(57)【要約】【課題】コンパクトで、保管している試薬の飛散等がなく、且つ使用時には試薬を素早く混合させることのできるマイクロチップを提供すること。【解決手段】流路から試薬及び試料の少なくとも一つが供給され、加熱により反応が行われる反応部を有するマイクロチップにおいて、反応部に予め試薬を保管する保管部と、保管部に予め保管された試薬が保管温度と反応温度の間で固体から液体に相転移する物質で密閉されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路から試薬及び試料の少なくとも一つが供給され、加熱により反応が行われる反応部を有するマイクロチップにおいて、
前記反応部は、予め試薬を保管する保管部を有し、
前記保管部に予め保管された試薬は、保管温度と反応温度との間で固体から液体に相転移する物質で密閉されていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記相転移する物質は、パラフィンであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
流路から試薬及び試料の少なくとも一つが供給され、加熱により反応が行われる反応部を有するマイクロチップにおいて、
前記反応部は、予め試薬を保管する保管部を有し、
前記保管部に予め保管された試薬は、保管温度と反応温度との間で固体から液体に相転移する物質を含むことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項４】
前記相転移する物質は、ゼラチンであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロチップ。
【請求項５】
前記保管部は、前記反応部の一部に窪みを設けることにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のマイクロチップ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロチップと、
前記マイクロチップを収容するマイクロチップ収容部と、前記マイクロチップ収容部にマイクロチップを収容した際に前記マイクロチップの反応部を加熱する加熱部と、を有するマイクロチップ検査装置と、
を備えることを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップおよびそのマイクロチップ検査システムに関する。
【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注目されている。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、試薬液と試料液（たとえば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液、検体を処理して抽出したＤＮＡ処理した抽出溶液など）を合流させ、その反応を検出することにより検体の特性を調べる方法である。
【０００３】
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工、前記加工で作製した方を基に成型を行い、検体液や試薬液を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。
【０００４】
さらにこのμ−ＴＡＳは、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には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によって、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析が可能となり、その恩恵は多大と言える。
【０００５】
各種の分析、検査ではこれらのマイクロ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。そのためにはシンプルな構成で、精度が高く、信頼性に優れたマイクロチップが求められている。これに好適なマイクロポンプシステムおよびその制御方法を本発明者らはすでに提案している（特許文献１〜４）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２０９９号公報
【特許文献３】特開２００４−１０８２８５号公報
【特許文献４】特開２００４−２７０５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記μ−ＴＡＳを用いる分析においては、迅速に分析、検査を行うために、マイクロチップ上に形成された流路に予め試薬が封入されていることが望ましい。この場合、数多くの試薬を用いることが必要な分析では、試薬を収容する数多くの流路をマイクロチップ上に設ける必要がある。そのため、マイクロチップが大きくなってしまう。
【０００７】
また、マイクロチップに予め試薬を封入する場合、使用前の保管時において、試薬の飛散等を防止すること、試薬を収容した保管部からこれに連通する流路への試薬の漏れ出しを防止することが要求される。さらに、使用時には試薬を素早く混合するとともに、試薬を収容した保管部から後続する流路へ試薬をスムーズに流出させることが要求される。
【０００８】
本発明の目的は、コンパクトで、保管している試薬の飛散等がなく、且つ使用時には試薬を素早く混合させることのできるマイクロチップを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、下記構成により解決できる。
１．流路から試薬及び試料の少なくとも一つが供給され、加熱により反応が行われる反応部を有するマイクロチップにおいて、
前記反応部は、予め試薬を保管する保管部を有し、
前記保管部に予め保管された試薬は、保管温度と反応温度との間で固体から液体に相転移する物質で密閉されていることを特徴とするマイクロチップ。
２．前記相転移する物質は、パラフィンであることを特徴とする１に記載のマイクロチップ。
３．流路から試薬及び試料の少なくとも一つが供給され、加熱により反応が行われる反応部を有するマイクロチップにおいて、
前記反応部は、予め試薬を保管する保管部を有し、
前記保管部に予め保管された試薬は、保管温度と反応温度との間で固体から液体に相転移する物質を含むことを特徴とするマイクロチップ。
４．前記相転移する物質は、ゼラチンであることを特徴とする３に記載のマイクロチップ。
５．前記保管部は、前記反応部の一部に窪みを設けることにより形成されていることを特徴とする１乃至４の何れかに記載のマイクロチップ。
６．１乃至５の何れかに記載のマイクロチップと、
前記マイクロチップを収容するマイクロチップ収容部と、前記マイクロチップ収容部にマイクロチップを収容した際に前記マイクロチップの反応部を加熱する加熱部と、を有するマイクロチップ検査装置と、
を備えることを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反応部を試薬の保管部として用いるのでコンパクトなマイクロチップとなる。また、保管時においては、反応部の試薬を保管部に固定化することができるとともに、使用時には試薬を固定化から簡単に解放できるので、保管時には試薬の飛散等がなく、且つ使用時には試薬を素早く混合させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１２】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
（装置構成）
図１は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の外観図である。検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体と試薬とを自動的に反応させ、反応結果を自動的に出力する装置である。
【００１３】
検査装置８０の筐体８２には、マイクロチップ１を装置内部に挿入するための挿入口８３、表示部８４、メモリカードスロット８５、プリント出力口８６、操作パネル８７、外部入出力端子８８が設けられている。
【００１４】
検査担当者は、図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。検査装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。検査終了後、検査担当者はマイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００１５】
図２は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の構成図である。図２においては、マイクロチップが図１に示す挿入口８３から挿入され、セットが完了している状態を示している。
【００１６】
検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液１１を貯留する駆動液タンク１０、マイクロチップ１に駆動液１１を供給するためのマイクロポンプ５、マイクロポンプ５とマイクロチップ１とを駆動液１１が漏れないように接続するポンプ接続部６、マイクロチップ１の必要部分を温調する温度調節ユニット３、マイクロチップ１をずれないように温度調節ユニット３及びポンプ接続部６に密着させるためのチップ押圧板２、チップ押圧板２を昇降させるための押圧板駆動部２１、マイクロチップ１をマイクロポンプ５に対して精度良く位置決めする規制部材２２、マイクロチップ１内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部４、等を備えている。
【００１７】
チップ押圧板２は、初期状態においては、図２に示す位置より上方に退避している。これにより、マイクロチップ１は矢印Ｘ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３（図１参照）から規制部材２２に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。その後、チップ押圧板２は、押圧板駆動部２１により下降してマイクロチップ１に当接し、マイクロチップ１の下面が温度調節ユニット３及びポンプ接続部６に密着される。
【００１８】
温度調節ユニット３は、マイクロチップ１と対向する面にペルチェ素子３１及びヒータ３２を備え、マイクロチップ１が検査装置８０にセットされたときに、ペルチェ素子３１及びヒータ３２がマイクロチップ１に密着するようになっている。試薬が収容されている部分をペルチェ素子３１で冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とが反応する部分を加熱部に設置されたヒータ３２で加熱して反応を促進させたりする。
【００１９】
光検出部は、発光部４ａ及び受光部４ｂから構成され、発光部４ａからの光をマイクロチップ１に照射し、マイクロチップ１を透過した光を受光部４ｂにより検出する。受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に一体的に設けられている。発光部４ａ及び受光部４ｂは、後述のマイクロチップ１の被検出部１４８（図３）に対向するように設けられている。
【００２０】
マイクロポンプ５は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２のマイクロチップ１側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室の駆動液タンク１０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。
【００２１】
駆動液１１を順方向（マイクロチップ１に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が順方向に送液されることになる。
【００２２】
一方、駆動液１１を逆方向（駆動液タンク１０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が逆方向に送液されることになる。
【００２３】
ポンプ接続部６は、必要なシール性を確保して駆動液の漏出を防止するために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性（弾性、形状追随性）をもつ樹脂によって密着面が形成されることが好ましい。このような柔軟性を有する密着面は、例えばマイクロチップの構成基材自体によるものであってもよく、また、ポンプ接続部６における流路開口の周囲に貼着された柔軟性を有する別途の部材によるものであってもよい。
（マイクロチップの構成）
図３は、本実施形態に係るマイクロチップ１の一例の構成を示すものであり、これに限定されない。
【００２４】
マイクロチップ１には、液状の試薬と同じく液状の試料（検体）をマイクロチップ１上で混合・反応させるための流路及び流路エレメントが配設されている。これらの流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる処理の一例について説明する。またマイクロチップ１は溝形成基板と、溝形成基板を覆う被覆基板から構成されているが、図３は被覆基板が取り外された状態での流路及び流路エレメントの配置を模式的に示している。更に図３において矢印は、検査装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向を示している。
【００２５】
１３３は試薬を収容する試薬収容部であり、１３７は試料を収容する試料収容部である。またそれぞれの収容部の上流には、マイクロチップ１の一方の面から外部へ解放された開口１３２ａ、１３２ｂが設けられている。これらの開口１３２ａ、１３２ｂは、ポンプ接続部６を介してマイクロチップ１をマイクロポンプ５に重ね合わせて接続した際に、マイクロポンプ５の接続面に設けられた流路開口と位置合わせされてマイクロポンプ５に連通される。
【００２６】
試薬収容部１３３及び試料収容部１３７の下流には、試薬収容部１３３からの試薬と試料収容部１３７からの試料とが混合され反応する反応部１３９が設けられている。
【００２７】
反応部１３９の下流には、被検出部１４８が設けられ、さらに下流には廃液部６０が設けられている。
【００２８】
試薬収容部１３３に収容された試薬は、開口１３２ａに連通するマイクロポンプ５から送り込まれる駆動液により、反応部１３９へ流れ込む。一方、試料収容部１３７に収容された試料は、開口１３２ｂに連通する別途のマイクロポンプ５から送り込まれる駆動液により、反応部１３９へ流れ込む。これにより、反応部１３９において、試薬収容部１３３から送り込まれた試薬と試料収容部１３７から送り込まれた試料とが混合される。
【００２９】
反応部１３９で混合された試薬と試料とは、検査装置８０に設けられたヒータ３２により加熱され反応が開始される。反応後の液は、被検出部１４８へ送液される。被検出部１４８では、例えば光学的な検出方法などによって目的物質の検出が行われる。被検出部１４８にて検出された液体は、廃液部６０に送られる。
（本発明の構成）
ここで、反応部１３９で合流した試薬と試料の他に、更に別の試薬と混合させて反応を行う場合、試薬を注入する流路が不足する。そこで第１の実施の形態を図４にて説明する。図４は反応部１３９の側面断面図である。反応部１３９の一部に窪みを設けて保管部１５０を形成し、その窪みに別の試薬を保管するようにしている。保管部１５０に保管された試薬は、保管温度と反応温度の間で固体から液体に相転移するシート状物質１５１で密閉されるようにしている。
【００３０】
相転移するシート状物質１５１は、融点が２０〜６０℃程度のパラフィンで、脂肪族の炭化水素であり、例えば、テトラデカン、ペンタデカン、ヘキサデカン、ヘプタデカン、オクタデカン、ノナデカン、エイコサン、蝋、パラフィンワックスなどを上げることができる。また、ゼラチンのように４０℃近傍でゾル−ゲル転移する化合物のフィルムであってもかまわない。
【００３１】
高分子が、溶液中でコロイド状に存在する状態をゾルという。ゲルとは高分子が水溶液中で水素結合を形成している状態を示し、高分子のブラウン運動に水素結合が打ち勝つことで形成される。このようなゾルゲル相転移を示す高分子としては、ゼラチンや天然多糖類、例えば、アガロースなどが知られ、高温の水で溶解した後に冷却することで、液体状のゾルから柔らかい固体状のゲルに相転移する。
【００３２】
このゾルゲル相転移温度は、種類によって異なるので、反応性の試薬を保管する場合は、４０℃近辺でゾルゲル相転移するゼラチンや５５℃近辺でゾルゲル相転移する低分子量アガロースなどをその試薬として好ましく用いることができる。また、ホットスタートＰＣＲなど高温で反応を開始する場合には、８０℃近辺でゾルゲル相転移する高分子量アガロースを用いることもできる。試薬をゲル化する際には、試薬とゾルとを混ぜてゲル化させることもできるが、予めゾルを保管部にいれ、ゲル化させた後試薬をいれて、ゲル中に試薬を拡散させることでゲル化させることも可能である。後者の場合、試薬調整時に試薬が高温状態にされされないため、保存安定性の観点で好ましい形態である。
【００３３】
次に第２の実施の形態を図５に示す。図５は、５０℃で溶解したゼラチンを保管部に入れた後、ゲル化させその後に試薬を添加して、試薬をゲル状態にて保管部１５０に保管した状態を示す反応部１３９の側面断面図である。
【００３４】
この場合、ゲル化させた試薬と反応させる液体が反応部に充填された後、反応部を４０℃以上に加熱してゲルをゾル化させることで、混合され反応できる状態となる。例えば、ＰＣＲ反応の場合、温度をいきなり９８℃にして、反応を開始できる。
【００３５】
更に、第３の実施の形態として第２の実施の形態に加えて、シート状物質１５１にて密閉しても良い（不図示）。
【００３６】
以上、実施の形態１〜３のマイクロチップを作製し、検査装置８０に挿入して加熱温度５５℃にて反応部にて試薬と試料が反応したかどうかを検証した。その結果特に異常はなく、正常に機能していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の外観図である。
【図２】本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の構成図である。
【図３】本実施形態に係るマイクロチップの構成図である。
【図４】第１の実施の形態を示すマイクロチップの側面断面図である。
【図５】第２の実施の形態を示すマイクロチップの側面断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  マイクロチップ
４  光検出部
５  マイクロポンプ
６０  廃液部
８０  検査装置
１３２  開口
１３３  試薬収容部
１３７  試料収溶部
１３９  反応部
１４４  試薬入り口部
１４５  試薬保管部
１４７  試料入り口部
１４８  被検出部
１５０  保管部
１５１  相転移するシート状物質
【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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