(57)【要約】【課題】本発明の目的は、透明なガラスマイクロ流体カートリッジ又はセンサチップを用いることに限定されないＳＰＲシステムを製造することである【解決手段】センサチップとＳＰＲ光検出器を備えるマイクロ流体システムが提供される。センサチップはポリイミドやシリコンなどの透過性ではない材料で形成することができ、このセンサチップによれば、ＳＰＲ光検出器によって生成される可視光以外の光放射が、このセンサチップ上の表面プラズモン生成層を通り抜け、且つ相互作用できるようになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ基板と光検出器とを備えるＳＰＲシステムであって、前記光検出器は所定の波長検出範囲内の可視光以外の光放射を生成し、且つ前記センサ基板に向かって該光放射を誘導するように構成され、前記センサ基板の少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み、前記センサ基板は、可視光に対して透過性ではないが、可視光以外の光放射が前記表面プラズモン生成薄膜に通り抜けることができる材料から形成される、ＳＰＲシステム。
【請求項２】
前記センサ基板は少なくとも１つのチャネルを含むセンサチップを備え、該チャネル内にあるか、又は該チャネルに隣接する前記センサチップの少なくとも一部は前記表面プラズモン生成薄膜を含む、請求項１に記載のＳＰＲシステム。
【請求項３】
前記表面プラズモン生成薄膜に結合される親和性媒体をさらに含む、請求項１に記載のＳＰＲシステム。
【請求項４】
（ｉ）前記表面プラズモン生成薄膜の付近、及び（ｉｉ）該表面プラズモン生成薄膜から下流の少なくとも一方にクロマトグラフ分離媒体をさらに含む、請求項２に記載のＳＰＲシステム。
【請求項５】
前記センサ基板はポリイミドから形成される、請求項１に記載のＳＰＲシステム。
【請求項６】
前記光検出器は概ね７００ｎｍ以上の波長を有する光放射を生成するように構成される、請求項５に記載のＳＰＲシステム。
【請求項７】
前記センサ基板はシリコンから形成される、請求項１に記載のＳＰＲシステム。
【請求項８】
前記光検出器は概ね１１００ｎｍ以上の波長を有する光放射を生成するように構成される、請求項７に記載のＳＰＲシステム。
【請求項９】
前記光検出器は、前記光放射が前記表面プラズモン生成薄膜から反射された後に、前記光放射を検出するように構成される検出器をさらに含む、請求項１に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１０】
前記検出器はシリコン系検出器である、請求項９に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１１】
前記シリコン系検出器は、ＰＩＮダイオード、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤアレイのうちの１つを含む、請求項１０に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１２】
前記検出器は赤外光検出器である、請求項９に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１３】
前記赤外光検出器はＩｎＧａＡｓセンサを備える、請求項１２に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１４】
前記チャネル通して分析するためのサンプルを吸い込むためのポンプをさらに含む、請求項２に記載のＳＰＲシステム。
【請求項１５】
基板を備えるセンサチップであって、前記基板の少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み、該センサチップは、可視光に対して透過性ではないが、可視光以外の波長範囲の少なくとも一部の所定の波長を有する光放射が前記センサチップを通り抜けて前記薄膜に達することができる材料から少なくとも部分的に形成される、センサチップ。
【請求項１６】
前記基板は少なくとも１つのチャネルを備え、前記表面プラズモン生成薄膜は前記チャネル内に、又は該チャネルに隣接して配置される、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項１７】
前記基板は互いに接着される多数の層を備える、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項１８】
前記表面プラズモン生成薄膜に結合される親和性媒体をさらに備える、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項１９】
前記表面プラズモン生成薄膜に結合される前記少なくとも１つのチャネル内にクロマトグラフ分離媒体をさらに備える、請求項１６に記載のセンサチップ。
【請求項２０】
前記基板はポリイミドから形成される、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項２１】
前記基板はシリコンから形成される、請求項１５に記載のセンサチップ。
【請求項２２】
ＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法であって、前記マイクロ流体システムは、センサチップと、光検出器とを備え、前記センサチップは少なくとも１つのチャネルを備え、該チャネルの少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み、前記光検出器は所定の波長検出範囲内の可視光以外の光放射を生成し、且つ該光放射を前記センサチップに向かって誘導するように構成され、前記センサチップは、不透明であるが、前記所定の波長検出範囲内の光放射が前記表面プラズモン生成薄膜まで通り抜けることができる材料から形成され、該方法は、
対象となる溶液を前記チャネル内に通すステップと、
前記表面プラズモン生成薄膜に向けて、前記光検出器によって生成される可視光以外の光放射を前記センサチップに通すステップとを含む、ＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法。
【請求項２３】
前記センサチップは、前記表面プラズモン生成薄膜に付着した親和性媒体を備える、請求項２２に記載のＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法。
【請求項２４】
前記センサチップは、前記表面プラズモン生成薄膜に結合されるクロマトグラフ分離媒体を含む、請求項２２に記載のＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法。
【請求項２５】
前記センサチップはポリイミドから形成され、前記所定の波長範囲の低い方の値は７００ｎｍである、請求項２２に記載のＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法。
【請求項２６】
前記センサチップはポリイミド及びシリコンのうちの１つから形成され、前記所定の波長範囲の低い方の値は１１００ｎｍである、請求項２２に記載のＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ流体デバイスに関する。より詳細には、本発明は表面プラズモン共鳴（「ＳＰＲ」）能力を有する不透明なマイクロ流体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＳＰＲを検査手段として用いることにより、いくつかの利点がもたらされる。たとえば、ＳＰＲは相対的に速く、標識化が不要であり、現場で実行することができる。さらに、ＳＰＲは良好な感度を提供し、「リアルタイム」に実行することができ、動的な情報を生成する。すなわち、試薬を洗い流した後ではなく、結合が生じている間に結合を確認することができる。
【０００３】
ＳＰＲは、金属薄膜−液体界面における光の内部全反射の結果として生じる光学現象である。内部全反射は、光がガラスのような媒体内を進行し、異なる媒体であるたとえば緩衝液との界面から反射して、元の光学媒体を通って戻される状況において観測される。内部全反射が生じるためには、光の入射角が、光学媒体の屈折率によって決定される臨界角よりも大きくなければならない。光は全反射されるが、エバネッセント波又は表面プラズモンと呼ばれる、入射光運動量の成分が、界面の反対側において、概ね１波長の距離だけ媒体、たとえば緩衝液内に入り込む。
【０００４】
入射光が単色であり、偏光されており、且つ媒体間の界面が、入射光の波長に比べて極めて小さな厚みを有する、金又は銀のような金属薄膜でコーティングされる場合には、エバネッセント波は、金属薄膜表面において自由振動する電子、すなわちプラズモンと相互作用することができる。プラズモンは、或る特定の入射角のエバネッセント波からのエネルギーを吸収し、その入射角は、金属薄膜に隣接する、すなわち金属薄膜から約３００ｎｍの距離内の液状媒体の屈折率に依存する。こうして、液体内の所与の屈折率に関して、反射光の強度は、光の入射角によって変動し、ピーク吸収が生じる特定の角度において、反射光の強度が急激に落ち込む。この角度は、「共鳴角」と呼ぶことができる。
【０００５】
たとえば、緩衝液の屈折率の変化が共鳴角を変更するであろう。ピークが生じる角度を測定することにより、緩衝液の屈折率の変化を検出することができる。たとえば、緩衝液内のタンパク質はその屈折率を変更するので、共鳴角を測定することにより、金属薄膜に隣接する緩衝液内のタンパク質含有量を測定することができ、且つ絶えずモニタすることができる。さらに、緩衝液内の高分子と、たとえば表面固定化リガンド又は非特異に結合するポリマー、たとえばペプチド又はタンパク質に結合している抗体との相互作用が、屈折率の変化を引き起こす。この変化の結果として、共鳴角の相関的な変化が生じ、それは検出することができ、且つ定量化することができる。
【０００６】
ＳＰＲ技術は、市販の計測器、たとえばBIACORE (Uppsala, Sweden)によって製造される計測器において利用される。さらに、ＳＰＲ検出器が、Pharmacia Biosensor AB (Uppsala, Sweden)によって製造される。
【０００７】
BIACORE社の方法は、カルボキシメチル化デキストラン(carboxymethylated dextran)の薄層が共有結合される長鎖ヒドロキシアルキルチオール(long hydroxyalkyl thiol)の単層によって覆われる金薄膜を有するガラス基板から成るセンサチップの表面上に、リガンドを固定化することによる。その固定化手順は、計測器内の所定の位置にあるセンサチップで実行され、ＳＰＲ検出器によって絶えずモニタされる。
【０００８】
センサチップはセンサチップの表面にわたってサンプルの流れを画定する多数のチャネルを形成したマイクロ流体カートリッジと接触する。マイクロ流体カートリッジは、センサにリガンドが導入されるときに所定の位置にあり、チャネル内のサンプルの流れを制御する空気弁を備える。
【０００９】
未知のサンプル又はライゲート(ligate)溶液が装置に導入され、固定化されたリガンドと接触する。リガンドとライゲートとの間の相互作用は、表面プラズモン共鳴技術によって直に観測され、その測定値が、Pharmacia BioSensor ABによって製造される、Ｂｉａｌｏｇｕｅのようなプログラムによってコンピュータ上に記録される。センサチップは、リガンドとの相互作用後に廃棄物として処分されるが、マイクロ流体カートリッジは再利用可能である。
【００１０】
ＢＩＡＣＯＲＥ光検出器によって生成される可視光がセンサチップ上の金属薄膜に到達できるようにするために、透明な材料が必要である場合には、ＢＩＡＣＯＲＥシステムはガラスマイクロ流体センサチップに限定される。
【００１１】
先に示されたように、ＳＰＲはこれまでは、ガラス基板又はマイクロ流体チップで実行されてきた。本発明者等は、ＳＰＲが不透明な基板又はチップ上でも有効に実行することができ、ガラスよりも優れた数多くの利点を提供することを見い出した。ＳＰＲ検出に関する先に詳述された有用性を考えると、ＳＰＲ検出を透明なガラス以外の材料から形成されるマイクロ流体デバイスに拡張することは大きな意味がある。
【００１２】
ガラス基板上にある表面プラズモン生成薄膜から反射された光放射を測定するシリコン系センサが、いくつかの既存のＳＰＲシステムにおいて用いられる。シリコンセンサが８００ｎｍにおいて高い感度があることを考えると、いくつかのＳＰＲシステムの光検出器は、この高いセンサ感度を利用するために８００ｎｍの光放射を生成するように構成される。したがって、可視光以外の光放射を生成する、すなわち赤外線領域において動作するＳＰＲシステムが知られている。しかしながら、これまで、本発明者は、不透明な材料から形成される基板又はマイクロ流体チップと共に用いられる如何なるＳＰＲシステムも知らない。
【００１３】
従来技術のマイクロ流体システムは、用いられる特定の目的によっては、又は一般的な用途の場合には適している場合もあるが、これ以降に開示されるような本発明の目的には適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、透明なガラスマイクロ流体カートリッジ又はセンサチップを用いることに限定されないＳＰＲシステムを製造することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、不透明なセンサチップを含み、システムの光検出器によって生成される可視光以外の光放射が少なくとも部分的に通り抜けることができ、センサチップにおいて表面プラズモンを生成できるようにするＳＰＲシステムを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者は、改質シリカ系媒体等の媒体を用いて分析物を捕捉及び放出するために設計されたマイクロ流体モジュールを備えるＳＰＲシステムを発明した。１つの例示的な実施の形態では、本発明は、センサチップ及びＳＰＲ光検出器を備えるマイクロ流体システムである。そのセンサチップは不透明な材料、たとえばポリイミド又はシリコンなどから形成される。そのセンサチップは、表面の少なくとも一部に表面プラズモン生成層を有する簡単な固体基板であってもよく、又はそのセンサチップは、表面プラズモン生成層で少なくとも部分的にコーティングされたチャネルを含んでいてもよい。チャネルを含むセンサチップは、複数のチャネルを含む単一のユニットとして成形されてもよく、又はレーザアブレーションを用いて少なくとも１つのチャネルが形成される多数の層から形成されてもよい。そのセンサチップによれば、ＳＰＲ光検出器によって生成される光放射が、表面プラズモン生成層を通り抜け、且つ相互作用できるようになる。
【００１７】
シリコンセンサチップは、電子回路とセンサチップとを集積できるようになるので有用である。さらに、シリコンセンサは、既知のフォトリソグラフィ及びマイクロマシニング技術を利用できるようにする。
【００１８】
ポリイミドセンサチップは、従来の二酸化ケイ素系分離システムにおいて分析するのが特に難しいことは既知である、タンパク質及びペプチドへの吸着特性が低いので有用である。この難しい種類の溶質との分離の成功が実証されたことにより、一般的に、他の種類の溶質の分離では問題が生じないことを確実にする。さらに、ポリイミドは縮合ポリマーであるので、その表面に種々の特性基を化学的に結合することができ、目的とする分析に応じて、種々の所望の表面特性を提供することができる。ポリマー基板へのこれらの結合は、塩基性領域（ｐＨ９から１０）内でのｐＨ安定性を示す。
【００１９】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは固体基板を含み得る。
【００２０】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは少なくとも１つのチャネルを有する固体成形体を含み得る。
【００２１】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは、互いに結合することができる層を含んでいてもよく、それにより、そのチップは高圧条件下で使用できるようになる。さらに、そのチップは、非常に薄くなるように設計され、薄いクレジットカード状にしてもよい。
【００２２】
センサチップ及び製造方法の種々の例示的な実施の形態は、同一出願人による米国特許第５，５００，０７１号、第５，６５８，４１３号及び第６，０３３，６２８号に開示され、参照によりその全体が本明細書に援用される。しかしながら、本発明では、そのセンサチップは、ＳＰＲ光検出器によって生成される、可視光以外の光放射、すなわちスペクトルの可視領域の部分である、３９０ｎｍ（紫）から７８０ｎｍ（赤）までの領域以外の光放射がチップ内又はチップ上にある表面プラズモン生成層を通り抜け、且つ表面プラズモン生成層と相互作用できる不透明な材料から形成される必要があるという点で、これらの引用文献から変更され得る。
【００２３】
本発明の１つの例示的な実施の形態のＳＰＲシステムは、センサ基板と光検出器とを備える。光検出器は所定の波長検出範囲内の可視光以外の光放射を生成し、且つセンサ基板に向かって上記光放射を誘導するように構成され得る。センサ基板の少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含む。センサ基板は、可視光に対して透過性ではないが、可視光以外の光放射が表面プラズモン生成薄膜に通り抜けることができる材料から形成される。
【００２４】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサ基板は少なくとも１つのチャネルを有するセンサチップを備えてもよい。チャネル内にあるか、又はチャネルに隣接するセンサチップの少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み得る。
【００２５】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは表面プラズモン生成薄膜に結合される親和性媒体を備え得る。
【００２６】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは、表面プラズモン生成薄膜に隣接するチャネル内にあるか、又は表面プラズモン生成薄膜から下流の個別のチャネル又はチャンバ内にある、クロマトグラフ媒体、たとえば化学的に改質されたシリカ系又は「ゴールド・オン・シリカ」系クロマトグラフ媒体を有し得る。その媒体は、表面プラズモン生成薄膜と同じようにして改質することができる。改質は、その場で、又はチャネル若しくはチャンバ内にその媒体を配置する前に行うことができる。流体の流れの含有物によってその場で行われる改質には、表面プラズモン生成薄膜を含むか、又はそれと接触しているチャネルの部分で同時に実行することができるリガンド−ライゲート結合(ligand-ligate attachments)を用いることができる。媒体をチャネル又はチャンバ内に配置する前に行うことができる化学的改質は、表面プラズモン生成薄膜上で実行されてきた、薄膜がリガンド−ライゲート結合に適応できるようにする工程と全く同じではないが類似の工程から成ることができる。
【００２７】
その媒体は、ＳＰＲ現象が生じているエリアの上方にあるチャネル内に、又はその下流にある、物理的に表面プラズモン生成薄膜を越えて位置するエリアのチャネル若しくはチャンバ内に配置することができる。このエリア、チャネル又はチャンバは、たとえば、堰構造を用いて、又は１つのエリア内に媒体を集合させるように、エリア、チャネル又はチャンバ寸法を調整すること、たとえばテーパを設けることによって作り出すことができる。
【００２８】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップ又はセンサ基板はポリイミドから形成され得る。
【００２９】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、光検出器は概ね７００ｎｍ以上の波長を有する光放射を生成するように構成され得る。
【００３０】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップまたはセンサ基板はシリコンから形成され得る。
【００３１】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、光検出器は概ね１１００ｎｍ以上の波長を有する光放射を生成するように構成され得る。
【００３２】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、光検出器は、光放射が表面プラズモン生成薄膜から反射された後に、光放射を検出するように構成される検出器を含み得る。
【００３３】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、検出器は、たとえばＰＩＮダイオード、ＣＭＯＳチップ及びＣＣＤアレイのうちの１つのような、シリコン系検出器であり得る。
【００３４】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、検出器は赤外光検出器であり得る。
【００３５】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、赤外光検出器はＩｎＧａＡｓセンサを備え得る。
【００３６】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、ＳＰＲシステムはチャネル通して分析するためのサンプルを吸い込むポンプを備え得る。
【００３７】
本発明のセンサチップの例示的な実施の形態は、基板を含み、基板の少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み得る。センサチップは、可視光に対して透過性ではないが、可視光以外の波長範囲の少なくとも一部の所定の波長を有する光放射がセンサチップを通り抜けて薄膜に達することができる材料から少なくとも部分的に形成され得る。
【００３８】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、基板は少なくとも１つのチャネルを備えてよく、表面プラズモン生成薄膜は上記チャネル内に、又は上記チャネルに隣接して配置され得る。
【００３９】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、基板は互いに接着される多数の層を備え得る。
【００４０】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップ又はセンサ基板は、表面プラズモン生成薄膜に結合される親和性媒体又はクロマトグラフ分離媒体を備え得る。
【００４１】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、基板はポリイミド又はシリコンから形成され得る。
【００４２】
本発明の１つの例示的な方法は、ＳＰＲ分析にマイクロ流体システムを用いるステップを含む。マイクロ流体システムは、センサチップと、光検出器とを備え得る。センサチップは少なくとも１つのチャネルを備え、上記チャネルの少なくとも一部は表面プラズモン生成薄膜を含み得る。光検出器は所定の波長検出範囲内の可視光以外の光放射を生成してもよく、且つこの光放射をセンサチップに向かって誘導するように構成されてもよい。センサチップは、不透明であるが、所定の波長検出範囲内の光放射が表面プラズモン生成薄膜まで通り抜けることができる材料から形成され得る。方法は、対象となる溶液をチャネル内に通すステップと、表面プラズモン生成薄膜に向けて、光検出器によって生成される可視光以外の光放射をセンサチップに通すステップとを含み得る。
【００４３】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは、表面プラズモン生成薄膜に付着した親和性媒体を備え得る。
【００４４】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップは、表面プラズモン生成薄膜に結合されるクロマトグラフ分離媒体を備え得る。
【００４５】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップはポリイミドから形成されてもよく、所定の波長範囲の低い方の値は７００ｎｍであり得る。
【００４６】
本発明の１つの例示的な実施の形態では、センサチップはポリイミド及びシリコンのうちの１つから形成されてもよく、所定の波長範囲の低い方の値は１１００ｎｍであり得る。
【００４７】
上記の目的及び関連する目的を達成するために、本発明は、添付の図面に示される形において具現することができる。しかしながら、図面は例示にすぎないという事実に留意されたい。種々の変形は、本発明の一部であると見なされ、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００４８】
図面においては、同様の構成要素が同様の参照番号によって示される。それらの図面は、「図面の簡単な説明」において簡単に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
図１は、本発明の１つの例示的な実施形態のマイクロ流体システム１０を示す。マイクロ流体システム１０は、ポンピングテーブル１２と、センサチップ１４と、光検出器１６とを備え得る。サンプル緩衝液が、ポンピング機構、たとえばロータ１８によって、ポンピングテーブル１２内のチャネル２０を通って、注入口２８を介してセンサチップ１４内のチャネル２２に吸い込まれ、排出口３０を介してポンピングテーブル１２内に戻され、廃棄物ライン２４を介して排出されることができる。たとえば、６ポート回転弁を含むステータ３６はポンピングテーブル１２に接続され、サンプル及びキャリア緩衝液を注入するために用いられてもよい。余分なサンプル緩衝液を排出するために、たとえば、弁も廃棄物出口を備えることができる。
【００５０】
図２は、図１の断面図に示されるセンサチップ１４の平面図を示す。破線で示されるチャネル２２は、同じく破線で示される表面プラズモン生成薄膜２６を含み、それは、限定はしないが、金又は銀のような金属などの表面プラズモン生成材料から形成され得ることができる。薄膜２６は、側壁を含む、チャネル２２の表面全体を覆っていてもよく、又はチャネルの一部のみ、すなわち底壁部分５２だけを覆っていてもよい。
【００５１】
チャネル２２は、約５μｍ〜２００μｍの範囲内の長さ、約５μｍ〜２００μｍの範囲内の深さ、及び概ね数ミリメートル〜２．５ｃｍの範囲内の長さを有し得る。長方形の断面を有するチャネル２２が示されるが、たとえば円形、楕円形などの他の形状をとることもできる。さらに、注入口２８及び排出口３０も別の形状をとることができる。
【００５２】
たとえばガラスから形成される結合カバー３２及び３４をそれぞれ、センサチップ１４とポンピングテーブル１２との間、及び光検出器１６とセンサチップ１４との間に配置することができる。さらに、ガラス結合カバー３４上にある薄膜結合フィルム（図示せず）を用いて、ガラス結合カバー３４とセンサチップ１４との間の密接な光学接触又は結合を確保することもできる。薄膜は、センサチップ１４の屈折率を光検出器１６の屈折率に整合させる屈折率整合材料から形成され得る。薄膜は、たとえば、Ｕｐｉｌｅｘ製品及びＫａｐｔｏｎ製品のような、ポリイミドから形成されてもよく、たとえば約１０〜１５０μｍの厚みを有し得る。
【００５３】
図１及び図２に示されるような、本発明の１つの例示的な実施形態では、センサチップ１４は、その中にチャネル２２を含む、固体成形ユニットであってもよい。センサチップ１４は、複数の個別の、又は相互に接続されるチャネル（図示せず）を含み得る。
【００５４】
センサチップ１４のための不透明な材料は、特定の検査に応じて選択され得る。ポリイミドは、耐化学薬品性があり、タンパク質吸着が少なく、プロトタイプ作製及び集積に時間がかからないという特徴を有する。シリコンセンサは、電子回路を集積できるようにし、且つ、既知のフォトリソグラフィ及びマイクロマシニング技術を使用できるようにするので有用である。
【００５５】
ポリイミドは、従来の二酸化シリコン系分離システムにおいては分析するのが特に難しいことが知られている、タンパク質及びペプチドへの吸着特性が低いことが実証されている。この難しい種類の溶質との分離の成功が実証されたことは、一般的には、他の種類の溶質の分離では問題が生じないであろうことを確実にする。さらに、ポリイミドは縮合ポリマーであるので、その表面に種々の特性基を化学的に結合することができ、目的とする分析に応じて、種々の所望の表面特性を提供することができる。ポリマー基板へのこれらの結合は、塩基性領域（ｐＨ９から１０）内でのｐＨ安定性を示す。
【００５６】
センサチップ１４は、表面プラズモンを生成するために、光検出器１６の光放射発生器５０によって生成される光放射が通り抜けられるようにすることができる。センサチップ１４は不透明であるが、光検出器１６の光放射発生器５０によって生成される光放射が、たとえば矢印Ａに沿ってセンサチップ１４の底部分５２を通り抜けることができ、且つたとえば矢印Ｂに沿って、反射して光検出器１６の光放射センサ５６に戻ることができる材料から形成され得る。
【００５７】
本発明の１つの例示的な実施形態では、センサチップ１４は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）としてDupont (Wilmington, Del.)から市販されるもの、又はＵｐｉｌｅｘ（登録商標）として宇部興産株式会社（日本）から市販されるものなどの、ポリイミド材料から形成され得る。ポリイミドは、７００ｎｍ以上の波長に対して相対的に透過性を有する。それゆえ、たとえば、ポリイミドセンサチップを用いる本発明の１つの例示的な実施形態では、光検出器１６の光放射発生器５０は、検出するために７００ｎｍ以上の光放射を放射するように構成される。
【００５８】
シリコン及びポリイミド材料は１１００ｎｍよりも長い波長に対して相対的に透過性を有する。それゆえ、たとえば、ポリイミド又はシリコンのいずれかのセンサチップを組み込む実施形態の場合、光検出器１６の光放射発生器５０は、たとえば、１１００ｎｍ以上の波長を有する光放射を放射するように構成してもよい。その光放射は、シリコン及び／又はポリイミドから形成されるセンサチップ１４の少なくとも一部を通り抜けることができ、検出可能な表面プラズモンを生成することができる。
【００５９】
本発明のＳＰＲシステムは以下に例示されるように用いることができる。最初に、特定のタイプの必要とされる検査を実施するために、どのセンサチップ材料タイプが最も適しているかに関して判定を行い得る。従来技術のＳＰＲシステムとは異なり、表面プラズモンを生成するために、光検出器１６は不透明な材料を通り抜ける光放射を放射するように構成されるので、センサチップ１４は透明である必要はない。上記のように、ポリイミドは耐化学薬品性があり、タンパク質吸着が少なく、プロトタイプ作製及び集積に時間がかからないという特徴を有する。さらに、シリコンセンサは、電子回路を集積できるようにし、且つ、既知のフォトリソグラフィ及びマイクロマシニング技術を使用できるようにするので有用である。それらの材料が透明でないという事実にもかかわらず、センサチップ１４に、これらの材料のいずれを用いてもよい。
【００６０】
予め選択されたセンサチップ１４内のチャネル２２の少なくとも一部は、たとえば薄膜２６に直に付着することができるか、又はナノビーズ、ナノポーラスコーティングなどの表面積が大きな媒体を介して間接的に付着することができる媒体５４、たとえば化学的に処理されたシリカ系媒体、金系媒体、非特異的に結合するポリマー、疎水性シロキサン表面、イオン交換ポリマーなどで処理され得る。
【００６１】
本発明の１つの例示的な実施形態では、クロマトグラフ媒体５５、たとえば化学的に改質されたシリカ系又は「ゴールド・オン・シリカ」系クロマトグラフ媒体が、チャネル２２内の表面プラズモン生成薄膜２６に、又は図１に示されるように、表面プラズモン生成薄膜からの下流にある個別のチャネル又はチャンバ２３内に結合されることができる。その媒体は、表面プラズモン生成薄膜２６と同じようにして改質することができる。改質は、その場で、又はチャネル若しくはチャンバ２２、２３内にその媒体を配置する前に行うことができる。流体の流れの含有物のためにその場で行われる改質には、表面プラズモン生成薄膜を含むか、又はそれと接触しているチャネル２２の部分で同時に実行することができるリガンド−ライゲート結合を用いることができる。媒体をチャネル又はチャンバ２３内に配置する前に行うことができる化学的な改質は、表面プラズモン生成薄膜上で実行されてきた、薄膜がリガンド−ライゲート結合に適応できるようにする工程と全く同じではないが類似の工程から成ることができる。
【００６２】
その媒体５５は、ＳＰＲ現象が生じているエリアの上方にあるチャネル２２内に、又はその下流にある、物理的に表面プラズモン生成薄膜を越えて位置するエリア内にあるチャネル又はチャンバ２３内に配置することができる。このエリア、チャネル又はチャンバ２３は、たとえば、堰構造を用いて、又は図１に示されるように、１つのエリア内に媒体を集合させるように、エリア、チャネル又はチャンバ寸法を調整すること、たとえばテーパを設けることによって作り出すことができる。
【００６３】
本発明の１つの例示的な実施形態では、たとえば、イムノグロブリン（ＩｇＧ）上にあるアミン官能基を用いて、ＩｇＧに共有結合される、ＳＡＭ（自己組織化単層）、又は、たとえばカルボキシル化デキストラン(carboxylated dextran)、又は、ポリグルタミン酸、ポリアクリル酸若しくはメルカプトウンデカン酸などを含むカルボキシル化ポリマーブラシを、チャネル表面に付着させることができる。
【００６４】
本発明の１つの例示的な実施形態では、ビオチン標識化されたウシ血清アルブミン（ビオチン−ＢＳＡ）を変性させて結合する疎水性表面を用いることができ、さらにビオチン−ＢＳＡを用いて、アビジン又はストレプトアビジン分子を固定化することができ、さらにそれらの分子を用いて、ビオチン改質（又は「共役」）ＩｇＧを固定化することができる。
【００６５】
たとえば、タンパク質又はペプチド断片(peptide factions)を含む未知のサンプル又はライゲート溶液が、たとえばロータ１８及びステータ３６を介して、チャネル２２内に導入され、媒体５４と接触することができる。１つの例示的な実施形態では、ＩｇＧに対して親和性を有するプロテインＡを用いることができる。プロテインＡは、ポリ（リシン）又はポリ（アリルアミン）によって改質された基板（ポリカチオン）上での静電的な相互作用によって、又はアミン−カルボキシレート化学反応による共有結合によって、又はアルデヒドを豊富に含む表面、たとえばアルデヒドデキストランブラシを用いる還元的なアミノ化(amination)によって固定化することができる。
【００６６】
媒体５４と未知のサンプル又はライゲートとの間の相互作用は、光検出器１６の光放射発生器５０によって生成される光放射を薄膜２６の底面に向けて誘導し、処理ユニット（図示せず）を用いて、「共鳴角」の変化を計算することによって観測することができる。「共鳴角」は、既知の方法を用いて判定することができる。たとえば、センサチップ１４又は光検出器１６を揺動又は旋回させることができる。その場合に、共鳴条件が、照明の波長の関数としての反射強度の一時的な低下として検出されるか、又は光検出器１６によって出力される広帯域の光放射を走査又は掃引することができ、その場合には、スペクトロメータを用いて、反射した光が共鳴によって吸収される波長を見つけることができる。
【００６７】
上記のように、光検出器１６によって生成される光放射は少なくとも、スペクトルの可視領域の部分以外の光放射を含むことができる。
【００６８】
さらに、上記のように、光検出器１６は、薄膜２６から反射される光放射を測定するためのセンサ５６を備えることもできる。本発明の１つの例示的な実施形態では、センサ５６には、シリコン系センサ、たとえばＣＭＯＳチップ、ＰＩＮダイオード、ＣＣＤアレイなどを用いることができる。
【００６９】
約９００ｎｍよりも長い波長はシリコンセンサを通り抜ける傾向があり、すなわちシリコン系センサは、波長が長くなるほど透過性がある。それゆえ、本発明の１つの例示的な実施形態では、センサ５６には、ＩｎＧａＡｓセンサ、たとえば浜松ホトニクス株式会社によって製造されるＩｎＧａＡｓセンサのような赤外線センサを用いることができる。赤外線センサは、約１１００〜２０００ｎｍの光放射に対して感度がある。
【００７０】
本発明はマイクロ流体チップに限定されないことに留意されたい。さらに正確に言うと、そのセンサチップは、プラズモン生成薄膜を有する、不透明な材料、たとえばポリイミド又はシリコンから形成される基板を備えることができ、チャネルを含んでも、含まなくてもよい。その場合に、センサチップ１４は、光検出器上に実装又は配置される簡単な固体基板であってもよい。分析対象のサンプルを、表面プラズモン生成層上にある基板の上側表面上に置くことができる。
【００７１】
図３は、本発明の別の例示的な実施形態のセンサチップ１４’の断面を示す。センサチップ１４’は、上側チャネル表面４０を有する上側層３８と、第１の側方チャネル表面４４及び第２の側方チャネル表面４６を有する中間層４２と、下側チャネル表面５０を有する下側層４８とを含む、多層化基板を含むことができる。全ての層３８、４２及び４８は、その個々の上側及び下側表面において永久的に結合されて、センサチップ１４’を形成することができる。上側チャネル表面４０、第１の側方チャネル表面４４、第２の側方チャネル表面４６及び下側チャネル表面５０を合わせて、チャネル２２’が画定される。チャネル２２’は中間層４２においてレーザアブレーション又はエッチングによって形成することができ、約５μｍ〜２００μｍの範囲内の長さと、約５μｍ〜２００μｍの範囲内の深さと、概ね数ミリメートル〜２．５ｃｍの範囲内の長さとを有することができる。長方形の断面を有するチャネル２２’が示されるが、たとえば円形、楕円形などの他の形状をとることもできる。さらに、チャネル２２’に対する注入口２８’及び排出口３０’も別の形状をとることができる。
【００７２】
センサチップ１４’は２つの層又は４つ以上の層を含む場合もあることに留意されたい。２つのだけの層から成る場合には、チャネル２２’は、それらの層の一方又は両方の表面内に形成される凹部によって作り出すことができる。別法では、多数の層を用いて、所与の段の厚みを増してもよく、又は凹部を含む段を実効的に積重してもよい。本発明の１つの例示的な実施形態では、２つのセンサチップを積重して、二段センサチップを形成することができる。
【００７３】
層３８、４２、４８は同じ又は異なる材料から形成されてもよく、層３８、４２、４８を互いに接合するために用いられる、Dupontから市販されるＫＪ（登録商標）として知られている熱接着剤の形のポリイミドの薄層を用いて同時押出し成形してもよい。熱接着層は、層３８、４２、４８の片面又は両面に存在することができる。
【００７４】
表面プラズモン生成薄膜２６’が下側チャネル表面５０の少なくとも一部を覆っていてもよい。第１の側方チャネル表面４４、第２の側方チャネル表面４６及び／又は上側チャネル表面４０も薄膜２６’で覆うことができる。薄膜２６’は、限定はしないが、金又は銀のような金属などの表面プラズモン生成材料から形成されることができる。本発明の１つの例示的な実施形態では、そのコーティングは、たとえば、概ね２０〜５０ナノメートルの厚みを有する金属から形成される。
【００７５】
層３８、４２、４８は、１０ミクロン〜１ミリメートルの範囲内の厚みで、十分な強度及び可撓性を有する材料から形成されることができる。その材料は耐溶剤性にすることもできる。
【００７６】
本発明の１つの例示的な実施形態では、図１及び図２のセンサチップ１４の場合のように、薄膜２６’は媒体５４で処理することができ、チャネル２２’内に、又は図１に示されるように、表面プラズモン生成薄膜２６’から下流にある個別のチャネル又はチャンバ内にクロマトグラフ媒体５５を含むことができる。
【００７７】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の数多くの明らかに広範な種々の実施形態を実施することができるので、本発明が添付の特許請求の範囲において規定される場合を除いて、その特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のマイクロ流体システムの長手方向の断面図である。
【図２】図１の断面図に示されるセンサチップの平面図である。
【図３】本発明のセンサチップの１つの例示的な実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０  マイクロ流体システム
１２  ポンピングテーブル
１４  センサチップ
１６  光検出器
１８  ロータ
２０  チャネル
２２  チャネル
２４  廃棄物ライン
２６  表面プラズモン生成薄膜
２８  注入口
３０  排出口
３２，３４  結合カバー
３６  ステータ
５５  クロマトグラフ媒体
【図１】
2006234817.tif 000003
【図２】
2006234817.tif 000004
【図３】
2006234817.tif 000005