(57)【要約】【課題】改良されたマイクロチップと反応処理装置を提供する。【解決手段】マイクロチップ１０の上部側面の中央にはポンプ装着部１２が設けられており、このポンプ装着部１２にシリンジポンプ２０が装着される。一方、マイクロチップ１０の下部側面の中央にはディスポノズルフィッティング１４が設けられており、このディスポノズルフィッティング１４にディスポノズル３０が装着される。反応処理装置は、ディスポノズルフィッティング１４にディスポノズル３０が装着されたマイクロチップ１０に対して、ポンプ装着部１２にシリンジポンプ２０を装着させた状態で吸引吐出動作を行う。これにより、マイクロチップ１０の流路１６内の圧力を増減させて、ディスポノズル３０を介して容器４０から液体を吸引し、また、廃液ポット５０などに不要な液体を吐き出す。【選択図】図１
2007209910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプが装着されるポンプ装着部と、
ノズルが装着されるノズル装着部と、
ポンプ装着部とノズル装着部とを結ぶ流路と、
を備え、
ポンプ装着部に装着されたポンプの吸引動作に応じてノズル装着部に装着されたノズルを介して流路内の反応エリアに流体が吸引される、
ことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロチップにおいて、
前記反応エリアは、上下に蛇行する流路の沈下領域に形成される、
ことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項３】
請求項２に記載のマイクロチップにおいて、
前記ポンプ装着部はマイクロチップの上部に前記ノズル装着部はマイクロチップの下部にそれぞれ設けられ、
前記ノズル装着部に装着されたノズルを介して吸い上げられた流体が前記反応エリアで一時的に滞留する、
ことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロチップにおいて、
前記ノズル装着部は複数設けられ、前記流路によって各ノズル装着部と前記ポンプ装着部とが互いに結ばれる、
ことを特徴とするマイクロチップ。
【請求項５】
マイクロチップに装着されるポンプと、
マイクロチップに装着されるノズルを着脱するノズル着脱機構と、
を備え、
マイクロチップに装着されたポンプが吸引動作することにより、マイクロチップに装着されたノズルを介してマイクロチップ内に流体を吸引し、マイクロチップ内で流体を反応させる反応処理装置であって、
前記ノズル着脱機構は、ポンプがマイクロチップに装着された状態でマイクロチップにノズルを着脱する、
ことを特徴とする反応処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の反応処理装置において、
複数のノズルを収容するノズルラックを備え、
マイクロチップに吸引される流体に応じてマイクロチップに装着されるノズルを交換する、
ことを特徴とする反応処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部で流体を反応させるマイクロチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
平板状の基板に微細加工によって流路が形成されたマイクロチップが知られている。このマイクロチップは、例えば、化学実験や生物実験の実験操作に用いられる。そして、マイクロチップに関する様々な技術が提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
従来、マイクロチップ内への試薬の供給排出は、外部に送液ポンプを用意し、配管チューブでマイクロチップと接続することで行われている。
【０００４】
図８は、マイクロチップを利用した従来の一般的な反応処理装置を説明するための図である。図８の反応処理装置には、マイクロチップ１０ｐに複数の試薬を送液するために、各容器４０ごとに、送液ポンプ１１０と三方電磁弁１２０が設けられている。複数の容器４０は、サンプルを収容した容器４０や試薬を収容した容器４０で構成されている。なお、サンプルは例えばＤＮＡを含んだ生物組織などであり、試薬はＤＮＡなどを抽出する処理過程で使用される薬品などである。そして、図８の反応処理装置によって各容器４０が対応した三方電磁弁１２０を介して送液ポンプ１１０によって吸引され、吸引されたサンプルまたは試薬が三方電磁弁１２０を介して配管１３０を通ってジョイント１９からマイクロチップ１０ｐに供給される。こうして、サンプルや試薬が対応する送液ポンプ１１０によってマイクロチップ１０ｐに供給され、マイクロチップ１０ｐ内の反応エリア１８でサンプルと試薬の反応処理が実行される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３１０７０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、図８の反応処理装置では、各容器４０ごとに送液ポンプ１１０と三方電磁弁１２０が設けられている。そのため、例えば試薬数が多い場合には送液ポンプ１１０と三方電磁弁１２０の個数も増えてコスト面での問題が懸念される。また、例えば、別の反応処理を行う際には、マイクロチップ１０ｐが交換されて利用される試薬も交換される。この場合、反応処理に応じて配管１３０内に異なる試薬が流れることになり、配管１３０内での試薬のコンタミネーションを避けるため、配管１３０内の洗浄や配管１３０の交換といった作業が必要になる。このように、従来のマイクロチップ１０ｐや反応処理装置にはいくつかの問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、改良されたマイクロチップと反応処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるマイクロチップは、ポンプが装着されるポンプ装着部と、ノズルが装着されるノズル装着部と、ポンプ装着部とノズル装着部とを結ぶ流路と、を備え、ポンプ装着部に装着されたポンプの吸引動作に応じてノズル装着部に装着されたノズルを介して流路内の反応エリアに流体が吸引される、ことを特徴とする。
【０００９】
上記態様において、ポンプは、ポンプ装着部へ直接装着されてもよいし配管などを介して間接的に装着されてもよい。同様に、ノズルは、ノズル装着部に直接装着されてもよいし取り付け器具などを介して間接的に装着されてもよい。
【００１０】
上記態様では、ノズルを介してマイクロチップ内に流体が吸引されるため異なる種類の流体を吸引する場合に、ノズルを交換することでコンタミネーションを容易に回避することができる。また、流体ごとにポンプを設ける必要がないため、流体ごとにポンプを設ける場合に比べて反応処理装置の大幅なコストダウンが可能である。ちなみに、ポンプは、例えば、分注装置のポンプを利用することも可能である。これにより、分注装置を利用してマイクロチップによる反応処理を行うことも可能である。
【００１１】
望ましい態様において、前記反応エリアは、上下に蛇行する流路の沈下領域に形成されることを特徴とする。望ましい態様において、前記ポンプ装着部はマイクロチップの上部に前記ノズル装着部はマイクロチップの下部にそれぞれ設けられ、前記ノズル装着部に装着されたノズルを介して吸い上げられた流体が前記反応エリアで一時的に滞留する、ことを特徴とする。望ましい態様において、前記ノズル装着部は複数設けられ、前記流路によって各ノズル装着部と前記ポンプ装着部とが互いに結ばれることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である反応処理装置は、マイクロチップに装着されるポンプと、マイクロチップに装着されるノズルを着脱するノズル着脱機構と、を備え、マイクロチップに装着されたポンプが吸引動作することにより、マイクロチップに装着されたノズルを介してマイクロチップ内に流体を吸引し、マイクロチップ内で流体を反応させる反応処理装置であって、前記ノズル着脱機構は、ポンプがマイクロチップに装着された状態でマイクロチップにノズルを着脱する、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい態様において、前記反応処理装置は、複数のノズルを収容するノズルラックを備え、マイクロチップに吸引される流体に応じてマイクロチップに装着されるノズルを交換する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、改良されたマイクロチップと反応処理装置が提供される。これにより、例えば、ノズルを交換することでコンタミネーションを容易に回避できる。また、例えば、流体ごとにポンプを設ける場合に比べて反応処理装置の大幅なコストダウンが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明に係るマイクロチップとそれを利用する反応処理装置の好適な実施形態が示されており、図１には、その主要部の構成図が示されている。
【００１７】
本実施形態のマイクロチップ１０は、外形が板状であり、例えば、縦５ｃｍ程度、横３ｃｍ程度、厚さ５ｍｍ程度に形成される。マイクロチップ１０の内部には流路１６が設けられている。流路１６は、マイクロチップ１０内で蛇行しながら、マイクロチップ１０の上部側面から下部側面まで貫通している。そして、マイクロチップ１０内で上下に蛇行するように形成された流路１６のＵ字に垂れ下がった沈下部分が反応エリア１８として機能している。
【００１８】
マイクロチップ１０の上部側面の中央にはポンプ装着部１２が設けられており、このポンプ装着部１２にシリンジポンプ２０が装着される。一方、マイクロチップ１０の下部側面の中央にはディスポノズルフィッティング１４が設けられており、このディスポノズルフィッティング１４にディスポノズル（ディスポーザブルノズル）３０が装着される。
【００１９】
本実施形態の反応処理装置は、マイクロチップ１０を利用して、マイクロチップ１０内に複数の容器４０から流体を吸引し、マイクロチップ１０内で流体を反応させる。複数の容器４０は、サンプルを収容した容器４０や試薬を収容した容器４０で構成されている。なお、サンプルは例えばＤＮＡを含んだ生物組織などであり、試薬はＤＮＡなどを抽出する処理過程で使用される薬品などである。反応処理装置には、シリンジポンプ２０が設けられている。シリンジポンプ２０は、吸引動作と吐出動作を行うポンプであり、図示省略したポンプ駆動機構によって駆動される。
【００２０】
反応処理装置は、ディスポノズルフィッティング１４にディスポノズル３０が装着されたマイクロチップ１０に対して、ポンプ装着部１２にシリンジポンプ２０を装着させた状態で吸引吐出動作を行う。また、シリンジポンプ２０は、マイクロチップ１０が装着された状態で、図示しない移動機構によって水平方向と垂直方向に三次元的に移動される。
【００２１】
これにより、ディスポノズル３０が装着されたマイクロチップ１０を三次元的に移動させて吸引吐出位置に持っていき、そしてマイクロチップ１０の流路１６内の圧力を増減させて、ディスポノズル３０を介して容器４０からサンプルや試薬などの液体を吸引し、また、廃液ポット５０などに不要な液体を吐き出す。
【００２２】
図２は、本実施形態のマイクロチップと反応処理装置の利用方法を説明するための図であり、図２には、その利用方法の一例として、サンプルからＤＮＡを抽出する処理のフローチャートが示されている。以下、既に図１に示した部分については図１の符号を利用して、図２に示すフローチャートの各ステップの処理内容を説明する。
【００２３】
なお、以下に説明する各ステップにおいて、マイクロチップ１０のポンプ装着部１２にはシリンジポンプ２０が装着されており、マイクロチップ１０のディスポノズルフィッティング１４にはディスポノズル３０が装着されている。また、図１を利用して説明したように、マイクロチップ１０内への液体の吸引や吐出処理は、シリンジポンプ２０の吸引吐出動作によって行われ、また、シリンジポンプ２０がマイクロチップ１０を装着した状態で移動機構によって三次元的に移動されて、適切な吸引位置や排出位置に移動される。
【００２４】
まず、ガラスビーズの吸引が行われる（Ｓ２０１）。つまり、ガラスビーズを含んだ液を蓄えた容器（図示せず）の位置にマイクロチップ１０が移動され、その容器から、ＤＮＡを吸着するためのガラスビーズを含んだ液を吸引し、Ｕ字形の反応エリア１８で暫く静置する。その後、ゆっくりと液を廃液ポット５０に排出することにより反応エリア１８にガラスビーズが残る（Ｓ２０２）。つまり、シリンジポンプ２０の吐出動作によって経路途中の空気を介して廃液され、そして、廃液後の反応エリア１８は、液が空気に置き換えられてガラスビーズだけが残り、液はほぼ全て排出される。
【００２５】
次に、サンプルを収容した容器４０からサンプルとなる液体を反応エリア１８まで吸引し（Ｓ２０３）、シリンジポンプ２０によって攪拌を行って反応エリア１８にあるガラスビーズとサンプルを混合して反応させる（Ｓ２０４）。なお、シリンジポンプ２０による攪拌は、シリンジポンプ２０によって小刻みな吸引排出の動作を高速に繰り返すことで実現される。ガラスビーズとサンプルを混合して反応させることにより、ガラスビーズ表面のシラン基がＤＮＡを吸着する。撹拌動作が終了したら暫く静置する。そして、ゆっくりと液を排出すると反応エリア１８にはＤＮＡが吸着したガラスビーズが残る（Ｓ２０５）。
【００２６】
次に、洗浄試薬を収容した容器４０から洗浄試薬を吸引し（Ｓ２０６）、シリンジポンプ２０によって攪拌を行って反応エリア１８にある洗浄試薬とガラスビーズを混合し、ビーズ表面に非特異に吸着したタンパク質等を洗浄する（Ｓ２０７）。つまり、ガラスビーズの表面のシラン基は、ＤＮＡを特異的（選択的）に吸着するのに対して、タンパク質等は、上記特異的な吸着とは異なる作用によって、非特異にガラスビーズ表面に絡むように吸着されてしまう。そのため、Ｓ２０７において、ガラスビーズ表面に非特異に吸着したタンパク質等が洗浄されて取り除かれる。
【００２７】
暫く静置後、ゆっくりと液を排出すると反応エリア１８にはＤＮＡのみが吸着したガラスビーズが残る（Ｓ２０８）。次に、純水を蓄えた容器（図示せず）から純水を吸引し（Ｓ２０９）、シリンジポンプ２０によって攪拌を行って反応エリア１８にある純水とガラスビーズを混合し、ビーズ表面に吸着したＤＮＡを純水に戻す（Ｓ２１０）。そして暫く静置後、ゆっくりとＤＮＡ入りの液を排出し回収することによりＤＮＡが抽出される（Ｓ２１１）。
【００２８】
こうして、本実施形態のマイクロチップ１０と反応処理装置によって反応処理が行われる。なお、マイクロチップ１０には様々な変形態様が存在する。
【００２９】
図３は、本発明に係るマイクロチップの様々な構造を説明するための図であり、図３には、図１に示したマイクロチップ１０をベースとした変形実施形態が示されている。
【００３０】
図３（Ａ）は、２つのディスポノズルフィッティングが反応エリアに繋がる構造のマイクロチップ１０ａを示している。このマイクロチップ１０ａは、２つのディスポノズルフィッティングの各々にディスポノズルを装着することができる。そのため、一度の吸引動作で２つのディスポノズルから、２種類の試薬を同時に反応エリアに導くことが可能であり、２液の混合が容易になる。
【００３１】
図３（Ｂ）は、３つの反応エリアと３つのディスポノズルフィッティングを備えたマイクロチップ１０ｂを示している。このマイクロチップ１０ｂは、３つの反応エリアの各々に対応したディスポノズルフィッティングを備えており、各ディスポノズルフィッティングにディスポノズルを装着することができる。そのため、一度の吸引動作で３つのディスポノズルから、３種類の試薬をそれぞれに対応した反応エリアに導くことが可能である。
【００３２】
図３（Ｃ）は、反応エリアの前後の流路に、せき止め１９を設けたマイクロチップ１０ｃを示している。このマイクロチップ１０ｃにより、不要液の吐出処理の際などに、反応エリアに吸引されたビーズが反応エリア外部に放出されることを防ぐことが容易になる。
【００３３】
なお、図３に示した以外にも、例えば、ガラスビーズの代用として、反応エリア内に多数の小さい柱状の突起を微細加工技術で形成し、抗体等で標識すれば、高感度で短ステップの処理で反応を行うこともできる。
【００３４】
図１や図３に示した本実施形態のマイクロチップは、ディスポノズルを自在に着脱することができる。そのため、本実施形態の反応処理装置には、ディスポノズルの着脱機構が設けられている。
【００３５】
図４は、本実施形態の反応処理装置が備えるディスポノズルの取り外し機構を説明するための図である。
【００３６】
ポンプ取付けステージ２４は、リニアガイド２２を介してシリンジポンプ２０を保持しており、図示しない水平垂直駆動機構によって三次元的に移動され、これよりシリンジポンプ２０も三次元的に移動される。なお、リニアガイド２２によって、シリンジポンプ２０は、ポンプ取付けステージ２４に対して上下方向に稼働する。
【００３７】
マイクロチップ１０に装着されたディスポノズル３０を取外す場合、水平垂直駆動機構によってポンプ取付けステージ２４がノズル取り外しフック３２の位置に移動される。つまり、図４に示すように、ノズル取り外しフック３２がマイクロチップ１０の下面とディスポノズル３０の上面の間に挟まるように移動される。
【００３８】
その際、マイクロチップ押し上げ板２６が、マイクロチップ１０の下面に入り込む。マイクロチップ押し上げ板２６は、図示されていない上下駆動機構で、マイクロチップ１０とシリンジポンプ２０を上方向に押し上げる。これにより、ノズル取り外しフック３２で上面から固定されているディスポノズル３０がマイクロチップ１０から取り外される。
【００３９】
この様な機構を備えることにより、本実施形態の反応処理装置では、マイクロチップ１０をシリンジポンプ２０に装着したまま、試薬の吸引吐出が完了したら、必要に応じてディスポノズル３０を交換することが可能となり、試薬間のコンタミネーションを防止することができる。
【００４０】
なお、必要に応じてマイクロチップ１０のディスポノズルフィッティング（図１の符号１４）にディスポノズル３０に換えて蓋を装着するようにしてもよい。例えば、複数のディスポノズルフィッティングを備えたマイクロチップ（図３参照）に対して、複数のディスポノズルフィッティングのうちのいずれかを塞ぐように蓋を設けるようにしてもよい。
【００４１】
図５は、ディスポノズルフィッティングに蓋を設けたマイクロチップを示している。マイクロチップ１０ａは、２つのディスポノズルフィッティングを備えており、そのうちの一方にディスポノズル３０が装着されて他方にディスポノズル型蓋３４が装着されている。ディスポノズル型蓋３４は、ディスポノズル３０の上部と同じ形状であり、ディスポノズル３０と同様にディスポノズルフィッティングに装着される。但しディスポノズル型蓋３４には液体を吸引吐出するための穴が設けられていない。
【００４２】
そのため、マイクロチップ１０ａの２つのディスポノズルフィッティングにディスポノズル３０を装着し、２試薬を吸引して反応エリアで混合反応させた後、一方のディスポノズル３０を取り外して代わりにディスポノズル型蓋３４を装着することで、片方の経路を遮断し、合成された試薬を一つの場所へ排出することなどが可能となる。
【００４３】
さらに、本実施形態の反応処理装置は、交換用のディスポノズルやマイクロチップを収容するラックを備えている。
【００４４】
図６は、本実施形態の反応処理装置が備えるディスポノズルラックを示す図である。ディスポノズルラック６０には、複数のディスポノズル３０が収容されている。そして、ディスポノズルラック６０に収容された複数のディスポノズル３０が交換用の新しいノズルとして利用される。
【００４５】
つまり、ディスポノズル３０が装着されていないマイクロチップをシリンジポンプ（図４の符号２０）に装着したまま、水平垂直駆動機構によってポンプ取付けステージ（図４の符号２４）をディスポノズルラック６０の位置に移動させる。そして、ディスポノズルラック６０に収容されたディスポノズル３０に向かってマイクロチップを下降させ、マイクロチップに新しいディスポノズル３０を装着する。
【００４６】
なお、ノズル装着機構を設けてディスポノズルラック６０からディスポノズル３０を取り出してマイクロチップに装着するようにしてもよい。
【００４７】
図７は、本実施形態の反応処理装置が備えるマイクロチップラックを示す図である。マイクロチップラック７０には、複数のマイクロチップ１０が収容されている。そして、マイクロチップラック７０に収容された複数のマイクロチップ１０が交換用の新しいマイクロチップ１０として利用される。
【００４８】
つまり、マイクロチップ１０が装着されていない状態で、水平垂直駆動機構によってポンプ取付けステージ（図４の符号２４）をマイクロチップラック７０の位置に移動させ、そして、マイクロチップラック７０に収容されたマイクロチップ１０に向かってシリンジポンプ（図４の符号２０）を下降させ、シリンジポンプに新しいマイクロチップ１０を装着する。
【００４９】
なお、チップ装着機構を設けてマイクロチップラック７０からマイクロチップ１０を取り出してシリンジポンプに装着するようにしてもよい。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は様々な利点を備えている。
【００５１】
例えば、マイクロチップ内で化学的な反応を行う場合、図８に示した従来の装置では、５種類の試薬を反応させるために、５つの送液ポンプ１１０と５つの三方電磁弁１２０が必要であった。これに対し、図１に示す本実施形態の装置では、１つのシリンジポンプ２０のみで５種類の試薬を反応させることが可能となり、反応処理装置の大幅なコストダウンが可能である。
【００５２】
また、図８に示した従来の装置では複数の配管１３０とマイクロチップ１０ｐとの接続が必要であるのに対して、図１に示す本実施形態の装置では、複数の配管とマイクロチップの接続を必要としないため面倒な配管作業が省略される。特に、複数のマイクロチップを順番に処理する場合には作業効率が格段に改善される。また自動化なども可能となる。
【００５３】
なお、図８に示した従来の装置における配管１３０内でのコンタミネーションの問題や配管１３０による圧力損出の問題も、本実施形態の反応処理装置には存在しない。
【００５４】
ちなみに、マイクロチップ内にポンプを内蔵する方法に比べ、本実施形態は、マイクロチップの構造が単純でありマイクロチップを低コストで作製することが可能となり、ランニングコストが低減される。また、本実施形態では、マイクロチップに複数のノズルフィッティングを設けることも可能であり、マイクロチップ内での試薬の混合、複数のサンプルを同時に処理する等、幅広い応用が可能である。
【００５５】
また、本実施形態では、板状のマイクロチップを立てた状態で使用することで、Ｕ字型あるいはＶ字型の反応エリアを作製することが可能となり、試薬と比重の異なる粒子を反応エリアに停留させることができ、各種応用が可能となる。ちなみに、板状のマイクロチップを立てた状態で使用することで、水平方向のスペースを有効に使用することが可能になる。
【００５６】
さらに、本実施形態では、ノズルフィッティングに蓋を装着する機構を設けたことで、弁などを利用せずに経路の開閉が可能となり各種応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施形態のマイクロチップと反応処理装置を説明するための図である。
【図２】本実施形態の反応処理装置の利用方法を説明するための図である。
【図３】本実施形態のマイクロチップの様々な構造を説明するための図である。
【図４】ディスポノズルの取り外し機構を説明するための図である。
【図５】蓋を設けたマイクロチップを示す図である。
【図６】本実施形態の反応処理装置が備えるディスポノズルラックを示す図である。
【図７】本実施形態の反応処理装置が備えるマイクロチップラックを示す図である。
【図８】マイクロチップを利用した従来の反応処理装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  マイクロチップ、２０  シリンジポンプ、３０  ディスポノズル。
【図１】
2007209910.tif 000003
【図２】
2007209910.tif 000004
【図３】
2007209910.tif 000005
【図４】
2007209910.tif 000006
【図５】
2007209910.tif 000007
【図６】
2007209910.tif 000008
【図７】
2007209910.tif 000009
【図８】
2007209910.tif 000010