(57)【要約】【課題】チップに流路を効率的に配置でき、細い流路を設けた場合であっても、射出成形後に、流路溝を形成した基材を金型から離型可能であり、また、チップの反りが少ないマイクロリアクタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】チップの両面に、貫通孔を介して互いに連通する流路を設け、一方の面における流路の一部に流路幅Ｗ1が２００μｍ以下の細い流路６ｂを設け、他方の面における流路６ａの流路幅Ｗ2を全て２００μｍ以上とした。このようなマイクロリアクタ１を射出成形により作製する際に、上記細い流路が設けられたチップ面側の金型として電鋳等により作製したニッケル製の金型を用い、その反対側の金型として、イジェクトピン用の挿通孔が設けられた金型鋼等の硬質の金型を用いた。また、マイクロリアクタの各面における流路の総面積の比率を所定範囲内として、チップの反りを抑制した。【選択図】図３
2007136379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のチップの両面に、貫通孔を介して互いに連通する流路が設けられ、
一方側の面に設けられた流路は、その一部が、流路幅が２００μｍ以下の細い流路であり、
他方側の面に設けられた流路は、全ての流路幅が２００μｍ以上であることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
前記細い流路が設けられた面における流路の総面積Ｓ1と、その反対側の面における流
路の総面積Ｓ2との比率Ｓ1／Ｓ2が、１０／１〜１／１０であることを特徴とする請求項
１に記載のマイクロリアクタ。
【請求項３】
前記細い流路のうち少なくとも一部は、撥水バルブを構成する送液制御通路であり、
前記送液制御通路は、その上流側および下流側の流路よりも流路断面積が小さい流路であり、
前記撥水バルブは、上流側からの送液圧力が所定圧に達するまで下流側への液の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより液を下流側へ通過させることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロリアクタ。
【請求項４】
前記細い流路のうち少なくとも一部は、末端が外部へ開放された空気抜き用流路であることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロリアクタ。
【請求項５】
前記チップにおける前記一方側の面に設けられた流路には、
試料との反応に用いられる試薬が収容される試薬収容部と、
試料が注入される試料受容部と、
試料と試薬とを合流させた後、これらの反応が行われる反応部と、
前記反応部での反応生成物を検出するための検出部と、が設けられ、
前記チップにおける前記他方側の面に設けられた流路には、試料の前処理、試料と試薬との反応、または該反応の検出のために用いられる処理液を収容する処理液収容部、または、廃液を貯留する廃液貯留部、あるいはこれらの両方が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロリアクタ。
【請求項６】
板状のチップの両面に流路が設けられ、その一方側の面にのみ、当該流路の一部に流路幅が細い流路が設けられたマイクロリアクタを製造するに際し、
前記チップの一方側および他方側の面における各流路パターンが形成された一対の金型のうち、前記流路幅が細い流路が設けられたチップ面側の金型として、ニッケルを主成分とする金型を用いて射出成形を行うことを特徴とするマイクロリアクタの製造方法。
【請求項７】
前記ニッケルを主成分とする金型における流路パターンは、電鋳により形成されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロリアクタの製造方法。
【請求項８】
前記流路幅が細い流路が設けられたチップ面とは反対側の金型として、ニッケルよりも硬質の材質からなる金型を用いて射出成形を行うことを特徴とする請求項６または７に記載のマイクロリアクタの製造方法。
【請求項９】
前記硬質の材質からなる金型は、金型鋼であることを特徴とする請求項８に記載のマイクロリアクタの製造方法。
【請求項１０】
前記硬質の材質からなる金型に、イジェクトピン用の挿通孔が設けられていることを特徴とする請求項８または９に記載のマイクロリアクタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成等による目的化合物の化学合成などに用いられるマイクロリアクタに関する。
【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開発されている（特許文献
１）。これは、μ−ＴＡＳ（Micro total Analysis System）、バイオリアクタ、ラブ・
オン・チップ（Lab-on-chips）、バイオチップとも呼ばれ、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は、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００３】
各種の分析、検査ではこれらの分析用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、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められているが、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２〜４）。
【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】
【０００４】
上記のような分析用チップ（以下、マイクロリアクタという。）では、限られた大きさのチップ内で流路を形成するには制約があり、複雑な流路を形成するにはチップの両面を使う必要がある。
【０００５】
しかし、流路溝が形成された基材を射出成形により作製する場合、通常の機械加工では数十μｍ幅の流路パターンを金型に形成することができない。よって、フォトリソグラフィ技術等の微細加工技術を適用してこのような細い流路パターンを形成する必要がある。例えば、半導体プロセスを用いた微細加工で作製した流路を母型としたニッケル電鋳によって微細な流路パターンが形成された金型を作製することが考えられる。
【０００６】
射出成形によりチップ両面に流路が設けられた基材を作製する場合、両面の各流路パターンを形成した一対の金型の間に樹脂を充填する必要がある。このように一対の金型を用いる場合、成形品を金型から離型する方法としては、一方の金型に設けた貫通孔にイジェクトピンを挿入して成形品を押し出す方法が一般的である。ところが、ニッケルは通常の金型鋼に比べて硬度が軟らかいので変形し易く、ニッケルで金型を作製した場合、イジェクトピンにより離型を繰り返すと、金型に設けられた貫通孔が大きくなり、金型とイジェクトピンの間に隙間が生じるようになる。すると、その隙間に成形材料が入り込むため、所望の成形形状が得られなくなる。
【０００７】
また、チップの一方側の面にのみ流路を設けた場合、射出成形後にチップ両面の間で応力に偏りが発生し、チップに反りが生じ易くなる。
本発明は、チップに流路を効率的に配置することができ、さらに、細い流路を設けた場合であっても、射出成形後に、流路溝を形成した基材を金型から離型可能なマイクロリアクタを提供することを目的としている。
【０００８】
また本発明は、チップの反りが少ないマイクロリアクタを提供することを目的としている。
また本発明は、細い流路を設けた場合であっても、射出成形後に、流路溝を形成した基材を金型から離型可能なマイクロリアクタの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマイクロリアクタは、板状のチップの両面に、貫通孔を介して互いに連通する流路が設けられ、
一方側の面に設けられた流路は、その一部が、流路幅が２００μｍ以下の細い流路であり、
他方側の面に設けられた流路は、全ての流路幅が２００μｍ以上であることを特徴とする。
【００１０】
上記の発明によれば、チップ両面に流路が設けられているので、チップに流路を効率的に配置することができる。さらに、上記のような細い流路を設けた場合であっても、一方の面にのみ当該細い流路を設けているので、流路溝を形成した基材を射出成形により作製する際に、上記細い流路が設けられたチップ面側の金型として、微細加工が可能なニッケルを主成分とする金型を用い、反対側の金型として、イジェクトピン用の挿通孔が設けられた金型鋼などの硬質の金型を用いることによって、金型を損傷することなく当該基材を離型することができる。
【００１１】
また、本発明では溝を形成した基材の両面に被覆基材を重ね合わせて接合することによって流路が構成されるが、上記細い流路を含んだ微細な流路パターンは片面のみであるので、このような微細な流路パターンが設けられた基材面と、被覆基材との接合は片面だけでよく、マイクロリアクタの作製が容易になる。
【００１２】
上記の発明において、前記細い流路が設けられた面における流路の総面積Ｓ1と、その
反対側の面における流路の総面積Ｓ2との比率Ｓ1／Ｓ2は、好ましくは１０／１〜１／１
０、より好ましくは３／１〜１／３である。
【００１３】
比率Ｓ1／Ｓ2が上記の範囲内にあると、射出成形により作製した流路溝を形成した基材には、その両面間での応力の偏りが少なくなり、チップの反りが非常に少なくなる。
上記の発明において、前記流路幅が細い流路としては、撥水バルブを構成する送液制御通路、空気抜き用流路などを挙げることができる。
【００１４】
撥水バルブを構成する送液制御通路は、その上流側および下流側の流路よりも流路断面積が小さい流路であり、撥水バルブは、上流側からの送液圧力が所定圧に達するまで下流側への液の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が上流側から加わることにより液を下流側へ通過させる。
【００１５】
空気抜き用流路は、末端が外部へ開放された細い流路であり、流路内において液の間に介在する気泡をその末端から外部へ追い出すと共に、撥水性または流路抵抗によってその末端から外部への液の通過を抑制する。
【００１６】
上記の発明において、前記チップにおける前記一方側の面に設けられた流路には、
試料との反応に用いられる試薬が収容される試薬収容部と、
試料が注入される試料受容部と、
試料と試薬とを合流させた後、これらの反応が行われる反応部と、
前記反応部での反応生成物を検出するための検出部と、が設けられ、
前記チップにおける前記他方側の面に設けられた流路には、試料の前処理、試料と試薬との反応、または該反応の検出のために用いられる処理液を収容する処理液収容部、または、廃液を貯留する廃液貯留部、あるいはこれらの両方が設けられていることが好ましい。
【００１７】
マイクロリアクタでは、反応部を選択的に加熱したり、試薬の変質等を防止するために試薬が収容されている流路部位を選択的に冷却したりすることが必要な場合がある。また、マイクロポンプとの接続を確実にするためにマイクロポンプへの接続部にチップを密着する場合がある。
【００１８】
この際、上記の空気抜き用流路が多数配置された流路パターンが両面にあると、空気抜き用流路から外部へ開口した孔を避けてチップを加熱冷却装置に密着させなければならないが、上記のように流路を構成することで、空気抜き用流路は一方の面に集中して配置されるので、空気抜き用流路が設けられた面とは反対側の面において加熱冷却装置やマイクロポンプの接続面を一様な面で密着させることができ、これらと確実に接続することができる。
【００１９】
さらに、上記細い流路として撥水バルブが設けられた側の基材面に、撥水性の被覆基材を接合することで、撥水バルブを容易に構成することができると共に、処理液収容部が設けられた側の基材面に、親水性の被覆基材を接合することで、水性試薬の充填が容易になる。
【００２０】
本発明のマイクロリアクタの製造方法は、板状のチップの両面に流路が設けられ、その一方側の面にのみ、当該流路の一部に流路幅が細い流路が設けられたマイクロリアクタを製造するに際し、
前記チップの一方側および他方側の面における各流路パターンが形成された一対の金型のうち、前記流路幅が細い流路が設けられたチップ面側の金型として、ニッケルを主成分とする金型を用いて射出成形を行うことを特徴とする。
【００２１】
上記の発明において、前記ニッケルを主成分とする金型における流路パターンは、電鋳により形成されていることが好ましい。
また、前記流路幅が細い流路が設けられたチップ面とは反対側の金型として、ニッケルよりも硬質の材質からなる金型を用いて射出成形を行うことが好ましい。
【００２２】
前記硬質の材質からなる金型としては、金型鋼を用いることができる。
前記硬質の材質からなる金型には、イジェクトピン用の挿通孔が設けられていることが好ましい。
【００２３】
上記の発明によれば、流路溝が設けられた基材を射出成形により作製する際に、上記細い流路が設けられたチップ面側の金型として、微細加工が可能なニッケルを主成分とする金型を用い、反対側の金型として、イジェクトピン用の挿通孔が設けられた金型鋼などの硬質の金型を用いることによって、金型を損傷することなく当該基材を離型することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のマイクロリアクタは、流路がチップへ効率的に配置され、さらに、射出成形後に、細い流路を含む流路溝が形成された基材を、イジェクトピンを用いて金型から離型することができる。
【００２５】
また本発明のマイクロリアクタは、溝を形成した基材の両面に被覆基材を接合して流路を構成する際に、上記細い流路を含んだ微細な流路パターンは片面のみであるので、このような微細な流路パターンが設けられた基材面と、被覆基材との接合は片面だけでよく、マイクロリアクタの作製が容易になる。
【００２６】
また本発明のマイクロリアクタは、両面の流路面積の比を所定範囲内としているので、チップの反りが少ない。
また本発明のマイクロリアクタの製造方法によれば、細い流路を設けた場合や貫通孔用のピンが多数配置された場合であっても、射出成形後に、流路溝を形成した基材を金型から離型することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明について詳細に説明する。本発明のマイクロリアクタは、板状のチップ内に設けられた微細流路または構造部において、各種の検査、化学分析、化学合成、試料の処理・分離などの目的で試料と試薬との反応を行うものである。
【００２８】
本発明のマイクロリアクタの用途には、例えば、遺伝子増幅反応、抗原抗体反応などによる生体物質の検査・分析、その他の化学物質の検査・分析、有機合成などによる目的化合物の化学合成、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などが含まれる。
【００２９】
本発明のマイクロリアクタでは、流路となる溝が両面に形成された基材を射出成形により作製し、この基材の両面に被覆基材を重ね合わせて流路を形成する。流路溝が形成される基材の樹脂材料としては、目的に応じて各種のものが使用できるが、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリカーボネートなどが挙げられる。
【００３０】
マイクロリアクタのチップ全体の縦横サイズは、用途等にもよるが、典型的には数十ｍｍ、その高さは典型的には数ｍｍ程度である。
本発明のマイクロリアクタは、流路がチップの両面に設けられ、両面の流路が基材に形成された貫通孔を介して互いに連通されている。一方側の面に設けられた流路は、その一部が、流路幅が２００μｍ以下、好ましくは０．１μｍ〜５０μｍの細い流路であり、このような細い流路と、流路幅が５０μｍ以上、好ましくは７０μｍ〜５００μｍの流路とから構成されている。
【００３１】
他方側の面に設けられた流路は、全ての流路幅が２００μｍ以上、好ましくは３００μｍ〜５ｍｍである。
ここで、「流路幅」とは、流れ方向と垂直な断面が矩形である場合にはその横幅を表し、当該断面が矩形に類似した他の形状である場合にはその横幅の平均値を表す。流路の高さは、上記の細い流路と、それよりも広幅の流路とに関わらず目的に応じて適宜に設定されるが、例えば１０μｍ〜１０００μｍである。
【００３２】
流路となる溝が両面に設けられた基材は、一方側の面における流路パターンが形成された金型と、他方側の面における流路パターンが形成された金型とからなる一対の金型を用いた射出成形により作製される。
【００３３】
流路幅が細い流路が形成されたチップ面側の金型としては、上記流路幅が細い流路を含む微細な流路パターンが形成可能なニッケルを主成分とする金型を用いる。このニッケルを主成分とする金型は、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いた微細加工で作製した流路を母型として、ニッケル電鋳等で作製される。
【００３４】
また、ニッケルに各種の添加物を加えることにより金型の機械的特性を調整することができる。例えば、コバルトを添加することで、金型の硬度を上げることができる。
他方の面側の金型としては、通常の機械加工、例えば数値制御による切削加工などが可能であり、イジェクトピン挿通孔の加工が可能な硬質の金属材料からなるものが用いられ、好ましくは金型鋼が用いられる。
【００３５】
図７は、このような一対の金型を示した部分断面図である。ニッケル金型５１の金型面５１ａには細い流路を含む流路パターンが形成されている。金型鋼５２の金型面５２ａには通常の機械加工で作製可能な流路幅をもつ流路パターンが形成されている。
【００３６】
流路パターンが形成された一対の金型５１，５２の間には、基材３の材料となる樹脂が充填され、射出成形が行われる。成形された基材３を金型５１，５２から離型する際には、金型鋼５２に設けられたイジェクトピン挿通孔５４に外側からイジェクトピンを挿入して基材３を押し出す。
【００３７】
本発明のマイクロリアクタは、上記の細い流路を片面のみに集めているので、微細な流路パターンが形成された基材面と被覆基材との接合は片面だけでよい。微細なパターンが形成された基材面と被覆基材との接合は比較的複雑な工程を要するが、本発明ではこのような工程は片面の接合にのみ行えばよいので、流路溝が設けられた基材と被覆基材との接合が容易になる。
【００３８】
本発明では、上記の細い流路が設けられた面における流路の総面積Ｓ1と、その反対側
の面における流路の総面積Ｓ2との比率Ｓ1／Ｓ2が、好ましくは１０／１〜１／１０、よ
り好ましくは３／１〜１／３である。
【００３９】
ここで、流路の総面積は、上述した流路幅で流路面を規定し、チップ面と垂直な方向に投影した流路面の面積のことである。
このようにすることで、上記のように射出成形で作製された、流路溝を形成した基材には、その両面間での応力の偏りが少なくなり、チップの反りが非常に少なくなる。
【００４０】
本発明のマイクロリアクタの一方側の面に設けられる上記細い流路の具体例としては、撥水バルブを構成する送液制御通路、流路内を流れる液の間に介在する気泡を除去するための空気抜き用流路などを挙げることができる。
【００４１】
図４は、撥水バルブを示した図である。同図の撥水バルブ４１は、流路幅が細い送液制御通路４２を備えている。送液制御通路４２は、その断面積（流路に対して垂直な断面の断面積）が、上流側の流路４３ａおよび下流側の流路４３ｂの断面積よりも小さな細い流路である。
【００４２】
流路壁がプラスチック樹脂のように疎水性の材質で形成されている場合には、送液制御通路４２に接する液４４は、流路壁との表面張力の差によって、下流側の流路４３ｂへ通過することが規制される。
【００４３】
下流側の流路４３ｂへ液４４を流出させる際には、マイクロポンプによって所定圧以上の送液圧力を加え、これによって表面張力に抗して液４４を送液制御通路４２から下流側
の流路４３ｂへ押し出す。液４４が流路４３ｂへ流出した後は、液４４の先端部を下流側の流路４３ｂへ押し出すのに要する送液圧力を維持せずとも液が下流側の流路４３ｂへ流れていく。すなわち、上流側から下流側への正方向への送液圧力が所定圧力に達するまで送液制御通路４２から先への液の通過が遮断され、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液４４は送液制御通路４２を通過する。一例として、縦横が１５０μｍ×３００μｍの流路４３ａ，４３ｂに対して、縦横が２５μｍ×２５μｍ程度となるように送液制御通路４２が形成される。
【００４４】
流路内を流れる液の間に介在する気泡を除去するための空気抜き用流路は、撥水性または高い流路抵抗によって流路内の液の通過を抑制すると共に、流路内の気泡を外部へ抜き出すための末端が外部へ開放された流路である。図５−Ａは、本発明の一実施例における、試薬収容部の上流側に設けられた空気抜き用流路および、その周辺の流路構成を示した図、図５−Ｂは、空気抜き用流路の拡大図である。図示したように、本実施例では、マイクロポンプと連通される開口１１より試薬収容部１３へ続く流路３１から、試薬収容部１３の上流側に設けられた駆動液の注入口１３ａの位置における分岐点３２で分岐した分岐流路３１ａが設けられている。
【００４５】
この分岐流路３１ａには、その末端が外部へ開放された空気抜き用流路３３が設けられている。空気抜き用流路３３は、分岐流路３１ａの流路壁から延び出した細い流路であり、例えば、図５−Ｂのように分岐流路３１ａの側部から複数本が延び出すように配置される。空気抜き用流路３３は、分岐流路３１ａの末端に設けるようにしてもよく、その本数は場合に応じて１本であっても２本以上であってもよい。
【００４６】
この空気抜き用流路３３から、駆動液を送り出す初期段階において流路３１内に存在する、駆動液と試薬との間の気泡を除去するようにしている。一例として、空気抜き用流路３３の流路幅は１０μｍである。
【００４７】
本実施例では、複数本の空気抜き用流路３３の末端から先に、チップ片面側（図５−Ｂにおいて紙面の上面側）に開放された大気連通用の開口３４が設けられており、空気抜き用流路３３から抜け出た空気を開口３４から大気に開放するようにしている。
【００４８】
駆動液を送出する前である図５−Ａの状態では、試薬収容部１３にはその両端の撥水バルブ４１ａ，４１ｂの間に試薬３５が充填されているが、流路３１は空気で満たされていて液体は存在しない。
【００４９】
図５−Ａの状態から、不図示のマイクロポンプによって開口１１より流路３１へ駆動液を流し込むと、図５−Ｃに示したように、分岐点３２から分岐した分岐流路３１ａに駆動液３６が充填されていく。このとき、流路３１および分岐流路３１ａの中に存在していた空気は、空気抜き用流路３３を通過して外部へ放出される。
【００５０】
そして、空気抜き用流路３３から空気を追い出しながら分岐流路３１ａに駆動液３６が充填されると、空気抜き用流路３３は、撥水性により駆動液３６の通過を遮断するか、あるいは高い流路抵抗が負荷された状態で微量の駆動液３６を流すようになる。すると、マイクロポンプによる送液圧力が駆動液３６を介して試薬に強く作用するようになり、試薬収容部１３の下流側における撥水バルブ４１ｂには、その液保持力以上の送液圧力が与えられるようになる。これにより、試薬３５は駆動液３６によって試薬収容部１３から押し出され、撥水バルブ４１ｂを通過してその下流側の流路に送出される。
【００５１】
本発明における好ましい態様では、マイクロリアクタは、板状のチップ内に、
（i）試薬が収容される収容室と、駆動液を収容室に注入するための注入口と、注入され
た駆動液により収容室から試薬が押し出される出口と、を有する複数の試薬収容部
（ii）外部から試料を注入するための注入口を有する試料受容部
（iii）前記試薬収容部からの各試薬が混合された混合試薬と、前記試薬受容部の試料と
を合流させた後、これらを反応させる反応部
を備えている。
【００５２】
これらの試薬収容部、試料受容部および反応部は、前記チップ内に組み込まれて流路により互いに連通されている。
上記の試料受容部は、試料を一時収容する収容室と、外部から収容室へ試料を注入するための注入口とを備えている。
【００５３】
試料受容部の注入口は、例えば、チップ上面から微量の試料を注入できるように構成されており、ゴム材などの弾性体からなる栓が注入口に形成されているか、あるいはゴム材、強化フィルム等で注入口が覆われていることが望ましい。例えば、ゴム材質の栓に突き刺したニードルまたは蓋付き細孔に通したニードルでシリンジ内の試料を注入する。あるいは、これら以外の試料注入機構を設置してもよい。
【００５４】
試料受容部の上流側は、マイクロポンプに連通される流路に連通し、その下流側は、試薬との混合部に連通している。試料受容部に注入された試料は、マイクロポンプによって供給された駆動液により下流側へ押し出され、必要に応じて前処理された後、試薬と混合される。
【００５５】
試料受容部に注入される試料は、目的に応じて各種のものが対象となる。例えば、生体物質の検査・分析を行う場合には、生体由来のアナライト含有試料、例えば全血、血漿、血清、バフィーコート、尿、糞便、唾液、喀痰などが挙げられる。遺伝子検査の場合、増幅反応の鋳型となる核酸として遺伝子、ＤＮＡまたはＲＮＡがアナライトである。また、このような核酸を含む可能性のある試料から調製または単離したものを試料としてもよい。他のアナライトとしては、各種の代謝物質、ホルモン、タンパク質（酵素、抗原なども含む）などが挙げられる。
【００５６】
その他、化学合成を目的とする場合には、試薬と反応させる原料化合物が試料となり、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などを目的とする場合には、それらを行うために試薬と反応させる対象が試料となる。
【００５７】
上記の試薬収容部は、試薬を収容する収容室を備えている。収容室には、駆動液を収容室に注入するための注入口と、注入された駆動液により収容室から試薬が押し出される出口と、が設けられている。
【００５８】
収容室の上流側に設けられた注入口は、外部のマイクロポンプに連通される流路に連通している。すなわち、チップの片面に開放された開口から収容室の注入口までの流路がチップ内に形成されており、外部のマイクロポンプをチップに接続することにより、マイクロポンプで駆動液をチップ開口から流路へ流し込み、注入口から収容室へ駆動液が注入される。
【００５９】
収容室の下流側に設けられた出口は、他の試薬との混合部に連通している。収容室内の試薬は、マイクロポンプからの駆動液により収容室の出口から下流側へ押し出される。その後、収容室から出た試薬は他の試薬と合流して混合される。
【００６０】
試薬は、目的に応じて各種のものが対象となるが、例えばＰＣＲ法により検体中に含まれる遺伝子を増幅する場合における試薬には、２'−デオキシヌクレオシド５'−三リン酸
、Taq ＤＮＡポリメラーゼ、Vent ＤＮＡポリメラーゼまたはPfu ＤＮＡポリメラーゼな
どが含有される。
【００６１】
また、特許第３４３３９２９号に記載されたＩＣＡＮ（Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification ）法により検体中に含まれる遺伝子を増幅する場
合における試薬には、２'−デオキシヌクレオシド５'−三リン酸、検出したい遺伝子に特異的にハイブリダイゼーションできるキメラプライマー、鎖置換活性を有するＤＮＡポリメラーゼ、エンドヌクレアーゼのＲＮaseなどが含有される。
【００６２】
その他、化学合成を目的とする場合には、試料と反応させる原料化合物などが試薬に含まれ、薬効スクリーニング、薬品抽出、金属錯体の形成・分離などを目的とする場合には、それらを行うために試料と反応させる物質などが試薬に含まれる。
【００６３】
遺伝子検査などの用途では、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、試薬収容部に予め試薬が収容されていることが望ましい。この場合、内蔵される試薬の蒸発、漏失、気泡の混入、汚染、変性などを防止するため、試薬収容部の上流側および下流側を、使用前にマイクロリアクタが保管される冷蔵条件下では固化もしくはゲル化しており、使用時に室温にすると融解し流動状態となるもので封止することが好ましい。このような封止に用いられる封止剤には、油脂、ゼラチンの水溶液などが挙げられる。
【００６４】
また、試薬収容部における収容室の注入口または出口、あるいはこれらの両方に、図４の撥水バルブを設けてもよい。これによって、マイクロリアクタの保管時における試薬の外部への流出を有効に防止できると共に、使用時には、マイクロポンプによって容易に試薬を外部へ押し出すことができる。
【００６５】
駆動液によって各試薬収容部から押し出された複数の試薬は、下流側で合流して混合され、混合試薬は、そのさらに下流において試料と合流して反応部で反応が行われる。
反応部では、試料と混合試薬との混合液が導入された後、例えば、昇温などにより反応が開始される。反応部は、目的に応じて液溜形状、流路形状など各種の形状を有し、例えば試料と混合試薬とを液溜に貯留して反応を行う態様、試料と混合試薬とを微細流路内に合流させて、合流液の送液方向をマイクロポンプにより切り替えて、合流液を微細流路内で繰り返し前後動させながら反応させる態様など、試料と試薬の種類等に応じて適宜の反応形態とすることができる。
【００６６】
上記の各部の他、チップ内には、必要に応じて、各種の機能をもつ構造部が設けられる。このような構造部の具体例としては、送液を制御するための部位、試料および試薬以外の処理液を収容するための処理液収容部、生体試料等に含まれる不要成分を除去するために試薬との反応に先立って前処理を行うための前処理部、反応後の液に含まれる標的物質等を検出するための検出部、廃液を貯留するための廃液貯留部などが挙げられる。
【００６７】
送液を制御するための部位の具体例としては、逆止弁、能動弁、撥水バルブのような弁部などが挙げられる。
各処理液を収容するための処理液収容部の具体例としては、流路壁、ビーズ等の担体などに必要物質を吸着させた状態で洗浄を行うための洗浄液の収容部、試薬と試料との反応を停止させる反応停止液の収容部、反応生成物を検出に適するように変性させるための変性処理液の収容部、光学的検出のために反応生成物を蛍光物質等で標識するための標識用試薬の収容部、その他、抽出液、溶離液、溶菌試薬、溶血試薬等の収容部などが挙げられる。
【００６８】
検出部は、マイクロリアクタ内における反応生成物を光学的に検出する場合には、例え
ば、光透過性の部材を用いて形成された流路部位または液溜状の部位から構成される。例えば、検出部の流路へＬＥＤから測定光を照射し、フォトダイオードなどの光学的な検出手段で透過光もしくは反射光を検出する。
【００６９】
前処理部は、試料に含まれる分析対象物の濃縮、分離、溶菌等を行う部位であり、例えば、生体試料に含まれるタンパク質やイオン性物質等の除去が行われる。このような処理は、例えば、フィルター、ビーズ、ゲル、メンブレンなどの担体を流路内に配置し、この担体に生体物質等を吸着させて該流路内に溶菌試薬、溶血試薬等を流し、次いで洗浄液を流すことにより行うことができる。
【００７０】
本発明におけるさらに好ましい態様では、前記チップにおける一方側の面に形成された流路には、試薬収容部と、試料受容部と、反応部と、検出部と、が設けられ、他方側の面に形成された流路には、試料の前処理、試料と試薬との反応、または該反応の検出のために用いられる処理液を収容する処理液収容部、または、廃液貯留部、あるいはこれらの両方が設けられている。
【００７１】
このようにすることで、上記の空気抜き用流路を片面に集めることができる。マイクロリアクタで遺伝子増幅反応などを行う場合、マイクロリアクタの反応部を選択的に加熱したり、試薬の変質等を防止するために試薬収容部などを選択的に冷却したりすることが必要になる。例えばＰＣＲ増幅法では、３つの温度間で昇降させる温度管理が必要になり、４０℃程度から９０℃程度まで急速に昇温させるサイクル等が必要になる。また、ＰＣＲの改良として最近開発されたＩＣＡＮ（Isothermal chimera primer initiated nucleic acid amplification）法では、５０℃〜６５℃における温度下でＤＮＡ増幅を行う。
【００７２】
また、マイクロリアクタの流路へ駆動液を供給するためのマイクロポンプが複数設けられたチップ状のマイクロクロポンプユニットとの接続を確実にするために、マイクロポンプとマイクロクロポンプユニットとを密着させる場合がある。
【００７３】
この際、上記の空気抜き用流路が多数配置された流路パターンが両面にあると、空気抜き用流路から外部へ開口した大気連通孔を避けてチップを加熱冷却装置やマイクロポンプユニットに密着させなければならないが、上記のように流路を構成することで、空気抜き用流路は一方の面に集中して配置されるので、大気連通孔が設けられた面とは反対側の面において加熱冷却装置やマイクロポンプユニットの接続面を一様な面で密着させることができる。
【００７４】
図６は、本発明のマイクロリアクタと、加熱冷却装置との接続状態を示した断面図である。空気抜き用流路の末端側にある大気連通孔２１は、全てマイクロリアクタ１の被覆基材４側に設けられている。ペルチェ素子などを加熱用部材として用いた加熱装置４６の加熱面４６ａと、ペルチェ素子などを冷却用部材として用いた冷却装置４７の冷却面４７ａは、マイクロリアクタ１に対して被覆基材５側から面接触する。
【００７５】
このように、加熱装置４６および冷却装置４７を、大気連通孔２１を逃がすように配置する必要がないので、加熱面４６ａおよび冷却面４７ａを、一様な面でマイクロリアクタに密着させることができる。また、加熱装置４６および冷却装置４７の配置の自由度が増加する。
【００７６】
さらに、上記のような流路配置とすることで、図４の撥水バルブを全て片面に集めることができる。したがって、撥水バルブ側の面の被覆基材として撥水性の材質からなる基材を用いることで、当該面に設けられた多数の撥水バルブを容易に機能させることができる。
【００７７】
一方、その反対側の面の被覆基材として親水性の材質からなる基材を用いることで、当該面に設けられた処理液収容部へ、水性の処理液を容易に注入できる。
このように、被覆基材の材質によって親水、撥水の制御を簡易に行うことができ、両面のそれぞれにおいて親水、撥水のパターニング処理をする必要がない。
【００７８】
図１は、本発明の一実施例におけるマイクロリアクタの一方の面に設けられた流路を示した図、図２は、他方の面に設けられた流路を示した図、図３は、その一部断面図である。本実施例のマイクロリアクタ１は、遺伝子増幅反応に用いられるものであり、図１に示したように、その一方の面には、流路状の３つの試薬収容部１３のそれぞれに３種類の試薬が収容されている。試薬収容部１３の上流側には、マイクロリアクタ１の一方の面から外部へ開放された開口１１が設けられている。これらの開口１１は、マイクロリアクタ１を後述するマイクロポンプユニットに重ね合わせて接続した際に、マイクロポンプユニット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に連通される。
【００７９】
試薬収容部１３に収容された試薬は、開口１１に連通するそれぞれ別途のマイクロポンプによって、試薬収容部１３から押し出されて合流部１５で合流し、その下流側の混合試薬収容部１６に混合試薬が収容される。
【００８０】
試薬収容部１３および混合試薬収容部１６は、図２に示した側の面に対して冷却範囲Ａにペルチェ素子などの冷却用部材を面で押し付けることによって、試薬の変質等を防止するために冷却される。
【００８１】
この混合試薬は、流路状の試料受容部１７に注入された試料と下流で合流する。なお、混合試薬と試料は、それぞれ別途の上流側開口１１に連通したマイクロポンプによって駆動液で下流へ押し出され混合される。混合試薬と試料との混合液は、反応部１８へ収容され加熱によって増幅反応が開始される。反応部１８は、図２に示した側の面に対して加熱範囲Ｂにペルチェ素子などの加熱用部材を面で押し付けることによって加熱される。
【００８２】
反応後の液は、検出部１９へ送出され、例えば光学的な検出方法などによって標的物質が検出される。検出部１９の周囲には、検出対象の物質に対して標識などの必要な処理を行うための液、洗浄液など、検出操作に必要な各種の処理液を個別に収容した処理液収容部２０が設けられている。処理液収容部２０の上流側は、貫通孔７を介して図２に示した側の面の流路に連通され、その上流に設けられた開口１１から駆動液を供給することによって処理液収容部２０に収容された処理液を検出部１９へ押し出すようにしている。
【００８３】
なお、マイクロリアクタ１の上面側の流路には、試薬収容部１３の両端部、混合試薬と試料との合流部における混合試薬の入口と試料の入口、処理液収容部２０などに図４の撥水バルブが設けられている。この撥水バルブによって、その先の流路への送液開始のタイミングが制御される。
【００８４】
また、試薬収容部１３の上流側、混合試薬収容部１６と試料受容部１７の上流側、および処理液収容部２０の上流側などには、前述した空気抜き用流路３３が設けられており、これらの収容部内の液と駆動液との間の気泡を外部へ抜き出すようにしている。
【００８５】
図１の流路の最下流側には、廃液貯留部８が設けられ、上流の流路からの廃液は廃液貯留部８へ送出される。
マイクロリアクタ１の他方の面には、図２に示したように、複数の処理液収容部２０が設けられている。これらの処理液収容部２０には、例えば、混合試薬と試料との反応を停止させる液など、反応またはその検出のための操作に必要な液が個別に収容されている。
これらの処理液収容部２０の上流側には、マイクロポンプからの駆動液を供給するための開口１１が設けられ、処理液収容部２０に開口１１から駆動液を供給することによって処理液を下流へ押し出すようにしている。駆動液によって押し出された処理液は、マイクロリアクタ１の基材を貫通する貫通孔７を通り、図１に示した側の面の流路へ供給され、所定のタイミングで反応液等と混合される。
【００８６】
図３の一部断面図に示したように、本実施例のマイクロリアクタ１は、流路溝が形成された基材３の両面に被覆基材４，５を重ね合わせることにより流路が形成されている。図１側の面には、上記したように撥水バルブ、空気抜き用流路などの細い流路６ａが設けられている。一方、図２側の面には、比較的幅が広い流路６ｂのみが設けられている。細い流路６ａの幅Ｗ1と、比較的幅が広い流路６ｂの幅Ｗ2は、それぞれ前述した範囲内にある。
【００８７】
図１側の面に重ね合わせられる被覆基材４は、撥水性の材質からなるシート状の基材であり、これにより当該面に設けられた多数の撥水バルブを機能させるようにしている。
一方、図２側の面に重ね合わせられる被覆基材５は、親水性の材質からなるシート状の基材であり、これにより、当該面に設けられた処理液収容部２０へ、表面張力によって水性の処理液を容易に注入できるようにしている。
【００８８】
＜マイクロポンプ＞
本発明において、マイクロポンプは、マイクロリアクタとは別途の、すなわち板状のチップとは独立したものであることが好ましい。例えば、マイクロポンプおよびその制御装置、反応検出用の光学検出装置、温度制御装置、駆動液を収容した駆動液タンクなどを備えた装置本体と、予め試薬を封入したマイクロリアクタと、から試料検査装置を構成する場合が挙げられる。
【００８９】
この場合、マイクロリアクタの試料受容部に試料を注入した後、このマイクロリアクタを装置本体に装着して、装置本体側の複数のマイクロポンプと、これらのマイクロポンプに対応するマイクロリアクタの各流路とを連通させる。この状態で、駆動液タンクからの駆動液をマイクロポンプによりマイクロリアクタの流路へ送り出し、これによって流路内の液、例えば試薬収容部の試薬、試料受容部の試料などを下流側へ押し出して試薬同士の混合、試薬と試料との混合などを行う。
【００９０】
マイクロポンプは、フォトリソグラフィ技術などにより作製され、特開２００１−３２２０９９号公報、特開２００４−１０８２８５号公報に記載されたピエゾ素子により駆動するマイクロポンプ、アクチュエータを設けた弁室の流出入孔に逆止弁を設けた逆止弁型のマイクロポンプなど各種のものが使用できる。
【００９１】
図８は、本発明のマイクロリアクタに使用されるマイクロポンプユニットの一例を示した斜視図、図９は、その断面図である。このマイクロポンプユニット６１は、シリコン製の基板６７と、その上のガラス製の基板６８と、その上のガラス製の基板６９との３つの基板から構成されている。基板６７と基板６８、および基板６８と基板６９はそれぞれ、陽極接合、拡散接合、熱溶着、接着などによって接合されている。
【００９２】
シリコン製の基板６７と、その上に陽極接合などによって貼り合わされたガラス製の基板６８との間の内部空間によってマイクロポンプ６２（ピエゾポンプ）が構成されている。
【００９３】
基板６７は、シリコンウエハをフォトリソグラフィ技術により所定の形状に加工したものである。例えば、シリコン基板面への酸化膜の形成、レジスト塗布、レジストの露光お
よび現像、酸化膜のエッチング、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラズマ、Inductively Coupled Plasma）などによるシリコンのエッチング等を含む微細加工によって、加圧室７２、第１流路７３、第１液室７５、第２流路７４、および第２液室７６が形成されている。
【００９４】
加圧室７２の位置では、シリコン基板がダイヤフラムに加工され、その外側表面には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックスなどからなる圧電素子７１が貼着されている。
【００９５】
このマイクロポンプ６２は、圧電素子７１への制御電圧によって次のように駆動される。印加された所定波形の電圧により圧電素子７１が振動すると共に、加圧室７２の位置におけるシリコンダイヤフラムが振動し、これによって加圧室７２の体積が増減する。第１流路７３と第２流路７４とは、幅および深さが同じで、長さが第１流路７３よりも第２流路７４の方が長くなっている。第１流路７３では、差圧が大きくなると、流路内で乱流が発生し、流路抵抗が増加する。一方、第２流路７４では、流路幅が長いので差圧が大きくなっても層流になり易く、第１流路７３に比べて差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が小さくなる。
【００９６】
例えば、圧電素子７１に対する制御電圧を調整することにより、加圧室７２の内部へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室７２の体積を減少させ、次いで加圧室７２からその外側へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室７２の体積を増加させると、駆動液は図９において左から右へ向かう方向へ正方向に送液される。
【００９７】
これとは反対に、加圧室７２からその外側へ向かう方向へ素早くシリコンダイヤフラムを変位させて大きい差圧を与えながら加圧室７２の体積を増加させ、次いで加圧室７２の内部へ向かう方向へゆっくりシリコンダイヤフラムを変位させて小さい差圧を与えながら加圧室７２の体積を減少させると、駆動液は図９の右から左へ逆方向に送液される。
【００９８】
なお、第１流路７３と第２流路７４における、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合の相違は、必ずしも流路の長さの違いによる必要はなく、他の形状的な相違に基づくものであってもよい。
【００９９】
マイクロポンプ６２による流量の制御は、圧電素子７１に印加する電圧を調整することにより行うことができる。
基板６９には、流路７０がパターニングされている。一例として、流路７０の寸法および形状は、幅が１５０μｍ程度、深さが３００μｍ程度の断面矩形状である。流路７０の下流側には、マイクロリアクタの開口に位置合わせすることによりマイクロポンプ６２をマイクロリアクタの流路に連通させるための開口６５が設けられている。マイクロポンプ６２によって、流路７０、開口６５を通じて駆動液を送液して、マイクロリアクタの流路内に収容された試薬等の各液を下流へ押し出す。
【０１００】
流路７０の上流側は、基板６８の貫通孔６６ｂを介して、基板６７に設けられた流路を通りマイクロポンプ６２に連通されている。また、マイクロポンプ６２の上流側は、基板６７に設けられた流路から基板６８の貫通孔６６ａを介して、ガラス製の基板６９に設けられた開口６４に連通されている。この開口６４は不図示の駆動液タンクに接続されている。開口６４は、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）のパッキンを介して駆動液タンクに接続される。
【０１０１】
＜マイクロ総合分析システム＞
マイクロリアクタは、例えば、別途のシステム本体に装着することにより反応と分析が
行われる。このシステム本体とマイクロリアクタとによりマイクロ総合分析システムが構成される。このマイクロ総合分析システムの一例を以下に説明する。図１０は、マイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図、図１１は、このマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構成を示した図である。
【０１０２】
このマイクロ総合分析システム８０のシステム本体８０ａは、分析のための各装置を収納する筺体状の収納体８２を備えている。この収納体８２の内部には、マイクロリアクタ１に連通させるための流路開口を有するチップ接続部６３と、複数のマイクロポンプ（図示せず）とが設けられたマイクロポンプユニット６１が配置されている。
【０１０３】
さらに収納体８２の内部には、マイクロリアクタ１における反応を検出するための検出処理装置（ＬＥＤ、光電子増倍菅、ＣＣＤカメラ等の光源８８および、可視分光法、蛍光測光法などによる光学的な検出を行う検出器８９）と、この検出処理装置とマイクロポンプユニット６１とを制御する制御装置（図示せず）とが設けられている。この制御装置によって、マイクロポンプによる送液の制御、光学的手段等によりマイクロリアクタ１における反応を検出する検出処理装置の制御の他、後述する加熱・冷却ユニットによるマイクロリアクタ１の温度制御、マイクロリアクタ１における反応の制御、データの収集（測定）および処理等を行う。マイクロポンプの制御は、予め送液順序、流量、タイミングなどに関する諸条件が設定されたプログラムに従って、それに応じた駆動電圧をマイクロポンプに印加することによって行う。
【０１０４】
このマイクロ総合分析システム８０では、マイクロリアクタ１の微細流路の上流側（例えば試薬収容部、試料受容部などの上流側）に設けられた流路開口およびその周囲のチップ面からなるポンプ接続部１２と、マイクロポンプユニット６１のチップ接続部６３とを液密に密着させた状態でマイクロリアクタ１を収納体８２の内部に装着した後、マイクロリアクタ１において検体中の標的物質が分析される。マイクロリアクタ１は、搬送トレイ８５に載置されて挿入口８３から収納体８２の内部に導入される。しかし、マイクロリアクタがマイクロポンプユニットに対して加圧された状態でマイクロリアクタを収納体８２の内部に固定できるのであれば、必ずしも搬送トレイを用いる必要はない。
【０１０５】
収納体８２の内部には、所定位置に装着されたマイクロリアクタ１を局所的に加熱もしくは冷却するための加熱・冷却ユニット（ペルチェ素子８６、ヒーター８７）が設けられている。例えば、マイクロリアクタ１における試薬収容部の領域にペルチェ素子８６を圧接することにより試薬収容部を選択的に冷却し、これによって試薬の変質等を防止するとともに、反応部を構成する流路の領域にヒーター８７を圧接することにより反応部を選択的に加熱し、これによって反応部を反応に適した温度にする。
【０１０６】
マイクロポンプユニット６１は１つの駆動液タンク８１に接続され、マイクロポンプの上流側はこの駆動液タンク８１に連通している。一方、マイクロポンプの下流側は、マイクロポンプユニット６１の片面に設けられた流路開口に連通されており、それぞれのマイクロポンプに連通したそれぞれの流路開口と、マイクロリアクタ１のポンプ接続部１２に設けられたそれぞれの流路開口とが連結するようにマイクロリアクタ１がマイクロポンプユニット６１に対して接続される。
【０１０７】
マイクロポンプによって、駆動液タンク８１に収容された水系の駆動液を、ポンプ接続部１２を経由してマイクロリアクタ１における各液の収容部に送り出し、駆動液によって各収容部の液をマイクロリアクタ１の下流側へ押し出して送液する。
【０１０８】
測定試料である検体の前処理、反応および検出の一連の分析工程は、マイクロポンプ、検出処理装置および制御装置が一体化されたシステム本体８０ａに、マイクロリアクタ１
を装着した状態で行なわれる。好ましくは、試料および試薬の送液、前処理、混合に基づく所定の反応および光学的測定が、一連の連続的工程として自動的に実施され、測定データが、必要な条件、記録事項とともにファイル内に格納される。図１０では、分析の結果が収納体８２の表示部８４に表示されるようになっている。
【０１０９】
以下に、本発明のマイクロリアクタを用いた試料（検体）と試薬との反応およびその検出の具体的な例を示す。マイクロリアクタの好ましい一態様では、一つのチップ内において、
検体もしくは検体から抽出したアナライト（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、遺伝子）が注入される試料受容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部と、
プローブ結合反応、検出反応（遺伝子増幅反応または抗原抗体反応なども含む）などに用いる試薬が収容される試薬収容部と、
ポジティブコントロールが収容されるポジティブコントロール収容部と、
ネガティブコントロールが収容されるネガティブコントロール収容部と、
プローブ（例えば、遺伝子増幅反応により増幅された検出対象の遺伝子にハイブリダイズさせるプローブ）が収容されるプローブ収容部と、
これらの各収容部に連通する微細流路と、
前記各収容部および流路内の液体を送液する別途のマイクロポンプに接続可能なポンプ接続部と、が設けられている。
【０１１０】
このマイクロリアクタには、ポンプ接続部を介して上述したマイクロポンプユニットが接続され、試料受容部に注入された検体もしくは検体から抽出した生体物質（例えばＤＮＡまたはそれ以外の生体物質）と、試薬収容部に収容された試薬とを下流の流路へ送液し、微細流路の反応部、例えば遺伝子増幅反応（タンパク質の場合、抗原抗体反応など）を行う反応部で混合して反応させる。次いで、その下流側流路にある検出部へ、この反応液を処理した処理液と、プローブ収容部に収容されたプローブとを送液し、流路内で混合してプローブと結合（またはハイブリダイゼーション）させ、この反応生成物に基づいて生体物質の検出を行う。
【０１１１】
また、ポジティブコントロール収容部に収容されたポジティブコントロールおよびネガティブコントロールに収容されたネガティブコントロールについても同様に上記反応および検出を行う。
【０１１２】
試料受容部に注入された検体は、必要に応じて、試薬との混合前に、予め流路に設けられた検体前処理部にて、例えば検体と処理液とを混合することによって前処理される。この検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでいてもよい。好ましい検体前処理としては、アナライトの分離または濃縮、除タンパクなどが挙げられる。例えば、１％ＳＤＳ混合液などの溶菌剤を用いて溶菌処理・ＤＮＡ抽出処理を行なう。この過程では、細胞内部からＤＮＡが放出され、ビーズまたはフィルターの膜面に吸着する。
【０１１３】
マイクロリアクタの試薬収容部には、必要な試薬が予め所定の量だけ封入されている。したがって使用時にその都度試薬を必要量充填する必要はなく、即使用可能の状態になっている。検体中の生体物質を分析する場合、測定に必要な試薬類は、通常それぞれ公知である。例えば、検体に存在する抗原を分析する場合、それに対する抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬が使用される。抗体は、好ましくはビオチンおよびＦＩＴＣで標識されている。
【０１１４】
遺伝子検査用のマイクロリアクタに予め収容される試薬類には、遺伝子増幅に用いられ
る各種試薬の他、検出に使用されるプローブ類、発色試薬、前記の検体前処理に使用する前処理試薬などがある。
【０１１５】
マイクロポンプから駆動液を供給することにより、各試薬収容部から試薬を押し出してこれらを合流させることによって、混合試薬を生成する。その後、マイクロポンプから駆動液を供給することにより、試料受容部から検体を押し出し、混合比率が安定した混合試薬と合流させることによって、反応部にて、遺伝子増幅反応、アナライトのトラップまたは抗原抗体反応といった分析に必要な反応が開始される。
【０１１６】
ＤＮＡ増幅方法としては、改良点も含めて各種文献などに記載され、多方面で盛んに利用されているＰＣＲ増幅法を使用することができる。ＰＣＲ増幅法においては、３つの温度間で昇降させる温度管理が必要になるが、マイクロチップに好適な温度制御を可能とする流路デバイスが、すでに本発明者らにより提案されている（特開２００４−１０８２８５号）。このデバイスシステムを本発明のチップの増幅用流路に適用すればよい。これにより、熱サイクルが高速に切り替えられ、微細流路を熱容量の小さいマイクロ反応セルとしているため、ＤＮＡ増幅は、手作業で行う従来の方式よりはるかに短時間で行うことができる。
【０１１７】
最近開発されたＩＣＡＮ（Isothermal  chimera  primer  initiated  nucleic  acid 
amplification）法は、５０〜６５℃における任意の一定温度の下にＤＮＡ増幅を短時間で実施できるため、本発明システムにおいても好適な増幅技術である。手作業では、１時間かかる本法は、本発明のシステムにおいては、１０〜２０分、好ましくは１５分で解析まで終わる。
【０１１８】
マイクロリアクタの微細流路における反応部よりも下流側には、アナライト、例えば増幅された遺伝子を検出するための検出部が設けられている。少なくともその検出部分は、光学的測定を可能とするために透明な材質、好ましくは透明なプラスチックとなっている。
【０１１９】
微細流路上の検出部に吸着されたビオチン親和性タンパク質（アビジン、ストレプトアビジン）は、プローブ物質に標識されたビオチン、または遺伝子増幅反応に使用されるプライマーの５’末端に標識されたビオチンと特異的に結合する。これにより、ビオチンで標識されたプローブまたは増幅された遺伝子が本検出部位でトラップされる。
【０１２０】
分離されたアナライトまたは増幅された目的遺伝子のＤＮＡを検出する方法は特に限定されないが、好ましい態様として基本的には以下の工程で行われる。
（１ａ）  検体もしくは検体から抽出したＤＮＡ、あるいは検体もしくは検体から抽出したＲＮＡから逆転写反応により合成したｃＤＮＡと、５’位置でビオチン修飾したプライマーとを、これらの収容部から下流の微細流路へ送液する。
【０１２１】
反応部の微細流路内で遺伝子増幅反応を行った後、微細流路内で増幅された遺伝子を含む増幅反応液と変性液とを混合して、増幅された遺伝子を変性処理により一本鎖にし、これと末端をＦＩＴＣ（fluorescein  isothiocyanate）で蛍光標識したプローブＤＮＡと
をハイブリダイズさせる。
【０１２２】
次いで、ビオチン親和性タンパク質を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、前記増幅遺伝子を微細流路内の検出部位にトラップする（増幅遺伝子を検出部位でトラップした後に蛍光標識したプローブＤＮＡとをハイブリダイズさせてもよい。）。
【０１２３】
（１ｂ）  検体に存在する抗原、代謝物質、ホルモンなどのアナライトに対する特異的な
抗体、好ましくはモノクローナル抗体を含有する試薬を検体と混合する。その場合、抗体は、ビオチンおよびＦＩＴＣで標識されている。したがって抗原抗体反応により得られる生成物は、ビオチンおよびＦＩＴＣを有する。これをビオチン親和性タンパク質（好ましくはストレプトアビジン）を吸着させた微細流路内の検出部位に送液し、ビオチン親和性タンパク質とビオチンとの結合を介して該検出部位に固定化する。
【０１２４】
（２）  上記微細流路内にＦＩＴＣに特異的に結合する抗ＦＩＴＣ抗体で表面を修飾した金コロイド液を流し、これにより固定化したアナライト・抗体反応物のＦＩＴＣに、あるいは遺伝子にハイブリダイズしたＦＩＴＣ修飾プローブに、その金コロイドを吸着させる。
（３）  上記微細流路の金コロイドの濃度を光学的に測定する。
【０１２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】図１は、本発明の一実施例におけるマイクロリアクタの一方の面に設けられた流路を示した図である。
【図２】図２は、図１のマイクロリアクタの他方の面に設けられた流路を示した図である。
【図３】図３は、図１のマイクロリアクタにおけるチップ面と垂直な一部断面図である。
【図４】図４は、撥水バルブを示した図である。
【図５−Ａ】図５−Ａは、本発明の一実施例における、試薬収容部の上流側に設けられた空気抜き用流路および、その周辺の流路構成を示した図である。
【図５−Ｂ】図５−Ｂは、空気抜き用流路の拡大図である。
【図５−Ｃ】図５−Ｃは、図５−Ａの状態から分岐流路へ駆動液が充填された後、駆動液によって試薬が押し出される過程を示した図である。
【図６】図６は、本発明のマイクロリアクタと、加熱冷却装置との接続状態を示した断面図である。
【図７】図７は、流路溝が設けられた基材を射出成形により作製するための金型を示した部分断面図である。
【図８】図８は、マイクロポンプユニットの一例を示した斜視図である。
【図９】図９は、図８のマイクロポンプユニットの断面図である。
【図１０】図１０は、マイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０のマイクロ総合分析システムにおけるシステム本体の内部構成を示した図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  マイクロリアクタ
３  基材
４  被覆基材
５  被覆基材
６  流路
６ａ  細い流路
６ｂ  流路
７  貫通孔
８  廃液貯留部
１１  開口
１２  ポンプ接続部
１３  試薬収容部
１３ａ  注入口
１３ｂ  出口
１４ａ  収容室
１４ｂ  注入口
１４ｃ  出口
１５  合流部
１６  混合試薬収容部
１７  試料受容部
１８  反応部
１９  検出部
２０  処理液収容部
２１  大気連通孔
Ａ  冷却範囲
Ｂ  加熱範囲
３１  流路
３１ａ  分岐流路
３２  分岐点
３３  空気抜き用流路
３４  開口
３５  試薬
３６  駆動液
４１，４１ａ，４１ｂ  撥水バルブ
４２  送液制御通路
４３ａ，４３ｂ  流路
４４  液
４６  加熱装置
４６ａ  加熱面
４７  冷却装置
４７ａ  冷却面
５１  ニッケル金型
５１ａ  金型面
５２  金型鋼
５２ａ  金型面
５４  イジェクトピン挿通孔
６１  マイクロポンプユニット
６２  マイクロポンプ
６３  チップ接続部
６４  開口
６５  開口
６６ａ  貫通孔
６６ｂ  貫通孔
６７  基板
６８  基板
６９  基板
７０  流路
７１  圧電素子
７２  加圧室
７３  第１流路
７４  第２流路
７５  第１液室
７６  第２液室
８０  マイクロ総合分析システム
８０ａ  システム本体
８１  駆動液タンク
８２  収納体
８３  挿入口
８４  表示部
８５  搬送トレイ
８６  ペルチェ素子
８７  ヒーター
８８  光源
８９  検出器
【図１】
2007136379.tif 000003
【図２】
2007136379.tif 000004
【図３】
2007136379.tif 000005
【図４】
2007136379.tif 000006
【図５−Ａ】
2007136379.tif 000007
【図５−Ｂ】
2007136379.tif 000008
【図５−Ｃ】
2007136379.tif 000009
【図６】
2007136379.tif 000010
【図７】
2007136379.tif 000011
【図８】
2007136379.tif 000012
【図９】
2007136379.tif 000013
【図１０】
2007136379.tif 000014
【図１１】
2007136379.tif 000015