(57)【要約】【課題】本発明は、マイクロ流体チップの微細流路に安定かつ速度を制御して試料を送液することが可能であり、流路に気泡が入りにくく、デッドボリュームも少ない、マイクロ流体システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップ（１０）と、流路の一端に連通し、該流路に液体を供給する液体導入管（３０）と、流路の他端と連通し、流路を通過後の液体を吐出する液滴吐出ヘッド（２０）と、を備えるマイクロ流体システムを提供するものである。【選択図】図１
2007147456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成された基板状のマイクロ流体チップと、
前記流路の一端に連通し、該流路に液体を供給する液体導入管と、
前記流路の他端と連通し、前記流路を通過後の液体を吐出する液滴吐出ヘッドと、を備えるマイクロ流体システム。
【請求項２】
前記マイクロ流体チップは、前記液体導入管及び前記液滴吐出ヘッドから着脱可能な構成となっていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記マイクロ流体チップは、透明材料で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記液体導入管及び前記液滴吐出ヘッドは、前記基板状のマイクロ流体チップの同一の主面側で、前記流路と連通していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記マイクロ流体チップは、少なくとも一方の基板の表面に流路となる溝が形成されている２枚の基板が積層接着されてなり、
前記２枚の基板のいずれか一方に、前記流路の両端となる位置に貫通孔が形成され、
前記貫通孔の一方に前記液体導入管が直接または間接に連通し、他方に前記液滴吐出ヘッドが直接または間接に連通していることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
前記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することを特徴とする、請求項１または５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
流路が形成された基板状のマイクロ流体チップを装着して用いられる試料分析装置であって、
前記マイクロ流体チップを装着した時に、前記流路の一端に連通可能な液体導入管と、該流路の他端に連通可能な液滴吐出ヘッドと、を備え、
前記マイクロ流体チップと、前記液体導入管と、前記液滴吐出ヘッドとを一体として固定することが可能な固定手段を有する試料分析装置。
【請求項８】
さらに、前記流路内で生じた反応を検出可能な光学的検出系を備えることを特徴とする、請求項７に記載の試料分析装置。
【請求項９】
さらに、前記液滴吐出ヘッドのノズルから、該液滴吐出ヘッド内の気体または液体を吸引することが可能な吸引手段を備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の試料分析装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の試料分析装置に装着して用いられる、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップであって、
前記試料分析装置に装着した時に、前記流路の一端が前記液体導入管に連通し、該流路の他端が前記液滴吐出ヘッドに連通可能な構成となっているマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
透明材料で構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１２】
少なくとも一方の基板の表面に前記流路となる溝が形成されている２枚の基板が積層接着されてなり、
前記２枚の基板のいずれか一方に、前記流路の両端の位置に貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１３】
前記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１４】
請求項６に記載のマイクロ流体システムを用いて試料溶液中の標的物質を検出または測定する方法であって、
前記標的物質に親和性を有する物質が表面に固定化されたビーズであって、前記堰き止め部を通過できない大きさのビーズを含む溶液に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を浸漬させる第１工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記ビーズを含む溶液を前記マイクロ流体チップの流路内に導入し、前記堰き止め部で前記ビーズを堰き止める第２工程と、
前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を、前記試料溶液中に浸漬させる第３工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記試料溶液を前記マイクロ流体チップの流路内に導入し、前記堰き止め部で堰き止められたビーズと十分に接触させる第４工程と、
前記ビーズ表面に固定化された前記標的物質に親和性を有する物質と、該標的物質との結合を検出または測定する第５工程と、を含む標的物質の検出または測定方法。
【請求項１５】
前記第４工程の後、前記第５工程の前に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を洗浄液に浸漬させて、前記液滴吐出ヘッドを作動させる洗浄工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の標的物質の検出または測定方法。
【請求項１６】
前記第４工程の後、前記第５工程の前に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を、前記標的物質に親和性を有する標識付き物質を含む溶液に浸漬させる工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記標識付き物質を前記標的物質に結合させる工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１４または１５に記載の標的物質の検出または測定方法。
【請求項１７】
前記液滴吐出ヘッドを、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで液滴を連続的に吐出するように作動させることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の標的物質の検出または測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に生体試料の反応を検出するために用いられるマイクロ流体システム、試料分析装置、及び標的物質の検出または測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等に微細流路が設けられたマイクロ流体チップを使用して、化学分析や化学合成、あるいはバイオ関連の分析などを行う方法が注目されている。マイクロ流体チップは、マイクロTotal Analytical System (マイクロＴＡＳ)や、Lab-on-a-chip等とも呼ばれ、従来の装置に比較して試料の必要量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ないなどのメリットがあり、診断、環境や食品のオンサイト分析等、広い分野での利用が期待されている。
【０００３】
マイクロ流体チップを用いた分析では、チップの微細流路内で試料溶液を混合して反応物質を反応させ、検出を行うため、当該微細流路に対して安定に且つ速度を制御して試料を送液する手段が必要であり、マイクロポンプやシリンジポンプなどが用いられている。
【０００４】
特開２００５−２２７２５０号公報（特許文献１）には、ポンプとマイクロチップの微細流路とをバルブを介して接続し、送液の停止と送液を行う方法等が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２２７２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示された方法では、その図１に示されるように、マイクロチップ、バルブ、及び送液ポンプが、キャピラリによって接続されている。これらの接続部は、シリコンチューブ等で連結する必要があるが、接続時に気泡が入ってしまい、試料溶液の流れが妨げられることがある。また、キャピラリ内の容積はデッドボリュームとなるので、反応時間に遅れが出るとともに、試料溶液の浪費が生じる。一方、キャピラリで接続すると装置全体が嵩高くなり、コンパクトな構成になるというマイクロ流体システムの利点が生かせないという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、マイクロ流体チップの微細流路に安定かつ速度を制御して試料を送液することが可能であり、流路に気泡が入りにくく、デッドボリュームも少ない、マイクロ流体システム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】
本発明は、上記課題を解決するために、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップと、前記流路の一端に接続し、該流路に液体を供給する液体導入管と、前記流路の他端と接続し、前記流路を通過後の液体を吐出する液滴吐出ヘッドと、を備えるマイクロ流体システムを提供する。
【０００８】
このような構成により、液体導入管の流路に接続した端部と反対側の端部を試料溶液等の液体に接触させ、その状態で液滴吐出ヘッドを作動させることによって、当該溶液が液体導入管を介して流路に送入され、最終的に液滴吐出ヘッドから吐出される。液滴吐出ヘッドから１回に吐出される液体は数十ピコリットルなので、例えば２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで連続的に吐出を繰り返すことにより、マイクロ流体システムに必要な速度での送液を実現することができる。吐出速度を制御することによって試料の送液速度も制御可能である。また、このような構成によれば、キャピラリによる接続が多用されていないので、接続部において気泡が入りやすいという問題が生じにくく、さらに試料溶液とマイクロ流体チップの流路とは液体導入管のみで接続されるため、デッドボリュームも少ない。キャピラリ等を用いないので、マイクロ流体システム全体がコンパクトな構成となる。また、１のマイクロ流体システムに複数の流路を設け、複数の反応を同時に並行して行うことも可能である。
【０００９】
上記マイクロ流体チップは、液体導入管及び液滴吐出ヘッドから着脱可能な構成となっていることが好ましい。このような構成により、マイクロ流体チップを使い捨てにすることができるので、コンタミネーションの影響を受けやすい低濃度の生体試料の分析等にも好適に用いることができる。
【００１０】
上記基板は、透明材料で構成されていることが好ましい。このような構成により、流路内で起こる反応を発光や蛍光等によって外部から容易に検出することができる。
【００１１】
上記液体導入管及び上記液滴吐出ヘッドは、上記基板状のマイクロ流体チップの同一の主面側で、前記流路と接続していることが好ましい。このような構成により、基板の、液体導入管及び液滴吐出ヘッドが設けられていない方の主面には突出物等がなくなるため、当該主面から、流路内の発光や蛍光等を検出しやすい。
【００１２】
上述のようなマイクロ流体システムの構成は、具体的には、上記マイクロ流体チップを、少なくとも一方の基板の表面に流路となる溝が形成されている２枚の基板を積層接着して形成し、上記２枚の基板のいずれか一方に、上記流路の両端となる位置に貫通孔を形成し、上記貫通孔の一方に上記液体導入管を直接または間接に連通させ、他方に上記液滴吐出ヘッドを直接または間接に連通させることにより実現される。ここで、直接に連通とは、液体導入管または液滴吐出ヘッドが貫通孔と直接接続されていることを意味し、間接に連通とは、シール材、流路等を介して接続されていることを意味する。
【００１３】
上記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することが好ましい。このような構成によれば、当該堰き止め部を通過できない大きさのビーズ等に試料等を固定化し、このビーズを含む溶液を流路に流すことにより、当該ビーズを堰き止め部に集積させることができるので、その位置で試料の濃度を高めることが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップを装着して用いられる試料分析装置であって、マイクロ流体チップを装着した時に、流路の一端に連通可能な液体導入管と、流路の他端に連通可能な液滴吐出ヘッドと、を備え、マイクロ流体チップと、液体導入管と、液滴吐出ヘッドとを一体として固定することが可能な固定手段を有する試料分析装置をも提供するものである。
【００１５】
このような装置によれば、使い捨て可能なマイクロ流体チップを装着し、試料の分析を効率よく行うことができる。
【００１６】
上記試料分析装置は、上記流路内で生じた反応を検出可能な光学的検出系を備えることも好ましい。このような構成によれば、マイクロ流体チップ内で起こる反応をリアルタイムで検出できる。
【００１７】
上記試料分析装置は、上記液滴吐出ヘッドのノズルから、該液滴吐出ヘッド内の気体または液体を吸引することが可能な吸引手段を備えることも好ましい。このような構成によれば、装置の使用を開始する際、液体導入管を液体に浸漬させた状態で吸引手段を作動させることにより、液滴吐出ヘッドの先端まで液体を吸引し充填することが可能となる。また、液滴吐出ヘッドに詰まりが生じた場合には、吸引手段によって吸引し、詰まりを解消することもできる。
【００１８】
本発明は、上記試料分析装置に装着して用いるマイクロ流体チップも提供するものである。本発明に係るマイクロ流体チップは、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップであり、上記試料分析装置に装着することによって、液体導入管及び液滴吐出ヘッドと、直接または間接に接続され、その流路内で試料溶液を反応させることが可能である。
【００１９】
上記マイクロ流体チップは、流路内での反応を検出するために、透明材料で構成されていることが好ましい。ガラスや透明樹脂等安価な透明材料で構成することにより、使い捨てとすることもでき、コンタミネーションを避けて、低濃度の生体試料を用いる分析に用いることも可能となる。
【００２０】
また、本発明に係るマイクロ流体チップは、少なくとも一方の基板の表面に前記流路となる溝が形成されている２枚の基板が積層接着されてなり、上記２枚の基板のいずれか一方に、上記流路の両端の位置に貫通孔が形成されていることが好ましい。
【００２１】
また、上記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することが好ましい。
【００２２】
本発明は、また、堰き止め部を有するマイクロ流体システムを用いて、試料溶液中の標的物質を検出または測定する方法をも提供する。当該方法は、標的物質に親和性を有する物質が表面に固定化された、堰き止め部を通過できない大きさのビーズを含む溶液に、液体導入管の、流路に接続した端部と反対側の端部を浸漬させる第１工程と、液滴吐出ヘッドを作動させ、ビーズを含む溶液をマイクロ流体チップの流路内に導入し、堰き止め部でビーズを堰き止める第２工程と、液体導入管の流路に接続した端部と反対側の端部を、試料溶液中に浸漬させる第３工程と、液滴吐出ヘッドを作動させ、試料溶液をマイクロ流体チップの流路内に導入し、堰き止め部で堰き止められたビーズと十分に接触させる第４工程と、ビーズ表面に固定化された標的物質に親和性を有する物質と、該標的物質との結合を検出または測定する第５工程と、を含む方法である。
【００２３】
このような構成によれば、ビーズが堰き止め部に堰き止められることによって、ビーズ表面に固定化された標的物質に親和性を有する物質が、堰き止め部の手前で濃縮される。続いて、標的物質を含む可能性のある試料溶液を流路に流すことによって、ビーズに固定化された物質と標的物質が反応し、標的物質がビーズ表面に固定化される。この結合を検出、または測定することによって、試料溶液における標的物質の有無または量を測定することができる。ビーズが堰き止め部に停留しているので、検出しやすいという利点もある。
【００２４】
第４工程の後、第５工程の前に、液体導入管の流路に接続した端部と反対側の端部を洗浄液に浸漬させて、液滴吐出ヘッドを作動させる洗浄工程をさらに行うことが好ましい。このような構成により、非特異的な吸着による偽陽性反応を排除することができる。
【００２５】
また、第４工程の後、第５工程の前に、液体導入管の流路に接続した端部と反対側の端部を、標的物質に親和性を有する標識付き物質を含む溶液に浸漬させる工程と、液滴吐出ヘッドを作動させ、標識付き物質を標的物質に結合させる工程と、をさらに行うことも好ましい。このような構成により、標的物質の有無の検出が容易になる。
【００２６】
本発明に係る標的物質の検出または測定方法においては、上記液滴吐出ヘッドは、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで液滴を連続的に吐出するように作動させることが好ましい。このような構成により、マイクロ流体チップの流路内に、脈動状になることなく、略低速で液体を送入することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（マイクロ流体システム及びマイクロ流体チップ）
図１に本発明に係るマイクロ流体システム１の概略断面図を示す。
【００２８】
マイクロ流体システム１は、一続きの流路１３、１４及び１３’が形成された基板状のマイクロ流体チップ１０と、流路１３の一端に接続し、流路１３、１４及び１３’に液体を供給する円筒状の液体導入管３０と、流路１３’の一端に接続し、流路１３、１３’及び１４を通過後の液体を吐出する液滴吐出ヘッド２０と、を備えている。
【００２９】
マイクロ流体システム１は、ホルダー４０に保持されており、ホルダー４０には、流路の形成された基板５１及び５２が固定されており、液滴吐出ヘッド２０及び液体導入管３０もこれらに固定されている。
【００３０】
マイクロ流体チップ１０は、それぞれ流路となる溝が形成された２枚の基板１１及び１２からなり、基板１２には、流路の両端となる位置に貫通孔１５及び１５’が設けられている。貫通孔１５は、シール材となるＯリング６０を介して基板５１に設けられた貫通孔に連通し、液体導入管３０に連通している。一方、貫通孔１５’は、シール材となるＯリング６０を介して基板５１に設けられた貫通孔に連通し、さらに基板５２に設けられた流路を介して、液滴吐出ヘッド２０に接続している。
【００３１】
まず図２に、マイクロ流体チップ１０を構成する基板１１及び１２の平面図を示す。図２（Ａ）に基板１１の平面図を示す。基板１１には、基板１２と接する面に流路となる溝１３ａ〜１３ｄ及び１３’ａ〜１３’ｂが形成されている。溝１３ａ〜１３ｄと溝１３’ａ〜１３’ｂとの間にはそれぞれわずかな間隙が設けられている。
【００３２】
図２（Ｂ）に、基板１２の平面図を示す。基板１２には、基板１１と接する面に流路となる溝１４ａ〜１４ｄが形成されており、基板１２を基板１１を接着することによって、それぞれ溝１３ａ〜１３ｄと溝１３’ａ〜１３’ｂとを連通させる。また、基板１２の両端には、貫通孔１５ａ〜１５ｄと１５’ａ〜１５’ｄが形成されており、基板１１と基板１２とを積層接着することにより、これらの貫通孔は、溝１３ａ〜１３ｄと１３’ａ〜１３’ｂに連通する。
【００３３】
基板１１及び１２の材料は特に限定されないが、ガラス基板や透明樹脂基板等を用いれば、流路内での発光等の反応を検出しやすくなる。溝の深さは、使用目的に応じて適宜変更することができるが、例えば、溝１３ａ〜１３ｄと溝１３’ａ〜１３’ｂとは、深さを１００μｍ程度とし、堰き止め部となる溝１４ａ〜１４ｄは２０μｍ程度とすることができる。溝は、例えばエッチング法で、貫通孔はショットブラスト法で形成すればよい。
【００３４】
上述の基板１１及び基板１２を積層し接着すると、マイクロ流体チップ１０が構成される。基板の接着方法は、基板の材料に応じて選択することができるが、ガラス基板の場合は熱接着法を用いることができる。
【００３５】
図３に、こうして製造されたマイクロ流体チップ１０の概略斜視図を示す。本実施形態では、４つの流路に独立して試料溶液等を送入し、反応させることが可能である。流路の数は適宜変更することが可能である。このようにマイクロ流体チップ１０は簡易な構成であり、安価な材料で製造することによって使い捨てにも適したものとなる。
【００３６】
続いて図４を用いて、マイクロ流体システム１に固定される基板５１および５２の構成を説明する。まず、同図（Ａ）に基板５１の平面図を示す。基板５１には、基板１２の貫通孔と同じ位置に貫通孔５３ａ〜５３ｄ、５３’ａ〜５３’ｄが形成されており、基板５１表面には、これらの貫通孔の周囲を囲むようにＯリング６０ａ〜６０ｄ及び６０’ａ〜６０’ｄが配置される。これにより、マイクロ流体チップ１０を着脱可能な構成としても、Ｏリングを介して基板５１と重ね、ホルダー４０（図１参照）で固定することによって、貫通孔１５ａ〜１５ｄ及び１５’ａ〜１５’ｄと、貫通孔５３ａ〜５３ｄ及び５３’ａ〜５３’ｄがそれぞれ溶液の漏れを生じることなく接続される。
【００３７】
続いて図４（Ｂ）に基板５２の平面図を示す。基板５２には、液体導入管３０の外径と等しい直径を有する貫通孔５４ａ〜５４ｄが形成されている。また、基板５１の貫通孔５３’ａ〜５３’ｄにその一端が接続する溝５５ａ〜５５ｄが形成されている。溝５５ａ〜５５ｄの他端には貫通孔が設けられており、これが液滴吐出ヘッド２０に接続する。
【００３８】
基板５１及び５２の材料も特に限定されないが、例えばガラス基板とすることができ、その場合、両者を熱接着法により接着することができる。
【００３９】
図５に、本発明に係るマイクロ流体システムに用いられる液滴吐出ヘッドの一例として静電駆動方式の液滴吐出ヘッド２０の拡大断面図を示す。尚、液滴吐出ヘッドの駆動方式は、公知のものを適宜選択して用いることができるが、生体試料を用いる場合は熱が発生しない圧電駆動式や静電駆動式が望ましい。
【００４０】
液滴吐出ヘッド２０は、電気的に接続するだけで単独で加圧室の加圧手段を作動させ、ノズル孔から液滴を吐出可能な構成となっている。ヘッドチップ２０は、電極２１１が形成された電極基板２１、加圧室２２１を形成する加圧室基板２２、およびノズル孔２３１が形成されたノズル基板２３により構成されている。電極基板２１に設けられた貫通孔２１２、加圧室基板２２に設けられた貫通孔２２２、流路２２３、加圧室２２１、及びノズル２３１は、マイクロ流体チップ１０の流路と同数（本実施形態では４つ）設けられ、それぞれ一対一で対応している。また、電極２１１は各加圧室２２１に対応して設けられており、各加圧室２２１に対して個別に加圧することができる。
【００４１】
電極基板２１に設けられた貫通孔２１２は、基板５２の貫通孔に接続し、これらの貫通孔を介して加圧室２２１に流入した液体は、図示しない共通電極と電極２１１との間に電圧を加えると、振動板２２４が弾性変位することによって加圧され、ノズル孔２３１から吐出される。尚、電極基板２１には、図中下側の面から溝が形成され、その天井部に電極２１１が形成されているため、電極２１１と振動板２２４との間にはわずかな空隙（エアギャップ）が形成されている。電極基板２１、加圧室基板２２、ノズル基板２３の材料は特に限定されないが、吐出する液体に生体試料が含まれる場合には、ガラス、シリコン等が適している。
【００４２】
基板５２の貫通孔５４ａ〜５４ｄに液体導入管３０を挿入し、溝５５ａ〜５５ｄの一端に形成された貫通孔に液滴吐出ヘッド２０が連通するように固定し、マイクロ流体チップ１０をＯリングを介して基板５１及び５２に重ね、適宜ホルダー４０で保持することによって、マイクロ流体システム１が完成する。液体導入管３０の材料は特に限定されず、金属、樹脂、ガラス等とすることができるが、例えばガラス製のキャピラリチューブをエポキシ系の接着剤でガラス基板に固定し、液体導入管として用いることが可能である。ポリスチレン製のキャピラリを液体導入管３０として用いる場合は、内壁表面を親水性に処理しておくことが望ましい。また、液体導入管３０は交換可能なように挿入部にシール部材を設けてもよい。
（試料分析装置）
図６に、上述した本発明に係るマイクロ流体システムを利用する試料分析装置３００の構成の概略の一例を示す。図６に示すように、試料分析装置３００は、マイクロ流体システム１、これを固定するホルダー４０、試料溶液、緩衝液等を収容した液体収容器３２０、これを載置するテーブル３１０、及び流路内の反応が蛍光色素により検出される場合に、励起光を与える励起光発生装置３３０と、当該蛍光を検出するためのＣＣＤカメラ３５０を備えている。
【００４３】
励起光発生装置から発せられた光は、ミラー３４０で反射されて流路に照射され、流路内で励起された蛍光はＣＣＤカメラ３５０で検出される。
【００４４】
テーブル３１０は、図中矢印で示されるＸ、Ｙ、Ｚ方向のいずれにも自由に駆動させることが可能であり、液体収容器３２０を移動させることによって、マイクロ流体システムの液体導入管３０を液体収容器３２０のウェル中の溶液に浸漬させたり、液滴吐出ヘッド２０から吐出される液体が液体収容液３２０のウェル内に吐出されるように調整する。
【００４５】
図７を使用して、液体の送入方法を説明する。まず、図７（Ａ）に示すように、テーブル３１０の位置を制御して、液体導入管３０の先端が、液体収容器３２０の液体中に浸漬させる。続いて、液滴吐出ヘッド２０のノズル孔２３１を覆ってノズル面に密着するキャップ手段を有する吸引手段４００を、矢印の方向に移動させてノズル面に密着させる。
【００４６】
次に同図（Ｂ）に示すように、吸引手段４００を作動させて、ノズル孔２３１から吸引し、液体収容器３２０中の液体を液体導入管３０を介して、マイクロ流体チップ１０の流路１３、１４、１３’に導入する。液体が液滴吐出ヘッド２０のノズル孔２３１に到達したら、吸引を終了し、吸引手段４００をノズル面から取り外す。続いて、液滴吐出ヘッド２０を作動させて液滴を吐出することによって、流路中を液体が流れる。
【００４７】
一般に、マイクロ流体システムでは、１〜２μＬ／分前後の流速が必要とされるところ、液滴吐出ヘッド２０から１回に吐出される液滴の量は数十ピコリットルであるため、例えば２〜１０ｋＨｚ程度で吐出を繰り返すことにより、必要な流速で液体を流すことが可能である。この速度で吐出を繰り返せば脈動状になることなく、液体を略一定の速度で流すことができる。
（標的物質の検出・測定方法）
次に、本発明に係る標的物質の検出または測定方法について説明する。本実施形態では、試料溶液中に含まれる可能性がある標的物質を、その標的物質に対する抗体を使用して検出する。
【００４８】
まず、マイクロ流体チップ１０をホルダー４０（図１参照）に固定する。そして図７に示した方法で、テーブル３１０を移動させて、純水または緩衝液等、その後の測定に影響を与えない液体が準備された液体収容器３２０に液体導入管３０を浸漬させた後、吸引装置４００を用いて液滴吐出ヘッド２０のノズル孔２３１まで当該液体を満たす。
【００４９】
続いて、標的物質に対する抗体が表面に固定されたビーズを含む液体を、液体収容器３２０に用意し、再度テーブル３１０を移動させて、液体導入管３０の先端を当該溶液に浸漬させる。この状態で、液滴吐出ヘッド２０を作動させて液体の吐出を繰り返すと、当該液体は液体導入管３０から流路１３に導入され、流路１４、１３’へと流入するが、ビーズは堰き止め部１００を通過できず、堰き止め部１００の直前の流路１３中に停留する。堰き止め部１００の拡大断面図を図８（Ａ）に、ビーズが堰き止められた様子を同図（Ｂ）に示す。抗体を固定化したビーズは公知の方法に従って調製することができ、上述のように、流路１３及び１３’が１００μｍ、堰き止め部の流路１４が２０μｍ程度である場合は、例えば、直径４０μｍ程度のものを使用するとよい。
【００５０】
次に、液体収容器３２０に、標的物質を含む可能性のある試料溶液を準備し、テーブル３１０を移動させて、液体導入管３０を試料溶液中に浸漬させる。この状態で、液滴吐出ヘッド２０を作動させて液体の吐出を繰り返すと、当該液体は液体導入管３０から流路１３に導入され、標的物質が存在すれば、ビーズ表面の抗体に結合する。
【００５１】
続いて、再度テーブル３１０を移動させて、水または緩衝液が用意された液体収容器３２０に液体導入管３０を浸漬させ、液滴吐出ヘッド２０を作動させて流路内を洗浄する。この工程によって、非特異的に吸着した物質を洗い流し、抗体に対して特異的に吸着した標的物質のみをビーズ表面に捕捉しておくことが可能となる。
【００５２】
次に、標的物質に親和性を有する二次抗体に蛍光物質を付して、これを液体中に溶解し、液体収容器３２０に準備する。そして、テーブル３１０を移動させて、この液体中に液体導入管３０を浸漬させ、液滴吐出ヘッド２０を作動させる。こうして、ビーズ表面の抗体に捕捉された標的物質に、二次抗体が結合する。必要に応じて、再度水または緩衝液を流路内に流して洗浄し、非特異的な吸着物を除去するとよい。
【００５３】
続いて、図６に示す励起光発生装置３３０によって、励起光を生成させ、ミラー３４０を介して堰き止め部１００付近を照射する。これにより励起された蛍光をＣＣＤカメラ３５０で検出することにより、標的物質の有無及びその量を測定することができる。
【００５４】
このように、本発明に係るマイクロ流体システムを用いた標的物質の検出・測定方法によれば、例えばマイクロタイタープレート等に、必要な溶液を用意しておき、順次テーブル３１０を動かしておけば、複数の反応を並行して迅速に行うことが可能である。また、液体収容器と流路をキャピラリで接続しないので、デッドボリュームが小さくなり、使用溶液や試薬の浪費を抑制することができる。また、液滴吐出ヘッドからの吐出の頻度を変更することによって、液体の流速を自由に変えることができるので、流路ごとに異なる流速で液体を流すことも可能である。さらに、マイクロ流体チップは取り外し可能な構成とできるので、使い捨てとすることも可能であるし、外して洗浄することも可能であり、濃度の低い生体試料を用いた測定でも、コンタミネーションを防いで感度及び精度良く、検出を行うことができる。
【００５５】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述の標的物質の検出方法では、抗体を固定化したビーズを用いたが、本発明に係るシステムによれば、抗原抗体反応に限らず、標的物質に親和性を有する物質を用いて、核酸同士のハイブリダイゼーション、酵素基質反応、各種レセプターとリガンドの反応等、種々の反応を検出することが可能である。また、検出も蛍光物質に限らず、各種の反応による変色・発光反応等を検出してもよい。検出する反応に応じて、本発明に係る試料分析装置の検出系も適宜変更することができる。
【００５６】
上記実施形態の試料分析装置においては、マイクロ流体システムを固定し、液体収容器を載置したテーブルを移動する構成としたが、逆であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係るマイクロ流体システムの概略断面図である。
【図２】本発明に係るマイクロ流体チップを構成する基板の平面図である。
【図３】本発明に係るマイクロ流体チップの概略斜視図である。
【図４】本発明に係るマイクロ流体システムを構成する基板の平面図である。
【図５】液滴吐出ヘッドの拡大断面図である。
【図６】本発明に係るマイクロ流体システムの構成を示す概略図である。
【図７】本発明に係るマイクロ流体システムの使用方法を示す説明図である。
【図８】マイクロ流体チップの堰き止め部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…マイクロ流体システム、１０…マイクロ流体チップ、１１、１２、５１、５２…基板、１３、１３’、１４…流路、１５、１５’、５３、５４…貫通孔、２０…液滴吐出ヘッド、３０…液体導入管、４０…ホルダー、６０、６０’…Ｏリング、１００…堰き止め部、３００…試料分析装置、３１０…テーブル、３２０…液体収容器、３３０…励起光発生装置、３４０…ミラー、３５０…ＣＣＤカメラ、４００…吸引装置
【図１】
2007147456.tif 000003
【図２】
2007147456.tif 000004
【図３】
2007147456.tif 000005
【図４】
2007147456.tif 000006
【図５】
2007147456.tif 000007
【図６】
2007147456.tif 000008
【図７】
2007147456.tif 000009
【図８】
2007147456.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月29日(2006.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が形成された基板状のマイクロ流体チップと、
該流路に液体を供給する液体導入管であって、その一端は該流路の一端に連通し、その他端は該流路に供給されるべき液体に浸漬させることが可能な液体導入管と、
前記流路の他端と連通し、前記流路を通過後の液体を吐出する液滴吐出ヘッドと、を備えるマイクロ流体システム。
【請求項２】
前記マイクロ流体チップは、前記液体導入管及び前記液滴吐出ヘッドから着脱可能な構成となっていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体システム。
【請求項３】
前記マイクロ流体チップは、透明材料で構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のマイクロ流体システム。
【請求項４】
前記液体導入管及び前記液滴吐出ヘッドは、前記基板状のマイクロ流体チップの同一の主面側で、前記流路と連通していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のマイクロ流体システム。
【請求項５】
前記マイクロ流体チップは、少なくとも一方の基板の表面に流路となる溝が形成されている２枚の基板が積層接着されてなり、
前記２枚の基板のいずれか一方に、前記流路の両端となる位置に貫通孔が形成され、
前記貫通孔の一方に前記液体導入管が直接または間接に連通し、他方に前記液滴吐出ヘッドが直接または間接に連通していることを特徴とする、請求項４に記載のマイクロ流体システム。
【請求項６】
前記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することを特徴とする、請求項１または５に記載のマイクロ流体システム。
【請求項７】
流路が形成された基板状のマイクロ流体チップを装着して用いられる試料分析装置であって、
前記マイクロ流体チップを装着した時に、前記流路の一端に連通可能な液体導入管と、該流路の他端に連通可能な液滴吐出ヘッドと、を備え、
前記マイクロ流体チップと、前記液体導入管と、前記液滴吐出ヘッドとを一体として固定することが可能な固定手段を有する試料分析装置。
【請求項８】
さらに、前記流路内で生じた反応を検出可能な光学的検出系を備えることを特徴とする、請求項７に記載の試料分析装置。
【請求項９】
さらに、前記液滴吐出ヘッドのノズルから、該液滴吐出ヘッド内の気体または液体を吸引することが可能な吸引手段を備えることを特徴とする、請求項７または８に記載の試料分析装置。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載の試料分析装置に装着して用いられる、流路が形成された基板状のマイクロ流体チップであって、
前記試料分析装置に装着した時に、前記流路の一端が前記液体導入管に連通し、該流路の他端が前記液滴吐出ヘッドに連通可能な構成となっているマイクロ流体チップ。
【請求項１１】
透明材料で構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１２】
少なくとも一方の基板の表面に前記流路となる溝が形成されている２枚の基板が積層接着されてなり、
前記２枚の基板のいずれか一方に、前記流路の両端の位置に貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１３】
前記流路は、流路径が他の部分より細い堰き止め部を有することを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載のマイクロ流体チップ。
【請求項１４】
請求項６に記載のマイクロ流体システムを用いて試料溶液中の標的物質を検出または測定する方法であって、
前記標的物質に親和性を有する物質が表面に固定化されたビーズであって、前記堰き止め部を通過できない大きさのビーズを含む溶液に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を浸漬させる第１工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記ビーズを含む溶液を前記マイクロ流体チップの流路内に導入し、前記堰き止め部で前記ビーズを堰き止める第２工程と、
前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を、前記試料溶液中に浸漬させる第３工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記試料溶液を前記マイクロ流体チップの流路内に導入し、前記堰き止め部で堰き止められたビーズと十分に接触させる第４工程と、
前記ビーズ表面に固定化された前記標的物質に親和性を有する物質と、該標的物質との結合を検出または測定する第５工程と、を含む標的物質の検出または測定方法。
【請求項１５】
前記第４工程の後、前記第５工程の前に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を洗浄液に浸漬させて、前記液滴吐出ヘッドを作動させる洗浄工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１４に記載の標的物質の検出または測定方法。
【請求項１６】
前記第４工程の後、前記第５工程の前に、前記液体導入管の前記流路に接続した端部と反対側の端部を、前記標的物質に親和性を有する標識付き物質を含む溶液に浸漬させる工程と、
前記液滴吐出ヘッドを作動させ、前記標識付き物質を前記標的物質に結合させる工程と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１４または１５に記載の標的物質の検出または測定方法。
【請求項１７】
前記液滴吐出ヘッドを、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚで液滴を連続的に吐出するように作動させることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の標的物質の検出または測定方法。