(57)【要約】  検体を分析するための検査チップが、（１）予め水性試薬を収容する試薬収容部と、（２）検体と水性試薬とを混合して反応させ、該反応を検出する一連の動作を行うための混合反応流路と、（３）前記試薬収容部の出口流路と前記混合反応流路の入口間に設けられた送液制御部とを有し、前記送液制御部は前記試薬収容部の出口流路及び前記混合反応流路の入口よりも流路断面積が小さい微細通路を有し、前記試薬収容部には出口流路に向かって水性試薬、油性液、水性試薬よりも表面張力の大きい水性液の順で各液が配置され、該水性液が前記送液制御部に接するよう収容されていて、前記試薬収容部に所定圧力以上の送液圧力を加えることにより前記水性液が前記送液制御部の前記微細通路を通過する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体を分析するための検査チップであって、
（１）予め水性試薬を収容する試薬収容部と、
（２）検体と水性試薬とを混合して反応させ、該反応を検出する一連の動作を行うための混合反応流路と、
（３）前記試薬収容部の出口流路と前記混合反応流路の入口間に設けられた送液制御部とを有し、
前記送液制御部は前記試薬収容部の出口流路及び前記混合反応流路の入口よりも流路断面積が小さい微細通路を有し、
前記試薬収容部には出口流路に向かって水性試薬、油性液、水性試薬よりも表面張力の大きい水性液の順で各液が配置され、該水性液が前記送液制御部に接するよう収容されていて、
前記試薬収容部に所定圧力以上の送液圧力を加えることにより前記水性液が前記送液制御部の前記微細通路を通過することを特徴とする検査チップ。
【請求項２】
前記試薬収容部から下流へ向かう第１の流路と、
第１の流路から分岐し、水性試薬を次工程へ送る第２の流路と、
第1の送液制御部と第2の送液制御部と、を備え、
前記第１の送液制御部が、前記第１の流路における第２の流路との分岐点よりも先の位置に配置され、
前記第２の送液制御部が、前記第２の流路における第１の流路との分岐点の近傍位置に配置され、
前記第1および第2送液制御部の各々は、上流側の流路と、その下流側の流路とを連通し、これらの流路よりも流路断面積が小さい微細通路を備え、該微細通路の入口付近の送液圧力が所定圧力に達するまで液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液体を通過させ、
液体が通過可能な送液圧力が前記第１の送液制御部よりも前記第２の送液制御部において小さい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】
請求の範囲第1項または第2項に記載の検査チップと、システム本体と、からなるマイクロ分析システムであって、
該システム本体は、
検査チップの微細流路に連通させるための流路開口を有するチップ接続部と、複数のマイクロポンプと、が設けられたマイクロポンプユニットと、
前記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、を備え、
前記検査チップには、前記マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部が設けられており、
検査チップのポンプ接続部とマイクロポンプユニット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をシステム本体内に装着した後、検査チップ中の検体を分析することを特徴とするマイクロ分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体と反応試薬とを混合して反応させ、該反応を検出するための一連の微細流路が設けられた、検体中の標的物質を分析するための検査チップ、およびこの検査チップを用いたマイクロ分析システムに関するものであり、特に、検査チップの試薬収容部に水性試薬を封止する技術の改良に関する。
【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連通する試薬収容部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】
しかし、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収容部から外部流路への試薬の漏れ出しを防止すること、使用時には試薬収容部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】
一方、後続する流路において試薬が他の液と適切に混合され、後続する工程が適切に行われることが必須とされ、上記の要求を満たすためにこれらが阻害されることは避けなければならない。【０００７】
本発明は、試薬収容部に予め封入した試薬が保管時に蒸散等によって変質したり、外部流路へ漏れ出したりすることがなく、さらに、使用時には試薬収容部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分析システムを提供することを目的としている。【０００８】
また本発明は、上記の目的に加えて、試薬を後続する工程へ適切に供給することができる検査チップおよびそれを用いたマイクロ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】
【０００９】
本発明の第1の態様による検査チップは、検体を分析するための検査チップであって、
（１）予め水性試薬を収容する試薬収容部と、
（２）検体と水性試薬とを混合して反応させ、該反応を検出する一連の動作を行うための混合反応流路と、
（３）前記試薬収容部の出口流路と前記混合反応流路の入口間に設けられた送液制御部とを有し、
前記送液制御部は前記試薬収容部の出口流路及び前記混合反応流路の入口よりも流路断面積が小さい微細通路を有し、
前記試薬収容部には出口流路に向かって水性試薬、油性液、水性試薬よりも表面張力の大きい水性液の順で各液が配置され、該水性液が前記送液制御部に接するよう収容されていて、
前記試薬収容部に所定圧力以上の送液圧力を加えることにより前記水性液が前記送液制御部の前記微細通路を通過することを特徴とする。【００１０】
本発明の第2の態様における検査チップは、第1の態様における検査チップが、
前記試薬収容部から下流へ向かう第１の流路と、
第１の流路から分岐し、水性試薬を次工程へ送る第２の流路と、
第1の送液制御部と第2の送液制御部と、を備え、
前記第１の送液制御部が、前記第１の流路における第２の流路との分岐点よりも先の位置に配置され、
前記第２の送液制御部が、前記第２の流路における第１の流路との分岐点の近傍位置に配置され、
前記第1および第2送液制御部の各々は、上流側の流路と、その下流側の流路とを連通し、これらの流路よりも流路断面積が小さい微細通路を備え、該微細通路の入口付近の送液圧力が所定圧力に達するまで液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液体を通過させ、
液体が通過可能な送液圧力が前記第１の送液制御部よりも前記第２の送液制御部において小さいことを特徴とする。【００１１】
本発明の第3の態様におけるマイクロ分析システムは、
前記第1または第2の態様に記載の検査チップと、システム本体と、からなるマイクロ分析システムであって、
該システム本体は、
検査チップの微細流路に連通させるための流路開口を有するチップ接続部と、複数のマイクロポンプと、が設けられたマイクロポンプユニットと、
前記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、を備え、
前記検査チップには、前記マイクロポンプに連通させるための流路開口を有するポンプ接続部が設けられており、
検査チップのポンプ接続部とマイクロポンプユニット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をシステム本体内に装着した後、検査チップ中の検体を分析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試薬収容部に予め封入した試薬が保管時に蒸散等によって変質したり、外部流路へ漏れ出したりすることがなく、さらに、使用時には試薬収容部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。【００１３】
また、本発明によれば、試薬を後続する工程へ適切に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の検査チップの試薬収容部における下流側端部の周辺を示した断面図である。
【図２】試薬収容部における水性試薬、油性液、および水性液の収容形態の一例を示した試薬収容部の断面図である。
【図３】検査チップの試薬収容部の上流側にマイクロポンプを接続する構成を説明する図である。
【図４】試薬収容部の下流側における本発明の検査チップの微細流路の構成を示した図である。
【図５】本発明の検査チップの流路構成の一例を説明する図であり、試薬収容部から分析用の流路までの流路構成を示している。
【図６】マイクロ分析システムの一例を示した斜視図である。
【図７】図６のマイクロ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】
【００１５】
１  マイクロ分析システム
２  検査チップ
３  システム本体
１１  マイクロポンプ
１２  ポンプ接続部
１３，１３ａ〜１３ｅ  送液制御部
１５，１５ａ〜１５ｄ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｍ，１５ｎ  流路
１６  送液制御通路
１８，１８ａ〜１８ｃ  試薬収容部
２１  水性試薬
２２  油性液
２３  水性液
２４  駆動液タンク
２６  空気抜き用流路
３１  ベース本体
３２  チップ挿入口
３３  表示部
３４  搬送トレイ
３５  ペルチェ素子
３６  ヒーター
３７  マイクロポンプユニット
３８  チップ接続部
３９  光源
４０  検出器
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、以下の構成を含む。
（構成１）
検体と反応試薬とを混合して反応させ、該反応を検出する一連の動作を行うための微細流路が設けられた、検体中の標的物質を分析するための検査チップであって、
前記微細流路に、予め水性試薬が収容された試薬収容部が設けられ、
該試薬収容部の下流側端部に、
試薬収容部側の流路と、その下流側の流路とを連通し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備え、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液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液体を通過させる送液制御部が設けられており、
試薬収容部において、下流側に向かって水性試薬、油性液、水性液の順で各液が収容されており、該水性液が前記送液制御部に接していることを特徴とする。
（構成２）
構成１の検査チップが、前記試薬収容部から下流へ向かう第１の流路と、
第１の流路から分岐し、水性試薬を次工程へ送る第２の流路と、
上流側の流路と、その下流側の流路とを連通し、これらの流路よりも流路断面積が小さい送液制御通路を備え、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液体の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が加わることにより液体を通過させる第１の送液制御部および、液体が通過可能な送液圧力が第１の送液制御部よりも小さい第２の送液制御部と、が設けられ、
前記第１の送液制御部が、前記第１の流路における第２の流路との分岐点よりも先の位置に配置され、
前記第２の送液制御部が、前記第２の流路における第１の流路との分岐点の近傍位置に配置されていることを特徴とする。
（構成３）
上記構成１または２の検査チップが、システム本体とともにマイクロ分析システムを構成する。このマイクロ分析システムのシステム本体は、
ベース本体と、
該ベース本体内に配置され、検査チップの微細流路に連通させるための流路開口を有するチップ接続部と、複数のマイクロポンプと、が設けられたマイクロポンプユニットと、
前記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、を備えている。【００１７】
本発明の検査チップは、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。【００１８】
検査チップには、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、洗浄液、変性処理液などが収容される。これは、場所や時間を問わず迅速に検査ができるように、予め試薬が収容されていることが望ましいためである。【００１９】
検査チップは、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、ポンプ接続部と、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１に示したもの）、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。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検査チップが構成される。なお、検査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。【００２０】
検査チップは、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。検査チップの成形材料としては、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。【００２１】
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、検査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。【００２２】
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、微量の検体液が途中でロスすることなく送液されるように疎水性、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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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、検査チップ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。【００２６】
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５０〜１００μｍ、深さが２５〜４００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍ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。【００２７】
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。【００２８】
検査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。マイクロポンプは、検査チップに設けることも可能であるが、通常は、検査チップの微細流路における送液の制御、検査チップの温度制御、反応の検出等を行うユニットが一体に組み込まれたシステム本体に設置される。【００２９】
本発明の検査チップでは、各種の水性試薬を収容した試薬収容部が以下に説明する構成を備えている。図１は、本発明の検査チップの試薬収容部における下流側端部の周辺を示した断面図である。【００３０】
図示したように、水性試薬２１が収容された試薬収容部１８には、その下流側に、水性試薬２１に界面で接する油性液２２と、油性液２２に界面で接する水性液２３とがこの順に収容されている。【００３１】
試薬収容部１８の最も下流側に収容された水性液２３は、細径の送液制御通路１６に接しており、その先の流路１５ｎへの流出が抑えられている。送液制御通路１６は、試薬収容部１８を構成する流路１５ｍと、その下流側の流路１５ｎとを連通し、その断面積（流路に対して垂直な断面の断面積）が、これらの流路１５ｍおよび流路１５ｎの断面積よりも小さくなっている。【００３２】
流路１５ｍから送液制御通路１６を経由して流路１５ｎに至る一連の流路の流路壁は、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ので、流路１５ｎに接する水性液２３は、流路壁との表面張力の差によって、流路１５ｎへ通過することが規制される。【００３３】
流路１５ｍ、送液制御通路１６、および流路１５ｎのサイズは、このように流路１５ｎへの液の通過を規制できれば特に限定されないが、一例として、縦横が１５０μｍ×３００μｍの流路１５ｍ，１５ｎに対して、縦横が２５μｍ×２５μｍ程度となるように送液制御通路１６が形成される。【００３４】
試薬収容部１８の上流側は、図３の概略図に示したように、検査チップのポンプ接続部１２を介して接続されたマイクロポンプ１１に連通されている。試薬収容部１８から下流側の流路１５ｎへ水性試薬２１を流出させる際には、マイクロポンプ１１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水性液２３を送液制御通路１６から流路１５ｎへ押し出す。水性液２３が流路１５ｎへ流出した後は、水性液２３の先端部を流路１５ｎへ押し出すのに要する送液圧力を維持せずとも試薬収容部１８に収容された液が流路１５ｎへ流れていく。【００３５】
このように、試薬収容部１８を構成する流路１５ｍの下流側端部と、送液制御通路１６と、流路１５ｎの上流側端部とによって、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試薬収容部１８内に収容された液の通過を遮断し、所定圧以上の送液圧力が加わることにより当該液を通過させる送液制御部１３が構成されている。【００３６】
上記のように本発明では、試薬収容部の下流側端部に上記の送液制御部を設けているので、検査チップの保管時には送液制御通路から先へ試薬収容部の内容液が漏出することがなく、さらに、使用時には試薬収容部の上流側に連結されたマイクロポンプによって所定圧以上の送液圧力を加えることで、試薬収容部の内容液を後続する流路へ押し出すことができるので、後続する流路へ水性試薬を簡便に流出させることができる。【００３７】
流路１５ｍから送液制御通路１６を経由して流路１５ｎに至る一連の流路の流路壁が、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１６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。【００３８】
水性液２３として、例えば、通常の組成を有するバッファー液などを用いることができるが、送液制御通路１６の内面との表面張力の差が、水性液２３が送液制御通路１６を通過することを所望の圧力まで抑止できる程度に大きい親水性の液体である必要がある。試薬収容部１８における水性液２３の収容量も、この目的に沿って決められる。【００３９】
油性液２２は、検査チップの保管時等における水性試薬２１の蒸散（および漏失、気泡の混入、汚染、変性など）を防止するためのものであり、その試薬収容部１８における収容量も、この目的に沿って決められる。油性液２２として、例えば、検査チップの保管時における冷蔵条件下において固化し、使用時に検査チップを室温にすると融解し流動状態となるものなどを使用できる。具体的には、水に対する溶解度が１％以下の油脂などを挙げることができる。【００４０】
図１には示していないが、試薬収容部１８の上流側にも同様に、水性試薬２１に接して油性液２２が収容されている。これによって、試薬収容部１８に収容された水性試薬２１をその両端側から油性液２２で完全に封止している。【００４１】
本発明では、このように試薬収容部において、水性試薬を封止する油性液を収容しているので、保管時における試薬の蒸散等が防止される。さらに、この油性液の下流側に、疎水性の流路壁面との表面張力の差が大きい水性液を収容しているので、上記の送液制御部における撥水作用が機能し、送液制御通路から先への水性液の流出が遮断される。したがって、保管時において下流側の流路へ水性試薬が漏出することがない。【００４２】
試薬収容部１８における各液の収容形態の一例を図２に示した。この例では、試薬収容部１８の上流側から下流側へ、水性液２３、油性液２２、水性試薬２１、油性液２２、水性液２３の順で各液が収容されている。試薬収容部１８の下流側端部には、図１の送液制御通路１６を設ける必要があるが、図２のように試薬収容部１８の上流側に水性液２３を収容し、試薬収容部１８の上流側端部にも同様にこの送液制御通路１６を設けるようにしてもよい。【００４３】
本発明の検査チップでは、各種の水性試薬を収容した試薬収容部のうち少なくとも一つが上記に説明した構成を備えている。水性試薬としては、検体と混合して反応させるための試薬（例えばＰＣＲ法におけるプライマー等の試薬類）が典型的な例として挙げられるが、これに限定されず、検査チップに収容される他の試薬、例えば検体の前処理を行うための試薬や、検体と反応試薬との反応後において、反応後の液に対して各処理を行うための試薬などであってもよい。具体的には、例えば、反応試薬との反応により増幅された遺伝子を変性する変性液、増幅された遺伝子とハイブリダイゼーションさせるプローブＤＮＡの溶液などが挙げられる。【００４４】
試薬収容部の形状は、その少なくとも下流側端部において送液制御部１３が構成できれば、細長の流路形状、幅広の液溜状など各種の形状であってよい。また、試薬収容部１８において、油性液２２や水性液２３を個別に貯留する液溜め状の貯留部を設けてもよい。【００４５】
本発明の検査チップにおける好ましい態様では、水性試薬を収容した試薬収容部が上記に説明した構成を備えているとともに、その下流側の流路が次の構成を備えている。水性試薬が検体と反応させるための試薬である場合を例として、この流路構成を以下に説明する。図４は、本発明の検査チップにおける試薬収容部の下流側の流路構成を示した図、図５は、複数の試薬を混合し、その下流側の分析流路へ混合試薬を送る流路の構成を示した図である。【００４６】
図４に示したように、試薬収容部１８ａの下流には、試薬収容部１８ａから下流へ向かう第１の流路１５ｇが設けられている。第１の流路１５ｇの途中において、試薬を次工程（この実施形態では図５の流路１５ａにおいて複数の試薬を混合する工程）へ送るための第２の流路１５ｈが第１の流路１５ｇから分岐している。【００４７】
第１の流路１５ｇにおける第２の流路１５ｈとの分岐点よりも先の位置には、前述した送液制御通路１６が設けられた第１の送液制御部１３ｂが配置されている。また、第２の流路１５ｈにおける第１の流路１５ｇとの分岐点の近傍位置には、第２の送液制御部１３ｃが配置されている。【００４８】
試薬収容部１８ａの上流側に連結されたマイクロポンプ（図示せず）によって、所定圧以上の送液圧力を与えることにより、試薬収容部１８ａの下流側端部に設けられた送液制御部１３ａの送液制御通路１６から試薬収容部１８ａの内容液を第１の流路１５ｇに押し出すと、その先端部にある水性液２３および油性液２２（図１を参照）は第２の流路１５ｈとの分岐点を通過して第１の送液制御部１３ｂに達する。【００４９】
第２の送液制御部１３ｃにおける水性試薬２１が通過可能な送液圧力は、第１の送液制御部１３ｂにおける水性液２３が通過可能な送液圧力よりも小さくなっている。具体的には、例えば、第２の送液制御部１３ｃにおける送液制御通路１６の断面積を、第１の送液制御部１３ｂにおける断面積よりも大きくすることによって、これらの送液制御通路１６を液が通過可能な送液圧力に差をもたせることができる。この他、場合によっては、第１の送液制御部１３ｂと第２の送液制御部１３ｃとの間で、液と送液制御通路１６の流路壁との表面張力差を相違させることで、液が通過可能な送液圧力に差をもたせることも考えられる。【００５０】
本実施形態では、このようにマイクロポンプによって試薬収容部から押し出された内容液の先端部は、第１の流路と第２の流路との分岐点を第１の流路側へ通過し、第１の送液制御部でその移動が遮断される。その後、マイクロポンプによって、第１の送液制御部において液の流出が遮断され第２の送液制御部から水性試薬を通過させる送液圧力を加えることにより、第２の送液制御部から先へ水性試薬が流出し、後続する工程へ送られる。【００５１】
このため、試薬収容部から押し出された内容液の先端側にある上記の油性液および水性液は、第１の送液制御部にトラップされて第２の流路へは流出せず、水性試薬のみが第２の流路へ送られる。【００５２】
したがって、後続する工程が行われる流路へ水性試薬以外の液が送られることによる不具合を回避することができる。【００５３】
水性液２３の先端部が第１の送液制御部１３ｂに達した後、さらにマイクロポンプによって送液圧力を上げて、第２の送液制御部１３ｃを水性試薬２１が通過可能な送液圧力とすることにより、第２の流路１５ｈの第２の送液制御部１３ｃから先へ水性試薬２１を通過させ、これによって、水性液２３と油性液２２を第１の流路１５ｇに残して水性試薬２１だけを第２の流路１５ｈから次工程へ送液する。【００５４】
このようにすることで、水性液２３および油性液２２が次工程へ続く流路へ送出されることが防止されるので、水性液２３および油性液２２が次工程へ続く流路へ送出されることによる弊害を回避することができる。なお、水性液２３および油性液２２は、適切な時期にマイクロポンプの送液圧力を上げて第１の送液制御部１３ｂから先へ押し出し、例えば、検査チップに設けられた廃液溜めに収容される。【００５５】
水性試薬が界面活性剤を含有している場合には、流路壁との表面張力の差が小さくなるので第２の送液制御部１３ｃが機能しなくなることがある。このような場合には、送液制御部１３ｃの部分に能動弁を設けることにより上記と同様の制御をすることが可能となる。【００５６】
図５では、試薬収容部１８ａから下流側の流路のみ図４の流路構成を図示し、他の試薬収容部１８ｂ，１８ｃの下流側の流路においては便宜的に図４の流路構成を省略しているが、勿論これらの流路部位においても同様に図４の流路構成とすることができる。【００５７】
図５において、送液制御部１３ｃまで導かれた試薬収容部１８ａ〜１８ｃの各水性試薬は、試薬収容部１８ａ〜１８ｃの上流側に連結されたマイクロポンプ１１による送液圧力を所定圧以上に上げることにより、その先の流路１５ａに導入され、合流して混合される。この各試薬を混合する流路１５ａにおいても、混合比率が安定しない混合試薬の先端部を次工程へ送ることを防止するために、送液制御部１３ｄ（図４の第１の送液制御部１３ｂに対応する）および送液制御部１３ｅ（図４の第２の送液制御部１３ｃに対応する）によって図４と同様の流路構成とし、混合試薬の先端部を送液制御部１３ｄにトラップするようにしている。【００５８】
図５に示したように、流路１５ａで混合された試薬は、分析用の流路１５ｂ，１５ｃおよび１５ｄへ送られる。図示しないが、これらの流路では混合試薬と検体との混合、反応およびその検出が行われる。複数の分析用流路１５ｂ〜１５ｄを設けることによって、例えば、同時多項目分析、ポジティブコントロール、ネガティブコントロール等の同時分析が行われる。【００５９】
以上に説明した本発明の検査チップは、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分析システムが構成される。このマイクロ分析システムの一例を以下に説明する。図６は、マイクロ分析システムの一例を示した斜視図、図７は、このマイクロ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。【００６０】
このマイクロ分析システム１のシステム本体３は、分析のための各装置を収納する筺体状のベース本体３１を備えている。このベース本体３１の内部には、検査チップ２に連通させるための流路開口を有するチップ接続部３８と、複数のマイクロポンプ１１とが設けられたマイクロポンプユニット３７が配置されている。【００６１】
さらにベース本体３１の内部には、検査チップ２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３９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４０）と、この検出処理装置とマイクロポンプユニット３７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３７による送液の制御、光学的手段等により検査チップ２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２の温度制御、検査チップ２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３７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１１に印加することによって行う。【００６２】
このマイクロ分析システム１では、検査チップ２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１２と、マイクロポンプユニット３７のチップ接続部３８とを液密に密着させた状態で検査チップ２をベース本体３１の内部に装着した後、検査チップ２において検体中の標的物質が分析される。検査チップ２は、搬送トレイ３４に載置されてチップ挿入口３２からベース本体３１の内部に導入される。【００６３】
ベース本体３１の内部には、所定位置に装着された検査チップ２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３５、ヒーター３６）が設けられている。例えば、検査チップ２における試薬収容部１８（図１および図２）の領域にペルチェ素子３５を圧接することにより試薬収容部１８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、反応部を構成する流路の領域にヒーター４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。【００６４】
マイクロポンプユニット３７として、例えば、フォトリソグラフィ技術等によってシリコン、ガラス、樹脂等の基板に複数のポンプ部を形成し、ポンプ部を形成した基板面を他の基板等で覆ったものを用いることができる。マイクロポンプユニット３７は駆動液タンク１０に接続され、マイクロポンプ１１の上流側はこの駆動液タンク１０に連通している。一方、マイクロポンプ１１の下流側は、マイクロポンプユニット３７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１１に連通したそれぞれの流路開口と、検査チップ２のポンプ接続部１２に設けられたそれぞれの流路開口とが連結するように検査チップ２がマイクロポンプユニット３７に対して接続される。【００６５】
具体的には、例えば、検査チップ２のポンプ接続部１２と、マイクロポンプユニット３７のチップ接続部３８とを面同士で重ね合わせることにより、ポンプ接続部１２のポートにチップ接続部３８のポートを接続し、これによってマイクロポンプ１１から検査チップ２の微細流路へ続く流路が形成される。【００６６】
マイクロポンプ１１によって、駆動液タンク２４に収容された鉱物油などのオイル系あるいは水系の駆動液を、ポンプ接続部１２を経由して検査チップ２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２の下流側へ押し出して送液する。【００６７】
マイクロポンプ１１として、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ポンプを用いることができる。このマイクロポンプは、流路抵抗が差圧に応じて変化する第１流路と、差圧の変化に対する流路抵抗の変化割合が第１流路よりも小さい第２流路と、第１流路および第２流路に接続された加圧室と、該加圧室の内部圧力を変化させるアクチュエータとを備えており、このアクチュエータを別途の駆動装置で駆動することにより正逆方向への送液ができるようになっている。【００６８】
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１に、検査チップ２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６では、分析の結果がベース本体３１の表示部３３に表示されるようになっている。【００６９】
以下に、本発明の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、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）が注入される検体収容部と、
検体の前処理を行う検体前処理部と、
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、
これら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。【００７０】
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。【００７１】
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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
検査チップの試薬収容部には、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。【００７５】
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。【００７６】
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。【００７７】
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。【００７８】
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。【００７９】
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。【００８０】
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。【００８１】
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。【００８２】
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。【００８３】
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。【００８４】
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１】
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【図２】
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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