WO2006123578A1 - 検体中の標的物質を分析するための検査チップおよびマイクロ総合分析システム - Google Patents

検体中の標的物質を分析するための検査チップおよびマイクロ総合分析システム Download PDF

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WO2006123578A1
WO2006123578A1 PCT/JP2006/309545 JP2006309545W WO2006123578A1 WO 2006123578 A1 WO2006123578 A1 WO 2006123578A1 JP 2006309545 W JP2006309545 W JP 2006309545W WO 2006123578 A1 WO2006123578 A1 WO 2006123578A1
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inspection
micropump
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Yasuhiro Sando
Akihisa Nakajima
Kusunoki Higashino
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Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
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    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/877—With flow control means for branched passages
    • Y10T137/87877—Single inlet with multiple distinctly valved outlets

Definitions

  • the present invention relates to a test chip provided with a series of fine flow channels for mixing and reacting a specimen and a reagent to detect the reaction, and to analyze a target substance in the specimen using the test chip Related to analysis system.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-28589
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-32099
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-108285
  • Patent Document 4 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-270537 Disclosure of the invention
  • a predetermined amount of a reagent is preliminarily placed in a fine channel formed on an analysis test chip in order to perform quick analysis and inspection when necessary. I hope it will be sealed.
  • the reagent encapsulated in a predetermined position in the channel does not leak into the external channel during storage, and the channel encapsulating the reagent can be easily transferred to the subsequent channel when used.
  • the purpose is to provide a test chip for analyzing the target substance in the sample that can be spilled out and a micro total analysis system using it.
  • An upstream opening provided on the upstream side of the fine channel
  • a downstream opening provided on the downstream side of the fine channel
  • a fine channel for detecting the reaction by combining the reagent and the sample to react and
  • An inspection chip characterized in that the downstream opening of the first chip and the opening of the second chip are aligned by overlapping the first chip and the second chip during use.
  • the test chip of the present invention is such that the reagent encapsulated in a predetermined position in the channel does not leak into the external channel at the time of storage, and the channel encapsulating the reagent is also transferred to the subsequent channel when used. Can be easily discharged.
  • FIG. 1 is a plan view showing a first chip in one embodiment of an inspection chip of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a second chip in one embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view showing a state in which the first chip of FIG. 1 and the second chip of FIG. 2 are overlaid.
  • FIG. 4 is a plan view showing a state where the upstream opening and the downstream opening of the first chip in FIG. 1 are sealed with a sealing member.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a procedure for superposing the first chip and the second chip and communicating these fine channels in one embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a procedure for superposing the first chip and the second chip and communicating these fine channels in another embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a procedure for connecting the first chip and the micropump unit so that the microchannel and the micropump of the first chip communicate with each other in one embodiment of the inspection chip of the present invention. It is.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a procedure for superposing the first chip and the micropump unit to communicate the microchannel and the micropump of the first chip in another embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a first chip in another embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing a second chip in another embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing a state in which the first chip of FIG. 9 and the second chip of FIG. 10 are overlaid.
  • FIG. 11 is a plan view showing a state in which the first chip of FIG. 9 and the second chip of FIG. 10 are overlaid.
  • FIG. 12 is a plan view showing a state where the upstream side opening and the downstream side opening of the first chip in FIG. 9 are sealed with a sealing member.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a liquid feeding control unit (water repellent valve).
  • FIG. 14 is a perspective view showing a micropump unit in one embodiment of the micro total analysis system of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the micropump unit in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an example of a micro total analysis system.
  • FIG. 17 is a diagram showing an internal configuration of a system main body in the micro integrated analysis system of FIG.
  • the present invention includes the following items.
  • a first chip provided with a fine channel containing a reagent
  • a second chip provided with a series of fine channels for detecting the reaction by combining the reagent and the specimen to react with each other, and
  • One or two or more thin seal members are attached to at least one surface of the first chip, the upstream opening provided on the upstream side of the fine channel in the first chip, and the fine channel Each downstream opening provided on the downstream side of the sealing member is sealed by the sealing member,
  • the fine channel in the second chip is provided with an opening that is aligned with the downstream opening of the first chip by overlapping the first chip and the second chip during use.
  • Inspection chip characterized by
  • the seal member that seals the downstream opening of the first chip can be peeled off.
  • the seal member is peeled off during use, and then the first chip and the second chip are overlapped with each other.
  • the inspection chip according to item 1 wherein the microchannel and the microchannel of the second chip communicate with each other.
  • a thin tubular needle portion is provided in the opening of the second tip, and the seal member is placed at the position of the downstream opening in the first tip by overlapping the first tip and the second tip during use.
  • the seal member that seals the upstream opening of the first chip can be peeled off.
  • the seal member is peeled off during use, and then an inspection chip in which the first chip and the second chip are overlaid is used.
  • the microchannel and the micropump of the first chip are aligned with the micropump unit so that the upstream opening of the first chip and the opening of the micropump unit are aligned. 5.
  • the fine channel in the second chip is provided with an opening that is aligned with the upstream opening of the first chip by overlapping the first chip and the second chip during use.
  • a pump-side opening that is aligned with the opening in the chip-like micropump unit provided with an opening communicating with the micropump and the downstream side is provided upstream of the opening.
  • the seal member that seals the upstream opening of the first chip can be peeled off, and the seal member is peeled off during use, and then the first chip and the second chip are overlapped with each other.
  • a thin tubular needle portion is provided in the opening of the second tip, and the seal member is placed at the position of the upstream opening in the first tip by overlapping the first tip and the second tip during use.
  • Item 7 is characterized in that the needle portion penetrates the fine flow path of the first chip and the fine flow path communicating with the pump side opening in the second chip. Inspection chip described.
  • a chip-like micropump unit provided with a plurality of micropumps and an opening communicating with the micropump and aligned with the upstream opening of the inspection chip;
  • a driving liquid tank that contains a driving liquid that pushes the reagent from the upstream side and feeds it in the downstream direction of the micro flow path of the test chip
  • a micro integrated system comprising a control device for controlling a micro pump unit and a detection processing device, and analyzing a target substance in a specimen with a test chip attached to the system main body. Analysis system.
  • the inspection chip of the present invention is composed of a first chip and a second chip.
  • FIG. 1 is a plan view showing a first chip in one embodiment of an inspection chip of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view showing a second chip.
  • a flow path 4 in which a reagent is enclosed is provided inside the first chip 2 (force indicating the flow path 4 for the sake of convenience) 4 is provided inside the chip (the same applies to Figs. 2 and 3).
  • an opening 5 and an opening 6 opened from one side of the chip to the outside are provided.
  • the opening 5 on the upstream side is for communicating with the micro pump, and the opening 6 on the downstream side is for communicating with the fine channel provided in the second chip 3 in FIG.
  • These openings 5, 6 are shown in Figure 4.
  • the sealing member 7 is attached to the chip surface of the first chip.
  • each reagent contained in the first chip 2 is mixed, and the mixed reagent and the sample are mixed and reacted to detect the reaction.
  • a series of flow paths are provided.
  • the inspection chip of the present invention consisting of the first chip and the second chip as shown in FIG. 1 and FIG. 2 includes a microreactor for chemical analysis, various inspections, sample processing 'separation, chemical Each flow path element or structural part force is placed in a functionally appropriate position by microfabrication technology so as to be used for synthesis.
  • the first chip is provided with a plurality of reagent storage units for storing each reagent, and in this reagent storage unit, reagents used for a predetermined reaction are stored. A processing solution and the like are also stored.
  • the reagent is stored in the chip in advance so that the examination can be performed quickly regardless of the place or time.
  • the first chip and the second chip include, for example, a groove forming substrate in which grooves for configuring a flow path and the like are formed in advance on a substrate surface, and a covering substrate that is in close contact with the groove forming substrate. Can be made using.
  • each structure part and a flow path for communicating these structure parts are formed.
  • Specific examples of such a structure part include liquid storage parts such as each storage part (reagent storage part, sample storage part, etc.) and waste liquid storage part, valve base part, liquid supply control part (shown in FIG. 13 described later). Water repellent valve), backflow prevention part (check valve, active valve, etc.), reagent quantification part, mixing part, etc. for controlling liquid feeding, reaction part, and detection part. it can
  • Such a structure portion and a flow path may also be formed on the coated substrate.
  • the first chip and the second chip are constituted by covering the structure portion and the flow path by bringing the covering substrate into close contact with the groove forming substrate.
  • the reaction in the second chip is optically detected, at least the detection part of the above structure parts needs to be covered with a light-transmitting coated substrate.
  • three or more substrates may be stacked to form the first chip or the second chip.
  • the first chip and the second chip are usually produced by appropriately combining one or more molding materials.
  • a molding material include plastic resin, various inorganic glasses, silicon, ceramics, and metals.
  • plastic resin it is desirable that the chip is intended for a large number of measurement specimens, particularly clinical specimens that are at risk of contamination or infection, and it is more versatile and capable of mass production. From the point of view, it is preferable to use plastic resin as a molding material for chips!
  • a substrate for forming and processing a channel such as a groove-forming substrate
  • hydrophobic and water-repellent can be obtained because a very small amount of sample liquid that is difficult to deform due to water absorption can be sent without loss.
  • the plastic is preferred.
  • materials include resins such as polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene butyl alcohol, polycarbonate, polymethylpentene, fluorocarbon, and saturated cyclic polyolefin.
  • polystyrene is preferred as a material for forming a grooved substrate that has excellent transparency, mechanical properties, and moldability and is finely processed.
  • a resin having excellent heat resistance such as polycarbonate, polyimide, polyetherimide, polybenzimidazole, or polyetheretherketone, is used as the substrate material. Used as.
  • a predetermined portion of the flow path of the microreactor or a reaction site is often heated to a desired temperature.
  • the heating temperature in the heating area is usually up to about 100 ° C.
  • a light transmissive member is disposed on at least a portion of the surface of the second chip that covers the detection portion of the fine channel. Need to be placed. Therefore, a transparent material such as alkali glass, quartz glass, or transparent plastic is used as a material for the coated substrate that covers the detection site. Note that such a light-transmitting coated substrate may cover the entire top surface of the inspection chip.
  • the flow path of the inspection chip as a microreactor is designed in advance on the substrate according to the purpose. Formed according to the flow path arrangement.
  • the flow path through which the liquid flows is, for example, a micrometer having a width of several tens to several hundreds / zm, preferably 50 to 200 ⁇ m, a depth force of 25 to 300 ⁇ m, preferably 50 to: LOO ⁇ m. It is a microchannel with an order width. If the channel width is narrowed, the channel resistance increases, which may cause problems with liquid delivery. If the flow path width is too wide, the advantage of the microscale space is diminished.
  • the vertical and horizontal size of the entire inspection chip is typically several tens of mm, and its height is several millimeters. Note that the diameter (or vertical / horizontal width) of the opening where the chip single-sided force is open to the outside, for example, the openings 5 and 6 of the first chip and the opening 11 of the second chip in FIG. In some cases.
  • Each structural part and the flow path of the substrate can be formed by a conventional fine processing technique.
  • a pattern that models the constituent elements of the inspection chip is produced by photolithography technology, and this pattern is transferred to a resin.
  • the basic substrate material that forms the microreactor channel of the microreactor is preferably a plastic resin that can accurately transfer a submicron structure and has good mechanical properties. Among them, polystyrene and polydimethylsiloxane are excellent in shape transferability. If necessary, processing for forming each structural portion and flow path of the substrate by injection molding, extrusion molding, or the like may be performed.
  • a pump for connecting to a separate micro pump is provided on the upstream side of the fine flow path of the first chip and the second chip, for example, on the upstream side of the storage unit for storing each liquid such as a reagent and a specimen.
  • a connection is provided.
  • the pump connection portion is provided with a flow passage opening (for example, the opening 5 in FIG. 1 and the openings 16a and 16b in FIG. 2) that communicates with the housing portion. Is supplied, and the liquid in each container is pushed downstream.
  • FIG. 3 shows a state in which the first chip in FIG. 1 and the second chip in FIG. 2 are overlapped and the microchannels provided in these are communicated.
  • the opening 6 opened to the outside of the one-side force of the first chip 2 and the opening 11 opened to the outside of the one-side force of the second chip 3 are aligned with each other.
  • Each reagent enclosed in the channel 4 reaches from the opening 6 to the junction 13 through the opening 11.
  • a liquid feeding control portion 61 water repellent valve shown in FIG. 13 is provided.
  • the liquid feeding control unit 61 is also provided at each necessary position in the fine channel, for example, the junction 18 of the mixed reagent and the sample, and the liquid feeding control unit 61 temporarily stops the liquid feeding at these positions. The restart timing is controlled.
  • the liquid feeding control unit 61 includes a liquid feeding control passage 62 having a small diameter.
  • the liquid feeding control passage 62 has a cross-sectional area (a cross-sectional area of a cross section perpendicular to the flow path) smaller than the cross-sectional areas of the upstream flow path 63a and the downstream flow path 63b.
  • the flow path wall is formed of a hydrophobic material such as plastic resin
  • the liquid 64 in contact with the liquid feed control passage 62 is located on the downstream side due to the difference in surface tension with the flow path wall. Passage to the flow path 63b is restricted.
  • the flow path wall is formed of a hydrophilic material such as glass, it is necessary to apply a water-repellent coating, for example, a fluorine-based coating, to at least the inner surface of the liquid feeding control passage 62. .
  • a water-repellent coating for example, a fluorine-based coating
  • the liquid feeding control unit increases the liquid feeding pressure of the micropump.
  • Reagents are passed first, and these reagents are merged at the junction 13.
  • the mixed reagent is accommodated in the reagent mixing section 15, and this mixed reagent is pushed downstream by the driving liquid by the micropump that communicates with the opening 16a that is also open to the outside on one side of the second chip 3.
  • the sample stored in the sample storage unit 17 is pushed downstream by the driving liquid by the micropump communicating with the opening 16b opened to the outside of the single-sided force of the second chip 3.
  • These mixed reagents and the sample are merged at the merge unit 18 and sent to the reaction unit 19.
  • reaction The reaction is initiated by heating part 19.
  • the liquid after the reaction is sent to the detection unit 20, and the target substance is detected by, for example, an optical detection method.
  • FIGS. 1 to 3 the basic flow path configuration is extracted and shown for explanation.
  • the second chip is provided with a large number of openings each connected to a separate micropump, Reagents previously stored in the flow path ahead of these opening forces (for example, a solution for stopping the reaction between the mixed reagent and the sample, a solution for performing necessary processing such as labeling on the detection target substance, a washing solution, etc. ) Can be pushed downstream at a predetermined timing for analysis.
  • FIG. 14 is a perspective view of the micropump unit
  • FIG. 15 is a sectional view thereof.
  • the micropump unit 31 also has three substrate forces, that is, a silicon substrate 37, a glass substrate 38 thereon, and a glass substrate 39 thereon.
  • the substrate 37 and the substrate 38 are bonded by anodic bonding, and the substrate 38 and the substrate 39 are bonded by sealing glass, heat sealing, or hydrofluoric acid bonding.
  • a micro pump 32 (piezo pump) is constituted by an internal space between the silicon substrate 37 and the glass substrate 38 bonded thereto by anodic bonding.
  • the structure and operating mechanism of this piezo pump are disclosed in Patent Documents 2 to 4 described above.
  • the first flow path resistance shown in FIG. 15 changes according to the differential pressure.
  • 37b a second flow path 37c whose flow rate resistance change ratio with respect to a change in differential pressure is smaller than that of the first flow path 37b, and a pressurization provided between the first flow path 37b and the second flow path 37c.
  • the structure includes a chamber 37a and an actuator 40 that is driven by voltage to change the internal pressure of the pressurizing chamber 37a.
  • the change rate of the flow path resistance with respect to the change of the differential pressure in the path 37c can be made smaller than that of the first flow path 37b.
  • the substrate 37 is obtained by covering a silicon wafer into a predetermined shape by a photolithography technique, and includes a pressurizing chamber 37a, a first flow path 37b, a second flow path 37c, and the like in the piezo pump. Is formed. At the position of the pressurizing chamber 37a, a diaphragm is formed by covering the substrate 37, and a piezoelectric element which is the actuator 40 is attached to the outer surface thereof.
  • the diaphragm By applying a voltage having a predetermined waveform to the actuator 40, the diaphragm is vibrated to change the volume of the pressurizing chamber 37a.
  • the voltage to the actuator 40 By controlling the voltage to the actuator 40 so that the displacement speed of the diaphragm in the direction of increasing the volume of the pressurizing chamber 37a and the displacement speed of the diaphragm in the direction of decreasing the volume of the pressurizing chamber 37a are different, The pump will function and the drive fluid will be transported!
  • the channel 39 is patterned on the substrate 39.
  • An opening 34 is provided on the downstream side of the flow path 33 so as to open from one side of the substrate 39 to the outside and communicate with the fine flow path of the inspection chip (first chip).
  • the opening 34 may be larger or larger than the width of the flow path 33 if necessary for proper alignment with the inspection chip opening.
  • the upstream side of the flow path 33 communicates with the micropump 32 through the flow path provided in the substrate 37 via the through hole 36b of the substrate 38.
  • the upstream side of the micropump 32 is opened to the outside from the opening 35 of the substrate 39 through the opening 36 a of the substrate 38.
  • the driving liquid stored in the driving liquid tank is supplied from the opening 35.
  • the micropump unit 31 is merely an example, and a micropump, a flow path, and a connection opening for communicating with the inspection chip and the driving liquid tank are formed by photolithography technology or the like.
  • Various micropump units can be produced.
  • a glass substrate is laminated on a silicon substrate, a photosensitive glass substrate, or the like formed by etching the structure of the micropump, and PDMS is bonded on the glass substrate.
  • the micropump unit can be configured by bonding the substrates on which the flow channel grooves and the connection openings are formed.
  • the micropump provided in the micropump unit may be a micropump other than the piezo pump, such as a check valve type micropump.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the inspection chip according to the present invention in which the first chip and the second chip are overlapped. It is sectional drawing which showed the procedure which united and connected these fine flow paths. As shown in FIG. 5 (a), the opening 6 communicating with the flow path 4 of the first chip 2 is sealed by a peelable seal member 7.
  • the seal member 7 is peeled to expose the opening 6.
  • the first chip 2 and the second chip 3 are overlapped in a predetermined positional relationship.
  • the opening 6 of the first chip 2 and the opening 11 of the second chip are communicated, and the reagent sealed in the first chip 2 flows into the flow path 12 of the second chip 3. become able to.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a procedure for superposing the first chip and the second chip to communicate these fine channels in another embodiment of the inspection chip of the present invention. . As shown in FIG. 6 (a), the opening 6 communicating with the flow path 4 of the first chip 2 is sealed by the seal member 7.
  • a thin tubular needle portion 25 is provided in the opening 11 of the second tip 3.
  • the seal member 7 is pushed out by the needle portion 25 of the second tip 3, and the opening 6 of the first tip 2 and the opening of the second tip 2 11 communicates.
  • the reagent sealed in the first chip 2 can flow into the flow path 12 of the second chip 3 by capillary action.
  • the seal member 7 adhered to the first chip 2 is accommodated by a needle portion 25 having a metal isotropic force. It is preferable to use a rubber material, a soft greave material, or the like so that it can be easily punched out.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a procedure for superposing the first chip and the micropump unit to communicate the microchannel and the micropump of the first chip in one embodiment of the inspection chip of the present invention. It is.
  • the upstream opening 5 communicating with the flow path 4 of the first chip 2 is sealed by a peelable seal member 7.
  • the seal member 7 is peeled off as shown in FIG.
  • the first chip 2 and the micropump unit 31 are overlapped with each other in a predetermined positional relationship.
  • the opening 5 of the first chip 2 and the opening 34 of the micropump boot 31 are communicated, and the driving liquid from the micropump flows into the flow path 4 of the first chip 2.
  • a guide member that moves the inspection chip in a predetermined direction may be used. It is possible to apply a method of guiding the movement or a method of using a positioning member.
  • the opening 5 and the opening 34 it is necessary to ensure a sufficient sealing property around the opening 5 and the opening 34 in order to prevent liquid leakage.
  • the area around the opening 5 or 34 is polytetrafluoroethylene or silicone. It is made of a flexible material such as grease, or a member made of such a material is arranged around the opening 5 or 34.
  • FIG. 8 shows a procedure for superposing the first chip and the micropump unit to communicate the microchannel and the micropump of the first chip in another embodiment of the inspection chip of the present invention.
  • FIG. 8 (a) the upstream opening 5 communicating with the flow path 4 of the first chip 2 is sealed by the seal member 7.
  • the opening 34 of the micropump unit 31 has a narrow tubular shape.
  • a needle portion 25 is provided.
  • the seal member 7 is pushed out by the needle portion 25 of the micropump unit 31, and the opening 5 of the first chip 2 and the opening of the micropump unit 31 34.
  • the driving fluid from the micropump can flow into the flow path 4 of the first chip 2.
  • FIG. 9 is a plan view showing a first chip in another embodiment of the inspection chip of the present invention
  • FIG. 10 is a plan view showing a second chip.
  • the openings 5 'and 6 provided at both ends of the flow path 4 containing the reagent in the first chip 2 are arranged on the same plane. Yes.
  • the second chip 3 is provided with an opening 21 that is aligned with the opening 5 of the first chip 2 and a pump-side opening 22 that communicates with the opening 21. Yes.
  • a seal member 7 is attached to the surface of the first chip 2 where the openings 5 'and 6 are provided as shown in FIG. 12 during storage. Opening 6 is sealed.
  • the opening 6 of the first chip 2 and the opening 11 of the second chip 3 are aligned, and the opening 5 ′ of the first chip 2 In a state where the opening 21 of the second chip 3 is aligned, the first chip 2 is overlaid on the second chip 3.
  • the method of making the openings communicate with each other when these chips are stacked is the same as the method shown in FIG. 5 or FIG. That is, as shown in FIG. 5, after the seal member is peeled off, the tips are overlapped to align the openings and communicate with each other, or the openings 11 and 21 of the second chip. 6.
  • a narrow tubular needle portion as shown in FIG. 6 is provided, and the openings are made to communicate with each other by punching the seal member with the needle portion by overlapping the tips.
  • the pump-side opening 22 of the second chip 3 is aligned with the opening 34 in the micropump unit 31 shown in FIGS. 14 and 15, whereby the micropump 32 and the first chip 3 are aligned.
  • the flow path 4 of the top 2 is a flow path between the opening 21 and the pump side opening 22 in the second chip 3. It is communicated via.
  • test chip is attached to a separate system body for reaction and analysis.
  • This system body and inspection chip constitute a micro total analysis system.
  • An example of this micro total analysis system will be described below.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an example of the micro total analysis system
  • FIG. 17 is a diagram showing the internal configuration of the system main body in the micro total analysis system.
  • the system main body 42 of the micro integrated analysis system 41 includes a housing-like storage body 44 for storing each device for analysis.
  • the above-described microphone port pump unit 31 is disposed inside the housing 44.
  • a detection processing device (LED, photomultiplier, light source 50 such as a CCD camera, visible spectroscopy, fluorescence photometry, etc.) for detecting a reaction in the inspection chip 1 is provided inside the container 44.
  • a control device (not shown) for controlling the detection processing device and the micro pump unit 31 are provided.
  • the control device in addition to the control of liquid feeding by a micropump, the control of a detection processing device that detects a reaction in the test chip 1 by optical means, etc., the temperature control of the test chip 1 by a heating and cooling unit described later Control reaction, test data collection (measurement) and processing.
  • the micro pump is controlled by applying a driving voltage corresponding to the program according to a program in which various conditions relating to the liquid delivery sequence, flow rate, timing, etc. are set in advance.
  • the flow path opening provided on the upstream side of the fine flow path of the test chip 1 for example, the upstream side of the reagent storage unit, the sample storage unit, etc.
  • the surrounding chip surface After mounting the test chip 1 in the container 44 with the pump connection part that is also powerful and the chip connection part of the micropump unit 31 in close contact with the liquid, the target substance in the sample is placed on the test chip 1 Is analyzed.
  • the inspection chip 1 is placed on the transport tray 47, and the tip 45 inlet 45 force is also introduced into the housing 44.
  • the configuration using the transfer tray 47 is not necessarily required.
  • a heating / cooling unit (Peltier element 48, heater 49) for locally heating or cooling the inspection chip 1 mounted at a predetermined position is provided.
  • the Peltier element 49 is selectively cooled by pressing the Peltier element 49 into the region of the reagent containing part of the first chip and the reagent mixing part of the second chip in the test chip 1, thereby
  • the reaction part is selectively heated by pressing the heater 49 against the area of the flow path that constitutes the reaction part in the second chip.
  • the micropump unit 31 is connected to the driving liquid tank 43, and the upstream side of the micropump communicates with the driving liquid tank 43.
  • the micropump pumps out an oil-based drive liquid such as mineral oil or a buffer-based aqueous drive liquid stored in the drive liquid tank 43 to the liquid storage section of the test chip 1, and the drive liquid stores the liquid in each storage section. Is pushed downstream of the inspection chip 1 and fed.
  • the inspection chip 1 is mounted on a system body 41 in which a micro pump, a detection processing device, and a control device are integrated. Done in state.
  • predetermined reactions and optical measurements based on sample and reagent delivery, pretreatment, and mixing are automatically performed as a series of continuous steps, and the measurement data is filed with the necessary conditions and records.
  • the analysis result is displayed on the display unit 46 of the container 44.
  • the first chip has a reagent storage section that stores reagents used for probe binding reaction, detection reaction (including gene amplification reaction or antigen-antibody reaction), and the like.
  • a probe storage unit that stores a probe (for example, a probe that is hybridized to a gene to be detected amplified by a gene amplification reaction);
  • the sample or analyte extracted from the sample (eg DNA, RNA, gene) is injected.
  • a specimen storage section A specimen storage section,
  • a sample pretreatment unit for preprocessing the sample for preprocessing the sample
  • a pump connection portion that can be connected to a separate micropump for feeding the liquid in the storage portions and the flow paths.
  • a micropump is connected to the test chip via a pump connection section, and the specimen or specimen force extracted biological substance (for example, DNA or other biological substance) contained in the specimen accommodating section, and the reagent
  • the reagent contained in the container is sent to a downstream channel, and mixed and reacted at a reaction site of the fine channel, for example, a site where a gene amplification reaction (such as an antigen-antibody reaction in the case of protein) is performed.
  • a gene amplification reaction such as an antigen-antibody reaction in the case of protein
  • the processing solution obtained by processing this reaction solution and the probe stored in the probe storage unit are sent to the detection unit in the downstream channel, mixed in the channel, and combined (or hybridized) with the probe.
  • the biological material is detected based on the reaction product.
  • the sample storage unit in the test chip communicates with the sample injection unit, and temporarily stores the sample and supplies the sample to the mixing unit.
  • the specimen injection section that injects the specimen from the upper surface of the specimen storage section is formed with a stopper made of an elastic material such as a rubbery material in order to prevent leakage, infection and contamination to the outside, and to ensure sealing performance. It is desirable that it is covered with a force, or a resin such as polydimethylsiloxane (PDMS) or a reinforced film.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the specimen in the syringe is injected with a rubber stopper inserted through a dollar or through a pore with a lid. In the former case, it is preferable that the needle hole is immediately closed when the needle is pulled out. Or you may install another specimen injection mechanism.
  • sample injected into the sample storage unit is mixed with, for example, the sample and the treatment liquid in the sample pretreatment unit provided in advance in the flow path before mixing with the reagent, if necessary.
  • a specimen pretreatment section may include a separation filter, an adsorption resin, beads and the like.
  • Preferred sample pretreatments include analyte separation or concentration, and deproteinization. Is included. For example, using a lysis agent such as a 1% SDS mixture, perform lysis treatment 'DNA extraction treatment. In this process, DNA is released from the inside of the cell and adsorbs on the membrane surface of the bead or filter.
  • a predetermined amount of necessary reagents is sealed in advance in the flow path of the first chip in the test chip. Therefore, it is not necessary to fill the required amount of reagent each time it is used.
  • reagents necessary for the measurement are usually known. For example, when an antigen present in a specimen is analyzed, a reagent containing an antibody against it, preferably a monoclonal antibody, is used. The antibody is preferably labeled with piotin and FITC.
  • Reagents for gene testing include various reagents used for gene amplification, probes used for detection, and coloring reagents, as well as pretreatment reagents used for the specimen pretreatment if necessary. Also good.
  • Micropump force Reaction capacity required for analysis such as gene amplification reaction, analyte trap, or antigen-antibody reaction by pushing the sample solution and reagent solution together by supplying drive fluid and pushing them together Is started.
  • a PCR amplification method described in various documents including improved points and actively used in various fields can be used.
  • a channel device that enables temperature control suitable for a microchip has already been proposed by the present inventors. (Open 2004 108285).
  • This device system may be applied to the amplification channel of the chip of the present invention.
  • the heat cycle can be switched at high speed, and the microchannel is used as a micro-mouth reaction cell with a small heat capacity, so that DNA amplification can be performed in a much shorter time than the conventional method that is performed manually.
  • the amplification method is a suitable amplification technique in the system of the present invention because DNA amplification can be performed in a short time at an arbitrary constant temperature of 50 to 65 ° C. (Patent No. 3433929). In a manual operation, the method, which works for 1 hour, is completed in 10 to 20 minutes, preferably 15 minutes, in the system of the present invention.
  • a detection site for detecting an analyte for example, an amplified gene, is provided on the downstream side of the reaction site in the fine flow path of the test chip. At least the detection part is made of a transparent material, preferably a transparent plastic, in order to enable optical measurement.
  • Piotin-affinity protein (avidin, streptavidin) adsorbed on the detection site on the microchannel is labeled on the 5 'end of the primer used in the gene amplification reaction or on the biotin labeled with the probe substance. It binds specifically with piotin. This traps the probe labeled with piotin or the amplified gene at the detection site.
  • a method for detecting the separated analyte or the amplified DNA of the target gene is not particularly limited, but as a preferred embodiment, it is basically performed by the following steps.
  • the amplification reaction solution containing the gene amplified in the microchannel and the denaturing solution are mixed, and the amplified gene is subjected to denaturation treatment. It is hybridized with the probe DNA, which is made into a single strand and fluorescently labeled with FITC (fluorescein isothiocyanate) at the end.
  • FITC fluorescein isothiocyanate
  • the solution is sent to a detection site in the microchannel to which the piotin affinity protein is adsorbed, and the amplified gene is trapped in the detection site in the microchannel (the amplified gene is trapped in the detection site and then fluorescent). Let's hybridize the labeled probe DNA.
  • This is sent to a detection site in a microchannel adsorbed with a phytin affinity protein (preferably streptavidin), and fixed to the detection site through binding of the biotin affinity protein and piotine.
  • the surface was modified with an anti-FITC antibody that specifically binds to FITC in the microchannel.
  • the colloidal gold solution is allowed to flow, so that the colloidal gold is adsorbed to the immobilized FITC of the analyte antibody reaction product or to the FITC-modified probe hybridized to the gene.

Abstract

　試薬を収容した微細流路と、前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とをそれぞれ封止する１枚または２枚以上の薄厚のシール部材と、を有す(1)第１のチップと、試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、前記微細流路の上流側に設けられた開口と、を有す(2)第２のチップ、とを含む検査チップであって、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの前記下流側開口と第２のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査チップ。

Description

明 細 書
検体中の標的物質を分析するための検査チップおよびマイクロ総合分析 システム 技術分野
[0001] 本発明は、検体と試薬とを混合して反応させ該反応を検出する一連の微細流路が 設けられた検査チップおよびこの検査チップを用いて検体中の標的物質を分析する マイクロ総合分析システムに関する。
背景技術
[0002] 近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試 料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段 (例えばポンプ、バルブ、 流路、センサーなど)を微細化して 1チップ上に集積ィ匕したシステムが開発されている (特許文献 1)。これは、 μ -TAS (Micro total Analysis System)、バイオリアクタ、ラ ブ'オン 'チップ (Lab-on-chips)、バイオチップとも呼ばれ、医療検査 '診断分野、環 境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に 見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には 、自動化、高速ィ匕および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試料量、 所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵 は多大と言える。
[0003] 各種の分析、検査ではこれらの分析用チップにおける分析の定量性、解析の精度 、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液 システムを確立することが課題である。精度が高ぐ信頼性に優れるマイクロ流体制 御素子が求められて 、る。これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法 を本発明者らはすでに提案して 、る（特許文献 2〜4)。
特許文献 1：特開 2004— 28589号公報
特許文献 2：特開 2001— 322099号公報
特許文献 3 :特開 2004— 108285号公報
特許文献 4：特開 2004— 270537号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 上記のミクロ化分析システムを用いる分析においては、必要が生じた際に、迅速に 分析、検査を行うために、分析用の検査チップに形成された微細流路に予め所定量 の試薬が封入されて ヽることが望まし 、。
[0005] 検査チップに予め試薬を封入する場合、使用前の保管時における試薬の蒸散等を 防止すること、使用前の保管時において、試薬を収容した流路部位力 これに連通 する外部流路への試薬の漏れ出しを防止すること、使用時には試薬を収容した流路 部位力 後続する流路へ試薬を簡便に流出させることができることなどが要求される
[0006] 本発明は、流路内の所定位置に予め封入した試薬が保管時に外部の流路へ漏れ 出すことがなぐ使用時には試薬を封入した流路カも後続する流路へ試薬を簡便に 流出させることができる、検体中の標的物質を分析するための検査チップおよびそれ を用いたマイクロ総合分析システムを提供することを目的として!/ヽる。
課題を解決するための手段
[0007] 試薬を収容した微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、
前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、
少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とを それぞれ封止する 1枚または 2枚以上の薄厚のシール部材と、
を有す (1)第 1のチップ;と、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた開口と、
を有す (2)第 2のチップ、
とを含む検査チップであって、
使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより第 1のチップの前 記下流側開口と第 2のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査 チップ。 発明の効果
[0008] 本発明の検査チップは、流路内の所定位置に予め封入した試薬が保管時に外部 の流路へ漏れ出すことがなぐ使用時には試薬を封入した流路カも後続する流路へ 試薬を簡便に流出させることができる。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明の検査チップの一つの実施形態における第 1のチップを示した平面図 である。
[図 2]本発明の検査チップの一つの実施形態における第 2のチップを示した平面図 である。
[図 3]図 1の第 1のチップと図 2の第 2のチップとを重ね合わせた状態を示した平面図 である。
[図 4]図 1の第 1のチップの上流側開口および下流側開口をシール部材で封止した 状態を示した平面図である。
[図 5]本発明の検査チップの一つの実施形態において、第 1のチップと第 2のチップと を重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。
[図 6]本発明の検査チップの他の実施形態において、第 1のチップと第 2のチップとを 重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。
[図 7]本発明の検査チップの一つの実施形態において、第 1のチップとマイクロボン プユニットとを重ね合わせて第 1のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる 手順を示した断面図である。
[図 8]本発明の検査チップの他の実施形態において、第 1のチップとマイクロポンプュ ニットとを重ね合わせて第 1のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる手順 を示した断面図である。
[図 9]本発明の検査チップの他の実施形態における第 1のチップを示した平面図であ る。
[図 10]本発明の検査チップの他の実施形態における第 2のチップを示した平面図で ある。
[図 11]図 9の第 1のチップと図 10の第 2のチップとを重ね合わせた状態を示した平面 図である。
[図 12]図 9の第 1のチップの上流側開口および下流側開口をシール部材で封止した 状態を示した平面図である。
[図 13]送液制御部 (撥水バルブ）の断面図である。
[図 14]本発明のマイクロ総合分析システムの一つの実施形態におけるマイクロポンプ ユニットを示した斜視図である。
[図 15]図 14のマイクロポンプユニットの断面図である。
[図 16]マイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図である。
[図 17]図 16のマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構成を示した 図である。
符号の説明
1 検査チップ
2 第 1のチップ
3 第 2のチップ
4 流路 (試薬収容部）
5, 5， 開口
6 開口
7 シール部材
11 開口
12 流路
13 合流部
14a, 14b 合流部の手前の位置
15 試薬混合部
16a, 16b 開口
17 検体収容部
18 合流部
19 反応部
20 検出部 開口
ポンプ側開口
針部
マイクロポンプユニット マイクロポンプ 流路
開口
開口
a 負通孔
b 貫通孔
基板
a 加圧室
b 第 1流路
c 第 2流路
基板
基板
圧電素子
マイクロ総合分析システム システム本体
駆動液タンク
収納体
チップ揷入口
表示部
搬送トレィ
ぺ/レチェ素子
ヒーター
光源
検出器 61 送液制御部 (撥水バルブ）
62 送液制御通路
6aa, 60b 流路
64 液
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明は、以下の項目を含む。
[0012] (項目 1)
試薬を収容した微細流路が設けられた第 1のチップと、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられ た第 2のチップと、を備え、
第 1のチップの少なくとも片面に、 1枚または 2枚以上の薄厚のシール部材が貼着さ れ、第 1のチップにおける微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、該微細流 路の下流側に設けられた下流側開口とがそれぞれ、前記シール部材によって封止さ れ、
第 2のチップにおける微細流路に、使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合 わせることにより第 1のチップの下流側開口〖こ位置合わせされる開口が設けられてい ることを特徴とする検査チップ。
[0013] (項目 2)
第 1のチップの下流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシ 一ル部材を剥離し、その後第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより第 1のチップの微細流路と第 2のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする上 記項目 1に記載の検査チップ。
[0014] (項目 3)
第 2のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第 1のチップと第 2 のチップとを重ね合わせることにより、第 1のチップにおける下流側開口の位置でシ 一ル部材が該針部によって貫かれ、これによつて第 1のチップの微細流路と第 2のチ ップの微細流路とが連通されることを特徴とする項目 1に記載の検査チップ。
[0015] (項目 4) 第 lのチップの上流側開口 マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が 設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせ されることを特徴とする項目 1〜3のいずれかに記載の検査チップ。
[0016] (項目 5)
第 1のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシ 一ル部材を剥離し、その後、第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせた検査チッ プを、前記マイクロポンプユニットに対して、第 1のチップの上流側開口とマイクロボン プユニットの開口とが位置合わせされるように重ね合わせることによって、第 1のチッ プの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする項目 4に記載の検査 チップ。
[0017] (項目 6)
前記開口に細管状の針部が設けられた前記マイクロポンプユニットに対して、使用 時に、第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせた検査チップを重ね合わせることに より、第 1のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫か れ、これによつて第 1のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴と する項目 4に記載の検査チップ。
[0018] (項目 7)
第 2のチップにおける微細流路に、使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合 わせることにより第 1のチップの上流側開口〖こ位置合わせされる開口が設けられてい るとともに、当該開口の上流側に、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口 が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わ せされるポンプ側開口が設けられていることを特徴とする項目 1〜3のいずれかに記 載の検査チップ。
[0019] (項目 8)
第 1のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシ 一ル部材を剥離し、その後第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより、 第 1のチップの微細流路と、第 2のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路 とが連通されることを特徴とする項目 7に記載の検査チップ。 [0020] (項目 9)
第 2のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第 1のチップと第 2 のチップとを重ね合わせることにより、第 1のチップにおける上流側開口の位置でシ 一ル部材が該針部によって貫かれ、これによつて、第 1のチップの微細流路と、第 2 のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路とが連通されることを特徴とする 項目 7に記載の検査チップ。
[0021] (項目 10)
項目 1〜9のいずれかに記載の検査チップと、システム本体と、から構成され、 該システム本体は、
複数のマイクロポンプと、マイクロポンプに連通し検査チップの上流側開口に位置 合わせされる開口とが設けられたチップ状のマイクロポンプユニットと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液が 収容され、マイクロポンプの上流側に連通した駆動液タンクと、
検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、を収納体の内部 に備え、検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析を行 うことを特徴とするマイクロ総合分析システム。
[0022] 以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
[0023] <検査チップ >
本発明の検査チップは、第 1のチップと第 2のチップとから構成されている。図 1は、 本発明の検査チップの一つの実施形態における第 1のチップを示した平面図、図 2 は、第 2のチップを示した平面図である。
[0024] 図 1に示したように、第 1のチップ 2の内部には試薬を封入した流路 4が設けられて いる（便宜的に流路 4を示している力 実際には、流路 4はチップ内部に設けられて いる。図 2および図 3についても同様である）。流路 4の両端部には、チップ片面から 外部へ開放された開口 5および開口 6が設けられて 、る。上流側の開口 5はマイクロ ポンプに連通させるためのものであり、下流側の開口 6は図 2の第 2のチップ 3に設け られた微細流路に連通させるためのものである。これらの開口 5, 6は、図 4に示した ように、第 1のチップのチップ面に貼着されたシール部材 7によって封止されている。
[0025] 図 2に示した第 2のチップ 3には、第 1のチップ 2に収容された各試薬を混合し、混 合試薬と検体とを混合して反応させ、反応を検出するための一連の流路が設けられ ている。
[0026] 図 1および図 2に示したような第 1のチップと第 2のチップとからなる本発明の検査チ ップには、マイクロリアクタとして化学分析、各種検査、試料の処理'分離、化学合成 などに利用されるように、各流路エレメントまたは構造部力 機能的に適当な位置に 微細加工技術により配設されている。第 1のチップには、各試薬を収容するための複 数の試薬収容部が設けられ、この試薬収容部には所定の反応に用いる試薬類が収 容され、場合によってはその他の洗浄液、変性処理液なども収容される。このように、 場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、試薬が予めチップ内に収容される。
[0027] 第 1のチップおよび第 2のチップは、例えば、流路等を構成するための溝を予め基 板面に形成した溝形成基板と、この溝形成基板と密着される被覆基板とを用いて作 製することができる。溝形成基板には、各構造部と、これらの構造部を連通させる流 路が形成されている。このような構造部の具体例としては、各収容部 (試薬収容部、 検体収容部など)および廃液貯留部などの液溜部と、弁基部、送液制御部 (後述す る図 13に示した撥水バルブ)、逆流防止部 (逆止弁、能動弁など）、試薬定量部、混 合部などの送液を制御するための部位と、反応部と、検出部と、を挙げることができる
[0028] 被覆基板にもこのような構造部および流路が形成されて 、てもよ 、。溝形成基板に 被覆基板を密着させてこれらの構造部および流路を覆うことにより第 1のチップおよ び第 2のチップが構成される。なお、第 2のチップ内における反応を光学的に検出す る場合には、上記の構造部のうち少なくとも検出部は光透過性の被覆基板を密着さ せて覆う必要がある。また、場合によっては 3枚以上の基板を積層して第 1のチップま たは第 2のチップを形成することもある。
[0029] 第 1のチップおよび第 2のチップは、通常は 1以上の成形材料を適宜に組み合わせ て作製される。このような成形材料としては、例えば、プラスチック榭脂、各種の無機 ガラス、シリコン、セラミックス、金属などが挙げられる。 [0030] 中でも、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とする チップに対しては、デイスポーサブルであることが望まれ、さらに多用途対応性、量産 性などを具えることが望ま U、点から、チップの成形材料としてプラスチック榭脂を用 、ることが好まし!/、。
[0031] 溝形成基板など流路を形成加工する基板では、吸水による流路の変形などが起こ りにくぐ微量の検体液を途中でロスすることなく送液できる点から、疎水性、撥水性 のプラスチックが好ましい。このような材質には、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロ ピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンビュルァ ルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、フルォロカーボン、飽和環状ポリオ レフインなどの樹脂が例示される。中でもポリスチレンは、透明性、機械的特性および 成型性に優れて微細加工がしゃすぐ溝形成基板の形成材料として好まし ヽ。
[0032] 分析の都合により 100°C近くに加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる榭 脂、例えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンツイミダゾール、 ポリエーテルエーテルケトンなどが基板の材料として使用される。
[0033] アナライトの検出を行う反応を進行させるために、マイクロリアクタの流路の所定箇 所または反応部位を所望する温度まで加熱することが多!、。加熱領域にお!、て局所 的に加熱する温度は、通常 100°C程度までである。他方、高温では不安定になる検 体、試薬類を冷却する必要に迫られることもある。チップ内のそうした局所的な温度 の昇降を考慮して、適切な熱伝導率の材料を選択することが望ましい。このような材 質としては、榭脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率が小さい材質でこれ らの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択 的に加熱することができる。
[0034] 蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、第 2のチップ の表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆う部分には、光透過性の部材を配 置する必要がある。したがって、検出部位を覆う被覆基板の材料として、透明な材料 、例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類などが使用される。なお、こ のような光透過性の被覆基板が検査チップの上面全体を覆う形態であってもよい。
[0035] マイクロリアクタとしての検査チップの流路は、基板上に目的に応じて予め設計され た流路配置に従って形成される。液が流れる流路は、例えば、幅が数十〜数百/ z m 、好ましくは 50〜200 μ m、深さ力 25〜300 μ m、好ましくは 50〜： LOO μ mに形成さ れるマイクロメーターオーダー幅の微細流路である。流路幅が狭まると流路抵抗が増 大し、液の送出等に不具合が生じることがある。流路幅をあまり広くするとマイクロスケ ール空間の利点が薄まる。検査チップ全体の縦横のサイズは典型的には数十 mm、 その高さは数 mm程度である。なお、チップ片面力も外部へ開放された開口、例えば 図 1の第 1のチップの開口 5, 6、および第 2のチップの開口 11などは、直径 (あるい は縦横幅）を lmm以上とする場合もある。
[0036] 基板の各構造部および流路は、従来の微細加工技術によって形成することができ る。典型的にはフォトリソグラフィ技術による感光性榭脂による微細構造の転写が好 適であり、その転写構造を利用して、不要部分の除去、必要部分の付加、形状の転 写が行われる。例えば、検査チップの構成要素を型どるパターンをフォトリソグラフィ 技術により作製し、このパターンを榭脂に転写成形する。マイクロリアクタの微細流路 を形成する基本的基板の材料には、サブミクロンの構造も正確に転写でき、機械的 特性の良好なプラスチック榭脂が好ましく用いられる。中でもポリスチレン、ポリジメチ ルシロキサンなどは形状転写性に優れる。必要であれば、射出成形、押し出し成形 などによって基板の各構造部および流路を形成する加工も行ってもよい。
[0037] 第 1のチップおよび第 2のチップの微細流路における上流側、例えば試薬、検体等 の各液を収容する収容部の上流側には、別途のマイクロポンプに接続するためのポ ンプ接続部が設けられる。ポンプ接続部には、上記の収容部に連通する流路開口（ 例えば図 1の開口 5、図 2の開口 16a, 16bなど）が設けられており、この流路開口か らマイクロポンプによって駆動液が供給され、各収容部の液が下流側へ押し出される
[0038] 図 1の第 1のチップと図 2の第 2のチップとを重ね合わせ、これらに設けられた微細 流路を連通させた状態を図 3に示した。同図において、第 1のチップ 2の片面力 外 部へ開放された開口 6と、第 2のチップ 3の片面力も外部へ開放された開口 11とが位 置合わせされ、第 1のチップ 2の流路 4に封入されていたそれぞれの試薬は開口 6か ら開口 11を通って合流部 13の手前まで達する。 [0039] 合流部 13の手前の位置 14a, 14bには、図 13に示した送液制御部 61 (撥水バル ブ）が設けられている。この送液制御部 61は、この他にも、微細流路における必要な 各位置、例えば混合試薬と検体との合流部 18などにも設けられ、これらの位置にお ける送液の一時停止と再開のタイミングが制御される。
[0040] 図 13において、送液制御部 61は、細径の送液制御通路 62を備えている。送液制 御通路 62は、その断面積 (流路に対して垂直な断面の断面積）が、上流側の流路 6 3aおよび下流側の流路 63bの断面積よりも小さくなつている。
[0041] 流路壁がプラスチック榭脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、送液 制御通路 62に接する液 64は、流路壁との表面張力の差によって、下流側の流路 63 bへ通過することが規制される。
[0042] 下流側の流路 63bへ液 64を流出させる際には、マイクロポンプによって所定圧以 上の送液圧力を加え、これによつて表面張力に抗して液 64を送液制御通路 62から 下流側の流路 63bへ押し出す。液 64が流路 63bへ流出した後は、液 64の先端部を 下流側の流路 63bへ押し出すのに要する送液圧力を維持せずとも液が下流側の流 路 63bへ流れていく。すなわち、上流側から下流側への正方向への送液圧力が所定 圧力に達するまで送液制御通路 62から先への液の通過が遮断され、所定圧以上の 送液圧力が加わることにより液 64は送液制御通路 62を通過する。
[0043] 流路壁がガラスなどの親水性の材質で形成されている場合には、少なくとも送液制 御通路 62の内面に、撥水性のコーティング、例えばフッ素系のコーティングを施す必 要がある。
[0044] 図 3において、上記の送液制御部が設けられた位置 14a, 14bの位置まで 2種類の 各試薬を到達させた後、マイクロポンプの送液圧力を高めることによって送液制御部 から先へ試薬を通過させ、合流部 13でこれらの試薬を合流させる。混合された試薬 は試薬混合部 15に収容され、この混合試薬は、第 2のチップ 3の片面力も外部へ開 放された開口 16aに連通するマイクロポンプによって駆動液で下流側へ押し出される 。一方、検体収容部 17に収容された検体は、第 2のチップ 3の片面力 外部へ開放 された開口 16bに連通するマイクロポンプによって駆動液で下流側へ押し出される。 これらの混合試薬と検体は合流部 18で合流し、反応部 19へ送られる。例えば、反応 部 19を加熱することによって反応が開始される。
[0045] 反応後の液は、検出部 20へ送液され、例えば光学的な検出方法などによって標的 物質が検出される。なお、図 1〜図 3では、説明のために基本的な流路構成を抽出し て示している力 例えば、第 2のチップにそれぞれ別途のマイクロポンプに連通される 多数の開口を設けて、これらの開口力 先の流路に予め収容された各試薬 (例えば 混合試薬と検体との反応を停止させる液、検出対象の物質に対して標識などの必要 な処理を行うための液、洗浄液など）を所定のタイミングで下流へ押し出して分析を 行うことができる。
[0046] 検査チップ 1の微細流路における送液を制御する多数のマイクロポンプは、チップ 状のマイクロポンプユニットに一体化されている。図 14および図 15に、このようなマイ クロポンプユニットの一例を示した。図 14はマイクロポンプユニットの斜視図であり、 図 15はその断面図である。このマイクロポンプユニット 31は、シリコン製の基板 37と、 その上のガラス製の基板 38と、その上のガラス製の基板 39との 3つの基板力も構成 されている。基板 37と基板 38は陽極接合、基板 38と基板 39はシーリングガラス、熱 融着、またはフッ酸接合によって接合されている。
[0047] シリコン製の基板 37と、その上に陽極接合によって貼り合わされたガラス製の基板 38との間の内部空間によってマイクロポンプ 32 (ピエゾポンプ）が構成されている。こ のピエゾポンプの構造および作動機構は、上記の特許文献 2〜4に開示されて 、る 1S 基本的には、図 15に示した流路抵抗が差圧に応じて変化する第 1流路 37bと、 差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第 1流路 37bよりも小さい第 2流路 37c と、第 1流路 37bと第 2流路 37cとの間に設けられた加圧室 37aと、電圧によって駆動 され加圧室 37aの内部圧力を変化させるァクチユエータ 40と、を備えた構造になって いる。例えば、第 1流路 37bと第 2流路 37cとの幅および高さを等しくするとともに、第 1流路 37bの長さを第 2流路 37cの長さよりも短くすることによって、第 2流路 37cにお ける差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合を第 1流路 37bのそれよりも小さくする ことができる。
[0048] 基板 37は、シリコンウェハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状にカ卩ェしたもの であり、上記のピエゾポンプにおける加圧室 37a、第 1流路 37b、第 2流路 37c等が 形成されている。その加圧室 37aの位置では、基板 37をカ卩ェすることによってダイヤ フラムが形成され、その外側表面には、ァクチユエータ 40である圧電素子が貼着され ている。
[0049] ァクチユエータ 40に対して所定の波形の電圧を印加することで、ダイヤフラムを振 動させて加圧室 37aの容積を変化させる。加圧室 37aの容積が増加する方向へのダ ィャフラムの変位速度と、加圧室 37aの容積が減少する方向へのダイヤフラムの変位 速度が異なるようにァクチユエータ 40への電圧を制御することによって、ポンプが機 能して駆動液が輸送されるようになって!/、る。
[0050] 基板 39には、流路 33がパターユングされている。流路 33の下流側には、基板 39 の片面から外部へ開放され、検査チップ (第 1のチップ）の微細流路に連通させるた めの開口 34が設けられている。開口 34は、検査チップの開口との位置合わせを適 切に行うために必要であれば、流路 33の幅よりも大き 、サイズとしてもよ 、。
[0051] 流路 33の上流側は、基板 38の貫通孔 36bを介して、基板 37に設けられた流路を 通りマイクロポンプ 32に連通されている。マイクロポンプ 32の上流側は、基板 38の開 口 36aを介して基板 39の開口 35から外部へ開放されている。この開口 35から駆動 液タンクに収容された駆動液が供給される。
[0052] なお、このマイクロポンプユニット 31はあくまでも一例であって、フォトリソグラフィ技 術などによってマイクロポンプと、流路と、検査チップおよび駆動液タンクと連通させ るための接続用開口とを形成した各種のマイクロポンプユニットを作製できる。例えば 、マイクロポンプの構造をエッチングにより形成したシリコン基板、感光性ガラス基板 等の上にガラス基板を積層し、その上に PDMSを貼り合わせ、さらにその上に、ブラ スチック、ガラス、シリコン、セラミックスなど力もなり流路溝と上記の接続用開口とが形 成された基板を貼り合わせることによってマイクロポンプユニットを構成することができ る。
[0053] また、マイクロポンプユニットに設けられるマイクロポンプは、ピエゾポンプ以外の他 のマイクロポンプ、例えば逆止弁型のマイクロポンプなどであってもよ 、。
[0054] 以下、本発明の検査チップの使用時における操作について説明する。図 5は、本 発明の検査チップの一つの実施形態において、第 1のチップと第 2のチップとを重ね 合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。図 5 (a)に示し たように、第 1のチップ 2の流路 4に連通する開口 6は、剥離可能なシール部材 7によ つて封止されている。
[0055] 使用時には図 5 (b)に示したようにシール部材 7を剥離し、開口 6を露出させる。次 に、図 5 (c)に示したように第 1のチップ 2と第 2のチップ 3とを所定の位置関係で重ね 合わせる。これによつて、第 1のチップ 2の開口 6と第 2のチップの開口 11とが連通さ れ、第 1のチップ 2に封入されていた試薬が第 2のチップ 3の流路 12へ流入できるよう になる。
[0056] 第 1のチップ 2と第 2のチップ 3とを所定の位置関係で重ね合わせて互いに固定す るために、例えば、チップ面に位置決めガイドを設ける方法、凹部と凸部とを嵌め合 わせる方法などを用いることができる。また、開口 6と開口 11との周囲では液漏れを 防止するために充分なシール性を確保する必要がある。これを達成するためには、 例えば、分析時において検査チップの両面側から充分に加圧する力、開口 6または 開口 11の周囲をポリテトラフルォロエチレン、シリコーン榭脂などの柔軟性を有する 材質で形成するか、あるいはこのような材質で形成された部材を開口 6または開口 11 の周囲に配置する。
[0057] 図 6は、本発明の検査チップの他の実施形態において、第 1のチップと第 2のチッ プとを重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。図 6 (a)に示したように、第 1のチップ 2の流路 4に連通する開口 6は、シール部材 7によつ て封止されている。
[0058] 一方、図 6 (b)に示したように、第 2のチップ 3の開口 11には、細管状の針部 25が設 けられている。第 1のチップ 2と第 2のチップ 3とを所定の位置関係で対向させた後、 図 6 (c)に示したように、これらを重ね合わせる。これによつて、第 1のチップ 2の開口 6 の位置で、シール部材 7が第 2のチップ 3の針部 25によって突き抜かれ、第 1のチッ プ 2の開口 6と第 2のチップの開口 11とが連通される。これにより、毛細管作用によつ て、第 1のチップ 2に封入されていた試薬が第 2のチップ 3の流路 12へ流入できるよう になる。
[0059] 第 1のチップ 2に貼着されたシール部材 7として、金属等力 なる針部 25によって容 易に突き抜くことができるように、ゴム材、軟質の榭脂材などを材質としたものを用い ることが好ましい。
[0060] このようにして第 1のチップと第 2のチップとを一体ィ匕した検査チップは、上述したマ イク口ポンプユニットに接続される。図 7は、本発明の検査チップの一つの実施形態 において、第 1のチップとマイクロポンプユニットとを重ね合わせて第 1のチップの微 細流路とマイクロポンプとを連通させる手順を示した断面図である。
[0061] 図 7 (a)に示したように、第 1のチップ 2の流路 4に連通する上流側の開口 5は、剥離 可能なシール部材 7によって封止されている。使用時には図 7 (b)に示したようにシー ル部材 7を剥離し、開口 5を露出させる。
[0062] 次に、図 7 (c)に示したように第 1のチップ 2とマイクロポンプユニット 31とを所定の位 置関係で重ね合わせる。これによつて、第 1のチップ 2の開口 5とマイクロポンプュ-ッ ト 31の開口 34とが連通され、マイクロポンプからの駆動液を第 1のチップ 2の流路 4へ 流人させることができるよう〖こなる。
[0063] 第 1のチップ 2とマイクロポンプユニット 31とを所定の位置関係で重ね合わせて互い に固定するために、例えば、検査チップを所定の方向へ移動させるガイド部材によつ て検査チップの移動を案内する方法、位置決め用の部材を用いる方法などを適用す ることがでさる。
[0064] また、開口 5と開口 34との周囲では液漏れを防止するために充分なシール性を確 保する必要がある。これを達成するためには、例えば、分析時において検査チップと マイクロポンプユニットとを重ねた部分を両面側力 充分に加圧する力、開口 5または 開口 34の周囲をポリテトラフルォロエチレン、シリコーン榭脂などの柔軟性を有する 材質で形成するか、あるいはこのような材質で形成された部材を開口 5または開口 34 の周囲に配置する。
[0065] 図 8は、本発明の検査チップの他の実施形態において、第 1のチップとマイクロポン プユニットとを重ね合わせて第 1のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる 手順を示した断面図である。図 8 (a)に示したように、第 1のチップ 2の流路 4に連通 する上流側の開口 5は、シール部材 7によって封止されている。
[0066] 一方、図 8 (b)に示したように、マイクロポンプユニット 31の開口 34には、細管状の 針部 25が設けられている。第 1のチップ 2とマイクロポンプユニット 31とを所定の位置 関係で対向させた後、図 8 (c)に示したように、これらを重ね合わせる。これによつて、 第 1のチップ 2の開口 5の位置で、シール部材 7がマイクロポンプユニット 31の針部 2 5によって突き抜かれ、第 1のチップ 2の開口 5とマイクロポンプユニット 31の開口 34と が連通され、マイクロポンプからの駆動液を第 1のチップ 2の流路 4へ流入させること ができるようになる。
[0067] 図 9は、本発明の検査チップの他の実施形態における第 1のチップを示した平面図 、図 10は、第 2のチップを示した平面図である。
[0068] 図 9に示したように、本実施形態では第 1のチップ 2における試薬が収容された流路 4の両端部に設けられた開口 5'および開口 6が、同一面に配置されている。一方、図 10に示したように、第 2のチップ 3には、第 1のチップ 2の開口 5，に位置合わせされる 開口 21と、開口 21に連通するポンプ側開口 22とが設けられている。
[0069] 第 1のチップ 2における開口 5'および開口 6が設けられた面には、保管時には図 12 に示したようにシール部材 7が貼着されており、シール部材 7によって開口 5'および 開口 6が封止されている。
[0070] 使用時には、図 11に示したように、第 1のチップ 2の開口 6と第 2のチップ 3の開口 1 1とが位置合わせされるとともに、第 1のチップ 2の開口 5 'と第 2のチップ 3の開口 21と が位置合わせされた状態で、第 1のチップ 2が第 2のチップ 3に対して重ね合わせら れる。
[0071] これらのチップを重ね合わせた際に、開口同士を連通させる方法は、図 5または図 6に示した方法と同様である。すなわち、図 5のようにシール部材を剥離した後にチッ プ同士を重ね合わせることによって、開口同士を位置合わせするとともに互いに連通 させるようにする力、あるいは、第 2のチップの開口 11および開口 21に、図 6のような 細管状の針部を設けて、チップ同士を重ね合わせることによって針部でシール部材 を突き抜くことで開口同士を連通させる。
[0072] 第 2のチップ 3のポンプ側開口 22は、図 14および図 15に示したマイクロポンプュ- ット 31における開口 34に位置合わせされ、これによつてマイクロポンプ 32と第 1のチ ップ 2の流路 4とが、第 2のチップ 3における開口 21とポンプ側開口 22との間の流路 を介して連通される。
[0073] <マイクロ総合分析システム >
検査チップは、例えば、別途のシステム本体に装着することにより反応と分析が行 われる。このシステム本体と検査チップとによりマイクロ総合分析システムが構成され る。このマイクロ総合分析システムの一例を以下に説明する。図 16は、マイクロ総合 分析システムの一例を示した斜視図、図 17は、このマイクロ総合分析システムにおけ るシステム本体の内部構成を示した図である。
[0074] このマイクロ総合分析システム 41のシステム本体 42は、分析のための各装置を収 納する筐体状の収納体 44を備えている。この収納体 44の内部には、上述したマイク 口ポンプユニット 31が配置されて 、る。
[0075] さらに収納体 44の内部には、検査チップ 1における反応を検出するための検出処 理装置 (LED、光電子増倍菅、 CCDカメラ等の光源 50および、可視分光法、蛍光 測光法などによる光学的な検出を行う検出器 51)と、この検出処理装置とマイクロポ ンプユニット 31とを制御する制御装置（図示せず）とが設けられている。この制御装置 によって、マイクロポンプによる送液の制御、光学的手段等により検査チップ 1におけ る反応を検出する検出処理装置の制御の他、後述する加熱'冷却ユニットによる検 查チップ 1の温度制御、検査チップ 1における反応の制御、データの収集 (測定)およ び処理等を行う。マイクロポンプの制御は、予め送液順序、流量、タイミングなどに関 する諸条件が設定されたプログラムに従って、それに応じた駆動電圧をマイクロボン プに印加することによって行う。
[0076] このマイクロ総合分析システム 41では、検査チップ 1の微細流路の上流側（例えば 試薬収容部、検体収容部などの上流側）に設けられた流路開口およびその周囲のチ ップ面力もなるポンプ接続部と、マイクロポンプユニット 31のチップ接続部とを液密に 密着させた状態で検査チップ 1を収納体 44の内部に装着した後、検査チップ 1にお いて検体中の標的物質が分析される。検査チップ 1は、搬送トレィ 47に載置されてチ ップ揷入口 45力も収納体 44の内部に導入される。なお、検査チップ 1がマイクロポン プユニット 31に対して加圧された状態で検査チップ 1を収納体 44の内部に固定でき るのであれば、必ずしも搬送トレィ 47を用いた構成とする必要はな 、。 [0077] 収納体 44の内部には、所定位置に装着された検査チップ 1を局所的に加熱もしく は冷却するための加熱 ·冷却ユニット（ペルチヱ素子 48、ヒーター 49)が設けられて いる。例えば、検査チップ 1における第 1のチップの試薬収容部および第 2のチップ の試薬混合部の領域にペルチェ素子 49を圧接することによりこれらの部位を選択的 に冷却し、これによつて試薬の変質等を防止するとともに、第 2のチップにおける反応 部を構成する流路の領域にヒーター 49を圧接することにより反応部を選択的に加熱 し、これによつて反応部を反応に適した温度にする。
[0078] マイクロポンプユニット 31は駆動液タンク 43に接続され、マイクロポンプの上流側は この駆動液タンク 43に連通している。マイクロポンプによって、駆動液タンク 43に収 容された鉱物油などのオイル系あるいは緩衝液などの水系の駆動液を、検査チップ 1における各液の収容部に送り出し、駆動液によって各収容部の液を検査チップ 1の 下流側へ押し出して送液する。
[0079] 測定試料である検体の前処理、反応および検出の一連の分析工程は、マイクロポ ンプ、検出処理装置および制御装置とが一体ィヒされたシステム本体 41に、検査チッ プ 1を装着した状態で行なわれる。好ましくは、試料および試薬類の送液、前処理、 混合に基づく所定の反応および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に 実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納される。 図 16では、分析の結果が収納体 44の表示部 46に表示されるようになっている。
[0080] 以下に、検査チップを用いた検体と試薬との反応およびその検出の具体的な例を 示す。検査チップの好ましい一態様では、
第 1のチップに、プローブ結合反応、検出反応 (遺伝子増幅反応または抗原抗体 反応なども含む)などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、
ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、
ネガティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、
プローブ (例えば、遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイプリ ダイズさせるプローブ）が収容されるプローブ収容部と、が設けられ、
第 2のチップに、
検体もしくは検体カゝら抽出したアナライト（例えば、 DNA、 RNA、遺伝子）が注入さ れる検体収容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部と、
上記の各収容部に連通する微細流路と、
前記各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能な ポンプ接続部と、が設けられている。
[0081] この検査チップには、ポンプ接続部を介してマイクロポンプが接続され、検体収容 部に収容された検体もしくは検体力 抽出した生体物質 (例えば DNAまたはそれ以 外の生体物質）と、試薬収容部に収容された試薬とを下流の流路へ送液し、微細流 路の反応部位、例えば遺伝子増幅反応 (タンパク質の場合、抗原抗体反応など)を 行う部位で混合して反応させる。次いで、その下流側流路にある検出部へ、この反応 液を処理した処理液と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液し、流路内で 混合してプローブと結合 (またはハイブリダィゼーシヨン)させ、この反応生成物に基 づいて生体物質の検出を行う。
[0082] また、ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネ ガティブコントロールに収容されたネガティブコントロールについても同様に上記反応 および検出を行う。
[0083] 検査チップにおける検体収容部は、検体注入部に連通し、検体の一時収容および 混合部への検体供給を行う。検体収容部の上面から検体を注入する検体注入部は 、外部への漏失、感染および汚染を防ぎ、密封性を確保するために、ゴム状材質な どの弾性体からなる栓が形成されて 、る力、あるいはポリジメチルシロキサン（PDMS )などの榭脂、強化フィルムで覆われていることが望ましい。例えば、当該ゴム材質の 栓を突き刺した-一ドルまたは蓋付き細孔を通した-一ドルでシリンジ内の検体を注 入する。前者の場合、ニードルを抜くとその針穴が直ちに塞がることが好ましい。ある いは他の検体注入機構を設置してもよ ヽ。
[0084] 検体収容部に注入された検体は、必要に応じて、試薬との混合前に、予め流路に 設けられた検体前処理部にて、例えば検体と処理液とを混合することによって前処 理される。そのような検体前処理部は、分離フィルター、吸着用榭脂、ビーズなどを含 んでもよい。好ましい検体前処理として、アナライトの分離または濃縮、除タンパクな どが含まれる。例えば 1%SDS混合液などの溶菌剤を用いて溶菌処理 'DNA抽出 処理を行なう。この過程では、細胞内部から DNAが放出され、ビーズまたはフィルタ 一の膜面に吸着する。
[0085] 検査チップにおける第 1のチップの流路には、必要な試薬類が予め所定の量だけ 封入されている。したがって使用時にその都度試薬を必要量充填する必要はなぐ 即使用可能の状態になっている。検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要 な試薬類は、通常それぞれ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場 合、それに対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される 。抗体は、好ましくはピオチンおよび FITCで標識されている。
[0086] 遺伝子検査用の試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬、検出に使用さ れるプローブ類、発色試薬とともに、必要であれば前記の検体前処理に使用する前 処理試薬も含めてもよい。
[0087] マイクロポンプ力 駆動液を供給することにより各収容部力 検体液および試薬液 を押し出してこれらを合流させることによって、遺伝子増幅反応、アナライトのトラップ または抗原抗体反応といった分析に必要な反応が開始される。
[0088] DNA増幅方法としては、改良点も含めて各種文献などに記載され、多方面で盛ん に利用されている PCR増幅法を使用することができる。 PCR増幅法においては、 3 つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロチップに好適な温度制 御を可能とする流路デバイスが、すでに本発明者らにより提案されている (特開 2004 108285号)。このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すれ ばよい。これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマ イク口反応セルとしているため、 DNA増幅は、手作業で行う従来の方式よりはるかに 短時間で行うことができる。
[0089] 最近開発されァこ ICAN (Isotnermal chimera primer initiated nucleic acid
amplification)法は、 50〜65°Cにおける任意の一定温度の下に DNA増幅を短時間 で実施できるため（特許第 3433929号）、本発明システムにおいても好適な増幅技 術である。手作業では、 1時間力かる本法は、本発明のシステムにおいては、 10〜2 0分、好ましくは 15分で解析まで終わる。 [0090] 検査チップの微細流路における反応部位よりも下流側には、アナライト、例えば増 幅された遺伝子を検出するための検出部位が設けられている。少なくともその検出部 分は、光学的測定を可能とするために透明な材質、好ましくは透明なプラスチックと なっている。
[0091] 微細流路上の検出部位に吸着されたピオチン親和性タンパク質 (アビジン、ストレ ブトアビジン）は、プローブ物質に標識されたピオチン、または遺伝子増幅反応に使 用されるプライマーの 5'末端に標識されたピオチンと特異的に結合する。これにより 、ピオチンで標識されたプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位でトラップさ れる。
[0092] 分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子の DNAを検出する方法は特に 限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行われる。
(la) 検体もしくは検体力 抽出した DNA、あるいは検体もしくは検体力 抽出した RNAから逆転写反応により合成した cDNAと、 5，位置でピオチン修飾したプライマ 一とを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。
[0093] 反応部位の微細流路内で遺伝子増幅反応を行った後、微細流路内で増幅された 遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合して、増幅された遺伝子を変性処理によ り一本鎖にし、これと末端を FITC (fluorescein isothiocyanate)で蛍光標識したプロ ーブ DNAとをハイブリダィズさせる。
[0094] 次いで、ピオチン親和性タンパク質を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し 、前記増幅遺伝子を微細流路内の検出部位にトラップする（増幅遺伝子を検出部位 でトラップした後に蛍光標識したプローブ DNAとをノヽイブリダィズさせてもょ ヽ。 )。 (lb) 検体に存在する抗原、代謝物質、ホルモンなどのアナライトに対する特異的な 抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、 抗体は、ピオチンおよび FITCで標識されている。したがって抗原抗体反応により得 られる生成物は、ピオチンおよび FITCを有する。これをピオチン親和性タンパク質（ 好ましくはストレプトアビジン)を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、ビォチ ン親和性タンパク質とピオチンとの結合を介して該検出部位に固定ィ匕する。
(2) 上記微細流路内に FITCに特異的に結合する抗 FITC抗体で表面を修飾した 金コロイド液を流し、これにより固定ィ匕したアナライト'抗体反応物の FITCに、あるい は遺伝子にハイブリダィズした FITC修飾プローブに、その金コロイドを吸着させる。 ( 3) 上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定 されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更が可能で ある。

Claims

請求の範囲
[1] 試薬を収容した微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、
前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、
少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とを それぞれ封止する 1枚または 2枚以上の薄厚のシール部材と、
を有す (1)第 1のチップ;と、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた開口と、
を有す (2)第 2のチップ、
とを含む検査チップであって、
使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより第 1のチップの前 記下流側開口と第 2のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査 チップ。
[2] 第 1のチップの下流側開口を封止する前記シール部材が剥離可能であり、使用時 にシール部材を剥離し、その後第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることによ り第 1のチップの微細流路と第 2のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の検査チップ。
[3] 第 2のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第 1のチップと第 2 のチップとを重ね合わせることにより、第 1のチップにおける下流側開口の位置でシ 一ル部材が該針部によって貫かれ、これによつて第 1のチップの微細流路と第 2のチ ップの微細流路とが連通されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の検査チッ プ。
[4] 第 1のチップの上流側開口力 マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が 設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせ されることを特徴とする請求の範囲第 1〜3項のいずれかに記載の検査チップ。
[5] 第 1のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシ 一ル部材を剥離し、その後、第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせた検査チッ プを、前記マイクロポンプユニットに対して、第 1のチップの上流側開口とマイクロボン プユニットの開口とが位置合わせされるように重ね合わせることによって、第 1のチッ プの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする請求の範囲第 4項に 記載の検査チップ。
[6] 前記開口に細管状の針部が設けられた前記マイクロポンプユニットに対して、使用 時に、第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせた検査チップを重ね合わせることに より、第 1のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫か れ、これによつて第 1のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴と する請求の範囲第 4項に記載の検査チップ。
[7] 第 2のチップにおける微細流路に、使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合 わせることにより第 1のチップの上流側開口〖こ位置合わせされる開口 Aが設けられて いるとともに、当該開口の上流側に、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開 口が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合 わせされるポンプ側開口 Bが設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1〜3項の V、ずれかに記載の検査チップ。
[8] 第 1のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシ 一ル部材を剥離し、その後第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより、 第 1のチップの微細流路と、第 2のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路 とが連通されることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の検査チップ。
[9] 第 2のチップの前記開口 Aに細管状の針部が設けられ、使用時に第 1のチップと第 2のチップとを重ね合わせることにより、第 1のチップにおける上流側開口の位置でシ 一ル部材が該針部によって貫かれ、これによつて、第 1のチップの微細流路と、第 2 のチップにおけるポンプ側開口 Bに連通する微細流路とが連通されることを特徴とす る請求の範囲第 7項に記載の検査チップ。
[10] 請求の範囲第 1〜9項のいずれかに記載の検査チップと、システム本体と、力 構 成され、
該システム本体は、
複数のマイクロポンプと、マイクロポンプに連通し検査チップの上流側開口に位置 合わせされる開口とが設けられたチップ状のマイクロポンプユニットと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液が 収容され、マイクロポンプの上流側に連通した駆動液タンクと、
検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、を収納体の内部 に備え、検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析を行 うことを特徴とするマイクロ総合分析システム。
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