真空下的微芯片的制作方法

真空下的微芯片的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种微芯片，并且该微芯片被配置为包含用于分析的试样溶液。该微芯片包括：流道，被维持在低于大气压的压力水平，以允许该试样溶液通过流道流动；以及压力指示部，被配置检测压力水平的变化。还提供了一种微芯片装置和制造微芯片的方法。
【专利说明】真空下的微芯片

【技术领域】
[0001]本技术涉及一种微芯片。更具体来说，本技术涉及一种用于通过将溶液导入设置在微芯片内的区域来分析溶液内包含的物质或物质的反应生成物的微芯片。

【背景技术】
[0002]近年来，通过在半导体产业中应用微细加工技术，已经开发出了其中在由硅或者玻璃制成的基板上设置有用于化学分析或生物学分析的流道(channel，流路)或阱的微芯片。微芯片可被用来执行使用少量试样的分析并且允许对其一次性使用(用完即弃)。因此，微芯片被特别是用于生物学分析，在生物分析学中，处理贵重微量试样或大量的分析物。
[0003]微芯片的一个应用例是光检测系统，其中，物质被导入设置在微芯片内多个区域，然后对物质或其反应生成物进行光学检测。这种类型的光学检测系统包括:电泳系统，其中，多种物质被微芯片的流道内的电泳分离，并因此对分离的各物质进行光学检测；和反应系统(比如:核酸扩增系统)，其中，多种物质之间的反应可发生在微芯片的阱内，然后对反应生成物进行光学检测。
[0004]使用微芯片进行分析具有以下问题。由于提供微量的试样，因此很难将试样溶液导入阱或流道内。另外，存在于阱等之内的空气可能会阻碍导入试样溶液或需要更多时间。此外，在导入试样溶液时，在阱等内部可能会产生气泡，这样，会分散导入阱等内的试样溶液的量，造成分析精度可能降低。此外，在涉及加热试样的分析中，残留在阱等之内的气泡可能会膨胀，从而移动试样溶液或阻碍反应。这会降低分析的精度和效率。
[0005]为了便于把试样溶液导入微芯片内，专利文献(PLT) I公开了 “a microchipwherein the inside of reg1ns into which to introduce a solut1n is set at anegative pressure in relat1n to an atmospheric pressure，，。在i亥微芯片内，通过针头将试样溶液注入器内部设定在负压的区域内，这样使得通过负压将试样溶液吸入区域内。因此，可在短时间内容易地实现导入。
[0006]引用列表
[0007]专利文献
[0008][PTLI]JP 2011-163984A


【发明内容】

[0009]技术问题
[0010]当以上提及的微芯片在空气中长时间存储后，空气可能浸透到微芯片内部，从而减小了微芯片内部和外部之间的压力差。在这种情况下，可能失去导入试样溶液的足够吸引力。因此，本技术旨在提供一种在导入试样溶液前能检查其内部压力的微芯片。
[0011]问题解决方案
[0012]为了解决上述问题，根据本技术，提供一种微芯片，包括:内部相对大气压设置在负压的区域，和提示该区域内的气压状态的压力指示部(pressure indicat1n sect1n)。
[0013]该区域优选包括基于弹性形变具有自密封性的基板层。
[0014]另外，压力指示部可包括基板层。
[0015]压力指示部可包括填充有气体并根据外部压力的变化膨胀或收缩的弹性构件。
[0016]此外，压力指示部可具有颜色根据气体和/或湿度变化而变化的材料。
[0017]压力指示部可设置在微芯片的外表面。
[0018]此外，微芯片可包括显示施加到区域内部的热量的历史的热历史指示部(athermal history indicat1n sect1n)。
[0019]根据本技术，提供一种被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片。微芯片包括:压力水平维持在低于大气压的流道，从而使得试样溶液通过流道流动；和被配置为检测压力水平变化的压力指示部。还提供了一种微芯片装置和制造微芯片的方法。
[0020]发明的有利效果
[0021]根据本技术，提供了一种具有通过其可以可视检查微芯片内的压力状态的指示部的微芯片。

【专利附图】

【附图说明】
[0022]图1示出了用于说明根据本技术第一实施方式的微芯片Ia的配置的示意图。
[0023]图2示出了用于说明将试样溶液导入微芯片Ia中的方法传导示意图。
[0024]图3示出了用于说明微芯片Ia的压力指示部5指示压力状态的方法的示意图。
[0025]图4为用于说明根据本技术第二实施方式的微芯片Ib的配置的示意截面图。
[0026]图5为用于说明根据本技术第三实施方式的微芯片Ic的配置的示意截面图。
[0027]图6为用于说明根据本技术第四实施方式的微芯片Id的配置的示意截面图。
[0028]图7为用于说明微芯片Id的变形例的配置的示意截面图。
[0029]图8示出了用于说明微芯片Id的热历史指示部6内指示热历史的方法的示意图。
[0030]图9示出了用于说明微芯片Id的热历史指示部6内基于实时指示热历史的方法的示意图。

【具体实施方式】
[0031]现在，将对实施本技术的优选实施方式进行描述。顺便提及，下面所述实施方式为本技术的代表性实施方式，不能因为这些实施方式而狭隘的解释本技术的范围。将按照下面的顺序进行描述。
[0032]1.根据第一实施方式的微芯片
[0033](I)微芯片Ia的配置
[0034](2)试样溶液导入微芯片Ia内的方法
[0035](3)在微芯片Ia的压力指示部5的指示方法
[0036]2.根据第二实施方式的微芯片
[0037](I)微芯片Ib的配置
[0038](2)在微芯片Ib的压力指示部5的显示方法
[0039]3.根据第三实施方式的微芯片
[0040]4.根据第四实施方式的微芯片
[0041](I)微芯片Id的配置
[0042](2)微芯片Ie的配置
[0043](3)在热历史指示部6的指示方法
[0044]1.根据第一实施方式的微芯片
[0045](1)微芯片Ia的配置
[0046]图1示出了用于说明根据本技术第一实施方式的微芯片Ia的配置的示意图。图1的⑷为俯视图，图1的⑶为与图1的⑷的P-P截面对应的示意截面图。
[0047]如图1的(A)所示，在微芯片Ia内布置有用作试样溶液内所包含的物质或物质的反应生成物的分析场的阱41、42、43、44和45。各个阱通过流道31、32、33、34或35与导入部2连通。另外，微芯片Ia设置有压力指示部5，充气体51包含在压力指示部5内。附带地，在下面微芯片Ia的说明中，通过流道31供给试样溶液的五个阱将统称为阱41。同样，分别通过流道32、33、34和35供给试样溶液的五个阱的组分别统称为阱42、43、44和45。
[0048]根据该实施方式要导入微芯片Ia内的试样溶液是指含有分析物或与另一物质反应从而生成分析物的物质的溶液。分析物的实例包括核酸(比如:DNA、RNA等)、缩氨酸和含有抗体的蛋白质。另外，包含分析物的生物试样，(比如:血液)，其本身或其稀释溶液可被用作要导入微芯片Ia内的试样溶液。此外，采用微芯片Ia的分析技术的实例包括其中利用核酸扩增反应的那些分析技术，比如:其中执行温度循环的常规PCR(聚合酶链反应)法或者不涉及任何温度循环的各种恒温扩增法。
[0049]微芯片Ia由三个基板层11、12和13组成(见图1的(B))。如图1的⑶中的示意截面图示例性的，基板层12设置有上述提及的导入部2、流道31、32、33、34和35以及阱41、42、43、44和45。使得试样溶液流动的这些区域将称为“反应区域R”。
[0050]此外，基板层12设置有压力指示部5。根据本技术的微芯片内的压力指示部5是指显示反映反应区域R内气压水平的变化的检测构件等与收容检测构件等的容器或包含检测构件等的材料的组合。压力指示部5的配置将在下面(2)中描述。在根据该实施方式的微芯片Ia内，充气体51被用作检测构件，基板层12的一部分配置为收容充气体51的容器。在微芯片Ia内，反应区域R和压力指示部5彼此不连通，而是独立设置在微芯片Ia内。
[0051]基板层13设置有用于把试样溶液导入微芯片Ia内的导入端口 21。另一方面，基板层11的与导入端口 21相对的表面未设置任何开口部分。因此，微芯片Ia内的反应区域R不与外部连通。
[0052]作为用于基板11、12和13的材料，可使用玻璃或各种塑料。优选地，基板层11由弹性材料形成，然而，基板层12和13各自由不透气材料形成。利用由弹性材料(比如--聚二甲基硅氧烷(PDMS))形成的基板层11，试样溶液可通过后面将描述的试样溶液导入法轻易导入导入部2内。另一方面，利用各自由不透气材料(比如:聚碳酸酯(PC))形成的基板层12和13，可防止导入阱41、42、43、44和45内的试样溶液在加热情况下蒸发时通过透过基板层11而消失(防止溶液流失)。附带地，在光学分析根据本技术的微芯片Ia的各个阱内保持的物质的情况下，优选给各基板层选择透光性、自发荧光少、波长色散少的材料、并因此产生的光学误差少的材料。
[0053]用于基板层的弹性材料的实例不仅包括:硅酮弹性体，例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))而且还包括:丙烯酸弹性体、聚氨酯弹性体、氟弹性体、苯乙烯弹性体、环氧弹性体和天然橡胶。
[0054]可被采用于形成基板层的不透气材料的实例包括:玻璃、塑料、金属和陶瓷。塑料的实例包括=PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯；丙烯酸树脂)、PC(聚碳酸酯)、PS(聚苯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、二甘醇二烯丙基碳酸酯、SAN树脂(苯乙烯-丙烯腈共聚物)、MS树脂(MMA-苯乙烯共聚物)、TPX(聚(4-甲基戊烯-1))、聚烯烃、SiMA(硅氧烷基甲基丙烯酸酯单体)-MMA共聚物、SiMA-含氟的单体共聚物、硅酮大分子单体(A)-HFBuMA(七氟丁基甲基丙烯酸酯)-ΜΜΑ三元共聚物、和双取代的聚乙炔聚合物。金属的实例包括:铝、铜、不锈钢(SUS)、硅、钛和钨。陶瓷的实例包括:三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氧化钛(T12)、氧化锆(ZrO2)和石英。
[0055]可采用已知的技术把导入部2、流道31、32、33、34和35以及阱41、42、43、44和45制造到基板层12内。已知的技术比如可以是玻璃制基板层的湿法蚀刻或干法蚀刻或塑料制基板层的纳米压印、注射制模或切削加工。此外，导入部2等可在基板层11内形成。
[0056]基板层11、12和13的层压可通过已知的方法来实施，例如，热熔解、粘着剂、阳极粘合、粘着片粘合、等离子活性化粘合和超声粘合。另外，在相对大气压的负压下执行基板层11、12和13的层压，可把反应区域R内的压力设置在相对大气压的负压(比如:1/100气压)。在弹性和透气性材料(比如:PDMS)用于基板层11的情况下，让基板层11和12的层压承受负压(真空)确保反应区域R内的空气通过透过基板11排除，这样，可把反应区域R的内部设置在相对大气压的负压(真空)。此外，在微芯片Ia内，与反应区域R —样，收容充气体51的压力指示部5的内也可被设置在相对大气压的负压(真空)。
[0057](2)试样溶液导入微芯片Ia内的方法
[0058]在微芯片Ia内使用由弹性材料形成的基板层11的情况下，试样溶液比如可通过可在其尖端安装针头等的注射器被导入微芯片Ia内。图2的(A)和图2的(B)是通过放大图1的(B)所示导入部2附近区域示出将试样溶液导入微芯片Ia内的方法的示图。
[0059]在导入试样溶液过程中，首先，与装有试样溶液的注射器附接的针头N的尖端穿过导入部21，并刺穿基板层11 (见图2的(A))。当针头B的一部分达到导入部2时，微芯片Ia内部和微芯片Ia外部(注射器的内部)之间的压力差使注射器内的试样溶液通过针头N的内腔并被吸入导入部2内。因此，导入导入部2内的试样溶液通过流道33流动，到达用作分析场的阱43(未示出)。这样，利用反应区域R的内部设置在相对大气压的负压并通过可刺穿材料形成的基板层密封，因此可轻易把试样溶液导入微芯片Ia内。
[0060]在导入试样溶液后，从微芯片Ia拔出针头N(见图2的⑶的箭头Y)。在这种情况下，如果基板层11由具有基于弹性形变的自密封性材料形成，则由于针头N刺穿在基板层11内形成的通孔P可通过基板层11的弹性形变自然密封。在本技术中，通过基板层11的弹性形变自行密封通孔P被定义为基板层的“自密封性”。随着通孔P密封，防止混入微芯片Ia内反应区域R空气。
[0061](3)微芯片Ia的压力指示部5的指示方法
[0062]如上所述，例如，可通过在负压下层压基板层11、12和13把微芯片Ia的内部设置成相对大气压的负压。但是，由于通过刺穿导入试样溶液或相同的原因，很难通过不透气材料形成的基板层12和13完全覆盖微芯片Ia的外表面；因此，在导入部21和侧表面S，基板层11暴露于外部(见图1的(B))。因此，生产后的微芯片Ia在大气压下的保管可能引起空气通过基板层11浸透到微芯片Ia的反应区域R，微芯片Ia内的气压随着时间的推移增高，从而不大可能获得用于导入试样溶液的足够吸引力。鉴于此，微芯片Ia设置有显示气压状态的压力指示部5，反映反应区域R内的气压变化。参照图3的㈧和图3的(B)，下面将对压力指示部5进行详细描述。
[0063]图3的(A)和图3的⑶为微芯片Ia的示意俯视图。图3的(A)使出了当相对大气压把微芯片Ia内的反应区域R设置在负压时压力指示部5的状态。在压力指示部5内，收容有用作检测构件的充气体51，其变化反映反应区域R内的气压变化。充气体51为天然橡胶或合成橡胶等弹性构件，填充有诸如空气或氮气的气体。另外，充气体51的一部分可被固定到压力指示部底面52 (见图1的(B))。在反应区域R在相对大气压的负压的条件下，以充气体51具有覆盖压力指示部底面52的足够体积的这种方式利用气体对充气体填充。
[0064]图3的(B)示出其中空气已经浸透入微芯片Ia的反应区域R并且反应区域R内的气压已经接近大气压的状态。进入反应区域R的空气的浸透通过基板层11发生。因此，与浸透入反应区域R—样，空气也浸透入利用基板层11部分密封的压力指示部5，如图1的(B)所示。在空气浸透入压力指示部5时，充气体51周围的气压升高。在反应区域R和压力指示部5相对大气压各自在负压的条件下，根据充气体51的内部和周围之间的压力差，由于充气体51内封入的气体体积减小，因此已经覆盖压力指示部底面52的充气体51收缩(见图3的(B))。充气体51收缩反映了压力指示部5内的气压变化。反应区域R和压力指示部5均被配置为在其至少一部分包括透气的基板层11。因此，与浸透入压力指示部5类似，由于空气也浸透入反应区域R中，所以充气体51的体积减少也反映了反应区域R内的气压变化。
[0065]在构成微芯片Ia的基板层11、12和13是各自由透光材料形成的情况下，可从微芯片Ia的外部可视地检查收容在压力指示部5中的充气体51和压力指示部底面52。例如，如图3的(B)所示，在压力指示部底面52上初步画出参考线53。如图3的(A)所示，在反应区域R相对大气压在负压下并且微芯片Ia的内部和外部之间存在用于导入试样溶液的足够压力差的情况下，由于参考线53被充气体51覆盖，因此不能可视地确定参考线53。另一方面，如图3的(B)所示，当反应区域R内气压升高到不适合导入试样溶液的状态并且充气体51收缩时，参考线53显现。这样，微芯片Ia内的压力指示部5反映出反应区域R内的气压变化并显示反应区域R内的气压状态。换言之，由压力指示部5指示的气压状态为微芯片Ia的反应区域R内的负压的维持度。
[0066]在压力指示部底面52上设置参考线53的方法并不是限制性的，还可采用其他方法。比如，充气体51可以是有色的，其体积可通过视觉确认，从而使用检查的体积作为反应区域R内气压的指示或估计。另外，可在压力指示部底面52上印上“不可使用”等文字，用作参考线53的替代物。可预先计算反应区域R内气压和充气体51的体积之间的相关性来确定压力指示部底面52上画的参考线53或文字的大小和位置的码尺(yardstick)或充气体51的体积的码尺。
[0067]微芯片Ia内布置压力指示部5的位置不限于图1的㈧和图1的⑶所示的位置。压力指示部5设置在微芯片Ia内并且其至少一面由弹性材料形成的基板层(比如:基板层11)组成就足够。由于用作通过其空气浸透入反应区域R的通路的基板层11还设置用于压力指示部5，因此浸透入压力指示部5的空气的量近似于浸透入反应区域R的空气的量。因此，压力指示部5内的充气体51的体积变化反应了反应区域R内的气压。
[0068]附带地，也是在其内部和外部之间的压力差由于空气浸透入反应区域R而降低的微芯片Ia保管在负压下以使得微芯片Ia再次排出空气到可对其导入试样溶液的状态情况下，设置在微芯片Ia内的压力指示部5可用作判断反应区域R内气压的码尺。
[0069]在根据该实施方式的微芯片Ia内，与反应区域R—样，设置有其至少一面由弹性基板层组成的压力指示部5，这样，确保在压力指示部5内也产生与空气浸透到反应区域R产生的气压变化近似的变化。因此，压力指示部5反映了反应区域R内的气压状态，这样，可通过压力指示部5视觉检查反应区域R内的气压状态。在微芯片Ia内，可通过压力指示部5轻易知道反应区域R内的气压状态，这样，可判断微芯片Ia是否适合进行分析。由于可在导入试样溶液前确定微芯片Ia的状态，因此可防止错误消耗贵重的试样的发生。
[0070]2.根据第二实施方式的微芯片
[0071](I)微芯片Ib的配置
[0072]图4为用于示出根据本技术第二实施方式的微芯片Ib的配置的示意截面图。除了布置压力指示部5的位置和收容在压力指示部5内的检测构件之外，微芯片Ib的配置与第一实施方式的一样。与第一实施方式的那些配置相同的配置与上面使用相同的参考符号表示，其描述将省略。另外，构成微芯片Ib的基板层11、12和13的材料与微芯片Ia的基板层的用相同的参考符号表不的材料相同。
[0073]微芯片Ib内的压力指示部5设置在基板层13上，并构成微芯片Ib的外表面。压力指示部5收容检测材料54，代替第一实施方式所述的充气体51。检测材料54为颜色通过与气体(比如:氧气)反应或响应于湿度变化的材料。作为检测材料54，例如，可以使用当氧化时显示颜色变化的无色染料或通过吸湿显示颜色变化的硅胶等。此外，这些检测材料54可揉捏在接着被固定附接至微芯片Ib的外表面的合成树脂等内，或涂布在接着被粘着在微芯片Ib的外表面的膜等上。可替代地，检测材料54可包含在透气和透光的合成树脂等制成的容器内，容器可固定附接至微芯片Ib的外表面。
[0074](2)在微芯片Ib的压力指示部5的指示方法
[0075]微芯片Ib被配置为使得例如在相对大气压的负压下通过层压基板层11、12和13把反应区域R设置在相对大气压的负压。当该状态下的微芯片Ib在金属等材料形成的保存容器内保持时，可轻松保持反应区域R的气密性。但是，当保存容器放置于大气中时，空气逐渐浸透入保存容器，这样，空气也很快浸透入微芯片Ib的内部。鉴于此，微芯片Ib设置有压力指示部5来检测浸透入保存容器的空气或湿气。下面将对在压力指示部5的指示方法进行描述，其中，通过使用检测材料54反映微芯片Ib的反应区域R内的气压变化并显示气压的状态。下面的描述将基于氧化还原色素被用作检测材料54的示例性情况。
[0076]氧化还原色素包含进行氧化反应时显示颜色变化的色素。当空气浸透入保存容器并到达压力指示部5时，因此，检测材料54内含的氧化还原色素显示颜色变化。另一方面，氧化还原色素也包含还原剂。这样确保在排气的条件下，色素的氧化反应停止，并且由于内部存在的还原剂的作用，色素显示还原状态对应的颜色。检测材料54被收容在压力指示部5内，从微芯片Ib外可视觉确认检测材料54的颜色变化。因此，从保存容器取出微芯片Ib时通过检查压力指示部5的颜色变化，可判断微芯片内的气压变化。
[0077]与设置在第一实施方式的压力指示部5不同的是，微芯片Ib的压力指示部5通过与微芯片Ib外的空气反应显示变化。但是，由于微芯片Ib存储在保存容器内，浸透入微芯片Ib内的空气是首先已浸透入保存容器的空气。保存容器内空气的检测反映了进入到微芯片Ib的反应区域R内的空气的浸透。初步计算检测材料54颜色变化和微芯片Ib的反应区域R内气压之间的相关性(correlat1n)。这样,可确保微芯片Ib的压力指示部5反映反应区域R内的气压变化并显示反应区域R内的气压状态。附带地，可通过使用氧化还原色素在压力指示部5上印刷等来设置“不可使用”等文字。通过这种方法，例如，可通过文字的出现代替颜色变化来在压力指示部5上显示反应区域R内的负压维持度。
[0078]微芯片Ib上的布置上述压力指示部5的位置并不限于图4所示的位置。优选地，压力指示部5以暴露在微芯片Ib外的方式设置在构成微芯片外表面的基板层(比如:基板层12和13)内或上面。利用设置在这个位置的压力指示部5，可通过压力指示部5检测进入收容微芯片Ib的保存容器的空气的浸透。
[0079]当根据该实施方式的微芯片Ib在存储在保存容器后取出时，可通过检查压力指示部5来判断反应区域R内气压是否为相对大气压的负压，以达到能导入试样溶液的程度。因此，可在导入试样溶液前检查微芯片Ib内的负压维持度，这样，可避免错误消耗贵重的试样。
[0080]3.根据第三实施方式的微芯片
[0081]图5为示出根据本技术第三实施方式的微芯片Ic的配置的示意截面图。除了布置压力指示部5的位置之外，微芯片Ic的配置与第一和第二实施方式的那些配置一样。与第一和第二实施方式相同的配置与上面使用相同的参考符号表不，其描述将被省略。此外，构成微芯片Ic的基板层11、12和13的材料与微芯片Ia的用相同的参考符号表不的基板层的材料相同。
[0082]如图5所示，微芯片Ic在两个位置设置有压力指示部5。一个压力指示部5位于弹性的基板层11和构成微芯片Ic的外表面的基板层12之间。即，该压力指示部5设置在与第一实施方式所述的压力指示部5相同的位置。在设置在微芯片Ic内的压力指示部5内，与第二实施方式所述的压力指示部5内的检测材料54类似，所包含的检测材料54通过与空气反应显示颜色变化。
[0083]另一方面，另一压力指示部5设置在基板层13内并构成微芯片Ic的外表面。即，该压力指示部5设置在与第二实施方式所述的压力指示部5相同的位置。在该压力指示部5内收容有充气体51。以与第一实施方式所述的压力指示部5相同的方式，充气体51的体积随着周围压力的变化而变化。
[0084]两个位置的压力指示部5内收容的并被操作为感测压力变化或空气的构件和材料并不限于图5所示的组合；该构件和材料也可以都是充气体51或者都是检测材料54。此夕卜，可采用其中微芯片Ic外设置的压力指示部5内含检测材料54并且微芯片Ic内设置的压力指示部5收容充气体51的配置。
[0085]布置两个压力指示部5的位置并不限于图5所示的微芯片Ic内的位置。优选地，如第一和第二实施方式所示，这些位置为压力指示部5被布置在微芯片Ic内部和外部的位置。此外，在该实施方式的微芯片Ic内，布置的压力指示部5的数量没有限制。
[0086]在根据该实施方式的微芯片Ic内，压力指示部5设置在两个位置，一个在外部，一个在内部。这样确保在微芯片Ic在大气压下保管和保存容器内保管的两种情况下，在导入试样溶液前可轻易判断反应区域R内的气压是否在导入试样溶液的充分范围内。
[0087]4.根据第四实施方式的微芯片
[0088](I)微芯片Id的配置
[0089]图6为示出根据本技术第四实施方式的微芯片Id的配置的示意截面图。除了设置有热历史指示部6之外，微芯片Id的配置与第一实施方式的那些配置一样。与第一实施方式相同的配置以上面使用的相同的参考符号表不，其描述将被省略。此外，构成微芯片Id的基板层11、12和13的材料与微芯片Ia的用相同的参考符号表不的基板层的材料相同。
[0090]如图6所示，微芯片Id的热历史指示部6设置在基板层13上并构成微芯片Id的外表面。热历史指示部6具有检测材料61，通过检测材料61来检测温度变化，比如:加热或冷却。通过其感测温度变化的材料的实例包括:能够通过氧化还原反应显示颜色变化的无色染料，下面将对其进行描述。其他实例包括:金属盐的热分解、金属络合物的结晶转移和液晶的分子配向的(orientat1n)变化。这些响应于温度变化而显示颜色变化,并因此可用作检测材料61。
[0091]检测材料61可收容在合成树脂等形成的容器内并设置在微芯片Id的外表面上。可替代地，在设置在微芯片Id表面上之前，检测材料可揉捏在其他材料内或涂布在膜等的表面。或者，检测材料61可通过喷墨系统设置在微芯片Id的外表面上。
[0092]在微芯片Id用于涉及加热步骤的分析(比如:PCR)的情况下，热历史指示部6的检测材料61内含的色素等显示颜色变化，从而指示已经被置于加热状态中的微芯片Id的热历史。在微芯片Id加热的情况下，为了均匀加热设置在微芯片Id内的阱43等，可采用通过从与基板层11,12和13垂直的方向挟持(holding)微芯片Id对微芯片Id加热的加热系统。在这种情况下，热历史指示部6和加热系统相互接触。当设置有凹凸图案(ruggedpattern)的加热器被布置在与热历史指示部6接触的加热系统表面上，只有凹凸图案的凸部与热历史指示部6接触。因此，热历史指示部6只有通过凸部接触的部分显示色彩变化。这样，通过利用加热系统的加热器，热历史指示部6可设置有文字(比如:字母、数字、标记等)、符号、一维或二维条形码符号、图案等。
[0093]设置在微芯片Id上的热历史指示部6的数量没有限制。可在微芯片Id表面上的不同位置设置多个热历史指示部6，从而可检查是否均匀加热微芯片Id。
[0094](2)微芯片Ie的配置
[0095]图7为用于说明微芯片Id的变形例的微芯片Ie的配置的示意截面图。除了布置热历史指示部6的位置之外，微芯片Ie的配置与微芯片Id的那些配置一样。与微芯片Id相同的配置以与上面所使用的相同的参考符号表示，其描述将省略。另外，构成微芯片Ie的基板层11、12和13的材料与微芯片Ia的用相同的符号表不的基板层的材料相同。
[0096]在图7所示的微芯片Ie内，热历史指示部6与设置作为用于导入微芯片Id中的式样溶液的分析场的阱设置在相同的基板层12内。热历史指示部6具有检测材料，比如:无色染料，其响应于温度变化(比如:加热或冷却)显示颜色变化。基板层12的一部分被配置为包含检测材料61的容器。因此，微芯片Ie内的热历史指示部6可指示热历史，以反映了分析场(比如:讲43)内的温度变化。
[0097]布置热历史指示部6的位置并不限于图7所示的位置。但是，优选的是，热历史指示部6与设置作为用于包含在试样溶液内的分析物的分析场的阱43等设置在相同的基板层12内并靠近阱43。附带地，本技术的热历史定义为不仅包括热历史(比如:加热存在与否)、加热次数等，还包括基于实时的微芯片Ie的温度条件。
[0098]设置在微芯片Ie内的热历史指示部6内含的检测材料可以是多种响应于温度的不同的色素，多种色素可在热历史指示部6内均衡(aligned)或相互混合。检测材料61的微胶囊(microcapsules)便于多种检测材料61的混合。比如,在5摄氏度或以上显示色彩变成红色的色素和在40摄氏度或以上显示色彩变成黑色的色素可相互混合。这样确保当热历史指示部6保存在低温时，其是无色的，这样，可确定微芯片Ie的保存状态。当热历史指示部6变红时，可确定微芯片Ie已经达到室温。此外，当加热系统处理微芯片Ie并且热历史指示部6变黑时，可确定微芯片Ie的温度已经升高。比如，在采用把微芯片Ie加热到60摄氏度进行分析的步骤情况下，可在室温到60摄氏度的范围内设计并制备作为检测材料61的色素的响应温度。这样确保即使在不清楚是否已经加热微芯片Ie的情况下，可通过色素的颜色视觉检查区分微芯片Ie是使用过的(a used one)。
[0099]热历史指示部6内检测材料61的颜色变化可通过视觉检查判断。此外，可采用通过设置在光学分析系统内的分光光度计等数字显示色彩变化的另一配置来显示为温度值或适当转换获得“使用过”等文字形式。
[0100](3)热历史指示部6的指示方法
[0101]下面将通过无色染料L作为示例并参照图8和图9对通过感测微芯片Id或其变形例的微芯片Ie内热历史指示部6内的内部温度变化来显示热历史的方法进行描述。图8和图9示意性示出了热历史指示部6内包含的检测材料61的示意图。
[0102]当氧化时，无色染料L显示色彩变化。因此，氧化无色染料L的试剂和无色染料L一起用作显影剂D。图8的(A)示出了微芯片Id、Ie加热前的状态。无色染料L和显影剂D以包含并分散于固化状态的相变材料B (粘合剂)内的状态保持。图8的(B)示出了微芯片Id加热后的状态。当相变材料B通过加热达到相变温度时，发生相变；具体来说，相变材料B已被固熔(solid melts)。因此，将逐渐易于相变材料B内含的无色染料L和显影剂D耦接在一起。通过与显影剂D耦接，无色染料L被氧化，从而显示色彩变化。图8的(C)示出了图8的⑶加热后的微芯片ld、le再次冷却到常温的状态。相变材料B再次固化，从而阻碍无色染料L和显影剂D相互分离，使得无色染料L的色彩与加热时的色彩一样。
[0103]如图8的(A)到图8的(C)所示，包含无色染料L的材料收容在热历史指示部6内，从而可在加热时和加热后检查微芯片Id、Ie是否被使用过。
[0104]无色染料L的实例包括:结晶紫([4- {双(4- 二甲氨基苯基)亚甲基} -2，5-环己二烯-1-亚基]二甲基氯化铵)。结晶紫通过固体酸性物质进行内酯环的裂解，然后被质子化，从无色状态变成紫色。具有内酯环的无色染料的其他实例包括:酚酞和百里酚酞。酚酞在中性条件为无色，在碱性条件下为红色，而百里酚酞在中性条件下无色，在碱性条件下为蓝色。
[0105]另外，显影剂D的实例包括:显影无色染料的固体酸性物质。显影剂D的具体实例包括:双酚A(2，2-双(P-羟苯基)丙烷)。相变材料B的实例包括二丁基苯酚(2，6- 二-叔-丁基苯酌.)。
[0106]根据要使用微芯片ld、le的方法，选自具有适当的相变温度的那些材料的相变材料B等就已足够。相变材料B的实例包括:二丁基苯酚(2，6- 二-叔-丁基苯酚)。相变材料B的相变温度可通过选择组成材料而变化。由于相变材料B在其相变温度以上熔解，从而可控制检测材料61的响应温度。具体来说，通过选择相变材料B的类型，无色染料L和显影剂D可固化成互相耦接的状态并且还可固化成分散(相互分离)的状态。
[0107]比如，可通过以下方法调制将用于检测材料61的色素，其中，还原状态的结晶紫和双酚A分散混合成二丁基苯酚的熔解状态、生成的混合物涂布到基板上并通过冷却固化混合物。由于二丁基苯酚的熔点为35到38摄氏度，加热到40摄氏度会造成调制的固化物熔解。造成结晶紫和双酚A相互作用，结晶紫被氧化，从而显影。冷却该系统使得结晶紫处在氧化状态，从而保存显影的颜色。
[0108]图8的(D)示出了检测材料61在其中无色染料L和显影剂D已经初步耦接在一起的状态。图8的(E)示出了微芯片Id、Ie加热后的状态。当相变材料B通过加热达到相变温度时，发生相变；具体来说，相变材料B已经被固熔。在无色染料L和显影剂D处于耦接的状态相变材料B被固化的情况下，加热便于无色染料L和显影剂D彼此分离。分离时，显影剂D的作用减弱，无色染料L达到还原状态。当加热后再冷却时，无色染料L和显影剂D固定成加热时的状态类似的状态，这样，无色染料L保持未显影的状态(图8的(F))。
[0109]另一方面，通过使用熔点比相变材料B的相变温度高的显影剂D，也可以可逆的显示无色材料L的色彩变化。图9的(A)使出了微芯片ld、le加热前的状态。无色染料L和结晶化显影剂D包含在固化状态的相变材料B内并保持分散状态。图9的(B)示出了微芯片ld、le加热后的状态。当温度升高到显影剂D的熔点时，相变材料B已被固熔，已经是结晶化的显影剂D也被熔解，变成能够与无色染料L耦接。因此，无色染料L被氧化，产生色彩(hue)变化。图9的(C)示出了图9的⑶加热后的微芯片Id再次冷却到常温的状态。在冷却的过程中，显影剂D首先再结晶化，使其失去了与无色染料L之间的相互作用，从而无色染料L再次变色。然后，固化相变材料B。
[0110]作为相变材料B，例如，可以使用已经将疏水性残基(比如:长链烷基)与其链接的纤维素。相变材料B可在相变温度下达到亲水性状态和疏水性状态之间的过渡。在比相变温度高的温度下，相变材料B熔解，这样纤维素被松开，生成无色染料L和显影剂D的亲水性环境，造成颜色变化。在低温下，纤维素结晶化，这样在疏水性残基的作用下，在相变材料B内生成疏水性环境。在这种情况下，无色染料L和显影剂D之间失去相互作用，造成颜色可逆的变化。
[0111]还可通过混合检测材料61和脱色剂Q来实现可逆的颜色变化。如图9的(D)所示，在比相变材料B的相变温度低的温度下，无色染料L和显影剂D保持耦接在一起。在比相变温度高的温度下，分散状态的脱色剂Q造成无色染料L和显影剂D的分散，从而产生颜色变化(图9的(E))。然后，当温度再次设置在相变温度以下时，脱色剂Q结晶化，使得无色染料L和显影剂D再次相互耦接，产生可逆的颜色变化(图9的(F))。脱色剂Q的已知实例包括具有偶氮甲碱链路的有机物(R-CH = N-R’，其中R和R’为各种有机基团)
[0112]如图9所示，当包含无色染料L的能够可逆的色彩变化的材料收容在热历史指示部6时，也可基于实时的视觉确认微芯片ld、le内的温度变化。
[0113]为了在热历史指示部6引起颜色变化，例如，除了加热之外，也可使用通过加热系统对微芯片ld、le施加压力。例如，填充有无色染料的微胶囊和填充显影剂D的微胶囊以并排(aligned)方式排列的热历史指示部6设置在微芯片Id的外表面。在这种情况下，压力的施加造成热历史指示部6内的两种微胶囊破裂，从而无色染料L和显影剂D相互混合，
产生颜色变化。
[0114]在根据该实施方式的微芯片Id及其变形例的微芯片Ie内，除了上述提及微芯片内的压力变化之外，还能够确认热历史。由于通过处理基板层等生产的微芯片具有精细的内部结构，因此很难视觉检查导入微芯片的试样溶液。在微芯片ld、le内，由于热历史指示部6的存在，可轻易判断微芯片是否使用过。此外，在热历史指示部6设置在与设置有阱43等基板层相同的基板层内的情况下，可实时检查分析场内的温度变化。
[0115]附带地，提供热历史指示部6的微芯片不限制于内部设置成相对大气压的负压的微芯片。热历史指示部6可设置在微芯片内，使得其内部和外部的压力相等。
[0116]本技术可采取下面的配置。
[0117](I) 一种微芯片，包括:其内部相对大气压设置在负压的区域，以及显示该区域内气压状态的压力指示部。
[0118](2)根据上述段落(I)所述的微芯片，其中，该区域包括具有基于弹性形变的自密封性的基板层。
[0119](3)根据上述段落(2)所述的微芯片，其中，压力指示部包括基板层。
[0120](4)根据上述段落⑴到(3)任一项所述的微芯片，其中，压力指示部包括填充有气体并根据外部压力变化膨胀或收缩的弹性部件。
[0121](5)根据上述段落⑴到(3)任一项所述的微芯片，其中，压力指示部具有其颜色随着气体和/或湿度变化而变化的材料。
[0122](6)根据上述段落⑴或(2)任一项所述的微芯片，其中，压力指示部设置在微芯片的外表面。
[0123](7)根据上述段落(I)到(6)任一项所述的微芯片，包括:热历史指示部，其显示施加给该区域内部的热的历史(history of heat)。
[0124](8) 一种被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片，该微芯片包括:
[0125]被维持在比大气压低的压力水平的流道，使得试样溶液通过该流道流动；以及
[0126]被配置为检测压力水平的变化的压力指示部。
[0127](9)根据(8)所述的微芯片，还包括:包含被配置为允许将试样溶液导入微芯片的自密封材料的基板层。
[0128](10)根据(9)所述的微芯片，其中，压力指示部的至少部分与自密封材料接触。
[0129](11)根据(10)所述的微芯片，其中，压力指示部被置于微芯片的内表面上。
[0130](12)根据(9)所述的微芯片，还包括:包括压力指示部和流道的第二基板层。
[0131](13)根据⑶所述的微芯片，其中，压力指示部包含检测与压力水平的变化相关的气体或湿度的材料。
[0132](14)根据⑶所述的微芯片，其中，压力指示部包含被配置为响应于压力水平的变化的弹性材料。
[0133](15)根据(14)所述的微芯片，还包括:参考线。
[0134](16)根据(15)所述的微芯片，还包括:被配置为检测压力水平的变化的多个压力指示部。
[0135](17)根据(16)所述的微芯片，其中，第一压力指示部包括被配置为响应于压力水平的变化的弹性材料，并且其中，第二压力指示部被配置为检测与压力水平的变化相关的气体或湿度。
[0136](18)根据(17)所述的微芯片，其中，第一压力指示部被置于微芯片的内表面上，并且第二压力指示部被置于微芯片的外表面上。
[0137](19)根据(17)所述的微芯片，其中，第一压力指示部被置于微芯片的外表面上，并且第二压力指示部被置于微芯片的内表面上。
[0138](20)根据(8)所述的微芯片，其中，压力指示部被置于微芯片的内表面和外表面的至少一个表面上。
[0139](21)根据⑶所述的微芯片，还包括:被配置为检测与微芯片相关的温度变化的热历史指示部。
[0140](22)根据(21)所述的微芯片，其中，热历史指示部位于微芯片的内表面上。
[0141](23)根据(22)所述的微芯片，其中，压力指示部位于微芯片的内表面上。
[0142](24)根据(21)所述的微芯片，其中，热历史指示部位于微芯片的外表面上。
[0143](25)根据(8)所述的微芯片，还包括:与流道连通的阱，其中，阱被配置为用作分析场。
[0144](26)根据(25)所述的微芯片，还包括:与一个或多个阱连通的多个流道。
[0145](27) 一种微芯片装置，包括:被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片，其中，所述微芯片包括:流道，被维持在低于大气压的压力水平，以允许所述试样溶液通过所述流道流动；以及压力指示部，被配置为检测所述压力水平的变化。
[0146](28) 一种制造被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片的方法，所述方法包括:提供包括被维持在低于大气压的压力水平以允许所述式样溶液通过流道流动的所述流道的所述微芯片，以及包括被配置为检测所述压力水平的变化的压力指示部的所述微芯片。
[0147]工业应用性
[0148]属于本技术的微芯片确保了在导入试样溶液前可容易检查微芯片内的压力状态。因此，属于本技术的微型芯片是适于应用的，例如，利用微量式样的同时涉及加热步骤的分析，例如，核酸扩增反应。
[0149]参考符号列表
[0150]B:相变材料；D:显影剂；L:无色染料；N:针头；P:通孔；Q:脱色剂；R:反应区域；S:侧表面；la、lb、lc、ld、le:微芯片；11、12、13:基板层；2:导入部；21:导入端口 ；31、32、33、34、35:流道；41、42、43、44、45:阱；5:压力指示部；51:充气体；52:压力指示部底面；53:参考线；54:检测材料；6:热历史指示部；61:检测材料。
【权利要求】
1.一种被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片，所述微芯片包括: 流道，被维持在低于大气压的压力水平，以允许所述试样溶液通过所述流道流动；以及 压力指示部，被配置检测所述压力水平的变化。
2.根据权利要求1所述的微芯片，进一步包括:基板层，所述基板层包含被配置为允许将所述试样溶液导入所述微芯片的自密封材料。
3.根据权利要求2所述的微芯片，其中，所述压力指示部的至少一部分与所述自密封材料接触。
4.根据权利要求3所述的微芯片，其中，所述压力指示部被置于所述微芯片的内表面。
5.根据权利要求2所述的微芯片，进一步包括:包括所述压力指示部和所述流道的第二基板层。
6.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述压力指示部包含检测与所述压力水平的变化相关的气体或湿度的材料。
7.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述压力指示部包含被配置为对所述压力水平的变化作出响应的弹性材料。
8.根据权利要求7所述的微芯片，进一步包括:参考线。
9.根据权利要求1所述的微芯片，进一步包括:被配置为检测所述压力水平的变化的多个压力指示部。
10.根据权利要求9所述的微芯片，其中，第一压力指示部包含被配置为对所述压力水平的变化作出响应的弹性材料，并且其中，第二压力指示部被配置为检测与所述压力水平的变化相关的气体或湿度。
11.根据权利要求10所述的微芯片，其中，所述第一压力指示部被置于所述微芯片的内表面，并且所述第二压力指示部被置于所述微芯片的外表面。
12.根据权利要求10所述的微芯片，其中，所述第一压力指示部被置于所述微芯片的外表面，并且所述第二压力指示部被置于所述微芯片的内表面。
13.根据权利要求1所述的微芯片，其中，所述压力指示部被置于所述微芯片的内表面和外表面的至少一个表面上。
14.根据权利要求1所述的微芯片，进一步包括:被配置为检测与所述微芯片相关的温度变化的热历史指示部。
15.根据权利要求14所述的微芯片，其中，所述热历史指示部被置于所述微芯片的内表面。
16.根据权利要求15所述的微芯片，其中，所述压力指示部被置于所述微芯片的内表面。
17.根据权利要求14所述的微芯片，其中，所述热历史指示部被置于所述微芯片的外表面。
18.根据权利要求1所述的微芯片，进一步包括:与所述流道连通的阱，其中，所述阱被配置为用作分析场。
19.根据权利要求18所述的微芯片，进一步包括:与一个或多个阱连通的多个流道。
20.一种微芯片装置，包括:被配置为包含用于分析的试样溶液的微芯片，其中，所述微芯片包括:流道，被维持在低于大气压的压力水平，以允许所述试样溶液通过所述流道流动；以及压力指示部，被配置为检测所述压力水平的变化。
21.一种制造微芯片的方法，所述微芯片被配置为包含用于分析的试样溶液，所述方法包括:提供包括被 维持在低于大气压的压力水平以允许所述试样溶液通过流道流动的所述流道的所述微芯片以及包括被配置为检测所述压力水平的变化的压力指示部的所述微芯片。
【文档编号】B01L3/00GK104080536SQ201380007380
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月30日 优先权日:2012年2月6日
【发明者】松本真宽, 大西通博, 加藤义明, 渡边俊夫 申请人:索尼公司