(57)【要約】【課題】  チップ全体を回転することで当該バイオ・ケミカルチップの微細流路に所望の遠心力を所望の時間だけ付加して微細流路に導入した検体を遠心力を用いて分析、合成が可能となり、従来のバイオチップでは扱えない検体を扱うことが出来、合成用材料の応用範囲が著しく拡大し、また微細流路流路の幅を狭くでき、分離できる材料の範囲を拡げられるバイオ・ケミカルチップを提供する。【解決手段】  少なくとも１本の連続した微細流路１０を有したバイオ・ケミカルチップ１であって、  前記バイオ・ケミカルチップ１が円板状であり、  前記微細流路１０が円板の中心Ｃから放射状に内蔵されている。【選択図】  図１
2007300801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の連続した微細流路を有したバイオ・ケミカルチップであって、
前記バイオ・ケミカルチップが円板状であり、
前記微細流路が円板の中心から放射状に内蔵されていることを特徴とするバイオ・ケミカルチップ。
【請求項２】
前記微細流路に接続して、前記バイオ・ケミカルチップの表面に貫通した開口部が少なくとも１つ形成されており、
前記開口部の幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のバイオ・ケミカルチップ。
【請求項３】
前記微細流路に接続して、前記パイオ・ケミカルチップの内部で反応を行うための反応セルが少なくとも１つ形成されており、
前記反応セルの幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２記載のバイオ・ケミカルチップ。
【請求項４】
前記微細流路に接続して、前記パイオ・ケミカルチップの外部から検出を行うための検出セルが少なくとも１つ形成されており、
前記検出セルの幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし３記載のバイオ・ケミカルチップ。
【請求項５】
微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラックが内蔵され、
前記微細流路と、前記コントロールトラックが重なることなく形成されていることを特徴とする請求項１ないし４記載のバイオ・ケミカルチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオテクノロジー、ケミカルテクノロジーの開発に用いられるバイオ・ケミカルチップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のバイオテクノロジーの進歩にはめざましいものがあり、ＤＮＡ配列の解読作業は、ヒト以外にもさまざまな動植物について、作業が進んでいる。また、タンパク質の構造解析も日々進んでおり、解析されたタンパク質の解読結果に基づいて、新薬の開発が期待されている。さらに、新薬を副作用なく患部に命中させるために、ナノメートルオーダーにサイズダウンした薬剤を開発することが試みられている。
【０００３】
これらの技術開発に近年用いられているのが、バイオチップと呼ばれているデバイスである。すなわち、一辺が数(５，６)センチ〜数十(５０，６０)センチ程度の角型のチップで、その表面に流路と呼ばれる百ミクロン〜数(５，６)ミリ程度の幅の溝が形成されているものである。
【０００４】
このバイオチップは、被検査体（検体）を分離、分析、または試験薬と合成するためのもので、この流路に検体がマイクロピペット等で注入され、検体はチップ表面の表面張力によって、流路を輸送される。そして、輸送距離によって成分が分離されたり、流路に接続された反応物質や試験薬と生化学反応することによって合成が行われる。そして分離された成分や合成された物質は、分光光度計などによって分析され、また取出しが行われる。
【０００５】
例えば、特開２００３−１５５３００号公報記載のプロテインチップには、タンパク質相互間、タンパク質と他の化学物質との結合性や阻害性を調べるためのバイオチップが示されており、長方形の容器内に、連続した一条の流路を有したチップの記載がある。
【０００６】
具体的には図１５にその構造を示す。バイオチップ９０は長方形であり、流路９１と、反応のためのマイクロセル９２からなっている。そして流路９１の幅は１００ミクロン程度となっており、マイクロセル９２はマイクロリットル程度の容量を有している。マイクロセル９２には、数１０ミクロン程度の結晶性タンパク質が複数配置された高分子フィルム（図示せず）が設置されている。この流路９１に検体がマイクロピペット等で注入され、検体は流路９１を通ってマイクロセル９２に輸送される。そして、検体と結晶性タンパク質が生化学反応し、分析が行われる。
【特許文献１】特開２００３−１５５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１５に例示されるバイオチップ９０は、本質的にウイルスのような超微細な構成単位から、タンパク質のような大きな構成単位まで、分析や合成などに広く用いられてきた。また、微小な流路を有することから、そのサイズ効果により、検体に含まれる複数の構成単位の分離も行われてきた。
【０００８】
また、バイオテクノロジーのみならず、このチップをケミカルテクノロジーの目的に使用する試みも提案されている。すなわち、微小な量の液体を扱えることから、非常に高価な化学薬品を出発材料とした新規な化学物質の合成や、合成の過程で危険を伴う過程を経る薬品の合成などが行える可能性がでてくる。すなわちマイクロセルに配置する材料によっては、ケミカルチップともなりうる。
【０００９】
しかしながら、このようなバイオチップは、例えば血液のような、高粘度の検体には適応しにくい。すなわち、検体である液体の毛細管現象を利用して、流路の中に検体を通過させているものであるから、粘度の大きさとともに、輸送スピードは幾何級数的に遅くなり、輸送が著しく困難になる。ここで、流路の幅を拡大することにより、輸送スピードを速くすることができるが、その低減効果には限度がある。
【００１０】
さらに、検体に含まれる複数の成分の分離を行おうとする場合には、分離に必要な流路最小幅を超えることとなり、高粘度の検体の分析や合成を行うという本来の目的を達成できない。また、粘度は低くとも、扱う検体が、ＤＮＡのように、非常に微細な単位であり、その分離に用いようとする場合には、流路はナノメートルオーダーに細められるため、もはや毛細管現象だけで通過させることは望めない。
【００１１】
また、このバイオチップをケミカルテクノロジーに使用するケミカルチップとして用いた場合にも、合成の過程で、爆発性の中間体を経る薬品の合成の場合には、化学反応よりも毛細管現象による輸送の方が遅いケースでは、発生する熱量が著しいものとなり、チップの破壊や、場合によっては実験者自身に危険が及ぶこともありうる。
【００１２】
このため、バイオチップ、ケミカルチップには、その扱える検体や、合成用材料に限界があり、その応用範囲が狭いものとなっていた。従って、毛細管現象ではなく、別の輸送原理を導入した、バイオ・ケミカルチップが求められていた。
【００１３】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、その外観形状を円板(ディスク)状とし、その円板に微細流路をその中心から放射状に配置した構成とすることによって、当該バイオ・ケミカルチップを光ディスクの外観形状とした場合に、光ディスクプレーヤの駆動装置(光ディスクを回転駆動するモータと光ディスクを載置するターンテーブルとターンテーブルに載置されている光ディスクを回転可能なように固定するディスククランパを備えた駆動装置)と同様の駆動装置を用いて(極端に言えば光ディスクプレーヤそのものを用いて)、当該バイオ・ケミカルチップの中心（例えばセンターホール）にモータの回転軸の回転駆動力を伝達して、当該バイオ・ケミカルチップ全体を回転することで、当該バイオ・ケミカルチップの前記微細流路に所望の遠心力を所望の時間だけ付加することができるようになる結果、前記微細流路に検体導入しておけば毛細管現象を用いなくても、この遠心力による分析、合成が可能となり、従来のバイオチップで扱えない検体を扱うことが出来、合成用材料の応用範囲が著しく拡大し、さらに毛細管現象に依存していた従来のバイオチップとは異なり毛細管現象への依存度が相対的に小さくなることから、前記微細流路流路の幅を狭くすることができ、この結果、分離できる材料の範囲を拡げられるバイオ・ケミカルチップを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は上記の構成に加えて前記微細流路の幅よりも拡大した寸法の開口部を設けることによって、検体や合成用材料をチップ内に導入しやすくなり、作業ロスばらつきによる反応時間のばらつきを抑え、熟練者を不要とし、作業時間の短縮を図り、また特に流路の外周端に開口部を設けた場合には、分離された物質や、合成された物質の回収が容易になるバイオ・ケミカルチップを提供することを目的とする。
【００１５】
さらに、本発明は上記の構成に加えて、前記微細流路中に、流路よりも幅の広い反応セルを設けることによって、バイオ・ケミカルチップ内で行う生化学反応・化学反応を、高い収率で行えるようにして、反応性の悪い生化学反応・化学反応であっても所望の結果を得られるバイオ・ケミカルチップを提供することを目的とする。
【００１６】
さらにまた、本発明は上記の構成に加えて、前記微細流路中に、流路よりも幅の広い検出セルを設けることによって、当該バイオ・ケミカルチップ内で行った生化学反応・化学反応の結果を検出する際に、高感度で検出が行えるようになるので、ノイズの多い検出手段や、微量な検体を使用した際であっても、良好な結果を得るバイオ・ケミカルチップを提供することを目的とする。
さらにまた、本発明は上記の構成に加えて、周知の光ディスクの構造と同様な微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラックを内蔵し、微細流路と、前記コントロールトラックが重なることなく形成した構成とするによって、反応等を行う際、コントロールトラックを参照しながら遠心力を付与することができるようになるため、一定の条件で反応等を掌ることができ、また、反応プロセスに伴って、遠心力を可変することも可能になるというバイオ・ケミカル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】
【００１７】
上記の目的を達成するため、本発明のバイオ・ケミカルチップは、次の（１）〜（５）の構成を有する。
（１）  少なくとも１本の連続した微細流路を有したバイオ・ケミカルチップであって、
前記バイオ・ケミカルチップが円板状であり、
前記微細流路が円板の中心から放射状に内蔵されていることを特徴とするバイオ・ケミカルチップ。
（２）  前記微細流路に接続して、前記バイオ・ケミカルチップの表面に貫通した開口部が少なくとも１つ形成されており、
前記開口部の幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１記載のバイオ・ケミカルチップ。
（３）  前記微細流路に接続して、前記パイオ・ケミカルチップの内部で反応を行うための反応セルが少なくとも１つ形成されており、
前記反応セルの幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし２記載のバイオ・ケミカルチップ。
（４）  前記微細流路に接続して、前記パイオ・ケミカルチップの外部から検出を行うための検出セルが少なくとも１つ形成されており、
前記検出セルの幅が、前記微細流路の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし３記載のバイオ・ケミカルチップ。
（５）  微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラックが内蔵され、
前記微細流路と、前記コントロールトラックが重なることなく形成されていることを特徴とする請求項１ないし４記載のバイオ・ケミカルチップ。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、その外観形状を円板(ディスク)状とし、その円板に微細流路をその中心から放射状に配置した構成とすることによって、当該バイオ・ケミカルチップを光ディスクの外観形状とした場合に、光ディスクプレーヤの駆動装置(光ディスクを回転駆動するモータと光ディスクを載置するターンテーブルとターンテーブルに載置されている光ディスクを回転可能なように固定するディスククランパを備えた駆動装置)と同様の駆動装置を用いて(極端に言えば光ディスクプレーヤそのものを用いて)、当該バイオ・ケミカルチップの中心（例えばセンターホール）にモータの回転軸の回転駆動力を伝達して、当該バイオ・ケミカルチップ全体を回転することで、当該バイオ・ケミカルチップの前記微細流路に所望の遠心力を所望の時間だけ付加することができ、前記微細流路に検体導入しておけば毛細管現象を用いなくても、この遠心力による分析、合成が可能となり、従来のバイオチップで扱えない検体を扱うことが出来、合成用材料の応用範囲が著しく拡大し、さらに毛細管現象に依存していた従来のバイオチップとは異なり毛細管現象への依存度が相対的に小さくなることから、前記微細流路流路の幅を狭くすることができ、この結果、分離できる材料の範囲を拡げられるという効果がある。
【００１９】
また、本発明によれば、前記微細流路の幅よりもよりも拡大した寸法の開口部を設けることによって、検体や合成用材料をチップ内に導入しやすくなり、作業ロスばらつきによる反応時間のばらつきを抑え、熟練者を不要とし、作業時間の短縮を図ることができ、特に流路の外周端に開口部を設けた場合には、分離された物質や、合成された物質の回収を容易にできるという効果がある。
【００２０】
さらに、本発明によれば、流路中に、前記微細流路よりも幅の広い反応セルを設けることによって、当該バイオ・ケミカルチップ内で行う生化学反応・化学反応を、高い収率で行えるようにして、反応性の悪い生化学反応・化学反応であっても所望の結果を得ることができるという効果がある。
【００２１】
さらにまた、本発明によれば、前記微細流路中に、流路よりも幅の広い検出セルを設けることによって、当該バイオ・ケミカルチップ内で行った生化学反応・化学反応の結果を検出する際に、高感度で検出が行えるようになるので、ノイズの多い検出手段や、微量な検体を使用した際であっても、良好な結果を得ることができるという効果がある。
さらにまた、本発明によれば、周知の光ディスクの構造と同様な微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラックを内蔵し、微細流路と、前記コントロールトラックが重なることなく形成した構成とするによって、反応等を行う際、コントロールトラックを参照しながら遠心力を付与することができるようになるため、一定の条件で反応等を掌ることができ、また、反応プロセスに伴って、遠心力を可変することも可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を用いながら本発明を説明する。
図１は本発明になるバイオ・ケミカルチップ１の最も基本的な構成を説明するための外観斜視図である。すなわち本発明になるバイオ・ケミカルチップ１は、円板(ディスク)状であり、周知のＣＤあるいはＤＶＤ等の光ディスクの外観形状と同様なものであり、また検体や材料を輸送するための微細流路１０が少なくとも1本、放射状に内蔵されている。
【００２３】
バイオ・ケミカルチップ１は、外観形状が光ディスクの外観形状と同様であるから、図示せぬ光ディスクプレーヤの駆動装置(光ディスクを回転駆動するモータと光ディスクを載置するターンテーブルとターンテーブルに載置されている光ディスクを回転可能なように固定するディスククランパを備えた駆動装置)と同様の駆動装置を用いて(極端に言えば光ディスクプレーヤそのものを用いて)、当該バイオ・ケミカルチップ１の中心（仮想中心軸Ｃ。例えばセンターホール（図示せず））にモータの回転軸の回転駆動力（回転力ＲＦ）を伝達して、当該バイオ・ケミカルチップ１全体を回転することができる。
【００２４】
そして、本チップの使用目的である、分離、分析、合成を行う際には、円板の仮想中心軸Ｃを中心として、回転力ＲＦを与えられることができる。ここで、微細流路１０は、その幅を０．０００１〜１０００ミクロンとしたものであり、使用目的や使用する検体や材料の静的粘度や動的粘度によって、任意に選ぶことができる。ここで重要なことは、微細流路１０は、図示する如く、放射状に配置され、回転力ＲＦを付与された際に、遠心力が生じるように配置されていることである。ここで放射状とは、図２に平面図で示すように、仮想中心軸Ｃを中心とした回転力ＲＦによって、遠心力が多少なりとも生じるような形状であればよい。
【００２５】
すなわち、図２はバイオ・ケミカルチップ１の平面図であり、微細流路１０が約９０度ずつ、合計４本形成されている（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）。微細流路１０ａは直線状であり、回転力ＲＦによって遠心力ＣＦが最大限発生する構成である。また微細流路１０ｂは曲線状であり、微細流路１０ｃは直線状であるが斜めに配置されたものである。また、微細流路１０ｄは直線状であるが、屈曲しているものである。これらは、微細流路１０ａの場合と比べて、遠心力ＣＦは小さいものの、後述する反応セルや検出セルなどを限られた面積内で配置する際に、有効である。
【００２６】
すなわち、トータルレイアウトにおいて、自由度が増すので、このような形状を利用してもよいものである。特に微細流路１０ｄは、輸送長さを流路１０に求める際に極めて有効な形状であり、検体からの成分分離を行うような目的の際に利用しやすい。
【００２７】
なお、ここで微細流路１０の配置についてであるが、このバイオ・ケミカルチップ１は、回転に用いるために、円板形状の真円度が重要である。例えばバイオ・ケミカルチップ１が楕円である場合には、回転力ＲＴにムラが生じ、遠心力ＣＦにもムラが生じる可能性がある。また回転力ＲＴを付与する回転機構（モーターなど）に多大な負荷を与え、回転軸ブレが発生して、遠心力ＣＦのムラを増大させることがある。このため、バイオ・ケミカルチップ１全体のダイナミックバランスを制限することが必要である。この制約は、微細流路１０の配置にも言え、複数配置した際には、１２０度対称や、９０度対称のようにダイナミックバランスが良好になるように配置することが望ましい。
【００２８】
図３は、図１に図示したバイオ・ケミカルチップ１の厚み方向の縦断面図である。バイオ・ケミカルチップ１の内部に、微細流路１０が配置されており、特に仮想回転中心Ｃと交わらないように配置されている。交わるように設計すると、輸送すべき検体などが逆流することになり、好ましくない。また、微細流路１０は、バイオ・ケミカルチップ１の内部にすべて内蔵されており、検体や材料は微細流路１０の仮想回転中心Ｃに近い部分、望ましくは最も仮想中心軸Ｃに近い内周端より、注射器等によって注入されて、使用される。
【００２９】
なお、このような断面構造は、本発明の基本系を示すものであり、バイオ・ケミカルチップ１を製造する際の生産性を考慮して、変形を施してもよい。すなわち、微細流路１０を形成しやすくするために、バイオ・ケミカルチップ１は、複数の薄板から構成されてもよく、微細流路１０の部分を境界として、２枚以上の薄板を重ね、貼りあわせをしたものであってもよい。例えば、ポリオレフィンやポリカーボネート、アクリルなどの合成樹脂や、シリコン、ガリウム砒素などの半導体、アルミニウム、クロム、ステンレスなどの金属、ガラスなどのセラミックを薄板状に成形し、接着剤や、ヒートプレス、陽極接合、静電接合などの手法によって貼り合わせたものであってもよい。また微細流路１０を形成させる方法は、マイクロＮＣによる切削や、フォトリソグラフィや電子ビームリソグラフィによる蝕刻、予め凹凸を反転させて作成したスタンパーによる成形（射出成形、圧縮成形、ナノインプリント成形、超音波成形、２Ｐ成形など）を用いることができる。
【００３０】
上述したように、本発明になるバイオ・ケミカルチップは、その形状を円板状とするとともに、微細流路を放射状に配置することによって、遠心力を付加することができるようになる。従って、毛細管現象ではなく、別の輸送原理（遠心力輸送）を導入した、バイオ・ケミカルチップとすることができ、扱える検体や、合成用材料の応用範囲が著しく拡大するという効果がある。また、毛細管現象への依存度が相対的に小さくなることから、流路の幅を狭くすることができ、この結果、分離できる材料の範囲を拡げられるという効果も有する。特に１つのバイオ・ケミカルチップに、複数の流路を設けた場合には、複数の生化学、化学反応を同時に行うことができ、実験条件の均一化が図れるとともに、実験時間の著しい短縮も行える。
【００３１】
次に図４を用いて、本発明になるバイオ・ケミカルチップ２を説明する。図４は、バイオ・ケミカルチップ２の断面図を示している。先のバイオ・ケミカルチップ１と同じ形状特徴を有するとともに、バイオ・ケミカルチップ２の表面に向って開口した開口部２０を１つ以上有している。図４の例は、開口部２０が１つであり、微細流路１０の内周端に接続配置されている。このように開口部２０を有することで、検体や材料が注射器を用いることなく、スポイトやマイクロピペット、ナノピペットなどによって注入できる。その開口部２０の形状（表面から観察した形状）は、円、楕円、正方形、長方形など形を問わないが、注入に当たって、検体や材料の表面張力を有効に利用する観点から、円形であるのが望ましい。また、ここで開口部２０の径は、微細流路１０の径と同等か、それ以上であることが、注入及び輸送上望ましい。スポイトやマイクロピペットで容易に注入することを考えると、１０〜１００００ミクロンの径が望ましい。言い換えれば、微細流路１０の１〜１０8倍の大きさが望ましい。なお、開口部２０の径は、検体や材料の静的粘度に応じて、設定するのが最も望ましい。
【００３２】
なお、図４に記したバイオ・ケミカルチップ２は、仮想中心軸Ｃを中心とした貫通しない中心穴３０も有している。このように、中心穴３０を有する場合には、回転力ＲＦを中心穴３０を介して与えることができ、バイオ・ケミカルチップ２を使用する際の回転テーブル（図示せず）の構造を簡単にすることができる。
【００３３】
また、本発明になるバイオ・ケミカルチップ２の別の実施例を図５を用いて説明する。先のバイオ・ケミカルチップ１と同じ形状特徴を有するとともに、バイオ・ケミカルチップ２の表面に向って開口した開口部２１を１つ有し、微細流路１０の外周端に接続配置されている。このように開口部２１を有することで、分離された検体成分や、合成された材料を、スポイトやマイクロピペット、ナノピペットなどによって取り出すことができる注入できる。その開口部２１の形状（表面から観察した形状）は、円、楕円、正方形、長方形など形を問わないが、取り出しに当たって、検体や材料の表面張力を有効に利用する観点から、円形であるのが望ましい。
【００３４】
また、ここで開口部２１の径は、微細流路１０の径と同等か、それ以上であることが、取り出し上、望ましい。スポイトやマイクロピペットで容易に取り出することを考えると、０．０１〜１０ｍｍの径が望ましい。言い換えれば、微細流路１０の１〜１０8倍の大きさが望ましい。なお、開口部２１の径は、分離された検体や合成材料の動的粘度及び静的粘度に応じて、設定するのが最も望ましい。
【００３５】
なお、図５に記したバイオ・ケミカルチップ２は、仮想中心軸Ｃを中心とした貫通中心穴３１も有している。このように、中心穴３１を有する場合には、回転力ＲＦを中心穴３１を介して与えることができ、バイオ・ケミカルチップ２を使用する際の回転テーブル（図示せず）の構造を簡単にすることができる。特にバイオ・ケミカルチップ２が回転テーブルから外れる場合を想定した安全設計を最も簡略化できるので、極めて有効な形状である。
【００３６】
開口部２０、２１は、液の注入や取出しを目的とし、流路１０は液の輸送や分離を目的としたものであるが、これらの形状は用途に応じて様々な応用が考えられる。図６〜１０の平面図を用いてこれらを説明する。
【００３７】
例えば、図６なるバイオ・ケミカルチップ２は、図４で記載したバイオ・ケミカルチップ２の平面図となっており、本発明の最も基本的な構成となっている。すなわち微細流路１０が放射状に直線的に形成されており、仮想中心軸Ｃに最も近い内周端に、検体や材料を注入するための開口部２０が、微細流路１０よりも大きな径を有して形成されている。実際の使用に際しては、静止状態でバイオ・ケミカルチップ２を静止させた状態で、開口部２０より検体や材料を所定量注入し、その後バイオ・ケミカルチップ２に仮想中心軸Ｃを中心として回転力ＲＴを与える。すると検体などは発生した遠心力ＣＦにより、開口部２０から外周側に輸送される。この時、流路１０の径により発生した界面抵抗により、輸送が制限される。
【００３８】
すなわち、遠心力から界面抵抗力を減じたに外力によって輸送できる粘度の成分しか移動できないことになるので、例えば分子量の小さな成分のみが外周端に向って輸送されることになる。このようにして、図６の構造のみでも成分の分離を簡単に行うことができる。
【００３９】
また図７は内周端に接続された開口部２０、微細流路１０、１１、バッファー流路１２、外周端に接続された開口部２１とからなるバイオ・ケミカルチップ２である。流路は微細流路１０より、微細流路１１の方が細く、微細流路１０よりもバッファー流路１２の方が大きくなっている。開口部２０から注入された検体などは発生した遠心力ＣＦにより、外周側に輸送される。ここでも、流路１０の径により発生した界面抵抗により、所定の粘度以下の成分にのみ輸送が制限される。その後、バッファー流路１２にいったん溜められる。その後、さらに細い微細流路１１を輸送されることになり、ここで、さらに粘度の低い成分のみが輸送されて、開口部２１に到達する。
【００４０】
バイオ・ケミカルチップ２を長時間回転させてこのような過程を続けることにより、粘度の大きな成分を微細流路１０に残し、粘度の中程度の成分をバッファー流路１２に溜め、粘度の低い成分を開口部２１に移動させることが可能になる。もちろん、微細流路１１は数種類設けても良いし、バッファー流路１２は複数設けてもよい。複数配列する方法は、直列でも、並列でもよい。
【００４１】
図８は、微細流路１１を並列に配置した例である。すなわち、微細流路１０を２本に分岐し、微細流路１１ａと微細流路１１ｂとしたものである。そしてそれぞれに開口部２１ａと開口部２１ｂが接続されている。ここで、微細流路１１ａよりも微細流路１１ｂの方が幅が太くなっており、微細流路１０は３つの流路の中で最も幅が太く形成されている。バイオ・ケミカルチップ２を長時間回転させると、粘度の低い成分（例えば低分子量成分）は開口部２１ａに集まり、粘度の高い成分（例えば高分子量成分）は、開口部２１ｂに集まるので、２成分に分離されたものをそれぞれの開口部から取り出すことができる。
【００４２】
一方、別の応用例として、内周側の注入に用いる開口部を分岐することもできる。すなわち、図９に示すように、微細流路１０が内周部に２つの微細流路１０ａと１０ｂに分岐され、それぞれ開口部２０ａ、２０ｂに接続されている。このような配置のバイオ・ケミカルチップ２は、主に検体と別の試薬とを生化学反応させたり、２つの異なる材料を化学合成させる時に用いる。すなわち、開口部２０ａと２０ｂにそれぞれ異なる検体や材料を注入し、微細流路１０の内部で反応させることができる。
【００４３】
また、本発明の応用として、図１０の平面図に示すような環状の開口部２２を有するバイオ・ケミカルチップ２とすることもできる。ここでは互いに異なる幅を有する微細流路１１ａ、１１ｂ、１１ｃが１２０度対称で形成されているが、開口部を共通とするために、互いの流路が内周部で接続されるよう、環状の開口部２２を有している。この図では３６０度にわたる環状開口部となっているが、これに限るものではなく、本例であれば、最低２４０度の角度を有したリング状開口部であってもよいものである。
【００４４】
ところで、本発明になるバイオ・ケミカルチップ１、２は、分離、分析、合成を行うためのチップであり、これらを促進するための反応セルや、検出セルを内蔵してもよいものである。図１１〜１３はそのような例を示すための平面図である。
【００４５】
図１１は、図９で示した２液反応型バイオ・ケミカルチップに対し、反応セル４０を付与したものであり、注入のための開口部２０ａ、２０ｂから接続された微細流路１０ａと微細流路１０ｂが直接、反応セル４０に接続されてバイオ・ケミカルチップ３を構成している。そして反応セル４０から取り出しのための開口部２１に向って微細流路１０ｃが接続されている。ここで、反応セル４０の幅を、微細流路１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれの幅よりも大とすると、反応セル内の液の流れが乱流となり、混合を非常に効率よく行うことができる。なお、乱流化を促進するために、反応セル４０の中に、超微細な突起（図示せず）を１個以上配置することが望ましい。特に１〜１０ミクロン程度の直方体や円筒を複数個内蔵配置するのが最も望ましい。
【００４６】
また図１２に記載した例は、図１１のバイオ・ケミカルチップ３をさらに応用したもので、反応セル４０の中に、反応パッド４１を内蔵したものである。反応パッド４１は反応セル４０よりも小さな径で形成され、開口部２０ａや２０ｂから注入された２種類の検体や材料を効率よく反応させるための下地を提供する。例えば、反応パッド４１は、表面活性な金属であり、これと接して２種類の液が混合されると触媒として作用して、反応パッド４１上だけ反応が促進される。
【００４７】
例えば、反応の結果による沈殿物が反応パッド４１の上にだけ堆積することができ、反応セル４０の他の部分（反応パッド４１を除く部分）には堆積しないようにすることができる。このような触媒として作用する材料には、クロム、鉄、金、銅、シリコン、ガリウム、マンガン、イリジウム、ランタンなどの単体や、酸化物、窒化物、炭化物、硫化物、ホウ化物、砒素化物を挙げることができる。また表面のみを化学修飾した材料も挙げることができる。例えば金の表面をイオウ化合物やオゾンによって化学置換することにより、硫黄や酸素で化学修飾したものを用いることもできる。また、表面のみを放射線照射（例えば電磁波、光、Ｘ線、ガンマ線、電子線の照射）や、化学処理物理処理（例えばコロナ放電処理）によって活性化したものによってもよい。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、Ｃ６０、Ｃ７０などのフラーレンも用いることができる。
【００４８】
また反応パッド４１を、複数の規定ＤＮＡが予め配置されたガラスプレートとすることもできる。このような反応パッド４１に対し、未知のＤＮＡを含む検体を注入することにより、反応パッド４１上で生化学反応が起こり、特定の塩基配列のみが結合、沈着する。そして、それ以外のものは流れて開口部２１へ排出されるようになるため、回転力ＲＴを止めて後に、反応パッド４１を観察することによって検体のＤＮＡ配列を解析することができる。
【００４９】
このように、流路中に流路よりも幅の広い反応セルを設けることによって、バイオ・ケミカルチップ内で行う生化学反応・化学反応が、高い収率で行えるようになるので、反応性の悪い生化学反応・化学反応であっても所望の結果を得られるという効果がある。
【００５０】
また図１３は、検出セルを内蔵したバイオ・ケミカルチップの例である。図１３は、図６で示したバイオ・ケミカルチップに対し、微細流路よりも大きな径の検出セル５０を外周端部に付与したものであり、注入のための開口部２０から接続された微細流路１０が直接、検出セル５０に接続されてバイオ・ケミカルチップ４を構成している。ここで、検出セル５０の内部には、検出パッド５１が、検出セルの径よりも小さく構成されている。ここで、検出パッド５１の幅は、微細流路１０の幅よりも大きくすることができるため、検出感度を上げることができる。
【００５１】
例えば、ＤＮＡの場合には、４種類の波長の蛍光を発するよう、染色が行われた検出パッド５１を使用するが、その面積が大きければ大きいほど、蛍光色が強くなり、検出を非常に効率よく行うことができる。検出パッド５１の材料は、検出セル５０の外部から行う検出の方法が、光学的な手段（例えば分光光度計を用いた吸光度や、透過率、蛍光、燐光測定）である場合には、ニッケル、アルミニウム、クロム、シリコン、銀、金などの反射率の高い材料が選ばれる。また磁気的な手段（例えば量子干渉素子ＳＱＵＩＤを用いた磁気モーメントの測定）である場合には、アルミニウム、クロムなどの非磁性材料が選ばれる。
【００５２】
このように流路中に、流路よりも幅の広い検出セルを設けることによって、バイオ・ケミカルチップ内で行った生化学反応・化学反応の結果を検出する際に、高感度で検出が行えるようになるので、ノイズの多い検出手段や、微量な検体を使用した際であっても、所望の結果を得られるという効果がある。
【００５３】
次に図１４の平面図を用いて、本発明なるバイオ・ケミカルチップ５を説明する。図１４記載のバイオ・ケミカルチップ５は、図１３記載の構造体が６０度対称で６個配置されたものである。そしてその開口部２０より更に内周側に、微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラック６０が内蔵されている。特にここで、微細流路１０や開口部２０と、コントロールトラック６０が重なることなく形成されている。このコントロールトラックは、例えば光ディスクで用いられるピットと同様なものであり、トラックは同芯円状またはスパイラル状に形成され、所定の幅の半径を占有している。なおここでピットとは、一般的な（ｄ、ｋ）符合と呼ばれるランレングスリミテッド信号により変調されたピットである。
【００５４】
このようにバイオ・ケミカルチップ５の内周部にコントロールトラック６０を配置すると、本バイオ・ケミカルチップ５を光ディスクドライブ装置で扱うことが可能となる。すなわち、バイオ・ケミカルチップ１〜４では、外部から回転力ＲＦを与える必要があるが、本バイオ・ケミカルチップ５では、それを光ディスクドライブ装置によって与えることが可能になる。例えば、コントロールトラックに記録されたピットが、（ｄ、ｋ）＝（２、１０）符号であり、所定のフォーマットに則ったものであれば、ＣＤプレーヤーでも回転力ＲＦを与えることができるようになる。
【００５５】
ここで所定のフォーマットとは、例えば（ｄ、ｋ）＝（２、１０）符号がＥＦＭ変調テーブルに則って変調されたものであり、最短ピット長（３Ｔ、基本ピット刻み長Ｔの３倍）を０．９ミクロンとしたものであり、トラックピッチを１．６ミクロンとしたスパイラル状に形成したものである。すなわち、このような所定のフォーマットによって作成するならば、ＣＤプレーヤーは、内蔵された光ピックアップを用いて、コントロールトラック６０に記録されたピットを読みにゆく動作を行うが、その過程でバイオ・ケミカルチップ５を回転させることができる。具体的にそのような動作を可能とするためには、バイオ・ケミカルチップ５の厚みを１．２ミリ、中心穴を内径１５ミリの貫通穴とし、外径を８０または１２０ミリに設定する。また少なくともコントロールトラック６０の部分は、光反射性物質に覆われており、記録されたピットやグルーブが読み取れるようになっている。この他にも種々の付随条件を必要とするが、コントロールトラック６０の固有クロック（基本ピット刻み長Ｔに反比例）に応じた線速度で回転することになるので、回転数を所望の値に設定して回転させることができるようになる。また、コントロールトラック６０の長さに比例して回転時間が延びるため、コントロールトラック６０の長さをあらかじめ計算して作成おくならば、回転動作を所望の時間行わせることが可能になる。また、コントロールトラック６０の固有クロックを途中から変更することによって、回転数をステップ的に可変することもできる。すなわち例えば最初の１分間は、高速回転で回転し、次の３分間を低速回転数で回転させるような、プログラミングを行うことも可能である。
【００５６】
このように微細ピットまたは微細ウオブル溝からなる連続したコントロールトラックを内蔵し、微細流路と、前記コントロールトラックが重なることなく形成した構成とするによって、反応等を行う際、コントロールトラックを参照しながら遠心力を付与することができるようになるため、一定の条件で反応等を掌ることができるという効果がある。また、反応プロセスに伴って、遠心力を可変することも可能になるという効果がある。
【００５７】
なお、以上の説明では、光ディスク装置に装着して使用する例で説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えばフロッピー（登録商標）ディスクのような、磁気ディスク装置に装着して使用すべく、設計を行ったものも含まれる。その場合には、磁気ヘッドでコントロールトラック６０が読み取れるよう、磁気媒体と、磁気パターンからなる記録信号からコントロールトラック６０を構成すればよい。
【００５８】
以上、本発明の実施例を縷々説明してきた。なお、この他にも本発明の趣旨に則って、種々の変形が可能である。また、説明で記載した構成要素は、発明内容を阻害しない範囲で相互に入れ替えてもよい。更に、バイオ・ケミカルチップ１〜５は、円形または直方体のカートリッジ内部に装着されたものであってもよい。更にまた、コントロールトラック６０に記録される信号は（２．１０）符号以外に、（１．７）、（１．８）、（１．９）、（１．１０）、（１．１１）、（２．７）、（２，１１）符号なども用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明のバイオ・ケミカルチップ１を説明するための図である。
【図２】本発明のバイオ・ケミカルチップ１を説明するための図である。
【図３】本発明のバイオ・ケミカルチップ１を説明するための図である。
【図４】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図５】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図６】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図７】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図８】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図９】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図１０】本発明のバイオ・ケミカルチップ２を説明するための図である。
【図１１】本発明のバイオ・ケミカルチップ３を説明するための図である。
【図１２】本発明のバイオ・ケミカルチップ３を説明するための図である。
【図１３】本発明のバイオ・ケミカルチップ４を説明するための図である。
【図１４】本発明のバイオ・ケミカルチップ５を説明するための図である。
【図１５】従来のバイオ・ケミカルチップ９０を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６０】
１〜５，９０    バイオ・ケミカルチップ、円板
１０，１１，９１  微細流路
１２        バッファー流路
２０、２１  開口部
３０、３１  中心穴
４０，９２  反応セル
４１        反応パッド
５０        検出セル
５１        検出パッド
６０        コントロールトラック
【図１】
2007300801.tif 000003
【図２】
2007300801.tif 000004
【図３】
2007300801.tif 000005
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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