(57)【要約】【課題】駆動周波数が高く、しかも簡単に構成される、マイクロ流体チップ内のマイクロプローブの駆動方法を提供する。【解決手段】一対の第１平行フレーム部４０と第２平行フレーム部４２、或いは第１平行フレーム部４０と第３平行フレーム部４４および一対の連結フレーム部５０、５２が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部５０、５２には、マイクロプローブ１６、６０が対を成す直線状の可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体３０が１平面内で構成されるので、マイクロプローブ１６、６０の駆動について高い駆動周波数が得られる。また、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置１０の小型化や低価格化が可能となる。【選択図】図３
2016054684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体チップであって、
互いに平行な一対の平行フレーム部と、該一対の平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体に、前記一対の平行フレーム部および前記一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記平行フレーム部の長さ方向の中央部に、前記一対の平行フレーム部の一方側に操作端を有するマイクロプローブを該平行フレーム部の長さ方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記一対の平行フレーム部の一方側へ向かう少なくとも１対の直線状の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結し、
前記マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟圧することにより前記マイクロプローブを駆動する
ことを特徴とするマイクロ流体チップ。
【請求項２】
請求項１に記載の前記マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟む駆動装置を用いて、該流体チップ本体を挟圧することにより前記マイクロプローブを駆動することを特徴とするマイクロ流体チップ内のマイクロプローブの駆動方法。
【請求項３】
マイクロ流体チップ内に設けられたマイクロ流路内の弾性粒子の駆動方法であって、
前記弾性微粒子を案内するマイクロ流路が形成された第１平行フレーム部と、該第１平行フレーム部に平行な第２平行フレーム部と、該第１平行フレーム部のおよび第２平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体に、前記第１平行フレーム部、第２平行フレーム部、一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記マイクロ流路方向の中央部に、前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブを前記マイクロ流路方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記マイクロ流路側へ向かう直線状の少なくとも１対の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結し、
前記マイクロ流体チップ本体をその長手方向において挟圧する駆動装置を用いて、前記一対の連結フレーム部を互いに接近させ且つ離隔させることで、前記マイクロプローブを前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔駆動させる
ことを特徴とする弾性粒子の駆動方法。
【請求項４】
マイクロ流体チップ内に設けられたマイクロ流路内の弾性粒子の駆動装置であって、
前記弾性微粒子を案内するマイクロ流路が形成された第１平行フレーム部と、該第１平行フレーム部に平行な第２平行フレーム部と、該第１平行フレーム部のおよび第２平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備え、前記第１フレーム部、第２平行フレーム部、一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記マイクロ流路方向の中央部に、前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブを前記マイクロ流路方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記マイクロ流路側へ向かう直線状の少なくとも１対の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結した板状のマイクロ流体チップ本体と、
前記マイクロ流体チップ本体をその長手方向において挟圧し、前記一対の連結フレーム部を互いに接近させ且つ離隔させることで、前記マイクロプローブを前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔駆動させる駆動装置と
を含むことを特徴とする弾性粒子の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動装置は、圧電素子を用いて機械的に変位させる出力部材を有する圧電アクチュエータである
ことを特徴とする請求項４の弾性粒子の駆動装置。
【請求項６】
前記マイクロプローブの操作端による押圧による変形させられる前記弾性粒子の変形を撮像する撮像装置と、
該撮像装置により撮像された弾性粒子の変形量が一定となるように前記駆動装置の挟圧力を制御する電子制御装置と
を、さらに含むことを特徴とする請求項４または５の弾性粒子の駆動装置。
【請求項７】
ＭＥＭＳ技術により形成された前記マイクロ流体チップ本体と、該マイクロ流体チップ本体に形成された前記マイクロプローブおよびそれに連結された前記一対の連結フレーム部との間に空間を掛止する凹所が形成された一対のガラス基板とが、該一対のガラス基板が該マイクロ流体チップ本体を挟むように一体化されることにより構成されている
ことを特徴とする請求項１のマイクロ流体チップ。
【請求項８】
前記マイクロ流体チップは、
ＭＥＭＳ技術により形成された前記マイクロ流体チップ本体と、該マイクロ流体チップ本体に形成された前記マイクロプローブおよびそれに連結された前記一対の連結フレーム部との間に空間を掛止する凹所が形成された一対のガラス基板とが、該一対のガラス基板が該マイクロ流体チップ本体を挟むように一体化されることにより構成されている
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１の弾性粒子の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
マイクロ流体チップ、マイクロ流体チップ内のマイクロプローブの駆動方法、マイクロ流体チップに設けられたマイクロ流路内を移動させられる細胞を操作したり、力学的特徴量等を計測するための細胞の駆動方法、および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロ流体チップを用いた単一細胞、たとえば単細胞微生物、ラン藻、赤血球、卵子等の機械的物性の計測が注目されている。特に、細胞の力学的特徴量を計測するためには、マイクロ流路内の細胞を機械的に操作するためのマイクロプローブを配置する必要がある。このマイクロプローブの駆動方法に関しては、従来はマイクロ流体チップに搭載した磁石等を駆動することで、その磁石と磁気的にカップリングさせたマイクロプローブの駆動を行なっていた。たとえば、特許文献１に記載の磁気駆動マイクロツール駆動機構がそれである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５５３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、計測対象である細胞の大きさは、その種類に応じて１〜１００μｍ程度と非常に幅広い範囲であり、たとえば細胞の大きさに合わせてマイクロプローブを作成したとしても、駆動源の大きさを測定対象となる細胞のサイズに合わせて作製することは、技術的に困難であった。
【０００５】
たとえば、マイクロプローブの駆動源として磁石をマイクロ流体チップに駆動する場合、ＭＥＭＳ技術を用いて作製したロボットフレームに組付により磁石を搭載するため、ロボットフレームの薄膜化の困難性から、測定対象となる細胞の大きさの範囲が所定以上の大きさのものに限定されるという問題があった。また、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることで、駆動周波数が十分に得られないという問題があった。さらに、ロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要があるため、部品点数の増加と組み立ての煩雑化により装置の小型化や低価格化が困難であった。
【０００６】
このような課題は、前記単一細胞以外の弾性変形可能な弾性粒子の力学的特徴量をマイクロ流体チップを用いて計測する場合も、同様に存在する。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、駆動周波数が高く、しかも簡単に構成される、マイクロ流体チップ及びマイクロ流体チップ内のマイクロプローブの駆動方法を提供するとともに、計測対象となる弾性微粒子の範囲が従来よりも小径のものまで測定あるいは操作することが可能な弾性粒子の駆動方法、および弾性粒子の駆動装置を、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための第１発明の要旨とするところは、（１）マイクロ流体チップであって、（２）互いに平行な一対の平行フレーム部と、該一対の平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体に、前記一対の平行フレーム部および前記一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記平行フレーム部の長さ方向の中央部に、前記一対の平行フレーム部の一方側に操作端を有するマイクロプローブを該平行フレーム部の長さ方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記一対の平行フレーム部の一方側へ向かう少なくとも１対の直線状の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結し、（３）前記マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟圧することにより前記マイクロプローブを駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように構成された第１発明のマイクロ流体チップでは、前記マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟む駆動装置を用いて、該流体チップ本体を挟圧すると、前記一対の連結フレーム部が接近させられ、それに連結された少なくとも一対の可動グレーム部を介して挟圧力が変換されてマイクロプローブが前記平行フレーム部の一方の側へ移動させられる。また、反対に、駆動装置による挟圧が解除されると、前記一対の連結フレーム部が離隔させられ、それに連結された少なくとも一対の可動グレーム部を介してマイクロプローブが前記平行フレーム部の一方の側とは反対側へ移動させられる。このように、前記駆動装置を用いてそのマイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟むことにより前記前記マイクロプローブの操作端を前記平行フレーム部の長さ方向において駆動することができる。
【００１０】
これにより、第１発明によれば、一対の平行フレーム部および一対の連結フレーム部が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部には、マイクロプローブが１対の直線状の可動フレーム部を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体が１平面内で構成されるので、従来のように、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることがなく、マイクロプローブの駆動について高い駆動周波数が得られる。また、マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟む駆動装置を用いてマイクロプローブを駆動できるので、従来のようにロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要がなくなるため、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置の小型化や低価格化が可能となる。
【００１１】
また、前記第１発明を弾性粒子に対して好適に適用する第２発明の要旨とするところは、（１）マイクロ流体チップ内に設けられたマイクロ流路内の弾性粒子の駆動方法であって、（２）前記弾性微粒子を案内するマイクロ流路が形成された第１平行フレーム部と、該第１平行フレーム部に平行な第２平行フレーム部と、該第１平行フレーム部のおよび第２平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体に、前記第１平行フレーム部、第２平行フレーム部、一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記マイクロ流路方向の中央部に、前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブを前記マイクロ流路方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記マイクロ流路側へ向かう直線状の少なくとも１対の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結し、（３）前記マイクロ流体チップ本体をその長手方向において挟圧する駆動装置を用いて、前記一対の連結フレーム部を互いに接近させ且つ離隔させることで、前記マイクロプローブを前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔駆動させることを特徴とする。
【００１２】
このように構成された第２発明の弾性粒子の駆動方法によれば、一対の第１、第２平行フレーム部および一対の連結フレーム部が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部には、マイクロプローブが１対の直線状の可動フレーム部を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体が１平面内で構成されるので、従来のように、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることがなく、マイクロプローブの駆動について高い駆動周波数が得られる。また、マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟む駆動装置を用いてマイクロプローブを駆動できるので、従来のようにロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要がなくなるため、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置の小型化や低価格化が可能となる。さらに、マイクロ流路内を案内される弾性粒子が、マイクロプローブの操作端によって高い駆動周波数で操作されるとともに、計測対象となる弾性微粒子の大きさの範囲が従来よりも小径のものまで操作され、その力学的特徴量の計測が可能となる。
【００１３】
また、上記第２発明の方法を好適に実施する装置発明である第３発明の要旨とするところは、（１）マイクロ流体チップ内に設けられたマイクロ流路内の弾性粒子の駆動装置であって、（２）前記弾性微粒子を案内するマイクロ流路が形成された第１平行フレーム部と、該第１平行フレーム部に平行な第２平行フレーム部と、該第１平行フレーム部のおよび第２平行フレーム部の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部とを一体に備え、前記第１平行フレーム部、第２平行フレーム部、一対の連結フレーム部により囲まれた空間内の前記マイクロ流路方向の中央部に、前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブを前記マイクロ流路方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、前記一対の連結フレーム部からそれぞれ前記マイクロプローブに向かうに従って前記マイクロ流路側へ向かう直線状の少なくとも１対の可動フレーム部を用いて、前記マイクロプローブと前記一対の連結フレーム部との間を連結した板状のマイクロ流体チップ本体と、（３）前記マイクロ流体チップ本体をその長手方向において挟圧し、前記一対の連結フレーム部を互いに接近させ且つ離隔させることで、前記マイクロプローブを前記マイクロ流路内の弾性微粒子に対して接近離隔駆動させる駆動装置とを含むことを特徴とする。
【００１４】
このように構成された第３発明の弾性粒子の駆動装置によれば、一対の平行フレーム部および一対の連結フレーム部が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部には、マイクロプローブが１対の直線状の可動フレーム部を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体が１平面内で構成されるので、従来のように、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることがなく、マイクロプローブの駆動について高い駆動周波数が得られる。また、マイクロ流体チップ本体をその平行フレーム部の長さ方向において挟む駆動装置を用いてマイクロプローブを駆動できるので、従来のようにロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要がなくなるため、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置の小型化や低価格化が可能となる。さらに、マイクロ流路内を案内される弾性粒子が、マイクロプローブの操作端によって高い駆動周波数で操作されるとともに、計測対象となる弾性微粒子の大きさの範囲が従来よりも小径のものまで操作され、その力学的特徴量の計測が可能となる。
【００１５】
ここで、好適には、前記駆動装置は、圧電セラミックス等の圧電素子（ピエゾ素子）が積層されることにより構成されて、機械的な変位を出力部材から出力する圧電アクチュエータである。これにより、マイクロ流体チップの駆動において、前記駆動装置の駆動出力について高い駆動周波数が得られる。
【００１６】
また、好適には、前記弾性粒子の駆動装置は、前記マイクロプローブの操作端による押圧による変形させられる前記弾性粒子の変形を撮像する撮像装置と、該撮像装置により撮像された弾性粒子の変形量が一定となるように前記駆動装置の挟圧力を制御する電子制御装置とを、含む。このようにすれば、弾性粒子が一定の変形を受けたときの変形応答性に基づいてその弾性粒子の力学的特徴量を、弾性粒子毎に高速で計測できる。
【００１７】
また、好適には、前記マイクロ流体チップは、ＭＥＭＳ技術により形成された前記マイクロ流体チップ本体と、該マイクロ流体チップ本体に形成された前記マイクロプローブおよびそれに連結された前記一対の連結フレーム部との間に空間を形成する凹所が形成された一対のガラス基板とが、該一対のガラス基板が該マイクロ流体チップ本体を挟むように陽極接合により一体化されることにより構成される。このようにすれば、マイクロ流体チップ本体とそのマイクロ流体チップ本体を挟む一対のガラス基板とが、マイクロ流路を維持し且つ前記マイクロプローブおよびそれに連結された前記一対の連結フレーム部の動きを損なうことなく、液密に且つ強度に接合される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例である弾性粒子の駆動装置の要部を説明するための図である。
【図２】図１の弾性粒子の駆動装置に用いられるマイクロ流体チップの構成を説明する斜視図である。
【図３】図２のマイクロ流体チップにおいて、一対の下カバーおよび上カバーに挟持された板状のマイクロ流体チップ本体の構成を説明する斜視図である。
【図４】図３のマイクロ流体チップ本体に一体に形成されている可動部であるマイクロプローブおよびそれに駆動力を付与する連結フレーム部の構成および作動を、説明する要部拡大図である。
【図５】図２のマイクロ流体チップにおいて、マイクロ流体チップ本体の下面を覆う下カバーの構成を説明する斜視図である。
【図６】図２のマイクロ流体チップにおいて、マイクロ流体チップ本体の上面を覆う上カバーの構成を説明する斜視図である。
【図７】図２のマイクロ流体チップの製造工程を説明する工程図である。
【図８】図２のマイクロ流体チップにおいて、マイクロプローブの駆動特性を説明する図である。
【図９】図１の弾性粒子の駆動装置において、弾性粒子に対応する卵子がマイクロプローブにより挟圧されている状態を時系列的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例の弾性粒子の駆動装置（以下、計測装置という）１０の要部を示している。図１において、計測装置１０は、長手状の基台１２上の長手方向の中央部に載置され、計測対象物である弾性粒子を一列に導くためのマイクロ流路１４とその弾性粒子を操作するマイクロプローブ１６とを備える長手板状のマイクロ流体チップ１８と、そのマイクロ流体チップ１８の両端にそれぞれ接するように基台１２上に固定され、駆動信号に応じてそのマイクロ流体チップ１８を挟圧可能な一対の圧電アクチュエータ２０および２２と、マイクロ流路１４内に弾性粒子を流体と共に所定の流速で供給する弾性粒子供給装置２４と、マイクロ流路１４内のマイクロプローブ１６により操作される位置の弾性粒子を撮像し、撮像した画像情報を出力する撮像装置２６と、撮像装置２６からの入力信号を予め記憶したプログラムに従って処理し、圧電アクチュエータ２０および２２の駆動を制御するとともに、たとえば弾性粒子の力学的特徴量を算出して出力する電子制御装置２８とを、備えている。
【００２１】
圧電アクチュエータ２０および２２は、マイクロ流体チップ１８をその長手方向に挟圧する駆動装置として機能するものであり、たとえば圧電セラミックス等の圧電素子（ピエゾ素子）が積層されることにより構成されて、機械的な変位を出力部材から出力するように構成されている。応答性の高い駆動装置であれば必ずしも圧電アクチュエータでなくてもよい。また、弾性粒子供給装置２４は、たとえば、シリンダとそのシリンダ内に挿入されたピストンとそのピストンを駆動する駆動装置とを有し、シリンダ内の弾性粒子を含む流体を一定の流量で押し出す形式の定量ポンプから構成される。また、撮像装置２６は、たとえば顕微鏡を通して弾性粒子を撮像する顕微鏡付ＣＣＤカメラにより構成されたものである。
【００２２】
図２の斜視図に示されるように、マイクロ流体チップ１８は、たとえば数μｍ乃至百数十μｍ程度の厚みを有するＳｉ板から成るマイクロ流体チップ本体３０と、たとえば数十μｍ乃至数百μｍ程度の厚みを有するガラス板から成りマイクロ流体チップ本体３０の下面に密着してその下面全体を覆う下カバー板３２と、たとえば数十μｍ乃至数百μｍ程度の厚みを有するガラス板から成りマイクロ流体チップ本体３０の上面に密着してその上面全体を覆う上カバー板３４との積層体から一体的に構成されている。
【００２３】
マイクロ流体チップ本体３０は、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術により、長手板状の１枚のＳｉ基板に対して半導体集積回路作製プロセスを用いて構成されたものである。図３の斜視図に示されるように、マイクロ流体チップ本体３０は、弾性微粒子を案内する直線状のマイクロ流路１４が溝状に形成された第１平行フレーム部４０と、その第１平行フレーム部４０の外側位置にそれと平行に形成された第２平行フレーム部４２および第３平行フレーム部４４と、さらに外側位置に形成された第４平行フレーム部４６および第５平行フレーム部４８と、それら第１平行フレーム部４０、第２平行フレーム部４２、第３平行フレーム部４４、第４平行フレーム部４６、および第５平行フレーム部４８の一端部および他端部を相互にそれぞれ連結する一対の連結フレーム部５０、５２とを一体に備えている。本実施例では、マイクロ流路１４は、相対的に大きな幅寸法とされた接続口１４ａおよび１４ｂを両端に有し、全体としてマイクロ流体チップ本体３０の幅方向の中心線Ｃ上に位置している。
【００２４】
マイクロ流体チップ本体３０の一対の第１平行フレーム部４０および第２平行フレーム部４２と一対の連結フレーム部５０、５２とにより囲まれた矩形の空間Ｋ１内のマイクロ流路１４の方向の中央部には、マイクロ流路１４内の弾性微粒子に対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブ１６がマイクロ流路１４の方向に直交する方向に移動可能に設けられるとともに、一対の連結フレーム部５０、５２からそれぞれマイクロプローブ１６に向かうに従ってマイクロ流路１４側へ向かう直線状の少なくとも１対（本実施例では３対）の可動フレーム部５４、５６を用いて、マイクロプローブ１６と一対の連結フレーム部４６、４８との間がそれぞれ連結されている。また、本実施例では、マイクロ流体チップ本体３０の一対の第１平行フレーム部４０および第３平行フレーム部４４と一対の連結フレーム部５０、５２とにより囲まれた矩形の空間Ｋ２内には、中心線Ｃに対する対称的に、マイクロプローブ１６と一対の連結フレーム部５０、５２との間をそれぞれ連結する３対の可動フレーム部５４、５６と同様の、マイクロプローブ６０と一対の連結フレーム部５０、５２との間をそれぞれ連結する３対の可動フレーム部６４、６６が、形成されている。
【００２５】
本実施例では、測定対称となる弾性粒子がマイクロ流路１４内を一列に流れ、単一の弾性粒子毎にマイクロプローブ１６で操作されるように、マイクロ流体チップ本体３０の厚み寸法、マイクロ流路１４の幅寸法、マイクロプローブ１６、６０の幅寸法等は、弾性粒子の径に応じて、適宜選択されている。また、マイクロプローブ１６、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部５４、５６と、マイクロプローブ６０、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部６４、６６とは、一対の圧電アクチュエータ２０および２２による挟圧時にマイクロ流路１４側へ変位させられることから、マイクロ流体チップ本体３０内の可動部分に対応している。
【００２６】
図４は、マイクロ流体チップ本体３０のうち、マイクロプローブ１６、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部５４、５６を、模式的に示す図である。図４において、３対の可動フレーム部５４および５６はそれぞれ互いに平行であって、中心線Ｃに対して所定の角度θを成し、可動フレーム部５４と５６とは、中心線Ｃに直交するマイクロプローブ１６の幅中心線Ｄに対して対称的に配置されている。これにより、一対の連結フレーム部５０、５２のマイクロ流路１４方向の互いに接近する方向の変位がマイクロプローブ１６の幅中心線Ｄ方向の変位すなわちマイクロ流路１４に接近する方向の変位に変換され、マイクロ流路１４内を一列に移動する弾性粒子Ｐがそのマイクロプローブ１６の操作端１６ａにより操作されるようになっている。
【００２７】
図５は、マイクロ流体チップ本体３０の下面全体に密着してその下面全体を覆うガラス製の下カバー板３２を示している。下カバー板３２には、マイクロ流体チップ本体３０のうちの可動部分との間、すなわち、マイクロプローブ１６、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部５４、５６と、マイクロプローブ６０、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部６４、６６との間にそれぞれ隙間を形成するための、所定深さの一対の凹所７０、７２がマイクロ流路１４の両側に対称的に形成されている。
【００２８】
図６は、マイクロ流体チップ本体３０の上面に密着してその上面全体を覆うガラス製の上カバー板３４を示している。上カバー板３４にも、マイクロ流体チップ本体３０のうちの可動部分との間、すなわち、マイクロプローブ１６、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部５４、５６と、マイクロプローブ６０、および、それを一対の連結フレーム部５０、５２にそれぞれ連結する３対の可動フレーム部６４、６６との間にそれぞれ隙間を形成するための、所定深さの一対の凹所７４、７６がマイクロ流路１４の両側に対称的に形成されている。また、この上カバー板には、マイクロ流体チップ本体３０のマイクロ流路１４の両端に設けられた接続口１４ａおよび１４ｂと重なる位置に、貫通穴７８、８０が形成されている。
【００２９】
図７は、マイクロ流体チップ１８の製造工程を示している。図７のＰ１乃至Ｐ６は、下カバー板３２および上カバー板３４の製造工程を示し、Ｐ７乃至Ｐ８はマイクロ流体チップ本体３０の製造工程を示し、Ｐ９はマイクロ流体チップ本体３０と下カバー板３２および上カバー板３４とを組合せて相互に接合する接合工程を示している。
【００３０】
図７のＰ１では、下カバー板３２および上カバー板３４の素材、たとえばほう珪酸ガラスであるガラス板の一面に所定の金属層用パターンで、たとえばＬＯＲ／ＯＦＰＲとして知られるレジストが露光および洗浄によりパターニングされ、Ｐ２では、そのパターニングされたガラス板の一面に、アルミニウム、モリブデン等の陽極接合用金属がスパッタされる。次いで、Ｐ３においてレジストがリフトオフされることで、上記ガラス板の一面のうち、凹所７０、７２、７４、７６の周縁部となる部分およびガラス板の一面の周縁部に金属層が直接形成される。次に、Ｐ４において凹所７０、７２、７４、７６を形成するためのパターンで、たとえばＰＭＥＲとして知られるレジストが露光および洗浄によりパターニングされ、Ｐ５においてエッチングにより、所定深さの凹所７０、７２、７４、７６が形成され、下カバー板３２および上カバー板３４が製造される。そして、Ｐ６では、貫通穴７８、８０がサンドブラストによりその上カバー板３４に形成される。
【００３１】
一方、Ｐ７では、マイクロ流体チップ本体３０の素材、たとえば単結晶Ｓｉ板の一面或いは両面に、マイクロ流路１４、第１平行フレーム部４０、第２平行フレーム部４２、第３平行フレーム部４４、第４平行フレーム部４６、および第５平行フレーム部４８と、それらの一端部および他端部を相互にそれぞれ連結する一対の連結フレーム部５０、５２と、マイクロプローブ１６および可動フレーム部５４、５６と、マイクロプローブ６０および可動フレーム部６４、６６とを形成するためのパターンで、たとえばＳＵ−８として知られるレジストが露光および洗浄によりパターニングされる。次いで、Ｐ８では、ドライエッチングにより上記レジストで覆われていない部分が除去されることにより、マイクロ流体チップ本体３０が製作される。
【００３２】
そして、Ｐ９では、たとえば、４００乃至６００℃の温度下で、０．１乃至０．７ＭＰａ程度で押圧状態で３５０乃至４００Ｖ程度の電圧が印加される陽極接合により、マイクロ流体チップ本体３０の下面に下カバー板３２が接合され、マイクロ流体チップ本体３０の上面に上カバー板３４が接合される。上記の工程では、１枚のＳｉ板に多数個のマイクロ流体チップ本体３０が形成され、１枚のガラス板に多数個の下カバー板３２が形成され、且つ１枚のガラス板に多数個の上カバー板３４が形成されていて、多数個のマイクロ流体チップ１８が一挙に製造される。Ｐ９に続いて、ダイシングにより多数個のマイクロ流体チップ１８が単一のマイクロ流体チップ１８に分離される。
【００３３】
以上のように製造されたマイクロ流体チップ１８は、マイクロプローブ１６、６０と、および、圧電アクチュエータ２０、２２の挟圧力変化による駆動による連結フレーム部５０、５２の接近および離隔方向の動きを方向変換してマイクロプローブ１６、６０へ伝達する可動フレーム部５４、５６、６４、６６とは、一平面内において一体構造により設けられているので、摩擦抵抗や駆動遅れがなく、高い駆動周波数を得ることができる。図８は、マイクロ流体チップ１８が圧電アクチュエータ２０、２２により駆動された場合の、時間経過と変位との関係を示すグラフである。図８に示すように、駆動周波数が１．６ｋＨｚであっても波形歪が観察されず、このオーダの駆動応答性が得られることが確認された。 
【００３４】
図９は、図１の計測装置１０において、弾性粒子として１００μｍ程度の卵子を用いた場合に、マイクロプローブ１６および６０に挟圧操作された卵子を僅かな時間間隔で撮像した写真を示している。電子制御装置２８は、撮像装置２６からの卵子信号に応答して、卵子が所定の挟圧位置に到達したこと判定して圧電アクチュエータ２０および２２の駆動タイミングを出力することにより、卵子が１個ずつマイクロプローブ１６および６０に挟圧されるように圧電アクチュエータ２０および２２を制御する。また、電子制御装置２８は、所定の駆動周波数で一定ストロークで駆動されるマイクロプローブ１６および６０により挟圧された卵子の画像から、たとえばその局所的変形に基づく外膜の変形応答性、歪状態、或いは変形状態に基づいて卵子の力学的特徴量の１つである硬さを定量的に計測する。
【００３５】
上述のように、本実施例のマイクロ流体チップ１８は、互いに平行な一対の平行フレーム部４０および４２又は４４と、それら一対の平行フレーム部４０および４２又は４４の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部５０、５２とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体３０に、一対の平行フレーム部４０および４２又は４４および前記一対の連結フレーム部５０、５２により囲まれた空間Ｋ１又はＫ２内の第１平行フレーム部４０の長さ方向の中央部に、第１平行フレーム部４０側に操作端を有するマイクロプローブ１６、６０をその第１平行フレーム部４０の長さ方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、一対の連結フレーム部５０、５２からそれぞれマイクロプローブ１６又は６０に向かうに従って第１平行フレーム部４０側へ向かう少なくとも１対の直線状の可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を用いて、マイクロプローブ１６又は６０と一対の連結フレーム部５０、５２との間を連結し、マイクロ流体チップ本体３０を第１平行フレーム部４０の長さ方向において挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いて、マイクロ流体チップ本体３０を挟圧することによりマイクロプローブ１６、６０を駆動する。
【００３６】
マイクロ流体チップ本体３０をその平行フレーム部の長さ方向において挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いて、その流体チップ本体３０を挟圧すると、一対の連結フレーム部５０、５２が接近させられ、それに連結された可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を介して挟圧力が変換されてマイクロプローブ１６、６０が第１平行フレーム部４０側へ移動させられる。また、反対に、圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２による挟圧が解除されると、一対の連結フレーム部５０、５２が離隔させられ、それに連結された可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を介してマイクロプローブ１６、６０が第１平行フレーム部４０側とは反対側へ移動させられる。このように、圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いてそのマイクロ流体チップ本体３０をその第１平行フレーム部４０の長さ方向において挟むことによりマイクロプローブ１６、６０を第１平行フレーム部４０の長さ方向において駆動することができる。
【００３７】
これにより、一対の第１平行フレーム部４０と第２平行フレーム部４２、或いは第１平行フレーム部４０と第３平行フレーム部４４および一対の連結フレーム部５０、５２が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部５０、５２には、マイクロプローブ１６、６０は対を成す直線状の可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体３０が１平面内で構成されるので、従来のように、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることがなく、マイクロプローブ１６、６０の駆動について高い駆動周波数が得られる。また、マイクロ流体チップ本体３０をその第１平行フレーム部４０の長さ方向において挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いてマイクロプローブ１６、６０を駆動できるので、従来のようにロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要がなくなるため、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置１０の小型化や低価格化が可能となる。
【００３８】
また、本実施例の計測方法および計測装置１０によれば、弾性微粒子Ｐを案内するマイクロ流路１４が形成された第１平行フレーム部４０と、その第１平行フレーム部４０に平行な第２平行フレーム部４２又は第３平行フレーム部４４と、その第１平行フレーム部４０および第２平行フレーム部４２の一端部および他端部をそれぞれ連結する一対の連結フレーム部５０、５２とを一体に備える板状のマイクロ流体チップ本体３０に、第１平行フレーム部４０、第２平行フレーム部４２又は第３平行フレーム部４４、一対の連結フレーム部５０、５２により囲まれた空間Ｋ１内又はＫ２内のマイクロ流路１４方向の中央部に、マイクロ流路１４内の弾性微粒子Ｐに対して接近離隔可能な操作端を有するマイクロプローブ１６、６０をマイクロ流路１４方向に交差する方向に移動可能に設けるとともに、一対の連結フレーム部５０、５２からそれぞれマイクロプローブ１６、６０に向かうに従ってマイクロ流路１４側へ向かう直線状の少なくとも１対の可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を用いて、マイクロプローブ１６、６０と一対の連結フレーム部５０、５２との間を連結し、マイクロ流体チップ本体３０をその長手方向において挟圧する圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いて、一対の連結フレーム部５０、５２を互いに接近させ且つ離隔させることで、マイクロプローブ１６、６０の操作端をマイクロ流路１４内の弾性微粒子Ｐに対して接近離隔駆動させる。
【００３９】
これにより、一対の第１平行フレーム部４０と第２平行フレーム部４２、第１平行フレーム部４０と第３平行フレーム部４４および一対の連結フレーム５０、５２が一体に構成されるだけでなく、その一対の連結フレーム部５０、５２には、マイクロプローブ１６、６０が対を成す直線状の可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６を介して連結されていて、マイクロ流体チップ本体３０が１平面内で構成されるので、従来のように、ロボットフレームと磁石との間に介在する薄膜との摩擦抵抗や、ロボットフレームと磁石との間の距離によって駆動特性が非線型となることがなく、マイクロプローブ１６、６０の駆動について高い駆動周波数が得られる。また、マイクロ流体チップ本体３０をその第１平行フレーム部４０の長さ方向において挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いてマイクロプローブ１６、６０を駆動できるので、従来のようにロボットフレームを駆動する磁石を薄膜を介してマイクロ流体チップに設け、且つその磁石を駆動する駆動源をロボットフレームとは別に準備する必要がなくなるため、部品点数の増加や組み立ての煩雑化がなく、計測装置１０の小型化や低価格化が可能となる。さらに、マイクロ流路１４内を案内される弾性粒子Ｐが、マイクロプローブ１６、６０の操作端によって高い駆動周波数で操作されるとともに、計測対象となる弾性微粒子Ｐの大きさの範囲が従来よりも小径のものまで操作され、その力学的特徴量の計測が可能となる。
【００４０】
また、本実施例によれば、挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２は、圧電セラミックス等の圧電素子（ピエゾ素子）が積層されることにより構成されて、機械的な変位を出力部材から出力する圧電アクチュエータである。これにより、マイクロ流体チップ本体３０の駆動において、それを挟む圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２を用いてマイクロプローブ１６、６０の駆動出力について高い駆動周波数が得られる。
【００４１】
また、本実施例の計測装置（弾性粒子の駆動装置）１０は、マイクロプローブ１６、６０の操作端による押圧による変形させられる弾性粒子Ｐの変形を撮像する撮像装置２６と、その撮像装置２６により撮像された弾性粒子Ｐの変形量が一定となるように圧電アクチュエータ（駆動装置）２０、２２の挟圧力を制御する電子制御装置とを、含む。このため、弾性粒子Ｐが一定の変形を受けたときの変形量或いは変形応答性に基づいてその弾性粒子の力学的特徴量を、弾性粒子Ｐ毎に高速で計測できる。
【００４２】
また、本実施例のマイクロ流体チップ１８は、ＭＥＭＳ技術により形成された前記マイクロ流体チップ本体３０と、そのマイクロ流体チップ本体３０に形成されたマイクロプローブ１６、６０およびそれに連結された対を成す可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６との間に空間（厚み方向の隙間）を形成する凹所Ｋ１、Ｋ２が形成された一対の下カバー板（ガラス基板）３２および上カバー板（ガラス基板）３４とが、その一対のガラス基板が該マイクロ流体チップ本体３０を挟むように陽極接合により一体化されることにより構成される。このため、マイクロ流体チップ本体３０とそのマイクロ流体チップ本体３０を挟む一対のガラス基板とが、マイクロ流路１４を維持し且つマイクロプローブ１６、６０およびそれに連結された対を成す可動フレーム部５４、５６、又は６４、６６の動きを損なうことなく、液密に且つ強度に接合される。
【００４３】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、前述の実施例のマイクロ流体チップ本体３０において、第３平行フレーム部４４、第４平行フレーム部４６、第５平行フレーム部４８、マイクロプローブ６０、可動フレーム部６４、６６の一部または全部は、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００４４】
すなわち、前述の実施例のマイクロ流体チップ本体３０において、少なくとも一対の第１平行フレーム部４０および第２平行フレーム部４２と、その両端部を連結する一対の連結フレーム部５０、５２と、マイクロプローブ１６、可動フレーム部５４、５６があればよい。
【００４５】
また、前述の実施例において、マイクロ流体チップ本体３０と下ガラス板３２および上ガラス板３４との間の陽極接合において、金属層を介在させることなく、直接接合されていてもよい。更には、マイクロ流体チップ本体３０と下ガラス板３２および上ガラス板３４とは、陽極接合以外の方法として例えば接着剤等を用いて接合してもよい。
【００４６】
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものである。
【符号の説明】
【００４７】
１０：計測装置（弾性粒子の駆動装置）
１４：マイクロ流路
１６、６０：マイクロプローブ
１８：マイクロ流体チップ
２０、２２：圧電アクチュエータ（駆動装置）
２４：弾性粒子供給装置
２６：撮像装置
３０：マイクロ流体チップ本体
３２：下カバー板（ガラス基板）
３４：上カバー板（ガラス基板）
４０：第１平行フレーム部
４２：第２平行フレーム部
５０、５２：連結フレーム部
５４、５６、６４、６６：可動フレーム部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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