JP7470288B2 - マイクロ流体デバイス - Google Patents

Description

この発明は、マイクロ流体デバイスに関する。

従来、細胞及び組織培養は、寒天又は培地とした培養ディッシュやプレートを使用して行われてきた。これら培養ディッシュやプレートを用いた細胞及び組織の培養は、２次元（平面）の環境で行われるものであるため、細胞外微小環境を再現することができない。そこで、近年、従来法では困難であった、３次元（立体）の細胞培養・実験環境を作製できるマイクロ流路を有する、マイクロ流体デバイス（「細胞培養チップ」、「バイオチップ」又は「マイクロチップ」とも称される）が提案されている。

例えば、特許文献１には、二つの基板を互いに接合して、少なくとも一方の基板に形成された流路形成用段差によって、接合した両基板の接合部に包囲された流路を形成したマイクロ流体デバイスが記載されている。

ところで、複数の分析プレートをホルダーに収容したアセンブリを分析装置に供することが知られている（特許文献２参照）。ホルダーは、分析プレートの側面に設けられた突起に対応する凹部を有し、突起と凹部を嵌め合わせることでホルダーに対して分析プレートを固定している。

特開２０１９－０７８７０７号公報 特開２０１９－１０５５２８号公報

複数の基板を接合して形成されたマイクロ流路を有するプレートを、保持体に収容したマイクロ流体デバイスが求められている。プレートを保持体に収容したマイクロ流体デバイスを分注装置のテーブルに載置できると、取扱う上での利便性が向上する。

しかしながら、斯かるマイクロ流体デバイスを分注装置のテーブルに配置し、分注装置のピペットチップからプレートに設けられた開口に流体を注入しようとしても、開口の位置に対してピペットチップの位置がずれることがあった。

ピペットチップの位置ずれについて説明する。通常、分注装置は自動化されている。分注装置は、指定の位置に載置されたマイクロ流体デバイスの開口位置を記憶しておき、ピペットチップを記憶した開口位置まで移動させて分注動作を行う。しかしながら、分注装置に対する開口の位置がずれていると、ピペットチップの移動先が開口位置からずれてしまう。そうすると、ピペットチップ内の流体をマイクロ流路に注入できない問題や、流体を注入するためにピペットチップの先端を開口内に挿入しようとして、ピペットチップをプレートの表面に衝突させて、ピペットチップやプレートを破損する問題が生じることもある。

本発明者らが、分注装置に対するプレートの開口の位置がずれる原因を分析したところ、マイクロ流体デバイス内において、プレートの側面を使用して保持体に対してプレートを位置決めしても、開口の位置が固定されないことに原因があった。この原因について、図２４及び図２５を参照しながら説明する。

図２４は、あるマイクロ流体デバイスの断面図を示している。マイクロ流体デバイス５００は、流体を注入する開口９４が形成された第一基板９２と第二基板９３とが接合されたプレート９１を、保持体９５に収容されてなる。プレート９１を保持体９５の内部に収容しやすいように、保持体９５の内寸法は、プレート９１の寸法よりも少し大きな値に設計されている。

分注装置に対するプレート９１の開口９４の位置を固定するために、保持体９５に対してプレート９１を予め定めた位置に位置決めしなければならない。そこで、プレート９１の外側面を保持体９５の基準となる内壁面９７に押しつけることで、プレート９１を位置決めする。そうすると、マイクロ流体デバイス５００の端から開口９４の中心までの距離が、既定値Ｍ１となる。

しかしながら、プレートの中には、第一基板と第二基板とがずれて接合されたプレートが存在する。図２５は、図２４で示されたものとは異なるマイクロ流体デバイスの断面図を示している。図２５に示されたマイクロ流体デバイス６００に収容されたプレート９９は、斯かるプレートの一例を示している。プレート９９を保持体９５に対して決められた位置に位置決めするために、プレート９９の外側面を保持体９５の基準となる内壁面９７に押しつける。しかしながら、第二基板９３の第二側面９３ｃが内壁面９７に接触するため、第一基板９２の第一側面９２ｃと内壁面９７との間に隙間ｄ１が発生してしまう。その結果、マイクロ流体デバイス６００の端から開口９４の中心までの距離が、Ｍ１＋ｄ１となり、隙間ｄ１の分だけ既定値からずれてしまう。

つまり、分注装置に対するプレートの開口の位置ずれは、プレートを構成する基板どうしの位置ずれに原因があることが判明した。この原因分析の結果を踏まえて、本発明は、ピペットチップを高精度に位置決めできるマイクロ流体デバイスを提供することを目的とする。

本発明のマイクロ流体デバイスは、流体を注入する開口が形成された第一主面、前記第一主面の反対側の第二主面、及び前記第一主面と前記第二主面とを連絡する第一側面を有する第一基板と、前記第二主面に接合されてなる第二基板とを有するプレートと、
前記プレートの外側面と離間した状態で前記プレートの前記外側面を取り囲む内壁面と、前記プレートの前記第二基板が載置された下面とを有する保持体と、
前記第一基板及び前記保持体の少なくとも一方の表面の一部領域に形成され、前記表面から前記第一基板と前記保持体とが対向する方向に向かって突出して前記第一基板と前記保持体とを接触させる突出部と、を含む。

詳細は後述するが、第一基板及び第二基板から構成されるプレート全体と保持体とを接触させるのではなく、突出部を使用することで、第一基板と保持体とを接触させる。これにより、第一基板を保持体に対し高精度に位置決めできる。そして、開口は第一基板に設けられているので、第一基板を保持体に対して高精度に位置決めすると、開口の位置が規定の位置からずれることを抑えられる。

前記突出部の嵌め込まれる凹部が、前記第一基板及び前記保持体の少なくとも一方の表面の一部領域に形成されていても構わない。

前記突出部は、第一方向に延びる前記内壁面又は前記第一側面から、前記第一方向に直交する第二方向に突出する少なくとも二つの突出部と、前記第二方向に延びる前記内壁面又は前記第一側面から、前記第一方向に突出する少なくとも一つの突出部と、を含んでも構わない。

前記保持体は、前記第一側面の一部領域に接触する弾性体を備え、
前記弾性体の接触する前記第一側面は、前記第二基板を挟んで前記突出部に対向する位置にあっても構わない。

前記マイクロ流体デバイスは、前記保持体の内側に嵌め込まれ、前記第一基板の前記第一主面に形成された前記開口を露出させるとともに、前記第一主面の前記開口の形成された領域の外側を覆う上枠を備え、
前記上枠の枠底の一部分に、前記枠底から突出して、前記第一基板の前記第一側面に接触する第二突出部を有しても構わない。

前記上枠は貯液槽を有しても構わない。

前記マイクロ流体デバイスを、細胞又は組織の培養に使用しても構わない。

これにより、ピペットチップを高精度に位置決めできるマイクロ流体デバイスを提供できる。

マイクロ流体デバイスの第一実施形態の斜視図である。 プレートの上面図である。 プレートの側面図である。 図２のＡ１－Ａ１線における断面図である。 保持体の上面図である。 図５のＢ１－Ｂ１線における断面図である。 図１のＡ２領域を拡大した上面図である。 図７のＣ１－Ｃ１線における断面図である。 図７のＣ２－Ｃ２線における断面図である。 プレートの変形例を示している。 位置決め要素の第一変形例を示す。 位置決め要素の第二変形例を示す。 位置決め要素の第三変形例を示す。 位置決め要素の第四変形例を示す。 図１３のＣ３－Ｃ３線における断面図である。 位置決め要素の第五変形例の上面図である。 図１５のＣ４－Ｃ４線における断面図である。 位置決め要素の第六変形例を示す。 マイクロ流体デバイスの第二実施形態の上面図である。 図１８のＢ２－Ｂ２線における断面図である。 マイクロ流体デバイスの第三実施形態の斜視図である。 上枠の斜視図である。 図２０のＢ３－Ｂ３線における断面図である。 図２２Ａの断面図で示されたマイクロ流体デバイスを組み立てる様子を模式的に示す図である。 図２０のＢ４－Ｂ４線における断面図である。 図２３Ａの断面図で示されたマイクロ流体デバイスを組み立てる様子を模式的に示す図である。 従来発生していた開口の位置ずれの原因を説明するための図である。 従来発生していた開口の位置ずれの原因を説明するための図である。

マイクロ流体デバイスの実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

以下において、ＸＹＺ座標系を適宜参照して説明される。また、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。また、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。本実施形態において、水平面は、ＸＹ平面に平行であり、鉛直方向は、－Ｚ方向である。後述するプレート及びプレートを構成する基板の主面は、ＸＹ平面に平行となるように示されている。

＜第一実施形態＞
マイクロ流体デバイスの第一実施形態について説明する。図１は、マイクロ流体デバイス１００の斜視図である。マイクロ流体デバイス１００は、細胞又は組織を培養し、培養した物を分析するためのプレート１と、プレート１を下方から支持する保持体５と、を有する。保持体５は、ＸＹ平面上においてプレート１の側面を取り囲む形状を有している。プレート１は、保持体５の上側（＋Ｚ側）から保持体５の内側に嵌め込むことができる。

［プレート］
プレート１について説明する。図２は、プレート１の上面図である。プレート１は、細胞や組織を含む流体を注入する開口２１と、細胞や組織を培養し、分析するための溝２４を有する。図３は、プレート１の側面図であり、プレート１が第一基板２と第二基板３とが接合されてなることを模式的に示している。

図３に示されるように、第一基板２は、第一主面２ａと、第一主面２ａの反対側の面である第二主面２ｂと、第一主面２ａと第二主面２ｂとを連絡する第一側面２ｃと、を有する。第二基板３は、二つの主面と、当該二つの主面を連絡する第二側面３ｃとを有する。第一基板２は、第二主面２ｂが第二基板３の一方の主面に接するように接合される。接合は、例えば、第一基板２及び第二基板３の接合面に１７２ｎｍの紫外光を照射することにより、接合面を活性化させて貼り合わせることにより行われる。なお、本実施形態において、第二基板３の厚み（Ｚ方向における寸法）は、第一基板２の厚み（Ｚ方向における寸法）より薄い。

図２に示されるように、本実施形態において、第二基板３はZ方向に見たときに第一基板２よりも小さい。これにより、第二基板３を第一基板２に接合する際、両基板を本来の位置から多少ずれて接合したとしても、第二基板３が第一基板２の第一側面２ｃから外側に突出しにくくなる。第一基板２及び第二基板３は、全体として略矩形板状である。第一基板２を第一主面２ａ側から見たときに見える角部（２８，２９）のうち、－Ｘ方向に位置する二つの角部２８は面取り形状を有し、＋Ｘ方向に位置する二つの角部２９は面取り形状を有していない。－Ｘ方向に位置する角部２８にのみ面取り形状を設けることにより、保持体５に対するプレート１の向きを間違えることなく、プレート１を嵌め込むことができる。

図４は、図２のＡ１－Ａ１線における断面図である。第一基板２には、第二主面２ｂ上には溝２４が形成され、第一主面２ａには開口２１が形成されている。開口２１の第一基板２の入口付近には、流体を注入する際、流体が漏れないように面取り形状２２が設けられている。開口２１は溝２４に接続されている。

第二基板３は、二つの開口２１に接続された溝２４を覆うように、第一基板２の第二主面２ｂに接合されている。溝２４は、第一基板２と第二基板３の主面どうしが接合されることにより、両基板（２，３）に挟まれた中空状の流路として機能する。この中空状の流路は、マイクロメートルからミリメートルのオーダーの幅及び深さを有するマイクロ流路（微小流路）である。接続された二つの開口２１からマイクロ流路に微小体積の流体を注入したり、マイクロ流路から開口２１を介して流体を排出したりすることができる。マイクロ流路は、流路内に流体があるときに、当該流体が流れを形成する状態にあるとはかぎらない。例えば、細胞や組織を培養するために、細胞を含む流体を貯溜する状態など、流体の流れの無い状態にあることを含む。

第一基板２又は第二基板３を構成する材料として、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン等の樹脂材料が挙げられる。本実施形態では、第一基板２及び第二基板３に、耐熱性・透明性が高く、蛍光検出の際の自家蛍光が少ない、ＣＯＰを使用している。なお、第一基板２及び第二基板３に、上述した樹脂材料が２種以上組み合わせられた材料を使用しても構わない。また、第一基板２と第二基板３とで使用する材料を異ならせても構わない。

図２を参照して、第一基板２の第一側面２ｃには凹部（２５，２７）が設けられる。詳細は後述するが、凹部（２５，２７）に保持体５の突出部が嵌め込まれ、突出部の先端は凹部（２５，２７）内に接触する。

［保持体］
本実施形態における保持体について説明する。図５は、保持体５の上面図である。図５に示されるように、保持体５は、中央領域４が貫通した枠形状を呈している。保持体５の中央領域４が貫通しているため、マイクロ流体デバイス１００の上側（＋Ｚ側）から光を照射し、マイクロ流体デバイス１００の下側（－Ｚ側）においてプレート１の溝２４を透過した光を分析できる。マイクロ流体デバイス１００の下側から光を照射し、マイクロ流体デバイス１００の下側においてプレート１の溝２４の内部で反射又は散乱した光を分析しても構わない。

保持体５は、保持体５の中央領域４が貫通していない形状、すなわち、有底形状でも構わない。保持体５が有底形状であり、光を透過しにくい場合には、マイクロ流体デバイス１００の上側から光を照射し、プレート１の溝２４の内部で反射又は散乱した光を保持体５の上側で受光して、分析を行うとよい。

図５において、保持体５のＹ方向に延びる外壁面１８の延長線と、Ｘ方向に延びる外壁面１９の延長線との交点Ｒ１は、保持体５を分注装置に載置する際の位置決め基準である。プレート１を嵌め込んだ保持体５（すなわち、マイクロ流体デバイス１００）は、分注装置のテーブル（不図示）の上に、位置決めされた状態で載置される。保持体５の分注装置のテーブルに対する位置決めは、例えば、交点Ｒ１の位置及び外側面（１８，１９）の延びる方向に基づいて行われるとよい。

図６は、図５のＢ１－Ｂ１線における断面図である。図５及び図６を参照して、保持体５は、プレート１の側面に対向する内壁面１２と、プレート１を支持する支持面１３とを有する。支持面１３はプレート１を構成する第二基板の主面に接触する。

保持体５の材質は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シリコーン等の樹脂材料、又は金属材料が挙げられる。本実施形態では、保持体５にＰＳを使用している。

［位置決め要素］
プレート１を保持体５に対して位置決めするために、マイクロ流体デバイス１００は位置決め要素を有する。本実施形態では、位置決め要素として、内壁面１２の一部領域に、中央領域４に向けて突出する突出部（１５，１７）を有する（図１、図５参照）。突出部１５は、保持体５のＹ方向に延びる内壁面１２の一部領域から、＋Ｘ方向に突出する。突出部１７は、保持体５のＸ方向に延びる内壁面１２の一部領域から、－Ｙ方向に突出する。なお、本明細書において、突出部（１５，１７）は内壁面１２の一部ではなく、内壁面１２とは別体のものとして扱われる。後述する変形例において、突出部が第一基板２の第一側面２ｃから突出する場合も、同様である。

突出部１５の位置決め機能について説明する。図７は図１のＡ２領域（突出部１５の周辺領域）を拡大した上面図である。図８Ａは図７のＣ１－Ｃ１線における断面図であり、突出部１５が形成された領域に対応する。図７を参照して、突出部１５は、第一基板２の第一側面２ｃに形成された凹部２５に挿入される。挿入された突出部１５は、凹部２５内の側面２５ａに接触する。図８Ａに示されるように、挿入された突出部１５は、第二基板３の第二側面３ｃに接触しない。保持体５にプレート１を嵌め込む際、第一基板２の側面２５ａが突出部１５に接触するように、プレート１を保持体５に－Ｘ方向に押しつけることで、保持体５の突出部１５は、Ｘ方向について第一基板２を高精度に位置決めするための位置決め要素として機能する。また、突出部１５は、図７に示されるように、凹部２５にＹ方向の遊びを有した状態で挿入されることから、第一基板２を保持体５に対して、Ｙ方向に粗く位置決めできるという効果も有する。なお、図８Ａに示されるように、本実施形態の突出部１５は支持面１３と接しているが、突出部は支持面１３に接していなくても（支持面１３から浮いていても）構わない。

図８Ｂは図７のＣ２－Ｃ２線における断面図であり、突出部１５が形成されていない領域に対応する。図８Ｂに見られるように、突出部１５のない部分では、内壁面１２が第二基板３の第二側面３ｃと第一基板の第一側面２ｃの両方に接触しない。まず、第二基板３の第二側面３ｃに接触しないので、第二基板３の第二側面３ｃがプレート１の位置決めに使用されることがない。また、第一基板２と保持体５とが接触する箇所が、第一基板２の第一側面２ｃの全域ではなく、突出部１５にある領域に限定されるため、第一基板２の突出部１５を除く第一側面２ｃに、局所的な撓みや異常な凹凸を有する場合でも、第一基板２を含むプレート１の保持体５に対する位置決めに影響を与えにくい。

突出部１５と同様に、突出部１７も、Ｙ方向について第一基板２を高精度に位置決めするための位置決め要素として機能する。よって、突出部１５，１７を第一基板２の第一側面２ｃに押しつけることで、Ｘ方向及びＹ方向について、第一基板２を保持体５に対し高精度に位置決めできる。そして、上述したように、保持体５は分注装置のテーブルに対して高精度に位置決めできるから、位置決め要素を使用することで、第一基板２を、分注装置のテーブルに対して高精度に位置決めできる。

したがって、本実施形態のマイクロ流体デバイス１００を分注装置のテーブルに載置したとき、第一基板２に設けられた開口２１に対し、分注装置のピペットチップを高精度に位置決めできる。また、マイクロ流体デバイス１００を分析に使用するときは、分析箇所である溝２４（マイクロ流路）の、分析装置に対する位置を、高精度に位置決めできる。

本実施形態では、保持体５は、Ｙ方向に延びる内壁面１２から＋Ｘ方向に突出する突出部１５と、Ｘ方向に延びる内壁面１２から－Ｙ方向に突出する突出部１７とを、それぞれ二つずつ、計四つ有している（図５参照）。しかしながら、第一基板２のＸ方向及びＹ方向の精確な位置決めには、突出部（１５，１７）が少なくとも三つ以上あるとよい。少なくとも三つの突出部（１５，１７）は、第一方向（例えば、Ｘ方向）に延びる保持体５の内壁面１２又は第一基板２の第一側面２ｃから、第一方向に直交する第二方向（例えば、Ｙ方向）に突出する少なくとも二つの突出部と、第二方向に延びる保持体５の内壁面１２又は第一基板２の第一側面２ｃから、第一方向に突出する少なくとも一つの突出部と、を含んでいるとよい。

突出部（１５，１７）は、基準Ｒ１から離れた位置に形成されるほど、第一基板２を高精度に位置決めできる。最も基準Ｒ１に近い突出部１７と基準Ｒ１との間隔は、プレート１のＸ方向における長さの１／３以上であるとよい。同様に、最も基準Ｒ１に近い突出部１５と基準Ｒ１との間隔は、プレート１のＹ方向における長さの１／３以上であるとよい。突出部１５が一つだけのときは、突出部１５と基準Ｒ１との間隔は、プレート１のＹ方向における長さの１／２以上あるとよい。

一方向に延びる一つの内壁面１２に複数の突出部（１５，１７）を設ける場合には、突出部（１５，１７）どうしの間隔が大きいほど、高精度かつ安定的に位置決めできる。例えば、Ｘ方向に延びる一つの内壁面１２に、－Ｙ方向に突出する突出部１７が二つあるとき、この二つの突出部１７の間隔が、プレート１のＸ方向における長さの１／２以上あるとよい。同様に、Ｙ方向に延びる一つの内壁面１２に＋Ｘ方向に突出する突出部１５が二つあるとき、この二つの突出部１５の間隔が、プレート１のＹ方向における長さの１／２以上あるとよい。

突出部（１５，１７）は、当該突出部の基部を構成する材料と同じ材料から構成されても構わない。つまり、保持体から突出する場合には保持体と同じ材料から構成され、第一基板から突出する場合には第一基板と同じ材料から構成されても構わない。同じ材料から構成することで一体成型できるなどの利点が得られる。当該突出部の基部を構成する材料と異なる材料から突出部が構成されても構わない。突出部（１５，１７）を、保持体５又は第一基板２よりも高剛性となるように、材料、形状又は寸法等を選択しても構わない。

［プレートの変形例］
図９には、プレートの変形例を示している。本変形例のプレート３０では、第二基板３１が第一基板２よりも大きい。この変形例において、第二基板３１が大きくなっても、第二基板３１が保持体５の突出部（１５，１７）に接触しないようにすることを要する。そこで、保持体５の突出部（１５，１７）が接触するプレート１の凹部（２５，２７）付近では、第一基板２が第二基板３１よりも外側に位置するように、両基板の形状を設計しておく。具体的には、第二基板３１の凹部（２５，２７）を第一基板の凹部（２５，２７）よりも大きく形成する。これにより、保持体５の突出部（１５，１７）を、第二基板３１に接触させることなく第一基板２に接触させる。

［位置決め要素の第一変形例］
図１０を参照しながら、位置決め要素の第一変形例を示す。図１０は、Ｘ方向の位置決め要素の周辺領域の上面図である。第一変形例では、第一基板２は、第一基板２の第一側面２ｃに、位置決め要素としての突出部６１を有する。そして、突出部６１が保持体５の凹部５１内の内壁面５１ａに接触する。これにより、第一基板２の保持体５に対するＸ方向の位置決めができる。

［位置決め要素の第二変形例］
図１１を参照しながら、位置決め要素の第二変形例を示す。図１１は、Ｘ方向の位置決め要素周辺の上面図である。第二変形例では、位置決め要素である保持体５の突出部１５が、第一基板２の凹部に挿入されることなく、第一基板２の平坦な第一側面２ｃに接触している。突出部１５が第一基板２の凹部に挿入されなくても、第一基板２の保持体５に対するＸ方向の位置決めができる。

［位置決め要素の第三変形例］
図１２を参照しながら、位置決め要素の第三変形例を示す。図１２は、Ｘ方向の位置決め要素周辺の上面図である。第三変形例では、第一基板２が、第一側面２ｃに、位置決め要素としての突出部６１を有している。そして、突出部６１が保持体５の平坦な内壁面１２に接触する。これにより、第一基板２の保持体５に対するＸ方向の位置決めができる。

［位置決め要素の第四変形例］
図１３を参照しながら、位置決め要素の第四変形例を示す。図１３は、Ｘ方向の位置決め要素周辺の上面図である。図１４は、図１３のＣ３－Ｃ３線における断面図である。図１３に示されるように、第四変形例では、保持体５はＹ方向に延びる内壁面１２から＋Ｘ方向に突出する突出部１６を有する。図１４に示されるように、突出部１６は、下側（－Ｚ側）に、第一基板２と接触する接触面１６ａを有する。接触面１６ａは、第一基板２の第一主面２ａの外周縁（開口の形成された領域の外側領域）に接触し、第一主面２ａを－Ｚ方向に押す。接触面１６ａと第一主面２ａの外周縁との間に摩擦が生じ、第一基板２のＸＹ方向への移動が制限される。つまり、第一基板２は、上方において接する突出部１６により、ＸＹ方向に位置決めされる。

［位置決め要素の第五変形例］
図１５を参照しながら、位置決め要素の第五変形例を示す。図１５は、Ｘ方向の位置決め要素周辺の上面図である。図１６は、図１５のＣ４－Ｃ４線における断面図である。第五変形例では、保持体５の突出部１６の下側の接触面１６ａが、第一基板２の第一主面２ａの外周縁において、第一主面２ａよりも低くなった（－Ｚ方向に位置する）凹部の底面２ｅを－Ｚ方向に押す。接触面１６ａと底面２ｅとの間に生じた摩擦により、第一基板２はＸ方向及びＹ方向への移動が制限される。さらに、突出部１６が第一主面２ａと凹部との間に形成される壁２ｆに接触することで、第一基板２は、壁２ｆとの接触によりＸ方向に位置決めされる。よって、第一基板２は、底面２ｅとの接触による摩擦及び壁２ｆとの接触により位置決めされる。

［位置決め要素の第六変形例］
図１７を参照しながら、位置決め要素の第六変形例を示す。本変形例では、保持体５の支持面１３から柱状の突出部１４が上向き（＋Ｚ方向）に突出している。第一基板２の第二主面２ｂには凹部２６が設けられている。本変形例では、保持体５にプレート１を嵌め込む際、第一基板２の凹部２６に突出部１４が嵌め込まれるようにプレート１を配置する。突出部１４が凹部２６に挿入されると、第一基板２はＸＹ方向に位置決めされる。なお、第一基板２の第二主面２ｂに下向き（－Ｚ方向）に突出する突出部が設けられ、保持体５の支持面１３に前記突出部が挿入される凹部が設けられても構わない。

以上で、第一～第六変形例を説明した。全ての位置決め要素に上記変形例を適用しても構わないし、一部の位置決め要素に上記変形例を適用しても構わない。また、位置決め要素ごとに異なる変形例を適用しても構わない。例えば、Ｘ方向に並んで設けられる突出部のうち、一部の突出部は第一基板２の表面から保持体５の表面に向かって突出する突出部を適用し、残りの突出部は保持体５の表面から第一基板２の表面に向かって突出する突出部を適用しても構わない。

＜第二実施形態＞
図１８及び図１９を参照しながら、マイクロ流体デバイスの第二実施形態について説明する。以下に説明する以外の事項は、第一実施形態と同様に実施できる。第一実施形態で示した種々の変形例は、特に言及されないかぎり第二実施形態にも適用できる。第三実施形態も同様である。

図１８は、マイクロ流体デバイス２００の上面図である。マイクロ流体デバイス２００は、プレート１を挟んで突出部（１５，１７）に対向する位置に、弾性体（４５，４７）を有する。

図１９は、図１８のＢ２－Ｂ２線における断面図である。図１９を参照しながら、弾性体４５の作用について説明する。本実施形態において、弾性体４５は、保持体５の内壁面１２に接して固定されている。弾性体４５は、突出部１５よりも撓みやすく設計されており、プレート１を保持体５に嵌め込んでいないときの、弾性体４５と弾性体４５に対向する突出部１５とのＸ方向における間隔は、第一基板２のＸ方向の寸法よりも若干小さく設計されている。これにより、第一基板２を含むプレート１を保持体５に嵌め込んだとき、弾性体４５が撓み、弾性体４５が第一基板２に反力としての押しつけ力を与える。そして、反力を受けた第一基板２（又は第一基板２の突出部）は、保持体５（又は保持体５の突出部）と、より密着しようとするため、第一基板２（プレート１）の保持体５に対する位置決め精度が向上する。

弾性体４５には、位置決め要素である突出部１５よりも剛性の小さい材料を使用する。典型的には、弾性体４５は、突出部１５よりも撓みやすい樹脂を使用する。弾性体４５は、樹脂の他に、板ばね等の弾性体で構成されても構わない。

しかしながら、弾性体４５は、突出部１５の材料と同じ材料から構成されても構わない。突出部１５の材料と同じ材料から構成される場合には、突出部１５及び保持体５と一体成型できるなどの利点が得られる。弾性体４５に突出部１５と同じ材料を使用する場合には、突出部１５よりも弾性体４５を薄く設計するなど、弾性体４５の寸法や形状を突出部１５の寸法や形状と異ならせることで、弾性体４５の剛性を突出部１５よりも剛性を小さくするとよい。

本実施形態の弾性体４５は、＋Ｚ方向に進むにつれてＹ方向の長さが短くなる傾斜面４５ａを有している。これにより、保持体５に対し、プレート１を＋Ｚ方向から－Ｚ方向に嵌め込みやすくできる。また、本実施形態では、弾性体４５が突出部１５と同じ数であり、かつ、Ｙ方向に同じ位置に配置されているが、弾性体４５は、突出部１５と異なる数でも構わないし、Ｙ方向に異なる位置に配置されても構わない。

上記では、－Ｘ方向に押しつけ力を与える弾性体４５について説明したが、上記の内容は、弾性体４７についても同様である。

＜第三実施形態＞
図２０～図２３Ｂを参照しながら、マイクロ流体デバイスの第三実施形態について説明する。図２０は、マイクロ流体デバイス３００の斜視図である。図２１は、後述する上枠の斜視図である。図２２Ａは、図２０のＢ３－Ｂ３線における断面図である。図２２Ｂは、図２２Ａの断面図で示されたマイクロ流体デバイスを組み立てる様子を模式的に示す図である。図２３Ａは、図２０のＢ４－Ｂ４線における断面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの断面図で示されたマイクロ流体デバイスを組み立てる様子を模式的に示す図である。

マイクロ流体デバイス３００は、上枠５０を有する。上枠５０は、中央領域４が貫通した枠形状を呈している（図２１参照）。上枠５０は、プレート１を保持体５に嵌め込んだ後に、上枠５０が保持体５の内側に嵌め込まれる（図２２Ｂ、図２３Ｂ参照）。嵌め込まれた上枠５０の枠底５５は、第一基板２の第一主面２ａの外周縁（開口２１の形成された領域の外側領域）を覆う（図２２Ａ，図２３Ａ参照）。上枠５０は、開口２１の形成された領域を覆わない大きさ及び形状に設計されている。これにより、上枠５０を保持体５に嵌め込んだ状態で開口２１に流体を注入できる。

図２２Ｂに示されるように、図２０のＢ３－Ｂ３線の周辺では、保持体５が突出部１５を有している。第一基板２の第一側面２ｃは、突出部１５に接触して、第一基板２がＸ方向に位置決めされる。Ｂ３－Ｂ３線の周辺において、上枠５０は第一主面２ａの外周縁と突出部１５に積層されるのみで、Ｘ方向の位置決め要素として機能していない。

図２３Ｂに示されるように、図２０のＢ４－Ｂ４線の周辺では、保持体５が突出部１５を有していない。一方で、上枠５０が、枠底５５の一部分が突出した第二突出部５３を有する。上枠５０が嵌め込まれると、第二突出部５３は、第一基板２の第一側面２ｃに接触し、第一基板２がＸ方向に位置決めされる。つまり、Ｂ４－Ｂ４線の周辺において、上枠５０は、Ｘ方向の位置決め要素として機能する。

上述したように、本実施形態の位置決め要素は、保持体５と上枠５０の両方に設けられる。これにより、第一基板２が保持体５に対して高精度に位置決めされる。上枠５０が嵌め込まれる前の段階では、第一基板２と保持体５との間に遊びを残す、緩い位置決めで構わないため、プレート１の保持体５内へ嵌め込みを容易にできる。そして、上枠５０を保持体５に嵌め込むことで、位置決め要素の数が増えて、第一基板２が保持体５に対して高精度に位置決めされるようになる。よって、嵌め込み作業の容易性と第一基板２の高精度の位置決めとを両立できる。

上枠５０は、枠底５５、内枠５７、外枠５８及び区画板５９に囲まれた貯液槽５６を複数有している（図２１、図２２Ａ、図２３Ａ参照）。貯液槽５６とは、液体を貯溜可能に構成された容器である。複数の貯液槽５６が、プレート１の中央領域４を囲むように配置されている。貯液槽５６の目的は、プレート１内に注入される液の濃度変化を抑制することである。プレート１内に注入される液は微量であるため、時間の経過とともに注入した液の成分が蒸発することがある。液の成分の一部が蒸発すると溝２４に残存する液の濃度が変化するため、細胞の培養や分析に好ましくない。そこで、貯液槽５６に、プレート１の雰囲気の湿度を制御するための液体（例えば、水）を注入し、当該液体を貯溜する。これにより、プレート１の雰囲気の湿度の低下を防ぎ、プレート１に注入された液の蒸発を防ぐ。

以上で第一実施形態、第二実施形態及び第三実施形態を説明した。しかしながら、本発明は、上述した各実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上述の各実施形態を組み合わせたり、各実施形態に種々の変更又は改良を加えたりできる。

上記では、Ｘ方向及びＹ方向の両方向についてプレート１を位置決めすることを念頭に説明したが、Ｘ方向又はＹ方向の一方向について保持体５に対し位置決めする場合にも、当該一方向のみではあるが高精度の位置決め効果が得られる。一方向への位置決めのための位置決め要素は、一つ以上あればよい。

上記では、プレート１は、第一基板２と第二基板３の二枚の基板から構成されたが、プレート１を三枚以上の基板で構成してもよい。三枚以上の基板で構成される場合には、開口の有する第一基板２及び保持体５の少なくとも一方の一部領域に、第一基板と保持体とを接触させる突出部を設ける。そして、第一基板と保持体とを接触させるこの突出部は、開口を有する第一基板を除く基板に接触させない、又は、開口を有する第一基板を除く基板に設けない。

マイクロ流体デバイスの用途として、細胞や組織の培養及び分析を上述した。しかしながら、本発明に係るマイクロ流体デバイスは、細胞や組織の培養と分析の用途以外にも適用できる。例えば、本発明に係るマイクロ流体デバイスは、化学薬品の混合、分離、反応、合成、抽出又は分析等にも使用できる。

１，３０ ：プレート
２，４２ ：第一基板
２ａ ：（第一基板の）第一主面
２ｂ ：（第一基板の）第二主面
２ｃ ：（第一基板の）第一側面
２ｅ ：（第一基板の）凹部
２ｆ ：（第一基板の）壁
３，３１ ：第二基板
３ｃ ：（第二基板の）側面
４ ：中央領域
５ ：保持体
１２ ：（保持体の）内壁面
１３ ：（保持体の）支持面
１４，１５，１６，１７，６１：突出部
１６ａ ：（突出部の）接触面
１８，１９：（保持体の）外壁面
２１ ：（第一基板の）開口
２２ ：（開口の）面取り形状
２４ ：溝
２５，２６ ：凹部
２５ａ ：（凹部内の）側面
２８，２９ ：角部
４５，４７ ：弾性体
５０ ：上枠
５１ ：（保持体の）凹部
５２ ：（上枠の）外周面
５３ ：第二突出部
５５ ：枠底
５６ ：貯液槽
５７ ：内枠
５８ ：外枠
５９ ：区画板
１００，２００，３００ ：マイクロ流体デバイス

Claims (8)

1. 流体を注入する開口が形成された第一主面、前記第一主面の反対側の第二主面、及び前記第一主面と前記第二主面とを連絡する第一側面を有する第一基板と、前記第二主面に接合されてなる第二基板とを有するプレートと、
   前記プレートの外側面と離間した状態で前記プレートの前記外側面を取り囲む内壁面と、前記プレートの前記第二基板が載置された下面とを有する保持体と、
   前記第一基板及び前記保持体の少なくとも一方の表面の一部領域に形成され、前記表面から前記第一基板と前記保持体とが対向する方向に向かって突出して前記第一基板と前記保持体とを接触させる突出部と、を備えることを特徴とするマイクロ流体デバイス。
2. 前記突出部の嵌め込まれる凹部が、前記第一基板及び前記保持体の少なくとも一方の表面の一部領域に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記突出部は、前記第一側面及び前記内壁面の少なくとも一方から突出してなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記突出部は、第一方向に延びる前記内壁面又は前記第一側面から、前記第一方向に直交する第二方向に突出する少なくとも二つの突出部と、前記第二方向に延びる前記内壁面又は前記第一側面から、前記第一方向に突出する少なくとも一つの突出部と、を含むことを特徴とする、請求項３に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 前記保持体は、前記第一側面の一部領域に接触する弾性体を備え、
   前記弾性体の接触する前記第一側面は、前記第二基板を挟んで前記突出部に対向する位置にあることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
6. 前記保持体の内側に嵌め込まれ、前記第一基板の前記第一主面に形成された前記開口を露出させるとともに、前記第一主面の前記開口の形成された領域の外側を覆う上枠を備え、
   前記上枠の枠底の一部分に、前記枠底から突出して、前記第一基板の前記第一側面に接触する第二突出部を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
7. 前記上枠は貯液槽を備えることを特徴とする、請求項６に記載のマイクロ流体デバイス。
8. 細胞又は組織の培養に使用される、請求項１～７のいずれか一項に記載のマイクロ流体デバイス。
   

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