(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の液体の通る第一の流路と、
前記第一の流路に連通し、前記第一の液体を堰き止める堰き止め部と、
第二の液体を前記堰き止め部に導く第二の流路と、
を備え、
前記第一の流路から前記第二の流路への前記第一の液体の通過を制御することを特徴とする制御構造。
【請求項２】
第一の流路と、
第二の流路と、
これらの流路に連通する連通部と、
前記連通部に設けられ、第一の流路から第二の流路への第一の液体の流動を堰き止める堰き止め部と、を備え、
前記堰き止め部は；
第二の流路に液体が存在しないとき、前記第一の流路から前記第二の流路への前記第一の液体の通過を制限し、
第二の流路に液体が存在するとき、前記第一の流路と前記第二の流路との間の液体の流通を許容する
ことを特徴とする制御構造。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の制御構造において、
前記第一の流路と、前記第二の流路とは、前記堰き止め部の近傍の領域で互いに並行することを特徴とする制御構造。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項いずれかに記載の制御構造において、
前記第一の流路および前記第二の流路は、単一の基板上に形成されている流路溝であることを特徴とする制御構造。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第４項いずれかに記載の制御構造において、
前記堰き止め部は、前記第一の液体に対する疎液性が前記第一の流路よりも高い領域を備えることを特徴とする制御構造。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項いずれかに記載の制御構造において、
前記堰き止め部は、前記第一の流路の単位体積あたり表面積よりも大きい単位体積あたり表面積を有することを特徴とする制御構造。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項いずれかに記載の制御構造において、
前記堰き止め部は、前記第一の流路と前記第二の流路とを隔てる隔壁に設けられた複数の連通流路からなることを特徴とする制御構造。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項いずれかに記載の制御構造において、
前記堰き止め部は、多孔質体を備えることを特徴とする制御構造。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第８項いずれかに記載の制御構造において、
前記堰き止め部は、単数または複数の突起部を備えることを特徴とする制御構造。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項いずれかに記載の制御構造において、
前記第一の流路は、外部雰囲気と連通する第一の開口部を備え、
前記第二の流路は、外部雰囲気と連通する第二の開口部を備えることを特徴とする制御構造。
【請求項１１】
試料液中の特定物質を分離する分離部と、
請求の範囲第１項乃至第１０項いずれかに記載の制御構造と、
前記試料液の導入部と、
洗浄液の導入部と、
前記特定物質の脱離液の導入部と、
を備え、
前記制御構造は、前記分離部と前記第一の流路を介して連通し、
前記試料液の導入部および前記洗浄液の導入部は、前記第一の流路に、前記制御構造と前記分離部との間で連通し、
前記脱離液の導入部は、前記制御構造に前記第二の流路を介して連通することを特徴とする分離装置。
【請求項１２】
第一の組成液が流れる順流路と、
前記順流路と並行し、第二の組成液が流れる逆流路と、
前記順流路に連通し、前記第一の組成液の原液を前記順流路に導入する第一の導入部と、
前記順流路の下流側において前記逆流路に連通し、前記第二の組成液の原液を前記逆流路に導入する第二の導入部と、
前記順流路と前記逆流路とを隔て、前記第一の組成液または前記第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な隔壁と、
を備えることを特徴とするグラディエント形成装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１２項に記載のグラディエント形成装置において、
前記順流路および前記逆流路は、単一の基板上に形成されている流路溝であることを特徴とするグラディエント形成装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１２項または第１３項に記載のグラディエント形成装置において、
前記隔壁は、前記順流路および前記逆流路に連通する複数の流路を備えることを特徴とするグラディエント形成装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１２項または第１３項に記載のグラディエント形成装置において、
前記隔壁は、少なくとも前記特定成分を透過させる膜からなることを特徴とするグラディエント形成装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１２項乃至第１５項いずれかに記載のグラディエント形成装置において、
前記逆流路の前記隔壁と接する領域の下流側に設けられた、前記第二の組成液を堰き止める堰き止め部と、前記堰き止め部またはその下流側の箇所で前逆流路に連通し、前記第一の導入部またはその下流側の箇所で前記順流路と連通し、前記堰き止め部へ前記第一の組成液を導くトリガー流路と、を備える液体スイッチをさらに備えることを特徴とするグラディエント形成装置。
【請求項１７】
基板と、前記基板上に形成されている請求の範囲第１１項に記載の分離装置と、前記基板上に形成されているグラディエント形成装置と、を備え、
前記グラディエント形成装置は；
第一の組成液が流れる順流路と、
前記順流路と並行し、第二の組成液が流れる逆流路と、
前記順流路に連通し、前記第一の組成液の原液を前記順流路に導入する第一の導入部と、
前記順流路の下流側において前記逆流路に連通し、前記第二の組成液の原液を前記逆流路に導入する第二の導入部と、
前記順流路と前記逆流路とを隔て、前記第一の組成液または前記第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な隔壁と、
を備え、
前記グラディエント液採取部は；
前記分離装置に含まれる前記脱離液の導入部と連通することを特徴とするマイクロチップ。
【請求項１８】
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、
前記分離手段は、請求の範囲第１７項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】
【０００１】
本発明は、制御構造、分離装置およびグラディエント形成装置ならびにそれらを用いるマイクロチップなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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。マイクロ化学分析によれば、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。【０００３】
このような分析を可能とする技術として、マイクロチップを活用する技術がある。この技術において、アフィニティークロマトグラフィーの技術を導入する試みが提案されている（特許文献１）。この装置においては、流路中にビーズ等を担体とする親和性吸着体の充填領域が設けられており、流路に目的成分を含む試料を流すと、目的成分が親和性吸着体に吸着されるようになっている。【０００４】
このような構成では、目的の物質を親和性吸着体に吸着させた後、親和性吸着体から脱着させて回収する必要があるが、この際に高濃度の塩溶液や有機溶媒の濃度が経時的に変化するいわゆるグラディエント液を用いる場合がある。【０００５】
図１０は、通常のサイズのカラムによるクロマトグラフィーのためにグラディエント形成を行う従来のグラディエント形成装置を示す概略図である。【０００６】
マイクロチップにおけるカラムクロマトグラフィーのために、グラディエント液を形成する必要がある場合、従来技術を用いると、以下のような構成からなる外付け装置が必要であった。【０００７】
例えば、図１０（Ａ）に示すように、第一の容器３０４ＡにＡ溶液３０２Ａを用意し、第二の容器３０４ＢにＢ溶液３０２Ｂを用意する必要がある。そして、Ａ溶液の流路３０６Ａに設けられたＡ溶液の可変ポンプ３０８ＡによりＡ溶液を供給し、Ｂ溶液の流路３０６Ｂに設けられたＢ溶液の可変ポンプ３０８ＢによりＢ溶液を供給し、混合溶液を形成する。そして、その混合溶液を流路３１２によりマイクロチップに供給する。【０００８】
そして、図１０（Ｂ）に示すように、Ａ液側とＢ液側のポンプの流量を調節することで、特定物質の濃度の経時的なグラディエントを有する混合溶液をマイクロチップに供給することができるようになる。
【特許文献１】特開２００２−５０２５９７号公報
【発明の開示】
【０００９】
ところで、マイクロチップ上で分析を行うためには、装置全体の小型化が必要となる。しかしながら、図１０に示したように、ポンプなどの外付け構成を用いると、装置全体の小型化が困難である。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、微細なスケールでの試料溶液の分析を可能とするようなマイクロチップを実現する技術、例えば分離装置、およびこれに適用される流体の制御構造、グラディエント形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明によれば、第一の液体の通る第一の流路と、第一の流路に連通し、第一の液体を堰き止める堰き止め部と、第二の液体を堰き止め部に導く第二の流路と、を備え、第一の流路から第二の流路への第一の液体の通過を制御する制御構造が提供される。
【００１２】
このような構成によれば、第一の液体を堰き止める堰き止め部を備えるため、第二の流路内に液体が存在しない場合には、第一の流路から第二の流路への第一の液体の通過が堰き止め部により堰き止められる。その結果、この第二の流路内に液体を導入するか否かにより制御構造の開閉を制御することができ、微細なスケールで液体の通過を制御する制御構造を実現することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、第一の流路と、第二の流路と、これらの流路に連通する連通部と、連通部に設けられ、第一の流路から第二の流路への第一の液体の流動を堰き止める堰き止め部と、を備え、堰き止め部は、第二の流路に液体が存在しないとき、第一の流路から第二の流路への第一の液体の通過を制限し、第二の流路に液体が存在するとき、第一の流路と第二の流路との間の液体の流通を許容する制御構造が提供される。
【００１４】
このような構成によれば、第二の流路に液体が存在しないとき、第一の流路から第二の流路への第一の液体の通過を制限し、第二の流路に液体が存在するとき、第一の流路と第二の流路との間の液体の流通を許容するので、第二の流路内に液体を導入するか否かにより制御構造の開閉を制御することができ、微細なスケールで液体の通過を制御する制御構造を実現することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、第一の組成液が流れる順流路と、順流路と並行し、第二の組成液が流れる逆流路と、順流路に連通し、第一の組成液の原液を順流路に導入する第一の導入部と、順流路の下流側において逆流路に連通し、第二の組成液の原液を逆流路に導入する第二の導入部と、順流路と逆流路とを隔て、第一の組成液または第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な隔壁と、順流路の下流側において順流路に連通し、特定成分が濃度勾配を示す第一の組成液を採取するグラディエント液採取部と、を備えるグラディエント形成装置が提供される。
【００１６】
このような構成によれば、順流路と逆流路とを隔て、第一の組成液または第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な隔壁が設けられているため、第一の組成液と第二の組成液とが対向流を形成しながら混合することとなる。その結果、微細なスケールでグラディエント液を作成するグラディエント形成装置を実現することができる。
【００１７】
本明細書において、グラディエント形成装置とは、２種類以上の組成の液体を混合することにより、濃度勾配（グラディエント）を有する液体を形成する装置を意味する。２種類以上の液体としては、特に限定する趣旨ではないが、塩溶液とバッファー溶液との組合せなどがあり得る。
【００１８】
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。
【００１９】
また、本発明の制御構造を、その制御構造を用いる装置または分離装置、その分離装置の洗浄方法またはその分離装置を用いる特定物質の分離方法などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００２０】
さらに、本発明のグラディエント形成装置を、そのグラディエント形成装置を用いるグラディエント形成方法などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００２１】
そして、本発明の制御構造およびグラディエント形成装置を、それらを組み合わせた装置またはマイクロチップ、そのマイクロチップを用いる特定物質の分離方法または質量分析システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【００２２】
本発明によれば、微細なスケールでの試料溶液の分析を可能とするようなマイクロチップを実現する技術、例えば分離装置、およびこれに適用される流体の制御構造、グラディエント形成装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
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。【００２４】
【図１】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の制御構造の要部を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の制御構造の構成を別の角度から示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の制御構造の構成の斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態の制御構造に備わる柱状体の表面の構成を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す部分断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の制御構造の製造途中の断面図である。
【図９】本発明の一実施形態の制御構造を備える分離装置を示す図である。
【図１０】通常のサイズのカラムによるクロマトグラフィーのためにグラディエント形成を行う従来のグラディエント形成装置の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置を示す概略図である。
【図１２】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す拡大平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置によるグラディエント形成の様子を示す概念図である。
【図１５】本発明の一実施形態のマイクロチップを示す概略図である。
【図１６】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す部分断面図である。
【図１７】本発明の一実施形態の制御構造の要部を示す部分平面図である。
【図１８】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す部分概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す部分断面図である。
【図２０】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の断面図である。
【図２１】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の平面図である。
【図２２】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す概略図である。
【図２３】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す概略図である。
【図２４】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の順流路および逆流路の構成を示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の順流路および逆流路の構成を示す図である。
【図２６】本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す平面図である。
【図２７】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す概略図である。
【図２８】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる液体スイッチの構成を示す平面図である。
【図２９】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる遅延装置を示す平面図である。
【図３０】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる遅延装置を示す平面図である。
【図３１】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる分注装置を示す平面図である。
【図３２】本発明の一実施形態のグラディエント形成装置と遅延装置とを組み合わせた構造を示す平面図である。
【図３３】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いるタイミング調整装置を示す平面図である。
【図３４】本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いるタイミング調整装置を示す平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による制御構造において、第一の流路と、第二の流路とは、堰き止め部の近傍の領域で互いに並行してもよい。また、第一の流路および第二の流路は、単一の基板上に形成されている流路溝であってもよい。【００２６】
堰き止め部は、第一の液体に対する疎液性が第一の流路よりも高い領域を備えてもよい。堰き止め部は、第一の流路の単位体積あたり表面積よりも大きい単位体積あたり表面積を有してもよい。堰き止め部は、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁に設けられた複数の連通流路からなってもよい。堰き止め部は、多孔質体を備えてもよい。堰き止め部は、単数または複数の突起部を備えてもよい。【００２７】
第一の流路は、外部雰囲気と連通する第一の開口部を備え、第二の流路は、外部雰囲気と連通する第二の開口部を備えてもよい。
本発明による装置は、上記の制御構造を備える装置である。【００２８】
本発明による分離装置は、試料液中の特定物質を分離する分離部と、上記の制御構造と、試料液の導入部と、洗浄液の導入部と、特定物質の脱離液の導入部と、を備える分離装置である。この制御構造は、分離部と前記第一の流路を介して連通する。この試料液の導入部および洗浄液の導入部は、第一の流路に、制御構造と分離部との間で連通する。この脱離液の導入部は、制御構造に第二の流路を介して連通する。【００２９】
また、この分離装置の洗浄方法は、洗浄液の導入部に洗浄液を導入し、第一の流路に洗浄液を流入させ、分離部を前記洗浄液で洗浄するステップを備える洗浄方法である。【００３０】
また、この分離装置による特定物質の分離方法は、試料液の導入部に試料液を導入し、第一の流路に試料液を流入させ、分離部に特定物質を取り込ませるステップと、洗浄液の導入部に洗浄液を導入し、第一の流路に洗浄液を流入させ、分離部を洗浄液で洗浄するステップと、脱離液の導入部に脱離液を導入し、第二の流路および制御構造を介して脱離液を第一の流路に流入させ、特定物質を分離部から脱離させるステップと、を備える分離方法である。【００３１】
順流路および逆流路は、単一の基板上に形成されている流路溝である構成としてもよい。隔壁は、順流路および逆流路に連通する複数の流路を備える構成としてもよい。隔壁は、少なくとも特定成分を透過させる膜からなる構成としてもよい。【００３２】
本発明によるグラディエント形成装置は、逆流路の隔壁と接する領域の下流側に設けられた、第二の組成液を堰き止める堰き止め部と、堰き止め部またはその下流側の箇所で逆流路に連通し、第一の導入部またはその下流側の箇所で順流路と連通し、堰き止め部へ第一の組成液を導くトリガー流路と、を備える液体スイッチをさらに備えてもよい。【００３３】
このようなグラディエント形成装置によるグラディエント形成方法は、第二の導入部に、第二の組成液の原液を導入するステップと、第一の導入部に、第一の組成液の原液を導入するステップと、グラディエント液採取部より、特定成分が濃度勾配を示す第一の組成液を採取するステップと、を備えるグラディエント形成方法である。【００３４】
本発明によるマイクロチップは、基板と、基板上に形成されている上記の分離装置と、基板上に形成されているグラディエント形成装置と、を備えるマイクロチップである。グラディエント形成装置は、第一の組成液が流れる順流路と、順流路と並行し、第二の組成液が流れる逆流路と、順流路に連通し、第一の組成液の原液を順流路に導入する第一の導入部と、順流路の下流側において逆流路に連通し、第二の組成液の原液を逆流路に導入する第二の導入部と、順流路と逆流路とを隔て、第一の組成液または第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な隔壁と、順流路の下流側において順流路に連通し、特定成分が濃度勾配を示す第一の組成液を採取するグラディエント液採取部と、を備える。グラディエント液採取部は、分離装置に含まれる脱離液の導入部と連通する。【００３５】
このマイクロチップによる特定物質の分離方法は、試料液の導入部に試料液を導入し、第一の流路に試料液を流入させ、分離部に特定物質を取り込ませるステップと、洗浄液の導入部に洗浄液を導入し、第一の流路に洗浄液を流入させ、分離部を洗浄液で洗浄するステップと、第二の導入部に、第二の組成液の原液を導入するステップと、第一の導入部に、第一の組成液の原液を導入するステップと、グラディエント液採取部より、特定成分が濃度勾配を示す第一の組成液からなる脱離液を得るステップと、脱離液の導入部に脱離液を導入し、第二の流路および制御構造を介して脱離液を第一の流路に流入させ、特定物質を分離部から脱離させるステップと、を備える分離方法である。【００３６】
本発明による質量分析システムは、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、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、を備える質量分析システムである。この分離手段は、上記のマイクロチップを含む。【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、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。【００３８】
本明細書において、特に断りがない限り、導入される液体は水溶液に限定されず、有機溶媒や、有機溶媒と水溶液との混合溶液、あるいは微小な粒子が分散した液体なども含むものとする。【００３９】
また、上述した制御構造またはグラディエント形成装置は、流路が基板に設けられた溝によって実現される構成とすることができる。基板表面に作り込まれた溝を流路とすることにより、上述した制御構造またはグラディエント形成装置は、以下の作用効果を奏する。【００４０】
第一に、流路のサイズ（幅、深さ）を所望の値に制御性良く作製することができる。このため、精度の高い液体の通過の制御または好適なグラディエントの形成が実現できる。【００４１】
第二に、流路間に設けられた隔壁の開口部の断面形状などを所望の形状に制御性良く加工することができる。たとえば、非常に微細な細孔を多数備える隔壁を形成することができる。また、逆洗浄のしやすい形状の開口部を備える隔壁とすることができる。【００４２】
第三に、製造安定性、量産性に優れる制御構造またはグラディエント形成装置とすることができる。上記構成は、基板としてガラスやシリコン等を用いる場合、ドライエッチングまたはウェットエッチングを利用して作製することができる。【００４３】
また、熱可塑性樹脂により基板を構成する場合、射出成型により作製することができる。さらに熱硬化性樹脂により基板を構成する場合、所定の凹凸表面を有する金型を当接させた状態で加圧することによって形成することができる。【００４４】
また、上述した制御構造を備える分離装置およびグラディエント形成装置は、同一の基板上に設けられた構成とすることができる。このような構成とすることにより、いったんアフィニティーカラムなどで吸着などされた試料に対してグラディエント溶液による脱離などを行うことができ、複数のステップからなる処理を連続的に実行することができる。このため、従来複数の装置を要していた分離処理を一つの装置で実行することが可能となり、分離処理の効率を顕著に向上させることができる。【００４５】
なお、以下の各実施形態では基板として石英基板を用いるが、他の基板材料として、プラスチック材料、シリコン等を用いてもよい。プラスチック材料として、例えばシリコン樹脂、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が挙げられる。このような材料は成形加工が容易であり、製造コストを抑えることができる。【００４６】
また、以下の各実施形態では基板として石英基板を用いる場合は、マイクロチップの流路やリザーバ等の部分を形成する方法としては、フォトリソグラフィおよびエッチングを組み合わせた方法が挙げられるが、基板材料としてプラスチック材料を用いた場合は、射出成形、ホットエンボシング等の方法を採用することができる。【００４７】
また、以下の実施形態では毛細管力により流路内を液体が進行する装置を例に挙げて説明するが、ポンプや電界、引力等の外力を利用して液体を進行させる構成とすることもできる。【００４８】
さらに、本明細書において、「選択的に吸着または結合する」とは、被検物質のみが検出物質と吸着または結合し、試料中に含まれる他の物質は吸着または結合しないことをいう。吸着または結合の様式に制限はなく、物理的な相互作用であっても、化学的な相互作用であってもよい。また、選択的な吸着または結合のことを、以下適宜「特異的相互作用」と呼ぶ。
(実施形態１)
図１は、本実施形態の制御構造の構成を示す平面図である。【００４９】
本実施形態の制御構造は、第一の液体の通る第一の流路１０１と、第一の流路１０１に連通し、第一の液体を堰き止める堰き止め部１０４と、第二の液体を堰き止め部１０４に導く第二の流路１０２と、を備え、第一の流路１０１から第二の流路１０２への第一の液体の通過を制御する制御構造である。【００５０】
ここで、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とは、図１に示すように、堰き止め部１０４の近傍の領域で互いに並行する構成としている。すなわち、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とは、各々の流路の側部で堰き止め部１０４と連通する構成である。【００５１】
また、この第一の流路１０１は、図１（Ａ）に示すように、外部雰囲気と連通する第一の開口部１０６ａを備え、この第二の流路１０２は、外部雰囲気と連通する第二の開口部１０６ｂを備える。これらの開口部は、それぞれふたを備えてもよく、これらのふたは疎水性の材料から成っても良い。【００５２】
図１（Ａ）は、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とが、互いに略反対の方向から伸びてきて堰き止め部１０４の近傍で並行となる構成において、第一の流路１０１中を堰き止め部１０４に向かって第一の液体を導入した場合の模式図である。このとき、第一の液体の進行方向にある第二の流路１０２には、液体は導入されていない。【００５３】
このような制御構造を設けることにより、第一の液体の流れを一方通行にすることができる。この一方通行の向きは、進行方向側の第二の流路１０２内に溶液が存在するかどうかできまる。すなわち、空気穴を有する第一の開口部１０６ａがあるので、毛細管効果で第一の液体は第一の流路１０１の先端まで進むが、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４の効果で第二の流路１０２に進入することなく停止してしまう。すなわち、図１（Ａ）は、本実施形態の制御構造のいわゆる閉状態を示す。【００５４】
ここで、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４は、構成上単位体積あたり表面積が第一の流路１０１よりも大きくなっている。この単位体積あたり表面積の差により堰き止め効果の実現には、単位体積あたり表面積が大きい方が、濡れ性が向上することが利用されている。すなわち、「ぬれ技術ハンドブック（石井淑夫，小石真純，角田光雄編，株式会社テクノシステムズ，２５頁〜３１頁，２００１年）」によれば、単位体積あたり表面積が大きい領域（「粗面領域」という）では、平坦な表面領域（「平滑領域」という）と比較して、親水性および疎水性の両方の度合いが拡大する。例えば、親水性の表面上で、このような単位体積あたり表面積に差を設けた場合、粗面領域では平滑領域よりも親水性が増し、水の接触角が小さくなる。また、疎水性の表面上については、この逆の傾向を示すことになる。その結果、水性液体が粗面領域から平滑領域へと進行する場合にあっては、粗面領域と平滑領域との境目では水性液体はむしろ粗面領域へと引き戻されて停止し、この部分が堰き止め部となる。液面自体は、平滑領域に面しているので、水性液体が堰き止め部の反対側に設けられた流路、例えばトリガー流路から平滑領域に水性液体が進行してくると、液面同士が融合し、液面が粗面領域と平滑領域との境目を越える。その結果、堰き止め効果が失われ、両流路は開通する。【００５５】
また、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４は第一の液体に対する疎液性の表面を備えていてもよい。これは、親水性の表面と疎水性の表面との水の接触角の違いを利用している。すなわち、親水性の表面からなる流路を進んできた第一の液体としての水性液体の液面は、疎水性の表面との境目に到達すると、前記の場合と同様に、接触角が小さい親水性の領域へと引き戻されて停止し、この部分が堰き止め部となる。堰き止め部において疎水性の領域が形成されていない部分では、液面が疎水性の領域よりも先にせり出した状態で停止しているので、堰き止め部の反対側に設けられた流路、例えばトリガー流路から疎水性の領域に水性溶液が進行してくると、液面同士が融合し、液面を疎水性の領域を越える。その結果、堰き止め効果が失われ、両流路は開通する。【００５６】
図１（Ｂ）では、あらかじめ進行方向である第二の流路１０２内に第二の液体が導入されている。このとき第一の流路１０１の左側から第一の液体を導入すると、毛細管効果で第一の流路１０１の先端まで進んだ第一の液体は、前述のように堰き止め部１０４の複数の連通流路からしみ出し、その反対側に存在する第二の流体と融合して第二の流路１０２へと進入する。なお、第一の液体に加わる通過圧力などの駆動力は、第二の液体に加わる駆動力よりも大きいものとする。この駆動力差は、第一の流路側の液溜めの水位を第二の流路の水位、あるいは第二の流路側の液溜めの水位よりも高くなるように液体を導入することで実現できる。すなわち、図１（Ｂ）は、本実施形態の制御構造のいわゆる開状態を示す。このような構成を備えることにより、ポンプや電界等の外力印加手段を有さなくても、毛細管効果による力により流路内を第一の液体および第二の液体が進行していく。【００５７】
この一方通行効果を利用することで、第一の液体の逆流を抑制し、混合が不要な溶液同士の混合を抑制することができる。そのため、後述するように、この制御構造１０４を用いることで、アフィニティーカラムの洗浄などの際に洗浄液が逆流しないようにすることができる。【００５８】
ここで、本実施形態の制御構造１０４においては、第一の流路１０１および第二の流路１０２を流路溝として形成したマイクロチップとすることもできる。例えば、本実施形態の制御構造１０４は、石英基板表面に溝部からなる流路および適当な構成を備える堰き止め部１０４を形成することにより作製することができる。なお、一般に石英基板の表面は親水性であるので、この溝部内壁は親水性表面となっている。【００５９】
このような構成を備えることにより、本実施形態の制御構造１０４をオンチップで他の装置などと一緒に作り込むことができる。そのため、本実施形態の制御構造およびそれを用いる装置を小型化することができる。また、半導体装置の技術分野などで利用されている微細加工技術を応用することにより、微細な構造からなる制御構造を精度よく作製することができる。【００６０】
このとき、この第二の流路１０２は、毛細管効果による力などの第二の液体に加わる駆動力により、第二の液体を堰き止め部１０４に導入する構成を備えることができる。このような構成とすることにより、第二の流路１０２内に第二の液体が存在する場合には、駆動力により第二の液体が堰き止め部１０４に導入されて第一の液体と互いに接触して、液体は制御構造を通過するようになる。【００６１】
ここで、駆動力とは、第一の液体または第二の液体を、堰き止め部１０４を通過して反対側の流路内に進入させる方向にかかる力を意味する。例えば、毛細管効果による力が挙げられるが、これに限定されず、流路の後部の液体槽に溜まる液体からの圧力や、流路が傾いていることにより加わる重力による圧力や、機械的あるいは電気的装置により流路内の液体に加わる圧力などであってもよい。【００６２】
このとき、第一の液体と第二の液体とは、同じ液体であってもよく、液面どうしが融合する性質のものであれば異なる液体であってもよい。たとえば、互いに水溶液であってもよく、互いに有機溶媒であってもよく、一方は水溶液で他方は有機溶媒であってもよい。【００６３】
また、第一の液体と第二の液体とが互いに接触する場合、第一の液体に加わる駆動力の方が大きければ、第一の液体が堰き止め部１０４を通過して第二の流路１０２内に進入する。反対に、第二の液体に加わる駆動力の方が大きければ、第二の液体が堰き止め部１０４を通過して第一の流路１０１内に進入する。それぞれの液体の駆動力の大小を調節することで、前述のような液体流れの方向性を制御することができる。【００６４】
さらに、上記の第一の流路１０１または第二の流路１０２は、流路内の親水性の程度や流路径等を適宜に調整することによって、制御構造１０４への進行方向の駆動力を調整することができるため、流路内の液体の進行速度を調整することができる。これにより、制御構造１０４の開閉速度を調整することができる。【００６５】
なお、これらの流路の上面を被覆部材により被覆してもよい。流路の上面に被覆部材を設けることにより、試料液体の乾燥が抑制される。また、試料中の成分がタンパク質等高次構造を有する物質である場合、表面が親水性の被覆部材を用いて流路内を密閉することにより、気液界面においてこの成分が不可逆的に変性することが抑制される。【００６６】
ここで、この堰き止め部１０４は、第一の液体を堰き止めることのできる構成であれば、特に限定されず、任意の構成をとることができるが、例えば、この堰き止め部１０４は、第一の液体に対する疎液性が第一の流路１０１よりも高い領域を備える構成とすることができる。【００６７】
このような構成により、堰き止め部１０４において第一の液体を第二の流路１０２内に進入を抑制する方向の毛細管力を、第一の液体を堰き止め部１０４を超えて第二の流路１０２内に進入させようとする駆動力より大きくすることができ、堰き止め部１０４により第一の液体を堰き止めることができる。【００６８】
一方、第二の流路１０２内に液体が存在する場合には、第二の液体と第一の液体とが互いに接触することにより、堰き止め部１０４における第一の液体を第二の流路１０２内に進入を抑制する方向の駆動力がいずれも消失または著しく減殺することとなるか、あるいは第二の液体に加わる駆動力により相殺されるので、第一の液体は第一の液体に加わる駆動力により第二の流路１０２内に進入する。【００６９】
よって、このような構成により、この第二の流路１０２内に第二の液体を導入するか否かにより制御構造の開閉を制御することができ、微細なスケールで液体の通過を制御する制御構造を実現することができる。【００７０】
この堰き止め部１０４は、具体的には、図１（Ｃ）に示すように、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁１１０４に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４とすることができる。なお、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）における堰き止め部１０４周辺の領域１００の拡大図である。【００７１】
ここで、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁１１０４に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４は、構成上単位体積あたり表面積が第一の流路１０１よりも大きくなっている。また、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁１１０４に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４は第一の液体に対する疎液性の表面を備えていてもよい。いずれの場合も、第一の液体を第一の流路１０１方向に押し戻す方向に働く毛細管効果による力が大きくなる。なお、このような第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁１１０４に設けられた複数の連通流路からなる堰き止め部１０４は、いわゆる濾過フィルタとしても機能し得る構成である。【００７２】
このような構成とすることにより、第二の流路１０２内に第二の液体が存在しない場合には、堰き止め部１０４で第一の液体を堰き止めやすくなる。また、第二の流路１０２内に第二の液体が存在する場合には、堰き止め部１０４の断面積を比較的大きくすることができる。その結果、第一の液体が比較的スムーズに堰き止め部１０４を通過して第二の流路１０２内に進入しやすく、制御構造を通過する第一の液体の流量を比較的大きくできる。【００７３】
また、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、互いに略反対の方向から伸びてきて堰き止め部１０４の近傍で並行となるようにする。この場合、第二の流路１０２内に第二の液体が存在する場合には、第一の液体の進行方向が、第一の流路１０１内と第二の流路１０２内とで略同一方向となる。その結果、第一の液体が比較的スムーズに堰き止め部１０４を通過して第二の流路１０２内に進入しやすく、制御構造を通過する第一の液体の流量を比較的大きくできる。【００７４】
もっとも、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とは、互いに略同一の方向から伸びてきて堰き止め部１０４の近傍で並行となってもよい。あるいは、互いに略直交する方向から伸びてきて堰き止め部１０４を介して交差してもよい。交差の形は、図１（Ｄ）に示すように、三方交差であってもよいし、あるいは四方交差であってもよい。また、互いに略反対の方向から伸びてきて堰き止め部１０４を介して突き合うこととなってもよい。【００７５】
すなわち、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とは、堰き止め部１０４を介して連通すればよく、その伸張方向は特に限定されるものではない。どのような伸張方向または接触形状の組合せであっても、本実施形態の構成の制御構造を採用すれば、堰き止め部１０４で第一の液体の通過を制御することができる。
(実施形態２)
図７は、本実施形態の制御構造の構成を示す部分断面図である。【００７６】
本実施形態は、図１に示す構成からなる制御構造と基本的には同じ構成であるが、堰き止め部１０４において、第一の液体に対する疎液性が第一の流路よりも高い疎液性ふたを備える点で構成が異なる。なお、堰き止め部１０４以外の、第一の流路１０１および第二の流路１０２は、ともに親液性ふたを備えている。【００７７】
このような構成により、第一の液体を堰き止め部１０４から押し戻す方向に働く毛細管効果による力が大きくなる。すなわち、第一の液体の堰き止め部１０４の通過に要する圧力が大きくなる。そのため、第二の流路１０２に液体が存在しない場合には、第一の液体は前述した堰き止め部１０４内部の液面の表面張力により押し戻され、堰き止め部１０４の途中で停止する。その結果、堰き止め部１０４にて第一の液体を堰き止めることができる。【００７８】
なお、この場合、第一の液体が水溶液である場合には、上記の疎液性ふたは、その水溶液に対する疎水性が第一の流路よりも高い疎水性ふたとすることができる。【００７９】
このような構成を作製するには、まず、石英基板表面の第一の流路１０１、第二の流路１０２、および堰き止め部１０４に相当する箇所に溝部を形成することにより作製することができる。石英基板を用いるため溝部内部は親水性表面となっている。疎水領域を含む堰き止め部１０４は、石英ガラス表面を有する蓋部を疎水処理することなどにより得られる。【００８０】
この場合の疎水処理は、分子中に、基板材料と吸着ないし化学結合するユニットと、疎水性修飾基を有するユニットとを併せ持つ構造の化合物を、基板表面に付着ないし結合させること等により実現される。こうした化合物として、例えばシランカップリング剤等を用いることができる。疎水基を有するシランカップリング剤として好ましいものは、ヘキサメチルジシラザン等のシラザン結合基を有するものや、３−チオールプロピルトリエトキシシラン等のチオール基を有するものが挙げられる。【００８１】
堰き止め部の疎水性を適度に制御するためには、疎水処理をする材料の選択、量の適正化などがあるが、この他、流路の構造を好適に設計することによっても可能である。あるいは複数の疎水領域を略等間隔で規則的に配置することにより、疎水／親水パターンを形成することによって疎水性を制御することもできる。【００８２】
カップリング剤液等の塗布方法としては、スピンコート法、スプレー法、ディップ法、気相法等が用いられる。スピンコート法とは、カップリング剤等、結合層の構成材料を溶解または分散させた液をスピンコーターにより塗布する方法である。この方法によれば膜厚制御性が良好となる。また、スプレー法とはカップリング剤液等を基板に向けてスプレー噴霧する方法であり、ディップ法とは基板をカップリング剤液等に浸漬する方法である。これらの方法によれば、特殊な装置を必要とせず、簡便な工程で膜を形成することができる。また気相法とは、基板を必要に応じて加熱し、ここにカップリング剤液等の蒸気を流動させる方法である。この方法によっても膜厚の薄い膜を膜厚制御性良く形成することができる。このうち、シランカップリング剤溶液をスピンコートする方法が好ましく用いられる。優れた密着性が安定的に得られる。【００８３】
この際、溶液中のシランカップリング剤濃度は、好ましくは０．０１〜５ｖ／ｖ％、より好ましくは０．０５〜１ｖ／ｖ％とする。シランカップリング剤溶液の溶媒としては、純水；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール；酢酸エチル等のエステル類等を単独または２種以上を混合して使用できる。このうち、純水で希釈したエタノール、メタノール、および酢酸エチルが好ましい。密着性の向上効果が特に顕著となる。【００８４】
カップリング剤液等を塗布した後は、乾燥を行う。乾燥温度は特に制限はないが、通常、室温（２５℃）〜１７０℃の範囲で行う。乾燥時間は、温度にもよるが、通常は０．５〜２４時間とする。乾燥は空気中で行ってもよいが、窒素等の不活性ガス中で乾燥させてもよい。例えば、窒素を基板に吹き付けながら乾燥させる窒素ブロー法を用いることもできる。【００８５】
また、カップリング剤膜の作製方法として、“Nature, vol. 403, 13, January(2000年)”に記載されているように、ＬＢ膜引上げ法により基板全面にシランカップリング剤からなる膜を形成し、親水性／疎水性のマイクロパターンを形成することができる。
さらに、この疎水性処理はスタンプやインクジェットなどの印刷技術を用いて行うこともできる。【００８６】
スタンプによる方法では、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）樹脂を用いる。ＰＤＭＳ樹脂はシリコーンオイルを重合して樹脂化するが、樹脂化した後も分子間隙にシリコーンオイルが充填された状態となっている。そのため、ＰＤＭＳ樹脂を親水性の表面、例えば、ガラス表面に接触させると、接触した部分が強い疎水性となり水をはじく。これを利用して、流路部分に対応する位置に凹部を形成したＰＤＭＳブロックをスタンプとして、親水性の基板に接触させることにより、上記の疎水性処理による流路に設けられた堰き止め部が簡単に製造できる。【００８７】
インクジェットプリントによる方法では、粘調性が低いタイプのシリコーンオイルをインクジェットプリントのインクとして用い、流路の堰き止め部に相当する壁部分にシリコーンオイルが付着するようなパターンに印刷することによっても同じ効果が得られる。
(実施形態３)
図１６（ａ），（ｂ）は、本実施形態の制御構造の構成を示す部分断面図である。【００８８】
本実施形態は、図１に示す構成からなる制御構造と基本的には同じ構成であるが、堰き止め部１０４が、第一の流路と第二の流路とを隔てる隔壁１１０４に設けられた複数の連通流路を備え、さらに第一の液体に対する疎液性が第一の流路よりも高い疎液性ふた１８０を備える点で構成が異なる。【００８９】
なお、図１６には示さないが、堰き止め部１０４以外の、第一の流路１０１および第二の流路１０２は、ともに親液性ふたを備えている。また、第一の流路１０１および第二の流路１０２が形成されている基板１６６の表面も親液性である。【００９０】
このような構成により、前述と同様に、第一の液体は、第二の流路１０２に液体が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【００９１】
なお、この場合、第一の液体が水溶液である場合には、上記の疎液性ふたは、その水溶液に対する疎水性が第一の流路よりも高い疎水性ふたとすることができる。また、第一の流路１０１および第二の流路１０２が形成されている基板１６６の表面も親水性とすることができる。
図１７は、本実施形態の制御構造の要部の一例を示す部分平面図である。【００９２】
親水性の材料からなる被覆（ふた）を使用する場合、図１６（ａ）のように、第一の流路１０１に水溶液を導入すると、隔壁１１０４に設けられた開口部が広すぎる場合などには、隔壁１１０４に設けられた多数の開口部を介して第二の流路１０２にもその水溶液が速やかに浸入してしまう場合がある。隔壁１１０４の部分でこの水溶液を堰き止めるには、この開口部を狭くすることが有効である。しかし、開口部を狭くしすぎると、制御構造が開状態となった場合に、制御構造の液体流量が少なくなってしまう場合がある。【００９３】
一方、疎水性材料からなる被覆（ふた）１８０を用いる制御構造においては、以下のような現象が生じることを本発明者らは見出した。すなわち、図１７（ｂ）において、第一の流路１０１に水溶液を導入すると、隔壁１１０４に設けられた開口部が図１７（ａ）と同程度に広い場合などにも、水溶液は第二の流路１０２に浸入することなく、第一の流路１０１に留まる。さらに、この状態で第二の流路１０２から別の水溶液などを流すと、隔壁１１０４に設けられた開口部を介して、第一の流路１０１および第二の流路１０２内の液体が接触する。その結果、制御構造が開状態となり、第一の流路１０１内の水溶液が第二の流路１０２内に浸入できるようになる。【００９４】
上記のような構成を備える制御構造によれば、制御構造の上部に疎水性の被覆１８０を備えるため（図１６（ａ））、ある程度広い開口部を多数備える隔壁１１０４によっても、第一の流路１０１内の水溶液を堰き止めることができる。その結果、開通状態になった場合には制御構造内を通過する水溶液の流量を大きくすることができる。【００９５】
この場合の疎水性の被覆１８０の材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの疎水性樹脂が例示される。また、疎水性の材料を用いた被覆１８０の他、例えば図１６（ｂ）のように、被覆１８０の表面にキシレンシラザンなどの疎水性コーティング剤により疎水性のコート層１８０ａを設けたものを被覆とすることもできる。【００９６】
ここで、上述の開口部による液体の堰き止め、あるいは通過を可能とする液体の制御を実現するためには、被覆１８０の疎水性の度合いについて、開口部の径に応じた選択をすることが有効である。【００９７】
例えば、開口部の径が５０μｍ以上と比較的大きい場合であっても、極めて疎水性の度合いが高い材料であるＰＤＭＳからなる被覆１８０を用いることで、第二の流路１０２内に水溶液がなければ、第一の流路１０１内の水溶液は堰き止められ、第二の流路１０２内に水溶液があれば、第一の流路１０１内の水溶液は第二の流路１０２内に浸入するよう水溶液の通過を制御することができる。【００９８】
しかし、開口部の径が１μｍ以下と小さい場合であっても、ＰＤＭＳからなる被覆１８０を使用することで、第二の流路１０２内に水溶液があっても、第一の流路１０１内の水溶液は第二の流路１０２内に浸入しないようにすることができる。【００９９】
一方で、この場合、被覆１８０の材料として、疎水性の度合いがＰＤＭＳよりも低いポリカーボネートを選択することで、第二の流路１０２内に水溶液があれば、第一の流路１０１内の水溶液は第二の流路１０２内に浸入することができる。
(実施形態４)
図２は、本実施形態の制御構造の構成を示す平面図である。【０１００】
本実施形態において、堰き止め部１０４は、第一の流路１０１の単位体積あたり表面積よりも大きい単位体積あたり表面積を有する構成としている。この単位体積あたり表面積の調節として、堰き止め部１０４に多孔質体やビーズを充填した例を示す。なお、このような堰き止め部１０４は、多孔質体やビーズを流路の所定適所に直接充填、接着することにより、構成することができる。【０１０１】
このような構成によっても、前述と同様に、第一の液体は、第二の流路１０２に液体が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【０１０２】
図２（ａ）は、本実施形態において、第一の流路１０１と、第二の流路１０２とが、互いに略反対の方向から伸びてきて堰き止め部１０４の近傍で並行となる構成において、第一の流路１０１中を堰き止め部１０４に向かって第一の液体を導入した場合の模式図である。このとき、第一の液体の進行方向にある第二の流路１０２には、液体は導入されていない。【０１０３】
前述したように、このような制御構造を設けることにより、第一の液体の流れを堰き止め部１０４にて止めることができる。第一の液体が第二の流路１０２へ流れるかどうかは、進行方向側の第二の流路１０２内に溶液が存在するかどうかできまる。すなわち、図２（ａ）は、本実施形態の制御構造のいわゆる閉状態を示し、図２（Ｂ）は、本実施形態の制御構造のいわゆる開状態を示す。【０１０４】
このような構成においても、前述と同様に、第一の液体の逆流を抑制し、混合が不要な溶液同士の混合を抑制することができる。そのため、後述するように、この制御構造１０４を用いることで、アフィニティーカラムの洗浄などの際に洗浄液の逆流を抑制することができる。
(実施形態５)
図３は、本実施形態の制御構造の要部を示す平面図である。【０１０５】
本実施形態において、堰き止め部１０４は、単数または複数の突起部を備える構成とする。この堰き止め部１０４は、具体的には、複数の柱状体が設けられた構成、互いに離間して配置された複数の突起部を備える構成などからなる堰き止め部１０４に備わる構成とする。なお、図３では、多数の柱状体が設けられた構成の例示として、流路を構成する外壁４１０１と、柱状体４１０５と、が図示されている。
図４（ａ），（ｂ）は、それぞれ本実施形態の制御構造の構成を別の角度から示す図である。【０１０６】
図４（ａ）には、流路を構成する外壁４１０１と、柱状体４１０５と、第一の流路１０１と、第二の流路１０２と、堰き止め部１０４内に設けられた柱状体４１０５の集合部位４１０７と、が平面図として図示されている。【０１０７】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す制御構造のＡ−Ａ’線における断面図である。流路を構成する外壁４１０１と、柱状体４１０５と、堰き止め部１０４内に設けられた柱状体４１０５の集合部位４１０７と、が図示されている。堰き止め部１０４においては、流路中に柱状体４１０５が等間隔で規則正しく配設されており、柱状体４１０５の間を液体が流れる構成となっている。あるいは、この柱状体４１０５は、ランダムな間隔により配設されていてもよく、パッチ状の集合領域を形成するように配設されてもよい。【０１０８】
このような構成によっても、堰き止め部１０４において、流路の他の部分よりも固液界面が大きくなる。そのため、前述したように、第一の液体を堰き止め部１０４から押し戻す方向に働く毛細管効果による力が大きくなる。その結果、第一の液体は、第二の流路１０２に液体が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【０１０９】
図５は、本実施形態の制御構造の構成の斜視図である。図５において、Ｗは流路の幅、Ｄは流路の深さを示し、φ（ファイ）は柱状体４１０５の直径、ｄは柱状体４１０５の高さ、ｐは隣接する柱状体４１０５間の平均間隔を示す。流路を構成する外壁４１０１も図示されている。これらの要素を当業者が適宜調整して設計することにより、堰き止め部１０４において、流路の他の部分よりも固液界面を大きくすることができる。そのため、前述したように、第一の液体は、第二の流路１０２に液体が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【０１１０】
あるいは、これらの単数または複数の突起部の表面を疎液処理して、第一の液体に対する疎液性が第一の流路よりも高い疎液性を備える構成とすることもできる。【０１１１】
図６は、本実施形態の制御構造に備わる柱状体の表面の構成を示す図である。堰き止め部１０４の流路を構成する外壁４１０１および柱状体４１０５の表面には、疎液層４１０９が形成されている。【０１１２】
このような構成によっても、第一の液体を堰き止め部１０４から押し戻す方向に働く毛細管効果による力が大きくなる。そのため、前述したように、第一の液体は、第二の流路１０２に液体が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【０１１３】
このような構成をマイクロチップで実現する場合、複数の柱状体が設けられた構成、離間して配置された複数の突起部を備える構成などからなる堰き止め部１０４は、マイクロチップ基板の種類に応じて適宜な方法で形成することができる。【０１１４】
具体的には、石英基板やシリコン基板を用いる場合、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を利用して形成することができる。プラスチック基板を用いる場合、形成しようとする柱状体などのパターンの反転パターンを有する金型を作製し、この金型を用いて成形を行い所望の形状からなる堰き止め部１０４を得ることができる。なお、このような金型は、フォトリソグラフィー技術およびドライエッチング技術を利用することにより形成することができる。
図８は、本実施形態の制御構造の製造途中の断面図である。【０１１５】
本実施形態に係る単数または複数の突起部を備える構成からなる堰き止め部の製造方法について説明する。【０１１６】
まず、図８（ａ）に示すように、例えば、支持体８２０１上に堰き止め部の底面材料８２０２、堰き止め部の柱状体材料８２０３をＣＶＤ法などによりこの順で形成する。底面材料８２０２、柱状体材料８２０３の膜厚は当業者により適宜設計される。次に、図８（ｂ）に示すように、柱状体材料８２０３をフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などによりパターニングする。続いて、図８（ｃ）に示すように、同様に側面材料８２０５を形成し、図８（ｄ）に示すように、同様にパターニングする。以上のプロセスにより、図４（ａ）に示す制御構造が作製される。なお、上記のプロセスの後、適宜、疎液性を付与するための表面処理等を行ってもよい。【０１１７】
このようなプロセスにより、本実施形態の制御構造を、半導体技術分野の一般的な微細加工技術を用いて、精度よく形成することができる。
（実施形態６）
図１８は、本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す部分概略図である。【０１１８】
上記実施形態では、複数の連通流路が形成された隔壁を有する構成や、単数または複数の突起部を備える構成からなる制御構造を示した。本実施形態では、これらとは異なる土手型の構成からなる制御構造を示す。【０１１９】
図１８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ断面図、斜視図である。図１８（ａ）に示されるように、基板１１６６には第一の流路１０１、第二の流路１０２が設けられ、それらを分けるようにして土手部（隔壁）１１６５が設けられており、この土手部１１６５の高さが第一の流路１０１と第二の流路１０２との深さよりも低い構成となっている。また、基板１１６６の上には被覆１１８０が配設される。便宜上、被覆１１８０は図１８（ｂ）には示していない。【０１２０】
図１８（ａ）から分かるように、隔壁１１６５と被覆１１８０との間には空間が確保されているため、この空間を介して第一の流路１０１および第二の流路１０２は互いに連通している。この空間は、上記実施形態の制御構造における隔壁に設けられた連通流路に相当する。この場合、被覆１１８０には、ポリジメチルシロキサンやポリカーボネートなどの疎水性材料からなるものを選択することが有効である。【０１２１】
このようにすることにより、例えば第一の流路１０１に水溶液を流し、第二の流路１０２には別の水溶液が存在しない場合には、第一の流路１０１内の水溶液はこの土手部１１６５において堰き止められる。また、第二の流路１０２内に別の水溶液が存在する場合には、第一の流路１０１内の水溶液はこの土手部１１６５を超えて、第二の流路１０２に浸入する。【０１２２】
本実施形態の制御構造は、第一の流路１０１および第二の流路１０２を、上記実施形態の制御構造に比較して広い面積で接続する。そのため、開通状態における流量を大きくすることができるという利点を有している。また、細長い物質であっても詰まりにくく、流路間を容易に移動できる。そのため、こうした細長い物質を含む液体の通過の制御に好適に用いることができる。【０１２３】
このような第一の流路１０１、第二の流路１０２および隔壁１１６５は、例えば（１００）Ｓｉ基板をウェットエッチング処理することにより得られる。（１００）Ｓｉ基板を用いた場合、（００１）方向に直交あるいは平行な方向では、図示されるように台形型にエッチングが進行する。そのため、エッチング時間を調節することにより隔壁１１６５の高さを調節することが可能である。【０１２４】
また、図１９に示されるように、隔壁１１６５ｄを被覆１１８０上に設けることもできる。このような隔壁１１６５ｄを備えた被覆１１８０は、ポリスチレンなど樹脂を射出成形することにより容易に得ることが可能である。また、基板１１６６には、１本の流路をエッチング等により設けるだけでよい。したがって、この分離装置は上記のような簡便なプロセスにより得られるため、大量生産に適している。
（実施形態７）
図２６は、本発明の一実施形態の制御構造の構成を示す概略図である。【０１２５】
本実施形態の制御弁は、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することもできる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２６（ｃ）に示すようなパターンを形成することにより、本実施形態の制御弁を形成することができる。【０１２６】
このようなフォトレジストとしては、例えばＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔ（Ｒ）Ｓ１８０５フォトレジスト（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．製）を用いることができる。【０１２７】
このＳ１８０５の表面に対する水滴の接触角は約８０度であり、Ｓ１８０５を塗布しないガラス基板表面（またはＳ１８０５を除去したガラス基板表面）に対する水滴の接触角は約４０度である。そのため、本実施形態の制御弁の機能を達成するのに充分な親水性・疎水性の差を得ることができる。【０１２８】
図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２６（ｃ）は、本実施形態の制御構造の平面構造図である。これらの図においては、斜線を施した領域が親水性の領域（Ｓ１８０５を塗布しないガラス基板表面またはＳ１８０５を除去したガラス基板表面）であり、水溶液の流路を形成する。また、空白の領域は疎水性の領域（Ｓ１８０５を塗布した表面）であり、水溶液の流路の外枠や堰き止め部などを形成することとなる。【０１２９】
すなわち、これらの制御構造は、水溶液の通る第一の流路１０１と、この第一の流路１０１に連通し、この水溶液を堰き止める堰き止め部１０４と、別の水溶液をこの堰き止め部１０４に導く第二の流路１０２と、を備え、この第一の流路１０１からこの第二の流路１０２へのこの水溶液の通過を制御する制御構造である。そして、この堰き止め部１０４は、この水溶液に対する疎水性がこの第一の流路１０１よりも高い領域を備える。【０１３０】
このような構成により、前述と同様に、第一の液体としての水溶液は、第二の流路１０２に別の水溶液が存在しない場合に、堰き止め部１０４にて堰き止められる。【０１３１】
具体的には、本実施形態の制御構造は、図２６（ａ）、図２６（ｂ）、図２６（ｃ）に示すように、２つの流路が狭い疎水性領域で隔てられている。この疎水性領域の幅は、両側の流路から張り出せる水溶液のメニスカスが融合できる程度に狭くする。【０１３２】
ここで、２つの流路の一方だけに水溶液を導入すると、疎水性部分で水溶液は停止する。一方、反対側の流路に、既に水溶液が導入されている場合には、水溶液のメニスカス同士が融合して２つの流路が開通する。【０１３３】
また、後述する本実施形態のグラディエント形成装置に用いる液体スイッチなども、本実施形態の制御弁と同様に、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。【０１３４】
具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図２６（ｄ）、図２６（ｅ）に示すようなパターンを形成することにより、液体スイッチを形成することができる。【０１３５】
この液体スイッチは、図２６（ｄ）に示すように、横に伸びる主流路（第一の流路８０１および第二の流路８０２からなる）が、縦に伸びるトリガー流路８０３と交叉しており、トリガー流路８０３の片側に疎水性領域からなる堰き止め部８０４が設けられ、主流路を仕切っている。【０１３６】
このような構成により、第一の流路１０１に水溶液を導入した場合、トリガー流路８０３に水溶液があると、水溶液のメニスカス同士の融合で主流路が開通することになる。【０１３７】
あるいは、この液体スイッチは、図２６（ｅ）に示すように、トリガー流路８０３の両側に疎水性領域からなる第一の堰き止め部８０５および第二の堰き止め部８０６が設けられてもよい。【０１３８】
このような構成によれば、図２６（ｄ），（ｅ）の液体スイッチは、本実施形態の制御構造の機能を併せ持つことになる。すなわち、第一の流路８０１に水溶液を導入した場合、トリガー流路８０３と、さらに反対側の第二の流路８０２にも水溶液があるときだけ、主流路が開通することになる。【０１３９】
これらの平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態の制御構造は特に水溶液の制御に限られるものではない。すなわち、第一の液体が油性溶媒などからなる場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。
(実施形態８)
図９（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の制御構造を備える装置を示す図である。
本実施形態の装置は、複数の流路と、上記の制御構造と、を備える装置である。【０１４０】
ここで、この装置は、この装置中の流路を流れる試料液中の特定物質を分離する分離部をさらに備えている。この分離部としては、特定物質と選択的に吸着または結合する被吸着物質の層を備えることにより試料液中の特定物質を分離することができれば何でもよく、例えばアフィニティーカラム、ゲルろ過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィーなどに用いられるカラムなども用いることができる。【０１４１】
分離部の構成は特に限定されないが、例えば、流路中に柱状体が略等間隔で規則正しく形成されており、柱状体の間隙を液体が流れる構成であって、かかる柱状体の表面に特定物質に対する被吸着物質層が形成されてなる構成などを用いることができる。かかる構成によれば、試料液体中の特定成分が柱状体の表面において被吸着物質と選択的に吸着または結合することをマイクロチップ上で実現することが可能である。【０１４２】
かかる柱状体は、例えば、基板を所定のパターンの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、柱状体の形状は円柱、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状体としてもよい。【０１４３】
ここで、被吸着物質層に備える被吸着物質Ａと特定物質Ａ’とは、選択的に吸着または結合する組合せから選択される。このような組合せとしては、例えば、
（ａ）リガンドとレセプター
（ｂ）抗原と抗体
（ｃ）酵素と基質、酵素と基質誘導体、または酵素と阻害剤
（ｄ）糖とレクチン
（ｅ）ＤＮＡ（デオキシリボ核酸）とＲＮＡ（リボ核酸）、またはＤＮＡとＤＮＡ
（ｆ）タンパク質と核酸
（ｇ）金属とタンパク質【０１４４】
の組合せを用いることができる。それぞれの組合せにおいて、任意の一方が特定物質となり、他方が吸着物質となる。【０１４５】
本実施形態の装置を、特定物質の分離装置として用いる場合には、具体的には、試料液中の特定物質を分離する分離部２０６と、上記の制御構造２０４と、試料液２０１を導入するための導入部２０３と、洗浄液２０２を導入するための導入部２０３と、特定物質の脱離液を導入するための導入部（不図示）と、を備え、制御構造２０４は、分離部２０６と上記の第一の流路１０１を介して連通し、試料液２０１の導入部２０３および洗浄液２０２の導入部２０３は、上記の第一の流路１０１に、制御構造２０４と分離部２０６との間で連通し、脱離液２１０（図９（Ｂ））の導入部は、制御構造２０４に上記の第二の流路１０２を介して連通する分離装置とする。【０１４６】
このような構成により、第一の流路１０１または第二の流路１０２に溶液が存在しない場合には、一方の流路内の液体は制御構造２０４を超えることは無いため、例えば第一の液体としての試料液および洗浄液が制御構造２０４を超えて逆流することがない。また、分離部２０６に試料液２０１中の特定物質を取り込ませて、分離部２０６を洗浄液により洗浄した後、脱離液２１０により分離部２０６から特定物質を脱離させることにより、特定物質を精度よく分離することができる。【０１４７】
なお、この装置において、分離部としてリセプタータンパク質をカップリング剤を利用して結合させたアフィニティーカラムを用いることができる。なお、検出部、採取部は特に示していないが、分離部２０６と廃液溜２０８の間に設けることができる。【０１４８】
このような構成とすることにより、アフィニティーカラムである分離部２０６に上記のリセプタータンパク質と結合または吸着する基質が存在すれば、試料液中のその基質をリセプタータンパク質に結合または吸着させて、アフィニティーカラム２０６を適当な洗浄液により洗浄した後、上記のリセプタータンパク質と基質とを脱離させる脱離液２１０によりアフィニティーカラム２０６から基質を脱離させることにより、上記の基質を精度よく分離して、検出、採取することができる。【０１４９】
本実施形態の装置は、後述するように、マイクロチップ上でアフィニティークロマトグラフィーをはじめとする各種クロマトグラフィーを行うことができるように構成してもよい。そのため、前記の分離部および分離された試料を乾燥する試料乾燥部を連通させて備えたμＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロトータル・アナリティカル・システム）に組み込むことも可能になり、分離した試料を乾燥させて回収し、また質量分析等に供することが可能となる。
（実施形態９）【０１５０】
次に、この制御構造を備える装置を利用した上記のアフィニティーカラムの洗浄方法について図９を参照しながら説明する。【０１５１】
本実施形態の洗浄方法は、上記の分離装置の洗浄方法であって、上記の洗浄液の導入部２０３に洗浄液２０１を導入し、上記の第一の流路１０１にこの洗浄液を流入させ、上記の分離部２０６をこの洗浄液で洗浄するステップを備える洗浄方法である。【０１５２】
このようなフローによれば、上記の制御構造が第一の液体を堰き止める堰き止め部１０４を備えるため、前述と同様に、第一の液体は、第二の流路１０２内に液体が存在しない場合に、第一の流路１０１から第二の流路１０２への第一の液体の通過が堰き止め部１０４にて堰き止められる。そのため、この洗浄液は、制御構造２０４を超えて逆流することがない。【０１５３】
例えば、分離部２０６としての前述のアフィニティーカラムを用いた場合、試料液としてのサンプル中のリガンドをアフィニティーカラムに結合させるために第三の流路としての導入部２０３からサンプルを導入し、リガンドが分離部２０６に結合した後、導入部２０３より洗浄液２０２を導入する。洗浄液は、制御構造２０４を超えて逆流することなく、アフィニティーカラム２０６を洗浄できる。このとき、この制御構造２０４はいわゆる逆止弁として機能している。
（実施形態１０）
次に、この制御構造を備える装置を利用した特定物質の分離方法について図９を参照しながら説明する。【０１５４】
本実施形態の特定物質の分離方法は、上記の分離装置による特定物質の分離方法であって、上記の試料液の導入部２０３に試料液２０１を導入し、上記の第一の流路１０１に試料液を流入させ、上記の分離部２０６にこの特定物質を取り込ませるステップと、この洗浄液の導入部２０３に洗浄液２０２を導入し、この第一の流路１０１にこの洗浄液を流入させ、この分離部２０６をこの洗浄液で洗浄するステップと、上記の脱離液の導入部（不図示）に脱離液２１０を導入し、上記の第二の流路１０２および上記の制御構造２０４を介してこの脱離液２１０をこの第一の流路１０１に流入させ、この特定物質をこの分離部２０６から脱離させるステップと、を備える分離方法とすることができる。【０１５５】
このようなフローによれば、前述したように、洗浄液２０２は、制御構造２０４の反対側の第二の流路１０２に液体が存在しない場合には、制御構造２０４を超えて逆流することがない。また、分離部２０６に試料液中の特定物質を取り込ませて、分離部２０６を洗浄液２０２により洗浄した後、この特定物質を脱離液２１０により分離部２０６から脱離させることにより、特定物質を精度よく分離することができる。【０１５６】
前述のように、アフィニティーカラムとしての分離部２０６を洗浄した後、第二の流路１０２に、例えばリガンドの抽出用の塩溶液などの脱離液２１０を導入すると、脱離液２１０の進行方向にある第一の流路１０１には既に洗浄液２０２が既に存在しているため、この脱離液２１０は制御構造２０４を超えて分離部２０６へと至る。これにより、分離部２０６から特定物質が脱離され、所望の分離・抽出結果が得られる。【０１５７】
このような構成により、制御構造２０４を一種の逆止弁として機能させることができ、不要な液体同士の混合が起こらず、特定物質を分離部において精度良く分離することができる。
（実施形態１１）
図１１は、本実施形態のグラディエント形成装置を示す概略図である。【０１５８】
本明細書において、グラディエント形成装置とは、２種類以上の組成の液体を混合することにより、濃度勾配（グラディエント）を有する液体を形成する装置を意味する。２種類以上の液体としては、特に限定する趣旨ではないが、塩溶液とバッファー溶液との組合せなどがあり得る。【０１５９】
本実施形態のグラディエント形成装置は、図１１に示すように、第一の組成液が流れる順流路４０５と、順流路４０５と並行し、第二の組成液が流れる逆流路４０４と、この順流路４０５に連通するように設けられ、この第一の組成液の原液をこの順流路４０５に導入する第一の導入部４０１と、この順流路４０５の下流側でこの逆流路４０４に連通し、この第二の組成液の原液をこの逆流路４０４に導入する第二の導入部４０２と、この順流路４０５とこの逆流路４０４とを隔て、この第一の組成液またはこの第二の組成液の少なくともこの特定成分が通過可能な隔壁４０６と、を備えるグラディエント形成装置とすることができる。なお、図示しないが、順流路４０５の下流側でこの順流路４０５に連通し、この特定成分が濃度勾配を示すこの第一の組成液を採取するグラディエント液採取部を設けてもよい。【０１６０】
このような構成により、第一の組成液と第二の組成液が対向流を形成しながら成分の交換を行うことができる。そのため、特別な外部制御手段なしに経時的な濃度勾配を有するグラディエント液を得ることができる。【０１６１】
ここで、このグラディエント形成装置は、この順流路４０５およびこの逆流路４０４が基板上に流路溝として形成されたマイクロチップ上にて実現されてもよい。例えば、本実施形態のグラディエント形成装置は、石英基板表面に溝部からなる流路などを形成することにより作製することができる。なお、一般に石英基板の表面は親水性であるので、この溝部内壁は親水性表面となっている。【０１６２】
このような構成を備えることにより、本実施形態のグラディエント形成装置をさらに他の装置などと一緒にマイクロチップ上で作り込むことができる。また、半導体装置の技術分野などで利用されている微細加工技術を応用することにより、微細な構造からなるグラディエント形成装置を精度よく作製することができ、装置の小型化を図ることができる。【０１６３】
図１２は、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す拡大平面図である。このように、隔壁１６５は、順流路１６１ｂと逆流路１６１ａとの間に両者を連通させる複数の流路を備える構成としてもよい。【０１６４】
図１３は、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す斜視図である。このように、基板１６６上の順流路１６１ｂと逆流路１６１ａとの間に両者を連通させる複数の流路を備える隔壁１６５が設けられ、順流路および逆流路の幅はＷであり、隔壁の長さはＬであり、隔壁の幅はｄ２であり、複数の流路の幅はｄ１である構成とすることができる。【０１６５】
このように、複数の流路の数や幅や間隔などを当業者が適宜設計することにより、第一の組成液と第二の組成液との混合速度を調整して、濃度勾配を調整することができる。そのため、所望の濃度勾配を有するグラディエント液を容易に得ることができる。
図１４は、本実施形態の図１２に示した隔壁を有するグラディエント形成装置によるグラディエント形成の様子を示す概念図である。【０１６６】
図１２のような構成を有する隔壁１６５が設けられる構成とすることにより、順流路１６１ｂ中の特定物質１５１の一部が複数の流路を介して対向流を形成する逆流路１６１ａに所定の流入割合で流入することにより、順流路１６１ｂ中には、時間的または距離的に特定物質の濃度勾配が形成されたグラディエント液が形成される。この逆流路１６１ａ中の第二の組成液を枯渇させることにより、グラディエントが形成された第一の組成液を採取することができる。【０１６７】
また、隔壁内の複数の流路は順流路または逆流路に対して略直角をなす直線状の形状であってもよいが、一方の流路側が他方の流路側よりも拡大して開口する形状とすることもできる。また、一方の流路側から他方の流路側に向けてテーパ状に形成された溝とすることもできる。このようにすれば、隔壁内のこれらの複数の流路が特定成分の逆流抑制弁としての機能を備えたものとなる。【０１６８】
また、隔壁内の複数の流路は、一方の流路における流体の流れ方向に対して鋭角をなすように設けられ、他方の流路における流体の流れ方向に対して鈍角をなすように設けられた構成とすることもできる。ここで、「流路における流体の流れ方向に対して鋭角をなす」とは、複数の流路の開口部から複数の流路の形成された方向と、その複数の流路に満たされた液体の流れ方向（外力付与方向）とのなす角が鋭角であることをいう。また、「流路における流体の流れ方向に対して鈍角をなす」とは、複数の流路の開口部から複数の流路の形成された方向と、その流路に満たされた液体の流れ方向（外力付与方向）とのなす方向が鈍角であることをいう。このような構成を採用することにより、複数の流路が逆流抑制弁としての機能を有し、より好適にグラディエント液を得ることができる。【０１６９】
あるいは、この隔壁は、このような直線状の複数の流路を備える構成に限定されるわけではなく、いわゆる濾過フィルタとして機能し得る構成であれば任意の構成であってよく、例えば、複数の細穴を備える隔壁を含んでもよい。または、この隔壁４０６は、例えば、多数の柱状体が所定の間隔で配置された構成により実現することもできる。柱状体間の間隔が複数の流路となる。柱状体の形状は、円柱、楕円柱等、擬円柱形状；円錐、楕円錘、三角錘等の錐体；三角柱、四角柱等の角柱のほか、ストライプ状の突起等、さまざまな形状を含むことができる。また、複数の流路の幅や長さは、目的に応じて適宜設定される。【０１７０】
このような微細な複数の流路は、微細加工用のレジストを用いた電子リソグラフィ技術などを利用することにより形成することができる。また、本実施形態において、流路や複数の流路はシリコン基板や石英などのガラス基板あるいはシリコン樹脂等の表面に形成することができる。これらの基板の表面に溝部を設け、これを表面部材によって封止することなどにより、流路や複数の流路を形成することができる。本実施形態における流路や複数の流路は、例えば基板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、その作製方法は特に制限はない。【０１７１】
あるいは、この隔壁は、この特定成分を透過する半透膜を備える構成とすることもできる。例えば、かかる半透膜として水分および塩を交換することができ、グラディエント液を好適に作成することができる半透膜、例えばアガロース、セルロース、架橋デキストラン、ポリアクリルアミドなどの高分子の多孔質膜や多孔性ガラスなどの材質から構成されたものを用いることができる。【０１７２】
このような構成とすることにより、第一の組成液と第二の組成液が対向流を形成しながら行う成分の交換の効率が向上するため、経時的または距離的な濃度勾配を有するグラディエント液がより均一な濃度勾配を有することとなる。すなわち、この第一の組成液（塩溶液など）またはこの第二の組成液（バッファー溶液など）の一部または全部の成分（塩や水分など）が適度な透過速度で通過可能な隔壁を実現でき、特別な外部制御手段なしに経時的な濃度勾配を有するグラディエント液を得ることができる。
図２０は、本実施形態のグラディエント形成装置の断面図である。【０１７３】
図２０（ａ）のグラディエント形成装置は、順流路１６１ｂ、逆流路１６１ａおよび複数の流路を有する隔壁１６５を備えた基板１６６と被覆１８０とからなっている。基板１６６については、上記で示したものと同様であるが、ここでは、被覆１８０に疎水性の材料を使用していることが特徴である。
図２１は、本実施形態のグラディエント形成装置の平面図である。【０１７４】
親水性の材料からなる被覆を使用する場合、図２１（ａ）のように、一方の逆流路１６１ａにバッファーを導入すると、隔壁１６５に設けられた多数の開口部を介して他方の順流路１６１ｂの流路にもそのバッファーが速やかに浸入してしまう。好適なグラディエントを形成するためには、この状態となる前に順流路１６１ｂに塩溶液などを流す必要がある。そのため、バッファーと塩溶液などを同時に導入しなければならないが、このような操作は通常困難である。【０１７５】
一方、図２０（ａ）のような疎水性材料からなる被覆１８０を用いる場合には、以下のような現象が生じることを本発明者らは見出した。すなわち、図２１（ｂ）において、一方の逆流路１６１ａにバッファーを導入すると、バッファーは他方の順流路１６１ｂに浸入することなく、逆流路１６１ａに留まる。さらに、この状態で他方の順流路１６１ｂから塩溶液などを流すと、隔壁１６５に設けられた開口部を介して、逆流路１６１ａおよび順流路１６１ｂ内の液体が混和して、対向流の効果により好適なグラディエントが形成されることが判明した。【０１７６】
したがって、図２０（ａ）に示したようなグラディエント形成装置によれば、バッファーおよび塩溶液などを同時に導入するという困難な操作が不要となり、確実に好適なグラディエントが形成できるようになる。【０１７７】
この場合、グラディエント形成装置の被覆１８０の材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの疎水性樹脂が例示される。また、疎水性の材料を用いた被覆１８０の他、例えば図２０（ｂ）のように、被覆１８０の表面にキシレンシラザンなどの疎水性コーティング剤により疎水性のコート層１８０ａを設けたものを被覆とすることもできる。【０１７８】
ここで、上述の開口部を介して液体の混和によるグラディエントの形成を実現するためには、前述の図１６の制御構造の説明でも触れたように、被覆１８０の疎水性の度合いについて、開口部の径に応じた選択をする必要がある。【０１７９】
また、図１１に戻り、本実施形態のグラディエント形成装置には、この逆流路４０４のこの隔壁４０６と接する領域の下流側に設けられた、この第二の組成液を堰き止める堰き止め部４０９と、この堰き止め部４０９またはその下流側の箇所でこの逆流路４０４に連通し、この第一の導入部４０１またはその下流側の箇所でこの順流路４０５と連通し、この堰き止め部４０９へこの第一の組成液を導くトリガー流路４０８と、を備える液体スイッチ４０３をさらに備えるグラディエント形成装置としてもよい。【０１８０】
このような構成により、第一の組成液と第二の組成液の流動開始のタイミングを同期するように制御することができる。そのため、第一の組成液と第二の組成液とが対向流を形成しながら行う成分の交換の効率が向上する。その結果、経時的または距離的な濃度勾配を有するグラディエント液がより均一な濃度勾配を有することとなる。また、第一の組成液と第二の組成液とが無駄に流れ去ることが減少するため、グラディエント形成に用いる溶液の量を減少させることができる。【０１８１】
以下、本実施形態のトリガー流路を備え、マイクロチップ上で実現されるグラディエント形成装置について、図１１に基づいて、より具体的な例を挙げて説明する。ここでは、塩濃度が次第に高くなるグラディエント液を生成する場合を説明する。【０１８２】
本実施形態のグラディエント形成装置は、前述した構成に加えて、液体スイッチ４０３を備える。この液体スイッチ４０３は、スタンバイ状態（閉状態）またはオープン状態（開状態）となることができる。図中、主流路であるバッファー流路４０４の側面にトリガー流路４０８が接続している。【０１８３】
トリガー流路４０８は、トリガー流路４０８内の親水性の程度やトリガー流路４０８径等を適宜に調整することによって、トリガー流路４０８内の液体の進行速度を調整することができる。これにより、液体スイッチ４０３動作の速度を調整できる。【０１８４】
バッファー流路４０４とトリガー流路４０８との交差する領域の上流側（図中右上側）に堰き止め部４０９が設けられている。堰き止め部４０９は、流路の他の部分よりも強い毛細管効果による力を有する部分となっている。堰き止め部４０９の具体的構成としては、上記の実施形態の制御構造の堰き止め部１０４と同様の構成を好適に用いることができる。【０１８５】
この液体スイッチ４０３の閉状態においては、バッファー流路４０４に導入されたバッファーが堰き止め部４０９で保持される。この状態から所望のタイミングでトリガー液たる塩溶液がトリガー流路４０８を介して導入されると、塩溶液の液面の先端部分が前進し、堰き止め部４０９と接触することとなる。【０１８６】
この液体スイッチ４０３の閉状態においては、バッファーは毛細管効果による力により堰き止め部４０９に保持されているが、バッファーが塩溶液と接触した状態になると、バッファーが図中右方向（下流側）に移動し、バッファー流路４０４の下流側にバッファーが流出して廃液溜４０７に流入する。すなわち、塩溶液が呼び水としての役割を果たし、液体スイッチ４０３としての動作が発現する。【０１８７】
本実施形態のグラディエント形成装置において、第一の組成液または第二の組成液は、キャリア中に所定成分が溶解または分散した液体とする。キャリアは液体であるものとする。本実施形態の装置を、アフィニティークロマトグラフィーの脱離液としてのグラディエント液の作成に用いる場合には、キャリアとして、純水、純水と親水性溶媒の混合液、緩衝液等を用いることができる。具体的には、水とイソプロピルアルコールとの混合液、トリメチルアンモニウム、ホウ酸およびエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を含む水溶液、リン酸ナトリウム水溶液、リン酸緩衝生理食塩水等が好適に用いられる。【０１８８】
本実施形態のグラディエント形成装置において、流路の内部に充填される流体に外力を付与する外力付与手段をさらに備えた構成とすることもできる。外力付与手段の具体例としては、ポンプ、電圧印加手段等を例示することができる。外力付与手段は、各流路にそれぞれ設けても、複数の流路溝に対して一つ設けても良い。各流路にそれぞれ設けた場合は、各流路における流体の流れ方向をそれぞれ任意に変えることができ、各流体の対向流も調整できる。このため、混合速度を調整して、濃度勾配を調整することができる。したがって、任意の混合性能をえることができる。【０１８９】
もっとも、本実施形態においては、各流路に空気穴を設けることで、毛細管効果による力により液体は自然に移動するので、外力付与手段を省いて構成を簡略にし、小型化、薄型化を実現するグラディエント形成装置を構成することができる。【０１９０】
上記本実施形態は、直線流路が平行に形成された例について説明したが、直線状のものに限らず、種々の形状の流路を採用することができる。
図２４は、本実施形態のグラディエント形成装置の順流路および逆流路の構成の一例を示す図である。【０１９１】
流路の壁１６７によって区画された対向流形成部は、順流路１６１ｂおよび逆流路１６１ａが少なくとも特定成分を透過可能な隔壁１６５を介して並行して形成された構成となっている。逆流路１６１ａにはバッファーの入り口Ａおよび出口Ａ’が設けられ、順流路１６１ｂには塩溶液の入り口Ｂ’および出口Ｂが設けられている。
また、図２５に示したように、順流路および逆流路をスパイラル状に設けてもよい。【０１９２】
これらの構成であっても、順流路１６１ｂおよび逆流路１６１ａが少なくとも特定成分を透過可能な隔壁１６５を介して並行して形成された構成となっているため、対向流の効果により特定物質のグラディエントが形成されることに変わりはない。また、これらの構成によれば、少なくとも特定成分を透過可能な隔壁１６５の表面積を増大することが可能であるため、グラディエント形成装置をさらに小型化することが可能になる。
（実施形態１２）
図２２は、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す概略図である。【０１９３】
上記実施形態では、複数の流路が形成された隔壁を有するグラディエント形成装置を示した。本実施形態では、これらとは異なるグラディエント形成装置の一例を示す。【０１９４】
具体的には、図２２の分図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ断面図、斜視図である。図２２（ａ）に示されるように、基板１６６には順流路１６１ｂ、逆流路１６１ａが設けられ、それらを分けるように土手部（隔壁）１６５が設けられており、この土手部の高さが順流路および逆流路の深さよりも低い構成となっている。また、基板１６６の上には被覆１８０が配設される。便宜上、被覆１８０は図２２（ｂ）には示していない。【０１９５】
図２２（ａ）から分かるように、隔壁１６５と被覆１８０との間には空間が確保されているため、この空間を介して順流路１６１ｂおよび逆流路１６１ａは互いに連通している。この空間は、上記のグラディエント形成装置における隔壁に設けられた複数の流路に相当する。したがって、例えば逆流路１６１ａにバッファーを流し、順流路１６１ｂに塩溶液を流すことにより、グラディエントを形成することができる。なお、この場合、被覆１８０にはポリジメチルシロキサンやポリカーボネートなどの疎水性材料からなるものを選択してもよい。このようにすることにより、各々の流路に、バッファーあるいは塩溶液を他の流路に浸入させることなく導入することができる。また、両方の流路に液体が満たされた段階で、上記空間を介して順流路１６１ｂおよび逆流路１６１ａの混和を生じさせ、グラディエントを形成することができる。このような効果は、被覆１８０を取り付けない状態で操作実施することによっても得ることができる。このとき、空気自体が疎水性物質として上記被覆１８０と同様に機能しているものと考えられる。【０１９６】
本実施形態のグラディエント形成装置は、順流路１６１ｂおよび逆流路１６１ａを実施形態１１のグラディエント形成装置に比較して広い面積で接続する。そのため、より滑らかなグラディエントを形成できるという利点を有している。また、細長い物質であっても詰まりにくく、流路間を容易に移動できる。そのため、こうした特定物質のグラディエントを形成する際に好適に用いることができる。【０１９７】
このような順流路１６１ｂ、逆流路１６１ａおよび隔壁１６５は、例えば（１００）Ｓｉ基板をウェットエッチング処理することにより得られる。（１００）Ｓｉ基板を用いた場合、（００１）方向に直交あるいは平行な方向では、図示されるように台形型にエッチングが進行する。そのため、エッチング時間を調節することにより隔壁１６５の高さを調節することが可能である。【０１９８】
また、図２３に示されるように、隔壁１６５ｄを被覆１８０上に設けることもできる。このような隔壁１６５ｄを備えた被覆１８０は、ポリスチレンなど樹脂を射出成形することにより容易に得ることが可能である。また、基板１６６には、１本の流路をエッチング等により設けるだけでよい。したがって、この分離装置は上記のような簡便なプロセスにより得られるため、大量生産に適している。
（実施形態１３）
図２７は、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁の構成を示す概略図である。【０１９９】
本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁も、本実施形態の制御構造と同様に、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することもできる。【０２００】
具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図２７に示すようなパターンを形成することにより、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁を形成することができる。【０２０１】
このようなフォトレジストとしては、本実施形態の制御構造と同様に、例えばＭｉｃｒｏｐｏｓｉｔ（Ｒ）Ｓ１８０５フォトレジスト（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｉｎｃ．製）を用いることができる。【０２０２】
図２７においては、塗りつぶした領域が親水性の領域（Ｓ１８０５を塗布しないガラス基板表面またはＳ１８０５を除去したガラス基板表面）であり、水溶液の流路を形成する。また、それ以外の領域は疎水性の領域（Ｓ１８０５を塗布した表面、外延は示さず）であり、水溶液の流路の外枠や堰き止め部などを形成することとなる。【０２０３】
具体的には、このグラディエント形成装置の隔壁９０１には、順流路９０３と逆流路９０５とを隔て、第一の組成液または第二の組成液の少なくとも特定成分が通過可能な疎水性領域９１１を備え、順流路９０３および逆流路９０５に連通する複数の流路も併せて備える。ここで、この複数の流路は、疎水性領域９１１の間に挟まれた構成となっている。なお、図２７には、各組成液を導入する第一および第二のリザーバ部９０７ａ，９０７ｂ、各流路からの組成液を溜める廃液溜９０９ａ，９０９ｂも記載されている。【０２０４】
このような構成であっても、順流路９０３および逆流路９０５が少なくとも特定成分を透過可能な隔壁９０１を介して並行して形成された構成となっている。そのため、対向流の効果により特定物質のグラディエントが形成されることに変わりはない。【０２０５】
この疎水性領域９１１の表面には水溶液が浸入しない。そのため、気泡が形成され、かかる気泡により複数の流路を備える隔壁９０１が形成される。この疎水性領域９１１のサイズと疎水性表面処理材料を適宜選択することにより、気泡のメニスカスサイズを調節して、第一の組成液と第二の組成液との混合速度を調節することができる。【０２０６】
これらの平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態のグラディエント形成装置の隔壁は特に水溶液の処理に限られるものではない。すなわち、第一の組成液が油性溶媒などからなる場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。
（実施形態１４）
以下、本実施形態のグラディエント形成方法について、図１１の実施形態１１のグラディエント形成装置の説明を参照して説明する。【０２０７】
本実施形態のグラディエント形成方法は、上記のグラディエント形成装置により、特定成分が濃度勾配を示す液流を形成するグラディエント形成方法であって、この第二の導入部４０２に、この第二の組成液の原液を導入するステップと、この第一の導入部４０１に、この第一の組成液の原液を導入するステップと、このグラディエント液採取部より、この特定成分が濃度勾配を示すこの第一の組成液を採取するステップと、を備えるグラディエント形成方法とすることができる。【０２０８】
さらに、本実施形態のグラディエント形成装置を用いるグラディエント形成方法について、第一の組成液としての塩溶液の原液と第二の組成液としてのバッファーの原液とを用いて特定成分である塩のグラディエント液を形成する場合について、以下、より具体的に説明する。【０２０９】
例えば、まずバッファー槽としての第二の導入部４０２にバッファーを充填すると、バッファーは、毛細管効果により液体スイッチ４０３の部分まで進入して止まり、残りのバッファーは第二の導入部４０２にたまる。【０２１０】
次に、溶液導入部としての第一の導入部４０１に、先に充填したバッファーよりも充分に多い過剰量の塩溶液を導入する。塩溶液は、グラディエント流路としての順流路４０５に進入すると同時に、液体スイッチ４０３のトリガー流路４０８にも進入し、液体スイッチ４０３を接続しバッファー流路としての逆流路４０４と廃液溜４０７がつながる。これにより、第二の導入部４０２内のバッファーが、廃液溜４０７の方向、すなわち塩溶液の流れる方向と対向する方向（対向流方向）へと流れ出す。【０２１１】
そして、塩溶液とバッファーとが対向流として流れる間、複数の流路を備える隔壁４０６中の複数の流路を通じて、塩溶液に含まれる塩が逆流路４０４へと拡散し、逆にバッファー中の水分が塩溶液へと浸透することによって、順流路４０５を進行する溶液の先端ほど塩濃度が薄く、塩溶液を導入する第一の導入部４０１に近いほど塩濃度が高い濃度グラディエントを有するグラディエント液が順流路４０５内に生成される。なお、この説明で、第一の組成液と第二の組成液とを入れ替えて実施すると、第一の導入部４０１に近いほど塩濃度が低い濃度グラディエント液が順流路４０５内に生成されることになる。【０２１２】
この状態から第二の導入部４０２内のバッファーが枯渇し、バッファー流が停止すると対向流効果が消失する。第一の導入部４０１からバッファーよりも多く導入された塩溶液の流れに押される結果、先の塩濃度グラディエントを保った溶液が順流路４０５の先端から供給される。【０２１３】
なお、上記のような隔壁４０６は、前述のように、隔壁４０６の一方の流路だけが液体で満たされても隔壁４０６の反対側に液体が進入することはない。そのため、順流路４０５内に形成されたグラディエント液が逆流路４０４内に溢れ出して失われることはない。【０２１４】
このようなフローとすることにより、塩溶液とバッファーに含まれる塩濃度が異なることとなる。そのため、隔膜を介して塩と水分が交換されることにより、好適にグラディエント液を作成することができる。なお、この塩濃度の差は大きいほど、グラディエントの傾きも大きくなる傾向があり、塩濃度の差は必要に応じて調整可能である。【０２１５】
また、このようなフローとすることにより、第二の導入部４０２内のバッファーが枯渇し、バッファー流が停止すると対向流効果が消失する。そのため、第一の導入部４０１からバッファーよりも多く導入された塩溶液の流れに押される。その結果、先の塩濃度グラディエントを保った溶液が順流路４０５の先端のグラディエント液採取部から供給される。
（実施形態１５）【０２１６】
本実施形態のマイクロチップは、基板と、この基板上に形成された上記の分離装置と、この基板上に形成された上記のグラディエント形成装置と、を備え、このグラディエント形成装置に含まれる上記のグラディエント液採取部は、この分離装置に含まれる上記の脱離液の導入部と連通するマイクロチップとすることができる。【０２１７】
このような構成により、本実施形態のマイクロチップは、上記の分離装置と上記のグラディエント形成装置の機能をワンチップ上で実現できる。すなわち、ワンチップ上でグラディエント液を脱離液として用いるクロマトグラフィーをワンチップ上で実現できる。
図１５は、本実施形態のマイクロチップの一例としてのアフィニティークロマトグラフィー装置を示す概略図である。【０２１８】
具体的には、このアフィニティークロマトグラフィー装置は、制御構造２０４を介して連通される第一の流路１０１と、第二の流路１０２とを備える。また、制御構造２０４は、第一の流路１０１と、第二の流路１０２との間に堰き止め部１０４を備え、第一の流路１０１は先端に空気穴を備える第一の開口部１０６ａを備え、第二の流路１０２は先端に空気穴を備える第二の開口部１０６ｂを備える。【０２１９】
さらに、第一の流路１０１にはアフィニティーカラムからなる分離部２０６が設けられており、その下流にはさらに廃液溜２０８が設けられている。そして、第一の流路１０１の途中には、制御構造２０４と分離部２０６とに挟まれた位置に第三の流路２０３が設けられており、その先端にはサンプルと洗浄液の導入部５０２が設けられている。【０２２０】
また、このアフィニティークロマトグラフィー装置の第二の流路１０２は、同様に本実施形態のマイクロチップに設けられたグラディエント形成装置のグラディエント流路としての順流路４０５と連通している。また、この順流路４０５はグラディエント液の流動方向５０６の方向に向いており、この順流路４０５の開始点には溶液導入部としての第一の導入部４０１が設けられている。さらに、この順流路４０５と略平行に、バッファー流路としての逆流路４０４が設けられており、順流路４０５と逆流路４０４とは、グラディエント液とバッファー液の一部または全部の成分を透過し得る隔壁４０６を介して隔てられている。この隔壁は、前述のような例えば濾過フィルタを備えている。【０２２１】
そして、この逆流路４０４では、順流路４０５の流動方向５０６とは対向する方向である流動方向５０４に向かってバッファー液が流動している。この逆流路４０４の開始点には、バッファー槽としての第二の導入部４０２が設けられており、逆流路４０４の先端には廃液溜４０７が設けられている。この逆流路４０４の下流には、廃液溜４０７の手前に液体スイッチ４１０が設けられており、液体スイッチ４１０のトリガー流路４０８は、順流路４０５の第一の導入部４０１のすぐ下流に連通する。【０２２２】
この本実施形態のマイクロチップを用いてアフィニティークロマトグラフィーを行うには、まず、サンプルをサンプルと洗浄液の導入部５０２から導入し、アフィニティーカラムからなる分離部２０６と反応させる。次に、同じサンプルと洗浄液の導入部５０２からバッファーからなる洗浄液を導入することで、アフィニティーカラムからなる分離部２０６を洗う。この時、第二の流路１０２の側に液体が存在しないため、逆止弁として機能する制御構造２０４の作用により、洗浄液は順流路４０５と連通する第二の流路１０２に逆流することは無い。【０２２３】
次に、第二の導入部４０２から逆流路４０４にバッファーを充填する。バッファーは、逆流路４０４を進行したのち液体スイッチ４１０部分で停止する。導入された残りのバッファーは、第二の導入部４０２に溜まる。【０２２４】
次に、第一の導入部４０１から第一の組成液としての脱離液、例えば、高濃度の塩溶液などを導入する。この脱離液は順流路４０５を進行し、一部はトリガー流路４０８を進んで、逆流路４０４を開通させる。同時に逆流路４０４内に順流路４０５を進行する脱離液と逆向きの流れが生じ、対向流効果で順流路４０５内の液体に経時的な塩濃度のグラディエントが形成される。【０２２５】
既にグラディエントを形成した脱離液は、第二の導入部４０２にたまっていたバッファーが流れ終わって停止すると、ほぼその濃度勾配を保ったまま順流路４０５を制御構造２０４にまで到達する。制御構造２０４の反対側の第一の流路１０１に先に洗浄に用いた別のバッファー液が存在する。そのため、グラディエント液は制御構造２０４にて停止することなくアフィニティーカラムからなる分離部２０６へと進行する。その結果、アフィニティーカラムに吸着された特定物質の分離が実現する。【０２２６】
よって、本実施形態のマイクロチップを用いれば、この制御構造２０４を備える装置にアフィニティーカラムからなる分離部２０６などを設けた場合に、サンプルや洗浄液がグラディエント形成装置の方へ逆流することがない。または、グラディエント形成装置で形成されたグラディエント液からなる脱離液をアフィニティーカラムからなる分離部２０６などに導入することができる。そのため、マイクロチップ単体でアフィニティークロマトグラフィーを実現することが可能となる。【０２２７】
すなわち、マイクロチップ単体でアフィニティークロマトグラフィーを実現するために重要な、試料とカラムを反応させた後に残りのカラムを洗浄する操作とカラムに結合しているリガンドを脱離液で分離する操作とを行うことができる。さらに、抽出操作はカラムに脱離液の濃度が次第に高くなるように供給することで、カラムへの結合力が弱いものから順に抽出することができる。そのため、マイクロチップ単体でのアフィニティークロマトグラフィーによるリガンドの精製が可能になる。【０２２８】
このように、本実施形態のマイクロチップは、洗浄操作における逆流抑制に必要な制御構造と、脱離液の濃度勾配を形成するグラディエント形成装置とを備えている。そのため、マイクロチップ上で、アフィニティークロマトグラフィーを実現することにより、サンプルや溶媒が少量でよく、グラディエントを作るための外付け装置が不要なマイクロチップであるといえる。よって、本実施形態のマイクロチップは、実用的には、感染症の診断でウイルス抗原を夾雑物から分離する前処理に使って、検査精度を向上させることに利用できる。
（実施形態１６）【０２２９】
図２８は、本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる液体スイッチの構成を示す概略図である。【０２３０】
図２８に示す液体スイッチも、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図２８に示すようなパターンを形成することにより、液体スイッチを形成できる。なお、図２８中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２３１】
この液体スイッチは、図２８に示すように、横に並行に伸びる２本の主流路（第一の流路１２０１および第二の流路１２０２からなる）が、横に伸びるトリガー流路１２０３を挟む形で交叉しており、トリガー流路１２０３の両側に疎水性領域からなる第一の堰き止め部１２０５および第二の堰き止め部１２０６が設けられ、主流路を仕切っている。【０２３２】
このような構成によれば、この液体スイッチは、第一の流路１２０１、第一の堰き止め部１２０５およびトリガー流路１２０３、およびトリガー流路１２０３、第二の堰き止め部１２０６および第二の流路１２０２のところで、本実施形態の制御構造の機能を併せ持つことになる。すなわち、第一の流路１２０１に水溶液を導入した場合、トリガー流路１２０３と、さらに反対側の第二の流路１２０２にも水溶液があるときだけ、主流路が開通することになる。また、３本の流路が並行して設けられているため、液体スイッチの占める面積が小さくてすむ。そのため、基板上に液体スイッチを設けるさいの設計の自由度が増す利点もある。また、この液体スイッチを備えるマイクロチップの小型化の点でも有利である。【０２３３】
この平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態の液体スイッチは特に水溶液の制御に限られるものではない。すなわち、第一の流路に導入される液体が油性溶媒などからなる場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。
（実施形態１７）【０２３４】
図２９は、本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる遅延装置を示す平面図である。【０２３５】
この遅延装置も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図２９に示すようなパターンを形成することにより、遅延装置を形成できる。なお、図２９中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２３６】
この遅延装置は、それぞれ親水性領域からなる導入路１２１１、導出路１２１３、遅延流路１２１５を備えている。導入路１２１１から導入された水溶液は、遅延流路１２１５を通過して導出路１２１３から導出される。この遅延流路の長さや断面積や形状などを調整することにより、遅延流路を水溶液が通過する時間を調整することができる。この遅延装置を組み合わせることにより、所望のタイミングで、上記の実施形態の制御構造やグラディエント形成装置に水溶液を導入することができる。【０２３７】
図３０は、本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる遅延装置を示す平面図である。【０２３８】
この遅延装置も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図３０に示すようなパターンを形成することにより、遅延装置を形成できる。なお、図３０中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２３９】
この遅延装置は、それぞれ親水性領域からなる導入路１２１１、導出路１２１３、遅延室１２１７を備えている。導入路１２１１から導入された水溶液は、遅延室１２１７を通過して導出路１２１３から導出される。この遅延室の体積や形状などを調整することにより、遅延室を水溶液が通過する時間を調整することができる。この遅延装置を組み合わせることにより、所望のタイミングで、上記の実施形態の制御構造やグラディエント形成装置に水溶液を導入することができる。【０２４０】
これらの平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態の遅延装置は特に水溶液の通過時間の制御に限られるものではない。すなわち、導入路に導入される液体が油性溶媒などからなる場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。【０２４１】
図３１は、本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いる分注装置を示す平面図である。【０２４２】
この分注装置も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図３１に示すようなパターンを形成することにより、分注装置を形成できる。なお、図３１中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２４３】
この分注装置は、それぞれ親水性領域からなる主流路１２２１、分注用流路１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃ、分注槽１２２５ａ、１２２５ｂ，１２２５ｃを備えている。【０２４４】
この分注装置において、主流路１２２１に導入された水溶液は、それぞれ分注用流路１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃを通過して対応する分注槽１２２５ａ、１２２５ｂ，１２２５ｃに分注される。【０２４５】
この分注用流路１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃの形状は、細すぎると水溶液の通過速度が低下するが、図３１に示すように水溶液の流入側の断面積が広く、水溶液の流出側の断面積が狭い形状にすると、水溶液の通過が円滑に進行する。また、この形状によれば、水溶液の逆流を抑制できる。【０２４６】
この分注装置では、水溶液は、まず最初に分注槽１２２５ａに分注される。分注槽１２２５ａが満杯に充填されると、次に水溶液は分注槽１２２５ｂに分注される。分注槽１２２５ｂが満杯に充填されると、次に水溶液は分注槽１２２５ｃに分注される。よって、組成が経時的に変化する水溶液をこの分注装置で分注すると、組成の異なる３種類の水溶液に分注することができる。【０２４７】
また、分注槽１２２５ａ、１２２５ｂ，１２２５ｃにあらかじめ異なる物質を入れておき、反応槽として用いれば、簡単な構成により、同時に３種類の化学反応を実施することが可能になる。
（実施形態１８）【０２４８】
図３２は、前記実施形態のグラディエント形成装置と、前記遅延装置および前記分注装置とを組み合わせた構造を示す平面図である。【０２４９】
この構造も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図３２に示すようなパターンを形成することにより、この構造を形成できる。なお、図３２中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２５０】
この構造は、第二の組成液としてのバッファ溶液を導入するバッファー導入口である第二の導入部１２３１、廃液溜１２３３、第一の組成液としての高濃度の塩を含む塩溶液を導入する塩溶液導入口である第一の導入部１２３５、バッファー流路としての逆流路１２３７、グラディエント流路としての順流路１２３９、複数の連通流路１２４３を備える隔壁１２４１、複数の連通流路間に設けられた疎水性領域１２４５からなるグラディエント形成装置を備える。また、主流路１２４９、分注用流路１２５１ａ，１２５１ｂ，１２５１ｃ、分注槽１２５３ａ，１２５３ｂ，１２５３ｃ、廃液溜１２５５からなる分注装置も備える。さらに、グラディエント形成装置と分注装置とを連通する連通流路１２４７も備える。【０２５１】
このような構成により、上記のグラディエント形成装置についての実施形態において説明したように、順流路１２３９において塩溶液が逆流路１２３７からのバッファー溶液と混和してグラディエント溶液が形成される。次いで、グラディエント溶液は、グラディエント形成装置の順流路１２３９から、連通流路１２４７を介して、分注装置の主流路１２４９に導入される。そして、主流路１２４９に導入されたグラディエント溶液は、分注用流路１２５１ａ，１２５１ｂ，１２５１ｃを介して、分注槽１２５３ａ，１２５３ｂ，１２５３ｃに順に分注される。【０２５２】
その結果、例えば、分注槽１２５３ａには薄い濃度の塩溶液、分注槽１２５３ｂには中くらいの濃度の塩溶液、分注槽１２５３ｃには濃い濃度の塩溶液が分注されることになる。この場合、分注槽１２５３ａ，１２５３ｂ，１２５３ｃにそれぞれ同じ物質をあらかじめ入れておいても、塩溶液の濃度に応じてそれぞれ異なる化学反応が進行する。【０２５３】
これらの平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態のグラディエント形成装置と分注装置の組合せからなる構造は特に水溶液の通過時間の制御に限られるものではない。すなわち、上記のバッファー導入口および塩溶液導入口に導入される液体を、油性溶媒などに変更した場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。
（実施形態１９）【０２５４】
図３３は、本発明の一実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いるタイミング調整装置を示す平面図である。【０２５５】
このタイミング調整装置も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図３３に示すようなパターンを形成することにより、タイミング調整装置を形成できる。なお、図３３中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２５６】
このタイミング調整装置は、サンプル導入口１２６１、流路１２６３、反応槽１２６５、流路１２６７、タイミング流路１２６９、トリガー流路１２７１、流路１２７３、反応槽１２７５、流路１２７７、タイミング流路１２７９、タイミング流路１２８１、流路１２８３、廃液溜１２８５を備えている。【０２５７】
この構成によれば、サンプル導入口１２６１に導入された水溶液は、流路１２６３を通過して反応槽１２６５に流入し、流路１２６７の先端まで達する。しかし、このとき、疎水性領域を挟んで対向するトリガー流路１２７１に水溶液が存在しないので、水溶液は疎水性領域で堰き止められる。【０２５８】
サンプル導入口１２６１に水溶液を導入し続けると、反応槽１２６５はいずれ満杯となり、タイミング流路１２６９に水溶液が流入する。タイミング流路１２６９に連通するトリガー流路１２７１にも水溶液が流入すると、流路１２６７の先端のメニスカスとトリガー流路１２７１のメニスカスとが接触して液体スイッチが開通する。その結果、流路１２６７から流路１２７３に水溶液が流入する。【０２５９】
さらにサンプル導入口１２６１に水溶液を導入し続けると、水溶液は反応槽１２７５に流入し、流路１２７７の先端まで達する。しかし、このとき、疎水性領域を挟んで対向するトリガー流路１２８１に水溶液が存在しないので、水溶液は疎水性領域で堰き止められる。【０２６０】
サンプル導入口１２６１に水溶液を導入し続けると、反応槽１２７５はいずれ満杯となり、タイミング流路１２７９に水溶液が流入する。タイミング流路１２７９に連通するトリガー流路１２８１にも水溶液が流入すると、流路１２７７の先端のメニスカスとトリガー流路１２８１のメニスカスとが接触して液体スイッチが開通する。その結果、流路１２７７から流路１２８３に水溶液が流入する。流路１２８３に流入した水溶液は廃液溜１２８５に流入する。【０２６１】
このようにして、本実施形態のタイミング調整装置を用いると、反応槽から次の反応槽へ水溶液が移行するタイミングなどを調整することができる。そのため、反応槽内での化学反応の時間を容易に制御することができる利点がある。【０２６２】
図３４は、本実施形態の制御構造またはグラディエント形成装置と組み合わせて用いるタイミング調整装置の変形例を示す平面図である。【０２６３】
このタイミング調整装置も、フォトリソグラフィーの技術を応用することにより製造することができる。具体的には、スライドガラスのように親水性の高い基板に、疎水性の高いフォトレジストや光硬化性樹脂などを塗布し、図３４に示すようなパターンを形成することにより、タイミング調整装置を形成できる。なお、図３４中で塗りつぶした領域は親水性領域を表し、それ以外の領域は疎水性領域（外延は示さず）を表す。【０２６４】
このタイミング調整装置は、サンプル導入口１２９１、流路１２９３、サンプル導入口１２９５、タイミング流路１２９７、反応槽１２９９、流路１３０１、トリガー流路１３０３、流路１３０５、反応槽１３０７、流路１３１１、タイミング流路１３０９、流路１３１３を備えている。【０２６５】
この構成によれば、サンプル導入口１２９５に導入された水溶液は、流路１２９７を通過して反応槽１２９９に流入し、流路１３０１の先端まで達する。しかし、このとき、疎水性領域を挟んで対向するトリガー流路１３０３に水溶液が存在しないので、水溶液は疎水性領域で堰き止められる。【０２６６】
このとき、サンプル導入口１２９１に水溶液を導入すると、水溶液はタイミング流路１２９３を通過してトリガー流路１３０３に流入する。すると、流路１３０１の先端のメニスカスとトリガー流路１３０３のメニスカスとが接触して液体スイッチが開通する。その結果、流路１３０１から流路１３０５に水溶液が流入する。【０２６７】
さらにサンプル導入口１２９５に水溶液を導入し続けると、水溶液は反応槽１３０７に流入し、流路１３１１の先端まで達する。しかし、このとき、疎水性領域を挟んで対向するトリガー流路１３０９に水溶液が存在しないので、水溶液は疎水性領域で堰き止められる。【０２６８】
このとき、サンプル導入口１２９１にさらに水溶液を導入すると、水溶液はタイミング流路１２９３を通過してトリガー流路１３０９に流入する。すると、流路１３１１の先端のメニスカスとトリガー流路１３０９のメニスカスとが接触して液体スイッチが開通する。その結果、流路１３１１から流路１３１３に水溶液が流入する。【０２６９】
このようにして、本実施形態のタイミング調整装置を用いると、反応槽から次の反応槽へ水溶液が移行するタイミングなどを、サンプル導入口１２９１に水溶液を導入するタイミングと同期させて調整することができる。そのため、反応槽内での化学反応の時間を容易に制御することができる利点がある。【０２７０】
これらの平面構造は、水溶液を処理する場合の構造であるが、本実施形態のタイミング調整装置は特に水溶液の通過時間の制御に限られるものではない。すなわち、上記のサンプル導入口に導入される液体を、油性溶媒などに変更した場合には、上記の平面構造の親水性領域を親油性領域に置き換え、疎水性領域を疎油性領域に置き換えて用いれば、同様の作用効果を得ることができる。【０２７１】
以上、本発明の構成について説明したが、これらの構成を任意に組み合わせたものも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換したものもまた本発明の態様として有効である。
【図１】
0004123275.tif 000002
【図２】
0004123275.tif 000003
【図３】
0004123275.tif 000004
【図４】
0004123275.tif 000005
【図５】
0004123275.tif 000006
【図６】
0004123275.tif 000007
【図７】
0004123275.tif 000008
【図８】
0004123275.tif 000009
【図９】
0004123275.tif 000010
【図１０】
0004123275.tif 000011
【図１１】
0004123275.tif 000012
【図１２】
0004123275.tif 000013
【図１３】
0004123275.tif 000014
【図１４】
0004123275.tif 000015
【図１５】
0004123275.tif 000016
【図１６】
0004123275.tif 000017
【図１７】
0004123275.tif 000018
【図１８】
0004123275.tif 000019
【図１９】
0004123275.tif 000020
【図２０】
0004123275.tif 000021
【図２１】
0004123275.tif 000022
【図２２】
0004123275.tif 000023
【図２３】
0004123275.tif 000024
【図２４】
0004123275.tif 000025
【図２５】
0004123275.tif 000026
【図２６】
0004123275.tif 000027
【図２７】
0004123275.tif 000028
【図２８】
0004123275.tif 000029
【図２９】
0004123275.tif 000030
【図３０】
0004123275.tif 000031
【図３１】
0004123275.tif 000032
【図３２】
0004123275.tif 000033
【図３３】
0004123275.tif 000034
【図３４】
0004123275.tif 000035