(57)【要約】【課題】本発明は、処理条件の調整が容易（すなわち処理条件が同一）であり、かつ任意の数のチャンネルを高密度に配置できるアレイを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、高密度マイクロチャンネルアレイであって、該アレイは、流体を導入および排出するための複数のチャンネルで構成される群を同一平面上に複数群具備し、該複数のチャンネルは、該チャンネルに対する導入および／または排出用の開口部が、該チャンネルの末端部に形成されていることと、同一向きで並列に近接して配置されていることと、互いに平行、かつ同一の長さを有することと、少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組を一組として複数組配置されていることと、あらゆる連続した３以上のチャンネルの末端部が、基板の端縁から互いに異なる距離にずらして配置されていることと、異なる組の1以上のチャンネルの末端部が、互いに許容できる距離でかつ基板の端縁から同一距離に配置されていることとを特徴とする高密度マイクロチャンネルアレイを提供する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度マイクロチャンネルアレイであって、前記アレイは、前記アレイの基板に形成された複数のチャンネルを具備し、
前記複数のチャンネルは、
前記チャンネルに対する導入用および／または排出用の開口部が、前記チャンネルの末端部に形成されていることと、
同一向きで並列に近接して配置されていることと、
互いに平行、かつ同一の長さを有することと、
少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組を一組として複数組配置されていることと、
あらゆる連続した３以上のチャンネルの末端部が、基板の端縁から互いに異なる距離にずらして配置されていることと、
異なる組の1以上のチャンネルの末端部が、互いに許容できる距離でかつ基板の端縁から同一距離に配置されていることと、
を特徴とする高密度マイクロチャンネルアレイ。
【請求項２】
前記チャンネルの形状が、直線または曲線である請求項1に記載のアレイ。
【請求項３】
前記異なる組のチャンネルの配置が、互いに同一の配置パターンである請求項1に記載のアレイ。
【請求項４】
前記少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組と組の間に、異なるチャンネルの配置からなる１以上の組を有する請求項1〜3のいずれか一項に記載のアレイ。
【請求項５】
前記少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組を二組以上有し、それぞれの組が互い違いに配置された請求項1または2に記載のアレイ。
【請求項６】
複数の前記チャンネルが、同一平面上に配置されている請求項1〜5に記載のアレイ。
【請求項７】
連続する３以上の前記チャンネルの少なくとも一部が互いに異なる平面上に配置されている請求項1に記載のアレイ。
【請求項８】
前記チャンネルは、2枚の基板の両方に溝を形成することによって作製され、かつ隣り合うチャンネルが、互いに異なった基板に形成された請求項7に記載のアレイ。
【請求項９】
前記チャンネルは、2枚の基板の両方に溝を形成することによって作製され、かつ隣り合うチャンネルが、互いに異なった比率で溝が基板に形成された請求項7に記載のアレイ。
【請求項１０】
複数のチャンネルからなる集合の全長は、単一のチャンネルの全長の2.5倍以下である請求項1〜9のいずれか一項に記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度マイクロチャンネルアレイに関する。詳細には、処理条件の調整が容易であり、かつ任意の数のチャンネルを高密度に配置できるアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ヒトゲノム計画と言われるようなプロジェクトが世界的規模で進められており、人間の全遺伝子の塩基配列の解析が試みられている。該計画は、21世紀の初頭には解明が終了すると言われているが、該解析には、非常に多くの人手が必要とされ、且つその作業は煩雑である。このように煩雑な塩基配列の解析（シーケンシング）を簡便に行うため、解析機器の改良や自動化がなされている。また、管状の反応容器内に核酸プローブを固定し、その反応容器に蛍光ラベルした単鎖ＤＮＡ試料を通してハイブリダイゼーション反応を行ない、特定の塩基配列のＤＮＡが、その試料内に存在するか否かを判定するデバイスが発明されている。このようなデバイスは、多数の反応容器が集積され、また、光学的な観察に有利であるように、全ての反応容器が同一平面上に配置されが、デバイスとして集積できる数には限りがある。また、反応容器を同一平面上に配置しようとした場合には、集積化のために形状が複雑になることも問題となっている。
【０００３】
一方、数百にも上る多量の試料を反応処理する場合には、一度に多検体の処理を行うこととなるが、同一の処理条件で反応処理されることが望ましい。たとえば、複数検体を同一条件で同時に処理することを目的として、ＤＮＡプローブを反応条件毎にグループ化し、グループ毎に反応条件を揃えることによって精密な測定が行えるＤＮＡキャピラリが提案されている（特許文献1を参照）。このＤＮＡキャピラリは、2個毎を一組のチャンネルとして互い違いにジグザグ状に繰り返して配置（20塩基以上の長さのＤＮＡプローブを安定に固定化されている）されており、効率よく測定が可能であり、かつ汚染に強く、その取り扱いが容易である等、多くの点で非常に優れている。
【０００４】
しかしながら、上述のＤＮＡキャピラリを製作および使用する際には、煩雑な操作が必要不可欠である。たとえば、ＤＮＡキャピラリを製造するために、液体の注入および排出を各キャピラリの末端部を介して連続的の行う必要があり、洗浄および前処理を行う場合にも同様に必須である。さらに、完成したＤＮＡキャピラリを用いてハイブリダイゼーション反応を行う際にも同様なことが言える。したがって、アレイの高密度化をする場合（特に、自動化装置を使用する場合）、各チャンネルの末端部が、このような操作を混同したり、また、処理が干渉し合うことがないように行うことができる程度に一定距離以上離れた距離に配置されることが必要であった。すなわち、上述の2個毎を一組としてチャンネルを配置したアレイでは、複数のチャンネルを繰り返し配置したときに連続する３つのチャンネルのうち２つが基板の端縁から同一距離となって、1チャンネルおきに末端部が近接するために、アレイ配置の高密度化に限界があった。
【０００５】
また、より多くの反応容器(または液体処理用管路もしくは反応管)が高密度に配置された反応装置を提供することを目的として、多くの反応容器をより単純な形状で高密度に配置したアレイが提案されている（特許文献2を参照）。
【０００６】
しかしながら、上述のアレイでは、処理用のチャンネルをとなり合うチャンネルの末端部を直線状に、かつ高密度に配置しているために3つ以上の連続するチャンネルの全長または流路形状が異なっている。したがって、各チャンネルの処理条件を一定に調整することが困難であり、処理条件の調整が複雑となり得るという問題があった。
【０００７】
さらに、チャンネルの数に比例してチャンネルを単調にずらした場合には、アレイ全体が長大なものとなる上に、チャンネル同士の重なり合い部分の割合が減少してしまい、充分な反応を行えないという問題も生じ得る。
【０００８】
【特許文献１】
特開平11-75812号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開2001-153860号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、処理条件の調整が容易（すなわち処理条件が同一）であり、かつ任意の数のチャンネルについて高密度化を増強してに配置できるアレイを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、処理条件の調製が容易であり、かつ充分な反応領域を確保できるアレイを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、マイクロチャンネルアレイにおいて、3つ以上の連続するチャンネルを異なる位置に配置すると共に、互いに許容できる距離以上の関係にあるチャンネル同士を基板の端縁から同一の距離に配置することにより、あらゆる個数のチャンネルを高密度に配置しながらチャンネルの長さを等しくすることができるという新規な技術的思想に基づいて達成された。
【００１３】
すなわち、本発明は、高密度マイクロチャンネルアレイであって、前記アレイは、前記アレイの基板に形成された複数のチャンネルを具備し、
前記複数のチャンネルは、
前記チャンネルに対する導入用および／または排出用の開口部が、前記チャンネルの末端部に形成されていることと、
同一向きで並列に近接して配置されていることと、
互いに平行、かつ同一の長さを有することと、
少なくとも2以上の隣り合うチャンネル群からなる組を一組として複数組配置されていることと、
あらゆる連続した3以上のチャンネルの末端部が、基板の端縁から互いに異なる距離にずらして配置されていることと、
異なる組の1以上のチャンネルの末端部が、互いに許容できる距離でかつ基板の端縁から同一距離に配置されていることと、
を特徴とする高密度マイクロチャンネルアレイを提供する。
【００１４】
また、前記チャンネルの形状が、直線または曲線である上記記載のアレイを提供する。
【００１５】
さらに、前記異なる組のチャンネルの配置が、互いに同一の配置パターンである上記記載のアレイを提供する。
【００１６】
さらに、前記少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組と組の間に、異なるチャンネルの配置からなる１以上の組を有する上記記載のアレイを提供する。
【００１７】
さらに、前記少なくとも２以上の隣り合うチャンネル群からなる組を二組以上有し、それぞれの組が互い違いに配置され上記記載のアレイを提供する。
【００１８】
さらに、複数の前記チャンネルが、同一平面上に配置されている上記記載のアレイを提供する。
【００１９】
さらに、連続する３以上の前記チャンネルの少なくとも一部が互いに異なる平面上に配置されている上記記載のアレイを提供する。
【００２０】
さらに、前記チャンネルは、2枚の基板の両方に溝を形成することによって作製され、かつ隣り合うチャンネルが、互いに異なった基板に形成された上記記載のアレイを提供する。
【００２１】
さらに、前記チャンネルは、2枚の基板の両方に溝を形成することによって作製され、かつ隣り合うチャンネルが、互いに異なった比率で溝が基板に形成された上記記載のアレイを提供する。
【００２２】
さらに、複数のチャンネルからなる集合の全長は、単一のチャンネルの全長の2.5倍以下である上記記載のアレイ
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
【００２４】
図1には本発明の一実施形態に係るアレイを図示している。図1Aは本態様であるアレイ１を上面から見た平面図である。アレイ1は、上板としてポリジメチルシロキサン：PDMS製基板（PDMS）5と下板として透明なシリコン基板6を用いて製造されたアレイの例である。図1Aでは、PDMS製基板5上に形成された反応部2を含む各キャピラリと、その両側の末端部4に形成された開口部3を示している。また、図1Bは、アレイ１の図1Aの線L−L'に沿った断面図である。反応部2を含む各キャピラリの断面図と、そこに固定化されたプローブ7を示している。
【００２５】
本発明において、固定化されたプローブは、必須ではないが、反応部位を特定できる点で好ましい。
【００２６】
アレイ1には、その内部で反応を行うための反応部2と、該反応部の両末端部4に形成された開口部3とからなる複数のチャンネルが同一平面上に形成されている。開口部3は、すべてのチャンネルの末端部4の真上に相当する位置に蓋に穿孔することによって形成されている。試料液等の流体は、蓋に形成された開口部3から流入し、末端部4を経て反応部2に達し、反対側の末端部4を経て、末端部4の真上に位置する開口部3から流出される。
【００２７】
こおこで、各開口部3は、ピペッターや送液チューブとの連結を容易にするために、テーパ状に開口経を広くしたり、開口部の外側にテーパ状のジョイント用リングを設けたりすることが多い。このようなテーパ部分を含む場合、チャンネルの末端部は、ピペッターや送液チューブが充分連結できる程度の面積が確保されていなければならない。末端部の開口部同士が接近すればするほど、液体が混入し合ってコンタミネーションを起こしたり、ピペッター等の注入および／または廃液手段の連結動作を誤ったりし易くなる。
【００２８】
上記アレイに形成されるチャンネルは、アレイ1に高密度に複数形成されたマイクロチャンネルである。また、該チャンネルは、
各チャンネルに対する導入および／または排出用の開口部が、該チャンネルの末端部に形成されていることと、
同一向きで並列に近接して配置されていることと、
互いに平行、かつ同一の長さを有することと、
少なくとも2以上の隣り合うチャンネル群からなる組を一組として複数組配置されていることと、
あらゆる連続した3以上のチャンネルの末端部が、基板の端縁から互いに異なる距離にずらして配置されていることと、
異なる組の1以上のチャンネルの末端部が、互いに許容できる距離でかつ基板の端縁から同一距離に配置されていることと、
を特徴とする。
【００２９】
ここで、互いに許容できる距離については、アレイ本体のチャンネルのピッチ間隔（これは、チャンネルのサイズ数で決まる）に応じて、適宜変更できるが、チャンネル末端部に開口を設ける場合であれば、となり合うチャンネルとの間隔の距離の３倍、好ましくは６倍を許容距離の下限とする。
【００３０】
たとえば、チャンネルが20本の配置例を図2に示す。該チャンネルは、同一向き（図では上下）に並列に近接配置されており、各チャンネルは、上下に平行かつ同一の長さに形成されている。また、各チャンネルは、連続する5本を一組として４組配置され、各組の配置パターンは同一である。
【００３１】
ここで、各組の配列パターンは、最も近接するチャンネルであっても、互いに隣り合うチャンネルとの間隔の3倍以上の距離となるように、夫々異なる位置に設定されている。また、基板の端縁から同一距離となるチャンネル同士（図では5組存在する）は、互いにとなり合うチャンネルの間隔の5倍となっている。さらに、全てのチャンネルからなる集合の全長（図では、末端が一番上に位置するチャンネルの上端から、末端が一番下に位置するチャンネルの下端までの長さ）は、1本のチャンネルの長さの約2倍に抑えられており、隣り合うチャンネルの各末端は、いずれも約９倍以上離れている。その結果、いずれのチャンネルについてもチャンネルの65％が共通に重なるので、充分な反応領域を確保できる。
【００３２】
同様に、チャンネルが40本の配置例を図3に示す。該チャンネルは、10本を1組として計4組が5本を1組として2組ずつ含まれ、連続する5本のチャンネル毎の組が交互に配置されている。また、各組の配置パターンは同一である。
【００３３】
ここで、各組の配列パターンは、最も近接するチャンネルであっても、互いに隣り合うチャンネルとの間隔の6倍以上の距離となるように、夫々異なる位置に設定されている。また、基板の端縁から同一距離となるチャンネル同士（図では10組存在する）は、互いにとなり合うチャンネルの間隔の10倍となっている。さらに、全てのチャンネルからなる集合の全長（図では、末端が一番上に位置するチャンネルの上端から、末端が一番下に位置するチャンネルの下端までの長さ）は、1本のチャンネルの長さの約2.5倍に抑えられており、隣り合うチャンネルの各末端は、いずれも約7倍以上離れている。その結果、いずれのチャンネルについてもチャンネルの62％が共通に重なるので、充分な反応領域を確保できる。
【００３４】
上記配置例はいずれも、連続した３以上のチャンネルの末端部が基板の端縁から同一の距離には配置されておらず、各チャンネルの末端部は、近接することなく互いに許容できる距離に配置されている。
【００３５】
このようにして、所望の数のチャンネルを有するアレイのチャンネル配置を上記のアレイは、簡単には次のように製造することが可能である。同じ大きさの軟性の上側基板と硬性の下側基板を用意する。この軟性の上側基板には、チャンネル用の溝部を成形する。また、上側基板には、該基板に形成された各チャンネルの溝の両端に対応する部分に対して、貫通穴が空けておく。一方、下側基板には、上側基板の各チャンネルの溝部と対応する部分に対して、所望のプローブを、好ましくは核酸プローブを固定する。次に、上側基板と下側基板を対抗させて接合することによってアレイ化する。
【００３６】
上記アレイには、アレイの基板材料として、溝を形成する上側基板として用いる基板にはPDMS製基板を使用し、硬性の下側基板にはシリコン基板を使用することが好ましいが、これに限定されるものではなく、下側基板として用いる基板にガラス基板などを使用してもよく、溝を形成する基板にその他の粘着性樹脂を使用してもよい。また、使用される2枚の基板を同じ材質としてもよい。また、観察の方向に透過性部材が配置されるように、使用する部材を決定してもよい。あるいは、プラスチック樹脂やゴムなどで形成された基板を使用してもよい。また、これらの材質、ガラス、シリコン、プラスチック樹脂およびゴムなどの材質で形成された基板を組み合わせて使用してもよい。
【００３７】
さらに、各チャンネルは、互いに異なる平面上（基板上）に配置されていてもよい。すなわち、上記アレイでは、チャンネル用の溝を上側基板に形成しているが、下側基板に溝を形成してもよく、両方の基板に溝を形成してもよい。両方の基板に溝を形成する場合、各チャンネルを隣り合うチャンネルごとに互いに別の基板に形成してもよい。また、隣り合うチャンネルについて、互いに異なった比率で、かつ同一の深さになるようにチャンネル用の溝を形成して、両方の基板に溝を形成することもできる。また、上記の例では基板として板状の基板を使用しているが、これに限定されるものではない。
【００３８】
上記チャンネルの溝は、どのような幅、長さ、深さであってもよいが、好ましくは、顕微鏡用スライド（長さ約76mm、幅約25mm）の範囲内である。たとえば、該スライドと同等の範囲に20本のチャンネルを形成する場合であれば、幅約500μm、長さ約40mm、深さ約100μmであることが好ましい。40本のチャンネルの場合であれば、幅約200μm、長さ約40mm、深さ約50μmであることが好ましい。
【００３９】
また、上記基板を接合するための接合部を、所望の位置におよび範囲で設けてもよい。
【００４０】
基板材料がプラスチック樹脂（好ましくはPDMS製）やゴムなどの場合には、機械加工やモールド加工などにより溝および貫通穴を形成することが可能である。モールド加工によって作製すれば、非常に低コストで使い捨ての基板を容易に作成することができる。基板材料としてPDMS製基板などの粘着力を有する軟性基板を使用する場合は、必要なときにアレイ化し、また軟性基板をはがすことによって軟性基板または硬性基板の特性に適した処理（たとえば、光測定、結合物質の採取、再使用時の洗浄、固定化物質の保存）を行うこともできる。
【００４１】
ガラスやシリコンウエハ様の基板では、たとえば、フォトリソ−エッチングなどの技術により溝および貫通穴を形成することが可能である。また、核酸プローブの固定手段は、それ自身公知のいずれかの手段、たとえば、スポッティング法および光固相化法などを使用してよい。たとえばスポッティングは、当業者に周知の方法により、たとえば市販のＤＮＡスポッター（インクジェット方式）によって溝の長手方向に沿って分注すればよい。上記の例では、下側基板に核酸プローブを固定したが、いずれの基板に固定されていてもよく、また、基板の溝の底部にそれを固定してもよく、各反応部の側面にそれを固定してもよい。たとえば、軟性基板を下側基板として溝および開口部を形成せずに、硬性基板を上側にして溝と開口部を形成した場合、種々の個数のチャンネルを形成した硬性基板を用意して、同一のチャンネル数で大量の処理を行うことができ、所望の個数のチャンネルを有する硬性基板を再使用することにより、安価に生物学的検査を実行できる。
【００４２】
上述のように作製した高密度マイクロチャンネルアレイは、微量の試料を用いた種々の反応に用いることが可能である。たとえば、被検試料中の目的とする物質の検出および分離、およびポリメラーゼ連鎖反応(ＰＣＲ)等を行うことが可能であるが、これらに限定されるものではない。たとえば、製作した高密度マイクロチャンネルアレイを用いてＤＮＡハイブリダイゼーション測定を行うには、一方の開口部3（注入用）およびもう一方の開口部3（排出用）を通じて、被検試料や試薬等の処理用液体の注入および排出を行う。このとき、本発明の高密度マイクロチャンネルアレイでは、すべてのチャンネルの長さが同じであるので、排出時機を種々変更することによって、すべてのチャンネルで同じ反応時間を得ることが可能となる。次いで、チャンネル洗浄のため洗浄液による洗浄操作を行った後、蛍光測定等に用いればよい。
【００４３】
ここで、本明細書において使用される「プローブ」の語は、標的物質を検出するための物質をいう。また、核酸プローブは、プローブが核酸である場合を意味する。一般的に、標的物質が核酸であれば、核酸プローブは、標的の核酸に相補的な塩基配列を有するように設計される。被検試料に含まれる被検核酸が標的配列の有する塩基配列を有している場合には、核酸プローブと標的配列の間にハイブリダイゼーションが生じる。したがって、このハイブリダイゼーションを検出することにより被検試料に含まれる核酸を解析することが可能である。ハイブリダイゼーションの検出はそれ自身公知の手段により行ってよい。
【００４４】
本明細書において使用される「核酸」の語は天然に存在する種々のＤＮＡおよびRNA、並びにペプチド核酸、モルホリノ核酸、メチルフォスフォネート核酸およびS-オリゴ核酸などの人工的に合成された核酸類似体などを指す。
【００４５】
本明細書において使用される「被検試料」の語は、生物個体から採取した細胞、組織、臓器、血液、血清、リンパ液、組織、毛髪および耳垢などの生物試料を所望に応じて調製した試料や、人工的に合成または製造した物質を含む試験に供したい試料をいう。また、「被検試料」は必要に応じて、生物試料をホモジネートおよび抽出などの必要な任意の前処理を行って得た試料であってもよい。このような前処理は、対象となる生物試料に応じて当業者によって選択され得るであろう。
【００４６】
本明細書において使用される「個体」の語は、ヒト、イヌ、ネコ、ウシ、ヤギ、ブタ、ヒツジ、及びサルを含む任意の哺乳動物、並びに植物および昆虫など哺乳動物以外の生物を示す。
【００４７】
ここで、本発明の高密度マイクロチャンネルの一実施態様を例示する。
【００４８】
チャンネルが20本（図2）および40本（図3）の高密度マイクロチャンネルアレイ
該アレイは顕微鏡用スライドと同等の長さ（約76mm）および幅（約25mm）を有する(図1A）。軟性の上側基板（粘着性樹脂；ポリジメチルシロキサンPDMS製）には、幅約500μm（20本の場合）および約200μm（40本の場合）、深さ約100μm（20本の場合）および約50μm（40本の場合）、並びに全長約40mmの溝が、モールド加工によって等間隔で形成されている。また、該軟性基板には、各溝の両端に対応する位置に液体の導入と排出を行うための開口部が連通するように形成されている。硬性の下側基板（シリコン製）の各チャンネルには、チャンネルの溝部と対応する基板中央の約20平方mmの範囲に対して、所望の試薬を固定化してある。所望の複数種類のＤＮＡプローブを、市販のＤＮＡスポッター（インクジェット方式）によって、各チャンネルの溝の長手方向に沿って順次分注し、アミノ基を介した共有結合を行っている。これらの下側基板と上側基板を対向させて接合することによってアレイを作製した。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の高密度マイクロチャンネルアレイによれば、多数のチャンネルを高密度に配置することが可能となる。本発明の高密度マイクロチャンネルアレイは、すべてのチャンネルの長さが同一であり、反応処理条件の調整が容易である。また、ＤＮＡキャピラリアレイなどにおいて、本発明の高密度マイクロチャンネルアレイを使用することにより、多検体を同一の処理条件で一度に処理することも可能となる。
【００５０】
特に、上記の上側基板では、剥離可能で、かつ気密性を維持できるように、適宜の粘着力を有する軟性基板をかぶせるようにしているので、必要なときにだけアレイ化し、それ以外では、軟性基板をはがすことによって、軟性基板または硬性基板の特性に適した処理（たとえば、光測定、結合物質の採取、再使用時の洗浄、固定化物質の長期保存）を行うことができる。また、上側基板の軟性基板のみに溝および開口部を形成するようにしてある。したがって、任意の数のチャンネルを軟性基板に形成して、所望の数のチャンネルを有する軟性基板を接着することにより、所望のアレイを安価に製造することができる。さらに、軟性基板のみを交換することも可能であり、あるいは硬性基板を洗浄して再使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高密度マイクロチャンネルアレイを示す図。
【図２】本発明のアレイ配置の一実施例を示す図。
【図３】本発明のアレイ配置の一実施例を示す図。
【符号の説明】
1：高密度マイクロチャンネルアレイ
2：反応部
3：開口部
4：末端部
5：上側基板
6：下側基板
7：プローブ
【図１】
2004191255.tif 000003
【図２】
2004191255.tif 000004
【図３】
2004191255.tif 000005