JP2012002508A - サンプル液供給容器、サンプル液供給容器セット及びマイクロチップセット - Google Patents

Abstract

【課題】試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるサンプル液供給容器等の提供。
【解決手段】内部が減圧されて気密に封止された第一の領域１１と、内部に液体を収容可能な第二の領域１２と、を有し、外部から第一の領域１１の内部に対して中空針２が穿刺される第一の穿通部１３と、第一の穿通部１３に挿通されて第一の領域１１内部に到達した中空２針が、第二の領域１２の内部に対して穿刺される第二の穿通部１４と、が設けられたサンプル液供給容器１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サンプル液供給容器、サンプル液供給容器セット及びマイクロチップセットに関する。より詳しくは、マイクロチップに形成された領域内への液体の注入を簡便に行うためのサンプル液供給容器等に関する。

近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うためのウェルや流路を設けたマイクロチップが開発されてきている（例えば、特許文献１参照）。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサなどに利用され始めている。

このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（micro-Total-Analysis System）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や高効率化、集積化あるいは分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。

μ−ＴＡＳは、少量の試料で分析が可能なことや、マイクロチップのディスポーザブルユーズ（使い捨て）が可能なことから、特に貴重な微量試料や多数の検体を扱う生物学的分析への応用が期待されている。

μ−ＴＡＳの応用例として、マイクロチップ上に配設された複数の領域内に物質を導入し、該物質を光学的に検出する光学検出装置がある。このような光学検出装置としては、マイクロチップの流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップのウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などがある。

μ−ＴＡＳでは、試料が微量であるがゆえに、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。その結果、各ウェル等に導入される試料溶液の量にばらつきが生じて分析精度が低下したり、分析効率が低下したりするという問題があった。また、ＰＣＲのように試料の加熱を行った際に、ウェル等の内部に残存した気泡が膨脹し、反応を阻害したり、分析精度を低下させたりするという問題があった。

μ−ＴＡＳにおける試料溶液の導入を容易にするため、例えば、特許文献２には、「試料を導入する試料導入部と、前記試料を収容する複数の収容部と、夫々の前記収容部に接続された複数の排気部と、を少なくとも備え、少なくとも二以上の前記排気部は、一端が開放された一の開放路に連通された基板」が開示されている。この基板では、各収容部に排気部を接続することにより、試料導入部から収容部に試料溶液が導入される際に、収容部中に存在する空気が排気部から排出されるため、収容部にスムーズに試料溶液を充填することができる。

特開２００４−２１９１９９号公報 特開２００９−２８４７６９号公報

上記のように、従来のμ−ＴＡＳでは、ウェルや流路内への試料溶液の導入が難しく、ウェル等の内部に存在する空気によって試料溶液の導入が阻害されたり、導入に時間がかかったりする場合があった。また、試料溶液の導入の際に、ウェル等の内部に気泡が生じる場合があった。そのため、分析精度や分析効率に問題が生じていた。

そこで、本発明は、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるサンプル液供給容器等を提供することを主な目的とする。

上記課題解決のため、本発明は、内部が減圧されて気密に封止された第一の領域と、内部に液体を収容可能な第二の領域と、を有し、外部から第一の領域の内部に対して中空針が穿刺される第一の穿通部と、第一の穿通部に挿通されて第一の領域内部に到達した中空針が、第二の領域の内部に対して穿刺される第二の穿通部と、が設けられたサンプル液供給容器を提供する。
このサンプル液供給容器において、前記第一の穿通部と前記第二の穿通部は、前記中空針が穿通可能な弾性と気密性を有する封止部材により形成される。
このサンプル液供給容器は、前記第二の領域を内空に構成する内筒体と、内筒体の少なくとも一部を内空に収容する外筒体と、を含んでなり、内筒体の外表面と外筒体の内表面とが形成する空間が気密に封止されて前記第一の領域を構成し、前記第一の穿通部と前記第二の穿通部とが、内筒体と外筒体の同一側端をそれぞれ封止する前記封止部材によって形成されたものとすることができる。
また、本発明は、このサンプル液供給容器に加えて液体の注入対象となる注入領域に穿刺される中空針を含むサンプル液供給容器セット、並びに、さらに液体の注入対象となる気密に封止された注入領域が形成されたマイクロチップを含むマイクロチップセットをも提供する。
これらのサンプル液供給容器及びサンプル液供給容器セット、マイクロチップセットでは、第一の領域内の陰圧によって注入領域内の空気を吸引し、内部を減圧した後に、この注入領域の陰圧を利用して第二の領域内のサンプル液を注入領域の内部に導入できる。そのため、このマイクロチップセットに含まれるマイクロチップの注入領域の内部は常圧とされていてよい。
また、このマイクロチップにおいて、外部から前記注入領域の内部に前記中空針が穿刺される部位は、中空針が穿通可能な弾性と弾性変形による自己封止性とを備える基板層を含んで構成されていることが好ましい。さらに、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層の両面に、ガス不透過性を備える基板層が積層され、ガス不透過性を備える基板層に、外部から前記注入領域の内部に前記中空針を穿刺するための穿刺孔が設けられていることがさらに好ましい。
これらの場合において、前記弾性変形による自己封止性を備える基板層は、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される材料とされる。また、ガス不透過性を備える基板層は、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される材料とされる。

本発明により、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度が得られるサンプル液供給容器等が提供される。

本発明に係るサンプル液供給容器の構成を概念的に説明する模式図である。 本発明の第一実施形態に係るサンプル液供給容器を説明する断面模式図である。 本発明の第二実施形態に係るサンプル液供給容器を説明する断面模式図である。 第二実施形態に係るサンプル液供給容器の変形例を説明する断面模式図である。 本発明の第三実施形態に係るサンプル液供給容器を説明する断面模式図である。 本発明の第一実施形態に係るマイクロチップの上面模式図である。 第一実施形態に係るマイクロチップの断面模式図（図６、Ｐ−Ｐ断面）である。 第一実施形態に係るマイクロチップの断面模式図（図６、Ｑ−Ｑ断面）である。 第一実施形態に係るマイクロチップに第一実施形態に係るサンプル液供給容器を用いてサンプル溶液を導入する方法を説明する断面模式図である。 第一実施形態に係るマイクロチップに第一実施形態に係るサンプル液供給容器を用いてサンプル溶液を導入する方法を説明する断面模式図である。 本発明の第二実施形態に係るマイクロチップの断面模式図である。 第二実施形態に係るマイクロチップに第二実施形態に係るサンプル液供給容器を用いてサンプル溶液を導入する方法を説明する断面模式図である。 第二実施形態に係るマイクロチップに第二実施形態に係るサンプル液供給容器を用いてサンプル溶液を導入する方法を説明する断面模式図である。 中空針２の先端の構成を説明するための断面模式図である。

以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。なお、説明は以下の順序により行う。

１．サンプル液供給容器及びサンプル液供給容器セット
（１−１）構成概略
（１−２）サンプル液供給容器の第一実施形態
（１−３）サンプル液供給容器の第二実施形態
（１−４）サンプル液供給容器の第三実施形態
２．マイクロチップセット
（２−１）マイクロチップの第一実施形態
（２−１−１）マイクロチップの構成と成形方法
（２−１−２）マイクロチップへのサンプル溶液の導入
（２−２）マイクロチップの第二実施形態
（２−２−１）マイクロチップの構成と成形方法
（２−２−２）マイクロチップへのサンプル溶液の導入

１．サンプル液供給容器及びサンプル液供給容器セット
（１−１）構成概略
図１は、本発明に係るサンプル液供給容器の構成を概念的に説明する模式図である。

図中、符号１で示すサンプル液供給容器は、内部が減圧されて気密に封止された第一領域１１と、内部に液体（サンプル液）を収容可能な第二領域１２と、を有している（図１（Ａ）参照）。符号１３は、外部から第一領域１１の内部に対して中空針２が穿刺される第一穿通部を示す（図１（Ｂ）参照）。また、符号１４は、第一穿通部１３に挿通されて第一領域１１内部に到達した中空針２が、第二領域１２の内部に対して穿刺される第二穿通部を示す（図１（Ｃ）参照）。本発明に係るサンプル液供給容器セットは、これらサンプル液供給容器１と中空針２とを含んで構成されるものである。

第一穿通部１３と第二穿通部１４は、気密性を有する封止部材により形成されている。これにより、第一領域１１は、内部の陰圧（好ましくは真空）を維持できるようにされており、第二穿通部１４は、内部に収容されたサンプル液を保持できるようにされている。第一穿通部１３と第二穿通部１４の形成する封止部材は、気密性に加えて、中空針２が穿通可能な弾性をも有するものである。封止部材の材質は、シリコンゴムのような各種ゴムや熱可塑性エラストマー等とできる。

サンプル液供給容器セットを用いて、サンプル液の注入対象となる注入領域３１にサンプル液を注入する場合、まず、第二領域１２内にサンプル液を充填する（図１（Ａ）参照）。次に、中空針２の一端を気密に封止されている注入領域３１に穿刺し、他端を第一穿通部１３から第一領域１１の内部に対して穿刺する（図１（Ｂ）参照）。第一領域１１の内部は減圧されているため、中空針２の先端が第一領域１１内部に到達し、第一領域１１内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、第一領域１１内の陰圧によって注入領域３１内の空気が吸引され、注入領域３１の内部が減圧される（図１（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、第一穿通部１３に挿通されて第一領域１１内部に到達した中空針２の先端を、さらに第二穿通部１４から第二領域１２の内部に対して穿刺する（図１（Ｃ）参照）。このとき、注入領域３１の内部が減圧されていることで、中空針２の先端が第二領域１２内部に到達し、第二領域１２内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、注入領域３１内の陰圧によって第二領域１２内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域３１の内部に導入される（図１（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

このように、本発明に係るサンプル液供給容器セットでは、第一領域１１内の陰圧によって注入領域３１内の空気を吸引し、内部を減圧した後に、この注入領域３１の陰圧を利用して第二領域１２内のサンプル液を注入領域３１の内部に導入できる。従って、注入領域３１内に存在する空気によってサンプル液の導入が阻害されることがなく、サンプル液を一連の動作で短時間かつスムーズに注入領域３１内に注入できる。また、注入領域３１内の空気を完全に吸引すれば、注入領域３１内に気泡を生じさせることなくサンプル液を導入できる。

（１−２）サンプル液供給容器の第一実施形態
図２は、本発明に係るサンプル液供給容器の好適な実施形態を説明する模式図である。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、マイクロピペット用のピペットチップを用いて構成されていることを特徴とする。すなわち、このサンプル液供給容器１は、図に示すように、第二領域１２を内空に構成するピペットチップ（内筒体）１６と、ピペットチップ１６の少なくとも一部を内空に収容するピペットチップ（外筒体）１５と、によって構成されている。そして、ピペットチップ１６の外表面とピペットチップ１５の内表面とが形成する空間が気密に封止されて第一領域１１として構成され、ピペットチップ１５，１６の先端が封止部材によって封止されて第一穿通部１３と第二穿通部１４とが形成されている。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、シリコンゴム等で先端を封止したピペットチップ１５，１６を用意し、減圧チャンバー内でピペットチップ１５の先端側にピペットチップ１６を被せるように重ね合わせてシールすることにより得られる。ピペットチップ１５とピペットチップ１６のシーリングは、ピペットチップ１６の外表面とピペットチップ１５の内表面との間にシリコンゴム等のゴムリングを配置して圧着することにより行い得る。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１を用いて、注入領域３１にサンプル液を注入する場合、まず、ピペットチップ１６内（第二領域１２）にサンプル液を充填する（図２（Ａ）参照）。次に、中空針２の一端を気密に封止されている注入領域３１に穿刺し、他端を第一穿通部１３からピペットチップ１５の内部（第一領域１１）に対して穿刺する（図２（Ｂ）参照）。ピペットチップ１５の内部は減圧されているため、中空針２の先端がピペットチップ１５内部に到達し、ピペットチップ１５内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、ピペットチップ１５内の陰圧によって注入領域３１内の空気が吸引され、注入領域３１の内部が減圧される（図２（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、第一穿通部１３に挿通されてピペットチップ１５内部に到達した中空針２の先端を、さらに第二穿通部１４からピペットチップ１６の内部（第二領域１２）に対して穿刺する（図２（Ｃ）参照）。このとき、注入領域３１の内部が減圧されていることで、中空針２の先端がピペットチップ１６内部に到達し、ピペットチップ１６内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、注入領域３１内の陰圧によってピペットチップ１６内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域３１の内部に導入される（図２（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

（１−３）サンプル液供給容器の第二実施形態
図３は、本発明に係るサンプル液供給容器の好適な他の実施形態を説明する模式図である。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、注射器のシリンジを用いて構成されていることを特徴とする。すなわち、このサンプル液供給容器１は、図に示すように、第二領域１２を内空に構成するシリンジ（内筒体）１６と、ピペットチップ１６の少なくとも一部を内空に収容するシリンジ（外筒体）１５と、によって構成されている。そして、シリンジの外表面とシリンジ１５の内表面とが形成する空間が気密に封止されて第一領域１１として構成され、シリンジ１５，１６の先端が封止部材によって封止されて第一穿通部１３と第二穿通部１４とが形成されている。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、シリコンゴム等で先端を封止した大小のシリンジ１５，１６を用意し、減圧チャンバー内でシリンジ１５の内部にシリンジ１６を挿入してシールすることにより得られる。シリンジ１５とシリンジ１６のシーリングは、シリンジ１６の外表面とシリンジ１５の内表面との間にシリコンゴム等のゴムリングを配置して圧着し、封止部１７を形成することにより行い得る。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１を用いて、注入領域３１にサンプル液を注入する場合、まず、シリンジ１６内（第二領域１２）にサンプル液を充填する（図３（Ａ）参照）。次に、中空針２の一端を気密に封止されている注入領域３１に穿刺し、他端を第一穿通部１３からシリンジ１５の内部（第一領域１１）に対して穿刺する（図３（Ｂ）参照）。ピペットチップ１５の内部は減圧されているため、中空針２の先端がシリンジ１５内部に到達し、シリンジ１５内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、シリンジ１５内の陰圧によって注入領域３１内の空気が吸引され、注入領域３１の内部が減圧される（図３（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、第一穿通部１３に挿通されてシリンジ１５内部に到達した中空針２の先端を、さらに第二穿通部１４からシリンジ１６の内部（第二領域１２）に対して穿刺する（図３（Ｃ）参照）。このとき、注入領域３１の内部が減圧されていることで、中空針２の先端がシリンジ１６内部に到達し、シリンジ１６内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、注入領域３１内の陰圧によってシリンジ１６内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域３１の内部に導入される（図３（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

シリンジ１６内から注入領域３１へのサンプル液の導入を一層促進するため、シリンジ１６の第二穿通部１４と反対側端の開口から栓１８を挿入し、シリンジ１６の内圧を高めるようにしてもよい。また、栓１８に替えて、注射器のプランジャ１８を挿入して、シリンジ１６内の圧を高めて、サンプル液の送出を行ってもよい（図４参照）。

（１−４）サンプル液供給容器の第三実施形態
図５は、本発明に係るサンプル液供給容器の好適な他の実施形態を説明する模式図である。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、上述の第二実施形態に係る容器と同様に、注射器のシリンジを用いて構成されている。すなわち、このサンプル液供給容器１は、第二領域１２を内空に構成するシリンジ（内筒体）１６と、ピペットチップ１６の少なくとも一部を内空に収容するシリンジ（外筒体）１５と、によって構成されている。そして、シリンジの外表面とシリンジ１５の内表面とが形成する空間が気密に封止されて第一領域１１として構成され、シリンジ１５，１６の先端が封止部材によって封止されて第一穿通部１３と第二穿通部１４とが形成されている。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、シリコンゴム等で先端を封止した大小のシリンジ１５，１６を用意し、減圧チャンバー内でシリンジ１５の内部にシリンジ１６を挿入してシールすることにより得られる。シリンジ１５とシリンジ１６のシーリングは、シリンジ１６の外表面とシリンジ１５の内表面との間にシリコンゴム等のゴムリングを配置して圧着し、封止部１７を形成することにより行い得る。本実施形態に係るサンプル液供給容器１は、シリンジ１６の基部にシリンジ１５に係止するフランジを設け、このフランジを破断可能なものとして破断部１９としている点で、第二実施形態に係る容器と異なっている。

本実施形態に係るサンプル液供給容器１を用いて、注入領域３１にサンプル液を注入する場合、まず、シリンジ１６内（第二領域１２）にサンプル液を充填する（図５（Ａ）参照）。次に、中空針２の一端を気密に封止されている注入領域３１に穿刺し、他端を第一穿通部１３からシリンジ１５の内部（第一領域１１）に対して穿刺する（図５（Ｂ）参照）。ピペットチップ１５の内部は減圧されているため、中空針２の先端がシリンジ１５内部に到達し、シリンジ１５内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通すると、シリンジ１５内の陰圧によって注入領域３１内の空気が吸引され、注入領域３１の内部が減圧される（図５（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、シリンジ１５にシリンジ１６を係止させている破断部１９を破断させることにより、シリンジ１６をシリンジ１５の内部に押し込む。これにより、第一穿通部１３に挿通されてシリンジ１５内部に位置している中空針２の先端が、第二穿通部１４に穿刺され、シリンジ１６の内部（第二領域１２）に到達し、シリンジ１６内と注入領域３１内とが中空針２を介して連通する（図５（Ｃ）参照）。このとき、注入領域３１の内部が減圧されていることで、注入領域３１内の陰圧によってシリンジ１６内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域３１の内部に導入される（図５（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

２．マイクロチップセット
（２−１）マイクロチップの第一実施形態
次に、本発明に係るマイクロチップセットについて説明する。このマイクロチップセットは、上述のサンプル液供給装置と中空針に加えて、サンプル液の注入対象となる気密に封止された領域が形成されたマイクロチップとを含んで構成されるものである。

（２−１−１）マイクロチップの構成と成形方法
本発明の第一実施形態に係るマイクロチップの上面模式図を図６に、断面模式図を図７及び図８に示す。図７は図６中Ｐ−Ｐ断面、図８は図６中Ｑ−Ｑ断面に対応する。

符号３で示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部３１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル３４と、一端において注入部３１に連通する主流路３２と、この主流路３２から分岐する分岐流路３３が配設されている。主流路３２の他端は終端部３５として構成されており、分岐流路３３は、主流路３２の注入部３１への連通部と終端部３５への連通部との間において主流路３２から分岐し、各ウェル３４に接続されている。

注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５は、サンプル溶液が注入され、導入される注入領域である。

マイクロチップ３は、注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５を形成した基板層ａ_１に基板層ａ_２を貼り合わせ、注入部３１等の注入領域を気密に封止して構成されている。

基板層ａ_１，ａ_２の材質は、ガラスや各種プラスチック（ポリプロピレン、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリジメチルシロキサン）とすることができるが、基板層ａ_１，ａ_２の少なくとも一方は、弾性を有する材質とすることが好ましい。弾性を有する材料としては、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどが挙げられる。基板層ａ_１，ａ_２の少なくとも一方をこれらの弾性を有する材料により形成することで、マイクロチップ３に、中空針が穿通可能な弾性と弾性変形による自己封止性を付与することができる（「自己封止性」については詳しく後述する）。

ウェル３４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ａ_１，ａ_２の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。

基板層ａ_１への注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５の成形は、例えば、ガラス製基板層のウェットエッチングやドライエッチングによって、あるいはプラスチック製基板層のナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。注入部３１等は、基板層ａ_２に成形されてもよく、あるいは基板層ａ_１に一部を基板層ａ_２に残りの部分を成形されてもよい。また、基板層ａ_１と基板層ａ_２の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。

（２−１−２）マイクロチップへのサンプル溶液の導入
次に、図９も参照して、本実施形態に係るマイクロチップへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図９は、マイクロチップ及びサンプル液供給容器、中空針の断面模式図であり、図６中Ｑ−Ｑ断面に対応する。ここでは、サンプル液供給容器として、上述の第一実施形態に係る容器を用いる場合を例に説明する。

始めに、図９−１（Ａ）に示すように、中空針２を注入部３１に穿刺する。中空針２は、基板層ａ_１の表面から、先端部が注入部３１内空に到達するように、基板層ａ_１を貫通して穿刺される。

次に、中空針２の一端を、第二領域１２内にサンプル液を充填したサンプル液供給容器１の第一穿通部１３から第一領域１１の内部に対して穿刺する（図９−１（Ｂ）参照）。第一領域１１の内部は減圧されているため、中空針２の先端が第一領域１１内部に到達し、第一領域１１内と注入部３１内とが中空針２を介して連通すると、第一領域１１内の陰圧によって注入領域（注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５）内の空気が吸引され、注入領域の内部が減圧される（図９−１（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、第一穿通部１３に挿通されて第一領域１１内部に到達した中空針２の先端を、さらに第二穿通部１４から第二領域１２の内部に対して穿刺する（図９−２（Ｃ）参照）。このとき、注入領域の内部が減圧されていることで、中空針２の先端が第二領域１２内部に到達し、第二領域１２内と注入領域内とが中空針２を介して連通すると、注入領域内の陰圧によって第二領域１２内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域の内部に導入される（図９−２（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

このようにして注入部３１から導入されたサンプル溶液は、主流路３２を終端部３５に向かって送液され（図９−２（Ｃ）中、ブロック矢印参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３３及びウェル３４から順に内部にサンプル溶液が導入される（図６も参照）。このとき、注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５の内部が、減圧されていることにより、注入部３１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部３５まで送液される。

以上のように、本発明に係るマイクロチップセットでは、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内の空気を吸引し、内部を減圧した後に、この注入領域の陰圧を利用して第二領域１２内のサンプル液を注入領域の内部に導入できる。従って、注入領域内に存在する空気によってサンプル液の導入が阻害されることがなく、サンプル液を一連の動作で短時間かつスムーズに注入領域内に注入できる。また、注入領域内の空気を完全に吸引すれば、注入領域内に気泡を生じさせることなくサンプル液を導入できる。

さらに、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内部を減圧することができるため、基板層ａ_１に基板層ａ_２の貼り合わせを減圧下（真空下）で行って、注入部３１等の注入領域を予め陰圧としておく場合に比べて、マイクロチップの製造工程を簡略化できる。すなわち、本発明に係るマイクロチップセットでは、注入領域の内部は常圧でよいため、基板層ａ_１，ａ_２の貼り合わせを常圧下で行うことができる。

また、基板層の貼り合わせを減圧下で行って注入領域に予め陰圧を付与する方法では、チップの保管期間中に注入領域内の減圧度が落ちてしまう問題や、サンプル液の注入を一度しか行えないという問題がある。これに対して、本発明に係るマイクロチップセットでは、サンプル液の注入の都度、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内部を減圧することができるため、保管期間中の減圧度の低下の問題がなく、サンプル液の注入も繰り返し行うことが可能である。

サンプル溶液の導入後は、図９−２（Ｄ）に示すように、中空針２を引き抜き、基板層ａ_１の穿刺箇所を封止する。使用後のサンプル液供給容器１及び中空針２は、使い捨てが可能である。

また、このとき、基板層ａ_１をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、中空針２の抜去後に、基板層ａ_１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。本発明においては、この基板層の弾性変形によるニードル穿刺箇所の自然封止を、基板層の「自己封止性」と定義するものとする。

基板層ａ_１の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ａ_１表面から注入部３１内空表面までの厚さ（図９−２（Ｄ）中、符号ｄ参照）は、基板層ａ_１の材質や中空針２の径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップ３を加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。

基板層ａ_１の弾性変形による自己封止を確実とするため、中空針２には、サンプル溶液の注入が可能であることを条件に、径の細いものを使用することが望ましい。具体的には、インスリン用注射針として用いられる、先端外径が０．２ｍｍ程度の無痛針が好適に使用される。

中空針２として、先端外径０．２ｍｍの無痛針を用いる場合、ＰＤＭＳにより形成された基板層ａ_１の厚みｄは０．５ｍｍ以上、加熱が行われる場合には０．７ｍｍ以上とされることが好適となる。

本実施形態では、マイクロチップ３に縦横３例で合計９つのウェル３４を均等間隔で配設する場合を例に説明したが、ウェルの数や配設位置は任意とでき、ウェル３４の形状も図に示す円柱形状に限定されない。また、注入部３１に導入されたサンプル溶液を各ウェル３４に送液するための主流路３２及び分岐流路３３の配設位置も図に示す態様に限定されないものとする。さらに、ここでは、基板層ａ_１を弾性材料により形成し、中空針２を基板層ａ_１の表面から穿刺する場合を説明した。しかし、中空針２は基板層ａ_２の表面から穿刺してもよく、この場合には、基板層ａ_２を弾性材料により形成し、自己封止性を付与すればよい。

（２−２）マイクロチップの第二実施形態
（２−２−１）マイクロチップの構成と成形方法
本発明の第二実施形態に係るマイクロチップの断面模式図を図１０及び図１１に示す。

符号３で示すマイクロチップには、外部からサンプル溶液が穿刺注入される注入部３１と、サンプル溶液に含まれる物質あるいは該物質の反応生成物の分析場となる複数のウェル３４と、一端において注入部３１に連通する主流路３２が配設されている。また、ここでは図示を省略するが、マイクロチップ３には、上述の第一実施形態に係るマイクロチップと同様の構成とされた分岐流路３３、終端部（終端領域）３５が設けられている。

注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５は、サンプル溶液が注入され、導入される注入領域である。

マイクロチップ３は、注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５を形成した基板層ｂ_２に基板層ｂ_３を貼り合わせ、注入部３１等の注入領域を気密に封止して構成されている。

基板層ｂ_２の材質は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のシリコーン系エラストマーの他、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー、天然ゴムなどの中空針が穿通可能な弾性と弾性変形による自己封止性を備える材質とされる。基板層ｂ_２への注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５の成形は、例えば、ナノインプリントや射出成型、切削加工によって行うことができる。

ＰＤＭＳ等は、柔軟性を有し、弾性変形が可能である一方で、ガス透過性を有している。そのため、ＰＤＭＳ製の基板層では、ウェル内に導入したサンプル溶液を加熱すると、気化したサンプル溶液が基板層を透過してしまう場合がある。このようなサンプル溶液の気化による消失（液抜け）は、分析精度を低下させ、ウェル内への新たな気泡混入の原因ともなる。

これを防止するため、マイクロチップ３は、自己封止性を備える基板層ｂ_２に、ガス不透過性を備える基板層ｂ_１、ｂ_３を貼り合わせて、３層構造とされていることを特徴とする。

ガス不透過性を備える基板層ｂ_１、ｂ_３の材料としては、ガラスやプラスチック類、金属類、セラミック類などが採用できる。
プラスチック類としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート：アクリル樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート、ＳＡＮ樹脂（スチレン−アクリロニトリル共重合体）、ＭＳ樹脂（ＭＭＡ−スチレン共重合体）、ＴＰＸ（ポリ（４−メチルペンテン−１））、ポリオレフィン、ＳｉＭＡ（シロキサニルメタクリレートモノマー）−ＭＭＡ共重合体、ＳｉＭＡ−フッ素含有モノマー共重合体、シリコーンマクロマー（Ａ）−ＨＦＢｕＭＡ（ヘプタフルオロブチルメタクリレート）−ＭＭＡ３元共重合体、ジ置換ポリアセチレン系ポリマー等が挙げられる。
金属類としては、アルミニウム、銅、ステンレス（ＳＵＳ）、ケイ素、チタン、タングステン等が挙げられる。
セラミック類としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ_２）、石英等があげられる。
ウェル４内に導入された物質の分析を光学的に行う場合には、基板層ｂ_１〜ｂ_３の材質は、光透過性を有し、自家蛍光が少なく、波長分散が小さいために光学誤差の少ない材料を選択することが好ましい。

基板層ｂ_１〜ｂ_３の貼り合わせは、例えば、熱融着、接着剤、陽極接合、粘着シートを用いた接合、プラズマ活性化結合、超音波接合等の公知の手法により行うことができる。

（２−２−２）マイクロチップへのサンプル溶液の導入
次に、図１１を参照して、本実施形態に係るマイクロチップへのサンプル溶液の導入方法を説明する。図１１は、マイクロチップ及びサンプル液供給容器、中空針の断面模式図である。ここでは、サンプル液供給容器として、上述の第二実施形態に係る容器を用いる場合を例に説明する。

始めに、図１１−１（Ａ）に示すように、中空針２を注入部３１に穿刺する。基板層ｂ_１には、外部からサンプル溶液を注入部３１に穿刺注入するための穿刺孔３６が設けられている。中空針２は、穿刺孔３６に挿過され、基板層ｂ_２の表面から、先端部が注入部３１内空に到達するように、基板層ｂ_２を貫通して穿刺される。

このとき、中空針２の先端を、図１２に示すように平坦に加工しておくことで、注入部３１内空に到達して基板層ｂ_３表面に突き当たった中空針２の先端の位置を安定化させることができる。中空針２の先端は、例えば、無痛針の先端の一部（図１２中、符号ｔ参照）を切り落とすことによって平坦に加工することができる。

次に、中空針２の一端を、第二領域１２内にサンプル液を充填したサンプル液供給容器１の第一穿通部１３から第一領域１１の内部に対して穿刺する（図１１−１（Ｂ）参照）。第一領域１１の内部は減圧されているため、中空針２の先端が第一領域１１内部に到達し、第一領域１１内と注入部３１内とが中空針２を介して連通すると、第一領域１１内の陰圧によって注入領域（注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５）内の空気が吸引され、注入領域の内部が減圧される（図１１−１（Ｂ）中、矢印参照）。

続いて、第一穿通部１３に挿通されて第一領域１１内部に到達した中空針２の先端を、さらに第二穿通部１４から第二領域１２の内部に対して穿刺する（図１１−２（Ｃ）参照）。このとき、注入領域の内部が減圧されていることで、中空針２の先端が第二領域１２内部に到達し、第二領域１２内と注入領域内とが中空針２を介して連通すると、注入領域内の陰圧によって第二領域１２内のサンプル液が吸引され、サンプル液が注入領域の内部に導入される（図１１−２（Ｃ）中、ブロック矢印参照）。

このようにして注入部３１から導入されたサンプル溶液は、主流路３２を終端部３５に向かって送液され（図１１−２（Ｃ）中、ブロック矢印参照）、送液方向上流に配設された分岐流路３３及びウェル３４から順に内部にサンプル溶液が導入される（図６も参照）。このとき、注入部３１、主流路３２、分岐流路３３、ウェル３４及び終端部３５の内部が、減圧されていることにより、注入部３１に導入されたサンプル溶液が陰圧によって吸引されるようにして終端部３５まで送液される。

以上のように、本発明に係るマイクロチップセットでは、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内の空気を吸引し、内部を減圧した後に、この注入領域の陰圧を利用して第二領域１２内のサンプル液を注入領域の内部に導入できる。従って、注入領域内に存在する空気によってサンプル液の導入が阻害されることがなく、サンプル液を一連の動作で短時間かつスムーズに注入領域内に注入できる。また、注入領域内の空気を完全に吸引すれば、注入領域内に気泡を生じさせることなくサンプル液を導入できる。

さらに、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内部を減圧することができるため、基板層ｂ_１〜ｂ_３の貼り合わせを減圧下（真空下）で行って、注入部３１等の注入領域を予め陰圧としておく場合に比べて、マイクロチップの製造工程を簡略化できる。すなわち、本発明に係るマイクロチップセットでは、注入領域の内部は常圧でよいため、基板層ｂ_１〜ｂ_３の貼り合わせを常圧下で行うことができる。

また、基板層の貼り合わせを減圧下で行って注入領域に予め陰圧を付与する方法では、チップの保管期間中に注入領域内の減圧度が落ちてしまう問題や、サンプル液の注入を一度しか行えないという問題がある。これに対して、本発明に係るマイクロチップセットでは、サンプル液の注入の都度、第一領域１１内の陰圧によって注入領域内部を減圧することができるため、保管期間中の減圧度の低下の問題がなく、サンプル液の注入も繰り返し行うことが可能である。

サンプル溶液の導入後は、図１１−２（Ｄ）に示すように、中空針２を引き抜き、基板層ａ_１の穿刺箇所を封止する。使用後のサンプル液供給容器１及び中空針２は、使い捨てが可能である。

また、このとき、基板層ｂ_２をＰＤＭＳ等の弾性を有する材料により形成しておくことにより、中空針２の抜去後に、基板層ａ_１の弾性変形による復元力で穿刺箇所が自然に封止されるようにできる。

基板層ｂ_２の自己封止性を高めるため、穿刺箇所における基板層ｂ_２表面から注入部３１内空表面までの厚さ（図１１−２（Ｄ）中、符号ｄ参照）は、基板層ｂ_２の材質や中空針２の径に応じて適切な範囲に設定される必要がある。また、分析時にマイクロチップ３を加熱する場合には、加温に伴う内圧の上昇によって自己封止性が失われないように、厚さｄを設定することが必要である。

本発明に係るサンプル液供給容器によれば、試料溶液を短時間で容易に導入でき、高い分析精度を得ることができる。そのため、本発明に係るマイクロチップセットは、マイクロチップ上の流路内で複数の物質を電気泳動により分離し、分離された各物質を光学的に検出する電気泳動装置や、マイクロチップ上のウェル内で複数の物質間の反応を進行させ、生成する物質を光学的に検出する反応装置（例えば、リアルタイムＰＣＲ装置）などに好適に用いられ得る。

１：サンプル液供給容器、１１：第一領域（第一の領域）、１２：第二領域（第二の領域）、１３：第一穿通部（第一の穿通部）、１４：第二穿通部（第二の穿通部）、１５：外筒外（ピペットチップ・シリンジ）、１６：内筒体（ピペットチップ・シリンジ）、１７：封止部、１８：栓（プランジャ）、１９：破断部、２：中空針、３：マイクロチップ、３１：注入領域（注入部）、３２：主流路、３３：分岐流路、３４：ウェル、３５：終端部、３６：穿刺孔、ａ_１，ａ_２，ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３：基板層

Claims (10)

1. 内部が減圧されて気密に封止された第一の領域と、内部に液体を収容可能な第二の領域と、を有し、
   外部から第一の領域の内部に対して中空針が穿刺される第一の穿通部と、第一の穿通部に挿通されて第一の領域内部に到達した中空針が、第二の領域の内部に対して穿刺される第二の穿通部と、が設けられたサンプル液供給容器。
2. 前記第一の穿通部と前記第二の穿通部が、前記中空針が穿通可能な弾性と気密性を有する封止部材により形成された請求項１記載のサンプル液供給容器。
3. 前記第二の領域を内空に構成する内筒体と、内筒体の少なくとも一部を内空に収容する外筒体と、を含んでなり、
   内筒体の外表面と外筒体の内表面とが形成する空間が気密に封止されて前記第一の領域を構成し、
   前記第一の穿通部と前記第二の穿通部とが、内筒体と外筒体の同一側端をそれぞれ封止する前記封止部材によって形成された請求項２記載のサンプル液供給容器。
4. 液体の注入対象となる注入領域に穿刺される中空針と、
   内部が減圧されて気密に封止された第一の領域と、内部に前記液体を収容可能な第二の領域と、を有し、外部から第一の領域の内部に対して中空針が穿刺される第一の穿通部と、第一の穿通部に挿通されて第一の領域内部に到達した中空針が、第二の領域の内部に対して穿刺される第二の穿通部と、が設けられたサンプル液供給容器と、
   を備えるサンプル液供給容器セット。
5. 液体の注入対象となる気密に封止された注入領域が形成されたマイクロチップと、
   外部から前記注入領域の内部に穿刺される中空針と、
   内部が減圧されて気密に封止された第一の領域と、内部に前記液体を収容可能な第二の領域と、を有し、外部から第一の領域の内部に対して中空針が穿刺される第一の穿通部と、第一の穿通部に挿通されて第一の領域内部に到達した中空針が、第二の領域の内部に対して穿刺される第二の穿通部と、が設けられたサンプル液供給容器と、
   を備えるマイクロチップセット。
6. 前記注入領域の内部が常圧とされている請求項５記載のマイクロチップセット。
7. 外部から前記注入領域の内部に前記中空針が穿刺される部位が、中空針が穿通可能な弾性と弾性変形による自己封止性とを備える基板層を含んで構成された請求項６記載のマイクロチップセット。
8. 前記弾性変形による自己封止性を備える基板層の両面に、ガス不透過性を備える基板層が積層され、
   ガス不透過性を備える基板層に、外部から前記注入領域の内部に前記中空針を穿刺するための穿刺孔が設けられた請求項７記載のマイクロチップセット。
9. 前記弾性変形による自己封止性を備える基板層が、シリコーン系エラストマー、アクリル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、スチレン系エラストマー、エポキシ系エラストマー及び天然ゴムからなる群より選択される材料とされた請求項８記載のマイクロチップセット。
10. ガス不透過性を備える基板層が、ガラス、プラスチック類、金属類及びセラミック類からなる群より選択される材料とされた請求項９記載のマイクロチップセット。

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