(57)【要約】【課題】流路内の所望の試料の汚染、及び試料による外部環境の汚染を防止しつつ、分析及び反応に適した状態で試料を採取するマイクロ流路チップ及びマイクロ分析システムを提供する。【解決手段】親水性の親水性液体用流路が形成された第１プレート１１と接合する第２プレート２１の接合面に、１つの流路である注入部３１を２つの流路に分岐させる分岐部３２と、第１プレート１１と接合した状態で親水性液体用流路の２点と連通する分岐部３２の下流側先端部の分離部３３と、他の流路幅より狭く、分離部３３の先端にそれぞれ連通し、２つの流路を下流側で１つの流路に合流させる合流部３４と、分離部３３の間に位置し、親水性液体用流路と連通する抽出部３５と、抽出部３５及び合流部３４に連通する排出部３６とを備えた疎水性の試料採取用流路を形成し、第１プレート１１と第２プレート２１とを接合し、試料採取用流路を流れる親油性液体の流速を調整する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性液体を注入する親水性液体用流路が形成された第１プレートと、前記第１プレートと接合する第２プレートとからなるマイクロ流路チップであって、
前記第２プレートは、
前記第１プレートと接合する接合面に、
親油性液体を注入する注入部と、
１つの流路である前記注入部から２つの流路に分岐させる分岐部と、
分岐された前記２つの流路それぞれと前記親水性液体用流路の２点とを連通させる前記分岐部先端の分離部と、
前記分離部にそれぞれ連通し、前記分離部よりも管内抵抗が大きくなるように形成された、２つの流路を１つの流路に合流させる合流部と、
前記分離部の間に位置し、前記親水性液体用流路と連通する抽出部と、
前記抽出部及び前記合流部に連通する排出部と、
を有する疎水性の疎水流路が形成された、
ことを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２】
前記分離部は、前記疎水流路を流れる親油性液体の流速に基づいて、前記親水性液体用流路の２点間を流れる親水性液体を他の親水性液体と分離する請求項１記載のマイクロ流路チップ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のマイクロ流路チップを具備するマイクロ分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流路が内部に形成されたマイクロ流路チップ及びマイクロ分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生化学や分析化学等の科学分野あるいは医学分野において、タンパクや核酸（例えば、ＤＮＡ）などの微量な物質の検査分析を精度良く高速に行うために、マイクロ分析システムが使用されている。
【０００３】
マイクロ分析システムのひとつとして、樹脂部材の内部に数１０〜２００μｍ程度の幅および深さのマイクロ流路（以下、単に「流路」という場合がある）を形成し、流路に泳動液（緩衝液、ゲル）を充填し、流路の一端より試料を注入して電圧をかけ、試料を電気泳動させて分析を行うシステムが挙げられる。
【０００４】
このようなマイクロ分析システムにおいて、電気泳動を行うことにより、泳動液内で分離された所望の試料を採取することが求められている。
【０００５】
特許文献１には、溝が形成された第１部材の表面に第２部材を接合して流路を形成し、流路内で電気泳動を行って分離した試料を採取するために、第１部材と第２部材とを剥離する構造の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示の発明では、第１部材と第２部材とを剥離する際、流路内の試料が外部に露出するため、試料自体の汚染や変質、及び試料による外部環境の汚染等が引き起こされる虞がある。
【０００８】
また、上記特許文献１に開示の発明では、マイクロ流路を用いるため、試薬及び試料が微量で済むというメリットがある反面、採取した試料を分析したり、反応させたりすることが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、流路内の所望の試料の汚染、及び試料による外部環境の汚染を防止しつつ、分析及び反応に適した状態で試料を採取することができるマイクロ流路チップ及びマイクロ分析システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマイクロ流路チップは、親水性液体を注入する親水性液体用流路が形成された第１プレートと、前記第１プレートと接合する第２プレートとからなるマイクロ流路チップであって、前記第２プレートは、前記第１プレートと接合する接合面に、親油性液体を注入する注入部と、１つの流路である前記注入部から２つの流路に分岐させる分岐部と、分岐された前記２つの流路それぞれと前記親水性液体用流路の２点とを連通させる前記分岐部先端の分離部と、前記分離部にそれぞれ連通し、前記分離部よりも管内抵抗が大きくなるように形成された、２つの流路を１つの流路に合流させる合流部と、前記分離部の間に位置し、前記親水性液体用流路と連通する抽出部と、前記抽出部及び前記合流部に連通する排出部と、を有する疎水性の疎水流路が形成された、構成を採る。
【００１１】
本発明のマイクロ分析システムは、上記マイクロ流路チップを具備する構成を採る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流路内の所望の試料の汚染、及び試料による外部環境の汚染を防止しつつ、分析及び反応に適した状態で試料を採取することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップを構成する第１プレートの形状を示す図
【図２】本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップを構成する第２プレートの形状を示す図
【図３】本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状を示す図
【図４】本発明の一実施の形態に係る試料採取用流路の説明に供する図
【図５】本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの試料採取動作の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
〔マイクロ流路チップの構成〕
図１は、本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップを構成する第１プレート１１の形状を示す図である。図１（ａ）は、第１プレート１１の形状を示す平面図、図１（ｂ）は、第１プレート１１に形成された貫通穴１３’〜１６’の位置を示す側面図（流路１２は省略）、図１（ｃ）は、図１（ａ）において点線の円Ｃ１で囲まれた部分を示す拡大図、図１（ｄ）は、図１（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
第１プレート１１は、平板形状の樹脂材料からなり、第１プレート１１には、十字状に溝部１２’が形成され、溝部１２’の各端部には試料及び泳動液を充填するポート１３〜１６を構成する貫通穴１３’〜１６’が形成されている。溝部１２’の表面は親水性の性質を有するように加工されている。
【００１７】
図２は、本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップを構成する第２プレート２１の形状を示す図である。図２（ａ）は、第２プレート２１の形状を示す平面図、図２（ｂ）は、第２プレート２１に形成された貫通穴２３’、２４’の位置を示す側面図（流路２２は省略）、図２（ｃ）は、図２（ａ）において点線の円Ｃ２で囲まれた部分を示す拡大図、図２（ｄ）は、図２（ｃ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００１８】
第２プレート２１は、平板形状の樹脂材料からなり、第２プレート２１には、分岐部及び合流部を有する溝部２２’が形成され、溝部２２’の両端には親油性液体を充填するポート２３、２４を構成する貫通穴２３’、２４’が形成されている。溝部２２’の表面は疎水性の性質を有するように加工されている。
【００１９】
図３は、本発明の一実施の形態に係るマイクロ流路チップの形状を示す図である。図３（ａ）は、マイクロ流路チップの形状を示す平面図、図３（ｂ）は、マイクロ流路チップに形成されたポートの位置を示す側面図（流路１２、２２は省略）、図３（ｃ）は、図３（ａ）において点線の円Ｃ３で囲まれた部分を示す拡大図、図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図３（ｃ）において、第２プレート２１に形成されている溝部２２’（流路２２）を実線で示し、第１プレート１１に形成されている溝部１２’（流路１２）を二点破線で示す。
【００２０】
マイクロ流路チップは、図１に示した第１プレート１１と、図２に示した第２プレート２１とを、溝部が形成された各プレート１１、２１の表面同士を接合面２０として接合したものである。これにより、第１プレート１１に形成された十字状の溝部１２’と貫通穴２３’、２４’は、その開口部が第２プレート２１によって閉塞されてクロス流路１２、及びポート２３,２４として機能する。また、第２プレート２１に形成された分岐部及び合流部を有する溝部２２’は、その開口部が第１プレート１１によって閉塞されて試料採取用流路２２として機能する。本実施の形態で示すクロス流路１２が形成されたマイクロ流路チップは、電気泳動チップとして利用できることが知られている。このような場合、ポート１３及び１６に連通する流路１２（分析用流路）の一部領域と試料採取用流路２２の一部領域とが重なり合って連通するように形成される。なお、試料採取用流路の詳細については後述する。
【００２１】
第１プレート１１と第２プレート２１とは、有機接着剤による接着、または熱圧着等により接合される。
【００２２】
第１プレート１１及び第２プレート２１は、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリオレフィン等の光透過性に優れた樹脂材料で形成されており、同一の材料で形成されるのが好ましい。
【００２３】
図４は、試料採取用流路の説明に供する図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、それぞれ図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示した試料採取用流路の各領域に、説明の便宜上、符番を付した図である。すなわち、領域３１は注入部３１、領域３２は分岐部３２、領域３３は分離部３３、領域３４は合流部３４、領域３５は排出部３５、領域３６は抽出部３６とする。
【００２４】
図４（ａ）に示すように、注入部３１は、一端がポート２３に連通し、他端が分岐部３２に連通している。
【００２５】
分岐部３２は、１つの流路（注入部３１）を２つの流路に分岐させ、分岐部３２の２つの下流側先端部が、第１プレート１１に形成された溝部１２’と連通させる分離部３３となっている。
【００２６】
分離部３３は、第１プレート１１の溝部１２’を流れる、２つの分離部３３で挟まれた親水性液体を分離部３３の外側の親水性液体と分離し、分離した親水性液体を抽出部３６へ押し出す機能を有し、分離部３３には、合流部３４の一端がそれぞれ連通されている。すなわち、試料採取用流路２２内の分離部３３が第１プレート１１に形成された溝部１２’に開口した状態で、第１プレート１１と第２プレート２１とが接合されている。
【００２７】
合流部３４は、他の領域の流路幅より狭い流路幅を有し、上流側で連通している２つの流路（分離部３３）を１つの流路（排出部３５）に合流させるため、下流側の他端がそれぞれ排出部３５に連通されている。合流部３４において流路幅を狭めるのは、後述するように、合流部３４における管内抵抗を高めるためである。本実施の形態においては流路幅を狭めたが、これに限らず、流路深さ、流路長さ等の調整により管内抵抗を高めてもよい。
【００２８】
排出部３５は、一端がポート２４に連通し、他端が第１プレートに形成された溝部１２’と連通する抽出部３６となっている。すなわち、試料採取用流路２２内の抽出部３６が第１プレート１１に形成された溝部１２’に開口した状態で、第１プレート１１と第２プレート２１とが接合されている。
【００２９】
抽出部３６は、２つの分離部３３の間に位置し、第１プレート１１の溝部１２’を流れる親水性液体を抽出して排出部３５へ送出する機能を有する。
【００３０】
なお、図４（ｂ）に示した矢印は、流路内の液体（親水性液体及び親油性液体）に働く力であり、合流部３４では、流路幅が狭いため、管内抵抗が大きく働き、分離部３３及び抽出部３６では、親水性液体と親油性液体との液液界面（親水・親油液液界面）に表面張力が働く。
【００３１】
〔試料採取用流路の原理〕
ここで、試料採取用流路の原理について説明する。以下の説明において、便宜上、親水性の分析用流路を親水性液体用流路と称し、疎水性の試料採取用流路を疎水流路と称する。
【００３２】
まず、初期状態において、親水流路に親水性液体（例えば泳動液やバッファー溶液等）が、疎水流路に親油性液体がそれぞれ満たされ、疎水流路に親油性液体のみ流れている状態を想定すると、分離部３３と抽出部３６の圧力差は合流部３４の流路における圧力損失により起こる。この圧力差をΔＰとすると、ΔＰは次式（１）によって与えられる。
ΔＰ＝３２μＬＵ／Ｄ２  …（１）
ただし、μは液体粘度、Ｌは合流部３４の流路長さ、Ｕは平均流速、Ｄは合流部３４の流路幅を示す。
【００３３】
また、分離部３３及び抽出部３６における親水・親油液液界面に働く表面張力によるラプラス圧（界面積を最小にしようとする圧力）をｐとすると、ｐは次式（２）によって与えられる。
ｐ＝２σ／Ｒ  …（２）
ただし、σは表面張力、Ｒは親水・親油液液界面の曲率半径を示す。
【００３４】
親水性液体用流路の圧力損失を無視し、合流部３４の流路が２本、分離部３３から抽出部３６の間には親水・親油液液界面が２面あることを考慮すると、次式（３）の条件を満たす場合に、分離部３３及び抽出部３６間における親水性液体用流路から疎水流路への流れが発生する。
ΔＰ／２＞２ｐ  …（３）
【００３５】
逆に、親油性液体の流速、すなわち、平均流速Ｕが小さく、式（３）の条件を満たさない場合、分離部３３及び抽出部３６間における親水性液体用流路から疎水流路への流れが発生しない。このとき、親油性液体は、分離部３３、合流部３４、排出部３５の順に疎水流路を流れる。
【００３６】
〔試料採取動作〕
次に、マイクロ流路チップの試料採取動作について図５を用いて説明する。図５において、ハッチングした部分が試料を含む親水性液体を示す。初期状態では、図５（ａ）に示すように、親水性液体用流路に親水性液体が、疎水流路に親油性液体がそれぞれ満たされている。
【００３７】
ここで、親油性液体の流速を上げ、式（３）の条件を満たすと、図５（ｂ）に示すように、分離部３３において、親油性液体が疎水流路から親水性液体用流路に漏れ出し、２つの分離部３３に挟まれた親水性液体Ｗｔが分離部３３の外側の親水性液体と分離され、抽出部３６から排出部３５へ押し出される。このとき、採取する試料は、分離部３３から漏れ出した親油性液体が親水性液体を包んだサンプルドロップインオイルという状態となるため、押し出された親水性液体が疎水流路を通ることができる。
【００３８】
さらに、親油性液体が流れ続けると、図５（ｃ）に示すように、親水性液体Ｗｔはサンプルドロップインオイルのまま、排出部をポートに向かって流れ、最終的に、ポートにおいて、所望の試料を採取することができる。このようなサンプルドロップインオイルで採取した試料は、分析及び反応に利用しやすい。
【００３９】
〔本実施の形態の効果〕
このように、本実施の形態によれば、親水性液体用流路が形成された第１プレートと接合する第２プレートの接合面に、１つの流路から２つの流路に分岐する分岐部と、第１プレートと接合した状態で親水性液体用流路の２点と重なる分岐部先端の分離部と、分離部にそれぞれ連通し、分離部よりも管内抵抗が大きくなるように形成された２つの流路を１つの流路に合流させる合流部と、分離部の間に位置し、親水流路と重なる抽出部と、抽出部及び合流部に連通する排出部とを備えた疎水流路を形成し、所定の条件に基づいて、疎水流路を流れる親油性液体の流速を調整することにより、親水性液体用流路内の所望の試料を親油性液体に包んで採取することができるため、所望の試料が汚染されること及び外部環境を汚染することを防止しつつ、分析及び反応に適した状態で試料を採取することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態は、試料採取用流路と組み合わせる流路としてクロス流路１２が形成されたマイクロ流路チップについて示したが、本発明はこれに限らず、様々な形状の流路に適用することができる。
【００４１】
また、本実施の形態は、親水性液体用流路が親水性である場合について示したが、本発明はこれに限らず、親水性液体内の試料について分析可能であれば疎水性の流路であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかる分析用具及びマイクロ分析システムは、生化学や分析化学等の科学分野あるいは医学分野において、微量な物質の検査分析を精度良く行う装置に使用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１１  第１プレート
１２’、２２’  溝部
１２  クロス流路
１３’〜１６’、２３’、２４’  貫通穴
１３〜１６、２３、２４  ポート
２１  第２プレート
２２  試料採取用流路
３１  注入部
３２  分岐部
３３  分離部
３４  合流部
３５  排出部
３６  抽出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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