(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な反応チップとなる基材の内側に、試薬注入口・排気口を連結し、回転中心に対して円弧を描くように配置されている主流路と、前記回転によって遠心力が作用する方向に前記主流路から分岐され、放射状に延伸され配置されている複数の側路と、前記複数の側路における、回転中心から遠位の端部にそれぞれ配置されている複数の反応チャンバと、を有し、
前記複数の側路の各々は、当該側路の遠心方向の略中間位置において、当該中間位置と前記主流とを接続する細流路によりバイパスされ、
前記各側路をバイパスする前記細流路は、バイパスする側路の主流路からの分岐端と、バイパスする側路に隣接する側路の主流路からの分岐端との略中間位置において、前記主流路と接続され、前記試薬注入口から注入され、前記主流路に貯留された溶液を、前記遠心力によって前記反応チャンバに送液するときに、前記側路及び反応チャンバにおける気液の入れ替わり性を向上させることができる、
ことを特徴とする生化学反応チップ。
【請求項２】
前記主流路が各ウェルの間で回転中心に対して一つの山を形成することで、波状の形状をしていることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項３】
前記バイパスの断面積が１ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項４】
前記主流路の少なくとも片端に試薬を送液するための送液口を持つことを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項５】
前記反応チャンバが回転中心に対して円周状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項６】
前記反応チャンバの容量が１００μｌ以下であることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項７】
円形で、遠心送液時の回転中心が円の中央に設定されていることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項８】
構成する基材が少なくとも２つ以上の基材を張り合わせることによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の生化学反応チップ。
【請求項９】
前記基材の少なくとも一つが光透過性の基材を使用していることを特徴とする請求項８記載の生化学反応チップ。
【請求項１０】
前記光透過性の基材を樹脂成形品で構成したことを特徴とする請求項９記載の生化学反応チップ。
【請求項１１】
基材の樹脂成形品の成形方法が、射出成形であることを特徴とする請求項１０記載の生化学反応チップの製造方法。
【請求項１２】
生化学反応チップの基材のひとつが、接着層を設けた金属板で構成されることを特徴とする請求項８記載の生化学反応チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応チップとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばＤＮＡ反応、たんぱく質反応等の生化学反応の分野において、微量の試料溶液を処理する反応装置として、μ−ＴＡＳ（Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＬａｂ−ｏｎ−Ｃｈｉｐと呼ばれる技術が知られている。これは、１個のチップやカートリッジに複数の反応室や流路を供えたものであり、複数の検体の解析、あるいは複数の反応を行うことができる。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扱う薬品を少量にすることが出来、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強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分析、反応に費やすコストを低減できること、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る種類の薬品や検体、酵素を配置し、これら薬品や検体、酵素と反応を起こす試薬を一本ないし数本の主導管からまとめて反応場に流し入れ、異なった複数の反応を生じさせる必要がある。
【０００５】
この手法を用いれば、複数種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出来、従来かかっていた時間や手間を大幅に減らすことが可能である。
【０００６】
この種の手法を用いる際、複数の反応場に等量のサンプルを送液する技術と、各反応チャンバの中身を混ざり合わないようにする技術が重要となる。
【０００７】
この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。
特許文献１では、液溜めから遠心力を用いて、反応チャンバへの送液を行うチップにおいて、反応チャンバを独立させるために流路を変形、密封している。そのため流路を押しつぶす機構が必要であり、自動化が困難である。
また、従来の遠心送液チップのように中央の液溜りから周囲の反応チャンバに遠心送液を行うと、各反応チャンバへの送液量にばらつきが生じてしまう。特許文献２では遠心方法を自転＋公転を織り交ぜることで解決している。しかし、この手法もチップが自転＋公転するための複雑な機構とスペースが必要となる。
また、特許文献３では液体貯留部と遠心方向に伸びる流路を有する反応チャンバを複数連結させた分析用媒体が公開されているが、この文献では液の配液性などには注視しておらず、逆に反応チャンバに詰まった空気との押し合いで流体を制御するとある。
この手法では液体貯留部と液体貯留部の間の流路の液体は送液されない上、各反応チャンバに送液される液量は大きくばらつき、反応のたびに結果に差異が生じてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５０２１６４    ３Ｍ
【特許文献２】特許第３６９９７２１  株式会社石川製作所
【特許文献３】特開２００８−８３０１７  太陽誘電株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のような従来技術の問題点を鑑みて、本発明は反応チャンバへの送液を行う生化学反応用チップにおいて、送液方法が簡易でかつ各反応チャンバの液量ばらつきがなく、低コストな生化学反応用チップを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
サンプルに複数の処理を施し、かつ上記のような問題を解決するために本発明の１態様は以下の構成を提供する：
（１）  回転可能な反応チップとなる基材の内側に、試薬注入口・排気口を連結し、回転中心に対して円弧を描くように配置されている主流路と、前記回転によって遠心力が作用する方向に前記主流路から分岐され、放射状に延伸され配置されている複数の側路と、前記複数の側路における、回転中心から遠位の端部にそれぞれ配置されている複数の反応チャンバと、を有し、前記複数の側路の各々は、当該側路の遠心方向の略中間位置において、当該中間位置と前記主流とを接続する細流路によりバイパスされ、前記各側路をバイパスする前記細流路は、バイパスする側路の主流路からの分岐端と、バイパスする側路に隣接する側路の主流路からの分岐端との略中間位置において、前記主流路と接続され、前記試薬注入口から注入され、前記主流路に貯留された溶液を、前記遠心力によって前記反応チャンバに送液するときに、前記側路及び反応チャンバにおける気液の入れ替わり性を向上させることができる、ことを特徴とする生化学反応チップである。これにより、主流路と側路の気液の入れ替わり性を高め、主流路に送液された試薬は小さな遠心力でも安定して等量ずつ反応チャンバに送液される。
【００１１】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（２）  生化学反応チップの前記主流路が各ウェルの間で回転中心に対して一つの山を形成することで、波状の形状をしている。
これにより、山部で送液物が切れ、液分配のムラを低減させることができる。さらには当該流路山部の断面積を小さくすることで、液分配時のムラをより減少させることができる。
【００１２】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（３）  生化学反応チップの前記バイパスが主流路に比べ断面積が小さい。
これにより、送液物がバイパス内に流れにくくなり、主流路を優先して送液する事ができる。
【００１３】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（４）  生化学反応チップの前記バイパスの断面積が１ｍｍ２以下である。
これにより、バイパス内に流れ込む送液物の量を限りなく減らすことができ、気液の入れ替わり性や送液のバラつきに影響を与える事が無くなる。
【００１４】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（５）  生化学反応チップの前記主流路の少なくとも片端に試薬を送液するための送液口を持つ。
これにより、一箇所の注入口から全ての反応ウェルに対する共通送液物を流しいれる事ができる。
【００１５】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（６）  生化学反応チップの前記反応チャンバが回転中心に対して円周状に配置されている。
送液のバラつきには直接関係しないが、反応チャンバで起きた反応を検出する際に、同心円状に反応ウェルが並んでいることで検出装置の校正を簡易にすることができる。
【００１６】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（７）  生化学反応チップの前記反応チャンバの容量が１００μｌ以下である。
これにより、従来の消費される高価な試薬の分量を抑え、検査コストや実験コストを大幅に提言する事が可能となる。
【００１７】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（８）  チップが円形で、遠心送液時の回転中心が円の中央に設定されている。
これにより生化学チップの回転時に偏芯による回転のブレを減らすことができ、送液のバラつきをより抑える事が可能となる。
【００１８】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（９）  生化学反応チップを構成する基材が少なくとも２つ以上の基材を張り合わせることによって製造される。
これにより、複雑な流路を形成する材料や、流路に蓋をするための材料を分ける事が出来、温調や測光に向いた蓋材料と、成形性に富む流路材料を選定する事が可能となる。
【００１９】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように構成しても良い。
（１０）  生化学反応チップの前記基材の少なくとも一つが光透過性の基材を使用している。
これにより、反応チャンバ内に生じた反応を蛍光色素等の光として検出することが出来る。
【００２０】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように製造しても良い。
（１１）前記光透過性の基材を樹脂成形品で構成する、生化学反応チップの製造方法。
【００２１】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように製造しても良い。
（１２）基材の樹脂成形品の成形方法が、射出成形であることを特徴とする生化学反応チップの製造方法。
【００２２】
また、本発明の生化学反応チップは以下のように製造しても良い。
（１３）生化学反応チップの基材のひとつが、接着層を設けた金属板で構成される生化学反応チップの製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による生化学反応チップの１態様によれば、簡易で機能的、かつ安全安価な反応チップを実現することができる。さらに、１種類の検体に対して複数の処理を施すことが出来るため、従来の処理時間を大幅に短縮出来る。
【００２４】
生化学反応を１チップ上で行う際、複数の処理を行うためには複数の反応チャンバにサンプルを所定の分量で分配しなければならず、また各反応チャンバの試薬同士が混ざり合ってはならない。  
本発明では複数の反応チャンバ００１と、少なくとも一箇所以上のＩＮＬＥＴ００２、ＯＵＴＬＥＴをもち、バイパス開口部００４（主流路口）とバイパス開口部００３（側路口）をバイパス細流路００６でバイパスすることで気液の入れ替わり性を向上させ、液分配のムラを無くすことが出来る。
【００２５】
上記バイパス細流路を設計するにあたり、細流路の断面積は主流路よりも十分に小さく設計する必要がある。
【００２６】
また、バイパス開口部（主流路口）００４から隣接するバイパス開口部（主流路口）００４までの主流路の容積を任意に設計すれば、同等の容量のサンプルを前記バイパス開口部（主流路口）００４間に側路００５を持つ反応チャンバ００１に送液することができるため、使用するサンプル量を反応チャンバ００１ごとに任意に設定することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の基本的な形状の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の生化学反応チップを図面に基づいて説明する。
図１は本発明の趣旨を表した基本的な形状である。図１は基材の表面を表す。遠心送液を行うため、反応チャンバ００１が同心円上に並び、主流路にサンプル試薬を送液するためにＩＮＬＥＴ／ＯＵＴＬＥＴ００２となる大気開放口を１箇所以上持つ。表面に構成されたバイパス細流路００６はバイパス開口部（側路口）００３とバイパス開口部（主流路口）００４を結んでいる流路である。また、隣り合ったバイパス開口部（主流路口）００４同士の間に１つずつ反応チャンバ００１を持ち、側路００５で主流路００７と連通している。
【００２９】
本発明の生化学反応チップは、回転可能な生化学反応チップとなる基材の内側に複数の反応チャンバと、反応チャンバに至る複数の側路とを有し、全ての側路と試薬注入口・排気口を連結する主流路が回転中心に対して円弧を描くように配置されている。また、側路と主流路が、細流路によってバイパスされていることを特徴とする。このことにより、主流路と側路の気液の入れ替わり性を高め、主流路に送液された試薬は小さな遠心力でも安定して等量ずつ反応チャンバに送液することができる。
【００３０】
本発明の生化学反応チップは当該チップを回転させることにより生じる遠心力により、各反応チャンバ００１に配液するものであることから、中央部に回転軸の貫く点（以下、中心点）のある円盤形状であることが好ましいが、チップを貫く回転軸に対して回転可能に形成されていれば特に制限はない。
【００３１】
チップが円形であれば、遠心送液時の回転中心が円の中央に設定されていることで、生化学チップの回転時に偏芯による回転のブレを減らすことができ、送液のバラつきをより押さえる事が可能となる。
【００３２】
さらに生化学反応チップの前記反応チャンバが回転中心に対して円周状に配置されていることで、送液のバラつきには直接関係しないが、反応チャンバで起きた反応を検出する際に、同心円状に反応ウェルが並んでいることで検出装置の校正を簡易にすることができる。
【００３３】
また、本発明の生化学反応チップは生化学反応チップの前記主流路が各ウェルの間で回転中心に対して一つの山を形成することで、波状の形状を持つように構成しても良い。これにより、山部で送液物が切れ、液分配のムラを低減させることができる。さらには当該流路山部の断面積を小さくすることで、液分配時のムラをより減少させることができる。
【００３４】
また、本発明の生化学反応チップは生化学反応チップの前記バイパスが主流路に比べ断面積が小さいものとすることが好ましい。これにより、送液物がバイパス内に流れにくくなり、主流路を優先して送液する事ができる。
【００３５】
また、本発明の生化学反応チップは生化学反応チップの前記バイパスの断面積が１ｍｍ２以下であることが好ましい。これにより、バイパス内に流れ込む送液物の量を限りなく減らすことができ、気液の入れ替わり性や送液のバラつきに影響を与える事が無くなる。
【００３６】
また、本発明の生化学反応チップは生化学反応チップの前記主流路の少なくとも片端に試薬を送液するための送液口を持つことが好ましい。これにより、一箇所の注入口から全ての反応ウェルに対する共通送液物を流しいれる事ができる。
【００３７】
また、本発明の生化学反応チップは生化学反応チップの前記反応チャンバの容量が１００μｌ以下であることが好ましい。これにより、従来の消費される高価な試薬の分量を抑え、検査コストや実験コストを大幅に低減する事が可能となる。
【００３８】
本発明の生化学反応チップは、生化学反応チップを構成する基材が少なくとも２つ以上の基材を張り合わせることによって製造することができる。
【００３９】
基材の材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル等の樹脂を用いることができる。上記のような樹脂であれば、加工が容易であり、光透過性を持たせることができる。生化学反応チップの前記基材の少なくとも一つが光透過性の基材を使用することで、反応チャンバ内に生じた反応を外部から蛍光色素等の光として検出することが出来る。なお、樹脂成形品の場合、流路形成等の基材の加工は、例えば射出成形で行うことができる。
【００４０】
また、基材の材料にアルミニウム等の熱伝導性、強度の高い金属板を用いてもよい。接着層を設けた金属板を上記樹脂成形で成形したもう一方の基材に接着し、本発明の生化学反応チップを形成することができる。
【実施例１】
【００４１】
以下に本発明における実施例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
実施例（１）  ＳＮＰ解析チップ
【００４３】
ヒトゲノムの中には、その約０．１％に個人特有の塩基配列の違いが存在し、ＳＮＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）と呼ばれている。このＳＮＰの違いによって、発現するタンパク質の種類等が異なるため、例えばＳＮＰの違いが薬の代謝酵素の働きの違いを生み、結果として薬の最適投与量や副作用の出やすさ等に個人差が生じる。この事を利用し、“ＳＮＰの型”と“薬の効果・副作用の起きやすさ”等の関係をあらかじめ調べておけば、患者に対して治療する前に、各患者の“ＳＮＰ  の型”を調べる事で、オーダーメイド医療を実現させる事が出来る。
【００４４】
本発明の生化学反応チップは上記のオーダーメイド医療に対して、有用な効果を提供できる。前記反応チャンバに特定のＳＮＰに対応したプローブを固定することで、１検体のＳＮＰを複数調べることが出来る。そのため、反応チャンバの数と搭載するＳＮＰプローブの種類によって、特定の形質に関係のあるＳＮＰをセットで調べることが出来る。
【００４５】
上記ＳＮＰ特定方法の一つにインベーダー法があり、本実施例では前記インベーダー法を用いてＳＮＰの解析を行った。ただし、本発明の生化学反応用チップは本実施例の形態に限られるものではない。
【００４６】
ＳＮＰ解析用チップ基材として、ポリプロピレン（ＰＰ）の成型を用いて、円形の外形を持ち、表面の同心円上に波状の主流路、側路、側路の末端に反応チャンバ、主流路と側路途中を結ぶバイパス細流路をもったチップを成形した。
【００４７】
該ＰＰ基材は側路、細流路、及び反応チャンバを２３個持つ。
【００４８】
上記ＰＰ基材にＰＰ樹脂がコーティングされたアルミニウムシート基材（アルミ基材）を貼り合わせ、内部に流路を形成した。
【００４９】
該樹脂コーティング層は主にＰＰを材料としており、厚みが０．０７ｍｍほどのものを使用した。該樹脂コーティング層は融点が１２０度前後であり、アルミニウム側に熱を与えれば溶融するように該アルミ基材にコーティングされている。また、アルミニウム層とＰＰ樹脂層の間にカーボンを練りこんだアンカー層を設け、レーザー光による発熱でもＰＰ層が溶融する構成となっている。
【００５０】
該ＰＰ基材の反応容器には４種の異なるＳＮＰプローブを固定し、また、同様にＰＣＲ反応を行うための酵素、及びＳＮＰの蛍光検出に用いるインベーダー試薬類をピペットで滴下し乾燥させた。
【００５１】
該ＰＰ基材と該アルミ基材を重ね合わせ、アルミ基材側に１３０度以上の熱を与えてやると該アルミ基材にコーティングされた該樹脂層が溶融し、該ＰＰ基材とアルミ基材を溶着することで該ＰＰ基材の表面内部に流路が形成される。
【００５２】
この完成したチップに血液検体からゲノムを抽出し、バッファ液で希釈したサンプルを３００μｌピペットにて送液した。
【００５３】
チップに遠心力を与える手段として、化学、生物反応における試薬の分離などに用いられる卓上小型遠心機をもちいて、簡易な遠心装置を作成した。遠心時の回転数を回転数測定器にて測定したところ５０００ｒｐｍ前後であった。
【００５４】
送液後、５０００ｒｐｍにてチップ中心を軸としてチップを回転させたところ、各反応場に１１μｌのサンプルが送液された。続いて、反応に阻害の無いミネラルオイルを同様の手法で３００μｌ送液したところ、サンプルは反応場を満たし、残った溶液で側路の半分程度を満たし、オイルは側路の残り半分とバイパス細流路を満たした。
【００５５】
なお、本実施例は２３箇所の反応チャンバの一部に４種のＳＮＰプローブを固定し、コントロールとして１種の反応を行うため、５種の同定解析反応を１つの検体に対し同時に行うことができるものである。
【００５６】
該反応容器がオイルによって独立した状態の反応チップに所定の温度をかけることで、ＳＮＰｓプローブと検体、及び酵素が反応し、蛍光検出反応を生じる。
【００５７】
また、このときＰＰ基材側は透明であり、蛍光検出を外部から行うことが出来た。
【００５８】
本実施例１のように本発明では張り合わせる基材を反応に合った材質で選定することで、より簡易に、かつ短時間で効率よく反応工程を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５９】
００１．反応チャンバ
００２．  ＩＮＬＥＴ／ＯＵＴＬＥＴ
００３．バイパス開口部（側路口）
００４．バイパス開口部（主流路口）
００５．側路
００６．バイパス細流路
００７．主流路
【図１】
0005505041.tif 000002