(57)【要約】【課題】基板貼り合わせ時に融解された基板による光路の遮断を防止することができ、もって光学測定を確実に行なうことが可能な検出部を備えるマイクロチップを提供する。【解決手段】基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、当該溝と第２の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を内部に有するマイクロチップであって、該流体回路は、光を通過させるための光路部を備える検出部を少なくとも有し、第１の基板における該光路部を構成する溝の少なくとも１つの側面に接して形成された段差部、または第２の基板における該段差部に対向する位置に設けられた凹部のいずれかを備えるマイクロチップである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、前記溝と前記第２の基板の前記第１の基板側表面とからなる流体回路を内部に有するマイクロチップであって、
前記流体回路は、光を通過させるための光路部を備える検出部を少なくとも有し、
前記第１の基板における前記光路部を構成する溝の少なくとも１つの側面に接して形成された段差部、または前記第２の基板における前記段差部に対向する位置に設けられた凹部のいずれかを備えるマイクロチップ。
【請求項２】
前記第１の基板は、前記光路部を構成する溝の２つの側面に接して形成された２つの段差部を少なくとも備える請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記光路部を構成する溝の前記２つの側面は、前記光が入射および出射される面である請求項２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記第１の基板は、前記段差部を有し、前記第２の基板は、前記凹部を有しない請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記光路部を構成する溝の深さは、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項６】
前記段差部の深さは、０．５ｍｍ以下である請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項７】
前記段差部の深さは、０．１ｍｍ以下である請求項６に記載のマイクロチップ。
【請求項８】
前記第１の基板は、透明基板である請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項９】
前記第２の基板は、不透明基板である請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロチップ。
【請求項１０】
前記第２の基板は、黒色基板である請求項９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、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫および血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関し、より詳しくは、光学測定を行なうための検出部を有するマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。マイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ〜１０ｃｍ角で厚さ数ｍｍ〜数ｃｍ程度のチップ内で行なえることから、検体および試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、検体を採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有している。
【０００３】
マイクロチップはその内部に流体回路を有しており、該流体回路は、たとえば検体（その一例として血液が挙げられる）と混合あるいは反応、または該検体を処理するための液体試薬を保持する液体試薬保持部、該検体や液体試薬を計量する計量部、検体と液体試薬とを混合する混合部、混合液について分析および／または検査するための検出部などの各部と、これら各部を適切に接続する微細な流路（たとえば、数百μｍ程度の幅）とから主に構成される。マイクロチップは、典型的には、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して使用される。マイクロチップに適切な方向の遠心力を印加することにより、検体および液体試薬の計量、混合、ならびに該混合液の検出部への導入等を行なうことができる（内部に流体回路を有するマイクロチップの一例として、たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
上記検出部に収容された混合液は、たとえば検出部に光（検出光）を照射して、その透過率を測定するなどの光学測定に供される。
【特許文献１】特開２００７−１７３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内部に流体回路を有するマイクロチップは、一方の基板表面に溝を有する第１の基板と、第２の基板とを、溝形成側表面が第２の基板に対向するようにして貼り合わせることにより作製することができる。基板の貼り合わせ方法としては、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を、レーザなどを用いて融解して接着する溶着法などを用いることができる。
【０００６】
ここで、溶着法によりマイクロチップを作製する場合、基板貼り合わせ時に、融解された基板が盛り上がることが多い。このような基板の盛り上がりが上記流体回路の検出部において生じると、盛り上がった基板によって光路（検出部内の検出光を通過させるための空洞部）の一部が遮られ、光学測定が困難になるという問題がある。
【０００７】
上記光路の遮断を回避するために、光路のマイクロチップ厚み方向の長さを大きくすると、検査・分析に使用する検体および液体試薬の量を増やす必要があり、マイクロチップが有する利点を最大限に生かすことができない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、基板貼り合わせ時に融解された基板による光路の遮断を防止することができ、もって光学測定を確実に行なうことが可能な検出部を備えるマイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明は、基板表面に設けられた溝を備える第１の基板と、第２の基板とを貼り合わせてなり、当該溝と第２の基板の第１の基板側表面とからなる流体回路を内部に有するマイクロチップであって、該流体回路は、光を通過させるための光路部を備える検出部を少なくとも有し、第１の基板における該光路部を構成する溝の少なくとも１つの側面に接して形成された段差部、または第２の基板における該段差部に対向する位置に設けられた凹部のいずれかを備えるマイクロチップである。
【００１０】
ここで、本発明において第１の基板は、光路部を構成する溝の２つの側面に接して形成された２つの段差部を少なくとも備えることが好ましい。より好ましくは、光路部を構成する溝の上記２つの側面は、光が入射および出射される面である。
【００１１】
本発明の好ましい一実施形態において、第１の基板は、上記段差部を有し、第２の基板は、上記凹部を有しない。
【００１２】
光路部を構成する溝の深さは、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。また、段差部の深さは、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１３】
本発明において、第１の基板は、透明基板であることが好ましい。第２の基板は、不透明基板であることが好ましく、黒色基板であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板貼り合わせ時に融解された基板による光路の遮断を効果的に抑制または防止することができる。これにより、光学測定を確実に行なうことが可能な検出部を備えるマイクロチップが提供され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のマイクロチップは、基板表面に溝が形成された第１の基板の溝形成側表面上に、第２の基板を貼り合わせてなる内部に流体回路を有するマイクロチップである。該流体回路は、第１の基板表面に形成された溝と第２の基板の貼り合わせ面とによって構成されている。マイクロチップの大きさは、特に限定されないが、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。
【００１６】
本発明のマイクロチップにおいて、流体回路は、流体回路内の流体（特には、液体）に対して適切な様々な処理を行なうことができるよう、流体回路内の適切な位置に配置された種々の部位を備えており、これらの部位は、微細な流路を介して適切に接続されている。
【００１７】
上記部位としては、特に限定されるものではないが、液体試薬を保持するための液体試薬保持部、検体（または該検体中の特定成分。以下、単に検体とも称する。）や液体試薬を計量するための計量部、計量された液体試薬と検体とを混合するための混合部、該混合液についての検査・分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出）を行なうための検出部などを挙げることができる。必要に応じてさらに別の部位が設けられてもよい。計量部は、所定の容量を有しており、検体や液体試薬を計量部に導入することにより、所定量の検体や液体試薬を計り取ることができる。なお、液体試薬とは、マイクロチップを用いて行なわれる検査・分析の対象となる検体を処理する、または該検体と混合あるいは反応される試薬であり、通常、マイクロチップ使用前にあらかじめ流体回路の液体試薬保持部に内蔵されている。
【００１８】
検体や液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を順次印加することにより行なうことができる。マイクロチップへの遠心力の印加は、典型的には、マイクロチップを、これに遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なわれる。
【００１９】
本発明のマイクロチップは、上記検出部を必須の部位として備えている。検出部に導入された混合液等の被測定物は、検出部に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法等の光学測定に供される。
【００２０】
以下、本発明のマイクロチップについて、好ましい一実施形態を示して詳細に説明する。図１は、本発明の好ましい一実施形態のマイクロチップ１００を構成する、基板表面に溝が形成された第１の基板１０１の当該溝が形成されている側の面を示す概略上面図である。本実施形態のマイクロチップ１００は、図１に示される第１の基板１０１の溝形成側表面に第２の基板（図１において図示せず）を溶着法により貼り合わせることによって作製され、血液から血漿成分を取り出し、該血漿成分について検査・分析を行なうマイクロチップとして好適に適用され得る流体回路構造を有している。
【００２１】
図１を参照して、マイクロチップ１００が有する流体回路は、被験者から採取された血液を含むキャピラリー等のサンプル管を組み込むためのサンプル管載置部１０２、サンプル管より導出された血液から血球成分などを除去して血漿成分を得る血漿分離部１０３、分離された血漿成分を計量するための検体計量部１０４、液体試薬を保持するための２つの液体試薬保持部１０５ａおよび１０５ｂ、液体試薬を計量するための液体試薬計量部１０６ａおよび１０６ｂ、血漿成分と液体試薬とを混合するための混合部１０７ａ〜１０７ｄ、ならびに、得られた混合液についての検査・分析が行なわれる検出部１０８から主に構成される。マイクロチップ１００は、あらかじめ流体回路内に液体試薬が内蔵された「液体試薬内蔵型マイクロチップ」であり、該液体試薬は、液体試薬保持部１０５ａおよび１０５ｂに形成された、第１の基板１０１の厚み方向に貫通する貫通穴である液体試薬導入口１７０ａ、１７０ｂを介して、マイクロチップ１００における第１の基板１０１側表面側から注入される。これら液体試薬導入口の開口部は、マイクロチップ１００における第１の基板１０１側表面に封止用ラベルなどを貼合することによって封止される。
【００２２】
図２は、マイクロチップ１００における検出部１０８を拡大して示す上面図である。検出部１０８は、光学測定において照射される検出光２１０が通過する、およそ直方体形状を有する光路部２０１を有している。光路２０１は、その一端に、光学測定に供される上記混合液等の被測定物を導入するための入口流路２０２を備え、その他端は、出口流路２０３によって空気孔２０４に接続されている。空気孔２０４は、第１の基板１０１の厚み方向に貫通する貫通穴である。
【００２３】
図３は、図２に示されるＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図３では、第１の基板１０１に貼合される第２の基板３０１についても併せて示している。図３に示されるように、光路部２０１には、光路部２０１を構成する溝の側面に接して設けられた２つの段差部２０５を有する。段差部２０５が設けられている側面は、検出光が通過する入射面２０６および出射面２０７である。このような、段差部２０５は、基板溶着時に溶出した基板（特には第２の基板３０１）を収容する空洞部を形成する。すなわち、段差部２０５を設けることにより、図３に示される第１の基板１０１と第２の基板とをレーザ溶着する際、溶出した第２の基板３０１は、段差部２０５と第２の基板３０１表面とによって形成された、光路部２０１に連結された空洞部に収容されることとなる（図４参照）。したがって、基板貼り合わせ時に溶出した基板によって検出光の光路が遮断されるのを防止することが可能となる。このような段差構造がない場合には、図５に示されるように、基板貼り合わせ時に溶出して盛り上がった基板は、検出光の光路を塞いでしまうことがあった。
【００２４】
ここで、段差部２０５は、必ずしも検出光の入射面および出射面の双方に設ける必要はないが、検出光の光路を確実に保証するためには、入射面および出射面の双方に設けることが好ましい。
【００２５】
図３を参照して、段差部２０５の深さ（第１の基板１０１の溝形成側表面から段差部２０５表面までの距離）Ｌ１は、光路部２０１を構成する溝の深さＬ２より小さいことが必要である。用いられる検出光のスポット径や、検出光の光軸と光路部の入射面２０６との位置合わせの容易性を考慮すると、検出光の入射面および出射面の長さ（Ｌ２−Ｌ１）は、およそ１ｍｍ以上であることが好ましい。また、光路部２０１を構成する溝の深さＬ２は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。Ｌ２が２ｍｍを超えると、被測定物の量が多くなるため、マイクロチップが有する利点を最大限に生かすことができない。Ｌ２はより好ましくは、１．５ｍｍ以下である。段差部２０５の深さＬ１は、上記点とともに、溶出する基板の容積等を考慮して決定されることが好ましい。段差部２０５の深さＬ１は、０．５ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、０．１ｍｍ以下である。段差部２０５の深さＬ１が０．５ｍｍを超える場合、十分な入射面および出射面の長さを確保できない場合がある。なお、段差部２０５の幅方向の長さＬ３は、特に限定されるものではなく、溶出する基板の容積等を考慮して適宜決定される。段差部２０５の幅方向の長さＬ３は、たとえば０．１〜０．５ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
図２を参照して、光路部２０１の幅Ｌ４は、特に制限されないが、検出光の光軸と光路部の入射面２０６との位置合わせの容易性などを考慮すると、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度とすることが好ましい。より好ましくは、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下程度である。段差部２０５における光路部２０１の幅Ｌ４と平行な方向の長さＬ５は、Ｌ４と同じか、またはＬ４より大きいことが好ましい。より好ましくは、段差部２０５の幅Ｌ５は、光路部２０１の幅Ｌ４より大きく、図２に示される例においては、段差部２０５は、入口流路２０２および出口流路２０３内まで延びている。これは、検出光の入射面および出射面の全面にわたって、確実に溶出した基板を収容し、光路を確保するためである。
【００２７】
溶出した基板を収容するための、光路部２０１に連結された空洞部を形成するために、上記した段差部とともに、あるいは段差部の代わりに、第２の基板の貼り合わせ面表面に凹部（溝）を設けてもよい。凹部は、当該凹部によって形成される空洞部が光路部に連結されるよう、少なくとも、第２の基板における上記段差部に対向する位置に形成される。図６は、本発明に係る検出部の別の例を示す概略断面図である。図６（ａ）および（ｂ）に示されるように、溶出した基板を収容するための空洞部は、第１の基板６０１に形成された段差部６０５と、第２の基板６０２に形成された凹部６０６とによって構成されてもよい。または、該空洞部は、図６（ｃ）に示されるように第２の基板６０２に形成された凹部６０６のみによって構成されてもよい。
【００２８】
上記した中では、図３に示されるように、第１の基板に形成された段差部のみによって空洞部を形成する構成が特に好ましい。この構成によれば、第２の基板に溝（凹部）を形成することなく空洞部、さらには流体回路全体を形成することが可能となる。
【００２９】
本発明のマイクロチップを構成する第１の基板（流体回路を構成する溝が形成されている基板）および第２の基板の材質は特に制限されないが、加工性を考慮すると、樹脂を用いることが好ましい。樹脂のなかでも、ポリスチレン系樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、アクリル樹脂などが好ましく用いられ、なかでも、耐湿性、加工性（射出成形のし易さなど）が良好であることから、ポリスチレン系樹脂がより好ましい。
【００３０】
第１の基板は、光学測定の際、検出光が照射される光路部を含んでいることから、透明基板とすることが好ましく、少なくとも検出部における光路部の入射面および出射面は透明樹脂から構成する必要がある。また、第２の基板は、透明基板であっても不透明基板であってもよい。第１の基板と第２の基板との貼合は、たとえばレーザ溶着、熱溶着、超音波溶着等の溶着法に行なうことができる。たとえばレーザ溶着法においては、第１の基板、第２の基板の少なくとも一方の貼り合わせ面にレーザを照射し、該貼り合わせ面を融解させることにより接着を行なうが、この際、基板に不透明基板（好ましくは黒色基板）を用いることにより、光吸収率が増大し、効率的にレーザ溶着を行なうことができる。したがって、第１の基板を透明基板とする場合には、第２の基板を不透明基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。第１の基板を透明基板、第２の基板を黒色基板とし、これら２つの基板材料に同一の樹脂を用いた場合、レーザ溶着においては、典型的には、第１の基板側から貼り合わせ面にレーザを照射し、第２の基板の貼り合わせ面を融解させることにより基板の接着を行なうことができる。
【００３１】
上記したような段差部および／または第２の基板側の凹部は、検出部だけでなく、流体回路の他の部位に設けてもよい。かかる他の部位としては、たとえば、血漿成分を計量するための検体計量部１０４、液体試薬を計量するための液体試薬計量部１０６ａおよび１０６ｂなどを挙げることができる。計量部は、所定量の液体を計量するために、所定の容積を有している必要があり、計量部に段差部や凹部を設けることにより、基板の盛り上がりによる計量部容積の低下を防止することができる。なお、本発明において流体回路の構成は、図１に示される構成に限定されないことはいうまでもない。
【００３２】
最後に、図１に示されるマイクロチップ１００の動作方法の一例について説明する。なお、以下に説明する動作方法は一例を示したものであり、この方法に限定されるものではない。まず、被験者から採取された血液を含むサンプル管をサンプル管載置部１０２に搭載する。次に、マイクロチップ１００に対して、図１における左向き方向（以下、単に左向きという。他の方向についても以下同様。）に遠心力を印加し、サンプル管内の血液を取り出した後、下向きの遠心力により、血液を血漿分離部１０３に導入して遠心分離を行ない、血漿成分（上層）と血球成分（下層）とに分離する。この際、過剰の血液は、廃液溜め１０９ａに収容される。また、この下向き遠心力により、液体試薬保持部１０５ａ内の液体試薬Ｘは、液体試薬計量部１０６ａに導入され計量される。液体試薬計量部１０６ａから溢れ出た液体試薬Ｘは、液体試薬計量部１０６ａの出口側端部に接続された流路を通って、廃液溜め１０９ａに収容される。
【００３３】
ついで、分離された、血漿分離部１０３内の血漿成分を、右向き遠心力により検体計量部１０４に導入し、計量する。検体計量部１０４から溢れ出た血漿成分は、検体計量部１０４の出口側端部に接続された流路を通って、廃液溜め１０９ｂに収容される。また、計量された液体試薬Ｘは、混合部１０７ｂに移動するとともに、液体試薬保持部１０５ｂ内の液体試薬Ｙは、液体試薬保持部１０５ｂから排出される。
【００３４】
次に、下向き遠心力により、計量された血漿成分および計量された液体試薬Ｘは、混合部１０７ａに移動するとともに、混合される。また、液体試薬Ｙは、液体試薬計量部１０６ｂに導入され、計量される。液体試薬計量部１０６ｂから溢れ出た液体試薬Ｙは、液体試薬計量部１０６ｂの出口側端部に接続された流路を通って、廃液溜め１０９ｃに収容される。ついで、右向き、下向き、右向き遠心力を順次印加して、血漿成分と液体試薬Ｘとの混合液を混合部１０７ａおよび１０７ｂ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。次に、上向き遠心力により、血漿成分と液体試薬Ｘとの混合液と計量された液体試薬Ｙとを混合部１０７ｃにて混合させる。ついで、左向き、上向き、左向き、上向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０７ｃおよび１０７ｄ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。最後に、右向き遠心力により、混合部１０７ｃ内の混合液を検出部１０８に導入する。検出部１０８内に収容された混合液は、たとえば上記したような光学測定に供され、検査・分析が行なわれる。
【００３５】
以下、実施例を示して本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３６】
＜実施例１＞
図３に示される、段差部２０５を有する第１の基板１０１（図１に示される溝パターンを有する透明基板である。）と黒色基板である第２の基板３０１とを用意した。ここで、段差部２０５の深さＬ１は０．１５ｍｍ、光路部２０１を構成する溝の深さＬ２は１．２ｍｍ、段差部２０５の幅方向の長さＬ３は０．３ｍｍとした。次に、第１の基板１０１と第２の基板３０１とを重ね、第１の基板１０１側からレーザを照射し、第２の基板３０１の貼り合わせ面を融解させることにより、基板の貼り合わせを行なった。次に、得られたマイクロチップを図３に示される断面にて切断した。ついで、ＣＣＤ顕微鏡を用いて断面観察を行ない、基板界面から第２の基板３０１のうち最も盛り上がっている点までの距離Ｗを測定した。かかる測定を１０個のマイクロチップについて行なった。結果を表１に示す。
【００３７】
＜比較例１＞
段差部２０５を有しない第１の基板を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてマイクロチップを１０個作製し、断面観察を行ない、距離Ｗを測定した。結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の好ましい一実施形態のマイクロチップを構成する、基板表面に溝が形成された第１の基板の当該溝が形成されている側の面を示す概略上面図である。
【図２】図１に示されるマイクロチップを拡大して示す上面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【図４】図３に示される第１の基板と第２の基板とをレーザ溶着したときの状態を示す概略断面図である。
【図５】段差部を有しない第１の基板と第２の基板をレーザ溶着したときの状態を示す概略断面図である。
【図６】本発明に係る検出部の別の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  マイクロチップ、１０１，５０１，６０１  第１の基板、１０２  サンプル管載置部、１０３  血漿分離部、１０４  検体計量部、１０５ａ，１０５ｂ  液体試薬保持部、１０６ａ，１０６ｂ  液体試薬計量部、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄ  混合部、１０８  検出部、１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃ  廃液溜め部、１７０ａ，１７０ｂ  液体試薬導入口、２０１，６０３  光路部、２０２  入口流路、２０３  出口流路、２０４  空気孔、２０５，６０５  段差部、２０６  入射面、２０７  出射面、２１０  検出光、３０１，５０２，６０２  第２の基板、６０６  凹部。
【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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