(57)【要約】【課題】  簡易な送液方法により複数の生化学物質を複数同時に処理する事が可能な低コストの試料分析チップを提供すること。【解決手段】  基材は該生化学反応処理構造の形状に沿った左右非対称の非扇形でありながら、該装置処理ステージ上に同心円状に配置した際に円の中心が基材上に存在しない試料分析チップ、及びその処理装置であって、同心円状の試料分析チップの配置によって省スペースで効率よく処理を行うことが可能である事を特徴とした、試料分析チップ及びその処理方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に複数の生化学処理構造を備え、該生化学処理構造は該基材の回転によってサンプル液の送液を行う仕組みを有し、該一つの生化学処理構造が少なくとも、複数の反応ウェルと、サンプルを反応ウェルに供給するための主流路と、主流路と反応ウェルを連通させる側路と、主流路にサンプルを供給するためのサンプル送液部と、余剰サンプルを保持するための余剰液貯留部と、余剰液貯留部の上方に向かって大気開放された空気抜き通路とを有し、前記主流路は反応ウェルよりも回転中心側に配されている事を特徴とし、上記生化学処理構造が該基材上に同心円状に配置された事を特徴とした、試料分析チップ。
【請求項２】
余剰液貯留部、サンプル送液部、主流路、反応ウェルの順に該回転の中心から距離が近い事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項３】
前記余剰液貯留部は回転中心部に集合して形成されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項４】
前記反応ウェルが基材の最外周部に配置される事で蛍光試料や色素等を基材側面から測光する事ができる事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項５】
前記反応ウェルは外周部から３ｍｍ以内に配置される事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項６】
前記主流路は波型に回転中心に近い山部と、回転中心から遠い谷部を有し、流路幅は、相対的に前記山部で小さく、前記谷部で大きい事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項７】
前記主流路の波型形状は、傾いた山型形状に形成されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項８】
前記ウェルは該基材に同心円状に配置されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項９】
前記生化学処理構造は基材上に同心円状に配置され、且つ上記サンプル送液部の大気開放端も同心円状に配置されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１０】
前記試料分析チップは、前記基材を回転させ、遠心力によるサンプル溶液の送液を行うための担持部が前記基材に設けられている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１１】
前記遠心のための担持部を前記基材の外周部に有する事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１２】
前記試料分析チップは、前記ウェル及び前記主流路が片側に形成された第一基材と、該第一基材と貼り合わせた第二基材とを有する事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１３】
前記サンプル送液部と前記空気抜き通路とは、いずれも前記主流路が形成されている側の面とは反対側の面において大気開放されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１４】
前記余剰液貯留部における前記サンプル溶液の流通方向に直交する断面の面積は、前記主流路における前記サンプル溶液の流通方向に直交する断面の面積よりも大きい事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１５】
前記サンプル送液部の他端及び前記空気抜き通路の他端を囲む壁状であって、弾性変形し前記流路を密閉状態に保つことを可能としたリップ部を有する事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１６】
前記側路が、前記複数のウェルのうち当該側路が接続されたウェルと前記基材の回転中心とを結ぶ直線に対して傾いて形成されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１７】
前記第一基材と前記第二基材との少なくともいずれかは光透過性材料で形成されている事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１８】
前記第一基材が光透過性の樹脂材料であり、前記第二基材が金属材料である事を特徴とした、請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１項に記載の試料分析チップを用いた処理方法であって、前記主流路に前記サンプルを注入する工程、前記基材を回転させて前記溶液を前記各ウェルに配液する工程、前記各ウェルを測光する工程を有することを特徴とする試料処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学反応処理チップ及び、その分析方法に関する。
【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、微量の試料サンプル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（以下、ウェル）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でき、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、複数のウェル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ウェルに流し入れ、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でき、従来かかっていた時間や手間、コストを大幅に減らすことが可能である。
【０００６】
また、この際に反応に用いるサンプルや試薬は危険物であったり、感染性の生体試料で有る場合、可能な限りこのチップ内に留めておく事が好ましく、また蒸発や揮発によってチップ外に漏れる事も防がねばならない。
【０００７】
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、各ウェルの中身を混ざり合わないようにする技術が重要となる。このようなウェルへの送液を行うチップについての先行技術としては以下のものが挙げられる。
【０００８】
特許文献１では、遠心力を用いて液をプロセスチャンバに送液する方法を示している。
【０００９】
特許文献２では、サンプル装填領域を持つサンプル分画型の遠心送液システムを示している。
【００１０】
特許文献３では放射状に構造体が構成された遠心送液システムが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１８１０４６号
【特許文献２】特許第４４９９７２０号
【特許文献３】特表２００４−５２９３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１では、遠心力を用いて液をプロセスチャンバに送液する方法を示しているが、この方法ではプロセスチャンバに液を導入した後、プロセスチャンバに通じる各流路を物理的に潰す等をしてふさぐ必要があり、自動化や小型化に向かず、人の手による煩雑な作業が必要になる。仮に装填口の他端を開放しても、余剰液を廃棄する方法が必要であり、危険な薬品や感染性の生体試料には好ましくない。
【００１３】
また、特許文献２では、サンプル装填領域を持つサンプル分画型の遠心送液システムを示しているが、チャンネルの両端がサンプル装填を目的とした構造のため、加熱処理等のサンプル、試薬の蒸発を防止するためには蓋をする必要があり、実施例でも手技によるフィルムの貼付を必要としている。また、サンプル分画構造が放射状であるため、基材の面積を有効利用できず、大型化してしまう。
【００１４】
また、特許文献３では放射状に構造体が構成された遠心送液システムが示されているが、不必要なサンプル溶液は開放廃棄ポートから外に放出される構造となっており、生化学反応を行う際には、前後の処理サンプルがコンタミネーションを起こしてしまう可能性があり、危険な薬品を使う事も、感染性の生体試料を用いる処理にも使用することができない。
【００１５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な送液方法でかつ各ウェルの液量ばらつきが少なく、加熱冷却や加温による化学反応、酵素反応を複数のサンプルに同時に行なうことができ且つ低コストの試料分析チップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の試料分析チップは、基材上に複数の生化学処理構造を備え、該生化学処理構造は該基材の回転によってサンプル液の送液を行う仕組みを有し、該一つの生化学処理構造が少なくとも、複数の反応ウェルと、サンプルを反応ウェルに供給するための主流路と、主流路と反応ウェルを連通させる側路と、主流路にサンプルを供給するためのサンプル送液部と、余剰サンプルを保持するための余剰液貯留部と、余剰液貯留部の上方に向かって大気開放された空気抜き通路とを有し、前記主流路は反応ウェルよりも回転中心側に配されている事を特徴とし、上記生化学処理構造が該基材上に同心円状に配置された事を特徴とする。
【００１７】
また、余剰液貯留部、サンプル送液部、主流路、反応ウェルの順に該回転の中心から距離が近い事が好ましい。
【００１８】
また、前記余剰液貯留部は回転中心部に集合して形成されている事が好ましい。
【００１９】
また、前記反応ウェルが基材の最外周部に配置される事で蛍光試料や色素等を基材側面から測光する事ができる。最外周部とは反応ウェルから基材側面までに測定を阻害する構造物が無い事をいう。
【００２０】
また、前記反応ウェルは外周部から３ｍｍ以内に配置される事が好ましい。
【００２１】
また、前記主流路は波型に回転中心に近い山部と、回転中心から遠い谷部を有し、流路幅は、相対的に前記山部で小さく、前記谷部で大きいことが好ましい。
【００２２】
また、前記主流路の波型形状は左右対称形状である必要は無く、傾いた山型形状に形成する事によって基材の表面積を有効に利用し、本発明の試料分析チップを小型に作成することが可能となる。
【００２３】
また、前記ウェルは該基材に同心円状に配置されていることが好ましい。
【００２４】
また、前記生化学処理構造は基材上に同心円状に配置され、且つ上記サンプル送液部の大気開放端も同心円状に配置されている事が好ましい。
【００２５】
また、本発明の試料分析チップは、前記基材を回転させ、遠心力によるサンプル溶液の送液を行うための担持部が前記基材に設けられていることが好ましい。
【００２６】
また、前記遠心のための担持部を前記基材の外周部に有することが好ましい。
【００２７】
また、本発明の試料分析チップは、前記ウェル及び前記主流路が片側に形成された第一基材と、該第一基材と貼り合わせた第二基材とを有することが好ましい。
【００２８】
また、前記サンプル送液部と前記空気抜き通路とは、いずれも前記主流路が形成されている側の面とは反対側の面において大気開放されていることが好ましく、前記上方に向かって大気開放された、とは基材の溝形状を下方に向けて設置を行い、上方に空気抜きが存在する事を示す。
【００２９】
また、前記余剰液貯留部における前記サンプル溶液の流通方向に直交する断面の面積は、前記主流路における前記サンプル溶液の流通方向に直交する断面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００３０】
また、前記余剰液貯留部の容積は、前記主流路の容積よりも大きいことが好ましいが、余剰サンプル溶液を保持するための容量が得られれば本発明の効果を活用する事は可能である。
【００３１】
また、前記余剰液貯留部の容積は、前記第一バッファ部の容積よりも大きく、前記第一バッファ部の容積と前記余剰液貯留部の容積との合計は、前記主流路の容積よりも大きいことが好ましいが、前述した事由によりこれに限定される物ではない。
【００３２】
また、前記サンプル送液部の他端及び前記空気抜き通路の他端を囲む壁状であって、前記流路に前記サンプル溶液が注入された後、前記サンプル送液部の他端及び前記空気抜き通路の他端を閉塞させることを目的とした、装置もしくは冶具によって変形し前記流路を密閉状態に保つことを可能としたリップ部を有することが好ましい。
【００３３】
また、前記側路が、前記複数のウェルのうち当該側路が接続されたウェルと前記基材の回転中心とを結ぶ直線に対して傾いて形成されていることが好ましい。
【００３４】
また、前記第一基材と前記第二基材との少なくともいずれかは光透過性材料で形成されていることが好ましい。
【００３５】
また、前記第一基材が光透過性の樹脂材料であり、前記第二基材が金属材料であることが好ましい。
【００３６】
本発明の試料分析方法は、本発明の試料分析チップを用いた試料分析方法であって、前記主流路に前記サンプル溶液を注入する工程と、前記基材を回転させて前記サンプル溶液を前記各ウェルに配液する工程と、を有することを特徴とする試料分析方法である。
【００３７】
また、前記ウェルに前記サンプル溶液を配液する工程の後に、ミネラルオイルを前記各ウェルに配液する工程を有することが好ましい。
【００３８】
本発明の試料処理方法は、前記主流路に前記サンプルを注入する工程、前記基材を回転させて前記溶液を前記各ウェルに配液する工程、前記各ウェルを測光する工程を有することを特徴とする試料処理方法である。
【００３９】
本発明の遺伝子解析方法は、本発明の試料分析方法を用いたことを特徴とする遺伝子解析方法である。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の試料分析チップは、複数のサンプルを同時、または順次に効率良く処理する事が可能であり、小型で低コストな分析チップを作製する事が可能である。
【００４１】
本発明の試料分析チップは、送液方法が簡易で各ウェルの液量ばらつきが少なく、加熱冷却や加温による化学反応、酵素反応を好適に行なうことができ且つ低コストである。
【００４２】
また、本発明の試料分析方法及び遺伝子解析方法によれば、分析精度及び再現性の高い分析を行なうことができる。
【００４３】
また、本発明の試料分析方法及び遺伝子解析方法によれば、分析間での試料同士のコンタミネーションを防ぐ事ができる。
【００４４】
また、本発明の試料分析方法及び遺伝子解析方法によれば、危険な薬品や感染性の生体試料を安全に処理、分析する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態の試料分析チップを示す第１面の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態の試料分析チップを示す第２面の平面図である。
【図３】同試料分析チップの第１面側の斜視図である。
【図４】同試料分析チップの第２面側の斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態の試料分析チップを示す第１面の平面図である。
【図６】本発明の一実施形態の試料分析チップを示す第２面の平面図である。
【図７】同試料分析チップの第１面側の斜視図である。
【図８】同試料分析チップの第２面側の斜視図である。
【図９】本発明における試料分析チップの分析方法の一例を示す構成図である。
【図１０】本発明における分析方法の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明における試料分析チップの分析方法の一例を示す構成図である。
【図１２】本発明における分析方法の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明における試料分析チップの一実施形態の簡略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明の一実施形態の試料分析チップについて図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の試料分析チップの一様態を示した第１面の平面図である。図２は、本実施形態の試料分析チップの一様態を示した第２面の平面図である。
【００４７】
次に本発明の試料分析チップの製造方法について説明する。
まず、図１に示すように、成形型を使用した成形により、反応ウェル１０４及び流路（主流路１０６及び側路１０５を含む）を有する基材（第一基材）１０１を形成する。
【００４８】
基材１０１は、厚さ方向の一方の面に、製造後のウェル１０４、主流路１０６、側路１０５、サンプル送液部１０２、空気抜き通路１０３、及び余剰液貯留部１０７なる溝状形状が形成されている。ここで、サンプル送液部１０２、空気抜き通路１０３は、基材１０１の厚さ方向の他方の面にも開口されている。また、前記他方の面に、サンプル送液部１０２、空気抜き通路１０３を囲む壁状形状を有するリップ部（不図示）を一体形成しても良い。
【００４９】
また、基材１０１の厚みが１００μｍ〜３０００μｍの範囲にある場合、基材１０１の熱伝導性及び封止性の双方を好適に満足することができる。基材１０１の厚みが３０００μｍよりも大きいと、熱容量が大きくなり、熱応答性が低下するおそれがある。
【００５０】
基材１０１の材料としては、光透過性を有する樹脂を好適に使用することができる。また、ウェル１０４内における溶液に対して光学的分析（蛍光測定や比色測定など）をする場合には、基材１０１の透明性が高いことが好ましい。例えば、基材１０１の材料は、試料に影響を与えないものであれば特に制限はないが、特にポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリルのいずれかを含む樹脂材料を用いれば、良好な可視光透過性を確保することができる。ポリプロピレンとしては、ホモポリプロピレンやポリプロピレンとポリエチレンとのランダム共重合体を使用することができる。また、アクリルとしては、ポリメタクリル酸メチル、または、メタクリル酸メチルとその他のメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、スチレンなどのモノマーとの共重合体を使用することができる。また、これらの樹脂材料を使用する場合、チップの耐熱性や強度を確保することもできる。樹脂材料以外としては、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、真鍮、金等の金属材料を挙げることができる。金属材料を用いた場合、加えて熱伝導率及耐摩耗性等に優れる。
【００５１】
なお、基材１０１のウェル１０４の底部、もしくは外周方向の壁部を透明とすることで、蛍光等の検出・分析を外部から行うことができる。なお本発明における「透明」及び「光透過性」とは、形成した際の可視光域（波長３５０〜７８０ｎｍ）の全平均透過率が７０％以上であるものとする。
【００５２】
基材１０１の加工方法としては、樹脂材料の場合には、射出成形、真空成形等の各種樹脂成形法や、機械切削などを用いることができる。金属材料の場合には、厚手の基材を用いた研削加工やエッチング、薄手の金属シートにプレス加工や絞り加工を施すことで形成することができる。
【００５３】
また、基材１０１として特にポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリルのいずれかを含む樹脂材料を用いた場合、良好な光透過性、耐熱性、強度を確保することができる。
【００５４】
図５、図６、図７、図８は本発明の試料分析チップの別の一形態である。
【００５５】
本発明の別の一形態では、反応ウェル１０４は円形ではなく、側路１０５の末端部がそのまま反応ウェルとして用いられている。
【００５６】
主流路１０６は基材内で３本配置され、サンプル導入部１０２、空気抜き通路１０３、余剰液貯留部１０７それぞれを有して一基材内で３サンプルの試料分析が可能である。
【００５７】
図９は本発明の試料分析チップを処理するための一形態である。
【００５８】
本発明の一分析形態では、ウェル部１０４の上下を温調部材９０２で挟み込み、反応によって生じた蛍光波長等を測光装置９０１で読み取る事ができる。
図９では、温調部材９０２がチップ１０００の表裏にあるが、どちらか片方でもよい。
【００５９】
図１０は本発明の一分析形態の測光方式の模式図であり、本発明の試料分析チップの外周形状を波型形状に形成する事により、ウェル内への励起、ウェル内からの発光面を大きく確保する事ができる。
【００６０】
図１１は本発明の試料分析チップを処理するための別の一形態の斜視図である。
【００６１】
図１２は本発明の試料分析チップを処理するための別の一形態の平面模式図である。測光装置１００１を矢印にそって走査し、ウェル内からの蛍光を含む電磁波を取得でき、かつ温調部材１００２が試料分析チップの外周に沿った形状のため、密着面１００３の面積が大きく、急加熱、急冷却を行う事ができる。
【００６２】
本発明の一分析形態ではウェル部１０４の第２面及び側面を、試料分析チップの外周形状に沿った温調部材１００２で温調を行いつつ、測光装置１００１を反応ウェル１０４の並びに沿って円周軌道でスキャニングして蛍光波長等の取得を行う事ができる。
【００６３】
図１３は本発明の一実施形態の簡略した断面図であり、サンプル導入部１０２から主流路を通り空気抜き通路１０３まで第２面を上として模式図にしたものである。
【００６４】
サンプル送液口１０２は送液するための部材、例えばピペットにより送液する場合、図１３（ｂ）の様なコーン形状であっても良い。
【００６５】
また、余剰液貯留部１０７は主流路１０６に対して十分に断面積が広く、高さ方向にも広がっている事が望ましい。
【００６６】
サンプル送液部１０２、及び空気穴１０３には蓋をするためのリップ部５０１を作る事で上方への溶液の流出を防ぐ事が可能となり、反応中の内部の液の移動を最小限に抑える事が可能になるが、処理装置や別部材として蓋になるような機構を用意する場合や、反応液以外の溶液の流出が問題にならない場合は作る必要は無い。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の反応チップは、例えば核酸等の試料において生化学物質の検出や分析に用いることができる。特にＳＮＰの変異の検出や、がんなどの遺伝子、生殖細胞や体細胞遺伝子の変異を検出する手法へ利用することができる。また、複数の溶液を混合する容器、反応容器として利用することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１・・・  基材
１０２・・・  サンプル送液部
１０３・・・  空気抜き通路
１０４・・・  ウェル
１０５・・・  側路
１０６・・・  主流路
１０７・・・  余剰液貯留部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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