(57)【要約】還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、溶液内に電界を生成すべく、または、上記の任意の組合せを実施すべく、導電率および／もしくは電力を用いて電気化学的検定もしくは反応を実施する装置方法。上記装置は、（マイクロチャネル、または、マイクロチャネルの配列もしくはネットワークなどの）マイクロ構造（２）を保有する少なくとも一個のマイクロチップ（１）であって、上記マイクロ構造は、該マイクロ構造に対して流体サンプルを取り込みまたは該マイクロ構造から流体サンプルを吐出し得る尖端部（３）と、マイクロ流体接続端部（４）と、一体化電極とを有する、少なくとも一個のマイクロチップを備える。上記装置はまた、上記マイクロ構造の上記マイクロ流体接続端部と連通すると共に上記マイクロ構造に対して流体を圧入、吸引または遮断し得るマイクロ流体制御ユニット（１１）、および、上記マイクロ構造内の流体に対して電界もしくは電流を印加し且つ／又は該マイクロ構造内における電気化学的事象を測定し得る電気化学的ユニットも備える。選択的に、上記マイクロチップと上記マイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にする様式で上記マイクロ流体制御ユニットに関して上記マイクロチップを支持し得る支持手段が在る。
2005501231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、溶液内に電界を生成すべく、または、上記の任意の組合せを実施すべく、導電率および／もしくは電力を用いて電気化学的検定もしくは反応を実施する装置であって、
少なくとも一個のマイクロ構造を保有する少なくとも一個のマイクロチップであって、上記マイクロ構造は、該マイクロ構造に対して流体サンプルを取り込みまたは該マイクロ構造から流体サンプルを吐出し得る尖端部と、マイクロ流体接続端部と、当該マイクロ構造に一体化された電極とを有する、少なくとも一個のマイクロチップと；
上記マイクロ構造の上記マイクロ流体接続端部と連通すると共に上記マイクロ構造に対して流体を圧入、吸引または遮断し得るマイクロ流体制御ユニットと；
上記マイクロ構造内の流体に対して電界もしくは電流を印加し且つ／又は該マイクロ構造内における電気化学的事象を測定し得る電気化学的ユニットと；
上記マイクロチップと上記マイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にする様式で上記マイクロ流体制御ユニットに関して上記マイクロチップを支持し得る、選択的な支持手段と；
を備えて成る装置。
【請求項２】
前記電気化学的ユニットは、ポテンショスタット、電源、インピーダンスもしくは導電性測定デバイスまたはコンピュータを備える、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電気化学的検定もしくは反応は前記マイクロ構造内におけるマイクロ流体を監視すべく用いられる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記マイクロ流体の電気化学的監視は最終的検出信号の内部較正の役割を果たす、請求項３記載の装置。
【請求項５】
一個もしくは複数個のマイクロチップ内に配備されることで一個より多い当該マイクロ構造内における同時的な電気化学的測定を許容する複数のマイクロ構造を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記電気化学的ユニットは還元および／もしくは酸化により分子を検出し得る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記電気化学的ユニットは分子の界面動電的圧送を誘起し得る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記マイクロ流体制御ユニットはポンプもしくは定液量吸引システムを備える、請求項１記載の装置。
【請求項９】
前記マイクロ流体制御ユニットと前記少なくとも一個のマイクロ構造の前記マイクロ流体接続端部との間に配設されたバルブを更に備えて成る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一個のマイクロチップはポリマ、ガラス、石英もしくはその組み合わせから作成される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一個のマイクロチップは使い捨て式である、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも一個のマイクロチップは、レーザ光融除、射出成形、エンボス加工、プラズマ食刻、弾性材鋳造、シリコーン技術もしくはそれらの組み合わせにより生成される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも一個のマイクロチップの外側に配設されると共に該マイクロチップとインタフェースされる検出器を更に備えて成る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記検出器は光電子増倍管、質量分光計もしくは核磁気共鳴（ＮＭＲ）システムである、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記マイクロ構造はマイクロチャネル、または、相互接続されたマイクロチャネルのネットワークもしくは配列を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記マイクロ構造はシールされる、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記マイクロ構造をシールすべく該マイクロ構造に対してポリマ層が積層もしくは接着される、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
複数のマイクロチャネルが単一のマイクロチャネルへと収束する様に相互接続された複数のマイクロチャネルの機構を備え、
上記機構は、単一のマイクロ構造尖端および複数のマイクロ流体接続端部、または、複数のマイクロ構造尖端および単一のマイクロ流体接続端部を備える、
請求項１５に記載の、または、請求項１５に従属する請求項１６もしくは１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記相互接続された各マイクロチャネルは同一平面内には配設されずに３次元で作製される、請求項１５に記載の、または、請求項１５に従属する請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記マイクロ構造の壁部の少なくとも一部は、化学的、生物学的もしくは物理的な手段により、または、孔質材料の配備により、または、これらの任意の組合せにより改変される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記マイクロ構造は固相を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記固相は分子、メンブレン、ゲル、ゾル／ゲルもしくはビーズから成る、請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記マイクロ構造の壁部の前記少なくとも一部に対し且つ／又は前記メンブレン、ゲル、ゾル／ゲルもしくはビーズに対して接合された分子を更に備えて成る、請求項２０、２１および２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記分子は、蛋白質、ペプチド、抗原、抗体、酵素、オリゴヌクレオチド、核酸配列、ハプテンまたはそれらの組み合わせである、請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記分子は、物理的もしくは化学的吸着により、共有結合により、または、それらの組み合わせにより接合される、請求項２３または２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記メンブレンは２つの溶液もしくは相を物理的に分離する、請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記尖端は前記マイクロチップの縁部に形成される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記尖端は角錐形状、平行六面体形状または円錐形状である、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記尖端は電子噴射を生成し得る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記尖端は流体リザーバ内に一体化されまたは流体リザーバにより囲繞される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３１】
前記尖端は電極を備える、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記支持手段は前記マイクロ流体接続端部と前記マイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にする挟持システムを備える、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
当該装置および／もしくは前記マイクロチップは手動によりまたは自動化デバイスのいずれかによりｘ、ｙおよび／またはｚ方向に変位され得る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記マイクロ構造尖端の配向角度を変更すべく前記手動もしくは自動化デバイスは上記マイクロチャネルの配向の改変を許容する、請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
温度制御ユニット、（ファラデー・ケージなどの）電気分離チャンバおよび／もしくは蒸発防止用湿度制御チャンバを更に備えて成る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
前記電気化学的ユニット、前記マイクロ流体制御ユニットおよび前記支持手段は携帯システムを提供すべく単一プラットフォームへと一体化される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
コンピュータに対して更に接続され且つ／又は一体化される、先行請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
（ａ）前記マイクロチップを前記支持手段内に載置する段階と、
（ｂ）前記マイクロ構造尖端に接触してサンプルを載置する段階と、
（ｃ）毛細管作用により、または、前記マイクロ流体制御ユニットを以て上記サンプルを圧送もしくは吸引することにより、上記マイクロ構造を上記サンプルで充填する段階と、
（ｄ）上記マイクロ構造内における上記サンプルを圧入、吸引または遮断するために上記マイクロ流体制御ユニットを用いる段階と、
（ｅ）還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施するために導電率および／もしくは電力を用いて電気化学的検定を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、溶液内に電界を生成すべく、または、上記の任意の組合せを実施すべく前記電気化学的ユニットを起動する段階と、
（ｆ）選択的に、上記段階（ｂ）乃至（ｅ）を反復する段階と、
を備えて成る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置を用いて電気化学的検定もしくは反応を実施する方法。
【請求項３９】
前記マイクロ流体制御ユニットを用いて前記マイクロ構造内には複数のサンプルおよび／もしくは他の溶液が導入される、請求項３８記載の方法。
【請求項４０】
前記他の溶液は洗浄溶液、緩衝溶液および／もしくは試薬液である、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記サンプルまたは前記他の溶液に対して電気活性種を付加する段階と、
前記マイクロ構造の少なくとも一部に沿う抵抗またはインピーダンスなどを測定し、または、上記電気活性種の還元および／もしくは酸化から帰着する電流の生成を測定するなどして、電気化学的検定を実施することにより上記電気活性種のマイクロ流体を監視する段階と、
を更に備えて成る、請求項３８乃至４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
前記電気化学的検定または反応は前記マイクロ構造内のマイクロ流体を監視すべく用いられる、請求項３８乃至４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記マイクロ流体の電気化学的監視は最終的検出信号の内部較正の役割を果たす、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
マイクロ流体の電気化学的監視の間に獲得されたデータをソフトウェアが処理することで最終的検出信号の前記内部較正が実施される、請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記マイクロ構造尖端を溶液リザーバと接触させることでサンプルおよび／もしくは別の溶液の取り込みもしくは吐出を可能とする段階を更に備えて成る、請求項３８乃至４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記マイクロ構造尖端は定液量吸引デバイスの使い捨て部分として用いられる、請求項３８乃至４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
毛細管作用による前記マイクロ構造内へのサンプルの充填は、前記マイクロ流体制御ユニットより、または、前記マイクロ構造尖端における疎水性障壁の存在により防止される、請求項３８乃至４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記尖端は電子噴射を生成すべく用いられる、請求項３８乃至４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記マイクロ構造内に含まれた前記サンプルまたは前記他の溶液を、クロマトグラフ、分光計、ゲル、カラム、選択性メンブレン、フィルタまたは電気泳動分離装置などの、精製、分離および／もしくは検出デバイスへと注入する段階を更に備えて成る、請求項３８乃至４８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記マイクロ構造内で実施される検定もしくは反応は、光吸収、（蛍光、生体発光、化学発光、電気化学発光などの）発光、電気化学もしくは質量分光測定を用いて検出もしくは追随される、請求項３８乃至４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
化学的および／もしくは生物学的な分析および／もしくは合成を実施する、請求項３８乃至５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
質量分光測定分析で用いられる、請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
前記装置は、電子噴射の生成による質量分光計への注入に先立ち、または、マトリックス支援イオン脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）用プレート上への前記サンプルの供給に先立ち上記サンプルを脱塩する手段を備える、請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
臨床的、人的もしくは獣医学的な試験管内および／もしくは生体内の診断を実施する、請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５５】
免疫学的検定を実施する、請求項５４記載の方法。
【請求項５６】
物理化学的検定、毒物的検定、親和力検定、微生物学的検定および／もしくは細胞検定を実施する、請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５７】
親油性測定、イオン移動反応、溶解度検定および／もしくは浸透性試験を実施する、請求項５１または５２に記載の方法。
【請求項５８】
コンビナトリアル・ケミストリにより合成を実施する、請求項３８乃至５７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５９】
全自動化された分析および／もしくは合成を実施する、請求項３８乃至５８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６０】
化学的および／もしくは生物学的な分析および／もしくは合成を実施する、請求項１乃至３７のいずれか一項に記載の装置の用法。
【請求項６１】
質量分光測定分析における、請求項６０記載の用法。
【請求項６２】
臨床的、人的もしくは獣医学的な試験管内および／もしくは生体内の診断を実施する、請求項６０または６１に記載の用法。
【請求項６３】
免疫学的検定を実施する、請求項６２記載の用法。
【請求項６４】
物理化学的検定、毒物的検定、親和力検定、微生物学的検定および／もしくは細胞検定を実施する、請求項６０記載の用法。
【請求項６５】
親油性測定、イオン移動反応、溶解度検定および／もしくは浸透性試験を実施する、請求項６０記載の用法。
【請求項６６】
コンビナトリアル・ケミストリにより合成を実施する、請求項６０記載の用法。
【請求項６７】
最終的検出信号の電気化学的な内部較正により化学的および／もしくは生物学的な分析および／もしくは合成を実施する、請求項６０乃至６６のいずれか一項に記載の用法。
【請求項６８】
全自動化された分析および／もしくは合成を実施する、請求項６０乃至６７のいずれか一項に記載の用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ流体チップ内で完全自動化もしくは半自動化された電気化学的検定もしくは反応を実施する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分析化学的および生化学的なツールの小型化は発展分野となっている。小型化学装置の開発を促進する主要因は、消費される分析対象物の減少、迅速な分析、および、優れた自動機能に対する要望である。これらの要望は、生医学診断、遺伝子分析、プロテオミクス、および、薬剤発見の際の高スループット・スクリーニングが次第に重要となりつつある生命科学の分野において特に顕著である。実施される検定（ａｓｓａｙ）の数が増加したので分析対象物消費を制限する必要性が明らかとなり、故に、コストを削減するだけでなく廃棄物を制限するためにも、分析に用いられる反応体は可及的に少量とされる必要がある。生医学的診断の場合、極めて小体積の分析が必要になることが多く且つ分析時間の最小化が望ましく、また操作回数を減少してサンプル間の相互汚染を最小化する簡単な取扱い処置が望ましい。これらの目的を達成すべくこれまでは、異なり乍らも相補的な２つの戦略が研究されてきた：マイクロ流体式デバイス、および、固定化された親和性試薬（ａｆｆｉｎｉｔｙ  ｒｅａｇｅｎｔ）を備えた高密度２次元配列である。
【０００３】
微量分析システムの分野において、実際の作用デバイスの開発に対して非常に重要な問題は検定の自動化である、と言うのも、その様にすれば測定の再現性と実施され得る分析の回数とが相当に改善され得るからである。微量システムを用いた測定の自動化に関して最も重要な点はおそらく、試薬供給システム（ｒｅａｇｅｎｔ  ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）である。これまでに、マイクロスポット（ｍｉｃｒｏｓｐｏｔ）もしくはマイクロウェル（ｍｉｃｒｏｗｅｌｌ）の配列などの様に高密度の並列ネットワークに基づくマイクロ方法に対して一定の自動化デバイスが開発されてきた。これらの場合において送給システムは概略的に、必要な体積の試薬の吸引および供給を非常に正確な箇所にて行い得る１本もしくは数本のニードルを備える。マイクロ流体式システムの場合、測定の自動化に対する付加的な重要問題は、マイクロチャネルの充填と、該チャネル内における試薬の移動の制御である。これまでに毛細管電気泳動法に基づくマイクロ流体式自動化デバイスは開発されており、たとえば完全ＤＮＡ分析器は、電気泳動式分離が追随するポリメラーゼ連鎖反応チャンバを備えた単一デバイスにて実現されている。
【０００４】
反応固相としても試薬取扱いのためにもマイクロピペットの尖端（ｔｉｐ）が使用されるという一定の自動化分析方法は、既に開発されている。これは、上記尖端の壁部上に抗体などの生体分子を固定化し、且つ、これらの尖端を用いて試薬を定液量吸引することで行われている。この種の手法を用いれば、サンプル間の汚染リスクは制限され得る。また外部サンプル溶液に対するマイクロ流体式デバイスの接続は、マイクロ流体チップ（ｍｉｃｒｏ  ｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｈｉｐ）を毛細管に接続してから該毛細管をサンプル溶液内に浸漬して電気浸透流により上記溶液を上記マイクロチップの内側へと圧送するなどの種々の手段により対処されてきた（ＷＯ  ００／２１６６６）。他の場合、上記チップはサンプルをマイクロチップの内側に送給すべく多数のマイクロシリンジ・ポンプに接続される（ＷＯ  ０１／６３２７０）。また一定のデバイスは、気体もしくは高電圧によりサンプルをチップ内に進入させるべくパルスを使用した（米国特許第６，３９５，２３２号）。他のものはニードル食刻チャネル尖端からの毛細管式充填（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｆｉｌｌ）を用い、毛細管作用によりそれらのチャネルにサンプルを入れてグルコース検出などの電気化学的検定を実施している（センサアクチュエータＡ［Ｓｅｎｓｏｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ａ］、第９５巻、２００２、１０８−１１３）。斯かる方法によると、上記チャネル内における流体の制御は一切できない。
【０００５】
分析的検定を実施する場合、サンプル送給の間において流速を制御することが基本的に重要である。実際、上記チャネルは（ピコリットル乃至マイクロリットル程度の）極めて小さな体積であることから、サンプル流速における僅かな変化により、上記チャネルを通して移送される体積には劇的な変化が引起こされる。たとえば反応が免疫吸着もしくは物理吸着を含むならば、同一のサンプル濃度に対して相当な検出変動が生じ得る。この故に本発明は、サンプル溶液の流れを電気化学的手段により制御かつ監視することを目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、マイクロチップ内において全自動もしくは半自動の検定もしくは反応を実施する装置および関連方法を提供する。上記マイクロチップとしては、サンプルおよび試薬の取り扱いと、電気化学的事象が追随する反応の達成とを許容するマイクロチャネル、または、マイクロチャネルの配列もしくはネットワークが挙げられる。それらはまた、たとえば本発明の装置がマイクロチップからの流体を取り込みもしくは供給すべく用いられる場合には、試薬の取り扱いのみにも使用可能である。
【０００７】
より詳細には、本発明は、還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、溶液内に電界を生成すべく、または、上記の任意の組合せを実施すべく、導電率および／もしくは電力を用いて電気化学的検定もしくは反応を実施する装置であって、少なくとも一個のマイクロ構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を保有する少なくとも一個のマイクロチップであって、上記マイクロ構造は、該マイクロ構造に対して流体サンプルを取り込みまたは該マイクロ構造から流体サンプルを吐出し得る尖端部と、マイクロ流体接続端部と、一体化電極とを有する、少なくとも一個のマイクロチップと；上記マイクロ構造の上記マイクロ流体接続端部と連通すると共に上記マイクロ構造に対して流体を圧入、吸引または遮断し得るマイクロ流体制御ユニットと；上記マイクロ構造内の流体に対して電界もしくは電流を印加し且つ／又は該マイクロ構造内における電気化学的事象を測定し得る電気化学的ユニットと；上記マイクロチップと上記マイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にする様式で上記マイクロ流体制御ユニットに関して上記マイクロチップを支持し得る、選択的な支持手段と；を備えて成る装置を提供する。
【０００８】
別の見地において本発明は、（ａ）上記マイクロチップを上記支持手段内に載置する段階と、（ｂ）上記マイクロ構造尖端に接触させてサンプルを載置する段階と、（ｃ）毛細管作用により、または、上記マイクロ流体制御ユニットを以て上記サンプルを圧送もしくは吸引することにより、上記マイクロ構造を上記サンプルで充填する段階と、（ｄ）上記マイクロ構造内における上記サンプルを圧入、吸引または遮断するために上記マイクロ流体制御ユニットを用いる段階と、（ｅ）還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施するために導電率および／もしくは電力を用いて電気化学的検定を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、溶液内に電界を生成すべく、または、上記の任意の組合せを実施すべく、上記電気化学的ユニットを起動する段階と、（ｆ）選択的に、上記段階（ｂ）乃至（ｅ）を反復する段階と、を備えて成る、先行請求項のいずれか一項に記載の装置を用いて電気化学的検定もしくは反応を実施する方法を提供する。
【０００９】
概略的に上記マイクロチップは（各末梢部に１個ずつとされた）２個の開孔を備えてシールされたマイクロチャネルを包含すると共に、該マイクロチップは電気化学的検定で用いられる導電材料などの種々の材料を用いて作製され得る。
【００１０】
１個のまたは数個の個別のまたは相互接続されたマイクロチップは、個別に且つ／又は同一支持体上に作製され得る。それらは、個別に使用され得るか、または、独立したマイクロ構造もしくは相互接続されたマイクロ構造の配列として使用され得る。
【００１１】
好適には、上記マイクロチップの下側末梢部は、上記マイクロチャネルに接続された少なくとも一個の尖端であって分析されるべきまたは反応すべきサンプル溶液と接触して載置される少なくとも一個の尖端を包含する。上記マイクロチップの上部は好適には、上記マイクロチャネルに対する吐出口であって、自動マイクロ流体制御デバイスに接続されることで上記マイクロチャネルの充填および／もしくは完全排出を許容し得る吐出口を包含する。一定の実施例において上記流体制御デバイスは、機械的圧送のための簡素なマイクロ・ピペットとされ得る。好適には上記マイクロチップは、自動化手段によりまたは手動によりｘ、ｙおよび／またはｚ方向に変位し得る（たとえば順次的な変位）。
【００１２】
サンプリングの間における上記マイクロ構造内の流れの制御は、再現可能な結果を可能とする上で重要である。この故に上記装置は、上記マイクロ構造内の流体流を監視するために一体化電極を包含するのが好適である。チャネルが充填されたか完全排出されたかを検出するためだけでなく、電流測定により溶液の流れも測定するために電極を用いることは公知である。また、溶液が上記マイクロ構造を踏破するに必要な時間を測定すべく導電性検出が利用され得る。これは、入り口にて、上記マイクロ構造に沿う種々の箇所にて、且つ、上記マイクロ構造の取入口もしくは吐出口にて個々の電極対を配備することで行われ得る。流体制御は電流測定検出により流速を監視することで実施され得るものであり、検出された電流が次のＩｌｋｏｗｉｃｈ式に従い流速に依存することは既に例証されている。
【００１３】
Ｉ＝０．９２５ｎＦｃＬ（ｌＤ）2/3（Ｆν／ｈ2ｄ）1/3
式中、Ｉは電流、ｎは酸化された分子毎に交換される電子数、Ｌは電極の幅、ｌは電極の長さ、Ｄは酸化された分子の拡散係数、Ｆνは流速、ｈはチャネルの半高、ｄはチャネルの幅である。
【００１４】
（すなわち、電気活性種の濃度を監視すべく電流測定が使用される場合に）この種の電気化学的測定は定量的とされ得ることを銘記されたい。故に、サンプル装填の間に、検定の種々の段階（温置［ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ］、洗浄など）の間に、または、試薬の付加の間に測定された信号は、検定の終了時に獲得された検出信号を調節すべく使用され得る。一例としてたとえば免疫吸着検定の場合、サンプル装填、洗浄段階もしくは試薬付加の間に測定された電流はマイクロ構造毎に変化し、検定の終了時に獲得された信号がマイクロ構造毎に異なることは大いにあり得る。実際、測定された電流の変動は、全てのマイクロチャネルにおいて、或いは可能的には検定の全ての段階において流速が等しくなかったことを表す。その結果、上記マイクロ構造内における分子の滞留時間は変動し、これもまた上記検定に対して得られた最終値の変動を引き起こす。しかし流体を電気化学的に制御すれば、これらの変動を補正し得ることから検定の精度および反復性が改善される。
【００１５】
この様にして本発明の装置および方法は、検定の内部較正を以て分析を行う手段を提供する。たとえば粘度の僅かな変動がある各サンプルはマイクロ構造内で異なる速度で流れるものであり；同様に、各溶液はマイクロ構造内において上記マイクロ流体制御ユニットの精度に依存して種々の速度で圧送もしくは圧入され得る。本発明の装置のひとつの大きな利点は、これらの変動が上記電気化学的ユニットにより監視され得ることである。故に分析の最終結果は、検定の種々の段階の間において電気化学的に監視されたマイクロ流体の変動を考慮することで補正され得る。故に、斯かる測定および引き続くデータ処理によれば内部較正が提供され、分析の精度および再現性が大きく改善される。
【００１６】
上記マイクロチップはまた、温度の制御、電子的ノイズの最小化、および、蒸発の最小化のための手段も包含し得る。
【００１７】
本発明に係る装置を用いるに先立ち、試薬はマイクロチャネル内にまたはマイクロ構造の配列内に供給される。マイクロ構造の取入口を備えるマイクロチップの尖端はウェルもしくはリザーバ内に浸漬されると共に、上記流体制御システムは試薬に関する上記マイクロ構造の充填および／もしくは完全排出を許容する。複数のマイクロ構造を保有する実施例と共にこの技術を用いれば、全てのマイクロ構造は同一のまたは異なる試薬により同時に充填され得ることから、サンプル間の汚染のリスクは制限される。一定の用途に対して上記マイクロ構造尖端は、サンプルが装填され得るリザーバに一体化され得る。
【００１８】
上記システムは、上記マイクロチャネル内で反応もしくは検定を実施すべく使用され得る。それは、溶液内における分子相、または、マイクロ構造の表面上に取付けられた分子相、または、たとえばメンブレン、フィルタ、ビーズなどのマイクロ構造に一体化された固体材料上に取付けられた分子相の存在下で採用され得る。
【００１９】
反応もしくは検定に依存し、種々の原理を用いた検出が実施され得る。信号測定に必要な変換器は、上記マイクロチップに密着して載置されまたは一体化さえされ得る。
【００２０】
本明細書中で用いられる”マイクロチップ（ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）”という語句は、サイズおよび形状にて限定されるのでなくマイクロ流体操作を可能とする、マイクロウェル、マイクロチャネル、マイクロ孔などの如き、反応もしくは分離用のチャンバもしくは管路である、少なくとも一個の小型化構造（すなわちマイクロ構造）を備えた一切のシステムを指している。本発明において、少なくとも一個の斯かる小型化構造は、（以下に定義される如き）電気化学的検定を実施すべく少なくとも一個の電極を備える。上記電極は流体制御装置に接続されると共に、（以下に記述される如き）種々の電気化学的事象に用いられる。全ての場合において上記電極は、サンプリングおよび／もしくは検定段階の間において上記チャネルが均質に充填されたか否かをチェックし、且つ、多段階実験の間において各チャネルが完全排出されたかまたは溶液の変更が為されたかを制御する役割を果たし得る。流速などの重要なパラメータは、検定の間における任意の時点で電気化学的手段により制御され得る。その意味において、上記マイクロ流体制御ユニットに接続された上記電極の存在は、独特であり、且つ、光学的検出を用いると共に流速が正確に監視され得ない類似の手法と比較して種々の利点を提供する。
【００２１】
本明細書中で用いられる”マイクロチャネル（ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ）”という語句は、個数または形状において限定されるのでなく、シールされてマイクロ流体の操作を可能とする断面を有する、単一のマイクロチャネル、マイクロチャネルの配列、または、相互接続されたマイクロチャネルのネットワークを指す。
【００２２】
上記マイクロチップおよびマイクロチャネルは好適には使い捨て可能であると共に、たとえばガラス、石英、（たとえばポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレン・テレフタレート、ポリメチル・メタクリレート、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタンもしくはポリオレフィンなどの）ポリマ、一連のポリマ、または、上記の任意の組合せなどの種々の材料から作製され得る。それらはまた、限定的なものとしてで無く、メンブレン、ビーズ付きチャンバ、固相、ゾル／ゲル、温度および／もしくは界面動電流（ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃ  ｆｌｏｗ）を制御する電極、導電パッドもしくはコイルなどの補足的要素も包含し得る。上記電極は、電気化学的測定を実施すべく、または、電子噴射技術によりサンプルを質量分光計へと移送するために高電圧を印加すべく使用され得る。
【００２３】
”尖端（ｔｉｐ）”という語句は上記マイクロチップ内に包含された小型化構造の末梢部を指しており、此処からサンプルは、上記小型化構造内へと装填され、または、上記小型化構造から外部に供給される。また、（”接続末梢部（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）”とも称される）”接続端部（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｅｎｄ）”という語句は、上記小型化構造の第２末梢部であって本発明の装置の上記マイクロ流体制御ユニットに接続された第２末梢部を指すことを企図している。明確化のために、上記小型化構造がマイクロチャネルである場合、尖端とは、該マイクロチャネルの取入口もしくは吐出口であって、（一定の実施例に関しては”定液量吸引デバイス”とも称される）マイクロ流体制御ユニットに接続された取入口もしくは吐出口のいずれかを指す。而して尖端は、上記マイクロチャネルの方向におけるもしくはそれに直交する方向における、または、マイクロチャネルの側壁におけるマイクロチャネル入口を有する如く種々の幾何学的特徴を以て作製され得るものであり；それはリザーバ内に浸漬され得るか、または、流体リザーバにより囲繞され得るものであり；最後に、上記尖端は好適には、外部毛細管または接続システムに対する延長部なしで、マイクロチップ自体と同一体で作成される。
【００２４】
”マイクロ流体制御ユニット（ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）”または”定液量吸引デバイス（ｐｉｐｅｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）”という語句は、管もしくは毛細管を備えたデバイスであって、対流、泳動［ｍｉｇｒａｔｉｏｎ］またはそれらの組み合わせにより非乱流分子流束の生成を可能とするデバイスを意味し；上記マイクロチップとマイクロ流体制御ユニットとの間の接続は、上記マイクロ構造の接続端部に関する整列位置にマイクロ流体接続部を載置すべく上記マイクロチップを挟持することで行われ得るものであり；上記マイクロ流体制御ユニットは、反応または待ち時間の間に必要とされた場合に溶液を制御的に吸引もしくは圧入して分子の流束を生成し且つ／又は上記小型化構造内の溶液を遮断し得る手段を提供する。上記マイクロ流体接続ユニットはまた好適には、反応もしくは検定を実施するために必要な試薬、ならびに、遮断剤、緩衝溶液、洗浄溶液などを収納する溶液リザーバにも連結され得る。
【００２５】
”電気化学的検定（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｓｓａｙ）”という語句は、還元もしくは酸化もしくはイオン移動反応を実施すべく、または、導電率測定および／もしくはインピーダンス測定を実施すべく、または、たとえばイオン泳動もしくはパッチクランプ測定を実施するために溶液内に電界を生成すべく、または、電気浸透もしくは界面動電による圧送を誘起すべく、または、たとえば小型化構造の尖端から質量分光計内へと分子を移送するために用いられ得る電子噴射を生成すべく、導電率および／もしくは電力を用いる一切の電気化学実験を意味するものとする。
【００２６】
本発明の装置はまた、上述の電気化学的検定の任意のものを実施するために必要な電子的装置である”電気化学的ユニット（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｕｎｉｔ）”も備える。それはたとえば、上記小型化構造内に存在する溶液と、電気化学的検定を実施すべく用いられる（たとえばポテンショスタット、制御式電源、インピーダンス測定ユニットなどの）デバイスとの間の電気接続を許容する導電パッドを含み得る。
【００２７】
本発明の核心は、マイクロチップ内において正確な電気化学的検定を実施する上記各要素の組み合わせであり；サンプルの装填および／もしくは供給ならびにマイクロ流体制御ユニットに対する接続を行う尖端手段と、電気化学的ユニットに接続されて電気化学的検定の実施を許容する少なくとも一個の電極とを備えた小型化構造である。
【００２８】
一定の用途においては、当該電気化学種の還元および／もしくは酸化から帰着する電流または上記マイクロ構造に沿う抵抗などの電気化学的信号の生成により上記マイクロ流体を追尾すべく、サンプル溶液内には電気活性種が好適に付加され得る。これは好適には本発明の装置により実施される分析の内部較正を提供すべく使用され得る、と言うのも、最終結果は検定のマイクロ流体的段階の間に測定された電気化学的信号の変動に従い補正され得るからである。
【００２９】
本発明の装置はまた好適にはコンピュータに接続されまたは一体化さえされることで、オンラインでのデータ処理および検定もしくは反応のコンピュータ制御が許容される。
【００３０】
この装置は好適には、限定的なものとしてで無く、任意の種類の質量分光測定、試験管内および生体内での診断検定、全ての種類の親和力もしくは毒物的検定、物理化学的特性記述、または、化合物のコンビナトリアル合成などの、生物学的もしくは化学的な分析もしくは反応を実施すべく使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下においては添付図面を参照して本発明を例示的にのみ詳述する。
本発明の基本概念は添付図面を参照すれば理解され得るが、以下においては添付図面から本発明の種々の実施例が詳述される。尚、各図中に示されるチャネルの各々は本明細書中において記述される流れ制御を可能とする如き一体化電極を有することを理解すべきである。但し該電極は明確化のために常に図示されない。
【００３２】
図１Ａおよび図１Ｂは、小型化構造２の種々のマイクロチャネル形状（単一のマイクロチャネル、および、相互接続されたマイクロチャネルのネットワーク）を備えたマイクロチップ１の一例を示している。図１Ａは上記チップが上記マイクロチャネルの縁部における末梢部にて三角形状に切断された状況を示すと共に、図１Ｂはチャネルの末梢部がマイクロチャネルの辺部上に在る上記チップを示している。これらのマイクロ構造の各々は、一個もしくは複数個の尖端３および接続末梢部４を含む。これらのマイクロ構造のひとつは一体化電極５を示すが、これらのマイクロ構造の別のものは一体化コイル６を示す。上記マイクロチップの尖端末梢部はマイクロチャネルの取入口を含む。この図は、幾つかの電極５およびコイル６が如何にして上記チャネル内に一体化され得るかも示している。
【００３３】
左側のマイクロチャネルのネットワークは、マイクロ流体尖端から同時に圧送された２つの溶液の分離および／または反応を実施すべく２本のマイクロチャネルが接触され得ることを示している。また図１の中央に示された如く、２本以上のマイクロチャネルが接触領域へと収束することで分離および／または反応が可能とされる。一定の実施例において、上記マイクロ流体尖端は同一平面内には配設されずに、３次元配置を許容する多層体内に作成される。
【００３４】
上記マイクロチャネルはまた、壁部上に対する一定の化合物の吸着を防止もしくは助長すべく異なる表面特性も有し得る。
【００３５】
上記マイクロチャネルはまた、たとえばポリカーボネート・メンブレン、微孔質Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）もしくは他のポリマなどの一定の孔質化合物により改変されることで気体もしくは液体の特異的拡散を許容する。これはたとえば、上記マイクロチャネルにおいて実施される反応もしくは検定が、排除される必要のある気体を生成する場合、または、２種類の液体間の境界面におけるイオン移動実験（ｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）が実施される（一方の相はたとえば斯かる孔質メンブレン内に支持される）場合において適用性が見出され得る。同様に、上記マイクロチップ・デバイスには、２種類の溶液もしくは相を物理的に分離するメンブレンが好適に一体化され得る。これに加え、斯かる孔質材料はサンプル内に存在する化合物の吸着により該サンプルを精製するためにも使用され得る。
【００３６】
本発明において上記流体制御システムは、限定的なものとしてで無く、吸引システム（たとえば機械的なもしくは圧力による圧送を含む）、毛細管力による流れデバイス、または、界面動電駆動式の流れデバイスとされ得る。流体制御デバイスは、上記マイクロチャネルの充填および／または完全排出を許容し得る。上記流体制御システムは自動化デバイスに対して接続されることで、ｘ、ｙおよび／またはｚ方向における上記マイクロチップの順次的変位を許容し得る。別実施例において上記流体制御デバイスはまた、上記マイクロチップに対する機械的圧送および手動変位を許容する単一のマイクロ・ピペットともされ得る。
【００３７】
一定の実施例において上記手動のもしくは自動化された変位デバイスは、上記マイクロチャネルの尖端末梢部の露出角度を変更すべくマイクロチャネルの配向の改変を許容し得る。
【００３８】
図２は、本発明の実施例に係る装置の概略図である（Ａ：側面図、Ｂ：平面図）。マイクロチップ１は８個の小型化構造の配列を備え、該小型化構造の各々はマイクロチャネル２、尖端３および接続末梢部４から成る。このマイクロチップはホルダ７内に載置されるが、該ホルダは、管路、管および／または毛細管１０、１０’により接続末梢部４をマイクロ流体制御ユニット１１に正確に整列し得るべく製造される。上記装置は更に、上記小型化構造内に一体化された電極１４と上記マイクロチップ内に配設された電気パッド１５とに対して電気化学ユニット１３の接続を許容する電気接続部１２を備える（これらの電気接続部は８個のマイクロ構造のひとつに対してのみ示される）。
【００３９】
一実施例においてサンプル溶液は、各マイクロチャネル尖端３上へと溶液の小滴を載置することで上記装置のマイクロ構造内へと装填され得る。次にマイクロチャネル２は（液密性［ｅｔａｎｃｈｅｉｔｙ］を引起こすべくスプリング１７に対して圧力を付与することで接続支持部１６’をマイクロチップ上に挟持した後）、流体制御ユニット１１を用いて毛細管現象もしくは吸引により充填される。
【００４０】
次にサンプル溶液は、（たとえば空気もしくは他の溶液の吸引もしくは圧送により）上記マイクロ流体制御ユニットを用いて上記マイクロ構造から回収され得る。次に上記マイクロ構造は、更なる分析段階を実施すべく再び充填かつ完全排出され得る。
【００４１】
別実施例においてサンプル溶液は、サンプル導入の間において流速を制御し得るべく上記マイクロ流体制御ユニットを用いて圧送することで上記マイクロ構造内へと導入され得る。次に上記マイクロ構造の尖端は、廃物リザーバに対するインタフェースとして、または、供給システムとして用いられる。
【００４２】
上記電気化学的ユニットはまた、電気化学的検定を実施すべく、上記マイクロ構造内のサンプル溶液の充填、完全排出もしくは遮断の任意段階においても使用され得る。一定の用途においては、各マイクロ構造におけるマイクロ流体の適切な比較標準を測定する信号を獲得すべく分析の充填段階および完全排出段階の全ての間において、（たとえば電気活性化合物の還元もしくは酸化、または、導電性もしくはインピーダンスの測定などの）電気化学的検定が実施される。
【００４３】
別実施例において上記装置は、上記マイクロ構造内へのサンプルの充填を制御すべく用いられる。この目的の為に上記チップは好適に、上記尖端がサンプル内に進入して接触する前に、上記装置内に載置され得る。この場合に上記マイクロ構造は、サンプルの適用に先立ち、上記マイクロ流体制御ユニットに対して既に接続されている。上記マイクロチップは上記マイクロ流体制御ユニットに対して緊密に接続されることから、空気は上記マイクロ構造内に封鎖されて流出し得ない（通気の可能性はない）。この様にして、上記マイクロ構造尖端がサンプルと接触して載置されたとき、このサンプルはマイクロ構造を充填し得ず（毛細管式充填は生じ得ず）、且つ、このことは上記一体化電極および電気化学的ユニットにより確認され得る。サンプルにより上記マイクロ構造を充填するためには、上記マイクロ流体制御ユニットにより背圧を付与する必要がある。別実施例において上記マイクロチップは（たとえばマイクロ構造とマイクロ流体制御ユニットとの間の液密接続を確実にすべく使用された挟持システムを起動することにより）上記マイクロ流体制御ユニットから接続解除もされ得ることから、空気はマイクロ構造の接続端部を介して該マイクロ構造から流出し易いので、毛細管現象により上記マイクロ構造の充填が可能とされる。充填されたなら、上記マイクロ構造内のサンプルを閉鎖すべく又はこのサンプルおよび／または他の溶液を圧送もしくは圧入すべく、上記マイクロ流体制御ユニットが再び接続される。サンプル充填をその様に制御することは反応の開始時点（すなわちゼロに等しい時間）を正確に固定する上で極めて有用であり、このことは（たとえば酵素試験における）反応時間に依存する実験の精度に対して重要である。本発明の装置を用いるこの遮断方法によれば、検定の精度およびその再現性が改善され得る。
【００４４】
更なる実施例において上記チップは、サンプルの毛細管式充填を防止すべく疎水性障壁を有し得る。これは再び、マイクロチャネルの内側に載置された上記電極により制御される。但しこの特定の場合、マイクロ構造尖端に対するサンプルの付与の間において上記マイクロチップはマイクロ流体制御ユニットに接続される必要はない。
【００４５】
一定の実施例において上記マイクロ流体制御ユニットは、マイクロ構造内に分析対象物溶液を封鎖すべく分析の間に用いられる。そのときに上記電気化学的ユニットは好適に電位の付与により分子流を誘起すべく使用可能であり；故に斯かる分析において本発明の装置は、電気泳動実験を実施すべく使用され得る。
【００４６】
図３は上記マイクロチップがマイクロ流体制御ユニット１１に対して如何に接続され得るかを示しており、該ユニット１１は此処では定液量吸引デバイス（ｐｉｐｅｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）と同様な半自動吸引システムであることから、マイクロチャネル２内への試薬の供給とｘ、ｙおよびｚ方向におけるマイクロチップ１の変位とが許容される。マイクロ構造３の尖端は、種々の試薬、緩衝溶液および／または洗浄溶液を含む（此処ではマイクロ滴定プレートのウェルとして表された）一連の溶液リザーバ１８内に順次に浸漬される。故にマイクロチャネル２は、反応もしくは検定に必要な試薬、緩衝溶液および／または洗浄溶液により順次的に充填される。
【００４７】
好適実施例において本発明は、分子がマイクロ構造の表面上へと接合（ｇｒａｆｔ）されて他の分子と組み合わされることで新たな化合物が合成されると共にこの化合物は次に離脱されて分析されるというコンビナトリアル・ケミストリ（ｃｏｍｂｉｎａｔｏｒｉａｌ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）の分野に適用され得る。
【００４８】
上記マイクロチャネル内で実施される反応もしくは検定が吸熱的であるという一定の実施例においては、恒温チャンバ内におけるマイクロチップの温置により、または、図１に概略的に示された如く一体化電極もしくはコイルに電流を通すことにより、上記尖端は加熱され得る。逆に、反応を停止すべく上記溶液の温度は低下もされ得る。
【００４９】
一定の実施例において本発明は、上記マイクロチャネル内において均一なまたは不均一な（生）化学検定を実施すべく使用され得る。これらの検定としては、限定的なものとしてで無く、酵素、抗体、抗原、ハプテン、核酸、オリゴヌクレオチドもしくはペプチドなどの高度に特異的な（生体）認識要素が挙げられる。その場合にこの（生体）認識要素は、溶液内で使用され得る。上記マイクロチャネル内においては、特異的な（生体）認識を許容する化学化合物により共有結合も達成され得る。この場合、検定に必要な試薬は測定の前にＥＬＩＳＡプレートに載置され得る。故に上記マイクロチャネルはたとえば、均一もしくは不均一な免疫学的検定を実施すべく使用され得る。
【００５０】
上記マイクロチャネルはまた、分離および／または精製を実施する特異機能も含み得る。この目的の為に上記マイクロチャネルの少なくとも一部は、共有結合的にもしくは物理的に吸着された化合物または（ゲル、メンブレン、ビーズなどの）不均一相を含み得る。
【００５１】
図４は、本発明において用いられる少なくとも一個の電極１４を包含するマイクロチップ１内でサンドイッチ型免疫学的検定法を実施するに必要な原理および順次的段階を要約している。マイクロチャネル２はまず、分析対象物に対して特異的な抗体２０の溶液で充填される。故に該抗体は、マイクロチャネルの壁部上に吸着される。上記表面は次に、（たとえばＢＳＡなどの）遮断剤２１の温置により遮断される。この遮断剤は、上記チャネル壁部の内で、抗体２０の吸着の後で解放されたままの部位に吸着する。これにより、検定の追随段階において生じ得る非特異的な結合が防止される。分析されるべきサンプルは次に温置されることにより、所望の分析対象物２２は抗体２０に結合する。最終段階は、上記分析対象物に対して特異的な標識付き共役抗体２３の温置段階を含む。各段階の間において上記チャネルは、非固定化合物を排除すべく水もしくは緩衝溶液により通常的に洗浄される。次に、サンドイッチ錯体の検出が実施され得る。検定の（生）化学に依存して、異なる検出原理が使用され得る。サンドイッチ錯体の検出に先行する各段階の間においては、上記マイクロ流体制御ユニットの効率を決定すべく電気化学的検定が実施される。たとえば導電率測定によればマイクロ構造全体が溶液で充填されたか否かの評価が許容され、同様に、検定の種々の段階の効率を評価すべく電流測定が実施され得る。
【００５２】
上記マイクロチャネル内で実施される検定もしくは反応は、限定的なものとしてで無く、発光（蛍光、ＵＶ／可視光、生体発光、化学発光、電気化学発光）、電気化学もしくは質量分光測定などの種々の原理を用いて検出され得る。
【００５３】
一定の実施例において上記マイクロチップは、上記マイクロチャネルの外側に載置された検出器とインタフェースされ得る。この場合に上記検出器はたとえば、光電子増倍管もしくは質量分光計とされ得る。
【００５４】
検出段階の前に、上記マイクロチャネル内に含まれた溶液は（たとえばクロマトグラフ、選択的メンブレン、フィルタもしくは電気泳動的分離を用いて）精製および／または分離段階に委ねられ得る。
【００５５】
図５は、マイクロチップ１の尖端部３が分子の検出のために質量分光計２５に対して如何にインタフェースされ得るかを示している。たとえばマイクロチャネル２内における免疫学的反応が完了した後、錯体は脱離かつ溶出される。次に尖端末梢部３は、電子噴射２６の生成により溶出物を質量分光計内に注入すべく用いられる。この目的の為に上記溶液は、電極に対し、且つ、上記マイクロ構造と質量分光計との間に高電圧を印加する電気化学的ユニットに対して接触されねばならない。図５は、上記マイクロチャネル内の又は上記マイクロ構造の接続末梢部４内の種々の位置に載置され得る如き電極１４を示している。この電極が上記マイクロチャネル内に一体化される場合に導電パッド１５は好適にはマイクロチップ上に直接的に製造され、次に上記電極は（たとえばシールドケーブルなどの）導電接続部１２により上記電気化学的ユニットに接続される。
【００５６】
一定の実施例において上記検出器は、上記マイクロチャネル内に一体化され得る。この場合、変換器はたとえば電極もしくは光ダイオードである。
【００５７】
他の実施例において上記マイクロチャネル尖端は、上記マイクロチャネルを関心溶液で充填するために使用されるのではなく、上記マイクロチャネルからの溶液を別の分離、精製もしくは検出装置へと供給すべく用いられる。この目的の為に上記マイクロ流体制御ユニットは、上記マイクロ構造尖端から供給される溶液の体積を制御し得る。たとえば上記マイクロチャネルは、ＭＳ分析に対する電子噴射インタフェースとして使用され得る。別実施例において上記マイクロチップは水平に載置され得ると共に一連の溶液リザーバ（たとえばマイクロ滴定プレート）が垂直に載置され得ることで、上記マイクロ構造内へのサンプリングおよびそれに引き続く質量分光計内への溶液の供給が更に容易とされ得る。
【００５８】
図６は本発明の実施例に係る装置の幾つかの図であり、分析対象物溶液により一連のマイクロチャネルを充填すべく溶液リザーバ１８はマイクロ構造尖端３と接触して載置される。マイクロチップもしくは溶液リザーバのいずれかがｘ、ｙおよびｚ方向の全てにおいて変位され得ることは容易に理解される。上記マイクロ構造を支持する上記マイクロチップは、電気接続部１５および管材１０’により（不図示の）上記電気化学的ユニットおよびマイクロ流体制御ユニットに対するインタフェースを可能とするホルダ内に載置される。この場合に上記マイクロチップは、脱塩、特異的親和力検定または他のサンプル調製を可能とする如き固相を包含し得る。管材１０’内にはたとえばメタノール、アセトニトリルおよび酸性溶液から成る噴射用溶液が格納され得ると共に、該噴射用溶液は上記マイクロチップ内に既に固定化されたサンプルを脱離させる役割を果たし得る。一実施例においては質量分光測定に先立ち（たとえば脱塩もしくは親和反応などの）サンプル前処理などを可能とすべく、上記チップとマイクロ流体制御ユニットとの間のリザーバ内にはマイクロビーズが載置され得る。
【００５９】
一定の実施例において上記マイクロ構造尖端は、分析されるべきサンプル溶液と接触する上記マイクロチップの側部上の取入口である。図７は、本発明の装置に挿入された斯かるマイクロ構造尖端の一例を示している。この例において、サンプル溶液が上記マイクロ構造尖端を介して上記マイクロ構造内へと供給されるなどを可能とすべく、リザーバ２８は上記マイクロ構造尖端の頂部に一体化され得る。その場合に溶液は、毛細管作用によりまたは上記接続末梢部からの吸引により、上記マイクロ構造に進入し得る。一定の実施例においては、上記流体制御デバイスにより確実とされた背圧により毛細管式充填が防止される如く、上記マイクロチップは上記流体制御デバイスに接続され得る。上記流体制御デバイスが吸引しているときにのみ、サンプルは上記チャネルに進入し得る。図７はまた電気接続部１２を備えた電気化学ユニット１３も示しており、これは各マイクロ構造における電気化学的検定を実施すべく使用される。
【００６０】
図８および図９は、マイクロ構造内にサンプルおよび試薬が供給される手法に依存すると共にマイクロ構造尖端の２つの異なる設計態様を備えた本発明の装置により実施される検定のシーケンスを示している。図８においては、マイクロ構造の尖端部上にリザーバが一体化されることで、チップに対する溶液の接触が確実とされている。このリザーバは、合成、分析などの多段階検定を実施すべく順次的な溶液を受容すべく使用され得る。一実施例において種々の試薬３２、３３および３４は、非乱流接続管１０’内に装填されると共に、不活性溶媒もしくは気泡３１によってさえも相互に分離され得る。上記マイクロチップの内側に種々の試薬を圧送すると、限定的なものとしてで無く、ＥＬＩＳＡ、親和力検定、洗浄段階、脱塩段階などの反応が行われ得る。
【００６１】
一定の実施例において試薬３１乃至３５は、接続管（１０’）の端部にてまたは上記マイクロ構造内の所望位置などにて当該ビーズを充填すべく、上記マイクロ流体制御ユニットにより圧送されるビーズを含み得る。これらのビーズは、種々の物理化学特性を有し得ると共に、該ビーズの用途に依存して所定分子により官能化もされ得る。斯かるビーズ付加は好適に、特にこれらのビーズに予め接合された分子により、たとえば溶液を脱塩すべく、親和性反応を実施すべく、または、コンビナトリアル・ケミストリにより化合物を合成すべく使用され得る。一定用途においては、濾過を可能とすべく、または、吸着、脱離、脱塩、免疫的捕捉、酵素検定などの種々の反応を可能とすべく、接続管（１０’）とマイクロ構造の接続末梢部（４）との間にはメンブレンも載置され得る。
【００６２】
本発明の装置内にビーズもしくはメンブレンを一体化することは、質量分光計内への注入に先立ち一般的に系統的脱塩が必要とされる質量分光測定分析において特に重要である。故に上記の特徴は、本発明の装置が、たとえばマイクロチップから電子噴射イオン化（ＥＳＩ）により質量分光計内にサンプルを注入し、または、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）を用いた質量分光測定に適したプレート上にサンプルを供給する役割を果たす用途において好適に使用され得る。
【００６３】
別実施例において上記検定は、サンプル装填のために上記尖端をウェルと接触して載置し乍ら実施される。
【００６４】
別実施例において、上記マイクロ構造の接続末梢部４とマイクロ流体制御ユニット１１との間の接触は緊密でなく（図２参照）、マイクロチップは毛細管作用により充填され得る。此処では、溶液の流れがマイクロ構造の端部にて停止すべきことを銘記することが重要である。この目的の為にはマイクロ構造の吐出口の回りに疎水層が選択的に載置されることで、上記装置の相互汚染が防止され得る。サンプルを充填した後、緊密なシールを誘起すべく且つ溶液漏出を防止すべく、マイクロチップとマイクロ流体制御ユニットとの間の接続部の役割を果たす支持部７’の上部には圧力が付与され得る。この段階にて、上記マイクロ流体制御ユニットを汚染せずに上記マイクロチップに向けて且つ該マイクロチップを通して溶液が圧送され得る。次に、図３および図４に例示された如く種々の溶液を載置すべく且つ図８および図９のシーケンスにおいて、上記マイクロ構造内には種々の分析対象物が順次的に圧送され得る。上記流体用管材は、該管材が乱流の発生を防止し得る如き、且つ、気泡により分離された種々の溶液のセグメントが上記チップに対して圧送され得る如き内径を有さねばならない。たとえば上記管内には、気泡セグメントにより分離され乍ら、洗浄溶液、二次抗体または更なる試薬液（たとえば酵素基質）が事前装填され得る。次に、これらの溶液を上記マイクロ構造を介して圧送すれば、一切の用手操作なしで且つ外部試薬を付加せずに、サンドイッチ型免疫学的検定全体が許容される。
【００６５】
本発明の装置を例証すべく、一連のマイクロ構造内に強制対流を付与するために、マイクロ流体制御ユニットの役割を果たすシリンジ・ポンプに対して上記マイクロチップを接続することで実験が行われた。本発明の装置に対しては、図６に示されたものと同様であるが１個のみのマイクロ流体接続を備えた１個のマイクロチャネルのみが一体化される。此処で用いられるマイクロチップは７５ミクロンのポリイミド箔であり、この場合に当該マイクロチャネルの各端部に１個の尖端および１個の接続末梢部を有する１００×６０×１０，０００μｍのマイクロチャネルを備えるマイクロ構造はプラズマ食刻により作製される。これらのマイクロ構造は更に、此処では５００μＭのフェロセン・メタノールの水溶液の酸化還元から成る電気化学的検定を実施すべく用いられる電気化学的ユニットであるポテンショスタットに接続された金製マイクロ電極および導通トラックを包含する。１００μＬシリンジにより誘起された流速（０．２乃至１２８μＬ／ｈに設定）の関数として１０ｍＶ／ｓの走査速度における周期的ボルタンメトリ応答が記録されると共に図１０に示される。図１０における挿入図は更に、流速の関数として、銀／塩化銀に関する３００ｍＶの印加電位におけるプラトー電流の変化過程を示している。電流の強度は流速に強く依存する、と言うのも、強制対流は電極上の拡散層を常に新しくするからである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明に係るマイクロチップおよびマイクロチャネル構造および接続部の幾つかの例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る装置の概略的側面図（Ａ）および概略的平面図（Ｂ）である。
【図３】試薬の吸引とｘ、ｙおよびｚ方向における上記マイクロチップの変位との両者を許容する自動化システムに接続された一連のマイクロチャネルを備えた本発明の実施例に係る装置の概略図である。
【図４】本発明の実施例に係る装置内に載置されたマイクロチップ内で実施されるサンドイッチ型免疫学的検定法の原理の概略図である。
【図５】本発明の実施例に係る装置を用いて一連のマイクロチャネルを質量分光計にインタフェースする様式の概略図である。
【図６】溶液リザーバ１８（此処ではマイクロ滴定プレート）内に載置されたサンプルを取り出すべく用いられる本発明の実施例に係る装置の一連の写真である。
【図６Ａ】Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）システム内に支持された一連の８個のマイクロ構造から成るマイクロチップを備えることで、該マイクロチップ上に一体化された電気パッド１５により（不図示の）電気化学的ユニットに接続され得ると共に小径接続孔１０および管材１０’により（部分的にのみ示された）マイクロ流体制御ユニットに接続され得る装置の概略図である。
【図６Ｂ】マイクロチップと、電気化学的ユニットおよびマイクロ流体制御ユニットに対する接続システムの拡大図である。
【図６Ｃ】図６Ａおよび図６Ｂにおける上記装置の同一部分であるが所望サンプルを取出すべくマイクロ構造尖端３が溶液リザーバ内に貫通した位置とされた同一部分を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ａおよび図６Ｂにおける上記装置の同一部分であるが所望サンプルを取出すべくマイクロ構造尖端３が溶液リザーバ内に貫通した位置とされた同一部分を示す図である。
【図７】当該マイクロチップの頂部にマイクロ構造尖端を有すると共にリザーバにより囲繞されたマイクロチップを備える本発明の実施例に係る装置の写真である。
【図８】Ａ）リザーバにより囲繞されたマイクロ構造尖端を有するマイクロチップを、（不図示の）電気化学的ユニットに対して接続し、且つ、種々の溶液もしくは空気３１乃至３４をマイクロ構造に対して圧送、吸引もしくは遮断するマイクロ流体制御ユニット１１に対して接続する段階と、Ｂ）溶液リザーバ２８内にサンプルを装填する段階と、Ｃ）上記マイクロ流体制御ユニットを用いて毛細管現象もしくは吸引のいずれかによりサンプル溶液を上記マイクロ構造に充填して最終的にサンプル溶液を上記マイクロ構造内に温置させる段階と、Ｄ）空気もしくは溶液３１のいずれかを上記マイクロ構造内へと圧送することでリザーバ２８内へとサンプル溶液を排出し且つ接続管１０’をひとつのもしくは一連の溶液３２乃至３４で充填することにより上記マイクロ構造を完全排出する段階と、Ｅ）これらの溶液を上記マイクロ構造内に供給する段階と、Ｆ）（上記マイクロ構造内へのひとつもしくは全ての溶液３１乃至３２の圧送の間、または、上記マイクロ構造内でこれらの溶液のひとつもしくは各々を順次に遮断すると同時に）電気化学的検定を実施する段階と、を備える本発明の実施例に係る装置により実施される多段階検定の操作シーケンスを示す図である。
【図９】図８に示されたシーケンスと同様に本発明の実施例に係る装置により実施される多段階検定の操作シーケンスであるが、マイクロ構造尖端はサンプル溶液と接触されると共に、選択的に、最終段階は電子噴射２６の生成により分析対象物溶液を質量分光計２５内に供給する段階から成るという操作シーケンスを示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る装置により実施される電気化学的検定の結果の一例であって、上記マイクロ流体制御ユニットにより制御される溶液流の精度を決定すべく電気化学的信号が如何に使用され得るかを示す図であり；この図は、図３Ａに示されたマイクロチャネルを用いた１０ｍＶ／ｓでの強制対流下における５００μＭのフェロセン・メタノールの検出の周期的ボルタンメトリ変化過程を示しており；挿入図は０．２乃至１２０μＬ／ｈの流速に対する３００ｍＶにおけるプラトー電流の変化過程を示している。
【図１０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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