(57)【要約】【課題】標的物質の検出に気体を消費する化学反応を利用し、上記化学反応の速度を促進させる分析マイクロチップ１・１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅ・１ｆ。【解決手段】化学反応を生じる反応試薬を含む層８・８ｂと、気体に接しており上記気体を透過させる層１０と、上記層の間に設けられ、上記層を分離している層９とを備えており、上記層を分離している層９は、液体試料と接触したときに溶解する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料中に含まれる標的物質と気体とを化学反応させるための反応場と、
上記液体試料を注入するための注入口と、
上記注入口から上記反応場へ上記液体試料を移送するための流路と、を備えてなるマイクロチップであって、
上記反応場は、
上記標的物質と化学反応を生じる反応試薬を含んでいる第１層と、
上記気体に接しているとともに、上記気体を透過させる第２層と、
上記第１層と上記第２層との間に設けられているとともに、上記第１層と上記第２層とを分離している第３層と、を備えており、
上記第３層は、上記液体試料と接触したときに上記液体試料に溶解するものであることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
上記流路は、上記反応場へ移送される上記液体試料を、上記第１層および上記第３層の少なくとも一方に対して供給するものであることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
上記第３層は、上記液体試料に対して可溶性であり、かつ、上記第２層を形成する物質に対して不溶性であることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロチップ。
【請求項４】
上記第３層は、ポリビニルアルコール、オブラート、変性ポリアミド、酢酸基を水酸基に置換したポリ酢酸ビニルまたはＮ−メトキシメチル化ナイロンによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
上記第２層は、シリコンオイルによって形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のマイクロチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酵素反応等の化学反応を利用した、特に生体、環境、医療、食品の分野における、試料中の標的物質を分析するためのマイクロチップおよび分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料中に含まれる標的物質の濃度測定は、医療や生化学の分野において広く行われている分析である。例えば、医療分野では、血液や尿中のグルコースの濃度測定は、低血糖症や糖尿病等の疾患の診断において有効なスクリーニング検査として適用されている。
【０００３】
また、半導体の微細加工技術などを応用したマイクロ化技術（Micro Electro-Mechanical System、MEMS）が開発され、上記のような生化学分野における分析においては、μ-TAS（Micro Total Analytical System）が急速に発展している。
【０００４】
μ-TASは、数センチ角の基板上に、混合、反応、分離および／または検出等を行う微細流路等の微小空間を集積した分析チップを用いるシステムである。分析チップを用いて標的物質の検出を行う場合、従来に比べて少ない量の試料（例えばナノリットルレべル）による測定が可能となる。よって、サンプル量が少なくて済むため、患者の負担軽減や、廃棄処理負担の軽減化が実現できる。
【０００５】
試料中の標的物質に対する濃度測定の方法としては、当該標的物質が関与する化学反応の検出を利用した方法が一般的であり、このような方法が、現在広く用いられている。
【０００６】
上記化学反応の検出を利用した方法としては、特に、酵素反応の検出を利用した方法が、生化学分野における分析で汎用されている。
【０００７】
上記酵素反応には、酸化反応などを伴う酵素反応が多く存在する。この場合、反応液中の溶存酸素を反応に使用して、上記酸化反応は進行する。しかし、反応液中の溶存量を超える酸素を必要とする酵素反応を検出する場合、外部から反応系に酸素を取り込む必要が生じる。
【０００８】
反応系が大気から気体（例えば、酸素）を直接取り込む場合、気体の取り込み速度は遅い。したがって、反応系への気体の取り込みが、酵素反応全体の律速段階となる。
【０００９】
すなわち、反応系の気体の取り込みにおいて長い時間を必要とした場合、標的物質の検出に長い時間を必要とする。
【００１０】
特許文献１には、試料中の成分を分析するための体液成分分析器具が開示されている。上記体液成分分析器具は、試料受容口とポンプ接続口とを有し、試料受容口とポンプ接続口との間に、試料処理室および測光室を有し、それぞれが流路で接続されている。
【００１１】
上記試料処理室には、体液成分を分析するための化学反応に必要な試薬が備えられている。上記試料処理室にて、液体試料中の分析対象である成分に関する化学反応が進行する。さらに、酸化酵素に必要な酸素を供給するために、上記試料処理室は、ガス透過性膜とガス透過性膜とによって隔離された空気層を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−１１４５３９号公報（１９９６年５月７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１のような密封した反応系において、酸素などの気体を消費する化学反応によって標的物質を検出しようとする場合、反応液に溶存した気体が消費され尽くすと反応が進行しないという問題が生じる。
【００１４】
また、特許文献１に係る体液成分分析器具において、外部の系に対して開放されている上記試料受容口から試料処理室へ気体を供給した場合、上記試料受容口と試料処理室との距離が長いため、拡散によって上記気体が試料処理室に到達するには時間を要するという問題が生じる。
【００１５】
また、上記試料処理室に、ガス透過性膜とガス透過性膜とによって隔離された空気層を備えた場合でも、反応系のガスの取り込み速度は遅いため、反応に時間を要するという問題が生じる。
【００１６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、標的物質の検出に気体を消費する化学反応を利用した分析マイクロチップにおいて、上記化学反応の速度を促進させることが可能な分析マイクロチップおよび、それを用いた分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るマイクロチップは、液体試料中に含まれる標的物質と気体とを化学反応させるための反応場と、上記液体試料を注入するための注入口と上記注入口から上記反応場へ上記液体試料を移送するための流路とを備えており、上記反応場は、上記標的物質と化学反応を生じる反応試薬を含んでいる第１層と、上記気体に接しているとともに上記気体を透過させる第２層と、上記第１層と上記第２層との間に設けられているとともに上記第１層と上記第２層とを分離している第３層とを備えており、上記第３層は上記液体試料と接触したときに上記液体試料に溶解するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、第１層（反応試薬を含む層）と第２層（気体伝達層）とを、互いに接触させることなく、マイクロチップに予め設けておくことができる。したがって、マイクロチップが未使用である時に、反応試薬を含む層および気体伝達層の混和を防止することができる。
【００１９】
本発明によれば、液体試料の注入後に、外部環境に接した気体伝達層と、反応試薬を含む層および上記第１層と上記第２層とを分離している層が溶解することによって生じる反応層の積層構造と、をマイクロチップ内に形成することできる。よって、上記反応層における液体試料中の標的物質が関与する化学反応の速度をマイクロチップ内で促進させることができるという効果を奏する。
【００２０】
本発明者らは、本発明を完成させるに先立って、試料中のターゲット物質が関与する化学反応の速度を促進させることが可能な反応検出方法を開発した（特願２０１２−１１００４３号）。上記方法は、ターゲット物質が反応する反応層と大気などの外部環境との間に、気体伝達層を備える方法である。上記気体伝達層は、ターゲット物質が関与する化学反応に必要な気体に対して、液体試料の溶媒よりも高い透過性を有する。よって、大気から直接酸素を取り込む場合よりも、反応層への酸素の供給が加速され、反応速度を促進させることが可能となる。
【００２１】
本発明は、上述した技術よりも、以下の点において更に優れている。
【００２２】
（１）反応層をマイクロチップ内に形成した後、酸素伝達層を形成する場合において、酸素伝達層形成のためにナノリットルレベルの液量を添加する必要がなく、操作を容易に行うことができる。
【００２３】
（２）あらかじめ酸素伝達層をマイクロチップ内に形成して、標的物質を含む液体試料を比重の差を利用して酸素伝達層に下にもぐりこませる場合において、液体試料の液量がナノリットルレベルと微少であると、液体自身の表面張力などの要因が重力を相殺し、液体試料が酸素伝達層の下にもぐりこまない場合がある。しかしながら、本発明であれば、より確実に、液体試料を酸素伝達層の下にもぐりこませることができる。
【００２４】
（３）マイクロチップ内において、液体試料と反応に必要な試薬とを均質に混和するために、反応に必要な試薬をマイクロチップ内に乾燥して保持しておく場合において、酸素伝達層となる物質もあらかじめマイクロチップ内に保持すると、試薬と酸素伝達層を構成する物質とが混和して、試薬の活性に影響を及ぼす場合がある。しかしながら、本発明であれば、より確実に、上述した影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図３に示した線Ａ−Ａにおける実施形態１に係る分析マイクロチップの一例の矢視断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示した領域Ｐにおける実施形態１に係る分析マイクロチップの一例の拡大図である。図２（ｂ）は、液体試料注入後の図１に示した領域Ｐにおける実施形態１に係る分析マイクロチップの一例の拡大図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る分析マイクロチップの構造の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１の変形例に係る分析マイクロチップの一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る分析マイクロチップの構造の一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る分析マイクロチップの一例を示す分解図である。
【図７】図５に示した線Ｂ−Ｂにおける実施形態２に係る分析マイクロチップの一例の矢視断面図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るマイクロチップの反応場の一例を示す断面図である。（ａ）は、液体試料を注入する前の反応場５の構成を示しており、（ｂ）は、液体試料を注入した後の反応場５の構成を示している。
【図９】本発明の実施形態４に係るマイクロチップの構造の一例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態５に係る分析マイクロチップの構造の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示した線Ｃ−Ｃにおける実施形態５に係る分析マイクロチップの一例の矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の一形態について、詳細に説明する。本発明に係る分析マイクロチップは、液体試料中の標的物質の濃度を測定するための分析マイクロチップである。
【００２７】
なお、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。また、説明の便宜上、各図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。また、各図面に記載した構成の形状や、長さ、大きさおよび幅などの寸法は、実際の形状や寸法を反映させたものではなく、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更している。
【００２８】
〔実施形態１〕
本実施形態に係る標的物質を分析するための分析マイクロチップについて、図１〜図３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２９】
（分析マイクロチップの構造）
図３は、本実施形態に係る分析マイクロチップ１の構造の一例の概略を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１は、流路基板２および土台基板３を備え、上記二つの基板を張り合わせることによって形成される。
【００３１】
流路基板２は、分析マイクロチップ１の上部を形成する基板である。
【００３２】
土台基板３は、分析マイクロチップ１の底部を形成する基板である。土台基板３は、図３において矩形の平板として示しているが、これに限定されるものではなく、任意の形状および大きさとすることができる。
【００３３】
また、分析マイクロチップ１は、注入口４、反応場５および通気孔６の３ヶ所が窪んだ窪み構造を備えている。上記の窪み構造は、流路７によって分析マイクロチップ１の内部において空間的に連結している。図３において、上記のそれぞれの窪みの断面は円形状として示しているが、窪みの形状については特に限定されない。また、その大きさについても特に限定されない。
【００３４】
図１は、図３に示した線Ａ−Ａにおける分析マイクロチップ１の矢視断面図である。
【００３５】
分析マイクロチップ１の上部を形成する流路基板２には、３つの貫通孔が形成されている。上記流路基板２と分析マイクロチップ１の下部を形成する土台基板３とを貼り合せることで、上記貫通孔は、注入口４、反応場５および通気孔６である窪みをそれぞれ形成する。
【００３６】
また、流路基板２の下側の面には、上記各貫通孔を連結する溝が形成されている。この溝は、上記流路基板２と土台基板３とを貼り合せることで、流路７を形成する。
【００３７】
注入口４は、標的物質を含む液体試料を分析マイクロチップ１内に注入するためのものである。
【００３８】
流路７は、注入口４から反応場５へ上記液体試料を移送するためのものである。図３においては、流路７を直線状の形状として示しているが、注入口４と反応場５とをつなぐ形状であればよく、形状は特に限定されない。
【００３９】
反応場５は、液体試料中の標的物質を化学反応させる場であり、３つの層から成る層構造を備える。
【００４０】
通気孔６は、液体試料を分析マイクロチップ１に注入する時に、注入口４、反応場５および流路７の内部に存在する空気を分析マイクロチップ１の外部へ逃がすために設けられている。空気が通れば、特に、大きさおよび形状は限定されない。
【００４１】
注入口４および流路７の断面積が小さい場合（例えば、断面の面積が0.001ｍｍ2〜100ｍｍ2）などには、注入口４、反応場５および流路７の内部に存在する空気を分析マイクロチップの外部へ効率よく逃がす必要がある。このような場合には、分析マイクロチップに通気孔６が設けられていることが好ましいといえる。
【００４２】
（反応場の構成）
反応場５について図２を用いて説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、図１に示した領域Ｐにおける本実施形態に係る分析マイクロチップ１の拡大図である。
【００４４】
反応場５は、最下層として配置されている反応試薬を含む層８（第１層）、最上層として配置されている気体伝達層１０（第２層）、および、中間層として配置されている分離体層９（第３層）を有する層構造を備えている。
【００４５】
反応試薬を含む層８は、液体試料の溶媒によって溶解する。
【００４６】
さらに、反応試薬を含む層８は標的物質に対して化学反応を生じる反応試薬を含んでいる。気体伝達層１０は、標的物質が関与する化学反応において消費される気体に接しているとともに、標的物質が関与する化学反応において消費される気体の透過性が、液体試料の溶媒よりも高い液体層であり得る。分離体層９は、上記反応試薬を含む層８と上記気体伝達層１０とを分離しており、気体伝達層１０を構成する物質に対しては、不溶性であり、かつ、液体試料の溶媒に対して可溶性である。
【００４７】
上記の構成によると、反応試薬を含む層８と気体伝達層１０とを、互いに接触させることなく、分析マイクロチップに予め設けておくことができる。したがって、反応試薬を含む層８および気体伝達層１０の混和を防止することができる。さらに、液体試料の注入後に、気体（例えば、外部環境）に接した気体伝達層１０と反応層との積層構造をマイクロチップ１内に形成することができる。よって、反応層中の標的物質が関与する化学反応の速度をマイクロチップ１内で促進させることができる。
【００４８】
図２（ｂ）は、液体試料注入後の図１に示した領域Ｐにおける本実施形態に係る分析マイクロチップの一例の拡大図である。
【００４９】
注入口４から液体試料を分析マイクロチップ１内に注入すると、液体試料は流路７を通り反応場５へ流れ込む。液体試料は反応試薬を含む層８を初めに溶解し、次に、分離体層９を溶解する。上記の層の溶解によって、反応層１１が形成される。すなわち、反応場５において、下層としての反応層１１および上層としての気体伝達層１０から構成される２層構造が再構築される。上記気体伝達層１０は、気体（例えば、外部環境）に接している。
【００５０】
上記の構成によると、検出の時に、反応試薬を含む層および分離体層を液体試料が溶解し、気体（例えば、外部環境）に接した気体伝達層と反応層との積層構造をマイクロチップ１内に形成することできる。
【００５１】
次に、上記の反応場５を構成する各層について詳しく説明する。
【００５２】
（第１層：反応試薬を含む層の構成）
反応試薬を含む層８は、液体試料の分析マイクロチップへの注入前において、上記層構造の最下層として配置されている層である。反応試薬を含む層８は、液体試料の溶媒によって溶解する。さらに、標的物質に対して化学反応を生じる反応試薬を含んでいる。
【００５３】
上記反応試薬は、標的物質に対する化学反応の検出方法に応じて、適切な試薬を選択することができる。
【００５４】
例えば、上記化学反応が、酵素反応である場合、上記反応試薬は、酵素または基質であってもよい。また、上記反応試薬は、化学反応の進行に伴って発色する発色試薬を含んでもよい。
【００５５】
例えば、酵素による酸化反応においては、基本的に過酸化水素の生成が伴う。ペルオキシダーゼは、過酸化水素を基質として分解する。上記のペルオキシダーゼと過酸化水素との反応を検出するために、以下の発色試薬を用いることができる。
【００５６】
つまり、発色試薬として、テトラメチルベンジジン（TMB）、o-フェニレンジアミン（OPD）、2,2′-アジノ-ビス(3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホン酸)、トリンダー試薬（フェノールを含むフェノール性化合物またはアニリン誘導体を、カップリング剤である4-アミノアンチピリンと一緒に反応させたもの）または新トリンダー試薬（上記トリンダー試薬のアニリン誘導体に、アルキルスルホン基を導入したもの）を用いることができる。
【００５７】
上記新トリンダー試薬としては、N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-3-メトキシアニリン（ADOS（同仁化学研究所社））、N-エチル-N-スルホプロピル-3-メトキシアニリン（ADPS（同仁化学研究所社））、N-エチル-N-スルホプロピルアニリン（ALPS（同仁化学研究所社））、N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-3,5-ジメトキシアニリン（DAOS（同仁化学研究所社））、N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-3,5-ジメトキシアニリン（HDAOS（同仁化学研究所社））、N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-3,5-ジメチルアニリン（MAOS（同仁化学研究所社））、N-エチル-N-(2-ヒドロキシ-3-スルホプロピル)-3-メトキシアニリン（TOOS（同仁化学研究所社））またはN-エチル-N-スルホプロピル-3-メチルアニリン（TOPS（同仁化学研究所社））を挙げることができる。
【００５８】
上記発色試薬を本実施形態の発色試薬として用いることができる。特に、上記TOOSは単位濃度の過酸化水素と反応させた場合の色素のモル吸光係数が高く、検出感度が高いため好ましい。
【００５９】
さらに、上記反応試薬は、上記化学反応の進行に伴って蛍光を発する蛍光試薬を含んでもよい。例えば、上記の発色試薬と同様に使用できる蛍光試薬として、10-アセチル-3,7-ジヒドロキシフェノキサジン（ADHP）、Amplex Red（登録商標）（invitrogen社）、ジヒドロフルオレセイン、ジヒドロローダミンまたはジヒドロエチジウムなどを用いることができる。
【００６０】
上記の構成によると、標的物質が関与する化学反応の反応量を蛍光の強度、または、色素の濃度として検出することができる。
【００６１】
また、化学反応の検出方法として発色試薬および蛍光試薬を利用した場合、土台基板３は透明の材質を用いて形成してもよい。
【００６２】
上記の構成によると、反応試薬によって生成される蛍光の強度または色素の濃度を、土台基板３を介して吸光度を測定することによって、容易に検出することができる。
【００６３】
また、上記反応試薬は、乾燥状態であることが好ましい。
【００６４】
上記の構成によると、反応試薬の活性を安定に保持することができる。
【００６５】
上記反応試薬の乾燥状態としては特に限定されないが、例えば、反応試薬に対して１０重量％以下の水を含んでいてもよく、５重量％以下の水を含んでいてもよく、３重量％以下の水を含んでいてもよく、１重量％以下の水を含んでいてもよく、０．５重量％以下の水を含んでいてもよく、０．１重量％以下の水を含んでいてもよく、０．０１重量％以下の水を含んでいてもよい。勿論、反応試薬に含まれる水の量は少ないほど好ましく、水の量が０重量％であることが最も好ましいといえる。
【００６６】
（第２層：気体伝達層の構成）
気体伝達層１０は、上記層構造の最上層として配置されている層である。また、標的物質が関与する化学反応において消費される気体に接しているとともに、標的物質が関与する化学反応において消費される気体の透過性が、液体試料の溶媒よりも高い層である。さらに、気体伝達層１０は、最上層として配置されているために、外部環境（大気）に接することができ、標的物質が関与する化学反応が進行する時に、化学反応において消費される気体を、例えば大気中から反応層１１に供給することができる。
【００６７】
気体の透過性は、溶解度と拡散係数とから算出される。上記の拡散係数は、固体よりも液体の方が格段に大きいので、液体試料よりも高い透過性を有する材料として、固体よりも液体を用いることが好ましい。よって、気体伝達層１０は、標的物質に対する化学反応において消費される気体に対して、液体試料の溶媒よりも高い透過性を有する液体層であることが好ましい。
【００６８】
また、気体伝達層１０は、分析マイクロチップ１への液体試料の注入によって形成される反応層１１と混和しない物質から構成され得る。
【００６９】
上記の構成によれば、液体試料によって分離体層９が溶解するので、特別な処理を必要とせず容易に、反応層１１と気体伝達層１０とを接触させることが可能となる。
【００７０】
また、気体伝達層１０は、分離体層９の上層として形成される。本実施形態の場合、開口した反応場５の上部は開口しており、当該開口から気体伝達層１０を構成する物質を滴下し、気体伝達層１０を形成することができる。
【００７１】
上記気体伝達層１０を形成する物質としては、光透過性を有していることが好ましい。
【００７２】
上記の構成によれば、気体伝達層１０が光透過性を有するので、反応層１１の化学反応の進行を光学的に測定することができる。
【００７３】
さらに、気体伝達層１０は、シリコンオイルによって構成されることが好ましい。
【００７４】
シリコンオイルは酸素、二酸化炭素および窒素に対して高い透過性を有する。また、シリコンオイルは光透過性を有し、かつ化学的に安定な性質を有する。さらに、乾燥による蒸発に対する耐性も大きい。よって、シリコンオイルを用いれば、気体伝達層１０を、安定的に蒸発の影響も少なく分析マイクロチップに保存することができる。さらに、シリコンオイルは光透過性を有しているため、反応層１１の光学的測定に適した気体伝達層１０を形成することできる。
【００７５】
（第３層：分離体層の構成）
分離体層９は、上記反応試薬を含む層８と上記気体伝達層１０とを分離しており、気体伝達層１０を構成する物質に対しては、不溶性であり、かつ、液体試料の溶媒に対して可溶性である。また、標的物質が関与する化学反応に影響を与えない物質から形成される。
【００７６】
上記の構成によると、上記反応試薬を含む層８と上記気体伝達層１０とを安定的に分離し保持することが可能となる。よって、上記反応試薬を含む層８と上記気体伝達層１０との積層構造を安定的に保持することが可能となる。
【００７７】
生化学分析や医療分野における分析の場合、液体試料としては、全血や血漿、血清、尿などが挙げられ、この場合には水が溶媒となる。また、上述したように、気体伝達層１０の好適な素材として、シリコンオイルが挙げられる。したがって、分離体層９は、水溶性で、かつ、シリコンオイルに対して不溶性である物質によって構成されることが好ましい。具体的には、分離体層９としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、オブラート、化学修飾によって水溶性の性質を付加した物質が挙げられる。上記化学修飾によって水溶性の性質は、例えば、変性ポリアミド（ＡＱナイロン（東レ社））、酢酸基を水酸基に置換したポリ酢酸ビニル（ボバール（登録商標）（クラレ社））などが挙げられる。
【００７８】
液体試料の溶媒がメタノール、エタノール、イソプロパノール、プロパノールなどの炭素数の小さいアルコールの場合、分離体層９は、上記アルコールに溶解性を有し、かつ、シリコンオイルに対して不溶性である物質によって構成されることが好ましい。具体的には、分離体層９としては、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン（トレジン（登録商標）（ナガセケムテックス社））、変性ポリアミド（ＡＱナイロン（東レ社））などが挙げられる。
【００７９】
また、その他の液体試料の溶媒としては、エチレングリコール、グリセリンなどが挙げられる。
【００８０】
上記に例として挙げた分離体層９を形成する物質は、分離体層９が液体試料の溶媒に溶解されても、標的物質が関与する化学反応に対して影響を及ぼさない。
【００８１】
また、分離体層９は、膜形状に構成されても良い。
【００８２】
膜形状である分離体層９の形成方法として、上述した分離体層９を構成する物質をフィルム状に形成して、反応試薬を含む層８上に載せてもよいし、上述した分離体層９を構成する物質を液体状のまま反応試薬を含む層８の上に塗布し、当該物質を乾燥させて分離体層９を形成してもよい。
【００８３】
上記の構成によると、分離体層９は、膜形状であるために、注入された液体試料に速やかに溶解することができる。よって、標的物質が関与する化学反応を検出するための時間を短縮することができる。
【００８４】
さらに、本実施形態に係る分析マイクロチップ１をアルミパウチのような密封空間に保存してもよい。
【００８５】
上記の構成によると、本実施形態に係る分析マイクロチップを光から遮断することができ、反応試薬を含む層８、分離体層９、気体伝達層１０に含まれる各成分の機能を保持することができる。
【００８６】
反応試薬を含む層８、分離体層９および気体伝達層１０に含まれる各成分の機能を保持するための、本発明に係る分析マイクロチップの他の構成を、図４を用いて説明する。
【００８７】
（変形例１）
図４は、本実施形態の変形例に係る分析マイクロチップの一例を示す断面図である。
【００８８】
実施形態１において上述した分析マイクロチップ１は、反応場５の上部が開口している構成であったが、本変形例に係る分析マイクロチップ１ｂは、反応場５の上部に蓋部１２を備える構成である。
【００８９】
なお、反応場５の詳しい構成は、図４においては省略している。
【００９０】
上記の構成によると、本実施形態に係る分析マイクロチップを光から遮断することができる、よって、反応試薬を含む層８、分離体層９および気体伝達層１０に含まれる各成分の機能を保持することができる。
【００９１】
さらに、本変形例に係る分析マイクロチップ１ｄをアルミパウチのような密封空間に保存してもよい。
【００９２】
〔実施形態２〕
上述の実施形態１に係る分析マイクロチップは、土台基板３および流路基板２の２枚の基板で形成される構成である。一方で、本実形態に係る分析マイクロチップ１ｃは、３枚の基板によって形成される構成である。
【００９３】
（分析マイクロチップの構造）
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｃの一例を図５〜図７を用いて説明する。
【００９４】
図５は、本実施形態に係る分析マイクロチップの概略構造の一例を示す斜視図である。
【００９５】
また、図７は、図５に示した線Ｂ−Ｂにおける本実施形態に係る分析マイクロチップの一例の矢視断面図である。
【００９６】
分析マイクロチップ１ｃは、土台基板３、流路基板２１および蓋基板２２を備え、上記３つの基板を張り合わせることによって形成される。
【００９７】
図６は、本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｃを示す分解図である。
【００９８】
土台基板３は分析マイクロチップ１ｃの底部を形成する基板である。
【００９９】
流路基板２１は、土台基板３と蓋基板２２との間に挟まれる基板であり、注入口４、反応場５、通気孔６、流路７の形状が型抜きされている。
【０１００】
蓋基板２２は、分析マイクロチップ１ｃの上部を形成し、注入口４、反応場５および通気孔６の形状が型抜きされている。
【０１０１】
上記３つの基板を張り合わせることによって、注入口４、反応場５、通気孔６、流路７が形成される。
【０１０２】
上記の構成によれば、各基板に形成された各構成の位置を合わせた状態で各基板を貼り合せることによって、分析マイクロチップ１ｃを形成することができる。よって、簡便な加工で分析マイクロチップ１ｃを形成することができる。
【０１０３】
また、標的物質が関与する化学反応の検出に光学的検出を使用する場合は、必要に応じて、上記の各基板を透明な素材によって構成してもよい。当該透明な素材の具体例としては特に限定されないが、例えば、ガラス、石英、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリカーボネート、環状オレフィン・コポリマー（COC）樹脂またはポリスチレンを挙げることができる。
【０１０４】
上記の各基板の素材としてプラスチック（メタクリル樹脂、PET、ポリカーボネート、COC樹脂またはポリスチレン）を用いた場合、加工が容易となり、また安価に作製することができる。その中でも、メタクリル樹脂は透明性が高いので光学検出において好ましい。
【０１０５】
また、蛍光検出においては、自家蛍光が小さいため、ガラス、石英またはCOC樹脂が好ましい。
【０１０６】
〔実施形態３〕
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｄは、反応試薬を含む層８ｂに担持体が含まれる構成である。
【０１０７】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｄについて、図８を用いて説明する。
【０１０８】
（反応場５の構造）
図８は、本実施形態に係る分析マイクロチップの反応場の一例を示す断面図である。（ａ）は、液体試料を注入する前の反応場の構成を示しており、（ｂ）は、液体試料を注入した後の反応場の構成を示している。
【０１０９】
反応試薬を含む層８ｂは担持体を含んでおり、上記担持体は、反応試薬を安定的に担持する。
【０１１０】
上記分析マイクロチップ１ｄに液体試料が注入されると、液体試料の溶媒によって担持体に保持されている反応試薬は溶解する。
【０１１１】
担持体は、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフロライド、セルロースアセテート、セルロースなどから構成されるメンブレン、および、ゼラチンやアガロース、寒天、ポリアクリル酸ナトリウムなどから構成される高分子ゲルなどが好ましい。
【０１１２】
上記メンブレンおよび上記ゲルを構成する素材として例示した物質は、安定的な性質を有している。よって、反応試薬の長期保存に適している。
【０１１３】
また、反応試薬を反応場５の底面に直接保持するよりも担持体を用いて保持する方が、反応試薬が占める表面積が大きくなる。よって、反応試薬が液体試料に溶解しやすくなる。
【０１１４】
さらに、担持体が反応試薬を分散して担持することによって、液体試料による溶解が均質に進行し、反応のばらつきが抑えられる。
【０１１５】
さらに、高分子ゲルを担持体をとして用いた場合、液体試料試によって膨潤すると光透過性を有する。よって、標的物質に対する化学反応の検出に光学的検出を使用することができる。
【０１１６】
上述した担持体の具体例の中では、ポリエーテルスルホンは安定的な性質を有しておりかつ、担持した試薬の劣化を抑制することができるため好ましい。ポリエーテルスルホンは、特に、反射光に基づいた測定に適している。また、アガロースは生体分子の保存に適しているため、生化学的な分析に好ましい。
【０１１７】
〔実施形態４〕
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｅは、反応場５に電気化学検出用の電極４１と、電極４１を外部検出装置につなぐための電極パッド４２とを備えている。
【０１１８】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｅについて、図９を用いて説明する。
【０１１９】
（反応場５の構造）
図９は、本実施形態に係る分析マイクロチップの概略構造の一例を示す斜視図である。
【０１２０】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｅは、電気化学検出用の分析マイクロチップである。上記分析マイクロチップ１ｅにおける図示しない反応試薬を含む層には、標的物質が関与する化学反応に伴って、電気化学的活性物質を生成するための試薬が含まれている。
【０１２１】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｅは、上記電気活性化学物質を検出するための電極４１と、電極４１を外部検出装置につなぐための電極パッド４２とを備えている。
【０１２２】
上記電極４１は、反応場５の底面に備わっており、電極４１は、少なくとも、作用電極および対電極によって構成され得る。
【０１２３】
上記の構成によれば、標的物質が関与する化学反応の進行に伴って生成される電気化学的活性物質を、外部の電極を反応系に挿入することなく、検出が可能となる。
【０１２４】
さらに、反応場５において、参照電極を備えることが好ましい。
【０１２５】
上記の構成によれば、参照極を用いて、より精度の高い検出を行うことができる。
【０１２６】
電極パッド４２は、電極４１と電気的に連結しており、電極４１を外部検出装置につなぐためのものである。
【０１２７】
（土台基板３ｂの構造）
図９によると、本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｅは、流路基板２および土台基板３ｂを備え、上記二つの基板を張り合わせることによって形成される。土台基板３ｂおよび流路基板２は矩形であり、土台基板３ｂおよび流路基板２の長手方向の長さは同じである。一方で、他の辺の長さは流路基板２よりも土台基板３ｂが長い。電極パッド４２は、土台基板３ｂ上の、土台基板３ｂと流路基板２とが重なりあっていない領域の上面に備えられ得る。
【０１２８】
また、電極パッド４２をクリップ等で外部検出装置と接触させてもよい。
【０１２９】
電極４１の作用電極および対電極、電極パッド４２の素材は、例えば、金属、カーボン、グラファイトなどの導電性材料を用いることができる。電極４１の参照電極としては、一般的に参照電極として使われている銀・塩化銀電極を使用することができる。
【０１３０】
〔実施形態５〕
本実施形態に係る分析マイクロチップは、気体伝達層を形成するための、気体伝達層形成用注入口、および、気体伝達層形成用通気孔を備え得る。
【０１３１】
本実施形態に係る分析マイクロチップについて、図１０および図１１を用いて説明する。
【０１３２】
（分析マイクロチップの構造）
図１０は、本実施形態に係る分析マイクロチップの構造の概略の一例を示す斜視図である。
【０１３３】
本実施形態に係る分析マイクロチップ１ｆは、流路基板２ｂおよび土台基板３を備え、上記２つの基板を張り合わせることによって形成される。分析マイクロチップ１ｆは、気体伝達層形成用注入口５１および、気体伝達層形成用通気孔５２を備えている。
【０１３４】
気体伝達層形成用注入口５１は、図示しない気体伝達層を形成するための物質を反応場５内に注入するための開口部である。気体伝達層形成用注入口５１の形状は、図１０においては円形として示しているが、気体伝達層を形成する物質を注入できる形状であれば特に限定されない。また、その大きさも、気体伝達層を形成する物質を注入できる大きさであれば特に限定されない。
【０１３５】
気体伝達層形成用通気孔５２は、気体伝達層を形成する物質を反応場５に注入する時、反応場５内の空気を逃がすための穴である。気体伝達層形成用通気孔５２の形状および大きさは、空気が通る形状および大きさであればよく、特に限定されない。
【０１３６】
（流路基板２ｂの構造）
図１１は、図１０に示した線Ｃ−Ｃにおける本実施形態に係る分析マイクロチップの一例の矢視断面図である。
【０１３７】
図１１に示すように、流路基板２ｂは、気体伝達層形成用注入口５１および気体伝達層形成用通気孔５２から流路基板２ｂの内部を通り反応場５に空間的につながる２つの反応場連結流路５３を備え得る。
【０１３８】
上記反応場連結流路５３は、気体伝達層形成用注入口５１と反応場５とを空間的につなぐ形状、または、気体伝達層形成用通気孔５２と反応場５とを空間的につなぐ形状であれば、特に限定されるものではない。反応場連結流路５３は、反応場５に設けられた分離体層９よりも高い位置に形成されることが好ましい。
【０１３９】
上記の構成によると、反応場５に分離体層９を形成した後に、気体伝達層形成用注入口から気体伝達層形成用物質を注入することで、分離体層９の上層として気体伝達層を形成することができる。
【０１４０】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るマイクロチップは、液体試料中に含まれる標的物質と、気体と、を化学反応させるための反応場と、上記液体試料を注入するための注入口と、上記注入口から上記反応場へ上記液体試料を移送するための流路とを備えており、上記反応場は、上記標的物質と化学反応を生じる反応試薬を含んでいる第１層（反応試薬を含む層）と、上記気体に接しているとともに、上記気体を透過させる第２層（気体伝達層）と、上記第１層と上記第２層との間に設けられているとともに、上記第１層と上記第２層とを分離している第３層（分離体層）とを備えており、上記第３層は、上記液体試料と接触したときに上記液体試料に溶解する。
【０１４１】
上記の構成によれば、反応試薬を含む層と気体伝達層とを接触させることなく、分析マイクロチップに予め設けておくことができる。したがって、反応試薬を含む層および気体伝達層の混和を防止することができる。さらに、液体試料の注入後に、外部環境に接した気体伝達層と、反応試薬を含む層および分離体層が溶解することによって生じる反応層との積層構造をマイクロチップ内に形成することできる。よって、上記反応層における液体試料中の標的物質に対する化学反応速度をマイクロチップ内で促進させることができる。
【０１４２】
本発明の態様２に係るマイクロチップは、上記態様１において、上記流路は、上記反応場へ移送される上記液体試料を、上記第１層および上記第３層の少なくとも一方に対して供給するものであってもよい。
【０１４３】
上記の構成によれば、検出の時に、反応試薬を含む層および分離体層を液体試料が溶解し、外部環境に接した気体伝達層と反応層との積層構造をマイクロチップ内に形成することできる。
【０１４４】
本発明の態様３に係るマイクロチップは、上記態様１または２において、上記第３層は、上記液体試料に対して可溶性であり、かつ、上記第２層を形成する物質に対して不溶性であってもよい。
【０１４５】
上記の構成によれば、上記反応試薬を含む層と上記気体伝達層を安定的に分離し保持することが可能となる。よって、上記反応試薬を含む層と上記気体伝達層の積層構造を安定的に保持することが可能となる。
【０１４６】
本発明の態様４に係るマイクロチップは、上記態様１〜３の何れかにおいて、上記第３層は、ポリビニルアルコール、オブラート、変性ポリアミド、酢酸基を水酸基に置換したポリ酢酸ビニルまたはＮ−メトキシメチル化ナイロンによって形成されていてもよい。
【０１４７】
本発明の態様５に係るマイクロチップは、上記態様１〜４の何れかにおいて、上記第２層は、シリコンオイルによって形成されてもよい。
【０１４８】
上記の構成によれば、シリコンオイルは酸素、二酸化炭素および窒素に対して高い透過性を有する。また、シリコンオイルは光透過性を有し、かつ化学的に安定な性質を有する。さらに、乾燥による蒸発に対する耐性も大きい。よって、気体伝達層を安定的に蒸発の影響も少なく分析マイクロチップに保存することができる。さらに、光透過性を有しているため、反応層１１の光学的測定に適した気体伝達層を形成することできる。
【０１４９】
本発明の態様６に係るマイクロチップは、上記態様１〜５の何れかにおいて、上記化学反応は、酵素反応であり、上記反応試薬は、酵素または基質であってもよい。
【０１５０】
本発明の態様７に係るマイクロチップは、上記態様１〜６の何れかにおいて、上記第３層が、膜形状であってもよい。
【０１５１】
上記の構成によれば、分離体層は、膜形状のため、注入された液体試料に速やかに溶解することができる。よって、標的物質に対する化学反応を検出するための時間を短縮することができる。
【０１５２】
本発明の態様８に係るマイクロチップは、上記態様１〜７の何れかにおいて、上記第１層は、上記反応試薬を担持させるための担持体を備えていてもよい。
【０１５３】
上記の構成によれば、担持体を備える構造においては、反応試薬が占める表面積が大きくなる。よって、反応試薬が液体試料に溶解しやすくなる。
【０１５４】
さらに、担持体が反応試薬を分散して担持することによって、液体試料による溶解が均質に進行し、反応のばらつきが抑えられる。
【０１５５】
本発明の態様９に係るマイクロチップは、上記態様８において、上記担持体は、膜形状であってもよい。
【０１５６】
上記の構成によれば、上記メンブレンを構成する素材として安定的な性質を有する物質を用いることによって、反応試薬を長期に保存することが可能になる。
【０１５７】
本発明の態様１０に係るマイクロチップは、上記態様８または９において、上記担持体は、高分子ゲルによって形成されていてもよい。
【０１５８】
上記の構成によれば、上記ゲルを構成する素材として安定的な性質を有する物質を用いることによって、反応試薬を長期に保存することが可能になる。さらに、高分子ゲルを担持体をとして用いた場合、高分子ゲルが液体試料試によって膨潤すると光透過性を有する。よって、標的物質に対する化学反応の検出に光学的検出を使用することができる。
【０１５９】
本発明の態様１１に係るマイクロチップは、上記態様１〜１０の何れかにおいて、上記第２層は、光透過性を有していてもよい。
【０１６０】
上記の構成によれば、上記第２層が光透過性を有するので、反応層の化学反応の進行を光学的に測定することができる。
【０１６１】
本発明の態様１２に係るマイクロチップは、上記態様１１において、上記反応試薬は、上記化学反応の進行に伴って発色する発色試薬を含んでいてもよい。
【０１６２】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の反応量を上記反応試薬の色素の濃度によって検出することができる。
【０１６３】
本発明の態様１３に係るマイクロチップは、上記態様１１において、上記反応試薬は、上記化学反応の進行に伴って蛍光を発する蛍光試薬を含んでいてもよい。
【０１６４】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の反応量を上記反応試薬の蛍光強度によって検出することができる。
【０１６５】
本発明の態様１４に係るマイクロチップは、上記態様１〜１０の何れかにおいて、上記反応場には、電気化学活性物質を検出するための電極が設けられていてもよい。
【０１６６】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の反応量を電気的に検出することができる。
【０１６７】
本発明の態様１５に係るマイクロチップは、上記態様１４において、上記反応試薬は、上記化学反応の進行に伴って電気化学的活性物質を生成する電気化学的活性試薬を含んでいてもよい。
【０１６８】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の進行にしたがって生成する電気化学的活性物質を、外部の電極を系に挿入することなく、検出が可能となる。
【０１６９】
本発明の態様１６に係るマイクロチップは、上記態様１〜１５の何れかにおいて、上記反応場には、上記反応場の内部に存在する空気を上記マイクロチップの外部へ逃がすための通気孔が設けられていてもよい。
【０１７０】
本発明の態様１７に係る分析方法は、上記態様１〜１５の何れかのマイクロチップを用いた、液体試料中に含まれる標的物質の分析方法であって、上記注入口から上記反応場へ、標的物質を含む液体試料を導入する導入工程と、上記反応場にて生じる化学反応を検出する検出工程と、を含んでもよい。
【０１７１】
上記の構成によれば、反応試薬を含む層と気体伝達層とを接触させることなく、分析マイクロチップに予め設けておくことができる。したがって、反応試薬を含む層および気体伝達層の混和を防止することができる。さらに、液体試料の注入後に、外部環境に接した気体伝達層と反応層との積層構造をマイクロチップ内に形成することできる。よって、反応層における液体試料中の標的物質に対する化学反応速度をマイクロチップ内で促進させることができる。
【０１７２】
本発明の態様１８に係る分析方法は、上記態様１７において、上記化学反応は、発色反応、または、蛍光反応であってもよい。
【０１７３】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の反応量を上記反応試薬の色素の濃度または、蛍光強度によって検出することができる。
【０１７４】
本発明の態様１７に係る分析方法は、上記態様１７において、上記化学反応は、電気化学活性物質を生成する反応であってもよい。
【０１７５】
上記の構成によれば、標的物質に対する化学反応の反応量を電気的に検出することができる。
【０１７６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、医療分野や生化学分野における生体試料の分析に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１・１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ・１ｅ・１ｆ    分析マイクロチップ（マイクロチップ）
４    注入口
５    反応場
７    液体試料を移送するための流路
８・８ｂ    反応試薬を含む層（第１層）
９    分離体層（第１層と第２層とを分離している第３層）
１０    気体伝達層（気体を透過させる第２層）
【図１】
2014142245.tif 000003
【図２】
2014142245.tif 000004
【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】
2014142245.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014142245.tif 000011
【図１０】
2014142245.tif 000012
【図１１】
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