(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバと、インレット及びアウトレットと、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットをそれぞれ接続する供給流路及び排出流路と、を有するマイクロ流路チップにおいて、
凹部を有する基板ホルダと、該基板ホルダの凹部に装着された反応基板と、該基板ホルダ及び前記反応基板を覆うように配置された第１のシートと、該第１のシートを覆うように配置された第２のシートと、を有し、
前記第１のシートは貫通孔を有し、該貫通孔によって、前記第２のシートと前記反応基板の間に前記反応チャンバが形成され、
前記反応基板は、前記反応チャンバに露出している第１の面と、前記基板ホルダの凹部に設けられた観察窓を介して外部に露出している第２の面と、を有し、前記反応基板の第１の面には微細構造からなる反応スポットが形成されており、
前記反応基板の外形より内側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートによって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されており、
前記インレットと前記アウトレットの位置が、前記反応基板の外形より外側の領域に配置されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記インレットと前記アウトレットは、前記基板ホルダの観察窓が設けられた面とは反対側の面に設けられていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項３】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記インレットと前記アウトレットの間の流路は30ｍｍ以上であることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項４】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第１のシートと前記第２のシートの一方には溝が形成され、該溝によって、前記第１のシートと前記第２のシートの間に前記供給流路及び前記排出流路が形成されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項５】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第２のシートに形成された貫通孔によって、前記インレット及び前記アウトレットが形成されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項６】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第１のシート及び前記第２のシートは、ポリジメチルシロキサン（PDMS）によって構成されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項７】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記反応基板は、半導体の製造プロセスを用いて製造されることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項８】
請求項１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記反応基板は、一辺の寸法が20mm以下の正方形の板状部材からなることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項９】
反応チャンバと、インレット及びアウトレットと、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットをそれぞれ接続する供給流路及び排出流路と、を有するマイクロ流路チップの製造方法において、
微細構造からなる反応スポットが形成された第１の面と該第１の面と反対側の第２の面を有する反応基板を用意することと、
前記反応基板を、基板ホルダの凹部に配置することと、
前記基板ホルダと該基板ホルダの凹部に配置された前記反応基板を覆うように、第１のシートを貼付することと、
前記第１のシートを覆うように、第２のシートを貼付し、前記第２のシートと前記反応基板の間に、前記反応チャンバを形成することと、
を有し、
前記反応基板の第１の面に形成された前記反応スポットは、前記反応チャンバに露出しており、前記反応基板の第２の面は、前記基板ホルダの凹部に設けられた観察窓を介して外部に露出しており、
前記反応基板の外形より内側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートによって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されており、
前記インレットと前記アウトレットの位置が、前記反応基板の外形より外側の領域に配置されていることを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のマイクロ流路チップの製造方法において、
前記第１のシートと前記第２のシートは、ポリジメチルシロキサン（PDMS）によって構成されており、前記第１のシートと前記第２のシートは、PDMSの自己吸着性を利用して互いに接着されていることを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載のマイクロ流路チップの製造方法において、
前記反応基板は、半導体製造プロセス技術を用いて製造されていることを特徴とするマイクロ流路チップの製造方法。
【請求項１２】
反応基板を有するマイクロ流路チップと、該マイクロ流路チップに各種の溶液を供給する溶液供給系と、前記マイクロ流路チップから各種の廃液を回収する廃液回収系と、前記マイクロ流路チップの反応基板に励起光を照射する照射系と、前記マイクロ流路チップの反応基板からの蛍光を検出する検出光学系と、を有する核酸分析装置において、
前記反応基板を覆うように配置され、貫通孔を有する第１のシートと、
該第１のシートを覆うように配置された第２のシートと、
前記第２のシートと前記反応基板の間に形成された反応チャンバと、
を有し、
前記反応基板は、反応スポットが形成された第１の面と該第１の面と反対側の第２の面を有し、
前記マイクロ流路チップは、第１の主面と該第１の主面と反対側の第２の主面を有し、
前記第１の主面には前記溶液供給系に接続されるインレットと前記廃液回収系に接続されるアウトレットとが設けられ、前記第２の主面には前記反応基板の第２の面を外部に露出させるための観察窓が設けられ、
前記検出光学系は前記マイクロ流路チップの第１の主面の側に配置され、前記照射系は前記マイクロ流路チップの第２の主面の側に配置されており、
前記反応基板の外形より内側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットとを連結する流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートによって、前記流路が形成されており、
前記インレットと前記アウトレットの位置が、前記反応基板の外形より外側の領域に配置されていることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の核酸分析装置において、
前記反応基板の第２の面には、全反射プリズムが装着されており、前記照射系からの励起光は、前記全反射プリズムを経由して、前記反応基板の第１の面に導かれ、そこで全反射し、エバネッセント光を生成し、該エバネッセント光により、前記反応スポットにおける極めて限定された領域のみが照明されることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の核酸分析装置において、
前記反応基板の反応スポットには、局在型表面プラズモンが発生し易いように微細構造が形成されていることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１５】
反応基板を有するマイクロ流路チップと、該マイクロ流路チップに各種の溶液を供給する溶液供給系と、前記マイクロ流路チップから各種の廃液を回収する廃液回収系と、前記マイクロ流路チップの反応基板に励起光を照射する照射系と、前記マイクロ流路チップの反応基板からの蛍光を検出する検出光学系と、を有する核酸分析装置において、
前記反応基板を覆うように配置され、貫通孔を有する第１のシートと、
該第１のシートを覆うように配置された第２のシートと、
前記第２のシートと前記反応基板の間に形成された反応チャンバと、
を有し、
前記反応基板は、反応スポットが形成された第１の面と該第１の面と反対側の第２の面を有し、
前記マイクロ流路チップは、第１の主面と該第１の主面と反対側の第２の主面を有し、
前記第１の主面には前記溶液供給系に接続されるインレットと前記廃液回収系に接続されるアウトレットとが設けられ、前記第２の主面には前記反応基板の第２の面を外部に露出させるための観察窓が設けられ、
前記検出光学系及び前記照射系は前記マイクロ流路チップの第２の主面の側に配置されており、
前記反応基板の外形より内側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットとを連結する流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートによって、前記流路が形成されており、
前記インレットと前記アウトレットの位置が、前記反応基板の外形より外側の領域に配置されていることを特徴とする核酸分析装置。
【請求項１６】
反応チャンバと、インレット及びアウトレットと、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットをそれぞれ接続する供給流路及び排出流路と、を有するマイクロ流路チップにおいて、
その一部に反応スポットが配置された反応領域を有する反応基板と、
該反応基板より大きく、該反応基板を保持する凹部または少なくとも該反応基板が入る貫通孔を有する基板ホルダと、
該反応基板より大きく、少なくとも該反応領域に相当する部分に貫通孔または凹部を有する第１のシートと、
該第１のシートと接着し、光学的に透明である、第２のシートと、
を有し、
該反応基板と、少なくとも該第１のシートにより、該反応領域に前記反応チャンバが形成され、
前記反応基板の外形より内側の領域では、少なくとも前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートとによって、前記反応チャンバに連結する前記供給流路及び前記排出流路が形成され、
前記供給流路及び前記排出流路の端部に前記インレット及び前記アウトレットが形成され、
前記インレット及び前記アウトレットが該反応基板外形より離れた位置に形成されることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項１７】
反応スポットが配置された反応領域を有する反応基板と、反応領域部の反応チャンバと、反応基板外形より離れた位置に設けたインレット及びアウトレットと、前記反応基板を覆うように配置された第１のシートと、該第１のシートを覆うように配置された第２のシートと、を有し、
前記反応基板の外形より内側の領域では、少なくとも前記第１のシートと前記第２のシートと前記反応基板によって、前記反応チャンバと前記インレット及び前記アウトレットとを連結する流路が形成されており、
前記反応基板の外形より外側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートとによって、前記流路が形成されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項１８】
請求項１６または１７記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記反応基板には反応領域が複数個所有し、複数のインレットおよびアウトレットを有することを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項１９】
請求項１６記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記反応基板とほぼ同じ大きさで、すくなくとも前記反応領域の一部に貫通孔を有する第３のシートを、前記反応基板と前記第１のシートの間に配置し、
前記反応基板の外形より内側の領域では、前記第１のシートと前記第２のシートと前記第３のシートと前記反応基板によって、前記供給流路及び前記排出流路が形成されていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２０】
請求項１９記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第１のシート、または前記第２のシート、または前記第３のシートとして、接着性を有する樹脂、またはPDMSを使用することを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２１】
請求項１６記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記供給流路及び前記排出流路は、前記第１のシートまたは／および前記第２のシートに形成された凹部により形成されることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２２】
請求項１６または２１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第２のシートはガラス板であることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２３】
請求項１６または２１記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記第２のシートは厚さ0.02ｍｍから0.2ｍｍのガラス板であることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２４】
請求項１６記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記供給流路及び前記排出流路と前記インレット及び前記アウトレットとは、前記第１のシートに形成されることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２５】
請求項１６または２４記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記基板ホルダに、前記インレット及び前記アウトレットに相当する位置に、ほぼ同等の開口を有することを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２６】
請求項１６から１８のいずれか１項記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記インレット及び前記アウトレットは、前記反応領域から少なくとも15mm以上離れていることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２７】
請求項１６または２４または２５のいずれか１項記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記基板ホルダと前記第１のシートが同じ材質、または前記基板ホルダを前記第１のシートで兼用することを特徴とするマイクロ流路チップ。
【請求項２８】
請求項１６から１８のいずれか１項記載のマイクロ流路チップにおいて、
前記反応基板の前記反応領域がエバネッセント照明されることを特徴とするマイクロ流路チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遺伝子診断装置、遺伝子解析装置等の核酸分析装置にて使用して好適なマイクロ流路チップ及びマイクロアレイチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、核酸分析装置において、ガラス基板等で作製された反応基板に多数のDNAプローブ又はポリメラーゼを固定し、塩基伸長反応を行うことで配列を決定する方法が提案されている。このような固定及び反応を行う領域を、以下「反応スポット」と呼ぶ。反応スポットの形成方法として、単一分子を固定する場合（単分子方式）や同一種複数分子を固定する場合（複数分子方式）がある。また多数の反応スポットを配置し、各々の反応スポットで並列して塩基伸長及び配列決定を行う超並列方式核酸分析装置が開発されている。
【０００３】
非特許文献１には、反応スポットに単一分子を固定し、全反射エバネッセント照射検出方式を用いて単分子レベルのDNA配列解読を行う方法が記載されている。特許文献１には、局在型表面プラズモンの蛍光増強効果を利用して、塩基伸長反応を計測することが記載されている。特許文献２及び特許文献３には、ポリジメチルシロキサン（PDMS）基板又はシートを用いたマイクロ流路チップの製造方法の例が記載されている。特許文献４には、ナノチップを用いてＰＣＲ生成物であるサンプルを分析する方法が記載されている。特許文献5及び特許文献6には、インレットとアウトレットを有するマイクロ流路チップでの測定例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-45057号公報
【特許文献２】特開2009-47438号公報
【特許文献３】特開2005-111567号公報
【特許文献４】特開2005-181145号公報
【特許文献５】特開2005-245317号公報
【特許文献６】特開2005-233802号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ido Braslavsky, ”Proc. Natl. Acad. Sci. USA”,2003年, Vol. 100, No. 7, pp. 3960-3964
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ流路チップは核酸分析装置等に装着され、溶液等の供給系と廃液を排出する排出系が接続される。マイクロ流路チップは、溶液供給系と廃液排出系を容易に接続できる構造であることが好ましい。更に、マイクロ流路チップの両面または片面には、照明装置及び検出装置が配置される。例えば、高倍率の対物レンズで観察する場合、対物レンズをマイクロ流路チップに近接させる必要がある。従って、マイクロ流路チップは、照明装置及び検出装置がどのような構造であっても、適合することが好ましい。
【０００７】
マイクロ流路チップは反応スポットを備えた反応基板を有する。反応基板は半導体製造プロセス処理を用いて製造されるため、比較的高価である。反応基板の寸法は、できるだけ小さいほうがよく、理想的には観察すべき反応スポットが配置された領域と同等の寸法であれば無駄がない。
【０００８】
本発明の目的は、周囲の機器の配置に制限されることなく容易に装着可能であり、且つ、製造コストが比較的安いマイクロ流路チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマイクロ流路チップは、反応チャンバと、インレット及びアウトレットと、前記反応チャンバと前記インレット及びアウトレットをそれぞれ接続する供給流路及び排出流路と、を有する。
【００１０】
本発明のマイクロ流路チップは、凹部を有する基板ホルダと、該基板ホルダの凹部に装着された反応基板と、該基板ホルダ及び前記反応基板を覆うように配置された第１のシートと、該第１のシートを覆うように配置された第２のシートと、によって構成される。また、本発明のマイクロ流路チップは、反応基板と、該反応基板より大きく、少なくとも反応チャンバ部に相当する部分に貫通孔または凹部を有する第１のシートと、該第１のシートと接着する第２のシートと、によって構成される。
【００１１】
本発明のマイクロ流路チップによると、前記反応基板と前記第１のシートの貫通孔と前記第２のシートによって前記反応チャンバが形成され、または、前記反応基板と前記第１のシートの凹部によって前記反応チャンバが形成され、前記インレット及びアウトレットは該反応基板より離れた外側に配置され、該反応チャンバと該インレット及びアウトレットを連結する流路が該第１のシートと第２のシートの間に形成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、周囲の機器の配置に制限されることなく容易に装着可能であり、且つ、製造コストが比較的安いマイクロ流路チップを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明のマイクロ流路チップの構成例（実施例１）を示す図である。
【図１Ｂ】本発明のマイクロ流路チップの流路シートの例を示す図である。
【図１Ｃ】本発明のマイクロ流路チップの反応室シートの例を示す図である。
【図１Ｄ】本発明のマイクロ流路チップの基板ホルダの例を示す図である。
【図１Ｅ】本発明のマイクロ流路チップの反応基板の例を示す図である。
【図２】本発明のマイクロ流路チップを用いたDNAシーケンサ装置の主要部を説明する図である。
【図３】本発明のマイクロ流路チップを用いた単一分子DNAシーケンサ装置の例を説明する図である。
【図４】本発明のマイクロ流路チップを用いた単一分子DNA配列解析方法の例を説明する図である。
【図５Ａ】本発明のマイクロアレイチップの構成例（実施例２）を示す図である。
【図５Ｂ】本発明のマイクロアレイチップの流路シートの例を示す図である。
【図５Ｃ】本発明のマイクロアレイチップの基板ホルダの例を示す図である。
【図５Ｄ】本発明のマイクロアレイチップの反応基板の例を示す図である。
【図６Ａ】本発明のマイクロアレイチップを遺伝子解析装置へ装着する方法を説明する図である。
【図６Ｂ】本発明のマイクロアレイチップを遺伝子解析装置へ装着する方法を説明する図である。
【図７】本発明のマイクロアレイチップを用いた遺伝子解析システムの構成例を説明する図である。
【図８】本発明のマイクロアレイチップを用いた遺伝子解析システムの操作方法の例を説明する図である。
【図９Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例３）を示す図である。
【図９Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図９Ａのシート２の上面図である。
【図９Ｃ】本発明のマイクロ流路チップ図９Ａのシート１の上面図である。
【図９Ｄ】本発明のマイクロ流路チップ図９Ａの基板ホルダの上面図である。
【図１０Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例４）を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図１０Ａの基板ホルダの上面図である。
【図１１Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例５）を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図１１Ａのシート２の上面図である。
【図１１Ｃ】本発明のマイクロ流路チップ図１１Ａのシート１の上面図である。
【図１１Ｄ】本発明のマイクロ流路チップ図１１Ａのシート３の上面図である。
【図１１Ｅ】本発明のマイクロ流路チップ図１１Ａの基板ホルダの上面図である。
【図１２Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例６）を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図１２Ａのシート２の上面図である。
【図１２Ｃ】本発明のマイクロ流路チップ図１２Ａのシート１の上面図である。
【図１２Ｄ】本発明のマイクロ流路チップ図１２Ａの基板ホルダの上面図である。
【図１３Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例７）を示す図である。
【図１３Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図１３Ａのシート２の上面図である。
【図１３Ｃ】本発明のマイクロ流路チップ図１３Ａのシート１の上面図である。
【図１３Ｄ】本発明のマイクロ流路チップ図１３Ａの基板ホルダの上面図である。
【図１４Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例８）のシート１の上面図である。
【図１４Ｂ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例８）の基板ホルダの上面図である。
【図１５Ａ】本発明のマイクロ流路チップの別の構成例（実施例９）を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明のマイクロ流路チップ図１５Ａのシート２の上面図である。
【図１５Ｃ】本発明のマイクロ流路チップ図１５Ａのシート１の上面図である。
【図１５Ｄ】本発明のマイクロ流路チップ図１５Ａのシート３の上面図である。
【図１５Ｅ】本発明のマイクロ流路チップ図１５Ａの基板ホルダの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[実施例１]
図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅを参照して本発明によるマイクロ流路チップの第１の例を説明する。図１Ａに示すように、本例のマイクロ流路チップは、基板ホルダ１０３と、基板ホルダ１０３に装着された反応基板１０１と、基板ホルダ１０３及び反応基板１０１を覆うように配置された反応室シート１０４と、更にその上に配置された流路シート１０５とを有する。反応基板１０１、基板ホルダ１０３、反応室シート１０４、及び、流路シート１０５の２つの主面のうち、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ及び図１Ｅにて上側の面を上面、下側の面を下面と称することとする。
【００１５】
反応基板１０１の上面には、反応スポット１０２が形成されている。反応スポット１０２は、多数のDNAプローブ又はポリメラーゼを固定し、塩基伸長反応等を行う領域のことである。マイクロ流路チップの下面には照明窓１０３Ｃが形成されている。照明窓１０３Ｃを介して、反応基板１０１の下面が露出している。本例のマイクロ流路チップでは、図１Ａの断面図において、下方から照明窓１０３Ｃを介して照明光を反応スポット１０２に照射し、上方から流路シート１０５を介して反応スポット１０２を観察する。従って、流路シート１０５、反応室シート１０４及び反応基板１０１は透明な材料によって形成される。
【００１６】
マイクロ流路チップは、インレット１１０、供給流路１１２、反応チャンバ１１４、排出流路１１３、及び、アウトレット１１１を有する。供給流路１１２、反応チャンバ１１４、及び、排出流路１１３は、順に接続されており、密閉された通路を形成している。インレット１１０及びアウトレット１１１は、顕微鏡の対物レンズおよび励起光源光学系部品配置の障害とならないよう、反応スポット１０２から少なくとも約30mm離れた位置に形成されている。
【００１７】
図１Ｅに示すように、反応基板１０１は、厚さが約0.7mm、一辺の寸法が約10mmの正方形の薄い板状部材からなる。しかしながら、反応基板１０１は、好ましくは、一辺の寸法が20mm以下の正方形の板状部材であってよく、更に、一辺の寸法が5mm〜500mmの正方形の板状部材であってもよい。更に、反応基板１０１は、正方形以外の形状、例えば、長方形、多角形、円形等の板状部材であってもよい。
【００１８】
反応基板１０１は、石英によって形成される。反応基板１０１の上面には、遺伝子配列、遺伝子多型などを解析するための反応スポット１０２が形成されている。
【００１９】
反応スポット１０２は、局在型表面プラズモンが発生し易いように微細構造を有することが好ましい。局在型表面プラズモンは局所的に蛍光を増加させる効果を有する。効果が及ぶ範囲は、１０ｎｍから２０ｎｍ程度の極小領域である。このような極小領域に、ターゲットDNA分子を固定し、このターゲットDNA分子に蛍光標識したプライマー単一分子を結合させると、プライマー単一分子からの蛍光のみを局所的に増加させることができる。周囲に浮遊するプライマー単一分子からの蛍光は、局在型表面プラズモンによる蛍光増加効果の影響を受けないから、両者を峻別することができる。
【００２０】
特許文献１には、局在型表面プラズモンが発生し易い微細構造の形成方法の例が記載されている。この文献に記載された例では、半導体製造プロセスによってウエハ上に微細構造を形成する。先ず、円形の石英基板（ウエハ）に、金属蒸着、エッチング、スパッタリング、ミリング等の半導体製造プロセス処理を行い、反応スポットを生成する。こうして多数の反応スポットが形成されたウエハを、ダイシング（裁断）して、所定の寸法の反応基板１０１を形成する。反応基板１０１は、マイクロ流路チップを構成する他の部品より比較的高価である。従って、反応基板１０１の寸法はできるだけ小さいことが好ましい。本発明によると、反応基板１０１は基板ホルダ１０３の凹部１０３Ａに収納されるように構成されており、反応基板１０１の寸法を比較的小さくすることができる。それによって、マイクロ流路チップの価格を抑制することができる。
【００２１】
図１Ｄに示すように、基板ホルダ１０３の上面には、反応基板１０１を収納するための凹部１０３Ａが形成されている。凹部１０３Ａの底面には、貫通孔が形成されている。この貫通孔によって、マイクロ流路チップの照明窓１０３Ｃが形成される。即ち、マイクロ流路チップの照明窓１０３Ｃにて、反応基板１０１の下面が露出する。照明窓１０３Ｃの周囲の部材によって、反応基板を保持するための反応基板保持部１０３Ｂが形成される。照明窓１０３Ｃの縦横寸法は、反応基板１０１の縦横寸法より小さい。従って、反応基板保持部１０３Ｂによって反応基板１０１を支持することができる。
【００２２】
基板ホルダ１０３は、一般的なスライドグラスと同等の寸法を有する。即ち、縦横の寸法は、26mm×76mmである。厚さは好ましくは2mm程度であるが、0.1mm〜10mmでもよい。凹部１０３Ａの縦横寸法は、反応基板の縦横寸法より大きく、凹部１０３Ａの深さは、反応基板１０１の厚さと同一か又はそれより大きい。反応基板保持部１０３Ｂの厚さは、好ましくは、約0.5mmであるが、0.01mm〜5mmでもよい。
【００２３】
基板ホルダ１０３は、ユーザによる不意の取り扱いミスや落下にも耐えうる材料によって形成される。このような材料として、ステンレス、アルミニウム、鉄などの金属、あるいは、プラスチック、エラストマーなどの樹脂がある。
【００２４】
図１Ｃに示すように、反応室シート１０４は、基板ホルダ１０３の外形と同等の形状及び寸法を有する。反応室シート１０４の中心部には貫通孔１０４Ａが形成されている。この貫通孔１０４Ａによって、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４が形成される。即ち、反応チャンバ１１４の形状は、貫通孔１０４Ａの形状に等しい。
【００２５】
本例では、貫通孔１０４Ａの形状は、六角形を反応室シートの長手方向に引き伸ばして得られる形状である。貫通孔１０４Ａの両端１０４Ｂの角部は、反応室シート１０４の中心軸線に沿って配置されている。貫通孔１０４Ａの形状は、中心軸線上の両端１０４Ｂが尖った形状が好ましい。それによって、反応チャンバ１１４に流れ込んだ液体が、両端の角部において、滞留することが回避される。しかしながら、図示の貫通孔１０４Ａの形状は、例示であり、菱形、楕円、円、多角形、長方形等であってもよい。
【００２６】
貫通孔１０４Ａの寸法は、反応スポット１０２より大きいが、反応基板１０１より小さい。従って、反応チャンバ１１４の底面は、貫通孔１０４Ａにて露出した反応基板１０１の上面によって形成される。検出光学系によって一度に観察できる領域を、以下に、「計測視野」と呼ぶ。反応チャンバ１１４の底面は、少なくとも、計測視野の寸法と同程度か又はそれより大きい。従って、貫通孔１０４Ａの寸法は、計測視野の寸法と同程度か又はそれより大きい。
【００２７】
反応室シート１０４の厚さは、好ましくは50μmであるが、5μm〜5mmでもよい。反応室シートは、耐熱性、耐寒性、耐候性、及び、耐薬品性を有する材料によって形成される。このような材料として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）が好ましい。PDMSは自己吸着性を有するため、接着剤を使用しなくても他の部材と接着可能である利点を有する。尚、PDMSに対して用途に応じた表面処理が可能である。それにより、PDMSに、疎水性・親水性・自己吸着性を付与することができる。しかしながら、自己吸着性、又は、光化学反応による接着などが可能な材質であり、且つ、使用する試薬、実験系に不具合を与えなければ、PDMS以外の材料であってもよい。例えば、シリコン樹脂、ポリ塩化ビニル（PVC）などでもよい。
【００２８】
図１Ｂに示すように、流路シート１０５は、基板ホルダ１０３の外形と同等の形状と寸法を有する。流路シート１０５には、中心軸線上に沿って、２つの貫通孔１０５Ａが形成されている。貫通孔１０５Ａは円形であり、流路シート１０５の両端近くに形成されている。流路シート１０５の下面には、２本の溝１０５Ｂが形成されている。これらの溝は、貫通孔１０５Ａから、基板ホルダ１０３の中心軸線に沿って中心方向に延びており、他端には小さな円形の凹部１０５Ｃが形成されている。
【００２９】
溝１０５Ｂの深さは約50μm、幅は約500μmである。凹部１０５Ｃの深さは、溝１０５Ｂの深さと同一であってよい。凹部１０５Ｃの径は、溝１０５Ｂの幅と同一であってもよいが、それより大きくてもよい。
【００３０】
２つの貫通孔１０５Ａによって、マイクロ流路チップのインレット１１０及びアウトレット１１１が形成される。２つの溝１０５Ｂによって、マイクロ流路チップの供給流路１１２及び排出流路１１３が形成される。
【００３１】
上述のように、インレット１１０及びアウトレット１１１は、顕微鏡の対物レンズおよび励起光源光学系部品配置の障害とならないよう、反応スポットから少なくとも約30mm 離れた位置に形成されている。従って、２つの貫通孔１０５Ａは、流路シート１０５の中心より、少なくとも30mm離れた位置に形成される。２本の溝１０５Ｂの内端の凹部１０５Ｃは、反応室シート１０４の貫通孔１０４Ａの両端１０４Ｂに対応した位置にて、且つ、貫通孔１０４Ａの内側の位置に形成されている。
【００３２】
流路シート１０５の厚さは、好ましくは100μmであるが、5μm〜10mmでもよい。流路シート１０５は、反応室シートと同様に、耐熱性、耐寒性、耐候性、及び、耐薬品性を有する材料によって形成される。このような材料として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）が好ましい。PDMSは自己吸着性を有するため、接着剤を使用しなくても他の部材と接着可能である利点を有する。例えば、流路シート１０５と反応室シート１０４の両者をPDMSによって形成することにより、自己吸着性を利用して両者を接合することができる。こうして、流路形成のために接着剤を用いた接合プロセスを省くことが可能となる。以下に、流路シート１０５と反応室シートの両者は、PDMSによって形成されているものとして説明する。
【００３３】
本例のマイクロ流路チップの組立方法を説明する。先ず、基板ホルダ１０３の凹部１０３Ａに反応基板１０１を配置する。このとき、基板ホルダ１０３と反応基板１０１の上面が共面となるように、配置する。基板ホルダ１０３の照明窓１０３Ｃの寸法より、反応基板１０１の寸法のほうが大きいから、反応基板１０１によって、照明窓１０３Ｃは塞がれる。反応基板１０１の下面は、照明窓１０３Ｃによって露出する。次に、基板ホルダの反応基板保持部１０３Ｂに、反応基板１０１を接着する。接着方法は、接着剤による接着であってもよいが、溶着であってもよい。次に、基板ホルダ１０３の上面に、反応室シート１０４を貼付する。本例では、反応室シート１０４は、PDMSによって形成されている。従って、PDMSの自己吸着性により、反応室シート１０４は、基板ホルダ１０３および反応基板１０１の上面に吸着する。反応室シート１０４の貫通孔１０４Ａの寸法は、反応基板１０１の寸法より小さいから、貫通孔１０４Ａの周囲にて、反応室シート１０４と反応基板１０１の間には隙間は形成されない。
【００３４】
次に、反応室シート１０４の上に、さらに流路シート１０５を装着する。本例では、反応室シート１０４と流路シート１０５は、PDMSによって形成されている。従って、PDMSの自己吸着性により、流路シート１０５と反応室シート１０４は互いに吸着する。こうして、マイクロ流路チップが形成される。こうして形成されたマイクロ流路チップでは、流路シート１０５を天井面とし、反応基板１０１を底面とし、反応室シート１０４の貫通孔を側面とする反応チャンバ１１４が形成される。更に、流路シート１０５の溝１０５Ｂを通路とし、反応室シート１０４を底面とする供給流路１１２、及び、排出流路１１３が形成される。
【００３５】
なお、本例では、流路シート１０５に溝１０５Ｂが形成されているが、流路シート１０５の代わりに反応室シート１０４に同様な溝を形成してもよい。
【００３６】
マイクロ流路チップの特徴は、分析対象及び分析方法により、様々な反応スポットを有する反応基板１０１を用いることができるが、反応基板１０１以外の部材は共通である、即ち、同一である。従って、量産効果により、マイクロ流路チップの製造価格を安くすることが可能となる。
【００３７】
図２を参照して、本発明のマイクロ流路チップを用いたDNAシーケンサ装置の主要部を説明する。マイクロ流路チップの構造は、図１Ａに示したものと同様である。先ず、試薬供給及び排出系について説明する。マイクロ流路チップのインレット１１０には、パッキン１３１を介して、インレットチューブ２１３が接続されている。マイクロ流路チップのアウトレット１１１には、パッキン１３２を介して、アウトレットチューブ２１４が接続されている。パッキン１３１、１３２は、ゴム、シリコン、PDMS等により形成される。
【００３８】
励起光源光学系、及び、検出光学系について説明する。図２では、検出光学系として対物レンズ２３１のみを示す。本例では、励起光源光学系として、全反射エバネッセント照射検出方式を用いる。反応基板１０１の下面には、全反射プリズム１２０が装着されている。全反射プリズム１２０は、一辺が数センチメートルの正方形の底面と、底面に対して傾斜した側面を有する。全反射プリズム１２０は、反応基板１０１の下面に接合されてよい。全反射プリズム１２０は、接着剤によって接合されてよいが、好ましくは、油侵によって接合される。全反射プリズム１２０は、反応基板１０１の下面のうち、照明窓によって露出された部分に装着されている。
【００３９】
入射光路１２１に沿って導かれた励起用レーザ光は、全反射プリズム１２０の一方の傾斜面に入射され、反応基板１０１の上面に到達する。励起用レーザ光は、反応基板１０１の上面にて、全反射し、全反射プリズム１２０の他方の傾斜面から出射され、出射光路１２２に沿って導かれる。反応基板１０１の上側には、反応チャンバ１１４が形成されている。従って、反応基板１０１の上面は、屈折率境界面となる。屈折率境界面において全反射が起きると、およそ入射光の１波長程度の深さだけ低媒質側の内部に電磁波が浸透する。この光をエバネッセント光と呼ぶ。エバネッセント光により、反応スポット１０２に形成された金属構造体を含む極めて限定された領域のみが照明される。これは全反射エバネッセント照射と称される。エバネッセント光によって照射される領域をエバネッセント場と呼ぶ。
【００４０】
本例の光学系では、更に、局在型表面プラズモンの蛍光増強効果を利用する。上述のように、反応スポット１０２には、局在型表面プラズモンが発生し易いように微細構造が形成されている。反応スポット１０２の微細構造にて、局在型表面プラズモンが発生すると、微細構造を含む極小領域において蛍光が増加する。
【００４１】
反応スポット１０２には、ハイブリダイゼーション反応によって、蛍光標識された単一のプライマー分子が結合する。更に、塩基伸長反応によって、蛍光標識されたdNTP分子（NはA、C、G、Tのいずれかである）が取り込まれる。これらの蛍光色素は、エバネッセント光を励起光として発光する。更に、これらの蛍光色素からの発光は、局在型表面プラズモンにより、局部的に増加する。この発光は、反応基板１０１の上側に配置された対物レンズ２３１を含む検出光学系によって検出される。
【００４２】
浮遊しているプライマー分子及びdNTP分子は、エバネッセント場外にあるから、エバネッセント光に起因する蛍光を発生しない。また、これらの浮遊分子は局在型表面プラズモンによる蛍光増加効果を受けない。従って、ハイブリダイゼーション反応又は塩基伸長反応によって結合した単一分子の位置を正確に検出することができる。
【００４３】
本発明によるマイクロ流路チップの特徴は、インレット１１０とアウトレット１１１をマイクロ流路チップの上側に、即ち、照明窓１０３Ｃの反対側に設けたことにある。それによって次のような利点が得られる。先ず、アウトレットチューブ２１４とインレットチューブ２１３を、マイクロ流路チップの上側に配置することができる。即ち、アウトレットチューブ２１４とインレットチューブ２１３を、励起光源光学系とは反対側に配置することができる。それによって、マイクロ流路チップの上側に検出光学系を設け、マイクロ流路チップの下側に励起光源光学系を設けることができる。更に、励起光源光学系のためのスペースを確保することができる。従って、励起光源光学系の設計の自由度が高くなる。例えば励起光源光学系として、全反射エバネッセント照射検出方式を採用することが可能となる。全反射エバネッセント照射検出方式では、全反射プリズム１２０を用いるが、本例では、全反射プリズム１２０を反応基板の下面に直接装着することができる。更に、全反射エバネッセント照射検出方式では、全反射プリズム１２０に対する入射光と反射光を別個の光路に沿って導く必要がある。本例では、入射光路１２１と出射光路１２２を容易に別個に設けることができる。
【００４４】
更に、本発明によるマイクロ流路チップの特徴は、インレット１１０とアウトレット１１１をマイクロ流路チップの両端近くに配置したことにある。それによって次のような利点が得られる。アウトレットチューブ２１４とインレットチューブ２１３の間に検出光学系のためのスペースを確保することができる。従って、検出光学系の設計の自由度が高くなる。例えば、倍率が40倍、あるいは60倍、あるいは100倍の顕微鏡用対物レンズを用いる場合、マイクロ流路チップの上面から対物レンズの先端までの距離を0.2mm程度に接近させる必要がある。本例では、対物レンズを、マイクロ流路チップに近接して配置することが可能となり、大口径すなわち高N/Aの対物レンズを使用することが可能となる。従って、検出感度を向上させることができる。
【００４５】
図３を参照して、単一分子DNAシーケンサ装置の例を説明する。本例のDNAシーケンサ装置は、分析装置２００と解析用コンピュータ２４１と出力装置２４２を有する。分析装置２００は、マイクロ流路チップ１００の上側に設けられた検出光学系と、マイクロ流路チップ１００の下側に設けられた励起光源光学系と、マイクロ流路チップ１００の右側に設けられた溶液供給系と、マイクロ流路チップ１００の左側に設けられた廃液回収系と、装置制御用コンピュータ２４０を有する。装置制御用コンピュータ２４０は解析用コンピュータ２４１に接続されている。
【００４６】
検出光学系は、対物レンズ２３１、蛍光波長フィルター２３２、結像レンズ２３３、２次元センサカメラ（検出器）２３４、及び、カメラコントローラ（検出器コントローラ）２３５を有する。励起光源光学系は、第１及び第２の励起光用レーザーユニット２２１、２２２、第１及び第２のλ/4波長板２２３、２２４、ミラー２２５、ダイクロイックミラー２２６、及び、ミラー２２７を有する。
【００４７】
溶液供給系は、試薬保管ユニット２１１、分注ユニット２１２及びインレットチューブ２１３を有する。廃液回収系は、アウトレットチューブ２１４及び廃液容器２１５を有する。マイクロ流路チップの上側に、図示していない温度制御ユニットを設けてもよい。温度制御ユニットを設けることによって、反応チャンバ内に導入されるサンプル液、試薬、洗浄液等は、所定の温度に保持される。
【００４８】
本例では、インレットチューブ２１３からの溶液が、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４に導入され、アウトレットチューブ２１４に排出されるとき、溶液が漏洩することはない。例えば、反応室シート１０４と反応基板１０１の間は密に接着され、両者の間から溶液が漏洩することはない。従って、溶液が、基板ホルダ１０３に接触することはない。
【００４９】
図４を参照して、本発明によるマイクロ流路チップを用いた単一分子DNA配列解析方法の例を説明する。ここでは、図３に示したDNAシーケンサ装置を用いる。試薬保管ユニット２１１には、単一のターゲットDNA分子溶液、蛍光色素Cy3によって蛍光標識されたプライマー単一分子溶液、蛍光色素Cy5によって蛍光標識された一種類の塩基のdNTP（NはA、C、G、Tのいずれかである）とポリメラーゼを含む溶液、洗浄液、等が保管されている。第１の励起光用レーザーユニット２２１は、波長532nmのレーザ光は発生し、第２の励起光用レーザーユニット２２２は、波長635nmのレーザ光を発生する。蛍光色素Cy3は、波長532nmのレーザ光によって発光し、蛍光色素Cy5は波長635nmのレーザ光によって発光する。
【００５０】
先ず、ステップＳ１０１にて、反応基板の上面に、単一のターゲットDNA分子を固定化し、反応スポットを形成する。ターゲットDNA分子の固定化には、ビオチン-アビジンのタンパク質結合を利用する。未反応の余剰なターゲットDNA分子を洗い流す。こうして、反応基板に所望の反応スポットを形成することができる。
【００５１】
ステップＳ１０２にて、蛍光色素Cy3によって蛍光標識されたプライマーを含む溶液を、マイクロ流路チップに形成された流路に導入する。分注ユニット２１２の吸込み口を、試薬保管ユニット２１１に保管された蛍光色素Cy3によって蛍光標識されたプライマー単一分子溶液に接続する。このプライマー単一分子溶液は、インレットチューブ２１３を介して、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４に導入される。プライマー単一分子は、反応スポットに固定されたターゲットDNA分子とハイブリダイズする。所定の時間、ハイブリダイゼーション反応を行う。
【００５２】
ステップＳ１０３にて、未反応の余剰なプライマーを洗い流す。分注ユニット２１２の吸込み口を、試薬保管ユニット２１１の洗浄液に接続する。この洗浄液は、インレットチューブ２１３を介して、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４に導入される。未反応の余剰なプライマーは洗浄液によって洗い流され、反応チャンバ１１４から、排出流路１１３、アウトレット１１１、及び、アウトレットチューブ２１４を介して、廃液容器２１５に排出される。
【００５３】
ステップＳ１０４にて、532nmの励起光を用いた全反射エバネッセント照射により、Cy3の蛍光を検出する。Cy3の蛍光を検出することにより、反応スポットに固定されたターゲットDNA分子とハイブリダイズしたプライマー単一分子の位置を検出することができる。
【００５４】
第１の励起光用レーザーユニット２２１からの波長532nmのレーザ光は、λ/4波長板２２３、ミラー２２５、及び、ダイクロイックミラー２２６、及び、ミラー２２７を経由して、全反射プリズム１２０に導入される。全反射プリズム１２０に導入されたレーザ光は、反応基板の上面にて全反射する。このとき、エバネッセント光により、反応スポット１０２に形成された金属構造体を含む極めて限定された領域のみが照明される。エバネッセント光によって、プライマー分子の蛍光色素Cy3が発光する。更に、反応スポット１０２に形成された金属構造体にて、局在型表面プラズモンが発生させ、蛍光を増加させることができる。
【００５５】
この蛍光は、対物レンズ２３１、蛍光波長フィルター２３２、及び、結像レンズ２３３を介して、２次元センサカメラ（検出器）２３４によって検出される。２次元センサカメラ（検出器）２３４によって得られた２次元輝度信号は、カメラコントローラ（検出器コントローラ）２３５を介して、装置制御用コンピュータ２４０に送られ、更に、解析用コンピュータ２４１に送られる。
【００５６】
ステップＳ１０５にて、Cy3を高出力の励起光で照射することによって蛍光退色させ、以降の蛍光発光を抑制する。即ち、第１の励起光用レーザーユニット２２１からのレーザ光の出力を増加し、蛍光色素Cy3を退色させる。
【００５７】
ステップＳ１０６にて、蛍光色素Cy5によって蛍光標識された一種類の塩基のdNTP（NはA、C、G、Tのいずれかである）とポリメラーゼを含む溶液を、マイクロ流路チップに形成された流路に導入する。分注ユニット２１２の吸込み口を、試薬保管ユニット２１１に保管された蛍光色素Cy5によって蛍光標識された一種類の塩基のdNTP（NはA、C、G、Tのいずれかである）とポリメラーゼを含む溶液に接続する。この溶液は、インレットチューブ２１３を介して、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４に導入される。ターゲットDNA分子に対して相補関係にあるdNTP（NはA、C、G、Tのいずれかである）は、反応スポットにおいて、プライマー分子の伸長鎖に取り込まれる。所定の時間、塩基伸長反応を行う。
【００５８】
ステップＳ１０７にて、未反応の余剰なdNTPを洗い流す。分注ユニット２１２の吸込み口を、試薬保管ユニット２１１の洗浄液に接続する。この洗浄液は、インレットチューブ２１３を介して、マイクロ流路チップの反応チャンバ１１４に導入される。未反応の余剰なdNTPは洗浄液によって洗い流され、反応チャンバ１１４から、排出流路１１３、アウトレット１１１、及び、アウトレットチューブ２１４を介して、廃液容器２１５に排出される。
【００５９】
ステップＳ１０８にて、635nmの励起光を用いた全反射エバネッセント照射により、Cy5の蛍光を検出する。Cy5の蛍光を検出することにより、プライマー分子の伸長鎖に取り込まれたdNTPの位置を検出することができる。即ち、dNTP分子に対して相補関係にあるターゲットDNA分子の位置を検出することができる。
【００６０】
第２の励起光用レーザーユニット２２２からの波長635nmのレーザ光は、λ/4波長板２２４、ダイクロイックミラー２２６及びミラー２２７を経由して、全反射プリズム１２０に導入される。全反射プリズム１２０に導入されたレーザ光は、反応基板の上面にて全反射する。このとき、エバネッセント光により、反応スポット１０２に形成された金属構造体を含む極めて限定された領域のみが照明される。エバネッセント光によって、dNTP分子の蛍光色素Cy5が発光する。更に、反応スポット１０２に形成された金属構造体にて、局在型表面プラズモンが発生させ、蛍光を増加させることができる。
【００６１】
この蛍光は、対物レンズ２３１、蛍光波長フィルター２３２、及び、結像レンズ２３３を介して、２次元センサカメラ（検出器）２３４によって検出される。２次元センサカメラ（検出器）２３４によって得られた２次元輝度信号は、カメラコントローラ（検出器コントローラ）２３５を介して、装置制御用コンピュータ２４０に送られ、更に、解析用コンピュータ２４１に送られる。
【００６２】
ステップＳ１０９にて、Cy5を高出力の励起光で照射することによって蛍光退色させ、以降の蛍光発光を抑制する。即ち、第２の励起光用レーザーユニット２２２からのレーザ光の出力を増加し、蛍光色素Cy5を退色させる。
【００６３】
次に、dNTP（NはA、C、G、Tのいずれかである）における塩基の種類を例えばA＞C＞G＞T＞Aのように順次変更して、ステップＳ１０２〜ステップＳ１０９を繰り返す（段階的伸長反応）。解析用コンピュータ２４１は、ターゲットDNAに結合したプライマー分子の位置とdNTP分子の位置から、ターゲットDNA分子と相補関係にある塩基配列を決定する。
【００６４】
[実施例２]
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄを参照して、本発明のマイクロアレイチップの例を説明する。本例のマイクロアレイチップは、遺伝子解析用マイクロアレイチップとして用いられるように構成されている。即ち、微細電極パッドアレイにおける電気化学的結合によるハイブリダイゼーションを使用する診断装置を想定している。本例のマイクロアレイチップは、使い捨てを想定している。
【００６５】
図５Ａに示すように、本例のマイクロアレイチップ５００は、基板ホルダ５０３と、基板ホルダ５０３に装着された反応基板５０１と、基板ホルダ５０３及び反応基板５０１を覆うように配置された流路シート５０５とを有する。反応基板５０１、基板ホルダ５０３、及び、流路シート５０５の２つの主面のうち、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄにて上側の面を上面、下側の面を下面と称することとする。
【００６６】
反応基板５０１の上面には、反応スポット５０２が形成されている。本例の遺伝子解析用マイクロアレイチップでは、図５Ａの断面図において、上方から流路シート５０５を介して照明光を反応スポット５０２に照射し、上方から流路シート５０５を介して反応スポット５０２を観察する。従って、流路シート５０５は透明な材料によって形成される。
【００６７】
マイクロアレイチップは、インレットチャンバ５１０、供給流路５１２、反応チャンバ５１４、排出流路５１３、及び、アウトレットチャンバ５１１を有する。インレットチャンバ５１０とアウトレットチャンバ５１１は、セプタ５０４によって封鎖されている。セプタ５０４は、ゴム、シリコン等の柔軟な材料によって形成された薄膜である。
【００６８】
インレットチャンバ５１０、供給流路５１２、反応チャンバ５１４、排出流路５１３、及び、アウトレットチャンバ５１１は、順に接続されており、内部に密閉された通路を形成している。マイクロアレイチップでは、内部の空間が完全に密閉されており、そこに収納された溶液が漏洩することはない。従って、反応基板５０１に予め所望の反応スポット５０２が形成され、内部に溶液が充填されたマイクロアレイチップをそのまま搬送することができる。
【００６９】
図５Ｄに反応基板５０１の例を示す。反応基板５０１の上面には、遺伝子配列、遺伝子多型などを解析するための反応スポット５０２が形成されている。
【００７０】
本例の基板ホルダ５０３では、全反射エバネッセント照射検出方式を使用しないが、局在型表面プラズモンの局所的蛍光増加効果を利用してよい。従って、反応スポット５０２は、図１Ｅに示した例と同様に、局在型表面プラズモンが発生し易いように微細構造を有することが好ましい。
【００７１】
本例の反応基板５０１は図１Ｅに示した反応基板１０１と比較すると、本例の反応基板の下面には、複数の制御電極５０１Ａが設けられている点が異なる。制御電極５０１Ａを設ける点以外は、本例の反応基板５０１は図１Ｅに示した反応基板１０１と同様であってよい。制御電極５０１Ａを介して、反応スポット５０２に形成され微細電極に電圧を印加する。こうして、反応スポット５０２に形成された微細電極において、電気化学結合が生成される。
【００７２】
図５Ｃに示すように、基板ホルダ５０３の下面には、反応基板５０１を収納するための凹部５０３Ａが形成されている。この凹部５０３Ａの底面には、貫通孔５０３Ｃが形成されている。貫通孔５０３Ｃの周囲の部材によって、反応基板を保持するための反応基板保持部５０３Ｂが形成される。
【００７３】
貫通孔５０３Ｃによって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４が形成される。即ち、反応チャンバ５１４の形状は、貫通孔５０３Ｃの形状に等しい。本例では、貫通孔５０３Ｃの形状は、六角形を流路シートの長手方向に引き伸ばして得られる形状である。貫通孔５０３Ｃの両端５０３Ｄの角部は、基板ホルダ５０３の中心軸線に沿って配置されている。貫通孔５０３Ｃの形状は、中心軸線上の両端５０３Ｄが尖った形状が好ましい。それによって、反応チャンバ５１４に流れ込んだ液体が、両端の角部において、滞留することが回避される。しかしながら、図示の貫通孔５０３Ｃの形状は、例示であり、菱形、楕円、円、多角形、長方形等であってもよい。
【００７４】
貫通孔５０３Ｃの寸法は、反応スポット５０２より大きいが、反応基板５０１より小さい。従って、反応チャンバ５１４の底面は、貫通孔５０３Ｃにて露出した反応基板５０１の上面によって形成される。検出光学系によって一度に観察できる領域を、以下に、「計測視野」と呼ぶ。反応チャンバ５１４の底面は、少なくとも、計測視野の寸法と同程度か又はそれより大きい。従って、貫通孔５０３Ｃの寸法は、計測視野の寸法と同程度か又はそれより大きい。
【００７５】
基板ホルダ５０３には、更に、中心軸線上に沿って、２つの貫通孔５０３Ｅが形成されている。貫通孔５０３Ｅは円形であり、基板ホルダ５０３の両端近くに形成されている。２つの貫通孔５０３Ｅによって、マイクロアレイチップのインレットチャンバ５１０及びアウトレットチャンバ５１１が形成される。
【００７６】
基板ホルダ５０３は、一般的なスライドグラスと同等の寸法を有する。即ち、縦横の寸法は、26mm×76mmである。厚さは好ましくは2mm程度であるが、0.1mm〜10mmでもよい。凹部５０３Ａの縦横寸法は、反応基板の縦横寸法より大きく、凹部５０３Ａの深さは、反応基板５０１の厚さと同一か又はそれより大きい。反応基板保持部５０３Ｂの厚さは、好ましくは、約0.5mmであるが、0.01mm〜5mmでもよい。貫通孔５０３Ｃの縦横寸法は、反応基板５０１の縦横寸法より小さい。従って、反応基板保持部５０３Ｂにて反応基板５０１を装着することができる。本例の基板ホルダ５０３は、図１Ｄにて示した基板ホルダ１０３と同様な材料によって形成してよい。
【００７７】
図５Ｂに示すように、流路シート５０５は、基板ホルダ５０３の外形と同等の形状と寸法を有してよい。但し、本例では、流路シート５０５の長手方向寸法は、基板ホルダ５０３の長手方向の寸法より僅かに小さい。流路シート５０５の下面には、中心軸線上に沿って、２つの凹部５０５Ａが形成されている。凹部５０５Ａは円形であり、流路シート５０５の両端近くに形成されている。流路シート５０５の下面には、２本の溝５０５Ｂが形成されている。これらの溝は、凹部５０５Ａから、基板ホルダ５０３の中心軸線に沿って中心方向に延びており、他端には小さな円形の凹部５０５Ｃが形成されている。
【００７８】
溝５０５Ｂの深さは約50μm、幅は約500μmである。凹部５０５Ａ、５０５Ｃの深さは、溝５０５Ｂの深さと同一であってよい。凹部５０５Ｃの径は、溝５０５Ｂの幅と同一であってもよいが、それより大きくてもよい。
【００７９】
基板ホルダ５０３の貫通孔５０３Ｅと流路シート５０５の凹部５０５Ａによって、マイクロアレイチップのインレットチャンバ５１０及びアウトレットチャンバ５１１が形成される。流路シート５０５の２つの溝５０５Ｂによって、マイクロアレイチップの供給流路５１２及び排出流路５１３が形成される。
【００８０】
２本の溝５０５Ｂの外端の凹部５０５Ａは、基板ホルダ５０３の２つの貫通孔５０３Ｅに対応した位置に配置される。２本の溝５０５Ｂの内端の凹部５０５Ｃは、基板ホルダ５０３は貫通孔５０３Ｃの両端５０３Ｄに対応した位置にて、且つ、貫通孔５０３Ｃの内側の位置に形成されている。
【００８１】
本例の流路シート５０５は、図１Ｂにて示した流路シート１０５と同様な材料によって形成してよい。
【００８２】
本例のマイクロアレイチップの組立方法を説明する。基板ホルダ５０３の下面にて、貫通孔５０３Ｅにセプタ５０４を装着する。セプタ５０４によって、２つの貫通孔５０３Ｅの開口は完全に封鎖される。次に、基板ホルダ５０３の凹部５０３Ａの反応基板保持部５０３Ｂに反応基板５０１を接着する。接着方法を説明する。先ず、反応基板５０１の下面の全面又は額縁状部分に、親水性処理を施してから、PDMSなどの樹脂皮膜を塗布する。親水性処理として、SiO2やTiO2等の超親水コート膜のコーティングを用いてよい。次に、こうして、親水性処理と樹脂皮膜を施した反応基板５０１を、基板ホルダ５０３の凹部５０３Ａに貼付する。反応基板５０１のPDMS皮膜の自己吸着性により、反応基板５０１は、基板ホルダ５０３の凹部の反応基板保持部５０３Ｂに吸着する。
【００８３】
本例では、基板ホルダ５０３の凹部５０３Ａと反応基板５０１の間の接着面積は、図１Ａに示した例と比較して、大きい。従って、反応基板５０１と基板ホルダ５０３は、両者の間の接着面において確実に密着される。反応チャンバ５１４に流れ込んだ液体が、反応基板５０１と基板ホルダ５０３の間より漏洩することはない。本例の接着方法では、接着剤を用いないことが好ましい。その理由は、反応チャンバ５１４に流れ込んだ液体が接着剤に接触する可能性を排除するためである。
【００８４】
基板ホルダ５０３の貫通孔５０３Ｃの寸法は、反応基板５０１の寸法より小さいから、反応基板５０１によって、貫通孔５０３Ｃは塞がれる。貫通孔５０３Ｃの周囲にて、基板ホルダ５０３と反応基板５０１の間には隙間は形成されない。貫通孔５０３Ｃにて、反応基板５０１の上面が露出する。即ち、貫通孔５０３Ｃにて、反応基板５０１の上面の反応スポット５０２が露出する。反応基板５０１の下面は、基板ホルダ５０３の凹部５０３Ａを介して外部に露出している。
【００８５】
次に、基板ホルダ５０３の上面に、流路シート５０５を貼付する。本例では、流路シート５０５は、PDMSによって形成されている。従って、PDMSの自己吸着性により、流路シート５０５は、基板ホルダ５０３の上面に吸着する。こうして、マイクロアレイチップが形成される。こうして形成されたマイクロアレイチップでは、流路シート５０５を天井面とし、反応基板５０１を底面とし、基板ホルダ５０３の貫通孔５０３Ｃを側面とする反応チャンバ５１４が形成される。更に、流路シート５０５の溝５０５Ｂを通路とし、基板ホルダ５０３の上面を底面とする、供給流路５１２、及び、排出流路５１３が形成される。
【００８６】
本例のマイクロアレイチップは、基板ホルダ５０３と流路シート５０５の２つの部材によって構成されており、図１Ａに示す第１の例と比較して、構成部材が少ない。図１Ａに示す第１の例では、マイクロ流路チップ内の流路を流れる溶液は、反応基板１０１、反応室シート１０４及び流路シート１０５に接触するが、基板ホルダ１０３には接触しない。しかしながら、本例のマイクロアレイチップでは、マイクロアレイチップ内の流路を流れる溶液は、反応基板５０１、流路シート５０５及び基板ホルダ５０３に接触する。即ち、基板ホルダ５０３と反応基板５０１の接着部に試薬等の溶液が直接接触する。従って、基板ホルダ５０３と反応基板５０１の間の接着面には接着剤は用いないことが好ましい。
【００８７】
本例の遺伝子解析用マイクロアレイチップを用いた遺伝子解析の手順の例の概要を説明する。先ず、反応基板の反応スポットに、一端がビオチン化された塩基配列が既知のオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）を供給し、制御電極を介して反応スポットの微細電極に電圧を印加する。オリゴヌクレオチド（Capture Oligo）は、微細電極に引き寄せられ、反応スポットの表面の透過層構造と接触する。オリゴヌクレオチド（Capture Oligo）のビオチン標識と透過層構造がavidin-biotin反応を起こし、オリゴヌクレオチド（Capture Oligo）は透過層構造に固定される。マイクロアレイチップの反応チャンバに洗浄液を供給し、未反応の余剰なオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）を洗い流す。
【００８８】
次に、別のオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）を用いて上述の工程を繰り返す。それによって、反応スポットに、オリゴヌクレオチド（Capture Oligo）から成る所望のオリゴヌクレオチド・アレイが形成される。
【００８９】
次に、マイクロアレイチップの反応チャンバに、一部の塩基配列が不明である分析対象のＰＣＲ生成物（Sample Oligos）を供給する。ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）は、反応スポットにて、相補的配列を有するオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）とハイブリダイズする。このハイブリダイゼーション反応により、ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）は、オリゴヌクレオチド（Capture Oligo）によってキャプチャされ、反応スポットに固定される。洗浄液によって反応スポットを洗浄し、未反応の余剰なＰＣＲ生成物（Sample Oligos）を洗い流す。
【００９０】
次にマイクロアレイチップの反応チャンバに、一端が蛍光標識されたオリゴヌクレオチド（Reporter Oligos）を供給する。このオリゴヌクレオチド（Reporter Oligos）は、反応スポットにて、相補的配列を有するＰＣＲ生成物（Sample Oligos）とハイブリダイズする。洗浄液によって反応スポットを洗浄し、未反応の余剰なオリゴヌクレオチド（Reporter Oligos）を洗い流す。
【００９１】
マイクロアレイチップの反応基板の反応スポットに、励起光を照射する。この励起光により、ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）とハイブリダイズしたオリゴヌクレオチド（Reporter Oligos）から蛍光が発生する。この蛍光パターンを検出し、解析することで、ＰＣＲ生成物（Sample Oligos）の塩基配列を分析することができる。
【００９２】
図６Ａ及び図６Ｂを参照して、本例の遺伝子解析用マイクロアレイチップを遺伝子解析装置へ装着する方法を説明する。図６Ａに示すように、本例のマイクロアレイチップ５００を、支持体６１０に装填する。マイクロアレイチップ５００の両端を、支持体６１０の凹部６１１に、それぞれ係合させる。本例では、マイクロアレイチップ５００の両端には、基板ホルダ５０３が露出している。従って、マイクロアレイチップ５００の両端の基板ホルダ５０３の端部を、凹部６１１に、それぞれ係合させる。凹部６１１の幅は、基板ホルダ５０３の端部の厚さより大きい。基板ホルダ５０３の両端、即ち、マイクロアレイチップ５００の両端は、支持体６１０の凹部６１１の下面上に配置されている。
【００９３】
マイクロアレイチップの反応基板５０１には、診断目的に応じて、一端がビオチン化された塩基配列が既知のオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）が既に結合されている。またオリゴヌクレオチドを安定して保存するため、マイクロアレイチップのインレットチャンバ５１０、供給流路５１２、反応チャンバ５１４、排出流路５１３、及び、アウトレットチャンバ５１１には、生理食塩水等のバッファが充填されている。
【００９４】
マイクロアレイチップ５００の下方には、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２が配置されている。インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２は、支持体７１６によって支持されている。更に、マイクロアレイチップ５００の下方には、電極７０３が設けられている。電極７０３は、支持体７０４に装着されている。支持体７０４は、ばね７０５によって支持体７１６に支持されている。
【００９５】
インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２はセプタ５０４の下方に配置されている。電極７０３は、反応基板５０１の下方に配置されている。
【００９６】
図６Ｂに示すように、支持体７１６を上方に移動させる。インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２と電極７０３が上昇する。インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２はセプタ５０４を穿孔する。更に、支持体７１６を上方に移動させると、電極７０３が反応基板５０１の下面の制御電極５０１Ａ（図５Ｄ参照）に係合し、電気回路が形成される。
【００９７】
更に、支持体７１６を上方に移動させると、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２の先端は、マイクロアレイチップのインレットチャンバ５１０及びアウトレットチャンバ５１１内に配置される。セプタ５０４は、ゴム等の弾性変形可能な膜によって形成されているから、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２がセプタ５０４を穿孔しても、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２とセプタ５０４の間は密閉されている。即ち、インレットチャンバ５１０及びアウトレットチャンバ５１１の密閉性は確保される。インレットチャンバ５１０及びアウトレットチャンバ５１１内の液体が、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２とセプタ５０４の間から漏洩することはない。
【００９８】
更に、支持体７１６を上方に移動させると、マイクロアレイチップ５００は持ち上げられ、基板ホルダ５０３の両端、即ち、マイクロアレイチップ５００の両端は、支持体６１０の凹部６１１の上面に当接する。更に、支持体７１６を上方に移動させると、ばね７０５が圧縮する。このとき、ばね７０５の圧縮力によって、電極７０３は、反応基板５０１の下面の制御電極５０１Ａ（図５Ｄ参照）に押し付けられる。
【００９９】
支持体６１０の凹部６１１の上面によって、マイクロアレイチップ５００の基準位置が設定される。即ち、マイクロアレイチップ５００の両端が、支持体６１０の凹部６１１の上面に当接しているとき、マイクロアレイチップ５００は基準位置に配置されていると定義することができる。マイクロアレイチップ５００の基準位置を設定することによって、光学観察系と、基板ホルダ５０３及び反応基板５０１の間の相対的な位置関係を所定の値に維持することが容易となる。
【０１００】
こうして、アタッチメント操作が終了すると、遺伝子解析用の実験を行う。例えば、研究対象細胞の発現遺伝子等を蛍光色素等で標識した試薬を反応基板５０１の反応スポット５０２上でハイブリダイゼーションさせ、互いに相補的な核酸（ＤＮＡ又はＲＮＡ）同士を結合させ、その箇所を蛍光色素等でラベルする。反応スポット５０２を照明装置６２１により照明し、ＣＣＤカメラ６２２により観察する。なお、カメラ６２２には予め蛍光波長のみを透過する光学バンドパスフィルタを装着し、蛍光信号のみを弁別し観察する。
【０１０１】
図７を参照して遺伝子解析システムの構成例を説明する。本例の遺伝子解析システムは、遺伝子解析装置７００と解析用コンピュータ７４１と出力装置７４２とバーコードリーダ７４３を有する。分析装置２００は、マイクロアレイチップ５００の上側に設けられた検出光学系と、マイクロアレイチップ５００の下側の右側に設けられた溶液供給系と、マイクロアレイチップ５００の下側の左側に設けられた廃液回収系とを有する。
【０１０２】
検出光学系は、照明装置６２１、及び、ＣＣＤカメラ６２２を有し、カメラ６２２には所定の蛍光波長のみを透過する光学バンドパスフィルタが装着されている。
【０１０３】
溶液供給系は、サンプルトレイ７１１、洗浄水ボトル７１２、ヒスチジンボトル７１３、予備ボトル７１４、及び、４方向バルブ７１５を有する。サンプルトレイ７１１には、複数のサンプル又は試薬を保管することができる。サンプルトレイ７１１は、図示を省略したステージ装置により、X-Y-Z方向に移動可能である。ヒスチジンボトル７１３には、反応液として用いるヒスチジンが収納されている。
【０１０４】
サンプルトレイ７１１、洗浄水ボトル７１２、ヒスチジンボトル７１３、予備ボトル７１４は交換可能である。４方向バルブ７１５は、サンプルトレイ７１１、洗浄水ボトル７１２、ヒスチジンボトル７１３、及び、予備ボトル７１４の何れかと、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を接続する。
【０１０５】
廃液回収系は、２方向バルブ７１７、吸引装置７１８及び廃液ボトル７２０を有する。２方向バルブ７１７は、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と廃液ボトル７２０の何れかと、吸引装置７１８を接続する。吸引装置７１８はプランジャ７１８Ａとシリンジ７１８Ｂを有する。
【０１０６】
本例の遺伝子解析システムの動作を説明する。先ず、４方向バルブ７１５によって、サンプルトレイ７１１の所定のサンプル保管部と、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を接続する。２方向バルブ７１７によって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を吸引装置７１８に接続する。プランジャ７１８Ａを下方に駆動することによって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路に充填されていた溶液は、シリンジ７１８Ｂに吸引され、代わりに、サンプルトレイ７１１に保管されていたサンプル溶液が、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路を充填する。この動作をフィルと称する。
【０１０７】
次に、２方向バルブ７１７によって、廃液ボトル７２０と吸引装置７１８を接続する。プランジャ７１８Ａを上方に駆動することによって、シリンジ７１８Ｂに充填されていた溶液は、廃液ボトル７２０に排出される。この動作をフラッシュと呼ぶ。
【０１０８】
次に、４方向バルブ７１５によって、洗浄水ボトル７１２と、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を接続する。２方向バルブ７１７によって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を吸引装置７１８に接続する。プランジャ７１８Ａを下方に駆動することによって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４に充填されていた廃液は、シリンジ７１８Ｂに吸引され、代わりに、洗浄水ボトル７１２に保管されていた洗浄液が、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路を充填する。即ち、洗浄液のフィルを行う。
【０１０９】
次に、２方向バルブ７１７によって、廃液ボトル７２０と吸引装置７１８を接続する。プランジャ７１８Ａを上方に駆動することによって、シリンジ７１８Ｂに充填されていた廃液は、廃液ボトル７２０に排出される。即ち、廃液のフラッシュを行う。こうして、フィルとフラッシュを繰り返すことにより、所望の溶液の供給と排出を行うことができる。
【０１１０】
図８を参照して遺伝子解析システムの操作を説明する。ステップＳ７０１にて、遺伝子解析システムの電源を入れ、初期化を行う。初期化では、洗浄水ボトル７１２内の洗浄液の容量の確認とヒスチジンボトル７１３内のヒスチジンの容量の確認を行う。ステップＳ７０２にて、サンプル等の準備を行う。本例では、遺伝子解析用マイクロアレイチップ５００の反応基板の反応スポットには、診断目的に応じて、一端がビオチン化された塩基配列が既知のオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）が予め固定されている。遺伝子解析用マイクロアレイチップ５００は、他の場所にて用意されたものであってもよい。サンプルトレイ７１１には、サンプルＤＮＡ（Sample Oligos）、レポータDNA（Reporter Oligos）等が保管されている。例えば、バーコードリーダ７４３により、サンプルトレイ７１１、各ボトル７１２、７１３、遺伝子解析用マイクロアレイチップ５００又は基板ホルダ５０３に装着されたバーコードを読み取る。読み取った識別符号等は、解析用コンピュータ７４１に送られる。解析用コンピュータ７４１は、出力装置７４２に指示画面を表示し、ユーザへ所定の指示を行う。
【０１１１】
ステップＳ７０３にて、アタッチメントを行う。図６Ａに示したように、マイクロアレイチップ５００を、支持体６１０に装着する。インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２と電極７０３を上昇させる。図６Ｂに示したように、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２はセプタ５０４を穿孔する。更に、支持体７１６を上方に移動させると、電極７０３が反応基板５０１の下面の制御電極５０１Ａ（図５Ｄ参照）に係合する。
【０１１２】
ステップＳ７０４にて、サンプルＤＮＡを、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４に導入する。先ず、サンプルトレイX-Y-Z駆動機構（図示なし）によりサンプルトレイ７１１を所望の位置に配置し、４方向バルブ７１５によって、サンプルトレイ７１１の所定のサンプルＤＮＡ溶液と、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を接続する。次に、２方向バルブ７１７によって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を吸引装置７１８に接続する。フィルを行い、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路に充填されていた溶液を、シリンジ７１８Ｂ内に吸引し、代わりに、サンプルトレイ７１１に保管されていたサンプルＤＮＡ溶液を、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路を充填する。
【０１１３】
反応基板５０１の反応スポット５０２の目的の位置に、約０．２ｍＡの電流を６０秒印加する。電圧の印加によって、目的の位置にて電気的結合が起き、サンプルDNAがキャプチャされる。即ち、反応スポットに固定されたオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）と相補配列を有するDNAのみが非特異的にハイブリダイズする。
【０１１４】
ハイブリダイゼーション反応が完了すると、次に、ステップＳ７０５にて、未反応のサンプルＤＮＡを洗い流す。即ち、フラッシュを行い、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４内の液体を廃液ボトルに排出する。洗浄水のフィル及びフラッシュによりマイクロアレイチップの反応チャンバ５１４及び流路を洗浄する。
【０１１５】
ステップＳ７０６にて、蛍光標識されたレポータDNAを、マイクロアレイチップの反応基板の反応チャンバ５１４に導入する。先ず、サンプルトレイX-Y-Z駆動機構（図示なし）によりサンプルトレイ７１１を所望の位置に配置し、４方向バルブ７１５によって、サンプルトレイ７１１の所定のレポータDNA溶液と、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を接続する。次に、２方向バルブ７１７によって、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４を吸引装置７１８に接続する。フィルを行い、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路に充填されていた洗浄液を、シリンジ７１８Ｂ内に吸引し、代わりに、サンプルトレイ７１１に保管されていたレポータDNA溶液を、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４と流路を充填する。この状態でおよそ６０秒維持する。これにより、キャプチャされたサンプルＤＮＡとレポータDNAがハイブリダイズする。
【０１１６】
ハイブリダイゼーション反応が完了すると、ステップＳ７０７にて、未反応のレポータDNAを洗い流す。即ち、フラッシュを行い、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４内の液体を廃液ボトルに排出する。洗浄水のフィル及びフラッシュによりマイクロアレイチップの反応チャンバ５１４及び流路を洗浄する。洗浄が完了すると、洗浄水のフィルにより、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４及び流路を洗浄水によって充填する。
【０１１７】
ステップＳ７０８にて、ＣＣＤカメラで画像を取得する。先ず、照明装置６２１により励起光を反応基板の反応スポットに照射し、カメラ６２２により蛍光色素が発する蛍光の画像を取得する。蛍光の位置から、レポータDNA（Reporter Oligos）の位置を確認することができる。上述のステップにより、マイクロアレイチップの反応基板の反応スポットに予め固定されたオリゴヌクレオチド（Capture Oligo）にサンプルＤＮＡ（Sample Origos）が結合し、このサンプルＤＮＡ（Sample Origos）に更に、蛍光標識されたレポータDNA（Reporter Oligos）が結合している。レポータDNA（Reporter Oligos）の位置を検出することにより、サンプルＤＮＡ（Sample Origos）の位置を検出することができる。
【０１１８】
ステップＳ７０９にて、デタッチメントを行なう。画像取得完了後は、フラッシュを行い、マイクロアレイチップの反応チャンバ５１４及び流路に保持されていた洗浄水を廃棄する。更に、洗浄液のフィルおよびフラッシュを繰り返し、マイクロアレイチップの反応チャンバ、反応基板及び流路を洗浄する。洗浄が完了したのち、インレットニードル７０１及びアウトレットニードル７０２と電極７０３を下降させる。それにより、流路結合、および電気的結合が解除される。マイクロアレイチップ５００を、支持体６１０より取り外す。
【０１１９】
ステップＳ７１０にて、終了処理を行う。装置内の各構成部品を初期位置に戻し、電源切断可能な状態とする。
【０１２０】
[実施例３]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９００の例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。図９Ａに示すように、本例のマイクロ流路チップは、基板ホルダ９０３と、基板ホルダ９０３に装着された反応基板１０１と、基板ホルダ９０３及び反応基板１０１の上部に配置されたシート９０４と、更にその上に配置されたシート９０５とを有する。基板ホルダ９０３、シート９０４、及び、シート９０５の２つの主面のうち、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄにて上側の面を上面、下側の面を下面と称することとする。
【０１２１】
実施例１と同様に、反応基板１０１の上面には、反応スポット１０２が形成されている。反応基板１０１は基板ホルダ９０３に支持され、またマイクロ流路チップの下面には照明窓９０３Ｃが形成されている。照明窓９０３Ｃを介して、反応基板１０１の下面が露出しており、その部分に全反射プリズムを光学的に接着、又は、配置させることができる。それによって、反応基板にレーザ光を導入し、反応スポット１０２面で全反射させ、エバネッセント場を形成し、蛍光体などを励起する。発する蛍光は、シート９０４、シート９０５を通して、上方より観察、集光、検出する。シート９０５、シート９０４及び反応基板１０１は透明な材料によって形成される。
【０１２２】
マイクロ流路チップは、インレット９１０、供給流路９１２、反応チャンバ９１４、排出流路９１３、及び、アウトレット９１１を有する。供給流路９１２、反応チャンバ９１４、及び、排出流路９１３は、順に接続されており、密閉された流路を形成している。
【０１２３】
インレット９１０及びアウトレット９１１は、顕微鏡の対物レンズおよび励起光源光学系部品配置の障害とならないよう、離れた位置に形成される。対物レンズの外径は通常約３０ｍｍ程度であり、しかも高ＮＡの対物レンズは基板表面に近接する必要がある。そのため、対物レンズの直下を含む近傍には反応基板・反応チャンバのカバー構造体以外配置できない状態になる。この場合、対物レンズとの干渉を避けるために、反応スポット１０２から少なくとも約１５mm以上離れた位置にインレット９１０及びアウトレット９１１を形成する必要がある。
【０１２４】
本例ではインレット９１０及びアウトレット９１１を反応スポット１０２から２０ｍｍの距離に配置した。より正確には、対物レンズが測定視野を移動することも含み、測定視野範囲+対物レンズ外径を超える位置にインレット９１０及びアウトレット９１１を作成すればよい。本例では、反応スポットを中心としてその両側にインレット９１０及びアウトレット９１１を作成しており、その間隔は４０ｍｍとなり、対物レンズをその間に配置し、蛍光検出することができる。そのため、高ＮＡの対物レンズを使用することができ高感度な蛍光検出することができる。ＤＮＡ塩基配列解析装置のために、また、単分子方式ＤＮＡ塩基配列解析装置に好適である。
【０１２５】
反応基板１０１は、石英ウェハから裁断した厚さが約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形の薄い石英ガラス板状部材とした。反応基板の上面には、少なくとも、その一部に、半導体製造プロセスによって、ＤＮＡなどが固定できる金属構造体などが作成されている。ただ、金属構造体などがなく、アミノ基、カルボキシル基、ビオチン、アビジンなどが結合されているものでも可能である。また、反応基板の形状は、正方形のほか、長方形、多角形、円形等であってもよい。また、大きさは、10mmの正方形に限らず、任意の大きさに対応できるが、小さな寸法にすることが望ましい。
【０１２６】
図９Ｄに示すように、基板ホルダ９０３の上面には、反応基板１０１を収納し、保持するための凹部９０３Ａが形成されている。凹部９０３Ａの底面には、反応基板保持部９０３Ｂと約９ｍｍ×９ｍｍの貫通孔が形成されている。この貫通孔によって、マイクロ流路チップの照明窓９０３Ｃが形成される。反応基板１０１は反応基板保持部９０３Ｂに支えられ、照明窓９０３Ｃにて、反応基板１０１の下面が露出する。照明窓９０３Ｃの縦横寸法の少なくとも一方が反応基板１０１の縦横寸法より小さければよく、例えば、８ｍｍ×１０ｍｍ、１０ｍｍ×８ｍｍ等でもよい。これにより、反応基板保持部９０３Ｂによって反応基板１０１が支持される。なお、凹部９０３Ａの縦横寸法は、なるべく近い寸法で、反応基板の縦横寸法より大きければよく、１０．５ｍｍ×１４ｍｍ程度でよい。凹部９０３Ａの深さは、反応基板１０１の厚さと同一程度でよく、０．７ｍｍとする。反応基板保持部９０３Ｂの厚さは、特に制約がないが、全反射照明する場合は、なるべく薄いほうがよく、０．１ｍｍとする。０．０５〜０．３ｍｍでもよい。
【０１２７】
基板ホルダ９０３は、一般的なスライドグラスと同等の寸法を有する。即ち、縦横の寸法は、26mm×76mmである。厚さは上記により、０．８ｍｍである。
基板ホルダ９０３は、ユーザによる不意の取り扱いミスや落下にも耐えうる材料によって形成される。このような材料として、ステンレス、アルミニウム、鉄などの金属、あるいは、アクリル、ポリスチレンなどの樹脂がある。
【０１２８】
図９Ｃに示すように、シート９０４は、基板ホルダ９０３の外形と同等または、やや小さい形状及び寸法を有する。厚みは１００μmとする。シート９０４の中心部には凹部９０４Ａ（下面側に開口、深さは50μm）が形成されている。シート９０４と反応基板が密着することで、凹部９０４Ａの領域が反応チャンバ９１４になる。凹部９０４Ａは反応スポット１０２の領域より大きく、反応基板１０１全体より小さいサイズとし、反応スポット１０２と凹部９０４Ａの中心がほぼ一致するようにする。反応チャンバ９１４は、反応スポット１０２の上側に形成される。なお、検出光学系によって一度に観察できる領域を、以下に、「計測視野」と呼ぶ。反応チャンバ９１４の底面は、少なくとも、計測視野の寸法と同程度か又はそれより大きくする。凹部９０４Ａの両端には貫通孔９０４Ｂがあり、上面に形成した２本の溝９０４Ｃと連結し、両端部９０４Ｄにつながる。溝９０４Ｃ、両端部９０４Ｄの深さは約50μm、溝９０４Ｃの幅は約500μm、両端部９０４Ｄは1ｍｍφ、貫通孔９０４Ｂは1ｍｍφである。
【０１２９】
図９Ｂに示すように、シート９０５は、シート９０４と同等の形状と寸法を有する。厚みは１００μmとする。シート９０５には、シート９０４の両端部９０４Ｄと同じ位置に、２つの貫通孔９０５Ａが形成されている。貫通孔９０５Ａは円形であり２ｍｍφである。シート９０４とシート９０５を密着させ、接着することで、シート９０４の上面の溝９０４Ｃとシート９０５の下面で流路９１２及び９１３が形成され、シート９０５の２つの貫通孔９０５Ａがインレット９１０及びアウトレット９１１になる。
【０１３０】
これにより、インレット９１０、流路９１２、反応チャンバ９１４、流路９１３、アウトレット９１１とつながる流路が形成される。なお、図には記していないが、図２と同様に、インレット９１０、アウトレット９１１には、インレットチューブ、アウトレットチューブを接続して使用される。
【０１３１】
なお、シート９０５と９０４の厚さは、流路にかかる圧力による変形の影響を少なくするために、厚いほうがよい。ただし、シート９０４と９０５全体の厚みは対物レンズの結像が許容な範囲にする必要がある。最大の厚みは、対物レンズの倍率、ＮＡなどによって異なるので、対物レンズにあわせればよい。材質は、耐熱性、耐寒性、耐候性、及び、耐薬品性を有する材料によって形成される。このような材料として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）などのシリコーン樹脂が使用できる。PDMSは接着性を有するため、接着剤を使用しなくてもガラスなど他の部材と接着可能である利点を有する。また透明性が高く、光測定に有効である。接着などが可能な材質であり、且つ、使用する試薬、実験系に不具合を与えなければ、PDMS以外の材料であってもよい。
【０１３２】
なお、シート９０５は貫通孔以外の加工がされていないため、薄いガラス板であってもよい。シート９０４とはそのままで接着可能であり、流路にかかる圧力に耐性もあり、強度を高めることが可能である。
【０１３３】
また、流路９１２，９１３は、シート９０４の溝９０４Ｃとシート９０５の下面で形成したが、シート９０５の下面に溝９０４Ｃと同等の溝を作成して流路を構成してもよい。
【０１３４】
また、本例では、凹部９０４Ａの形状は六角形としたが、形状は、例示であり、菱形、楕円、円、多角形、長方形等であってもよい。試薬などの液体が流れやすくするためのテーパなどがついていることが望ましい。
【０１３５】
なお、本図には記載されないが、本マイクロ流路チップを使った測定系には、励起光源光学系として、図２または図３と同様に、全反射エバネッセント照射検出方式を用いることができる。反応基板１０１の下面に、全反射プリズムをオイルカップリングにより光学的に接合する。照明窓より小さな全反射プリズムを使用して、照明窓によって露出された反応基板部分に直接接合してもよいし、または、照明窓より大きな全反射プリズムを使用して、反応基板保持部９０３Ｂと接触させ、反応基板保持部の厚みの空間にオイルなどを満たしてカップリングしてもよい。
【０１３６】
励起用のレーザ光は、全反射プリズムに入射し、オイルカップリング部を経由して反応基板内に導入され、上面の反応スポット部を照射する。反応基板、反応スポット部の上部の反応チャンバ内には反応試薬溶液、洗浄液などの水溶液で満たされている。反応基板の石英ガラスの屈折率は約１．４６、水の屈折率は約１．３３である。反応基板から反応チャンバへの入射角度が約６６度で臨界角となり、それを超える角度で入射すると界面で全反射する。そのため界面での入射角度が６８度前後になるように調整し、反応スポット部で全反射させ、反応スポット部の直上の反応チャンバ内にエバネッセントを形成させ、この範囲にある蛍光体を励起する。生じる蛍光は、前述のように対物レンズにより、上方より観察、集光、検出する。
【０１３７】
なお、全反射プリズムに代えて、対物レンズを使用してエバネッセント照明してもよい。反応基板として厚さ０．１７ｍｍの石英ガラス板を使用し、ＮＡ１．４以上の対物レンズを反応基板の下面に配置し、オイルカップリングにより、反応基板１０１の下面と光学的に接合する。対物レンズに入射するレーザ光の光路を調整することで、反応基板にレーザ光を導入し、上面の水溶液との界面で全反射するようにする。発する蛍光は、同じ対物レンズを使用して集光し、検出することができる。
【０１３８】
本実施例では、反応基板１０１のサイズが一辺約１０ｍｍの正方形に対して、試薬を導入し排出するためのインレット及びアウトレットの間隔が幅４０ｍｍと、基板サイズを超えて作成できる。これは、反応スポット上部の反応チャンバ９１４は基板面に接触する必要があるが、チャンバに試薬を導くための供給流路９１２、排出流路９１３は基板面と接触させる必要はないため、シート９０４とシート９０５の２層構造とし、その間に流路を構成することによって実現したものである。インレット及びアウトレットも反応基板と接触しない構造であり、インレット及びアウトレットの間隔を広げつつ、反応基板のサイズを最小にすることができる。
【０１３９】
本例によりチップを安価に作成することが可能になる。反応基板１０１は、石英ウェハから裁断したものを使用している。石英ウエハは高価であるため、コストを下げるには基板をより多く切り取る必要がある。実施例では反応基板のサイズを１０ｍｍ角であり、８インチ径のウェハからは単純計算で約２９０枚程度得ることができる。実施例のように、マイクロ流路チップのインレット及びアウトレットの間隔を４０ｍｍにし、これを従来のように反応基板の上部に作成する場合、基板サイズは横４５ｍｍ、縦１０ｍｍ程度必要であり、この場合、５８枚程度しか裁断できない。長辺の長さが２０ｍｍの基板であれば１４０枚に、２５ｍｍであれば１１０枚に裁断できるため、コスト低下が可能になる。本実施例の構造により、より多くの基板を得ることができ、より安価にチップを作成することができる。
【０１４０】
また、本実施例では、反応チャンバ９１４に試薬を導くための供給流路９１２、排出流路９１３は反応基板の面とは接触していない。そのため反応基板と基板ホルダとの間に隙間があっても液がその部分に漏れたり、しみだすことがなく、安定に、正確に液を流すことができる。本例では、反応基板の厚さが０．７２５ｍｍで、基板ホルダの凹部の深さが０．７ｍｍであるから、マイクロ流路チップを構築したときに、基板上面と基板ホルダ上面に段差ができる。しかしながら、このような構造でも、液を漏れたり、しみだすことがなく、送液することができる。単純に、供給流路または排出流路を反応基板及び基板ホルダとその上部のシートに形成した溝とで構築する場合、反応基板と液が接触するので、前記のような段差がある場合、液漏れするという問題がある。また、反応基板と基板ホルダとの間には隙間が必ず発生するため、隙間に液が入り込んでしまい、反応スポット領域への液の送液が困難になるという問題もある。隙間を接着剤などで埋める場合でも段差のないようにすることは困難であり、液漏れの可能性が高い。このように、本例によれば、インレット及びアウトレットの間隔を広げつつ、反応基板のサイズを最小にでき、液の漏れやしみだしのない安定で正確な送液を行うことが可能になる。
【０１４１】
[実施例４]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１０Ａ、図１０Ｂを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９２０の例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。また、反応基板の上部に密着して配置されるシート９０４及び９０５は実施例３と同じものを使用する。図１０Ａに示すように、本例のマイクロ流路チップは、基板ホルダ９２３と、反応基板１０１と、反応基板上部に配置されたシート９０４と、更にその上に配置されたシート９０５とを有する。基板ホルダ９２３、シート９０４、及び、シート９０５の２つの主面のうち、図１０Ａ、図１０Ｂにて上側の面を上面、下側の面を下面と称することとする。
【０１４２】
実施例３と同様に、反応基板１０１の上面には、反応スポット１０２が形成されている。反応基板１０１は基板ホルダ９２３に設けられた貫通孔９２３Ａ内に配置され、基板ホルダ９２３と反応基板１０１とに接着されるシート９０４によって保持される。シート９０４の上面にはシート９０５が接着される。反応基板１０１の下面は露出しており、その部分に全反射プリズムを光学的に接着、又は、配置することができる。それによって、反応基板にレーザ光を導入し、反応スポット１０２面で全反射させ、エバネッセント場を形成し、蛍光体などを励起する。シート９０５、シート９０４は透明材料により構成され、反応基板面より発する蛍光などを上方より観察、集光、検出する。
【０１４３】
実施例３と同様に、マイクロ流路チップは、インレット９１０、供給流路９１２、反応チャンバ９１４、排出流路９１３、及び、アウトレット９１１を有する。供給流路９１２、反応チャンバ９１４、及び、排出流路９１３は、順に接続されており、密閉された流路を形成する。インレット９１０及びアウトレット９１１は、反応スポット１０２からそれぞれ２０ｍｍ離して配置され、インレット９１０とアウトレット９１１間は約４０ｍｍ離れる。本構成により、液漏れすることなく、反応基板１０１（厚さ：約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形）の領域の内側から外部に通じる流路が構成され、インレットとアウトレットを反応基板の大きさに縛られずに領域外部に十分に広い間隔で設けられる。これにより、蛍光観察・集光用の高ＮＡの対物レンズをマイクロ流路チップに近接して配置することが可能で、高感度な蛍光検出が可能になる。
【０１４４】
基板ホルダ９２３は、一般的なスライドグラスと同等の寸法を有する。縦横の寸法は、26mm×76mmである。厚さは反応基板と同等の厚さでよく、０．７２５ｍｍとした。図９Ｄに示すように、基板ホルダ９０３は貫通孔９２３Ａを有する。貫通孔は約１１ｍｍ×１１ｍｍであり、反応基板１０１がその内部に入る大きさとする。
【０１４５】
反応基板はシート９０４にて吊り下げ保持される。そのため、反応基板と基板ホルダの上面に段差がなく、フラットにすることができる。シート９０４もシート９０５もフラットになり、シート９０５に強度の強いガラス板を使用することが可能である。なお、反応基板はシート９０４のほか、下面に配置される全反射プリズムによっても保持される。
本実施例によれば、流路構成が同じであり、実施例３と同等の効果が得られる。
【０１４６】
[実施例５]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９３０の例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。また、反応基板の上部に密着して配置されるシート９０５は実施例３と同じものを使用する。図１１Ａに示すように、本例のマイクロ流路チップは、基板ホルダ９３３と、反応基板１０１と、反応基板上部に配置されたシート９３４と、更にその上に配置されたシート９０５と、反応基板１０１とシート９３４の間のシート９３６とを有する。基板ホルダ９３３、シート９３６、シート９３４、及び、シート９０５の２つの主面のうち、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅにて上側の面を上面、下側の面を下面と称することとする。
【０１４７】
実施例３と同様に、反応基板１０１（厚さ：約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形）の上面には、反応スポット１０２が形成されている。
【０１４８】
図１１Ｅに示すように、基板ホルダ９３３の上面には、反応基板１０１を収納し、保持するための凹部９３３Ａが形成されている。凹部９３３Ａの底面には、反応基板保持部９３３Ｂと約９ｍｍ×９ｍｍの貫通孔が形成されている。この貫通孔によって、マイクロ流路チップの照明窓９３３Ｃが形成される。反応基板１０１は反応基板保持部９３３Ｂに支えられ、照明窓９３３Ｃ部で反応基板１０１の下面が露出する。照明窓９３３Ｃの縦横寸法は、反応基板１０１の縦横寸法より小さく、９ｍｍ×９ｍｍ等でもよい。これにより、反応基板保持部９３３Ｂによって反応基板１０１が支持される。なお、凹部９３３Ａの縦横寸法は、１１ｍｍ×１１ｍｍ程度でよい。凹部９３３Ａの深さは、反応基板１０１の厚さと同一程度でよいが、０．８２ｍｍとする。反応基板保持部９３３Ｂの厚さは、０．１ｍｍとする。基板ホルダ９３３の縦横の寸法は、26mm×76mmである。厚さは上記により、０．８３ｍｍである。
【０１４９】
反応基板１０１は凹部９３３Ａ内の反応基板保持部９３３Ｂによって支持される。また、照明窓９３３Ｃを介して、反応基板１０１の下面が露出しており、その部分に全反射プリズムを光学的に接着、又は、配置することができる。それによって、反応基板にレーザ光を導入し、反応スポット１０２面で全反射させ、エバネッセント場を形成し、蛍光体などを励起する。
【０１５０】
発する蛍光は、シート９３４、シート９０５を通して、上方より観察、集光、検出する。シート９０５、シート９３４及び反応基板１０１は透明な材料によって形成される。
【０１５１】
反応基板１０１上部には、厚さ0.095ｍｍのシート９３６を密着させている。それによって、反応基板１０１と凹部９３３Ａの深さの間の寸法の差を埋め、基板ホルダ９３３の上面とシート９３６の上面を平らになる。これらの上にシート９３４、及び、シート９０５を配置して流路などを構築している。図１１Ｄに示すように、シート９３４は、反応基板１０１とほぼ同一の大きさで、反応スポット領域に相当する位置に、反応スポット１０２の領域より大きく、反応基板１０１全体より小さいサイズの貫通孔９３６Ａを有している。反応基板との接着は貫通孔の周辺部にて行う。
【０１５２】
図１１Ｃに示すように、シート９３４は、基板ホルダ９３３の外形よりやや小さい形状及び寸法を有する。厚みは１００μmとする。シート９３４とシート９３６、及び反応基板１０１が組み合わされて密着することで、貫通孔９３６Ａの領域が反応チャンバ９１４になる。反応チャンバ９１４は、反応スポット１０２の上側に形成される。シート９３４には、シート９３６の貫通孔９３６Ａの両端に相当する位置に、貫通孔９３４Ｂが形成されている。この貫通孔９３４Ｂは、上面に形成した２本の溝９３４Ｃと連結し、両端部９３４Ｄにつながる。溝９３４Ｃ、両端部９３４Ｄの深さは約50μm、溝９３４Ｃの幅は約500μm、両端部９３４Ｄは1ｍｍφ、貫通孔９３４Ｂは1ｍｍφである。
【０１５３】
図１１Ｂに示すように、シート９０５は、シート９３４と同等の形状と寸法を有する。厚みは１００μmとする。シート９０５には、シート９３４の両端部９３４Ｄと同じ位置に、２つの貫通孔９０５Ａが形成されている。貫通孔９０５Ａは円形であり２ｍｍφである。シート９３４とシート９０５を密着させ、接着する。それにより、シート９３４の上面の溝９３４Ｃとシート９０５の下面によって、流路９１２及び９１３が形成され、シート９０５の２つの貫通孔９０５Ａがインレット９１０及びアウトレット９１１になる。
【０１５４】
これにより、インレット９１０、流路９１２、反応チャンバ９１４、流路９１３、アウトレット９１１とつながる流路が形成される。
【０１５５】
なお、シート９３４と９３６の材料として、ポリジメチルシロキサン（PDMS）などのシリコーン樹脂が使用できる。PDMSは接着性を有するため、接着剤を使用しなくてもガラスなど他の部材と接着可能である利点を有する。また透明性が高く、光測定に有効である。接着などが可能な材質であり、且つ、使用する試薬、実験系に不具合を与えなければ、PDMS以外の材料であってもよい。シート９３６は不透明材料でも構わない。
【０１５６】
実施例３、４と同様に、マイクロ流路チップは、インレット９１０、供給流路９１２、反応チャンバ９１４、排出流路９１３、及び、アウトレット９１１を有する。供給流路９１２、反応チャンバ９１４、及び、排出流路９１３は、順に接続されており、密閉された流路を形成する。本構成により、液漏れすることなく、反応基板１０１（厚さ：約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形）の領域の内側から外部に通じる流路が構成され、インレットとアウトレットを反応基板の大きさに縛られずに領域外部に十分に広い間隔が設けられる。これにより、蛍光観察・集光用の高ＮＡの対物レンズをマイクロ流路チップに近接して配置することが可能で、高感度な蛍光検出が可能になる。
【０１５７】
本実施例によれば、基板ホルダと反応基板の厚みが異なっていても、シート９３６が、その段差を吸収でき、基板などの設計が容易になる。
本実施例によれば、流路構成が同じであり、実施例３と同等の効果が得られる。
【０１５８】
[実施例６]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９４０の例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。図１２Ａに示すように、本例のマイクロ流路チップは、基板ホルダ９４３と、反応基板１０１と、反応基板上部に配置されたシート９４４と、更にその上に配置されたシート９４５とを有する。
【０１５９】
実施例４と同様に、反応基板１０１の上面には、反応スポット１０２が形成されている。反応基板１０１は基板ホルダ９４３に設けられた貫通孔９４３Ａ内に配置され、基板ホルダ９４３と反応基板１０１とに接着されるシート９４４によって保持される。シート９４４の上面にはシート９４５が接着される。反応基板１０１の下面は露出しており、その部分に全反射プリズムを光学的に接着、又は、配置することができる。それによって、反応基板にレーザ光を導入し、反応スポット１０２面で全反射させ、エバネッセント場を形成し、蛍光体などを励起する。シート９４５、シート９４４は透明材料により構成され、反応基板面より発する蛍光などを上方より観察、集光、検出する。
【０１６０】
基板ホルダ９４３の寸法は、26mm×76mmである。厚さは反応基板と同等の厚さでよく、０．７２５ｍｍとした。図１２Ｄに示すように、基板ホルダ９４３は貫通孔９４３Ａを有する。貫通孔の寸法は約１１ｍｍ×１１ｍｍであり、反応基板１０１がその内部に入る大きさとする。また後述するインレット及び、アウトレット用に、シート９４４の貫通孔９４４Ｃと同じ位置に、貫通孔９４３Ｂが設けられている。
【０１６１】
図１２Ｃに示すように、シート９４４は、基板ホルダ９４３の外形と同等または、やや小さい形状及び寸法を有する。厚みは１００μmとする。シート９４４の中心部には貫通孔９４４Ａが形成されている。シート９４４と反応基板が密着し、シート９４５で覆われることで、貫通孔９４４Ａの領域が反応チャンバ９５４になる。貫通孔９４４Ａは反応スポット１０２の領域より大きく、反応基板１０１全体より小さいサイズとし、反応スポット１０２と貫通孔９４４Ａの中心がほぼ一致するようにする。反応チャンバ９５４は、反応スポット１０２の上側に形成される。シート９４４の貫通孔９４４Ａの両端は、上面に形成した２本の溝９４４Ｂと連結し、両端部の貫通孔９４４Ｃにつながる。溝９４４Ｂの深さは約５０μm、幅は約５００μm、両端部の貫通孔９４４Ｃは1ｍｍφである。なお、本シートは実施例３のシート９０４と同等の構造、つまり、貫通孔９４４Ａの代わりに凹部９０４Ａ（下面側に開口、深さは50μm程度）と同等の構造を設けて流路を形成してもよい。
【０１６２】
図１２Ｂに示すように、シート９４５は、シート９４４と同等の寸法で、厚みが１００μmのガラス板とする。すくなくとも、シート９４５の貫通孔、溝などをカバーするサイズであればよい。貫通孔、溝なども構造は不要である。シート９４４とシート９４５を密着させることによって、溝９４４Ｂに対応して流路９５２及び９５３が形成され、シート９４４の貫通孔９４４Ｃに対応してインレット９５０とアウトレット９５１が形成される。インレット９５０とアウトレット９５１は、シート９４４の貫通孔９４４Ｃ、及び、基板ホルダ９４３に設けられた貫通孔９４３Ｂによって構築される。
【０１６３】
これにより、インレット９５０、流路９５２、反応チャンバ９５４、流路９５３、アウトレット９５１とつながる流路が形成される。さらに、インレット９５０、アウトレット９５１には、インレットチューブ９５５、アウトレットチューブ９５６が接続され必要な液を供給及び排出する構成とする。
【０１６４】
実施例３、４などと同様に、マイクロ流路チップは、インレット、供給流路、反応チャンバ、排出流路、及び、アウトレットを有し、供給流路、反応チャンバ、及び、排出流路は、順に接続されており、密閉された流路を形成する。インレット及びアウトレットは、反応スポットからそれぞれ２０ｍｍ離して配置され、インレットとアウトレット間は約４０ｍｍ離れる。本構成により、液漏れすることなく、反応基板（厚さ：約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形）の領域の内側から外部に通じる流路が構成され、インレットとアウトレットを反応基板の大きさに縛られずに領域外部に十分に広い間隔が設けられる。これにより、小さな基板サイズのものでも、測定装置に必要な部品の配置に影響を与えることなく、使用することができる。
【０１６５】
上面は完全フラットであり、蛍光観察・集光用の高ＮＡの対物レンズをマイクロ流路チップに近接して配置することが可能で、高感度な蛍光検出が可能になる。また、全反射プリズムを配置する際にも影響を与えることがない。また、下面から対物レンズで、全反射照明する場合でも障害となることはなくなる。
【０１６６】
本実施例では、孔、溝加工されていないガラス板をシート９４５に使用することができ、より容易に使用することができ、チップの強度を簡単に高めることができる。また、流路にかかる圧力に耐性もあり、流路、特に対物レンズの下方の観察窓になる面の変形が少なく、蛍光像を安定に計測することが可能になる。
【０１６７】
[実施例７]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１３Ｄを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９６０の例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。
【０１６８】
実施例６と同様に、反応基板１０１の上面には、反応スポット１０２が形成されている。反応基板１０１は基板ホルダ９６３に設けられた貫通孔９６３Ａ内に配置され、基板ホルダ９６３と反応基板１０１とに接着されるシート９６４によって保持される。シート９６４の上面にはシート９６５が接着される。反応基板１０１の下面は露出しており、その部分に全反射プリズムを光学的に接着、又は、配置することができる。それによって、反応基板にレーザ光を導入し、反応スポット１０２面で全反射させ、エバネッセント場を形成し、蛍光体などを励起する。シート９６５、シート９６４は透明材料により構成され、反応基板面より発する蛍光などを上方より観察、集光、検出する。
【０１６９】
基板ホルダ９６３の形状は、実施例６の基板ホルダ９４３とほぼ同様で、図１３Ｄに示すように、貫通孔９６３Ａ、貫通孔９６３Ｂを有するが、貫通孔９６３Ｂは片側に設けられている。
【０１７０】
図１３Ｃに示すように、シート９６４は、実施例６のシート９４４とほぼ同じ構造である。シート９６４には、貫通孔９６４Ａ、貫通孔９６４Ａと連結している溝９６４Ｂ、溝９６４Ｂの端部の貫通孔９６４Ｃが形成されている。シート９６４と反応基板が密着し、シート９６５で覆われることで、貫通孔９６４Ａの領域が反応チャンバ９７４になる。反応チャンバ９７４は、反応スポット１０２の上側に形成される。ここで二つの貫通孔９６４Ｃはシートの片側に配置しており、そのため、片方の溝９６４Ｂもそれにあわせて、溝が１８０度向きを変えて、貫通孔９６４Ａ端部に連結する構造としている。
【０１７１】
図１３Ｂに示すように、シート９６５は、実施例６のシート９４５と同じものである。シート９６４とシート９６５を密着させることによって、溝９６４Ｂに対応して、流路９７２及び９７３が形成され、シート９６４の貫通孔９６４Ｃに対応してインレット９７０とアウトレット９７１（図示なし）が形成される。インレット９７０とアウトレット９７１は、二つの貫通孔９６４Ｃ及び、各貫通孔９６４Ｃと対応する基板ホルダ９６３に設けられた貫通孔９６３Ｂによって構築される。
【０１７２】
これにより、インレット９７０、流路９７２、反応チャンバ９７４、流路９７３、アウトレット９７１とつながる流路が形成される。さらに、インレット９７０、アウトレット９７１には、インレットチューブ、アウトレットチューブが接続され必要な液を供給及び排出する構成とする。
【０１７３】
実施例３、４などと同様に、マイクロ流路チップは、インレット、供給流路、反応チャンバ、排出流路、及び、アウトレットを有し、供給流路、反応チャンバ、及び、排出流路は、順に接続されており、密閉された流路を形成する。インレット及びアウトレットは、反応スポットから２０ｍｍ離して配置されている。本構成により、液漏れすることなく、反応基板（厚さ：約0.725mm、一辺の寸法が約10mmの正方形）の領域の内側から外部に通じる流路が構成され、インレットとアウトレットを反応基板の大きさに縛られずに領域外部に離れて設けられる。これにより、小さな基板サイズのものでも、測定装置に必要な部品の配置に影響を与えることなく、使用することができる。
【０１７４】
上面は完全フラットであり、蛍光観察・集光用の高ＮＡの対物レンズをマイクロ流路チップに近接して配置することが可能で、高感度な蛍光検出が可能になる。また、下面には、インレットチューブ、アウトレットチューブが接続されるが、反応スポットの位置から十分に離れて配置されており、また、片側に集中しているため、全反射プリズム等を配置する際にも影響を与えることがない。また、下面から対物レンズで、全反射照明する場合でも同様に対応できる。
【０１７５】
本実施例では、インレット、アウトレットが片側にまとまっているため、チップ表面の空間が寄り広く確保でき、装置構成が容易になる。また、接続するインレットチューブ、アウトレットチューブをまとめてハンドリングすることが容易にでき、装置構成が容易になる。
本実施例によれば、前記実施例などと同様の効果がある。
【０１７６】
[実施例８]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１４Ａ，図１４Ｂを参照して本発明によるマイクロ流路チップの例を説明する。反応基板１０１は実施例１（図１Ｅ）と同様のものを使用する。
本実施例では、実施例７と同一の構成を有する。実施例７では、インレット、供給流路、反応チャンバ、排出流路、及び、アウトレットが一組であったが、本例では、同一反応基板に４組並列させて配置している。図１４Ａは実施例７の図１３Ｃに相当するシート９７５の図であり、４組の流路を設けている。それぞれ、二つの貫通孔９７５Ｃ、反応チャンバとなる貫通孔９７５Ａ、貫通孔９７５Ｃと９７５Ａを連結し上面に作成された二つの溝９７５Ｂからなる。各貫通孔９７５Ａは、横幅４ｍｍ、縦幅１ｍｍの大きさで、２ｍｍピッチで配置している。４つの貫通孔９７５Ａは全体で横４ｍｍ、縦７ｍｍの領域に形成され、反応基板（一辺の寸法が約10mmの正方形）上に４つの反応チャンバを形成する。なお、貫通孔９７５Ａの大きさを変えれば、反応チャンバ数を変えることができる。
【０１７７】
また、各貫通孔９７５Ｃはφ１ｍｍ、各溝９７５Ｂは、深さ約５０μm、幅約５００μmである。各貫通孔９７５Ｃは２ｍｍ間隔で縦方向に並んでおり、全体の縦方向の寸法は１５ｍｍであり、基板ホルダのサイズ、26mm×76mmに収められている。
【０１７８】
図１４Ｂは、実施例７の図１３Ｄに相当する基板ホルダ９７６の図であり、反応基板を収める貫通孔９７６Ａ、及び、シート９７５の貫通孔９７５Ｃと同じ配置の貫通孔９７６Ｂを有する。
【０１７９】
基板ホルダ９７６と反応基板と、シート９７５、及びシート９６５により、マイクロ流路チップが構成され、１反応基板に複数の反応チャンバと流路を構築することができ、多検体の解析を可能にする。
【０１８０】
[実施例９]
本発明をさらに別の実施の形態例により説明する。
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１５Ｅを参照して本発明によるマイクロ流路チップ９８０の例を説明する。反応基板９８１には、厚さが約０．１７ｍｍ、一辺の寸法が約1２mmの正方形の石英ガラス基板を使用する。石英ガラス製の反応基板９８１には、前記実施例と同様に反応スポット９８２が形成されている。マイクロ流路チップ９８０は、反応基板９８１、基板ホルダ９８３、シート９８４、シート９８５、シート９８６で構成する。
【０１８１】
図１５Ｅに示すように、基板ホルダ９８３は、反応基板９８１を固定するための貫通孔９８３Ａを設け、またインレット及びアウトレットになる貫通孔９８３Ｂ（φ２ｍｍ）を有する。基板ホルダ９８３の寸法は縦２６ｍｍ、横７６ｍｍであり、厚さは１ｍｍとする。貫通孔９８３Ａの寸法は１０ｍｍ×１０ｍｍで、その下面に孔の中心と反応基板の中心とを合わせて、反応基板９８１を接着させて固定する。
【０１８２】
反応基板９８１の上側は、基板ホルダ９８３の貫通孔９８３Ａの開口（厚さ１ｍｍ）が配置されている。この開口を埋めるようにシート９８６が反応基板９８１に接着される。シート９８６は図１５Ｄに示すように、縦９ｍｍ、横９ｍｍ、厚さ１ｍｍのＰＤＭＳシートであり、下面ほぼ中心に凹部９８６Ａ（縦２ｍｍ、横４ｍｍの六角形で、深さ０．０５ｍｍ）が形成され、その端部にφ１ｍｍの貫通孔９８６Ｂを有する。
【０１８３】
シート９８６の上面にはシート９８４が配置されている。このシート９８４は、シート９８６及び基板ホルダ９８３の上面と接着される。シート９８４は、図１５Ｃに示すように、貫通孔９８６Ｂと位置を合わせた貫通孔９８４Ａ（φ１ｍｍ）と、貫通孔９８３Ｂと位置を合わせた貫通孔９８４Ｃ（φ２ｍｍ）と、貫通孔９８４Ａと貫通孔９８４Ｃとを連結し上面に作成された溝９８４Ｂとを有する。シート９８４の大きさは、縦２６ｍｍ、横４８ｍｍであり、厚さは０．２ｍｍである。溝９８４Ｂの深さは７５μm、幅は４００μmである。
【０１８４】
シート９８４の上面にはシート９８５を配置し、接着する。シート９８５は、図１５Ｂに示すように、シート９８４と同じ大きさで厚さ０．５ｍｍのガラス板を使用する。厚みは特に限定されない。また大きさは、シート９８４の貫通孔と溝の上部を覆えるだけのサイズであれば適用できる。
【０１８５】
反応基板９８１の上側に配置されたシート９８６の凹部９８６Ａが反応チャンバ９９４となる。シート９８６の貫通孔９８６Ｂ、シート９８４の貫通孔９８４Ａ、シート９８５、及び、シート９８４の溝９８４Ｂによって、流路９９２、及び９９３が構築される。基板ホルダ９８３の貫通孔９８３Ｂとシート９８４の貫通孔９８４Ｃによって、インレット９９０とアウトレット９９１（図示無し）が構築される。インレット９９０、流路９９２、反応チャンバ９９４、流路９９３、アウトレット９９１とつながる密閉された流路が形成される。本構成により、液漏れすることなく、反応基板９８１の外部から内部へ、また外部につながる流路が構成され、インレットとアウトレットを反応基板の大きさに縛られずに領域外部に設けることができる。具体的には反応基板中心から１５ｍｍ以上離すこともできる。これにより、蛍光観察・集光用の高ＮＡの対物レンズをマイクロ流路チップに近接して配置することが可能で、高感度な蛍光検出が可能になる。
【０１８６】
なお、本例では、蛍光検出用の対物レンズを反応基板下面に配置する。ＮＡ１．４９の６０倍対物レンズを使用し、オイルカップリングで、反応基板と光学的に接合する。励起光は、対物レンズを通して反応基板に導入し、反応スポット面にて入射角が臨界角となるように勝者し、エバネッセント励起とする。生じる蛍光は、同じ対物レンズにより集光され、検出される。
【０１８７】
本実施例では、薄い反応基板を使用することができ、プリズムエバネッセント照射のほか、対物エバネッセント照射が可能でとなる。
【０１８８】
本実施例によっても、より小さな基板で流路を構築することができ、チップの低コスト化が実現できる。
【０１８９】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。
【符号の説明】
【０１９０】
１００…マイクロ流路チップ、１０１…反応基板、１０２…反応スポット、１０３…基板ホルダ、１０４…反応室シート、１０５…流路シート、１１０…インレット、１１１…アウトレット、１１２…供給流路、１１３…排出流路、１１４…反応チャンバ、１２０…全反射プリズム、１２１…入射光路、１２２…出射光路、１３１…パッキン、２００…分析装置、２１１…試薬保管ユニット、２１２…分注ユニット、２１３…インレットチューブ、２１４…アウトレットチューブ、２１５…廃液容器、２２１…励起光用レーザーユニット、２２２…励起光用レーザーユニット、２２３、２２４…λ/4波長版、２２５…ミラー、２２６…ダイクロイックミラー、２２７…ミラー、２３１…対物レンズ、２３２…フィルター、２３３…結像レンズ、２３４…２次元センサカメラ、２３５…カメラコントローラ、２４０…装置制御用コンピュータ、２４１…解析用コンピュータ、２４２…出力装置、５００…マイクロアレイチップ、５０１…反応基板、５０２…反応スポット、５０３…基板ホルダ、５０４…セプタ、５０５…流路シート、５１０…インレットチャンバ、５１１…アウトレットチャンバ、５１２…供給流路、５１３…排出流路、５１４…反応チャンバ、６１０…支持体、６１１…凹部、６２２…カメラ、６２１…照明装置、７００…分析装置、７０１…インレットニードル、７０２…アウトレットニードル、７０３…電極、７１１…サンプルトレイ、７１２…洗浄水ボトル、７１３…ヒスチジンボトル、７１４…予備ボトル、７１５…４方向バルブ、７１６…支持体、７１７…２方向バルブ、７１８…吸引装置、７２０…廃液ボトル、７４１…解析用コンピュータ、７４２…出力装置、７４３…バーコードリーダ、９００…マイクロ流路チップ、９０３…基板ホルダ、９０３Ａ…凹部、９０３Ｂ…反応基板保持部、９０３Ｃ…照明窓、９０４…シート、９０４Ａ…凹部、９０４Ｂ…貫通孔、９０４Ｃ…溝、９０４Ｄ…両端部、９０５…シート、９０５Ａ…貫通孔、９１０…インレット、９１１…アウトレット、９１２…供給流路、９１３…排出流路、９１４…反応チャンバ、９２０…マイクロ流路チップ、９２３…基板ホルダ、９２３Ａ…貫通孔、９３０…マイクロ流路チップ、９３３…基板ホルダ、９３３Ａ…凹部、９３３Ｂ…反応基板保持部、９３３Ｃ…照明窓、９３４…シート、９３４Ｂ…貫通孔、９３４Ｃ…溝、９３４Ｄ…両端部、９３５…シート、９３６…シート、９３６Ａ…貫通孔、９４０…マイクロ流路チップ、９４３…基板ホルダ、９４３Ａ…貫通孔、９４３Ｂ…貫通孔、９４４…シート、９４４Ａ…貫通孔、９４４Ｂ…溝、９４４Ｃ…貫通孔、９４５…シート、９５０…インレット、９５１…アウトレット、９５２…供給流路、９５３…排出流路、９５４…反応チャンバ、９５５…インレットチューブ、９５６…アウトレットチューブ、９６０…マイクロ流路チップ、９６３…基板ホルダ、９６３Ａ…貫通孔、９６３Ｂ…貫通孔、９６４…シート、９６４Ａ…貫通孔、９６４Ｂ…溝、９６４Ｃ…貫通孔、９６５…シート、９７０…インレット、９７１…アウトレット、９７２…供給流路、９７３…排出流路、９７４…反応チャンバ、９７５…シート９７５、９７５Ａ…貫通孔、９７５Ｂ…溝、９７５Ｃ…貫��孔、９７６…基板ホルダ、９７６Ａ…貫通孔、９７６Ｂ…貫通孔、９８０…マイクロ流路チップ、９８１…反応基板、９８２…反応スポット、９８３…板ホルダ、９８３Ａ…貫通孔、９８３Ｂ…貫通孔、９８４…シート、９８４Ａ…貫通孔、９８４Ｂ…溝、９８４Ｃ…貫通孔、９８５…シート、９８６…シート、９８６Ａ…凹部、９８６Ｂ…貫通孔、９９０…インレット、９９１…アウトレット、９９２…供給流路、９９３…排出流路、９９４…反応チャンバ。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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