(57)【要約】【課題】液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御できるマイクロチップを提供することである。【解決手段】第１の基板と、第１の基板上に積層された透明基板である第２の基板とを備え、第１の基板表面に形成された溝と第２の基板表面とから構成される空洞部、または、第１の基板表面と第２の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、液体試薬保持部は、液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、液体試薬保持部の底面を構成する第１の基板の溝底面または第１の基板表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、前記第１の基板上に積層された透明基板である第２の基板とを備え、
前記第１の基板表面に形成された溝と前記第２の基板表面とから構成される空洞部、または、前記第１の基板表面と前記第２の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、
前記流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、
前記液体試薬保持部は、前記液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、
前記液体試薬保持部の底面を構成する前記第１の基板の溝底面または前記第１の基板表面で、かつ、前記液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップ。
【請求項２】
前記突起部は、前記液体試薬保持部の底面を構成する前記第１の基板の溝底面または前記第１の基板表面から、前記液体試薬保持部の天井面を構成する前記第２の基板表面または前記第２の基板の溝底面に向かって、前記液体試薬排出口の方向に勾配している勾配面を有する請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
前記第２の基板に、液体試薬を注入するための液体試薬注入口をさらに備え、
前記勾配面は、マイクロチップの厚み方向に前記導入口の下に設置された請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記勾配面は、前記液体試薬導入口より大きな面積を有する請求項３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、特には、検査・分析等の対象となる検体と混合または反応させるための液体試薬を、あらかじめマイクロチップ内に内蔵する液体試薬内蔵型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角で厚さ数ｍｍ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、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。
【０００３】
マイクロチップは、通常、その内部に流体回路を有しており、該流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体の計量、検体（たとえば、血液等）と試薬との混合などの種々の流体処理が行なわれる。このような流体処理は、マイクロチップに対して、適切な方向の遠心力を印加することにより行なうことができる。
【０００４】
上記マイクロチップのうち、液体試薬内蔵型マイクロチップは、検体または検体中の特定成分と混合あるいは反応させるための液体試薬を流体回路内にあらかじめ保持しているマイクロチップであり、その流体回路には、液体試薬を保持するための１または複数の液体試薬保持部が設けられる（液体試薬保持部を有するマイクロチップについては、たとえば特許文献１参照）。また、液体試薬内蔵型マイクロチップには、その一方の表面に、液体試薬保持部内に液体試薬を注入するための、該液体試薬保持部まで貫通する液体試薬注入口が１または２以上形成されるのが通常であり、該液体試薬注入口は、液体試薬が注入された後、たとえば封止用ラベル（シール）などをマイクロチップ表面に貼付することにより封止される。
【０００５】
ここで、液体試薬が、たとえば液体試薬保持部の排出口近傍に位置すると、微小な温度、圧力変化により液体試薬が該排出口から流体回路内へ漏れ出す虞があり、このことは、検体との混合、反応に悪影響を及ぼしたり、検体と液体試薬との混合液の検査・分析結果に悪影響を及ぼす虞があった。
【０００６】
したがって、該液体試薬注入口から、液体試薬を注入する際に、液体試薬保持部における排出口近傍からなるべく遠い位置に液体試薬を誘導することが望まれていた。
【特許文献１】特開２００７−２８５７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御でき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】
【０００８】
本発明は、第１の基板と、第１の基板上に積層された透明基板である第２の基板とを備え、第１の基板表面に形成された溝と第２の基板表面とから構成される空洞部、または、第１の基板表面と第２の基板表面に形成された溝とから構成される空洞部からなる流体回路を含むマイクロチップであって、流体回路は、液体試薬を収容するための液体試薬保持部を有し、液体試薬保持部は、液体試薬を導出するための液体試薬排出口を有し、液体試薬保持部の底面を構成する第１の基板の溝底面または第１の基板表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部が設置されたマイクロチップに関する。
【０００９】
また、本発明のマイクロチップにおいて、突起部は、液体試薬保持部の底面を構成する第１の基板の溝底面または第１の基板表面から、液体試薬保持部の天井面を構成する第２の基板表面または第２の基板の溝底面に向かって、液体試薬排出口の方向に勾配している勾配面を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明のマイクロチップにおいて、第２の基板に、液体試薬を注入するための液体液体試薬注入口をさらに備え、勾配面は、マイクロチップの厚み方向に導入口の下に設置されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明のマイクロチップにおいて、勾配面は、液体試薬導入口より大きな面積を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明におけるマイクロチップは、液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のマイクロチップは、各種化学合成、検査・分析等を、それが有する流体回路を用いて行なうことができるチップであり、１つの好ましい態様において、第１の基板と、該第１の基板上に積層、貼合された透明基板である第２の基板とからなる。基板表面に溝を備える第１の基板と第２の基板とを、第１の基板の溝形成側表面が第２の基板に対向するように貼り合わせてなる。第２の基板における第１の基板側表面には溝が形成されており、したがって、かかる２枚の基板からなるマイクロチップは、その内部に、第２の基板表面に設けられた溝と第１の基板における第２の基板に対向する側の表面とから構成される空洞部からなる流体回路を備える。
【００１４】
また、別の好ましい態様において、本発明のマイクロチップは、第３の基板と、基板の両表面に設けられた溝を備える第１の基板と、該第１の基板を狭むようにして積層、貼合された透明基板である第２の基板および第３の基板とからなる。かかる３枚の基板からなるマイクロチップは、第２の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第２の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第１の流体回路と、第３の基板における第１の基板に対向する側の表面および第１の基板における第３の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される空洞部からなる第２の流体回路と、の２層の流体回路を備えている。ここで、「２層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。第１の流体回路と第２の流体回路とは、第１の基板に形成された厚み方向に貫通する１または２以上の貫通穴によって連結されていてもよい。
【００１５】
基板同士を貼り合わせる方法としては、特に限定されるものではなく、たとえば貼り合わせる基板のうち、少なくとも一方の基板の貼り合わせ面を融解させて溶着させる方法（溶着法）、接着剤を用いて接着させる方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着させる方法；レーザ等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。
【００１６】
本発明のマイクロチップの大きさは、特に限定されず、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。
【００１７】
本発明のマイクロチップを構成する上記各基板の材質は、特に制限されず、たとえば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、生分解性ポリマー（ＢＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの有機材料；シリコン、ガラス、石英などの無機材料等を用いることができる。
【００１８】
マイクロチップを第１および第２の基板の２枚から構成する場合において、第１の基板上に積層される、表面に溝を備える第２の基板は透明基板であることが好ましい。この点については、実施の形態を示して後で詳細に説明する。第１の基板は、透明基板であってもよいし、基板を樹脂から構成し、該樹脂中にカーボンブラック等を添加することにより黒色基板とするなど着色基板としてもよいが、着色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の基板を着色基板とすることにより、レーザなどの光を用いたレーザー溶着法を用いることができる。また、レーザー接着法により基板の貼り合わせを行なう場合、着色基板の貼り合わせ表面が主に融解されて貼合されることとなるため、透明基板に形成された溝の変形を最小限に抑えることができる。
【００１９】
また、マイクロチップを第１の基板、第２の基板および第３の基板の３枚から構成する場合、同様に、第１の基板上に積層される第２の基板は透明基板とする。第１の基板の下側（第２の基板とは反対側）に貼合される第３の基板は、透明基板とすることが好ましい。これにより、流体回路の一部として、第１の基板をその厚み方向に貫通する貫通穴と、透明な第２および第３の基板表面から構成されるキュベットを形成することができ、該キュベットに検査・分析の対象となる検体と液体試薬との混合液を導入し、該キュベットに対してマイクロチップ表面と垂直な方向の光を、マイクロチップ上面（または下面）側から照射し、その反対側から透過した光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を該混合液について行なうことが可能となる。第２の基板と第３の基板との間に位置する第１の基板は、着色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。
【００２０】
第１の基板表面または第２の基板表面に、流体回路を構成する溝（流路パターン）を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法などを挙げることができる。無機材料を用いて基板を形成する場合には、エッチング法などを用いることができる。
【００２１】
本発明のマイクロチップにおいて、流体回路（２層の流体回路を備える場合には、第１の流体回路および第２の流体回路）は、流体回路内の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。
【００２２】
本発明のマイクロチップは、液体試薬をあらかじめチップ内部に保持している液体試薬内蔵型マイクロチップであり、その流体回路は、これを構成する部位の１つとして、液体試薬を保持するための液体試薬保持部を備える。液体試薬保持部は１つのみであってもよいし、２以上あってもよい。「液体試薬」とは、検査・分析の対象となる検体と混合または反応させるための液体物質である。液体試薬は、１つのマイクロチップ内に１種のみ内蔵されていてもよいし、２種以上内蔵されていてもよい。また、「検体」とは、流体回路内に導入される検査・分析の対象となる物質（たとえば血液）自体、または、該物質中の特定成分（たとえば血漿成分）を意味する。
【００２３】
本発明のマイクロチップは、通常、その上側表面（すなわち第２の基板表面）に、内部の液体試薬保持部まで貫通する（第２の基板をその厚み方向に貫通する）貫通穴である液体試薬注入口が設けられる。このような本発明のマイクロチップは、通常、液体試薬注入口から液体試薬が注入された後、マイクロチップ表面（第２の基板表面）に当該液体試薬注入口を封止するためのラベルまたはシールが貼着されて、使用に供される。
【００２４】
本発明において流体回路は、液体試薬保持部以外の部位を備えていてもよく、かかる部位としては、たとえば流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（検体中の特定成分を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；液体試薬を計量するための液体試薬計量部；検体と液体試薬とを混合するための混合部；得られた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または定量）を行なうための検出部（光学測定を行なうためのキュベット）などを挙げることができる。本発明のマイクロチップは、これら例示された部位のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。これらの部位は、所望する流体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、かつ微細な流路を介して接続されている。
【００２５】
検体と液体試薬とを混合させることによって最終的に得られた混合液は、特に限定されないが、たとえば、該混合液が収容された部位（たとえば検出部）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などに供され、検査・分析が行なわれる。
【００２６】
検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体および／または液体試薬の計量、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種々の流体処理は、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、マイクロチップを、遠心力を印加可能な装置（遠心装置）に載置して行なうことができる。遠心装置は、ローター（回転子）上に回転自在なステージを備えており、該ステージ上にマイクロチップを載置し、該ステージを回転させてローターに対するマイクロチップの角度を任意に認定することにより、任意の方向に遠心力を印加することができる。
【００２７】
ここで、本発明のマイクロチップは、上記した液体試薬保持部内における液体試薬の注入位置を適切に制御するために突起部を備えている。以下、実施の形態を示して、本発明の突起部を備えるマイクロチップについて詳細に説明する。
【００２８】
＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部を拡大して示す概略上面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、本実施形態のマイクロチップにおける流体の動作を示す模式的な断面図である。以下、図１〜図３に基づいて説明する。また、以下、本実施形態において「厚み方向に上」とは、厚み方向に第２の基板１０２側の方向をいい、「厚み方向に下」とは、厚み方向に第１の基板１０１側の方向をいうものとする。
【００２９】
まず、構造について図１および図２に基づいて説明する。本実施形態のマイクロチップ１００は、表面に溝を備える第１の基板１０１上に透明基板である第２の基板１０２を貼り合わせてなり、第２の基板１０２の第１の基板１０１側表面と第１の基板１０１表面に形成された溝とから構成される流体回路を内部に有している。図１は、当該流体回路のうち、液体試薬保持部１０６周辺を拡大して示す図である。第１の基板１０１および第２の基板１０２はともに、上記したような有機材料からなるプラスチック基板である。液体試薬保持部１０６には、液体試薬排出口１０４が設けられており、遠心力の印加により、液体試薬保持部１０６内の液体試薬が排出可能となっている。また、液体試薬保持部１０６上部には、第２の基板１０２を厚み方向に貫通する液体試薬注入口１０５が設けられており、この液体試薬注入口１０５を介して液体試薬の注入が行なわれる。なお、本実施形態のマイクロチップ１００は、第１の基板１０１の下側表面に第３の基板（図示せず）が貼合された３枚の基板からなるマイクロチップであってもよい。
【００３０】
ここで、マイクロチップ１００は、液体試薬保持部１０６の底面を構成する第１の基板１０１の溝底面で、かつ、液体試薬排出口１０４の近傍に突起部１０３が設置されている。より具体的には、突起部１０３は、断面形状が図２に示すように三角形であるものである。液体試薬排出部１０６の近傍とは、適宜設定することができ、後述する動作を導くものであれば、特に距離等は限定されない。ただし、液体試薬排出口１０４の端部と突起部１０３の液体試薬排出口１０４の端部との距離Ｌ３は、たとえば、０．５〜３ｍｍとすることができる。
【００３１】
また、図１における突起部１０３は、液体試薬排出口１０４と平行の第１の方向の長さＬ１および第２の方向と垂直の方向である第２の方向の長さＬ２は１〜３ｍｍであることが好ましい。ただし、該長さは、適宜後述する動作を導くために設定することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、突起部１０３は、液体試薬保持部１０６の底面を構成する第１の基板１０１の溝底面から、液体試薬保持部１０６の天井面を構成する第２の基板１０２表面に向かって、液体試薬排出口１０４の方向に勾配している勾配面を有する。
【００３３】
また、本実施形態においては、「第２の基板の方向の勾配」とは、たとえば、角θ１が９０度未満であることをいうものとする。なお、本実施形態において角θ１は３０〜６０度であることが好ましい。さらに角θ１は４５度程度であることがより好ましい。該角θ１の範囲は、後述する動作から適宜導くことができる。なお、該勾配面自体の形状は特に限定されず、たとえば、球面状であっても差し支えない。
【００３４】
ここで、勾配面は、液体試薬排出口１０４の方向に勾配していることが好ましい。液体試薬排出口１０４の方向に勾配しているとは、たとえば、該勾配面の液体試薬排出口１０４と平行の第１方向における突起部１０３の断面において、液体試薬排出口１０４から遠い側（図２における左側）が一番低い位置にあり、液体試薬排出口１０４に近い側が一番高い位置にあることを示す。
【００３５】
また、本実施形態においては、第２の基板１０６に、液体試薬を注入するための液体試薬注入口１０５を備えるが、突起部１０４における勾配面は、第２の基板１０２の厚み方向に導入口の下に設置されている。ここで、該勾配面は、液体試薬導入口１０５より大きな面積を有する。このような構成を有することで、後述するように、液体試薬導入口１０５から注入された液体試薬は、スムーズに液体試薬保持部１０６における液体試薬排出口１０４から遠い方向に移動することができるためである。
【００３６】
次に、本実施形態における流体の動作について図３に基づいて説明する。まず、液体液体試薬注入口１０５からノズル１０７を用いて液体試薬２０２を注入する。このとき、液体試薬２０２は、突起部１０３の勾配面をとおり、液体試薬排出口１０４とは、逆の方向、つまり、図３における左側の方向に導かれる。そして、液体試薬２０２は、液体試薬保持部１０６における適切は位置に維持される。
【００３７】
また、該マイクロチップを運ぶ際における衝撃、微小な温度または圧力変化により液体試薬２０２が液体試薬保持部の液体試薬排出口１０４近傍に移動した場合であっても、突起部１０３は、液体試薬２０２が液体試薬排出口１０４に移動することを抑制することができる。つまり、図１における長さＬ３は、液体試薬２０２が液体試薬排出口１０４に移動することを抑制することができる程度に小さく、かつ、該マイクロチップで検体を測定する際に遠心力を印加した際には、液体試薬２０２が液体試薬排出口１０４に移動できる程度の大きさを有している必要がある。そして、長さＬ１およびＬ２は、突起部１０３が厚み方向に液体試薬注入口１０５の真下にかつ液体試薬注入口１０５の面積を網羅できる程度の大きさを有することが好ましい。このとき、注入された液体試薬２０２を所望の位置に誘導、移動させることができるためである。以上のような動作によって、液体試薬保持部内の液体試薬量を適切に保持することができる。
【００３８】
本実施形態のマイクロチップは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を施すことができ、たとえば、次に示す（１）〜（２）のような変形を施すことができる。図４および図５は、本実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【００３９】
（１）図４に示されるマイクロチップ４００のように、液体試薬保持部４０６を含む流体回路を構成する溝は、第１の基板４０１ではなく、第２の基板表面４０２に形成されてもよい。図４において、液体試薬保持部４０６を含む流体回路は、第２の基板４０２の表面に形成された溝と第１の基板４０１基板表面とから形成されている。その他の構成については図１に示されるマイクロチップ１００と同様であり、液体試薬保持部４０６は、第１の基板４０１表面で、かつ、液体試薬排出口の近傍に突起部４０３が設置されている。そして、突起部４０３は、液体試薬保持部４０６の底面を構成する第１の基板４０１表面から、液体試薬保持部４０６の天井面を構成する第２の基板４０２の溝底面に向かって、液体試薬排出口４０４の方向に勾配している勾配面を有する。また、第２の基板４０２には、その厚み方向に貫通する貫通穴である液体試薬注入口４０５が形成されている。
【００４０】
（２）図５に示されるマイクロチップ６００のように、第１の基板６０１における液体試薬保持部６０６の厚み方向の長さと、液体試薬排出口６０４における厚み方向の長さが異なっても良い。このような構造をとることで、よりいっそう、液体試薬が液体試薬排出口６０４側に漏れ出すことを抑制することができる。その他の構成（突起部等）は、同様であるため、説明を繰り返さない。
【００４１】
今回開示された実施の形態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】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態のマイクロチップにおける液体試薬保持部を拡大して示す概略上面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態のマイクロチップにおける流体の動作を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の一実施形態のマイクロチップの変形例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００，４００，６００  マイクロチップ、１０１，４０１，６０１  第１の基板、１０２，４０２，６０２  第２の基板、１０３，４０３  突起部、１０４，４０４，６０４  液体試薬排出口、１０５，４０５，６０５  液体試薬導入口、１０６，４０６，６０６  液体試薬保持部、１０７  ノズル、２０２  液体試薬。
【図１】
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【図２】
2009250684.tif 000004
【図３】
2009250684.tif 000005
【図４】
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【図５】
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