JP7787001B2 - 分析用マイクロチップおよび分析システム - Google Patents

Description

本発明は、液体試料の分析用マイクロチップおよび分析システムに関する。

基板に所望の流路の溝を彫り、蓋板と貼り合わせることで形成されるマイクロチップが血液などの液体試料の分析に用いられる。すなわち、微量の液体試料をマイクロチップ内の流路に導入し、流路の途中に設けられた反応場で抗体などと反応させて、その反応性、性状、または、液体試料中の成分等を分析することが知られている（例えば、特許文献１）。このようなマイクロチップを作製するには、流路となる溝を表面に形成した基材と、フィルムあるいは基材とを接着剤で貼り合わせる方法が知られている。

国際公開第２００９／０６９６５６号

しかし、従来の分析技術では、分析対象の液体試料をマイクロチップに導入するまでの手順が複雑であり、作業者の負担となっていた。本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロチップを用いて液体試料と薬剤を混合し、分析する作業を効率化することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態は、以下の構成を採用した。すなわち、一実施形態に係る液体試料を分析する分析用マイクロチップは、装着部に装着された試料管から液体試料を流入させる流入部と、上流側で流入部と接続され、下流側で試料管に収容された液体試料を導引するための吸入口と接続される第１流路と、第１流路の流入部と吸入口との間に設けられ、第１流路に導引された液体試料に薬剤を混合する混合部と、混合部に接続され、混合部から流入される液体試料を分析するための第２流路と、第２流路の下流側に接続され、混合部から第２流路を経由して流入される液体試料を蓄積する廃液部と、第１流路を通じて流入部から混合部に液体試料が流入するときは第１流路を開くとともに、液体試料が混合部から第２流路に流入されるときには第１流路を閉じる開閉弁と、を備える。

ここで、流入部は、試料管の先端に設けられた挿通管が挿入される開口が形成されるようにしてもよい。開閉弁は、第１流路の流入部と混合部との間、および、吸入口と混合部との間に設けられるようにしてもよい。また、オイルが供給される供給口を有し、混合部に収容された液体試料は、供給口から供給されたオイルに押圧されて第２流路へ流出されるようにしてもよい。さらに、廃液部は、廃液部の内部から空気を排出するための開閉可能な通気口を有し、第１流路を通じて流入部から混合部に液体試料が流入するときは通気口が閉塞されるとともに、混合部に収容された液体試料が第２流路に流入されるときは通気口が開放されるようにしてもよい。混合部は、液体試料に薬剤を混合するための撹拌子を有するようにしてもよい。また、流入部から混合部を含む、液体試料が流入される流路内の、内面の少なくとも一部が親水化処理されているようにしてもよい。

本発明の他の形態は、分析用マイクロチップと、分析用マイクロチップの吸入口に接続され、試料管に収容された液体試料を流入部から第１流路を通じて混合部に導引する吸引
器と、廃液部の通気口を閉塞および開放する駆動体と、を備える分析システムである。

分析システムは、分析用マイクロチップの、第１流路を通じて流入部から混合部に液体試料が流入するときは第１流路を開くとともに、液体試料が混合部から第２流路に流入されるときには第１流路を閉じる開閉弁を制御する制御部を備えてもよい。制御部は、第１流路を通じて流入部から混合部に液体試料が流入するときは通気口を閉塞するとともに、混合部に収容された液体試料が第２流路に流入されるときには通気口を開放するように駆動体を制御してもよい。また、分析システムは、分析用マイクロチップの供給口に接続され、混合部から流出された液体試料の第２流路内の圧力を検出する圧力センサを有する供給器を備えてもよい。

本発明によれば、マイクロチップを用いて液体試料と薬剤を混合し、分析する作業を効率化できる。

実施形態に係るマイクロチップの構成の一例を示す図である。 ホルダと混合部との間を接続する流路、開閉弁を説明する図である。 空気吸引口と混合部との間を接続する流路、開閉弁を説明する図である。 試料管に収容された液体試料の混合部への導引を説明する図である。 混合部と接続される流路、測定流路を説明する図である。 混合部に収容された液体試料の廃液部への流入を説明する図である。 液体試料の混合部への導引と測定流路への流入を説明する図である。 開閉弁の開閉を説明する図である。 貫通孔の開閉を説明する図である。 実施形態に係る制御する分析システムの構成の一例を示す図である。 実施形態に係る分析システムの処理の流れの一例を示すフローチャートである。 混合部の形状を説明する図である。

以下、図面を参照して、一実施の形態に係る液体試料の分析用マイクロチップを説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本マイクロチップは実施形態の構成には限定されない。また、本実施形態に開示される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置などは、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

〔実施形態１〕
図１は、本実施形態に係るマイクロチップ１の構成の一例を示す図である。図１においては、マイクロチップ１の全体構成を斜視する斜視図が例示される。本実施形態に係るマイクロチップ１は、分析対象の液体等が流出入する流路が形成された基材１０を、上面側および下面側に接着させたフィルム材で挟むことで構成される。マイクロチップ１を構成する基材１０のサイズは、例えば、１００ｍｍ（Ｘ方向）×１００ｍｍ（Ｙ方向）×５ｍｍ（Ｚ方向）である。

マイクロチップ１に流出入される液体等には、液体試料、当該液体試料と反応させる反応物質、洗浄液等が含まれる。液体試料は、マイクロチップ１内を通過させることのできる試料であれば特に制限されず、例えば、血液や尿などの生体から得られる液体試料またはその希釈液、植物や動物などの生体からの抽出液、河川や海や降雨などの天然に存在する水、洗浄液、廃液等が挙げられる。試料中の成分も特には制限されず、例えば、タンパク質、核酸、低分子化合物、糖等が例示される。

図１に示されるように、マイクロチップ１は、基材１０と、ホルダ１１と、空気吸引口６０と、オイル供給口７０とを備える。ホルダ１１は、液体試料等が収容された試料管５０等を基材１０に装着させて保持するための構造体である。本実施形態では、ホルダ１１は、「装着部」の一例に相当する。空気吸引口６０は、ホルダ１１に装着させた試料管５０等に収容された液体試料等を基材１０に設けられた流路に導引するための構造体である。本実施形態では、空気吸引口６０は、「吸入口」の一例に相当する。オイル供給口７０は、基材１０の流路に導引された液体試料等を、当該試料を分析するための測定流路２３へ流出させるためのオイル等が供給される構造体である。本実施形態では、オイル供給口７０は、「供給口」の一例に相当する。空気吸引口６０にはマイクロシリンジや吸引ポンプ等の吸引器が接続され、オイル供給口７０には、ミネラルオイル等を供給するマイクロシリンジや送液ポンプ等の供給器が接続される。なお、図１では、ホルダ１１、空気吸引口６０、オイル供給口７０が、基材１０の同一面に設けられる形態を例示するが、ホルダ１１が設けられる面を表面とすると、空気吸引口６０およびオイル供給口７０は、表面側に対向する裏面側に設けられてもよい。以下、基材１０のホルダ１１が設けられる側の面を表面として説明する。

基材１０には、流路（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）で構成される第１流路と、流路２２と、混合部１４と、液体試料を分析するための測定流路２３と、廃液部１５とが形成される。本実施形態では、測定流路２３が「第２流路」の一例に相当する。第１流路を構成する流路２１ａと流路２１ｂとの間には開閉弁１２、流路２１ｃと流路２１ｄとの間には開閉弁１３が設けられる。開閉弁１２は、流路２１ａの下流側、および、流路２１ｂの上流側に接続され、流路２１ａと流路２１ｂとの間の流路を開閉する。流路２１ｂの下流側は混合部１４に接続される。同様にして、開閉弁１３は、流路２１ｃの下流側および、流路２１ｄの上流側に接続され、流路２１ｃと流路２１ｄとの間の流路を開閉する。開閉弁１２および１３は、例えば、２方弁である。なお、開閉弁１２および１３の構造および作用に限定はない。開閉弁１２および１３は、例えば、弾性を有する素材で形成することで、基材１０の上面から上下方向に押圧可能なアクチュエータやエアシリンダーによって制御される駆動体で開閉されるものとしてもよい。アクチュエータは、圧電式、静電式、または電磁式等の作用により動作するものでもよい。例えば、開閉弁１２および１３は、ピエゾ素子の開閉動作で開閉されるものでもよい。流路２１ｃの上流側は混合部１４に接続され、流路２１ｄの下流側は空気吸引口６０に接続される。

流路２２は、上流側でオイル供給口７０と接続され、下流側で混合部１４と接続される。流路２２を通じて、オイル供給口７０を介して供給されたミネラルオイル等が混合部１４に導引される。混合部１４は、測定流路２３の上流側に接続される。測定流路２３は、下流側で廃液部１５に接続される。廃液部１５には、廃液部１５の内部から基材１０の表面に貫通する貫通孔１５ａ、１５ｂが設けられる。

なお、混合部１４の内面は、少なくともその一部が、親水化処理がなされていてもよい。これにより、液体試料の導引時に、混合部１４内に気泡が残存することを抑制することができる。混合部１４の内面において、親水化処理される部分は、特に制限されないが、混合部１４の天井部や側壁部が親水化処理されていることが好ましい。親水化処理は、例えば、親水化剤処理、コロナ処理、プラズマ処理、エキシマ処理が挙げられるが、親水化剤処理であれば、処理後の時間経過による親水化効果の減弱が起こらないため好ましい。

また、混合部１４を気泡を抜けやすくする形状に設計することで、気泡の残存を防止することもできる。図１２は、混合部１４の形状を説明する図である。図１２（ａ）、（ｂ）には、円柱状に形成された混合部１４が例示され、（ｃ）、（ｄ）には偏芯状に形成された混合部１４、（ｅ）、（ｆ）には上部Ｒ状に形成された混合部１４が例示される。図
１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＣＣ＃方向から視た断面図を表し、図１２（ｄ）は図１２（ｃ）のＣＣ＃方向から視た断面図を表し、図１２（ｆ）は図１２（ｅ）のＣＣ＃方向から視た断面図を表す。本実施形態では、図１２（ａ）、（ｂ）に示される円柱状に形成された混合部１４を基本型として説明するが、（ｃ）から（ｆ）に示されるように偏芯型、上部Ｒ型の形状で形成されてもよい。流路２１ｃ方向へ混合部１４内の空間を徐々に狭くした偏芯型や、混合部１４の上部にＲをつけてドーム状に形成された上部Ｒ型では、液体試料を導引する際に、混合部１４の曲面状の壁面に沿った空気の流れが形成できる。この混合部１４内に形成される空気の流れにより、混合部１４内に残存する気泡の抜けを促すことが期待できる。

流路２２を通じて、オイル供給口７０を介して供給されたミネラルオイル等が混合部１４に導引される。混合部１４においては、流路（２１ａ、２１ｂ）を通じて導引された液体試料と、当該液体試料の性状を分析するための試薬等とが混合される。このような試薬は、例えば、混合部１４を挟むフィルム材等に予め塗布されている。なお、混合部１４には、液体試料と試薬等とを撹拌するための撹拌子が設けられてもよい。撹拌子の動作は、例えば、磁力を利用した撹拌機構によって制御される。

混合部１４において、オイル供給口７０を介して供給されたミネラルオイル等は、例えば、試薬と混合された液体試料の上に重層される。液体試料は、例えば、重層されたミネラルオイル等の圧力により、測定流路２３に押圧される。

測定流路２３には、液体試料と反応する反応基質等が塗布されている。混合部１４から押圧された液体試料は、測定流路２３に塗布された反応基質等と反応しながら下流側の廃液部１５に流入される。廃液部１５においては、反応後の液体試料が蓄積される。

マイクロチップ１の基材１０に形成される各流路、測定流路２３、混合部１４、廃液部１５、各貫通孔は、刃物やレーザ光を用いて形成可能であるが、基材１０の材質がプラスチックである場合には、射出成型で形成することもできる。射出成型の採用により、マイクロチップ１の品質の安定化、製作効率の向上等が期待できる。

液体試料中の成分や性状等は、例えば、混合部１４から測定流路２３に押圧されて流入される液体試料に対する流入圧を測定することで分析・評価が行われる。このような流入圧を検出するための圧力センサは、例えば、オイル供給口７０を介してミネラルオイル等を供給する供給器に設けられる。液体試料分析用のマイクロチップ１の使用者は、圧力センサを介して検出された圧力の上昇変化の推移、減少変化の推移等を測定することで、分析対象の液体試料等の成分分析や性状評価が可能になる。

図２は、ホルダ１１と混合部１４との間を接続する流路２１ａ、２１ｂ、開閉弁１２を説明する図である。図２においては、図１のＡＡ＃で示される方向から視た断面図が例示される。図２に示されるように、ホルダ１１内には、開口１０ａが形成され、試料管５０を挿通する挿通管１１aは、先端が上方に向くように設けられている。本実施形態におい
ては、挿通管１１ａおよび開口１０ａが「流入部」の一例に相当する。第１流路を構成する流路２１ａは上流側で開口１０ａに接続され、下流側で一点鎖線枠で囲まれた開閉弁１２の入力端に接続される。流路２１ａは、例えば、基材１０の裏面側に断面形状が凹状の溝として形成される。なお、流路２１ａの断面形状は、凹状に限定されず、例えば、Ｕ字状、Ｖ字状であってもよい。

なお、挿通管１１ａを含み、当該挿通管から混合部１４に至る液体試料が流入する流路（第１流路、開閉弁１２等）の内面は、少なくともその一部が、親水化処理がなされていてもよい。これにより、液体試料の導引時に、混合部１４内に気泡が残存することを抑制
することができる。通管１１ａを含む混合部１４に至る流路の内面において、親水化処理される部分は、特に制限されないが、当該流路の天井部や側壁部が親水化処理されていることが好ましい。親水化処理は、例えば、親水化剤処理、コロナ処理、プラズマ処理、エキシマ処理が挙げられるが、親水化剤処理であれば、処理後の時間経過による親水化効果の減弱が起こらないため好ましい。

同様にして、上流側で開閉弁１２の出力端に接続される流路２１ｂは、例えば、基材１０の裏面側に所定形状の断面形状の溝として形成される。そして、流路２１ｂは、裏面側を延伸して一点鎖線枠で囲まれた混合部１４に接続される。なお、基材１０に形成される混合部１４は、所望の量（例えば、４００から５００μＬ）の液体試料を収容するのに十分な大きさであればよく、例えば、円柱状、角柱状等に形成される。

図３は、空気吸引口６０と混合部１４との間を接続する流路２１ｃ、２１ｄ、開閉弁１３を説明する図である。図３においても、図１のＡＡ＃で示される方向から視た断面図が例示される。図３に示されるように、第１流路を構成する流路２１ｃは、上流側では一点鎖線枠で囲まれた混合部１４に接続され、下流側では一点鎖線枠で囲まれた開閉弁１３の入力端に接続される。同様にして、上流側で開閉弁１３の出力端に接続される流路２１ｄは、下流側で空気吸引口６０に接続される。流路２１ｃおよび流路２１ｄの断面形状は、流路２１ａ等と同様である。

流路２１ｃの上流側は、基材１０の表面側に所定形状の断面形状の溝として形成され、混合部１４に接続される。基材１０の表面側に形成された流路２１ｃは、当該基材を表面側から裏面側に縦断し、基材１０の裏面側に所定形状の断面形状の溝として形成された下流側の流路２１ｃに接続される。混合部１４と接続される流路２１ｃの上流側を表面側に形成することで、混合部１４に液体試料を導引する際に空気を優先的に抜くことができる。上流側で開閉弁１３の出力端に接続される流路２１ｄは、基材１０の裏面側に所定形状の断面形状の溝として形成され、基材１０の表面側に設けられた空気吸引口６０と接続される。

図４は、試料管５０に収容された液体試料Ｚ１の混合部１４への導引を説明する図である。図４に示されるように、液体試料Ｚ１が収容された試料管５０の挿通管１１ａは、ホルダ１１に設けられた開口１０ａに挿通される。ここで、第１流路の下流側（流路２１ｄの下流側）の空気吸引口６０には吸引ポンプやマイクロシリンジ等の吸引器が接続されているものとする。また、第１流路に設けられた開閉弁１２、１３はそれぞれ開状態に制御され、廃液部１５に設けられた貫通穴１５a、１５ｂはそれぞれ閉状態に制御されている
ものとする。

図４に示される流路２１ａ、開閉弁１２、流路２１ｂで構成された混合部１４に至る流路は、空気吸引口６０に接続された吸引器の吸引により陰圧状態になり、試料管５０に収容された液体試料Ｚ１が開口１０ａを介して流路２１ａに導引される。そして、流路２１ａに導引された液体試料Ｚ１は、開状態の開閉弁１２、流路２１ｂを通じて、混合部１４内に導引される。

吸引器の吸引により、混合部１４の液体試料が収容される空間では、裏面側に形成された流路２１ｂから表面側に形成された流路２１ｃに向かって空気が吸引される。そして、吸引器の空気の吸引によって陰圧状態となった混合部１４では、液体試料Ｚ１が基材１０の裏面に形成された流路２１ｂを通じて、当該混合部の空間に導引され、下方側（裏面側）から上方側（表面側）に向かって蓄積されることになる。なお、吸引器による吸引は、混合部１４の空間に所望量の液体試料Ｚ１が収容されたことを契機として停止される。

次に、流路２２、混合部１４、測定流路２３、廃液部１５を説明する。図５は、混合部１４と接続される流路２２、測定流路２３を説明する図である。図５においては、図１のＢＢ＃で示される方向から視た断面図が例示される。図５に示されるように、流路２２は、例えば、基材１０の裏面側に所定形状の断面形状を有する溝として形成され、上流側では表面に設けられたオイル供給口７０に接続される。流路２２の下流側は、基材１０を裏面側から表面側に縦断し、混合部１４の表面側に接続される。測定流路２３は、上流側で混合部１４の裏面側に接続され、所定形状の断面形状を有する溝として基材１０の裏面側に形成される。

図５において、オイル供給口７０にはミネラルオイルＺ２を供給するマイクロシリンジや送液ポンプ等の供給器が接続されているものとする。図５に示されるように、オイル供給口７０を介して供給されたミネラルオイルＺ２は、流路２２を通じて、一点鎖線枠で囲まれた混合部１４の上方側（表面側）から液体試料が収容される空間に流入されることになる。例えば、混合部１４の液体試料が収容される空間において、既に液体試料が蓄積されている場合には、流路２２を通じて流入されたミネラルオイルＺ２が当該液体試料の上に重層されることになる。このため、混合部１４に蓄積された液体試料は、重層されたミネラルオイルＺ２からの圧力により下方側（裏面側）に押圧され、当該混合部の裏面側で接続される測定流路２３に流出することになる。

図６は、混合部１４に収容された液体試料Ｚ１の廃液部１５への流入を説明する図である。図６においても、図１のＢＢ＃で示される方向から視た断面図が例示される。図６に示されるように、測定流路２３は、基材１０の裏面側に所定形状の断面形状を有する溝として形成され、上流側においては混合部１４の下方側（裏面側）に接続される。そして、測定流路２３の下流側は、基材１０の下方側（裏面側）から廃液部１５に接続される。なお、基材１０に形成される廃液部１５は、混合部１４に蓄積された液体試料Ｚ１を蓄積するのに十分な空間を有する大きさであればよい。廃液部１５には、空気口として、基材１０の裏面側に形成された空間内から、表面側に貫通して開口するとともに、閉塞可能な貫通孔１５ａ、１５ｂが設けられる。本実施形態では、貫通孔１５ａ、１５ｂは、「通気口」の一例に相当する。なお、貫通孔１５ａ、１５ｂの閉塞方法、すなわち、開閉のための構造および作用に限定はない。貫通孔１５ａ、１５ｂは、例えば、弾性を有する素材を、基材１０の上面から上下方向に押圧可能なアクチュエータやエアシリンダーによって制御される駆動体で開閉されるものとしてもよい。アクチュエータは、圧電式、静電式、または電磁式等の作用により動作するものでもよい。例えば、貫通孔１５ａ、１５ｂは、ピエゾ素子等により開閉可能な弁によって開閉されてもよい。また、貫通孔１５ａ、１５ｂに覆いかぶさるように、可撓性のフィルム等を固定してもよい。空気吸引口６０からの吸引により廃液部１５が陰圧状態となった場合には、フィルム等が貫通孔１５ａ、１５ｂに張り付き陰圧状態を保持する。一方、オイル供給口７０からミネラルオイル等が供給され、廃液部１５が陽圧状態となった場合には、フィルム等の一部がめくれて、廃液部１５内の空気を外部に逃がすことができる。

混合部１４に収容された液体試料Ｚ１は、オイル供給口７０を介して供給されたミネラルオイル等の圧力により、当該混合部の裏面側で上流側が接続される測定流路２３に押圧されて流出される。混合部１４から測定流路２３に流出された液体試料Ｚ１は、例えば、測定流路２３に塗布された反応基質等と反応しながら下流側の廃液部１５に蓄積されることになる。

液体試料中の成分や性状等を分析する際には、廃液部１５に設けられた貫通孔１５ａ、１５ｂを開状態とすることで、ミネラルオイル等によって押圧された液体試料Ｚ１が流入する経路上の空気を、当該貫通孔を通じて排出できる。このため、混合部１４から、測定流路２３に流入された反応後の液体試料Ｚ３を廃液部１５の空間内に導引することができ
る。

図７は、液体試料Ｚ１の混合部１４への導引と測定流路２３への流入を説明する図である。図４を用いて説明したように、ホルダ１１に装着された試料管５０から、液体試料Ｚ１を混合部１４に導引する際には、第１流路に形成された開閉弁１２、１３のそれぞれを開状態として当該第１流路内を陰圧状態にする。第１流路内は、空気吸引口６０に接続された吸引ポンプやマイクロシリンジ等の吸引器の吸引により陰圧状態に制御される。

しかしながら、混合部１４と測定流路２３を通じて接続される廃液部１５には、当該廃液部の空間内から表面側に貫通する貫通孔１５ａ、１５ｂが設けられている。貫通孔１５ａ、１５ｂが開状態である場合には、当該貫通孔、測定流路２３を通じて混合部１４内に外部から空気が流入することになる。本実施形態のマイクロチップ１においては、後述するように、試料管５０から液体試料Ｚ１を混合部１４に導引する際には、貫通孔１５ａ、１５ｂの状態を閉状態に制御する。これにより、混合部１４に導引される液体試料Ｚ１への不要な空気の混入を抑止することが可能になる。

同様にして、図５、図６で説明したように、液体試料Ｚ１を混合部１４から測定流路２３、廃液部１５に流入させるために、廃液部１５の空間内から表面側に貫通する貫通孔１５ａ、１５ｂが開状態に制御される。しかしながら、混合部１４と流路２１ｂを通じて接続される開閉弁１２、および、流路２１ｃを通じて接続される開閉弁１３が開状態である場合には、混合部１４から押圧された液体試料Ｚ１が第１流路内に逆流することになる。本実施形態のマイクロチップ１においては、後述するように、混合部１４から液体試料Ｚ１を測定流路２３に押圧する際には、第１流路に形成された開閉弁１２、１３の状態を閉状態に制御する。これにより、混合部１４から測定流路２３に液体試料Ｚ１が押圧されるときには、第１流路への不要な逆流を防止することができる。圧力センサを介して検出された圧力の上昇変化の推移、減少変化の推移等を測定する使用者においては、逆流によって生じる不要な測定不良を招くこともない。

図８は、開閉弁１２、１３の開閉を説明する図である。図８においては、図１のＡＡ＃で示される方向から視た断面図が例示される。図８に示されるように、開閉弁１２、１３は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂等のシリコン樹脂等で構成される弾性体１２ｂ、１３ｂをダイヤフラムとするダイヤフラムバルブ構造によって構成される。但し、図８に示されるバルブ構造は、開閉弁１２、１３の構造形態の一例であり、分析対象の液体試料の性状や測定方法等によって適宜の構造形態が採用できる。以下、開閉弁１２を説明例とする。開閉弁１３では、対応する流路や構造体を適宜に読み替えればよい。

開閉弁１２の構造においては、基材１０に対して表面側から裏面側に向かい掘り込みによって形成されたガイド１２ａが設けられる。ガイド１２ａにしたがって弾性体１２ｂで構成されたダイヤフラムを装着することで、弾性体１２ｂの外縁部位が基材１０に掘り込まれた面によって支持される。また、開閉弁１２において、当該開閉弁に接続される流路２１ａと流路２１ｂとを接続する内部の流路には、基材１０の表面側に突出する凸状構造１２ｃが設けられる。開閉弁１２の内部の流路を流れる液体試料Ｚ１は、当該凸状構造を経由して、上流側の流路２１ａから下流側の流路２１ｂに流入される。

ガイド１２ａにしたがって載置された弾性体１２ｂを、アクチュエータ等の駆動体を介して上方側（表面側）から下方側（裏面側）に押圧することで、当該弾性体の下面側が開閉弁１２の内部流路に設けられた凸状構造１２ｃに接着される。これにより、内部流路の上流側（流路２１ａ側）と下流側（流路２１ｂ側）との間は遮蔽されて、開閉弁１２の状態は閉状態に制御される。また、弾性体１２ｂに対する押圧を解放することで、開閉弁１２の状態は開状態に制御される。

図９は、貫通孔１５ａ、１５ｂの開閉を説明する図である。図９（ａ）には、廃液部１５における貫通孔１５ａ、１５ｂを斜視する斜視図、図９（ｂ）には開状態における廃液部１５の断面図、図９（ｃ）には閉状態における廃液部１５の断面図が例示される。図９（ａ）から（ｃ）に示されるように、貫通孔１５ａ、１５ｂは、マイクロチップ１の基材１０の裏面側に形成された廃液部１５の空間内から、表面側に貫通するように形成されている。

図９（ｃ）に示されるように、ＰＤＭＳ等のシリコン樹脂等で構成される弾性体１５ｃを、アクチュエータ等の駆動体を介して、基材１０の表面に開口する貫通孔１５ａ、１５ｂの開口面に押圧させることで、当該貫通孔が閉塞される。弾性体１５ｃの開口面への密着により、貫通孔１５ａ、１５ｂを介した空気の流入・排出が抑制され、当該貫通孔の開口が閉状態に制御される。また、図９（ｂ）に示されるように、駆動体による弾性体１５ｃの押圧を解放し、貫通孔１５ａ、１５ｂの開口面に接着させた弾性体１５ｃを当該開口面から離間させることで、当該貫通孔は開状態に制御される。マイクロチップ１においては、貫通孔１５ａ、１５ｂを介した空気の流入・排出の制御が可能になる。

（分析システム）
図１０は、本実施形態に係る分析システム１００の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る分析システム１００は、制御ユニット８０を備え、当該制御ユニットを介して、マイクロチップ１に形成された開閉弁１２、１３の開閉、貫通孔１５ａ、１５ｂの開閉を制御する。本実施形態において、制御ユニット８０は「制御部」の一例に相当する。また、分析システム１００の制御ユニット８０は、空気吸引口６０に接続された吸引器の吸引および停止、オイル供給口７０に接続された供給器のオイル供給および停止を制御する。そして、制御ユニット８０は、供給器に設けられた圧力センサを介して検出されたセンサ検出値を測定する。

図１０に示されるように、分析システム１００には、マイクロチップ１に形成された開閉弁１２のガイド１２ａに装着された弾性体１２ｂを駆動するためのアクチュエータ１６ａが含まれる。同様にして、分析システム１００には、開閉弁１３のガイド１３ａに装着された弾性体１３ｂを駆動するためのアクチュエータ１６ｂが含まれる。また、分析システム１００には、廃液部１５に設けられた貫通孔１５ａ、１５ｂの各開口面に接着する弾性体１５ｃを駆動するためのアクチュエータ１６ｃが含まれる。そして、分析システム１００には、空気吸引口６０に接続される吸引ポンプ等の吸引器６１、オイル供給口７０に接続される送液ポンプ等の供給器７１が含まれる。なお、供給器７１には、圧力センサ７２が設けられる。圧力センサ７１は、例えば、供給器７１から供給されたミネラルオイル等に押圧されて、混合部１４から測定流路２３に流出する液体試料Ｚ１の当該測定流路内の圧力を検出する。

制御ユニット８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、
ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等のメモリ、外部機器との通信インターフェースを備えるマイコンユニットである。メモリには、例えば、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。また、制御ユニット８０は、デジタルＩ／Ｏ、アナログＩ／Ｏ等の入出力端子を備える。

制御ユニット８０の入出力端子には、アクチュエータ１６ａ、１６ｂ、１６ｃのそれぞれを制御するための制御線が接続され、当該入出力端子を介して各アクチュエータを駆動するための制御信号（ＣＮＴ＿１６ａからＣＮＴ＿１６ｃ）が出力される。同様にして、当該入出力端子には、吸引器６１、供給器７１を制御するための制御線が接続され、当該
入出力端子を介して吸引器６１の吸引・停止、供給器７１の供給・停止を制御するための制御信号（ＣＮＴ＿６１、ＣＮＴ＿７１）が出力される。なお、制御ユニット８０の入出力端子には、圧力センサ７２で検出されたセンサ検出値を入力するための信号線が接続される。

上記の各制御信号は、例えば、アクティブステータスまたは非アクティブステータスを表す２値のステータス信号である。例えば、開閉弁１２のアクチュエータ１６ａは、制御信号ＣＮＴ＿１６ａのアクティブステータスのときに、弾性体１２ｂを押圧し、開閉弁１２の状態を開状態に制御する。また、開閉弁１２のアクチュエータ１６ａは、制御信号ＣＮＴ＿６１の非アクティブステータスのときに弾性体１２ｂへの押圧を解放し、開閉弁１２の状態を開状態に制御する。開閉弁１３のアクチュエータ１６ｂ、貫通孔１５ａ、１５ｂのアクチュエータ１６ｃにおいても、同様の論理ステータスで制御される。また、吸引器６１は、制御信号ＣＮＴ＿６１のアクティブステータスのときに吸引を実行し、非アクティブステータスのときに吸引を停止する。同様にして、供給器７１は、制御信号ＣＮＴ＿７１のアクティブステータスのときにミネラルオイル等の送液を実行し、非アクティブステータスのときに送液を停止する。以下、アクティブステータスを“ＯＮ状態”、非アクティブステータスを“ＯＦＦ状態”ともいう。

なお、上記した制御信号によるステータス制御の形態は一例であり、各アクチュエータ、吸引器６１、供給器７１の制御形態に応じて適宜に設定される。少なくとも、開閉弁１２、１３の開閉、貫通孔１５ａ、１５ｂの開閉、吸引器６１の吸引および停止、供給器７１のオイル供給および停止を制御できればよい。

（処理の流れ）
図１１は、本実施形態に係る分析システム１００の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１１の処理は、液体試料Ｚ１が収容された試料管５０の、マイクロチップ１のホルダ１１への装着後に実行される。また、図１１の処理は、制御ユニット８０によって提供される。

図１１において、処理の開始後、第１流路に接続される開閉弁１２および１３を開状態にする（ステップＳ１）と処理はステップＳ２に進む。制御ユニット８０は、ＯＦＦ状態の制御信号（ＣＮＴ＿１６ａおよびＣＮＴ＿１６ｂ）をアクチュエータ１６ａおよび１６ｂに出力する。開閉弁１２および１３では、弾性体１２ｂおよび１３ｂへの押圧が解放され、内部流路の上流側と下流側とが接続される。ステップＳ２では、廃液部１５に設けられた貫通孔１５ａ、１５ｂの開口を遮蔽すると処理はステップＳ３に進む。制御ユニット８０は、ＯＮ状態の制御信号（ＣＮＴ＿１６ｃ）をアクチュエータ１６ｃに出力する。貫通孔１５ａ、１５ｂは、アクチュエータ１６ｃの駆動によって押圧された弾性体１５ｃにより、基材１０の表面側に形成された貫通孔の開口面が閉塞される。

ステップＳ３では、空気吸引口６０に接続された吸引器６１の吸引が開始されると、処理はステップＳ４に進む。制御ユニット８０は、ＯＮ状態の制御信号（ＣＮＴ＿６１）を吸引器６１に出力する。吸引器６１の吸引開始により、第１流路内は陰圧状態になり、ホルダ１１に装着された試料管５０の液体試料は、第１流路を構成する流路２１ａ、２１ｂを通じて混合部１４内に収容される。

ステップＳ４では、所定量の液体試料Ｚ１が混合部１４内に収容されているか否かが判定される。基材１０に形成される混合部１４の容量は既知である。したがって、吸引器６１の吸引時間、吸入圧等の駆動条件と、第１流路を構成する流路２１ａ、２１ｂを通じて混合部１４内に流入する液体試料Ｚ１の流入量とを予め対応付けておけばよい。ステップＳ４において、所定量の液体試料Ｚ１が混合部１４内に収容されていると判定される場合
には（ステップＳ４、“Ｙｅｓ”）、処理はステップＳ５に進み、そうでない場合には（ステップＳ４、“Ｙｅｓ”）、ステップＳ４に戻る。ステップＳ５では、ＯＦＦ状態の制御信号（ＣＮＴ＿６１）が吸引器６１に出力されて、吸引動作が停止されると、処理はステップＳ６に進む。なお、吸引動作の停止とステップＳ６の開始は同時でもよい。

ステップＳ６では、第１流路に接続される開閉弁１２および１３を閉状態にすると処理はステップＳ７に進む。制御ユニット８０は、ＯＮ状態の制御信号（ＣＮＴ＿１６ａおよびＣＮＴ＿１６ｂ）をアクチュエータ１６ａおよび１６ｂに出力する。開閉弁１２および１３では、弾性体１２ｂおよび１３ｂが押圧され、それぞれの内部流路に設けられた凸状構造１２ｃ、１３ｃに弾性体１２ｂおよび１３ｂが接着される。これにより、内部流路の上流側と下流側との間は遮蔽されて、開閉弁１２、１３が閉状態になる。ステップＳ７では、廃液部１５に設けられた貫通孔１５ａ、１５ｂの開口が開放されると処理はステップＳ８に進む。制御ユニット８０は、ＯＦＦ状態の制御信号（ＣＮＴ＿１６ｃ）をアクチュエータ１６ｃに出力する。貫通孔１５ａ、１５ｂは、アクチュエータ１６ｃの駆動によって弾性体１５ｃの押圧が開放される。

ステップＳ８では、オイル供給口７０に接続された供給器７１のミネラルオイル等の送液が開始されると、処理はステップＳ９に進む。制御ユニット８０は、ＯＮ状態の制御信号（ＣＮＴ＿７１）を供給器７１に出力する。供給器７１の送液開始により、混合部１４に収容された液体試料Ｚ１は、供給されたミネラルオイル等の圧力により、測定流路２３に押圧されて流出される。混合部１４から測定流路２３に流出された液体試料Ｚ１は、例えば、測定流路２３に塗布された反応基質等と反応しながら下流側の廃液部１５に蓄積される

ステップＳ９では、供給器７１に設けられた圧力センサ７２で検出されたセンサ検出値が取得されると、処理はＳ１０に進む。制御ユニット８０は、例えば、一定のサンプリング周期でセンサ検出値を取得する。そして、制御ユニット８０は、取得したセンサ検出値とサンプリングされた時刻情報とを関連付けてメモリの所定の領域に記憶する。

ステップＳ１０では、圧力センサ７２の検出値に基づく液体試料の成分や性状に関する測定が終了したか否かが判定される。ステップＳ１０において、上記測定が終了したと判定される場合には（ステップＳ１０、“Ｙｅｓ”）、処理はステップＳ１１に進み、そうでない場合には（ステップＳ１０、“ＮＯ”）、ステップＳ１０に戻る。ステップＳ１１では、供給器７１のミネラルオイル等の送液を停止させる。制御ユニット８０は、ＯＦＦ状態の制御信号（ＣＮＴ＿７１）を供給器７１に出力する。ステップＳ１１の処理後、本ルーチンを一旦終了させる。

以上、説明したように、本実施形態に係るマイクロチップ１は、ホルダ１１に装着された試料管５０から、開口１０ａを介して液体試料Ｚ１を流入させる第１流路を基材１０に形成できる。第１流路は、流路（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）で構成され、当該第１流路の下流側で、試料管５０に収容された液体試料Ｚ１を導引するための空気吸引口６０を接続させることができる。また、マイクロチップ１は、第１流路の流路２１ｂと流路２１ｃとの間に、第１流路に導引された液体試料Ｚ１に薬剤を混合するための混合部１４を形成できる。混合部１４は、液体試料Ｚ１を分析するための測定流路２３に上流側に接続されるように形成できる。測定流路２３の下流側には、液体試料を蓄積する廃液部１５が形成できる。そして、本実施形態に係るマイクロチップ１は、第１流路を通じて混合部１４に液体試料Ｚ１が流入するときは第１流路を開き、当該液体試料が混合部１４から測定流路２３に流入されるときには、第１流路を閉じる開閉弁１２、１３を設けることができる。これにより、混合部１４から測定流路２３に液体試料Ｚ１が押圧されるときには、第１流路への不要な逆流を防止できる。測定流路２３に流入された液体試料Ｚ１の分析に
おいては、第１流路側への逆流によって生じる不要な測定不良を招くこともない。

また、本実施形態に係るマイクロチップ１は、試料管５０の先端に設けられた挿通管１１ａが挿入される開口１０ａを基材１０に形成できる。液体試料Ｚ１を分析する際の、試料管５０のキャップを外し、マイクロピペットを用いて液体試料Ｚ１をリザーバータンクに分注する等の準備作業が簡略化され、試料管５０に収容された液体試料Ｚ１を溢すこともない。

また、本実施形態に係るマイクロチップ１は、混合部１４の上流側にミネラルオイル等を流入させるためのオイル供給口７０を接続させることができる。ミネラルオイル等の流入によって押圧された混合部１４内の液体試料Ｚ１を、測定流路２３に流出できる。

また、本実施形態に係るマイクロチップ１は、廃液部１５の内部から基材１０の表面側に貫通する貫通孔１５ａ、１５ｂが形成できる。混合部１４内の液体試料Ｚ１を、測定流路２３に押圧する際に、混合部１４から廃液部１５に至る流路内の空気を貫通孔１５ａ、１５ｂを介して外部に排出できる。混合部１４から測定流路２３に流入された液体試料Ｚ１への不要な空気の混入を抑止できる。

１・・マイクロチップ、１０・・基材、１０ａ・・開口、１１・・ホルダ、１１ａ・・挿通管、１２，１３・・開閉弁、１２ａ，１３ａ・・ガイド、１２ｂ，１３ｂ・・弾性体、１２ｃ，１３ｃ・・凸状構造、１４・・混合部、１５・・廃液部、１５ａ，１５ｂ・・貫通孔、１５ｃ・・弾性体、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ・・アクチュエータ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ・・流路（第１流路）、２２・・流路、２３・・測定流路（第２流路）、５０・・試料管、６０・・空気吸引口、６１・・吸引器、７０・・オイル供給口、７１・・供給器、７２・・圧力センサ、８０・・制御ユニット、１００・・分析システム、Ｚ１・・液体試料、Ｚ２・・ミネラルオイル、Ｚ３・・反応後の液体試料

Claims (11)

1. 液体試料を分析する分析用マイクロチップであって、
   前記液体試料を収容する試料管を装着する装着部と、
   前記装着部に装着された試料管から前記液体試料を流入させる流入部と、
   上流側で前記流入部と接続され、下流側で前記試料管に収容された液体試料を導引するための吸入口と接続される第１流路と、
   前記第１流路の前記流入部と前記吸入口との間に設けられ、前記第１流路に導引された前記液体試料に薬剤を混合する混合部と、
   前記混合部に接続され、前記混合部から流入される前記液体試料を分析するための第２流路と、
   前記第２流路の下流側に接続され、前記混合部から前記第２流路を経由して流入される液体試料を蓄積する廃液部と、
   前記第１流路を通じて前記流入部から前記混合部に前記液体試料が流入するときは前記第１流路を開くとともに、前記液体試料が前記混合部から前記第２流路に流入されるときには前記第１流路を閉じる開閉弁と、
   を備える分析用マイクロチップ。
2. 前記流入部は、前記試料管の先端に設けられた挿通管が挿入される開口が形成されている、請求項１に記載の分析用マイクロチップ。
3. 前記開閉弁は、前記第１流路の前記流入部と前記混合部との間、および、前記吸入口と前記混合部との間に設けられる、請求項１に記載の分析用マイクロチップ。
4. オイルが供給される供給口を有し、
   前記混合部に収容された液体試料は、前記供給口から供給された前記オイルに押圧されて前記第２流路へ流出される、請求項１または２に記載の分析用マイクロチップ。
5. 前記廃液部は、前記廃液部の内部から空気を排出するための開閉可能な通気口を有し、
   前記第１流路を通じて前記流入部から前記混合部に液体試料が流入するときは前記通気口が閉塞されるとともに、前記混合部に収容された液体試料が前記第２流路に流入されるときは前記通気口が開放される、請求項１から３の何れか一項に記載の分析用マイクロチップ。
6. 前記混合部は、前記液体試料に薬剤を混合するための撹拌子を有する、請求項１から４の何れか一項に記載の分析用マイクロチップ。
7. 前記流入部から混合部を含む、前記液体試料が流入される流路内の、内面の少なくとも一部が親水化処理されている請求項１から６の何れか一項に記載の分析用マイクロチップ。
8. 請求項１から７の何れか一項に記載の分析用マイクロチップと、
   前記分析用マイクロチップの吸入口に接続され、試料管に収容された液体試料を流入部から第１流路を通じて混合部に導引する吸引器と、
   廃液部の通気口を閉塞および開放する駆動体と、
   を備える分析システム。
9. 前記分析用マイクロチップの、第１流路を通じて流入部から混合部に液体試料が流入するときは前記第１流路を開くとともに、前記液体試料が前記混合部から第２流路に流入されるときには前記第１流路を閉じる開閉弁を制御する制御部を備える、請求項８に記載の
   分析システム。
10. 前記制御部は、前記第１流路を通じて前記流入部から前記混合部に液体試料が流入するときは前記通気口を閉塞するとともに、前記混合部に収容された液体試料が前記第２流路に流入されるときには前記通気口を開放するように前記駆動体を制御する、請求項９に記載の分析システム。
11. 前記分析用マイクロチップの供給口に接続され、前記混合部から流出された前記液体試料の第２流路内の圧力を検出する圧力センサを有する供給器を備える、請求項８から１０の何れか一項に記載の分析システム。