(57)【要約】【課題】  本発明は、簡単な手法で反応チップに連続して設けられた一または複数の流路及び／または反応場の一部を確実に堰止め、流路及び／または反応場を独立させるための冶具及び反応チップ処理装置を提供する。【解決手段】  少なくとも複数の反応場と該複数の反応場を連通する流路とを備える基板と、該基板の反応場および流路が設けられた側に配置された蓋材料と、から構成させる反応チップの該複数の反応場を独立させる反応場独立冶具において、該流路を該基板上および／または該蓋材上から押しつぶし加工を行う１または複数の反応場独立刃部を有し、かつ、該反応場独立刃部は加熱を行うヒーター部を有する。また、前記反応場独立刃部の流路接触部が角錐台または円錐台形状であること、前記角錐台または円錐台の上面の角部がＲ０．２ｍｍ以上の丸みを有していてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも複数の反応場と該複数の反応場を連通する流路とを備える基板と、該基板の反応場および流路が設けられた側に配置された蓋材料と、から構成される反応チップの該複数の反応場を独立させる反応場独立冶具において、
該流路を該基板上および／または該蓋材上から押しつぶし加工を行う１または複数の反応場独立刃部を有し、かつ、該反応場独立刃部は加熱を行うヒーター部を有することを特徴とする反応場独立冶具。
【請求項２】
前記反応場独立刃部の流路接触部は、角錐台または円錐台形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具。
【請求項３】
前記角錐台または円錐台の上面の角部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有していることを特徴とする請求項２に記載の反応場独立冶具。
【請求項４】
前記反応場独立刃部の流路接触部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具。
【請求項５】
前記反応場独立刃部は、金属、セラミック、ガラスから選択されるいずれかからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反応場独立冶具。
【請求項６】
前記ヒーター部は、セラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の反応場独立冶具を備えることを特徴とする反応チップ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ＤＮＡやＳＮＰを検査する際に適用される反応チップの反応場独立冶具及びそれを用いた反応チップ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば生化学反応等において、微量の試料溶液を処理する反応装置として、μ−ＴＡＳ（ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）やラボ・オン・チップと呼ばれるような１個のチップあるいはカートリッジに複数の反応場や流路を備えることで複数の検体の解析、あるいは複数の反応を行う構想が存在している。これらの技術は、チップ及びカートリッジを小型化することで使用する試薬量を少量にすることが可能であり、試薬量を少量にできることから、様々なメリットがあるとされてきた。【０００３】
そのメリットとは、例えば、従来使用していた強酸やアルカリ薬品の分量が微量化することで人体への影響や環境への影響が格段に低くなること、また、生化学反応等に用いられる高額な試薬類の消費量が微量化することで反応を行うコストが低下することなどが挙げられる。【０００４】
チップやカートリッジを用いて生化学反応を最も効率よく行うためには、複数の反応場にそれぞれ異なった複数の薬品や検体、酵素を配置し、一本ないし数本の主導管からまとめて薬品や検体、酵素と反応する試薬を流し入れ、異なった複数の反応を生じさせる必要がある。この手法により、例えば、生化学反応において、複数の検体を同じ試薬で同時に処理をしたり、また逆に、一種類の検体に同時に複数の処理を施したりすることができる。【０００５】
このような複数の流路や複数の反応場を用いて試薬の反応を行うには、流路や反応場間で異なる試薬や検体が混合してしまうことを防ぐための流体の堰止め機構が必要不可欠である。
このような問題を解決するために様々な工夫がなされ、例えば下記のような技術が存在している。【０００６】
特許文献１によれば、複数容器間での液体や物質の混合を防ぐため、剛性体の基板と弾性体で形成された容器に複数の反応場および流路が形成され、前記容器外から前記弾性体に外力を加えることにより、前記流路を部分的に塞いで流体状の物質を移動または阻止することができるように構成するカートリッジ等が発明されている。【０００７】
また、特許文献２によれば、流路を閉状態、開状態に保持可能な弁体に流路内での往復運動を可能にするソレノイドを付属し、微小電力にて流路の開閉を可能にする自己保持型マイクロ流路用バルブが記載されている。【０００８】
しかし、特許文献１のように、外力を用いて弾性体を剛性体に押し付ける手法では、流路を塞ぐ信頼度が低く、また、特許文献２のような微小で複雑な弁を作成することはコストが高く、量産性も低い。
【特許文献１】特開２００５−３７３６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、簡単な手法で反応チップに連続して設けられた一または複数の流路及び／または反応場の一部を確実に堰止め、流路及び／または反応場を独立させるための冶具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、少なくとも複数の反応場と該複数の反応場を連通する流路とを備える基板と、該基板の反応場および流路が設けられた側に配置された蓋材料と、から構成される反応チップの該複数の反応場を独立させる反応場独立冶具において、
該流路を該基板上および／または該蓋材上から押しつぶし加工を行う１または複数の反応場独立刃部を有し、かつ、該反応場独立刃部は加熱を行うヒーター部を有することを特徴とする反応場独立冶具である。【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記反応場独立刃部の流路接触部は、角錐台または円錐台形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記角錐台または円錐台の上面の角部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有していることを特徴とする請求項２に記載の反応場独立冶具である。【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記反応場独立刃部の流路接触部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記反応場独立刃部は、金属、セラミック、ガラスから選択されるいずれかからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反応場独立冶具である。【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記ヒーター部は、セラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の反応場独立冶具を備えることを特徴とする反応チップ処理装置である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、少なくとも複数の反応場と該複数の反応場を連通する流路とを備える基板と、該基板の反応場および流路が設けられた側に配置された蓋材料と、から構成される反応チップの該複数の反応場を独立させる反応場独立冶具において、
該流路を該基板上および／または該蓋材上から押しつぶし加工を行う１または複数の反応場独立刃部を有し、かつ、該反応場独立刃部は加熱を行うヒーター部を有することを特徴とする反応場独立冶具である。
流路を外部から反応場独立刃部を用いて押しつぶし塑性変形をさせることで、流路を堰き止め、それぞれの反応場を独立させることが可能となる。また、ヒーター部を有することにより、押しつぶしと同時に加熱を行うことができ、押しつぶし箇所に局所的に熱を与えることが可能となるため、反応チップ内の試薬や酵素などの劣化を防止することが可能となる。【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記反応場独立刃部の流路接触部は、角錐台または円錐台形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。
流路接触部を角錐台または円錐台形状にすることにより、刃部の先端を細くし、押しつぶし冶具の押し付け機構の力に対して刃先にかかる圧力を大きくできる。【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記角錐台または円錐台の上面の角部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有していることを特徴とする請求項２に記載の反応場独立冶具である。
角錐台または円錐台の上面の角部にＲ０．２ｍｍ以上の丸みを持たせることにより、押しつぶし加工時に角錐台または円錐台形状の角部で反応チップを破損させることを防ぐことができる。【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記反応場独立刃部の流路接触部は、Ｒ０．２ｍｍ以上の丸みを有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。
刃部の流路接地部がＲ０．２ｍｍ以上の丸みを持つ球面形状であることにより、押しつぶし加工時に反応場独立刃部の流路接触部で反応チップを破損させることを防ぐことができる。【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記反応場独立刃部は、金属、セラミック、ガラスから選択されるいずれかからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反応場独立冶具である。
反応場独立刃部が金属、セラミック、ガラスから選択されるいずれかからなることにより、たとえば金属であれば加熱時間が短く、切削加工によって高精度な形状を形作ることが可能であり、またセラミックやガラスであれば一度加熱してしまえば放熱による温度ムラを低減できる。金属、ガラス、セラミックは、総じて耐熱温度が高く加熱温度による軟化や劣化が少ないという特徴を持つ。【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記ヒーター部は、セラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の反応場独立冶具である。
ヒーター部にセラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかを用いることにより、セラミックヒーターや電熱線であれば加熱時間が早く、市販品として豊富な種類を持つため設定条件に合わせて性能の選択が可能であり、またペルチェ素子であれば温調制御が容易で、熱暴走などの事故や危険度を減らすことが出来る。セラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子は、総じて比較的安価に温調制御が可能で、小型であり装置や冶具に組み込みやすいという特徴を持つ。【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の反応場独立冶具を備えることを特徴とする反応チップ処理装置である。
反応場独立冶具は、小型であるため、試料を反応させ、及び／又は、反応した試料を光学的に測定する反応チップ処理装置の中に組み込むこともできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、少なくとも複数の反応場３と複数の反応場３を連通する流路４とを備える基板１と、基板１の反応場３および流路４が設けられた側に配置される蓋材料２とを、概略的に示す反応チップの概略図の一例である。【００２５】
図２は反応チップの流路に対して、基板上および／または蓋材上から押しつぶし加工を行い、反応場を独立させる反応場独立冶具の一例であり、図３はその反応場独立冶具の一部を拡大したものである。反応場独立冶具は、押しつぶし加工を行う１または複数の反応場独立刃部６を有し、かつ、反応場独立刃部６は加熱を行うヒーター部７を有している。反応場独立刃部６の数や反応場独立刃部６同士の間隔は、使用する反応チップに応じて適宜選択される。【００２６】
次に反応場独立刃部の形状について、図４を用いて説明する。図４は反応場独立刃部の一例の正面図及び側面図である。なお、図中の数値の単位はｍｍである。
図４（ａ）に示す反応場独立刃部は、２ｍｍ（短辺）×５ｍｍ（長辺）×１ｍｍ（高さ）の直方体の金属のブロックである。
図４（ｂ）に示す反応場独立刃部は、反応場独立刃部の先端の流路接触部１２が、角錐台または円錐台形状である。角錐台または円錐台形状にすることにより、反応場独立刃部の先端を細くし、刃部の押し付ける力に対して刃先の圧力を高くすることが出来、押しつぶし部にかかる荷重を大きくすることが可能となる。
また、角錐台または円錐台の上面の角部にＲ０．２ｍｍ以上の丸みを持たせることにより、押しつぶし加工時に角錐台または円錐台形状の角部で反応チップを破損することを防ぐことができ、より好ましい。【００２７】
図４（ｃ）に示す反応場独立刃部は、流路接触部の先端断面が球面形状である。流路接触部の先端をＲ０．２ｍｍ以上の丸みを有する球面形状とすることにより、上述の角錐台や円錐台形状の流路接触部よりさらに荷重を大きくすることができ、また先端が球面形状であるから、押しつぶし加工時に反応チップを破損することを防ぐことができる。【００２８】
図４（ｄ）に示す反応場独立刃部は、反応場独立刃部の高さが５ｍｍであり、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す反応場独立刃部の高さよりも高い。これにより、流路接触部をヒーター部から遠ざけることができ、反応チップ内の試薬や酵素などの熱による劣化を防止することが可能となる。【００２９】
反応場独立刃部は、金属、セラミック、ガラスから選択されるいずれかからなる。反応場独立刃部が金属、セラミックガラスから選択されるいずれかからなることにより、異なったいくつかの効果が期待でき、必要な条件に応じて材質を変更し、装置の性能を向上できる。たとえば、金属であれば加熱時間が短く、切削加工によって高精度な形状を形作ることが可能であり、反応場独立のための塞き止め部分が複雑な形状をしていたり、反応場独立刃を押し当てるスペースが少ない時などに効果的である。また、セラミックやガラスであれば、一度加熱してしまえば放熱による温度ムラを低減できるため、反応チップのシーラント層や溶融層の材質に合わせて温度を上下することが可能となる。金属、ガラス、セラミックは、総じて耐熱温度が高く加熱温度による軟化や劣化が少ないという特徴を持つ。【００３０】
次にヒーター部について説明する。ヒーター部にはセラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかを用いる。ヒーター部にセラミックヒーター、電熱線、ペルチェ素子から選択されるいずれかを用いることにより、異なったいくつかの効果が期待できる。例えば、セラミックヒーターや電熱線であれば加熱時間が短く、かつ加熱可能温度が高いため反応チップのシーラント層や溶融層が数百度になる場合でも対応でき、短時間で刃先を所定の温度にすることが出来る。また、セラミックヒーターや電熱線は市販品として豊富な種類を持つため設定条件に合わせて性能の選択が可能であり装置の設計時に反応チップに用いられている材料に合わせた設計が可能な上、後々の仕様変更などにも比較的容易に対応することが可能となる。またペルチェ素子であれば温調制御が容易で、熱暴走などの事故や危険度を減らすことが出来る。セラミックヒーターも電熱線、ペルチェ素子も総じて比較的安価に温調制御が可能で、小型であり装置や冶具に組み込みやすいという特徴を持つ。【００３１】
次に、本発明の反応場独立装置の使用方法について説明する。
本装置に使用する反応チップの流路を形成する材質は塑性変形し易い材料であることが好ましく、塑性変形時にひび割れ、破損等の生じ難い材料であることが好ましい。また、反応チップの流路に接着層や粘着層が設けられていると、塑性変形部が密封され、反応場や流路をより完全に独立させることが可能である。【００３２】
生体反応に適する反応チップにおける本発明による反応場独立の一連の流れを記す。
まず、反応チップを用意する。このとき反応チップ内の反応場にはすでに送液物に対して反応を起こす物質を固定して，蓋材料を貼り付けて密閉しておく。このとき反応場の容量は数μｌ〜数十μｌであることが望ましい。反応は化学反応でも生化学反応でもかまわず、反応物質の固定方法も乾燥固化、表面処理による固定、水溶性のマイクロカプセルと共に接着する、など手法は自由となる。【００３３】
次に、反応チップを反応場独立刃部６の直上にあるチップ受け５にセットする。チップ受け５は反応チップを保持し、かつ反応場独立刃部６の当たる位置を決定する役割を持ち、反応チップの反応場独立位置には穴が開いており、刃がチップに当たる際に障害とならない形状をしている。穴の大きさは刃形状に合わせ３ｍｍ×５ｍｍ程度の穴をせきとめ箇所の数だけあけておく事も可能であり、また反応部全体を大きくくり抜いておいても構わない。【００３４】
ヒーター部７に組み込まれたヒーター１１が加熱を行い、刃先を含め反応場独立刃部全体が加熱される。一般的なシーラント層を用いる時、この温度は１３０℃〜２５０℃程度が考えられる。このとき熱電対や白金抵抗体によって刃先の温度が観察され温調機によって温度を管理されるとなお良い。【００３５】
刃先が所定の温度に到達し、安定し次第ハンドル８を回しチップ受けに載ったチップを押し当て板１０と反応場独立刃部６で挟みながら押し付け、刃先がチップの反応場を連結する流路を変形させる。【００３６】
押し当て圧が足りない場合はモーターとギアユニットを用いてボールネジを回し、強い圧力で反応チップの押し付けを行うとなお良い。【００３７】
このときチップ内部では熱によりチップ内部の樹脂層または接着層を溶融させ、変形した流路の隙間を埋める。【００３８】
反応場独立刃部６はチップ内部の液体を沸騰させたり試薬に損傷を与えないように刃先接触部の樹脂層または接着層を溶融させた直後バネ９の力で元の位置に戻り、チップから刃先が離脱することで反応チップへの余分な加熱を防止することが出来る。【００３９】
反応チップは溶融した変形流路内の樹脂層又は接着層部分が冷えて固まり次第反応場の独立が完成する。【００４０】
上述したように、本発明の冶具を用いることにより、簡単な手法で反応チップに設けられた一または複数の流路及び／または反応場の一部を確実に堰止め、流路及び／または反応場を独立させることが可能になる。【００４１】
なお、本発明を実施するための最良の形態においては、反応場独立冶具（装置）を反応チップ処理装置と別個の装置としたが、反応場独立冶具を試料を反応させ、及び／又は、反応した試料を光学的に測定する反応チップ処理装置の中に組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】反応チップの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の反応場独立冶具の一例を示す概略図である。
【図３】チップ受けと反応場独立刃部の一例を示す概略図である。
【図４】反応場独立刃部の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  基板
２  蓋材料
３  反応場
４  流路
５  チップ受け
６  反応場独立刃部
７  ヒーター部
８  ハンドル
９  バネ
１０  押し当て板
１１  ヒーター
１２  流路接触部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009025161.tif 000008
2009025161.tif 000009
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