(57)【要約】【課題】マイクロ流体デバイスにおいて、溶液の漏れを生じにくくする。【解決手段】マイクロ流体チップ１３は、ベースチップ１１と、チップ本体１３Ａと、第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９とを備えている。チップ本体１３Ａは、ベースチップ１１に搭載され、ベースチップ１１との間に微細流路１７を構成する。第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９は、微細流路１７には露出しないようにチップ本体１３Ａに設けられている。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースチップと重ね合わせることによって、前記ベースチップが底面を形成する流路の前記底面以外の全ての壁面を形成するためのマイクロ流体チップであって、
前記ベースチップに搭載され、前記ベースチップとの間に流路を構成するカバー部材と、
前記カバー部材内に埋設されている電極と、
を備えた、マイクロ流体チップ。
【請求項２】
前記電極は前記流路には露出しないように前記カバー部材に埋設されている、請求項１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項３】
前記電極は、誘電泳動を生じさせるための一対の櫛形電極である、請求項１又は２に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項４】
前記電極に対する電力を受電するためのワイヤレス受電部をさらに備えた、請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ流体チップ。
【請求項５】
前記ワイヤレス受電部は、電界結合型ワイヤレス受電装置であって、前記カバー部材内に埋設された受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極を有している、請求項４に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項６】
ベースチップと重ね合わせることによって、前記ベースチップが底面を形成する流路の前記底面以外の全ての壁面を形成するためのマイクロ流体チップであって、
前記ベースチップに搭載され、前記ベースチップとの間に流路を構成するカバー部材と、
前記カバー部材に設けられた電極と、
前記電極に対する電力を受電するためのワイヤレス受電部と、
を備えた、マイクロ流体チップ。
【請求項７】
前記ワイヤレス受電部は、電界結合型ワイヤレス受電装置であって、前記カバー部材に設けられた受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極を有している、請求項６に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロ流体チップと、ベースチップとを有するマイクロ流体デバイスと、
前記マイクロ流体チップに対して流体を流すための送液装置と、
前記電極に電力を供給するための電源部と、
を備えた装置。
【請求項９】
請求項４〜７のいずれかに記載のマイクロ流体チップと、ベースチップとを有するマイクロ流体デバイスと、
前記マイクロ流体チップに対して流体を流すための送液装置と、
電源部と、
前記電源部からの電力を、前記ワイヤレス受電部にワイヤレス給電するためのワイヤレス給電部と、
を備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ流体デバイスを用いて溶液中の微生物などの微粒子の捕集する方法として、例えば、対向する電極間に電圧を印加して、微粒子を電極に捕集する電気泳動法が知られている。
また、マイクロ流体デバイスを用いて溶液中の微生物などの微粒子を捕集する別の方法として、誘電泳動法も知られている。誘電泳動とは、不均一電場中で生じる双極子の作用により、粒子に力が作用する現象である。誘電泳動法は、電気泳動とは異なり、粒子が有する電荷に依存せず、荷電量がわずかな細胞又は微生物を低電圧で制御可能である。粒子に作用する力の方向は、粒子自体の導電率又は誘電率に依存しており、粒子の種類、大きさ、及び表面特性の相違により、その方向が変化する。
なお、誘電泳動電極として、一対の櫛型電極が用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６２１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のマイクロ流体デバイスでは、基板上にパターン電極が形成されており、さらに、溶液の出入口を有する透明カバー板が電極パターンを覆うように基板上に配置されている。これにより誘電泳動セルが形成されている。
このような構成では、電極パターンには通常凹凸がある（厚みの変化がある）ので、基板と透明カバー板の境界部分に電極パターンの端子が配置されることで、その部分に隙間が生じることがある。その場合は、流路から隙間を通って溶液が漏れてしまう。
【０００５】
本発明の課題は、マイクロ流体チップにおいて、流路から溶液が漏れにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００７】
本発明の一見地に係るマイクロ流体チップは、ベースチップと重ね合わせることによって、ベースチップが底面を形成する流路の底面以外の全ての壁面を形成するためのものである。マイクロ流体チップは、カバー部材と、電極とを備えている。カバー部材は、ベースチップに搭載され、ベースチップとの間に流路を構成する。電極は、カバー部材内に埋設されている。
このチップでは、電極がカバー部材内に埋設されているので、ベースチップとカバー部材の境界部分に隙間が生じることがない。その結果、流路から溶液が漏れにくくなる。
【０００８】
前記電極は前記流路には露出しないように前記カバー部材に埋設されていてもよい。
【０００９】
電極は、誘電泳動を生じさせるための一対の櫛型電極であってもよい。
【００１０】
マイクロ流体チップは、電極に対する電力を受電するためのワイヤレス受電部をさらに備えていてもよい。
この場合、電極から延びる端子の配線作業が不要になる。
【００１１】
ワイヤレス受電部は、電界結合型ワイヤレス給電装置であり、カバー部材内に埋設された受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極を有していてもよい。
【００１２】
本発明の他の見地に係るマイクロ流体チップは、ベースチップと重ね合わせることによって、ベースチップが底面を形成する流路の前記底面以外の全ての壁面を形成するためのマイクロ流体チップであって、カバー部材と、電極と、ワイヤレス受電部とを有している。カバー部材は、ベースチップに搭載され、ベースチップとの間に流路を構成する。電極は、カバー部材に設けられている電極と、ワイヤレス受電部は、電極に対する電力を受電する。
この場合、電極から延びる端子の配線作業が不要になる。
【００１３】
ワイヤレス受電部は、電界結合型ワイヤレス受電装置であって、カバー部材に設けられた受電側アクティブ電極及び受電側パッシブ電極を有していてもよい。
【００１４】
本発明の他の見地に係る装置は、上述のマイクロ流体チップ及びベースチップを有するマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体チップに対して流体を流すための送液装置と、電極に電力を供給するための電源部とを備えている。
【００１５】
本発明のさらに他の見地に係る装置は、上述のマイクロ流体チップ及びベースチップを有するマイクロ流体デバイスと、マイクロ流体チップに対して流体を流すための送液装置と、電源部と、電源部からの電力を、ワイヤレス受電部にワイヤレス給電するためのワイヤレス給電部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るマイクロ流体チップでは、流路から溶液が漏れにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】マイクロ流体デバイスを含む検査装置の概要を示す概念図。
【図２】マイクロ流体デバイスの平面図。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図４】第１型の平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ断面図。
【図７】第２型の平面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ断面図。
【図１０】電極インサート成形を説明するための模式図。
【図１１】電極インサート成形を説明するための模式図。
【図１２】電極インサート成形を説明するための模式図。
【図１３】電極インサート成形を説明するための模式図。
【図１４】電極インサート成形を説明するための模式図。
【図１５】マイクロ流体デバイスの断面図。
【図１６】マイクロ流体デバイスの断面図。
【図１７】マイクロ流体デバイスを含む検査装置の概要を示す概念図（第２実施形態）。
【図１８】マイクロ流体デバイスの平面図（第２実施形態）。
【図１９】ベースプレートの平面図（第２実施形態）。
【図２０】図１７のＸＸ−ＸＸ断面図（第２実施形態）。
【図２１】マイクロ流体デバイスの平面図（第２実施形態）。
【図２２】図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ断面図（第２実施形態）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（１）検査装置の概要
図１を用いて、マイクロ流体デバイス及びそれが用いられた検査装置を説明する。図１は、誘電泳動によって検体から特定の検査対象を検出する検査装置の概要を示す概念図である。
図１に示されている検査装置１００は、誘電泳動によって特定の検査対象を抽出することのできる機能を備える誘電泳動装置である。検査装置１００は、マイクロ流体デバイス１と装置本体５１とを備えている。
【００１９】
マイクロ流体デバイス１は、微細流路１７と、第１くし型電極パターン２７と、第２くし型電極パターン２９とを有している。微細流路１７は、入力ポート２１と、出力ポート２３とを両端に有している。微細流路１７の幅は例えば５０００μｍである。高さは２００μｍ、長さ５０ｍｍである。第１くし型電極パターン２７のくし歯２７ａの間に、第２くし型電極パターン２９のくし歯２９ａが配置されている。第１及び第２くし型電極パターン２７，２９のくし歯２７ａ，２９ａは微細流路１７の長手方向（流体の流れる方向）に対して垂直に延びかつ交互に並べられている。
【００２０】
装置本体５１は、送液ポンプ５３と、第１送液チューブ５４と、第１サンプル回収部５５と、第２サンプル回収部５７と、電源部５９と、第２送液チューブ６０と、バルブ６１とを備えている。送液ポンプ５３は、シリンジ（図示せず）を含んでおり、このシリンジの中に流体と一緒に、例えば分離する対象の２種類のサンプルが入っている。２種類のサンプルは、この流体中で所定周波数の高周波電界によって異なる誘電泳動力を生じるものである。
【００２１】
送液ポンプ５３から第１送液チューブ５４を通ってマイクロ流体デバイス１の入力ポート２１に流入した流体は、マイクロ流体デバイス１の出力ポート２３から第２送液チューブ６０を通って第１サンプル回収部５５又は第２サンプル回収部５７に送られる。第２送液チューブ６０と第１サンプル回収部５５及び第２サンプル回収部５７の間には、バルブ６１が設けられている。検査装置１００は、バルブ６１を通ってきた流体を第１サンプル回収部５５に流すか又は第２サンプル回収部５７に流すかを切り替えられる。
【００２２】
電源部５９は、交流電源であって、例えば２種類のサンプルを分離検出するための所定周波数の高周波電圧を発生する機能を有する。電源部５９が発生する高周波電圧の周波数は、分離したいサンプルの種類や流体の種類に対応して変更することが可能に構成されている。
【００２３】
（２）マイクロ流体デバイスの構造
図２及び図３を用いて、マイクロ流体デバイス１の詳細構造を説明する。
【００２４】
マイクロ流体デバイス１は、ベース部材３と、マイクロ流体チップ構造５とから主に構成されている。
ベース部材３は、概ね四角形状の平板な部材である。ベース部材３には、第１くし型電極パターン２７の配線２７ｂに接続された第１スプリングプローブ７が設けられ、さらに、第２くし型電極パターン２９の配線２９ｂに接続された第２スプリングプローブ９が設けられている。第１スプリングプローブ７及び第２スプリングプローブ９は、電源部５９に接続されている。
【００２５】
マイクロ流体チップ構造５は、ベース部材３の上面凹部内に嵌め込まれている。マイクロ流体チップ構造５は、ベースチップ１１と、マイクロ流体チップ１３とから構成されている。
ベースチップ１１は、ガラス製の矩形状の平板部材である。
【００２６】
マイクロ流体チップ１３は、ベースチップ１１と重ね合わせることによって、ベースチップ１１が底面を形成する微細流路１７の底面以外の全ての壁面を形成するためのものである。マイクロ流体チップ１３は、チップ本体１３Ａ（カバー部材の一例）と、電極プレート１５とから構成されている。チップ本体１３Ａは、主にＰＤＭＳゴムで構成されている。チップ本体１３Ａは、例えば長さと幅が十数ｍｍ程度で、高さ（厚さ）が数ｍｍ程度である。チップ本体１３Ａには、後述する微細流路１７を形成するための凹部が形成されている。
【００２７】
マイクロ流体チップ構造５の微細流路１７の長さは、通常、１０〜５０ｍｍの範囲内の値に設定され、高さは１〜３００μｍの範囲内の値に設定される。本実施形態では、例えば、微細流路１７の長さが２５ｍｍ、幅が５ｍｍ、高さが２５μｍの仕様で形成する。
マイクロ流体チップ１３は、ベースチップ１１上に配置されている。マイクロ流体チップ１３の下面は、ベースチップ１１の上面に密着しており、ベースチップ１１との間に微細流路１７を画定している。なお、マイクロ流体チップ１３はＰＤＭＳゴム製であるので、自己密着性が高い。
【００２８】
電極プレート１５は、チップ本体１３Ａ内に埋設された状態で配置されている。電極プレート１５は、主に、ガラス基板と、ガラス基板の下面に形成された第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９とを有している。電極パターンは、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる。
電極プレート１５は、チップ本体１３の下部に設けられ、微細流路１７に近接している。しかし、電極プレート１５の下面と微細流路１７との間には、チップ本体１３Ａの第１部分１３ａが設けられている（図１５参照）ので、電極プレート１５の下面（つまり、第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９）は微細流路１７に露出していない。
【００２９】
入力ポート２１と出力ポート２３には、それぞれ、送液コネクタ３０が接続されている。送液コネクタ３０は、第１送液チューブ５４及び第２送液チューブ６０にそれぞれ接続されている。
【００３０】
（３）検査装置の動作
送液コネクタ３０からマイクロ流体チップ３の入力ポート２１、微細流路１７及び出力ポート２３経由して他方の送液コネクタ３０へ流体が流れる。
その時に、電源部５９から第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９に高周波電圧が供給される。その時の周波数の条件によって、溶液中の所定のサンプルが分離される。そして、バルブ６１を切り替えることで、サンプルが第１サンプル回収部５５又は第２サンプル回収部５７に回収される。
【００３１】
以上の動作において、流体を流すために送液ポンプ５３によって流体に圧力が掛かっていても、上述のようにマイクロ流体チップ３とベースチップ１１が密着して、微細流路１７から流体が漏れ出さない構成となっている。
【００３２】
電極プレート１５は、チップ本体１３Ａ内に埋設されており、つまり、微細流路１７に対して露出していない（図１５参照）。したがって、電極パターンの配線が基板とチップの境界部分に配置されることなく、その結果その部分に隙間が生じることがない。以上の結果、微細流路１７から溶液が漏れにくくなる。
また、電極プレート１５はチップ本体１３Ａ内に埋設されているので、電極パターンと微細流路の位置あわせが不要になる。また、電極パターンと微細流路の位置が正確になることで、誘電泳動を正確に実現できる。
【００３３】
（４）マイクロ流体チップの製造方法
図４〜図１６を用いて、電極インサート成形によるマイクロ流体チップの製造方法を説明する。
図４〜６は第１型４１を示しており、図７〜図９は、第２型４３を示している。第１型４１は、固定型であり、本体４１ａと、枠突出部４１ｂと、複数の円柱部４１ｃと有している。第２型４３は、可動型であり、本体４３ａと、枠突出部４３ｂと、一対の円柱部４３ｃと、微細流路形成部４３ｄと、４つの着座部４３ｅとを有している。一対の円柱部４３ｃは、入力ポート２１と出力ポート２３に対応する部分である。微細流路形成部４３ｄは、周囲の部分よりわずかに高く形成されている。着座部４３ｅは、円柱部４１ｃに対応して配置されている。着座部４３ｅは、大径の第１部分と、第１部分から延びる小径の第２部分とを有している。型締め時には、円柱部４１ｃの先端と着座部４３ｅの第２部分の先端とが当接する（図１３を参照）。
【００３４】
最初に、図１０に示すように、第１型４１と第２型４３が用意される。
続いて、図１１に示すように、電極プレート１５を、第１くし型電極パターン２７及び第２くし型電極パターン２９が下を向いた状態で第２型４３に組み付ける。電極プレート１５は、円柱部４３ｃに対応する位置と、着座部４３ｅの突起に対応する位置及び形状を有する孔が形成されている。したがって、電極プレート１５は、着座部４３ｅの第１部分に着座する（図１３を参照）。その結果、電極プレート１５の下面と第２型４３の上面との間には、隙間が確保される。例えば、図１１に示すように、微細流路形成部４３ｄに対応する位置において、電極プレート１５の下方には隙間１９が確保されている。
また、この時、配線２７ｂ及び配線２９ｂは、第２型４３から外方に延びている。
【００３５】
次に、図１２及び図１３に示すように、第１型４１と第２型４３の型締めが行われ、第１型４１のスプルーゲート４１ｄを通して第１型４１と第２型４３で形成されるキャビティ内に、未硬化のＰＤＭＳゴム材料が射出される。その結果、第１型４１と第２型４３の間のキャビティ内で加熱して硬化されることでＰＤＭＳゴムが生成される。
【００３６】
この時、電極プレート１５の下面と第２型４３の下面に対応する隙間にも、ＰＤＭＳゴムが生成される。つまり、図１２に示すように、微細流路形成部４３ｄの上方にある隙間１９にはＰＤＭＳゴムからなる第１部分１３ａが形成される。また、図１３に示すように、微細流路形成部４３ｄの周囲の位置では第２部分１３ｂが形成される。
最後に、図１４に示すように第１型４１と第２型４３の型開きが行われ、マイクロ流体チップ１３が取り出される。
【００３７】
第１型４１と第２型４３から取り出されたマイクロ流体チップ１３は、図１５及び図１６に示すように、ベースチップ１１の上に貼り付けられる。その結果、マイクロ流体チップ構造５が完成する。
図１５に示すように、電極プレート１５の下面（電極が形成された面）は、ＰＤＭＳゴムからなる第１部分１３ａによって覆われているので、微細流路１７に対して露出していない。
【００３８】
なお、第１部分１３ａの厚みは、数μｍ程度であり、具体的には、１〜５μｍであることが好ましく、より好ましくは２〜３μｍである。第１部分１３ａの厚みは小さければ小さいほど第１部分１３ａを前面に形成することが難しくなり、第１部分１３ａの厚みは大きければ大きいほど第１くし型電極２７ａ及び第２くし型電極２７ｂから溶液に作用する電界が不十分になる。
【００３９】
（５）第２実施形態
図１７を用いて、マイクロ流体デバイス及びそれが用いられた検査装置を説明する。図１７に示されている検査装置２００は、前述の実施形態における検査装置１００と概ね同じである。したがって、以後は異なる点を中心に説明する。
【００４０】
図に示すように、マイクロ流体デバイス１０１に電力を供給するワイヤレス受給電部１８０が設けられている。ワイヤレス受給電部１８０は、電界結合方式のワイヤレス電力伝送システムである。
【００４１】
ワイヤレス受給電部１８０は、電圧・周波数調整モジュール１６１と、受電側パッシブ電極１６３と、受電側アクティブ電極１６５と、給電側パッシブ電極１６７と、給電側アクティブ電極１６９と、電源部１５９とを有している。受電側パッシブ電極１６３と、受電側アクティブ電極１６５とによって、ワイヤレス受電部が構成されている。給電側パッシブ電極１６７と、給電側アクティブ電極１６９とによって、ワイヤレス給電部が構成されている。
電圧・周波数調整モジュール１６１は、受電した電気を誘電泳動に使用できる電圧周波数に変換する機能を有している。
【００４２】
受電側パッシブ電極１６３と給電側パッシブ電極１６７は互いに近接しており、受電側アクティブ電極１６５と給電側アクティブ電極１６９は互いに近接している。
【００４３】
図１８〜図２２を用いて、ワイヤレス受給電部１８０の具体的な構造を説明する。
図から明らかなように、受電側パッシブ電極１６３及び受電側アクティブ電極１６５は、電極プレート１１５のガラス基板下面に形成されている。具体的には、図２１に示すように、受電側パッシブ電極１６３及び受電側アクティブ電極１６５は、第１くし型電極パターン１２７及び第２くし型電極パターン１２９の側方に配置されている。受電側パッシブ電極１６３及び受電側アクティブ電極１６５は、微細流路１１７の溶液流れ方向に沿って延びる長方形である。
【００４４】
また、図２２に示すように、電圧・周波数調整モジュール１６１は、電極プレート１１５のガラス基板の下面に形成されている。具体的には、図２１に示すように、電圧・周波数調整モジュール１６１は、出力ポート１２３の長手方向外側に配置されている。
【００４５】
図１９及び図２０に示すように、給電側パッシブ電極１６７及び給電側アクティブ電極１６９は、ベースプレート１０３内に設けられている。
【００４６】
以上の構成により、前記実施形態とは異なり、マイクロ流体チップから外部に延びる配線（例えば、前記実施形態の配線２７ｂ、２９ｂ）が不要になる。つまり、配線を取り出す作業が不要になり、そのためコストを低下できる。また、配線部が溶液に触れることがないので、ショートの危険性がない。さらに、配線が設けられないのでマイクロ流体チップをコンパクトにできる。
【００４７】
また、この実施形態でも、図２２に示すように、電極プレート１１５はマイクロ流体チップ１１３のチップ本体１１３Ａ内に埋設されているので、第１くし型電極パターン１２７，第２くし型電極パターン１２９．受電側パッシブ電極１６３，受電側アクティブ電極１６５は、微細流路１１７に露出していない。
したがって、前述の実施形態と同じ効果が得られる。
【００４８】
（６）他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【００４９】
（ａ）前記実施形態では、電極は微細流路に露出していなかったが、電気分解の可能性がない場合、もしくは電気分解がシステムに悪影響を与えない場合は、電極を微細流路に露出させてもよい。
（ｂ）本発明は、電気泳動法が用いられるマイクロ流体デバイスにも適用できる。
（ｃ）マイクロ流体チップ、ベースチップ、電極等の材料は前記実施形態に限定されない。例えば、必要に応じて透明・不透明の材料が選択される。
（ｄ）ワイヤレス受電部が設けられたマイクロ流体チップにおいて、誘電泳動を行うための電極がマイクロ流体チップ内に埋設しておらず、微細流路に露出している例も考えられる。例えば、図１５において、第１部分１３ａがなくて電極プレート１５の下面が微細流路１７の上面になっているような場合である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、マイクロ流体チップに広く適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１        マイクロ流体デバイス
３        ベース部材
５        マイクロ流体チップ
７        第１スプリングプローブ
９        第２スプリングプローブ
１１      ベースチップ
１３      マイクロ流体チップ
１３Ａ    チップ本体
１３ａ    第１部分
１３ｂ    第２部分
１５      電極プレート
１７      微細流路
１９      隙間
２１      入力ポート
２３      出力ポート
２７      第１くし型電極パターン
２７ａ    くし歯
２７ｂ    配線
２９      第２くし型電極パターン
２９ａ    くし歯
２９ｂ    配線
３０      送液コネクタ
１００      検査装置
【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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