微芯片和微粒分析裝置的制造方法
【專利說明】微芯片和微粒分析裝置
[0001]本申請是申請日為2011年2月18日、申請?zhí)枮?01180011184.6、發(fā)明名稱為“微芯片和微粒分析裝置”的專利申請的分案申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種微芯片和微粒分析裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于以光學(xué)、電氣或磁性方式分析通道中的微粒，例如細(xì)胞或微珠的特性的微芯片等。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來開發(fā)了微芯片，在微芯片中，通過應(yīng)用半導(dǎo)體行業(yè)中使用的微加工技術(shù)提供用于進(jìn)行化學(xué)和生物分析的區(qū)域和/或通道。這些微芯片開始用于液相色譜法中的電化學(xué)檢測器、醫(yī)療服務(wù)場所的小型電化學(xué)傳感器等。
[0004]使用這種微芯片的分析系統(tǒng)稱為micro-TAS(微型全分析系統(tǒng))、芯片實(shí)驗(yàn)室、生物芯片等，作為一種可提高化學(xué)和生物分析的速度、效率和集成度或可減小分析裝置尺寸的技術(shù)而受到關(guān)注。
[0005]micro-TAS可通過少量樣品進(jìn)行分析并能實(shí)現(xiàn)微芯片的一次性使用，特別有望應(yīng)用于對珍貴微量樣品或大量標(biāo)本進(jìn)行處理的生物分析。
[0006]micro-TAS的一種應(yīng)用示例是微粒分析技術(shù)，其中，諸如細(xì)胞和微珠等微粒的特性在設(shè)于微芯片上的通道中以光學(xué)、電氣或磁性方式進(jìn)行分析。在微粒分析技術(shù)中，還可基于微粒的分析結(jié)果對微粒中滿足預(yù)定條件的群體進(jìn)行分級分離。
[0007]例如，專利文獻(xiàn)I公開了 “一種具有用于引入含微粒溶液的通道和設(shè)于引入通道的至少一個(gè)側(cè)面的鞘流形成通道的微粒分級微芯片”。所述微粒分級微芯片進(jìn)一步具有“用于測量引入的微粒的微粒測量段、布置在微粒測量段的下游側(cè)，以對微粒進(jìn)行分級分離的至少兩個(gè)微粒分級通道，以及布置在從微粒測量段開到微粒分級通道內(nèi)的通道端口旁邊，以控制微粒移動(dòng)方向的至少兩個(gè)電極”。
[0008]專利文獻(xiàn)I公開的微粒分級微芯片典型設(shè)計(jì)為，通過具有用于引入含微粒溶液的通道和兩個(gè)鞘流形成通道的“三叉通道”而形成流體層流(見該文獻(xiàn)中的“圖1”)。
[0009]圖17A和17B示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的三叉通道結(jié)構(gòu)(圖17A)，以及該通道結(jié)構(gòu)形成的樣本液層流(圖17B)。在三叉通道中，流經(jīng)圖17A中的實(shí)線箭頭方向的通道101的樣本液層流可由通過圖中的虛線箭頭方向的通道102、102引入的鞘液層流從左側(cè)和右側(cè)夾在中間。由此，如圖17B所示，所述樣本液層流可通過通道中央供給。另外，在圖17B中，所述樣本液層流用實(shí)線表示，通道結(jié)構(gòu)用虛線表示。
[0010]根據(jù)圖17A和17B中所示的三叉通道，所述樣本液層流由鞘液層流從左側(cè)和右側(cè)夾在中間，由此，在夾合方向(圖17A和17B中的Y軸方向)，所述樣本液層流可在偏轉(zhuǎn)到通道內(nèi)的任意位置的狀態(tài)下進(jìn)行供給。但是，在通道的垂直方向(圖17A和17B中的Z軸方向)，控制樣本液供給位置非常困難。換句話說，在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的三叉通道中，僅可形成在Z軸方向?yàn)殚L圓形的示例層流。
[0011]因此，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的具有三叉通道的微芯片存在以下問題:在(例如)作為樣本液的含微粒溶液流經(jīng)通道，并經(jīng)受光學(xué)分析的情況下，通道的垂直方向(深度方向)上的微粒的供給位置將會分散。因此，問題在于，微粒的流動(dòng)速度隨著微粒的供給位置的不同而不同，檢測信號的變化增加，分析精度減弱。
[0012]專利文獻(xiàn)2公開了一種將樣本液從通道中央的開口引入鞘液層流中央，鞘液層流通過所述通道進(jìn)行供給，從而對鞘液層流包圍的樣本液層流進(jìn)行供給的通道結(jié)構(gòu)(見該文獻(xiàn)的圖2和圖3)。所述通道結(jié)構(gòu)使樣本液引入鞘液層流中央，從而消除通道深度方向上微粒供給位置的分散，因此可獲得較高分析精度。
[0013]圖18A和18B示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的用于將樣本液引入鞘液層流中央的通道結(jié)構(gòu)(圖18A)，以及所述通道結(jié)構(gòu)形成的樣本液層流(圖18B)。在該通道結(jié)構(gòu)中，所述鞘液層流在圖18A的箭頭T的方向引入通道102和102的每個(gè)通道，并供給到通道103中。隨后，在箭頭S的方向供給到通道101中的樣本液可從開口 104引入通過通道103供給的鞘液層流的中央。由此可供給樣本液層流，將其匯聚到通道103的中央，如圖18B所示。在圖18B中，所述樣本液層流用實(shí)線表示，通道結(jié)構(gòu)用虛線表示。
[0014]另一方面，專利文獻(xiàn)2指出，將樣本液層流引入這種通道結(jié)構(gòu)內(nèi)的鞘液層流中時(shí)，樣本液層流會出現(xiàn)湍流，增加了樣本液層流不是平坦穩(wěn)定層流的情況(見該文獻(xiàn)第4頁右欄中第12至46行)。注意，“平坦層流”指在圖18A和18B中的通道的深度方向(Z軸方向)上匯聚的層流，“非平坦層流”指在通道的深度方向上分散和擴(kuò)展的層流。
[0015]上述專利文獻(xiàn)提出提供通道開口，通過一對板狀突起(見該文獻(xiàn)的圖10中的參考數(shù)字18)等經(jīng)由該開口將樣本液層流引入，以抑制樣本液層流和鞘液層流的合并部分的層流湍流(尾流)。所述板狀突起18從引入樣本液層流的通道的開口壁在樣本液層流的流動(dòng)方向延伸，并引導(dǎo)從開口中流出的樣本液。
[0016]文獻(xiàn)列表
[0017]專利文獻(xiàn)
[0018]PTL I 日本專利公開 N0.2003-107099
[0019]PTL 2日本已審查專利公開N0.7-119686號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]技術(shù)問題
[0021]通過上述專利文獻(xiàn)2公開的板狀突起18，可引導(dǎo)從開口中流出的樣本液，并使經(jīng)過通道的樣本液成為在通道深度方向上匯聚的穩(wěn)定層流。
[0022]但是，在引入樣本液層流的通道的開口處提供這種引導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)，通道結(jié)構(gòu)會復(fù)雜化。進(jìn)一步，需要將三個(gè)或多個(gè)基板互相層疊，以在微芯片上形成這種通道結(jié)構(gòu)。因此，每個(gè)基板上通道結(jié)構(gòu)的形成和基板的層疊需要高精度，增加了微芯片的制造成本。
[0023]鑒于前述原因，需要提供一種能對匯聚到通道中央的樣本液層流進(jìn)行供給，并易于制造的微芯片。
[0024]問題解決方案
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種微芯片，包括第一引入通道、被配置為將第一引入通道夾在中間并從兩側(cè)與第一引入通道合并的第二引入通道，以及與第一引入通道和第二引入通道連接的合并通道，從第一和第二引入通道供給的流體在合并通道中合并和流動(dòng)，其中，所述合并通道具有錐形部分，使第一引入通道被第二引入通道夾在中間的夾合方向上的通道寬度沿流體供給方向逐漸增加。在所述微芯片中，所述合并通道可具有錐形部分，使與包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流體供給方向逐漸減小。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種微芯片，包括第一引入通道、被配置為將第一引入通道夾在中間并從兩側(cè)與第一引入通道合并的兩個(gè)第二引入通道，以及與第一引入通道和第二引入通道連接的合并通道，從第一和第二引入通道供給的流體在合并通道中合并和流動(dòng)，其中，所述合并通道具有錐形部分，使與包含第一引入通道和第二引入通道的平面垂直的方向上的通道深度沿流體供給方向逐漸減小。
[0027]在上述微芯片中，所述第一引入通道的通道深度可小于第二引入通道的通道深度，所述第一引入通道與合并通道的連通口可布置在第二引入通道的通道深度方向上的大致中央位置。
[0028]進(jìn)一步，所述第一引入通道與合并通道的連通口優(yōu)選在包括第二引入通道的各個(gè)通道壁的區(qū)域內(nèi)打開。
[0029]在上述微芯片中，收縮部分可布置在錐形部分的供給方向上的下游側(cè)，所述收縮部分用于使通道寬度沿流體供給方向再次逐漸減小，所述錐形部分用于使通道寬度沿流體供給方向逐漸增加。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種包括上述微芯片的微粒分析裝置，其中，所述微芯片具有檢測部分，所述檢測部分對從合并通道內(nèi)的收縮部分的下游側(cè)的第一弓I入通道供給的流體中包含的微粒進(jìn)行檢測。
[0031]應(yīng)注意的是，本實(shí)施方式中的“微?！睆V泛包括微觀生物顆粒，例如，細(xì)胞、微生物、脂質(zhì)體等，以及合成顆粒，例如，膠乳顆粒、凝膠顆粒、工業(yè)顆粒等。
[0032]所述微觀生物顆粒包括構(gòu)成各種細(xì)胞的染色體、脂質(zhì)體、線粒體、細(xì)胞器等。此處所述的細(xì)胞包括動(dòng)物細(xì)胞(血球細(xì)胞等)和植物細(xì)胞。所述微生物包括細(xì)菌(例如大腸桿菌等)、病毒(例如，煙草花葉病毒等)以及真菌(例如，酵母等)。進(jìn)一步，所述微觀生物顆粒還可包括微觀生物聚合物，例如，核酸、蛋白質(zhì)及其絡(luò)合物。
[0033]例如，所述工業(yè)顆粒可為有機(jī)或無機(jī)聚合材料、金屬等。所述有機(jī)聚合材料包括聚苯乙烯、苯乙烯-乙烯苯和聚甲基丙烯酸甲酯。所述無機(jī)聚合材料包括玻璃、硅石和磁性材料。所述金屬包括金膠體和鋁。這些微粒的形狀一般為球形，但也可為非球形。另外，所述微粒的尺寸、質(zhì)量等并沒有特別限制。
[0034]發(fā)明的有益效果
[0035]根據(jù)上文所述的本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種能對匯聚到通道中央的樣本液層流進(jìn)行供給，并易于制造的微芯片。
【附圖說明】
[0036]圖1A和圖1B為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微芯片上的通道結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，圖1A為頂視圖，圖1B為截面圖；
[0037]圖2A、圖2B和圖2C分別為圖1A和圖1B中的根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的微芯片的合并