特許 7527529 マイクロ流体デバイス

(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】

(24)【登録日】2024-07-25

(45)【発行日】2024-08-02

(54)【発明の名称】マイクロ流体デバイス

(51)【国際特許分類】

   B81B 1/00 20060101AFI20240726BHJP

   B01J 19/00 20060101ALI20240726BHJP

【ＦＩ】

B81B1/00

B01J19/00

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2024530688

(86)(22)【出願日】2023-06-15

(86)【国際出願番号】 JP2023022276

(87)【国際公開番号】W WO2024004685

(87)【国際公開日】2024-01-04

【審査請求日】2024-06-10

(31)【優先権主張番号】P 2022106726

(32)【優先日】2022-06-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004385

【氏名又は名称】ＮＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179970

【弁理士】

【氏名又は名称】桐山 大

(74)【代理人】

【識別番号】100071205

【弁理士】

【氏名又は名称】野本 陽一

(72)【発明者】

【氏名】舩橋 輝

【審査官】石田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特許第４７２８５７３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特表２００３－５２６３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９４３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１４７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００３／１５６９９３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／１０６７９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特許第６５５２６１１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ８１Ｂ１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体が導入される微細空間を内部に有するプレート状のメインチップと、
連絡用流路を内部に有し、前記連絡用流路を前記微細空間に連絡するための一対のジョイント連絡孔を上面両端側に有するプレート状のジョイントチップと、
前記メインチップを保持する上部保持領域と、前記上部保持領域に保持された前記メインチップに部分的に積層した状態で前記ジョイントチップの両端のうちの一方を択一的に保持する下部保持領域とを有するガイドと、
を備え、
前記メインチップは、前記上部保持領域に保持された状態で、前記下部保持領域に保持された前記ジョイントチップのジョイント連絡孔と前記微細空間とを連絡する一対のメイン連絡孔を下面両端側に備える、
マイクロ流体デバイス。

【請求項2】

前記メインチップは、前記微細空間と連絡する液体供給用の供給孔を上面に有する、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項3】

前記メインチップは、前記微細空間と前記一対のメイン連絡孔とを有するメイン基板の上面に、上層メイン基板を接合している、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項4】

前記メインチップは、前記微細空間と前記一対のメイン連絡孔とを有するメイン基板の上面に、前記供給孔を有する上層メイン基板を接合している、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項5】

前記メイン基板は、
前記微細空間となる開口部を有する中層メイン基板と、
前記開口部に連絡する前記一対のメイン連絡孔を有し、前記微細空間となる開口部を塞ぐように前記中層メイン基板の下面に接合された下層メイン基板と、
を備える請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項6】

前記メイン基板は、前記微細空間と前記一対のメイン連絡孔とを一体に有している、
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項7】

前記上層メイン基板は透光性を有し、
前記ガイドは、前記上層メイン基板を露出させた状態で前記メインチップを前記上部保持領域に保持する、
請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項8】

前記メイン基板及び前記上層メイン基板は、アクリル板である、
請求項７に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項9】

前記ジョイントチップは、前記連絡用流路を有するジョイント基板の上面に、前記一対のジョイント連絡孔を有する上層ジョイント基板を接合している、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項10】

前記ジョイント基板は、
前記連絡用流路となる開口部を有する中層ジョイント基板と、
前記連絡用流路となる開口部を塞ぐように前記中層ジョイント基板の下面に接合された下層ジョイント基板と、
を備える請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項11】

前記ジョイント基板は、前記連絡用流路を一体に有している、
請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項12】

前記ジョイント基板及び前記上層ジョイント基板は、アクリル板である、
請求項９に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項13】

前記ジョイントチップは、ゴムシートを上面に有しており、
前記ゴムシートは、前記ジョイント連絡孔の位置に貫通孔を有している、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項14】

前記ジョイントチップは、前記ジョイント連絡孔を取り囲むＯリングを上面に有し、
前記Ｏリングは、互いに連絡した前記ジョイント連絡孔と前記メイン連絡孔とが位置する連絡空間を密封する、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項15】

前記ガイドは、
前記ジョイントチップを保持する端面に装着面を有し、
前記メインチップと前記ジョイントチップとを前記装着面から挿入して前記上部保持領域と前記下部保持領域とにそれぞれ装着可能にする、
請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項16】

前記ガイドは、
前記メインチップをはみ出すことなく前記上部保持領域に保持し、
一つの前記ジョイントチップの一方の端部を保持する前記ガイドと、反対側の端部を保持する別の前記ガイドとの互いに対面する前記装着面同士を着脱自在に接続する接続部を有している、
請求項１５に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項17】

前記接続部は、前記装着面に埋め込まれた磁石の磁力によって前記二つのガイドの装着面同士を接続する、
請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。

【請求項18】

互いに接続される二つの前記ガイドは、前記メインチップと前記ジョイントチップとの積層方向への前記二つのガイドの位置ずれを規制する規制部を有している、
請求項１６に記載のマイクロ流体デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マイクロ流体デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロ流体デバイスは、微細加工技術によってプレート状のマイクロ流体チップに微細な流路や反応容器などの微細空間を作成したデバイスの総称である。微細空間を利用して、培養液や試薬などの液体に分離、攪拌、熱処理、蛍光検出などの処理を施すことができるため、マイクロ流体デバイスはバイオテクノロジー、生命科学、医学、化学工学をはじめとする幅広い分野の研究に役立てられている。

【0003】

とりわけ液体を微細空間内で扱うマイクロ流体デバイスは、貴重な試料の使用量を節減することができる技術として注目されている。液体の分離、攪拌、熱処理、蛍光検出といった複数の処理を同一のデバイス内で実施することもできるため、反応時間の短縮化にも貢献する。

【0004】

こうした数々の利点から、現在ではマイクロ流体デバイスが利用される分野は広範囲にわたり、多種多様な研究活動を支えるに至っている。

【0005】

その一方で個々の研究ごとに処理内容や処理工程の組み合わせが異なるため、研究ごとに専用デバイスの製造が必要になる。マイクロ流体デバイスはアクリル、ガラス、シリコーンゴムなどの材料で製造される。いずれの材料を選択してもその製造には多くの時間とコストがかかってしまう。

【0006】

そこで例えば特許文献１～３にみられるように、複数のマイクロ流体チップを適宜組み合わせて所望のマイクロ流体デバイスを作りあげるという手法が提案されている。

【0007】

日本の特開２００５－１４７９４０号公報（特許文献１）で提案されているのは、異なる流路をもつ複数種類のマイクロ流体チップを用意しておき、これらのマイクロ流体チップをベース部材上に適宜組み合わせてマイクロ流体デバイスを製造する技術である。

【0008】

日本の特開２０１５－１２３０１２号公報（特許文献２）には、微細な流路をそれぞれ設けた異なる機能をもつ複数種類のモジュールを用意しておき、これらのモジュールを適宜組み合わせ、用途に応じたマイクロ流体デバイスを製造することが開示されている。

【0009】

国際公開第２０１９／０９２９８９号（特許文献３）の提案は、異なる流路をもつマイクロ流体チップのプレートを複数積層し、目的とする用途に合致したマイクロ流体デバイスを製造することである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】日本の特開２００５－１４７９４０号公報

【文献】日本の特開２０１５－１２３０１２号公報

【文献】国際公開第２０１９／０９２９８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

日本の特開２００５－１４７９４０号公報（特許文献１）及び特開２０１５－１２３０１２号公報（特許文献２）に記載されたマイクロ流体デバイスは、ホルダー（特許文献１のベース部材（２）、特許文献２のホルダー（９））にマイクロ流体チップやモジュールを取り付けてマイクロ流体デバイスとしている。このためマイクロ流体デバイスの規模はホルダーの大きさに依存し、ホルダーの大きさを超えるデバイスを実現することはできない。より柔軟にマイクロ流体デバイスを拡張できるように改善が望まれる。

【0012】

この点国際公開第２０１９／０９２９８９号（特許文献３）に記載されたマイクロ流体デバイスは、マイクロ流体チップのプレートを積層するという構造上、プレートの大きさを増大させることなくマイクロ流体チップを拡張することができる。その反面、下層に位置するマイクロ流体チップに設けられた流路や圧力容器などの微細空間を外部に露出させることができないため、試料である液体を観察し、検出し、あるいは所望の処理を加えたりすることができない。試料の観察等が必要になる研究には適さない。

【0013】

マイクロ流体チップを二次元上に展開する拡張性の高いマイクロ流体デバイスの実現が望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0014】

マイクロ流体デバイスの一態様は、液体が導入される微細空間を内部に有するプレート状のメインチップと、連絡用流路を内部に有し、前記連絡用流路を前記微細空間に連絡するための一対のジョイント連絡孔を上面両端側に有するプレート状のジョイントチップと、ガイドとを備えている。ガイドは、前記メインチップを保持する上部保持領域と、前記上部保持領域に保持された前記メインチップに部分的に積層した状態で前記ジョイントチップの両端のうちの一方を択一的に保持する下部保持領域とを有している。前記メインチップは、前記上部保持領域に保持された状態で、前記下部保持領域に保持された前記ジョイントチップのジョイント連絡孔と前記微細空間とを連絡する一対のメイン連絡孔を下面両端側に備えている。

【発明の効果】

【0015】

マイクロ流体チップを二次元上に展開する拡張性の高いマイクロ流体デバイスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】複数個のマイクロ流体チップが接続されたマイクロ流体デバイスの実施の一例を示す斜視図。

【図2】マイクロ流体デバイスの内部構造を示す模式図。

【図3】第１の実施の形態のメインチップの斜視図。

【図4】第１の実施の形態のメインチップの垂直断面図。

【図5】第２の実施の形態のメインチップの斜視図。

【図6】第２の実施の形態のメインチップの垂直断面図。

【図7】第１の実施の形態のジョイントチップの斜視図。

【図8】第１の実施の形態のジョイントチップの垂直断面図。

【図9】第２の実施の形態のジョイントチップの斜視図。

【図10】第２の実施の形態のジョイントチップの垂直断面図。

【図11】ガイドの斜視図。

【図12】第１の実施の形態のマイクロ流体チップの斜視図。

【図13】第２の実施の形態のマイクロ流体チップの斜視図。

【図14】ガイドを捨象して第１の実施の形態のマイクロ流体チップを示す模式図。

【図15】ガイドを捨象して第２の実施の形態のマイクロ流体チップを示す模式図。

【図16】シール構造の別の実施の形態を示すジョイントチップの斜視図。

【図17】ジョイントチップを垂直断面にした斜視図。

【図18】ジョイントチップの垂直断面図。

【図19】マイクロ流体チップの斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

実施の形態を図面に基づいて説明する。説明は次の項目に沿って行なう。
１．構成
（１）全体の概略
（２）メインチップ
（第１の態様）
（第２の態様）
（共通事項）
（３）ジョイントチップ
（第１の態様）
（第２の態様）
（共通事項）
（４）ガイド
（５）マイクロ流体チップ
（６）シール構造の別の実施の形態
２．作用効果
（１）作用
（２）効果
３．変形例

【0018】

１．構成
（１）全体の概略
図１に示すように、本実施の形態のマイクロ流体デバイス１０１は、複数のマイクロ流体チップ１１が一列に接続されて構成されている。個々のマイクロ流体チップ１１は、微細な流路や反応容器などの微細空間ＭＳを内部に備えたメインチップ３１を主体としており、このメインチップ３１をジョイントチップ５１とともにガイド７１で保持した構造を有している（図２、図１２参照）。

【0019】

図１中のＸ方向は、マイクロ流体チップ１１の配列方向であり、各要素の長さ方向を規定する。マイクロ流体デバイス１０１、マイクロ流体チップ１１、メインチップ３１、ジョイントチップ５１、及びガイド７１の「両端」「端部」といったときは、Ｘ方向の両端、端部をそれぞれ意味する。

【0020】

図１中のＹ方向は、マイクロ流体チップ１１の配列方向と直交する方向であり、各要素の幅方向を規定する。マイクロ流体デバイス１０１、マイクロ流体チップ１１、メインチップ３１、ジョイントチップ５１、及びガイド７１の「両側端」「側部」といったときは、Ｙ方向の両側端、側部をそれぞれ意味する。

【0021】

図１中のＺ方向は、マイクロ流体デバイス１０１、マイクロ流体チップ１１、メインチップ３１、ジョイントチップ５１、及びガイド７１の上下方向を規定している。図１中、Ｚ方向の上方に現れるのが上面、下方に現れるのが下面である。

【0022】

図２に模式的に示すように、メインチップ３１は、ガイド７１と同一の長さ（Ｘ方向の長さ）を有しており、はみ出すことなくガイド７１に保持されている。したがって個々のマイクロ流体チップ１１が一列に並べられて接続されたとき、隣接する二つのマイクロ流体チップ１１に含まれているメインチップ３１及びガイド７１は、それぞれの両端面同士を接触させる。本実施の形態では、隣接する二つのガイド７１の互いに接触する端面を装着面７２という（図１１参照）。

【0023】

ジョイントチップ５１は、隣接する二つのメインチップ３１を跨ぐようにそれらのメインチップ３１に積層して配置される。

【0024】

ガイド７１において、メインチップ３１を保持する領域は上部保持領域７３、ジョイントチップ５１を保持する領域は下部保持領域７４である（図１１参照）。メインチップ３１が上部保持領域７３に正しく保持され、ジョイントチップ５１が下部保持領域７４に正しく保持されたとき、メインチップ３１とジョイントチップ５１とは図２に示すような積層されて接触する状態に位置付けられる。

【0025】

個々のマイクロ流体チップ１１が一列に接続されたとき、微細空間ＭＳを含む流路ＦＣが形成される。流路ＦＣを形成するのはつぎの要素である。
・メインチップ３１の微細空間ＭＳ
・メインチップ３１の一対の供給孔３２
・メインチップ３１の一対のメイン連絡孔３３
・ジョイントチップ５１の連絡用流路５２
・ジョイントチップ５１の一対のジョイント連絡孔５３

【0026】

複数のマイクロ流体チップ１１が一列に接続されてマイクロ流体デバイス１０１が構成されたとき、メインチップ３１の供給孔３２から試料である液体が導入されると、液体は流路ＦＣを流通する。

【0027】

もっとも流路ＦＣを形成する各要素のうち、供給孔３２は、マイクロ流体デバイス１０１という全体の構造物からすると必須であるのに対して、個々のマイクロ流体チップ１１の単位でみると、すべてのマイクロ流体チップ１１に必須というわけではない。そこでメインチップ３１には、供給孔３２を設けたタイプと設けないタイプとを混在させている。

【0028】

図１中、手前の二つのメインチップ３１は供給孔３２を有するタイプ、奥の二つのメインチップ３１は供給孔３２を有しないタイプである。このように所望のメインチップ３１を組み合わせてマイクロ流体デバイス１０１を組み立てるに際して、供給孔３２を有するメインチップ３１と有しないメインチップ３１とを適宜組み合わせることが可能である。

【0029】

以下説明の便宜上、供給孔３２を設けたメインチップ３１を例に挙げて説明するが、すべてのメインチップ３１に供給孔３２が設けられているわけではない。供給孔３２を有しないタイプのメインチップ３１については、以下に紹介するメインチップ３１から供給孔３２を捨象したものとご理解いただきたい。

【0030】

（２）メインチップ
（第１の態様）
図３及び図４に、メインチップ３１の第１の態様を示す。このメインチップ３１は、矩形形状をしたプレート状の基板であり、透光性を有する三枚のアクリル板が積層されて構成されている。中層メイン基板３４、上層メイン基板３５、及び下層メイン基板３６の三枚である。中層メイン基板３４の上面に上層メイン基板３５を、下面に下層メイン基板３６をそれぞれ位置させて熱圧着することで、メインチップ３１は製造されている。

【0031】

三層をなす三枚のアクリル板（３４、３５、３６）には、すべて２０ｍｍ角を有する同一の形状及び大きさのものが用いられている。厚みは中層メイン基板３４が０．５ｍｍ、上層メイン基板３５が１．０ｍｍ、そして下層メイン基板３６が０．５ｍｍである。

【0032】

中層メイン基板３４には、微細空間ＭＳとなる開口部３７が設けられている。開口部３７によって定められる微細空間ＭＳの形状は、個々のマイクロ流体チップ１１の用途に応じて適宜定めることができる。

【0033】

上層メイン基板３５には、微細空間ＭＳに連絡する一対の供給孔３２が両端側に設けられている。

【0034】

下層メイン基板３６には、微細空間ＭＳに連絡する一対のメイン連絡孔３３が両端側に設けられている。

【0035】

積層された三枚のアクリル板（３４、３５、３６）が熱圧着されて完成したメインチップ３１は、図１に示すように、外部から微細空間ＭＳを視認できる形態になっている。

【0036】

供給孔３２を有しないタイプのメインチップ３１については、供給孔３２を有しないプレーンな上層メイン基板３５を用いることで、同様に製造することができる。

【0037】

（第２の態様）
図５及び図６に、メインチップ３１の第２の態様を示す。このメインチップ３１は、矩形形状をしたプレート状の基板であり、透光性を有する二枚のアクリル板が積層されて構成されている。メイン基板３４Ａと上層メイン基板３５との二枚である。メイン基板３４Ａの上面に上層メイン基板３５を位置させて熱圧着することで、メインチップ３１は製造されている。

【0038】

二層をなす二枚のアクリル板（３４Ａ、３５）には、いずれも２０ｍｍ角を有する同一の形状及び大きさのものが用いられている。厚みはメイン基板３４Ａも上層メイン基板３５もともに１．０ｍｍである。

【0039】

メイン基板３４Ａには、微細空間ＭＳと一対のメイン連絡孔３３とが設けられている。微細空間ＭＳの形状は、個々のマイクロ流体チップ１１の用途に応じて適宜定めることができる。一対のメイン連絡孔３３は、メイン基板３４Ａの下面に連絡するようにメイン連絡孔３３が両端側に設けられている。

【0040】

上層メイン基板３５には、微細空間ＭＳに連絡する一対の供給孔３２が両端側に設けられている。

【0041】

積層された二枚のアクリル板（３４Ａ、３５）が熱圧着されて完成したメインチップ３１は、図１に示すように、外部から微細空間ＭＳを視認できる形態になっている。

【0042】

供給孔３２を有しないタイプのメインチップ３１については、供給孔３２を有しないプレーンな上層メイン基板３５を用いることで、同様に製造することができる。

【0043】

（共通事項）
実施に際しては、流路や反応容器という典型的な形状を備えた各種の微細空間ＭＳを有する標準化されたメインチップ３１を予め複数種類用意しておき、適宜選択できるようにしておけばよい。供給孔３２を備えたメインチップ３１と備えないメインチップ３１とについても、同様に標準化が可能である。予め用意されていない微細空間ＭＳが必要になった場合には、その都度そのような微細空間ＭＳを有するメインチップ３１（専用パーツ）を製造する。

【0044】

第１の態様の中層メイン基板３４及び下層メイン基板３６は、概念的には、第２の態様のメイン基板３４Ａに相当する。第１の態様では、二枚のアクリル板（３４、３６）を積層して接合することによって、第２の態様では、一枚のアクリル板（３４Ａ）単体で、それぞれメイン基板３４Ａ（中層メイン基板３４、下層メイン基板３６）を生成している。したがって第１の態様と第２の態様との相違は、メイン基板３４Ａの製造方法にあるといえる。

【0045】

このような製造方法の違いという面からいうと、メイン基板３４Ａと上層メイン基板３５とを一体に成形することも可能である。一例として、３Ｄプリンタを用いて、メイン基板３４Ａと上層メイン基板３５との一体成形品を実現させることができる。この場合、微細空間ＭＳ、供給孔３２、及び一対のメイン連絡孔３３となる部分にはサポート材を予め設けておき、サポート材も含め造形する。造形が完了したら、サポート材を除去することによって、微細空間ＭＳを内部に有し、微細空間ＭＳと連絡する供給孔３２を上面に、そして微細空間ＭＳに連絡する一対のメイン連絡孔３３を下面両端側に有するプレート状のメインチップ３１が完成する。

【0046】

本実施の形態では、メインチップ３１を一枚又は二枚以上のアクリル板（３４～３６、３４Ａ及び３５）、つまりアクリル樹脂によって生成する例を示したが、アクリル樹脂に限らず、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などを材料としてメインチップ３１を製造するようにしてもよい。その他にも、ＡＢＳ樹脂とＰＬＡ樹脂、ＡＳＡ樹脂（耐候性が強い）、ＰＰ樹脂（耐熱、耐薬品性が強い）、ＰＣ樹脂やナイロン樹脂、アクリル樹脂、ＰＥＴＧ、熱可塑性ポリウレタンなど、様々な種類の材料を用いてメインチップ３１を製造することが可能である。

【0047】

（３）ジョイントチップ
（第１の態様）
図７及び図８に、ジョイントチップ５１の第１の態様を示す。このジョイントチップ５１は、矩形形状をしたプレート状の基板であり、透光性を有する三枚のアクリル板が積層されて構成されている。中層ジョイント基板５４、上層ジョイント基板５５、及び下層ジョイント基板５６の三枚である。中層ジョイント基板５４の上面に上層ジョイント基板５５を、下面に下層ジョイント基板５６をそれぞれ位置させて熱圧着することで、ジョイントチップ５１は製造されている。

【0048】

三層をなす三枚のアクリル板（５４、５５、５６）には、すべて１０ｍｍ角を有する同一の形状及び大きさのものが用いられている。厚みはすべて同一で、中層ジョイント基板５４が０．５ｍｍ、上層ジョイント基板５５が０．５ｍｍ、そして下層ジョイント基板５６も０．５ｍｍである。

【0049】

中層ジョイント基板５４には、連絡用流路５２となる開口部５７が設けられている。

【0050】

上層ジョイント基板５５には、連絡用流路５２に連絡する一対のジョイント連絡孔５３が両端側に設けられている。

【0051】

下層ジョイント基板５６は、孔や開口などが形成されていないプレーンなアクリル板である。

【0052】

積層された三枚のアクリル板（５４、５５、５６）が熱圧着されて完成したジョイントチップ５１には、その上面、つまり上層ジョイント基板５５の表面にゴムシート５８が接合されている。上層ジョイント基板５５の表面に対するゴムシート５８の接合は、例えば接着による。ゴムシート５８は、三枚のアクリル板（５４、５５、５６）と同一の大きさ及び形状を有しており、これらのアクリル板（５４、５５、５６）に対してはみ出したり位置ずれしたりすることなく接合される。

【0053】

ゴムシート５８には、上層ジョイント基板５５の両端側に設けた一対のジョイント連絡孔５３を塞ぐことがないように、これらのジョイント連絡孔５３に位置を合わせて一対の貫通孔５８ａが設けられている。

【0054】

（第２の態様）
図９及び図１０に、ジョイントチップ５１の第２の態様を示す。このジョイントチップ５１は、矩形形状をしたプレート状の基板であり、透光性を有する二枚のアクリル板が積層されて構成されている。ジョイント基板５４Ａと上層ジョイント基板５５との二枚である。ジョイント基板５４Ａの上面に上層ジョイント基板５５を位置させて熱圧着することで、ジョイントチップ５１は製造されている。

【0055】

二層をなす二枚のアクリル板（５４Ａ、５５）には、いずれも１０ｍｍ角を有する同一の形状及び大きさのものが用いられている。厚みはジョイント基板５４Ａが１．０ｍｍ、上層ジョイント基板５５が０．５ｍｍである。

【0056】

ジョイント基板５４Ａには、連絡用流路５２が設けられている。

【0057】

上層ジョイント基板５５には、連絡用流路５２に連絡する一対のジョイント連絡孔５３が両端側に設けられている。

【0058】

積層された二枚のアクリル板（５４Ａ、５５）が熱圧着されて完成したジョイントチップ５１には、その上面、つまり上層ジョイント基板５５の表面にゴムシート５８が接合されている。上層ジョイント基板５５の表面に対するゴムシート５８の接合は、例えば接着による。ゴムシート５８は、二枚のアクリル板（５４Ａ、５５）と同一の大きさ及び形状を有しており、これらのアクリル板（５４Ａ、５５）に対してはみ出したり位置ずれしたりすることなく接合される。

【0059】

ゴムシート５８には、上層ジョイント基板５５の両端側に設けた一対のジョイント連絡孔５３を塞ぐことがないように、これらのジョイント連絡孔５３に位置を合わせて一対の貫通孔５８ａが設けられている。

【0060】

（共通事項）
第１の態様の中層ジョイント基板５４及び下層ジョイント基板５６は、概念的には、第２の態様のジョイント基板５４Ａに相当する。第１の態様では、二枚のアクリル板（５４、５６）を積層して接合することによって、第２の態様では、一枚のアクリル板（５４Ａ）単体で、それぞれジョイント基板５４Ａ（中層ジョイント基板５４、下層ジョイント基板５６）を生成している。したがって第１の態様と第２の態様との相違は、ジョイント基板５４Ａの製造方法にあるといえる。

【0061】

このような製造方法の違いという面からいうと、ジョイント基板５４Ａと上層ジョイント基板５５とを一体に成形することも可能である。一例として、３Ｄプリンタを用いて、ジョイント基板５４Ａと上層ジョイント基板５５との一体成形品を実現させることができる。この場合、連絡用流路５２及び一対のジョイント連絡孔５３となる部分にはサポート材を予め設けておき、サポート材も含め造形する。造形が完了したら、サポート材を除去することによって、連絡用流路５２を内部に有し、連絡用流路５２を微細空間ＭＳに連絡するための一対のジョイント連絡孔５３を上面両端側に有するプレート状のジョイントチップ５１が完成する。

【0062】

本実施の形態では、ジョイントチップ５１を一枚又は二枚以上のアクリル板（５４～５６、５４Ａ及び５５）、つまりアクリル樹脂によって生成する例を示したが、アクリル樹脂に限らず、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）などを材料としてジョイントチップ５１を製造するようにしてもよい。その他にも、ＡＢＳ樹脂とＰＬＡ樹脂、ＡＳＡ樹脂（耐候性が強い）、ＰＰ樹脂（耐熱、耐薬品性が強い）、ＰＣ樹脂やナイロン樹脂、アクリル樹脂、ＰＥＴＧ、熱可塑性ポリウレタンなど、様々な種類の材料を用いてジョイントチップ５１を製造することが可能である。

【0063】

（４）ガイド
図１１に示すように、ガイド７１は例えば樹脂材料によって成形されており、上面を開口させた上部保持領域７３を備え、上部保持領域７３の両端側に一対の下部保持領域７４を備えている。

【0064】

ガイド７１の両端に位置する装着面７２の側から見ると、上部保持領域７３の両側壁の上部は互いに対面するようにオーバーハングし、メインチップ３１のスライド移動を案内する一対のレール７５を構成している。メインチップ３１は、これらのレール７５に沿って装着面７２から挿入され、上部保持領域７３に収納されて保持される。上部保持領域７３に収納されたメインチップ３１は、一対のレール７５の間の空間から微細空間ＭＳを外部に露出させ、外部からの視認及び処理操作を可能にする。

【0065】

一対の下部保持領域７４は、上部保持領域７３の底面から一段下がった形態で装着面７２に連絡している。したがって下部保持領域７４は、上部保持領域７３にメインチップ３１が保持された状態で装着面７２の側に開口し、ジョイントチップ５１のスライド移動による装着を受け入れる。このとき下部保持領域７４の深さは、ジョイントチップ５１の長さの半分になるように設定されている。

【0066】

前述したように、複数のマイクロ流体チップ１１はその長さ方向（図１中のＸ方向）に接続可能である。このようなマイクロ流体チップ１１同士の接続を実現させているのは、ガイド７１の装着面７２に設けた接続部７６である。接続部７６は、装着面７２に埋め込んだ複数の磁石７６ａによって構成されている。

【0067】

本実施の形態では、個々のガイド７１の接続には方向性が持たされており、例えば一つのガイド７１と別のガイド７１とが接続される場合、互いに対面して接合される面が予め定められている。説明の便宜上、図１１中において手前側に位置する見えている面を装着面７２Ａ、奥側の見えていない面を装着面７２Ｂとする。この前提で、二つのガイド７１を接続する場合、一方のガイド７１の装着面７２Ａには別のガイド７１の装着面７２Ｂを接続し、一方のガイド７１の装着面７２Ｂには別のガイド７１の装着面７２Ａを接続する。

【0068】

そこで接続部７６は、装着面７２Ａに埋め込む磁石７６ａと、装着面７２Ｂに埋め込む磁石７６ａとの極性を異ならせる。これによって互いの磁石７６ａが磁力で吸着し、二つのガイド７１を固定状態で接続することが可能になる。

【0069】

ガイド７１は、さらに規制部７７も有している。規制部７７は、二つのガイド７１が互いに接続された際、メインチップ３１とジョイントチップ５１との積層方向に二つのガイド７１が位置ずれすることを規制する構造を有している。このような規制部７７は、装着面７２Ａに設けられた凸段部７７ａと、装着面７２Ｂに設けられた凹段部７７ｂとによって構成されている。凸段部７７ａは装着面７２Ａから長さ方向（図１中のＸ方向）に突出し、凹段部７７ｂは装着面７２Ｂから長さ方向に引っ込んでおり、互いに嵌り合うようになっている。

【0070】

二つのガイド７１が接続される際、一方のガイド７１の凸段部７７ａが別のガイド７１の凹段部７７ｂに嵌り合い、あるいは一方のガイド７１の凹段部７７ｂに別のガイド７１の凸段部７７ａに嵌り合い、メインチップ３１とジョイントチップ５１との積層方向に二つのガイド７１が位置ずれすることを規制する。

【0071】

（５）マイクロ流体チップ
図１２は、第１の実施の形態のメインチップ３１及びジョイントチップ５１を用いた第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１１の斜視図、図１４は、ガイド７１を捨象して第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１１を示す模式図である。図１３は、第２の実施の形態のメインチップ３１及びジョイントチップ５１を用いた第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１１の斜視図、図１５は、ガイド７１を捨象して第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１１を示す模式図である。

【0072】

図１２及び図１３に示すように、ガイド７１の上部保持領域７３にメインチップ３１を装着し、下部保持領域７４にジョイントチップ５１を装着すると、マイクロ流体チップ１１が組み立てられる。このときジョイントチップ５１は、半分の長さだけ下部保持領域７４に挿入されて保持され、残りの半分は装着面７２から飛び出した状態になる。この飛び出したジョイントチップ５１の半分の部分は、マイクロ流体チップ１１に接続する別のマイクロ流体チップ１１のガイド７１に設けられた下部保持領域７４に挿入されて保持される。

【0073】

すると図１４及び図１５に示すように、メインチップ３１とジョイントチップ５１とが積層され、二つのマイクロ流体チップ１１のそれぞれの微細空間ＭＳがジョイントチップ５１に連結され、流路ＦＣが形成される。

【0074】

より詳しくは、メインチップ３１の下層メイン基板３６に設けられたメイン連絡孔３３にジョイントチップ５１の上層ジョイント基板５５に設けられたジョイント連絡孔５３が連絡する。これによって二つのマイクロ流体チップ１１のそれぞれの微細空間ＭＳは、一方のマイクロ流体チップ１１のメイン連絡孔３３、二つのマイクロ流体チップ１１に跨るジョイントチップ５１の一方の端部側のジョイント連絡孔５３、連絡用流路５２、反対の端部側のジョイント連絡孔５３、別の一方のマイクロ流体チップ１１のメイン連絡孔３３を介して連絡される。

【0075】

このような流路ＦＣの形成に際して、積層されたメインチップ３１とジョイントチップ５１との間の隙間は、ジョイントチップ５１の上面に設けられたゴムシート５８によってシールされ、流路ＦＣを流通する液体の漏れ出しが防止される。

【0076】

（６）シール構造の別の実施の形態
メインチップ３１とジョイントチップ５１との間で流路ＦＣをシールするシール構造については、ゴムシート５８を用いた構造に限らず、Ｏリング６１を用いた構造によっても実現可能である。

【0077】

図１６～図１８に示すように、ジョイントチップ５１の上層ジョイント基板５５は、一対のジョイント連絡孔５３の周囲を取り囲むように円環状の凹部６２を設けている。メインチップ３１とジョイントチップ５１とがガイド７１の上部保持領域７３と下部保持領域７４とにそれぞれ保持され、ジョイントチップ５１がメインチップ３１に重ね合わされたとき、凹部６２は、互いに連絡したジョイント連絡孔５３とメイン連絡孔３３とが位置する連絡空間ＣＳを形成する。

【0078】

Ｏリング６１は、凹部６２を形成する内側壁６３に嵌め込まれ、上層ジョイント基板５５の表面から僅かに突出することで、メインチップ３１の下層メイン基板３６（第１の実施の形態）、あるいはメイン基板３４Ａ（第２の実施の形態）に接触する。これによってＯリング６１は、連絡空間ＣＳを密封し、メインチップ３１とジョイントチップ５１との連結部分で流路ＦＣを流通する液体の漏れ出しを防止する。

【0079】

図１７、図１８に示すように、Ｏリング６１の外径は凹部６２の内径よりも大きく、凹部６２の内側壁６３に嵌め込まれたＯリング６１は、弾性変形して凹部６２に食い込んだような状態になっている。

【0080】

図１９に示すように、ガイド７１の上部保持領域７３にメインチップ３１を装着し、下部保持領域７４にジョイントチップ５１を装着すると、マイクロ流体チップ１１が組み立てられる。このときジョイントチップ５１は、半分の長さだけ下部保持領域７４に挿入されて保持され、残りの半分は装着面７２から飛び出した状態になる。この飛び出したジョイントチップ５１の半分の部分は、マイクロ流体チップ１１に接続する別のマイクロ流体チップ１１のガイド７１に設けられた下部保持領域７４に挿入されて保持される。そこでガイド７１から飛び出したジョイントチップ５１の上層ジョイント基板５５は、別のマイクロ流体チップ１１のガイド７１に保持されている別のメインチップ３１との連結のために、Ｏリング６１を露出させている。

【0081】

Ｏリング６１を用いたシール構造は、第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１１にも第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１１にも適用可能である。

【0082】

２．作用効果
（１）作用
マイクロ流体デバイス１０１を必要としたとき、用途に適した微細空間ＭＳを有するマイクロ流体チップ１１の組み合わせを計画し、それらのマイクロ流体チップ１１を一列に接続してマイクロ流体デバイス１０１を組み立てる。マイクロ流体デバイス１０１を使用するに際しては、メインチップ３１の上面に用意されている供給孔３２に、図示しないパイプやシリンジなどを用いて培養液や試薬などの液体を注入する。すると流路ＦＣ内を液体が流通し、選択した微細空間ＭＳに応じた液体の分離、攪拌、熱処理、蛍光検出などの処理を行なうことが可能になる。

【0083】

（２）効果
本実施の形態のマイクロ流体デバイス１０１は、つぎのような効果を有している。

【0084】

複数種類の微細空間ＭＳを有するメインチップ３１を好きなように並び替えることができ、目的に応じた流路ＦＣを容易に組み立てることができる。この際、標準化された微細空間ＭＳを有するメインチップ３１の組み合わせだけで実現可能な流路ＦＣであれば、専用パーツを用意することなく、目的に応じた流路ＦＣをその場で作成することができる。

【0085】

メインチップ３１を機能ごとに分類して用意しておけば、研究の目的別に、表面処理などの操作を容易に実施可能である。

【0086】

接続するすべてのメインチップ３１が同一平面上に配置されるため、すべてのメインチップ３１が有する微細空間ＭＳの状態を視覚的に観察することができ、また光学センサを用いた蛍光検出などの処理を行なうこともできる。

【0087】

接続可能なマイクロ流体チップ１１の数に制限はなく、優れた拡張性が得られる。しかもガイド７１の装着面７２からメインチップ３１とジョイントチップ５１とを挿入して二つのガイド７１を接続するだけでマイクロ流体チップ１１の拡張が可能であり、拡張のための作業性が良好である。

【0088】

メインチップ３１もジョイントチップ５１も流路ＦＣを構成する部分が開放されている状態になっていることから、内部の洗浄が容易である。

【0089】

メインチップ３１もジョイントチップ５１も、アクリル板（３４、３５、３６、５４、５５、５６）を積層して接合させるだけで容易に製造することが可能である。

【0090】

メインチップ３１とジョイントチップ５１との間をゴムシート５８でシールすることができるので、液体の漏れ出しを防止することができる。また二つのガイド７１を接続したとき、メインチップ３１とジョイントチップ５１との積層方向への位置ずれを規制部７７によって規制し、この面からも液体の漏れ出しを防止することができる。

【0091】

二つのガイド７１を磁石７６ａの磁力を利用した吸着によって容易に接続することができ、マイクロ流体デバイス１０１の組み立ての容易化を図ることができる。

【0092】

３．変形例
実施に際しては、各種の変形や変更が可能である。

【0093】

例えば第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１１では、メインチップ３１及びジョイントチップ５１を構成する三層のアクリル板（３４、３５、３６、５４、５５、５６）について大きさ及び厚みの具体的な数値を挙げたが、これは例示にすぎず、実施に際しては各種の大きさ及び厚みのアクリル板（３４、３５、３６、５４、５５、５６）を用いてメインチップ３１及びジョイントチップ５１を製造することができる。

【0094】

この点は第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１１も同様で、メインチップ３１及びジョイントチップ５１を構成する二層のアクリル板（３４Ａ、３５、５４Ａ、５５）について大きさ及び厚みの具体的な数値は例示にすぎず、実施に際しては各種の大きさ及び厚みのアクリル板（３４Ａ、３５、５４Ａ、５５）を用いてメインチップ３１及びジョイントチップ５１を製造することができる。

【0095】

メインチップ３１及びジョイントチップ５１は、必ずしもアクリル板によって製造しなければならないわけではない。他の種類の樹脂材料やガラスなどを用いてメインチップ３１及びジョイントチップ５１を製造するようにしてもよい。

【0096】

アクリル板の接合手法も熱圧着に限らず、例えば接着剤を用いた接合や真空圧着など、他の手法を用いるようにしてもよい。

【0097】

二つのガイド７１を接続する接続部７６に関しては、極性を異ならせた磁石７６ａ同士の吸着のみならず、例えば金属プレートに対する磁石７６ａの磁気的な吸着を利用して実現させるようにしてもよい。あるいは磁石７６ａに限らず、例えばねじ止めやクランプ止めなど、二つの部材を接続するあらゆる接続構造が適用可能である。

【0098】

上記実施の形態では、第１の実施の形態のメインチップ３１とジョイントチップ５１とを組み合わせた構成例を第１の実施の形態のマイクロ流体チップ１１として、また第２の実施の形態のメインチップ３１とジョイントチップ５１とを組み合わせた構成例を第２の実施の形態のマイクロ流体チップ１１として紹介した。実施に際してはこれに限らず、第１の実施の形態のメインチップ３１と第２の実施の形態のジョイントチップ５１、あるいは第２の実施の形態のメインチップ３１と第１の実施の形態のジョイントチップ５１とを組み合わせてマイクロ流体チップ１１を構成するようにしてもよい。

【0099】

またマイクロ流体デバイス１０１は、第１の実施の形態のメインチップ３１及びジョイントチップ５１、第２の実施の形態のメインチップ３１及びジョイントチップ５１、ゴムシート５８を用いたシール構造、Ｏリング６１を用いたシール構造、それらの各種の変形や変更を自由に組み合わせて構成することが可能である。

【0100】

その他あらゆる変形及び変更が許容される。

【符号の説明】

【0101】

１１ マイクロ流体チップ
３１ メインチップ
３２ 供給孔
３３ メイン連絡孔
３４Ａ メイン基板
３４ 中層メイン基板
３５ 上層メイン基板
３６ 下層メイン基板
３７ 開口部
５１ ジョイントチップ
５２ 連絡用流路
５３ ジョイント連絡孔
５４Ａ ジョイント基板
５４ 中層ジョイント基板
５５ 上層ジョイント基板
５６ 下層ジョイント基板
５７ 開口部
５８ ゴムシート
５８ａ 貫通孔
６１ Ｏリング
６２ 凹部
６３ 内側壁
７１ ガイド
７２、７２Ａ、７２Ｂ 装着面
７３ 上部保持領域
７４ 下部保持領域
７５ レール
７６ 接続部
７６ａ 磁石
７７ 規制部
７７ａ 凸段部
７７ｂ 凹段部
１０１ マイクロ流体デバイス
ＣＳ 連絡空間
ＦＣ 流路
ＭＳ 微細空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】