(57)【要約】【課題】マイクロチップに落下のような衝撃を与えても毛細管キャビティ内の試料液を保持して試料の定量が出来るマイクロチップを提供する。【解決手段】毛細管力の作用により試料となる液体を採取するための注入口と、前記注入口に連結され前に採取された液体を計量するための毛細管キャビティと、前記毛細管キャビティに連結され前に計量された液体を保持するための保持チャンバーと、を備え、前記注入口に多孔質膜フィルタを有することを特徴とするマイクロチップ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を採取するための注入口と、
前記注入口に連結され前に採取された液体を計量するための毛細管キャビティと、
前記毛細管キャビティに連結され前に計量された液体を保持するための保持チャンバーと、を備え、
前記注入口に多孔質膜フィルタを有することを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記注入口は、毛細管力の作用により前記液体を採取する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】
前記毛細管キャビティと前記保持チャンバーとの壁面は、親水性であることを特徴とした請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
前記多孔質膜フィルタの空孔率は、３０〜８０％であることを特徴とした請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記多孔質膜フィルタが、親水性である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６】
前記多孔質膜フィルタの空孔径は、前記液体に含まれる赤血球が通過する径である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７】
前記多孔質膜フィルタの高さおよび幅は、前記注入口の高さおよび幅と等し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８】
前記多孔質膜フィルタは、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレンのうち、いずれかを用いることを特徴とした請求項１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、生物学的流体を電気化学的、もしくは光学的に分析するマイクロチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ流路を形成したマイクロチップを用いて生物学的流体を電気化学的にあるいは光学的に分析する方法がある。電気化学的に分析する方法としては、試料液中の特定の成分を分析するバイオセンサーとして、例えば、血液中のグルコースとセンサー中に担持したグルコースオキシダーゼ等の試薬との反応により得られる電流値を測定することにより、血糖値などを求めるものがある。
【０００３】
また、マイクロチップを用いて分析する方法では、水平軸を有する回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して試料液の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配、液体の混合/攪拌等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。
【０００４】
マイクロチップに試料を導入するための従来の試料液採取方法としては、図５に示す電気化学式バイオセンサーがあり、試料液は吸引口２０８から毛細管現象によりキャビティ２１２内に導入され、作用極２０１、対極２０２と試薬層２１０のある位置まで導かれる。この時キャビティ２１２の容積で試料の定量採取を行っている。そして作用極２０１、対極２０２での試料液と試薬との反応により生じる電流値は、リード２０３，２０４を通じて図示しない外部の測定装置に接続して読み取られる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、図６に示す遠心移送式バイオセンサーでは、試料液は入り口３１３から毛細管現象により第１の毛細管キャビティ３１２内に定量採取され、次に遠心力を作用させることで、毛細管キャビティ３１２内の試料液は第１の流路３１４を介して受入キャビティ３１７に移送され、受入キャビティ３１７で試薬と反応したものを遠心分離させ、第２のキャビティ３１６に溶液成分のみを毛細管力によって採取し、光学的に反応状態を読み取られる（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
また、図７に示す遠心移送式バイオセンサーでは、試料を入口ポート４０９から出口ポート４１０まで毛細管力で移送し、各毛細管キャビティ４０４ａ−ｆを試料液で満たした後、バイオセンサーの回転によって発生する遠心力によって、それぞれの毛細管キャビティ内の試料液を各通気孔４０６ａ−ｇの位置で分配し、各連結微小導管４０７ａ−ｆを通って、次の処理室（図示省略）へ移送される（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１５９６１８号公報
【特許文献２】特表平４−５０４７５８号公報
【特許文献３】特表２００４−５２９３３３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、前記従来の構成では、毛細管キャビティに試料液が充填された状態で誤ってマイクロチップを落下させた時に、毛細管キャビティ内に保持された試料液がチャンバー内に流入し試料の定量が出来ないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、マイクロチップに落下のような衝撃を与えても毛細管キャビティ内の試料液を保持して試料の定量が出来るマイクロチップを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロチップは、液体を採取するための注入口と、前記注入口に連結され前に採取された液体を計量するための毛細管キャビティと、前記毛細管キャビティに連結され前に計量された液体を保持するための保持チャンバーと、を備え、前記注入口に多孔質膜フィルタを有することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のマイクロチップによれば、毛細管キャビティ内へ試料液が充填されている状態でマイクロチップを落下させる等の衝撃が与えた場合でも、定量後の試料液を他流路などへ漏洩させることなく試料液の定量性を確保できるマイクロチップを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明のマイクロチップの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１２】
(実施の形態１)
図１に、マイクロチップ１００を示す。図１（ａ）は、マイクロチップ１００の上部基板９を示し、図１（ｂ）は、マイクロチップ１００の下部基板１０を示す。図１に示すように、マイクロチップ１００は上部基板９と下部基板１０との貼り合わせで構成されている。下部基板１０の上部基板９と対向する面には、微細な凹凸形状をもつマイクロチャネル構造が形成されており、試料液の移送や保持など、それぞれに機能出来るように形成されている。注入口１は、マイクロチップ１００本体の一側面より突出した形状にすることにより、指先などによる点着がしやすくなり、点着時に注入口１以外の位置に指などが接触して血液が付着するのを防ぐという効果がある。
【００１３】
図１（ｂ）において、多孔質膜フィルタ２を設けた注入口１に注入された血液などの試料液は、毛細管キャビティ３を介して所定量だけ保持チャンバー４に一時的に保持する。保持チャンバー４には、分析試薬(図示せず)が担持されている。そして、試料液と分析試薬とが混合され、試薬と試料液との混合が所定のレベルに到達すると、保持チャンバー４内の試料液は、毛細管力により流路６内を通じて、測定チャンバー５の入口まで運ばれ、マイクロチップ１００を所定の回転数で回転して発生する遠心力を利用して測定チャンバー５へ移送される。
【００１４】
測定チャンバー５は、大気開放孔８を有する毛細管流路７と連通している。測定チャンバー５に移送された試料液と分析試薬とが混合物は、光学的手法により所定の項目が測定され分析される。試料液の測定は、測定チャンバー５に光を照射して、検査すべき試料液と分析試薬の反応状態を光学的に分析する。試料液と分析試薬との反応の割合で吸光度が変化するため照射する光の吸光度を測定することにより所定の項目が測定され、反応状態を分析することができる。
【００１５】
図２に本発明の実施の形態１のマイクロチップ１００における注入口および注入口近傍の拡大図を示す。図２（ａ）は、注入口１の斜視図を、図２（ｂ）は注入口１の正面図、図２（ｃ）は注入口１の断面図を示す。図２（ｂ）および（ｃ）に示す破線は、上部基板９を示す。本実施例では、マイクロチップ１００の毛細管キャビティ３は試料を点着する側、すなわち、Ａ方向から見ると矩形状である。この注入口の入口に多孔質膜フィルタ２を設置する。この多孔質膜フィルタ２を通して導入した試料液は、マイクロチップ１００の落下による衝撃を受けた場合でも注入口１及び毛細管キャビティ３内から漏れない構造となっている。
【００１６】
本実施例では、注入口の厚みは毛細管力で試料液が流れるような厚みを設けた。これら毛細管キャビティ３、流路６、流路７の厚みは毛細管力で試料液が流れるのであれば、適宜、選べば良い。測定する試料が血液の場合には、０．０２〜０．３ｍｍ未満が望ましい。この注入口１に多孔質膜フィルタ２を注入口１に隙間無く設けている。ここで使用する多孔質膜フィルタ２の１つの空孔の径は毛細管キャビティ３内に導入させるために、少なくとも赤血球が通過できる径以上とする。このマイクロチップ１００の大きさは、マイクロチップ１００が一体構造となる下部基板１０の厚みは５ｍｍ、上部基板１０の厚みは１ｍｍで、略６５ｍｍ角で構成する。これらの寸法は、試料液採取部として適当な大きさとするため、適宜変更することができる。
【００１７】
一方、毛細菅キャビティ３と連結され下部基板１０に形成される保持チャンバー４の厚みは、ｔ＝０．３ｍｍ〜０．５ｍｍと毛細菅キャビティ３の厚み（即ち、流路となる厚み）より厚く形成する。このように設定することにより、毛細管キャビティ３内に注入された試料液は、毛細管力だけでは、保持チャンバー４に進まず、マイクロチップ１００を回転して得られる遠心力を利用して、試料液を移送するためである。また各チャンバーの厚みはサンプル溶液の量や、吸光度を測定するための条件（光路長、測定波長、サンプル溶液の反応濃度、試薬の種類等）によって調整可能である。そして測定チャンバー５に移送された試料液を光学的に測定する。毛細管力が作用する形状であれば、毛細管キャビティ３の断面形状は矩形状以外でも良く、例えば円形、楕円形状などでも同様の効果が得られる。
【００１８】
さらに注入口１を構成する壁面および多孔質膜フィルタ２は、親水性を有する材料で形成し、接触角を所定の角度未満になるようにする。具体的には、注入口１の壁面との接触角を一般的に親水性と言われる９０度未満となるように設ける。この接触角が小さくなるほど流路内を試料液が進みやすくなることは当然であり、即ち毛細管力が強く働く事を意味する。親水処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や、界面活性剤や親水性ポリマーによる表面処理が挙げられる。
【００１９】
図３に、本発明の特徴である多孔質膜フィルタ２の有無による衝撃を受けた際の流れパターンの差異を示し、本発明の作用効果を説明する。図３（ａ）は、マイクロチップ１００より突出した注入口１に多孔質膜フィルタ２を設けたもの、図３（ｂ）は（ａ）と同形状において、多孔質膜フィルタ２が無い場合を示す。また図３の（１）は試料液を点着した直後の図、図３の（２）は落下による衝撃を与えた後の図、図３の（ｃ）は落下後に２度付け、３度付けによる再点着を行った時の動きについて示す。図中の斜線は試料液を示し、網掛けは多孔質膜フィルタ２を意味する。
【００２０】
本実施例では、注入口１の幅Ｗを点着する試料液の液体径を考慮し、Ｗ＝５ｍｍとした。また注入口１の厚みは毛細管キャビティ３と同様にｔ＝０．１ｍｍに設けた。この注入口１に多孔質膜フィルタ２を注入口１に隙間無く設け、多孔質膜フィルタ２の寸法は幅Ｗ＝５ｍｍ、厚みｔ＝０．１ｍｍ、長さＬ＝３ｍｍとした。材質は、ポリウレタンを使用したが、ポリスチレン又はポリエチレンのうち何れかでも良い。多孔質膜フィルタ２の空孔率は３０，６０，８０％の３種類を使用した。
【００２１】
図３（ａ）に本発明の実施例を示す。これは、多孔質膜フィルタ２は空孔率６０％のものを使用した。このマイクロチップ１００の大きさは、マイクロチップ１００が一体構造となる下部基板１０の厚みは５ｍｍ、上部基板１０の厚みは１ｍｍで、略６５ｍｍ角で構成した。マイクロチップ１００の重量は約２０ｇであった。衝撃試験は、マイクロチップ１００に試料となる血液を注入口１に充填し、その後１ｍの高さから木材の上に落下させ多孔質膜フィルタ２の効果を確認した。孔質膜フィルタ２の効果を確認した。図３（ａ）に多孔質膜フィルタ２を備えたマイクロチップ１００を、図３（ｂ）に多孔質膜フィルタ２が無い従来のマイクロチップ１００を示す。
【００２２】
図３（ａ）及び（ｂ）の（２）は、それぞれ衝撃後の注入口１の血液の流れの状態を示す。図を見ると、図３（ａ）では衝撃を与えた後でも注入口１に試料液は保持されているが、図３（ｂ）では毛細管キャビティ内に保持されていた試料液は、保持チャンバー４あるいは注入口１から流出し、毛細管キャビティ３内にはほとんど試料液が残らなかった。
【００２３】
その後、再度点着した場合の様子を図３（ａ）及び（ｂ）の（３）に示す。図３（ａ）では試料液の採取が１度目の点着から引き続き可能であり毛細管キャビティ３を満たすまで何度でもでき、所定量の試料液を確実に採取できる。しかし図３（ｂ）の（３）では再度点着すると、注入口１と保持チャンバー４との接続部が濡れているため、保持チャンバー４に試料液が流入してしまった。
【００２４】
従って、従来のマイクロチップ１００では一度試料液が別流路に流入してしまい試料液を定量する毛細管キャビティ３が機能せず、マイクロチップ１００を再度使用することが不可能となる。本発明の様に注入口１に多孔質膜フィルタ２を設置することで、毛細管キャビティ３に保持した試料液を落下や振動などの衝撃により漏れさせること無く、また採点着の可能である。
【００２５】
図３（ａ）は、空孔率が６０％の多孔質膜フィルタ２を備えたマイクロチップ１００の効果を示すが、同様な実験を空孔率が３０％及び８０％の多孔質膜フィルタを備えたマイクロチップ１００において行った。結果、空孔率が３０％及び８０％の多孔質膜フィルタを備えたマイクロチップ１００においても、図３（ａ）に示す良好な結果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明のマイクロチップは、電気化学式センサーや光学式センサーで生物学的流体の成分測定に使用する分析デバイス等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロチップの分解斜視図
【図２】（ａ）本発明の実施の形態１における注入口及び注入口近傍の斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１における注入口及び注入口近傍の正面図（ｃ）本発明の実施の形態１における注入口及び注入口近傍の断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロチップの流れパターンを示す図
【図４】従来例の電気化学式バイオセンサーの構成を説明するための図
【図５】従来例の遠心移送式バイオセンサーの構成を説明するための図
【図６】従来例の遠心移送式バイオセンサーの試料液分配構成を説明するための図
【符号の説明】
【００２８】
１  注入口
２  多孔質膜フィルタ
３  毛細管キャビティ
４  保持チャンバー
５  測定チャンバー
６、７  流路
８  大気開放孔
９  上部基板
１０  下部基板
１００  マイクロチップ
２０１  作用極
２０２  対極
２０３、２０４  リード
２０５  絶縁基板
２０６  カバー
２０７  スペーサー
２０８  吸引口
２０９  空気逃げ孔
２１０  試薬層
２１２  キャビティ
３１０  壁
３１２  第１のキャビティ
３１３  入り口
３１４  流路
３１５  濾過材料
３１６  上区画
３１７  低区画
３１８  芯
４０１  連続微小導管
４０２、４０３  上部部分
４０４ａ-ｆ  毛細管キャビティ
４０５ａ-ｅ  導管部分
４０６ａ-ｇ  頂部通気孔
４０７ａ-ｆ  連結微小導管
４０８ａ-ｆ  バルブ機能
４０９  入口ポート
４１０  出口ポート
【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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