毛細管晶片中流體的流通方法
2023-10-05 17:04:59
專利名稱：毛細管晶片中流體的流通方法
技術領域：
本發明涉及一種毛細管晶片，特別是具有為簡便進行微量試料的分析起作用的毛細管的毛細管晶片。
背景技術：
作為微型機械技術的應用，化學分析系統的微小化、集成化是最有前途的領域之一。微小化、集成化的化學分析系統被稱為小型TAS(Micro Total Analysis Systems)。小型TAS是通常在約1～2cm左右方材的一個毛細管晶片上形成成為試料及試藥的液體的流路的毛細管、反應空間、檢測空間的系統。人們期望該系統可實現試料的節約、分析的高速化、包含前處理的測定的自動化、裝置的可移動化、裝置的可自由使用化、裝置的低成本化等。
例如，將血液等作為試料的醫療診斷用途的分析裝置中，即使在患者的床邊等也可簡便使用且接觸試料的毛細管晶片可為一次性的小型TAS是非常有用的。
以後，為了構築使用小型TAS的高度系統，開發控制毛細管晶片中流路的開關的小型閥門或使流體流通於流路中的送液驅動元素等微小流通控制元件是不可缺少的。
在流路中，作為液體流通的方法，通常有在毛細管晶片外使用送液泵或吸引泵的方法。在該方法中，因為需要外部泵，所以在控制的應答性、連續的變化、耐久性、在醫療現場的重要的肅靜性等方面有問題。再者，還擔心裝置全體變大或在毛細管晶片和外部泵的接續部分發生洩漏。
除此之外，還已知利用通過將遷移電壓施加在流路中的液體上而產生的電浸透流使流路中的液體流通的方法(例如參照特開平8-261986號公報)。當利用該方法時，因為通過電極將電壓施加在流路內的液體上，在電極表面產生測定試料或試藥的電解，存在試料組成或試藥組成發生變化的情況。
再者，作為上述小型閥門，已知用蠟塞住流路的閥門(例如參照日本特表2000-514928號公報)。但是，其問題在於，使用蠟的閥門只可在粗到某程度的流路中採用，液體中的成份吸附在蠟上而難以迅速地控制開關等。
再者，作為其它小型閥門，已知使用聯接器的閥門(例如參照日本特開2001-165939號公報)。這樣的閥門通過使聯接器緊密貼合在通到大氣的部分，該大氣是將液體供給流路的貯液池的大氣，具有如下的功能，即流入到該貯液池中或使從該貯液池流出的液體停止。液體的流通可通過從緊密貼合狀態取下聯通器而回復。但是，當利用該閥門時，需要以與貯液池保持氣密性的形態使聯接器緊密貼合，其製作及操作變地複雜。而且，其問題在於，不能任意選擇流路的開關部。
再者，在K.Tashiro et al，「A Particles and Biomolecules sorting microflow system using thermal gelation of methyl cellulose solution」，MicroTotal Analysis System 2001，p.471-473中公布了如下的方法，即，調製通過照射雷射而凝膠化的溶液，通過使流路中的溶液凝膠化而阻塞流路的方法。但是，在該方法中，必需調製滿足特定條件的溶液。再者，為了阻塞流路可利用該方法，但是作為開關用閥門的多次利用，因為開啟狀態要恢復到液態而難以實現。
再者，日本特表2003-503716號公報公開了如下的方法，即，在流路內設置由聚合物材料製成的塞子，利用該聚合物材料的體積變化，開關流路。但是，在該方法中，其問題在於，需要在任意的位置上設置上述塞子，而且當不在設置塞子的位置上時，不能進行開關。
發明內容
本發明其目的在於提供一種在毛細管晶片中不使試料或試藥的組成發生變化而用簡單的方法使毛細管內的流體流通的流通方法及可實施該流通方法的流通控制裝置。
為了達成上述目的，本發明是一種使用具有由聚合物組合物形成的層和在由上述聚合物組合物形成的層的表面或內部形成的毛細管的毛細管晶片，並使上述毛細管內的流體流通的流通方法，上述毛細管具有流通控制部，上述流通控制部由多個連續的開關部組成，上述開關部通過增加上述聚合物組合物的體積成為關閉狀態，以阻止流通於上述毛細管內的流體的流通，通過減少上述聚合物組合物的體積成為開放狀態，以允許流通於上述毛細管內的流體的流通，上述流通方法具有如下步驟(a)在上述流通控制部內，通過使上述聚合物組合物的溫度變化，使上述多個開關部在流通方向上依次由開放狀態切換為關閉狀態，使上述毛細管內的流體流通。在該方法中，通過只使聚合物組合物的溫度發生變化這樣簡單步驟(a)，可使上述毛細管內的流體流通。
而且，在上述流通方法中，也可以反覆步驟(a)多次進行開關的切換。通過反覆步驟(a)，反覆擠出流通控制部內的流體。再者，在各步驟(a)之後，也可具有以下的步驟(b)，即，在上述流通控制部中，從流通方向下遊端使一個或多個開關部成為關閉狀態，通過使上述聚合物組合物的溫度發生變化，使其它開關部由關閉狀態切換為開放狀態；在步驟(b)之後，也可具有以下的步驟(c)，即，在步驟(b)中，將關閉狀態的上述開關部切換為開放狀態。這時，實質上使下一個步驟(a)與步驟(c)同時開始。通過該方法，可使上述流通控制部作為泵起作用。
再者，在上述流通方法中，還可具有以下的步驟，即，在上述開關部中通過使上述聚合物組合物的溫度發生變化使上述開關部為關閉狀態並阻止流動於上述毛細管內的流體流通的步驟(d)；和，在上述開關部中通過使上述聚合物組合物的溫度發生變化使上述開關部為開放狀態並允許流動於上述毛細管內的流體流通的步驟(e)。這時，組合基於步驟(a)的流通和基於步驟(d)、(e)的開關，可更複雜地控制毛細管晶片上的流體的流通。
作為上述聚合物組合物，例如，可使用因溫度上升而體積增加、因溫度下降而體積減少的聚合物組合物。或可使用因溫度上升而體積減少、因溫度下降而體積增加的聚合物組合物。而且，通過兩者的組合，在複雜的流路中也可同時控制開放狀態和關閉狀態。
作為上述聚合物組合物的具體例子，可舉出含有由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈結晶性重複單元和由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈非結晶性重複單元的聚合物組合物。
作為上述毛細管晶片的形態，可舉出上述毛細管在上述層的表面上形成、蓋平板緊密貼合在上述層的表面上的構成。
上述毛細管晶片還可具備連接於上述毛細管的流體注入口及流體排出口。
步驟(a)優選為在流通方向上依次例如通過照射雷射加熱上述流通控制部的上述開關部的步驟。此時，例如可通過照射雷射進行上述加熱。
在步驟(b)及步驟(c)中，例如也可通過空氣冷卻上述開關部使上述開關部由關閉狀態切換為開放狀態。
作為上述聚合物組合物，優選使用通過第一次熔融轉移實現上述體積變化的聚合物組合物。更優選為上述聚合物組合物的第一次熔融轉移在80℃以下進行的聚合物組合物。
上述毛細管的剖面面積例如可為10000μm2以上且為250000μm2以下。
上述毛細管晶片還具有多個連接於上述毛細管上的流體注入口，上述毛細管也可為具有對應於各流體注入口的多個開關部的構成。
再者，本發明是具備毛細管晶片安裝部、雷射照射部和雷射控制部的流通控制裝置，其特徵在於，上述毛細管晶片安裝部可安裝毛細管晶片；上述毛細管晶片具有由聚合物組合物構成的層和在由上述聚合物組合物構成的層的表面或內部形成的毛細管；上述毛細管具有流通控制部；上述流通控制部由多個連接的開關部組成；上述開關部通過增加上述聚合物組合物的體積成為關閉狀態，從而阻止流動於上述毛細管的流體流通，通過減少上述聚合物組合物的體積成為開放狀態，從而允許流動於上述毛細管的流體流通；上述雷射照射部可將雷射照射在安裝於上述毛細管安裝部的毛細管晶片上；上述雷射控制部可控制上述雷射照射部照射於安裝在上述毛細管安裝部的毛細管晶片的雷射照射位置；通過在流通方向上依次雷射照射上述開關部，上述開關部在流通方向上依次由開放狀態切換為關閉狀態，流體流通於上述毛細管內。
本發明的上述目的、其它目的、特徵及優點，通過參照附圖，由以下優選的實施方式的詳細說明。
圖1是示意性的表示在第一實施方式中使用的毛細管晶片的外觀的(a)立體圖、(b)Ib-Ib剖面的剖面圖、(c)Ic-Ic剖面的剖面圖。
圖2是示意性的表示開關部的開關控制方法的剖面圖。
圖3是示意性的表示流通控制部的流通控制方法的剖面圖。
圖4是表示毛細管晶片的第一製作方法的圖。
圖5是表示毛細管晶片的第二製作方法的圖。
圖6是表示毛細管晶片的第三製作方法的圖。
圖7是示意性的表示在第二實施方式中使用的毛細管晶片的外觀的立體圖。
圖8是示意性的表示在第三實施方式中使用的毛細管晶片的外觀的(a)立體圖、(b)VIIb-VIIb剖面的剖面圖、(c)VIIc-VIIc剖面的剖面圖。
圖9是表示第一實施方式的流通控制裝置的構成的方塊圖。
圖10是表示與圖9不同方式的流通控制裝置的構成的方塊圖。
具體實施例方式
以下，使用附圖更詳細地說明本發明。
(第一實施方式)[毛細管晶片的構成]圖1(a)是示意性的表示在本實施方式中使用的毛細管晶片1的外觀的立體圖。圖1(b)是表示圖1(a)的Ib-Ib剖面的剖面圖，圖1(c)是表示圖1(b)的Ic-Ic剖面的剖面圖。如圖1(a)～圖1(c)所示，毛細管晶片1具備具有矩形的平面形狀的基板11，在該矩形的平面形狀的基板11上形成主流路31、支流路32、33、試料注入口21、試藥注入口22、23及排出口24。各流路31、32、33用毛細管構成。在主流路31上，在合流點P1處合流支流路32，在合流點P2處合流支流路33。基板11優選為相對於地面水平放置。
試料注入口21由剖面圓形的孔構成，從基板11表面延伸到主流路31的上遊端部。試藥注入口22由剖面圓形的孔構成，從基板11表面延伸到支流路32的上遊端部。試藥注入口23由剖面圓形的孔構成，從基板11表面延伸到支流路33的上遊端部。排出口24由剖面圓形的孔構成，從基板11表面延伸到主流路31的下遊端部。通過試料注入口21、試藥注入口22、23、排出口24，各流路31、32、33成為開放系統，可允許流體的流通。
主流路31在合流點P2的下遊側具備控制主流路31的開關的開關部V1。再者，主流路31具備具有通過在上遊端部附近擠出流路中的流體而使流體移動的功能及賦予流路中的流體下遊方向的力而使流體開始流通的功能的流通控制部C1。
流路31、32、33的橫斷面形狀可為四角形、三角形等多角形的形狀、圓形、半圓形、半橢圓形等，沒有特別限制。在毛細管晶片流通的流體為液體。流路31、32、33的剖面面積根據流通液體的粘度及液體中的微粒子的大小，優選為1μm2以上且1000000μm2以下，更優選為10000μm2以上且250000μm2以下。當小於1μm2時，微粒子會造成流通紊亂，再者反抗產生的表面張力而難以使流體流通。另一方面，當為1000000μm2以上時，在適合微片1的用途的大小的基板11上難以形成多個流路。
基板11的大小根據形成的流路圖案決定，例如厚度為5mm以上且50mm以下、長邊為5mm以上且50mm以下、短邊為3mm以上且50mm以下。
試料注入口21、試藥注入口22、23的大小隻要是通過移液管、注射器等注入手段可注入試料或試藥的大小就沒有特別限定。試料注入口21、試藥注入口22、23通過大小來發揮作為試料或試藥的貯液池的功能。在試料注入口21、試藥注入口22、23的大小作為貯液池不充分的情況下，例如將圓筒狀部件連接在上面，也可構成貯液池。另外，試料注入口21、試藥注入口22、23的剖面形狀並不限定於圓形，也可為多邊形等。
如圖1(a)～圖1(c)所示，開關部V1由主流路31的周邊部11a(以下稱為流路周邊部11a)構成。流路周邊部11a以規定的長度且由圍繞基板11的主流路31一周的部分構成。流路周邊部11a由聚合物組合物構成。這裡，可以將構成開關部V1的流路周邊部11a作為包圍主流路31一周的部分，也可以將流路周邊部11a作為包圍主流路31一周的一部分。開關部V1根據聚合物組合物的體積選擇開放狀態或關閉狀態。開關部V1通過基於聚合物組合物的溫度變化的體積增加，由開放狀態變為關閉狀態，再者，通過基於聚合物組合物的溫度的體積減少，由關閉狀態變為開放狀態。開關部V1在開放狀態允許液體的流通，在關閉狀態阻止液體的流通。聚合物組合物的上述體積增加、體積減少為可逆變化。因為聚合物組合物的體積變化為可逆變化，可沒有次數限制地控制開關。
作為聚合物組合物，可使用因溫度上升會使體積增加、因溫度下降會使體積減少的聚合物組合物或因溫度下降會使體積增加、因溫度上升會使體積減少的聚合物組合物任一種。如前者的聚合物組合物可從NITTA(株)得到Coolofftype的Interlimer(註冊商標)。如後者的聚合物組合物可從NITTA(株)得到Warmoff的Interlimer(註冊商標)。它們均為板狀的聚合物組合物。作為上述聚合物組合物，優選使用在特定的溫度領域內第一次熔融轉移的聚合物組合物。然後，利用基於第一次熔融轉移的體積變化控制開關。基於第一次熔融轉移的體積變化相對於溫度變化的體積變化大且開關部V1的開關的2值控制變地容易，所以優選。在本說明書中，將上述聚合物組合物第一次熔融轉移的溫度稱為熔融溫度領域。當使用第一次熔融轉移的聚合物組合物時，通過使比熔融溫度領域低的溫度變化為比熔融溫度領域高的溫度、或使比熔融溫度領域高的溫度變化為比熔融溫度領域低的溫度，控制開關部V1的開關。
聚合物組合物的熔融溫度領域優選為較狹的領域。這時因為為了控制開關，必要的溫度變化小而可迅速地控制開關。優選使用熔融溫度領域內的最高溫度和最低溫度的差為15℃以下的聚合物組合物。更優選為在流體沒有改性的溫度領域內第一次熔融轉移的聚合物組合物。再者，使用熔融溫度領域內的溫度比流體的凝固點高且比沸點低的聚合物組合物。這是因為開關部V1附近的流體的溫度受開關部V1的溫度的影響。優選的熔融溫度領域根據流通的流體的種類而不同，例如可使用熔融溫度領域內的溫度為30℃以上80℃以下的聚合物組合物。
作為上述聚合物組合物，可使用日本特開2002-322448號公報、美國專利第5,156,911號公報、美國專利第5,387,450號公報所記載的溫度感應性聚合物組合物。具體地可使用含有由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈結晶性重複單元和由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈非結晶性重複單元的溫度感應性聚合物組合物。更具體地可使用含有將丙烯酸十六烷酯作為支鏈結晶性重複單元和將丙烯酸己酯作為支鏈非結晶性重複單元的溫度感受應性聚合物組合物。
再者，優選的聚合物組合物是當從比熔融溫度領域低的溫度變化為比熔融溫度領域高的溫度時體積增加、當從比熔融溫度領域高的溫度變化為比熔融溫度領域低的溫度時體積減少的聚合物組合物，使用熔融溫度領域內的溫度比室溫(25℃)高的聚合物組合物。當使用這樣的聚合物組合物時，開關部V1在室溫下為開放狀態，通過加熱成為關閉狀態，通過放置，即在空氣中冷卻成為開放狀態。通常從開放狀態到關閉狀態的切換要求比從關閉狀態到開放狀態的切換迅速。例如基於雷射的加熱可迅速地達到局部溫度的變化，適於從開放狀態到關閉狀態的控制。
當使用雷射作為加熱手段時，只要是具有必要的加熱能力的雷射，就不選擇氣體雷射、固體雷射、半導體雷射等種類。雷射只要是發出適於加熱加熱對象的由聚合物組合物構成的流路周邊部11a的波長的光的雷射就沒有限定。例如可使用基於IR雷射器產生1450nm～1490nm的波長的光的雷射。加熱溫度通過雷射的輸出及照射時間控制。
說明開關部V1的開關控制方法。這裡，說明在比Ta低的溫度下為開放狀態且在比Tb高的溫度下為關閉狀態的開關部V1。另外，Ta＜Tb、Ta＞室溫(25℃)。以下，說明關於使用雷射作為加熱方法、使用空氣冷卻作為冷卻方法的情況。
圖2是在與圖1(c)相同的剖面上示意性的表示開關部V1的開放狀態(a)和關閉狀態(b)的剖面圖。在室溫下，如圖2(a)所示，開關部V1為開放狀態。在該狀態下，向開關部V1照射電子束狀的雷射(以下也稱為「雷射束」)L。於是，開關部V1被局部加熱，其溫度從室溫上升到比Tb高的溫度。於是，流路周邊部11a的聚合物組合物的體積增加，但基板11的流路周邊部11a以外的部分的體積沒有變化，所以流路周邊部11a沿流路變窄的方向膨脹，由此，開關部V1由圖2(a)所示的開放狀態變成圖2(b)所示的關閉狀態。當繼續加熱開關部V1並維持開關部V1比Tb更高的溫度時，維持關閉狀態。另一方面，當停止開關部V1的加熱並放置時，開關部V1從比Tb更高的溫度被冷卻到比Ta低的溫度即室溫，體積減少，由圖2(b)所示的關閉狀態變成圖2(a)所示的開放狀態。
接著，說明使用因加熱而體積減少、因冷卻而體積增加的聚合物組合物的情況。這裡，說明在比Tc高的溫度下為開放狀態且在比Td低的溫度下為關閉狀態的開關部V1。另外，Td＜Tc、Tc＜室溫(25℃)。在室溫下，如圖2(a)所示，開關部V1為開放狀態。在該狀態下，冷卻開關部V1。於是，開關部V1被局部冷卻，其溫度從室溫下降到比Td低的溫度。這時，流路周邊部11a的聚合物組合物的體積增加，但基板11的流路周邊部11a以外的部分的體積沒有變化，所以流路周邊部11a沿流路變窄的方向膨脹，由此，開關部V1由圖2(a)所示的開放狀態變成圖2(b)所示的關閉狀態。當繼續冷卻開關部V1並維持開關部V1比Td更低的溫度時，維持關閉狀態。另一方面，當停止開關部V1的冷卻並放置時，開關部V1從比Td更低的溫度被加熱到比Tc高的溫度即室溫，體積減少，由圖2(b)所示的關閉狀態變成圖2(a)所示的開放狀態。
圖3(a)～圖3(f)是示意性的表示在與圖1(c)相同的剖面上流通控制部C1的控制順序的部分剖面部。
如圖3(a)所示，流通控制部C1由主流路31的周邊部11b(以下稱為流路周邊部11b)構成。流路周邊部11b以規定的長度且由圍繞基板11的主流路31一周的部分構成。上述流路周邊部11b由聚合物組合物構成，其構成為多個流通控制用開關部V2鄰接，該流通控制用開關部V2可進行與上述開關部V1的開關控制同樣的控制。這裡，可以將流路周邊部11b作為包圍主流路31一周的部分，也可以將流路周邊部11b作為包圍主流路31一周的一部分。形成流通控制部C1的聚合物組合物的優選材料與在開關部V1的說明中所記載的材料相同。
首先，說明使用流通控制部C1送液流路31內的液體的方法。各流通控制用開關部V2的開關控制方法與上述開關部V1的控制方法相同，所以省略說明。如圖3(a)～圖3(c)所示，通過依次從流通方向的上遊側(試料注入口21側)向流通方向的下遊側(排出口24(參照圖1)側)照射雷射束L而加熱，使用液體裝滿狀態的流通控制部C1的各流通控制用開關部V2成為關閉狀態。由此，將液體從上遊側擠出到下遊側，在流路31內可使液體流通。此外，因為液體的粘度等，通過上述擠出，給予液體下遊方向的力，也可使流通開始。再者，通過調節擠出速度，也可控制流速。而且，通過反覆上述擠出，流通控制部C1作為泵起作用，可使主流路31中的液體流通。
以下，使用圖3(a)～圖3(f)說明使流通控制部C1作為泵起作用的控制方法。在流通控制部C1中，各流通控制用開關部V2在比Ta低的溫度下為開放狀態，在比Tb高的溫度下為關閉狀態。另外，Ta＜Tb、Ta＞室溫(25℃)。以下，說明使用雷射作為加熱方法、使用空氣冷卻作為冷卻方法的情況。
在用從試料注入口21注入的液體裝滿的主流路31中，通過依次從上遊側向下遊側照射雷射束L加熱各流通控制用開關部V2，所有流通控制用開關部V2從開放狀態的狀態(圖3(a))成為關閉狀態(圖3(b))，最後，最下遊的流通控制用開關部V2成為關閉狀態(圖3(c))。在圖3(b)、(c)所示的步驟中，流通控制部C1內的液體被擠出。然後，通過維持最下遊的流通控制用開關部V2的關閉狀態，同時使其它流通控制用開關部V2成為開放狀態，用液體裝滿流通控制部C1(圖3(d))。然後，在最下遊的流通控制用開關部V2成為開放狀態的同時，通過依次從上遊側向下遊側照射雷射L加熱而使流通控制部C1的各流通控制用開關部V2成為關閉狀態(圖3(e))，最後，最下遊的流通控制用開關部V2成為關閉狀態(圖3(f))。在圖3(e)、(f)所示的步驟中，擠出流通控制部C1內的液體。通過反覆進行上述控制，流通控制部C1發揮作為泵的功能。
另外，當然也可以單獨開關控制流通控制部C1內的各流通控制用開關部V2以作為切換流體流通的阻止/允許的開關部起作用。
在圖1(a)～圖1(c)中，毛細管晶片1例如可以如以下那樣使用。將試料注入到試料注入口21內，將第一試藥注入到試藥注入口22內。在合流點P1，流通支流路32的試藥流與流通主流路31的試料流合流而成為混合流。於是，在合流點P1以下的下遊中，試料和第一試藥混合，發生反應。
再者，在適當的時機，將第二試藥注入到試藥注入口23。在合流點P2，流通於支流路33的試藥流與上述混合流合流。在合流點P2以下的下遊中，試料和第二試藥混合，發生反應。在反應結束的主流路31的位置P3處，進行任意的分析。例如，通過使用光熱變換法、螢光法、吸光度法、化學發光法等光學檢測方法等進行反應溶液的檢測，可進行試料的分析。再者，通過用顯微鏡觀察反應溶液，也可進行試料的分析。
另外，通過使開關部V1為關閉狀態，可調整試料和第一試藥、第二試藥的反應時間。再者，在流通控制部C1中，通過進行上述流通控制，可促進流路中的液體的流通。
如生物化學檢查項目，使試料和試藥反應、不分離而可進行必要的檢測的情況，通過使用毛細管晶片1，在從混合到反應、檢測一連貫的流路中可連續地進行處理。
作為在本實施方式中使用的試料，可舉出血液、髓液、唾液、尿等生物體試料。在使用這些生物體試料時，血液、髓液、唾液或尿中所含有的生物體成份、來自器官、組織、黏膜的生物體成份、成為感染源的細菌或病毒等蛋白、DNA、RNA、變態反應原(allergen)、各種抗原等都可成為檢測對象物質。
毛細管晶片1中的流路由以試藥或試料的移送為主要目的的流路(從主流路31的上遊端部到合流點P1、支流路32、33)、以試藥或試料的混合為主要目的的流路(從主流路31的合流點P1到合流點P2)、以試藥或試料的混合及反應液的檢測為主要目的的流路(從主流路31的合流點P2到下遊端部)構成。流路的構成並不限定於本實施方式所示的構成，可根據用途設計。
毛細管晶片1中的流路也可以只由以一種操作(例如一定量的樣品或試料、試藥的移送等)為主要目的的流路部分構成，但也可以如上述那樣組合以多個不同操作為主要目的的流路構成。由此，可構成不僅僅進行定性分析而伴隨著定量分析這樣高度分析的裝置。
再者，作為流路的構成，例如可舉出以試料或試藥的混合或稀釋為主要目的的流路的形狀、使其它流路與一條流路合流的形狀(圖1所示的形狀)或在一個位置使多條流路與一條流路合流的形狀等。通過使其它流路或多條流路與一條流路合流而成為一條流路，僅由流路形狀，可進行混合操作或稀釋操作。再者，通過改變來自合流的流路的液體流量，也可用不同比率混合或稀釋試料、試藥。
作為均勻化液體的流路部分的俯視形狀，可舉出直線狀的形狀、蛇行狀或彎成螺旋狀的形狀等形狀。再者，在流路中，設計與其它部分相比相對於流通方向的單位長度的體積大的反應部，通過成為這樣的構成(後述的第二實施方式)，就可形成試料和試藥的混合及反應容易進行的構成。而且，與上述相反，通過構成一條流路分成多條的流路(分支流路)，也可進行分流。
再者，除流路的設計以外，通過形成在所期望的位置上設置開關部或流通控制部的構成，可控制稀釋或與其它試藥反應的時機等。
此外，在本實施方式中，各流路31、32、33使用在基板11上形成的毛細管晶片，但適用於本發明的毛細管晶片並不限定於該構成，例如各流路31、32、33也可以在圓柱狀的基體上形成。
即使使用具有用上面開放的溝構成的流路的毛細管晶片，也可如上述進行開關控制、流通控制，但如本實施方式，從有效地進行上述的開關控制、流通控制的觀點出發，優選為各流路的一周使用由聚合物組合物構成的毛細管形成的毛細管晶片。
除此之外，作為對試料或試藥不造成惡劣影響的條件，加熱構成試料注入口的貫通孔21的周圍，貫通孔21的體積變小，以由貫通孔21構成的試料注入口擠進到主流路31中的方式使流體流動。另外，當使用因冷卻而體積變大的聚合物組合物時，當然，冷卻構成試料注入口的貫通孔21的周圍，使貫通孔21的體積變小。
接著，說明流通控制裝置的一個方式，該流通控制裝置用於控制毛細管晶片1的流路31內的液體流通。圖9是流通控制裝置51的方塊圖。流通控制裝置51包括毛細管晶片安裝部52、雷射發生器54、光學系統55及雷射控制部56。在本說明書中，也將雷射發生器54和光學系統55合稱為雷射照射部。流通控制裝置51是將毛細管晶片1安裝在毛細管晶片安裝部52上使用的。毛細管晶片安裝部52例如具有用於安裝毛細管晶片1的導向部件53。由雷射發生器54產生的並用光學系統55細集中的雷射束L照射到毛細管晶片1上。雷射控制部56控制光學系統55，通過在光學系統55內部使雷射束L偏向，控制雷射L的照射位置。雷射控制部56控制雷射束L，使其照射在開關部V1、流通控制部C1的開關部V2上。再者，通過雷射控制部56的控制，也可邊掃描邊照射雷射束L，而且，也可調整光學系統55中的雷射L的集中情況並可同時照射鄰接的多個開關部V2。
因此，通過流通控制裝置51，可實施上述開關部V1、V2的開關控制方法或流通控制部C1的流通控制方法。
另外，流通控制裝置也可以是具有可同時照射多個雷射束L的雷射的構成。再者，也可以具有驅動機構，驅動毛細管晶片1使得雷射束L可以照射毛細管晶片1的任意位置。
圖10是與圖9不同形態的流通控制裝置57的方塊圖。在圖10中，與圖9相同的構成要素，標記相同符號並省略說明。
圖10所示的流通控制裝置57在圖9所示的流通控制裝置51中，其構成包括可將試料或試藥注入到試料注入口21、試藥注入口22、23的注入機構58、可從排出口24排出排出液的排出機構59、可進行上述分析的例如顯微鏡等分析機構60。通過這樣的構成，用一個裝置可進行試料及試藥的注入、開關控制、流通控制、分析。
再者，在圖9、圖10所示的流通控制裝置中，只改換安裝在毛細管晶片安裝部52上的毛細管晶片1，就可分析不同的毛細管晶片1的反應。
在本方法中，毛細管晶片1是使蓋平板貼合在主平板(溝形成用平板)上製作的。圖4(a)是蓋平板2a的俯視圖，圖4(b)是主平板3a的俯視圖，圖4(c)是利用本製作方法製作的毛細管晶片1的縱切面的剖面圖。上述縱切圖是沿縱方向切斷主流路31的剖面。
如圖4(b)所示，在主平板3a的表面上形成成為流路的溝31a、32a、33a。如圖4(a)所示，在蓋平板2a上分別形成成為試料注入口、試藥注入口、排出口的四個貫通孔21a、22a、23a、24a。於是，如圖4(c)所示，通過將形成主平板3a的溝31a、32a、33a的面作為內側並使蓋平板2a與主平板3a貼合，製作毛細管晶片1。
主平板3a使用在基板上的表面上形成由特定的聚合物組合物構成的層(以下稱為聚合物組合物層)的板。這樣的聚合物組合物的詳細情況與作為形成開關部V1的聚合物組合物的上述物質相同。在基板上的聚合物組合物層的形成方法沒有限定，例如可通過噴霧堆積、塗裝、浸漬、凹版印刷、壓延等多種方法進行。
更具體地，可使用由PET薄膜製成的基板表面上形成由第一次熔融轉移的聚合物組合物製成的層形成的感溫性粘接帶Cooloff type的Interlimer(註冊商標)(NITTA株式會社制)作為主平板3a的材料。Coolofftype的Interlimer(註冊商標)通過從比熔融溫度領域低的溫度加熱到高的溫度使得體積增加，從比熔融溫度領域高的溫度冷卻到低的溫度使得體積減少。作為上述Coolofftype的Interlimer(註冊商標)，熔融溫度領域約為30℃以上40℃以下的Interlimer(註冊商標)、約為40℃以上50℃以下的Interlimer(註冊商標)等適合作為主平板3a的材料。
溝31a、32a、33a在聚合物組合物層的表面上形成。聚合物組合物層的厚度只要比溝31a、32a、33a的深度厚就沒有特別限定，也可以是主平板3a全體用特定的聚合物組合物形成的層。在本方法中，所有溝用聚合物組合物形成，所以可將流路中的任意部位作為開關部或流通控制部。這時，加熱機構優選使用可照射任意部位的例如象移動式雷射這樣的加熱機構。
再者，這裡，在蓋平板2a的內部也形成上述聚合物組合物層。基於這樣的構成，通過使蓋平板2a和主平板3a貼合在一起而形成的流路31、32、33的一周用聚合物組合物形成。但是，並不限定於該構成，也可以是在蓋平板2a上不形成上述聚合物組合物的構成。這時，流路31、32、33其一周的一部分用聚合物組合物形成。
主平板3a的基板(即除聚合物組合物層以外的部分)及蓋平板2a(除聚合物組合物以外的部分)可用矽或玻璃等無機材料或有機聚合物製作。主平板3a的基板及蓋平板2a的至少一方使用相對於加熱機構發出的光的波長具有透明性的材料。例如當利用雷射加熱開關部V1或流通控制部C1時，照射來自毛細管晶片1外部的雷射，所以需要使雷射從外部到達開關部V1及流通控制部C1，在雷射的光路中，需要確保透明性。
主平板3a表面的溝31a、32a、33a通過基於切削加工或雷射的蝕刻加工等方法形成。蓋平板2a的貫通孔21a、22a、23a、24a通過超聲波加工等方法形成。蓋平板2a的貫通孔21a、22a、23a在約對應於主平板3a的各溝31a、32a、33a最上遊位置的位置上形成。貫通孔24a在約對應於溝31a最下遊位置的位置上形成。於是，通過將溝31a、32a、33a作為內側並使形成有溝31a、32a、33a的主平板3a和形成有貫通孔溝21a、22a、23a、24a的蓋平板2a貼合在一起，形成毛細管晶片1。主平板3a和蓋平板2a的貼合例如利用基於超聲波熔融粘合、基於熱熔性粘接劑或UV粘接劑等粘接劑的粘接、基於粘接劑的粘接、通過兩面膠帶等的壓接等方法。
如圖4(c)所示，在毛細管晶片1中，溝31a、32a、33a成為流路31、32、33，貫通孔21a成為試料注入口21，貫通孔22a、23a成為試藥注入口22、23，貫通孔24a成為排出口24。
在本方法中，毛細管晶片1是使蓋平板貼合在主平板(溝形成用平板)上製作的。圖5(a)是蓋平板2b的俯視圖，圖5(b)是主平板3b的俯視圖，圖5(c)是利用本製作方法製作的毛細管晶片1的縱切面的剖面圖。上述縱切圖是沿縱方向切斷主流路31的剖面。
如圖5(b)所示，在主平板3b的表面上形成成為流路的溝31b、32b、33b。在主平板3b上形成貫通孔21b、22b、23b、24b。貫通孔21b、22b、23b在各溝31b、32b、33b最上遊位置上形成。貫通孔24b在溝31b最下遊位置上形成。
於是，如圖5(c)所示，通過將在主平板3b上形成的溝31b、32b、33b作為內側並使主平板3b和蓋平板2b貼合在一起，形成毛細管晶片1。
本製作方法除在同一主平板3b上形成溝31、32、33和貫通孔21、22、23、24以外，其它與第一製作方法一樣。再者，主平板3b、蓋平板2b可使用由與在第一製作方法中所使用的主平板3a、蓋平板2a同樣的材料製成的平板。因此，在本方法中，所有溝用聚合物組合物形成，可將流路中的任意部位作為開關部或流通控制部。
如圖5(c)所示，在毛細管晶片1中，溝31b、32b、33b成為流路31、32、33，貫通孔21b成為試料注入口21，貫通孔22b、23b成為試藥注入口22、23，貫通孔24b成為排出口24。
在本方法中，毛細管晶片1是使兩塊蓋平板貼合在主平板(狹縫形成用平板)上製作的。圖6(a)是第一蓋平板2c的俯視圖，圖6(b)是主平板3c的俯視圖，圖6(c)第二蓋平板2d的俯視圖，圖6(d)是利用本製作方法製作的毛細管晶片1的縱切面的剖面圖。上述縱切圖是沿縱方向切斷主流路31的剖面。
如圖6(b)所示，在主平板3c的表面上形成成為流路的狹縫31c、32c、33c。狹縫31c、32c、33c貫通主平板3c的表面背面。如圖6(a)所示，在第一蓋平板2c上分別形成成為試料注入口、試藥注入口、排出口的四個貫通孔21c、22c、23c、24c。於是，如圖6(d)所示，通過以用兩塊蓋平板2c、2d夾住主平板3a的方式使主平板3c、第一蓋平板2c和第二蓋平板2d貼合在一起，形成毛細管晶片1。
主平板3b使用由聚合物組合物製成的板。這裡所說的聚合物組合物與作為形成開關部V1的聚合物組合物上述的物質一樣。通過使主平板3c和第二蓋平板2d貼合在一起，除形成與第一製作方法中的主平板3a一樣的平板以外，其它與第一製作方法一樣。因此，在本方法中，所有狹縫用聚合物組合物形成，可將流路中的任意部位作為開關部或流通控制部。另外，當在兩塊蓋平板2c、2d的內面上形成聚合物組合物層時，流路31、32、33的一周優選為由聚合物組合物製成，但並不限定於該構成。
如圖6(d)所示，在毛細管晶片1中，狹縫31c、32c、33c成為流路31、32、33，貫通孔21c成為試料注入口21，貫通孔22c、23c成為試藥注入口22、23，貫通孔24c成為排出口24。
(第二實施方式)[毛細管晶片的構成]圖7是示意性的表示在本實施方式中所使用的毛細管晶片1』的外觀的立體圖。如圖7所示，毛細管晶片1』在各流路31、32、33的上遊端附近，且對應於試料注入口21及試藥注入口22、23具有與開關部V1同樣構成的開關部V2、V4、V5。另外，開關部V2兼作為流通控制部C1的開關部。其它構成為與第一實施方式的毛細管晶片1同樣，對相同要素標記相同符號，並省略說明。
毛細管晶片1』可用與第一實施方式的毛細管晶片1同樣的使用方法使用。於是，而且通過開關控制開關部V2、V4、V5，可控制注入到試料注入口21內的試料及注入到試藥注入口22、23的試藥的流通開始的時間、流通停止的時間及流通量。
本實施方式的毛細管晶片1』也可使用第一實施方式所示的流通控制裝置進行開關控制、流通控制、分析等。
(第三實施方式)[毛細管晶片的構成]圖8(a)是示意性的表示在本實施方式中使用的毛細管晶片13的外觀的立體圖、圖8(b)表示圖8(a)的VIIb-VIIb剖面的剖面圖、圖1(c)表示圖1(b)的VIIc-VIIc剖面的剖面圖。如圖8(a)～圖8(c)所示，毛細管晶片13由形成主流路34、支流路35、36、37、38、39、注入口41、排出口25、26、27、28、29的上面矩形基板14製成。各流路34、35、36、37、38、39用毛細管構成。主流路34在分支點34a分支成5條支流路35、36、37、38、39。
主流路34在上遊端附近具有流通控制部C2。各支流路35、36、37、38、39具有在與其它部分相比相對於流通方向的單位長度的體積大的主視圓形的反應部35a、36a、37a、38a、39a和開關部V3，該開關部V3位於各反應部35a、36a、37a、38a、39a的附近下遊側。各開關部V3對應於各排出口25、26、27、28、29。
本實施方式的毛細管晶片13與第一實施方式的毛細管晶片1相比，只是其流路設計不同，所以省略各要素的詳細說明。開關部V3的構成及控制方法與第一實施方式的開關部V1相同。流通控制部C2的構成及控制方法與第一實施方式的流通控制部C1相同。
以下，說明毛細管晶片13的使用方法。從注入口41注入放入培養基的細胞的懸濁液，利用基於流通控制部C2的泵功能，將上述懸濁液送液到各支流路35、36、37、38、39的反應部35a、36a、37a、38a、39a。各反應部35a、36a、37a、38a、39a用上述懸濁液裝滿後，設計在各支流路35、36、37、38、39的開關部V3成為關閉狀態。
在該狀態下放置兩天，在反應層35a、36a、37a、38a、39a中，培養細胞。然後，各支流路35、36、37、38、39的開關部V3成為開放狀態，從注入口41注入溶解有第一醫藥品候補化合物的試藥溶液，利用流通控制部C2的泵機能，將上述試藥溶液送液到各反應部35a、36a、37a、38a、39a。於是，各反應部35a、36a、37a、38a、39a在用上述試藥裝滿時，開關部V3成為關閉狀態。
然後，通過用顯微鏡觀察毛細管晶片13的反應部35a、36a、37a、38a、39a，分析第一醫藥候補化合物的細胞毒性或對細胞的影響。另外，上述細胞優選使用附著細胞。這是因為附著細胞附著在反應層上，所以培養後，即使送液試藥，大部分也不會從反應層35a、36a、37a、38a、39a流出。
另外，在上述中，也可在分支的各支流路35、36、37、38、39的上遊端部設計開關部，將不同的醫藥品候補化合物的試藥溶液送液到各反應層35a、36a、37a、38a、39a，同時分析多個試藥的細胞毒性等。這時，例如，相對於各試藥，上遊端部的閥門成為開放狀態的流路只有一個，而其它流路的開關部為關閉狀態，由此控制送液到各反應部35a、36a、37a、38a、39a的試藥的種類。
本實施方式的毛細管晶片13也可使用第一實施方式所示的流通控制裝置進行開關控制、流通控制、分析等。
在第一～第三實施方式中，毛細管晶片用使開關部的溫度變化的簡單方法可實現毛細管的流通控制、開關控制。而且，在由聚合物組合物形成的層的表面或內部形成毛細管，所以可選擇任意的部位作為開關部。
再者，在上述實施方式的方法中，流通控制、開關控制時，對試料或試藥的性質沒有造成影響。而且，為進行上述控制的必要機構的構成是可維持肅靜性的小型裝置。
根據上述說明，本行業者了解本發明的許多改良或其它實施方式。因此，上述說明應只作為例示而被解釋，提供上述說明目的是對本行業者指點實行本發明的最優選的方法。只要不脫離本發明的精神，就可實質地變更其構造及/或功能的詳細情況。
產業上的可利用性本發明的流通方法在醫療診斷用微型片或藥品應答性檢測用的微型片中，對使試藥或試料等液體流通是有用的。
再者，本發明的流通方法可使用於使用微型片進行分析的小型TAS上。例如在血液、髓液、唾液、尿等生物試料的分析用的小型TAS中使用。
本發明的流通方法在簡易構成的微型片中，可進行所期望的開關控制、流通控制，所以特別適合在一次性使用的毛細管晶片的方法中使用。
權利要求
1.一種毛細管晶片中流體的流通方法，是使用具有由聚合物組合物形成的層、和在由所述聚合物組合物形成的層的表面或內部形成的毛細管的毛細管晶片，使所述毛細管內的流體流通的流通方法，其特徵在於，所述毛細管具有流通控制部，所述流通控制部由多個連續的開關部組成，所述開關部通過增加所述聚合物組合物的體積成為關閉狀態，阻止在所述毛細管內流動的流體流通；並通過減少所述聚合物組合物的體積成為開放狀態，允許在所述毛細管內流動的流體流通，所述流通方法具有如下的步驟(a)在所述流通控制部內，通過使所述聚合物組合物的溫度變化，使所述多個開關部在流通方向上依次由開放狀態切換為關閉狀態，使所述毛細管內的流體流通。
2.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，多次反覆進行步驟(a)。
3.如權利要求2所述的流通方法，其特徵在於，在各步驟(a)之後，具有以下的步驟(b)在所述流通控制部中，從流通方向下遊端使一個或多個開關部保持關閉狀態，通過使所述聚合物組合物的溫度變化，使其它開關部由關閉狀態切換為開放狀態的步驟；(c)在步驟(b)之後，使在步驟(b)中關閉狀態的所述開關部切換為開放狀態的步驟，實質上使下一個步驟(a)與步驟(c)同時開始。
4.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，進一步具有以下步驟(d)在所述開關部中，通過使所述聚合物組合物的溫度變化，使所述開關部成為關閉狀態，阻止在所述毛細管內流動的流體流通的步驟；和(e)在所述開關部中，通過使所述聚合物組合物的溫度變化，使所述開關部成為開放狀態，允許在所述毛細管內流動的流體流通的步驟。
5.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述聚合物組合物，隨溫度上升體積增加，隨溫度下降體積減少。
6.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述聚合物組合物，隨溫度上升體積減少，隨溫度下降體積增加。
7.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述聚合物組合物包括由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈結晶性重複單元和由丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯衍生的支鏈非結晶性重複單元。
8.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，在所述毛細管晶片中，在所述層的表面上形成所述毛細管，蓋平板緊貼在所述層的表面。
9.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述毛細管晶片進一步具有連接於所述毛細管的流體注入口及流體排出口。
10.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，在步驟(a)中，在流通方向上依次加熱所述流通控制部的所述開關部，在流通方向上，依次使所述開關部從開放狀態切換到關閉狀態。
11.如權利要求10所述的流通方法，其特徵在於，在步驟(a)中，通過照射雷射進行所述加熱。
12.如權利要求3所述的流通方法，其特徵在於，在步驟(b)及步驟(c)中，通過空氣冷卻所述開關部，使所述開關部由關閉狀態切換為開放狀態。
13.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述聚合物組合物通過第一次熔融轉移使所述體積變化。
14.如權利要求12所述的流通方法，其特徵在於，所述聚合物組合物的第一次熔融轉移在80℃以下發生。
15.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述毛細管的剖面面積為10000μm2～250000μm2。
16.如權利要求1所述的流通方法，其特徵在於，所述毛細管晶片還具有多個連接於所述毛細管的流體注入口，所述毛細管具有對應於各流體注入口的多個開關部。
17.一種流通控制裝置，是具備毛細管晶片安裝部、雷射照射部和雷射控制部的流通控制裝置，其特徵在於所述毛細管晶片安裝部可安裝毛細管晶片；所述毛細管晶片具有由聚合物組合物構成的層，和在由所述聚合物組合物構成的層的表面或內部形成的毛細管；所述毛細管具有流通控制部，所述流通控制部由多個連接的開關部組成；所述開關部通過增加所述聚合物組合物的體積成為關閉狀態，從而阻止在所述毛細管流動的流體流通，通過減少所述聚合物組合物的體積成為開放狀態，從而允許在所述毛細管流動的流體流通；所述雷射照射部可將雷射照射在安裝於所述毛細管安裝部的毛細管晶片上；所述雷射控制部可控制由所述雷射照射部照射到安裝於所述毛細管安裝部的毛細管晶片的雷射的照射位置，通過在流通方向上依次雷射照射所述開關部，所述開關部在流通方向上依次由開放狀態切換為關閉狀態，使流體在所述毛細管內流通。
全文摘要
本發明涉及一種使用具有由聚合物組合物形成的層、和在由所述聚合物組合物形成的層的表面或內部形成的毛細管的毛細管晶片，並使所述毛細管內的流體流通的流通方法，所述毛細管具有流通控制部，所述流通控制部由多個連續的開關部組成，所述開關部通過增加所述聚合物組合物的體積成為關閉狀態，阻止在所述毛細管內流動的流體的流通，並通過減少所述聚合物組合物的體積成為開放狀態，允許在所述毛細管內流動的流體的流通，所述流通方法具有如下的步驟(a)，即，在所述流通控制部內，通過使所述聚合物組合物的溫度變化，使所述多個開關部在流通方向上依次由開放狀態切換為關閉狀態，使所述毛細管內的流體流通。
文檔編號F16K99/00GK1784605SQ20048001192
公開日2006年6月7日 申請日期2004年10月13日 優先權日2003年10月15日
發明者岡弘章, 行政哲男, 片桐摩紀 申請人:松下電器產業株式會社