(57)【要約】【課題】簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供すること。【解決手段】液体貯留部に貯留された液体を、複数の分岐流路を介して複数の液体定量部に送液し、複数の液体定量部に満充填された液体を下流に送液することで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部に貯留された液体を定量する複数の液体定量部と、
複数の前記液体定量部の各々に連通する複数の下流流路とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部と複数の前記液体定量部の各々とに連通された複数の分岐流路と、
前記液体貯留部に連通され、前記液体貯留部に空気を注入する送液用空気流路と、
複数の前記液体定量部の各々に連通され、複数の前記液体定量部に空気を注入する複数の定量用空気流路とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【請求項２】
複数の前記液体定量部と複数の前記定量用空気流路とは撥水バルブを介して連通され、
複数の前記液体定量部と複数の前記下流流路とは撥水バルブを介して連通されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項３】
複数の前記分岐流路は、少なくともその一部に流路抵抗値の高い高抵抗流路を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ検査チップを用いたマイクロ検査チップの液体定量方法において、
前記送液用空気流路から前記液体貯留部に注入される空気によって、前記液体貯留部に貯留された前記液体を複数の前記分岐流路に送液し、複数の前記液体定量部を前記液体によって満充填する送液工程と、
複数の前記定量用空気流路から複数の前記液体定量部に注入される空気によって、複数の前記液体定量部に満充填された前記液体を複数の前記下流流路に送液する定量工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体定量方法。
【請求項５】
前記送液用空気流路および前記定量用空気流路からの空気の注入は、前記マイクロ検査チップの外部から前記マイクロ検査チップに注入される駆動液によって行われることを特徴とする請求項４に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法を用いて液体を定量することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置に関し、特に、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置に関する。
【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、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化した分析用チップ（以下、マイクロ検査チップと言う）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。特に、遺伝子検査に見られるように煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化に優れたマイクロ検査チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とするので、その恩恵は多大と言える。
【０００４】
上記のようなマイクロ検査チップでは、検査に用いられる検体や試薬を正確に定量することが重要である。検体や試薬を精度良く定量できないと、反応およびその検出結果に多大の影響が生ずる。
【０００５】
そこで、特許文献２には、第１の流路に導入された液体が、第１の流路と第２の流路とを繋ぐ第３の流路内に毛細管現象によって引き込まれ、第１の流路内の液体を取り除いた後に第３の流路内の液体を第２の流路に送液することで、第３の流路の容積に応じた体積の液滴を作成する液体の定量方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、チップを回転させることで発生する遠心力を用いて、チップ内の液体を移動させ、流路の容積で液量を定量する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７６１６号公報
【特許文献３】特表２０００−５１４９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２で提案された方法では、液体を定量するためだけに３本の流路が必要であり、マイクロ検査チップの構造が複雑となる。また、第１の流路の液体を取り除く工程と、第３の流路内の液体を第２の流路に送液する工程とを切り替える時に、送液ポンプの力を切り替えるか、第１の流路の末端を送液工程の途中で封止する等の工夫が必要であり、マイクロ検査チップの動作が複雑になる。さらに、第３の流路内に液体が貯留された後に第１の流路に残った液体を全て取り除く必要があり、検体や試薬の無駄が多い。
【０００８】
また、特許文献３で提案された方法では、全ての流路で同時に遠心力による送液が行われるために、流路毎に個別に定量することが出来ないという問題がある。さらに、回転中心から外側に向かう方向に流路を配置する必要があるため、流路の配置の自由度が小さいという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．液体を貯留する液体貯留部と、
前記液体貯留部に貯留された液体を定量する複数の液体定量部と、
複数の前記液体定量部の各々に連通する複数の下流流路とを備えたマイクロ検査チップにおいて、
前記液体貯留部と複数の前記液体定量部の各々とに連通された複数の分岐流路と、
前記液体貯留部に連通され、前記液体貯留部に空気を注入する送液用空気流路と、
複数の前記液体定量部の各々に連通され、複数の前記液体定量部に空気を注入する複数の定量用空気流路とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップ。
【００１２】
２．複数の前記液体定量部と複数の前記定量用空気流路とは撥水バルブを介して連通され、
複数の前記液体定量部と複数の前記下流流路とは撥水バルブを介して連通されていることを特徴とする１に記載のマイクロ検査チップ。
【００１３】
３．複数の前記分岐流路は、少なくともその一部に流路抵抗値の高い高抵抗流路を備えたことを特徴とする１または２に記載のマイクロ検査チップ。
【００１４】
４．１乃至３の何れか１項に記載のマイクロ検査チップを用いたマイクロ検査チップの液体定量方法において、
前記送液用空気流路から前記液体貯留部に注入される空気によって、前記液体貯留部に貯留された前記液体を複数の前記分岐流路に送液し、複数の前記液体定量部を前記液体によって満充填する送液工程と、
複数の前記定量用空気流路から複数の前記液体定量部に注入される空気によって、複数の前記液体定量部に満充填された前記液体を複数の前記下流流路に送液する定量工程とを備えたことを特徴とするマイクロ検査チップの液体定量方法。
【００１５】
５．前記送液用空気流路および前記定量用空気流路からの空気の注入は、前記マイクロ検査チップの外部から前記マイクロ検査チップに注入される駆動液によって行われることを特徴とする４に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法。
【００１６】
６．４または５に記載のマイクロ検査チップの液体定量方法を用いて液体を定量することを特徴とする検査装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、液体貯留部に貯留された液体を、複数の分岐流路を介して複数の液体定量部に送液し、複数の液体定量部に満充填された液体を下流に送液することで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、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れない。なお、図中、同一あるいは同等の部分には同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。
【００１９】
まず、本発明における検査装置について、図１を用いて説明する。図１は、本発明における検査装置の１例を示す模式図である。
【００２０】
図１において、検査装置１は、マイクロ検査チップ１００、マイクロポンプユニット２１０、加熱冷却ユニット２３０、検出部２５０および駆動制御部２７０等で構成される。
【００２１】
マイクロ検査チップ１００は、一般に分析チップ、マイクロリアクタチップなどとも称されるものと同等であり、例えば、樹脂、ガラス、シリコン、セラミックスなどを材料とし、その上に、微細加工技術により、幅および高さが数μｍ〜数百μｍのレベルの微細な流路を形成したものである。マイクロ検査チップ１００のサイズおよび形状は、通常、縦横が数十ｍｍ、厚さが数ｍｍ程度の板状である。
【００２２】
ここでは、マイクロ検査チップ１００は、例えばポリプロピレン等の撥水性の樹脂材料で形成されており、試薬や検体等の液体を流すための溝状の流路が表面に形成された流路基板１０１と、流路基板１０１の流路が形成された面に接着され、流路基板１０１の溝状の流路の蓋として機能する天板１０３とで構成されているとする。また、天板１０３には、マイクロポンプユニット２１０とマイクロ検査チップ１００との接続口等が設けられる。
【００２３】
マイクロポンプユニット２１０は、マイクロ検査チップ１００内の送液を行うためのポンプユニットで、マイクロポンプ２１１、チップ接続部２１３、駆動液タンク２１５および駆動液供給部２１７等で構成される。マイクロポンプユニット２１０は、１つあるいは複数のマイクロポンプ２１１を備えている。マイクロポンプ２１１は、マイクロ検査チップ１００内に駆動液２１６を注入あるいは吸引することで、マイクロ検査チップ１００内の送液を行う。マイクロポンプについては図７で詳述する。チップ接続部２１３は、マイクロポンプ２１１とマイクロ検査チップ１００とを接続する。
【００２４】
駆動液供給部２１７は、駆動液タンク２１５からマイクロポンプ２１１に駆動液２１６を供給する。駆動液タンク２１５は、駆動液２１６の補充のために駆動液供給部２１７から取り外して交換可能である。マイクロポンプ２１１上には１個または複数個のポンプが形成されており、複数個の場合は、各々独立にあるいは連動して駆動可能である。
【００２５】
マイクロ検査チップ１００とマイクロポンプ２１１とはチップ接続部２１３で接続されて連通され、マイクロポンプ２１１が駆動されてマイクロポンプ２１１からチップ接続部２１３を介してマイクロ検査チップ１００に注入あるいは吸引される駆動液２１６によって、マイクロ検査チップ１００内の複数の収容部に収容されている各種試薬や検体が、マイクロ検査チップ１００内で送液される。
【００２６】
加熱冷却ユニット２３０は、冷却部２３１および加熱部２３３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応の促進および抑制のために、検体、試薬およびその混合液等の加熱および冷却を行う。冷却部２３１はペルチェ素子等で構成される。加熱部２３３は、ヒータ等で構成される。もちろん、加熱部２３３もペルチェ素子で構成してもよい。
【００２７】
検出部２５０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ等の光源２５１と、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子２５３等で構成され、マイクロ検査チップ１００内の反応によって得られる生成液に含まれる標的物質を、マイクロ検査チップ１００上の検出領域２５５の位置で光学的に検出する。
【００２８】
駆動制御部２７０は、図示しないマイクロコンピュータやメモリ等で構成され、検査装置１内の各部の駆動、制御、検出等を行う。
【００２９】
次に、本発明におけるマイクロ検査チップの実施の形態について、図２を用いて説明する。図２は、本発明におけるマイクロ検査チップ１００の実施の形態の構成を示す模式図である。
【００３０】
図２において、マイクロ検査チップ１００の流路基板１０１の表面には、送液用空気流路１４１、液体貯留部１１３、液体注入口１１３ｉ、第１の流路１１１ａおよび第２の流路１１１ｂが形成されている。ここでは、液体貯留部１１３に貯留された液体を、第１の流路１１１ａと第２の流路１１１ｂとに分割して定量する例を示すが、これに限るわけではなく、３分割以上の分割でも有効である。
【００３１】
送液用空気流路１４１と液体貯留部１１３とは、連結流路１４５を介して連通されている。図３に後述するように、液体貯留部１１３には、液体注入口１１３ｉから液体１５１が注入される。液体注入口１１３ｉは、必要に応じて、例えば粘着テープ等の封止部材１１３ｓで封止される。
【００３２】
第１の流路１１１ａは、第１の分岐流路１１９ａ、第１の液体定量部１２５ａ、第１の下流流路１３１ａ、第１の定量用空気流路１４３ａ等で構成されている。第１の分岐流路１１９ａは、その一部に例えば流路断面積を狭くすることで流路抵抗を高く設定した第１の高抵抗流路１１７ａを有している。第１の液体定量部１２５ａと第１の定量用空気流路１４３ａとは、撥水バルブ１２３ａで連通されている。
【００３３】
また、第１の液体定量部１２５ａと第１の下流流路１３１ａとは、撥水バルブ１２７ａで連通されている。第１の分岐流路１１９ａと第１の液体定量部１２５ａとは、撥水バルブ１２３ａの位置で、第１の細流路１２１ａを介して連通されている。撥水バルブについては、図８で詳述する。
【００３４】
第２の流路１１１ｂの構成も同様で、上述した第１の流路１１１ａの構成の「第１」を「第２」に、サフィックス「ａ」を「ｂ」に読み替えればよい。第１の分岐流路１１９ａと第２の分岐流路１１９ｂとは、分岐部１１５で液体貯留部１１３と連通されている。
【００３５】
本実施の形態では、液体を分割して異なる容積に定量するために、第１の液体定量部１２５ａと第２の液体定量部１２５ｂとは、その流路長を変えることで異なる容積を有するものとするが、もちろん、同じ容積に定量するのであれば同じ容積であってよい。また、液体貯留部１１３は、少なくとも第１の液体定量部１２５ａの容積と第２の液体定量部１２５ｂの容積との和以上の容積を有することが必要である。
【００３６】
送液用空気流路１４１、第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂの各々の上流端には、図１に示したマイクロポンプ２１１との連通口Ｐ１、Ｐ２およびＰ３が設けられている。マイクロ検査チップ１００が検査装置１に挿入されると、連通口Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は、マイクロポンプ２１１に連通され、マイクロポンプ２１１から駆動液２１６が注入される。液体貯留部１１３への液体の注入前には、各流路は空気１５３で満たされている。
【００３７】
続いて、本実施の形態における液体定量方法を、図３乃至図６を用いて説明する。図３は、本実施の形態における液体定量方法を示すフローチャートであり、図４は後述する送液工程の途中での流路の状態を、図５は、同じく送液工程の終了時点での流路の状態を、図６は後述する定量工程の途中での流路の状態を示す模式図である。
【００３８】
図３において、ステップＳ１０１で、ピペット等を用いて、試薬や検体等の液体１５１が液体注入口１１３ｉから液体貯留部１１３内に注入される（注入工程）。液体注入完了後、ステップＳ１１１で、液体注入口１１３ｉが封止部材１１３ｓで封止される（封止工程）。ここまでが、マイクロ検査チップ１００単体で行われるステップである。
【００３９】
次に、ステップＳ１２１で、マイクロ検査チップ１００が検査装置１に挿入され、連通口Ｐ１、Ｐ２およびＰ３がマイクロポンプ２１１に連通される。ステップＳ１３１で、マイクロポンプ２１１から連通口Ｐ１を介して駆動液２１６が送液用空気流路１４１に注入される。駆動液２１６に押された送液用空気流路１４１内の空気１５３の圧力Ｐ１Ａによって、液体貯留部１１３内に貯留された液体１５１が分岐部１１５側に押し出される。
【００４０】
この時の駆動液２１６の注入圧力Ｐ１Ｌは、駆動液２１６に押された空気１５３の圧力Ｐ１Ａによって、液体１５１が撥水バルブ１２３ａ、１２３ｂ、１２７ａおよび１２７ｂを通過できない圧力とする。
【００４１】
分岐部１１５側に押し出された液体１５１は、分割されて、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂを介して第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂに送液される（送液工程）。
【００４２】
図４に、送液工程の途中の状態を示す。空気１５３に押された液体１５１は、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂを介して第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂの途中まで送液されている。
【００４３】
図５に、送液工程終了時点の状態を示す。空気１５３に押された液体１５１は、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂ内に満充填されている。液体１５１は撥水バルブ１２３ａ、１２３ｂ、１２７ａおよび１２７ｂを通過できないので、液体１５１が第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂ内に満充填されると、送液はその状態で停止される。液体１５１が満充填された状態で、マイクロポンプ２１１からの駆動液２１６の注入を停止する。
【００４４】
図３に戻って、ステップＳ１４１で、マイクロポンプ２１１から、連通口Ｐ２およびＰ３を介して、駆動液２１６が第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂに注入される。この時の駆動液２１６の注入圧力Ｐ２ＬおよびＰ３Ｌは、駆動液２１６に押された空気１５３の圧力Ｐ２ＡおよびＰ３Ａによって、液体１５１が撥水バルブ１２７ａおよび１２７ｂを通過できる圧力とする。
【００４５】
駆動液２１６に押された第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂ内の空気１５３の圧力Ｐ２ＡおよびＰ３Ａによって、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂ内に満充填された液体１５１が、撥水バルブ１２７ａおよび１２７ｂを介して第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに送液される（定量工程）。
【００４６】
この時、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂ内の液体１５１は、第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂ内の空気１５３によって液体貯留部１１３側に少し押し戻されるので、第１の液体定量部１２５ａ内および第２の液体定量部１２５ｂ内に流出することはない。
【００４７】
従って、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに送液される液体１５１の容積は、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂの容積に等しく、正確に定量されて送液されることになる。
【００４８】
図６に定量工程の途中の状態を示す。第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂ内に満充填された液体１５１が、第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂ内の空気１５３に押されて、撥水バルブ１２７ａおよび１２７ｂを介して第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに送液されている。
【００４９】
上述したように、本実施の形態では、液体の送液に空気の圧力を用いた。空気の圧力を与える手段としては、空気を直接送り込むポンプを用いてもよいが、ここでは、図７で詳述するマイクロポンプ２１１を用いた。その利点について説明する。
【００５０】
本実施の形態では、第１の液体定量部１２５ａと第２の液体定量部１２５ｂとが、第１の分岐流路１１９ａと第２の分岐流路１１９ｂとを介して連通した状態のままで、液体１５１が分割して送液される。このような場合には、第１の定量用空気流路１４３ａ内と、第２の定量用空気流路１４３ｂ内との空気１５３のダンパー成分のバラツキによって、第１の定量用空気流路１４３ａ内の空気の圧力Ｐ２Ａと第２の定量用空気流路１４３ｂ内の空気の圧力Ｐ３Ａとの間に時系列的に不均衡が発生する。
【００５１】
それによって、本来は第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂに残留すべき液体１５１が、第１の液体定量部１２５ａ内および第２の液体定量部１２５ｂ内の液体１５１と共に、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに流出してしまう現象が発生し、液体１５１の定量性が悪化する要因となる。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、図７で詳述するマイクロポンプ２１１を用い、マイクロポンプ２１１から駆動液２１６を注入し、駆動液２１６と液体とが混じり合わないように駆動液２１６と液体との間に挟まれた空気１５３の圧力によって液体を送液する方法をとった。
【００５３】
このようにすることで、送液のための圧力Ｐ２ＡおよびＰ３Ａを加える空気１５３の量を、第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂの容積程度の一定の微少量に抑えることができる。それによって、第１の定量用空気流路１４３ａ内と、第２の定量用空気流路１４３ｂ内との空気１５３のダンパー成分のバラツキを微少に押さえることができ、正確な定量を行うことができる。
【００５４】
さらに、本実施の形態では、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂの一部を、例えば流路断面積を狭くすることで流路抵抗を高く設定した第１の高抵抗流路１１７ａおよび第２の高抵抗流路１１７ｂとした。これによって、第１の定量用空気流路１４３ａ内と第２の定量用空気流路１４３ｂ内との空気のダンパー成分に多少のバラツキが残存しても、空気の圧力Ｐ２ＡとＰ３Ａとの間の時系列的な不均衡が、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂを介して伝達されることを緩和することができる。
【００５５】
それによって、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂに残留すべき液体１５１が、第１の液体定量部１２５ａ内および第２の液体定量部１２５ｂ内の液体１５１と共に、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに流出してしまう現象を緩和することができ、正確な定量を行うことができる。
【００５６】
なお、第１の高抵抗流路１１７ａおよび第２の高抵抗流路１１７ｂの流路抵抗値は、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂの流路抵抗値と比べて充分に高いことが望ましい。例えば、液体１５１の定量性のバラツキを１０％程度以内にする必要がある場合には、第１の高抵抗流路１１７ａおよび第２の高抵抗流路１１７ｂと、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂとの流路抵抗値の比は１０：１以上あることが望ましい。
【００５７】
上述したように、本実施の形態によれば、液体貯留部１１３に貯留された液体１５１を、送液用空気流路１４１内の空気１５３の圧力によって、第１の分岐流路１１９ａおよび第２の分岐流路１１９ｂを介して送液し、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂに満充填する。次に、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂに満充填された液体１５１を、第１の定量用空気流路１４３ａおよび第２の定量用空気流路１４３ｂ内の空気１５３の圧力によって、第１の下流流路１３１ａおよび第２の下流流路１３１ｂに送液する。
【００５８】
このようにすることで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。
【００５９】
次に、上述した実施の形態に用いられるマイクロポンプ２１１の１例について、図７を用いて説明する。マイクロポンプ２１１は、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のポンプなど各種のものが使用できるが、圧電素子を駆動源とするピエゾポンプを用いることが好適である。図７は、マイクロポンプ２１１の構成の１例を示す模式図で、図７（ａ）はピエゾポンプの１例を示した断面図、図７（ｂ）はその上面図、図７（ｃ）はピエゾポンプの他の例を示した断面図である。
【００６０】
図７（ａ）および（ｂ）において、マイクロポンプ２１１は、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９が形成された基板４０２、基板４０２上に積層された上側基板４０１、上側基板４０１上に積層された振動板４０３、振動板４０３の加圧室４０５と対向する側に積層された圧電素子４０４と、圧電素子４０４を駆動するための図示しない駆動部とが設けられている。
【００６１】
駆動部と圧電素子４０４の両面上の２つの電極とは、フレキシブルケーブル等による配線で接続されており、該配線を通じて駆動部の駆動回路により圧電素子４０４に駆動電圧を印加する構成となっている。第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９は、駆動液２１６で満たされる。
【００６２】
１例として、基板４０２として、厚さ５００μｍの感光性ガラス基板を用い、深さ１００μｍに達するまでエッチングを行うことにより、第１液室４０８、第１流路４０６、加圧室４０５、第２流路４０７および第２液室４０９を形成している。第１流路４０６は幅を２５μｍ、長さを２０μｍとしている。また、第２流路４０７は幅を２５μｍ、長さを１５０μｍとしている。
【００６３】
ガラス基板である上側基板４０１を基板４０２上に積層することにより、第１液室４０８、第１流路４０６、第２液室４０９および第２流路４０７の上面が形成される。上側基板４０１の加圧室４０５の上面に当たる部分は、エッチングなどにより加工されて貫通している。
【００６４】
上側基板４０１の上面には、厚さ５０μｍの薄板ガラスからなる振動板４０３が積層され、その上に、例えば厚さ５０μｍのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックス等からなる圧電素子４０４が積層され貼付されている。駆動部からの駆動電圧により、圧電素子４０４とこれに貼付された振動板４０３が振動し、これにより加圧室４０５の体積が増減する。
【００６５】
第１流路４０６と第２流路４０７とは、幅および深さが同じで、長さが第１流路４０６よりも第２流路４０７の方が長くなっており、第１流路４０６では、差圧が大きくなると流路の出入り口およびその周辺で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第２流路４０７では流路の長さが長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第１流路４０６に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。すなわち、差圧の大小によって第１流路４０６と第２流路４０７との液体の流れ易さの関係が変化する。これを利用して、圧電素子４０４に対する駆動電圧波形を制御して送液を行っている。
【００６６】
例えば、圧電素子４０４に対する駆動電圧により、加圧室４０５の内方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させ、次いで加圧室４０５から外方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させると、流体は加圧室４０５から第２液室４０９の方向（図７（ａ）のＢ方向）へ送液される。
【００６７】
逆に、加圧室４０５の外方向へ素早く振動板４０３を変位させて、大きい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を増加させ、次いで加圧室４０５から内方向へゆっくり振動板４０３を変位させて、小さい差圧を与えながら加圧室４０５の体積を減少させると、流体は加圧室４０５から第１液室４０８の方向（図７（ａ）のＡ方向）へ送液される。
【００６８】
なお、第１流路４０６と第２流路４０７における差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。
【００６９】
上記のように構成されたマイクロポンプ２１１によれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることによって、所望する流体の送液方向、送液速度を制御できるようになっている。図７（ａ）（ｂ）には図示されていないが、第１液室４０８には図１に示す駆動液タンク２１５につながるポートが設けられており、第１液室４０８は「リザーバ」の役割を演じ、ポートで駆動液タンク２１５から駆動液２１６の供給を受けている。第２液室４０９は図１に示したマイクロポンプユニット２１０の流路を形成し、その先に図１に示したチップ接続部２１３があり、図１に示したマイクロ検査チップ１００と繋がる。
【００７０】
図７（ｃ）において、マイクロポンプ２１１は、シリコン基板４７１、圧電素子４０４、基板４７４および図示しないフレキシブル配線で構成される。シリコン基板４７１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであり、エッチングにより加圧室４０５、ダイヤフラム４０３、第１流路４０６、第１液室４０８、第２流路４０７、および第２液室４０９が形成されている。加圧室４０５、第１流路４０６、第１液室４０８、第２流路４０７、および第２液室４０９は、駆動液２１６で満たされる。
【００７１】
基板４７４には、第１液室４０８の上部にポート４７２が、第２液室４０９の上部にポート４７３がそれぞれ設けられており、例えばこのマイクロポンプ２１１をマイクロ検査チップ１００と別体とする場合には、ポート４７３を介してマイクロ検査チップ１００のポンプ接続部と連通させることができる。例えば、ポート４７２、４７３が穿孔された基板４７４と、マイクロ検査チップ１００のポンプ接続部近傍とを上下に重ね合わせることによって、マイクロポンプ２１１をマイクロ検査チップ１００に接続することができる。
【００７２】
また、上述したように、マイクロポンプ２１１は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものであるため、１枚のシリコン基板上に複数のマイクロポンプ２１１を形成することも可能である。この場合、マイクロ検査チップ１００と接続するポート４７３の反対側のポート４７２には、駆動液タンク２１５が接続されていることが望ましい。マイクロポンプ２１１が複数個ある場合、それらのポート４７２は、共通の駆動液タンク２１５に接続されていてもよい。
【００７３】
上述したマイクロポンプ２１１は、小型で、マイクロポンプ２１１からマイクロ検査チップ１００までの配管等によるデッドボリュームが小さく、圧力変動が少ないうえに瞬時に正確な吐出圧力制御が可能なことから、駆動制御部２７０での正確な送液制御が可能である。
【００７４】
本発明におけるマイクロ検査チップ１００の実施の形態では、第１の液体定量部１２５ａおよび第２の液体定量部１２５ｂの両端に、撥水バルブ１２３ａ、１２３ｂ、１２７ａおよび１２７ｂを設けている。ここで、撥水バルブの一般的な構造と動作について、図８を用いて説明する。図８は、撥水バルブの一般的な構造と動作について説明するための模式図で、図８（ａ）は液体の送液が撥水バルブで遮断されている状態を、図８（ｂ）は撥水バルブを越えて送液されている状態を示す。
【００７５】
図８（ａ）において、撥水バルブ５０１は、細径の送液制御通路５１１で構成されている。送液制御通路５１１とは、その断面積Ｓ１（送液方向に対して垂直な断面の断面積）が、上流側流路５２１の断面積Ｓ２および下流側流路５２３の断面積Ｓ３よりも小さい細流路である。
【００７６】
流路壁５３１がプラスチック樹脂などの撥水性の材質で形成されている場合には、上流側流路５２１内に充填された液体５４１は、弱い送液圧力Ｐ１（例えば３ｋＰａ程度）で送液制御通路５１１内に流入し、送液制御通路５１１と下流側流路５２３との境界部の流路壁５３１との表面張力の差によって、下流側流路５２３へ通過することが規制される。
【００７７】
図８（ｂ）において、下流側流路５２３へ液体５４１を流出させる際には、マイクロポンプ（図示せず）によって所定圧力以上の送液圧力Ｐ２（例えば１０ｋＰａ程度）を加え、これによって表面張力に抗して液体５４１を送液制御通路５１１から下流側流路５２３へ押し出す。液体５４１が下流側流路５２３へ流出した後は、液体５４１の先端部を下流側流路５２３へ押し出すのに要した送液圧力Ｐを維持せずとも、液体５４１が下流側流路５２３へ流れていく。
【００７８】
すなわち、上流側流路５２１から下流側流路５２３への正方向への送液圧力が、所定圧力Ｐ２に達するまでは送液制御通路５１１から先への液体５４１の通過が遮断され、所定圧力Ｐ２以上の送液圧力が加わることにより、液体５４１は送液制御通路５１１を通過する。
【００７９】
上述したように、上流側流路５２１および下流側流路５２３と送液制御通路５１１のサイズとは、上流側流路５２１および下流側流路５２３への液体５４１の通過を規制できれば特に限定されないが、一例として、縦横が１５０μｍ×３００μｍの上流側流路５２１および下流側流路５２３に対して、縦横が２５μｍ×２５μｍ程度となるように送液制御通路５１１が形成される。
【００８０】
また、液体５４１が送液制御通路５１１を通過するのを規制するための送液圧力差（Ｐ２−Ｐ１）を大きくするために、下流側流路５２３の送液制御通路５１１と接する部分の流路壁５３１の壁面５３１ａは、図８に示したように、送液制御通路５１１に対して直角に立ち上がっていることが望ましい。
【００８１】
以上に述べたように、本発明によれば、液体貯留部に貯留された液体を、複数の分岐流路を介して複数の液体定量部に送液し、複数の液体定量部に満充填された液体を下流に送液することで、簡単な動作で検体や試薬等を流路毎に個別に正確に定量しながら分割もでき、流路の配置の自由度も高く、検体や試薬等の無駄も少ないマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を提供することができる。
【００８２】
尚、本発明に係るマイクロ検査チップ、マイクロ検査チップの液体定量方法および検査装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明における検査装置の１例を示す模式図である。
【図２】本発明におけるマイクロ検査チップの実施の形態の構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態における液体定量方法を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態における送液工程の途中での状態を示す模式図である。
【図５】実施の形態における送液工程終了時点での状態を示す模式図である。
【図６】実施の形態における定量工程の途中での状態を示す模式図である。
【図７】マイクロポンプの構成の１例を示す模式図である。
【図８】撥水バルブの一般的な構造と動作について説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  検査装置
１００  マイクロ検査チップ
１０１  流路基板
１０３  天板
１１１ａ  第１の流路
１１１ｂ  第２の流路
１１３  液体貯留部
１１３ｉ  液体注入口
１１３ｓ  封止部材
１１５  分岐部
１１７ａ  第１の高抵抗流路
１１７ｂ  第２の高抵抗流路
１１９ａ  第１の分岐流路
１１９ｂ  第２の分岐流路
１２１ａ  第１の細流路
１２１ｂ  第２の細流路
１２３ａ  撥水バルブ
１２３ｂ  撥水バルブ
１２５ａ  第１の液体定量部
１２５ｂ  第２の液体定量部
１２７ａ  撥水バルブ
１２７ｂ  撥水バルブ
１３１ａ  第１の下流流路
１３１ｂ  第２の下流流路
１４１  送液用空気流路
１４３ａ  第１の定量用空気流路
１４３ｂ  第２の定量用空気流路
１４５  連結流路
１５１  液体
１５３  空気
２１０  マイクロポンプユニット
２１１  マイクロポンプ
２１３  チップ接続部
２１５  駆動液タンク
２１６  駆動液
２１７  駆動液供給部
２３０  加熱冷却ユニット
２３１  冷却部
２３３  加熱部
２５０  検出部
２５１  光源
２５３  受光素子
２５５  検出領域
２７０  駆動制御部
【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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