(57)【要約】【課題】密閉手段を設けなくても、マイクロチップに長期間保存された液体試薬Ｌの蒸発を抑制するマイクロチップを提供すること。【解決手段】試薬保管部に保管されている液体試薬Ｌを、封止用の液体が充填されている第１液体保管部と、第２液体保管部とで挟むように配置することにより蒸発によって失われる試薬の水分補給の役割を担い、液体試薬Ｌの蒸発を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細流路を有するマイクロチップであって、
前記微細流路に連通する上流側開口部と、下流側開口部と、
前記上流側開口部と前記下流側開口部との間の前記微細流路内に設けられ液体試薬を保管する試薬保管部と、
液体試料を前記微細流路内に注入する注入部と、
前記試薬保管部の送液方向下流側に設けられ前記液体試薬と前記液体試料との反応を行う試薬反応部と、
前記上流側開口部と前記試薬保管部との間に設けられ封止用の液体を保管する第１液体保管部と、
前記試薬反応部と前記下流側開口部との間に設けられ封止用の液体を保管する第２液体保管部と、
前記第１液体保管部の下流側に設けられ送液された前記封止用の液体を捕捉する第１液体捕捉部と、
前記第２液体保管部の下流側に設けられ送液された前記封止用の液体を捕捉する第２液体捕捉部と、
を有することを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記第１液体捕捉部、及び前記第２液体捕捉部の深さは前記微細流路の深さよりも深く、かつ、前記微細流路の下面より下の前記第１液体捕捉部の容積は送液方向上流側の前記第１液体保管部の容積よりも大きく、前記微細流路の下面より下の前記第２液体捕捉部の容積は送液方向上流側の前記第２液体保管部の容積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記封止用の液体は、純水であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記封止用の液体は、水溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記水溶液は、ゾル状態からゲル状態に転移する水溶液であることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
請求項５に記載の前記水溶液は、５０ｖｏｌ％以下の吸湿性液体を含むことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項７】
前記微細流路内に送液方向に垂直な方向の断面積が前後の微細流路の断面積よりも小さい疎水性バルブであって、送液する送液圧力が所定量以下の場合には、液を遮断する疎水性バルブを有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のマイクロチップ。
【請求項８】
マイクロチップを構成する基材と、前記液体試薬、前記液体試料、前記封止用の液体との接触角はそれぞれ９０°以上であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細流路を有するマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、など）を微細化して１チップ上に集積化したマイクロチップを用いたシステムが注目されている。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれ、マイクロチップ上で、試薬と試料（たとえば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液、検体を処理して抽出したＤＮＡ処理した抽出溶液など）を合流させ、その反応を検出することにより検体の特性を調べるシステムである。
【０００３】
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工を行い、試薬や試料を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。
【０００４】
しかし、μＴＡＳは、複数の供給部や、試料や試薬を送液する際に必要な流路内部に充填された気体の排気部などの開口が存在する。この開口を通じてマイクロチップに保管されている液体状の試薬の蒸発をさせてしまうため、長時間保管させている場合には試薬の液量が変化してしまうため、試料と試薬の精密な混合比のコントロールを困難にしてしまう。
【０００５】
この液体状の試薬の蒸発を抑制するために例えば特許文献１には、試薬や試料、及びその混合別に対して不活性な液体（液体シール）を有し、液体を第１の流路に供給した後、検査薬としての液体試薬、不活性の液体の順に第１の流路にそれぞれ供給する。同じように不活性の液体を第２の流路に供給した後、血液などの被検体としての検査対象、不活性の液体の順に第２の流路にそれぞれ供給する。このように液体試薬や検査対象を不活性の液体で前後して挟むことにより液体試薬、検査対象の蒸発を抑制する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２７４１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、供給口の密閉手段に液体シールが付着する恐れがあり、外部からの圧力に対して液体が移動して、液体が漏れ出す恐れや、異種の液体が混合する所謂コンタミネーションが生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、密閉手段を設けなくても、マイクロチップに長期間保存された液体試薬の蒸発を抑制するマイクロチップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記構成により達成できる。
１．微細流路を有するマイクロチップであって、前記微細流路に連通する上流側開口部と、下流側開口部と、前記上流側開口部と前記下流側開口部との間の前記微細流路内に設けられ液体試薬を保管する試薬保管部と、液体試料を前記微細流路内に注入する注入部と、前記試薬保管部の送液方向下流側に設けられ前記液体試薬と前記液体試料との反応を行う試薬反応部と、前記上流側開口部と前記試薬保管部との間に設けられ封止用の液体を保管する第１液体保管部と、前記試薬反応部と前記下流側開口部との間に設けられ封止用の液体を保管する第２液体保管部と、前記第１液体保管部の下流側に設けられ送液された前記封止用の液体を捕捉する第１液体捕捉部と、前記第２液体保管部の下流側に設けられ送液された前記封止用の液体を捕捉する第２液体捕捉部と、を有することを特徴とするマイクロチップ。
２．前記第１液体捕捉部、及び前記第２液体捕捉部の深さは前記微細流路の深さよりも深く、かつ、前記微細流路の下面より下の前記第１液体捕捉部の容積は送液方向上流側の前記第１液体保管部の容積よりも大きく、前記微細流路の下面より下の前記第２液体捕捉部の容積は送液方向上流側の前記第２液体保管部の容積よりも大きいことを特徴とする１に記載のマイクロチップ。
３．前記封止用の液体は、純水であることを特徴とする１または２に記載のマイクロチップ。
４．前記封止用の液体は、水溶液であることを特徴とする１または２に記載のマイクロチップ。
５．前記水溶液は、ゾル状態からゲル状態に転移する水溶液であることを特徴とする４に記載のマイクロチップ。
６．５に記載の前記水溶液は、５０ｖｏｌ％以下の吸湿性液体を含むことを特徴とするマイクロチップ。
７．前記微細流路内に送液方向に垂直な方向の断面積が前後の微細流路の断面積よりも小さい疎水性バルブであって、送液する送液圧力が所定量以下の場合には、液を遮断する疎水性バルブを有することを特徴とする１乃至４の何れかに記載のマイクロチップ。
８．マイクロチップを構成する基材と、前記液体試薬、前記液体試料、前記封止用の液体との接触角はそれぞれ９０°以上であることを特徴とする１乃至４の何れかに記載のマイクロチップ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、試薬保管部に保管されている液体試薬を、封止用の液体が充填されている第１液体保管部と、第２液体保管部とで挟むように配置することにより蒸発によって失われる試薬の水分補給の役割を担い、液体試薬の蒸発を抑制することができる。
【００１０】
さらに、第１液体捕捉部と第２液体捕捉部とを有することにより、封止用の液体が送液される際、液体試薬の送液流路を通過する前に捕捉されるのでコンタミネーションは発生しない。そのため液体試薬に対して影響を与えることがなく、液体試薬の位置を保持する効果や蒸発抑制効果のみを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１２】
図１は本実施の形態に係るマイクロチップを示す図である。図１において、マイクロチップ１には微細流路２に液を送るための圧力Ｐを付与する上流側開口部３と、下流側に圧力Ｐを逃がすための下流側開口部４が設けられている。そして、上流側開口部３と下流側開口部４との間の微細流路２内に少なくとも１種類以上の液体試薬Ｌを保管する試薬保管部５が設けられ、さらに試薬保管部５に液体試料Ｑを注入する注入部である第１注入口６が設けられている。なお、上流側開口部３に圧力を付与する換わりに、下流側開口部４に吸引ポンプなどにより負圧を付与して微細流路２内の液を送液しても良い。
【００１３】
試薬保管部５の下流側に、液体試薬Ｌと液体試料Ｑとを混合して、加熱などを行って反応させるための試薬反応部７が設けられている。上流側開口部３と試薬保管部５との間には、微細流路２内に進入する気体や不純物等を封止するための封止用の液体Ｆを保管する第１液体保管部８と、試薬反応部７と下流側開口部４との間に封止用の液体Ｆを保管する第２液体保管部９が設けられている。さらに、第２液体保管部に封止用の液体Ｆを注入するための第２注入口１１が設けられている。第１注入口６及び第２注入口１１には、液体試薬Ｌや封止用の液体Ｆを注入した後、例えば粘着フィルムなどを用いて流路を密閉する。
【００１４】
また、第１液体保管部８の下流側に、封止用の液体Ｆが圧力Ｐによって送液される際に封止用の液体Ｆを捕捉する第１液体捕捉部１０、及び、第２液体保管部９の下流側に、第２液体捕捉部１２がそれぞれ設けられている。第１液体捕捉部１０、及び第２液体捕捉部１２の深さは微細流路２の深さよりも深く、かつ、微細流路２の下面より下の第１液体捕捉部の容積は送液方向上流側の第１液体保管部１０の容積よりも大きく、微細流路２の下面より下の第２液体捕捉部１２の容積は送液方向上流側の第２液体保管部の容積よりも大きくなっている。これは、液体捕捉部内に、封止用の液体Ｆを全て捕捉し、かつ、液体捕捉部の上部にある空間から圧力Ｐを下流側に付与するためである。図２に第１液体保管部８と液体捕捉部１０の断面図を示し、Ｖ１は微細流路２の下面より下の第１液体捕捉部１０の容積、Ｖ２は第１液体捕捉部の容積を示す。
【００１５】
第１液体捕捉部１０、第２液体捕捉部１２を設けることにより、封止用の液体Ｆと液体試薬Ｌ又は液体試料Ｑとが合流してコンタミネーションが発生することを防ぐことができる。
【００１６】
マイクロチップを構成する基材ＢＰは、液体の表面張力を利用して外部からの圧力に対して液体が移動して他の試薬が混入するのを防止するために、撥水性が優れている基材ＢＰを用いている。具体的には基材ＢＰと、液体試薬Ｌ、液体試料Ｑ、封止用の液体Ｆとの接触角ψはそれぞれ９０°以上である（図３参照）。
【００１７】
さらに、他の試薬が混入するのを防止するために、第１液体保管部８、第２液体保管部９、及び、試薬保管部５のそれぞれ上流側と下流側の少なくともどちらか一方に、断面積が微細流路２よりも更に小さく、幅及び深さとも絞られた短い流路ＲＢ（以下、疎水性バルブＲＢと称する）を設けたマイクロチップを使用することが望ましい。図４は第１液体保管部８、第２液体保管部９、及び、試薬保管部５のそれぞれ上流側と下流側の両方に疎水性バルブを設けたところを示す図である。
【００１８】
ここで、疎水性バルブＲＢは、マイクロチップ内を送液される液体を所定の位置で一旦停止させるために設けるものである。
【００１９】
本実施例では、微細流路２の断面積は５００００μｍ2（幅２００μｍ×深さ２５０μｍ）であり、疎水性バルブの断面積は６２５μｍ2（幅２５μｍ×深さ２５μｍ）である。
【００２０】
液体を所定圧力よりも低い圧力で送液した場合には、液体が疎水性バルブＲＢから広幅の流路２に出ようとする際に、液体の表面に働く表面張力によって液体の送液が停止する。液体を所定圧力以上で送液した場合には、この表面張力に打ち勝ち、液体は疎水性バルブＲＢを通過し下流に送液される。
【００２１】
疎水性バルブを設けることにより試薬保管時には落下などの衝撃に対してそれぞれの液体の位置が不動である一方で、送液時には高抵抗の流路を通過することが可能な圧力をかけることで送液を可能にしている。
【００２２】
流路を封止するために液体を用いるのは、試薬保管部５に保管されている液体試薬Ｌの蒸発速度を抑えるためである。封止用の液体Ｆは純水であっても良く、さらに好ましくは、液体試薬Ｌや液体試料Ｑと不活性な水溶液であって、ゾル状態（温度を下げると固化する）からゲル状態（温度上げると溶ける）に転移する物質（例えばゼラチン、カンテンなど）であることが封止を効率よく行うために望ましい。
【００２３】
さらにゾル−ゲル転移する水溶液は５０ｖｏｌ％以下の吸湿性液体を含む。ここで吸湿性液体とは例えばエチレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ニトロベンゼン、ベンゼンスルホン酸、または、吸湿性を持つ固体の水溶液である水酸化ナトリウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液などがある。これは吸湿性液体が周りの水蒸気を吸収することにより、長期間に渡りゲル状態を維持することが可能であるからである。
【００２４】
ここで、封止用の液体Ｆを使用した本発明のマイクロチップの実施例を説明する。
（実施例）
封止用の液体Ｆがゾル状態からゲル状態に転移する水溶液を使用するとき、ゾル状態にした水溶液をポンプや注射器などで上流側注入口３から第１液体保管部８に注入する。また、第２液体保管部９には、注入口１１から水溶液を注入する。この状態でマイクロチップ１を４℃に冷却し、水溶液をゲル状態に転移させ液体試薬Ｌの蒸発を抑制する。マイクロチップ１を使用するときは、再び水溶液をゾル状態に戻すように環境温度を上げ、注入部６から液体試料Ｑを注入し、試薬保管部５において保管されている液体試薬Ｌと混合する。
【００２５】
上流側開口部３から圧力Ｐ（本実施の形態では圧縮空気）を付与すると、第１液体保管部８内の水溶液は、液体捕捉部１０に捕捉されことで試薬保管部５に到達されず、圧力Ｐのみが試薬保管部５に到達する。この圧力Ｐによって試薬保管部５内に混合されている液体試薬Ｌと液体試料Ｑは試薬反応部７に送液され、加熱されたりして反応が促進される。試薬反応部７の容積を、液体試薬Ｌと液体試料Ｑの混合された容積よりも大きくすることで、圧力Ｐは、試薬反応部７を通過して第２液体保管部に到達する。
【００２６】
その後、圧力Ｐは第２液体保管部９内の水溶液を押出し、水溶液は下流側の液体捕捉部１０に捕捉される。下流側の液体捕捉部１０を通過した圧力Ｐは、下流側開口部４から排出される。
【００２７】
封止用の液体Ｆが純水を使用するときは、特にマイクロチップ１を冷却したり、加熱したりすることなく検査を行うことができるので取り扱いに関して、ゾルゲル転移物質を使用するときよりも有利である。
（蒸発量の実験）
ここで、流路内に封止用の液体を封入して液体試薬Ｌの蒸発量を実験により求めた。そのときの実験方法と結果を図５と表１に示す。
実験方法：
１）プラスチック基材に幅０．５ｍｍ×深さ０．３ｍｍの流路を彫り、厚さ０．０３ｍｍの粘着ＰＥＴシートで蓋をする。
２）注射器を使用して液体試薬Ｌと、封止用の液体（本実験では純水を使用）をＰＥＴシートの上から２．０マイクロリットル注入する。
３）液を充填後、１）で用いた粘着ＰＥＴシートで針穴を塞ぐ。
４）常温で２週間放置後液体試薬Ｌの量を測定。
【００２８】
図５（ａ）は流路に液体試薬Ｌを注入し、注入口に粘着ＰＥＴシールの密閉手段１３を設けるときと、設けないときの図を示す。図５（ｂ）は液体試薬Ｌの両サイドを封止用の液体で塞ぎ、かつ注入口に粘着ＰＥＴシールの密閉手段１３を設けるときと、設けないときの図を示す。
【００２９】
その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2009145105.tif 000003
【００３１】
表１より、封止用の液体Ｆがあれば、密閉手段１３の有無に係らず、液体試薬Ｌの蒸発を他条件に比べ有意に防ぐことができる。これは、封止用の液体Ｆを設けることで液体試薬Ｌが蒸発する空気の量が小さくなったこと。空気の飽和蒸気圧（湿度１００％）にするのに封止用の液体Ｆから蒸発が起こることで液体試薬Ｌの蒸発量が抑えられた。
【００３２】
このように、上述した構成を有する本発明のマイクロチップ１は、試薬保管部５に保管されている液体試料Ｑを、封止用の液体Ｆが充填されている第１液体保管部８、及び、第２液体保管部９で挟むように配置されているので、外気と接することがなく、液体試薬Ｌの蒸発を抑制することができる。また、第１液体保管部８、第２液体保管部９、及び、試薬保管部５のそれぞれ上流側と下流側の少なくとも一方に、疎水性バルブを有しているので落下などの衝撃に対しても純水等の水溶液の位置が変化することはなく、液体が漏れだしたり、液体試薬Ｌなどが不用意に混合したりすることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施の形態に係るマイクロチップを示す図である。
【図２】第１液体保管部と液体捕捉部の断面を示す図である。
【図３】基材と、液体との接触角を示す図である。
【図４】第１液体保管部、第２液体保管部、及び、試薬保管部のそれぞれ上流側と下流側の両方に疎水性バルブを設けたところを示す図である。
【図５】図５（ａ）は流路に液体試薬Ｌを注入し、封止用の液体を注入しないときの図であり、図５（ｂ）は液体試薬Ｌの両サイドを封止用の液体で塞いだ状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  マイクロチップ
２  流路
３  上流側開口部
４  下流側開口部
５  試薬保管部
６  第１注入口
７  試薬反応部
８  第１液体保管部
９  第２液体保管部
１０  第１液体捕捉部
１１  第２注入口
１２  第２液体捕捉部
１３  密閉手段
Ｌ  液体試薬
Ｑ  液体試料
Ｆ  封止用の液体
ＢＰ  基材
ＲＢ  疎水性バルブ
Ｐ  圧力
【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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