(57)【要約】  試薬を収容した微細流路と、前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とをそれぞれ封止する１枚または２枚以上の薄厚のシール部材と、を有す(1)第１のチップと、試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、前記微細流路の上流側に設けられた開口と、を有す(2)第２のチップ、とを含む検査チップであって、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの前記下流側開口と第２のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査チップ。【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬を収容した微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、
前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、
少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とをそれぞれ封止する１枚または２枚以上の薄厚のシール部材と、
を有す(1)第１のチップ；と、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた開口と、
を有す(2)第２のチップ、
とを含む検査チップであって、
使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの前記下流側開口と第２のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査チップ。
【請求項２】
第１のチップの下流側開口を封止する前記シール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの微細流路と第２のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の検査チップ。
【請求項３】
第２のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップにおける下流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって第１のチップの微細流路と第２のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の検査チップ。
【請求項４】
第１のチップの上流側開口が、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせされることを特徴とする請求の範囲第1〜３項のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項５】
第１のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせた検査チップを、前記マイクロポンプユニットに対して、第１のチップの上流側開口とマイクロポンプユニットの開口とが位置合わせされるように重ね合わせることによって、第１のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の検査チップ。
【請求項６】
前記開口に細管状の針部が設けられた前記マイクロポンプユニットに対して、使用時に、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせた検査チップを重ね合わせることにより、第１のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって第１のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の検査チップ。
【請求項７】
第２のチップにおける微細流路に、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの上流側開口に位置合わせされる開口Aが設けられているとともに、当該開口の上流側に、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせされるポンプ側開口Bが設けられていることを特徴とする請求の範囲第1〜３項のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項８】
第１のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップの微細流路と、第２のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路とが連通されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の検査チップ。
【請求項９】
第２のチップの前記開口Aに細管状の針部が設けられ、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって、第１のチップの微細流路と、第２のチップにおけるポンプ側開口Bに連通する微細流路とが連通されることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の検査チップ。
【請求項１０】
請求の範囲第１〜９項のいずれかに記載の検査チップと、システム本体と、から構成され、
該システム本体は、
複数のマイクロポンプと、マイクロポンプに連通し検査チップの上流側開口に位置合わせされる開口とが設けられたチップ状のマイクロポンプユニットと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液が収容され、マイクロポンプの上流側に連通した駆動液タンクと、
検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、を収納体の内部に備え、検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析を行う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、検体と試薬とを混合して反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられた検査チップおよびこの検査チップを用いて検体中の標的物質を分析する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る。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。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】
上記のミクロ化分析システムを用いる分析においては、必要が生じた際に、迅速に分析、検査を行うために、分析用の検査チップに形成された微細流路に予め所定量の試薬が封入されていることが望ましい。【０００５】
検査チップに予め試薬を封入する場合、使用前の保管時における試薬の蒸散等を防止すること、使用前の保管時において、試薬を収容した流路部位からこれに連通する外部流路への試薬の漏れ出しを防止すること、使用時には試薬を収容した流路部位から後続する流路へ試薬を簡便に流出させることができることなどが要求される。【０００６】
本発明は、流路内の所定位置に予め封入した試薬が保管時に外部の流路へ漏れ出すことがなく、使用時には試薬を封入した流路から後続する流路へ試薬を簡便に流出させることができる、検体中の標的物質を分析するための検査チップおよびそれ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している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
試薬を収容した微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、
前記微細流路の下流側に設けられた下流側開口と、
少なくとも片面に貼着されており、使用する迄は前記上流側開口と下流側開口とをそれぞれ封止する１枚または２枚以上の薄厚のシール部材と、
を有す(1)第１のチップ；と、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する微細流路と、
前記微細流路の上流側に設けられた開口と、
を有す(2)第２のチップ、
とを含む検査チップであって、
使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの前記下流側開口と第２のチップの前記開口とが位置合わせされることを特徴とする検査チップ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の検査チップは、流路内の所定位置に予め封入した試薬が保管時に外部の流路へ漏れ出すことがなく、使用時には試薬を封入した流路から後続する流路へ試薬を簡便に流出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の検査チップの一つの実施形態における第１のチップを示した平面図である。
【図２】本発明の検査チップの一つの実施形態における第２のチップを示した平面図である。
【図３】図１の第１のチップと図２の第２のチップとを重ね合わせた状態を示した平面図である。
【図４】図１の第１のチップの上流側開口および下流側開口をシール部材で封止した状態を示した平面図である。
【図５】本発明の検査チップの一つの実施形態において、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。
【図６】本発明の検査チップの他の実施形態において、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。
【図７】本発明の検査チップの一つの実施形態において、第１のチップとマイクロポンプユニットとを重ね合わせて第１のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる手順を示した断面図である。
【図８】本発明の検査チップの他の実施形態において、第１のチップとマイクロポンプユニットとを重ね合わせて第１のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる手順を示した断面図である。
【図９】本発明の検査チップの他の実施形態における第１のチップを示した平面図である。
【図１０】本発明の検査チップの他の実施形態における第２のチップを示した平面図である。
【図１１】図９の第１のチップと図１０の第２のチップとを重ね合わせた状態を示した平面図である。
【図１２】図９の第１のチップの上流側開口および下流側開口をシール部材で封止した状態を示した平面図である。
【図１３】送液制御部（撥水バルブ）の断面図である。
【図１４】本発明のマイクロ総合分析システムの一つの実施形態におけるマイクロポンプユニットを示した斜視図である。
【図１５】図１４のマイクロポンプユニットの断面図である。
【図１６】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１７】図１６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】
【００１０】
１  検査チップ
２  第１のチップ
３  第２のチップ
４  流路（試薬収容部）
５，５’  開口
６  開口
７  シール部材
１１  開口
１２  流路
１３  合流部
１４ａ，１４ｂ  合流部の手前の位置
１５  試薬混合部
１６ａ，１６ｂ  開口
１７  検体収容部
１８  合流部
１９  反応部
２０  検出部
２１  開口
２２  ポンプ側開口
２５  針部
３１  マイクロポンプユニット
３２  マイクロポンプ
３３  流路
３４  開口
３５  開口
３６ａ  貫通孔
３６ｂ  貫通孔
３７  基板
３７ａ  加圧室
３７ｂ  第１流路
３７ｃ  第２流路
３８  基板
３９  基板
４０  圧電素子
４１  マイクロ総合分析システム
４２  システム本体
４３  駆動液タンク
４４  収納体
４５  チップ挿入口
４６  表示部
４７  搬送トレイ
４８  ペルチェ素子
４９  ヒーター
５０  光源
５１  検出器
６１  送液制御部（撥水バルブ）
６２  送液制御通路
６３ａ，６３ｂ  流路
６４  液
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、以下の項目を含む。【００１２】
（項目１）
試薬を収容した微細流路が設けられた第１のチップと、
試薬と検体とを合流させて反応させ該反応を検出する一連の微細流路が設けられた第２のチップと、を備え、
第１のチップの少なくとも片面に、１枚または２枚以上の薄厚のシール部材が貼着され、第１のチップにおける微細流路の上流側に設けられた上流側開口と、該微細流路の下流側に設けられた下流側開口とがそれぞれ、前記シール部材によって封止され、
第２のチップにおける微細流路に、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの下流側開口に位置合わせされる開口が設けられていることを特徴とする検査チップ。【００１３】
（項目２）
第１のチップの下流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの微細流路と第２のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする上記項目１に記載の検査チップ。【００１４】
（項目３）
第２のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップにおける下流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって第１のチップの微細流路と第２のチップの微細流路とが連通されることを特徴とする項目１に記載の検査チップ。【００１５】
（項目４）
第１のチップの上流側開口が、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせされることを特徴とする項目１〜３のいずれかに記載の検査チップ。【００１６】
（項目５）
第１のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせた検査チップを、前記マイクロポンプユニットに対して、第１のチップの上流側開口とマイクロポンプユニットの開口とが位置合わせされるように重ね合わせることによって、第１のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする項目４に記載の検査チップ。【００１７】
（項目６）
前記開口に細管状の針部が設けられた前記マイクロポンプユニットに対して、使用時に、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせた検査チップを重ね合わせることにより、第１のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって第１のチップの微細流路とマイクロポンプとが連通されることを特徴とする項目４に記載の検査チップ。【００１８】
（項目７）
第２のチップにおける微細流路に、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより第１のチップの上流側開口に位置合わせされる開口が設けられているとともに、当該開口の上流側に、マイクロポンプおよびその下流側に連通する開口が設けられたチップ状のマイクロポンプユニットにおける当該開口に対して位置合わせされるポンプ側開口が設けられていることを特徴とする項目１〜３のいずれかに記載の検査チップ。【００１９】
（項目８）
第１のチップの上流側開口を封止するシール部材が剥離可能であり、使用時にシール部材を剥離し、その後第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップの微細流路と、第２のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路とが連通されることを特徴とする項目７に記載の検査チップ。【００２０】
（項目９）
第２のチップの前記開口に細管状の針部が設けられ、使用時に第１のチップと第２のチップとを重ね合わせることにより、第１のチップにおける上流側開口の位置でシール部材が該針部によって貫かれ、これによって、第１のチップの微細流路と、第２のチップにおけるポンプ側開口に連通する微細流路とが連通されることを特徴とする項目７に記載の検査チップ。【００２１】
（項目１０）
項目１〜９のいずれかに記載の検査チップと、システム本体と、から構成され、
該システム本体は、
複数のマイクロポンプと、マイクロポンプに連通し検査チップの上流側開口に位置合わせされる開口とが設けられたチップ状のマイクロポンプユニットと、
試薬を上流側から押して検査チップの微細流路の下流方向へ送液する駆動液が収容され、マイクロポンプの上流側に連通した駆動液タンクと、
検査チップにおける反応を検出する検出処理装置と、
マイクロポンプユニットと検出処理装置とを制御する制御装置と、を収納体の内部に備え、検査チップをシステム本体に装着した状態で検体中の標的物質の分析を行うことを特徴とするマイクロ総合分析システム。【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。【００２３】
＜検査チップ＞
本発明の検査チップは、第１のチップと第２のチップとから構成されている。図１は、本発明の検査チップの一つの実施形態における第１のチップを示した平面図、図２は、第２のチップを示した平面図である。【００２４】
図１に示したように、第１のチップ２の内部には試薬を封入した流路４が設けられている（便宜的に流路４を示しているが、実際には、流路４はチップ内部に設けられている。図２および図３についても同様である）。流路４の両端部には、チップ片面から外部へ開放された開口５および開口６が設けられている。上流側の開口５はマイクロポンプに連通させるためのものであり、下流側の開口６は図２の第２のチップ３に設けられた微細流路に連通させるためのものである。これらの開口５，６は、図４に示したように、第１のチップのチップ面に貼着されたシール部材７によって封止されている。【００２５】
図２に示した第２のチップ３には、第１のチップ２に収容された各試薬を混合し、混合試薬と検体とを混合して反応させ、反応を検出するための一連の流路が設けられている。【００２６】
図１および図２に示したような第１のチップと第２のチップとからなる本発明の検査チップには、マイクロリアクタとして化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などに利用されるように、各流路エレメントまたは構造部が、機能的に適当な位置に微細加工技術により配設されている。第１のチップには、各試薬を収容するための複数の試薬収容部が設けられ、この試薬収容部には所定の反応に用いる試薬類が収容され、場合によってはその他の洗浄液、変性処理液なども収容される。このように、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、試薬が予めチップ内に収容される。【００２７】
第１のチップおよび第２のチップは、例えば、流路等を構成するための溝を予め基板面に形成した溝形成基板と、この溝形成基板と密着される被覆基板とを用いて作製することができる。溝形成基板には、各構造部と、これらの構造部を連通させる流路が形成されている。このような構造部の具体例としては、各収容部（試薬収容部、検体収容部など）および廃液貯留部などの液溜部と、弁基部、送液制御部（後述する図１３に示した撥水バルブ）、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）、試薬定量部、混合部などの送液を制御するための部位と、反応部と、検出部と、を挙げることができる。【００２８】
被覆基板にもこのような構造部および流路が形成されていてもよい。溝形成基板に被覆基板を密着させてこれらの構造部および流路を覆うことにより第１のチップおよび第２のチップが構成される。なお、第２のチップ内における反応を光学的に検出する場合には、上記の構造部のうち少なくとも検出部は光透過性の被覆基板を密着させて覆う必要がある。また、場合によっては３枚以上の基板を積層して第１のチップまたは第２のチップを形成することもある。【００２９】
第１のチップおよび第２のチップは、通常は１以上の成形材料を適宜に組み合わせて作製される。このような成形材料としては、例えば、プラスチック樹脂、各種の無機ガラス、シリコン、セラミックス、金属などが挙げられる。【００３０】
中でも、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップに対しては、ディスポーサブルであることが望まれ、さらに多用途対応性、量産性などを具えることが望ましい点から、チップの成形材料としてプラスチック樹脂を用いることが好ましい。【００３１】
溝形成基板など流路を形成加工する基板では、吸水による流路の変形などが起こりにくく、微量の検体液を途中でロスすることなく送液できる点から、疎水性、撥水性のプラスチックが好ましい。このような材質には、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、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、フルオロカーボン、飽和環状ポリオレフィンなどの樹脂が例示される。中でもポリスチレンは、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすく、溝形成基板の形成材料として好ましい。【００３２】
分析の都合により１００℃近くに加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂、例えばポリカーボネート、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリベンツイミダゾール、ポリエーテルエーテルケトンなどが基板の材料として使用される。【００３３】
アナライトの検出を行う反応を進行させるために、マイクロリアクタの流路の所定箇所または反応部位を所望する温度まで加熱することが多い。加熱領域において局所的に加熱する温度は、通常１００℃程度までである。他方、高温では不安定になる検体、試薬類を冷却する必要に迫られることもある。チップ内のそうした局所的な温度の昇降を考慮して、適切な熱伝導率の材料を選択することが望ましい。このような材質としては、樹脂材、ガラス材などを挙げることができ、熱伝導率が小さい材質でこれらの領域を形成することにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。【００３４】
蛍光物質または呈色反応の生成物などを光学的に検出するために、第２のチップの表面のうち少なくとも微細流路の検出部位を覆う部分には、光透過性の部材を配置する必要がある。したがって、検出部位を覆う被覆基板の材料として、透明な材料、例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類などが使用される。なお、このような光透過性の被覆基板が検査チップの上面全体を覆う形態であってもよい。【００３５】
マイクロリアクタとしての検査チップの流路は、基板上に目的に応じて予め設計された流路配置に従って形成される。液が流れる流路は、例えば、幅が数十〜数百μｍ、好ましくは５０〜２００μｍ、深さが２５〜３００μｍ、好ましくは５０〜１００μｍに形成されるマイクロメーターオーダー幅の微細流路である。流路幅が狭まると流路抵抗が増大し、液の送出等に不具合が生じることがある。流路幅をあまり広くするとマイクロスケール空間の利点が薄まる。検査チップ全体の縦横のサイズは典型的には数十ｍｍ、その高さは数ｍｍ程度である。なお、チップ片面から外部へ開放された開口、例えば図１の第１のチップの開口５，６、および第２のチップの開口１１などは、直径（あるいは縦横幅）を１ｍｍ以上とする場合もある。【００３６】
基板の各構造部および流路は、従来の微細加工技術によって形成することができる。典型的にはフォトリソグラフィ技術による感光性樹脂による微細構造の転写が好適であり、その転写構造を利用して、不要部分の除去、必要部分の付加、形状の転写が行われる。例えば、検査チップの構成要素を型どるパターンをフォトリソグラフィ技術により作製し、このパターンを樹脂に転写成形する。マイクロリアクタの微細流路を形成する基本的基板の材料には、サブミクロンの構造も正確に転写でき、機械的特性の良好なプラスチック樹脂が好ましく用いられる。中でもポリスチレン、ポリジメチルシロキサンなどは形状転写性に優れる。必要であれば、射出成形、押し出し成形などによって基板の各構造部および流路を形成する加工も行ってもよい。【００３７】
第１のチップおよび第２のチップの微細流路における上流側、例えば試薬、検体等の各液を収容する収容部の上流側には、別途のマイクロポンプに接続するためのポンプ接続部が設けられる。ポンプ接続部には、上記の収容部に連通する流路開口（例えば図１の開口５、図２の開口１６ａ，１６ｂなど）が設けられており、この流路開口からマイクロポンプによって駆動液が供給され、各収容部の液が下流側へ押し出される。【００３８】
図１の第１のチップと図２の第２のチップとを重ね合わせ、これらに設けられた微細流路を連通させた状態を図３に示した。同図において、第１のチップ２の片面から外部へ開放された開口６と、第２のチップ３の片面から外部へ開放された開口１１とが位置合わせされ、第１のチップ２の流路４に封入されていたそれぞれの試薬は開口６から開口１１を通って合流部１３の手前まで達する。【００３９】
合流部１３の手前の位置１４ａ，１４ｂには、図１３に示した送液制御部６１（撥水バルブ）が設けられている。この送液制御部６１は、この他にも、微細流路における必要な各位置、例えば混合試薬と検体との合流部１８などにも設けられ、これらの位置における送液の一時停止と再開のタイミングが制御される。【００４０】
図１３において、送液制御部６１は、細径の送液制御通路６２を備えている。送液制御通路６２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６３ａおよび下流側の流路６３ｂの断面積よりも小さくなっている。【００４１】
流路壁がプラスチック樹脂などの疎水性の材質で形成されている場合には、送液制御通路６２に接する液６４は、流路壁との表面張力の差によって、下流側の流路６３ｂへ通過することが規制される。【００４２】
下流側の流路６３ｂへ液６４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６４を送液制御通路６２から下流側の流路６３ｂへ押し出す。液６４が流路６３ｂへ流出した後は、液６４の先端部を下流側の流路６３ｂ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６３ｂ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６２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６４は送液制御通路６２を通過する。【００４３】
流路壁がガラスなどの親水性の材質で形成されている場合には、少なくとも送液制御通路６２の内面に、撥水性のコーティング、例えばフッ素系のコーティングを施す必要がある。【００４４】
図３において、上記の送液制御部が設けられた位置１４ａ，１４ｂの位置まで２種類の各試薬を到達させた後、マイクロポンプの送液圧力を高めることによって送液制御部から先へ試薬を通過させ、合流部１３でこれらの試薬を合流させる。混合された試薬は試薬混合部１５に収容され、この混合試薬は、第２のチップ３の片面から外部へ開放された開口１６ａに連通するマイクロポンプによって駆動液で下流側へ押し出される。一方、検体収容部１７に収容された検体は、第２のチップ３の片面から外部へ開放された開口１６ｂに連通するマイクロポンプによって駆動液で下流側へ押し出される。これらの混合試薬と検体は合流部１８で合流し、反応部１９へ送られる。例えば、反応部１９を加熱することによって反応が開始される。【００４５】
反応後の液は、検出部２０へ送液され、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。なお、図１〜図３では、説明のために基本的な流路構成を抽出して示しているが、例えば、第２のチップにそれぞれ別途のマイクロポンプに連通される多数の開口を設けて、これらの開口から先の流路に予め収容された各試薬（例えば混合試薬と検体との反応を停止させる液、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）を所定のタイミングで下流へ押し出して分析を行うことができる。【００４６】
検査チップ１の微細流路における送液を制御する多数のマイクロポンプは、チップ状のマイクロポンプユニットに一体化されている。図１４および図１５に、このようなマイクロポンプユニットの一例を示した。図１４はマイクロポンプユニットの斜視図であり、図１５はその断面図である。このマイクロポンプユニット３１は、シリコン製の基板３７と、その上のガラス製の基板３８と、その上のガラス製の基板３９との３つの基板から構成されている。基板３７と基板３８は陽極接合、基板３８と基板３９はシーリングガラス、熱融着、またはフッ酸接合によって接合されている。【００４７】
シリコン製の基板３７と、その上に陽極接合によって貼り合わされたガラス製の基板３８との間の内部空間によってマイクロポンプ３２（ピエゾポンプ）が構成されている。このピエゾポンプの構造および作動機構は、上記の特許文献２〜４に開示されているが、基本的には、図１５に示した流路抵抗が差圧に応じて変化する第１流路３７ｂと、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第１流路３７ｂよりも小さい第２流路３７ｃと、第１流路３７ｂと第２流路３７ｃとの間に設けられた加圧室３７ａと、電圧によって駆動され加圧室３７ａの内部圧力を変化させるアクチュエータ４０と、を備えた構造になっている。例えば、第１流路３７ｂと第２流路３７ｃとの幅および高さを等しくするとともに、第１流路３７ｂの長さを第２流路３７ｃの長さよりも短くすることによって、第２流路３７ｃにおける差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合を第１流路３７ｂのそれよりも小さくすることができる。【００４８】
基板３７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り、上記のピエゾポンプにおける加圧室３７ａ、第１流路３７ｂ、第２流路３７ｃ等が形成されている。その加圧室３７ａの位置では、基板３７を加工することによってダイヤフラムが形成され、その外側表面には、アクチュエータ４０である圧電素子が貼着されている。【００４９】
アクチュエータ４０に対して所定の波形の電圧を印加することで、ダイヤフラムを振動させて加圧室３７ａの容積を変化させる。加圧室３７ａの容積が増加する方向へのダイヤフラムの変位速度と、加圧室３７ａの容積が減少する方向へのダイヤフラムの変位速度が異なるようにアクチュエータ４０への電圧を制御することによって、ポンプが機能して駆動液が輸送されるようになっている。【００５０】
基板３９には、流路３３がパターニングされている。流路３３の下流側には、基板３９の片面から外部へ開放され、検査チップ（第１のチップ）の微細流路に連通させるための開口３４が設けられている。開口３４は、検査チップの開口との位置合わせを適切に行うために必要であれば、流路３３の幅よりも大きいサイズとしてもよい。【００５１】
流路３３の上流側は、基板３８の貫通孔３６ｂを介して、基板３７に設けられた流路を通りマイクロポンプ３２に連通されている。マイクロポンプ３２の上流側は、基板３８の開口３６ａを介して基板３９の開口３５から外部へ開放されている。この開口３５から駆動液タンクに収容された駆動液が供給される。【００５２】
なお、このマイクロポンプユニット３１はあくまでも一例であって、フォトリソグラフィ技術などによってマイクロポンプと、流路と、検査チップおよび駆動液タンクと連通させるための接続用開口とを形成した各種のマイクロポンプユニットを作製できる。例えば、マイクロポンプの構造をエッチングにより形成したシリコン基板、感光性ガラス基板等の上にガラス基板を積層し、その上にＰＤＭＳを貼り合わせ、さらにその上に、プラスチック、ガラス、シリコン、セラミックスなどからなり流路溝と上記の接続用開口とが形成された基板を貼り合わせることによってマイクロポンプユニットを構成することができる。【００５３】
また、マイクロポンプユニットに設けられるマイクロポンプは、ピエゾポンプ以外の他のマイクロポンプ、例えば逆止弁型のマイクロポンプなどであってもよい。【００５４】
以下、本発明の検査チップの使用時における操作について説明する。図５は、本発明の検査チップの一つの実施形態において、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。図５（ａ）に示したように、第１のチップ２の流路４に連通する開口６は、剥離可能なシール部材７によって封止されている。【００５５】
使用時には図５（ｂ）に示したようにシール部材７を剥離し、開口６を露出させる。次に、図５（ｃ）に示したように第１のチップ２と第２のチップ３とを所定の位置関係で重ね合わせる。これによって、第１のチップ２の開口６と第２のチップの開口１１とが連通され、第１のチップ２に封入されていた試薬が第２のチップ３の流路１２へ流入できるようになる。【００５６】
第１のチップ２と第２のチップ３とを所定の位置関係で重ね合わせて互いに固定するために、例えば、チップ面に位置決めガイドを設ける方法、凹部と凸部とを嵌め合わせる方法などを用いることができる。また、開口６と開口１１との周囲では液漏れを防止するために充分なシール性を確保する必要がある。これを達成するためには、例えば、分析時において検査チップの両面側から充分に加圧するか、開口６または開口１１の周囲をポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性を有する材質で形成するか、あるいはこのような材質で形成された部材を開口６または開口１１の周囲に配置する。【００５７】
図６は、本発明の検査チップの他の実施形態において、第１のチップと第２のチップとを重ね合わせてこれらの微細流路を連通させる手順を示した断面図である。図６（ａ）に示したように、第１のチップ２の流路４に連通する開口６は、シール部材７によって封止されている。【００５８】
一方、図６（ｂ）に示したように、第２のチップ３の開口１１には、細管状の針部２５が設けられている。第１のチップ２と第２のチップ３とを所定の位置関係で対向させた後、図６（ｃ）に示したように、これらを重ね合わせる。これによって、第１のチップ２の開口６の位置で、シール部材７が第２のチップ３の針部２５によって突き抜かれ、第１のチップ２の開口６と第２のチップの開口１１とが連通される。これにより、毛細管作用によって、第１のチップ２に封入されていた試薬が第２のチップ３の流路１２へ流入できるようになる。【００５９】
第１のチップ２に貼着されたシール部材７として、金属等からなる針部２５によって容易に突き抜くことができるように、ゴム材、軟質の樹脂材などを材質としたものを用いることが好ましい。【００６０】
このようにして第１のチップと第２のチップとを一体化した検査チップは、上述したマイクロポンプユニットに接続される。図７は、本発明の検査チップの一つの実施形態において、第１のチップとマイクロポンプユニットとを重ね合わせて第１のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる手順を示した断面図である。【００６１】
図７（ａ）に示したように、第１のチップ２の流路４に連通する上流側の開口５は、剥離可能なシール部材７によって封止されている。使用時には図７（ｂ）に示したようにシール部材７を剥離し、開口５を露出させる。【００６２】
次に、図７（ｃ）に示したように第１のチップ２とマイクロポンプユニット３１とを所定の位置関係で重ね合わせる。これによって、第１のチップ２の開口５とマイクロポンプユニット３１の開口３４とが連通され、マイクロポンプからの駆動液を第１のチップ２の流路４へ流入させることができるようになる。【００６３】
第１のチップ２とマイクロポンプユニット３１とを所定の位置関係で重ね合わせて互いに固定するために、例えば、検査チップを所定の方向へ移動させるガイド部材によって検査チップの移動を案内する方法、位置決め用の部材を用いる方法などを適用することができる。【００６４】
また、開口５と開口３４との周囲では液漏れを防止するために充分なシール性を確保する必要がある。これを達成するためには、例えば、分析時において検査チップとマイクロポンプユニットとを重ねた部分を両面側から充分に加圧するか、開口５または開口３４の周囲をポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性を有する材質で形成するか、あるいはこのような材質で形成された部材を開口５または開口３４の周囲に配置する。【００６５】
図８は、本発明の検査チップの他の実施形態において、第１のチップとマイクロポンプユニットとを重ね合わせて第１のチップの微細流路とマイクロポンプとを連通させる手順を示した断面図である。図８（ａ）に示したように、第１のチップ２の流路４に連通する上流側の開口５は、シール部材７によって封止されている。【００６６】
一方、図８（ｂ）に示したように、マイクロポンプユニット３１の開口３４には、細管状の針部２５が設けられている。第１のチップ２とマイクロポンプユニット３１とを所定の位置関係で対向させた後、図８（ｃ）に示したように、これらを重ね合わせる。これによって、第１のチップ２の開口５の位置で、シール部材７がマイクロポンプユニット３１の針部２５によって突き抜かれ、第１のチップ２の開口５とマイクロポンプユニット３１の開口３４とが連通され、マイクロポンプからの駆動液を第１のチップ２の流路４へ流入させることができるようになる。【００６７】
図９は、本発明の検査チップの他の実施形態における第１のチップを示した平面図、図１０は、第２のチップを示した平面図である。【００６８】
図９に示したように、本実施形態では第１のチップ２における試薬が収容された流路４の両端部に設けられた開口５’および開口６が、同一面に配置されている。一方、図１０に示したように、第２のチップ３には、第１のチップ２の開口５’に位置合わせされる開口２１と、開口２１に連通するポンプ側開口２２とが設けられている。【００６９】
第１のチップ２における開口５’および開口６が設けられた面には、保管時には図１２に示したようにシール部材７が貼着されており、シール部材７によって開口５’および開口６が封止されている。【００７０】
使用時には、図１１に示したように、第１のチップ２の開口６と第２のチップ３の開口１１とが位置合わせされるとともに、第１のチップ２の開口５’と第２のチップ３の開口２１とが位置合わせされた状態で、第１のチップ２が第２のチップ３に対して重ね合わせられる。【００７１】
これらのチップを重ね合わせた際に、開口同士を連通させる方法は、図５または図６に示した方法と同様である。すなわち、図５のようにシール部材を剥離した後にチップ同士を重ね合わせることによって、開口同士を位置合わせするとともに互いに連通させるようにするか、あるいは、第２のチップの開口１１および開口２１に、図６のような細管状の針部を設けて、チップ同士を重ね合わせることによって針部でシール部材を突き抜くことで開口同士を連通させる。【００７２】
第２のチップ３のポンプ側開口２２は、図１４および図１５に示したマイクロポンプユニット３１における開口３４に位置合わせされ、これによってマイクロポンプ３２と第１のチップ２の流路４とが、第２のチップ３における開口２１とポンプ側開口２２との間の流路を介して連通される。【００７３】
＜マイクロ総合分析システム＞
検査チップは、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検査チップ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１６は、マイクロ総合分析システムの一例を示した斜視図、図１７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。【００７４】
このマイクロ総合分析システム４１のシステム本体４２は、分析のための各装置を収納する筺体状の収納体４４を備えている。この収納体４４の内部には、上述したマイクロポンプユニット３１が配置されている。【００７５】
さらに収納体４４の内部には、検査チップ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５０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５１）と、この検出処理装置とマイクロポンプユニット３１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検査チップ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検査チップ１の温度制御、検査チップ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。【００７６】
このマイクロ総合分析システム４１では、検査チップ１の微細流路の上流側（例えば試薬収容部、検体収容部などの上流側）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と、マイクロポンプユニット３１のチップ接続部とを液密に密着させた状態で検査チップ１を収納体４４の内部に装着した後、検査チップ１において検体中の標的物質が分析される。検査チップ１は、搬送トレイ４７に載置されてチップ挿入口４５から収納体４４の内部に導入される。なお、検査チップ１がマイクロポンプユニット３１に対して加圧された状態で検査チップ１を収納体４４の内部に固定できるのであれば、必ずしも搬送トレイ４７を用いた構成とする必要はない。【００７７】
収納体４４の内部には、所定位置に装着された検査チップ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４８、ヒーター４９）が設けられている。例えば、検査チップ１における第１のチップの試薬収容部および第２のチップの試薬混合部の領域にペルチェ素子４９を圧接することによりこれらの部位を選択的に冷却し、これによって試薬の変質等を防止するとともに、第２のチップにおける反応部を構成する流路の領域にヒーター４９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。【００７８】
マイクロポンプユニット３１は駆動液タンク４３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４３に連通している。マイクロポンプによって、駆動液タンク４３に収容された鉱物油などのオイル系あるいは緩衝液などの水系の駆動液を、検査チップ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検査チップ１の下流側へ押し出して送液する。【００７９】
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とが一体化されたシステム本体４１に、検査チップ１を装着した状態で行なわれる。好ましくは、試料および試薬類の送液、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１６では、分析の結果が収納体４４の表示部４６に表示されるようになっている。【００８０】
以下に、検査チップを用いた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。検査チップの好ましい一態様では、
第１のチップに、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、が設けられ、
第２のチップに、
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）が注入される検体収容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部と、
上記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。【００８１】
この検査チップには、ポンプ接続部を介してマイクロポンプが接続され、検体収容部に収容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、微細流路の反応部位、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）を行う部位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。【００８２】
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。【００８３】
検査チップにおける検体収容部は、検体注入部に連通し、検体の一時収容および混合部への検体供給を行う。検体収容部の上面から検体を注入する検体注入部は、外部への漏失、感染および汚染を防ぎ、密封性を確保するために、ゴム状材質などの弾性体からなる栓が形成されているか、あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの樹脂、強化フィルムで覆われていることが望ましい。例えば、当該ゴム材質の栓を突き刺したニードルまたは蓋付き細孔を通したニードルでシリンジ内の検体を注入する。前者の場合、ニードルを抜くとその針穴が直ちに塞がることが好ましい。あるいは他の検体注入機構を設置してもよい。【００８４】
検体収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。そのような検体前処理部は、分離フィルター、吸着用樹脂、ビーズなどを含んでもよい。好ましい検体前処理として、アナライトの分離または濃縮、除タンパクなどが含まれる。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。【００８５】
検査チップにおける第１のチップの流路には、必要な試薬類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。【００８６】
遺伝子検査用の試薬類には、遺伝子増幅に用いられる各種試薬、検出に使用されるプローブ類、発色試薬とともに、必要であれば前記の検体前処理に使用する前処理試薬も含めてもよい。【００８７】
マイクロポンプから駆動液を供給することにより各収容部から検体液および試薬液を押し出してこれらを合流させることによって、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。【００８８】
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。【００８９】
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（特許第３４３３９２９号）、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。【００９０】
検査チップの微細流路における反応部位よりも下流側には、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位が設けられている。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。【００９１】
微細流路上の検出部位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。【００９２】
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。【００９３】
反応部位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。【００９４】
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。）。
（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。
（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。【００９５】
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種々の変形、変更が可能である。
【図３】
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【図１５】
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【図１】
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【図２】
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【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１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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