(57)【要約】【課題】複数の処理を行うことができ外部環境に試薬類が影響を及ぼすのを防ぐことが可能な試料分析チップを提供する。【解決手段】基材に螺旋状に形成されて初期反応部の周りに配置されるとともに一端部が初期反応部に連通した主流路２４、主流路における基材の径方向外側の内面１４ａに設けられた複数の鋸歯状収容部２５、及び鋸歯状収容部における主流路とは反対側に設けられた複数の主収容部２６が形成された試料分析チップ１であって、鋸歯状収容部は、一端１７ａ、１８ａが主流路の内面に連なる第一内面１７と第二内面１８との間に規定される空間であり、第二内面よりも第一内面の方が上流側Ｄ１に配置され、第一内面の一端と第二内面の一端とを結ぶ基準線Ｌ２を規定したときに、基準線と第一内面とが鋸歯状収容部側になす上流側角度α１よりも、基準線と第二内面とが鋸歯状収容部側になす下流側角度α２の方が大きい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の基材に、
前記基材の中央部に配置されて注入口に連通するとともに液状の試料を収容可能な初期反応部、
前記基材の厚さ方向に見たときに螺旋状に形成されて前記初期反応部の周りに配置されるとともに一端部が前記初期反応部に連通した主流路、
前記主流路における前記基材の径方向外側の内面から凹むように設けられた複数の鋸歯状収容部、
及び、それぞれの前記鋸歯状収容部における前記主流路とは反対側に設けられた複数の主収容部が形成された試料分析チップであって、
前記鋸歯状収容部は、一端が前記主流路の前記内面に連なるとともに他端が前記径方向外側に向かって延びる第一内面と第二内面との間に規定される空間であり、
前記第二内面よりも前記第一内面の方が、前記主流路に沿った前記主流路の前記一端部側である上流側に配置され、
前記第一内面の前記一端と前記第二内面の前記一端とを結ぶ基準線を規定したときに、
前記基準線と前記第一内面とが前記鋸歯状収容部側になす上流側角度よりも、前記基準線と前記第二内面とが前記鋸歯状収容部側になす下流側角度の方が大きいことを特徴とする試料分析チップ。
【請求項２】
前記主流路の前記内面に沿って隣り合う一対の前記鋸歯状収容部において、
前記上流側の前記鋸歯状収容部の前記第二内面の前記一端と、前記主流路に沿った前記主流路の他端部側の前記鋸歯状収容部の前記第一内面の前記一端とが接触していることを特徴とする請求項１に記載の試料分析チップ。
【請求項３】
前記主流路の他端部に余剰液収容部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の試料分析チップ。
【請求項４】
前記上流側角度は８０°よりも小さく、
前記下流側角度は８０°よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の試料分析チップ。
【請求項５】
前記主流路の前記内面に沿って隣り合う一対の前記鋸歯状収容部において、
前記上流側の前記鋸歯状収容部の前記上流側角度は、前記主流路に沿った前記主流路の他端部側の前記鋸歯状収容部の前記上流側角度以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の試料分析チップ。
【請求項６】
前記初期反応部が、前記基材の中心軸線と平行な軸線を有する円錐台状に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の試料分析チップ。
【請求項７】
前記主流路は、前記主流路の軸線が、ａ、ｂを定数としたときに、前記基材の中心軸線周りの回転角θに対する前記中心軸線と前記主流路の軸線との距離ｒが（１）式となるように形成されていること特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の試料分析チップ。
ｒ＝ａ＋ｂ×θ  ・・（１）
【請求項８】
前記主流路は、前記主流路の軸線が、ａ、ｂを定数、ｅをネイピア数としたときに、前記基材の中心軸線周りの回転角θに対する前記中心軸線と前記主流路の軸線との距離ｒが（２）式となるように形成されていること特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の試料分析チップ。
ｒ＝ａ×ｅ（ｂθ）  ・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料分析チップ、より詳しくは、生化学反応の検出や分析等に用いられ、複数の処理が可能な試料分析チップに関する。
【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。この技術では、１個の試料分析チップ（以下、「チップ」とも略称する）やカートリッジに、複数の反応室であるウェル（主収容部）や流路を備えたものを用いる。試料分析チップを用いることで、複数の検体（試料）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、酵素等の反応試薬を配置し、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（主流路）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。
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、所要時間や手間を大幅に減らすことが可能である。
【０００５】
しかし、この際に流し入れるサンプル（試料）には高価あるいは貴重なものが多い。また、これらのサンプルに対して、予め幾つかの生化学反応処理を行うことが多い。したがって、事前に生化学反応処理をしたサンプルを使用して、ウェル内で反応を行う使用方法が少なくない。
【０００６】
つまり、この種の手法を用いる際、最初にサンプル全体に処理を行う技術と、その後複数の反応場に等量のサンプルを送液する技術と、送液後に各ウェルの中身を混ざり合わないようにする３つの技術が重要となる。
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。
【０００７】
特許文献１では、液溜めから遠心力を用いてウェルへの送液を行うチップにおいて、ウェルを独立させるために流路を変形、密封している。
特許文献２では、遠心において自転と公転とを織り交ぜることで各ウェルへの送液量のばらつきを解決している。
特許文献３には、液体貯留部と遠心方向に伸びる流路とを有するウェルを複数連結させた分析用媒体が記載されている。
【０００８】
特許文献４には、マイクロチャネル内に予め充填しておいた熱溶融性物質を、ヒーターで粘度制御しつつ、入り口からの空圧により移動させて、マイクロチャネル内での流体制御を行う方法が記載されている。
特許文献５には、平らな円形を有する基材に、開口部のないチャンネル、第１、第２のサンプルウェルを含む試料分析チップが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５０２１６４号公報
【特許文献２】特許第３６９９７２１号公報
【特許文献３】特開２００８−０８３０１７号公報
【特許文献４】米国特許第７１９５０３６号明細書
【特許文献５】特表２００７−５２７５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、流路を押しつぶす機構が必要であり、自動化が困難である。また、従来の遠心送液チップのように中央の液溜りから周囲のウェルに遠心送液を行うと、各ウェルへの送液量にばらつきが生じてしまう。
特許文献２に記載された方法では、チップが自転及び公転をするための複雑な機構とスペースが必要となる。また、サンプル液に複数の処理を加えようとした場合、分配を行った後に複数の処理を行ってしまうと、反応ウェル毎のバラつきが重なり安定した処理が行えない。
【００１１】
特許文献３では液の配液性などが考慮されておらず、逆にウェルに詰まった空気との押し合いで流体を制御するとある。この手法では液体貯留部と液体貯留部の間の流路の液体は送液されない上、各ウェルに送液される液量は大きくバラつき、反応のたびに結果に差異が生じてしまう。
特許文献４に記載された方法では、空圧制御機構が必要であり、一度に多くの反応を行なう溶液処理チップにおいては、熱溶融性物質の移動を制御するための形状や機構が複雑になってしまう。
特許文献５に記載された試料分析チップでは、使用者がピペット又はシリンジを使用して、サンプル、試薬又は液を試料分析チップに導入するため、使用者の作業の負担が大きい。
【００１２】
また、一般的に酵素反応を行なう際、反応開始温度になる前に酵素と基質が接触すると、望んでいない副反応や反応阻害が起こり、反応効率が低下するという問題が発生する場合がある。チップ上での酵素反応においても、例えば酵素を各反応チャンバに充填しておき、試料溶液として基質を送液する場合、送液が完了した時点で酵素と基質が接触し、副反応や反応阻害が起きてしまう可能性がある。
【００１３】
さらに、生化学反応をチップ上で行う際、試料溶液を分配した後で、反応チャンバ内を加熱して反応を行なう場合が多い。この場合には、試料溶液の蒸発を防ぐために、さらにミネラルオイル等の蒸発防止材を注入したり、チップの物理的な封止を行なったりしなければならないことがあり、作業工程が多くなるという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、複数の処理を行うことを可能としつつ、外部環境に試薬類が影響を及ぼすのを防ぐことが可能な試料分析チップ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】
【００１５】
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、円板状の基材に、前記基材の中央部に配置されて注入口に連通するとともに液状の試料を収容可能な初期反応部、前記基材の厚さ方向に見たときに螺旋状に形成されて前記初期反応部の周りに配置されるとともに一端部が前記初期反応部に連通した主流路、前記主流路における前記基材の径方向外側の内面から凹むように設けられた複数の鋸歯状収容部、及び、それぞれの前記鋸歯状収容部における前記主流路とは反対側に設けられた複数の主収容部が形成された試料分析チップであって、前記鋸歯状収容部は、一端が前記主流路の前記内面に連なるとともに他端が前記径方向外側に向かって延びる第一内面と第二内面との間に規定される空間であり、前記第二内面よりも前記第一内面の方が、前記主流路に沿った前記主流路の前記一端部側である上流側に配置され、前記第一内面の前記一端と前記第二内面の前記一端とを結ぶ基準線を規定したときに、前記基準線と前記第一内面とが前記鋸歯状収容部側になす上流側角度よりも、前記基準線と前記第二内面とが前記鋸歯状収容部側になす下流側角度の方が大きいことを特徴としている。
【００１６】
また、上記の試料分析チップにおいて、前記主流路の前記内面に沿って隣り合う一対の前記鋸歯状収容部において、前記上流側の前記鋸歯状収容部の前記第二内面の前記一端と、前記主流路に沿った前記主流路の他端部側の前記鋸歯状収容部の前記第一内面の前記一端とが接触していることがより好ましい。
また、上記の試料分析チップにおいて、前記主流路の他端部に余剰液収容部が形成されていることがより好ましい。
また、上記の試料分析チップにおいて、前記上流側角度は８０°よりも小さく、前記下流側角度は８０°よりも大きいことがより好ましい。
【００１７】
また、上記の試料分析チップにおいて、前記主流路の前記内面に沿って隣り合う一対の前記鋸歯状収容部において、前記上流側の前記鋸歯状収容部の前記上流側角度は、前記主流路に沿った前記主流路の他端部側の前記鋸歯状収容部の前記上流側角度以下であることがより好ましい。
また、上記の試料分析チップにおいて、前記初期反応部が、前記基材の中心軸線と平行な軸線を有する円錐台状に形成されていることがより好ましい。
【００１８】
また、上記の試料分析チップにおいて、前記主流路は、前記主流路の軸線が、ａ、ｂを定数としたときに、前記基材の中心軸線周りの回転角θに対する前記中心軸線と前記主流路の軸線との距離ｒが（１）式となるように形成されていることがより好ましい。
ｒ＝ａ＋ｂ×θ  ・・（１）
また、上記の試料分析チップにおいて、前記主流路は、前記主流路の軸線が、ａ、ｂを定数、ｅをネイピア数としたときに、前記基材の中心軸線周りの回転角θに対する前記中心軸線と前記主流路の軸線との距離ｒが（２）式となるように形成されていることがより好ましい。
ｒ＝ａ×ｅ（ｂθ）  ・・（２）
【発明の効果】
【００１９】
本発明の試料分析チップによれば、複数の処理を行うことを可能としつつ、外部環境に試薬類が影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の試料分析チップの平面図、側面図、及び底面図をまとめて示す図である。
【図２】同試料分析チップの斜視図である。
【図３】同試料分析チップの蓋部を透過させた平面図である。
【図４】図３中の要部拡大図である。
【図５】同試料分析チップの動作を説明する蓋部を透過させた平面図である。
【図６】同試料分析チップの動作を説明する蓋部を透過させた平面図である。
【図７】同試料分析チップの動作を説明する蓋部を透過させた平面図である。
【図８】同試料分析チップの動作を説明する蓋部を透過させた平面図である。
【図９】同試料分析チップの動作を説明する蓋部を透過させた平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の変形例における試料分析チップの要部拡大図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の試料分析チップの蓋部を透過させた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る試料分析チップ１の第１実施形態を、図１から図１０を参照しながら説明する。
図１から図３に示すように、本実施形態の試料分析チップ１は、後述する初期反応部２３、スパイラル状流路（主流路）２４、鋸歯状収容部２５、及びウェル（主収容部）２６にそれぞれ対応する凹部１３、１４、１５、１６が形成された本体１０と、本体１０に接合されて凹部１３、１４、１５、１６の蓋となる蓋部３０とを備えている。
図３から図１１では、蓋部３０を透過させて示している。
なお、本体１０及び蓋部３０で基材４０を構成する。
【００２２】
本体１０及び蓋部３０を形成する材料としては、試料分析チップ１に収容される試料に影響を与えないものであれば特に制限はない。この材料として、特にポリプロピレン、ポリカーボネート、アクリル、環状ポリオレフィン等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、初期反応や、ウェル２６における試料分析時に光学的な検出方法を用いることが可能である。
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、又は、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、スチレン等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１の耐熱性や強度を確保することもできる。
【００２３】
本体１０及び蓋部３０を形成する樹脂材料以外の材料としては、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。金属材料を用いると、本体１０及び蓋部３０は熱伝導率及び封止性能に優れたものとなる。
なお、本発明における「光透過性」とは、検出光の波長領域での平均透過率が７０％以上であるものとする。可視光領域（波長３５０〜７８０ｎｍ（ナノメートル））において光透過性を有する材料を用いれば、チップ１内の試料の状態の視認が容易であるが、本発明に試料可能な材料はこれに限られない。
【００２４】
まず、蓋部３０について説明する。
蓋部３０は、円板状に形成されている。蓋部３０には、本体１０に液状の試料であるサンプル液（不図示）を注入するための注入口３１と、サンプル液をスムーズに注入するための脱気口３２とが、蓋部３０を貫通するように形成されている。
【００２５】
本体１０は、円板状に形成されている。
本体１０の一方の面１０ａには、円錐台状に突出した突部１１が形成されている。突部１１は、基材４０の中心軸線Ｃ１上に形成されている。突部１１を形成することで、本体１０に突部１１が形成されていない場合に比べて、後述するように突部１１内に形成される初期反応部２３に貯留されるサンプル液の温度を上昇させやすくなる。
【００２６】
本体１０の他方の面１０ｂには、本体１０の中央部に配置された初期反応部用凹部１３、基材４０の厚さ方向Ｘに見たときに螺旋状に形成されて初期反応部用凹部１３の周りに配置されたスパイラル状流路用凹部１４、スパイラル状流路用凹部１４における基材４０の径方向外側の内面１４ａから径方向外側に向かって凹むように設けられた複数の鋸歯状収容部用凹部１５、及び、それぞれの鋸歯状収容部用凹部１５におけるスパイラル状流路用凹部１４とは反対側に設けられた複数のウェル用凹部１６が形成されている。
ここで言う螺旋状とは、所定の軸線 (例えば基材４０の中心軸線Ｃ１)周りの、対象線に対する回転角（中心角）が大きくなるのにしたがって、自身の軸線が前記所定の軸線から離間する形状のことを意味する。
【００２７】
本体１０の他方の面１０ｂに蓋部３０が接合されることで、初期反応部用凹部１３と蓋部３０の一方の面３０ａ（図２参照）とで初期反応部２３が構成される。同様に、スパイラル状流路用凹部１４と蓋部３０の一方の面３０ａとでスパイラル状流路２４が構成され、鋸歯状収容部用凹部１５と蓋部３０の一方の面３０ａとで鋸歯状収容部２５が構成され、ウェル用凹部１６と蓋部３０の一方の面３０ａとでウェル２６が構成される。
【００２８】
初期反応部２３は、中心軸線Ｃ１と平行な軸線を有する円錐台状に形成され、中心軸線Ｃ１と同軸に配置されている。初期反応部２３の外径は、本体１０の他方の面１０ｂに近づくにしたがって大きくなる。
図１内の平面図に示すように、初期反応部２３の他方の面１０ｂ側の縁部内に、蓋部３０の注入口３１及び脱気口３２が形成されている。これにより、注入口３１及び脱気口３２と初期反応部２３とが連通している。
初期反応部２３には、注入口３１を通して注入したサンプル液を収容可能であり、初期反応部２３内で一段階目の生化学反応を行うこともできる。初期反応部２３は、サンプル液を収容する収容部である。
初期反応部２３内に、一段階目の生化学反応に用いられる薬品等が配置されてもよい。
【００２９】
スパイラル状流路用凹部１４は、図３に示すように、基材４０の中心軸線Ｃ１周りの、対象線Ｌ１に対する回転角θが大きくなるのにしたがって、スパイラル状流路用凹部１４の軸線Ｃ２が中心軸線Ｃ１から離間するように形成されている。
スパイラル状流路用凹部１４の深さ（厚さ方向Ｘの長さ）は、初期反応部用凹部１３の深さよりも浅く（長さが短く）、鋸歯状収容部用凹部１５の深さ及びウェル用凹部１６の深さにほぼ等しい。
スパイラル状流路用凹部１４の一端部１４ｂは、初期反応部用凹部１３の内周面に連なっている。すなわち、スパイラル状流路２４の一端部２４ｂは初期反応部２３に連通している。本実施形態では、初期反応部２３とスパイラル状流路２４の一端部２４ｂとは、初期反応部２３とスパイラル状流路２４の一端部２４ｂとが直接接触することで連通している。
図３に示す厚さ方向Ｘに見たときに、スパイラル状流路２４は螺旋状に形成され、初期反応部２３の周りに配置されている。言い換えれば、スパイラル状流路２４は初期反応部２３を囲うように配置されている。
スパイラル状流路用凹部１４の他端部１４ｃと中心軸線Ｃ１との距離は、スパイラル状流路用凹部１４の一端部１４ｂと中心軸線Ｃ１との距離よりも長い。
この例では、スパイラル状流路２４の中心角は、約３６０°である。
【００３０】
なお、後述するように初期反応部２３に収容されたサンプル液は、スパイラル状流路２４に沿ってスパイラル状流路２４の一端部２４ｂ側からスパイラル状流路２４の他端部２４ｃ側へ向かって流れる。このため、以下ではスパイラル状流路２４に沿った一端部２４ｂ側を上流側Ｄ１、スパイラル状流路２４に沿った他端部２４ｃ側を下流側Ｄ２と称する。
スパイラル状流路２４の他端部２４ｃには、余ったサンプル液を貯留する余剰液収容部２７が形成されている。余剰液収容部２７は、下流側Ｄ２に向かうにしたがって流路の幅を狭めた形状に形成されている。
【００３１】
図４に示すように、鋸歯状収容部用凹部１５は、一端１７ａがスパイラル状流路用凹部１４の内面１４ａに連なるとともに他端１７ｂが基材４０の径方向外側に向かって延びる第一内面１７と、一端１８ａがスパイラル状流路用凹部１４の内面１４ａに連なるとともに他端１８ｂが基材４０の径方向外側に向かって延びる第二内面１８とを有している。鋸歯状収容部用凹部１５の第二内面１８よりも第一内面１７の方が、上流側Ｄ１に配置されている。
鋸歯状収容部２５は、鋸歯状収容部用凹部１５の第一内面１７と第二内面１８との間、さらに鋸歯状収容部用凹部１５の底面１５ａと蓋部３０の一方の面３０ａとの間に規定される空間である。
【００３２】
ここで、第一内面１７の一端１７ａと第二内面１８の一端１８ａとを結ぶ基準線Ｌ２を規定する。鋸歯状収容部用凹部１５は、基準線Ｌ２と第一内面１７とが鋸歯状収容部２５側になす上流側角度α１よりも、基準線Ｌ２と第二内面１８とが鋸歯状収容部２５側になす下流側角度α２の方が大きくなるように形成されている。
なお、上流側角度α１は０°よりも大きく、９０°よりも小さい。下流側角度α２は０°よりも大きく、１８０°よりも小さい。
鋸歯状収容部用凹部１５は、ウェル２６に近づくにしたがって幅が狭くなり、ウェル２６との間に括れ部１５ｂが形成されている。
【００３３】
ここで、スパイラル状流路２４の内面２４ａに沿って隣り合う一対の鋸歯状収容部２５のうち、上流側Ｄ１の鋸歯状収容部２５を鋸歯状収容部２５Ａ、下流側Ｄ２の鋸歯状収容部２５を鋸歯状収容部２５Ｂと称することにする。鋸歯状収容部２５Ａの上流側角度α１を上流側角度α１１、鋸歯状収容部２５Ｂの上流側角度α１を上流側角度α１２と称することにする。
鋸歯状収容部２５Ａの第二内面１８の一端１８ａと、鋸歯状収容部２５Ｂの第一内面１７の一端１７ａとが接触している。このため、鋸歯状収容部２５Ａと鋸歯状収容部２５Ｂとの距離が短くなる。
鋸歯状収容部２５Ａの上流側角度α１１は、鋸歯状収容部２５Ｂの上流側角度α１２以下である。
【００３４】
各鋸歯状収容部２５には１つのウェル２６が連通している。ウェル２６は、鋸歯状収容部２５におけるスパイラル状流路２４とは反対側（径方向外側）に設けられている。
この例では複数のウェル２６の容積は互いに等しい。各鋸歯状収容部２５は、ウェル２６の容積に対応した所定の容積を有している。
本体１０と蓋部３０との接合には、溶着や公知の接着剤が用いられている。
【００３５】
次に、以上のように構成された試料分析チップ１の製造方法の一例について説明する。
試料分析チップ１は、凹部１３、１４、１５、１６が形成された本体１０に、蓋部３０を貼り合わせて接合することで作製することができる。
【００３６】
本体１０に凹部１３、１４、１５、１６を形成するための加工方法としては、本体１０が樹脂材料で形成されている場合には、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。本体１０が金属材料で形成されている場合には、厚手のベース材料を用いた研削加工やエッチングを、薄手の金属シートにプレス加工や絞り加工を、それぞれ施すことで形成することができる。
【００３７】
本体１０の凹部１３、１４、１５、１６に反応用の試薬等の薬品を固定する場合は、本体１０と蓋部３０とを貼り合わせる前に行う。例えば、初期反応部２３には共通の処理のための反応試薬を、ウェル２６にはウェル２６ごとに異なる試薬を配置してもよい。各ウェル２６にそれぞれ異なる試薬を固定することによって、１つの検体（試料）に対して複数の処理を施すことができる。
【００３８】
試薬の固定方法としては、例えば液体試薬をピペット等で本体１０の凹部１３、１４、１５、１６内に滴下し、遠心装置で試料分析チップ１を中心軸線Ｃ１周りに２０００〜３０００回転／分（ｒｐｍ）、５分程度遠心すると、適量の液体試薬が液面を平坦にした状態で残存する。これを乾燥させることで試薬を固定することができる。
また、試薬の固定方法として、熱溶融性物質を使用することもできる。試薬上に溶融した熱溶融性物質を滴下することで、試薬を覆うように熱溶融性物質が配置され、試薬が固定される。熱溶融性物質としては、使用する温度で固化−液化を起こすこと、反応や送液に悪影響を与えないこと、熱溶融性物質がサンプル液と入れ替わりを起こすことができること等の条件を満たせば、使用要求に合ったものを適宜選択することができる。
例えば生化学反応を行う等の場合は、市販の専用のワックスを利用することができる。その他の利用形態では、パラフィンワックスを使用することができる。所望の温度で溶融するように、融点の異なる複数のワックスを混合して使用することもできる。
【００３９】
本体１０と蓋部３０とを貼り合せる方法としては、一方に接着層として樹脂コーティング層を設け、これを溶融させて両者を接着する方法が挙げられる。樹脂コーティング層は、熱伝導率の高い金属材料で形成されたベース材料に設けて溶融接着することが好ましい。樹脂コーティング層の材料としては、ＰＥＴやポリアセタール、ポリエステルやポリプロピレン等の樹脂材料を用いることができる。
【００４０】
本体１０や蓋部３０に樹脂コーティング層を形成する際、樹脂コーティング層の下地としてアンカー層を形成することによりレーザを用いた融着が可能である。
アンカー層にレーザ波長光を吸収するカーボンブラック（光吸収性材料）を練り込んでおくと、レーザ光を照射することにより発熱して樹脂コーティング層を溶融接着することができる。あるいは、アンカー層にカーボンブラックを添加することに代えて、樹脂コーティング層にカーボンブラックを添加したり、樹脂コーティング層の表面を黒色に塗装したりしてもよい。
例えば波長９００ｎｍ程度の赤外光フォトダイオードレーザーの光を照射することによっても、樹脂コーティング層を効率良く溶融することができる。レーザ溶着は、熱溶着と異なり、チップを加熱する必要がないことから、チップや、チップに固定されている試薬に殆ど影響を与えずに貼り合せをすることができる。
【００４１】
次に、以上のように構成された本実施形態の試料分析チップ１の使用時の動作について説明する。
使用者は、ピペット等にサンプル液を取り、ピペット等の先端部を注入口３１に差し込んで試料分析チップ１の初期反応部２３内にサンプル液を注入する。図５に示すように、サンプル液Ｍは初期反応部２３に貯留される。初期反応部２３内の空気が脱気口３２から抜けることで、初期反応部２３内にサンプル液Ｍを容易に注入することができる。
次に、使用者は、初期反応部２３に必要な薬品等を供給し、サンプル液Ｍに対して一段階目の生化学反応を行ってもよい。薬品等は、上述のように、予め初期反応部２３内に配置しておいてもよいし、サンプル液Ｍと前後して注入口３１から供給してもよい。
また、試料分析チップ１を遠心分離器に設置し、中心軸線Ｃ１周りに軽く回転させることにより、攪拌しながら一段階目の生化学反応を行ってもよい。
一段階目の生化学反応が、混合するだけでは開始されない、例えばＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）反応の様なものである場合、必要に応じて初期反応部２３に対し熱処理等を行ってもよい。熱処理をかけるための機構としては、例えばカートリッジヒーター、電熱線、ペルチェ素子等があげられる。
【００４２】
使用者は、遠心分離器に試料分析チップ１を設置し、サンプル液Ｍの分配を行うために、試料分析チップ１を比較的遅い回転速度で中心軸線Ｃ１周りに回転させる。比較的遅い回転速度とは、例えば、数百回転／分〜２０００回転／分程度である。
サンプル液Ｍは、回転に伴って発生する遠心力により、初期反応部２３の内面をつたいながら、図６に示すように初期反応部２３の径方向外側に向かって移動し、スパイラル状流路２４の一端部２４ｂに入る。サンプル液Ｍは、図７に示すようにスパイラル状流路２４の内面１４ａに沿って下流側Ｄ２に移動し、上流側Ｄ１から下流側Ｄ２の順に鋸歯状収容部２５を満たすように移動する。
【００４３】
このとき、鋸歯状収容部２５において上流側角度α１よりも下流側角度α２の方が大きい。これにより、鋸歯状収容部２５内にサンプル液Ｍが容易に入ることができる。第二内面１８にサンプル液Ｍが当たるように流れることで、一度鋸歯状収容部２５内に入ったサンプル液Ｍが下流側Ｄ２に向かうサンプル液Ｍの流れに引きずられて鋸歯状収容部２５内から出てしまうことが抑えられる。
【００４４】
試料分析チップ１の中心軸線Ｃ１周りの回転速度が一定の場合、中心軸線Ｃ１からの距離が近い上流側Ｄ１のサンプル液Ｍよりも中心軸線Ｃ１からの距離が遠い下流側Ｄ２のサンプル液Ｍの方が受ける遠心力が大きくなる。そのため上流側Ｄ１の鋸歯状収容部２５Ａの上流側角度α１１よりも下流側Ｄ２の鋸歯状収容部２５Ｂの上流側角度α１２を大きく設計してもサンプル液Ｍが鋸歯状収容部２５内に同じように進入することが可能である。下流側Ｄ２に行くほど鋸歯状収容部２５の上流側角度α１を大きくしていく、つまりスパイラル状流路２４に対して切り立った鋸歯状収容部２５を設けることが可能であり、鋸歯状収容部２５及びウェル２６を本体１０に密に集積することが可能である。
また、本実施形態の試料分析チップ１では、大きな遠心力を必要とせずにサンプル液Ｍの送液ができるため、全ての鋸歯状収容部２５において上流側角度α１が同じ角度であっても同様の送液が可能である。この場合、全ての鋸歯状収容部２５を同じ形状にすることができ、試料分析チップ１を非常に簡単に設計することができる。
【００４５】
このようにして、図８に示すように、各鋸歯状収容部２５においてサンプル液Ｍが鋸歯状収容部２５の容積分だけ量り取られる。
複数の鋸歯状収容部２５に入りきらなかったサンプル液Ｍは、余剰液収容部２７に貯留される。
【００４６】
試料分析チップ１の回転速度を速くして、比較的速い回転速度で中心軸線Ｃ１周りに回転させる。比較的速い回転速度とは、例えば、１０００回転／分〜１００００回転／分程度である。
サンプル液Ｍは、遠心力が強められたことにより、図９に示すように鋸歯状収容部２５内から括れ部１５ｂを通してウェル２６内に移動する。
その結果、複数のウェル２６のそれぞれに、所定量のサンプル液Ｍが分配される。ウェル２６の内部に、それぞれ異なる反応試薬等を配置しておけば、サンプル液Ｍに対して、ウェル２６ごとに異なる処理を施すことが可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態の試料分析チップ１によれば、初期反応部２３を備えるため、一段階目の生化学反応のような、全てのサンプル液Ｍに対して必ず行う共通の処理を、初期反応部２３において衛生的かつ効率良く行うことができ、試薬への外部環境の影響も抑制することができる。
また、基材４０の中央部に初期反応部２３が配置され、初期反応部２３の周りにスパイラル状流路２４が設けられている。このため、試料分析チップ１を中心軸線Ｃ１周りに回転させることで、初期反応部２３からスパイラル状流路２４、さらに鋸歯状収容部２５を介してウェル２６に、遠心力を利用して好適にサンプル液Ｍを送り込むことができる。
鋸歯状収容部２５の上流側角度α１よりも下流側角度α２の方が大きいため、鋸歯状収容部２５内にサンプル液Ｍが容易に入るとともに、一度鋸歯状収容部２５内に入ったサンプル液Ｍが鋸歯状収容部２５内から出てしまうことを抑制することができる。
【００４８】
鋸歯状収容部２５に括れ部１５ｂが形成されていることで、前述の比較的遅い回転速度と比較的速い回転速度との間の閾値となる回転速度未満の回転速度で試料分析チップ１を回転させるとサンプル液Ｍは鋸歯状収容部２５内に留まり、閾値となる回転速度を越えた回転速度で試料分析チップ１を回転させると、サンプル液Ｍは鋸歯状収容部２５内からウェル２６内に移動する。このため、比較的遅い回転速度や比較的速い回転速度をある程度の幅をもって設定することができ、試料分析チップ１の回転数の制御が容易になる。
使用者は、初期反応部２３内にサンプル液Ｍを注入すればよく、スパイラル状流路２４内に使用者自身がサンプル液Ｍを注入する必要がないため、使用者の作業の負担を低減することができる。
【００４９】
鋸歯状収容部２５Ａの第二内面１８の一端１８ａと、鋸歯状収容部２５Ｂの第一内面１７の一端１７ａとが接触している。したがって、複数の鋸歯状収容部２５やウェル２６を基材４０のより狭い面積内に形成することができる。
スパイラル状流路２４の他端部２４ｃに余剰液収容部２７が形成されているため、余ったサンプル液Ｍを確実に貯留することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、図１０に示すように、鋸歯状収容部２５Ａの第二内面１８の一端１８ａと、鋸歯状収容部２５Ｂの第一内面１７の一端１７ａとが接触せずに、鋸歯状収容部２５Ａの第二内面１８の一端１８ａと鋸歯状収容部２５Ｂの第一内面１７の一端１７ａとの間にスパイラル状流路２４の内面１４ａを設けてもよい。
スパイラル状流路２４に沿う方向における鋸歯状収容部２５やウェル２６のピッチは、試料分析チップ１に要求される仕様に応じて適宜設定することができる。
【００５１】
鋸歯状収容部２５の上流側角度α１を８０°よりも小さくしてもよい。このようにすることで、鋸歯状収容部２５内にサンプル液Ｍがより容易に入るようになる。また、下流側角度α２を８０°よりも大きくしてもよい。このようにすることで、一度鋸歯状収容部２５内に入ったサンプル液Ｍが鋸歯状収容部２５内からさらに出にくくなり、鋸歯状収容部２５で量り取られるサンプル液Ｍの量をさらに安定させることができる。
【００５２】
また、スパイラル状流路は、その軸線の形状を以下に説明するようなものとすることができる。
例えば、ａ、ｂをそれぞれ定数としたときに、基材４０の中心軸線Ｃ１周りの回転角θに対する中心軸線Ｃ１とスパイラル状流路の軸線との距離ｒが（３）式となるように、スパイラル状流路を形成してもよい。
ｒ＝ａ＋ｂ×θ  ・・（３）
また、ａ、ｂをそれぞれ定数とし、ｅをネイピア数（オイラー数。２．７１８‥という値。）としたときに、基材４０の中心軸線Ｃ１周りの回転角θに対する中心軸線Ｃ１とスパイラル状流路の軸線との距離ｒが（４）式となるように、スパイラル状流路を形成してもよい。（４）式による線は、対数螺旋とも呼ばれる。
ｒ＝ａ×ｅ（ｂθ）  ・・（４）
（３）式や（４）式を用いてスパイラル状流路を形成することで、スパイラル状流路の設計が容易になるとともに、試料分析チップ１におけるスパイラル状流路の各部位の位置を（３）式や（４）式から容易に求めることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１１を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１１に示すように、本実施形態の試料分析チップ２には、第１実施形態の試料分析チップ１のスパイラル状流路２４及び余剰液収容部２７に代えて、スパイラル状流路５１、溶液放出部５２、及び余剰液収容部５３を備えている。
【００５４】
スパイラル状流路５１の中心角は、約７２０°である。
本実施形態では、初期反応部２３とスパイラル状流路５１の一端部５１ｂとは直接接触することなく、溶液放出部５２を介して連通している。溶液放出部５２は、基材４０の径方向に延びる流路である。
試料分析チップ２に溶液放出部５２を形成することで、初期反応部２３から供給されるサンプル液Ｍを、スパイラル状流路５１の一端部５１ｂの狭い範囲に集中させることができる。
本実施形態では、鋸歯状収容部２５やウェル２６が、第１実施形態に比べて単位面積当たりの配置密度を高めて配置されている。
本実施形態の余剰液収容部５３は、スパイラル状流路５１よりも幅の広い楕円形状に形成されている。
【００５５】
このように構成された本実施形態の試料分析チップ２によれば、複数の処理を行うことを可能としつつ、外部環境に試薬類が影響を及ぼすのを防ぐことができる。
【００５６】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、スパイラル状流路に余剰液収容部は形成されなくてもよい。初期反応部２３に注入するサンプル液Ｍの量を全鋸歯状収容部２５の容積以下にすればよいからである。
鋸歯状収容部２５Ａの上流側角度α１１は、鋸歯状収容部２５Ｂの上流側角度α１２よりも大きくてもよい。
本体１０に、突部１１は形成されなくてもよい。蓋部３０に脱気口３２は形成されなくてもよい。
【００５７】
最後に、本発明の試料分析チップを用いた試料分析方法について説明する。
本発明の試料分析チップは、例えば、ＤＮＡ、たんぱく質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。
【００５８】
遺伝子解析の１例としては、例えば体細胞変異の検出や、生殖細胞変異の検出が挙げられる。遺伝子型の違いによって、発現するタンパク質の種類等が異なるため、例えば薬の代謝酵素の働きの違いを生み、結果として薬の最適投与量や副作用の出やすさ等に個人差が生じる。このことを医療現場で利用し、各患者の“遺伝子型”を調べることで、オーダーメイド医療を行うことができる。
【００５９】
（ＳＮＰｓの検出）
ヒトゲノムの中には、その約０．１％に個人特有の塩基配列の違いが存在する。これは、ＳＮＰ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ  Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）と呼ばれており、生殖細胞変異のひとつである。ＳＮＰの特定方法の一つとして、例えば蛍光を用いたＰＣＲ‐ＰＨＦＡ（ＰＣＲ−Ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｈｏｍｏｄｕｐｌｅｘ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ａｓｓａｙ）法が利用されている。
ＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法は検出変異部位を増幅するＰＣＲ工程と、増幅断片と対応プローブによる競合的鎖置換反応工程から成り立っている。当該方法によれば、蛍光試薬の発光差によって変異を検出するが、本発明の試料分析チップを用いると、各ウェルに均等にサンプル液を分配することができ、正確なＳＮＰｓ検出を行うことができる。また上記以外のＳＮＰ検出方法としてインベーダー法（登録商標）、Ｔａｑｍａｎ  ＰＣＲ法等についても同様に本発明の試料分析チップを用いることが可能である。
【００６０】
以下に、本発明を用いてワルファリン（抗血液凝固剤。心臓病や高血圧用の薬として用いられる）に対する副作用に関与するＳＮＰについて、ＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法を使った解析例を説明する。
【００６１】
血液などから得られる検体核酸を精製して、溶液試料とする。本発明の試料分析チップに注入後、初期反応部にて配液前に、検体核酸の増幅を行なう。なお、ワルファリンに関与するＳＮＰの検出にはＶＫＯＲＣ１やＣＹＰ２Ｃ９内のＳＮＰが議論されることが多く、ＣＹＰ２Ｃ９＊２やＣＹＰ２Ｃ９＊３などが有名である。検体からこれらのＳＮＰを含む遺伝子断片をマルチプレックスＰＣＲにて増幅する。
【００６２】
上記の検出方法では、一つのＳＮＰを判定するために２つの検出用のウェルが必要となるので１検体試料につき１０個以上のウェルが形成された試料分析チップを使用すると良く、それぞれのウェルに競合的鎖置換反応を行うためのＳＮＰ検出用の試薬を固定すればよい。
【００６３】
上記ＰＣＲにより核酸が増幅されたサンプル液を、各ウェルに配液充填する。各ウェルを温調し、ウェル内に配置した試薬に混入された蛍光試薬の発光差によって変異を検出する。一つのＳＮＰに対し２つのウェルのうち一つのみ陽性反応ならばホモ、二つ陽性ならヘテロと判定することができる。
【００６４】
（Ｋ‐ｒａｓ遺伝子変異の検出）
がん細胞に特徴的な変異、また分子標的薬に抵抗性を示す変異は、そのほとんどが体細胞変異である。生殖細胞変異（ＳＮＰなど）の場合、どの細胞でも共通の変異が見られるのに対し、体細胞変異では変異を起こした細胞でのみ変異がみられ、変異を起こしていない細胞（通常は正常細胞）では変異は見られない。
【００６５】
つまり、サンプル試料のうちの多くは正常細胞で一部変異細胞が含まれる場合、多くの正常な遺伝子中に存在するわずかな変異遺伝子を検出しなければならず、この点が生殖細胞における変異検出と異なる点で、体細胞の遺伝子変異検出をより困難にしている点である。
【００６６】
Ｋ‐ｒａｓ遺伝子は、変異ががん細胞に存在すると分子標的薬がほとんどの患者群で効を奏しないことが示された遺伝子であり、この遺伝子を簡便、迅速、安価、高精度に検出することが希望されつつある。以下に、Ｋ‐ｒａｓ遺伝子のＰＣＲ‐ＰＨＦＡ法での解析例を説明する。
【００６７】
上記遺伝子変異の検出用のウェルにはプローブ核酸を含む試薬が固定される。Ｋ‐ｒａｓ遺伝子の検出は野生型と１３種類の変異があるので少なくとも１４のウェルが形成された本発明の試料分析チップを使用し、当該ウェルのそれぞれに対応した試薬が固定化されていることが好ましい。
【００６８】
大腸癌などのがん細胞を採取し、検体核酸を精製して、サンプル液とする。本発明の試料分析チップに注入後、まず初期反応部にて、検体核酸の増幅を行う。
【００６９】
上記ＰＣＲにより核酸が増幅されたサンプル液を、各ウェルに配液充填する。ウェルを温調し、ウェル内に配置した試薬に混入された蛍光試薬の発光差によって変異を検出することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１、２  試料分析チップ
１４ａ  内面
１７  第一内面
１７ａ、１８ａ  一端
１７ｂ、１８ｂ  他端
１８  第二内面
２３  初期反応部
２４、５１  スパイラル状流路（主流路）
２４ｂ、５１ｂ  一端部
２５  鋸歯状収容部
２６  ウェル（主収容部）
２７、５３  余剰液収容部
３１  注入口
４０  基材
Ｃ１  中心軸線
Ｃ２  軸線
Ｌ２  基準線
Ｍ    サンプル液（試料）
Ｘ    厚さ方向
α１、α１１、α１２  上流側角度
α２  下流側角度
【図１】
2015206715.tif 000003
【図２】
2015206715.tif 000004
【図３】
2015206715.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015206715.tif 000008
【図７】
2015206715.tif 000009
【図８】
2015206715.tif 000010
【図９】
2015206715.tif 000011
【図１０】
2015206715.tif 000012
【図１１】
2015206715.tif 000013