JP2007529720A - マイクロ流体工学チップ - Google Patents

Abstract

本発明は、生物学的、化学的及び医学的な分析のためのマイクロ流体工学チップであって、該マイクロ流体工学チップ内に複数のキャビテーション及びこれらのキャビテーションを互いに接続する、分析及び総合に必要な液体を毛管作用に基づいて搬送する複数の通路が配置されており、前記キャビテーションの内の少なくとも１つが反応室である形式のものにおいて、３Ｄ層モデルに基づいた、光硬化性の親水性プラスチック材料から成る層状構成と、疎水性材料から成る被覆層とが設けられており、親水性材料から構成された層体内で、複数の異なるキャビテーション（１，２）から交差せずに延びる通路（６，８）が少なくとも１つの反応室（７）に開口していることを特徴とする。

Description

本発明は、生物学的、化学的及び医学的に分析し且つ総合するためのマイクロ流体工学チップであって、該マイクロ流体工学チップ内に複数のキャビテーション及びこれらのキャビテーションを互いに接続する、分析に必要な液体を毛管作用に基づいて搬送する複数の通路が配置されており、前記キャビテーションの内の少なくとも１つが反応室である形式のものに関する。

マイクロ流体工学的な構成素子は、液体材料がポンプ無しで系内を運動できるようにするために、毛管力、親水力及び疎水力を利用する。このためには分岐機及び混合機が必要である。しかし今日存在する系において、２つの液体流を１つの流体工学チップにおいて混合が行われること無く交わらせる手段はない。

当該チップの場合、検査しようとする材料に関して、観察しようとする反応に基づいた供述ができるようにするためには、例えば検査しようとする液体（血液）をまず最初に分析液と一緒に反応室に集める必要がある。

従って、マイクロ流体工学チップは、液体を搬送する通路及び液体が搬出されるキャビテーションが、互いに完全に分離されているように構成されていなければならない。

このことは、アンダカットも可能にする方法でチップを製作することができると容易に可能である。

この課題は本発明に基づいて、３Ｄ層モデルに基づいた、光硬化性の親水性プラスチック材料から成る層状構成と、疎水性材料から成る被覆層とによって解決される。この場合、親水性材料から構成された層体内で、複数の異なるキャビテーションから交差せずに延びる通路が少なくとも１つの反応室に開口している。

前記の層状構成は、例えば２枚のプレート間で光硬化性の液体をその表面張力に基づき保持する公知の製作技術である。両プレートの内の一方のプレートは電磁波を透過させる。この方法はドイツ連邦共和国特許第４４２０９９６号明細書に記載されている。

製作しようとする層体のモデルは、例えばコンピュータに複数の仮想の層でメモリされる。これらの仮想の層は徐々に呼び出すことができ、両プレートを層毎に離間させ且つ新鮮材料を後流させることによって極薄層を形成することができる。これらの極薄層は、例えばキャビテーション、通路、並びにウェブによって部分的に架橋されるキャビテーション等の極小構造を極めて正確に形成できるということを可能にする。このようにして、複数のキャビテーションが互いに厳密に分離されている一方で、異なる液体を搬送する複数の通路もやはり互いに分離されているということが可能である。

本発明の有利な構成では、チップに疎水性の層によって被覆された中央キャビテーションが製作されており、この中央キャビテーションが環状に形成されたキャビテーションによって包囲されており、この環状に形成されたキャビテーションが、やはり疎水性の層によって被覆された、ウェブによって互いに隔てられた複数の開口を有しており、これらの開口から各１本の通路が、各開口に対応配置された反応室に通じており、この反応室が、他の反応室と共に前記の中央キャビテーション及び環状キャビテーションの周りに星形に配置されている一方で、中央キャビテーションからウェブの表面に通じた、環状キャビテーションを架橋する通路がそれぞれ対応配置された反応室に通じており、環状キャビテーション及び中央キャビテーションから出発する通路が、それぞれ垂直方向で各キャビテーションの壁に生じる、キャビテーション内室に向かって開いた溝に移行している。

この場合に用いられる、製作された若しくは層状の構成の方法は、水平方向から垂直方向に移行する箇所で、通路の縁部を極端にシャープに構成することができるので、親水性の材料において毛管作用が極めて顕著であるということを保証する。

本発明の別の構成では、垂直方向で壁に配置された通路のキャビテーション底部側の端部が、底面と共に所定の鋭角を形成する。

即ち、当該箇所では垂直方向で下方に向かって延びる通路が若干キャビテーションから後退しているという、標準的な成形法によっては不可能な構成である。しかし、毛管作用を最適化するためには前記のような構成が重要である。

毛管作用を更に最適化するためには、通路若しくはキャビテーションを疎水性の層によって被覆することが望ましい。

この疎水性の層は請求項４に基づいて、まず最初に光硬化性のプラスチック材料製の１つ又は複数の層から成る１枚のシートを製作し、この場合、最後の層は部分的にしか重合させないように形成される。この重合は、公知のように電磁波の照射によって行われる。

このようにして形成されたシートを、部分重合された層を以て予め製作されたマイクロ流体工学チップに載置してから、これまで部分的にしか重合させなかった層を完全に重合させ、その結果、チップは一体的な構造を得る。

このようにして、被覆時に微細な通路を塞ぐ恐れのある接着剤等を省くことができる。

当該のマイクロ流体工学チップを大量生産できるようにするためには、請求項５に基づいて、シートを少なくとも１対のローラ間で連続的に形成し、この場合、光硬化性材料を両ローラ間に配置し、これらのローラの内の一方に、硬化に使用される照射装置を設け、このようにして形成した被覆層をやはり連続的な方法で、大量生産されたマイクロ流体工学チップに載置して完全に重合させる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

チップは中央キャビテーション１を有しており、この中央キャビテーション１は、環状キャビテーション２によって包囲されており且つ壁３によって環状キャビテーション２から隔てられている。環状キャビテーション２は星形に配置された複数の開口４を有しており、これらの開口４はウェブ５によって互いに隔てられている。

中央キャビテーション１の底部から垂直方向で複数の通路６が生じており、これらの通路６はウェブ５を介して別のキャビテーション７まで通じている。このキャビテーション７は、例えば反応室である。

この反応室では、中央キャビテーション１から通路６を介して供給された液体が、例えば環状キャビテーション２から通路８を介して供給される分析液と反応する。通路８は、環状キャビテーション２の底部からこの環状キャビテーション２の壁に上方に向かって生じており、この場合、通路６と交差せずにキャビテーション７に通じている。

液体の搬送は、マイクロ流体工学チップを形成する親水性の材料の毛管作用によって実現される。この場合に重要なのは、被覆材料（図示せず）が疎水性に形成されている一方で、垂直方向から水平方向への移行箇所において、通路の縁部が極端にシャープに形成されているということである。このことは、各キャビテーション１，２からチップ表面に通じる、垂直方向で生じる通路６，８の縁部、並びに前記の垂直方向通路６，８が各キャビテーション１，２の底部にぶつかる縁部に該当する。これらの箇所で、通路６，８は若干壁に入り込み且つ底面と相俟って所定の鋭角を形成する。

このようなチップは、例えば製作者により環状室２に分析液が充填される。検査のためには、検査しようとする材料、例えば血液又は血液の成分が、ピペット又は注射器により被覆層（図示せず）を介して中央キャビテーション１に充填される。この場合、毛管力に基づき両液体が室７に流入する。そこで行われる反応に基づいて、検査しようとする材料に関する供述がなされる。

被覆層を省いて示したマイクロ流体工学チップの拡大断面図である。

Claims (5)

1. 生物学的、化学的及び医学的な分析のためのマイクロ流体工学チップであって、該マイクロ流体工学チップ内に複数のキャビテーション及びこれらのキャビテーションを互いに接続する、分析及び総合に必要な液体を毛管作用に基づいて搬送する複数の通路が配置されており、前記キャビテーションの内の少なくとも１つが反応室である形式のものにおいて、
   ３Ｄ層モデルに基づいた、光硬化性の親水性プラスチック材料から成る層状構成と、疎水性材料から成る被覆層とが設けられており、親水性材料から構成された層体内で、複数の異なるキャビテーション（１，２）から交差せずに延びる通路（６，８）が少なくとも１つの反応室（７）に開口していることを特徴とする、マイクロ流体工学チップ。
2. チップに疎水性の層によって被覆された中央キャビテーション（１）が製作されており、この中央キャビテーションが環状に形成されたキャビテーション（２）によって包囲されており、この環状に形成されたキャビテーションが、やはり疎水性の層によって被覆された、ウェブ（５）によって互いに隔てられた複数の開口（４）を有しており、これらの開口から各１本の通路（８）が、各開口に対応配置された反応室（７）に通じており、この反応室が、他の反応室と共に前記の中央キャビテーション（１）及び環状キャビテーション（２）の周りに星形に配置されている一方で、中央キャビテーション（１）からウェブ（５）の表面に通じた、環状キャビテーション（２）を架橋する通路（６）がそれぞれ対応配置された反応室（７）に通じており、環状キャビテーション（２）及び中央キャビテーション（１）から出発する通路（６，８）が、それぞれ垂直方向で各キャビテーション（１，２）の壁に生じる、キャビテーション（１，２）の内室に向かって開いた溝に移行している、請求項１記載のマイクロ流体工学チップ。
3. 垂直方向で壁に配置された通路（６，８）のキャビテーション底部側の端部が、底面と共に所定の鋭角を形成している、請求項２記載のマイクロ流体工学チップ。
4. まず最初に光硬化性のプラスチック材料製の１つ又は複数の層から成る１枚のシートを製作し、最後の層を部分的にしか重合させず、このようにして得られたシートの部分重合された層を、予め製作されたマイクロ流体工学チップに載置し且つここまで部分的にしか重合させなかった層を完全に重合させ、これにより、チップに一体的な構造を与えることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロ流体工学チップ用の被覆層を製作するための方法。
5. シートを少なくとも１対のローラ間で連続的に形成し、光硬化性材料を両ローラ間に配置し、これらのローラの内の一方に、硬化に使用される照射装置を設け、このようにして形成した被覆層をやはり連続的な方法で、大量生産されたマイクロ流体工学チップに載置して完全に重合させる、請求項４記載の方法。

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