【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流路に液体検体を流通させることにより液体検体の分析を行なうための分析用チップ、及び、それを用いた分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体検体と、チップに固定化された物質との反応あるいは結合の検出を行ない、一定時間に複数の分析を迅速に行なう技術が種々提案され、また、ハイスループット分析システムとして実用化されている。
このような技術としては、近年、ＤＮＡチップやプロテインチップ等のような分析用チップ（マイクロチャンネルチップ）が注目されている。
【０００３】
マイクロチャンネルチップの中には、チップ本体に微小な横断面の流路が形成され、この流路を形成する壁面に上記の所定の化学物質と相互作用する物質（特定物質）が固定されているものがある。この流路に液体検体を流通させて、流路壁面の特定物質上を通過させたり、特定物質上で一旦停止させたりして液体検体と特定物質とを接触させることにより、液体検体中に所定の化学物質（所定物質）が含まれていれば、これを特定物質の相互作用として検出することができる。
【０００４】
なお、ＤＮＡチップやプロテインチップにおいて特定物質をチップに高密度に固定化するための技術としては、例えば、ピン先に固定化対象物（特定物質）を保持させてスポッティングするスポッター〔Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ４１７（登録商標）Ａｒｒａｙｅｒ等〕や、インクジェット又はディスペンサーによりチップに固定化対象物を吹付けるものが知られている〔Ｔａｎｇｏ（登録商標）Ｌｉｑｕｉｄ Ｈａｎｄｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ等〕。
【０００５】
また、このようなマイクロチャンネルチップに、ＳＰＲ（サーフェスプラズモン共鳴）に基づく分析手法〔例えばＢｉａｃｏｒｅ（登録商標）がある〕を組み合わせれば、所定物質と特定物質とが結合−解離する過程をオンラインで検出することが可能である。
【０００６】
近年、このような分析用チップについて様々な技術が提案されている。
例えば、非特許文献１には、基板と、複数のスリットが並列に設けられたシート部材とをそなえて構成されたチップが開示されている。この技術では、シート部材を基板にセットすると、上記の並列に配設されたスリットが基板上において並列流路として機能することとなる。
【０００７】
そして、この並列流路にそれぞれ異なる流体を流通させて、流路底面、即ち、基板に、これらの流体を固定化し、次に、シート部材の向きを変え、基板にセットし直して、今度は先ほどの並列流路と交差するように基板上に並列流路を形成する。この流路にそれぞれ異なる流体を流通させ、先に基板に固定した流体と接触させる。つまり、１つのチップ上に多数の流体の組み合わせによりなる結合部をマトリックス状に形成して、分析の高密度化（集積化）を実現しようとしているのである。
【０００８】
さらに、特許文献１には、並列に配置された流路にそれぞれ異なる液体検体を流通させ、１つのマイクロリアクタチップにより同時に複数種の液体検体について分析を行なうためのチップが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
ＷＯ００／０４３９０号公報
【非特許文献１】
Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７３，２２，ｐｐ．５５２５，２００１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような分析用チップを用いて分析を行なう場合、液体検体を何らかの液体と混合させてから分析を行なうことがある。例えば、液体検体に溶媒を混合させて液体検体の濃度を調整してから分析を行なう場合、液体検体にｐＨ調整用の液体を混合させて液体検体のｐＨを調整してから分析を行なう場合、ある液体検体と他の液体検体とを混合させてから分析を行なう場合などがある。
【００１１】
このような場合には、一般に、液体検体を分析用チップに流通させる以前に、あらかじめ液体検体となんらかの液体あるいは固体とを別の工程で混合して試料（混合後の液体検体）を準備しておくことが行なわれている。しかし、このような場合には、混合に伴う効率の低下を招くことが多かった。例えば、異なる混合比率の試料を分析する場合には、分析しようとする混合比率毎に別々に試料を準備しなくてはならないため、操作が煩雑であった。また例えば、混合後の液体検体が経時変化する場合には、あらかじめ混合してから分析を行なうまでに時間を要するので、その経時変化を精密に分析することが困難であった。
【００１２】
また、あらかじめ別の工程で試料を準備する方法のほかには、例えば分析用チップの上流に配管や混合槽などを設置し、分析用チップに液体検体を供給する以前に流れのなかで配管や混合槽などにおいて混合を行なうことも考えられる。しかし、流れの中で混合を行なう場合には、混合後、分析用チップに到着するまでの間で液体検体の濃度やｐＨなどが変化する虞がある。具体例としては、別種の異なる液体をシリアル状に流す際、それら別種の液体が拡散により混合し、正確な分析を行なうことができない虞があった。また、それら別種の液体が互いに反応する場合には、分析を行なっている途中で想定しない反応が生じ、目的とする分析を行なうことができない虞がある。また、連続的にｐＨを変化させながら測定を行なう場合には、配管などを流れる途中で、流れ方向への拡散によって流れ方向での混合が生じてしまい、分析用チップに到着した時点では予定したｐＨとは異なるｐＨとなってしまっていることがある。
【００１３】
さらに、分析用チップ上流の配管や混合槽で混合を行なう場合には、大きなデッドボリュームが生じてしまう。マイクロチャンネルチップを使用して分析される液体検体中は、使用量が限られているものが多く、例えば、ＤＮＡチップやプロテインチップでは、液体検体は種々の生物から採取される物質、又は、生化学的に合成される各種の物質（ＤＮＡ，ＲＮＡ，ＰＮＡ，ペプチド，タンパク等）であり、採取できる量が限定されたり、採取するのに大きな労力を必要とされることが多いため、その使用量をできるだけ少量にとどめたいという要望が強い。
したがって、デッドボリュームが生じるような混合方法は、上述したようなマイクロチャンネルチップのような分析用チップでは好ましくない。さらに、配管や混合槽を用いる場合には、設備の準備や点検に多くのコストを要し、また、漏れの可能性、チップ外部での温度や湿度などの変化、配管、チューブ、コネクタなどの閉塞、チューブやコネクター材質との吸着など、効率よく精密な分析を行なうために解決すべき課題が数多くあった。
【００１４】
本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたもので、液体検体と何らかの液体とを混合しながら分析を行なう場合に、分析に要する液体検体の量を少量に抑えながら、効率よく且つ精密に分析を行なうことができるようにした、分析用チップ及び分析方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、鋭意検討の結果、分析用チップの上流部分に、分析用チップ内の流路に液体を導入する注入口を複数形成し、それらの注入口から、液体検体と、その液体検体に混合させる液体とを導入することで、混合を伴う分析においても、液体検体の量を少量に抑えながら、効率よく正確な分析を行なうことができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
即ち、本発明の要旨は、流路に液体検体を流通させて、所定物質と、該流路に固定される特定物質との相互作用に基づいて該液体検体に関する分析を行なうのに使用される分析用チップにおいて、該流路の上流部分に、該流路に液体を注入する複数の注入口が形成されていることを特徴とする、分析用チップに存する（請求項１）。なお、ここで該注入口から該流路に注入される液体は、該液体検体に限定されるものではなく、本発明の分析用チップを用いた分析に応じて任意の液体を使用することができる。
【００１７】
また、該注入口は、該流路の幅方向に一列に形成された注入口群を含んで構成されていることが好ましく（請求項２）、また、該流路の幅方向に連続的に形成されている長穴を含んで構成されていることが好ましい（請求項３）。
【００１８】
また、該上流部分の少なくとも一部の流路幅は、該流路よりも小さく形成されていることが好ましい（請求項４）。
また、該上流部分は、カオティックミキサーとして構成されていることが好ましい（請求項５）。
【００１９】
また、該流路に、該特定物質が固定される面を備え、該面に、光の照射によりエバネッセント波を生じさせる回折格子と、表面プラズモン波を誘起しうる金属層とが備わっていることが好ましい（請求項６）。
【００２０】
また、本発明の別の要旨は、上述した分析用チップを用いた分析方法であって、複数の該注入口を該液体検体に割り当て、該液体検体それぞれに対応する該注入口グループから該上流部分に該液体検体を注入して、該上流部分で該液体検体を混合した後、混合後の該液体検体を該流路に流通させて分析を行なうことを特徴とする、分析方法に存する（請求項７）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明でいう液体検体とは、例えば、抗原抗体反応、相補的なＤＮＡ結合、レセプタ／リガンド相互作用、酵素／基質相互作用等の相互作用を生じさせることができる物質であり、具体例を挙げると、たんぱく質，核酸，ＤＮＡ，ＲＮＡ，ペプチド，ホルモン，抗原，抗体，リガンド，レセプタ，酵素，基質，低分子有機化合物，細胞，イオン、及びこれらの複合体等の所定物質を含む（又は含む可能性のある）液体であり、サスペンション，コロイド等の分散系も含む。さらに、これらは必要に応じて蛍光物質、発光物質、放射性物質等により標識されていてもよい。
【００２２】
〔１〕第１実施形態
図１〜図３は本発明の第１実施形態としての分析用チップ１を示すもので、図１（ａ）はその模式的な組立斜視図、図１（ｂ）はその模式的な分解斜視図、図２（ａ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図、図２（ｃ）は図１（ａ）のＸ２−Ｘ２断面図、図３（ａ）はその蓋部の上面図、図３（ｂ）はその第１の中間プレートの上面図、図３（ｃ）はその第２の中間プレートの下面図、図３（ｄ）はその基板の上面図である。なお、以下でいう液体検体Ｆｓの流れ方向Ａとは、流路における主流方向のことであり、例えば、図４に示すような流路５′においては、その流れ方向は、実線の矢印で示す方向のことをいうものとする。以下、液体検体Ｆｓに、ｐＨ調整用のｐＨ調整液Ｆｐを混合させて分析を行なう場合を例として、本発明の第１実施形態の説明を行なう。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本分析用チップ（単にチップともいう）１は、平板状の蓋部（蓋部材）２と、厚みの薄い第１の中間プレート（以下、単にプレートという）８と、プレート８と同様に厚みの薄い第２の中間プレート（以下、単にプレートという）９と、基板４とをそなえて構成されている。そして、これらの部材２，８，９，４は、分析時には、図１（ａ）に示すように、この順に上から重ねられて図示しない接合用のホルダにより一体に組み付けられる。したがって、蓋部２と基板４との間に、プレート８，９が介装されることになる。なお、ホルダには位置合わせや傷防止のための保護機構を設けることが好ましい。保護機構の例としては、例えば、分析用チップ１を係止するためにホルダに設けられる係止部や、分析用チップ１の観測する部分（後述する反応部６）がホルダと接しないようにホルダに形成されるくぼみなどが挙げられる。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、蓋部２の孔２１ａから注入された液体検体Ｆｓは、蓋部２の孔２１ａからプレート９の孔９ｃまでを連通するプレート８の孔（液体検体Ｆｓの注入口）８１ａを通って、プレート９の孔９ｃを流れ、その後、プレート９の孔９ｃから蓋部２の孔２２までを連通するプレート８の孔８２を通って、蓋部２の孔２２から流出するようになっており、液体検体Ｆｓが、上記のプレート９の孔９ｃを流通する際に、基板４の反応部６に固定された各特定物質６１に接触するようになっている。
【００２５】
また、蓋部２の孔２１ｂから注入されたｐＨ調整液Ｆｐは、プレート８に形成された凹部（溝部）８１ｂを通り、凹部８１ｂの下流端部に形成された複数の孔（ｐＨ調整液の注入口群）８１ｃを通ってプレート９の孔９ｃに流入し、そこで液体検体Ｆｓと合流し、以降は液体検体Ｆｓと混合して、液体検体Ｆｓとともにプレート８の孔８２を通って、プレート２の孔２２から流出する。なお以下図中において、排出口２２から排出される液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとが混合した液を、Ｆｓ＋Ｆｐで表わす。
【００２６】
図１（ｂ），図２（ｂ）に示すように、プレート８に形成された凹部８１ｂは、蓋部２側にだけ開口部を有するよう形成されている。また、図２（ｃ）に示すように、プレート９に形成された孔９ｃは、プレート９の表裏両面に開口部を有するよう形成されており、その開口部の一方をプレート８により閉塞され、他方を基板４により閉塞されて、シート状空間に形成された流路５を形成する。つまり、孔９ｃは流路５を構成する。
【００２７】
ここでいう「シート状空間に形成された流路」とは、通常、その断面の長辺（流路５の流れ方向に直交する断面又は厚み方向に直交する断面の辺のうち最長の辺。一般的には流路５の幅方向の距離又は流れ方向の距離を指し、本実施形態では、流路５の幅をいう）５ａの寸法Ｗが５００μｍ〜１００ｍｍの範囲であり、且つ、上記断面の短辺（流路５の高さ）５ｂの寸法Ｈが５μｍ〜２ｍｍの範囲のものをいう。また、上記長辺５ａと上記短辺５ｂとの寸法比率（＝長辺寸法Ｗ／短辺寸法Ｈ）の範囲は、通常１．５以上、好ましくは１０以上、また、通常２００００以下、好ましくは１００以下である。このとき、後述するように仕切壁４ｂによって、流路５が複数の内部流路４ａに分割されている場合には、その分割されたもとの流路５、即ち、複数の内部流路４ａをすべて併せた流路５の寸法が、上記の寸法比率の範囲に入っていればよい。なお、ここでは、上記長辺５ａの長さＷは２０ｍｍに、上記短辺５ｂの長さ（Ｘ１−Ｘ１断面では凹部８１ｂの高さＨ３、Ｘ２−Ｘ２断面ではプレート９の厚さＨ２）はともに２５０μｍに、それぞれ設定されている。
【００２８】
以下、本分析用チップ１を構成する上記の各部材について詳細に説明する。
蓋部２，プレート８，プレート９，基板４の各材質は、樹脂，セラミックス，ガラス，金属等，その種類は特に限定されないが、検出種と特定物質６１との相互作用を、蛍光，発光，発色，又は燐光等を利用して光学的に測定する場合には、チップ１を分解せずに測定を行なえることから、特に、蓋部２及びプレート８，９を透明な材料により形成することが好ましい。但し、分析用チップ１を分解して測定することが可能な場合には、蓋部２及びプレート８，９には透明度は必要とされない。また、透明な材料としては、例えば、アクリル樹脂，ポリカーボネート，ポリスチレン，ポリジメチルシロキサン，ポリオレフィン等の樹脂や、Ｐｙｒｅｘ（登録商標。ホウケイ酸ガラス），石英ガラス等のガラスがある。なお、本実施形態では蓋部２は透明なガラス、プレート８，９は樹脂、基板４は金属で、それぞれ形成されているとして説明する。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、蓋部２の上流端部には、液体検体Ｆｓを注入するための孔２１ａが形成され、孔２１ａの下流側にはｐＨ調整液Ｆｐを注入するための孔２１ｂが形成され、蓋部２の下流端部には、１つの孔（排出口）２２が形成されている。
【００３０】
孔２１ａ，２１ｂは、それぞれ図示省略のコネクタ，チューブを介して送液ポンプ（例えば、シリンジポンプ）に接続され、また、排出口２２は、図示省略のコネクタ，チューブを介して廃液タンクに接続されている。そして、上記の送液ポンプを作動させることにより、液体検体Ｆｓを孔２１ａから、ｐＨ調整液Ｆｐを孔２１ｂからそれぞれチップ１内に注入させるとともに、チップ１内から排出口２２を通じて排出できるようになっている。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、プレート８の上流端部には、プレート８の表裏を貫通する、流路５に液体検体Ｆｓを注入するための孔（注入口）８１ａが形成され、この孔８１ａは、チップ１組み立て時に蓋部２の孔２１ａに整合して連通するように位置設定されている。
また、プレート８の孔８１ａの下流側には凹部８１ｂが形成され、その上流端部がチップ１の組み立て時に蓋部２の孔２１ｂに整合して連通するよう位置設定されている。凹部８１ｂは、その上流端部から下流側にいくにしたがって（液体検体Ｆｐの流通方向下流側へいくにしたがって）幅広になるように形成され、下流端部の壁面は流れ方向に直交する面として形成されている。
さらに、凹部８１ｂの下流端部には、幅方向に一列に並んで、流路５にｐＨ調整液を注入するための複数の孔（一列に形成された注入口群）８１ｃが形成されており、孔８１ｃはそれぞれ凹部８１ｂからプレート８のプレート９側の面まで貫通している。
【００３２】
また、プレート８の下流端部には、プレート８の表裏を貫通する孔８２が形成され、この孔８２は、チップ１組み立て時に蓋部２の孔２２に整合して連通するように位置設定されている。
【００３３】
図３（ｃ）に示すように、プレート９には孔９ｃが形成されている。孔９ｃの上流端部及び下流端部は、チップ１組み立て時にそれぞれプレート８の孔８１ａ及び孔８２に整合して連通するように位置設定されている。なお、上述したように、チップ１が組み立てられた場合には、孔９ｃは流路５を構成するのでプレート９の孔９ｃと流路５とは同じものである。
【００３４】
図１（ｂ），図２（ｃ）、及び、図３（ｄ）に示すように、基板４の流れ方向中間部には、流路５に面して複数の仕切壁４ｂが立設されている。チップ１が組み立てられて場合には、各仕切壁４ｂは流路５の中間部を分割し、スリット状の内部流路（以下適宜、スリット状流路という）４ａを形成する。ここで、スリット状流路４ａとは仕切壁４ｂによって幅方向に分割された流路のことをいう。また、チップ１を組み立てた場合には、仕切壁４ｂは基板４及びプレート８に当接し、仕切壁４ｂと基板４との間、及び、仕切壁４ｂとプレート８との間には液体検体Ｆｓが浸入できなくなって、流路５が複数のスリット状流路４ａに分割されるのである。
【００３５】
なお、通常は、上記スリット状流路４ａの横断面の縦横比率（縦寸法／横寸法）が０．００５（例えば縦５μｍ，横１ｍｍ）〜１００（例えば縦１０ｍｍ，横１００μｍ）程度の範囲内に収まるようにスリット状流路４ａが形成されることが好ましい。また、一般的には、スリット状流路４ａは５ｍｍ２以下の横断面積を有するように形成されるのが好ましい。詳細には、スリット状流路４ａの断面積は通常１００μｍ２以上、好ましくは２０００μｍ２以上、また、通常５ｍｍ２以下、好ましくは０．３ｍｍ２以下である。
【００３６】
このように、本分析用チップ１では、従来のシート形状の流路５に、仕切壁４ｂを設けることで、上記流路５を微小な内部流路４ａに分割して（即ち、流路の横断面積を小さくして）液体検体Ｆｓの周り込みを抑制できるようになっている。
【００３７】
さて、図１（ａ），（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、基板４の流れ方向中間部には、流路５に面して反応部６が設けられる。
この反応部６は、図１（ａ），（ｂ）では簡略化して示しているが、図３（ｄ）に示すように、所定の物質（検出種）と特異的又は非特異的に相互作用する特定物質６１が、基板４の流路５側の表面にスポット状に複数点固定されてなるものである。この際、特定物質６１が基板４に確実に固定されるようにするため、基板４の表面には特定物質６１と結合しうる固定化膜（有機膜）が形成されていることが望ましい。
反応部６の（縦寸法×横寸法）の一般的な範囲としては、（３ｍｍ×３ｍｍ）〜（２０ｍｍ×２０ｍｍ）であり、一般的に、この領域には、１００μｍ〜１ｍｍの間隔で縦横３〜２００個ずつ計９〜４００００個の特定物質６１が配置される。
【００３８】
なお、ここでは、各特定物質６１には、相互に異なる物質に対して特異的又は非特異的に反応や結合等の相互作用をする特定物質（相互に異なる特定物質）が使用されている。
【００３９】
所定物質、特定物質とは、それぞれ、例えば抗原抗体反応，相補的なＤＮＡ結合，レセプタ／リガンド相互作用，酵素／基質相互作用等の相互作用を生じさせることができる物質であり、具体例を挙げると、たんぱく質，核酸，ＤＮＡ，ＲＮＡ，ペプチド，ホルモン，抗原，抗体，リガンド，レセプタ，酵素，基質，低分子有機化合物，細胞、及びこれらの複合体等である。これらは、必要に応じて蛍光物質、発光物質、放射性物質等により標識されていてもよい。
【００４０】
流路５を流通する液体検体Ｆｓは、その流通過程でこれらのスポット６１と接触することとなり、上記流通後に各スポット６１の反応状況によって液体検体Ｆｓについての分析を行なえる。つまり、上記複数のスポット６１の内、何れかのスポット６１の反応を観察できれば、この反応したスポット（特定物質）６１に対応する所定の物質が液体検体Ｆｓに含まれていることを検出できるのである。
【００４１】
また、本分析用チップ１では、実際は、図３（ｄ）に示すような反応部６（複数の特定物質６１が固定された部分）は初期段階では形成されていないが、基板４に対する特定物質６１の配置をわかりやすく説明するため、図３（ｄ）では便宜的に、基板４に特定物質６１が固定されている状態を示している。従って、図３（ｄ）では、幅方向における特定物質６１の位置及びスポット数が、幅方向における基板４のスリット状流路４ａの位置及びスリット状流路４ａの数に合致するように示している。
【００４２】
スリット状流路４ａを流通する液体検体Ｆｓは、その流通過程でこれらの特定物質６１と接触することとなり、上記流通後に各特定物質６１の反応状況によって液体検体Ｆｓについての分析を行なうことができる。
つまり、上記複数の特定物質６１のうち何れかの特定物質６１の反応を観察できれば、この反応した特定物質６１に対応する所定の物質が液体検体Ｆｓに含まれていることを検出できるのである。
【００４３】
特定物質６１は、隣接する特定物質６１とコンタミネーションを起こさないように基準間隔をあけてチップ１に固定化されている。なお、ここで基準間隔とは、特定物質が固定された各スポットの中心間の間隔のことをいい、また、仕切壁４ｂのピッチは、この基準間隔と略同じに設定されている。仕切壁４ｂを設けても特定物質６１の単位面積当たりのスポット数を従来よりも減少させることはない。逆に、仕切壁４ｂを設けることにより、上記のコンタミネーションを防止できるので、幅方向（流れ方向と垂直の方向）に対する特定物質６１のピッチを従来よりも狭めて単位面積あたりのスポット数を増加することも可能となる。
【００４４】
なお、各特定物質６１に、必ずしも相互に異なる特定物質６１を使用する必要はなく、同じ特定物質６１を使用しても良い。何れにしても、どのような特定物質６１を使用するかは、その分析の目的に応じて適宜設定されるものである。
【００４５】
本発明の第１実施形態としての分析用チップ１は上述したように構成されているので、液体検体Ｆｓを流路５に注入する注入口として孔８１ａを割り当て、孔２１ａから孔８１ａを通じて液体検体Ｆｓを流路５に注入する。また、ｐＨ調整液Ｆｐを流路５に注入する注入口として孔８１ｃを割り当て、孔２１から凹部８１ｂ、孔８１ｃを通じてｐＨ調整液Ｆｐを分析用チップ１に注入する。これにより、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとは、孔８１ｃと流路５とが連結された部分で合流する。
【００４６】
液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとが合流すると、合流した液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐは、反応部６に流入するまでに、流通の過程で拡散現象によって均一に混合され、液体検体ＦｓのｐＨが、孔２１ｂから注入したｐＨ調整液の量に応じた値に調整される。つまり、液体検体Ｆｓが流れている流路５に、孔（注入口）８１ｃからｐＨ調整液Ｆｐを導入したことによって、液体検体ＦｓのｐＨを調整することができるのである。
【００４７】
ｐＨを調整された液体検体Ｆｓは流路５を流れて反応部６に到着し、反応部６で特定物質６１と接する。これにより、所望のｐＨ値で特定物質６１を用いて液体検体Ｆｓの分析を行なうことができる。
【００４８】
したがって、上記の分析用チップ１によれば、液体検体ＦｓのｐＨを簡単に調整することができ、しかも、流れの中で液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合しているので、ｐＨを調整しながら連続して分析を行なうことができる。よって、チップ１や分析装置を組み立てなおしたりする操作が不要であるので、分析に要する手間を少なくすることができる。
【００４９】
また、分析用チップ１によれば、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとが反応部６の直前で混合されるので、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合した直後（通常は混合後１分以下、好ましくは混合後１秒以下）の液体検体Ｆｓの分析を行なうことができる。したがって、液体検体ＦｓがｐＨ調整液Ｆｐと混合された後、経時変化を起こす場合であっても、その経時変化の影響を受けることなく精密に分析を行なうことが可能となる。
【００５０】
さらに、微小に形成された流路５内で混合を行なうために、デッドボリュームが生じたりして液体検体Ｆｓが無駄となるようなことがなく、少量の液体検体Ｆｓで効率的に分析を行なうことができる。
また、孔８１ｃが流路５の幅方向に一列に配置されているので、流路５において均一に混合を行なうことができる。
【００５１】
さて、以上から分かるように、孔（注入口）８１ａ，８１ｃを設けるべき流路５の上流部分は、流路５内の検出や測定を行なう部分よりも上流の部分であれば他に制限はなく、よって孔（注入口）８１ａ，８１ｃはその上流部分の任意の位置に形成することができる。ただし、分析時には反応部６で検出・計測を行なうことが多いので、通常は、流路５の反応部６よりも上流の部分に注入口８１ａ，８１ｃを形成する。したがって、本実施形態においては、注入口８１ａ，８１ｃが形成される流路５の上流部分とは、流路５内の反応部６よりも上流の部分を意味することとなる。なお、あえて反応部６よりも下流で液体検体Ｆｓを検出・観察する場合には、反応部６よりも流れ方向下流側に注入口を設けてもかまわない。
【００５２】
また、流路５を、仕切壁４ｂによって分割して微小な（幅狭な）スリット状流路４ａとしたので、液体検体Ｆｓの周り込みによる気泡２０１の発生を抑制することができる。
つまり、図５（ａ）に示すように、従来のようなシート形状の流路では、固−気−液の三相境界線が長かったため、濡れ性の不均一により一部の液体検体Ｆｓが進行してしまい、結果として液体検体Ｆｓの周り込みによる気体の抱き込み（気泡２０１）が生じていたが、図５（ｂ）に示すように、上記流路５を、独立した微小な内部流路（スリット状流路）４ａに分割したことにより、流路５中の主流と垂直な線分（流路幅）Ｌが小さくなるため、周り込みが発生する確率が大幅に減少する。また、流路５の横断面積が小さくなるので、各スリット状流路４ａに効率的に背圧が加わり気泡２０１が滞留し難くなる。
【００５３】
したがって、本分析用チップ１によれば、気泡の滞留による悪影響（液体検体Ｆｓの流通の阻害、特定物質６１と液体検体Ｆｓとの接触の阻害、液体Ｆｓと気泡２０１との熱伝達率の差異による測定系の温度の不均一、光を用いた分析を行なう際に光路上に気泡２０１が滞留することによる測定の妨害等）を排除でき、分析の信頼性を向上させることができるという利点がある。さらに、気泡２０１の除去作業が不要となり、分析作業を効率的に行なえるといった利点がある。
【００５４】
従来のシート形状の空間内に形成された流路５では、大域的な流れの不均一が生じる。すなわち、通常供給される液体流体の流量範囲では、壁面での液体流体Ｆｓの流速が零であり、縦方向，横方向ともに中心部の流速が早く、壁面に近づくにつれて流速が遅いという流速の不均一が生じる。
しかし、本分析用チップ１では、独立した微小な内部流路（スリット状流路４ａ）を設けることで、例えば、スリット状流路４ａの幅方向において２列に特定物質６１を設ける場合には、この幅方向に並ぶ特定物質６１に対して、液体検体Ｆｓが接触する期間を均一にすることができるので、分析結果の精度を向上させることができる。
【００５５】
また、ホルダによりチップ１を組み付ける場合には、チップ１に圧力がかかるが、チップ１幅方向に亘って複数形成された仕切壁４ｂにより、チップ１の耐圧性を向上させることができ、チップ１の形状変化、特に、厚み方向の形状変化を防止することができる。これにより、チップ１のたわみに起因する流速分布の不均一を防止できるとともに、光学的な分析においては、光路長のばらつきや光軸の変化を抑制できるので、最適な条件下で分析を行なうことができ、分析結果の精度を向上させることができるという利点がある。
【００５６】
さらに、気泡２０１の発生に伴って生じる分析作業のやり直し頻度が減少するので、分析を効率的に行なえるようになるという利点もある。
【００５７】
そして、反応部６を通過した液体検体Ｆｓ、及び、液体検体Ｆｓに混合したｐＨ調整液Ｆｐは、各スリット状流路４ａの下流端部から、プレート８の孔８２、及び、蓋部２の排出口２２を通してチップ１外へ排出される。
【００５８】
なお、本実施形態では液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合させたが、注入口から流路５に注入する液体の種類や組み合わせは任意であり、本実施形態で用いたもの以外の液体を液体検体Ｆｓと混合させてもよい。例えば、液体検体Ｆｓにその溶媒や、液体検体Ｆｓとは異なる濃度の所定物質の溶液などの塩濃度調整液を混合させれば、液体検体Ｆｓ中の所定物質の濃度を変えながら分析を行なうことができる。また、例えばある液体検体Ｆｓ１に別の液体検体Ｆｓ２を混合させながら分析を行なうようにしてもよい。さらに、例えば、別々の注入口から同種の液体検体Ｆｓを注入し、その液体検体Ｆｓの拡散混合（拡散による混合）を効率よく行なうようにしてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐという２種類の液体を混合させるように分析用チップ１を構成したが、分析用チップ１は３種以上の液体を混合させるように構成してもよい。例えば、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、蓋部２の孔２１ｂよりも下流に孔２１ｃを形成し、また、プレート８の凹部８１ｂよりも下流に、上流側端部が孔２１ｃと整合して連通し、且つ、下流側端部に流路５に連通する孔８１ｅを複数形成された凹部８１ｄを形成すれば、液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐに加え、さらにもう１種の液体を流路５に注入し、混合を行なうことができる。なお、図６において図１〜３で付した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【００６０】
さらに、蓋部２と基板４との間のプレートの数を増やして構成してもよい。例えば、図７，図８（ａ）〜（ｅ）に示すように、プレート８に代えてプレート８Ａ及びプレート８Ｂを有するようにして分析用チップ１を構成することができる。以下、この実施形態について説明する。
蓋部２及び基板４は、上述した第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。プレート８Ａには、孔２１ａに整合して連通する孔８１Ａａと、上流端部が孔２１ｂに整合して連通する凹部８１Ａｂと、凹部８１Ａｂの下流端部に形成された複数の孔８１Ａｃと、孔２１ｃに整合して連通する孔８１Ａｄと、孔２２に整合して連通した孔８２Ａが形成されている。
【００６１】
プレート８Ｂには、上流端部が孔８１Ａａに整合して連通した凹部８１Ｂａと、凹部８１Ｂａの下流端部に形成された複数の孔８１Ｂｂと、上流端部が孔８１Ａｄに整合して連通した凹部８１Ｂｃと、凹部８１Ｂｃの下流端部に形成された複数の孔８１Ｂｄと、孔８２Ａに整合して連通した孔８２Ｂとが形成されている。プレート９には、上述した第１実施形態と同様に孔９ｃが形成されているが、孔９ｃの上流端部は孔８１Ｂｂに整合して連通しており、また、孔９ｃの下流端部は孔８２Ｂに整合して連通している。さらに、孔８１Ｂｄは孔９ｃに連通するように形成されている。なお、上述した第１実施形態の分析用チップ１と同様に、この孔９ｃが流路５を形成する。
【００６２】
以上のように形成された分析用チップ１では、孔２１ａから注入された液体検体Ｆｓと、孔２１ｂから注入された液体とは、凹部８１Ｂｂで合流し、混合される。次いで、凹部８１Ｂａで混合された液体検体Ｆｓは、孔８１Ｂｂから流路５に流入する。一方、孔２１ｃから注入された液体は、孔８１Ａｄ、凹部８１Ｂｃ、孔８１Ｂｄを介して流路５に流入し、そこで、液体検体Ｆｓと合流する。
このように、蓋部２と基板４との間に多数のプレートを設けて、分析用チップ１を作製することも可能である。なお、図７，８中、図１〜６の符号と同じ符号は、同様のものを示す。
【００６３】
また、注入口である孔８１ｃは本実施形態のように幅方向に一列に形成するほか、任意の配置及び形状で形成することができる。例えば、図９（ａ）に示すように長穴８１ｃ′として形成したり、あるいは、図９（ｂ）に示すように、液体検体Ｆｓの注入口８１ａから凹部８１ｂ′端部までの距離を等しくし、その凹部８１ｂ′の下流端部に形成された各孔８１ｃまでの距離が等しくなるよう円弧状に配置したりしてもよい。
なお、図９において図１〜３で付した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【００６４】
また、上記のような凹部８１ｂ，８１ａ、８１Ａｂ，８１Ｂａ，８１Ｂｃ，８１ｂ′の形成方法としては、機械加工、射出成型や圧縮成型に代表される転写技術、ドライエッチング（ＲＩＥ，ＩＥ，ＩＢＥ，プラズマエッチング，レーザーエッチング，レーザーアブレーション，ブラスト加工，放電加工，ＬＩＧＡ，電子ビームエッチング，ＦＡＢ）、ウエットエッチング（化学浸食）、光造形やセラミックス敷詰等の一体成型、各種物質を層状にコート，蒸着，スパッタリング，堆積して部分的に除去することにより微細構造物を形成するＳｕｒｆａｃｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍａｃｈｉｎｉｎｇ、インクジェットやディスペンサーにより流路構成材料を滴下して形成する方法、光造形法などを適宜選択して用いればよい。
【００６５】
〔２〕第２実施形態
本発明の第２実施形態としての分析用チップ１Ａは、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用したＳＰＲセンサに使用される分析用チップ（以下適宜、センサチップという）として構成されている。
【００６６】
以下、図１０及び図１１を参照してＳＰＲセンサ及びセンサチップ１Ａについて説明する。
図１０及び図１１は、本発明の第２実施形態について示すものであり、図１０はＳＰＲセンサの模式的なシステム構成図、図１１はセンサチップ１Ａの構成を説明するための模式的な分解斜視図である。なお、上述の第１実施形態で説明した部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
図１０に示すように、ＳＰＲセンサは、分析用チップであるセンサチップ１Ａと、このセンサチップ１Ａに光を照射する光源１００と、センサチップ１Ａからの反射光を検出するための検出器〔ここではＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ〕１０１とをそなえて構成されている。なお、図１０では光源１００からの入射光及びセンサチップ１Ａからの反射光の光軸は流れ方向と垂直な方向で示しているが、前記入射光及び反射光の光軸の方向はこれに限定されるものでは無く、例えば入射光の光軸が流れ方向と平行な方向でも良く、また、反射光の光軸がセンサチップ１Ａで反射することによって入射光の光軸の方向から変わってもよい。さらに、センサチップ１の背面（基板４側）から光を照射して、センサチップ１の背面（基板４側）で反射光を観測し、分析を行なうようにしてもよいが、その場合は、基板４を入射光及び反射光が透過できる素材で形成しなくてはならない。
【００６８】
センサチップ１Ａは、蓋部２及びプレート８，９が透明な材料で構成されている。また、チップ１の組み立て時にプレート９に面する基板４の一方の面には、金属層４１がコーティングされている。さらに、基板４の金属層４１がコーティングされている側の面には、エバネッセント波を生成する光学構造として回折格子４２が形成されている。センサチップ１Ａのその他の構成は、第１実施形態で説明した分析用チップ１と同様の構成となっている。
なお、金属層４１の材質は、表面プラズモン波を誘起しうるものであれば限定はなく、例えば、金，銀，アルミニウム等である。
【００６９】
また、反応部６において特定物質６１は、金属層４１に直接固定されてもよく、あるいは金属層４１に固定化膜（有機膜）を形成し、その有機膜に固定してもよい。ここでいう有機膜とは公知の構造を含む。また、この有機膜の機能としては、特定物質６１を金属層４１に安定的に固定化し、非特異吸着を抑制するものが望ましい。例えば、生体物質と結合するための官能基として、アミノ，アルデヒド，エポキシ，カルボキシル，カルボニル，ヒドラジド，ヒドロキシル，ビニル基のいずれかを含み、金属層４１と結合するためにイソチオシアネート，イソニトリル，キサンテート，ジセレニド，スルフィド，セレニド，セレノール，チオール，チオカルバメート，ニトリル，ニトロ，ホスフィンのいずれかを含む直鎖高分子あるいは２重，３重結合を含む炭化水素鎖を含む。また、マトリックスとしてハイドロゲル（アガロース，アルギン酸，カラゲナン，セルロース，デキストラン，ポリアクリルアミド，ポリエチレングリコール，ポリビニルアルコール等）を構成するものでも良い。また、ＬＢ膜，自己組織化単分子膜，脂質二重膜等の組織的構造を用いたものでも良い。
【００７０】
回折格子４２は、基板４の表面に凹凸を形成しておき、その上にスパッタリング等により金属を薄く積層して上記金属層４１を形成することで上記金属層４１の表面に具現できる。
また、基板４に回折格子４２を設けるべく形成される凹凸は、例えば、基板４を切削して形成され、切削方法としては機械的に行なうものでも良いし、エッチングの技術等により化学的に行なうものでもよい。
【００７１】
さらに、基板４を樹脂材により構成する場合には、樹脂材が完全に固化しないうちに、例えばフォトリソグラフィ等により凹凸を形成したスタンパを基板４に押圧して凹凸を形成することもできるし、射出成形によりスタンパから凹凸形状を転写しても良い。
【００７２】
本発明の第２実施形態としての分析用チップ（センサチップ）１Ａは、上述したように構成されているので、第１実施形態と同様に、孔２１ａから液体検体Ｆｓを注入し、孔２１ｂからｐＨ調整液Ｆｐを注入して、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合することにより、ｐＨを精密に制御しながら表面プラズモン共鳴を利用して分析を行なうことができる。
【００７３】
上記光源１００から透明な蓋部２及びプレート８，９を介して基板４に光が照射されると、この光によって金属層４１の表面に発生した表面プラズモン波が、回折格子４２により金属層４１に誘発されたエバネッセント波と共鳴して、金属層４１に照射された光のうち、特定の入射角又は特定の波長の光成分のエネルギーが金属層４１に吸収される。したがって、金属層４１からの反射光は、特定の入射角又は特定の波長の光成分のエネルギーが弱くなる。
【００７４】
金属層４１上で発生するエバネッセント波の角度及び波長は、金属層４１もしくは金属層４１上に形成された有機膜に固定された特定物質６１により捕捉された検出種の量に応じて変化し、これに応じて、吸収される反射光の角度及び波長が変化する。
【００７５】
したがって、反応部６の各特定物質６１からの反射光の光強度をそれぞれＣＣＤカメラ１０１により監視して、かかる角度及び波長の変化を検出することで液体検体中の検出種の濃度をリアルタイムで測定できる。
【００７６】
以上のような、本発明の第２実施形態としての分析用チップ（センサチップ）１Ａによれば、上述した本発明の第１実施形態と同様、流路５の上流部分でＦｓとＦｐとをすばやく正確に混合することができるので、正確且つ効率的に分析を行なうことができる。また、チップ１Ａを用いた表面プラズモン共鳴では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
また、ＳＰＲセンサに使用される分析用チップ１Ａの大きな特徴として、反応部６（複数の特定物質６１）における相互作用の状態を光学的に且つオンラインで検出することが挙げられる。
また、このようなＳＰＲを利用した分析では、マイクロチャンネルチップに同一の液体検体を流通させて分析を行なうだけでなく、複数の液体検体を、バッファーを挟んで連続的に流通させて、これらの液体検体の所定物質と特定物質との一連の結合−解離を分析することも可能である。
【００７８】
また、本実施形態では検出器１０１としてＣＣＤカメラを用いたが、検出器１０１はこれに限定されるものではなく、フォトダイオード、光電子増倍管、感光紙など、任意のものを使用することができる。
【００７９】
〔３〕第３実施形態
図１２〜図１４は本発明の第３実施形態としての分析用チップ１Ｂの構成を示すもので、図１２（ａ）はその模式的な組立斜視図、図１２（ｂ）は分析用チップ１Ｂの模式的な分解斜視図、図１３は図１２（ａ）のＹ−Ｙ断面図、図１４（ａ）は分析用チップ１Ｂの蓋部の上面図、図１４（ｂ）は分析用チップ１Ｂの中間プレートの上面図、図１４（ｃ）は分析用チップ１Ｂの基体の上面図である。なお、上述の第１実施形態で説明した部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、本分析用チップ（単にチップともいう）１Ｂは、蓋部２，中間プレート（以下、単にプレートという）１０，基板４をそなえて構成されている。
本分析用チップ１Ｂでは、第１実施形態の分析用チップ１に対し、プレート８，９の代わりに、シート状空間を形成するプレート１０をそなえている他は第１実施形態と同様に構成されている。従って、以下、特にプレート１０について詳細に説明する。
なお、蓋部２の注入口２１ａ，２１ｂ及び排出口２２には、それぞれパイプ（図示略）が挿入されており、外部の送液ポンプや廃液タンクへつながるチューブとの接続を容易に行なえるようになっている。
【００８１】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、プレート１０には、プレート１０の表裏面に開口部を有する孔１０ｄが形成されている。図１３に示すように、孔１０ｄは、チップ１Ｂを組み立てたときにはその開口部の一方を蓋部２により閉塞され、他方を基板４により閉塞されて、シート状の流路５を形成する。つまり、孔１０ｄが流路５を構成する。さらに、孔１０ｄは、その上流側端部に孔２１ａが整合して連通し、その下流側端部に孔２２が整合して連通するよう構成されている。
【００８２】
そして、本実施形態の特徴として、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、孔１０ｄの上流、即ち流路５の上流に、孔１０ｄの他の部分よりも流路５の幅（即ち、孔１０ｄの幅方向の距離）が小さく形成されることにより、流れ方向に直交する断面の断面積が流路５以下より小さい狭流路部（上流部分）１０ｅが設けられている。この狭流路部１０ｅに、注入口である孔２１ａ，２１ｂが連通するように設定されている。
【００８３】
本発明の第３実施形態としての分析用チップ１Ｂは、上述したように構成されているので、蓋部２の注入口２１ａに注入された液体検体Ｆｓは、狭流路部１０ｅに流入する。一方、孔２１ｂから注入されたｐＨ調整液Ｆｐは、狭流路部１０ｅで液体検体Ｆｓと合流し、この狭流路部１０ｅで液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとが混合する。ｐＨ調整液Ｆｐと混合した液体検体Ｆｓは、、流路５を流通し、反応部６を通過して、孔２２から排出される。
【００８４】
この本実施形態の分析用チップ１Ｂによれば、第１実施形態の分析用チップ１と同様の効果を得ることができる。
また、分析用チップ１Ｂを用いた場合には、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとが混合する際、第１実施形態と同様に拡散現象が起こるが、狭流路部１０ｅは幅が狭く形成されているので、狭流路部１０ｅは流れ方向に直交する断面の断面積も小さくなり、より速やかに、即ち、より短い滞留時間内で、拡散が完了する。
このため、液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとの混合に要する時間が短くなるので、効率的に分析を行なうことができる。
【００８５】
なお、本実施形態では液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合させたが、これ以外の組み合わせで液体検体Ｆｓと別の液体とを混合させてもよい。
また、本実施形態では液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐという２種類の液体を混合させるように分析用チップ１Ｂを構成したが、第１実施形態と同様、分析用チップ１Ｂの注入口の数｛図１５（ａ）の例では、孔２１ａ，２１ｂ，２１ｃの３個｝を増やして更に多種の液体を混合させるように構成したりしてもよい。
【００８６】
また、本実施形態では狭流路部１０ｅの幅を狭くして狭流路部１０ｅを形成したが、図１５（ｂ）に示すように、流路５の高さを低くすることによって狭流路部１０ｅを形成してもよい。なお、図１５中、図１〜１４において使用した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【００８７】
また、本実施形態では流路５の上流部分全体を通じて流路５の幅を小さくし狭流路部１０ｅを形成したが、例えば図１６（ａ）〜（ｃ）に示すように、下流側の注入口（本実施形態では、孔２１ｂ）の流れ方向下流の一部のみの幅を小さくするなどして、流路５の反応部６よりも上流の上流部分の一部を狭流路部１０ｅとして狭く形成した場合でも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図１６中、図１〜１５において使用した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【００８８】
本実施形態のように、流路５の上部（蓋部２側）から複数種の液体（ここでは、液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐ）が流通させられる場合、拡散が生じなければ、図２４（ａ）に示すように、通常のレイノルズ数（Ｒｅ＜１００）においては、高さ方向に層状に液体が流通する。しかし、シート状空間に形成された流路５では、流路５の高さが小さいため、図２４（ｂ）に示すように、濃度分布が生じている方向である流路５の高さ方向への拡散が非常に短時間で生じることが可能である。また、拡散は滞留時間と関連し、完全混合していない範囲においては滞留時間が長いほうが拡散量が多いので、例えば、流路５を流れる液体の流量が一定であれば、幅が大きい流路ほど液体の線速が遅くなることを利用して、流路５の高さを変えずに幅を広げ流路５を流れる液体（液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐ）の線速を低下させることで、更に拡散が効率的となる。また、例えば液体の流量を小さくすることによっても、更に拡散が効率的となる。したがって、図２５（ａ），（ｂ）に示すように、狭流路部１０ｅでは流路５の幅を大きくし、且つ、高さを小さくすることが効果的である。ただしこの場合でも、上述したように流路５の上流部分には流れ方向に直交する断面の断面積を流路５より小さくした狭流路部１０ｅを形成し、幅方向の濃度分布を一定にしてから、流路５の幅を大きくすることが望ましい。なお、図２４（ａ），（ｂ）、図２５（ａ），（ｂ）において、図１〜１５において使用した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【００８９】
なお、拡散は互いに混合させる液体（ここでは、液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐ）の溶媒、溶質の分子量、拡散係数、粘度、動粘度、密度、流量、線速度、温度、あるいは流路の形状及び寸法に依存する。また、これらにより導かれる無次元量レイノルズ数Ｒｅ、及び、ペクレ数Ｐｅが一般的な拡散混合の指標となる。
【００９０】
〔４〕第４実施形態
図１７〜図１９は本発明の第４実施形態としての分析用チップ１Ｃの構成を示すもので、図１７（ａ）はその模式的な組立斜視図、図１７（ｂ）はその模式的な分解斜視図、図１８は図１７（ａ）のＹ−Ｙ断面図、図１９（ａ）は分析用チップ１Ｃの蓋部の上面図、図１９（ｂ）は分析用チップ１Ｃの第１のプレートの上面図、図１９（ｃ）は分析用チップ１Ｃの第２のプレートの上面図、図１９（ｄ）は分析用チップ１Ｃの基体の上面図である。なお、上述の第１〜３実施形態で説明した部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９１】
本発明の第４実施形態としての分析用チップ１Ｃは、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態としての分析用チップ１のプレート８，９の代わりに、第１の中間プレート（以下、単にプレートという）１６及び第２の中間プレート（以下、単にプレートという）１７を備えたほかは第１実施形態の分析用チップ１と同様の構成となっている。したがって、以下、プレート１６，１７について説明する。
【００９２】
図１９（ａ）〜（ｄ）に示すように、プレート１６の下流部には、分析用チップ１Ｃを組み立てたときに蓋部２の孔２２と整合して連通する孔１６ｄが形成され、プレート１７の下流部には、チップ１Ｃを組み立てたときに下流端が孔１６ｄに整合して連通するよう形成された孔１７ｃが形成されている。
孔１７ｃは、図１８に示すように、分析用チップ１Ｃを組み立てたときには、その開口部の一方をプレート１６により閉塞され、他方を基板４により閉塞されて、シート状の流路５の一部（下流部分）を形成する。さらに、孔１７ｃの他方の開口部は、分析用チップ１Ｃを組み立てたときに反応部６と連通するよう形成されている。
【００９３】
また、孔１７ｃには、その上流に、孔１７ｃの幅（即ち、孔１７ｃの幅方向の距離）が小さく形成された狭流路部１７ｄが形成されている。
【００９４】
プレート１６には、流路５の幅方向一方［図１９（ｂ）中では、上方］に向かってＵ字型に屈折したＵ字型孔１６ｂ及びＵ字型孔１６ｃが形成されている［図１９（ｂ）］。また、プレート１７には、流路５の幅方向他方（図１９（ｃ）中では、下方）に向かってＵ字型に屈折したＵ字型孔１７ａ及びＵ字型孔１７ｂが形成されている。
そして、Ｕ字型孔１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂは、分析用チップ１Ｃを組み立てたときに、Ｕ字型孔１６ｃの下流端が狭流路部１７ｄの上流端（孔１７ｃの上流端でもある）に整合して連通し、Ｕ字型孔１７ｂの下流端がＵ字型孔１６ｃの上流端に整合して連通し、Ｕ字型孔１６ｂの下流端がＵ字型孔１７ｂの上流端に整合して連通し、Ｕ字型孔１７ａの下流端がＵ字型孔１６ｂの上流端に整合して連通するよう設定されている。
【００９５】
プレート１６の上流端部には孔１６ａが形成されていて、孔１６ａは下流側の部分が流路５の幅方向一方に向かってＵ字型に屈折し、上流側の部分が流れ方向に平行に延在する形状に形成されている。孔１６ａは、分析用チップ１Ｃを組み立てたときに孔１６ａの下流端がＵ字型孔１７ａの上流端に整合して連通し、また、孔１６ａの上流端が孔２１ａと整合して連通し、さらに、孔１６ａの上流側の部分が孔２１ｂと整合して連通するよう設定されている。
【００９６】
そして、後述するように、孔１６ａ、Ｕ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃ、及び孔１７ｃが本実施形態のチップ１Ｃの流路５を構成し、孔１６ａ及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃが、本実施形態のチップ１Ｃのカオティックミキサー（ｃｈａｏｔｉｃ ｍｉｘｅｒ）１８を構成する。
なお、孔１６ａ及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃは、それぞれ幅が狭流路部１７ｄと同じに形成されている。
【００９７】
本発明の第４実施形態としての分析用チップ１Ｃは以上のように構成されているので、注入口である孔２１ａから液体検体Ｆｓを注入すると、液体検体Ｆｓは孔１６ａ、Ｕ字型孔１７ａ、Ｕ字型孔１６ｂ、Ｕ字型孔１７ｂ、Ｕ字型孔１６ｃ、及び孔１７ｃを流通し、孔１６ｄを経て排出口である孔２２から排出される。
したがって、孔１６ａ、Ｕ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃ、及び孔１７ｃが本実施形態の流路５を構成し、孔１６ａ及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃが、流路５の上流部分として、本実施形態のチップ１Ｃのカオティックミキサー１８を構成する。
【００９８】
また、ｐＨ調整液Ｆｐが注入口である孔２１ｂから注入されると、ｐＨ調整液Ｆｐは孔１６ａ内部の孔２１ａよりも下流側で流路５に注入されて、そこで液体検体Ｆｓと合流する。
【００９９】
液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐが合流すると、液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐはともにカオティックミキサー１８を構成する孔１６ａ、Ｕ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃを流通する。図１９（ｂ）、（ｃ）に示すように、孔１６ａ、及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃはそれぞれ上流から下流に流れるにしたがって幅方向に反対の方向へ交互に屈折するよう構成されており、さらに、図１８に示すように、孔１６ａ、及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃは、それぞれ上流から下流に流れるにしたがって厚み方向上下に交互に屈折するよう構成されている。つまり、液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐはカオティックミキサー１８を構成する孔１６ａ、及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃを流通する際に、流れ方向に向かって上下左右に屈折して形成された狭流路部を流れることになり、流れの障害となる上記の屈折によって液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐの界面が流れと共に増加することにより、拡散混合が著しく効率的となる。
【０１００】
しかも、図１９（ｂ），（ｃ）にあるように、カオティックミキサー１８を構成する孔１６ａ、Ｕ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃ、及び孔１７ｃの狭流路部１７ｄは流路幅を狭く構成されている。これによって、第３実施形態で説明したのと同様に、流路幅が大きく形成されている場合と比べ、拡散が速やかに完了するので、効率的に混合が進む。
【０１０１】
このようにして、孔１６ａで合流した液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐは、効果的に混合された後、反応部６で検出・測定され、孔１６ｄを通じて孔２２から排出される。
【０１０２】
以上のように、本実施形態の分析用チップ１Ｃを用いればカオティックミキサーを用いたことにより、効率的に混合を行なうことができるほか、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では液体検体ＦｓとｐＨ調整液Ｆｐとを混合させたが、これ以外の組み合わせで液体検体Ｆｓと別の液体とを混合させてもよい。
また、本実施形態では液体検体Ｆｓ及びｐＨ調整液Ｆｐという２種類の液体を混合させるように分析用チップ１Ｃを構成したが、蓋部２に孔１６ａに連通する孔２１ｃを更に形成して（図２０の例では、２１ａ，２１ｂ、２１ｃの３個）、分析用チップ１Ｃが３種以上の液体を混合させるように構成してもよい。なお、図２０中、図１〜１９で使用した符号と同じ符号は、同様のものを表わす。
【０１０３】
また、第１実施形態と同様に、注入口である孔２１ａ，２１ｂの数や形状は任意であり、分析方法に応じて適宜選択すればよい。
また、本実施形態では流路５の上流部分である孔１６ａ、及びＵ字型孔１７ａ，１６ｂ，１７ｂ，１６ｃの配置を立体的に変えることでカオティックミキサーを構成したが、カオティックミキサーは上述した構成に限定されるものではない。
【０１０４】
カオティックミキサーを流通する過程で、カオティックミキサー内の隣接する液体粒子が、カオティックミキサー内の流通流路が適当に複雑であるために、流通開始から一定時間流通後、互いの隣接の度合い予想できない状態に位置を異にしてしまうことを、カオティックミキシングという。本実施形態は、このカオティックミキシングを利用したもので、図１８、図１９（ｂ），（ｃ）に示したような直線状でない流路（カオティックミキサー１８）に、適当なレイノルズ数を有する液体を流通させることで、一定時間後にカオティックミキサー１８内の液体が混合されるのである。よって、本実施形態に適用できるカオティックミキサーは本実施形態で説明したものに限られず、公知のカオティックミキサーを適宜選択して用いることができる。
【０１０５】
〔５〕第５実施形態
図２１は本発明の第５実施形態を説明する図である。
本発明の第５実施形態としての分析装置は、図２１に示すように、第１，第３，第４実施形態で説明した分析用チップ１，１Ｂ，１Ｃ（以下、分析用チップとしては符号１を使用する）と、分析用チップ１を流通する液体検体Ｆｓの分析を行なう分析部５０１と、分析用チップ１の上流に備えられ、分析用チップ１に液体検体Ｆｓを導入するに先立ち物理的及び／又は化学的な作用によって液体検体Ｆｓを分離する分離装置５０２と、分析用チップ１から排出された液体検体Ｆｓを分析する後分析装置５０３とを備えている。なお、上述の各実施形態で説明した分析用チップ１については、その説明を省略する。
【０１０６】
分析部５０１の種類は任意であるが、通常、分析部５０１は表面プラズモン共鳴、化学発光、生物発光、電気化学発光、蛍光、及びＲＩ（放射性同位体分析）のいずれかの分析手法により分析を行なうものが好ましい。なお、分析部５０１は上記手法のうちの１種の手法により分析を行なうものでも良く、２種以上の手法を組み合わせて分析を行なうものでもよい。
【０１０７】
分析部５０１が表面プラズモン共鳴を用いて分析を行なう場合には、その分析部５０１の具体的な装置構成は、上述した第２実施形態と同様に構成することができる。また特に、表面プラズモン共鳴を用いた分析部５０１では、分析用チップ１の背面から光を照射して、分析を行なうことも可能である。即ち、分析用チップ１の基板４側から分析用チップ１の流路５内に形成された反応部６に光を照射して、その反応部６からの反射光を分析用チップ１の基板４側で観測し、分析を行なうのである。ただしその場合には、照射された光が分析用チップ１の反応部６にまで届く必要があることから、当然基板４は照射される入射光が透過できるものでなくてはならない。したがって、分析用チップ１の背面から光を照射して分析を行なう場合には、通常、基板４は入射光と同じ波長を有する光を透過しうる素材で作製することになる。
【０１０８】
分析部５０１が蛍光により分析を行なうものである場合には、分析用チップ１の蓋部２を透明に形成し、蓋部２側から励起光を照射して蓋部２側から蛍光の検出を行なう。ただし、表面プラズモン共鳴により分析を行なう場合と同様に、分析用チップ１の背面側、即ち、基板４側から励起光を照射し、基板４側で蛍光を検出し、分析を行なうこともできる。なお、この場合には基板４を透明に形成することが必要となる。また、分析用チップ１の蓋部２側から励起光を照射して基板４側で蛍光を検出したり、逆に基板４側から励起光を照射して基板４側で蛍光を検出することも可能である。なお、化学発光や生物発光においては、通常励起光の照射は不要である。
【０１０９】
分析部５０１が化学発光や生物発光により分析を行なうものである場合には、分析用チップの透明部（透明に形成した部分）を通じて、任意の方向から化学発光の検出を行なうことができる。よって、例えば分析用チップ１の蓋部２を透明に形成した場合には蓋部２側から光の照射・検出をすることができるし、基板４を透明に形成した場合には基板４側から光の照射・検出をすることができる。
【０１１０】
分析部５０１が電気化学発光により分析を行なうものである場合には、化学発光により分析を行なう場合とほぼ同様であるが、電気化学発光の場合には、基板４に電極を設けることに注意すべきである。したがって、電極が不透明の素材で形成されている場合には、たとえ基板４を透明な素材で形成していても基板４側から電気化学発光の検出を行なうことは難しい。ただし、電極が透明な素材（例えばＩＴＯ）で形成されている場合や、不透明な素材で形成されているが極薄い薄膜状に形成されていることによって光が透過できる場合には、基板４側から光の照射、検出を行なうことも可能である。
【０１１１】
また、本実施形態の分析装置では、分析用チップ１の上流に、分析用チップ１に液体検体Ｆｓ、及び、液体検体Ｆｓと混合する他の液体を導入するに先立ち、物理的及び／又は化学的な作用によって、液体検体Ｆｓ及び液体検体Ｆｓと混合する他の液体の少なくともいずれかを分離する分離装置５０２が備えられている。
【０１１２】
分離装置５０２の種類は任意であるが、通常、試料の吸着性や分配係数に応じて分離を行う液体クロマトグラフィーやＨＰＬＣ（ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ），試料の電気陰性度に応じて分離を行うキャピラリー電気泳動やマイクロチップ電気泳動，マイクロチャネル電気泳動或いはフローインジェクションを用いた分析方法などが好適であるが、もちろんこの他の装置を分離装置５０２として分析装置に取り付けても良く、また、上記の装置を組み合わせてもちいてもよい。
【０１１３】
マイクロチャネルは何らかのチップ表面に形成された試料が流れる溝のことであり、マイクロチャネル電気泳動は、この溝の一部にＨＰＬＣのカラム充填材に相当するものを詰めたり、溝表面に官能基を備えさせたりすることで、分離が可能となるものである。
また、フローインジェクションは試料が流れている状態で様々な反応を起こさせる手法であるが、例えば錯形成反応と溶媒抽出とを行い、試料中の検出種以外の物質を除去する等の処理をして、分離を行うことができる。
なお、もちろん上記以外の装置を分離装置５０２として分析装置に取り付けても良い。
【０１１４】
また、本実施形態の分析装置は、分析用チップ１から排出された液体検体Ｆｓを分析する後分析装置５０３を備えている。後分析装置５０３の種類について特に制限はなく、任意の分析装置を後分析装置５０３として用いることができるが、具体例としては、ＭＳ（質量分析装置）、プロテインシーケンサ、ＤＮＡシーケンサ、ＳＥＭ，ＳＰＭ，ＳＴＭ，ＡＦＭなどが挙げられる。
後分析装置５０３は液体検体Ｆｓを分析可能な状態にするような前処理機構を含めてもよい。また、上記の装置を組み合わせて用いてもよい。
【０１１５】
本発明の第５実施形態としての分析装置は以上のように構成されているので分析時には、分離装置５０２、分析用チップ１、後分析装置５０３の順に液体検体Ｆｓが流され、分析が行なわれる。
【０１１６】
また、分析部５０１で分析を行なう際に、分析用チップ１を用いて分析を行なうため、液体検体Ｆｓに別の液体を容易に且つ効率的に混合することができ、分析を効率よく且つ精度良く行なうことができるほか、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【０１１７】
さらに、本実施形態の分析装置は、後分析装置５０３を備えているので、一度の分析操作によって多くのデータを得ることができ、液体検体Ｆｓをより多面的に分析することが可能となる。
【０１１８】
なお、本実施形態では分析用チップ１として第１実施形態で説明したものを用いたが、分析用チップ１はこれと同一のものでなくても良く、他の構成を有する分析チップ１を用いてもよいことは言うまでもない。
【０１１９】
〔６〕その他
以上、本発明の第１〜第５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ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１２０】
例えば、第１〜第５実施形態の構成をそれぞれ組み合わせて実施してもよい。
具体例としては、第３実施形態に第２実施形態を併合しても良い。即ち、第３実施形態の分析用チップ１Ｂにかかる蓋部２及びプレート１０を透明な材料により構成し、また、基板４の特定物質６１が固定される面に回折格子４２及び金属層４１を形成してセンサチップとして構成する。これにより、蓋部２及びプレート１０を介して基板４に光を照射し、反応部６の各特定物質６１からの反射光の光強度を検出することにより、第２実施形態の効果と同様に、液体検体中の検出種の濃度をリアルタイムで測定することが可能となる。
【０１２１】
また、上記の各実施形態では、液体検体Ｆｓを輸送するための手段を、送液ポンプにより構成したが、液体検体Ｆｓの輸送手段はこれに限定されず、送液ポンプ以外の圧力式のものは勿論、流路５に電場を加えることにより液体検体Ｆｓの流れ（電気浸透流れ）を生起させるようにしても良いし、さらに、これらに毛細管現象による輸送を組み合わせても良い。
【０１２２】
また、図２２に示すように、特定物質を固定する基板以外の部分（上述した各実施形態では、蓋部２やプレート８〜１０，１６，１７）を、光造形法などの手法によって一体の構造として構成してもよい。なお、図２２中、図１〜２１で用いられた符号と同じ符号は、同様のものを示す。
また、スクリーン印刷やインクジェットなどの印刷、又はコーティングなどにより、上記各実施形態におけるプレート８〜１０，１６，１７を、プレート基板４上に直接形成してもよい。
【０１２３】
また、図２３に示すように、注入口及び排出口の一部又は全部を分析用チップ１の側面に形成してもよい。図２３では、液体検体Ｆｓを注入する注入口２１ａ、及び、排出口２２を分析用チップ１の側面に設け、ｐＨ調整液Ｆｐを注入する注入口２１ｂを分析用チップ１の蓋部２上面に設けている。これにより、例えば表面プラズモン共鳴センサにより分析を行なう場合には、分析用チップ上部の光の通過部分に液体検体Ｆｓを供給又は排出するためのコネクタを設ける必要がなくなるため、反応部及び検出面を広くすることができ、また、光源や検出器などの光学系を分析用チップに近づけることができるなどの利点を得ることができる。なお、図２３中、図１〜２２で用いられた符号と同じ符号は、同様のものを示す。
【０１２４】
なお、上記の説明で用いた分析用チップ１では、いずれも反応部６では流路５を内部流路（スリット状流路）４ａに分割する構成を示したが、本発明の実施の際には、複数のスリット状流路を有さない流路を備えて構成してもよい。
【０１２５】
また、上述した実施形態では液体検体ＦｓにｐＨ調整液Ｆｐを混合する例を示して説明したが、液体検体Ｆｓに混合する液体は任意であり、ｐＨ調整液の代わりに、例えば、塩濃度調整液、濃度調整液、反応促進液、反応抑制液、反応停止液、液体検体Ｆｓと反応する液体などを用いてもよい。
【０１２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の分析用チップ及び分析方法によれば、分析用チップを簡素でコンパクトな構成にしながら、簡単にすばやく混合を行なうことができる。これにより、上記のように混合を伴う分析であっても、液体検体の量を少量に抑えながら、効率よく且つ精密に分析を行なうことができる。
【０１２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態としての分析用チップを示す図であり、（ａ）はその模式的な組立斜視図、（ｂ）はその模式的な分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態としての分析用チップを示す模式的な図であり、（ａ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＸ２−Ｘ２断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態としての分析用チップを示す模式的な図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はそのプレートの上面図、（ｄ）はその基板の上面図である。
【図４】液体検体の流れ方向の定義を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）は従来のシート形状の空間内に形成された流路を模式的に示す平面図、（ｂ）は本発明の第１実施形態としての分析用チップのスリット状流路を模式的に示す平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態としての分析用チップの第１変形例を説明するための模式的な図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はそのプレートの上面図、（ｄ）はその基板の上面図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第２変形例としての分析用チップを示す模式的な分解斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態の第２変形例としての分析用チップを示す模式的な図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はそのプレートの上面図、（ｄ）はそのプレートの上面図、（ｅ）はその基板の上面図である。
【図９】（ａ）は本発明の第１実施形態の第３変形例としての分析用チップのプレートの模式的な上面図、（ｂ）は本発明の第１実施形態の第４変形例としての分析用チップのプレートの模式的な上面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかるＳＰＲセンサの全体構成を示す模式的な斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態としての分析用チップの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】本発明の第３実施形態としての分析用チップについて示す図であり、（ａ）はその模式的な組立斜視図、（ｂ）はその模式的な分解斜視図である。
【図１３】本発明の第３実施形態としての分析用チップを示す、図１２（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態としての分析用チップを示す模式的な図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はその基板の上面図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第３実施形態の第１変形例としての分析用チップの模式的な断面図、（ｂ）は本発明の第３実施形態の第２変形例としての分析用チップの模式的な断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態の第３変形例としての分析用チップを示す模式的な図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はその基板の上面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態としての分析用チップについて示す図であり、（ａ）はその模式的な組立斜視図、（ｂ）はその模式的な分解斜視図である。
【図１８】本発明の第４実施形態としての分析用チップを示す、図１７（ａ）のＹ−Ｙ断面の模式的な断面図である。
【図１９】本発明の第４実施形態としての分析用チップを示す図であり、（ａ）はその蓋部の上面図、（ｂ）はそのプレートの上面図、（ｃ）はそのプレート（中間プレート）の上面図、（ｄ）はその基板の上面図である。
【図２０】本発明の第４実施形態の変形例としての分析用チップの模式的な断面図である。
【図２１】本発明の第５実施形態としての分析装置を説明する図である。
【図２２】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図２３】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図２４】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、流路における液体の拡散を説明する断面図である。
【図２５】本発明の第３実施形態の変形例を説明する図であり、（ａ）は流路における拡散を説明する断面図、（ｂ）は流路を蓋部側からみた断面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 分析用チップ
２ 蓋部
４ 基板
４ａ スリット状流路
４ｂ 仕切壁
５，５′ 流路
５ａ 流路５の横断面の長辺
５ｂ 流路５の横断面の短辺
６ 反応部
８，８Ａ，８Ｂ，９，１０，１６，１７ プレート
９ｃ 孔
１０ｄ 孔
１０ｅ 狭流路部
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ Ｕ字型孔
１６ｄ 孔
１７ａ，１７ｂ Ｕ字型孔
１７ｃ 孔
１７ｄ 狭流路部
１８ カオティックミキサー
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ 孔
４１ 金属層
４２ 回折格子
６１ 特定物質
８１ａ，８１ｃ，８１ｅ 孔
８１ｂ，８１ｂ′，８１ｄ 凹部
８１ｃ′ 長穴
８１Ａａ，８１Ａｃ，８１Ａｄ，８１Ｂｂ，８１Ｂｄ 孔
８１Ａｂ，８１Ｂａ，８１Ｂｃ 凹部
８２，８２Ａ，８２Ｂ 孔
１００ 光源
１０１ 検出器
２０１ 気泡
５０１ 分析部
５０２ 分離装置
５０３ 後分析装置
Ｆｓ 液体検体
Ｆｐ ｐＨ調整液
Ｗ 流路の幅
Ｈ 流路の高さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an analysis chip for analyzing a liquid specimen by circulating the liquid specimen through a flow path, and an analysis method using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various techniques for detecting a reaction or binding between a liquid specimen and a substance immobilized on a chip and quickly performing a plurality of analyzes in a fixed time have been proposed and put into practical use as a high-throughput analysis system. Yes.
In recent years, analysis chips (microchannel chips) such as DNA chips and protein chips have attracted attention as such techniques.
[0003]
In the microchannel chip, a channel having a minute cross section is formed in the chip body, and a substance (specific substance) that interacts with the predetermined chemical substance is fixed to a wall surface forming the channel. There is something. A liquid sample is circulated through this flow path, passed through a specific substance on the wall surface of the flow path, or temporarily stopped on the specific substance, thereby bringing the liquid specimen and the specific substance into contact with each other, so that a predetermined amount in the liquid sample is obtained. If this chemical substance (predetermined substance) is included, this can be detected as the interaction of the specific substance.
[0004]
In addition, as a technique for immobilizing a specific substance on a chip at a high density in a DNA chip or a protein chip, for example, a spotter [Affymetrix 417 (registration) that holds an immobilization target object (specific substance) on a pin tip. (Trademark) Arrayer, etc.) and those in which an immobilization target is sprayed onto a chip by inkjet or a dispenser (Tango (registered trademark) Liquid Handling System, etc.).
[0005]
In addition, if an analysis method based on SPR (surface plasmon resonance) (for example, Biacore (registered trademark)) is combined with such a microchannel chip, the process of binding and dissociating a predetermined substance and a specific substance can be performed online. It is possible to detect.
[0006]
In recent years, various techniques for such an analysis chip have been proposed.
For example, Non-Patent Document 1 discloses a chip that includes a substrate and a sheet member provided with a plurality of slits in parallel. In this technique, when the sheet member is set on the substrate, the slits arranged in parallel function as parallel flow paths on the substrate.
[0007]
Then, different fluids are circulated through the parallel flow paths, the fluids are fixed to the bottom face of the flow path, that is, the substrate, the orientation of the sheet member is changed, and the sheet member is set again on the substrate. A parallel flow path is formed on the substrate so as to intersect the previous parallel flow path. Different fluids are circulated through the flow paths and brought into contact with the fluid previously fixed to the substrate. That is, it is intended to realize a high density (integration) of analysis by forming a joint portion formed by a combination of a large number of fluids on a single chip in a matrix.
[0008]
Further, Patent Document 1 discloses a chip for allowing different liquid specimens to flow through flow paths arranged in parallel and analyzing a plurality of types of liquid specimens simultaneously using one microreactor chip.
[0009]
[Patent Document 1]
WO00 / 04390
[Non-Patent Document 1]
Anal. Chem. 73, 22, pp. 5525, 2001
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the analysis is performed using the analysis chip as described above, the analysis may be performed after mixing the liquid specimen with some liquid. For example, when analyzing after adjusting the concentration of the liquid sample by mixing a solvent with the liquid sample, when analyzing after adjusting the pH of the liquid sample by mixing the liquid for pH adjustment with the liquid sample, There is a case where analysis is performed after mixing a certain liquid sample with another liquid sample.
[0011]
In such a case, in general, before distributing the liquid sample to the analysis chip, the liquid sample and some liquid or solid are mixed in a separate process in advance to prepare a sample (mixed liquid sample). It is done. However, in such a case, the efficiency often decreases with mixing. For example, when analyzing samples with different mixing ratios, the operation must be complicated because the samples must be prepared separately for each mixing ratio to be analyzed. In addition, for example, when the liquid specimen after mixing changes with time, it takes time to perform analysis after mixing in advance, so it is difficult to accurately analyze the change with time.
[0012]
In addition to the method of preparing the sample in a separate process in advance, for example, a pipe or a mixing tank is installed upstream of the analysis chip, and before supplying the liquid sample to the analysis chip, Mixing in a mixing tank or the like is also conceivable. However, when mixing is performed in the flow, the concentration or pH of the liquid sample may change after mixing until it reaches the analysis chip. As a specific example, when different types of different liquids are flowed serially, the different types of liquids may be mixed by diffusion and accurate analysis may not be performed. In addition, when these different types of liquid react with each other, an unexpected reaction may occur during the analysis, and the target analysis may not be performed. In addition, when measuring while continuously changing the pH, mixing in the flow direction occurs due to diffusion in the flow direction while flowing through the piping, etc., and it was scheduled when it arrived at the analysis chip. The pH may be different from the pH.
[0013]
Furthermore, when mixing is performed in a pipe or a mixing tank upstream of the analysis chip, a large dead volume is generated. Many liquid samples analyzed using a microchannel chip have a limited amount of use. For example, in a DNA chip or a protein chip, a liquid sample is a substance collected from various organisms or a living sample. Various substances (DNA, RNA, PNA, peptides, proteins, etc.) that are chemically synthesized, the amount that can be collected is limited, and it is often necessary to collect a large amount of labor. There is a strong demand to keep the amount as small as possible.
Therefore, a mixing method in which dead volume is generated is not preferable for an analysis chip such as a microchannel chip as described above. In addition, when using piping and mixing tanks, a lot of cost is required for equipment preparation and inspection, and there is a possibility of leakage, changes in temperature and humidity outside the chip, piping, tubes, connectors, etc. There were many problems to be solved in order to perform efficient and precise analysis such as clogging and adsorption with tube and connector materials.
[0014]
The present invention was devised in view of the above problems, and when performing an analysis while mixing a liquid sample and some liquid, the amount of the liquid sample required for the analysis is suppressed to a small amount, while efficiently and accurately. It is an object of the present invention to provide an analysis chip and an analysis method capable of performing analysis.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies, the inventors of the present invention formed a plurality of inlets for introducing liquid into the flow path in the analysis chip in the upstream portion of the analysis chip, and from these inlets, a liquid specimen and its The present inventors have found that by introducing a liquid to be mixed with a liquid sample, it is possible to perform an accurate and efficient analysis while suppressing the amount of the liquid sample even in an analysis involving mixing, and the present invention has been completed.
[0016]
That is, the gist of the present invention is used to circulate a liquid specimen in a flow path and perform an analysis on the liquid specimen based on an interaction between a predetermined substance and a specific substance fixed to the flow path. In the analysis chip, the analysis chip is characterized in that a plurality of injection ports for injecting liquid into the flow path are formed in an upstream portion of the flow path (Claim 1). Here, the liquid injected from the inlet into the flow path is not limited to the liquid specimen, and any liquid can be used depending on the analysis using the analysis chip of the present invention. it can.
[0017]
The inlet is preferably configured to include a group of inlets formed in a line in the width direction of the flow path (Claim 2), and continuously in the width direction of the flow path. It is preferable that the long hole formed is included (claim 3).
[0018]
Moreover, it is preferable that the flow path width of at least a part of the upstream portion is formed smaller than the flow path (Claim 4).
Further, it is preferable that the upstream portion is configured as a chaotic mixer.
[0019]
Further, the flow path includes a surface on which the specific substance is fixed, and the surface includes a diffraction grating that generates an evanescent wave by light irradiation and a metal layer that can induce a surface plasmon wave. (Claim 6).
[0020]
Another gist of the present invention is an analysis method using the above-described analysis chip, wherein a plurality of the inlets are assigned to the liquid specimen, and the upstream side from the inlet group corresponding to each of the liquid specimens. An analysis method is characterized in that the liquid sample is injected into a portion, the liquid sample is mixed in the upstream portion, and then the mixed liquid sample is circulated through the flow path for analysis. Claim 7).
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The liquid specimen referred to in the present invention is a substance capable of causing interactions such as antigen-antibody reaction, complementary DNA binding, receptor / ligand interaction, enzyme / substrate interaction, and the like. For example, it includes predetermined substances such as proteins, nucleic acids, DNA, RNA, peptides, hormones, antigens, antibodies, ligands, receptors, enzymes, substrates, low molecular organic compounds, cells, ions, and complexes thereof (or Liquids that may contain), including dispersions such as suspensions and colloids. Furthermore, these may be labeled with a fluorescent substance, a luminescent substance, a radioactive substance, or the like as necessary.
[0022]
[1] First embodiment
1 to 3 show an analysis chip 1 as a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a schematic assembly perspective view thereof, and FIG. 1B is a schematic exploded perspective view thereof. 2A is a cross-sectional view taken along the line YY of FIG. 1A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line X1-X1 of FIG. 1A, and FIG. 2C is a cross-sectional view of FIG. FIG. 3A is a top view of the lid portion, FIG. 3B is a top view of the first intermediate plate, and FIG. 3C is a bottom view of the second intermediate plate. FIG. 3D is a top view of the substrate. The flow direction A of the liquid specimen Fs referred to below is the main flow direction in the flow path. For example, in the flow path 5 ′ as shown in FIG. 4, the flow direction is indicated by a solid arrow. It shall refer to the direction. Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described by taking as an example a case where the liquid sample Fs is mixed with a pH adjusting solution Fp for adjusting pH.
[0023]
As shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A to 2C, the analysis chip (also simply referred to as a chip) 1 has a flat lid portion (lid member) 2 and a thickness. A thin first intermediate plate (hereinafter simply referred to as a plate) 8, a second intermediate plate (hereinafter simply referred to as a plate) 9 that is thin like the plate 8, and a substrate 4. . Then, at the time of analysis, these members 2, 8, 9, and 4 are stacked from above in this order and assembled together by a joining holder (not shown) as shown in FIG. Therefore, the plates 8 and 9 are interposed between the lid portion 2 and the substrate 4. The holder is preferably provided with a protective mechanism for alignment and prevention of scratches. As an example of the protection mechanism, for example, a locking portion provided in the holder for locking the analysis chip 1 or a portion (reaction unit 6 described later) of the analysis chip 1 that is observed does not contact the holder. Examples include a recess formed in the holder.
[0024]
As shown in FIG. 2 (a), the liquid specimen Fs injected from the hole 21a of the lid 2 has a hole (the liquid specimen Fs of the liquid specimen Fs) communicating from the hole 21a of the lid 2 to the hole 9c of the plate 9. Through the hole 9c of the plate 9 through the hole 9c of the plate 9, and then through the hole 82 of the plate 8 communicating from the hole 9c of the plate 9 to the hole 22 of the lid 2. The liquid specimen Fs comes into contact with each specific substance 61 fixed to the reaction portion 6 of the substrate 4 when flowing through the hole 9c of the plate 9 described above.
[0025]
Further, the pH adjusting liquid Fp injected from the hole 21b of the lid part 2 passes through the recess (groove part) 81b formed in the plate 8, and passes through a plurality of holes (pH adjusting solution of the pH adjusting liquid formed in the downstream end part of the recess 81b. Inlet port) 81c flows into hole 9c of plate 9, where it merges with liquid specimen Fs, and thereafter mixes with liquid specimen Fs, passes through hole 82 of plate 8 together with liquid specimen Fs, and plate 2 Out of the hole 22. In the drawings, a liquid obtained by mixing the liquid specimen Fs discharged from the discharge port 22 and the pH adjusting liquid Fp is represented by Fs + Fp.
[0026]
As shown in FIGS. 1B and 2B, the recess 81b formed in the plate 8 is formed to have an opening only on the lid 2 side. Further, as shown in FIG. 2 (c), the hole 9c formed in the plate 9 is formed to have openings on both the front and back surfaces of the plate 9, and one of the openings is blocked by the plate 8, The other is closed by the substrate 4 to form the flow path 5 formed in the sheet-like space. That is, the hole 9 c constitutes the flow path 5.
[0027]
The “flow path formed in the sheet-like space” here is usually the long side of the cross section (the longest side of the cross section perpendicular to the flow direction of the flow path 5 or the cross section perpendicular to the thickness direction). In general, it refers to the distance in the width direction of the flow path 5 or the distance in the flow direction, which in this embodiment refers to the width of the flow path 5). The dimension W of 5a is in the range of 500 μm to 100 mm, and the cross section The dimension H of the short side (height of the flow path 5) 5b is in the range of 5 μm to 2 mm. Further, the range of the dimensional ratio (= long side dimension W / short side dimension H) between the long side 5a and the short side 5b is usually 1.5 or more, preferably 10 or more, and usually 20000 or less, preferably 100 or less. At this time, as will be described later, when the flow path 5 is divided into a plurality of internal flow paths 4a by the partition wall 4b, all of the divided original flow paths 5, that is, the plurality of internal flow paths 4a are all. The dimension of the combined flow path 5 should just be in the range of said dimension ratio. Here, the length W of the long side 5a is 20 mm, the length of the short side 5b (the height H of the recess 81b in the X1-X1 cross section). 3 , The thickness H of the plate 9 in the X2-X2 cross section 2 ) Are both set to 250 μm.
[0028]
Hereafter, each said member which comprises this analysis chip | tip 1 is demonstrated in detail.
The materials of the lid part 2, the plate 8, the plate 9, and the substrate 4 are not particularly limited, such as resin, ceramics, glass, metal, etc., but the interaction between the detection species and the specific substance 61 is caused by fluorescence, light emission, In the case of optical measurement using color development or phosphorescence, since the measurement can be performed without disassembling the chip 1, in particular, the lid 2 and the plates 8 and 9 are formed of a transparent material. Is preferred. However, when the analysis chip 1 can be disassembled and measured, the lid 2 and the plates 8 and 9 do not require transparency. Examples of the transparent material include resins such as acrylic resin, polycarbonate, polystyrene, polydimethylsiloxane, and polyolefin, and glass such as Pyrex (registered trademark: borosilicate glass) and quartz glass. In the present embodiment, it is assumed that the lid 2 is formed of transparent glass, the plates 8 and 9 are made of resin, and the substrate 4 is made of metal.
[0029]
As shown in FIG. 3 (a), a hole 21a for injecting the liquid specimen Fs is formed at the upstream end of the lid 2, and a pH adjusting liquid Fp is injected downstream of the hole 21a. A hole 21 b is formed, and one hole (discharge port) 22 is formed at the downstream end of the lid 2.
[0030]
The holes 21a and 21b are connected to a liquid feed pump (for example, a syringe pump) via connectors and tubes not shown, respectively, and the discharge port 22 is connected to a waste liquid tank via a connector and tubes not shown. ing. By operating the liquid feeding pump, the liquid specimen Fs can be injected into the chip 1 from the hole 21a and the pH adjusting liquid Fp from the hole 21b, and can be discharged from the chip 1 through the discharge port 22. It has become.
[0031]
As shown in FIG. 3 (b), a hole (injection port) 81a for injecting the liquid specimen Fs into the flow path 5 penetrating the front and back of the plate 8 is formed at the upstream end of the plate 8, The hole 81a is positioned so as to align and communicate with the hole 21a of the lid portion 2 when the chip 1 is assembled.
Further, a recess 81b is formed on the downstream side of the hole 81a of the plate 8, and its upstream end is positioned so as to be aligned and communicated with the hole 21b of the lid 2 when the chip 1 is assembled. The concave portion 81b is formed to become wider from the upstream end portion toward the downstream side (as it goes downstream in the flow direction of the liquid specimen Fp), and the wall surface of the downstream end portion is a surface orthogonal to the flow direction. Is formed.
Furthermore, a plurality of holes (inlet groups formed in a line) 81c for injecting the pH adjusting liquid into the flow path 5 are formed in the downstream end of the recess 81b in a line in the width direction. The holes 81c penetrate from the recess 81b to the surface of the plate 8 on the plate 9 side.
[0032]
Further, a hole 82 penetrating the front and back of the plate 8 is formed at the downstream end portion of the plate 8, and the hole 82 is positioned so as to align and communicate with the hole 22 of the lid portion 2 when the chip 1 is assembled. ing.
[0033]
As shown in FIG. 3C, the plate 9 has a hole 9c. The upstream end portion and the downstream end portion of the hole 9c are set so as to align and communicate with the hole 81a and the hole 82 of the plate 8, respectively, when the chip 1 is assembled. As described above, when the chip 1 is assembled, the hole 9c constitutes the flow path 5, so the hole 9c of the plate 9 and the flow path 5 are the same.
[0034]
As shown in FIGS. 1 (b), 2 (c), and 3 (d), a plurality of partition walls 4b are erected at the intermediate portion in the flow direction of the substrate 4 so as to face the flow path 5. ing. When the chip 1 is assembled, each partition wall 4b divides an intermediate portion of the flow path 5 to form a slit-shaped internal flow path (hereinafter referred to as a slit-shaped flow path) 4a. Here, the slit-like channel 4a means a channel divided in the width direction by the partition wall 4b. When the chip 1 is assembled, the partition wall 4b contacts the substrate 4 and the plate 8, and the liquid specimen Fs is between the partition wall 4b and the substrate 4 and between the partition wall 4b and the plate 8. Can no longer enter, and the flow path 5 is divided into a plurality of slit-shaped flow paths 4a.
[0035]
In general, the aspect ratio (vertical dimension / horizontal dimension) of the cross section of the slit-shaped channel 4a is within a range of about 0.005 (for example, 5 μm in length, 1 mm in width) to 100 (for example, 10 mm in length, 100 μm in width). It is preferable that the slit-shaped flow path 4a is formed so as to fit in the space. In general, the slit-shaped channel 4a is 5 mm. 2 It is preferable to have the following cross-sectional area. Specifically, the cross-sectional area of the slit-like flow path 4a is usually 100 μm. 2 Or more, preferably 2000 μm 2 Above, usually 5mm 2 Below, preferably 0.3mm 2 It is as follows.
[0036]
As described above, in the present analysis chip 1, by providing the partition wall 4b in the conventional sheet-shaped flow path 5, the flow path 5 is divided into minute internal flow paths 4a (that is, the flow path of the flow path). The wraparound of the liquid specimen Fs can be suppressed by reducing the cross-sectional area.
[0037]
Now, as shown in FIGS. 1A, 1B, and 3D, a reaction portion 6 is provided in the middle portion of the substrate 4 in the flow direction so as to face the flow path 5.
The reaction unit 6 is shown in a simplified manner in FIGS. 1 (a) and 1 (b), but as shown in FIG. 3 (d), it interacts with a predetermined substance (detection species) either specifically or non-specifically. The specific substance 61 that acts is a plurality of spots fixed on the surface of the substrate 4 on the flow path 5 side in a spot shape. At this time, in order to ensure that the specific substance 61 is fixed to the substrate 4, it is desirable that an immobilization film (organic film) that can be bonded to the specific substance 61 is formed on the surface of the substrate 4.
The general range of (vertical dimension × horizontal dimension) of the reaction unit 6 is (3 mm × 3 mm) to (20 mm × 20 mm). Generally, this region has a vertical and horizontal 3 at intervals of 100 μm to 1 mm. A total of 9 to 40,000 specific substances 61 are arranged at 200 pieces each.
[0038]
Here, for each specific substance 61, a specific substance (specific substance different from each other) that interacts specifically or non-specifically with a reaction or binding to different substances is used.
[0039]
The predetermined substance and the specific substance are substances that can cause interactions such as antigen-antibody reaction, complementary DNA binding, receptor / ligand interaction, enzyme / substrate interaction, and the like. And proteins, nucleic acids, DNA, RNA, peptides, hormones, antigens, antibodies, ligands, receptors, enzymes, substrates, low molecular organic compounds, cells, and complexes thereof. These may be labeled with a fluorescent substance, a luminescent substance, a radioactive substance, or the like as necessary.
[0040]
The liquid specimen Fs flowing through the flow path 5 comes into contact with these spots 61 during the distribution process, and the liquid specimen Fs can be analyzed according to the reaction state of each spot 61 after the distribution. That is, if the reaction of any one of the plurality of spots 61 can be observed, it can be detected that a predetermined substance corresponding to the reacted spot (specific substance) 61 is included in the liquid specimen Fs. is there.
[0041]
In addition, in the present analysis chip 1, the reaction part 6 (the part to which a plurality of specific substances 61 are fixed) as shown in FIG. 3 (d) is not actually formed at the initial stage, but the specific substance for the substrate 4. In order to explain the arrangement of 61 in an easy-to-understand manner, FIG. 3D shows a state where the specific substance 61 is fixed to the substrate 4 for convenience. Accordingly, in FIG. 3D, the position and the number of spots of the specific substance 61 in the width direction are shown to match the positions of the slit-like channels 4a and the number of slit-like channels 4a of the substrate 4 in the width direction. Yes.
[0042]
The liquid specimen Fs flowing through the slit-like channel 4a comes into contact with these specific substances 61 in the flow process, and the liquid specimen Fs can be analyzed according to the reaction status of each specific substance 61 after the distribution. .
That is, if the reaction of any one of the plurality of specific substances 61 can be observed, it can be detected that a predetermined substance corresponding to the reacted specific substance 61 is included in the liquid specimen Fs.
[0043]
The specific substance 61 is fixed to the chip 1 with a reference interval so as not to cause contamination with the adjacent specific substance 61. Here, the reference interval refers to the interval between the centers of the spots on which the specific substance is fixed, and the pitch of the partition walls 4b is set to be substantially the same as this reference interval. Even if the partition wall 4b is provided, the number of spots per unit area of the specific substance 61 is not reduced more than in the past. On the contrary, since the above-mentioned contamination can be prevented by providing the partition wall 4b, the pitch of the specific substance 61 with respect to the width direction (direction perpendicular to the flow direction) is narrower than before and the number of spots per unit area is increased. It is also possible to do.
[0044]
Note that it is not always necessary to use different specific substances 61 for each specific substance 61, and the same specific substance 61 may be used. In any case, what specific substance 61 is used is appropriately set according to the purpose of the analysis.
[0045]
Since the analysis chip 1 as the first embodiment of the present invention is configured as described above, the hole 81a is assigned as an injection port for injecting the liquid sample Fs into the flow path 5, and the liquid sample is transmitted from the hole 21a through the hole 81a. Fs is injected into the flow path 5. Also, a hole 81c is assigned as an injection port for injecting the pH adjusting solution Fp into the flow path 5, and the pH adjusting solution Fp is injected from the hole 21 into the analysis chip 1 through the recess 81b and the hole 81c. As a result, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp merge at the portion where the hole 81c and the flow path 5 are connected.
[0046]
When the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp merge, the merged liquid specimen Fs and pH adjustment liquid Fp are uniformly mixed by a diffusion phenomenon in the course of distribution before flowing into the reaction unit 6, and the liquid specimen Fs. The pH is adjusted to a value corresponding to the amount of the pH adjusting liquid injected from the hole 21b. That is, the pH of the liquid specimen Fs can be adjusted by introducing the pH adjusting liquid Fp from the hole (injection port) 81c into the flow path 5 through which the liquid specimen Fs flows.
[0047]
The liquid specimen Fs whose pH has been adjusted flows through the flow path 5 and arrives at the reaction unit 6, and contacts the specific substance 61 at the reaction unit 6. Thereby, the liquid specimen Fs can be analyzed using the specific substance 61 at a desired pH value.
[0048]
Therefore, according to the analysis chip 1 described above, the pH of the liquid sample Fs can be easily adjusted, and the liquid sample Fs and the pH adjusting solution Fp are mixed in the flow. Analysis can be performed continuously while adjusting. Therefore, since the operation of reassembling the chip 1 or the analysis device is unnecessary, the labor required for the analysis can be reduced.
[0049]
Further, according to the analysis chip 1, since the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp are mixed immediately before the reaction unit 6, immediately after mixing the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp (usually 1 after mixing). Minutes or less, preferably 1 second or less after mixing). Therefore, even when the liquid specimen Fs is mixed with the pH adjusting liquid Fp and changes with time, the analysis can be performed accurately without being affected by the changes with time.
[0050]
Furthermore, since the mixing is performed in the minutely formed flow path 5, the dead volume is not generated and the liquid specimen Fs is not wasted, and the analysis is efficiently performed with a small amount of the liquid specimen Fs. be able to.
Further, since the holes 81 c are arranged in a line in the width direction of the flow path 5, the mixing can be performed uniformly in the flow path 5.
[0051]
As can be seen from the above, the upstream portion of the flow channel 5 where the holes (injection ports) 81a and 81c are to be provided is not limited as long as it is upstream of the portion in the flow channel 5 where detection or measurement is performed. Therefore, the holes (injection ports) 81a and 81c can be formed at arbitrary positions in the upstream portion. However, since detection / measurement is often performed by the reaction unit 6 at the time of analysis, the inlets 81a and 81c are usually formed in the upstream portion of the flow channel 5 from the reaction unit 6. Therefore, in this embodiment, the upstream part of the flow path 5 in which the inlets 81 a and 81 c are formed means a part upstream of the reaction part 6 in the flow path 5. When the liquid sample Fs is detected and observed downstream from the reaction unit 6, an injection port may be provided on the downstream side in the flow direction from the reaction unit 6.
[0052]
In addition, since the flow path 5 is divided by the partition wall 4b to form the minute (narrow) slit-shaped flow path 4a, the generation of the bubbles 201 due to the entrainment of the liquid specimen Fs can be suppressed.
That is, as shown in FIG. 5A, in the conventional sheet-shaped flow path, the solid-gas-liquid three-phase boundary line is long, so that some liquid specimens Fs are caused by non-uniform wettability. As a result, gas entrainment (bubbles 201) due to the entrainment of the liquid specimen Fs has occurred, but as shown in FIG. By dividing the path (slit-shaped flow path) 4a, the line segment (flow path width) L perpendicular to the main flow in the flow path 5 is reduced, so that the probability of occurrence of wraparound is greatly reduced. Moreover, since the cross-sectional area of the flow path 5 is reduced, back pressure is efficiently applied to each slit-shaped flow path 4a, and the bubbles 201 are less likely to stay.
[0053]
Therefore, according to the present analysis chip 1, adverse effects due to the retention of bubbles (inhibition of the flow of the liquid specimen Fs, inhibition of contact between the specific substance 61 and the liquid specimen Fs, difference in heat transfer coefficient between the liquid Fs and the bubbles 201) The temperature of the measurement system due to the non-uniformity, the measurement interference due to the bubbles 201 remaining in the optical path when performing analysis using light, etc.) can be eliminated, and the reliability of the analysis can be improved. is there. Further, there is an advantage that the work of removing the bubbles 201 is not necessary and the analysis work can be performed efficiently.
[0054]
In the flow path 5 formed in a conventional sheet-shaped space, global flow non-uniformity occurs. That is, in the flow range of the normally supplied liquid fluid, the flow velocity of the liquid fluid Fs on the wall surface is zero, the flow velocity in the central portion is fast in both the vertical direction and the horizontal direction, and the flow velocity is slow as it approaches the wall surface. Uniformity occurs.
However, in the present analysis chip 1, by providing independent minute internal flow paths (slit flow paths 4a), for example, when the specific substances 61 are provided in two rows in the width direction of the slit flow paths 4a. Since the period during which the liquid specimen Fs contacts the specific substances 61 arranged in the width direction can be made uniform, the accuracy of the analysis result can be improved.
[0055]
In addition, when the chip 1 is assembled by the holder, pressure is applied to the chip 1, but the pressure resistance of the chip 1 can be improved by the partition walls 4 b formed in plural in the width direction of the chip 1. Shape change, particularly, a shape change in the thickness direction can be prevented. As a result, nonuniformity in the flow velocity distribution due to the deflection of the chip 1 can be prevented, and in optical analysis, variations in optical path length and changes in the optical axis can be suppressed, so that analysis is performed under optimum conditions. There is an advantage that the accuracy of the analysis result can be improved.
[0056]
Furthermore, since the frequency of redoing the analysis work that occurs with the generation of the bubbles 201 is reduced, there is also an advantage that the analysis can be performed efficiently.
[0057]
Then, the liquid specimen Fs that has passed through the reaction section 6 and the pH adjustment liquid Fp mixed with the liquid specimen Fs from the downstream end of each slit-like channel 4a and the holes 82 of the plate 8 and the lid section 2 It is discharged out of the chip 1 through the discharge port 22.
[0058]
In this embodiment, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp are mixed, but the type and combination of liquids injected from the injection port into the flow path 5 are arbitrary, and liquids other than those used in this embodiment are used. May be mixed with the liquid specimen Fs. For example, if the liquid sample Fs is mixed with a solvent or a salt concentration adjusting solution such as a solution of a predetermined substance having a concentration different from that of the liquid sample Fs, the analysis is performed while changing the concentration of the predetermined substance in the liquid sample Fs. Can do. Further, for example, the analysis may be performed while mixing one liquid sample Fs1 with another liquid sample Fs2. Further, for example, the same type of liquid specimen Fs may be injected from separate inlets, and the liquid specimen Fs may be efficiently diffused and mixed (mixed by diffusion).
[0059]
In this embodiment, the analysis chip 1 is configured to mix two types of liquids, ie, the liquid specimen Fs and the pH adjustment solution Fp. However, the analysis chip 1 is configured to mix three or more types of liquids. May be. For example, as shown in FIGS. 6A to 6D, the hole 21 c is formed downstream of the hole 21 b of the lid 2, and the upstream end is a hole downstream of the recess 81 b of the plate 8. In addition to the liquid specimen Fs and the pH adjusting liquid Fp, another type is formed by forming a recess 81d in which a plurality of holes 81e communicating with the flow path 5 are formed at the downstream end in alignment with 21c. The liquid can be injected into the flow path 5 for mixing. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS.
[0060]
Further, the number of plates between the lid 2 and the substrate 4 may be increased. For example, as shown in FIGS. 7 and 8A to 8E, the analysis chip 1 can be configured to have a plate 8A and a plate 8B instead of the plate 8. Hereinafter, this embodiment will be described.
Since the lid 2 and the substrate 4 are the same as those in the first embodiment described above, the description thereof is omitted. The plate 8A has a hole 81Aa that is aligned and communicated with the hole 21a, a recess 81Ab whose upstream end is aligned and communicated with the hole 21b, a plurality of holes 81Ac that are formed at the downstream end of the recess 81Ab, A hole 81Ad that communicates in alignment with 21c and a hole 82A that communicates in alignment with hole 22 are formed.
[0061]
The plate 8B has a recess 81Ba whose upstream end is aligned and communicated with the hole 81Aa, a plurality of holes 81Bb formed at the downstream end of the recess 81Ba, and a recess whose upstream end is aligned and communicated with the hole 81Ad. 81Bc, a plurality of holes 81Bd formed at the downstream end of the recess 81Bc, and a hole 82B that is aligned with and communicates with the hole 82A are formed. The hole 9c is formed in the plate 9 as in the first embodiment described above, but the upstream end of the hole 9c is in communication with the hole 81Bb, and the downstream end of the hole 9c is The holes 82B are aligned and communicated. Further, the hole 81Bd is formed to communicate with the hole 9c. In addition, this hole 9c forms the flow path 5 similarly to the analysis chip 1 of the first embodiment described above.
[0062]
In the analysis chip 1 formed as described above, the liquid specimen Fs injected from the hole 21a and the liquid injected from the hole 21b are merged and mixed in the recess 81Bb. Next, the liquid specimen Fs mixed in the recess 81Ba flows into the flow path 5 from the hole 81Bb. On the other hand, the liquid injected from the hole 21c flows into the flow path 5 through the hole 81Ad, the recess 81Bc, and the hole 81Bd, and merges there with the liquid specimen Fs.
Thus, the analysis chip 1 can be manufactured by providing a large number of plates between the lid 2 and the substrate 4. 7 and 8, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 6 denote the same components.
[0063]
Further, the holes 81c serving as the injection ports can be formed in an arbitrary arrangement and shape in addition to being formed in a line in the width direction as in the present embodiment. For example, as shown in FIG. 9A, it is formed as a long hole 81c ', or as shown in FIG. 9B, the distance from the inlet 81a of the liquid specimen Fs to the end of the recess 81b' is equal. In addition, it may be arranged in an arc shape so that the distances to the respective holes 81c formed in the downstream end portion of the concave portion 81b ′ are equal.
In FIG. 9, the same reference numerals as those shown in FIGS.
[0064]
In addition, as a method of forming the recesses 81b, 81a, 81Ab, 81Ba, 81Bc, 81b ′ as described above, transfer techniques represented by machining, injection molding and compression molding, dry etching (RIE, IE, IBE, plasma) Etching, laser etching, laser ablation, blasting, electrical discharge machining, LIGA, electron beam etching, FAB), wet etching (chemical erosion), monolithic molding such as stereolithography and ceramic laying, various materials in layers, vapor deposition, Surface micro-machining for forming a fine structure by sputtering, deposition and partial removal, a method for dropping and forming a flow path constituent material with an ink jet or a dispenser, an optical modeling method, etc. Good.
[0065]
[2] Second embodiment
The analysis chip 1A as the second embodiment of the present invention is configured as an analysis chip (hereinafter referred to as a sensor chip as appropriate) used in an SPR sensor using surface plasmon resonance (SPR). .
[0066]
Hereinafter, the SPR sensor and the sensor chip 1 </ b> A will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
10 and 11 show a second embodiment of the present invention. FIG. 10 is a schematic system configuration diagram of the SPR sensor. FIG. 11 is a schematic disassembly for explaining the configuration of the sensor chip 1A. It is a perspective view. Note that members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0067]
As shown in FIG. 10, the SPR sensor includes a sensor chip 1A that is an analysis chip, a light source 100 that irradiates light to the sensor chip 1A, and a detector that detects reflected light from the sensor chip 1A [here In this case, a CCD (Charge Coupled Device) camera 101 is provided. In FIG. 10, the optical axes of incident light from the light source 100 and reflected light from the sensor chip 1A are shown in a direction perpendicular to the flow direction, but the directions of the optical axes of the incident light and reflected light are limited to this. For example, the optical axis of the incident light may be parallel to the flow direction, and the optical axis of the reflected light may be changed from the direction of the optical axis of the incident light by being reflected by the sensor chip 1A. . Furthermore, light may be irradiated from the back surface (substrate 4 side) of the sensor chip 1 and the reflected light may be observed and analyzed on the back surface of the sensor chip 1 (substrate 4 side). The substrate 4 must be formed of a material that can transmit incident light and reflected light.
[0068]
In the sensor chip 1A, the lid 2 and the plates 8 and 9 are made of a transparent material. Further, a metal layer 41 is coated on one surface of the substrate 4 facing the plate 9 when the chip 1 is assembled. Further, a diffraction grating 42 is formed as an optical structure for generating an evanescent wave on the surface of the substrate 4 on which the metal layer 41 is coated. The other configuration of the sensor chip 1A is the same as that of the analysis chip 1 described in the first embodiment.
The material of the metal layer 41 is not limited as long as it can induce surface plasmon waves, and is, for example, gold, silver, aluminum or the like.
[0069]
Further, the specific substance 61 in the reaction unit 6 may be directly fixed to the metal layer 41, or an immobilized film (organic film) may be formed on the metal layer 41 and fixed to the organic film. The organic film here includes a known structure. Further, as the function of the organic film, it is desirable that the specific substance 61 is stably immobilized on the metal layer 41 to suppress nonspecific adsorption. For example, the functional group for binding to the biological material includes any one of amino, aldehyde, epoxy, carboxyl, carbonyl, hydrazide, hydroxyl, vinyl group, and isothiocyanate, isonitrile, xanthate, It contains a straight chain polymer containing any of diselenide, sulfide, selenide, selenol, thiol, thiocarbamate, nitrile, nitro, phosphine, or a hydrocarbon chain containing double or triple bonds. Further, a hydrogel (agarose, alginic acid, carrageenan, cellulose, dextran, polyacrylamide, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, etc.) may be used as a matrix. Alternatively, a structure using an LB film, a self-assembled monomolecular film, a lipid bilayer, or the like may be used.
[0070]
The diffraction grating 42 can be embodied on the surface of the metal layer 41 by forming irregularities on the surface of the substrate 4 and forming the metal layer 41 by thinly laminating metal thereon by sputtering or the like.
The unevenness formed to provide the diffraction grating 42 on the substrate 4 is formed by, for example, cutting the substrate 4 and may be mechanically performed as a cutting method or chemically performed by an etching technique or the like. It may be a thing.
[0071]
Furthermore, when the substrate 4 is made of a resin material, it is possible to press the stamper on which the unevenness is formed by, for example, photolithography to form the unevenness before the resin material is completely solidified, The uneven shape may be transferred from the stamper by injection molding.
[0072]
Since the analysis chip (sensor chip) 1A as the second embodiment of the present invention is configured as described above, the liquid specimen Fs is injected from the hole 21a and the hole 21b is injected as in the first embodiment. By injecting the pH adjusting liquid Fp and mixing the liquid specimen Fs and the pH adjusting liquid Fp, it is possible to perform analysis using surface plasmon resonance while precisely controlling the pH.
[0073]
When light is emitted from the light source 100 to the substrate 4 through the transparent lid 2 and the plates 8 and 9, surface plasmon waves generated on the surface of the metal layer 41 by this light are caused by the diffraction grating 42 to the metal layer 41. Resonating with the evanescent wave induced by the light, the energy of the light component having a specific incident angle or a specific wavelength among the light irradiated to the metal layer 41 is absorbed by the metal layer 41. Therefore, the reflected light from the metal layer 41 has a weak energy of a light component having a specific incident angle or a specific wavelength.
[0074]
The angle and wavelength of the evanescent wave generated on the metal layer 41 vary according to the amount of the detection species captured by the metal layer 41 or the specific substance 61 fixed to the organic film formed on the metal layer 41, In accordance with this, the angle and wavelength of the reflected light to be absorbed change.
[0075]
Therefore, the light intensity of the reflected light from each specific substance 61 in the reaction unit 6 is monitored by the CCD camera 101, and the concentration of the detection species in the liquid specimen is measured in real time by detecting such change in angle and wavelength. it can.
[0076]
According to the analysis chip (sensor chip) 1A as the second embodiment of the present invention as described above, as in the first embodiment of the present invention described above, Fs and Fp are added at the upstream portion of the flow path 5. Since mixing can be performed quickly and accurately, analysis can be performed accurately and efficiently. In addition, in surface plasmon resonance using the chip 1A, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0077]
A major feature of the analysis chip 1A used for the SPR sensor is that the state of interaction in the reaction unit 6 (a plurality of specific substances 61) is detected optically and online.
Further, in such analysis using SPR, not only the same liquid specimen is circulated through the microchannel chip, but also analysis is performed, and a plurality of liquid specimens are continuously circulated with a buffer interposed therebetween. It is also possible to analyze a series of binding-dissociation between a predetermined substance and a specific substance in a liquid specimen.
[0078]
In this embodiment, a CCD camera is used as the detector 101. However, the detector 101 is not limited to this, and any detector such as a photodiode, a photomultiplier tube, or photosensitive paper may be used. it can.
[0079]
[3] Third embodiment
FIGS. 12 to 14 show the configuration of an analysis chip 1B as a third embodiment of the present invention. FIG. 12 (a) is a schematic assembly perspective view, and FIG. 12 (b) is an analysis chip 1B. 13 is a sectional view taken along the line YY in FIG. 12A, FIG. 14A is a top view of the lid of the analysis chip 1B, and FIG. 14B is an analysis chip 1B. FIG. 14C is a top view of the base of the analysis chip 1B. Note that members described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0080]
As shown in FIGS. 12A and 12B, this analysis chip (also simply referred to as a chip) 1B includes a lid 2, an intermediate plate (hereinafter simply referred to as a plate) 10, and a substrate 4. Yes.
The analysis chip 1B is configured in the same manner as in the first embodiment except that the analysis chip 1 of the first embodiment includes a plate 10 that forms a sheet-like space instead of the plates 8 and 9. ing. Therefore, in particular, the plate 10 will be described in detail below.
In addition, pipes (not shown) are respectively inserted into the inlets 21a and 21b and the outlet 22 of the lid 2, so that it can be easily connected to an external liquid feed pump or a tube connected to a waste liquid tank. It has become.
[0081]
As shown in FIGS. 12A and 12B, the plate 10 has a hole 10 d having an opening on the front and back surfaces of the plate 10. As shown in FIG. 13, when the chip 1 </ b> B is assembled, the hole 10 d has one of its openings closed by the lid 2 and the other closed by the substrate 4 to form a sheet-like flow path 5. That is, the hole 10 d constitutes the flow path 5. Further, the hole 10d is configured such that the hole 21a is aligned and communicated with the upstream end portion thereof, and the hole 22 is aligned and communicated with the downstream end portion thereof.
[0082]
As a feature of the present embodiment, as shown in FIGS. 14A to 14C, the width of the flow path 5 (in the upstream of the hole 10 d, that is, the upstream of the flow path 5 than the other part of the hole 10 d ( That is, the narrow channel portion (upstream portion) 10e in which the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the flow direction is smaller than the flow channel 5 or less is provided by forming the hole 10d in the width direction) to be small. The narrow channel portion 10e is set so that holes 21a and 21b, which are injection ports, communicate with each other.
[0083]
Since the analysis chip 1B according to the third embodiment of the present invention is configured as described above, the liquid sample Fs injected into the injection port 21a of the lid 2 flows into the narrow flow channel 10e. On the other hand, the pH adjusting liquid Fp injected from the hole 21b merges with the liquid sample Fs in the narrow channel portion 10e, and the liquid sample Fs and the pH adjusting solution Fp are mixed in the narrow channel portion 10e. The liquid specimen Fs mixed with the pH adjustment liquid Fp flows through the flow path 5, passes through the reaction unit 6, and is discharged from the hole 22.
[0084]
According to the analysis chip 1B of this embodiment, the same effects as those of the analysis chip 1 of the first embodiment can be obtained.
In addition, when the analysis chip 1B is used, when the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp are mixed, a diffusion phenomenon occurs as in the first embodiment, but the narrow channel portion 10e is formed to have a narrow width. Therefore, the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the flow direction is reduced in the narrow channel portion 10e, and the diffusion is completed more quickly, that is, within a shorter residence time.
For this reason, since the time required for mixing the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp is shortened, the analysis can be performed efficiently.
[0085]
In the present embodiment, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp are mixed, but the liquid specimen Fs and another liquid may be mixed in other combinations.
Further, in the present embodiment, the analysis chip 1B is configured to mix two types of liquids, ie, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp. However, as in the first embodiment, the number of inlets of the analysis chip 1B { In the example of FIG. 15A, the number of holes 21a, 21b, and 21c} may be increased to further mix various liquids.
[0086]
Further, in this embodiment, the narrow channel portion 10e is formed by narrowing the width of the narrow channel portion 10e. However, as shown in FIG. The path portion 10e may be formed. In FIG. 15, the same reference numerals as those used in FIGS.
[0087]
In this embodiment, the width of the flow path 5 is reduced through the entire upstream portion of the flow path 5 to form the narrow flow path portion 10e. For example, as shown in FIGS. A part of the upstream part upstream of the reaction part 6 of the flow path 5 is narrowed by the narrow flow path part 10e, for example, by reducing the width of only a part of the inlet (in the present embodiment, the hole 21b) downstream in the flow direction. Even if it is formed narrowly, the same effect as this embodiment can be obtained.
In FIG. 16, the same reference numerals as those used in FIGS.
[0088]
If a plurality of types of liquids (here, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp) are circulated from the upper part (the lid 2 side) of the flow path 5 as in the present embodiment, if no diffusion occurs, FIG. As shown in (a), at a normal Reynolds number (Re <100), the liquid flows in a layered manner in the height direction. However, in the flow path 5 formed in the sheet-like space, the height of the flow path 5 is small. Therefore, as shown in FIG. 24B, the height direction of the flow path 5 is the direction in which the concentration distribution is generated. The diffusion into can occur in a very short time. Further, the diffusion is related to the residence time, and in the range where the mixing is not complete, the diffusion amount is larger as the residence time is longer. For example, if the flow rate of the liquid flowing through the passage 5 is constant, the passage having a larger width. By using the fact that the linear velocity of the liquid becomes slower, the width of the flow channel 5 is widened without changing the height, and the linear velocity of the liquid (liquid sample Fs and pH adjusting solution Fp) flowing through the flow channel 5 is reduced. Thus, diffusion becomes more efficient. Further, for example, the diffusion can be made more efficient by reducing the flow rate of the liquid. Therefore, as shown in FIGS. 25A and 25B, it is effective to increase the width and the height of the flow path 5 in the narrow flow path portion 10e. However, even in this case, as described above, the narrow flow passage portion 10e having a cross-sectional area perpendicular to the flow direction smaller than that of the flow passage 5 is formed in the upstream portion of the flow passage 5, and the concentration distribution in the width direction is made constant. After that, it is desirable to increase the width of the flow path 5. In FIGS. 24A, 24B, 25A, and 25B, the same reference numerals as those used in FIGS. 1 to 15 denote the same elements.
[0089]
In addition, diffusion is the solvent of the liquid (here liquid specimen Fs and pH adjustment liquid Fp) to be mixed with each other, the molecular weight of the solute, the diffusion coefficient, the viscosity, the kinematic viscosity, the density, the flow rate, the linear velocity, the temperature, or the shape of the flow path. And depends on the dimensions. Further, the dimensionless quantity Reynolds number Re and the Peclet number Pe derived from these are indexes of general diffusion mixing.
[0090]
[4] Fourth embodiment
17 to 19 show the structure of an analysis chip 1C as a fourth embodiment of the present invention. FIG. 17 (a) is a schematic assembly perspective view thereof, and FIG. 17 (b) is a schematic view thereof. FIG. 18A is a sectional view taken along the line YY of FIG. 17A, FIG. 19A is a top view of the lid of the analysis chip 1C, and FIG. 19B is a first view of the analysis chip 1C. FIG. 19C is a top view of the second plate of the analysis chip 1C, and FIG. 19D is a top view of the base of the analysis chip 1C. In addition, about the member demonstrated in the above-mentioned 1st-3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0091]
As shown in FIGS. 17 (a) and 17 (b), the analysis chip 1C as the fourth embodiment of the present invention is the first in place of the plates 8 and 9 of the analysis chip 1 as the first embodiment. The intermediate plate (hereinafter simply referred to as a plate) 16 and the second intermediate plate (hereinafter simply referred to as a plate) 17 have the same configuration as the analysis chip 1 of the first embodiment. Therefore, hereinafter, the plates 16 and 17 will be described.
[0092]
As shown in FIGS. 19A to 19D, a hole 16d that is aligned with and communicates with the hole 22 of the lid portion 2 when the analysis chip 1C is assembled is formed in the downstream portion of the plate 16. A downstream portion 17 is formed with a hole 17c formed so that the downstream end is aligned with and communicates with the hole 16d when the chip 1C is assembled.
As shown in FIG. 18, when the analysis chip 1 </ b> C is assembled, the hole 17 c has one of its openings closed by the plate 16 and the other closed by the substrate 4, and a part of the sheet-like flow path 5. (Downstream part) is formed. Furthermore, the other opening of the hole 17c is formed so as to communicate with the reaction part 6 when the analysis chip 1C is assembled.
[0093]
Further, the narrow channel portion 17d in which the width of the hole 17c (that is, the distance in the width direction of the hole 17c) is small is formed in the hole 17c upstream.
[0094]
The plate 16 is formed with a U-shaped hole 16b and a U-shaped hole 16c that are refracted in a U-shape toward one side in the width direction of the flow path 5 [upward in FIG. 19 (b)]. The plate 17 is formed with a U-shaped hole 17a and a U-shaped hole 17b that are refracted in a U-shape toward the other in the width direction of the flow path 5 (downward in FIG. 19C). .
The U-shaped holes 16b, 16c, 17a and 17b are such that when the analysis chip 1C is assembled, the downstream end of the U-shaped hole 16c is also the upstream end of the narrow channel portion 17d (the upstream end of the hole 17c). ), The downstream end of the U-shaped hole 17b is aligned and communicated with the upstream end of the U-shaped hole 16c, and the downstream end of the U-shaped hole 16b is connected to the upstream end of the U-shaped hole 17b. The U-shaped hole 17a is set to communicate with the downstream end of the U-shaped hole 16a in alignment with the upstream end of the U-shaped hole 16b.
[0095]
A hole 16 a is formed at the upstream end of the plate 16, and the downstream portion of the hole 16 a is refracted in a U shape toward one side in the width direction of the flow path 5, and the upstream portion is parallel to the flow direction. It is formed in a shape extending to The hole 16a communicates with the downstream end of the hole 16a aligned with the upstream end of the U-shaped hole 17a and the upstream end of the hole 16a aligned with the hole 21a when the analysis chip 1C is assembled. Furthermore, the upstream portion of the hole 16a is set to communicate with the hole 21b.
[0096]
As will be described later, the hole 16a, the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, 16c, and the hole 17c constitute the flow path 5 of the chip 1C of the present embodiment, and the hole 16a and the U-shaped holes 17a, 16b. , 17b, 16c constitute a chaotic mixer 18 of the chip 1C of the present embodiment.
The holes 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c are formed to have the same width as the narrow channel portion 17d.
[0097]
Since the analysis chip 1C according to the fourth embodiment of the present invention is configured as described above, when the liquid sample Fs is injected from the hole 21a that is the injection port, the liquid sample Fs has the hole 16a and the U-shaped hole 17a. The U-shaped hole 16b, the U-shaped hole 17b, the U-shaped hole 16c, and the hole 17c circulate and are discharged from the hole 22 that is the discharge port through the hole 16d.
Therefore, the hole 16a, the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, 16c, and the hole 17c constitute the flow path 5 of this embodiment, and the hole 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, 16c are the flow paths. As the upstream portion of 5, the chaotic mixer 18 of the chip 1C of the present embodiment is configured.
[0098]
Further, when the pH adjusting liquid Fp is injected from the hole 21b which is an injection port, the pH adjusting liquid Fp is injected into the flow path 5 on the downstream side of the hole 21a inside the hole 16a, and merges with the liquid specimen Fs there. .
[0099]
When the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp join together, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp both flow through the hole 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c constituting the chaotic mixer 18. As shown in FIGS. 19B and 19C, the holes 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c are alternately refracted in opposite directions in the width direction as they flow from upstream to downstream. Further, as shown in FIG. 18, the holes 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c are configured to bend alternately in the thickness direction as they flow from upstream to downstream. ing. That is, the liquid specimen Fs and the pH adjusting liquid Fp are formed by being refracted vertically and horizontally in the flow direction when flowing through the hole 16a and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c constituting the chaotic mixer 18. The interface between the liquid specimen Fs and the pH adjusting liquid Fp increases with the flow due to the above-mentioned refraction that hinders the flow, and the diffusion mixing becomes extremely efficient.
[0100]
Moreover, as shown in FIGS. 19B and 19C, the narrow channel portion 17d of the hole 16a, the U-shaped holes 17a, 16b, 17b and 16c, and the hole 17c constituting the chaotic mixer 18 has a channel width. The structure is narrow. As a result, similarly to the case described in the third embodiment, since the diffusion is completed more quickly than in the case where the flow path width is large, mixing proceeds efficiently.
[0101]
In this way, the liquid specimen Fs and the pH adjusting liquid Fp that have joined together in the hole 16a are effectively mixed, then detected and measured by the reaction unit 6, and discharged from the hole 22 through the hole 16d.
[0102]
As described above, if the analysis chip 1C of the present embodiment is used, the chaotic mixer can be used so that the mixing can be performed efficiently and the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In the present embodiment, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp are mixed, but the liquid specimen Fs and another liquid may be mixed in other combinations.
In this embodiment, the analysis chip 1C is configured to mix two types of liquids, ie, the liquid specimen Fs and the pH adjustment liquid Fp. However, a hole 21c communicating with the hole 16a is further formed in the lid 2 ( In the example of FIG. 20, the analysis chip 1C may be configured to mix three or more types of liquids 21a, 21b, and 21c). In FIG. 20, the same reference numerals as those used in FIGS.
[0103]
Further, similarly to the first embodiment, the number and shape of the holes 21a and 21b which are the injection ports are arbitrary, and may be appropriately selected according to the analysis method.
In the present embodiment, the chaotic mixer is configured by three-dimensionally changing the arrangement of the holes 16a that are the upstream portion of the flow path 5 and the U-shaped holes 17a, 16b, 17b, and 16c. The configuration is not limited.
[0104]
In the process of flowing through the chaotic mixer, the adjacent liquid particles in the chaotic mixer have a complicated flow channel in the chaotic mixer. This is called chaotic mixing. In this embodiment, this chaotic mixing is used, and a liquid having an appropriate Reynolds number is provided in a non-linear channel (chaotic mixer 18) as shown in FIGS. 18, 19 (b) and 19 (c). By circulating the liquid, the liquid in the chaotic mixer 18 is mixed after a certain time. Therefore, the chaotic mixer applicable to this embodiment is not limited to that described in this embodiment, and a known chaotic mixer can be appropriately selected and used.
[0105]
[5] Fifth embodiment
FIG. 21 is a diagram for explaining a fifth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 21, the analysis apparatus according to the fifth embodiment of the present invention has the analysis chips 1, 1B, 1C described in the first, third, and fourth embodiments (hereinafter, the analysis chips are denoted by reference numerals). 1), an analysis unit 501 for analyzing the liquid sample Fs flowing through the analysis chip 1, and a physical unit prior to introducing the liquid sample Fs into the analysis chip 1 provided upstream of the analysis chip 1. A separation apparatus 502 that separates the liquid specimen Fs by a target and / or chemical action, and a post-analysis apparatus 503 that analyzes the liquid specimen Fs discharged from the analysis chip 1. Note that the description of the analysis chip 1 described in each of the above embodiments is omitted.
[0106]
The type of the analysis unit 501 is arbitrary, but the analysis unit 501 normally performs analysis by any one of analysis methods of surface plasmon resonance, chemiluminescence, bioluminescence, electrochemiluminescence, fluorescence, and RI (radioisotope analysis). What to do is preferred. The analysis unit 501 may perform analysis by one of the above methods, or may perform analysis by combining two or more methods.
[0107]
When the analysis unit 501 performs analysis using surface plasmon resonance, the specific device configuration of the analysis unit 501 can be configured in the same manner as in the second embodiment described above. In particular, the analysis unit 501 using surface plasmon resonance can perform analysis by irradiating light from the back surface of the analysis chip 1. That is, the reaction part 6 formed in the flow path 5 of the analysis chip 1 is irradiated with light from the substrate 4 side of the analysis chip 1, and the reflected light from the reaction part 6 is irradiated to the substrate 4 of the analysis chip 1. Observe and analyze on the side. However, in that case, since the irradiated light needs to reach the reaction part 6 of the analysis chip 1, the substrate 4 must naturally be able to transmit the incident light. Therefore, when analyzing by irradiating light from the back surface of the analysis chip 1, the substrate 4 is usually made of a material that can transmit light having the same wavelength as the incident light.
[0108]
When the analysis unit 501 performs analysis by fluorescence, the lid 2 of the analysis chip 1 is formed transparent, and excitation light is irradiated from the lid 2 side to detect fluorescence from the lid 2 side. Do. However, as in the case of analyzing by surface plasmon resonance, the analysis can be performed by irradiating excitation light from the back side of the analysis chip 1, that is, the substrate 4 side, and detecting fluorescence on the substrate 4 side. In this case, it is necessary to form the substrate 4 transparently. Further, it is also possible to detect the fluorescence on the substrate 4 side by irradiating excitation light from the lid 2 side of the analysis chip 1 or to detect the fluorescence on the substrate 4 side by irradiating excitation light from the substrate 4 side. Is possible. In chemiluminescence and bioluminescence, irradiation with excitation light is usually unnecessary.
[0109]
In the case where the analysis unit 501 performs analysis by chemiluminescence or bioluminescence, chemiluminescence can be detected from an arbitrary direction through the transparent portion (a portion formed transparently) of the analysis chip. Therefore, for example, when the lid portion 2 of the analysis chip 1 is formed transparently, light can be irradiated and detected from the lid portion 2 side. When the substrate 4 is formed transparently, from the substrate 4 side. Light irradiation and detection can be performed.
[0110]
When the analysis unit 501 performs analysis by electrochemiluminescence, it is almost the same as the case of analysis by chemiluminescence. However, in the case of electrochemiluminescence, it should be noted that an electrode is provided on the substrate 4. Should. Therefore, when the electrode is formed of an opaque material, it is difficult to detect electrochemiluminescence from the substrate 4 side even if the substrate 4 is formed of a transparent material. However, when the electrode is formed of a transparent material (for example, ITO), or when it is formed of an opaque material but is formed into an extremely thin thin film, light can be transmitted, the substrate 4 side It is also possible to irradiate and detect light.
[0111]
Further, in the analysis apparatus of the present embodiment, prior to introducing the liquid specimen Fs and other liquid mixed with the liquid specimen Fs into the analysis chip 1 upstream of the analysis chip 1, physical and / or chemical A separation device 502 that separates at least one of the liquid specimen Fs and another liquid mixed with the liquid specimen Fs by a typical action is provided.
[0112]
The type of the separation device 502 is arbitrary, but normally, liquid chromatography, HPLC (high performance liquid chromatography) that performs separation according to the adsorptivity or distribution coefficient of the sample, or a capillary that performs separation according to the electronegativity of the sample An analysis method using electrophoresis, microchip electrophoresis, microchannel electrophoresis, or flow injection is suitable. Of course, another device may be attached to the analysis device as the separation device 502. May be used in combination.
[0113]
A microchannel is a groove where a sample formed on a chip surface flows, and microchannel electrophoresis is used to fill a part of this groove with an equivalent of an HPLC column packing material or to add a functional group to the groove surface. Separation is possible by providing it.
Flow injection is a technique that causes various reactions while the sample is flowing. For example, complex injection and solvent extraction are performed to remove substances other than the detected species in the sample. Separation can be performed.
Of course, a device other than the above may be attached to the analyzer as the separation device 502.
[0114]
Further, the analyzer of the present embodiment includes a post-analyzer 503 that analyzes the liquid specimen Fs discharged from the analysis chip 1. The type of the post-analysis device 503 is not particularly limited, and an arbitrary analysis device can be used as the post-analysis device 503. Specific examples include an MS (mass spectrometer), a protein sequencer, a DNA sequencer, SEM, SPM, Examples include STM and AFM.
The post-analysis device 503 may include a pre-processing mechanism that makes the liquid specimen Fs ready for analysis. Moreover, you may use combining said apparatus.
[0115]
Since the analyzer according to the fifth embodiment of the present invention is configured as described above, at the time of analysis, the liquid sample Fs is flowed in the order of the separation device 502, the analysis chip 1, and the post-analysis device 503, and the analysis is performed. .
[0116]
In addition, since analysis is performed using the analysis chip 1 when the analysis is performed by the analysis unit 501, another liquid can be easily and efficiently mixed into the liquid specimen Fs, and the analysis can be performed efficiently and accurately. In addition to performing well, it is possible to obtain the same effect as the first embodiment.
[0117]
Furthermore, since the analyzer according to the present embodiment includes the post-analyzer 503, a large amount of data can be obtained by a single analysis operation, and the liquid sample Fs can be analyzed in a multifaceted manner.
[0118]
In this embodiment, the analysis chip 1 described in the first embodiment is used. However, the analysis chip 1 may not be the same as this, and an analysis chip 1 having another configuration is used. Needless to say.
[0119]
[6] Other
The first to fifth embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .
[0120]
For example, you may implement combining the structure of 1st-5th embodiment, respectively.
As a specific example, the second embodiment may be merged with the third embodiment. That is, the lid 2 and the plate 10 according to the analysis chip 1B of the third embodiment are made of a transparent material, and the diffraction grating 42 and the metal layer 41 are formed on the surface of the substrate 4 on which the specific substance 61 is fixed. And configured as a sensor chip. Thereby, the substrate 4 is irradiated with light through the lid 2 and the plate 10, and the light intensity of the reflected light from each specific substance 61 in the reaction unit 6 is detected, similarly to the effect of the second embodiment. In addition, the concentration of the detection species in the liquid specimen can be measured in real time.
[0121]
Further, in each of the above embodiments, the means for transporting the liquid specimen Fs is constituted by a liquid feed pump. However, the means for transporting the liquid specimen Fs is not limited to this and is of a pressure type other than the liquid feed pump. Needless to say, the flow (electroosmotic flow) of the liquid specimen Fs may be generated by applying an electric field to the flow path 5, and furthermore, transport by capillary action may be combined with these.
[0122]
In addition, as shown in FIG. 22, parts other than the substrate for fixing the specific substance (in the above-described embodiments, the lid 2 and the plates 8 to 10, 16, and 17) are integrated by a technique such as stereolithography. You may comprise as a structure. In FIG. 22, the same reference numerals as those used in FIGS.
Further, the plates 8 to 10, 16, and 17 in the above embodiments may be directly formed on the plate substrate 4 by screen printing, ink jet printing, or coating.
[0123]
Further, as shown in FIG. 23, part or all of the inlet and outlet may be formed on the side surface of the analysis chip 1. In FIG. 23, the inlet 21a for injecting the liquid specimen Fs and the outlet 22 are provided on the side surface of the analysis chip 1, and the inlet 21b for injecting the pH adjusting liquid Fp is provided on the upper surface of the lid 2 of the analysis chip 1. Provided. As a result, for example, when analysis is performed using a surface plasmon resonance sensor, it is not necessary to provide a connector for supplying or discharging the liquid specimen Fs to the light passage portion above the analysis chip. In addition, it is possible to obtain an advantage that an optical system such as a light source and a detector can be brought close to the analysis chip. In FIG. 23, the same reference numerals as those used in FIGS.
[0124]
In the analysis chip 1 used in the above description, the reaction section 6 has a structure in which the flow path 5 is divided into the internal flow path (slit flow path) 4a. May be configured to include a flow path that does not have a plurality of slit-shaped flow paths.
[0125]
In the above-described embodiment, the example in which the pH adjustment liquid Fp is mixed with the liquid specimen Fs has been described. However, the liquid to be mixed with the liquid specimen Fs is arbitrary, and for example, salt concentration adjustment is used instead of the pH adjustment liquid. A liquid, a concentration adjusting liquid, a reaction promoting liquid, a reaction suppressing liquid, a reaction stopping liquid, a liquid that reacts with the liquid specimen Fs, or the like may be used.
[0126]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the analysis chip and the analysis method of the present invention, the analysis chip can be easily and quickly mixed while having a simple and compact configuration. As a result, even when the analysis involves mixing as described above, the analysis can be performed efficiently and precisely while keeping the amount of the liquid specimen small.
[0127]
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing an analysis chip according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic assembly perspective view thereof, and FIG. 1B is a schematic exploded perspective view thereof.
2A and 2B are schematic views showing an analysis chip as a first embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a YY sectional view of FIG. 1A, and FIG. X1-X1 sectional drawing of this, (c) is X2-X2 sectional drawing of Fig.1 (a).
FIGS. 3A and 3B are schematic views showing an analysis chip as a first embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a top view of the lid, FIG. 3B is a top view of the plate, and FIG. A top view of the plate, (d) is a top view of the substrate.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a definition of a flow direction of a liquid specimen.
5A is a plan view schematically showing a flow path formed in a conventional sheet-shaped space, and FIG. 5B is a slit-shaped flow path of the analysis chip according to the first embodiment of the present invention. It is a top view which shows typically.
FIGS. 6A and 6B are schematic views for explaining a first modification of the analysis chip as the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 6A is a top view of the lid portion, and FIG. (C) is a top view of the plate, and (d) is a top view of the substrate.
FIG. 7 is a schematic exploded perspective view showing an analysis chip as a second modification of the first embodiment of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are schematic views showing an analysis chip as a second modification of the first embodiment of the present invention, where FIG. 8A is a top view of the lid portion and FIG. 8B is a top view of the plate; FIGS. (C) is a top view of the plate, (d) is a top view of the plate, and (e) is a top view of the substrate.
9A is a schematic top view of an analysis chip plate as a third modification of the first embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a fourth modification of the first embodiment of the present invention. It is a typical top view of the plate of the chip for analysis as.
FIG. 10 is a schematic perspective view showing an overall configuration of an SPR sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an exploded perspective view showing a configuration of an analysis chip as a second embodiment of the present invention.
12A and 12B are diagrams showing an analysis chip as a third embodiment of the present invention, in which FIG. 12A is a schematic assembly perspective view thereof, and FIG. 12B is a schematic exploded perspective view thereof.
FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line YY of FIG. 12A, showing an analysis chip as a third embodiment of the present invention.
14A and 14B are schematic views showing an analysis chip as a third embodiment of the present invention, in which FIG. 14A is a top view of the lid, FIG. 14B is a top view of the plate, and FIG. It is a top view of the substrate.
15A is a schematic cross-sectional view of an analysis chip as a first modification of the third embodiment of the present invention, and FIG. 15B is a second modification of the third embodiment of the present invention. It is typical sectional drawing of the chip | tip for analysis.
FIGS. 16A and 16B are schematic views showing an analysis chip as a third modification of the third embodiment of the present invention, wherein FIG. 16A is a top view of the lid portion, and FIG. 16B is a top view of the plate; FIGS. (C) is a top view of the substrate.
17A and 17B are diagrams showing an analysis chip as a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 17A is a schematic assembly perspective view thereof, and FIG. 17B is a schematic exploded perspective view thereof.
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the YY cross section of FIG. 17 (a), showing an analysis chip as a fourth embodiment of the present invention.
19A and 19B are diagrams showing an analysis chip according to a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 19A is a top view of the lid, FIG. 19B is a top view of the plate, and FIG. (D) is a top view of the substrate.
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of an analysis chip as a modification of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram for explaining an analyzer according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 22 shows another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
FIGS. 24A and 24B are cross-sectional views illustrating the diffusion of liquid in the flow path.
FIGS. 25A and 25B are diagrams illustrating a modification of the third embodiment of the present invention, where FIG. 25A is a cross-sectional view illustrating diffusion in a flow path, and FIG. 25B is a cross-sectional view of the flow path viewed from the lid side; is there.
[Explanation of symbols]
1,1A, 1B, 1C Analysis chip
2 lid
4 Substrate
4a Slit channel
4b partition wall
5,5 'flow path
5a Long side of cross section of flow path 5
5b Short side of cross section of flow path 5
6 reaction part
8,8A, 8B, 9,10,16,17 plate
9c hole
10d hole
10e Narrow channel section
16a, 16b, 16c U-shaped hole
16d hole
17a, 17b U-shaped hole
17c hole
17d Narrow channel section
18 Chaotic mixer
21a, 21b, 21c, 22 holes
41 Metal layer
42 Diffraction grating
61 Specific substances
81a, 81c, 81e hole
81b, 81b ', 81d recess
81c 'slot
81Aa, 81Ac, 81Ad, 81Bb, 81Bd hole
81Ab, 81Ba, 81Bc Recess
82, 82A, 82B hole
100 light source
101 detector
201 bubbles
501 Analysis Department
502 Separator
503 Post-analyzer
Fs liquid specimen
Fp pH adjuster
W Channel width
H Channel height
