專利名稱：微芯片和用于微芯片的通道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微芯片和用于微芯片的通道結(jié)構(gòu)。更具體地，例如， 本發(fā)明涉及設(shè)置有用于執(zhí)4亍化學(xué)和生物分析的通道或多個通道并 且在通道中由鞘液(sheath liquid )的層流包圍樣品液的層流的條件 下進行液體供給(liquid feeding )的《效芯片。
背景技術(shù)：
近年來，；徵芯片得到了發(fā)展，其中，通過用在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中的 微加工技術(shù)的應(yīng)用來設(shè)置用于執(zhí)行化學(xué)和生物分析的區(qū)域和/或通 道或多個通道。這些微芯片已經(jīng)開始被用于液相色譜法的電化學(xué)檢 測器、醫(yī)療H務(wù)站的小型電4匕學(xué)傳感器等。
將使用這種微芯片的分析系統(tǒng)稱為p-TAS (微全分析系統(tǒng))、 片上實驗室、生物芯片等，并且作為可以在速度、效率和集成度方 面"R高化學(xué)和生物分析或者可以減小分析裝置尺寸的4支術(shù)而引人注目。期望將能夠以少量樣品進行分析以及能夠任意使用微芯片的
的p-TAS具體應(yīng)用于處理珍貴的微量樣品或大量標(biāo)本的生物分析。
p-TAS的應(yīng)用實例是微粒分析技術(shù)，其中，在配置在微芯片上 的通道內(nèi)光學(xué)、電或,茲分析諸如細胞和微珠的微粒特性。在孩i粒分 析技術(shù)中，還進行基于^f鼓粒分析結(jié)果的從;微粒中分離收集滿足預(yù)定 條件的種群。
例如，日本專利/>開第2003-107099號(下文稱作專利文獻1 ) 公開了 "具有用于引入含有微粒的溶液的通道和配置在引入通道的 至少一個側(cè)面上的鞘流形成通道的孩t粒分離孩史芯片"。獨L粒分離孩吏 芯片還具有"獨Ui測量部，用于測量所引入的獨W立；至少兩條孩吏 粒分離通道，設(shè)置在微粒測量部的下游側(cè)以執(zhí)行微粒的分離收集； 以及至少兩個電一及，i殳置在,人纟鼓粒測量部直至孩t粒分離通道的通道 端口開口附近以4空制孩i4立的移動方向"。
通常，專利文獻1中所公開的微粒分離孩i芯片被設(shè)計為通過"三 叉通道，，形成流體層流，該三叉通道具有用于引入含有孩M立的溶液 的通道和兩個鞘流形成通道(參見該文獻的"圖l")。
圖13A和圖13B示出了通常的三叉通道結(jié)構(gòu)(圖13A)以及由 通道結(jié)構(gòu)形成的樣品液和鞘層流(圖13B)。在三叉通道中，可以 通過沿圖中虛線箭頭方向由通道102、 102引入的鞘液層流從左側(cè) 和右側(cè)夾置沿圖13A實線箭頭方向穿過通道101的樣品液層流。此 時，如圖13B所示，可以通過通道中心來供應(yīng)樣品液層流。順便提 及，在圖13B中，用實線描述4羊品液層流，用虛線描述通道結(jié)構(gòu)。
在專利文獻l中公開的微粒分離微芯片中，三叉通道保證從左 側(cè)和右側(cè)由鞘液流來夾置含有孩i粒的溶液，并且使孩i粒通過微粒測量部的通道中心流動。因此，在光學(xué)測量樣i粒的情況下，例如，可 以用測量光精確地照射每個樣史粒。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)圖13A和圖13B所示的三叉通道，通過鞘液層流從左側(cè) 和右側(cè)夾置樣品液層流，從而相對于夾置方向(圖13A和圖13B 中的Y軸正負方向)，可以在通道中偏移至任意位置的狀態(tài)下供應(yīng) 樣品液層流。然而，對于其他方向，例如，通道的垂直方向(圖13A 和圖13B中的Z軸正負方向)，4艮難控制才羊品液的進液位置。才奐句 話iJt，在圖13A和圖13B所示的三叉通道中，4又能夠形成Z軸方 向上的長方形(oblong)(截面中)的才羊品層流。
因此，具有才艮據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三叉通道的孩i芯片具有以下問題 例如，在使作為樣品液體的含有微粒的溶液通過通道流動并經(jīng)受光 學(xué)分析的情況下，沿通道的垂直方向(深度方向)存在微粒的供給 位置的偏差。因此，難以通過測量光精確地照射每個4鼓粒。
具體地，在分析諸如血球細胞的細胞的情況下，以在通道的底 面上滾動的方式供應(yīng)細力包，并且在通道的垂直方向(深度方向)上 存在細胞供應(yīng)位置和測量光的焦點位置之間的巨大差異，從而引起 分析精度的降低。
因此，需要這樣的微芯片，其中，也可以沿通道的垂直方向(深 度方向)實現(xiàn)通過鞘液層流夾置(包圍)才羊品液層流并且可以獲得
高精度分析。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種微芯片，包括通道，允許 鞘液流過其中；以及孩t管，用于將樣品液體引入流過通道的鞘液的 層流中。在微芯片中，通過微管將樣品液體引入鞘液的層流，從而可以在通過鞘液層流包圍樣品液層流的條件下執(zhí)4亍液體供給。作為 ^微管，可以以成束狀態(tài)配置多個^f敬管，并且可以經(jīng)由多個^f敖管中的 至少一個引入才羊品液體。
在《鼓芯片中，通道可以具有其垂直于液體供給方向的截面面積 沿著液體供纟會方向逐漸或逐步減少的縮小部。通過縮小部，在層流 的層流寬度縮小的同時〗吏鞘'液層流和才羊品液層流通過。
優(yōu)選地，縮小部纟皮形成為其垂直于液體供纟合方向的截面面積逐 漸減小。尤其期待的是，縮小部的通道底面和通道頂面中的一個謬皮 形成為傾殺牛表面。通過形成為傾殺牛表面的縮小部的通道底面和通道 頂面中的一個，在朝向《鼓芯片的上側(cè)或下側(cè)偏移并^皮縮小的同時可 以 <吏鞘液層流和才羊品液層流通過。
另夕卜，可以^吏縮小部中的通道底面和通道頂面老|5形成為傾殺牛表 面。此夕卜，通道底面和通道頂面中的至少一個可以形成為類階梯形 狀，佳J尋垂直于液體供給方向垂直的截面面積逐步減小。此外，可 以以沿著液體供纟會方向逐漸或逐步收縮的方式形成通道側(cè)壁。
在微芯片中，可以由允許電壓被施加在其上的金屬形成微芯 片。通過由允許電壓^皮施加在其上的金屬形成的孩史管，可以將電荷 賦予樣史管內(nèi)流動的才羊品液。
在這種情況下，通道可設(shè)置有從通道的縮小部的下游側(cè)的通道
開始分支的分支通道，乂人而在分支通道的分支部處，可以通過i殳置 在分支部處的電極來控制給予電荷的樣品液的流動方向。
此夕卜，通道可i殳置有流體引入部，該流體引入部至少從一個側(cè) 面連接分支部的上游側(cè)的通道，并且通過其可以將氣體和絕緣液中 的任一種流體？ 1入通道，從而在通過經(jīng)由流體卩1入部引入的流體分成液滴的同時可以使穿過通道的鞘液層流和樣品液層流通過?；?者，可選地，可以設(shè)置能夠?qū)α鬟^微管的樣品液給予壓力差的壓電 元件，乂人而可以以液滴化的狀態(tài)(以已^皮分成液滴的狀態(tài))將沖羊品 液引入流過通道的鞘液層流。通過這種配置，含有孩t粒的樣品液可
以被液滴化同時祐:給予電荷，這4吏得可以在分支部處控制液體供給方向。
根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，4是供了其上均可以安裝上述樣i芯片 的液體分析裝置和微粒分離裝置。
另外，根據(jù)另一實施例，提供了一種通道結(jié)構(gòu)，包括允許流 體流過其中的通道以及用于將另 一 流體引入流過通道的液體層流 的微管。通過該通道結(jié)構(gòu)，可以在由流過通道的流體的層流包圍通 過微管引入的另一流體的層流的條件下執(zhí)行流體供給。此外，才艮據(jù) 本發(fā)明的又一實施例，提供了用于微芯片通道的液體供給方法，其 中，通過《效管將才羊品液引入流過通道的鞘液層流，并且在通過鞘液 層流包圍樣品液層流的條件下執(zhí)行液體供給。
在液體供給方法中，利用通過允許電壓施加在其上的金屬^:管 給予樣品液的電荷，可將樣品液引入流過具有分支部的通道的鞘液 層流，/人而在通道的分支部處，可通過i殳置在分支部處的電才及來控 制才羊'液的;危動方向。
在這種情況下，可以將氣體和絕緣液體中的任一種流體引入鞘 液層流和沖羊品液層流穿過的通道，/人而可以將正在流動的鞘液層流 和樣品液層流分成液滴，同時可通過金屬微管對樣品液給予電荷。 或者，可選地，可通過壓電元件將壓力差施加^會流過樣i管的樣品液， 乂人而可以以液滴的狀態(tài)將沖羊品液引入流過通道的鞘液層流，同時可 通過金屬微管對樣品液給予電荷。通過這種結(jié)構(gòu)，可以使含有微粒的樣品液進4于液滴化，同時^j"4羊品液給予電荷，,人而控制分支部處 的液體供纟會方向。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，才是供了還可以沿通道的垂直方向 (深度方向)實現(xiàn)通過鞘液層流夾置(包圍)樣品液層流并且可以 獲得高精度分析的微芯片。


圖1是示出才艮據(jù)本發(fā)明實施例的孩i芯片1的結(jié)構(gòu)的簡化頂面
圖2A和圖2B是示出在微芯片1中的通道內(nèi)部形成的鞘液層 流和樣品液層流的截面示意圖，其中，圖2A示出了圖1的》文大圖 的截面P-P,圖2B示出了截面Q-Q;
圖3是以成束狀態(tài)配置的多個孩i管(microtube)中的每一個的 截面示意圖，該圖對應(yīng)于圖1的方文大圖的截面Q-Q;
圖4A和圖4B是示出在微芯片1中的縮小部的上游側(cè)(圖4A) 和下游側(cè)(圖4B)上的鞘液層流和才羊品液層流的截面示意圖，其 中，圖4A示出了圖2的截面R廣R!，以及圖4B示出了截面R2-R2;
圖5A和圖5B是示出沿液體供給方向逐步減少與液體供給方 向垂直的截面面積的縮小部的結(jié)構(gòu)的截面示意'圖6A-圖6C是示出用于制造微芯片1的方法實例的概念圖7是示出用于通過利用根據(jù)本發(fā)明實施例的微芯片2分離包 含在樣品液中的樣i粒的方法的概念圖，其中，通過允許電壓施加在 其上的金屬來形成微管。圖8是示出孩史芯片2中用于液滴化樣本液的壓電元件的布置位 置的截面示意圖9A和圖9B是示出才企測部表面部分凹陷的孩史芯片2的結(jié)構(gòu) 的簡化透視圖10是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的微芯片3的結(jié)構(gòu)的簡化頂面
圖IIA和圖11B是以放大形式示出微芯片3的連接部的示意 圖，其中，圖IIA是頂面圖，圖IIB是沿包含微管的ZX平面截取 的截面圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的液體分析裝置(微粒分離裝 置)的結(jié)構(gòu)的示意圖；以及
圖13A和圖13B是示出普通的三叉通道結(jié)構(gòu)(圖13A)和由 此形成的液體層流狀態(tài)(圖13B)的簡化透^L圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖描述用于實現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。順i"更4是 及，下文所述的實施例為本發(fā)明的典型示例性實施例，這些實施例 不^L用于狹義地解釋本發(fā)明。
1.樣￡芯片
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的微芯片的結(jié)構(gòu)的簡化頂面圖。
由圖1中的標(biāo)號l表示的孩允芯片在其中i殳置有包括彎曲部lll、 112、 113、 114的通道11,其中，通道11以約90度彎曲。在圖1中，標(biāo)號12表示用于將鞘液引入通道11的鞘液進口，標(biāo)號13表 示用于將鞘液等排出至通道ll外部的出口。通過鞘液進口 12引入 通道ll的鞘液被供給并在彎曲部111、 112、 113、 114以約90度偏 移并經(jīng)由出口 13 4非出。
(1-1 )微管
在通道11的彎曲部112處，配置用于將樣本液引入流過通道 11的鞘液層流的樣史管14。在圖1中，標(biāo)號15表示用于將^f羊品液引 入微管14的樣品液進口，標(biāo)號141表示通道11側(cè)端處的微管14 的開口，標(biāo)號142表示^f品液進口 15側(cè)端處的孩i管14—的開口。 乂人 樣品液進口 15向開口 142提供的樣品液流過孩史管14，以經(jīng)由開口 141引入流過通道11的鞘液層流。
因此，在微芯片1中，通過微管14將樣品液引入穿過通道11 的鞘液層流，從而，可以在通過鞘液層流包圍樣品液層流的條件下 執(zhí)行液體供給。
(1-2)縮小部
在圖1中，標(biāo)號115表示i殳置在通道11中的縮小部?？s小部 115被形成為其垂直于液體供給方向的截面面積沿著從通道11的上 游側(cè)朝向其下游側(cè)的方向逐漸減小。具體地，形成縮小部115的通 道側(cè)壁，^f吏得通道尺寸沿著液體供主會方向在圖中Y軸方向上逐漸收 縮。因此，可以將縮小部115的形狀看作在頂面圖中寬度逐漸減小 的類紡錘形。對于該形狀，縮小部115保證在沿圖中Y軸方向縮小 層流寬度的同時可以^f吏革肖液層流和沖羊品液層流通過。jt匕夕卜，^口此形 成縮小部115以^吏通道底面為沿著下游方向在深度方向(圖中的Z 軸方向)上變高的傾4牛表面。這確^呆了在深度方向上也可以縮小層 流寬度(下文將對此進行詳細描述)。2.通過孩i管形成層流
圖2A和圖2B是示出形成在通道11內(nèi)部的鞘液層流和樣品液 層流的示意圖。圖2A是與圖1的》文大圖的截面P-P相對應(yīng)的截面 示意圖，并以放大形式示出了微管14的開口 141和通道11的縮小 部115。圖2B是與圖1的》文大圖的截面Q-Q相對應(yīng)的截面示意圖， 并以;改大形式示出了,人通道的下游側(cè)正面，見察的開口 141。
如圖2A所示，通過微管14將樣品液引入穿過通道11的鞘液 層流(參見圖中的標(biāo)號T)， /人而在通過鞘液層流T包圍^^品液層 流(參見圖中的標(biāo)號S )的條件下可以執(zhí)行液體供給。
圖2A和圖2B示出了i殳置孩i管14以^f吏其中心^皮定位為與通道 11的中心同軸的情況。在這種情況下，將才羊品液層流S引入穿過通 道11的鞘液層流T的中心。可通過調(diào)整通道11中微管14的布置 位置來4壬意地-沒置才羊品液層流S在鞘液層流T中的形成位置。
另外，圖2A和圖2B示出了將微管14配置為單管的情況。微 管14不限于這種配置。例如，如圖3所示，樣t管14可以為一束多 個管(圖中為四個管)。在將一束管用作-敞管的情況下，例如，可 通過樣吏管14a、 14b、 14c、 14d中的4壬意一個引入才羊品液，也可以 通過樣i管14a、 14b、 14c、 14d中的其他樣史管引入除樣品液和鞘液 之外的其他溶劑。順便提及，圖3示出了通過集成形成四個微管14a、 14b、 14c、 14d來實現(xiàn)成束的情況。
更具體地，例如，可以考慮以下才莫式，其中，通過4鼓管14a引 入含有微粒的樣品液，并通過微管14b、 14c、 14d引入能夠與樣史粒
反應(yīng)的含有物質(zhì)的溶液，從而使孩i粒與形成在通道11內(nèi)部的層流 中的物質(zhì)進行反應(yīng)。能夠與微粒反應(yīng)的物質(zhì)的實例包括結(jié)合至微粒 表面的抗體以及能夠與孩t粒進行化學(xué)反應(yīng)的化合物。如稍后將描述的，在〗吏含有孩M立的卩容液作為才羊品液流過通道并 使微粒經(jīng)受光學(xué)分析和/或取樣的情況下，可以在形成樣品液層流時 1入結(jié)合至微粒表面的抗體，從而可以基于由結(jié)合至樣t粒的抗體所 擁有的熒光標(biāo)簽來執(zhí)行微粒的分析和/或取樣。此外，在引入能夠與 微粒進行化學(xué)反應(yīng)的化合物的情況下，能夠在通道11內(nèi)部檢測微
粒和化合物之間的反應(yīng)，并基于反應(yīng)的存在與否"^M于孩吏粒的分析和
/或取樣。
一起成束的微管數(shù)量可以為兩個以上，并且可以根據(jù)引入的樣 品液和溶劑的數(shù)量任意地設(shè)置數(shù)量。另外，在通道11側(cè)端的相對 側(cè)的每個微管的開口處，設(shè)置與樣品液進口 15類似的用于提供各 種樣本液或溶劑的結(jié)構(gòu)。
3.通過縮小部縮小層流寬度
縮'J、部115 #皮形成為其垂直于液體供給方向的截面面積沿著通 道的下游方向逐漸減小。具體地，如圖2A所示，形成縮小部115, 以l吏其通道底面為沿著下游方向在圖中的Z軸方向上變高的傾4牛表 面。該形狀確保了向縮小部115供給的鞘液層流和樣品液層流穿過 同時朝向;f效芯片l的上表面?zhèn)绕撇⒃趫D中的Z軸方向上層流寬度 縮小。
圖4A和圖4B是示出在縮小部115的上游側(cè)(圖4A)和下游 側(cè)(圖4B )上的鞘液層流和樣品液層流的示意圖。圖4A是與圖2A 中的截面R4-R!相^f應(yīng)的截面示意圖，圖4B是與圖2A中的截面
R2-R2相對應(yīng)的截面示意圖。
如上面參照圖l描述的，以沿著下游方向在Y軸方向上尺寸逐 漸減小的類紡^t垂形形狀形成縮小部115。另外，如上面參照圖2A 和圖2B描述的，將縮小部115的通道底面形成為在沿著下游方向在z軸方向上變高的傾4+表面。因此，縮小部115#:形成為其垂直 于液體供纟合方向的截面面積沿著通道的下游方向減小，/人而4吏鞘液
層流T和樣品液層流S穿過同時沿著Y軸和Z軸方向縮小層流寬 度并且朝向孩i芯片1的上側(cè)(沿圖4A和圖4B中的Z軸正向)偏 移。具體地，如圖4B所示， -使圖4A所示的鞘液層流T和樣品液 層流S穿過同時其層流寬度在縮小部115中^皮縮小。
因此，在鞘液層流和樣品液層流的層流寬度縮小的同時執(zhí)^f亍液 體供給。這確保了例如在使含有微粒的溶液作為樣品液流過通道并 進行微粒的光學(xué)分析的情況下，可以用測量光精確地照射如此縮小 的樣品液層流中的孩吏粒。具體地，根據(jù)縮小部115，不〗義可以沿孩i 芯片1的水平方向(圖1中的Y軸方向)而且可以沿垂直方向(圖 2A和圖2B中的Z軸方向)縮小樣品液層流的層流寬度。因此，在 通道11深度方向上的測量光的焦點位置可以精確地與^f敬粒的進液 位置一致。因此，能夠用測量光精確地照射孩i粒，乂人而獲得高測量 靈敏度。
還可以通過形成縮小部115的通道底面和通道頂面來完成鞘液 層流和樣品液層流的層流寬度的這種縮小。另外，如圖5A所示， 在縮小部115中，可以沿著下游方向以類階梯形狀形成通道頂面(和 /或通道底面)。在這種情況下，還以在頂—見圖中其尺寸沿Y軸方向 逐步減小的類階梯形狀形成縮小部115。當(dāng)縮小部115^皮形成為其 垂直于液體供纟合方向的截面面積沿著通道的下游方向逐步減小,人 而縮小層流寬度時，得到了形成縮小部115的優(yōu)點。
如稍后將描述的，通過玻璃制成的基板層的濕蝕刻或干蝕刻或 通過樹脂制成的基板層的納米壓印技術(shù)或注塑成型或切割來執(zhí)行 配置在微芯片1中的縮小部115等的形成。在這種情況下，與形狀 為類階梯形狀的情況相比，縮小部115的形狀為傾斜表面的情況下更容易4丸行縮小部115的形成，具體地，可以通過才幾械加工或光刻 更容易地實現(xiàn)這種形成。
例如，在枳4成加工情況下，為了形成作為傾殺牛表面的縮小部 115，可能需要通過以幾微米為單位重復(fù)地往復(fù)移動鉆機來執(zhí);f亍切 割，這樣很費力。另外，鉆機更容易磨損，并且可能在切割部生成 毛邊。另一方面，在以1又具有幾個臺階的類階4弟形狀形成縮小部115 的情況下，容易執(zhí)行切割，鉆機磨損小，并且不太可能生成毛邊。 此外，在光刻的情況下，以4又具有幾個臺階的類階梯形狀形成縮小 部115，重復(fù)CAD處理和光刻處理的次H可以大大降^f氐，并且可以 減少制造時間和成本。
在通過形成縮小部115實現(xiàn)縮小以使其垂直于液體供給方向的 截面面積沿著下游方向逐步減小的情況下，如圖5B所示，垂直截 面的面積也可以減少至與以單個臺階縮小之后的層流寬度相對應(yīng) 的面積。at匕夕卜，在這種情況下已經(jīng)確f人，可以沿Y壽由和Z軸方向縮 小鞘液層流T和樣品液層流S而不生成湍流。
這里，可以想象，當(dāng)通道11形成為截面尺寸充分小的通道并利 用小直徑的微管14將樣品液引入穿過通道11的鞘液層流時，可形 成層流寬度預(yù)先縮小的鞘液層流和沖羊品液層流。然而，在這種情況 下，微管14的直徑減小產(chǎn)生了包含在樣品液中的微粒堵塞微管14 的問題。
在樣么芯片l中，通過所i殳置的縮小部115，可以在利用樣i管14 形成才羊品液層流和鞘液層流之后進^亍層流寬度的縮小，其中，該擲: 管的直徑與包含在樣品液中的微粒的直徑相比充分大。因此，可以 消除上述孩i管14阻塞的問題。順便提及，本實施例中的"微粒"廣義地包括諸如細胞、微生 物、脂質(zhì)體等的微觀生物微粒以及諸如乳膠微粒、凝膠微粒、工業(yè) 孩史粒等的合成纟鼓粒子。
微觀生物粒子包括構(gòu)成各種細胞的染色體、脂質(zhì)體、線粒體、 細胞器官等。這里，細胞包括動物細胞(血球細胞等)和植物細胞。 微生物包括諸如大腸桿菌等的細菌、諸如煙草花葉病毒等的病毒以 及諸如酵母等的真菌。此外，微觀生物粒子還可以包括諸如核酸、 蛋白質(zhì)及其合成的微觀生物高聚物。例如，工業(yè)微?？梢允怯袡C或 無機聚合體材料、金屬等。有機聚合體材料包括聚苯乙烯、苯乙烯 -乙蹄基苯和聚甲基丙烯酸曱酯。無機聚合體材料包括玻璃、硅石和 磁材料。金屬包括膠體金和鋁。這些微粒的形狀通常為球形，但也 可以為非球形。此外，微粒的尺寸、質(zhì)量等不被具體限制。
可以根據(jù)包含在將被分析的樣品液中的微粒的直徑，根據(jù)需要
i殳置微管14的內(nèi)徑。例如，在血液^皮用作樣品液并對血球細胞進 行分析的情況下，微管14的合適內(nèi)經(jīng)約為10pm~ 500)am。另夕卜， 可以根據(jù)反映將被分析的微粒直徑的微管14的內(nèi)徑，根據(jù)需要設(shè) 置通道11的寬度和深度。例如，在孩t管14的內(nèi)徑約為10 pm ~ 500 (am的情況下，優(yōu)選地，通道11的寬度和深度均約為100 pm ~2000 fim。順便提及，微管的橫截面形狀不限于圓形，而可以為諸如橢圓 形、四邊形和三角形的4壬意形;)犬。
在縮小部115中縮小之前的鞘液層流和樣品液層流的層流寬度 可以根據(jù)如上設(shè)置的通道11的寬度和深度以及微管14的直徑而變 化。在這種情況下，可以根據(jù)需要通過調(diào)節(jié)與縮小部115的液體供 給方向垂直的截面面積將層流寬度縮小至任意的層流寬度。例如， 在圖2中，假設(shè)縮小部115的通道長度為L且通道底面的傾斜角為 ez,則縮小部115中的鞘液層流T和才羊品液層流S的層流寬度的縮
18小寬度為L.tan6z。因此，可以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)通道長度L和傾斜角 度0z來設(shè)置任意的縮小寬度。此外，假設(shè)圖1中Y軸方向上縮小
部115的通道側(cè)壁的收縮角分別為0Yi和0Y2，則通過將這些收縮角
i殳置為等于傾殺牛角ez,可以如圖4A和圖4B所示等向性;也減少并 縮小鞘液層流T和樣品液層流S。
4. -微芯片1的制造方法
作為微芯片1的材料，可以使用玻璃和各種樹脂(PP、 PC、 COP、 PDMS)。在使用微芯片l執(zhí)行光學(xué)分析的情況下，選擇透光 的、自體熒光較少的、波長色散較小的并且因此具有較小的光學(xué)誤
差的材料。
為了維持微芯片l的透光特性，期望在微芯片l的表面上層壓 通常用在光盤中的所謂的硬涂層。如果用指紋等弄臟微芯片1的表 面，具體地，光檢測部的表面(參見稍后描述的在圖7中的"檢測 部")，則減少了透過其的光量，可能導(dǎo)致光學(xué)分析精度的降低。當(dāng) 在微芯片1的表面上層壓透明度和防污特性良好的硬涂層時，可以 防止發(fā)生分析精度的降低。
可以利用通常使用的硬涂覆劑(例如，與諸如氟基或硅樹脂防 污劑的指紋防污劑混合的UV固化型硬涂覆劑)中的一種來形成硬 涂層(或膜)。日本專利公開第2003-157579號公開了活性能射線固 化合成物(P)作為硬涂覆劑，其包括多官能化合物(A),具有 能夠在活性能射線下聚合的至少兩個可聚合官能團；改性硅溶膠 (B),其平均粒徑為1 nm~200 nm，并且其表面通過具有悉化基和 水解基團或羥基的有機基團結(jié)合至硅原子的巰基硅烷化合物修改； 以及光聚合引發(fā)劑(C)?？梢酝ㄟ^JE皮璃帝J成的基;f反層的2 制成的基一反層的納米壓印#支術(shù)或注塑成型或切割來4丸4于配置在微: 芯片1中的通道ll等的形成。然后，通過其材料與該基板層的材 料相同或不同的基板層密封覆蓋由通道11等形成的基板層，從而 可以制作樣i芯片1。
圖6A-圖6C是示出樣i芯片1的制造方法實例的概念圖。例如， 可以通過由使用模具的注塑成型形成單個基板層來簡單地制造凝: 芯片1。順便提及，圖6A~圖6C是與在圖1中的放大圖的截面P-P 相只于應(yīng)的截面示意圖。
首先，將設(shè)置有包括彎曲部111 ~ 114和縮小部115的通道11 的形狀和樣品液進口 15等的形狀的才莫具i殳置在注塑成型4幾構(gòu)上， 并進行基板層la的形狀轉(zhuǎn)印。如此注塑成型的基4反層lai殳置有包 括彎曲部111 ~ 114和縮小部115的通道11的形狀和才羊品液進口 15 等的形狀(參見圖6A)。
接下來，如圖6B所示，設(shè)置微管14。以使」微管適合以互相連 接的方式形成在樣品液進口 15和通道11之間的凹槽的方式設(shè)置微 管14, 4吏得引入才羊品液進口 15的才羊品液通過孩史管14供給通道11。
在如此配置微管14之后，如圖6C所示，將基板層la和基板 層lb 4皮此層壓?？梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)?使用已知方法^M亍4皮此層壓基斗反 層la和基板層lb。例如，可以根據(jù)需要使用熱熔化、通過粘合劑 粘合、陽極接合、利用壓敏涂膠片的接合、等離子激活接合、超聲 接合等。在圖6C中，標(biāo)號c表示用于將微管14固定至基板層la 和lb的粘合劑。該粘合劑c還用于密封安裝有微管14的凹槽，以 使樣品進口 15和通道11 4皮此隔離。結(jié)果，樣品進口 15和通道11 1，又通過樣么管14的內(nèi)部4皮此連通，從而使引入樣品進口 15的樣品液 通過孩i管14供給通道11?？梢耘c其定位(正面/背面)無關(guān)地^使用通過上述方法獲得的孩丈
芯片1。因此，自然也可以在基板層la為上側(cè)且基板側(cè)lb為下側(cè) 的條件下使用圖6C所示的孩i芯片1。在圖6C的條件下，縮小部115 -故形成為其通道底面為沿著下游方向逐漸變高的傾殺牛表面。然而， 當(dāng)將微芯片l反轉(zhuǎn)而背面朝上時，可以認為縮小部115的通道頂面 被形成為沿著下游方向在通道深度方向上變低的傾斜表面。在這種 情況下，供給縮小部115的鞘液層流和才羊品液層流在朝向孩i芯片1 的下側(cè)偏移的同時層流寬度^皮縮小。如參照圖5A和圖5B描述的， 這還適用于以類階梯形狀形成縮小部115的通道頂面(和/或通道底 面)的情況。
作為微管14，可以采用由玻璃、陶瓷或各種樹脂(PP、 PC、 COP、 PDMS)制成的管，并且不具體限制材沖+。作為實例，可以 采用石英管作為4敖管14。具有幾十微米 幾百孩i米范圍內(nèi)的內(nèi)徑的 石英管可在市場上購4f, 乂人而可以利用具有合適直徑的管。由于石 英管具有高耐熱性，所以利用石英管能夠形成在基4反層的熱壓縮結(jié) 合時穩(wěn)定的微芯片。
在采用金屬管作為微管14的情況下，可通過微管14將電荷給 予流過其內(nèi)部的^=羊品液。因此，例如，樣t芯片1可i殳置有在專利文 獻l中描述的"微粒測量部，用于測量所引入的微粒；至少兩條微 粒分離通道，設(shè)置在微粒測量部的下游側(cè)以執(zhí)行微粒的分離收集； 以及至少兩個電極，設(shè)置在從《效粒測量部直至孩i粒分離通道的通道 端口開口附近以控制微粒的移動方向"，從而執(zhí)行纟效粒的分離。
另外，如稍后描述的微芯片3，根據(jù)本發(fā)明實施例的微芯片可 i殳置有至少一個;危體引入部，其至少/人一個側(cè)面連4妄通道11并且 通過其將氣體和絕緣液體的任一種流體引入通道11。還以與通道11
等相同的方式通過濕蝕刻、干蝕刻、納米壓印4支術(shù)、注塑成型或片幾 才成加工來形成流體？ 1入部。
215.通過樣i芯片分離孩i粒的方法 (5-1 )微芯片2
圖7是示出利用具有由允許電壓施加在其上的金屬形成的微管 14的微芯片2分離包含在樣品液中的微粒的方法的概念圖。除下文 具體描述的結(jié)構(gòu)之外，微芯片2具有與微芯片l相同的結(jié)構(gòu)。
微芯片2中的通道11設(shè)置有在縮小部115的下游側(cè)在分支部 116處進4亍分支的分支通道lla、 lib,并且可以向分支通道lla、 lib中的一個選擇性地供給包含在經(jīng)由微管14引入通道11的樣品
液中的微:粒。
在圖7中，標(biāo)號143表示用于將電壓施加在微管14上的充電 部。充電部143對流過其內(nèi)部的包含孩t粒的樣品液給予正或負電荷。 可以基于通過充電部143對包含樣t粒的樣品液給予的電荷進行分支 部116處樣i壽立供纟會方向的控制。
更具體地，例如，在將樣品液引入通道ll時將孩史小壓力差施加 給微管14,從而，如圖7所示，以每個均包含一個微粒或預(yù)定數(shù)量 的獨t粒的液滴P的形式向穿過通道11的鞘液層流供給樣品液。同 時地，轉(zhuǎn)換施加在充電部143上的電壓極性，從而將正或負電荷給 予供給鞘液層流的液滴P中的每一滴。在這種情況下，為了〗吏液滴 P彼此電絕緣，期望使用電絕緣液體作為鞘液。
作為用于將壓力差施加給樣史管14的方法，例如，可以采用與 微管14接觸地配置能夠微小振動的壓電元件(微振動元件)的方 法以及將壓電元件設(shè)置在臨近樣品液進口 15的內(nèi)部的方法。圖8示出了用于液滴化3羊品液的壓電元件的布置^f立置。該圖為 對應(yīng)于圖6C的截面示意圖。這里，示出了將壓電元件配置在樣品 液進口 15的底面處的情況。
在圖中，由標(biāo)號151表示的壓電元件以朝向樣品液進口 15的 內(nèi)部的狀態(tài)配置在樣品液進口 15的底面處。當(dāng)將電壓加在其上時， 壓電元4牛151變形以對流過才羊品液進口 15的才羊品液施力口壓力。通 過這種壓力，也對與樣品液進口 15連通的纟敬管14中的樣品液施加 了壓力。在這種情況下，脈沖電壓^皮用作施加在壓電元件151上的 電壓以^吏壓電元件151振動，從而周期性地變換施加在孩史管14中 的樣品液上的壓力。因此，以液滴的形式(以液滴化的狀態(tài))將樣 品液乂人孩t管14 4非入到通道11中。
例如，可以以與用在噴墨打印機中的利用壓力振動元件的墨滴 噴出相同的方式執(zhí)行這種利用壓電元件151的液滴化。盡管在這里 描述了將壓電元件151 f殳置為朝向沖羊品液進口 15的內(nèi)部的情況， 但是還可以采用其他結(jié)構(gòu)。例如，可以采用壓電元件151,皮設(shè)置為 與微管14的外壁接觸的結(jié)構(gòu)，由壓電元件151變形所引起的壓力 一皮直4妄施加纟會;微管14, /人而液滴化沖羊品液。順〗更提及，施力口在用于 施加壓力差的壓電元件上的信號和用于向樣t管14施加電壓的施加 信號同步，從而可以以任意定時執(zhí)行液滴形成和液滴充電(帶電)。
在分支部116處， 一對電4及1161和1162相對地配置在通道11 的兩側(cè)(參見圖7)。電才及1161、 1162能夠以正或負才及性充電，并 且它們通過給予液滴P的電荷和其自身電荷之間所生成的電排斥力 (或吸引力)將液滴P導(dǎo)入分支通道lla和lib的任一個。電極1161、 1162可預(yù)先^皮配置在孩i芯片2中，或者，可選地，它們凈皮配置在其 上安裝有微芯片2的微粒分離裝置中，以這種方式將它們定位在如 此安裝的孩t芯片2的分支部116處。此外，如稍后描述的孩t芯片3，可以以這種結(jié)構(gòu)i殳置電才及1161、 1162:分支通道lla、 lib在分支 部116附近的那些部分由金屬管構(gòu)成并且金屬管用作電極。
在由圖7的標(biāo)號D表示的才企測部處，基于《鼓粒特性的確定結(jié)果 進行微粒的分離。這里，將對以下示例性情況進行描述，其中，檢 測部D被配置為光學(xué)檢測系統(tǒng)并檢測通過激光束照射通道11中的 微粒所生成的光，從而確定微粒的特性?？梢砸耘c使用根據(jù)現(xiàn)有技 術(shù)的樣i芯片的微粒分析系統(tǒng)相同的方式配置光學(xué)才企測系統(tǒng)和孩吏粒 分離裝置。具體地，光學(xué)^r測系統(tǒng)包括激光束源；用于聚集激光 束以通過其照射微粒的聚光透鏡、二向色鏡、帶通濾波器等；以及 用于檢測通過激光束照射孩t粒所生成的光的檢測器。作為檢測器， 例如，可以使用PMT(光電倍增管)、CCD(電荷耦合器件)或CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)裝置等的區(qū)域圖像拍攝元件。
在檢測部D被配置為光學(xué)檢測系統(tǒng)的情況下，期望提供防止由 于如上所述用指紋等弄臟所引起的分析精度下降的措施。例如，如 圖9A和圖9B所示，與樣i芯片2的其他部分的表面相比，；險測部D 的表面可以凹進，乂人而防止指紋或污垢與4企測部的表面4妄觸。圖9A 示出了由4企測部D區(qū)i^中的凹部(凹陷)形成孩i芯片2的表面的情 況，而圖9B示出了由包括4企測部D區(qū)域中的表面的凹槽形成孩吏芯 片2的表面的情況。
可以才艮據(jù)所考慮的孩i粒和分離目的從用于測量孩i粒尺寸的前 向散射光、用于測量結(jié)構(gòu)的側(cè)向散射光以及由瑞利(Reyleigh)散 射、米氏(Mie)散射等引起的散射光、熒光等中選擇用于確定微 粒的光學(xué)特性的參婆欠。^r測部D分析才艮據(jù)這種參凄t;險測的光，并確 定討論中的微粒是否具有預(yù)定的光學(xué)特性。
然后，例如，在通過充電部143對包含樣t粒的沖羊品液的液滴P 給予的電荷極性為正的情況下，當(dāng)確定孩i粒具有預(yù)定光學(xué)特性時，
24以負才及性對電才及1161進4亍充電并以正才及性對電才及1162進4亍充電， 使得通過電排斥力將液滴P導(dǎo)入分支通道lla。相反，當(dāng)確定微粒 不具有預(yù)定光學(xué)特性時，以正極性對電極1161進行充電并以負極 性對電極1162進行充電，使得通過電排斥力將液滴導(dǎo)入分支通道 llb。通過這種處理，可以^f又將具有預(yù)定光學(xué)特性的孩支粒導(dǎo)入分支 通道lla,以一皮分離地收集。
因此，在微芯片2中，通過由金屬形成的微管14，可以將包含 微粒的樣品液液滴P供給穿過通道11的鞘液層流T的中心并且可 以同時^皮癥會予電荷，并基于電荷可以實現(xiàn)獨t粒的分離。
此外，在4鼓芯片2中，在孩t芯片2的水平方向和垂直方向上縮 小鞘液層流和樣品液液滴P的層流寬度的同時，可以向4企測部D供 纟會鞘液層流和樣品液液滴P， 乂人而可以〗吏測量光的焦點位置與樣i粒 的供給位置精確地一致。因此，可以用測量光精確地照射纟鼓粒，并 且可以以高靈敏度檢測微粒的光學(xué)特性。
此外，在微芯片2中，可以通過微管14和縮小部115在縮小的 層流中基本上以一行配置包含微粒的樣品液液滴P。通過基本配置 為一行的液滴P,易于將來自分支部116處的電極1161、 1162的電 排斥力施加給包含具有預(yù)定特性的微粒的液滴P。此外，通過充分 縮小的分支部116處的層流寬度，可以僅通過電極1161、 1162對其 施加弱4非斥力^1尋'液滴P導(dǎo)入分支通道lla或llb。
雖然這里描述了^r測部D ^t配置為光學(xué)^^測系統(tǒng)并且光學(xué)地 測量微粒特性的情況，但是還可以用電或磁測量微粒特性。具體地， 在測量樣i粒的電特性和》茲特性的情況下，；敞電極可以;故配置在^r測 部D處，乂人而測量例3口電阻、電容、電感、阻:阮、電才及之間電場的 變4匕等，或者，可選i也，可以測量關(guān)于孩￡#立的》茲4匕、i茲場變4匕等。 此外，可以同時測量這些特性中兩個以上的特性。例如，在將通過熒光染料所標(biāo)記的磁珠等測量作為微粒的情況下，同時執(zhí)行光學(xué)特 性的測量和》茲特性的測量。
根據(jù)微芯片2，即使在測量微粒的電特性或磁特性的情況下， 也能夠精確地使配置在檢測部D處的微電極的測量位置與微粒的 供給位置一致，并以高靈敏度檢測微粒的特性。
(5-2)樣￡芯片3
現(xiàn)在，對通過使用至少設(shè)置有一個流體引入部的微芯片3分離 包含在樣品液中的微粒的方法進行描述，其中，該流體引入部從至 少一側(cè)連^妄通道11以3夸氣體和絕*彖液體中的4壬一種流體引入通道 11。
圖10是示出才艮據(jù)本發(fā)明實施例的樣i芯片3的結(jié)構(gòu)的簡化頂面 圖。除以下具體描述的結(jié)構(gòu)之外，微芯片3的結(jié)構(gòu)與微芯片l和微 芯片2相同。
在圖10中，標(biāo)號91和92表示用于將氣體和絕緣液體中的任 一種流體引入通道11的流體引入部。流體引入部91、 92在其一側(cè) 端與通道11連通，并在其另一側(cè)端i殳置有每一個均4是供有流體的 流體進口 911、921。在由標(biāo)號117表示的連接部處將通過增壓泵(未 示出)經(jīng)由流體進口 911、 921^是供全合流體引入部91、 92的氣體或 絕緣液體(下文稱作"氣體等")引入通道ll。
在微芯片3中，可以通過經(jīng)由流體引入部91、 92引入連接部 117的流體將流過通道11的液體分成液滴(液滴化)，并且可將液 滴供給分支通道lla、 lib的分支部116。圖11A和圖11B是以;故大形式示出連接部117的示意圖。圖 IIA是頂面圖，圖11B是包括孩t管14的ZX截面圖。圖中示出了將 通過纟鼓管14和縮小部115供給連接部117的鞘液層流T和樣品液 層流S分成液滴的情況。
具體i也，在連4妻部117處，在預(yù)定定時乂人流體引入部91、 92 將氣體等引入所供主合的鞘液層流T和才羊品液層流S。結(jié)果，如圖所 示，通過引入其中的氣體等將鞘液層流T和樣品液層流S分成液滴。 通過這種處理，在通道ll中被分成液滴之后(參見圖IIA和圖11B 中的液滴P )，可以向分支部116供《會鞘液層流T和才羊品液層流S。 在使含有微粒的液體作為樣品液流動并在預(yù)定定時將氣體等引入 液體的情況下，可以形成每一個均包含一個孩t?；蝾A(yù)定凄t量的孩"立 的液滴P。
雖然在圖10、圖IIA和圖11B中示出了將一個流體引入部設(shè) 置在通道11的每個側(cè)面上的情況，但是將流體引入部設(shè)置在通道 11的至少一個側(cè)面上就足夠了 。此外，在連接部117處，可以配置 兩個以上的流體引入部以連4妻通道11。另外，雖然在圖lO和圖ll 中流體引入部以直角連接通道11,但可以任意設(shè)置流體引入部的連 接角。
在上述微芯片2中，在分支部116處，將一對電極1161和1162 相乂于i也配置在通道11的兩側(cè)。另一方面，在這里的《效芯片3中， 采用分支通道lla和lib在分支部116附近的那些部分由金屬管 1163和1164構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，并且金屬管1163和1164用作電才及?？?以以正極性或負極性對金屬管1163、 1164充電，并通過給予液滴P 的電荷和其電荷之間作用的電排斥力(或吸引力) 每個液滴P引 入分支通道lla、 llb中的l壬一個。具體地，如參照孩吏芯片2描述的，在通過充電部143 (參見圖 7)對包含微粒的樣品液液滴P給予的電荷的極性為正的情況下， 當(dāng)確定考慮中的微粒具有預(yù)定光學(xué)特性時，以負極性對金屬管1163 進行充電并以正極性對金屬管1164進行充電，使得通過電排斥力 將液滴P引入分支通道lla。另一方面，當(dāng)確定討論中的微粒不具 有預(yù)定光學(xué)特性時，以正才及性對金屬管1163進4亍充電并以負才及性 對金屬管1164進行充電，使得通過電排斥力將液滴引入分支通道 llb。順便提及，在圖中，標(biāo)號131和132表示出口，通過其將各 自分離收集至分支部lla、 lib的微粒取出至微芯片3的外部。
因此，在孩i芯片3中，通過所i殳置的流體引入部91和92，可 以將含有微粒的樣品液分成液滴并同時通過微管14給予電荷，并 且基于電荷可以實現(xiàn)孩i粒的分離。
為了維持對形成在通道11中的樣品液液滴主會予的電荷，優(yōu)選 地，氣體被用作經(jīng)由流體引入部91、 92引入的流體。在這種情況 下，如果通道11中的鞘液層流和樣品液層流的分離不另人滿意并 且相鄰的液滴變4尋部分相互連續(xù)，則纟合予、液滴的電荷^1尋消失。在這 種情況下，可能不能控制分支部116中的液體供給方向或者控制可 能不準(zhǔn)確。因此，為了通過引入的氣體令人滿意地分離鞘液層流和 樣品液層流并且為了維持所分離液滴之間的電絕緣，期望將抗水性 貝武予通道11的表面(具體地，f武予連4妄部117下游側(cè)的通道部)。 此夕卜，將電絕纟彖特性貝武予通道11的表面以阻止所分離液滴之間的 電荷轉(zhuǎn)移也是有效的。例如，可以通過用絕纟彖材碑+涂覆通道表面或 者在通道表面上形成絕緣材料膜來賦予電絕緣特性。另外，還可以 通過使諸如超純水的絕緣液體沿著通道表面來實現(xiàn)阻止液滴之間 電流流動。此夕卜，為了維持形成在通道ll中的樣品液液滴的電荷，可將電 絕緣液體("絕緣液體")用作流體。作為絕緣液體，例如，可以使 用上述超純水等。這^f吏;彈可以阻止所分離、液滴之間的電荷轉(zhuǎn)移。
6.流體分析裝置(孩i粒分離裝置)
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的流體分析裝置的結(jié)構(gòu)的示意 圖。流體分析裝置優(yōu)選被用作分析微粒特性并基于分析結(jié)果分離微 粒的微粒分離收集裝置。下文將參照將上述孩史芯片3安裝在裝置上 的示例性情況描述流體分析裝置(微粒分離收集裝置)的每種結(jié)構(gòu)。
圖12所示樣t粒分析裝置12包括光學(xué)才全測系統(tǒng)(照射部102、 才全測部103)，用于才全測樣t芯片3中的連4妾部117的上游側(cè)的穿過通 道11的孩t粒；光學(xué)才企測系統(tǒng)(照射部104、才企測部105)，用于確 定連4妄部117的下游側(cè)的纟鼓粒的光學(xué)特性；以及增壓泵106，用于 向微芯片3的流體進口 911、 921提供氣體等。在圖中，標(biāo)號101 表示用于控制這些光學(xué)檢測系統(tǒng)和增壓泵以及分別加在微管14和 金屬管1163、 1164上的電壓的總控制單元。
此外，-徵粒分離收集裝置具有液體供給裝置(未示出)，從而 經(jīng)由微芯片3的鞘液進口 12提供鞘液層流，并經(jīng)由樣品液進口 15 才是供樣品液層流。在通過鞘液層流包圍才羊品液層流并且在樣i管14 和縮小部115的作用下縮小層流寬度作為條件之后，向連接部117 供纟合^是供給樣i芯片3的鞘液和樣品液。
(6-1 )樣M立的4企測
孩M立分離收集裝置在連^妻部117的上游側(cè)具有用于光學(xué)才企測包 含在樣品液層流中的微粒的光學(xué)檢測系統(tǒng)?？梢耘c根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的 使用微芯片的微粒分析系統(tǒng)中相同的方式配置該光學(xué)^r測系統(tǒng)。具體地，光學(xué)檢測系統(tǒng)包括激光束源；照射部102，由用于聚集激 光束并用激光束照射每個微粒的聚光透鏡等構(gòu)成；以及檢測系統(tǒng) 103，用于利用二向色鏡、帶通濾波器等檢測從被激光束照射的微 灃立所生成的光。例如，沖企測部包4舌PMT (光電4咅增管)、CCD或 CMOS裝置等的區(qū)域圖^f象拍才聶元件。
在樣￡芯片3中，在將層流供《合照射部102的激光照射位置之前， 可通過縮小部115縮小鞘液層流和樣品液層流的層流寬度。因此， 可以使從照射部102發(fā)射的激光束的焦點位置和通道11中的微粒 的供給位置彼此精確地一致。這使得可以通過激光束精確地照射每 個孩t粒，從而以高靈壽丈度4全測,敖粒。
元101的電信號。^皮4企測部103 4全測的光可以為來自孩丈粒的前向散 射光或側(cè)向散射光、或者由瑞利散射、米氏散射等引起的散射光、
熒光等。
總控制單元101基于電信號檢測在通過通道11供給的樣品液層 流中的樣t粒。然后，總控制單元101在預(yù)定定時控制增壓泵106以 通過流體進口 911、 921和流體引入部91、 92將氣體等引入連接部 117, /人而將鞘液層流和樣品液層流分成液滴(參見圖11A和圖 11B )。
對于向連接部117引入流體的定時，以MJJ'J時間間隔引入氣體 等，例如，基于來自4企測部103的電信號每次檢測一個微粒。通過 照射部102的激光束照射位置和連4妻部117之間的距離以及通道11 中樣品液的供給率來確定從微粒檢測至流體引入的時間段。通過適 當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)該時間段并且每當(dāng)檢測一個孩i粒時將氣體等引入連接部 117，可以4夸鞘液層流和才羊品液層流分成基于單個孩"立的液滴。在這種情況下，每個液滴包含一個微粒。然而，可以根據(jù)需要
通過調(diào)節(jié)將流體引入連接部117的定時來任意設(shè)置包含在每個液滴 中的微粒的數(shù)量。具體地，通過每當(dāng)檢測到預(yù)定數(shù)量的微粒時引入 氣體等，可以使每個液滴包含預(yù)定數(shù)量的樣么粒。
這里，已經(jīng)對通過光學(xué)檢測系統(tǒng)檢測包含在樣品液層流中的微 粒的情況進行了描述。檢測微粒的裝置不僅限于光學(xué)裝置，并且還 可以〗吏用電或^茲裝置。在電或^茲才僉測-微粒的情況下，」微電極可以配 置在連4妻部117的上游側(cè)，乂人而測量例如電阻、電容、電感、阻抗、 電極之間的電場變化等，或者，可選地，可以測量關(guān)于微粒的^茲化、 》茲場變化等。然后，將測量結(jié)果作為電信號輸出，并基于該信號通 過總控制單元101執(zhí)行微粒的檢測。
在樣么芯片3中，即使在電4企測或磁檢測樣史粒的情況下，也能夠 4吏如此配置的微電極的測量位置和孩t粒的供給位置彼此一致，從而 以高靈敏度檢測微粒。
順便提及，在微粒具有磁性的情況下，具體地，可以考慮構(gòu)成 金屬管1163和1164作為磁極的結(jié)構(gòu)，從而基于磁力控制分支部116
處孩i粒的供給方向。
(6-2)確定^f效粒的光學(xué)特性
微粒分離收集裝置在連接部117的下游側(cè)還具有包括照射部 104和才企測部105的光學(xué)才企測系統(tǒng)。該光學(xué)4企測系統(tǒng)用于確定(辨 別)孩i粒的特性。照射部104和檢測部105的結(jié)構(gòu)可以與上述照射 部102和才企測部103相同。
照射部104使激光束照射包含在連接部117處所形成的液滴中 的每個孩i粒。通過;f企測部105 4企測通過照射而從孩支并立生成的光。#皮檢測部檢測的光可以為來自微粒的前向散射光或側(cè)向散射光、或者 由瑞利散射、米氏散射等引起的散射光、熒光等，這種光被轉(zhuǎn)換為
輸出至總控制單元101的電信號。
基于輸入的電信號，將來自微粒的前向散射光或側(cè)向散射光、 或者由瑞利散射、米氏散射等引起的散射光、熒光作為參數(shù)的同時，
總控制單元101確定(辨別)微粒的光學(xué)特性。根據(jù)考慮中的微粒
和分離收集的目的來選擇用于確定光學(xué)特性的參數(shù)。具體地，在確 定微粒大小的情況下釆用前向散射光，在確定構(gòu)成的情況下采用側(cè) 向散射光，在確定是否存在標(biāo)記微粒的熒光材料的情況下采用熒光。
總控制單元101分析才艮據(jù)參凄t檢測的光，以確定討i侖中的孩吏粒
是否具有預(yù)定的光學(xué)特性。
這里，已經(jīng)對光學(xué)確定包含在液滴中的4效粒特性的情況進行了 描述。然而，還可以用電或f茲確定樣t粒的特性。在測量微粒的電特
性和磁特性的情況下，微電極可被配置在連接部117的下游側(cè)，從 而測量例如電阻、電容、電感、阻抗、電才及之間的電場變化等，或 者，可選地，可以測量關(guān)于微粒的磁化、磁場變化等?？赏瑫r測量 兩個以上的這些特性。例如，在將通過熒光染沖+標(biāo)記的》茲J朱等測量 為樣么粒的情況下，同時批Z亍光學(xué)特性測量和》茲特性測量。
(6-3 )微粒的分離收集
基于微粒特性的確定結(jié)果，總控制單元101基于微粒特性的確 定結(jié)果控制分別加在微管14和金屬管1163、 1164上的電壓，使得 將包含具有預(yù)定特性的擺"立的液滴導(dǎo)入分支通道lla和lib的4壬一 個，從而執(zhí)行微粒的分離或分離收集。例如，在確定包含在液滴中的樣b險具有預(yù)定特性的情況下，當(dāng) 通過微管14對考慮中的包含孩M立的液滴給予正電荷時，以負才及性 對金屬管1163進4亍充電并以正極性對金屬管1164進行充電。這樣， 將分支部116處的'液滴的移動方向?qū)敕种ǖ纋la。以這種方式， 通過出口 131收集具有預(yù)定特性的樣吏粒。
反之，當(dāng)確定包含在考慮中的液滴的微粒不具有預(yù)定特性時， 以正極性對金屬管1163進行充電并以負極性對金屬管1164進行充 電，從而將液滴導(dǎo)入分支通道llb，并經(jīng)由出口 132排出樣吏粒。
因此，在根據(jù)本發(fā)明實施例的微粒分離裝置中，才艮據(jù)每個微粒 特性的4企測結(jié)果，將給予包含微粒的液滴的電荷和施加在電極之間 的電壓在控制下適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換為正極性或負才及性，從而可以將考慮中 的;f效粒導(dǎo)入任意選擇的一個分支通道，并實現(xiàn)分離收集。
這里，將用于4全測流過通道11的樣品液層流中的孩i粒并用于 #1行液滴化的光學(xué)4企測系統(tǒng)(照射部102、 4企測部103)和用于確 定包含在液滴中的凝:粒的光學(xué)特性的光學(xué)才全測系統(tǒng)(照射部104、 ;險測部105)獨立地分別i殳置在連接部117的上游側(cè)和下游側(cè)，但 是可以集成配置這些光學(xué)才企測系統(tǒng)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以 有多種修改、組合、再組合和改進，它們均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利 要求或等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微芯片，包括通道，允許鞘液流過其中；以及微管，被配置為將樣品液引入流過所述通道的所述鞘液的層流；其中，在通過所述鞘液的層流包圍通過所述微管引入的所述樣品液的層流的條件下執(zhí)行液體供給。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微芯片，其中，所述通道具有縮小部， 所述縮小部的垂直于液體供給方向的截面面積沿著所述液體 供纟合方向逐漸或逐步減?。灰约霸谒隹s小部中縮小所述層流的層流寬度的同時使所述 鞘液層流和所述樣品液層流通過。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微芯片，其中，所述縮小部具有以下結(jié) 構(gòu)通道底面和通道頂面中的一個^皮形成為傾殺+表面，佳j尋在 朝向所述樣i芯片的上側(cè)或下側(cè)偏移并浮皮縮小的同時j吏所述鞘 液層流和所述樣品液層流通過。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的微芯片，其中，所述微管由允許電壓被 施加在其上的金屬形成，并且可以向在所述孩i管內(nèi)部流動的所 述樣品液U武予電荷。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的微芯片，還包括從所述通道的所述縮小 部的下游側(cè)的通道開始進4于分支的分支通道；其中，在所述分支通道的分支部處，可通過設(shè)置在所述 分支部處的電極來控制被給予了所述電荷的所述樣品液的流 動方向。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的樣i芯片，還包括流體引入部，所述流體 虧1入部至少從一個側(cè)面連接所述分支部的上游側(cè)的通道，并通 過所述流體31入部將氣體和絕緣液體中的任一種流體引入所 述通道；以及在通過經(jīng)由所述流體引入部引入的流體將穿過所述通道 的所述鞘液層流和所述才羊品'液層流分成液滴的同時^f吏所述鞘 液層流和所述樣品液層流通過。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的微芯片，還包括壓電元件，所述壓電元 件能夠向流過所述孩吏管的所述樣品液給予壓力差，并且以液滴 化狀態(tài)將所述樣品液引入穿過所述通道的所述鞘液層流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的微芯片，控制在包含微粒并且已被 液滴化并祐:纟會予所述電荷的所述才羊品液在所述分支部處的流 動方向，乂人而可以批J亍所述《效粒的分離。
9. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的^f斂芯片，其中，以成束的狀態(tài)配置多個 所述微管，并通過至少一個所述孩i管引入所述樣品液。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微芯片，其中，所述縮小部具有通道底 面和通道頂面纟皮形成為傾名+表面的結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的微芯片，其中，所述縮小部具有以類階 梯形狀形成其通道的底面和頂面中的至少一個的結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3或10或11所述的微芯片，其中，所述縮小部 還具有用于沿液體流動方向逐漸或逐步收縮的通道側(cè)壁。
13. —種通道結(jié)構(gòu)，包4舌通道，允"i午流體流過其中；以及孩吏管，^L配置為將另 一流體引入流過所述通道的所述流 體的層流；其中，在通過流過所述通道的所述流體的所述層流包圍 通過所述微管引入的所述另 一流體的層流的條件下執(zhí)行流體供給。
14. 一種流體分析裝置，其上可以安裝如權(quán)利要求1所述的孩i芯片。
15. —種樣i粒分離裝置，其上可以安裝如4又利要求8所述的纟效芯 片。
16. —種用于微芯片通道的液體供給方法，其中，通過微管將樣品 液引入流過通道的鞘液的層流，并在由所述鞘液的層流包圍所 述樣品液的層流的條件下執(zhí)行液體供給。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的液體供給方法，其中，利用通過允許 電壓施加在其上的金屬樣史管給予所述樣品液的電荷，將所述樣 品液引入流過具有分支部的 所述通道的所述鞘液的所述層;危； 以及在所述通道的所述分支部處，通過設(shè)置在所述分支部處 的電才及來控制所述才羊品液的流動方向。
18. 才艮據(jù)4又利要求17所述的液體供給方法，其中，將氣體和絕續(xù)^ 液體中的4壬一種流體引入所述鞘液層流和所述才羊品液層流穿 過的所述通道，/人而將正在流動的所述鞘液層流和所述才羊品液 層流分成液滴，同時通過所述金屬孩史管對所述樣品液癥合予電荷。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的液體供給方法，其中，通過壓電元件 將壓力差施加給流過所述孩i管的所述樣品液，從而以液滴化狀 態(tài)將所述才羊品液引入流過所述通道的所述鞘液的所述層流，同 時通過所述金屬孩i管對所述樣品液給予電荷。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的液體供給方法，其中，控制包含樣l粒并且已液滴化并#:給予所述電荷的所述樣品液在所述分支部處的流動方向，從而執(zhí)行所述微粒的分離。
全文摘要
本發(fā)明公開了微芯片和用于微芯片的通道結(jié)構(gòu)。其中，該微芯片包括通道，允許鞘液流過其中；以及微管，用于將樣品液引入流過通道的鞘液的層流；其中，在由鞘液的層流包圍通過微管引入的樣品液層流的條件下執(zhí)行液體供給。通過本發(fā)明，還可以沿通道的垂直方向(深度方向)實現(xiàn)通過鞘液層流夾置樣品液層流并且可以實現(xiàn)高精度分析。
文檔編號G01N35/00GK101581728SQ200910136490
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月13日
發(fā)明者篠田昌孝, 高清水亨 申請人:索尼株式會社