特許 6626677 マイクロ流路デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6626677

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】マイクロ流路デバイス

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/08 20060101AFI20191216BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20191216BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20191216BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/08 A

   G01N37/00 101

   B01J19/00 321

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-193791(P2015-193791)

(22)【出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2017-67621(P2017-67621A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000136354

【氏名又は名称】株式会社フコク

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 文章

【審査官】 島田 保

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０３８９２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特許第４６２７３９５（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１１−１６９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０８５３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００５３２６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特許第５４２９７７４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１２−２０２９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３１５５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３５／００−３７／００

Ｂ０１Ｊ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部に連通し試験液を注入可能な導入口、および外部に連通し底部に反応物が固定される排出口が貫通して形成された第１基板と、
前記第１基板に接合される第２基板と、
前記第１基板の前記第２基板と対向する接合面に形成された凹溝からなり、一端が前記導入口に接続されると共に、他端が前記排出口に接続され、前記導入口から供給された試験液を前記排出口に流す流路と、
前記第１基板の前記第２基板と対向する接合面に形成された凹部からなり、前記排出口に接続され、前記排出口の放射方向に延在するポケット部と、を備え、
前記第１基板の厚さ方向に沿った前記ポケット部の凹部深さは、前記排出口内の液体が毛細管現象によって前記ポケット部側に流動し得る深さである、マイクロ流路デバイス。

【請求項2】

請求項１記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
第１基板は、シリコーンゴムからなる、マイクロ流路デバイス。

【請求項3】

請求項１記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記ポケット部と前記流路との間に設けられた隔壁部をさらに備える、マイクロ流路デバイス。

【請求項4】

請求項１記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記ポケット部を複数備える、マイクロ流路デバイス。

【請求項5】

請求項１記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記流路の前記他端と前記排出口との間に設けられ、前記流路の前記他端の内寸よりも大きい内寸を有する拡大接続部をさらに備える、マイクロ流路デバイス。

【請求項6】

請求項１記載のマイクロ流路デバイスにおいて、
前記流路、および前記流路の前記他端に接続された前記排出口を複数備え、
前記複数の流路は、前記導入口を通じて互いに連通されている、マイクロ流路デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マイクロ流路デバイスに関し、特に、マイクロ流路デバイスの排出口側に配置される薬剤等の固定に起因する流路の閉塞を防止して良好な試験液の流動を実現するのに有効な技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

マイクロメートル（μｍ）レベルの微細な流路を用いて薬剤の感受性評価試験や試薬の分析、反応度評価等を短時間で実行することができるマイクロ流路デバイスの開発が進んでいる。

【0003】

特許文献１は、一端が外部に開放された開放孔に接続され、他端が吸液体に接続された流路を備える送液構造体において、流路の溝幅を局所的に変えることによって、送液用の駆動源を必要とせずに、毛細管力のみを利用して送液を行う技術を開示している。

【0004】

特許文献２は、液体試料中の測定物質を分析するための分析チップにおいて、流路の反応部と排出部との間に堰き止め部を設けることによって、反応部から排出部に液体試料が流れるのを抑制する技術を開示している。ここで、上記堰き止め部は、その上流側および下流側に比べて流路幅が狭い狭窄構造、または流路内壁に撥水性を付与した構造とされている。

【0005】

特許文献３は、それぞれの流路を送液される少なくとも２つの液体を所望の混合比で速やかに混合する液体混合方法において、混合時間を短くするために、流路幅を狭くする技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５４２９７７４号明細書

【特許文献2】特開２０１２−２０２９２５号公報

【特許文献3】特開２００５−１３１５５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

マイクロ流路デバイスの使用例として、流路の一端に接続された排出口内に固形の薬剤を固定した後、細菌が含まれた試験液を流路に導入して排出口内の薬剤を試験液に溶解させることによって、薬剤に対する細菌の感受性を評価する試験がある。

【0008】

マイクロ流路デバイスの排出口は、導入口から試験液を注入したときに、試験液の導入前に流路内に存在していた空気を排出する排出口として機能すると同時に、試験液と反応させるための反応物（薬剤等）が配置、固定される。マイクロ流路デバイスは、微細な流路内で、試験液と反応物を接触させてその反応を観察するので、排出口に固定する反応物も極少量であり、また、過度に空気に接触することも避けるべきであるので、排出口の開口部の開口径は、およそ０．５ミリから大きくても数ミリ程度である。従って、固形の反応物を直接排出口内に固定することが困難である。

【0009】

そこで、あらかじめ反応物を水などの溶媒に溶かした溶液を調製し、マイクロシリンジなどを使ってこの溶液を排出口の開口部から内部に滴下した後、溶媒を蒸発させることによって、排出口内に薬剤を析出させる方法が採用される。

【0010】

ところが、排出口の開口部から排出口内に溶液を滴下すると、排出口内の溶液の一部が排出口の壁部を伝って排出口に接続された流路の開口部に集中してしまうことがある。その結果、溶液の溶媒を蒸発させて排出口内に反応物を析出させたとき、流路の開口部にも反応物が析出し、微細な流路が反応物によって閉塞され、試験液の導入前に流路内に存在していた空気の排出がスムーズにできずに試験液の導入が困難となるという問題や、流路が反応物で閉塞されてしまうことにより、排出口内に固定した反応物が試験液に十分解けることができないという問題が生じる。

【0011】

本発明の目的は、マイクロ流路デバイスの流路に接続された排出口内に固定される反応物に起因する流路の閉塞を防止することのできる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0013】

本発明のマイクロ流路デバイスは、外部に連通し試験液を注入可能な導入口、および外部に連通し底部に反応物が固定される排出口が貫通して形成された第１基板と、前記第１基板に接合される第２基板と、前記第１基板の前記第２基板と対向する接合面に形成された凹溝からなり、一端が前記導入口に接続されると共に、他端が前記排出口に接続され、前記導入口から供給された試験液を前記排出口に流す流路と、前記第１基板の前記第２基板と対向する接合面に形成された凹部からなり、前記排出口に接続され、前記排出口の放射方向に延在するポケット部と、を備え、前記第１基板の厚さ方向に沿った前記ポケット部の凹部深さは、前記排出口内の液体が毛細管現象によって前記ポケット部側に流動し得る深さである。

【発明の効果】

【0014】

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

【0015】

マイクロ流路デバイスの流路に接続された排出口内に固定される反応物に起因する流路の閉塞を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの全体斜視図である。

【図2】図１に示すマイクロ流路デバイスに形成された流路の延在方向に沿った断面図である。

【図3】図１に示すマイクロ流路デバイスの第１基板の斜視図である。

【図4】図３に示す第１基板の排出口近傍の拡大斜視図である。

【図5】図１に示すマイクロ流路デバイスの使用例を説明する要部断面図である。

【図6】（ａ）、（ｂ）は、図１に示すマイクロ流路デバイスの使用例を説明する要部断面図である。

【図7】図１に示すマイクロ流路デバイスの使用例を説明する要部平面図である。

【図8】排出口の外周に設けられるポケット部の別例を示す要部平面図である。

【図9】排出口の外周に設けられるポケット部の別例を示す要部平面図である。

【図10】マイクロ流路デバイスの別例を示す要部平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態であるマイクロ流路デバイスの全体斜視図、図２は、図１に示すマイクロ流路デバイスに形成された流路の延在方向（第１および第２基板の長辺方向）に沿った断面図、図３は、図１に示すマイクロ流路デバイスの第１基板の斜視図、図４は、図３の一部（排出口近傍）の拡大斜視図である。

【0018】

本実施の形態のマイクロ流路デバイスＭＤは、矩形の平面形状を有する透明な材料からなる第１基板ＳＵＢ１と、同じく矩形の平面形状を有する透明な材料からなる第２基板ＳＵＢ２とを貼り合わせた構造を有する。ここで、第１基板ＳＵＢ１は、シロキサン結合を主骨格とするシリコーンゴムからなり、第２基板ＳＵＢ２は、ガラス材、あるいは第１基板ＳＵＢ１と同じシリコーンゴムなどからなる。

【0019】

第１基板ＳＵＢ１は、第２基板ＳＵＢ２との接合面（以下、第１基板ＳＵＢ１の主面という）の一部に、第１基板ＳＵＢ１の長辺方向に沿ってほぼ平行に延在する４本の流路１０を備えている。図３および図４に示すように、これらの流路１０は、第１基板ＳＵＢ１の主面に形成され、第１基板ＳＵＢ１の長辺方向からみて矩形断面の凹溝によって構成されている。流路１０を構成する凹溝の断面形状は、矩形に限定されず、円形や半円形等であってもよい。

【0020】

図３に示すように、上記４本の流路１０のそれぞれの一端は、４本の流路１０に共通する１つの導入口１１に接続されている。すなわち、４本の流路１０は、１つの導入口１１を介して連通されている。導入口１１は、第１基板ＳＵＢ１の厚さ方向に沿って延在し、一端がマイクロ流路デバイスＭＤの外部に連通する円柱状の貫通孔からなる。

【0021】

一方、４本の流路１０のそれぞれの他端は、排出口１２に接続されている。これらの排出口１２のそれぞれは、導入口１１と同様、第１基板ＳＵＢ１の厚さ方向に沿って延在し、一端がマイクロ流路デバイスＭＤの外部に連通する円柱状の貫通孔からなる。

【0022】

上記４つの排出口１２のそれぞれの外周部には、排出口１２に接続され、排出口１２の放射方向（排出口１２の中心から外周に向かう方向）に延在するように掘り込まれたポケット部１３が設けられている。図３および図４に示すように、これらのポケット部１３は、第１基板ＳＵＢ１の主面に形成された凹部によって構成されている。

【0023】

図４に示すように、ポケット部１３と流路１０との間には、排出口１２の中心方向に突出する隔壁部１４が設けられている。また、流路１０の端部と排出口１２との間には、流路１０と排出口１２とを接続し、かつ流路１０の端部の幅よりも広い幅を有する拡大接続部１５が設けられている。拡大接続部１５は、ポケット部１３と同様、第１基板ＳＵＢ１の主面に形成された凹部によって構成されている。なお、本実施の形態における拡大接続部１５は、第１基板ＳＵＢ１の主面に沿う幅方向に拡大するものであるが、これに限定されず、第１基板ＳＵＢ１の厚みに沿う方向に内寸を拡大するものでもよいし、幅および厚み方向の両方に内寸を拡大するものでもよい。

【0024】

上記のような第１基板ＳＵＢ１を作製するには、まず、流路１０を構成する凹溝と、ポケット部１３および拡大接続部１５を構成する凹部とに対応した凸パターンが設けられた鋳型を用意し、第１基板ＳＵＢ１の原材料となる液状の未架橋シリコーンゴムをこの鋳型に流し込んで硬化させる。これにより、一面（主面）に流路１０を構成する凹溝と、ポケット部１３および拡大接続部１５を構成する凹部とが形成された矩形の平面形状を有するシリコーンゴムが得られる。

【0025】

続いて、このシリコーンゴムを鋳型から脱型した後、流路１０の一端側のシリコーンゴムを円筒状に打ち抜くことにより導入口１１を形成する。また、流路１０の他端側に形成されたポケット部１３の中央部分のシリコーンゴムを円筒状に打ち抜くことにより排出口１２を形成する。

【0026】

一例として、第１基板ＳＵＢ１の平面寸法は長辺＝４０ｍｍ、短辺＝１５ｍｍであり、厚さは２ｍｍである。また、流路１０を構成する凹溝の深さ、ポケット部１３および拡大接続部１５を構成する凹部の深さ（第１基板ＳＵＢ１の厚さ方向に沿った深さ）はそれぞれ５０μｍ、導入口１１および排出口１２の直径は０．７５ｍｍである。図においては、説明のために、第１基板ＳＵＢ１，第２基板ＳＵＢ２の大きさに対して、流路等の外形を大きく表現している。

【0027】

ポケット部１３を構成する凹部の深さは、流路１０を構成する凹溝の深さと同一でなくてもよく、排出口１２内の液体が毛細管現象によってポケット部１３側に流動し得る範囲内の深さであればよい。同様に、拡大接続部１５を構成する凹部の深さは、流路１０を構成する凹溝の深さと同一でなくてもよい。

【0028】

また、ポケット部１３は、より強い毛細管現象を生じせしめるため、排出口１２から離れるにしたがって、徐々に浅くなる凹部としてもよいし、排出口１２の流路１０との接続部に対向する側により強い毛細管現象を生じせしめるために、排出口１２の流路１０との接続部に対向する側のポケット部１３を第１基板ＳＵＢ１の厚み方向に浅い凹部としたり、第１基板ＳＵＢ１の主面に沿う方向に深い凹部としてもよい。

【0029】

その後、このようにして作製された第１基板ＳＵＢ１の主面と、第２基板ＳＵＢ２の一面とを重ね合わせて両者を接合することにより、本実施の形態のマイクロ流路デバイスＭＤが得られる。

【0030】

図１および図２に示す例では、第２基板ＳＵＢ２の平面寸法を第１基板ＳＵＢ１の平面寸法よりも大きくしているが、第２基板ＳＵＢ２の平面寸法を第１基板ＳＵＢ１の平面寸法と同じにしてもよい。

【0031】

また、第２基板ＳＵＢ２がシリコーンゴムからなる場合には、例えば流路１０を構成する凹溝と、ポケット部１３および拡大接続部１５を構成する凹部とを第２基板ＳＵＢ２に形成すると共に、導入口１１および排出口１２を構成する貫通孔を第１基板ＳＵＢ１に形成し、その後、両者を重ね合わせて接合することによりマイクロ流路デバイスＭＤを製造してもよい。

【0032】

次に、本実施の形態のマイクロ流路デバイスＭＤの一使用例について説明する。ここでは、マイクロ流路デバイスＭＤを使用して薬剤の感受性評価試験を行う例について説明する。

【0033】

まず、図５に示すように、マイクロ流路デバイスＭＤの排出口１２の底部（具体的には、排出口１２の底部に露出した第２基板ＳＵＢ２の表面）に、感受性評価試験にて比較評価を行う反応物である薬剤２０を固定する。このとき、例えばマイクロ流路デバイスＭＤに設けられた４つの排出口１２のうち、３つの排出口１２の底部には、互いに異なる量（体積）の薬剤２０を固定し、残り１つの排出口１２の底部には、比較基準とするため薬剤２０を固定しない。

【0034】

排出口１２の底部に薬剤２０を配置するには、図６（ａ）に示すように、あらかじめ薬剤２０を水などの溶媒に溶かした薬液２１を調製した後、マイクロシリンジ２２などを使って薬液２１を排出口１２の開口部から内部に滴下する。

【0035】

すると、図６（ｂ）に示すように、排出口１２の内部に滴下された薬液２１の一部は、毛細管現象により、排出口１２に接続されたポケット部１３の内部方向および流路１０の内部方向に向かって放射状に濡れ広がる。

【0036】

しかしながら、排出口１２の外周部にポケット部１３を設けた場合には、排出口１２の内部に滴下された薬液２１の一部がポケット部１３の内部に向かって流動し、ポケット部１３に集まる。これは、薬液２１、すなわち液体が毛細管現象によりポケット部１３に引き寄せられるためである。さらに、液体は、凝集する性質があるため、大部分の薬液２１が、ポケット部１３およびその近傍に集まる。

【0037】

また、ポケット部１３と流路１０との間に隔壁部１４（図４参照）が設けられていることにより、ポケット部１３の内部に流動した薬液２１が隔壁部１４に遮られるため、ポケット部１３の周縁を伝って、流路１０の内部方向に逆流し難くなるという効果も得られる。

【0038】

その後、排出口１２の内部に貯留された薬液２１の溶媒を蒸発させることにより、図５に示すように、排出口１２の底部に固形の薬剤２０を固定する。このとき、上述のとおり、ほとんどの薬液２１がポケット部１３およびその近傍に凝集しているため、固形化した薬剤２０が、流路１０を閉鎖することがない。特に、流路１０と排出口１２との間に流路１０よりも幅の広い拡大接続部１５を設けた場合には、排出口１２との開口面積が広がるため、拡大接続部１５付近に薬剤２０が析出しても流路１０を閉鎖することがない。

【0039】

なお、本実施の形態のように、第１基板ＳＵＢ１をシリコーンゴムで作製し、第２基板ＳＵＢ２をガラスで作製した場合には、第１基板ＳＵＢ１よりも、第２基板ＳＵＢ２の方が水溶性の液体に対する濡れ性が良いので、ポケット部１３における第２基板ＳＵＢ２の接触面積を大きくとることで、より強い吸引力が得られる。他方、拡大接続部１５においては、第１基板ＳＵＢ１との接触面積を大きくとることで、拡大接続部１５近傍への薬液２１の凝集を抑えられる。具体的には、ポケット部１３は、第２基板ＳＵＢ２に沿って浅く広い凹部とし、拡大接続部１５は、第２基板ＳＵＢ２との接触を抑えるため、深い凹部とすることが好ましい。

【0040】

これにより、排出口１２の底部に析出する薬剤２０の一部が流路１０を塞いでしまう不具合を確実に防ぐことができる。

【0041】

上記した排出口１２の底部に薬剤２０を固定する作業は、マイクロ流路デバイスＭＤの製造工程の一部、例えば第１基板ＳＵＢ１と第２基板ＳＵＢ２とを重ね合わせて接合した後の工程で行ってもよく、あるいは薬剤２０が固定されていない状態でマイクロ流路デバイスＭＤを購入した使用者が感受性評価試験を行う前に行ってもよい。

【0042】

次に、図７に示すように、マイクロシリンジ（不図示）などを用いてマイクロ流路デバイスＭＤの導入口１１から４本の流路１０の内部に試験液２３を供給し、続いて導入口１１から４本の流路１０の内部に空気を圧入することによって、４本の流路１０の内部に供給した試験液２３を互いに分離する。

【0043】

このようにすると、排出口１２の底部に固定された薬剤２０が試験液２３に溶解し、薬剤２０に含まれる薬効成分と試験液２３に含まれる細菌との反応が開始される。そして、この状態を所定時間（例えば数時間）維持した後、図７に示す観察領域Ａ内の４本の流路１０を位相差顕微鏡などで同時に観察することにより、薬剤２０に対する細菌の感受性を比較評価する。

【0044】

このように、排出口１２の底部外周にポケット部１３を設けた本実施の形態のマイクロ流路デバイスＭＤによれば、排出口１２の底部に薬剤２０を固定する際に薬剤２０の一部が流路１０にも析出して流路１０を塞いでしまう不具合を防ぐことができる。これにより、精度の高い試験を確実に行える使い勝手のよいマイクロ流路デバイスＭＤを提供することができる。

【0045】

排出口１２の底部外周に設けるポケット部１３の形状は、上記した形状に限定されず、種々の変更が可能であり、例えば図８に示すように、排出口１２の底部外周に複数個のポケット部１３を設けたり、図９に示すように、隔壁部１４および／または拡大接続部１５を設けないようにしてもよい。

【0046】

また、実施の形態では、４本の流路１０を備えたマイクロ流路デバイスＭＤについて説明したが、マイクロ流路デバイスＭＤに設ける流路１０の本数は、試験の目的などに応じて任意に変更することができる。さらに、図１０に示すように、流路１０、導入口１１および排出口１２からなる試験ユニットを一枚の第１基板ＳＵＢ１に複数設けてもよい。

【0047】

マイクロ流路デバイスＭＤの用途も薬剤の感受性評価試験に限定されず、試薬の分析、反応度評価、化学物質の検出や化学合成など、生化学分野、医療分野の各種用途に使用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明は、μｍレベルの微細な流路を使って薬剤の感受性評価試験などを行うマイクロ流路デバイスに適用することができる。

【符号の説明】

【0049】

１０ 流路
１１ 導入口
１２ 排出口
１３ ポケット部
１４ 隔壁部
１５ 拡大接続部
２０ 薬剤
２１ 薬液
２２ マイクロシリンジ
２３ 試験液
ＭＤ マイクロ流路デバイス
ＳＵＢ１ 第１基板
ＳＵＢ２ 第２基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】