(57)【要約】【課題】試薬が反応槽における反応液の流れに影響を受けず、適切なタイミングで試薬と反応液との反応を開始させることができるラボオンチップの試薬封止構造及びラボオンチップを提供する。【解決手段】本発明は、試薬７が装填された複数の反応槽４を有し、反応槽４に反応液が添加されて反応が行われるラボオンチップ２の試薬封止部１であって、常温では固体であり、加熱されることで融解する封止材料を含み、各々の反応槽４内に固着される封止層８を備え、試薬７は封止層８内に分散格納され、又は封止層８によって被覆されており、封止層８が反応液とともに加熱されることによって、試薬７と反応液とが接触し、反応可能な状態となることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬が装填された複数の反応槽を有し、前記反応槽に反応液が添加されて反応が行われるラボオンチップの試薬封止構造であって、
常温では固体であり、加熱されることで融解する封止材料を含み、各々の前記反応槽内に固着される封止層を備え、
前記試薬は前記封止層内に分散格納され、又は前記封止層によって被覆されており、前記封止層が前記反応液とともに加熱されることによって、前記試薬と前記反応液とが接触し、反応可能な状態となることを特徴とするラボオンチップの試薬封止構造。
【請求項２】
前記封止材料を前記封止層より高濃度に含有し、前記封止層を被覆するように配置された被覆層をさらに備え、
前記試薬は前記封止層内に分散格納されている請求項１に記載のラボオンチップの試薬封止構造。
【請求項３】
前記封止層は、フィルム状に形成されており、前記試薬は前記封止層によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のラボオンチップの試薬封止構造。
【請求項４】
前記封止材料は、アガロース、ゼラチン、油脂、パラフィンのいずれかを含んで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のラボオンチップの試薬封止構造。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のラボオンチップの試薬封止構造を備えることを特徴とするラボオンチップ。
【請求項６】
前記反応槽間に設けられ、各々の前記反応槽間を連通させる流路と、
前記反応液が注入される注入口と、
をさらに備え、
前記注入口から注入された前記反応液は、前記流路を通って各々の前記反応槽に流入することを特徴とする請求項５に記載のラボオンチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラボオンチップの反応槽において試薬を封止する封止構造及びラボオンチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
ラボオンチップは、基板上で化学・生物学実験を行う技術である。これは、基板上の反応槽内にあらかじめ装填された試薬等に反応液を加えることで、基板上に実験系を集積することによって操作の手間を軽減して省スペースを実現し、効率を向上させることができるというものである。
【０００３】
一方、複数の反応槽で共通の反応液が使用される場合、各反応槽を流路で連通させ、一端に設けられた注入口から反応液を注入することによって、流路を介してすべての反応槽に簡便に効率よく反応液を配置することができる反応容器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００４−５０２１６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の反応容器の構造をラボオンチップに適用しようとした場合、単に試薬等が反応槽に装填されているだけであると、反応液が反応槽に流入すると試薬と接触し、すぐに反応が開始してしまうことがある。従って、反応開始のタイミング制御が困難であるという問題がある。
【０００５】
また、反応液が、ある上流側の反応槽から隣接する下流側の反応槽へ流出する際に、装填された試薬等が反応液とともに下流側の反応槽へ流れてしまい、上流側の反応槽内の試薬等がなくなってしまったり、量が不足してしまったりすることが起きる。これは適切な反応が起こらなくなる原因となり、問題である。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、試薬が反応槽における反応液の流れに影響を受けず、適切なタイミングで試薬と反応液との反応を開始させることができるラボオンチップの試薬封止構造及びラボオン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】
【０００７】
本発明のラボオンチップの試薬封止構造は、試薬が装填された複数の反応槽を有し、前記反応槽に反応液が添加されて反応が行われるラボオンチップの試薬封止構造であって、常温では固体であり、加熱されることで融解する封止材料を含み、各々の前記反応槽内に固着される封止層を備え、前記試薬は前記封止層内に分散格納され、又は前記封止層によって被覆されており、前記封止層が前記反応液とともに加熱されることによって、前記試薬と前記反応液とが接触し、反応可能な状態となることを特徴とする。
【０００８】
なお、「試薬」とは、ラボオンチップ上で反応液と反応させるために用いられるあらゆる物質を指し、核酸、酵素、基質、バッファ等が含まれる。
【０００９】
本発明のラボオンチップの試薬封止構造によれば、反応槽が加熱によって融解されるまで、試薬が反応液と接触しないように反応槽内に固着される。
【００１０】
本発明のラボオンチップの試薬封止構造は、前記封止材料を前記封止層より高濃度に含有し、前記封止層を被覆するように配置された被覆層をさらに備え、前記試薬は前記封止層内に分散格納されてもよい。この場合、封止層が被覆層によって被覆されるので、封止層上面付近に分散格納された試薬の溶出が効果的に抑制される。
【００１１】
前記封止層は、フィルム状に形成されており、前記試薬は前記封止層によって被覆されてもよい。この場合、容積の小さい試薬封止部を構成することができる。
【００１２】
前記封止材料は、アガロース、ゼラチン、油脂、パラフィンのいずれかを含んで形成されてもよい。この場合、封止層及び被覆層内に格子状構造が含まれるので、より効率的に試薬が分散、封止される。
【００１３】
また、本発明のラボオンチップは、本発明のラボオンチップの試薬封止構造を備えることを特徴とする。この場合、適切なタイミングでラボオンチップ上における反応を開始させることができる。
【００１４】
本発明のラボオンチップは、前記反応槽間に設けられ、各々の前記反応槽間を連通させる流路と、前記反応液が注入される注入口とをさらに備え、前記注入口から注入された前記反応液は、前記流路を通って各々の前記反応槽に流入するものでもよい。この場合、注入口から反応液を注入することによって、すべての反応槽に、反応液を配置することができる。また、その際に試薬が下流側の反応槽に流出することがない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のラボオンチップの試薬封止構造及びラボオンチップによれば、試薬が反応槽における反応液の流れに影響を受けず、適切なタイミングで試薬と反応液との反応を開始させることができるラボオンチップの試薬封止構造及びラボオンチップを提供する
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１実施形態の試薬封止部（試薬封止構造）１を備えるラボオンチップ２について、図１から図７を参照して説明する。
図１は、ラボオンチップ２の平面図、図２はラボオンチップ２の断面図である。図１及び図２に示すように、ラボオンチップ２は樹脂等からなる基板３に、反応槽４として複数の凹部が形成されて構成されている。各反応槽４は溝状の流路５で連通されており、流路５の一方の端部には、反応液が注入される注入口６が設けられている。
【００１７】
各反応槽４の内部には、反応に用いられる試薬７が封止された試薬封止部１が固着されている。試薬封止部１は、試薬７と、試薬７を封止する封止部材（封止材料）８Ａからなる封止層８とを含んで構成されている。
【００１８】
封止層８を形成する封止部材８Ａとしては、常温において固相（固体）であり、反応槽４に固着して、後述する反応液が反応槽４内に供給される時に流路５から流出しないことが必要となる。また、分子構造に格子状の部分（マトリクス）を有し、反応液と試薬７との化学反応に影響を及ぼさないものが好ましい。さらに、所定の温度に加熱することで、融解し液相となる材料であることが必要である。
【００１９】
封止部材８Ａの具体例としては、アガロース、ゼラチン、油脂、パラフィン等が挙げられる。これらの材料から、封止される試薬７の熱耐性等を考慮して、適切な融点のものが適宜選択されて用いられる。
封止層８には封止部材８Ａ以外の材料が含まれてもよい。例えば、封止される試薬７の品質保持のために、アジ化ナトリウム等の防腐剤等が添加されてもよい。
【００２０】
試薬７としては、反応に必要な、核酸、酵素、基質、バッファなどが、ラボオンチップ上で行われる化学反応に基づいて適宜１種類あるいは複数種類選択される。これらの試薬７は、封止層８に分散された状態で、封止部材８Ａのマトリクス内に保持されて試薬封止部１が構成されている。
なお、複数のプローブの組み合わせを用いてポリメラーゼ連鎖反応法（ＰＣＲ法）が行われる等の場合は、各反応槽ごとに異なる試薬が配置されてもよい。
【００２１】
封止される試薬７は、必要に応じて凍結乾燥等の処理が施されてもよい。このようにすると、試薬７の容積を小さくして、試薬封止部１全体の容積を小さくすることができる。また、試薬７の安定性を高めて、ラボオンチップ２の使用可能期間を長くすることができる。
【００２２】
上記のように構成された試薬封止部１は、封止部材８Ａにあらかじめ試薬７を分散させた混合物を、図３に示すように、定量分注機１００等を用いて各反応槽４に分注装填することによって形成される。試薬７を分散させることに代えて、図４（ａ）に示すように、凍結乾燥等によって乾燥させた試薬７が反応槽４内に充填され、図４（ｂ）に示すように、その上から封止部材８Ａが注入されて被覆されることによって試薬封止部１が形成されてもよい。
【００２３】
上記のように構成されたラボオンチップ２の使用時の動作を図５（ａ）から図５（ｃ）を参照して以下に説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、試薬封止部１の封止層８が固相を保持している状態で、精製ゲノムＤＮＡ等を含む反応液９を、分注機１０１等を用いて注入口６から圧力を加えながら注入する。
【００２４】
注入された反応液９は、図５（ｂ）に示すように、流路５を通って各反応槽４に配置される。このとき、試薬封止部１は反応槽４に固着しているため、下流側に移動しない。また、固相であるため、試薬７と反応液９とは接触せず、反応は開始されない。
【００２５】
続いて、ラボオンチップ２を、ヒートブロック等を備えた反応装置に設置して所定の温度に加熱すると、図５（ｃ）に示すように、封止層８の封止部材８Ａが融解し、固相から液相へと変化する。そして、試薬封止部１に封止されていた試薬７が反応液９と混合されて接触し、所定の温度条件下におかれることによって所定の反応を進行させる。
なお、ラボオンチップ２を加熱する前に、流路５を塑性変形等させることによって各反応槽４間の連通を断絶させておくと、封止層８が液相となった際も、各反応槽の内容物が混合されることがなく、好ましい。
【００２６】
反応終了後のラボオンチップ２は、タイピング反応や、蛍光測定等の後工程に送られる。
次に、実際の例を用いて、本実施形態の試薬封止構造についてさらに説明する。
【００２７】
［実施例１］
封止部材としてのアガロースのＰＣＲ反応効率に対する影響を検討するために、以下の実験を行った。
まず、試薬７としてＰＣＲバッファ（バッファ：10X、1μL）、ｄＮＴＰ（基質：10X、1μL）、プライマー１（CCAATACCGCCAACAGT、10pmol/μL、1μL）、プライマー２（AGGAGTCCCATCACCAGGT、10pmol/μL、1μL）、の混合物を１２サンプル分作成した。
【００２８】
上記１２サンプルのうち、図６に示すように、１０サンプルにおいてはポリメラーゼ（ＨＳ  Ｅｘ  Ｔａｑ：タカラバイオ株式会社製、5U/μL、0.5μL）をさらに加えた試薬とした。ポリメラーゼを加えた５サンプル及び加えなかった１サンプルに対して、凍結乾燥処理を行い、１２サンプルすべてをそれぞれ200μLＰＣＲ用マイクロチューブに装填した。
【００２９】
続いて、熱により溶融した状態の２％アガロース溶液を、図６に示す分量だけそれぞれのサンプルに滴下し、4℃で10分間静置してアガロース溶液をゲル化させた。ここに、精製ゲノムＤＮＡ溶液（反応液：200ng/μL、1μL）を加え、さらにサンプルの体積が10μLとなるように蒸留水を加え、所定の温度サイクルに加熱してＰＣＲ法による遺伝子増幅を行った。
【００３０】
図７は上記ＰＣＲ法による増幅産物を示すバンドの図である。図７に示すように、ポリメラーゼを添加した１０サンプルにおいては、アガロース溶液の滴下量、凍結乾燥処理の有無のいずれにもかかわらず、略同等の増幅産物を得ることができた。従って、アガロースによりＰＣＲ法の反応が阻害されないこと、及び、試薬を凍結乾燥してから封止しても正常にＰＣＲ法を行うことができることが確認された。
【００３１】
本実施形態の試薬封止部１によれば、加熱前には試薬７が封止層８の封止部材８Ａ内部に分散した状態で各反応槽４に固着しているため、注入口６から注入された反応液９が流入してきた際も、試薬７が下流側の流路５に流出することがない。従って、各々の反応槽４において反応に必要な試薬が保持され、ラボオンチップ２上で適切に反応させることができる。
【００３２】
また、加熱前の試薬７は封止層８内に分散格納されているので、反応液９が反応槽に流入しても、直ちには接触せず、加熱されて封止層８が融解されることによって試薬７と反応液９とが接触し、反応可能な状態となる。従って、反応開始のタイミングを制御し、適切に反応を進行させることができる。
【００３３】
続いて、本発明の第２実施形態について図８（ａ）から図８（ｃ）を参照して説明する。なお、上述の実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図８（ａ）から図８（ｃ）は、本実施形態の試薬封止部１１の形成及びラボオンチップへの配置手順を示す図である。
まず、水分含量の少ないアガロースゲルを用いてフィルム状に形成された封止フィルム（封止層）１２を２枚用意し、図８（ａ）に示すように、凍結乾燥処理を施した試薬７を上下から封止フィルム１２で挟み込んで被覆する。
【００３５】
試薬７に触れていない周縁部を溶着や熱融着等の方法で接着すると、図８（ｂ）に示すように、封止フィルム１２の内部に試薬７が封止された試薬封止部１１が得られる。試薬封止部１１を反応槽１３の内部に固着させると、本実施形態のラボオンチップ１４が完成する。
【００３６】
上記のように構成された試薬封止部１１及びラボオンチップ１４においては、第１実施形態の試薬封止部１及びラボオンチップ２と同様の効果を得ることができる。
また、試薬７に熱を加えることなく封止することができるので、試薬７が熱に弱い物質等の場合も変性させずに封止することができる。
【００３７】
また、試薬７が凍結乾燥されているので、試薬７の体積を小さくすることができる。従って、試薬封止部１１全体をより小さく構成することができる。従って、より小さい反応槽にも適用することができ、ラボオンチップの反応槽を小型化してより効率的に配置することができる。
【００３８】
さらに、封止フィルム１２として、特に水分含量が少ないものを使用すれば、公知のロールツーロールの製造機械等を用いることによって、試薬封止部１１を低コストで大量に製造することができる。
【００３９】
加えて、封止フィルム１２の水分含量が少なく、かつ試薬７が凍結乾燥されているので、全体として水分含量が少なく保存性に優れている。そして、複数の反応槽が流路で連通された通常の反応容器の各々の反応槽に、本実施形態の試薬封止部を配置することによって、該反応容器をラボオンチップとして使用することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態においては、試薬７が封止層８に分散格納される例を説明したが、これに代えて、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す変形例のように、試薬封止部１の上に、同一或いは異なる材料からなる封止部材が分注器１０１等を用いて層状に配置されてもよい。このようにして形成された被覆層１０を備えた試薬封止部１Ａとして試薬封止構造を構成すると、試薬封止部１の表面上にある試薬７の溶出をより効果的に抑制することができる。
【００４２】
なお、この場合、被覆層１０における封止部材の濃度を封止層８よりも高く設定すると、被覆層のマトリクス密度がより高くなり、より確実に試薬７の溶出を防ぐことができる。
【００４３】
また、上述の実施例においては、各反応槽が流路で連通されたラボオンチップに適用される例を説明したが、これには限定されず、流路を有さないラボオンチップに適用されてもよい。この場合も本発明の試薬封止構造によって、試薬を安定した状態で反応槽内に封止することができる。
【００４４】
さらに、試薬７として複数種類の物質が封止される場合は、物質ごとに試薬封止部が形成され、反応槽内にこれらの試薬封止部が積層されてもよい。さらに、積層された試薬封止部間が、被覆層１０や封止フィルム１２によって隔絶されてもよい。このようにすると、試薬中の各物質が接触しない状態で封止することができる。従って、保存性等の観点から混合させたくないような物質が組み合わされた試薬でも、良好に保存できる封止構造を構成することができる。
【００４５】
加えて、上述の実施形態においては、ＰＣＲ法を行うためのラボオンチップに適用された例を説明したが、本発明の用途はこれには限定されず、例えば、ＦＲＥＴ効果を利用した蛍光検出にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態の試薬封止構造を備えたラボオンチップを示す平面図である。
【図２】同ラボオンチップの断面図である。
【図３】同ラボオンチップの反応槽に試薬封止部が配置される状態を示す図である。
【図４】試薬封止部が配置される他の方法を示す図である。
【図５】同ラボオンチップの使用時の動作を示す図である。
【図６】同実施形態の実験例における各サンプルの試薬封止部の構成を示す図である。
【図７】同実験例におけるＰＣＲ反応後の増幅産物を示すバンド図である。
【図８】本発明の第２実施形態の試薬封止構造と、ラボオンチップへの配置工程を示す図である。
【図９】本発明のラボオンチップの変形例における試薬封止部とその配置工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１、１１  試薬封止部（試薬封止構造）
２、１４  ラボオンチップ
４、１３  反応槽
５  流路
６  注入口
７  試薬
８  封止層
８Ａ  封止部材（封止材料）
９  反応液
１０  被覆層
１２  封止フィルム（封止層）
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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