(57)【要約】【課題】  流体制御検出装置に検査チップを組み込んで必要な情報を自動的に検出するようにしたマイクロ総合分析システムにおいて、マイクロポンプから供給される作動流体３１が検体あるいは試薬と混合してしまうことを可及的に防止するマイクロ総合分析システムを提供する。【解決手段】  検査チップ１内にマイクロポンプから作動流体を供給することにより、試薬と検体とを合流させ、この混合された混合液内の情報を検出部７に配置された検出手段８により自動的に検知するようにしたマイクロ総合分析システムであって、  マイクロポンプから供給される作動流体３１と試薬３３との間、あるいはマイクロポンプから供給される作動流体３１と検体との間に、作動流体３１、試薬３３、および検体と異なる他の流体を介在させ、当該他の流体３５を先頭にして作動流体を検査チップ１側に送液するようにしたことを特徴としている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象となる検体が収容される検体収容部、前記検体に加えられる試薬が収容される試薬収容部、前記検体収容部に収容された検体と前記試薬収容部に収容された試薬とを混合する微細流路を備えるとともに、当該検査チップ本体における流体の流れ方向上流側に配置されたマイクロポンプから前記検体収容部および前記試薬収容部に作動流体を供給することにより、前記試薬と前記検体とを合流させ、この混合液内の情報を検出部に配置された検出手段により自動的に検知するようにしたマイクロ総合分析システムであって、
前記マイクロポンプから供給される作動流体と前記試薬との間、あるいは前記マイクロポンプから供給される作動流体と前記検体との間に、前記作動流体、前記試薬、および前記検体と異なる他の流体を介在させ、当該他の流体を先頭にして前記作動流体を前記検査チップ側に送液するようにしたことを特徴とするマイクロ総合分析システム。
【請求項２】
前記他の流体は、液体もしくは気体のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ総合分析システム。
【請求項３】
前記他の流体が液体である場合、その流体の前記試薬に対する溶解度が５％以下であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ総合分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体と試薬との混合などが微細流路内で行われる検査チップを流体制御検出装置内に組み込んで検査チップ内の必要とされる情報を自動的に検知するマイクロ総合分析システムに関するもので、詳しくは、マイクロポンプによって送られる微少量の作動流体と試薬、あるいは作動流体と検体とのコンタミを可及的に防止することを可能とするマイクロ総合分析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、セ
ンサーなど)を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている。
【０００３】
これは、μ−ＴＡＳ(Micro Total Analysis System)、バイオリアクタ、ラブ・オン・
チップ(Lab-on-chips)、バイオチップなどとも呼ばれ、医療検査・診断分野、環境測定分野、農産物製造分野などでその応用が期待されている。
【０００４】
とりわけ遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作などが必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムとしての検査チップは、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることができるので、その恩恵は多大と言える。
【０００５】
臨床検査を始めとする各種検査を行う現場では、場所を選ばず迅速に結果を出すこれらの検査チップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。一方、検査チップではそのサイズ、形態からの厳しい制約を受けるため、シンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが要求される。そのため、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。これに好適なマイクロポンプシステムを本発明者らはすでに提案している（特許文献１および特許文献２）。
【０００６】
また、試料の必要量を極少量とし、必要とされる試薬量も少なくて済む分析の微量化を図ることは、検査チップに求められる最大課題である。これを実現するには、混合流路もしくは反応室で液体（検体および試薬）同士を効率良く混合する必要がある。加えて微量の反応生成物を高感度でしかも簡便に検出、または定量できる機構も必要とされている。
【０００７】
そこで、上記のマイクロポンプシステムを装置筐体内に配置した検査装置内に検査チップをセットすることにより、情報の自動分析を可能としたマイクロ総合分析システムが提案されている。
【０００８】
このようなマイクロ総合分析システムにおいて、例えば、検査チップは、検査対象となる液体状の検体と、該検体の情報を検知するための試薬とが、予め別々の部位に収容され、さらに、これらの検体収容部と試薬収容部とが液通路で連通され、上流側から作動流体が供給されることによりこの連通路内で検体と試薬とが混合され、下流に向かって送液されながら効率良く反応される構造となっている。
【特許文献１】特開２００１−３２２０９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、検体と試薬などが収容された検査チップを、上記のマイクロポンプなどを備えた流体制御検出装置内に組み込んで、作動流体の移動に伴って検体と試薬とを合流させ、合流後の検査チップ内の必要とされる情報を自動的に検知するようにしたマイクロ総合分析システムでは、作動流体の流れに伴って、検体および試薬を下流の混合流路に別々の通路を介して導く構造である。したがって、例えば、図７に矢印で示したように、図の左方から図の右方に至る作動流体３１の流れにより試薬３３を液通路４ａの右方に送液する場合について考慮すると、作動流体３１の液通路４ａ内での中央部付近の抵抗が最も少ないことからこの中央部付近で作動流体３１が最も速くなる傾向がある。よって、この領域Ｋでは、作動流体３１と試薬３３とのコンタミが生じ、試薬３３の一部は、試薬としての機能が損なわれてしまう虞がある。よって、必要以上の試薬３３を供給しなければならなくなる場合があった。
【００１０】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、流体制御検出装置に検査チップを組み込んで必要な情報を自動的に検出するようにしたマイクロ総合分析システムにおいて、マイクロポンプから供給される作動流体が検体あるいは試薬と混合してしまうことを可及的に防止するマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係るマイクロ総合分析システムは、
検査対象となる検体が収容される検体収容部、前記検体に加えられる試薬が収容される試薬収容部、前記検体収容部に収容された検体と前記試薬収容部に収容された試薬とを混合する微細流路を備えるとともに、当該検査チップ本体における流体の流れ方向上流側に配置されたマイクロポンプから前記検体収容部および前記試薬収容部に作動流体を供給することにより、前記試薬と前記検体とを合流させ、この混合液内の情報を検出部に配置された検出手段により自動的に検知するようにしたマイクロ総合分析システムであって、
前記マイクロポンプから供給される作動流体と前記試薬との間、あるいは前記マイクロポンプから供給される作動流体と前記検体との間に、それぞれ前記作動流体、前記試薬、および前記検体と異なる他の流体を介在させ、当該他の流体が先頭になって前記作動流体が前記検査チップ側に送液されるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
このような構成の本発明によれば、第３の流体により、作動流体と試薬との間に、境界面を構成するので、この第３の流体が壁になって混合を可及的に防止することができる。
ここで、本発明では、前記他の流体は、液体もしくは気体のいずれであっても良い。
【００１３】
さらに、本発明は、前記他の流体が液体である場合、その流体の前記試薬に対する溶解度が５％以下であることが好ましい。
このような構成であれば、混合をさらに効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るマイクロ総合分析システムによれば、作動用の流体と試薬との間に、常に第３の流体が介在され、この第３の流体により、境界面が構成されるので、作動流体と試薬、あるいは作動流体と検体との混合を可及的に防止することができる。
【００１５】
したがって、試薬および検体の最少量化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るマイクロ総合分析システムを示したものである。
このマイクロ総合分析システム１０は、樹脂製の一枚のチップからなる検査チップ１と、この検査チップ１を所定位置にセットして、必要な情報を検査する流体制御検出装置２
とから構成されている。
【００１７】
検査チップ１は、例えば、血液または喀痰などから抽出された遺伝子検体を注入することにより、チップ内でＩＣＡＮ法などによる遺伝子増幅反応およびその検出を自動的に行い複数の遺伝子について同時に遺伝子診断ができるように構成されたものである。この検査チップ１は、縦横の長さが数センチのチップであり、このチップ内に例えば、２〜３μＬ程度の血液検体を滴下し、その後、流体制御検出装置２内に装着するだけで、自動的に増幅反応およびその検出ができる構成となっている。
【００１８】
検査チップ１は、プラスチック樹脂、ガラス、シリコーン、セラミックスなどの適宜な部材を組み合わせた積層体により形成されるもので、好ましくは、加工が容易で安価、かつ焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂によって形成される。
【００１９】
例えばポリスチレン樹脂は、成型性に優れ、ストレプトアビジンなどを吸着する傾向が強く、微細流路上に検出部位を容易に形成することができる。また、蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、検査チップ１の表面は透明となっていることが必要である。
【００２０】
このような検査チップ１の構造を概略的に示せば、図２に示したように構成されている。
すなわち、この検査チップ１は、ＤＮＡ増幅試薬の収容部４の上流から、作動流体により試薬を送り出し、Ａ，Ｂ，Ｃの３つの流路に３分割した後、検体が収容された検体収容部３ａと、ポジティブコントロールが収容されたポジティブコントロール収容部３ｂと、ネガティブコントロールが収容されたネガティブコントロール収容部３ｃのそれぞれの上流に設けた開口から作動流体を導入し、その導入された作動流体により、検体３ａ、ポジティブコントロール３ｂ、ネガティブコントロール３ｃを押出すことにより、検体中のＤＮＡ、ポジティブコントロールおよびネガティブコントロールが上記したＤＮＡ増幅試薬と混合される。そして、増幅反応部１１において、所定温度、所定時間で増幅反応が行なわれた後、それぞれが２分割され、検出部７に供給される。検出部７で増幅されたＤＮＡは、ここで固定化され、それぞれ検体ＤＮＡ増幅検出試薬とインターナルコントロール増幅検出試薬により染色され、その染色度合いを、例えば、ＬＥＤなどの発光素子８ａと受光素子８ｂなどからなる光学的検出装置により、必要な情報が取り出され、標的のＤＮＡの有無を判定する。なお、検出部７の下流には、検出後の混合廃液を貯留するための廃液収容部に通じる排出部９が形成されている。なお、各液通路には、エアー抜きや液体の合流のタイミングを合わせるための撥水バルブや混合状態が不安定な先頭部を破棄する機構などが設けられ、液体が精密に流れることができるように構成されている。
【００２１】
一方、図１に示したように、検査チップ１が着脱自在に装着される検査装置としての流体制御検出装置２は、任意の場所で検査を行うことができるように、軽量小型化が達成されている。また、パネル面に検査チップ１を挿入するための入口１４と、検出結果を外方に表示するための表示部１８とが形成されている。入口１４には、検査チップ１を載置して装置本体１２の内方へ案内するための検査チップ搬送トレイ２２が装置本体１２の内方に向かって出没自在に配置され、この検査チップ搬送トレイ２２を矢印方向に手で操作するか、あるいは図示しない制御盤からボタン操作を行うことにより、この搬送トレイ２２の移動とともに検査チップ１が装置本体１２の内方に案内される構造となっている。つまり、装置本体１２の所定位置に配置された検査チップ接続部と、検査チップ１のマイクロポンプ接続部とがドッキングされ、そこから作動流体の供給が検査チップ１側に行われて、装置本体１２内で検査対象の検出が行われるようになっている。
【００２２】
流体制御検出装置２の装置本体１２内には、図３および図４に示したように、上記検査
チップ１内に作動流体を供給するマイクロポンプを備えたポンプユニット２６と、検査チップ１内の混合液の情報を検知する検出ユニット８と、検査チップ１の試薬収容部や反応部などの所定部位における温度を所定の温度に設定する温度制御ユニット３８などからなる主要検出ユニット６０が具備されている。また、ポンプユニット２６の下流には、検査チップ接続部６４が形成され、この検査チップ接続部６４から検査チップ１側に作動用の流体が供給される。
【００２３】
さらに、ポンプユニット２６の上流側には、マイクロポンプの駆動を制御するポンプ制御装置２８と、作動流体３１を貯留する作動流体貯留タンク３０とが設けられている。
なお、上記マイクロポンプとしてはピエゾポンプが用いられることが好ましい。
【００２４】
このようなピエゾポンプによれば、ポンプの駆動電圧および周波数を変えることにより液体の送液方向、送液速度を制御することができる。
主要検出ユニット６０では、ポンプ制御装置２８からの指令信号に従って、作動流体貯留タンク３０から作動流体３１がポンプユニット２６に供給され、このポンプユニット２６のマイクロポンプから、下流に設けられた検査チップ接続部６４を介して検査チップ１側に作動流体３１が供給され、この作動流体３１が検体収容部３または試薬収容部４へ供給される。
【００２５】
その後、図２に示したように、検体収容部３ａ内の検体と、試薬収容部４内の試薬とがＹ字流路を介して合流して混合され、図３に示した温度制御ユニット３８により所定の温度に昇温され、反応が促進され、しかる後、光学的検出装置８により反応が検出される。
【００２６】
このようなマイクロ総合分析システム１０では、検査チップ１を流体制御検出装置２内に組み込んだときに、液通路などを連通させ、さらに液漏れなどが生じないようにするため、検査チップ１側のマイクロポンプ接続部１ａと、流体制御検出装置２側の検査チップ接続部６４とを密接に接続する必要がある。
【００２７】
本実施例のマイクロ総合分析システム１０は上記のように構成されているが、本実施例では、さらに、図６に矢印で示したように、作動流体３１により試薬３３を液通路４ａの右方に向かって送液する場合に、作動流体３１と試薬３３とが不用意に混合しないように、作動流体３１の先頭部分に、第３の流体３５が介在されている。この第３の流体３５は、試薬３３とは異なる流体である。第３の流体３５は、液体あるいは気体であっても良い。本実施例では、液体が充填されている。この液体３５は、試薬３３に対する溶解度が５％以下であることが好ましい。
【００２８】
このような流体３５が境界面に介在されることにより、作動流体３１が図６の左方から図６の右方に向かって送液される場合に、当該作動流体３１が試薬３３に対して不用意に混合されることが防止される。第３の流体３５として、具体的には、検査対象物の検出結果に影響の少ない液体が採用され、例えば粘性の高いオイルなどを用いることができる。
【００２９】
このような流体３５が介在されることにより、試薬３３が作動流体３１に混合されることを防止しながら、試薬３３を液通路４ａの下流方向に送液することができる。
図５は、２種類の試薬Ａ，Ｂを供給する部分を取り出した検査チップ８０を示したもので、この検査チップ８０では、図６に示したように、作動流体３１と試薬３３とのコンタミ防止機構が具備されている。
【００３０】
この検査チップ８０では、試薬供給用の２本の流路ａ，ｂが並列的に形成されている。２種類の試薬Ａ，Ｂは、試薬挿入用の開口７２，７４などから流路ａ，ｂ内に供給され、予め所定量が注入されている。
【００３１】
そして、この検査チップ８０では、図外のマイクロポンプから送出される作動流体３１が開口８２，８４，８６に供給されると、作動流体３１の流れにより各試薬Ａ，Ｂが独立した流路ａ，ｂを介して下流側に送液され、その後、合流部５２で試薬Ａ，Ｂが合流された後、下流の微細流路ｃ、ｄ内において効率良く混合され、さらに送出口５４から外部に送出され、図外の検体収容部に収容された生体物質などの検体と混合されるものである。
【００３２】
このような検査チップ８０では、開口８２，８４，８６から供給される作動流体３１が流路ａ，ｂ内の途中において、試薬Ａ，Ｂと不用意に混合しないように、作動流体３１の先頭部分に、第３の流体が３５が介在されている。
【００３３】
すなわち、この第３の流体３５は、上記したように、液体であっても良く、あるいは気体であっても良い。
このような第３の流体３５を介在させることにより、作動流体３１と試薬Ａ，Ｂとの混合を可及的に防止しながら試薬Ａ，Ｂを所望とする混合部に供給することができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に何ら限定されない。
例えば、第３の流体３５として気体を介在させても良い。また、上記実施例では、作動流体３１と試薬３３との間のコンタミを防止する例を示したが、勿論、液状の検体と作動流体３１とのコンタミを防止するために用いることもできる。
【００３５】
このようにすれば、検体に不用意に作動流体３１が混合してしまうのを防止することができ、必要最小限の検体のみを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の一実施例によるマイクロ総合分析システムの斜視図である。
【図２】図２は図１に示したマイクロ総合分析システムに使用される検査チップと検査方法の概略を説明する図である。
【図３】図３は図１に示した流体制御検出装置の内部に具備された主要検出ユニットに検査チップがドッキングされたときの概略断面図である。
【図４】図４は図３に示した主要検出ユニットの概略斜視図である。
【図５】図５は本実施例による第３の流体が介在された試薬供給部分を取り出した検査チップの平面図である。
【図６】図６は作動流体により試薬を送液する場合に本発明を適用した例を示す流路の概略断面図である。
【図７】図７は従来の検査チップに具備された送液部分の概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    検査チップ
２    流体制御検出装置
３    検体収容部
３ａ  流路
４     試薬収容部
４ａ  流路
６    微細流路
７    検出部
１０  マイクロ総合分析システム
３１  作動流体
３３  試薬
３５  第３の流体
【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】
2006284322.tif 000008
【図７】
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