逆流防止结构、使用该结构的检查用微型芯片以及检查装置的制作方法

文档序号:5021050
专利名称:逆流防止结构、使用该结构的检查用微型芯片以及检查装置的制作方法
技术领域
本发明涉及例如在遗传因子的检查等中、可作为微型反应器使用 的检查用微型芯片以及使用该芯片的检查装置。
技术背景最近通过使用微型机械技术以及超微细加工技术进行微型化,开 发了将目前用于进行试料调制、化学分析、化学合成等的装置、方法、 例如泵、阀、流路、传感器等集成于一个芯片上的系统。这样的系统也^皮称为p-TAS ( Micro total Analysis System )、生物 反应器、芯片实验室(LabonChip)、生物芯片,期待着在医疗检查、 诊断领域、环境测量领域、农产制造领域等的应用。尤其是诸如在进行遗传因子的检查时,在需要复杂的工序、熟练 的操作法、各种仪器的操作的情况下,自动化、高速化以及简便化的 微型化分析系统不仅可以降低成本、所需要的试料量以及所需要的时 间等,而且,可进行不受时间和地点限制的分析,其效果非常大。在这种情况下,在进行以临床检查为代表的各种检查的现场,即 使在使用不受地点限制、可迅速得出结果的芯片式的微型反应器进行 检测时,也非常重视其定量性、分析精度等。但是,在这样的芯片式的微型反应器那样的分析芯片中,由于对 其尺寸和形态有严格的限制,因此,利用简单的结构、确立可靠性高 的液体输送统成为了课题。因此,要求高精度、高可靠性的微型流体 控制元件。本发明的发明者等在专利文献1 (特开2001-322099号公 报)、专利文献2 (特开2004-108285号公报)中,作为满足该要求的 微型流体控制元件提出了适当的微型泵系统的方案。并且,在专利文献3 (特愿2004-138959号公报)中,本发明的发 明者等提出了以下方案,即,具有收容检体的检体收容部、收容试剂
的试剂收容部、具有使收容在检体收容部中的检体和收容在试剂收容 部中的试剂合流并进行规定的反应处理的反应流路的反应部、具有对 利用反应部的反应而得到的反应处理物质进行规定检查的检查流路的 检查部,这些检体收容部、试剂收容部、反应部以及检查部是一连串 的流路,是从上游侧向下游侧通过流路连续地连接的检查用微型芯片 (微型反应器)。在该专利文献3 (特愿2004-138959号公报)的微型反应器上,在 其流路中,在两条流路合流的合流部上设置有多个防止液体逆流的逆 流防止部。该逆流防止部由止回阀或能动阀(能動并)构成,所述止 回阀的阀芯通过逆流压关闭流路开口部;所述能动阀通过阀芯变形装 置将阀芯向流路开口部按压、关闭开口部。具体是,在图10 (a)的止回阀上,将微型球167作为阀芯,通过 该-微型球167的移动来开关形成在基板162上的开口 168,由此允许 或截断液体的通过。即,在从A方向输送液体的情况下,微型^求167通过液压离开基 板162、打开开口 168,因此允许液体通过。另一方面,在液体从B 方向逆流的情况下,微型球167复座在基板162上、关闭开口 168, 因此截断液体的通过。并且,在图10 (b)的止回阀上,层压在基板162上、其端部向 开口 168的上侧伸出的挠性基板169,通过液压在开口 168的上侧上 下移动,由》匕开关开口 168。即,在从A方向输送液体时,挠性基板169的端部通过液压离开 基板162、打开开口 168,因此允许液体通过。另一方面,在液体从B 方向逆流的情况下,挠性基板169与基板162密合、关闭开口68,截 断液体的通过。而且,在图11 (a)所示的能动阀中,将形成有向下方突出的阀部 164的挠性基板163、层压在形成有开口 165的基板162的上面。在关闭阀时,如图11 (b)所示,通过气压、油压、水压活塞或 压电促动器、形状记忆合金促动器等的阀芯变形装置从上侧按压挠性
基板163,使阀部164与基板162密合、覆盖开口 165,通过这样,截 断向B方向的逆流。并且,在该能动阀中,不局限于通过外部的驱动装置进行动作的 结构,作为阀芯本身进行变形、堵住流路的结构,例如公开了以下结 构,即,如图12所示,使用双金属181通过通电加热而进行变形的结 构,并且,如图13所示,使用形状记忆合金182通过通电加热而进行 变形的结构。但是,构成现有的检查用微型芯片中的逆流防止部的图10 图13 所示的止回阀,都必须在基板162上划分、在检查用微型芯片的厚度 方向将流路形成多层结构而构成流路,流路使检查用微型芯片的厚度 增加,导致检查用微型芯片大型化。并且,在图10 (a)的止回阀中,需要将微型球167作为阀芯,必 须在流路上形成开口 168、设置微型球167,该结构复杂、制造工序复 杂化,成本增加。并且,在图10 (b)的止回阀中,由于必须构成层压在基板162 上、其端部向开口 168的上侧伸出的挠性基板169,因此该构成复杂、 制造工序复杂化,成本增加。而且,在图ll所示的能动阀中,需要设置形成有向下方突出的阀 部164的挠性基板163,通过气压、油压、水压活塞或压电促动器、 形状记忆合金促动器等的阀芯变形装置从上侧按压挠性基板163,因 此需要另外的驱动机构,该结构复杂、制造工序复杂化、成本增加, 同时,导致检查用微型芯片大型化。而且,如图12和图13所示,由于需要设置双金属181、形状记忆 合金182通过通电加热而进行变形,因此需要另外的通电机构,该结 构复杂、制造工序复杂化、成本增加,同时,导致检查用微型芯片大 型化。专利文献l:特开2001-322099号7>净艮 专利文献2:特开2004-108285号^^才艮 专利文献3:特愿2004-138959号
非专利文献l:《DNA芯片技术及其应用》《蛋白质、核酸、酶》 43巻、13号(1998年)君塚房夫、加藤郁之进、共立出版(林)发 行本发明鉴于该现状其目的是提出一种检查用微型芯片以及使用该 芯片的检查装置,该检查装置是在检查用微型芯片的两个流路合流的 合流部、构成防止液体逆流的逆流防止部的逆流防止结构,该检查装 置无需其它的驱动机构、结构简单、不会导致检查用微型芯片大型化, 也可降低制造成本,并且,可切实防止液体的逆流,可进行正确的检 查,可靠性高。发明内容本发明是为了解决上述现有技术中的课题、实现目的而提出的, 本发明的逆流防止结构的特征在于,具有在两条流路合流的合流部中设置在合流部的上游的 一方的流 路上的逆流防止装置,将上述逆流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的流路中的合 流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。并且,本发明的检查用微型芯片中的逆流防止结构是检查用微型 芯片中的逆流防止结构,其特征在于,具有在两条流路合流的合流部中设置在合流部的上游的 一 方流路 上的逆流防止装置,将上述逆流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的流路中的合 流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。并且,本发明的检查用微型芯片具有收容检体的检体收容部、收容试剂的试剂收容部、中的试剂合流而进行规定的反应处理的反应流路的反应部、的检查流路的检查部,
这些检体收容部、试剂收容部、反应部、检查部在一连串的流路 上,通过流路从上游侧到下游侧连续地连接,其特征在于,具有在两条流路合流的合流部中设置在合流部的上游的一方的流 路上的逆流防止装置,将上述逆流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的流路中的合 流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。


图1是表示由本发明的检查用微型芯片和可自由拆装地安装检查 用微型芯片的检查装置本体构成的本发明的检查装置的实施例的立体 图。图2是只表示形成在图1的检查用微型芯片上的整个流路的俯视图。图3是表示图2的流路的试剂收容部的部分扩大图。图4是从图2的流路的试剂收容部分支的流路整体的部分扩大图。图5(a)是使用压力泵的微型泵11的一个示例的剖视图,图5(b)是其俯视图,图5 (c)是微型泵ll的其他实施例的剖视图。 图6是表示构成试剂定量部的结构的概略俯视图。 图7是模式地表示本发明的逆流防止部的结构的检查用微型芯片的流路的实施例的概略图。图8是模式地表示本发明的逆流防止部的实施例的构成的概略图。图9是模式地表示本发明的逆流防止部的实施例的构成的概略图。图IO是模式地表示逆流防止部的构成的剖视图。 图11是模式地表示逆流防止部的构成的剖视图。 图12是模式地表示逆流防止部的构成的剖视图。 图13是模式地表示逆流防止部的构成的剖视图。
具体实施方式
在这样地防止逆流的一方的流路中,将逆流防止装置的上游侧的
流路阻力设定成大于另一方的流路中的合流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。因此,在将应从另一方的流路输送的液体向合流流路输送时,由 于该逆流防止装置的流路阻力大于另一方的流路中的合流部的上游和 下游的流路阻力总和的整个流路阻力,因此,可切实地防止液体向逆 流防止装置的上游侧的 一 方的流路逆流。并且,在将应从一方的流路输送的液体向合流流路输送时,通过 利用可弥补由该逆流防止装置的流路阻力引起的压力下降的大的泵压 输送液体,可将应输送的液体从该一方的流路穿过逆流防止装置、向 合流流路输送。因此,将向一方的流路的液体输送泵的泵压设定成大于向另一方 的流路的液体输送泵的泵压,通过切换这些液体输送泵,可确实地将 应输送的液体从一 方的流路以及另 一 方的流路选择性地向合流流路输 送,同时,可确实地防止液体从合流流路向应防止逆流的一方的流路 逆流。并且,通过这样地切换液体输送泵,来自一方的流路的液体与来 自另一方的流路的液体成为层流,可在合流流路内高效率地混合这些 液体。因此,例如,在检查用微型芯片中,可将一方的流路作为与收容 试剂的试剂收容部连通的试剂流路使用,可将另一方的流路作为与收 容检体的检体收容部连通的检体流路而使用本发明的逆流防止结构。通过这样,将向试剂流路的液体输送泵的泵压设定成大于向检体 流路的液体输送泵的泵压,通过切换这些液体输送泵,可确实地将来 自试剂流路的试剂、来自检体流路的检体等选择性地向合流流路输送, 同时,可防止逆流,可确实地防止合流液体等从合流流路向应防止试 剂收容部污染的试剂流路逆流。并且,通过这样切换液体输送泵,来自试剂流路的试剂与来自检 体流路的检体成为层流,可在合流流路内高效率地混合试剂和检体, 可进行正确的检查,可提供可靠性高的检查用微型芯片。并且,本发明特征是形成以下结构,即,将试剂、检体、或者这 些的混合液、处理液等从上述一方的流路向合流部的下游输送,将该 液体储存在下游的流路中,然后,通过另一方的流路的液体将上述液 体进一步向下游推出。通过这样地构成,以逆流防止装置为界,截断在其上游和下游的 液体流动的相互作用,因此,可进行更精密的液体输送。并且,此时,如果不驱动向一方的流路的液体输送泵,(尽管有逆 流防止装置的流路阻力)则通过另一方的流路的液体压力,将只向一 方的流路产生很小的逆流。为了防止该逆流,通过用比另一方的流路 的液体输送泵更弱的压力驱动一方的流路的液体输送泵,可防止上述 很小的逆流。另外,在这种情况下,另一方的流路的液体也可以不是试剂或检 体,而是用于将其推出的驱动液。并且,本发明的特征是上述逆流防止装置由流路剖面积小于下游 侧的流路剖面积的逆流防止流路构成。通过这样地构成,从下游侧的剖面积大的(大径的)流路朝向流 路剖面积小的(小径的)逆流防止流路的流路阻力增大,可确实地防 止从下游侧的合流流路开始穿过逆流防止流路、向逆流防止流路的上 游侧的流路逆流。因此,将这样的逆流防止流路设置在检查用微型芯片的流路中的 规定部位,控制来自微型泵的泵压,同时,通过切换泵,可选择性地 控制来自两条流路的液体的停止和通过,可控制液体输送时间。通过这样,例如试剂和检体在适当的时间合流,并以规定的混合 比例进行合流、反应,可正确地进行规定的检查。并且,本发明的特征是上述逆流防止装置由具有设置在流路内的 挡板部件的逆流防止流路构成。通过这样地构成,通过设置在流路内的挡板部件,逆流防止流路 的阻力增大,可确实地防止从下游侧的合流流路起穿过逆流防止流路、 向逆流防止流路的上游侧的流路逆流。 因此,将这样的逆流防止流路设置在检查用微型芯片的流路中的 规定部位,控制来自微型泵的泵压,同时,通过转换泵,可选择性地 控制来自两条流路的液体的停止和通过,可控制液体输送时间。通过这样,例如试剂和检体在适当的时间合流、并以失见定的混合 比例进行合流、反应,可正确地进行规定的检查。并且,本发明的检查用微型芯片的特征是,上述检体收容部具有 使检体和检体前处理液合流、进行检体前处理的检体前处理部。通过这样地构成,例如可对分析对象物(T大,4卜)的分离或 浓缩、除蛋白等的检体进行适合放大反应的前处理,可提供能够高效 率且迅速地进行规定检查的检查用微型芯片。而且,本发明的检查装置的特征是可自由拆装地安装上述检查用 微型芯片、进行检查用微型芯片的检查部中的检查。通过这样地构成,仅通过将便于携带、处理方便的检查用微型芯 片安装在检查装置上,无需特别的技术、复杂、烦瑣的操作就可以正 确且迅速地进行规定的检查。以下,根据附图就本发明的实施方式(实施例)进行具体说明。图1是表示由本发明的检查用微型芯片和可自由拆装地安装检查 用微型芯片的检查装置本体构成的本发明的检查装置的实施例的立体图。图2是只表示形成在图1的检查用微型芯片上的整个流路的俯视 图。图3是表示图2的流路的试剂收容部的部分扩大图。图4是从图 2的流路的试剂收容部分支的流路整体的部分扩大图。在图1中,1是表示整个本发明的检查装置,检查装置1具有检 查用微型芯片2以及检查装置本体3,所述检测装置本体3可自由拆 装地安装该检查用微型芯片2、进行规定的检查。如图l所示,检查用微型芯片2是大致矩形的卡片形状,例如由 树脂、玻璃、硅、陶瓷等生产的一张芯片构成。并且,如图2所示,在检查用微型芯片2内形成有一连串的流路。在以下的说明中,以检查遗传因子用的检查用微型芯片2为例进 行说明,但是,检查用微型芯片2当然并不局限于此,可以用于检查
各种检体。并且,关于以下所述的流路结构,其设置、尺寸、大小等 可根据检体的种类、检查项目等进行各种变更。即,该实施例的检查用微型芯片2利用ICAN法(Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification )进行放大反应, 在检查用微型芯片2内、通过从血液或痰中提取的检体和试剂进行遗 传因子放大反应(参照专利第3433929号),该试剂包括在作为检测对 象的遗传因子上进行特异杂交的经过生物素修饰的嵌合引物(《>, y, 4 7—)、具有链置换活性的DNA聚合酶以及核酸内切酶。并且,反应液在经过变性处理后被向吸附链抗生物素蛋白的流路 输送,放大后的遗传因子被固定在流路上。然后,使利用异硫氰酸荧光黄(FITC)修饰了末端的DNA探针 和固定后的遗传因子杂交。然后,将利用FITC抗体修饰了表面的金 胶体吸附在与固定后的遗传因子杂交后的探针上,对金胶体的浓度进 行光学测定,由此检测放大后的遗传因子。图l所示的检查用微型芯片2是由一张树脂制的芯片构成,通过 注入血液等的检体,在检查用微型芯片2内自动地进行遗传因子放大 反应和其检测,可同时对多项进行遗传因子诊断。检查用微型芯片2例如是在长宽为几厘米的芯片上只滴上2~3jil 左右的血液检体,通过将检查用微型芯片2安装在图l所示的检查装 置本体3上,由此进行放大反应及其检测。如图2所示,在检查用微型芯片2上形成有试剂收容部18,该试 剂收容部18收容用于遗传因子放大反应的试剂。即,如图3所示,在试剂收容部18a、 18b和18c中收容在作为检 测对象的遗传因子上进行特异杂交的经过生物素修饰的嵌合引物、具 有链置换活性的DNA聚合酶以及核酸内切酶等的试剂。在这种情况下,最好事先将试剂收容在试剂收容部18a、 18b和 18c中,以便在任何时间和地点都可以迅速地进行检查。为了防止内 置于检查用微型芯片2内的试剂等的蒸发、泄漏、混入气泡、污染、 变性等,对该试剂收容部18a、 18b和18c的表面进行密封处理。
而且,在保管检查用微型芯片2时,为了防止试剂随意从试剂收 容部18a、 18b和18c向细小的流路内漏出、试剂发生反应等,利用在 冷藏条件下进行固化或胶化,而在使用时一旦形成室温则溶化、成为 流动状态的物质,例如油脂等的密封材料进行密封。因此,微型泵11通过泵连接部12分别与试剂收容部18a、 18b和 18c的上游侧连接。通过这些微型泵ll,试剂从试剂收容部18a、 18b 和18c向下游侧的流路15a输送。在这种情况下,将微型泵11装入检查用微型芯片2以外的检查装 置本体3,将检查用微型芯片2安装在检查装置本体3上,由此从泵 连接部12起与检查用微型芯片2连接。但是,也可将微型泵ll事先 装在检查用微型芯片2的流路上。并且,这样的微型泵11最好使用压力泵。图5(a)是表示使用压 力泵的微型泵11的一例的剖视图,图5 (b)是其俯视图。在该微型泵11上具有基板42,该基板42形成有第一液体室48、 第一流路46、加压室45、第二流路47以及第二液体室49。并且设置 有层压在该基板42上的上侧基板41、层压在上侧基板41上的振动板 43、层压在振动板43的加压室45的相反侧的压电元件44以及用于驱 动压电元件44的驱动部(无图示)。图5 (c)是表示该微型泵11的其他实施例的剖视图。在该实施例 中,由硅基板71、压电元件44和无图示的挠性线构成微型泵11。硅 基板71是通过众所周知的影印法将硅片加工成规定形状而形成的,通 过腐蚀蚀刻形成加压室45、振动板43、第一流路46、第一液体室48、 第二流路47以及第二液体室49。在第一液体室48设置口部72,在第 二液体室49设置口部73,通过这些口部与检查用微型芯片2的泵连 接部12进行连通。根据这样构成的微型泵11,通过改变泵的驱动电压和频率,可控 制液体的输送方向和输送速度。通过这样构成的微型泵11,如图3所示,试剂从试剂收容部18a、 18b和18c经过液体输送控制部13向下游侧的流路15a输送,在流路15a内、混合状态稳定后,试剂混合液向分成三支的流路15b、 15c、 15d输送。即,流路15b向构成图2所示的左侧流路的与检体进行反应、检 测的系统连通。流路15c向构成图2的中间流路的与正控制进行反应、 检测的系统连通。而且,流路15d向构成图2的右侧流路的与负控制 进行反应、检测的系统连通。以下参照图2和图4主要就流路15b的流路进行说明。如图4所示,输送到流路15b的试剂混合液填充在储存部17a。 另外,如图6所示,在储存部17a的上游侧的逆流防止部(止回阀) 16和下游侧的液体输送控制部13a之间构成试剂填充流路,与液体输 送控制部13b—起构成试剂定量部,所述液体输送控制部13b设置在 与输送驱动液的微型泵11连通的分支流路上。即,试剂定量部将规定量的试剂混合液填充在由止回阀形成的逆 流防止部16和液体输送控制部13a之间的流路(试剂填充流路15a) 中。并且,设置从该试剂填充流路15a分支、与输送驱动液的微型泵 11连通的分支流路15b。并且,如下所述地进行试剂的定量输送。首先,通过以试剂31不 从液体输送控制部13a向前面通过的液体输送压力、从逆流防止部16 向试剂填充流路15a供给试剂31,来填充试剂31。然后,以允许试剂31从液体输送控制部13a向前面通过的液体输 送压力、通过微型泵11向从分支流路15b朝向试剂填充流路15a的方 向输送驱动液25,由此将填充在试剂填充流路15a内的试剂31从液 体输送控制部13a向前面推出,将试剂31定量地输送。另外,通过在 试剂填充流路15a上设置大容积的储存部17a来缩小定量的偏差。另一方面,如图4所示,从检体收容部20注入从血液或痰中提取 的检体,填充到储存部17b中。另外,虽然没有图示,但该检体收容 部20也可具有使检体和检体前处理液合流、进行检体前处理的检体前 处理部。并且,该检体收容部20是与上述试剂定量部大致相同的机构,通
过微型泵11定量地填充检体,向后续的流路15e定量输送液体。即,填充在储存部17a的检体和填充在储存部17b的试剂混合液 通过Y字形流路输送到流路15e,在该流路15e内混合并进行ICAN 反应。另外,理想的是,检体和试剂的输送例如交替驱动微型泵11,切 成圆片形地向流路15e交替导入检体和试剂混合液,使检体和试剂迅 速扩散、混合。并且,如图4所示,将反应停止液事先收容在停止液收容部21a, 通过微型泵11向流路15f输送反应停止液,通过混合利用经过生物素 修饰的引物(y,4^一)而进行放大反应后的反应液和停止液,使 》文大反应4亭止。然后,如图4所示,在流路15g将变性液收容部21b的变性液与 经过反应停止处理的混合液混合,使放大后的遗传因子变性成单链。 之后,在流路15h中混合收容在杂交緩冲剂收容部21c中的緩冲液, 将得到的混合液分别向对象物质检测用以及内部控制检测用的两个检 测部22a、 22b输送。这样,变性成单链的遗传因子通过被吸附在检测 部22a、 22b上的链抗生物素蛋白而固定在检测部22a、 22b上。通过一个泵11按照图示的顺序向该检测部22a内输送收容在各收 容部21d、 21f、 21e内的清洗液、DNA探针溶液以及由FITC抗体标 识的金胶体的溶液。同样,通过一个泵11按照图示的顺序向检测部 22b内输送收容在各收容部21d、 21g、 21e内的清洗液、内部控制用 DNA探针溶液以及由FITC抗体标识的金胶体的溶液。这样,使利用FITC将末端进行荧光标识的DNA探针与固定在检 测部22a、 22b上的单链的放大遗传因子杂交,之后通过FITC使金胶 体结合。例如,通过从LED照射测定光,利用光电二极管、光电倍增 管等的光检测装置检测透射光或反射光,以此来测定该结合后的金胶 体是否有放大或放大效率。另外,如图2和图3所示,流路15c向构成图2的中间流路的与 正控制反应、检测的系统连通,流路15d向构成图2的右侧流路的与 负控制反应、检测的系统连通。通过将试剂混合液向流路15c、 15d 输送,与上述流路15b的检体的反应、检测系统中的情况相同,在流 路内与试剂进行放大反应,然后,在流路内与收容在DNA探针收容 部的DNA探针杂交,根据该反应生成物检测放大反应。如图2 图4所示,在检查用微型芯片2的上述的流路上,在两条 流路合流的合流部设置多个防止液体逆流的逆流防止部16。该逆流防 止部16由阀芯通过逆流压关闭流路开口的止回阀、或利用阀芯变形装 置将阀芯向流路开口部按压、关闭开口部的能动阀构成,在这种情况下,作为目前的检查用微型芯片中的逆流防止部,如 专利文献3 (特愿2004-138959号)所示,提出了图10~图13所示结 构的止回阀。但是,该结构的止回阀具有上述问题。因此,在本发明中,将该逆流防止部形成为图7所示的结构。图7是模式地表示该逆流防止部的构成的检查用微型芯片的流路 的实施例的概略图。如图7所示,该检查用微型芯片50具有通过液体输送泵51的驱 动、从无图示的检体收容部输送液体的检体供给流路52。另一方面,具有通过液体输送泵53的驱动从无图示的第一试剂收 容部输送第一试剂的第一试剂流路54;和通过液体输送泵55的驱动 从无图示的另 一个第二试剂收容部输送第二试剂的第二试剂流路56。第 一试剂流路54和第二试剂流路56通过合流部57与试剂供给流 路59连通。并且,检体供给流路52和试剂供给流路59通过合流部58与反应 流路60连通。并且,在合流部57的上游的第二试剂流路56上设置有逆流防止 装置70。另外,符号61是排气孔,符号62是液体输送控制部。另外,上 述的结构虽然符号不同,但由于是与上述的图1 图6所示的各构成部 分相同的结构,因此省略其具体说明。
在这样的结构的检查用微型芯片50中,如下地设定流路阻力的关系。即,如图7所示,使逆流防止装置70的流路阻力为Rl,使第一 试剂流路54的流路阻力为R2,使试剂供给流路59的流路阻力为R3, 使反应流路60的流路阻力为R4。此时,将第二试剂流路56的逆流防止装置70的流路阻力Rl设定 成大于第一试剂流路54的合流部57、 58的上游和下游的流路、即第 一试剂流路54的流路阻力R2、试剂供给流路59的流路阻力R3以及 反应流路60的流路阻力R4的总和的整个流路阻力(R2+R3+R4)。即,将流路阻力设定成Rl> ( R2+R3+R4 )。在这样地防止逆流的第二试剂流路56 (—方的流路)中,将逆流 防止装置70的上游侧的流路阻力Rl设定成大于第一试剂流路54(另 一方的流路)中的合流部57、 58的上游和下游的流路阻力的总和的整 个流路阻力(R2+R3+R4)。因此,在将应从第一试剂流路54输送的液体向试剂供给流路59 输送时,由于该逆流防止装置70的流路阻力大于第一试剂流路54中 的合流部57、 58的上游和下游的流路阻力的总和的整个流路阻力 (R2+R3+R4),因此,可切实地防止液体向逆流防止装置70的上游 侧的第二试剂流路56逆流。并且,在将应从第二试剂流路56输送的液体向试剂供给流路59 输送时,通过利用大于该逆流防止装置70的流路阻力Rl的泵压P2 输送液体,可将应该输送液体从该第二试剂流路56起通过逆流防止装 置70、向试剂供给流路59输送。因此,将向第二试剂流路56的液体输送泵55的泵压P2i殳定成大 于向第一试剂流路54的液体输送泵53的泵压Pl的泵压,通过切换 这些液体输送泵53、 55,可切实地从第一试剂流路54和第二试剂流 路56将应输送的液体选择性地向试剂供给流路59输送,同时,可切 实地防止液体从试剂供给流路59向应防止逆流的第二试剂流路56逆 流。
并且,通过这样地切换液体输送泵53、 55,来自第一试剂流路54 的液体和来自第二试剂流路56的液体成为层流,在试剂供给流路59 内可有效地进行这些液体的混合。在这种情况下,如果考虑上述的逆流防止效果,则将R1设定成大 于(R2+R3+R4) 1~100倍,最好是5 30倍。并且,在从具有逆流防止装置70的流路阻力的第二试剂流路56 ( 一方的流路)向作为下游的流路的合流部的试剂供给流路59输送第 二试剂并储存(填充)该液体后,也可通过第一试剂流路54 (另一方 的流路)的第一试剂,将混合试剂进一步向下游推出。通过这样地构成,以逆流防止装置70为界,截断其上游和下游的 液体流动的相互作用,因此,可进行更精密的液体输送。并且,此时,如果不驱动向第二试剂流路56 (—方的流路)的液 体输送泵55,则通过逆流防止装置70的具有流路阻力的第一试剂流 路54(另一方的流路)的液体压力,将只向第二试剂流路56 (—方的 流路)产生一点逆流。为了防止这种情况,通过以小于第一试剂流路 54 (另 一方的流路)的液体输送泵53的压力驱动第二试剂流路56 ( — 方的流路)的液体输送泵55,可以防止上述的小的逆流。即,也可以从逆流防止装置的具有流路阻力的 一 方的流路向合流 部的下游输送试剂、检体或这些的混合液、处理液等,将该液体储存 在下游的流路中,然后,通过另一方的流路的液体将上述液体进一步 向下游推出。通过这样地构成,以逆流防止装置为界,截断其上游和下游的液 体流动的相互作用,因此,可进行更精密的液体输送。并且,此时,如果不驱动向一方的流路的液体输送泵,则通过(逆 流防止装置的具有流路阻力的)另一方的流路的液体压力,向一方的 流路仅产生一点逆流。为了防止这种情况,通过以小于另一方的流路 的液体输送泵的压力驱动一方的流路的液体输送泵,可以防止上述的 小的逆流。在这种情况下,另一方的流路的液体也可以不是试剂或检体,而
是用于推出这些的驱动液。另外,在上述的实施例中,将防止逆流的一方的流路作为第二试剂流路56,将另一方流路作为第一试剂流路54,但并不局限于这些组 合,因此,例如在检查用微型芯片上,将一方的流路作为与收容试剂 的试剂收容部连通的试剂流路使用,将另 一方的流路作为与收容检体 的检体收容部连通的检体流路,也可使用本发明的逆流防止结构。这样,通过将向试剂流路的液体输送泵的泵压设定成大于向检体 流路的液体输送泵的泵压,通过切换这些液体输送泵,可切实地将来 自试剂流路的试剂、来自检体流路的检体选择性地向合流流路输送, 同时,可防止逆流、防止来自合流流路的合流液体等向应防止污染试 剂收容部的试剂流路的逆流。并且,通过这样地切换液体输送泵,来自试剂流路的试剂和来自 检体流路的检体等成为层流,这些试剂和检体在合流流路内高效率地 混合,可进行正确的检查,可提供可靠性高的检查用微型芯片。在这种情况下,"流路阻力,,相当于流体通过流路进行流动时的压 力损失的系数。即,在使流量为Q、流体在流路中流动产生的压力损失为AP时, 流路阻力R (N's/m5)为R=AP/Q。在此,N为力(牛顿)、s为时间 (秒)。因此,"流路阻力"的值可通过向流路的入口施加压力、测定使流 体流动时的流量并用该流量除以该压力求出。例如,液体输送泵55的实效的内部流路阻力R2,可通过求出夫见 定的驱动电压下的流量Q和发生压力P,用R2二P/Q决定。尤其是,在诸如本发明的检查用微型芯片的细长的流路内,层流 占主导地位的情况下,流路阻力R为[算式lf(32xT]/ ( sxcj)2) }dL在此,T]为粘度、S为剖面积、(J)为等价直径、L为流路长度。另 外,在流路的剖面形状为长方形的情况下,若设流路的宽度为a、高
度为b,则 [算式21(J) = ( axb ) /{ ( a+b ) /2}因此,从该算式l、算式2中可看出,通过缩小剖面积S、增大流 路长度L,可增加流路阻力。因此,例如如图8(a)所示,逆流防止装置70由与下游侧的流 路80的流路剖面积Sl相比、流路剖面积S2小的逆流防止流路82构 成,同时,可使该流路加长。在这种情况下,如图8 (b)所示,通过使与下游侧的流路80的 流路剖面积Sl相比、流路剖面积S2小的逆流防止流路82弯曲等, 增加逆流防止流路82的流路长度,也可增大流路阻力。并且,如图9(a)所示,作为逆流防止装置70,也可形成设置挡 板部件84的逆流防止流路82,使流路剖面积S2小于下游侧的流路80 的流路剖面积Sl。而且,如图9(b)所示,作为逆流防止装置70,也可形成设置有 蛇紋状的细径部分86的逆流防止流路82, -使流路剖面积S2小于下游 侧的流路80的流路剖面积Sl 。另外,为了改变流路阻力,上述逆流防止装置70也可由逆流防止 流路构成,该逆流防止流路由流路阻力大于形成下游侧流路的材料的 流路阻力的材料形成。通过这样地构成,从下游侧的流路阻力小的材料形成的流路向流 路阻力大的材料形成的逆流防止流路的流路阻力增大,可切实地防止 从下游侧的合流流路起通过逆流防止流路向逆流防止流路的更上游侧 的流路的逆流。以上就本发明的理想的实施方式进行了说明,但本发明不局限于 此,例如,在上述的实施例中,作为检查遗传因子用的检查用微型芯 片,就ICAN法进行了说明,但其设置、形状、尺寸以及大小等可根 据检体的种类、检查项目等,在不超出本发明的目的的范围内进行各 种变化。
权利要求
1. 一种逆流防止结构,其特征在于,具有两条流路合流的合流 部以及设置在合流部上游的一方的流路上的逆流防止装置,将所述逆 流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的流路中的合流部的上游和 下游的流路阻力总和的整个流路阻力。
2. 如权利要求1所述的逆流防止结构,其特征在于,所述逆流防 止装置由流路剖面积小于下游侧的流路剖面积的逆流防止流路构成。
3. 如权利要求2所述的逆流防止结构,其特征在于,所述逆流防 止装置由具有设置在流路内的挡板部件的逆流防止流路构成。
4. 如权利要求1所述的逆流防止结构,其特征在于,所述逆流防 止结构是检查用微型芯片中的逆流防止结构。
5. —种检查用微型芯片,具有收容检体的检体收容部、收容试剂 的试剂收容部、具有使收容在所述检体收容部的检体和收容在试剂收 容部的试剂合流而进行规定的反应处理的反应流路的反应部、具有对 通过所述反应部的反应而得到的反应处理物质进行规定检查的检查流 路的检查部,这些检体收容部、试剂收容部、反应部、检查部在一连 串的流路上,从上游侧到下游侧通过流路连续地连接,其特征在于, 具有两条流路合流的合流部以及设置在合流部上游的 一 方的流路上的 逆流防止装置,将所述逆流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的 流路中的合流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。
6. 如权利要求5所述的检查用微型芯片,其特征在于,将试剂、 检体、或者它们的混合液、处理液等从所述一方的流路向合流部的下 游输送,将该液体储存在下游的流路中,然后,利用另一方的流路的 液体将所述液体进一步向下游推出。
7. 如权利要求5所述的检查用微型芯片,其特征在于,所述逆流 防止装置由流路剖面积小于下游侧的流路剖面积的逆流防止流路构 成。
8. 如权利要求7所述的检查用微型芯片,其特征在于,所述逆流 防止装置由具有设置在流路内的挡板部件的逆流防止流路构成。
9. 如权利要求5所述的检查用微型芯片,其特征在于,所述检体 收容部具有使检体和检体前处理液合流、进行检体前处理的检体前处理部。
10. —种检查装置,可自由拆装地安装有权利要求5所述的检查 用微型芯片,进行检查用微型芯片的检查部中的检查。
全文摘要
一种逆流防止结构,具有在两条流路合流的合流部、设置在合流部的上游的一方的流路上的逆流防止装置,将上述逆流防止装置的流路阻力设定成大于另一方的流路中的合流部的上游和下游的流路阻力总和的整个流路阻力。
文档编号B01J19/00GK101146607SQ20068000979
公开日2008年3月19日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年3月31日
发明者东野楠, 中岛彰久, 山东康博 申请人:柯尼卡美能达医疗印刷器材株式会社
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