(57)【要約】【課題】  流路を流通する流体に含有される被検出物の含有率が極めて小さい場合であっても、その被検出物を感度よく検出することが可能な高感度かつ信頼性に優れた流体検査用チップを提供する。【解決手段】  表面および内部の少なくとも一方に流体が流れる流路を備えた基体を有し、流路は、流体中に含有された所定の物質を捕捉する捕捉領域を有し、流路の捕捉領域における少なくとも一部の表面は、流路の他の領域における表面よりも、算術平均粗さが大きい。【選択図】  図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および内部の少なくとも一方に流体が流れる流路を備えた基体を有し、
前記流路は、前記流体中に含有された所定の物質を捕捉する捕捉領域を有し、
前記流路の捕捉領域における少なくとも一部の表面は、前記流路の他の領域における表面よりも、算術平均粗さが大きいことを特徴とする流体検査用チップ。
【請求項２】
前記捕捉領域における少なくとも一部の表面は、算術平均粗さが１μｍを超えていることを特徴とする請求項１に記載の流体検査用チップ。
【請求項３】
前記流路の他の領域における表面は、前記基体を構成する材料よりも前記流体に対する接触角が小さい材料で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体検査用チップ。
【請求項４】
被覆された前記流路の他の領域における表面は、算術平均粗さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の流体検査用チップ。
【請求項５】
前記流路の他の領域における表面を被覆する材料は、ガラスであることを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の流体検査用チップ。
【請求項６】
前記流路の他の領域における表面を被覆する材料は、前記基体よりも融点が低いことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の流体検査用チップ。
【請求項７】
前記基体の表面に取り付けられた蓋体を備え、
前記蓋体は、前記基体の表面に設けられた流路を覆うようにして取り付けられることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体検査用チップ。
【請求項８】
前記流路の捕捉領域において、前記蓋体に対向する部分は、算術平均粗さが１μｍを超えていることを特徴とする請求項７に記載の流体検査用チップ。
【請求項９】
前記蓋体の前記捕捉領域に対向する部分が透光性であることを特徴とする請求項７又は８に記載の流体検査用チップ。
【請求項１０】
前記基体は、前記流路に流体を供給する供給部と、前記流路の途中に設けられ、該流体に所定の処理を施す処理部と、処理後の前記流体を前記流路から外部に排出する排出部とを備え、
前記捕捉領域は、前記流体が流れる方向において、前記処理部の下流側かつ前記排出部の上流側に設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の流体検査用チップ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の流体検査用チップと、該流体検査用チップの前記捕捉領域に光を照射する照射部と、該光を照射することにより該捕捉領域に捕捉されている物質から放出される光を受光する受光部とを備えることを特徴とする流体検査用光学システム。
【請求項１２】
受光された前記光を解析して前記捕捉領域に捕捉されている物質の光学的特性を測定する測定部を備えることを特徴とする請求項１１に記載の流体検査用光学システム。
【請求項１３】
前記捕捉領域に一対の電極が設けられた請求項１から１０のいずれかに記載の流体検査用チップと、該電極間の電圧若しくは電流に基づいて前記捕捉領域に捕捉されている物質を検知する電気検知部とを備えることを特徴とする流体検査用電気システム。
【請求項１４】
複数のセラミックグリーンシートの少なくとも１つに、焼成後に流路となる溝部を形成するステップと、
前記溝部の表面の一部に、前記セラミックグリーンシートの焼成温度よりも軟化点の低いガラスペーストを塗布するステップと、
前記複数のセラミックグリーンシートを積層するステップと、
積層した前記複数のセラミックグリーンシートを焼成するステップと
を備える流体検査用チップの製造方法。
【請求項１５】
流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、
請求項１から１０のいずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、
前記流体検査用チップの前記捕捉領域に捕捉されている前記所定の物質に光を照射する照射ステップと、
前記光を照射したときに前記所定の物質から放出された蛍光を受光する受光ステップと、
受光された前記蛍光を解析して、その解析結果に基づいて前記所定の物質を検知する検知ステップと
を備えることを特徴とする検知方法。
【請求項１６】
流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、
前記捕捉領域に一対の電極が設けられた請求項１から１０のいずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、
前記一対の電極間の電圧若しくは電流に基づいて前記捕捉領域に捕捉されている前記所定の物質を検知する検知ステップと
を備えることを特徴とする検知方法。
【請求項１７】
前記所定の物質はＤＮＡであり、
前記一対の電極の一方に、捕捉しようとする第１ＤＮＡと塩基配列が相補的な関係にある第２ＤＮＡを付着する付着ステップを備え、
前記検知ステップは、前記一対の電極間に電流が流れているか否かに基づいて、前記捕捉領域に捕捉されている前記第１ＤＮＡを検知するステップであることを特徴とする請求項１６に記載の検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小な流路を流通する流体中に含有される、タンパク質若しくはＤＮＡ等の生体物質、又はウイルス若しくはダイオキシン類等の環境有害物質等の物質を高い感度で検出することのできる流体検査用チップおよびその流体検査用チップの製造方法、並びにその流体検査用チップを用いた流体検査用光学システム、流体検査用電気システム、および検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウエハー等の半導体基板、又はガラス若しくは樹脂等の材料からなる絶縁基板の表面に、流体を流通させる流路を備え、流体に対する送液や検出、測定、反応等の種々の化学的機能を付加してなる流体検査用チップが研究開発されている。
【０００３】
例えば、ガラス基板の表面に流路を形成するとともに流路の一部に検出領域を設け、マイクロポンプ等の送液手段を流路の一端部に配置した流体検査用チップの場合、流路に流体を流通させるとともに、その検出領域において、流体中の所定の被検出物（例えば、タンパク質）を、反射光を利用した光学的な検知手段により検知する。
【０００４】
このような流体検査用チップにおいては、通常、流路を流れる流体に人体が直接触れることのないように蓋体が設置されている。この蓋体は、流路を流れる流体が途中で漏れないように封止を行う機能を有する。
【０００５】
なお、上述の流体検査用チップでは、蓋体は、例えば蛍光顕微鏡法による光学的な検知を可能とするために、通常はガラス、透明な樹脂等の透光性材料から成る。すなわち、蓋体を通って流路に可視光線や紫外線等の特定の波長の光を当てると、流体中に含有される蛍光色素で染めた被検出物から特定の波長の光が発生するので、この蛍光を観察することにより、被検出物の有無が検知される。
【０００６】
一方、技術の進歩とともに流体検査用チップの医療分野への応用が要求され、血液等の流体を抽出する患者への負担を軽減するため、極微量な流体で精度の高い測定を行なう必要性がいままで以上に生じてきており、ＤＮＡ、タンパク質又はインフルエンザウイルス等の、被検出物の検出、特に、存在の有無の判定を、従来以上に微量な流体で、また、わずかな含有濃度で検出を行うことが求められるようになってきている。これにより、被検出物を流路の検出領域により捕捉し、蓄積するのが有効である。
【０００７】
例えば、基体を構成するシリコン等の部材に対して微細加工を施すことにより、流路中に網目状にフィルター部を配設する、という技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。これは、網目状のフィルター部で被検出物を捕捉し、フィルター部に蓄積させるというものである。
【非特許文献１】「マイクロ・ナノマシン技術入門」，株式会社工業調査会，２００３年８月１５日発行，ｐ．１１７−１２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、フィルターを用いる場合は、蓄積された、流体中に含有される被検出物の多くがフィルターに隠れてしまい、透光性の蓋を介して特定の波長の光を当てることにより被検出物の検出を行おうとしても、検出が困難であるという課題があった。
【０００９】
また、被検出物がフィルターに蓄積されるに従って、流体の流通抵抗が大きくなるので、流体の流量が不安定になり、送液量の制御が困難になるとともに、ポンプなどの送液手段に負荷がかかるという課題があった。そのため、安定して作動、分析を継続することが難しくなる可能性がある。また、微細加工による網目状のフィルターを別途加工して、流路中に配設する必要があるために、生産性が悪く、高価である。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために案出されたものであり、その目的は、流路を流通する流体に含有される被検出物の含有率が極めて小さい場合であっても、その被検出物を感度よく検出することが可能な高感度かつ信頼性に優れた流体検査用チップおよびその流体検査用チップの製造方法、並びにその流体検査用チップを用いた流体検査用光学システム、流体検査用電気システム、および検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る流体検査用チップは、表面および内部の少なくとも一方に流体が流れる流路を備えた基体を有し、前記の流路は、前記の流体中に含有された所定の物質を捕捉する捕捉領域を有し、前記の流路の捕捉領域における少なくとも一部の表面は、前記の流路の他の領域における表面よりも、算術平均粗さが大きい。
【００１２】
好ましくは、前記の捕捉領域における少なくとも一部の表面は、算術平均粗さが１μｍを超えている。
【００１３】
好ましくは、前記の流路の他の領域における表面は、前記の基体を構成する材料よりも前記の流体に対する接触角が小さい材料で被覆されている。
【００１４】
好ましくは、被覆された前記の流路の他の領域における表面は、算術平均粗さが１μｍ以下である。
【００１５】
好ましくは、前記の流路の他の領域における表面を被覆する材料は、ガラスである。
【００１６】
好ましくは、前記の流路の他の領域における表面を被覆する材料は、前記の基体よりも融点が低い。
【００１７】
好ましくは、前記の流体検査用チップは、前記の基体の表面に取り付けられた蓋体を備え、前記の蓋体は、前記の基体の表面に設けられた流路を覆うようにして取り付けられる。
【００１８】
好ましくは、前記の流路の捕捉領域において、前記の蓋体に対向する部分は、算術平均粗さが１μｍを超えている。
【００１９】
好ましくは、前記の蓋体の前記の捕捉領域に対向する部分は、透光性である。
【００２０】
好ましくは、前記の基体は、前記の流路に流体を供給する供給部と、前記の流路の途中に設けられ、該流体の所定の処理を施す処理部と、処理後の前記の流体を前記の流路から外部に排出する排出部とを備え、前記の捕捉領域は、前記の流体が流れる方向において、前記の処理部の下流側かつ前記の排出部の上流側に設けられる。
【００２１】
本発明に係る流体検査用光学システムは、前記の流体検査用チップと、該流体検査用チップの前記捕捉領域に光を照射する照射部と、該光を照射することにより該捕捉領域に捕捉されている物質から放出される光を受光する受光部とを備えることを特徴とする。
【００２２】
好ましくは、前記の流体検査用光学システムは、受光された前記の光を解析して前記の捕捉領域に捕捉されている物質の光学的特性を測定する測定部を備える。
【００２３】
本発明に係る流体検査用電気システムは、前記の捕捉領域に一対の電極が設けられた流体検査用チップと、該電極間の電圧若しくは電流に基づいて前記の捕捉領域に捕捉されている物質を検知する電気検知部とを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る流体検査用チップの製造方法は、複数のセラミックグリーンシートの少なくとも１つに、焼成後に流路となる溝部を形成するステップと、前記の溝部の表面の一部に、前記のセラミックグリーンシートの焼成温度よりも軟化点の低いガラスペーストを塗布するステップと、前記の複数のセラミックグリーンシートを積層するステップと、積層した前記の複数のセラミックグリーンシートを焼成するステップとを備える。
【００２５】
本発明にかかる第１の検知方法は、流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、上記いずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、前記流体検査用チップの前記捕捉領域に捕捉されている前記所定の物質に光を照射する照射ステップと、前記光を照射したときに前記所定の物質から放出された蛍光を受光する受光ステップと、受光された前記蛍光を解析して、その解析結果に基づいて前記所定の物質を検知する検知ステップとを備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明にかかる第２の検知方法は、流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、捕捉領域に一対の電極が設けられた上記いずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、前記一対の電極間の電圧若しくは電流に基づいて前記捕捉領域に捕捉されている前記所定の物質を検知する検知ステップとを備えることを特徴とする。
【００２７】
好ましくは、上記第２の検知方法において、前記所定の物質はＤＮＡであり、前記一対の電極の一方に、捕捉しようとする第１ＤＮＡと塩基配列が相補的な関係にある第２ＤＮＡを付着する付着ステップを備え、前記検知ステップは、前記一対の電極間に電流が流れているか否かに基づいて、前記捕捉領域に捕捉されている前記第１ＤＮＡを検知するステップである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る流体検査用チップは、表面および内部の少なくとも一方に流体が流れる流路を備えた基体を有し、その流路は、流体中に含有された所定の物質を捕捉する捕捉領域を有する。そして、流路の捕捉領域における少なくとも一部の表面は、流路の他の領域における表面よりも、算術平均粗さが大きいことから、捕捉領域の算術平均粗さが大きい表面に、流体中に含有される被検出物を付着させることができるため、捕捉領域に流体中に含有される被検出物を容易に蓄積させることができる。
【００２９】
これにより、流体中に含有される被検出物を、検出部において流路の表面に捕捉および蓄積させることができ、流体中の被検出物の濃度が低い場合でも、その存在を有効に検知することができる。したがって、被検出物を感度よく検出することが可能な、感度の高い流体検査用チップを提供することができる。
【００３０】
また、本発明に係る流体検査用光学システムは、流体検査用チップと、該流体検査用チップの捕捉領域に光を照射する照射部と、該光を照射することにより該捕捉領域に捕捉されている物質から放出される光を受光する受光部とを備えることから、流体内に含有されている物質の捕捉とその物質の検知とを１つのシステムで同時に行なうことができる。
【００３１】
本発明に係る流体検査用電気システムは、捕捉領域に一対の電極が設けられた流体検査用チップと、該電極間の電圧若しくは電流に基づいて捕捉領域に捕捉されている物質を検知する電気検知部とを備えることから、流体内に含有されている物質の捕捉とその物質の検知とを１つのシステムで同時に行なうことができる。
【００３２】
また、本発明に係る流体検査用チップの製造方法は、複数のセラミックグリーンシートの少なくとも１つに、焼成後に流路をなす溝部を形成するステップと、前記の溝部の表面の一部に、前記のセラミックグリーンシートの焼成温度よりも軟化点の低いガラスペーストを塗布するステップと、前記の複数のセラミックグリーンシートを積層するステップと、積層した前記の複数のセラミックグリーンシートを焼成するステップとを備えることから、流路を流通する流体に含有される被検出物の含有率が極めて小さい場合であっても、その被検出物を感度よく検出することが可能な高感度かつ信頼性に優れた流体検査用チップを容易に製造することができる。
【００３３】
また、流体検査用チップを、セラミックスを用いて製造することにより、耐薬品性、耐熱性、および強度に優れた流体検査用チップを実現することができる。
【００３４】
本発明にかかる第１の検知方法は、流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、上記いずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、流体検査用チップの捕捉領域に捕捉されている所定の物質に光を照射する照射ステップと、光を照射したときに所定の物質から放出された蛍光を受光する受光ステップと、受光された蛍光を解析して、その解析結果に基づいて所定の物質を検知する検知ステップとを備えることを特徴とすることから、捕捉領域に捕捉されている物質の検知を容易にかつ確実に行なうことができる。
【００３５】
また、本発明にかかる第２の検知方法は、流体中に含有された所定の物質を検知する検知方法であって、捕捉領域に一対の電極が設けられた上記いずれかに記載の流体検査用チップを準備する準備ステップと、一対の電極間の電圧若しくは電流に基づいて捕捉領域に捕捉されている所定の物質を検知する検知ステップとを備えることを特徴とすることから、捕捉領域に捕捉されている物質の検知を容易にかつ確実に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の流体検査用チップの実施の形態について詳細に説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１Ａは、本発明の実施の形態１による流体検査用チップ１の基本的な構成例を示す平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示す流体検査用チップ１の切断面線Ｉ−Ｉ線における断面図である。
【００３８】
図１Ａ，図１Ｂに示されるように、流体検査用チップ１は、セラミック材料等から成る基体１１に、流体を流通させる流路１２と、流路１２に流体を供給する供給部１３と、化学反応等を生じさせる反応部としての処理部１４と、検査後の流体を外部に排出する排出部１５とが設けられて形成されている。また、流路１２の一部には、流体中に含有される被検出物を捕捉するための捕捉領域１７が設けられている。この捕捉領域１７は、流体が流れる方向において、処理部１４の下流側かつ排出部１５の上流側に設けられている。
【００３９】
また、基体１１の流路１２が形成されている面には、蓋体１６が取着されている。蓋体１６により流路が塞がれ、流体が流路１２の外に漏れることなく流通される。蓋体１６には、目視、顕微鏡、および分光分析等の光学的な手法で検査を行うことができるように、開口部１８が設けられている。
【００４０】
基体１１および蓋体１６は、例えばセラミック材料により形成されている。基体１１と蓋体１６を構成するセラミック材料としては、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、ムライト質焼結体（ムライトセラミックス）またはガラスセラミックス焼結体等を用いることができるが、耐熱性や耐薬品性を考慮すると酸化アルミニウム質焼結体がより好ましい。
【００４１】
基体１１および蓋体１６は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、酸化アルミニウムや酸化ケイ素、酸化カルシウム等のセラミック材料やガラス材料からなる原料粉末を有機溶剤およびバインダとともにシート状に加工して複数のセラミックグリーンシートを作製し、これを所定の形状、寸法に加工するとともに必要に応じて積層し、焼成することにより形成される。
【００４２】
また、流路１２は、例えば、基体１１となるセラミックグリーンシートに対して、型押し加工やレーザ光を用いた研削加工等の手段を用いて、所望の深さ、およびパターンで溝部を形成して焼成することにより形成される。
【００４３】
供給部１３は、流体検査用チップ１の外部から流路１２に流体を供給することができるように、例えば流路１２の一端部に対応した位置で蓋体１６に形成された開口から構成されている。
【００４４】
供給部１３への流体の供給は、例えば、マイクロシリンジによる圧入やポンプ等の送液手段（図示せず）により行なわれる。
【００４５】
処理部１４は、流体に対して、化学反応、加熱、電気泳動等によって、例えば細胞の溶解、分離、精製等の処理を施すための部位である。この処理により、流体中の核酸やタンパク質が抽出される。
【００４６】
処理部１４において、上記処理を施すための機構、例えば加熱のためのヒータ等が、流路１２の周辺の基体１１内部等に設けられていてもよい。
【００４７】
処理部１４において、流路１２は、上記処理を有効に行なうための流路長を確保するために、図示したような直線状のものに限らず、蛇行状や周回状のものでもよい。
【００４８】
排出部１５は、捕捉領域１７によって所定の物質が捕捉された後の流体を、流体検査用チップ１の外部に排出するための部位である。
【００４９】
排出部１５は、流路１２から流体を外部に排出することができるように、蓋体１６に形成された開口から構成されている。
【００５０】
なお、蓋体１６の開口部１８は、例えば、蓋体１６または蓋体１６となる未焼成のセラミックグリーンシートに対して、機械的な打ち抜き加工等の打ち抜き加工を施すことにより形成される。また、同様に、供給部１３となる蓋体１６の開口および排出部１５となる蓋体１６の開口は、蓋体１６となるセラミックグリーンシートの所定部位に、機械的な打ち抜き加工等の打ち抜き加工を施すことによりそれぞれ形成される。
【００５１】
また、本実施の形態１による流体検査用チップ１では、捕捉領域１７における少なくとも一部の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、流路１２の他の領域における表面の算術平均粗さよりも大きい。これにより、捕捉領域１７の算術平均粗さが大きい表面に、流体中に含有される被検出物を付着させることができるため、捕捉領域１７に流体中に含有される被検出物を容易に蓄積させることができる。ここで、捕捉領域１７における少なくとも一部の表面とは、少なくとも流路１２の底面を含む。
【００５２】
蓋体１６には、光学的な手法で検査を行うことができるように、捕捉領域１７に対向する部位に開口部１８が設けられている。ここで、捕捉領域１７に対向する部位とは、図１Ｂに示された構成において、捕捉領域１７の上方に位置する部位であり、流体検査用チップ１を平面視したときに、少なくとも捕捉領域１７と重なる領域のことである。蓋体１６に設けられた開口部１８には、透光性材料から成る蓋部２０が嵌着されている。なお、透光性材料としては、例えば加工性のよい透光性樹脂であるシリコーン樹脂等を用いることができる。
【００５３】
上記構成の流体検査用チップ１において、捕捉領域１７により捕捉した被検出物を光学的な手法を用いて検知する場合、流体検査用チップ１に流体を供給する前若しくは流体検査用チップ１に流体を供給した後流体検査用チップ１内で、蛍光試薬を用いて被検出物を含有する流体を染色する。ここで、被検出物以外の不純物等は染色されないように蛍光試薬の種類およびその他の条件を選択するので、観察する際に特定波長の光を当てると、被検出物が存在する場合にのみ、蛍光が発せられることになる。
【００５４】
流体検査用チップ１では、供給部１３から流路１２に流体を流入させ、流入された流体に処理部１４において予め定める処理を施し、捕捉領域１７で被検出物の捕捉を行った後、排出部１５から処理後の流体を外部に排出する。例えば、処理部１４に試薬を仮固定しておき、供給部１３からタンパク質、ＤＮＡ等の生体物質を含む流体を流入させると、処理部１４において生体物質と試薬を反応させることができるので、反応が終わった後の生体物質を捕捉領域１７で捕捉すれば、開口部１８に嵌着されている透光性材料から成る蓋部２０を通して、生体物質に人体が直接触れることなくその生体物質を蛍光顕微鏡で検出し、その後、排出部１５からその生体物質を排出することができる。
【００５５】
具体的に、流体中に含有されたまま捕捉領域１７に到達した被検出物は、捕捉領域１７において流路１２の表面に捕捉される。そして、蓋体１６の蓋部２０を通って捕捉領域１７に、可視光や紫外線等の特定の波長の光を当てると、流体中に含有される蛍光色素で染めた被検出物から特定の波長の光が発生する。この蛍光を観察することにより、被検出物の有無が検知される。すなわち、被検出物が含有されない場合には蛍光が観察されない。
【００５６】
本実施の形態１による流体検査用チップ１によれば、流体中に含有される被検出物を、捕捉領域１７において流路１２の表面に捕捉、蓄積させることができ、流体中の被検出物の濃度が低い場合でも、その存在を有効に検知することができる。したがって、被検出物を感度よく検出することが可能な、感度の高い流体検査用チップを提供することができる。
【００５７】
また、捕捉領域１７に、微細加工技術を用いて成るフィルター等の構造物を設ける必要がないので、フィルター等の構造物を設けた場合のように、被検出物がフィルター部に蓄積されることによって、送液量の制御が困難になるといったことはなく、ポンプなどの送液手段に負荷が掛かることもない。また、微細加工による網目状のフィルターを別途加工して、流路１２中に配設する必要はなく、捕捉領域１７の表面を加工して、粗さを設ければよいために、生産性がよく、安価である。
【００５８】
また、流体検査用チップ１は、上述のように、蓋体１２の捕捉領域１７の上方に位置する部位、すなわち蓋部２０が透光性であることから、流体検査用チップ１を分解することなく、捕捉領域１７に蓄積された被検出物を目視若しくは顕微鏡で観察することが可能である。また、蓋部２０が透光性であることから、蓄積された被検出物を光学的な検知手段で検知することも可能であるため、光学的な手段による感度の高い検出が可能な流体検査用チップを得ることができる。
【００５９】
図２は、流体検査用チップ１において捕捉された被検出物を光学的な手法を用いて検知する光学システムの構成例を示す。図２に示されるように、流体検査用光学システム２１は、励起光源２２と、ダイクロイックミラー２３と、対物レンズ２４と、結像レンズ２５と、電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像素子２６と、解析装置２７と、表示装置２８とを備えている。
【００６０】
この流体検査用光学システム２１において、励起光源２２は、蛍光励起用の光束を出力する。ダイクロイックミラー２３は、励起光源２２から出力されたほぼ全ての光を反射する。ここで、ダイクロイックミラー２３は、励起光源２２から出力される光の波長において反射率が高くなるように設定されている。この反射光は、対物レンズ２４を通って、流体検査用チップ１に入射される。
【００６１】
流体検査用チップ１に入射された光は、流体検査用チップ１の蓋部２０を通過して捕捉領域１７に到達する。捕捉領域１７に捕捉されている被検出物は、この励起光の作用によって蛍光を発する。被検出物から放出された蛍光は、対物レンズ２４を通って、ダイクロイックミラー２３に入射される。なお、励起光源２２から出力された励起光の波長と、被検出物から放出された蛍光の波長は異なる。
【００６２】
ここで、上記蛍光の波長に対するダイクロイックミラー２３の反射率を低く、かつ透過率が高くなるように設定しておくと、上記蛍光のほとんどがダイクロイックミラー２３を通過する。ダイクロイックミラー２３を透過した蛍光は、結像レンズ２５によって撮像素子２６上に結像する。撮像素子２６は、上記被検出物から放出された蛍光を電気信号に変換して出力する。解析装置２７は、撮像素子２６が出力した信号を解析して、被検出物の光学的特性を測定し、その測定結果を表示装置２８に出力する。表示装置２８は、その測定結果を表示する。これにより、観察者は、表示装置２８によって表示されている測定結果を観察することにより、流体検査用チップ１に捕捉されている被検出物を検知することができる。なお、解析装置２７は、測定部をなす。
【００６３】
ここで、励起光源２２は、照射部をなし、撮像素子２６は、受光部をなす。
【００６４】
なお、撮像素子２６、解析装置２７及び表示装置２８を省略し、蛍光顕微鏡として、被検出物から放出される蛍光を観察する構成にしてもよい。また、解析装置２７は、解析結果から被検出物を検知し、その検知結果を表示装置２８に送ってもよい。
【００６５】
また、被検出物を検知する方法として、上述の説明では、被検出物から放出される蛍光を観察したが、例えば、被検出物から放出された反射光および散乱等を解析して、他の光学的特性を測定することにより、その被検出物を検知してもよい。
【００６６】
流路１２の捕捉領域１７の少なくとも一部における表面の算術平均粗さを、他の領域における表面の算術平均粗さよりも大きくするには、例えば、基体１１を、セラミック粉末の粒径が大きいセラミック焼結体で形成するとともに、流路１２における上記捕捉領域１７の少なくとも一部以外の領域を、表面に存在するガラス量が多くなるように形成すればよい。ここで、セラミック粉末の粒径が大きい場合とは、例えば、セラミック粉末の平均粒径が１μｍ以上の場合である。この場合、ガラスがセラミック粉末の間に入り込むため、流路１２の捕捉領域１７の少なくとも一部の領域（以下、「粗表面領域」という。）以外の領域において、流路１２の表面は、より滑らかになる。したがって、粗表面領域における表面の算術平均粗さは、流路１２の他の領域における表面の算術平均粗さよりも大きくなる。
【００６７】
なお、この場合のガラスとしては、石英ガラス・シリカ系、ソーダガラス系、ライムガラス系、ホウ酸ガラス系、又は酸化鉛系のガラス等を用いることができる。
【００６８】
基体１１のうち流路１２の粗表面領域以外の領域（以下、「滑表面領域」という。）において表面に存在するガラス量を多くするには、例えば、基体１１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合には、酸化アルミニウム質焼結体の焼成温度よりも軟化点の低いガラスを用いればよい。すなわち、そのガラスの粉末（ペースト）を流路１２に塗布して、酸化アルミニウム質焼結体の融点より低い温度でガラスを焼結し、滑表面領域において流路１２の表面のガラス量が多くなるようにすればよい。
【００６９】
また、軟化点が酸化アルミニウム質焼結体の焼成温度に近いガラスを用いることにより、同時焼結によって流路１２における滑表面領域の表面のガラス量が多くなるようにしてもよい。
【００７０】
また、機械的な表面粗さ形成方法として、ドクターブレード法によって酸化アルミニウム原料から成るグリーンシートを作製し、このグリーンシート表面に、粗表面領域に対応する部分が粗面化された金型を押圧することにより、流路１２の粗表面領域における表面の算術平均粗さを、他の領域における表面の算術平均粗さよりも大きくすることができる。
【００７１】
また、粗表面領域の表面の算術平均粗さ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）は１μｍを超えていることが好ましい。粗表面領域の表面粗さが１μｍを超えていると、流体中に含有される被検出物の大きさに対して粗表面領域の表面の粗さが十分に大きくなり、流体中に含有される被検出物が粗表面領域の表面の凹凸に付着し、蓄積することが促進されるので、より高い感度で検出を行うことができる。よって、粗表面領域の表面粗さが１μｍを超えている場合には、流体検査用チップ１を、特にタンパク質やＤＮＡなどの医療分野で必要とされている、高い精度が要求される分析に用いることができる。
【００７２】
また、粗表面領域の表面の算術平均粗さが１μｍを超えると、流体の流れが乱流になり、粗表面領域に滞留しやすくなるので、流体中に含有される被検出物が流路の表面と接する頻度は高くなる。そのため、被検出物が流路表面の凹凸部分に接して捕捉される確率が向上し、粗表面領域に被検出物が留まりやすくなる。つまり、被検出物が粗表面領域を素通りすることを防止することができる。したがって、粗表面領域の表面に被検出物を、より有効に捕捉、蓄積させることができ、含有率の低い被検出物について、より一層確実に検出することができる。
【００７３】
なお、粗表面領域の長さは、検出しようとする被検出物の大きさ、想定される含有率（濃度）、および検出する手段等に応じて、適当な量の被検出物を捕捉できるように適宜、設定される。
【００７４】
流路１２において、流体が流れる方向に垂直な断面の面積は、供給部１３から流入される流体を効率よく送液するために、２．５×１０−３ｍｍ２以上１ｍｍ２以下であることが望ましく、捕捉領域１７においても他の領域と同じ面積、形状であることが望ましい。流路１２の断面積が１ｍｍ２以下であれば、適当な量の流体が流路１２に送液され、単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減させるという流体検査用チップの効果を充分に得ることができる。また、流路１２の断面積が２．５×１０−３ｍｍ２以上であれば、マイクロシリンジやポンプなどの送液手段による圧力の損失が小さくなり、問題なく送液を行うことができる。
【００７５】
また、流路１２について、粗表面領域以外の領域における表面の算術平均粗さは、好ましくは１μｍ以下であり、より好ましくは０．１μｍ以下である。粗表面領域以外の領域において表面の算術平均粗さが１μｍを超えると、粗表面領域以外の領域、例えば供給部１３と捕捉領域１７との間の領域において流体中に含有される被検出物が流路１２の表面に付着し、蓄積しやすくなる。そのため、捕捉領域１７に流れ込む流体中の被検出物の濃度が低くなり、捕捉領域１７で捕捉および蓄積され得る被検出物の量がさらに少なくなり、感度よく検出することが難しくなる。
【００７６】
捕捉領域１７の表面粗さは、捕捉領域１７の全域で同じであることが望ましい。すなわち、捕捉領域１７の全域が、粗表面領域であることが望ましい。捕捉領域１７の表面粗さがその全域で同じであると、流体中に含有される被検出物の付着および蓄積が送液毎に一定することから、検出の再現性がより高くなる。
【００７７】
また、流路１２のうち捕捉領域１７以外の領域は、表面の粗さが全域で同じ粗さであることが望ましい。流路１２において捕捉領域１７以外の領域の表面の粗さが全域で同じであれば、部分的に流れの乱流や圧力の損失が発生することがなく、送液の制御がより容易になる。
【００７８】
また、流体検査用チップ１を断面視したときの、捕捉領域１７の断面形状は矩形であることが望ましい。上記断面形状が矩形である場合は、底面が湾曲している場合と比較して、蛍光顕微鏡観察の際にピントを合わせ易く、被検出物をより高い感度で検出することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態１による流体検査用チップ１のように流路１２が基体１１の表面に設けられている場合には、蓋体１６において、流路１２の粗表面領域に対向する表面を粗表面領域と同じ表面粗さにすることが好ましい。また、蓋体１６において、流路１２の滑表面領域に対向する表面を、滑表面領域と同じ表面粗さにすることが好ましい。
【００８０】
なお、上述の流体検査用チップ１では、基体１１の材料としてセラミックスを用いたがこれに限らず、樹脂等の他の材料でもよい。もし、前述のように基体１１をセラミック材料から成るものとしておくと、シリコン、ガラスまたは樹脂から成る基体に流路１２を形成する際に必要なエッチング加工等を行うことなく、例えば、上述した型押し加工等の簡単な加工を行うだけで流路１２を有する基体１１を形成することができる。従って、本実施の形態１による流体検査用チップ１は、基体１１をセラミック材料からなるものとしておくことが好ましく、この場合、生産性が高く製造原価が低いので安価である。また、セラミック材料は、樹脂等に比べて耐薬品性、耐熱性、および強度に優れる。そのため、強酸性や強アルカリ性等の腐食性の流体を安定して処理することができる。
【００８１】
したがって、基体１１をセラミック材料から成るものとしておくと、被検出物の検出の精度が高く、かつ強度、信頼性、および実用性等に優れた流体検査用チップ１を提供することができる。
【００８２】
このような流体検査用チップ１は、基本的には流路１２が形成された基体１１と、被検出物を捕捉する捕捉領域１７とにより構成されるが、本実施形態のように、流路１２に流体を供給する供給部１３と、流路１２の途中に設けられ、処理を施す処理部１４と、流路１２の処理部１４よりも下流側に設けられた捕捉領域１７と、処理後の流体を外部に導出する排出部１５とを備えていることが好ましい。
【００８３】
この場合、流体を供給部１３から流路１２に供給すると、処理部１４において供給された流体に予め定める処理が施され、その処理が行われた後の流体中の所望の物質を捕捉領域１７において捕捉した後に、排出部１５から残りの物質を含有する流体を外部に排出することができる。したがって、例えば、タンパク質、ＤＮＡ等の生体物質や、ウイルス、ダイオキシン類，ＰＣＢ類の環境有害物質の検出等を行うことができる。つまり、医療用や分析等の用途において、実用性の高い流体検査用チップを提供することができる。
【００８４】
また、基体１１がセラミックスから成る場合、耐薬品性、耐熱性および強度に優れていることに加えて、多層化が容易に可能であることから、ヒータ、電極、電気回路等の内蔵、および流路の３次元構造化を容易に行うことができる。
【００８５】
したがって、基体１１がセラミックスから成る場合は、分析等の精度が高く、かつ強度、信頼性、および実用性等に優れた流体検査用チップ１を提供することができる。
【００８６】
例えば、処理部１４を周回状や折り返し（九十九折状）等に形成しておいて、その下方の基体１１内部にヒータを配設するようにしておくと、処理部１４において流体を効率よく加熱し、化学反応等の処理を促進させることができる。
【００８７】
また、流路１２の内面に一対の電極（図示せず）を配設しておくとともに、この電極を、基体１１内に形成する配線導体（図示せず）を介して基体１１の外表面に導出しておくこともできる。この場合、配線導体を介して電極間に電位を付与し、流体に対して電気泳動等の処理を施すことができる。
【００８８】
電極および配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、白金、パラジウム等の金属材料から成り、この金属のペーストを基体１１となるセラミックグリーンシートに印刷しておくことにより形成される。電極を流路１２に露出させる場合、流体が腐食性である場合も考慮して、金、白金等の標準電極電位の高い金属からなるめっき層で被覆しておくことが好ましい。
【００８９】
また、流路１２の捕捉領域１７の表面に一対の電極を配設しておくとともに、この電極を、基体１１内に形成する配線導体を介して基体１１の外表面に導出しておき、電極間の電流又は電圧を検出することによって捕捉領域１７に捕捉された物質を検知することが可能である。例えば、流体に特定のＤＮＡが含まれているかどうか検知する場合に、一方の電極に、捕捉しようとするＤＮＡと塩基配列が相補的な関係にあるＤＮＡを付着させておくと、その流体に所望のＤＮＡが含まれている場合には、ハイブリダイゼーション反応により、２つのＤＮＡが結合する。このように２つのＤＮＡが結合すると上記一対の電極間に電流が流れるため、その電流を検知することによって特定のＤＮＡが含まれているか否かを検知することができる。
【００９０】
図３は、上述したＤＮＡを検出する流体検査用チップを備えた流体検査電気システムの構成例を示す平面図である。図３に示されるように、流体検査用チップにおいて、捕捉領域１７の表面に一対の電極４２が配設され、この電極４２は、基体１１内に形成する配線導体４３を介して基体１１の外表面に導出されている。そして、電極４２の一方には、捕捉しようとするＤＮＡと塩基配列が相補的な関係にあるＤＮＡを付着させておく。電気検知部４３は、電極４２間に流れる電流を測定することにより、他方の電極４２に目的のＤＮＡが付着したか否かを検知する。
【００９１】
また、流路１２は、基体１１の表面に形成されても、基体１１の内部に形成されてもよい。基体１１の表面に形成されると、捕捉領域１７に捕捉された被検出物を容易に検出することができるとともに、蓋部２０を透過性材料で形成すれば、流体が処理部１４によって処理される様子、物質が捕捉領域１７に捕捉される様子、および捕捉領域１７に捕捉されている物質の量等を容易に観察することができる。一方、流路１２が基体１１の内部に形成されると、流体が光学的に外部の影響を受けることがないため、流体検査用チップ１内で流体の反応等に影響が及ぶことがない。
【００９２】
また、流路が基体の表面に複数形成されていてもよく、複数の流路が途中で合流していてもよい。この場合、複数の流体に対する処理を同時に進めることや、合成反応等の処理を行なわせることもできる。さらに、流路１２は、供給部１３と排出部１５との間に接続された上下に位置する複数の分岐流路（図示せず）で構成されてもよく、複数の分岐流路が基体１１内で基体１１の厚み方向に形成された垂直流路（図示せず）で上下に連通されてもよい。この上下に位置する複数の分岐流路と垂直流路によって、流路パターン形状の自由度が高くなり、例えば、それぞれが処理部１４を有する流路１２を複数設けることにより、複数の流体を同時に処理することが可能になるため、反応や分析をさらに短時間で効率的に行うことができる。また、基体１１に複数の供給部１３と複数の排出部１５とを設け、各供給部１３と対応する各排出部１５との間に流路１２をそれぞれ設けてもよい。
【００９３】
なお、基体１の内部に形成された流路に捕捉領域１７を設けた場合、例えば、基体１の表面から捕捉領域１７までを、機械的な研削手段等でくり抜いて開口を設けることにより、捕捉領域１７の観察を行うことができる。また、捕捉領域１７表面を基体１１の表面に対向させて配置してもよい。
【００９４】
上述の分岐流路や垂直流路は、基体１１となるセラミックグリーンシートのうち、積層したときに内層となるものに、流路１２を形成する場合と同様の加工や、機械的な穴あけ加工等の加工を施しておくことにより形成される。
【００９５】
なお、流体検査用チップ１では、供給部１３から流体を供給する際に、マイクロシリンジ等で流体を注入することによって、流体を供給部１３から排出部１５まで送液することができる。また注入する際に、外部に設けられるポンプ等で流体に圧力を加えながら注入することによって流体を送液することもできる。また、供給部１３から流体を注入した際に、排出部１５からマイクロシリンジ等で吸引することによって流体を送液することもできる。
【００９６】
また、蓋体１６を全て透光性材料で形成することもできる。蓋体１６を例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーンゴム系材料にした場合、硬化剤の塗布量によって架橋度を変える方法と熱処理条件とによってシリコーンゴム表面にタック性を持たせることが可能になり、セラミックスから成る基体１１との着脱が容易にできるため、使用後の洗浄が容易になり、再度使用することができる。この場合、実用性が向上し、コストの点でも有利である。
【実施例】
【００９７】
本実施の形態１による流体検査用チップの実施例を以下に説明する。本実施例で用いた流体検査用チップの評価用サンプルは、まずドクターブレード法によって酸化アルミニウム原料から成る泥漿の粘度が２Ｐａ・ｓのグリーンシートを作製し、このグリーンシート表面に、捕捉領域に対応する位置の表面を粗面化した数種類の金型を５ＭＰａの圧力で押圧し、幅が１００μｍ、深さが１００μｍ、長さが５ｃｍ、その内の捕捉領域の長さが５ｍｍの直線状の流路を形成した。ここで、その流路は、捕捉領域の幅は５ｍｍであり、その他の領域は幅が１００μｍである。その後、約１６００℃の温度で焼成して、幅が４０ｍｍ、長さが７０ｍｍ、厚さが１ｍｍの外形寸法で、焼成後の捕捉領域の表面の算術平均粗さが０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４μｍのセラミックスから成る６種類の基体を作製した。なお、上記流路の長さとは、流体が流れる方向における長さであり、幅とは、基体を上面視したときに、流体が流れる方向に垂直な方向における長さである。
【００９８】
なお、算術平均粗さは表面粗さ測定器（株式会社小坂研究所製、製品名「ＳＥ−２３００」）による測定（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）であり、カットオフ値を０．８ｍｍ、評価長さを４ｍｍとして、捕捉領域における流路の底面を測定した。
【００９９】
また、厚さ０．２５ｍｍのシリコーン樹脂に積層材として厚さ０．２５ｍｍのガラスを積層して成る蓋体をそれぞれの基体に貼り付けた。ここで、蓋体には、基体の流路に連通する供給部および排出部をそれぞれなす開口径２ｍｍの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、基体に設けられた長さ５ｍｍ、幅５ｍｍの捕捉領域に連通している。
【０１００】
シリコーン樹脂は、硬化剤の塗布量によって架橋度を変える方法と熱処理条件とによって硬度を６とし、タック性を５の値としたポリジメチルシロキサンから成る。
【０１０１】
なお、シリコーン樹脂の硬度は硬度試験装置（エラストロン社製、製品名「ゴム硬度計型式ＥＳＣ」）による硬度試験（日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ  ０１０１  スプリング式アスカーＣ型）で加圧面が密着した直後を測定し、タック性はタック性試験装置（バンセイ社製、製品名「粘着タック試験器ＬＳＴ−５７」）によるボールタック試験（ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７）の３０度傾斜面における球転法で測定した。
【０１０２】
以上のようにして作製した各評価用サンプルに対して、ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ社製のタンパク質（Ａ９７７１）溶液１０ｍｇ／ｍＬをｐＨ８．０のＴＥ緩衝液（分子生物学研究用特製試薬）を用いて作製したタンパク質の溶液をマイクロシリンジで０．１ｃｍ３／分の流量で供給口から供給し、流路内を３分間循環させた。その後、検出部の開口部を１００倍の蛍光顕微鏡を用いて、流路底面の長さが１００μｍ、幅が１００μｍ当たりの面積を観察した結果を表１に示す。
【０１０３】
表１において、蓄積の欄の「○」は、流路底面のタンパク質の捕捉による蓄積が観察面積の１００％であるものを示す。また、「×」は、流路底面のタンパク質の捕捉による蓄積が完全ではなく、基体のセラミックが露出しているものを示す。
【表１】
2007147602.tif 000003
【０１０４】
表１より、捕捉領域の算術平均粗さが１μｍを超える評価用サンプルは、タンパク質の捕捉による濃縮が可能であることが確認された。
【０１０５】
なお、流路の一部に、送液手段として、マイクロアクチュエータ型ポンプや電気浸透流ポンプ等のマイクロポンプを配置してもよい。
【０１０６】
また、蓋体１６が基体１１の一部から成る、すなわち、蓋体１６と基体１１とが一体となったものでもよい。また、蓋体１６の捕捉領域１７の上方に位置する部位を透光性とした例を示したが、基体１１における捕捉領域１７の下方や側方を透光性としてこの透光性の部位を介して捕捉領域１７における被検出物の検出を行なってもよい。なお、基体１１における捕捉領域１７の側方を透光性とする場合、精粗表面領域は、流路１２の側面に設けられてよい。
【０１０７】
また、上述の説明では、捕捉領域１７により捕捉した被検出物を光学的な手法を用いて検知する場合を例に挙げたが、粗表面領域を流路１２の内面の少なくとも一部に設けて、その粗表面領域により所定の物質を捕捉した後、流体検査用チップ１を分解して、その捕捉された物質を検査してもよい。
【０１０８】
なお、上述の説明では、流体検査用チップ１を、ダイオキシン類又はＰＣＢ類の環境有害物質の検出に利用する場合を例に挙げたが、これに限らず、化学技術やバイオ技術の幅広い分野で利用することができる。例えば、処理部１４によって検査用ＤＮＡと既知のＤＮＡとの二本鎖の形成反応、すなわちハイブリタゼーションを行なった後、捕捉領域１７によってその反応結果を検出するといった利用方法も可能である。このように、流体検査用チップ１を用いれば、従来のいわゆるビーカーサイズ等の実験室規模の化学システムに比べ、機器や構造が微細化されているので、試料の単位体積あたりの反応表面積を増大させ、反応時間を大幅に削減することができる。また、流量の精密な制御が可能であるので、反応や分析を効率的に行うことができる。さらに反応や分析に必要な試料や試薬の量を少なくすることができる。
【０１０９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２による流体検査用チップについて説明する。本実施の形態２による流体検査用チップが、実施の形態１による流体検査用チップと異なる点は、流路１２の粗表面領域以外の領域における表面が、基体１１を構成する材料よりも流体に対する接触角が小さい材料で被覆されている点である。
【０１１０】
図４Ａは、本発明の実施の形態２による流体検査用チップ４１の基本的な構成例を示す平面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す流体検査用チップ４１の切断面線II−II線における断面図である。なお、図４Ａ，２Ｂにおいて、図１Ａ，１Ｂに示された流体検査用チップ１と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。図４Ａ，２Ｂに示された流体検査用チップ４１では、捕捉領域１７以外の領域における表面が、基体１１を構成する材料よりも流体に対する接触角が小さい材料３２（以下、「被覆材料４２」という。）で被覆されている。ここでは、捕捉領域１７の全域を、粗表面領域としている。
【０１１１】
上述のように、流路１２の粗表面領域以外の領域、すなわち滑表面領域における表面が被覆材料４２で被覆されていると、流体が、流路１２の滑表面領域の表面に濡れやすく流れやすいため、流体中の成分が流路１２の滑表面領域の表面に付着および吸着することが抑制される。よって、滑表面領域の表面に被検出物が捕捉されてしまうことにより粗表面領域での検出が妨げられる、というようなことも抑制され、流路を流れる流体に対して、より高い精度で反応や分析を行うことができる。
【０１１２】
また、滑表面領域の表面は、基体１１を形成する材料よりも、水に対する接触角が小さい被覆材料４２で被覆されていてもよい。タンパク質やＤＮＡ等の生体物質を含む流体は一般に水溶液であるため、水に対する接触角が小さいほど流体が流路面に濡れやすく流れやすくなる。そのため、流体中の成分が流路１２に付着および吸着することが抑制され、高い精度で反応や分析を行うことができる。
【０１１３】
被覆材料４２は、温度２４℃、湿度５３％ＲＨの測定条件で、水による液適法にて測定した接触角が４０°以下であるのが好ましい。なお、基体１１が酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料で形成されている場合、水に対する接触角は５５°程度である。
【０１１４】
流体または水に対する接触角は、基体１１や被覆材料４２を形成する固体材料の表面に流体又は水となる液体の液滴を接しさせたとき、固体材料と液滴とが接する点における液滴表面に対する接線が固体材料の表面となす角で、液滴を含む側の角度である。
【０１１５】
接触角は、例えば、協和界面科学社製の接触角計ＣＡ−Ｘ型を用いて、液適法にて測定され、接触角の大小の比較は、測定温度、湿度、流体の滴下量、流路１２の断面積、流路表面の算術平均粗さ等の測定結果に影響を与える因子を全て同じ条件にして行なわれる。
【０１１６】
上述のように、本実施の形態２による流体検査用チップ４１は、基体１１に形成した流路１２の滑表面領域における表面を、流体または水に対する接触角が、基体１１の流体または水に対する接触角よりも小さい材料（被覆材料）３２で被覆したことから、流体が流路１２の滑表面領域における表面に濡れやすく流れやすいため、流体中の成分が流路１２の滑表面領域における表面に付着および吸着することが抑制され、高い精度で反応や分析ができる。つまり、流体に含まれる比較的疎水性の高い生体物質等が流路面に付着したり吸着したりしようとしても、これらの媒体としての流体が流路面を濡れ広がって生体物質等を洗い流すことができる。
【０１１７】
また、流体としてタンパク質やＤＮＡ等の生体物質を含む水溶液とした場合に、水に対する接触角が小さいほど流体が流路面に濡れやすく流れやすくなる。そのため、流体中の成分が流路に付着や吸着したりすることが抑制され、高い精度で反応や分析を行うことができる。
【０１１８】
また、本実施の形態２による流体検査用チップ４１は、基体１１の表面に、流路１２に流体を流入させる供給部１３と、流路１２の途中に設けられ、処理を施す処理部１４と、処理部１４よりも下流側に設けられた捕捉領域１７と、処理後の流体を外部に排出する排出部１５が形成されていることから、流体を供給部１３から流路１２に供給すると、処理部１４において供給された流体に予め定める処理が施され、その処理が行われた流体中の所望の物質を捕捉領域１７において捕捉した後に、排出部１５から残りの物質を含有する流体を外部に排出することができる。したがって、例えば、血液中の血糖値の測定、検査用のＤＮＡと既知のＤＮＡとの二本鎖の形成反応（ハイブリダイゼーション）、ダイオキシン類，ＰＣＢ類の環境有害物質の検出等を行うことができる。つまり、さらに医療用や分析等の用途において、実用性が向上する。
【０１１９】
なお、流路１２の滑表面領域における表面は、少なくとも基体１１に形成されている流路１２の底面および側面を含む。また、蓋体１６における流路１２の滑表面領域に対向する表面も被覆材料４２で被覆しておくと、流路１２の内周面全体が流体の濡れ角の小さい材料で形成されることになり、被検出物の付着および吸着をより効果的に抑制して反応や分析の精度をさらに向上させることができる。
【０１２０】
このような、例えばセラミック材料から成る基体１１よりも流体または水に対する接触角が小さい材料としては、石英ガラス・シリカ系、ソーダガラス系、ライムガラス系、ホウ酸ガラス系、および酸化鉛系ガラス等のガラス、親水性官能基を有するフッ素樹脂系材料、親水性官能基を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーンゴム系材料、並びに親水性官能基を有するポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料を用いることができる。
【０１２１】
被覆材料４２は、例えば、石英ガラスの粉末を適当な有機溶剤およびバインダと混練して作製したガラスペーストを、基体１１となるセラミックグリーンシートに設けられた流路１２となる溝部の対応する位置に印刷法で塗布することにより形成することができる。
【０１２２】
なお、流体の電気泳動による分離および電位測定等を目的として流路１２の内面に電極を対にして配置するような場合を考慮すると、この被覆材料４２は、電気絶縁性であることが望ましい。
【０１２３】
また、被覆材料４２は、基体１１が例えばセラミック材料から成る場合、厚みが１〜１０μｍであることが好ましい。１μｍ以上であれば、セラミック材料から成る基体の流路面の凹凸を十分に低減することができる。また、１０μｍ以下であれば、被覆材料４２の厚みの制御が容易になる。
【０１２４】
また、流路１２を被覆する材料３２は、ガラスであることが好ましい。ガラスは過冷却の液体として存在する非晶質であり、表面が滑らかであるために流路に被覆することによって、より接触角が小さくなる。そのため、流体が流路面に濡れやすく流れやすくなる。したがって、流体中の成分の付着および吸着をより確実に抑えることができる。
【０１２５】
また、ガラスは、化学的に極めて安定な性質であることから耐薬品性が高い上に流路１２を緻密に被覆することができる。そのため、流体が強酸性や強アルカリ性であるような場合や、その送液が長時間にわたるような場合等、過酷な送液条件であっても、ガラスから流体の反応や分析に悪影響を与えるような微量な金属元素の溶出が生じることは無く、微量な金属元素のｐｐｍオーダーの溶出を防止できる。これにより、このような金属元素が流体に含有されていた場合に誤検出されることを効果的に防止することができる。その結果、より一層精度の高い分析を行うことができる。
【０１２６】
中でも、ガラスは、シリカ純度１００質量％の石英ガラスであることがより好ましい。石英ガラスはシリカ純度１００質量％であり、被覆した際の流路の露出表面にシリカ以外の他の成分や不純物が存在しないので、これらの他の成分や不純物の存在による親水性のばらつきに起因する接触角のばらつきを防止して、安定した接触角の小さい流路を得られるため、流体中のタンパク質やＤＮＡ等の成分の吸着をより確実に抑えることが可能である。さらに、ガラスは、耐薬品性が高いので、例えば強アルカリ性や強酸性等の流体が流通した場合でも、流路の内面を確実に被覆することができる。したがって、極めて精度の高い分析を行うことができる。
【０１２７】
また、基体１１がアルミナ質焼結体からなる場合には、流路１２の一部に被覆する材料３２の融点を基体１１のアルミナ質焼結体の融点より低くすることにより、アルミナ質焼結体の焼結後に被覆材料４２を塗布して、アルミナ質焼結体の融点より低い温度で被覆材料４２を焼結し、流路１２の一部を被覆することができるので、基体１２に熱膨張差の大きい被覆材料４２を被覆する際に、熱膨張差による被覆材料４２の破損のない安定した被覆を行うことができる。また、流路１２の一部を被覆する被覆材料４２の融点を基体１１のアルミナ質焼結体の融点近くに合わせることにより、同時焼結による流路１２への被覆材料４２の被覆が可能となるので、同時焼結によって流路１２と被覆する材料３２との相互拡散による接着強度が高い被覆を行うことができる。これにより、生産性が高く安価で、耐薬品性、耐熱性、検出性に優れ、種々の条件で使用することのできる流体検査用チップ１を得ることができる。なお、被覆する材料３２がガラスである場合、その材料の融点とは、ガラスの軟化点のことである。
【０１２８】
また、流路１２の滑表面領域における表面の算術平均粗さ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４）は１μｍ以下であることが好ましい。
【０１２９】
流路１２の滑表面領域における表面の表面粗さが１μｍ以下であることから、被検出物の大きさに対して流路１２の表面の粗さ、すなわち被検出物が捕捉されてしまう可能性のある凹凸が、流体（例えば基質）に対して十分に小さくなる。そのため、特に血液（血球）やＤＮＡなどの医療分野で要求の高い分析に関して、流体または流体中の成分が流路表面の凹凸に付着や吸着したりすることが抑制され、さらに流体の通過後の流路１２内に液残りが生じることなどを防止することができるので、極めて高い精度で反応や分析を行うことができる。
【０１３０】
なお、流路１２の表面を被覆材料４２で被覆した場合の効果を検証するために、以下のような実験を行なった。本実験で用いた流体検査用チップの評価用サンプルについては、まずドクターブレード法によって酸化アルミニウム原料から成る泥漿の粘土が２Ｐａ・ｓのグリーンシートを作製し、このグリーンシート表面に金型を５ＭＰａの圧力で押圧し、幅が１００μｍ、深さが１００μｍ、長さが５ｃｍの直線状の流路が形成された。流路面に被覆材料を被覆しない評価用サンプルについては、その後、約１６００℃の温度で焼成して基体、流路面ともにセラミックスから成る流体検査用チップを作製した。
【０１３１】
また、流路面にガラスが被覆された評価用サンプルについては、流路を形成したグリーンシートの直線状の流路にスクリーン印刷法によって石英ガラスの粉末ペーストを塗布し、その後、約１６００℃の温度で焼成してグリーンシートと石英ガラスの粉末ペーストを焼結一体化させることにより、流路面がガラスで被覆された流体検査用チップを作製した。
【０１３２】
また、流路面に親水性の樹脂を被覆する評価用サンプルについては、焼成後のセラミックスから成る流路面にリン原子を含む親水性官能基を有するフッ素ポリマーを流し込み、常温硬化させて流路面が樹脂で被覆された流体検査用チップを作製した。
【０１３３】
さらに、流路面に被覆材料を被覆しない流体検査用チップにおいて、焼成後のセラミックスから成る流路（セラミック流路）の表面の算術平均粗さは１．０μｍを超える凹凸があるため、基体の表面を物理的に処理して凹凸を低減し、被覆された流路面の算術平均粗さが１．０μｍとなるようにした。また、流路面がガラスで被覆された流体検査用チップと流路面が樹脂で被覆された流体検査用チップは、被覆によって流路面の凹凸が低減されるが、流路面の粗さをそろえるために、基体の表面を物理的に粗面化して被覆された流路面の算術平均粗さがそれぞれ１．０μｍとなるようにした。
【０１３４】
なお、算術平均粗さはＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−１９９４の規格によるものであり、カットオフ値を２．５ｍｍ、評価長さを１２．５ｍｍとした。
【０１３５】
また、算術平均粗さは、測定対象物上でレーザ光を走査して画像を描き出す三次元形状測定機およびレーザ顕微鏡を用いて測定することもできる。いずれも、測定対象物表面の画像から、表面粗さを測定することができる。
【０１３６】
また、厚さ０．２５ｍｍのシリコーン樹脂に積層材として厚さ０．２５ｍｍのガラスを積層して成る蓋体をそれぞれの基体に貼り付けた。ここで、蓋体には、基体の流路に連通する供給部および排出部をそれぞれなす開口径２ｍｍの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、基体に設けられた長さ５ｍｍ、幅５ｍｍの捕捉領域に連通している。
【０１３７】
シリコーン樹脂は、硬化剤の塗布量によって架橋度を変える方法と熱処理条件とによって硬度を６とし、タック性を５の値としたポリジメチルシロキサンから成る。
【０１３８】
なお、シリコーン樹脂の硬度は硬度試験装置（エラストロン社製、製品名「ゴム硬度計型式ＥＳＣ」）による硬度試験（日本ゴム協会標準規格ＳＲＩＳ  ０１０１  スプリング式アスカーＣ型）で加圧面が密着した直後を測定し、タック性はタック性試験装置（バンセイ社製、製品名「粘着タック試験器ＬＳＴ−５７」）によるボールタック試験（ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７）の３０度傾斜面における球転法で測定した。
【０１３９】
以上のようにして作製した各評価用サンプルについて、ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ社製のタンパク質（Ａ９７７１）溶液１０ｍｇ／ｍＬをｐＨ８．０のＴＥ緩衝液（分子生物学研究用特製試薬）を用いて作製し、接触角を測定した結果、セラミックス流路は接触角が５３．０°、ガラスが被覆された流路は接触角が３２．３°、樹脂が被覆された流路は接触角が１２．１°となった。なお、接触角は協和界面科学社製の接触角計ＣＡ−Ｘ型を用いて、液適法にて測定を行った。
【０１４０】
さらに、マイクロシリンジを用いてタンパク質の溶液を０．１ｃｍ３／分の流量で供給口から供給し、流路内を３分間循環させた。その後、ＴＥ緩衝液を循環させて１分間洗浄を行い、検出部の開口部を１００倍の蛍光顕微鏡を用いて、流路底面の長さが１００μｍ、幅が１００μｍ当たりの面積を観察した結果を表２に示す。
【０１４１】
表２において、残渣の欄の「○」は、流路面のタンパク質の付着および吸着による残渣が観察面積の１０％未満であるものを示す。また、「×」は、流路面のタンパク質の付着および吸着による残渣が観察面積の１０％以上であるものを示す。
【表２】
2007147602.tif 000004
【０１４２】
表２より、セラミックス流路は、タンパク質の付着および吸着による残渣が多量に発生するが、接触角の小さいガラス、または樹脂が被覆された流路は、タンパク質の付着および吸着による残渣がほとんど発生しないことが確認された。
【０１４３】
次に、セラミックス流路、ガラスが被覆された流路、および樹脂が被覆された流路の各流路表面を物理的に粗面化して算術平均粗さが０．５、０．８、１．０、１．１、１．３、２．０μｍとなる６種類の基体をそれぞれ作製した。
【０１４４】
また、厚さ０．２５ｍｍのシリコーン樹脂に積層材として厚さ０．２５ｍｍのガラスを積層して成る蓋体をそれぞれの基体に貼り付けた。ここで、蓋体には、基体の流路に連通する供給部および排出部をそれぞれなす開口径が２ｍｍの貫通孔が設けられている。この貫通孔は、基体に設けられた長さ５ｍｍ、幅５ｍｍの捕捉領域に連通している。
【０１４５】
以上のようにして作製した表３に示す各評価用サンプルについて、ＴＡＫＡＲＡ  ＢＩＯ社のλ−ＤＮＡ（Ｃｏｄｅ  Ｎｏ．３０１０）０．３μｇ／μＬとＭｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社のＳＹＢＥＲ  Ｇｏｌｄ溶液１μＬ／５０００μＬを、それぞれＴＥ緩衝液を用いて作製し、等量ずつ混合した溶液をマイクロシリンジで０．１ｃｍ３／分の流量で供給口から注入し、流路内を３分間循環させた。その後、ＴＥ緩衝液を循環させて１分間洗浄を行い、検出部の開口部を１００倍の蛍光顕微鏡を用いて、流路底面の長さが１００μｍ、幅が１００μｍ当たりの面積を観察した結果を表３に示す。
【０１４６】
表３において、残渣の欄の「○」は、流路面のＤＮＡの付着および吸着による残渣が観察面積の１０％未満であるものを示す。また、「×」は、流路面のＤＮＡの付着および吸着による残渣が観察面積の５０％以上であるものを示す。また、「△」は、流路面のＤＮＡの付着および吸着による残渣が観察面積の１０％以上から５０％未満であるものを示す。さらに、「−」は、セラミックス流路において、流路面の凹凸を低減できなかったため、測定ができなかったことを示す。
【表３】
2007147602.tif 000005
【０１４７】
表２より、ガラスまたは樹脂が被覆された流路面の算術平均粗さが１μｍ以下の評価用サンプルは、ＤＮＡの付着および吸着による残渣が発生しないことが確認された。なお、セラミックス流路の表面の算術平均粗さが１μｍのときは、流路面のＤＮＡの付着および吸着による残渣が観察面積の５０％以上であるが、捕捉領域１７の表面のようにＤＮＡを検出できるほど捕捉、蓄積させるものではない。
【０１４８】
実施の形態１による流体検査用チップ１であっても、粗表面領域以外の領域の表面は相対的に滑らかであるので、流体をスムーズに流通させることができるが、粗表面領域以外の領域の表面をさらに被覆材料で被覆すれば、その表面による被検出物の捕捉がより効果的に抑制される。
【０１４９】
なお、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１による流体検査用チップの基本的な構成例を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す流体検査用チップの切断面線Ｉ−Ｉ線における断面図である。
【図２】本発明の流体検査用光学システムの構成例を示す模式図である。
【図３】本発明の流体検査用電気システムの構成例を示す平面図である。
【図４Ａ】本発明の実施の形態２による流体検査用チップの基本的な構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す流体検査用チップの切断面線II−II線における断面図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１，５１・・流体検査用チップ
１１・・・・基体
１２・・・・流路
１３・・・・供給部
１４・・・・処理部
１５・・・・排出部
１６・・・・蓋体
１７・・・・捕捉領域
１８・・・・開口部
２０・・・・蓋部
５２・・・・被覆材料
【図１Ａ】
2007147602.tif 000006
【図１Ｂ】
2007147602.tif 000007
【図２】
2007147602.tif 000008
【図３】
2007147602.tif 000009
【図４Ａ】
2007147602.tif 000010
【図４Ｂ】
2007147602.tif 000011