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    芯片 夹具
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110039756.3

    申请日:

    2011.02.17

    公开号:

    CN102192881A

    公开日:

    2011.09.21

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01N 21/17申请公布日:20110921|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/17申请日:20110217|||公开
    IPC分类号: G01N21/17; G01N21/00 主分类号: G01N21/17
    申请人: 欧姆龙株式会社
    发明人: 莲井亮介; 岩坂博之; 西川武男; 山田圭佑; 神山进
    地址: 日本国京都府京都市
    优先权: 2010.03.17 JP 2010-061254
    专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 党晓林;王小东
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110039756.3

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.01.01|||2011.11.23|||2011.09.21

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明提供一种流路芯片,其具有优异的制造性,并且能够实现稳定的检测。流路芯片(1)具备用于流通流体的流路(11),其特征在于,该流路芯片(1)具备:基板(2),该基板(2)由能够透光的材料构成,并且在该基板(2)形成有用于形成流路(11)的槽;以及膜(3),该膜(3)由能够透光的材料构成,并且通过压敏型粘接剂粘贴于基板(2)从而封闭槽。本发明还提供一种夹具。

    权利要求书

    1.一种流路芯片,其具备流路,流体在该流路中流动,所述流路芯片的特征在于,所述流路芯片具备:基板,该基板由能够透光的材料构成,并且在该基板形成有用于形成所述流路的槽;以及膜,该膜由能够透光的材料构成,并且该膜通过压敏型粘接剂粘贴于所述基板,从而封闭所述槽。2.根据权利要求1所述的流路芯片,其特征在于,所述基板与棱镜被一体化。3.根据权利要求1或2所述的流路芯片,其特征在于,在所述基板设置有贯通孔,该贯通孔将所述流路与外部连通。4.根据权利要求3所述的流路芯片,其特征在于,所述贯通孔的靠外部侧的开口部以朝向外部呈锥形地扩大的方式开口。5.根据权利要求4所述的流路芯片,其特征在于,所述开口部以扩径程度随着朝向外部而增大的方式由角度不同的多个锥形部构成。6.根据权利要求4或5所述的流路芯片,其特征在于,所述基板为树脂成型品,所述贯通孔开口的区域处的所述流路的路面的面积比所述贯通孔的开口部处的所述流路的路面的面积要大。7.根据权利要求1至6中任一项所述的流路芯片,其特征在于,所述流路由在所述基板上互不连通的至少两个流路构成,所述基板在与所述膜接合的接合面上以互不连续的方式设置有第一金属膜和第二金属膜,所述第一金属膜形成于包含所述至少两个流路中的一个流路的路面之一部分的区域,所述第二金属膜形成于包含所述至少两个流路中的另一个流路的路面之一部分的区域。8.根据权利要求1至7中任一项所述的流路芯片,其特征在于,所述流路芯片具备支承部件,该支承部件由能够透光的材料构成,并且该支承部件具有平坦面,所述平坦面与所述膜的位于与所述基板粘接的粘接面的相反侧的面抵接。9.根据权利要求8所述的流路芯片,其特征在于,所述膜粘接于所述平坦面。10.根据权利要求1至9中任一项所述的流路芯片,其特征在于,所述流路是用于向在所述流路内流动的流体照射光的流路。11.一种夹具,其用于保持权利要求1至10中任一项所述的流路芯片,其特征在于,所述夹具具备:底座,所述流路芯片以所述基板在下的方式载置于该底座;以及盖,该盖由能够透光的材料构成,并且该盖具有平坦面,所述平坦面与所述膜的位于与所述基板粘接的粘接面的相反侧的面抵接。

    说明书

    流路芯片和夹具

    技术领域

    本发明涉及流路芯片,特别涉及具有细微流路的微流路芯片以及与此相关的技术。

    背景技术

    微流路芯片作为应用微机械技术等而制成的化学分析芯片已被公知。作为能够集成各种功能于一块芯片上并实现高度的检测体检测的器件,其被利用于医疗、环境、食品、微化学合成等各种领域(专利文献1、2等)。作为使用微流路芯片的反应检测方法,以往已知有利用荧光分子的方法、吸光度测量法、电化学测量法、表面等离子共振法等。此外,还有这样的使用方法:在微流路芯片上仅进行混合、分离等液体操作,而在芯片外部进行检测。

    微流路芯片利用深度为几十μm(微米)、宽度为几十~几百μm(微米)的非常细微的流路来进行混合、分离等液体操作以及流路内的液体的反应检测等。具有这样的细微流路的微流路芯片具有如下优点。例如,由于扩散反应时间与扩散距离的2次方成比例,所以能够通过细微流路所形成的狭窄空间来缩短反应时间。此外,由于界面相对于单位体积的面积(单位界面面积)变大,能够增大在流路内使不同液体接触时的面积的比例,所以扩散效果好。此外,由于热容量小,所以能够迅速地加热、冷却。

    图29和图30示出了现有技术所涉及的微流路芯片的结构。图29是现有技术所涉及的微流路芯片的示意立体图。图30是现有技术所涉及的微流路芯片的示意剖视图。如图所示,现有的微流路芯片100具有:基板101,其上形成有用于形成流路的槽;以及作为盖的基板102。通过使基板102与基板101的槽形成面贴合,来封闭槽以形成输液用的流路103。

    作为使流路封闭的方法,一般为通过施加一定时间的压力和热来使接合面熔融从而进行接合的热压接方式。此外,还已知有使用热塑性树脂的基板通过超声波振动和加压来使基板瞬间熔融并接合的方法(专利文献3)、以及通过在接合面涂布紫外线硬化树脂并进行UV(紫外线)照射来进行接合的方法(专利文献4)。

    但是,这些现有的流路封闭方法存在如下问题。

    在采用热压接方式实现的流路封闭中,存在如下等工艺稳定性差的问题:容易产生由热引起的流路变形和由压力不均引起的接合不良,流路被压毁,或者在接合面之间形成泄漏流路。此外,附随着加热工序而需要有慢冷却等工序,所以工序数量多、工艺产量(process?throughput)低。此外,在采用超声波方式实现的流路封闭中,也容易产生由摩擦热引起的流路变形,在UV粘接方式中,由于需要形成与流路形状对应的粘接剂的图案,所以在增大生产成本的同时还容易增大粘接层厚度的波动。

    另外,在使用于表面等离子共振(SPR:Surface?Plasmon?Resonance)传感器的情况下(参照专利文献5),使各种抗体附着于流路上的传感器表面来进行使用,然而抗体容易受到热的影响并且容易通过加热或UV照射而失活。

    此外,在该传感器中,通过使用于向传感器表面照射光的棱镜与流路芯片一体地紧密接合来进行使用,然而由于棱镜与流路芯片是分体的结构,因此处理起来很繁琐。例如,在使匹配油(matching?oil)滴落至棱镜与芯片的接合面的匹配油方式中,匹配油的涂布和擦除很繁琐,并且有可能因气泡而产生错误等。此外,在使光凝胶(ォプトゲル)介入棱镜与流路芯片的接合面的光凝胶方式中,有时会产生光凝胶的污染以及因气泡引起的错误,并且需要另行设置对光凝胶进行按压的按压机构。为了消除这样的繁琐性,考虑了形成预先使棱镜与流路芯片一体化而成的器件的方法,但由于棱镜因流路封闭时的热而变形,所以实现起来很困难。

    专利文献1:日本特开2008-76208号公报

    专利文献2:日本特开2008-175795号公报

    专利文献3:日本特开2008-216121号公报

    专利文献4:日本特开2007-240461号公报

    专利文献5:日本特开2008-216055号公报

    发明内容

    本发明的目的在于提供一种制造性优异、且能够实现稳定的检测的流路芯片。

    为了解决上述问题,本发明采用了以下手段。

    即,本发明中的流路芯片是具备流路的流路芯片,其中流体在所述流路中流动,所述流路芯片的特征在于,所述流路芯片具备:

    基板,该基板由能够透光的材料构成,并且在该基板形成有用于形成所述流路的槽;以及

    膜,该膜由能够透光的材料构成,并且该膜通过压敏型粘接剂粘贴于所述基板,从而封闭所述槽。

    根据本发明,能够使设置于基板的槽的封闭在常温进行。即,无需加热就能够使流路封闭。因此,排除了因加热引起的基板的变形等、由热产生的影响,提高了工艺稳定性。此外,通过抑制由热引起的变形,能够制造出形状精度很高的产品,能够实现高精度的检测。此外,由于不需要加热工序,所以也不需要附随于加热工序的慢冷却等其他工序,因此提高了工艺产量。此外,由于无需加热就能够进行制造,所以不会产生作为生物传感器来使用的情况下的抗体失活的问题。

    优选的是,所述基板与棱镜被一体化。

    根据本发明,由于不加热而能够进行常温下的流路封闭,所以能够使棱镜与基板预先一体化。即,能够排除像以往那样在后来使棱镜与芯片一体化等的繁琐的工序。由此,能够大幅提高工艺产量。

    优选的是,在所述基板设置有贯通孔,该贯通孔将所述流路与外部连通。

    这样,通过在刚性比膜要高的基板设置流路开口部,能够利用与外部流路系统的连接(例如,管或密封部件的按压)来避免流路的变形和毁坏等的发生。

    优选的是,所述贯通孔的靠外部侧的开口部以朝向外部呈锥形地扩大的方式开口。此外,更为优选的是,所述开口部以扩径程度随着朝向外部而增大的方式由角度不同的多个锥形部构成。

    由此,在外部流路系统的管等流路部件与流路芯片开口部连接时,锥形面成为引导件,能够容易地进行流路部件与开口部之间的定位。

    优选的是,所述基板为树脂成型品,所述贯通孔开口的区域处的所述流路的路面的面积比所述贯通孔的开口部处的所述流路的路面的面积要大。

    由此,在通过注塑成型来制造基板的情况下,能够吸收模具的流路槽形成部与贯通孔形成部之间的错位以及因树脂的伸缩等引起的流路与贯通孔之间的错位,能够提高基板的成型性。

    优选的是,所述流路由在所述基板上互不连通的至少两个流路构成,所述基板在与所述膜接合的接合面上以互不连续的方式设置有第一金属膜和第二金属膜,所述第一金属膜形成于包含所述至少两个流路中的一个流路的路面之一部分的区域,所述第二金属膜形成于包含所述至少两个流路中的另一个流路的路面之一部分的区域。

    例如,当在金属膜上形成SAM膜来使用的情况下,若两个金属膜连续地设置,则担心由于因形成在金属膜上的SAM膜产生的基板与膜的粘接面之间的微小间隙,而产生两个流路之间的流体泄露。根据本发明,通过将两个金属膜设置成互不连续,能够抑制两个流路相互连通从而产生流体泄露的情况。

    优选的是,所述流路芯片具备支承部件,该支承部件由能够透光的材料构成,并且该支承部件具有平坦面,所述平坦面与所述膜的位于与所述基板粘接的粘接面的相反侧的面抵接。

    由此,能够抑制伴随流路内流动的流体的压力增加而产生的膜的变形。由此,能够抑制因膜的变形而引起的流路面积的变动,能够实现稳定的检测。

    优选的是,所述膜粘接于所述平坦面。

    由此,能够抑制由于流路变动等而使流路内部产生负压时的膜的变形。由此,能够更加有效地抑制流路面积的变动,能够实现更加稳定的检测。

    优选的是,所述流路是用于向在所述流路内流动的流体照射光的流路。

    如上所述,根据本发明,由于能够形成形状精度高的流路,所以在对流路内的流体照射光来进行检测的用途上,能够帮助提高检测的精度。

    此外,本发明中的夹具是用于保持上述流路芯片的夹具,其特征在于,所述夹具具备:

    底座,所述流路芯片以所述基板在下的方式载置于该底座;以及

    盖,该盖由能够透光的材料构成,并且该盖具有平坦面,所述平坦面与所述膜的位于与所述基板粘接的粘接面的相反侧的面抵接。

    根据本发明,通过使盖的平坦面与膜抵接,能够抑制伴随在流路内流动的流体的压力增加而产生的膜的变形。由此,能够抑制因膜的变形而引起的流路面积的变动,能够实现稳定的检测。

    如以上说明的那样,根据本发明,具有优异的制造性,并且能够实现稳定的检测。

    附图说明

    图1是实施例1所涉及的流路芯片的示意图。

    图2是实施例1所涉及的流路芯片的示意立体图。

    图3是说明SPR传感器的结构的示意图。

    图4是表示各加热温度下的抗体活性的曲线图。

    图5是比较例所涉及的流路芯片的示意剖视图。

    图6是比较例所涉及的流路芯片的示意剖视图。

    图7是实施例1所涉及的流路芯片的示意剖视图。

    图8是对基板上的槽与贯通孔的位置关系进行说明的示意图。

    图9是对比较例进行说明的示意图。

    图10是表示各流路中的信号随时间变化的曲线图。

    图11是对本实施例进行说明的示意图。

    图12是表示各流路中的信号随时间变化的曲线图。

    图13是表示金薄膜图案形成用夹具的结构的示意图。

    图14是对金属膜溅射进行说明的示意图。

    图15是对基板和掩模的尺寸关系进行说明的示意剖视图。

    图16是表示评价实验的结果的图表。

    图17是对流路封闭用夹具的结构进行说明的示意图。

    图18是对压板(squeegee)末端的尺寸设定进行说明的示意剖视图。

    图19是对压板末端的尺寸设定进行说明的示意剖视图。

    图20是表示实施例1所涉及的保持夹具的结构的示意剖视图。

    图21是对流路的变形的状况进行说明的示意图。

    图22是表示各流速下的膜表面移动量的曲线图。

    图23是说明流路变形对检测的影响的示意图。

    图24是说明流路变形对检测的影响的示意图。

    图25是表示局域型SPR传感器的结构的示意图。

    图26是表示实施例1的流速变化与信号变化的关系的曲线图。

    图27是实施例2所涉及的流路芯片的示意剖视图。

    图28是表示实施例2的流速变化与信号变化的关系的曲线图。

    图29是现有技术所涉及的微流路芯片的示意立体图。

    图30是现有技术所涉及的微流路芯片的示意剖视图。

    标号说明

    1:流路芯片;10:芯片主体;11:流路(流动池);12:开口部;13:棱镜;14:金属膜;2:基板;20:基板主体;21:槽;22:贯通孔;4:SPR传感器;40:单色光源;41:准直透镜;42:聚光透镜;43:准直透镜;44:偏振片;45:受光部;46:数据处理装置;47:泵;48:废液贮存槽;5:夹具;50:夹具主体;51:底座;52:管;53:盖;54:密封部件。

    具体实施方式

    以下参照附图,根据实施例例示性地详细说明用于实施本发明的实施方式。其中,关于实施例中记载的结构部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等,只要没有特别地进行特定记载,就不表示本发明的范围仅限定于此。

    (实施例1)

    参照图1和图2对本发明的实施例1所涉及的流路芯片进行说明。图1是本实施例所涉及的流路芯片的示意图,其中(A)为示意俯视图,(B)为(A)中的AA截面。图2是本实施例所涉及的流路芯片的示意立体图,其中(A)表示基板与膜分离的状态,(B)表示膜粘贴于基板的状态。

    另外,在本实施例中,对将本发明所涉及的流路芯片作为所谓的表面等离子共振传感器的传感器芯片来使用时的结构进行例示,但并不否定其为了其他用途的应用。

    <流路芯片>

    如图1所示,流路芯片1具有:大致长方形的薄板状的芯片主体10;在芯片主体10的内部延伸的流路11;使流路11与芯片主体外部连通的开口部12;与芯片主体10一体成型而成的棱镜13;以及形成于芯片主体10内部且形成于棱镜13的上方的金属膜14。

    本实施例所涉及的流路芯片1是具有双通道流动池(flow?cell)(反应空间)的传感器芯片。即,流路11由第一流路(流动池1)11a和第二流路(流动池2)11b这两个流路构成,通过这两个流路来形成两个流动池(以下,在无需区别进行说明的情况下,将两个流路11a、11b合称为流路11来进行说明)。两个流路11a、11b分别在芯片主体10内部沿芯片主体10的长边方向延伸,并且通过在棱镜13的上方向彼此相反的方向折返而形成为在流路芯片1上互不连通的结构。

    开口部12相对于两个流路11a、11b分别各设置有两处,它们构成各流路的流入口和排出口。

    金属膜14与两个流路11a、11b对应地形成于芯片主体10内的两个部位。形成金属膜14的区域是芯片主体10的包含流路11的路面的一部分的内部区域、而且是光经由棱镜13所照射的区域。具体来说,在两个流路11a、11b各自的折返部及其附近,分别形成为第一金属膜14a和第二金属膜14b(以下,在无需区别进行说明的情况下,将两个金属膜14a、14b合称为金属膜14来进行说明)。第一金属膜14a和第二金属膜14b在芯片主体10内部相互独立地形成。

    如图2所示,流路芯片1(芯片主体10)通过将膜3粘贴于基板2而形成。

    基板2具有基板主体20、形成流路11的槽21以及形成开口部12的贯通孔22,在槽21的折返部的下方一体成型有棱镜13?;?由能够透光的材料制成,作为材料,例如可以举出塑料等透明树脂、玻璃等。在基板主体20的下表面设置有用于定位于未图示的固定夹具的凹部24。

    槽21形成在基板主体20的与膜3接合的接合面上。流路11通过将膜3粘贴于基板2从而封闭槽21而形成。贯通孔22从槽21的槽底面延伸至基板主体20的下表面(与膜3接合的接合面的相反侧的面)从而贯穿基板主体20。贯通孔22的外部侧(基板下表面侧)的开口部以朝向外部呈锥形地扩大的方式开口。该锥形开口部形成为扩径程度随着朝向外部而增大的两级锥形。

    金属膜14在基板主体20的与膜3接合的接合面上层叠形成于包含槽21的折返部的一部分区域。在金属膜14的表面形成有用于使活体分子固定化的有机分子层,即,在金属膜14的表面固定有能够与特定的蛋白质(抗原)结合的抗体(探针)。

    膜3是在单面涂布有压敏型粘接剂的压敏粘接式膜,其构成为通过按压于粘接对象时的压力而使粘接剂发挥粘接性。膜自身由能够透光的材料、例如塑料等透明树脂等构成。

    涂布于膜3的压敏型粘接剂只要是具有透光性、能够在常温下发挥粘接性、并且能够相对于基板2获得足够的粘接力的粘接剂,则没有特别限定,可以适当地采用以往公知的粘接剂(例如,参照日本特表2001-519455号公报等)。

    <SPR传感器>

    参照图3,对使用本实施例所涉及的流路芯片的SPR传感器(传导型)进行说明。图3是说明SPR传感器的结构的示意图,其中(A)是表示SPR传感器的光学系统的结构的示意图、且是与(B)中的BB截面对应的图,(B)是表示用于对流路芯片进行定位保持的夹具的结构的示意图、且是与(A)中的CC截面对应的图。

    SPR传感器是利用表面等离子共振来检测蛋白质等活体分子的相互作用的传感器。表面等离子共振是金属膜表面的自由电子与光产生的共振现象。在特定的波长或特定的入射角度下,入射光的能量通过共振而变成金属自由电子的振动,反射光的强度显著下降。该共振条件(共振波长、共振入射角)随着金属膜周围的物质的电容率(折射率)的变化而变化。SPR传感器在金属膜表面预先固定有与特定的蛋白质(抗原)特异结合的抗体(探针),通过检查试样中含有的抗原与抗体的结合,金属膜周围的折射率发生变化。由此,通过对导入检查试样前后的共振波长或共振入射角的变化、以及它们随时间的变化进行测量,能够检测出检查试样中是否含有抗原、以及含有多大浓度的抗原等。

    如图3的(A)所示,SPR传感器4具有光学系统,该光学系统由单色光源40、准直透镜41和43、聚光透镜42、偏振片44以及受光部45等构成。流路芯片1通过夹具5而被定位保持在通过聚光透镜42而会聚的光的光路上。

    从单色光源40射出的光被准直透镜41校准,并通过聚光透镜42而会聚,然后入射向流路芯片1的棱镜13。

    入射至棱镜13后的光向流路芯片1的流路11内的检测区域(形成有金属膜14的区域)入射。

    在检测区域发生反射后从棱镜13射出的反射光被准直透镜43校准,并通过偏振片44进行偏振,然后被受光部45接收。PC等数据处理装置46基于从利用受光部45接收到的反射光获得的信息(反射光的强度等)来输出检测结果。

    如图3的(B)所示,夹具5具有:载置流路芯片1的底座51;贯通底座51地设置的管52;以及与流路芯片1的上表面重叠的、为平坦基板的盖53。流路芯片1以使形成有开口部12和棱镜13的一侧的面朝下的方式载置于底座51。管52例如是外径为1/16英寸的PEEK(聚醚醚酮)管,该管52的从底座51的座面凸出的端部与流路芯片1的开口部12连接。在管52的外周装配有O形环等密封部件54。通过在流路芯片1和底座51之间弹性地压缩密封部件54,能够使开口部12与管52之间的连接部相对于外部被封闭,能够防止液体向外部泄漏。盖53以能够使底座51的上方开闭的方式轴支承于夹具主体50。

    流路芯片1的两个流路11各自与以下部件连接:泵47,其用于向各流路内输送检查试样溶液;以及废液贮存槽48,其用于对通过了各流路内部的检查试样溶液进行回收。两个流路中,一个作为目标(target)用流动池来使用,另一个作为参考(reference)用流动池来使用。在流路的表面(路面)形成有传感器表面,该传感器表面通过在金属膜上固定各种抗体(探针)而形成。另外,也可以将两个流路都作为目标用和参考用的流动池来利用。

    关于一般的传感器表面的制作方法,简单地说明一个示例。在洗净后的基板2的表面形成Au、Ag等金属膜,在该金属膜上形成SAM膜(Self-assembled?monolayer:自组装单分子膜)。通过EDC(1-ethyl-3-(3dimethylaminopropyl)carbodiimide:碳化二亚胺)、NHS(N-hydroxysuccinimide:N-羟基琥珀酰亚胺)使形成的SAM膜活化,并固定IgG抗体(pH?4.0~6.0)。通过Ethanol?Amine(乙醇胺)(pH?8.5)使SAM膜钝化,并通过Gly-HCl(pH?1.5~2.5)进行处理(treatment)。

    <本实施例的优点>

    以下,对本实施例所涉及的流路芯片的优点进行说明。

    <<常温封闭>>

    根据本实施例,流路芯片的流路形成、即设置于基板的槽的封闭能够在常温下进行。即,无需加热就能够使流路封闭。因此,抑制了因加热引起的基板的变形等、即抑制了流路的变形等,能够进行形状精度很高的制造,能够有助于检测精度的提高。

    此外,由于不需要加热工序,所以也不需要附随于加热工序的其他工序,因此与需要加热工序的现有产品相比,能够实现制造时间的大幅缩短以及制造成本的降低。例如,现有产品中,在加热和加压后,需要有在维持加压的同时进行慢冷却、并在解除加压后仍然进行慢冷却这样的工序,芯片制造时大约为7分钟/片。在本实施例中,只有封闭工序(将膜粘贴于基板),制造时间大幅缩短至大约30秒/片。

    此外,根据本实施例,由于无需加热就能够制造,因此在作为生物传感器使用的情况下不会产生抗体失活的问题。参照图4对这一点进行说明。图4是表示各加热温度下的抗体活性的曲线图。

    此处,在本实验中,为了确认高温下的活体分子的活性(维持原来的功能),使用了SPR传感器(Biacore(产品名),GE?Health?Care公司制)。此外,作为活体分子,使用了AFP(甲胎蛋白)抗体。AFP是肝癌的肿瘤标记物。实验方法是:使用铜制基板固定板在50℃、80℃、120℃各温度下对传感器芯片进行6分钟的加热,然后利用SPR传感器进行信号检测。

    如图4所示,可以确认:在50℃活性下降至常温的大约50%,在80℃活性下降至常温的大约30%。因此,可知,在将抗体固定于传感器芯片来进行使用的情况下,容易因流路封闭时的加热而产生抗体失活,例如,在封闭温度为80℃以上的现有产品中,会发生大约70%的抗体的失活。另一方面,在为常温封闭的本实施例中,当然不会发生这样的失活。

    此外,根据本实施例,能够使棱镜与基板预先一体化。即,由于本实施例能够在常温下进行流路封闭,所以无需担心因加热引起的棱镜的变形,能够同时制造棱镜和基板。因此能够排除像以往那样在后来使棱镜与芯片一体化等的繁琐的工序。由此,能够实现制造时间的缩短和制造成本的降低,能够大幅提高工艺产量。

    <<贯通孔设置于基板>>

    根据本实施例,通过在刚性比膜3要高的基板2设置流路开口部12,能够利用与外部流路系统的连接来避免流路的变形和毁坏等的发生。参照图5对这一点进行说明。图5是在膜上设置有贯通孔的比较例所涉及的流路芯片的示意剖视图。

    如图5所示,当形成为在膜3上设置有贯通孔32的结构时,担心由于管52和密封部件54的按压而使得膜3弯曲从而破坏流路11。在图5的比较例的结构中,为了避免这样的不良情况,需要增加用于针对管52或密封部件54的按压来抑制膜3的变形的结构、例如从内侧支承膜3的部件或结构等。根据本实施例,通过在容易确保刚性的流路基板侧设置贯通孔,能够避免这些问题。

    <<在贯通孔的开口部设置有锥度>>

    根据本实施例,基板的贯通孔具有锥形的开口部,由此能够使管52与贯通孔22之间的对准变得容易。即,开口部的锥形面成为引导件,能够容易地定位管52和开口部12。

    参照图6和图7对这一点进行说明。图6是贯通孔的开口部没有设置锥度的比较例所涉及的流路芯片的示意剖视图,其中(A)表示贯通孔的直径与管的直径大致相同的比较例的截面,(B)表示贯通孔的直径比管的直径要大的比较例的截面。图7是本实施例所涉及的流路芯片的示意剖视图,其中(A)表示贯通孔开口部的锥度为一级锥度的情况,(B)表示贯通孔开口部的锥度为两级锥度的情况。

    如图6的(A)所示,在流路芯片1的开口部12(贯通孔22)的直径与管52的外径大致相同的情况下,难以进行开口部12与管52之间的对准。如图6的(B)所示,在开口部12的直径比管52的外径要大的情况下,有时会从接合部的间隙发生液体泄漏。

    如图7的(A)所示,在本实施例中,贯通孔22从外部侧朝向流路11侧具有锥形部22a、端面部22b和孔部22c。

    锥形部22a的外部侧(基板2的下表面侧)的直径被设定在比管52的外径要大、且比密封部件54的外径要小的范围内。锥形部22a朝向端面部22b逐渐缩径,并且锥形部22a的与端面部22b交界处的内部侧直径与管52的外径相等或者比管52的外径稍大。

    贯通孔22构成为孔径在端面部22b缩小的结构。锥形部22a的深度(锥形部22a在贯通孔22的轴向(贯通方向)上的形成范围)被设定成与管52的凸出长度相等或者比管52的凸出长度稍浅。因此,当流路芯片1载置于底座51时,管52末端的端面与端面部22b抵接。

    孔部22c的直径被设置成与管52的内径大致相同。通过使管52的末端面与贯通孔22的端面部22b抵接,来由贯通孔22的孔部22c和管52形成连续的流路。

    通过上述结构,使得流路芯片1相对于夹具5的底座51的对准变得容易。即,在将流路芯片1载置于底座51时,即使贯通孔22(开口部12)与管5的位置稍微错开,锥形部22a也会作为引导件来修正流路芯片1的位置,从而能够将流路芯片1容易地设置于预期的位置。

    此外,管52的末端面与贯通孔22的端面部22b抵接,通过贯通孔22的孔部22c与管52形成连续的流路,由此能够将试样送入流路芯片1的流路11而不浪费,能够使试样的死体积(dead?volume)达到最小限度。

    此处,锥形部22a的锥度角(与端面部22b所成的角度)α优选处于90°~100°的范围。通过使上述锥度角α处于这样的范围,能够有效地抑制管52的脱落以及液体泄漏。

    此外,如图7的(B)所示,还优选使锥度角分两级变化的结构。为了增大位置偏移的容许误差,需要使锥形部大幅开口、即需要增大锥度角。但是,若锥度角增大,则管容易脱落且液体容易泄漏。因此,通过使锥形部22a形成为连续地设置有芯片对准用锥形部22a1和管保持用锥形部22a2这两类锥形部的结构,能够同时达成芯片设置时的位置偏移容许误差(芯片的易设置性)和管的保持两者。

    在实施例中,管保持用锥形部22a2的锥度角β为95°,芯片对准用锥形部22a1的锥度角γ为135°。

    此外,上述贯通孔22的结构可以通过注塑成型来与流路部分(槽21部分)一起制造,从而能够降低芯片成本。另外,在本实施例中形成为为两级锥度,但并不限定于此,例如也可以是像三级锥度等那样使锥度角的变化次数比两级更多的结构。

    <<贯通孔开口区域处的流路面面积比贯通孔开口部处的流路面面积要大>>

    根据本实施例,贯通孔开口的区域处的流路路面的面积比贯通孔的开口部处的流路路面的面积要大,由此能够在通过注塑成型来制造基板时提高基板的成型性。

    在通过注塑成型来制造本实施例所涉及的流路芯片的基板的情况下,在一个模具设置槽形成部(沿流路形状延伸的凸状部),在另一模具设置贯通孔形成部(根部带锥度的销)。为了在流路芯片中减少向流路输送的试样的量,需要减小流路的死体积,为此,需要避免相互错开位置地形成槽和贯通孔的情况。

    在本实施例中,基板形状构成为流路的贯通孔开口区域处的路面面积比贯通孔的开口部处的路面面积要大,即,成型模具的形状构成为槽形成部的上表面的面积比贯通孔形成部的销直径(孔部22c的直径)要大。由此,能够吸收模具中的销与销配合部之间的错位以及因树脂的伸缩等引起的槽与贯通孔之间的错位,能够实现死体积的减小。

    参照图8对这一点进行说明。图8是对基板中的槽与贯通孔的位置关系进行说明的示意图,其中(A)表示比较例,(B)表示本实施例,(C)~(E)分别表示变形例。另外,在各图中,左侧表示基板的俯视图,右侧表示基板的剖视图。

    图8的(A)表示在一个模具形成槽形成部和贯通孔形成部时的结构。该情况下,不需要进行槽与贯通孔的对准,不存在流路的死体积。

    但是,在本实施例中,由于贯通孔22的锥形部22a形成为下部凹陷(undercut)部,所以无法采用这样的模具结构。

    如图8的(B)所示,在本实施例中,贯通孔22开口的区域处的槽21的底面形状形成为与贯通孔22大致同心的大致圆形形状部,并且该大致圆形形状部的直径比贯通孔22的直径要大。即,在成型模具中,构成为槽形成部处的销配合部的直径比贯通孔形成部的销的末端直径要大。具体来说,贯通孔形成部处的销的末端直径为φ360μm,槽形成部处的销配合部的直径为φ700μm。由此,能够避免销与配合部之间的错位。

    另外,如图8的(C)所示,考虑到在成型时树脂沿流路方向伸缩,通过使销配合部形成为在流路方向扩大的形状,也能够避免错位。此外,如图8的(D)所示,通过使销的末端的截面形状形成为长方形或椭圆形,能够更简便地避免错位。另外。如图8的(E)所示,也可以通过使销的末端面积比销配合部的面积大,来避免错位。

    <<金属膜与多个流路对应地分开形成于多个区域>>

    根据本实施例,当在流路芯片的多个流路的路面形成金属膜来作为传感器面使用的情况下,通过将金属膜与多个流路对应地分开形成于多个区域,能够抑制多个流路间的流体泄漏。

    参照图9~图12对这一点进行说明。图9是对不将金属膜分成多个来形成的比较例进行说明的示意图,其中(A)是流路芯片的俯视图,(B)是沿(A)中的DD线的剖视图。图10是表示各流路中的信号随时间变化的曲线图,其中(A)表示一个流路(流动池1)中的信号变化,(B)表示另一个流路(流动池2)中的信号变化。图11是对本实施例进行说明的示意图,其中(A)是流路芯片的俯视图,(B)是沿(A)中的EE线的剖视图。图12是表示各流路中的信号随时间变化的曲线图,其中(A)表示一个流路(流动池1)中的信号变化,(B)表示另一个流路(流动池2)中的信号变化。

    如图9的(A)和图9的(B)所示,在比较例所涉及的流路芯片1’中,为了在两个流路11a、11b各自的路面上形成检测用的金属膜,将一张金属膜14的层形成于基板2与膜3之间。如上所述,在将膜3层叠于基板2之前,在金属膜14的表面形成用于使检测用抗体固定化的SAM膜15。

    对上述结构的比较例所涉及的流路芯片1’进行液体泄漏实验。首先,将缓冲液(HBS-P)以80μl(微升)/min的流速导入至流路11a(流动池1)和流路11b(流动池2)。在流动池1中充满了缓冲液的状态下,将纯水(Mill-Q:超纯水)以20μl/min的流速导入至流动池2。

    如图10的(A)和图10的(B)所示,上述实验结果为:在流动池1中产生了与流动池2相同的SPR的信号变化。即,在流动池1中充满了缓冲液的状态下,在图中的箭头B的时刻将流动池2切换成纯水,结果在到将流动池2在箭头C的时刻再次切换成缓冲液为止的期间内(BC之间),在流动池1中产生了与流动池2相同的SPR的信号变化。原本,在未进行流体切换的流动池1中应该不产生信号变化,该结果被认为是由于流动池2的纯水向流动池1发生了泄漏而引起的。此外,该液体泄漏被认为是由两个流动池之间的SAM膜引起的。即,被认为是因为:由于位于两个流动池之间的SAM膜,在基板2与膜3的粘接面之间产生了微小的间隙,从而试样溶液通过毛细管现象而穿过了该间隙。

    如图11的(A)和图11的(B)所示,在本实施例所涉及的流路芯片1中,将形成金属膜14的区域分成了两个。即,在包含一个流路11a的一部分的区域内设置有第一金属膜14a,在包含另一个流路11b的一部分的区域内设置有第二金属膜14b,在两个金属膜之间设置有不形成金属膜的区域(将两个金属膜以互不连续的方式设置)。由于SAM膜形成在金属膜上,所以在两个金属膜之间的区域,在基板2与膜3之间未夹设任何部件,基板2与膜3直接粘接在一起。另外,在图中以形成有间隙的方式进行了图示,但实际上由于膜3被按压并粘贴于基板2,所以两个金属膜之间的间隙处于被堵死的状态。

    如图12的(A)和图12的(B)所示,在对本实施例的流路芯片1进行了与上述相同的液体泄露实验后,可以确认不会发生像比较例那样的液体泄露。即,首先,在图中的箭头A的时刻,将缓冲液(HBS-P)以80μl/min的流速导入至流动池1和流动池2。接着,在图中的箭头B的时刻,在流动池1中充满了缓冲液的状态下,将纯水(Mill-Q)以20μl/min的流速导入至流动池2。然后,在图中的箭头C的时刻,将流动池2切换成缓冲液。其结果如图12的(A)所示,可以确认:在流动池1中SPR的信号不发生变化,这与流动池2不同。由此,可以确认:通过在流路间不形成SAM膜,能够防止液体泄露。根据以上内容,通过在形成金薄膜时与流路形状对应地形成图案,能够制造出不存在液体泄露的传感器芯片。

    <金薄膜图案的形成>

    参照图13~图16,对本实施例所涉及的流路芯片中的金薄膜图案的形成进行说明。图13是表示金薄膜图案形成用夹具的结构的示意图。图14是对金属膜溅射进行说明的示意图,其中(A)是表示溅射状况的基板与掩模的示意剖视图,(B)是基板2的示意剖视图。图15是对基板与掩模的尺寸关系进行说明的示意剖视图。图16是表示评价实验的结果的图表。

    如图13所示,金薄膜图案形成用夹具6具有:保持并固定基板2的固定夹具60;以及溅射用的掩模61。在固定夹具60设置有能够使基板2嵌入的多个凹部62。掩模61设置有用于限定金属膜形成区域的多个开口部。金属膜的溅射如下进行:将基板2嵌入到固定夹具60的凹部62中并进行固定,盖上掩模61,仅使基板2上应形成金属膜的区域露出于外部。由此能够制造出形成有预期的金属膜14的图案的基板2。

    如图14的(A)所示,当掩模61的开口部63的大小(宽度)与槽21大致相同时,从斜方进来的溅射粒子仅到达槽21的中央部,而不会到达槽21的端部。其结果如图14的(B)所示,与不使用掩模的情况相比,槽21内的金属膜14的厚度的波动加大,在槽21中央部处的厚度比位于槽21端部处的厚度要厚。该厚度的波动在将金属膜用作SPR用途时成为光学特性面内发生波动的原因。

    如图15所示,在本实施例中,为了抑制溅射时由掩模61引起的金属膜14的厚度波动,使用了掩模61的开口部63的尺寸和掩模61的厚度适当的掩模61。即,使用了这样的掩模:当设槽宽为Wr、槽深为Tr、掩模61的厚度为Tm时,掩模61的开口宽度Wm满足下式的关系。

    Wm(2TmTr+1)·Wr]]>

    例如,在相对于槽宽(Wr)为0.5mm、槽深(Tr)为50μm的基板2而使用厚度(Tm)为0.1mm的掩模61的情况下,掩模61的开口宽度优选在2.5mm以上。通过使用这样的掩模61,能够使槽内的溅射面内波动与不使用掩模61时相等。

    如图16所示,进行了上述关系式的评价实验。图16的(A)是表示评价实验的条件的图表,图16的(B)是表示掩模尺寸与波动的关系的曲线图。如图16的(A)所示地改变掩模的条件来实施金属膜溅射,对各条件下的膜厚的波动进行了评价。根据其结果可以确认:在时,在Wm≥A的条件下,膜厚的波动变小并且大致饱和。由此可知,优选利用满足以下条件的掩模实施溅射。

    Wm(2TmTr+1)·Wr]]>

    <流路封闭用夹具>

    参照图17~图19,对本实施例所涉及的流路芯片1的流路封闭用夹具进行说明。图17是对流路封闭用夹具的结构进行说明的示意图,其中(A)是形成有多个膜3的膜片30的示意图,(B)是用于固定并保持基板2的固定夹具70的示意图,(C)是表示流路封闭的状况的示意图。图18是对流路封闭中的压板末端的优选的尺寸设定进行说明的示意剖视图,其中(A)表示压板按压前的状态,(B)表示压板按压后的状态。图19是对流路封闭中的压板末端的优选的尺寸设定进行说明的示意剖视图,其中(A)表示压板按压前的状态,(B)表示压板按压后的状态。

    如图17的(A)~图17的(C)所示,本实施例通过流路封闭用夹具7,能够以一次作业来同时封闭多个流路,所述流路封闭用夹具7具有:用于定位保持基板2的固定夹具70;以及用于将膜3按压于基板2的压板71。

    如图17的(A)所示,膜片30中,与长边方向平行地形成有多个膜3,并且形成有用于与固定夹具70进行对准的贯通孔31。膜片30被切割成与基板2的封闭部分(形成有槽21的面)相同的尺寸(48mm×6mm)。在膜片30的涂布有压敏型粘接剂的面上粘贴有?;て?。

    如图17的(B)所示,固定夹具70具有:供基板2嵌入的多个凹部72;以及用于与膜片30进行对准的销73。凹部72的间距与膜片30的膜3的形成间距相同,并且凹部72构成为能够沿长边方向并列配置多个基板2。

    如图17的(C)所示,通过使销73穿过贯通孔31,来使剥离了?;て哪?重合在固定夹具70的并列排列有基板2的面上,并且使压板71在压靠于膜片30的背面的同时沿长边方向滑动。膜3与基板2的对位能够通过销73和贯通孔31来简单且高精度地进行。在本实施例中,膜片30的贯通孔31的直径为4mm,贯通孔31的间距为34.3mm,固定夹具70的销713的直径为3.9mm,销73的间距为34.3mm。压板71的宽度不小于并列起来的多个流路芯片的宽度,压板71通过一次滑动操作就能够同时进行多个流路芯片的流路封闭。

    此处,如图18所示,若压板71的末端半径R过小,则膜3会到达槽21的底部,从而阻碍流路11内的液体的流动。因此,希望压板71的末端半径R为适当的尺寸。

    在膜3的厚度很薄的情况下(可以忽略厚度的情况下)

    X=R2-(Wr/2)2]]>

    为了使压板71(膜3的靠流路侧的面)不接触到流路的底部,

    R-X<Tr

    用该式对R进行求解,则优选使用满足以下关系的压板71。

    R>Tr2+(Wr/2)22Tr]]>

    例如,在流路深度为50μm(Tr)、流路宽度为0.5mm(Wr)的情况下,R>0.65mm。在实施例中,压板末端半径R=1.5mm。另外,在存在多个不同的流路的情况下,压板末端半径设定成比其中最大的R还要大。

    如图19所示,在不忽略膜3的厚度的情况下(膜厚相对于流路深度并非足够小的情况下),也可以考虑膜厚来确定压板71的末端半径R。此时,压板71的表观半径增大相当于膜3的厚度的量,因此优选使用满足下式的关系的压板。

    R>Tr2+(Wr/2)22Tr-Tf]]>

    例如在流路深度为50μm(Tr)、流路宽度为0.5mm(Wr)、膜3的厚度为100μm的情况下,R>0.55mm。在本实施例中,R=1.5mm。在存在多个流路的情况下,压板末端半径设定成比最大的R还要大。

    <保持夹具>

    参照图20~图24,对本发明的实施例所涉及的流路芯片的保持夹具进行说明。图20是表示本实施例所涉及的保持夹具的结构的示意剖视图。图21是对流路的变形的状况进行说明的示意图,其中(A)为输液前的状态,(B)为输液中的状态,(C)为沿(B)中的FF线的剖视图。图22是表示各流速下的膜表面移动量的曲线图。图23是说明流路变形对检测的影响的示意图,其中(A)是流路芯片的示意剖视图,(B)是表示流速变化时的信号变化的曲线图。图24是说明本实施例中的流路变形对检测的影响的示意图,其中(A)是流路芯片的示意剖视图,(B)是表示流速变化时的信号变化的曲线图。

    本实施例所涉及的保持夹具5是在图3所示的SPR传感器等检测装置中用于定位并保持流路芯片1的夹具。其概要结构与图3的(B)所示的结构相同,因而省略说明。此处,仅对特征部分进行说明。

    本实施例所涉及的保持夹具5的特征在于:盖53由与流路芯片1的上表面重叠的平坦基板构成。作为构成盖53的平坦基板,例如可以列举出玻璃板等。通过使这样的平坦的盖53与流路芯片1的上表面重叠,能够抑制因流路内的流体压力引起的膜3的挠曲等变形,从而能够减小对检测精度的影响。

    此处,参照图21~图23,对不设置本实施例那样的平坦的盖对膜3的挠曲按压的情况下的影响进行说明。

    如图21所示,当向被膜3封闭的流路11输液时,膜3借助流体压力而弯曲,在流路11的大致中央部,流路面积变化很大。此外,如图22所示,伴随流路压力(流速)的增加,膜表面的移动量增加。

    如图23所示,由膜3的变形引起的流路11的变形也会对检测产生影响。此处,使用专利文献5中记载的局域SPR传感器,对压力变动时对传感器信号的影响进行了确认。

    如图23的(A)所示,该传感器使白色光相对于传感器表面垂直地入射,并对获得该反射光的反射率的极小值的波长(峰值波长)进行检测。在局域SPR传感器表面设置有深度为200μm的流路11,向被膜3封闭的流路芯片1输送纯水,并检测出局域SPR的信号。

    如图23的(B)所示,当使流速从20μl/min变化至40μl/min时,信号发生变化。这被认为是由反射率因膜3的挠曲而变化所致。

    如图24所示,通过在膜3上设置由平坦基板构成的盖53,可以确认出膜3的挠曲的影响消失、在流速变化时信号不发生变化。由此,能够获得稳定的传感器信号。

    <局域型SPR传感器>

    参照图25,对将本实施例所涉及的流路芯片1使用于局域型SPR传感器的情况下的结构例进行说明。图25是表示局域型SPR传感器的结构的示意图。另外,此处说明的结构例仅是一个示例,并不限定于所述结构,当然也可以适当应用以往公知的各种结构。此外,对于与上述图3所示的结构例相同的结构省略说明,仅对不同点进行说明。

    如图25所示,局域SPR传感器8具有光学系统,该光学系统由卤素灯等光源80、虹膜光圈81和84、准直透镜82、偏振片83、半棱镜85、聚光透镜86以及分光器87等构成。流路芯片1通过夹具5而被定位保持在通过聚光透镜86而会聚的光的光路上。

    从光源80射出的光被虹膜光圈81缩小(限制)并且被引导至准直透镜82。被准直透镜82校准后的光中,只有直线偏振光穿过偏振片83。穿过了偏振片83的直线偏振光被虹膜光圈84缩小后入射至半棱镜85。入射至半棱镜85的光中,入射光量的大约1/2笔直地透过半棱镜85,并穿过聚光透镜86而会聚于流路芯片1的检测区域。

    照射至流路芯片1的检测区域的光在检测区域发生反射而沿原来的方向返回,并且穿过聚光透镜86再次入射至半棱镜85。入射至半棱镜85的光的光量的大约1/2在半棱镜85内以将方向改变90度的方式被反射。通过半棱镜85而改变了方向的反射光穿过分光器87而被分光成各个波长的光,并且被与分光器87一体化的光检测器所接收。分光器87构成为能够针对各波长检测光强度。在本实施例中,作为分光器87,使用了Ocean?Optics(海洋光学)公司制造的分光器(商品名:USB4000)。PC等数据处理装置88能够对由分光器87检测出的各波长的光强度、和预先被作为数据提供的各波长的光强度进行比较,从而求出流路芯片1中的与各波长对应的反射率的分光特性(反射率光谱)等。

    流路芯片1在被使用于局域型SPR传感器的情况和被使用于上述传导型SPR传感器(图3)的情况下,其结构稍有不同。在被使用于局域型SPR传感器的情况下,棱镜未与基板2一体化。此外,在流路11的检测区域中,在金属层14的表面形成有多个细微的凹部(由金属膜构成的凹结构)。入射至金属层14的光的能量通过表面等离子共振而向凹部集中,由此,入射至金属层14的光的一部分被吸收。由此,根据由分光器87接收的光求出的反射率在特定的波长(共振波长)下变小。该特定的波长随着检查试样的折射率而变化,因此,通过调查反射率的极小点的波长或其变化,就能够检测出检查试样中含有的电介质的折射率和种类等。此外,通过使用与特定蛋白质特异结合的抗体等,还能够检测检查试样中的特定蛋白质的有无及含量等。

    <其他>

    作为本实施例的流路芯片1的使用例,并不限定于上述示例,当然也可以使用于例如利用荧光分子的方法、吸光度测量法、电化学测量法等以往公知的用途。此外,也可以是在微流路芯片上仅进行混合、分离等液体操作、而在芯片外部进行检测的使用方法。

    此外,形成槽的基板并不限定于如上所述地使用模具通过注塑成型等来制造,也可以通过利用蚀刻等在基板上挖出流路图案来进行制造。

    (实施例2)

    参照图26~图28对本发明的实施例2所涉及的流路芯片进行说明。图26是表示实施例1所涉及的流路芯片中的流速变化与信号变化的关系的曲线图。图27是实施例2所涉及的流路芯片的示意剖视图。图28是表示实施例2所涉及的流路芯片中的流速变化与信号变化的关系的曲线图。此处,对于与实施例1相同的结构省略说明,仅对与实施例1不同的点进行说明。

    如图26所示,在流量变动很大的情况下,若如实施例1所示仅通过使平坦基板与膜3的外表面抵接的话,有时不足以抑制膜3的变动。特别是在从高流速向低流速变动的情况下,可知:由于在流路11内部产生负压,所以膜3欲向流路11侧变动。

    如图27所示,在本实施例所涉及的流路芯片1a中,构成为将由玻璃等能够透光的材料构成的基板(保持部件)9通过粘接剂90粘接于膜3的外侧面。通过使膜3粘接于刚性比膜3要高的基板9,能够抑制流量变动时的膜3的变动。关于基板9的粘接,例如将能够透光的透明粘接剂利用辊子等涂布于膜3的表面,并将基板9放置于其上上来进行粘接。

    如图28所示,可知:即使流量变化,信号也几乎不发生变化。即,可以确认:通过作为保持部件的基板9抑制了膜3的变动。

    作为基板9,也可以是塑料等的透明基板。作为保持部件的形状,并不限定于平坦的基板9,只要能够抑制膜3的变动、且不会对检测产生影响,则可以采用各种形状。

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