(57)【要約】【課題】限られた大きさのマイクロリアクタであっても、増幅部の形成部分を確実に確保し、マイクロリアクタの大きさを必要上に肥大させることのないマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供する。【解決手段】板状のチップの一方側面と他方側面に流路が設けられるとともに、前記流路と流路とを互いに連通する貫通孔を備え、さらに少なくとも前記流路内の特定物質の増幅反応を行う増幅部を有するマイクロリアクタであって、前記貫通孔が、前記増幅部の少なくとも一部となるように構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のチップの一方側面と他方側面に流路が設けられるとともに、前記流路と流路とを互いに連通する貫通孔を備え、さらに少なくとも前記流路内の特定物質の増幅反応を行う増幅部を有するマイクロリアクタであって、
前記貫通孔が、
前記増幅部の少なくとも一部となるように構成されていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項２】
板状のチップの一方側面と他方側面に流路が設けられるとともに、前記流路と流路とを互いに連通する貫通孔を備え、さらに少なくとも前記流路内の特定物質の増幅反応を行う増幅部を有するマイクロリアクタであって、
前記一方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記他方側面の流路、
または前記他方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記一方側面の流路の一部に前記増幅部が設けられていることを特徴とするマイクロリアクタ。
【請求項３】
板状のチップの前記一方側面に設けられた流路は、その一部が流路幅２００μｍ以下であり、
前記他方側面に設けられた流路は、その全てが流路幅２００μｍ以上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４】
前記一方側面に設けられた流路幅２００μｍ以下の流路が、
少なくとも撥水バルブまたは空気抜きスリットであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロリアクタ。
【請求項５】
前記マイクロリアクタは、金型を用いた射出成形により成形されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロリアクタ。
【請求項６】
前記金型が、ニッケル材より成ることを特徴とする請求項５に記載のマイクロリアクタ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のマイクロリアクタを用いることを特徴とするマイクロ総合分析システム。
【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およびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムに関する。
【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開発されており、このよう
な技術が既に特許文献１などによって開示されている。
【０００３】
このような技術は、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−оｎ−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。
【０００４】
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、複雑な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ができ、これによる恩恵は多大と言える。
【０００５】
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、かつ信頼性の高い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既に提案している（特許文献２〜４参照）。
【０００６】
このような分析用チップ（以下、マイクロリアクタという。）の一例としては、遺伝子増幅反応に用いられるマイクロリアクタが挙げられる。
図１０または図１１に示したように、遺伝子増幅反応に用いられるマイクロリアクタ１００には、シリコン製の基材１０８が用いられており、この基材１０８に注入ポート１０２、メソスケールの流路１０４および増幅部１０６が微細加工されている。
【０００７】
これらの微細加工がなされた基材１０８の上面には、その上面を覆うようにガラスまたはプラスチックのカバースリップ１１０が配設されている。
重合反応に必要とされるポリヌクレオチド試料と試薬は、流路１０４のいずれかの端部に加工された注入ポート１０２を通り、流路１０４および増幅部１０６を通って添加され、生成物が取り出されるようになっている。
【０００８】
増幅部１０６は、加熱用部材（図示せず）によって増幅部１０６内のポリヌクレオチド試料と試薬との混合液が加熱され、これによって、ポリヌクレオチドが増幅されるようになっている。
【０００９】
加熱によって増幅された混合液は、検出部（図示せず）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ようになっている（特許文献５参照）。
【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
【特許文献５】特許第３５５８２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような従来のマイクロリアクタは、流路が基材の片側のみに形成されているのみであるため、限られた大きさのチップ内での流路形成には制約が生ずる場合があった。
【００１１】
特に増幅部においては、加熱用部材（図示せず）を面で押し付けて加熱するようになっているため、マイクロリアクタの面全体において比較的広範囲の面積が必要であり、このため所望の流路の確保には、マイクロリアクタの大きさを大きくしなくてはならない。
【００１２】
さらに増幅部は、加熱用部材の設置されている位置にあわせて、その位置が拘束される場合があり、限られた大きさのマイクロリアクタにとって、位置の制約が問題であった。
本発明は、このような現状に鑑み、限られた大きさのマイクロリアクタであっても、増幅部の形成部分を確実に確保し、マイクロリアクタの大きさを必要上に肥大させることのないマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は増幅部を加熱する加熱用部材がチップの一方側面、他方側面のいずれの側面に設けられていたとしても、確実にこれと対応する面に増幅部を設けることのできるマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析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】
【００１４】
本発明は、先述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、本発明のマイクロリアクタは、
板状のチップの一方側面と他方側面に流路が設けられるとともに、前記流路と流路とを互いに連通する貫通孔を備え、さらに少なくとも前記流路内の特定物質の増幅反応を行う増幅部を有するマイクロリアクタであって、
前記一方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記他方側面の流路、
または前記他方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記一方側面の流路の一部に前記増幅部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
このように、貫通孔を増幅部の一部とすれば、増幅部の大きさを従来より小さくすることができるため、限られた大きさのマイクロリアクタであっても確実に各流路を構成することができ、マイクロリアクタの両面を有効に活用することができる。
【００１６】
また、増幅部を従来よりも小さくすることができるため、マイクロリアクタの大きさを従来よりも小さくすることができる。
また、本発明のマイクロリアクタは、
板状のチップの一方側面と他方側面に流路が設けられるとともに、前記流路と流路とを互いに連通する貫通孔を備え、さらに少なくとも前記流路内の特定物質の増幅反応を行う増幅部を有するマイクロリアクタであって、
前記一方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記他方側面の流路、
または前記他方側面の流路から前記貫通孔を介して連絡される前記一方側面の流路の一部に前記増幅部が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
このように構成することによって、増幅部は貫通孔を介してチップの一方側面および他方側面のいずれの側にも設けることができるため、加熱用部材がチップの一方側面および他方側面のいずれの側に設けられていたとしても、確実に対応することができる。
【００１８】
さらに、チップの一方側面が微細流路でいっぱいになってしまったとしても、貫通孔を介して他方側面に増幅部を設けることにより、マイクロリアクタの両面を有効に活用することができる。
【００１９】
また、本発明のマイクロリアクタは、
板状のチップの前記一方側面に設けられた流路は、その一部が流路幅２００μｍ以下であり、
前記他方側面に設けられた流路は、その全てが流路幅２００μｍ以上であることを特徴とする。
【００２０】
このように、一方側面にのみ２００μｍ以下の微細な流路、他方側面には２００μｍ以上の流路と、流路幅を分けてチップの一方側面と他方側面に設ければ、流路溝を金型に加工して形成する際に、一方側面と多方側面とで、別々の材質の鋼材を用いることができる。例えば、微細な流路が形成される一方側面は、機械加工では加工し難いため、電鋳法に適した鋼材を用いると良い。また２００μｍ以上の流路が設けられる多方側面は、機械加工に適した鋼材を用いると良い。
【００２１】
またマイクロリアクタは、流路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ているが、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一方側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を容易とすることができる。
【００２２】
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記一方側面に設けられた流路幅２００μｍ以下の流路が、
少なくとも撥水バルブまたは空気抜きスリットであることを特徴とする。
【００２３】
このような流路幅、特に撥水バルブまたは空気抜きスリットにおいては幅１０μｍオーダーで流路を設ければ、撥水バルブ、空気抜きスリットとしての機能を効果的に得ることができる。
【００２４】
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記マイクロリアクタは、金型を用いた射出成形により成形されていることを特徴とする。
【００２５】
このように構成することによって、所望の流路が形成されたマイクロリアクタを連続的に得ることができるようになる。また、射出成形であれば、極めて高精度な寸法が要求されるマイクロリアクタであっても確実に所望の寸法から成るマイクロリアクタを得ることができる。
【００２６】
さらに、複数のマイクロリアクタを一度に成形することができるため、生産性が極めて良い。
また、本発明のマイクロリアクタは、
前記金型が、ニッケル材より成ることを特徴とする。
【００２７】
このようにニッケル材を用いれば、極めて高精度な寸法が要求される微細流路部分であ
っても、フォトリソグラフィ技術を用いた微細化工で作成した微細流路部分を母型として、ニッケル電鋳にて金型を作成することができる。
【００２８】
また、本発明のマイクロ総合分析システムは、
上記のいずれかに記載のマイクロリアクタを用いることを特徴とする。
このようなマイクロリアクタを用いて、例えば遺伝子増幅反応による遺伝子検査を行えば、マイクロ総合分析システムの加熱用部材が、チップの一方側面および他方側面のいずれの側面に設けられていたとしても、確実に所望の検査を行うことができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、限られた大きさのマイクロリアクタであっても、増幅部の形成部分を確実に確保し、マイクロリアクタの大きさを必要上に肥大させることのないマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することができる。
【００３０】
また、本発明は増幅部を加熱する加熱用部材がチップの一方側面、他方側面のいずれの側面に設けられていたとしても、確実に対応箇所に増幅部を設けることのできるマイクロリアクタおよびマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
＜マイクロリアクタ１０＞
図１は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタのチップ面と垂直な部分断面図、図２は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの一方側面に設けられた流路を示した図、図３は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの他方側面に設けられた流路を示した図、図４は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタにおいて、試薬収容部の両端部に設けられた撥水バルブと空気抜き用流路とを説明する概略図である。
【００３２】
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流路（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。
【００３３】
また、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。
【００３４】
図１に示した本発明のマイクロリアクタ１０は、例えば遺伝子増幅反応に用いられるものであり、流路溝が形成された基材３８の両面に被覆基材４０、４２を重ね合わせることにより流路が形成されている。
【００３５】
基材３８の材質としては、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、シクロオレフィンなどが挙げられる。
【００３６】
マイクロリアクタ１０の縦横サイズは、用途等にもよるが典型的には数十ｍｍ、その厚みは典型的には数ｍｍ程度である。
またマイクロリアクタ１０は、流路が両面に設けられ、両面の流路が基材３８に形成され貫通孔３０を介して互いに連通されている。
【００３７】
このような基材３８の一方側面２には、撥水バルブ、空気抜き用流路などの微細流路４４が設けられている。一方、他方側面４には、比較的幅が広い流路４６が設けられている。
【００３８】
なお、微細流路４４の幅Ｗ１は２００μｍ以下であり、比較的幅が広い流路４６の幅Ｗ２は２００μｍ以上である。
一方側面２に重ね合わせられる被覆基材４０は、撥水性の材質からなるシート状の基材であり、これにより一方側面２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。
【００３９】
一方、他方側面４に重ね合わせられる被覆基材４２は、親水性の材質からなるシート状の基材であり、表面張力によって水性の処理液を一方側面２に設けられた処理液収容部２８へ容易に注入できるようにしている。被覆部材４２の厚さは、被覆部材４０と同様、好ましくは０．２〜０．３ｍｍ程度の厚みであり、これについても特に限定されるものではないものである。
【００４０】
このようなマイクロリアクタ１０は、詳しくは図２に示したように、その一方側面２には、流路状の３つの試薬収容部１２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１２の上流側には、マイクロリアクタ１０の一方の面から外部へ開放された開口１４が設けられており、また他方側面４には開口３２が設けられている。これらの開口１４、３２は、マイクロリアクタ１０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ようになっている。
【００４１】
試薬収容部１２に収容された試薬は、マイクロポンプによって試薬収容部１２から押し出されて合流部１６で合流し、その下流側の混合試薬収容部１８に混合試薬が収容される。
【００４２】
試薬収容部１２および混合試薬収容部１８は、図３の他方側面４に対して、斜線部で示した冷却範囲Ａにペルチェ素子などの冷却用部材（図示せず）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。
【００４３】
この混合試薬は、流路状の試料受容部２０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、それぞれ上流側の開口１４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て混合される。そして混合液は、貫通孔３０を介して他方側面４の増幅部２４へ収容され、加熱によって増幅反応が開始される。
【００４４】
増幅部２４は、一方側面２および他方側面４のいずれかの面に対して、斜線部で示した加熱範囲Ｂにペルチェ素子などの加熱用部材（図示せず）を面で押し付けることによって加熱される。
【００４５】
加熱面は、後述するマイクロ総合分析システム８２において、加熱用部材（図示せず）が、マイクロリアクタ１０のどちら側に設置されているかに依存することとなる。
そして反応後の液は、検出部２６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。
【００４６】
検出部２６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２８が設けられている。処理液収容部２８の上流側は、貫通孔３０を介して他方側面４の流路に連通され、その上流に設けられた開口３２から駆動液を供給することによって、処理液収容部２８
に収容された処理液を検出部２６へ押し出すようにしている。
【００４７】
なお、マイクロリアクタ１０の一方側面２の流路には、試薬収容部の両端部、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、処理液収容部などに撥水バルブが設けられている。
【００４８】
図４に示した図は、試薬収容部１２の両端部に撥水バルブ２１が設けられた状態を示す概略図であり、この撥水バルブ２１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ようになっている。
【００４９】
また試薬収容部１２の上流側、混合試薬収容部１８と試料受容部２０の上流側などには、空気抜き用流路２３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。
【００５０】
マイクロリアクタ１０における一方側面２の流路の最下流側には、廃液貯留部３４が設けられ、上流の流路からの廃液は廃液貯留部３４へ送出されることとなる。
＜増幅部２４＞
図５は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの増幅部について説明する図であり、図５（ａ）は実施例における増幅部の概略図、図５（ｂ）は他の実施例における増幅部の概略図である。
【００５１】
図５（ａ）に示したように、本発明のマイクロリアクタ１０の増幅部２４は、貫通孔３０を介して、チップの一方側面の微細流路４４から他方側面に連通するようになっている。
【００５２】
この増幅部２４は、貫通孔３０を増幅部２４の一部として使用しているため、従来よりも増幅部２４の大きさを小さくすることができる。
また、一方側面から貫通孔３０を介して他方側面へ増幅部２４を設けることにより、限られた大きさのマイクロリアクタ１０内で、所望の機能を発揮させることができる。
【００５３】
さらに増幅部２４は、後述するマイクロ総合分析システムにおいて、加熱用部材（ヒーター）で加熱がなされるようになっているが、この際においても、ヒーターがマイクロリアクタ１０の一方側面または他方側面のいずれ側に設置されていても、貫通孔３０を介して、増幅部２４をいずれの側面にも設けることができるため、マイクロ総合分析システムを新たに用意する必要がなく、コストを抑えることができる。
【００５４】
また、図５（ｂ）に示したように、貫通孔３０と貫通孔３０との間隔が多少広い場合には、貫通孔３０を増幅部２４の一部とはせず、別途増幅部２４を設けるようにすればよい。
＜基材３８の製造方法＞
マイクロリアクタ１０において、流路が設けられた基材３８は、一方側面２における流路パターンが形成された金型と、他方側面４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、射出成形により成形される。
【００５５】
金型は、微細な流路パターンが成形可能なニッケルやシリコンウエハを主成分とする金型を用いることが好ましい。
このような金型は、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。
【００５６】
比較的に流路幅の太い流路パターンは、硬質の金属材料、好ましくは金型鋼を通常の機
械加工、例えば数値制御による切削加工などを用いて形成することができる。
このようにして流路パターンが形成された一対の金型を、射出成形機にセットし、金型内に樹脂を充填することにより、基材３８の成形がなされる。
＜マイクロポンプユニット５０＞
図６は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続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７は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続される図６に示したマイクロポンプユニットの断面図である。
【００５７】
マイクロポンプユニット５０は、マイクロリアクタ１０とは別途の独立したものであることが好ましい。
例えば、マイクロポンプユニット５０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システム本体と、予め試薬を封入したマイクロリアクタ１０と、からマイクロ総合分析システムを構成する場合が挙げられる。
【００５８】
この場合、マイクロリアクタ１０の試料受容部２０に試料を注入した後、このマイクロリアクタ１０を装置本体に装着して、システム本体側の複数のマイクロポンプ５８と、これらのマイクロポンプ５８に対応するマイクロリアクタ１０の各流路とを連通させる。
【００５９】
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５８によりマイクロリアクタ１０の流路へ送り出し、これによって流路内の液体、例えば貯蔵部２９の試薬、試料受容部２０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。
【００６０】
マイクロポンプ５８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。
【００６１】
図６に示したマイクロポンプユニット５０は、シリコン製基板５２と、その上の第１ガラス製基板５４と、その上の第２ガラス製基板５６の３つの基板から構成されている。
シリコン製基板５２と第１ガラス製基板５４、および第１ガラス製基板５４と第２ガラス製基板５６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。
【００６２】
シリコン製基板５２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基板５４との間の内部空間によってマイクロポンプ５８（ピエゾポンプ）が構成されている。
シリコン製基板５２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。
【００６３】
例えば、シリコン製基板５２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、図７に示したように、加圧室６０、第１流路６２、第１液室６６、第２流路６４、および第２液室６８が形成されている。
【００６４】
加圧室６０の位置では、シリコン製基板５２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７０が貼着されている。
【００６５】
このマイクロポンプ５８は、圧電素子７０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７０が振動するとともに、加圧室６０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６０の体積が増減する。
【００６６】
第１流路６２と第２流路６４とは、幅および深さが同じで、長さが第１流路６２よりも第２流路６４の方が長くなっている。第１流路６２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。
【００６７】
一方、第２流路６４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６２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。
例えば、圧電素子７０に対する制御電圧を調整することにより、加圧室６０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６０の体積を減少させ、次いで加圧室６０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６０の体積を増加させると、駆動液は図７において左から右へ向かう方向へ正方向に送液される。
【００６８】
これとは反対に、加圧室６０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６０の体積を増加させ、次いで加圧室６０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６０の体積を減少させると、駆動液は図７の右から左へ逆方向に送液される。
【００６９】
なお、第１流路６２と第２流路６４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。
【００７０】
マイクロポンプ５８による流量の制御は、圧電素子７０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。
第２ガラス製基板５６には、流路７２がパターニングされている。一例として、流路７２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。
【００７１】
流路７２の下流側には、マイクロリアクタ１０の開口に位置合わせすることによりマイクロポンプ５８をマイクロリアクタ１０の流路に連通させるための開口７４が設けられている。
【００７２】
マイクロポンプ５８によって、流路７２、開口７４を通じて駆動液を送液して、マイクロリアクタ１０の流路内に収容された試薬等の各液体を下流へ押し出す。
流路７２の上流側は、第１ガラス製基板５４の貫通孔７６を介して、シリコン製基板５２に設けられた流路を通りマイクロポンプ５８に連通されている。
【００７３】
また、マイクロポンプ５８の上流側は、シリコン製基板５２に設けられた流路から第１ガラス製基板５４の貫通孔７６、７８を介して、第２ガラス製基板５６に設けられた開口８０に連通されている。この開口８０は、駆動液タンク（図示せず）に接続されている。
【００７４】
開口８０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（図示せず）に接続される。
＜マイクロ総合分析システム８２＞
図８は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタを用いたマイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図、図９は、図８に示したマイクロ総合分析システムにおけるシステ
ム本体の内部構造図である。
【００７５】
マイクロリアクタ１０は、例えば別途のシステム本体８４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８４とマイクロリアクタ１０とによりマイクロ総合分析システム８２が構成される。
【００７６】
図８に示したマイクロ総合分析システム８２のシステム本体８４は、分析のための各装置を収納する筺体状の収納体８６を備えている。
この収納体８６の内部には、図９に示したように、マイクロリアクタ１０に連通させるための流路開口を有するチップ接続部８８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５０が配置されている。
【００７７】
さらに収納体８６の内部には、マイクロリアクタ１０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９０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９２と、この検出器９２とマイクロポンプユニット５０とを制御する制御装置（図示せず）とが設けられている。
【００７８】
この制御装置（図示せず）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１０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１０の温度制御、マイクロリアクタ１０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。
【００７９】
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。
【００８０】
このマイクロ総合分析システム８２では、マイクロリアクタ１０の微細流路の上流側（例えば貯蔵部、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９４と、マイクロポンプユニット５０のチップ接続部８８とを液密に密着させた状態でマイクロリアクタ１０を収納体８６の内部に装着した後、マイクロリアクタ１０において検体中の標的物質が分析される。
【００８１】
マイクロリアクタ１０は、搬送トレイ８５に載置されて挿入口８７から収納体８６の内部に導入される。
収納体８６の内部には、所定位置に装着されたマイクロリアクタ１０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９６、ヒーター９８）が設けられている。
【００８２】
例えば、マイクロリアクタ１０における貯蔵部の領域にペルチェ素子９６を圧接することにより貯蔵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、増幅部２４を構成する流路の領域にヒーター９８を圧接することにより増幅部２４を選択的に加熱し、これによって増幅部２４を反応に適した温度にする。
【００８３】
マイクロポンプユニット５０は１つの駆動液タンク９９に接続され、マイクロポンプ５８の上流側はこの駆動液タンク９９に連通している。一方、マイクロポンプ５８の下流側は、マイクロポンプユニット５０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５８に連通したそれぞれの流路開口と、マイクロリアクタ１０のポンプ接続部９４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１０がマイクロポンプユニット５０に対して接続される。
【００８４】
マイクロポンプ５８によって、駆動液タンク９９に収容された水系の駆動液９７を、ポンプ接続部９４を経由してマイクロリアクタ１０における各液の収容部に送り出し、駆動液９７によって各収容部の液体をマイクロリアクタ１０の下流側へ押し出して送液する。
【００８５】
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５８、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８４に、マイクロリアクタ１０を装着した状態で行なわれる。
【００８６】
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。そして、分析の結果が収納体８６の表示部８３に表示されるようになっている。
【００８７】
以下に、本発明のマイクロリアクタ１０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１０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
・検体の前処理を行う検体前処理部
・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（貯蔵部）
・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
・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
・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
・各収容部に連通する微細流路
・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
が設けられている。
【００８８】
このマイクロリアクタ１０には、ポンプ接続部９４を介して上述したマイクロポンプユニット５０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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
マイクロリアクタ１０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。
【００９４】
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。
【００９５】
遺伝子検査用のマイクロリアクタ１０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。
【００９６】
マイクロポンプ５８から駆動液９７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５８から駆動液９７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。
【００９７】
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、マイクロリアクタ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）。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
マイクロリアクタ１０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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、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。）。
（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。
【０１０５】
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。
（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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
【図１】図１は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタのチップ面と垂直な部分断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの一方側面に設けられた流路を示した図である。
【図３】図３は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの他方側面に設けられた流路を示した図である。
【図４】図４は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタにおいて、試薬収容部の両端部に設けられた撥水バルブと空気抜き用流路とを説明する概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタの増幅部について説明する図であり、図５（ａ）は実施例における増幅部の概略図、図５（ｂ）は他の実施例における増幅部の概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続される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７】図７は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタと接続される図６に示したマイクロポンプユニットの断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例におけるマイクロリアクタを用いた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９】図９は、図８に示した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造図である。
【図１０】図１０は、従来のマイクロリアクタにおける増幅部について説明するための斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した斜視図のＸ−Ｘ線による断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
２・・・一方側面
４・・・他方側面
１０・・・マイクロリアクタ
１２・・・試薬収容部
１４・・・開口
１６・・・合流部
１８・・・混合試薬収容部
２０・・・試料受容部
２１・・・撥水バルブ
２３・・・空気抜き用流路
２４・・・増幅部
２６・・・検出部
２８・・・処理液収容部
２９・・・貯蔵部
３０・・・貫通孔
３２・・・開口
３４・・・廃液貯留部
３８・・・基材
４０・・・被覆基材
４２・・・被覆基材
４４・・・微細流路
４６・・・流路
５０・・・マイクロポンプユニット
５２・・・シリコン製基板
５４・・・第１ガラス製基板
５６・・・第２ガラス製基板
５８・・・マイクロポンプ
６０・・・加圧室
６２・・・第１流路
６４・・・第２流路
６６・・・第１液室
６８・・・第２液室
７０・・・圧電素子
７２・・・流路
７４・・・開口
７６・・・貫通孔
８０・・・開口
８２・・・マイクロ総合分析システム
８３・・・表示部
８４・・・システム本体
８５・・・搬送トレイ
８６・・・収納体
８７・・・挿入口
８８・・・チップ接続部
９０・・・光源
９２・・・検出器
９４・・・ポンプ接続部
９６・・・ペルチェ素子
９７・・・駆動液
９８・・・ヒーター
９９・・・駆動液タンク
Ａ・・・冷却範囲
Ｂ・・・加熱範囲
Ｗ１・・流路の幅
Ｗ２・・流路の幅
１００・・・マイクロリアクタ
１０２・・・注入ポート
１０４・・・流路
１０６・・・増幅部
１０８・・・基材
１１０・・・カバースリップ
【図１】
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【図２】
2007289032.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007289032.tif 000006
【図５】
2007289032.tif 000007
【図６】
2007289032.tif 000008
【図７】
2007289032.tif 000009
【図８】
2007289032.tif 000010
【図９】
2007289032.tif 000011
【図１０】
2007289032.tif 000012
【図１１】
2007289032.tif 000013