚のマイクロチップ上で行うことが可能となる。このようなマイクロチップ１２１は、プロテオーム解析等にも有用である。このとき、マイクロチップ１２１をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用チップとして用いているため、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ装置の試料保持部を試料毎に洗浄するステップが不要となり、作業が簡便になるとともに、測定精度の向上も可能である。
ここで、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ用のマトリックスは、測定対象物質に応じて適宜選択されるが、たとえば、シナピン酸、α−ＣＨＣＡ（α−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸）、２，５−ＤＨＢ（２，５−ジヒドロキシ安息香酸）、２，５−ＤＨＢおよびＤＨＢｓ（５−メトキシサリチル酸）の混合物、ＨＡＢＡ（２−（４−ヒドロキシフェニルアゾ）安息香酸）、３−ＨＰＡ（３−ヒドロキシピコリン酸）、ジスラノール、ＴＨＡＰ（２，４，６−トリヒドロキシアセトフェノン）、ＩＡＡ（トランス−３−インドールアクリル酸）、ピコリン酸、ニコチン酸等を用いることができる。
図１６は、本実施形態のマイクロチップを含む質量分析システムのブロック図である。このシステムは、試料１００１について、夾雑物をある程度除去する精製１００２、不要成分１００４を除去する分離１００３、分離した試料の前処理１００５、前処理後の試料の乾燥１００６、のステップ、質量分析による同定１００７の各ステップを実行する手段を備えている。前処理１００５では、トリプシン等を用いた低分子化、マトリックスとの混合等を行う。
ここで、本実施形態に係るマイクロチップ１２１は、マイクロチップ１００８に対応しており、図１６（ａ）に示すように、たとえば前処理１００５のステップで用いることができる。また、マイクロチップ１２１は流路を有しているため、図１６（ｂ）に示すように、精製１００２から乾燥１００６までのステップを一枚のマイクロチップ１００８上で行うこともできる。
このように、図１６に示される試料の処理のうち、適宜選択したステップまたはすべてのステップをマイクロチップ１００８上にて行うことが可能となる。試料をマイクロチップ１００８上で連続的に処理することにより、微量の成分についても損出が少ない方法で効率よく確実に同定を行うことが可能となる。
（第三の実施形態）
本実施形態は、一定量の液体を所定の流路に送液するマイクロチップに関する。図６は、本実施形態に係るマイクロチップ２００の構成を示す図である。図６（ａ）はマイクロチップ２００の上面図であり、図６（ｂ）は試料保持部２０５近傍を拡大したＡ−Ａ’方向の断面図である。
マイクロチップ２００において、基板１０１に設けられた試料保持部２０５および吸水部２０９が流路２０３により連通している。これらの上面には被覆２１７が設けられており、試料保持部２０５および流路２０３は被覆２１７により密閉されている。また、試料保持部２０５にはセプタム２０７が設けられており、セプタム２０７を閉じた状態で試料保持部２０５は密閉され、中に試料が保持されるが、セプタム２０７を外すかまたはセプタム２０７内に気道を確保すると、試料保持部２０５中の試料が流路２０３に送られる。また、吸水部２０９は流路２０３中の液体を速やかに吸収するための吸水部材が充填された構成となっており、空気孔２１１が設けられ外気と通じている。
図７および図８は、図６のマイクロチップ２００における液体の動きを説明する図である。図７はマイクロチップ２００内の液体の動きを示す上面図であり、図８は、各ステップにおける試料保持部２０５の様子を図６（ｂ）と同様に示した図である。以下、図７と図８を用いてマイクロチップ２００の使用方法を説明する。
図８（ａ）では、試料保持部２０５には試料は満たされていないため、まず試料保持部２０５に試料を充填する。試料２１３を充填した注射器２１９をセプタム２０７に刺し（図８（ｂ））、試料２１３を試料保持部２０５内に充填する。注射器２１９を抜くと、試料保持部２０５は密封されるため、試料２１３は吸水部２０９に向かって流れることなく保持される（図８（ｃ）、図７（ａ））。所望のタイミングで、セプタム２０７に空気孔を形成する（図７（ｂ））と、この空気孔と空気孔２１１とで外気に接することにより、試料保持部２０５内の試料２１３が吸水部２０９に送られる（図７（ｃ））。このとき、セプタム２０７への空気孔の形成は、たとえばセプタム２０７に注射針２４１を刺すことによって行うことができる。また、セプタム２０７を被覆２１７から取り外してもよい。
吸水部２０９に導入される試料２１３の量は、試料保持部２０５に充填しておく液体の量によって、調節され、図７（ｃ）中では停止線２１５まで達している。試料２１３の導入量はまた、セプタム２０７の密閉により調節することもできる。すなわち、図８（ｄ）でセプタム２０７に刺した注射針２４１を所定の時期に抜くことにより、送液は停止する。
以上のように、マイクロチップ２００では、セプタム２０７が試料２１３の送液に関するスイッチ部材として機能しており、送液のタイミングおよび量を好適に調節することが可能である。
次に、マイクロチップ２００の構成材料および製造方法について説明する。基板１０１および被覆２１７に用いる材料は、第一の実施形態に記載の材料などから適宜選択して用いることができる。吸水部２０９の構成は、マイクロチップ１００における吸引部１０７と同様に、たとえば多数の柱状体が形成された構成、多孔質材料が充填された構成、また、吸水性材料が充填された構成、等とすることができる。また、セプタム２０７は、ゴム等の被覆２１７に設けられた孔を密閉することができる材料であり、注射針２４１を突き刺すことが可能であり、かつ注射針２４１を抜いた際にセプタムが直ちに閉止し、再度密閉状態となるような材料であれば特に限定されない。たとえば、天然ゴム、シリコーン樹脂、スチレン系熱可塑性エラストマー（特にポリスチレン−ポリエチレン／ブチレン−ポリスチレン：ＳＥＢＳ）、イソプレン等のゴム状物性を有する材料が好ましい例として挙げられる。また、これらの表面がテフロン（登録商標）等によりコーティングされていてもよい。マイクロチップ２００の製造は、たとえば第一の実施形態と同様、エッチング等により行うことができる。
なお、図６において、セプタム２０７を試料保持部２０５または試料保持部２０５および流路２０３を覆う被覆２１７としてもよい。たとえば、図６における被覆２１７全体をセプタム２０７としてもよい。セプタム２０７により試料保持部２０５および流路２０３が被覆された構成とすることにより、流路２０３または試料保持部２０５における所望の位置において試料の注入や送液を制御することが可能となる。また、被覆２１７を作製し、これにセプタム２０７を挿着する工程が不要となるため、製造容易性をより一層向上することができる。
（第四の実施形態）
本実施形態は、一定量の液体を所定の流路に送液し、また所定のタイミングで流路に試薬を導入するマイクロチップに関する。図９は、本実施形態に係るマイクロチップ２２１の構成を示す上面図である。マイクロチップ２２１においては、基板２２３上に試料保持部２２７および吸水部２３１が設けられ、これらは主流路２２５により連通している。また、主流路２２５に連通する副流路２３５の末端に、試料保持部２３７が設けられている。基板２２３表面には被覆２４３が設けられているが、吸水部２３１の上部には空気孔２３３が形成されている。また、試料保持部２２７、および試料保持部２３７にも空気孔が形成され、これらはセプタム２２９およびセプタム２３９により密閉されている。
第三の実施形態と同様にして、試料保持部２２７に試料を導入する。また試料保持部２３７には、所定の反応試薬を充填する。セプタム２２９に注射針で通気口を形成すると、試料は主流路２２５を流れる。試料が主流路２２５と副流路２３５との交差点に達するタイミングをみはからい、セプタム２３９にも注射針を刺し、通気口を形成する。すると、試料保持部２３７中の試薬が副流路２３５から主流路２２５へと導入され、試料と混合しながら吸水部２３１に導かれる。
このように、マイクロチップ２２１を用いることにより、試料に種々の反応、処理を施すことが可能である。このとき、試料は主流路２２５を流れながら添加される試薬と混合されるため、混合操作が不要となる。また、セプタム２２９およびセプタム２３９で送液の開始、停止を制御できる簡便な装置構成であり、装置の小型化が可能である。
（第五の実施形態）
本実施形態は、一定量の液体を所定の流路に送液するマイクロチップに関する。図１７は、本実施形態に係るマイクロチップ４００の構成を示す上面図である。図１７（ａ）はマイクロチップ４００の上面図であり、図１７（ｂ）は吸水部４０９近傍を拡大したＡ−Ａ’方向の断面図である。
マイクロチップ４００において、基板４０１に設けられた試料保持部４０５および吸水部４０９が流路４０３により連通している。これらの上面には被覆４１７が設けられており、吸水部４０９は被覆４１７により密閉されている。また、吸水部４０９においては、被覆４１７にピン部４０７が設けられている。
吸水部４０９が被覆４１７により密閉された状態では、流路４０３が空気で満たされているため試料保持部４０５に導入された液体は試料保持部４０５から流路４０３の入り口程度の領域で保持されている。ここで、ピン部４０７を折損すると、被覆４１７に開口が形成され、吸水部４０９が外気に連通する。このため、ピン部４０７を折損するとただちに試料保持部４０５中の試料液体が流路４０３に送られる。なお、吸水部４０９は流路４０３中の液体を速やかに吸収するための吸水部材が充填された構成となっており、また、試料保持部４０５には空気孔４１１が設けられ外気と通じている。
また、吸水部４０９に導入される試料液体の量は、試料保持部４０５に充填しておく液体の量によって、調節することができる。
以上のように、マイクロチップ４００では、ピン部４０７が試料液体の送液に関するスイッチ部材として機能しており、送液のタイミングおよび量を好適に調節することが可能である。
マイクロチップ４００は、たとえば第三の実施形態に記載のマイクロチップ２００と同様の方法により形成することができる。被覆４１７を構成する材料は、ピン部４０７を折損した際に開口が形成される程度の硬度、弾性を有する材料であれば特に制限はない。
（第六の実施形態）
本実施形態は、一定量の液体を所定の流路に圧送するマイクロチップに関する。図１０は、本実施形態に係るマイクロチップ３００の構成を示す上面図である。マイクロチップ３００において、基板３０１上に圧送液保持部３０５が形成されている。圧送液保持部３０５に隣接して、第一の疎水部３０７、吸水部３０９、および第二の疎水部３１５、および流路３０３がこの順に形成され、流路３０３の他端が試料回収部３１７に連通している。基板３０１の上面には被覆３２１が設けられているが、圧送液保持部３０５および試料回収部３１７の上部にはそれぞれ空気孔３１１、空気孔３１９が形成されている。さらに、圧送液保持部３０５内には磁石３１３が備えられており、磁石３１３は被覆３２１の上面または基板３０１の底面等から駆動用磁石（不図示）より第一の疎水部３０７に向かって移動させることが可能である。
マイクロチップ３００は、磁石３１３をスイッチ部材とし、圧送液保持部３０５に充填した圧送液によって試料を試料回収部３１７へと圧送する。この動作を図１１を用いて説明する。図１１は、図１０のマイクロチップ３００の動作を説明するための図である。流路３０３には実際には様々な流路構造が設けられており（不図示）、試料３２５は圧送液保持部３０５と試料回収部３１７を結んだ流路３０３に充填されている。空気孔３１１から圧送液保持部３０５に圧送液３２３を充填する。このとき、圧送液保持部３０５は第一の疎水部３０７に隣接するため、第一の疎水部３０７内には入らずに圧送液保持部３０５内に保持されている。またこのとき、磁石３１３は、圧送液保持部３０５内に位置する（以上図１１（ａ））。
次に、たとえば被覆２１７の上面で駆動用磁石を移動させる（図１１（ｂ））。このとき、磁石３１３に付着したわずかな圧送液３２３が磁石３１３とともに圧送液保持部３０５から第一の疎水部３０７へと移動する。そして、磁石３１３に付着して移動した圧送液３２３が第一の吸水部３０９に達すると（図１１（ｃ））、吸水部３０９における毛細管現象により圧送液３２３は瞬時に吸水部３０９内に吸引される。この吸引力が駆動力となり、流路３０３中の試料３２５は試料回収部３１７へと導入される（図１１（ｄ））。
以上のように、マイクロチップ３００では、磁石３１３が試料３２５の送液のスイッチ部材として機能しており、送液のタイミングおよび量を好適に調節することが可能である。このとき、流路３０３に第二の疎水部３１５が設けられているため、試料３２５と圧送液３２３が混合することはない。
次に、マイクロチップ３００の構成材料および製造方法について説明する。基板３０１および被覆３２１に用いる材料は、第一の実施形態に記載の材料などから適宜選択して用いることができる。吸水部３０９の構成は、たとえば多数の柱状体が形成された構成、多孔質材料が充填された構成、また、吸水性材料が充填された構成、等とすることができる。なお、吸水性材料として、たとえば第三の実施形態と同様の材料を用いることができる。また、駆動用磁石は、磁石３１３を移動させることができる程度の強さ、大きさの磁石であれば特に制限はない。磁石３１３は、少量の磁石３１３を付着して駆動用磁石により移動可能である強さ、大きさであればよく、一個または複数のマグネットビーズとすることもできるし、磁性を有する粉体や微粒子としてもよい。これらの磁性体の表面は、親水化しておくことが好ましい。表面を親水化することにより、移動時に表面に水が好適に付着されるため、吸水部３０９に接触するスイッチとしての機能が確実に発揮される。また、金属粒子としてもよい。金属粒子とすることにより、表面の親水化処理が不要となり、マイクロチップ３００の作製工程を簡便化することができる。なお、基板３０１上への各部材の形成方法として、たとえば第一の実施形態と同様エッチング等を用いることができる。また、第一の疎水部３０７および第二の疎水部３１５は、基板３０１表面の疎水処理または撥水処理により形成することができる。
第一の疎水部３０７および第二の疎水部３１５の形成方法としては、たとえば、フォトリソグラフィーと疎水性表面処理剤を組み合わせる方法、疎水性の強いゴムによるスタンプ法を挙げることができる。前者の方法では、疎水性処理したい部分が露光されるようなマスクを用意し、基板にフォトレジストを塗布して、露光した後、レジスト現像することで、先の疎水性処理をしたい部分だけ基板表面が露出した状態とする。この状態で、ヘキサメチルジシラザンなどの疎水性表面処理剤の蒸気に晒し、露出している基板３０１の表面に疎水性膜を形成する。その後、レジストを除去することで、所望の部分だけが疎水性の基板３０１を得ることができる。
また、スタンプ法では、たとえば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの疎水性の強いゴム材料を、基板表面に接触させて、剥がすと、接触していた部分だけが疎水性の表面となることを利用するものである。まず、疎水性としたい部分だけが基板３０１に接触するような凸凹形状を持つＰＤＭＳスタンプを予め成形しておき、位置合わせの後、基板３０１表面に接触させる。その後、スタンプを剥がすと、所望の部分だけが疎水性の基板３０１ができる。ＰＤＭＳは柔軟なゴム材料であるため、表面から僅かに窪んでいる流路の溝の中にも変形しながら接触できる。このため、流路３０３内面の一部も疎水性にすることができる。ＰＤＭＳのスタンプは、予めシリコン等をエッチングして凸凹部分が反転した形状のメス型と、それを囲む型枠を作成しておき、その型枠の中にＰＤＭＳと硬化剤を混合した材料を流し込んで加熱重合させた後、メス型から引きはがすことで得ることができる。
なお、マイクロチップ３００においては、磁石３１３を送液のスイッチ部材として用いたが送液の制御は以下の態様とすることもできる。たとえば、第一の疎水部３０７の上部となる位置において被覆３２１に吸水孔を設けてもよい。この構成の場合、吸水孔に圧送液３２３を滴下すると、圧送液保持部３０５と吸水部３０９とを隔てていた第一の疎水部３０７とが圧送液３２３にて連通されるため、吸水部３０９に吸引される圧送液３２３によって試料３２５が試料回収部３１７へと送られる。
また、マイクロチップ３００において、磁石３１３を設けずに、被覆３２１の上部に振動装置を設置するか、または指等で振動を付与することにより、圧送液保持部３０５中の圧送液３２３を吸水部３０９に接触させ、送液する構成とすることもできる。
以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各製造工程の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【実施例】  本実施例では、図２を用いて前述した柱状体を有する構成の乾燥装置を基板上に作製し、評価した。図１８は乾燥装置部の概略構成を示す図である。図１８（ａ）は、乾燥装置の上面図である。また、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図１８において、基板１０１上に流路１０３が形成され、その上面の一部が被覆１０９により覆われている。被覆１０９を有する部分が上流側、有しない部分が下流側である。流路１０３の出口領域、すなわち被覆１０９の端部の上流および下流の領域に吸引部１０７が設けられている。吸引部１０７には、柱状体１０５が形成されている。
本実施例において、流路１０３および柱状体１０５の作製には、第１の実施形態に記述した加工方法を用いた。基板として、シリコンを用いた。流路１０３の幅を８０μｍとし、深さは４００ｎｍとした。
図１９は、流路１０３の出口領域に形成された柱状体１０５の走査電子顕微鏡像を示す図である。図１９ならびに後述する図２０および図２１において、紙面下方が上流、上方が下流である。図１９に示したように、本実施例の乾燥装置の吸引部には、１０７幅３μｍの短冊状の複数の柱状体１０５が、柱状体１０５の長手方向（図中横方向）に約１μｍのピッチで等間隔の列状に配置され、さらに柱状体１０５の列は、柱状体１０５の短手方向（図中縦方向）に７００ｎｍピッチで等間隔に複数列配置されている。また、柱状体１０５の高さは４００ｎｍとした。
本実施例では、得られたマイクロチップを用いることにより、以下に記載するＤＮＡの送液と質量分析を連続的に行った。流路１０３の上流側、すなわち吸引部１０７とは逆の端から流路１０３に水を導入した。水は流路１０３を満たし、柱状体１０５により形成された吸引部１０７に染み出した。この状態で、吸引部１０７を広く覆うように水を滴下した。
次に、流路１０３の上流側に蛍光色素で染めたＤＮＡ（１３００ｂｐ）を含む溶液を満たした。そして、流路１０２を蛍光顕微鏡により観察した。その結果、吸引部１０２が広く水で覆われている間には、ＤＮＡはまったく流路１０２に移動してこなかった。そして、吸引部１０２が露出し、自然乾燥するように覆っている水を除去すると、ＤＮＡは流路１０２中を上流側から下流の吸引部１０２の方向に移動を開始し、その後は継続的に流路１０２を流れた。この時のＤＮＡの平均移動速度は３０μｍ／ｓであった。
一方、流路１０２の出口領域に柱状体１０５が形成されていないマイクロチップを同様の方法で作製し、同様に観察したところ、この場合のＤＮＡの平均移動速度は８μｍ／ｓであった。これより、柱状体１０５を設けることにより、ＤＮＡを流路１０２中で速やかに移動させることができた。また、ＤＮＡの移動はＤＮＡを含む溶液が送液されて生じていた。
次に、前述した方法を用いて蛍光色素で染めたＤＮＡ（１００ｐ）を含む溶液を３０分程度送液した後、吸引部１０７の様子を蛍光顕微鏡により観察した。図２０は流路１０３の出口領域の吸引部１０７に形成された柱状体１０５近傍の蛍光顕微鏡像を示す図である。図２０より、被覆１０９よりも下流側に、蛍光色素で明るく観察されるＤＮＡが６０μｍにわたって染み出している。これより、本実施例の乾燥装置を用いることにより、図３（ｂ）を用いて前述したように、試料が吸引部１０７に安定的に吸引されることが確かめられた。
また、比較のため、柱状体１０５を有しないマイクロチップを用いた場合についても同様の観察を行った。図２１は流路出口領域に柱状体が無い場合の写真であり、ＤＮＡが被覆１０９の外に染み出していない。これより、流路１０３の深さが４００ｎｍで柱状体１０５を設けない場合、図３（ａ）を用いて前述した濡らす度合いはさらに少なくなり、被覆１０９のふちから流路１０３の壁面に沿った部分においても吸引部１０７を濡らすことができないことがわかる。
さらに、図１９の乾燥装置を用いて乾燥したＤＮＡを引き続き質量分析に供した。すなわち、基板１０１を超音波振動器に載せてＤＮＡを細分化した後、溶媒を自然乾燥させた。その後、流路１０３の出口領域に染み出して乾燥しているＤＮＡにマトリックスを数μＬ滴下し、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ分析を行った。その結果ＤＮＡに起因する分析結果を得ることができた。
以上示した通り、本実施例においては、マイクロチップの流路１０３の端部に複数の柱状体１０５を有し、上面の少なくとも一部が開放された吸引部１０７を設けることにより、吸引部１０７にＤＮＡを移動させることができた。よって、流路１０３への送液を制御することが可能な吸引部１０７が実現された。さらに、マイクロチップを質量分析装置用の試料台として用いることが可能であり、吸引、乾燥させた試料を乾燥装置から取り出すことなく質量分析を行うことが可能な乾燥装置が実現された。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年6月14日(2004.6.14)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する微細流路を有する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発にともない前記流路中の液体が前記試料乾燥部へ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チップ。
【請求項２】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する微細流路を有する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発の際に前記試料乾燥部に液体が保持され、液体の蒸発を中止したときに前記試料乾燥部中の液体が前記流路へ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チップ。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部の温度を調節するための温度調節部を備えることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項４】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する密閉構造の液体保持部と、前記流路に連通する吸水部とを備え、前記液体保持部に前記液体保持部の密閉状態を解除するスイッチ部材が設けられ、密閉状態を解除したときに前記液体保持部中の液体が前記流路を経由して前記吸水部へ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チップ。
【請求項５】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を含み、前記液体保持部はセプタムにより密閉されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載のマイクロチップにおいて、前記液体保持部の上面が蓋部で覆われ、前記蓋部にセプタムが設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項７】
基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する液体保持部と、を備え、前記液体保持部は、液体保持領域と、前記液体保持領域および前記流路の間に介在し、液体に対し疎液性の表面を有する堰き止め部とを有し、前記液体保持部中に、前記液体に対し親液性の表面を有する移動部材が、前記堰き止め部以外の場所から前記堰き止め部まで移動可能に配置されたことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項８】
請求の範囲第７項に記載のマイクロチップにおいて、前記液体保持部または前記流路に、前記堰き止め部に連通する吸液部と、該吸液部に連通する導気部とを有することを特徴とするマイクロチップ。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記流路に前記液体を導入するステップと、
前記試料乾燥部に前記液体を導入するステップと、
試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させ、前記流路中の液体を前記試料乾燥部に移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１０】
請求の範囲第３項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記試料乾燥部に前記液体を導入するステップと、
試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させるステップと、
前記液体の蒸発を停止し、前記流路へ液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１１】
請求の範囲第４項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ前記液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１２】
請求の範囲第５項または第６項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記セプタムに注射針を貫通させ、前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記注射針を前記セプタムから引き抜き、前記液体保持部を再度密閉状態とするステップと、
前記セプタムに中空の針状部材を貫通させて前記液体保持部の気密状態を解除し、前記流路へ液体を移動させるステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１３】
請求の範囲第８項に記載のマイクロチップにおける液体の送液方法であって、
前記液体保持部に前記液体を導入するステップと、
前記移動部材を前記堰き止め部まで移動させ、前記移動部材表面に付着した前記液体を前記吸液部に導くステップと、
を含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１４】
請求の範囲第１３項に記載の送液方法において、移動部材を堰き止め部まで移動させる前記ステップは、
前記移動部材を磁力により移動させるステップを含むことを特徴とする送液方法。
【請求項１５】
生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、
前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、
前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、
乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、
を備え、
前記分離手段、前記前処理手段、または前記乾燥手段のうち少なくとも一の手段は請求の範囲第１項乃至第８項いずれかに記載のマイクロチップを含むことを特徴とする質量分析システム。
【請求項１６】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部に複数の柱状体が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１７】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部に吸水材が充填されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１８】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部に多孔質材料が配置されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１９】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部に複数の凹部が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２０】
生体試料を分子サイズまたは性状に応じて分離する分離手段と、
前記分離手段により分離された試料に対し、酵素消化処理を含む前処理を行う前処理手段と、
前処理された試料を乾燥させる乾燥手段と、
乾燥後の試料を質量分析する質量分析手段と、
を備え、
前記分離手段、前記前処理手段、または前記乾燥手段のうち少なくとも一の手段は請求の範囲第１６項乃至第１９項いずれかに記載のマイクロチップを含むことを特徴とする質量分析システム。
【手続補正００２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
また、送液ポンプの脈動により、流路への送液量が変化してしまっていた。
そこで、マクロチップ上の流路に送液部を形成する技術が提案されている（特許文献１）。しかし、この技術では、流入口に試料を注入すると、注入と同時に試料の流動が開始され、液体吸収部へと移動する構成となっている。このため、流入口に試料を保持しておくことや、流入口からの送液の開始や停止を制御することができなかった。また、送液量を制御することもできなかった。
特許文献１  特開２００１−８８０９６号公報
発明の開示
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、流路への送液のタイミングを簡便に制御することができるマイクロチップを提供することにある。また、本発明の別の目的は、流路に一定量の液体を安定的に供給するためのマイクロチップを提供することにある。また、本発明のさらに別の目的は、流路に一定量の液体を安定的に供給する送液方法を提供することにある。また、本発明のさらにまた別の目的は、生体試料に適用可能な質量分析システムを提供することにある。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する微細流路を有する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発にともない前記流路中の液体が前記試料乾燥部へ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チップが提供される。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記流路に液体を導入するステップと、前記試料乾燥部に液体を導入するステップと、試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させ、前記流路中の液体を前記試料乾燥部に移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。なお、流路と試料乾燥部に導入する液体の成分は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、試料液体の乾燥速度は乾燥部に導入された液体の性質に依存するため、流路に満たした試料液体と混


【手続補正００３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ざらない溶剤を乾燥部に導入することにより、乾燥速度を試料液体に依存しない方法で制御することができる。この方式は、乾燥により試料濃度が変化してしまうことが問題となる場合にも有効である。
本発明においては、流路に連通する試料乾燥部が設けられているため、試料乾燥部中の液体を蒸発させることにより、流路中の液体を試料乾燥部に向かって送液することができる。このような構成の試料乾燥部は、流路と一体に形成することができるため、製造が容易である。また、乾燥用の外部装置を必要とせず、マイクロチップのみで効率よく送液を行うことが可能である。
本発明によれば、基板と、該基板に形成された流路と、前記流路に連通する微細流路を有する試料乾燥部と、を有し、前記試料乾燥部における液体の蒸発の際に前記試料乾燥部に液体が保持され、試料の乾燥を中止したときに前記試料乾燥部中の液体が前記流路へ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チップが提供される。
また、本発明によれば、前記マイクロチップにおける液体の送液方法であって、前記試料乾燥部に液体を導入するステップと、試料乾燥部に導入された前記液体を蒸発させるステップと、前記液体の蒸発を停止し、前記流路へ液体を移動させるステップと、を含むことを特徴とする送液方法が提供される。
本発明においては試料乾燥部において液体が蒸発している間は試料乾燥部に試料が保持されており、蒸発が停止すると液体が流路に流入する構成となっているため、液体が流路に移動するタイミングを任意に調節することができる。したがって、このような試料乾燥部をマイクロチップ上に形成することにより、所定のタイミングで所定の反応等を行うことが可能となる。
本発明のマイクロチップにおいて、前記試料乾燥部は複数の柱状体を有する構成とすることができる。柱状体は、試料乾燥部の底面に形成されていてもよいし、底面以外の面に形成してもよい。試料乾燥部に複数の柱状体を形成することにより、試料乾燥部の体積に対する試料乾燥部における液体接触面の表面積（以下、「比表面積」とも呼ぶ）を増加させることができる。こ




【国際調査報告】
2004051228.tif 000025
2004051228.tif 000026
2004051228.tif 000027
2004051228.tif 000028
2004051228.tif 000029
2004051228.tif 000030